60kV输电线路电流电压保护课程设计.doc
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辽宁工业大学
电力系统继电保护课程设计（论文）
题目：
60kV输电线路电流电压保护设计
（1）
院（系）：
电气工程学院
专业班级：
电气101
学号：
学生姓名：
指导教师：
（签字）
起止时间：
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
100303004
学生姓名
张宇航
专业班级
电气101
课程设计（论文）题目
60kV输电线路电流电压保护设计
（1）
课程设计（论文）任务
B
A
G1
1
2
3
L3
L2
L1
E
D
C
G2
G3
9
8
7
6
5
4
系统接线图
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
L1=L2=60km,L3=40km,
LB-C=40km,LC-D=50km,
LD-E=30km,线路阻抗0.4/km,
,
最大负荷电流IB-C.Lmax=165A,
IC-D.Lmax=130A,
ID-E.Lmax=70A,
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。
1.确定保护3在最大、最小运行方式下的等值电抗。
2.进行C母线、D母线、E母线相间短路的最大、最小短路电流的计算。
3.整定保护1、2、3的电流速断保护定值，并计算各自的最小保护范围。
4.整定保护2、3的限时电流速断保护定值，并校验灵敏度。
5.整定保护1、2、3的过电流保护定值，假定母线E过电流保护动作时限为0.5s，确定保护1、2、3过电流保护的动作时限，校验保护1作近后备，保护2、3作远后备的灵敏度。
6．绘制三段式电流保护原理接线图。
并分析动作过程。
7、采用MATLAB建立系统模型进行仿真分析。
续表
进度计划
第一天：
收集资料，确定设计方案。
第二天：
等值电抗计算、短路电流计算。
第三天：
电流I段整定计算及灵敏度校验。
第四天：
电流II段整定计算及灵敏度校验。
第五天：
电流III段整定计算及灵敏度校验。
第六天：
绘制保护原理图。
第七、八天：
MATLAB建模仿真分析。
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
摘要
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。
针对电力系统输电线路进行继电保护设计，采用三段式电流电压保护的方法，确定出最大、最小运行方式下的等值电抗。
进行了相间短路的最大、最小短路电流的计算。
进行了保护1、2、3的电流速断保护整定值计算，并计算了各自的最小保护范围。
进行了保护2、3的限时电流速断保护定值计算，并校验了灵敏度。
进行了保护1、2、3的过电流保护定值计算，确定保护1、2、3过电流保护的动作时限，校验保护1作近后备，保护2、3作远后备的灵敏度。
绘制三段式电流保护原理接线图。
并分析了动作过程。
采用MATLAB建立系统模型进行输电线路电流电压保护仿真分析。
关键词：
三段式电流电压保护；整定值计算；灵敏度；等值电抗
目录
第1章绪论 5
第2章输电线路电流保护整定计算 6
2.1电流Ι段整定计算 6
2.1.1动作电流的整定 6
2.1.2灵敏度校验 6
2.1.3动作时间的整定 6
2.2电流Ⅱ段整定计算 7
2.3电流Ⅲ段整定计算 7
第3章电流保护原理图的绘制与动作过程分析 8
第4章MATLAB建模仿真分析 9
第5章课程设计总结 10
参考文献 11
第1章绪论
电力系统继电保护是随着电力系统的发展和科学技术的进步而不断发展起来的为电力系统建立了一个安全保障体系。
电力系统故障和不正常运行状态是不可避免的为了防止电力系统事故的扩大保证非故障部分仍能可靠供电通过继电保护装置准确迅速地识别并切除故障同时电力系统运行状态应实时监视一旦发生不正常行状态时能通过继电保护装置及时警告或启动自动控制装置。
这样就可以保持供电的连续性、保障人身的安全、防止或减轻设备的损坏。
继电保护装置由测量部分、逻辑部分和执行部分等组成。
对于作用于断路器跳闸的继电保护装置有四点基本要求。
1．选择性
电力系统发生故障时，继电保护的动作应当具有选择件，它仅将故障部分切除能继续运行．尽量缩小中断供电的范围。
2．动作迅速
电力系统发生故障后，要求继电保护装置尽快的动作．切除故障部分，这样做的好处
（1）系统电压恢复得快，减少对广大用户的影响。
（2）电气设备损坏程度减轻。
（3）防止故障扩大，对高压电网来说，快速切除故障更为必要，否则会引起电力系统振荡甚至失去稳定。
（4）有利于电弧闪络处的绝缘强度恢复．当电源切除后又自动重新合上（即采用白动重合闸装置）再送电时容易获得成功（即提高了自动重合闸的成功率）。
3．灵敏性
灵敏性是指继电保护装置反应故障的能力，一般以灵敏系数的大小来衡量。
4．安全性和可靠性
（1）选用确当的保护原理，在可能条件下尽量简化接线，减少元器件的数量和触点的数量。
（2）提高保护装置所选用的器件质量和工艺水平，并有必要的抗干扰措施。
（3）提高保护装置安装和调试的质量，并加强维护和管理。
除了上述四个方面基本要求之外，在选用继电保护装置时，还必须注意经济性，在保证电力系统安全运行的前提下，应采用投资少、维护费用较低的保护装置。
线路发生短路故障时可以采用电流电压保护、接地零序保护、距离保护和纵差动保护等。
当线路发生相间短路时可以采用电流电压保护。
电流电压保护是根据输、配电线上相间短路时线路电流增加而母线电压下降的特征而设计的一种保护。
电流电压保护分为两种一种是以反应电流增大而动作的电流测量元件为基础的构成的电流保护元件另一种是以反应电压为基础构成的电流保护。
根据线路故障对主、后备保护的要求线路相间的电流电压保护有三种第一无时限电流速断保护或无时限电流电压联锁速断保护第二带时限电流速断保护或带时限电流电压联锁速断保护第三定时限过电流保护或低电压启动过电流保护。
这三种相间电流电压保护分别成为相间短路电流保护第Ⅰ段第Ⅱ段和第Ⅲ段。
本文设计研究中的继电保护采用了三段式电流电压保护通过动作电流来进行保护。
根据设计要求为了实现保护之间的配合和保护的选择性在这些保护中增加延时元件等逻辑元件形成一个完整的保护方案。
第2章输电线路电流保护整定计算
2.1电流Ι段整定计算
2.1.1动作电流的整定
（1）最大运行方式：
三台发电机及线路L1、L2、L3同时投入运行，等效电路图如图2.1。
图2.1最大运行方式等值阻抗图
；
；
；；
（2）最小运行方式：
在最大运行方式基础上G2、L2退出运行，等效电路图如图2.2.
图2.2最小运行方式等值阻抗图
C母线最大短路电流：
C母线最小短路电流：
D母线最大短路电流：
D母线最小短路电流：
E母线最大短路电：
E母线最小短路电流:
2.1.2灵敏度校验
无时限电流速断保护依靠动作电流值来保证其选择性，被保护线路外部短路时流过该保护的电流总小于其动作值，不能动作；而只有在内部短路时流过该保护的电流有可能大于其动作值，使保护动作。
且无时限电流速断保护的作用是保证在任何情况下只切除本线路上的故障。
保护1：
保护2：
保护3：
无时限电流保护不能保护线路全长，应采用最不利情况下保护的保护范围来校验保护的灵敏度，一般要求保护的最小的线路长度不小于线路长度的15%。
保护1保护的最小范围：
保护2保护的最小范围：
保护3保护的最小范围：
因为
所以保护1、保护2的1段灵敏度不合格，保护3合格。
2.1.3动作时间的整定
由上述过程可知，保护1，2，3的I段动作时间分别为：
，，
2.2电流Ⅱ段整定计算
由于无时限电流速断保护只能保护线路的一部分，而该线路剩下的短路故障由能保护本线路全长的带时限电流速断保护（电流保护第Ⅱ段）来可靠切除。
带时限电流速断保护与无时限电流速断保护的配合能以尽可能快的速度，可靠并有选择性的切除本线路上任一处，包括被保护线路末端的相间短路故障。
对于保护2的电流保护II段动作电流应与相邻线路DE电流保护的I段配合，即
，
保护2的Ⅱ段应与相邻线路的Ⅰ段配合
即：
灵敏度：
不合格
保护3的Ⅱ段与相邻线路的Ⅰ段配合
即：
灵敏度：
不合格
保护3的Ⅱ段与相邻线路的Ⅱ段配合
即：
灵敏度：
不合格
2.3电流Ⅲ段整定计算
整定保护1、2、3的过电流保护定值，假定母线E过电流保护动作时限为0.5s，确定保护1、2、3过电流保护的动作时限，校验保护1作近后备，保护2、3作远后备的灵敏度。
保护1的Ⅲ段：
保护2的Ⅲ段：
保护3的Ⅲ段：
保护1作近后备的灵敏度：
合格
保护2作远后备的灵敏度：
合格
保护3作远后备的灵敏度：
合格
假定母线E过电流保护动作时限为0.5s，即：
保护1的Ⅲ动作时间：
保护2的Ⅲ动作时间：
保护3的Ⅲ动作时间：
第3章电流保护原理图的绘制与动作过程分析
3.1电流三段式保护原理接线图
原理接线图如图3.1
图3.1电流三段式保护原理接线图
图中，1KA、2KA是A、C三相电流保护Ⅰ段的测量元件；
3KA、4KA是A、C三项电流保护Ⅱ段的测量元件；
5KA、6KA、7KA是A、C三相电流保护Ⅲ段的测量元件；
KM是中间继电器；
1KT、2KT是电流保护Ⅱ、Ⅲ段的逻辑延时元件；
1KS、2KS、3KS是电流保护Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段动作的报警用信号元件。
在该保护的第Ⅰ段保护范围内发生AB两项短路时，测量元件1、2、3、4、5、6都将动作，其中测量元件1、2直接启动中间继电器和信号元件，并使断路器跳闸，切出故障。
虽然测量元件3、4、5、6启动了延时元件，但因故障切除后，故障电流已消失，所以所有测量元件和延时未到的延时元件，均将返回。
电流保护的Ⅱ、Ⅲ段不会再输出跳闸信号。
同理，在线路末端短路时，只有延时元件动作以切出故障。
3.2电流三段式保护原理展开图
电网的三段式电流保护的作用，是利用不同过电流值下，设置不同的延时动作时间来规避工作尖峰电流和使发生短路故障时，只有事故点最近的断路器动作以减少断电的影响范围。
三段式电流保护原理展开图如图3.2、3.3、3.4所示。
图3.2交流回路展开图
图3.3直流回路展开图
图3.4信号回路展开图
第4章MATLAB建模仿真分析
根据线路三段式保护的原理以及各段保护之间的配合模拟各段保护的动作情况。
（1）模拟电流Ⅰ段保护动作执行仿真后，仿真结果如下图4.1所示：
由图可以看出线路在0.05s发生了故障，产生一个较大的短路电流，之后经过一个很小的延时0.001s，断路器1跳闸。
电流Ⅰ段成功按时动作。
图4.1电流Ⅰ段仿真波形图
（2）模拟电流Ⅱ段保护动作，在电流Ⅱ段的范围内设置故障，由于本设计是模拟线路不同段发生故障，所以就可以直接改变线路1的值来模拟线路不同段的故障。
将线路1的值设置为10，线路0、2分别为0.3、3.5。
仿真参数同
（1），执行仿真后，仿真结果如下图4.2所示:
图4.2电流Ⅱ段仿真波形图
由图可以看出线路在0.05s发生了故障，产生一个较大的短路电流，之后经过预先设置的延时0.5s，断路器1在0.55s跳闸。
电流Ⅱ段成功按时动作。
3）模拟电流Ⅲ段保护动作，在电流Ⅲ段的范围内设置故障，由于本设计是模拟线路不同段发生故障，所以就可以直接改变线路1的值来模拟线路不同段的故障。
将线路1的值设置为15.5，线路0、2分别为0.3、3.5。
仿真参数同1），执行仿真后，仿真结果如下图4.3所示:
图4.3电流Ⅲ段仿真波形图
由图可以看出线路在0.05s发生了故障，产生一个较大的短路电流，之后经过预先设置的延时1.0s，断路器1在1.05s跳闸。
电流Ⅲ段成功按时动作。
第5章课程设计总结
本课设主要是针对输电线路电流电压保护进行设计。
随着电力系统规模的不断扩大，对电力系统安全性、可靠性、高效性运行的要求越来越高，继电保护应运而生，本文对继电保护各项参数进行了计算，以及安装了方向保护元件实现方向保护，并对其系统保护的算法进行了MATLAB仿真研究。
本文章首先是对电力系统继电保护进行了简单的介绍，然后对电流电压保护做了概述和简单的计算，然后给出了三段式电流保护的原理图，绘制出了电流三段式保护的原理接线图、交、直流展开图及信号回路展开图，电流三段式保护的原理接线图、交、直流展开图及信号回路展开图最后是对系统进行MATLAB仿真。
最后得出结果与计算的结果相一致。
参考文献
[1]陈堂等编著《配电系统及其自动化技术》中国电力出版社2004.8
[2]赵晶主编《Prote199高级应用》．人民邮电出版社，2000：
18-25
[3]何仰赞等编著《电力系统分析》武汉：
华中理科技学出版社，2002.3
[4]于海生编著《微型计算机控制技术》清华大学出版社2003.4
[5]王士政主编《电网调度自动化与配网自动化技术》中国水利水电出版社2007.3
[6]梅丽凤等编著《单片机原理及接口技术》清华大学出版社2009.7
[7]许建安编著《电力系统微机继电保护》中国水利水电出版社2003.6
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