110kv输电线路功率方向保护设计(1)

辽辽 宁宁 工工 业业 大大 学学 微机继电保护微机继电保护课程设计（论文）课程设计（论文） 题目：题目：110kV110kV 输电线路功率方向保护设计（输电线路功率方向保护设计（1 1） 院（系）：院（系）： 电气工程学院电气工程学院 专业班级：专业班级： 电气电气111111班班 学学 号：号： 学生姓名：学生姓名： 指导教师：指导教师： （签字） 起止时间：起止时间： 2014120141. .12.15-2014.12.26.12.15-2014.12.26. 本科生课程设计（论文） 课程设计（论文）任务及评语课程设计（论文）任务及评语 院（系）：电气工程学院 教研室：电气工程及其自动化 学 号学生姓名专业班级电气 111 课程设 计（论 文）题 目 110kV 输电线路功率方向保护设计（1） 课程设计（论文）任务 系统接线图如图： 课程设计的内容及技术参数参见下表 设计技术参数工作量 ,10,3/115 1 G XkVE ,25,15 32 GG XX L1=L2=60km,L3=40km,LB-C=40km, LC-D=30km,LD-E=20km,线路阻抗 0.4 /km, ,2 . 1 I rel K rel K15. 1 rel K 最大负荷电流 IB-C.Lmax=300A, IC-D.Lmax=200A, ID-E.Lmax=150A, 电动机自启动系数 Kss=1.5，电流继电 器返回系数 Kre=0.85。最大运行方式： 三台发电机及线路 L1、L2、L3 同时投 入运行；最小运行方式：G2、L2 退出 运行。 一、整定计算 1.等值电抗计算、短路电流计算。 2.整定保护 4、5 的电流速断保护定值， 并尽可能在一端加装方向元件。 3确定保护 5、7、9 限时电流速断保护 的电流定值，并校验灵敏度。 4确定保护 4、5、6、7、8、9 过电流保 护的时间定值，并说明何处需要安装方向 元件。 二、硬件电路设计 包括 CPU 最小系统、电流电压数据采 集、开关设备状态检测、控制输出、报警 显示等部分。 三、软件设计 说明设计思想，给出参数有效值计算 及故障判据方法，绘制流程图或逻辑图。 四、仿真验证 给出仿真电路及仿真结果，分析仿真 结果同理论计算结果的异同及原因。 B A G 1 1 23 L 3 L 2 L 1 ED C G 2 G 3 98 76 54 系统接线图 本科生课程设计（论文） 续表 进度计划 第一天：收集资料，确定设计方案。 第二天：等值电抗和短路电流计算，电流速断保护整定计算。 第三天：限时电流速断、过电流保护整定计算。 第四天：硬件电路设计（最小系统、数据采集、状态检测部分） 。 第五天：硬件电路设计（控制输出、报警显示部分） 。 第六天：软件设计（有效值计算、故障判据） 。 第七天：软件设计（绘制流程图或逻辑图） 第八天：仿真验证及分析。 第九天：撰写说明书。 第十天：课设总结，迎接答辩。 指导教师评语及成绩 平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算 本科生课程设计（论文） 摘 要 电能是现代社会中最重要、也是最方便的能源。而发电厂正是把其他形式的能 量转换成电能，电能经过变压器和不同电压等级的输电线路输送并被分配给用户， 再通过各种用电设备转换成适合用户需要的其他形式的能量。在输送电能的过程中, 电力系统希望线路有比较好的可靠性,因此在电力系统受到外界干扰时,保护线路的 各种继电装置应该有比较可靠的、及时的保护动作,从而切断故障点极大限度的降低 电力系统供电范围。电力系统继电保护就是为达到这个目的而设置的。电流方向保 护是在每个断路器的电流保护中增加一个功率方向测量元件。使其对对电流保护段 来说，因为反方向短路时功率方向测量元件不动作，其整定值就只需躲过正方向线 路末端短路电流最大值，而不必躲过反方向短路的最大短路电流，因而提高了灵敏 度。 关键词：继电保护；功率保护保护；方向保护；方向元件 本科生课程设计（论文） 本科生课程设计（论文） 目 录 第 1 章 绪论.1 1.1 输电线路电流保护概述1 1.2 本文主要内容1 第 2 章 输电线路方向电流保护整定计算.2 2.1 方向电流 段整定计算.2 2.1.1 方向电流的整定 2 2.1.2 保护 4、5 的 段动作电流的整定 3 2.1.3 灵敏度校验 4 2.1.4 动作时间的整定 5 2.2 保护 5、7、9 方向电流段整定计算5 2.3 方向电流段动作时间整定计算及方向元件的安装8 第 3 章 硬件设计.9 3.1 功率方向保护设计总体设计方案9 3.2 电压电流数据采集9 3.3 报警显示电路设计.10 3.4 时钟电路设计.10 3.5 人机对话接口电路设计.11 3.6 CPU 最小系统图 .12 第 4 章 软件设计13 4.1 主程序流程图设计 .13 4.2 模拟量检测流程图设计 .14 第 5 章 MATLAB 建模仿真分析 .15 4.1 MATLAB 系统仿真图 15 4.2 仿真波形.15 第 6 章 课程设计总结18 第 7 章 参考文献19 本科生课程设计（论文） 0 第 1 章 绪论 1.1 输电线路电流保护概述 电力系统的输、配线路因各种原因可能 会发生相间或相地短路故障,因此,必须 有相应的保护装置来反映这些故障,并控制故障线路的断路器,使其跳闸以切除故障. 对各种不同电压等级的线路应该装设不同的相间短路和接地短路的保护。对于 3KV 及以上的电力设备和线路的短路故障，应有主保护和后备保护；对于电压等级在 220KV 及以上的线路，应考虑或者必须装设双重化的主保护，对于整个线路的故障， 应无延时控制其短路器跳闸。线路的相间短路、接地短路保护有：电流电压保护， 方向电流电压保护，接地零序流电压保护，距离保护和纵联保护等。 电力系统中线路的电流电压保护包括：带方向判别和不带方向判别的相间短路 电流电压保护，带方向判别和不带方向判别的接地短路电流电压保护。他们分别是 用于双电源网络、单电源环形网络及单电源辐射网络的线路上切除相间或接地短路 故障。 1.2 本文主要内容 在每个断路器的电流保护中增加一个功率方向测量元件（当他和电流测量元件 均动作后才启动逻辑元件） ，并规定当短路功率从母线流向线路（为正）时该功率元 件动作，而从线路流向母线（为负）时不动作。那么对电流保护段来说，因为反方 向短路时功率方向测量元件不动作，其整定值就只需躲过正方向线路末端短路电流 最大值，而不必躲过反方向短路的最大短路电流，因而提高了灵敏度。这种增加了 功率方向测量元件的电流保护即为功率方向保护。在双电源网络或其他复杂网络中， 可以采用带方向的三段式电流保护，以满足保护的各种性能要求。 主要对保护段的 段动作电流的整定、灵敏度的校验、动作时间的整定、方向 电流段的整定计算和方向电流段动作时间整定计算，绘制方向电流保护原理图， 并对动作过程进行分析。 本次设计的任务主要包括了六大部分，分别为运行方式的选择、电网各个元件 参数及负荷电流计算、短路电流计算、继电保护功率方向保护的整定计算和校验、 对所选择的保护装置进行综合评价。其中短路电流的计算和电气设备的选择是本设 计的重点。 本科生课程设计（论文） 1 第 2 章 输电线路方向电流保护整定计算 2.1 方向电流 段整定计算 2.1.1 方向电流的整定 首先要进行动作电流的整定，如图 2.1 和图 2.2 所示分别为系统最大运行状态 和最小运行状态下的等效电路图： 图 2.1 系统最大运行方式等效电路图 XG1 1 XL1 3 XG3 2 XL3 4 Xbc 5 Xcd 6 Xde 7 图 2.2 系统最小运行方式等效电路图 由条件可知： 10 321GGG XXX 16 321LLL XXX ,16 BC X12 CD X12 DE X 所以最大运行方式的等值阻抗为： 8 . 8)(|)|( 332121min3LGLLGG XXXXXXX XG1 1 XL1 4 XG2 2 XL2 5 XG3 3 XL3 6 Xbc 7 Xcd 8 Xde 9 本科生课程设计（论文） 2 最小运行方式下的等值阻抗为： 14)(|)( 3311max3LGLG XXXXX 则 C 母线的最大短路电流为： KA XX E I BC kc 88 . 0 min3 max 同理 D 母线的最大短路电流为： KA XXX E I CDBC kd 47 . 0 min3 max E 母线的最大短路电流为： KA XXXX E I DECDBC ke 35 . 0 min3 max 于是可以求出保护 1、2、3 的第一段动作电流分别为： KAIKI kcrelop 576 . 0 max 1 1 KAIKI kdrelop 866 . 0 max 1 2 2.1.2 保护 4、5 的 段动作电流的整定 图 2.3 系统接线图 各段线路的阻抗为： 244 . 060 21LL XX164 . 040 2L X164 . 040 BC X 124 . 030 CD X84 . 020 DE X 系统接线图如图 2.3 所示，由电流速断保护的动作电流应躲过本线末端的最大 短路电流， B A G 1 1 23 L3 L2 L1 ED C G 2 G 3 98 76 54 本科生课程设计（论文） 3 保护 4 = 1.423A X)X(X )( L3L2G211 )3( max LG KA XX E I 1624)(15 )2415( 3115 A76. 1423 . 1 2 . 1 )3( max op4IIkKArel 保护 5 A 14 . 2 1615 3115 XL3 3 )3( max G KB X E I A48 . 2 07. 22 . 1 )3( max op5IIkKBrel 因为 所以在 4QF 加方向元件 II (3) maxKB 4OP 2.1.3 灵敏度校验 校验，应按电流、电压元件中保护范围小的元件确定，整定值满足灵敏度 sen K 的要求。 （2- min 41 min 4 4 31 3 sen lx l K lx l 1） 保护 4 的灵敏度校验 =8.05 I OP min1 4 2I 3 S E lx maxs X 3 1153 0 2 2.05 2 =30 4 OP X 321 LLL XXX28 2816 =36.37%15%满足灵敏度要求所以合格 sen K 4 min1 OP X lx10.91 30 保护 5 的灵敏度校验 （2- min 51 min 5 5 31 3 sen lx l K lx l 2） =7.09 maxmin1 5 2 3 x OP S X I E lx 3 1153 16 2 2.49 16 35 LOP XX 本科生课程设计（论文） 4 =44.31%15%, sen K 7.09 16 满足灵敏度要求所以合格 2.1.4动作时间的整定 因为无时限电流速断保护不必外加延时元件即可保证