110kV输电线路电流电压保护设计.docx
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110kV输电线路电流电压保护设计
Xx工业大学
微机继电保护课程设计（论文）
题目：
110kV输电线路电流电压保护设计（3）
院（系）：
电气工程学院
专业班级：
电气112
学号：
学生姓名：
指导教师：
起止时间：
2014.12.15-2014.12.26
本科生课程设计（论文）
课程设计（论文）任务及评语
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112
课程设
计（论
110kV输电线路电流电压保护设计（3）
文）题目
系统接线图如图：
课
程
设
课程设计的内容及技术参数参见下表
计
设计技术参数
工作量
（
论
一、整定计算
文
E
115/
3kV,XG1
20,
1.确定保护
3在最大、最小运行方式下的等值电
）
抗。
XG2
25
XG3
25
2.进行C母线、D母线、E母线相间短路的最大、
任
务
L1=L2=60km,L3=40km,
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
LB-C=40km,LC-D=30km,
算各自的最小保护范围。
LD-E=20km,线路阻抗0.4
/km,
4.整定保护
2、3的限时电流速断保护定值，
并校
KrelI
1.2,
Krel
Krel
1.15,
验灵敏度。
5.整定保护
1、2、3的过电流保护定值，假定母
最大负荷电流IB-C.Lmax=350A,
线E过电流保护动作时限为0.5s
，确定保护
1、2、
IC-D.Lmax=200A,
3过电流保护的动作时限，校验保护
1作近后备，
ID-E.Lmax=150A,
保护2、3
作远后备的灵敏度。
二、硬件电路设计
电动机自启动系数
Kss=1.5，电流继电
包括CPU最小系统、电流电压数据采集、开
器返回系数Kre=0.85。
关设备状态检测、控制输出、报警显示等部分。
三、软件设计
最大运行方式：
三台发电机及线路
L1、
说明设计思想，给出参数有效值计算及故障
L2、L3同时投入运行；最小运行方式：
判据方法，绘制流程图或逻辑图。
四、实验验证
G2、L2退出运行。
给出实验电路及实验结果，分析实验结果同
理论计算结果的异同及原因。
续表
进
度
计
划
指
导
教
师
评
语
及
成
绩
本科生课程设计（论文）
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I段整定计算及灵敏度校验。
第三天：
电流II段、III段整定计算及灵敏度校验。
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：
实验验证及分析。
第九天：
撰写说明书。
第十天：
课设总结，迎接答辩。
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
电力系统的输、配电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：
三段式电流电压联锁保护；整定值计算；校验灵敏度；等值电抗
本科生课程设计（论文）
第1章绪论
...........................................................
1
第2
章输电线路电流保护整定计算.......................................
3
2.1
电流I
段整定计算.................................................
3
2.1.1
保护3在最大、最小运行方式下的等值电抗......................
3
2.1.1
动作电流的整定.............................................
4
2.1.2
灵敏度校验.................................................
5
2.1.3
动作时间的整定.............................................
5
2.2
电流Ⅱ段整定计算................................................
5
2.3
电流Ⅲ段整定计算.................................................
6
第3
章硬件电路设计...................................................
8
3.1
系统总体框图.....................................................
8
3.2CPU最小系统.....................................................
8
3.3
数据采集及模数转换..............................................
9
3.4
电流三段式保护原理接线图及展开图...............................
10
第4
章软件设计......................................................
12
第5
章课程设计总结..................................................
15
参考文献.............................................................
16
本科生课程设计（论文）
第1章绪论
当今世界最重要的专门技术之一就是继电保护技术，使用最为广泛、地位最为重要的能源，电力系统的安全稳定运行对国民经济、人民生活乃至社会稳定都有着极为重大的影响。
它要有一个专门保障体系，其中。
电力系统断电保护能在全系统范围内，按指定分区实时地检测各种故障和不正常运行状态，快速及时地采取故障隔离或警告等措施，以求最限度地维持系统的稳定、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。
电力系统继电保护设计包括发电机、变压器、线路、电动机、电容器等元件的保护方案选择，自动装置的选择及整定计算等等。
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。
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几点基本要求。
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
1
本科生课程设计（论文）
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。
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。
其中Ⅰ、Ⅱ段作为线路主保护第Ⅲ段作为本线路主保护的近后备保护和相邻线路或元件的远后备保护。
这三段统称为线路相间短路的。
本设计为了获得较好的选择性并保证灵敏度，采用了三段式电流电压联锁速断保护，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。
2
本科生课程设计（论文）
第2章输电线路电流保护整定计算
2.1电流I段整定计算
2.1.1保护3在最大、最小运行方式下的等值电抗
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
XG1
20
；XG2
XG3
25
；
XL1
XL2
60
0.
4
24
；XL3
40
0.4
16
XBC
40
0.4
16；XCD
30
0.4
12
；XDE
200.48；
X3min
XG1//XG2
XL1
//XL2//XG3
XL3
14.78
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
X3maxXG1XL1//XG3XL3
2024//251621.22
3
本科生课程设计（论文）
2.1.1动作电流的整定
首先算出母线C、D、E的最小及最大短路电流。
C母线最大短路电流：
IKC3
E
115/
3
2.16
max
X3min
XBC
14.78
16
C母线最小短路电流：
IKC2
3
E
3
115/
3
1.54
min
2X3maxXBC
2
21.22
16
D母线最大短路电流：
IKD3
E
115/
3
1.55
max
XBCXCD
X3min
14.78
16
12
D母线最小短路电流：
IKD2
3
E
3
115/
3
1.17
min
2X3maxXBCXCD
2
21.22
16
12
E母线最大短路电：
IKE3
E
115/
3
1.31
max
X3minXBC
XCD
XDE
14.78
16
12
8
E母线最小短路电流:
IKE2
3
E
3
115/
3
1.00
min
XBC
XCD
2X3max
XDE2
21.22
16
12
8
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。
Iop1
Krel
I
Iop2
Krel
I
Iop3
Krel
I
3
KEmax
3
KDmax
3
KCmax
1.2
1.31
1.57K
1.2
1.55
1.86
1.2
2.16
2.59
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%。
4
本科生课程设计（论文）
保护1保护的最小范围：
x1l
3
E
31153
1min
X3maxXBCXCD
（21.221612）12.60
2
Iop1
21.57
保护2保护的最小范围：
x2l2min
3
E
31153
6.31
2
X3maxXBC
（21.2216）
Iop2
21.86
保护3保护的最小范围：
x3l3min
3
E
31153
0.98
2
X3max
21.22
Iop3
22.59
2.1.2灵敏度校验
因为Ksen
x1l1min
x2l2min
015%
XDE
XCD
所以保护1、2灵敏度不符合要求。
Ksen
x3l3min
6.12%15%
XBC
保护3
的灵敏度也不符合要求。
2.1.3动作时间的整定
末端保护1的动作时间为0（I段无延时），则保护2的动作时间为0.5s，保护2的动作时间为1s。
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。
5
本科生课程设计（论文）
保护2
的Ⅱ段应与相邻线路的Ⅰ段配合。
Iop2
KrelIop1
/Kbmin2
1.15
1.57/1
1.81
灵敏度：
Ksen
IKD2
min
1.17
0.65
1.31.5
Iop2
1.81
保护3
的Ⅱ段与相邻线路的Ⅰ段配合。
Iop3
KrelIop2
/Kbmin3
1.15
1.86/1
2.14
灵敏度：
Ksen
I
I
2
KCmin
op3
1.54
0.721.31.5
2.14
则保护3的Ⅱ段与相邻线路的Ⅱ段配合。
Iop3KrelIop2/Kbmin3
1.151.81/1
2.08
IKC2
min
1.53
（1.31.5）
灵敏度：
Ksen
0.74
Iop3
2.08
灵敏度不满足要求。
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：
I
op1
Krel
Kss
I
Kre
保护2的Ⅲ段：
Krel
Kss
I
Iop2
Kre
保护3的Ⅲ段：
Krel
Kss
I
Iop3
Kre
1.15
1.5
LDEmax
150304.41
0.85
1.15
1.5
LCDmax
200405.88
0.85
1.15
1.5
LBCmax
350710.29
0.85
保护1作近后备保护的灵敏度：
6
本科生课程设计（论文）
Ksen
I
KE2
min
1000
3.28
1.3
满足灵敏度要求。
I
304.41
op1
保护2作近后备保护的灵敏度：
Ksen
IKE2
min
1000
2.36
1.3
满足灵敏度要求。
I
405.88
op2
保护3作近后备保护的灵敏度：
Ksen
I
KD2
min
1170
1.65
1.3
满足灵敏度要求。
I
710.29
op3
假定母线E过电流保护动作时限为
0.5s，即：
tOPE
0.5s
保护1的Ⅲ动作时间：
t1
tOPE
t
0.5
0.5
1s
保护2的Ⅲ动作时间：
t2
t1
t
1
0.5
1.5s
保护3的Ⅲ动作时间：
t3
t2
t
1.5
0.5
2s
7
本科生课程设计（论文）
第3章硬件电路设计
3.1系统总体框图
开
关
电流
设
控制
报警
电压
CPU
备
显示
输出
数据
状
采集
态
检
测
图3.1CPU最小系统图
3.2CPU最小系统
U?
U?
1
P1
0
P0
0
39
1
DI0
DO0
19
8
A0
D
0
9
2
38
2
18
7
10
P1
1
P0
1
DI1
DO1
A1
D
1
3
37
3
17
6
11
P1
2
P0
2
DI2
DO2
A2
D
2
4
36
4
16
5
13
P1
3
P0
3
DI3
DO3
A3
D
3
5
35
5
15
4
14
P1
4
P0
4
DI4
DO4
A4
D
4
6
34
6
14
3
15
P1
5
P0
5
DI5
DO5
A5
D
5
7
33
7
13
2
16
P1
6
P0
6
DI6
DO6
A6
D
6
8
32
8
12
1
17
P1
7
P0
7
DI7
DO7
A7
D
7
23
A8
13
21
9
22
INT
1
P2
0
OE
A9
12
22
11
19
升级会员 