输电线路零序电流保护设计[共20页]

电力系统继电保护电力系统继电保护课程设计（论文）课程设计（论文）题目：输电线路零序电流保护设计（题目：输电线路零序电流保护设计（2 2）院（系）：院（系）： 电气工程学院电气工程学院 专业班级：专业班级： 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： 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）： 教研室： 学 号学生姓名专业班级课程设计（论文）题目输电线路零序电流保护设计（2）本科生课程设计（论文）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,3/115kVE ,2 . 1IrelKrelK1 . 1relK系统中各元件及线路的负序阻抗与正序阻抗相同,其他参数见图。计算最大和最小零序电流，应根据当 Z1Z0时，则有；反之，当 Z1Z0时，)1 . 1(. 0)1(. 0kkII则有。)1 . 1(. 0)1(. 0kkII1计算 B 母线、C 母线、D 母线处正序（负序）及零序综合阻抗Z1、Z0。2计算 B 母线、C 母线、D 母线处发生单相或两相接地短路时出现的最大、最小零序电流。3整定保护 1、2、3 零序电流 I 段的定值，并计算各自的最小保护范围。4当 B 母线上负荷变压器始终保持两台中性点都接地运行时，整定保护 1、2 零序定值，并校验灵敏度。5整定保护 1 零序段定值，假定母线 D 零序过电流保护动作时限为0.5s，确定保护 1、2、3 零序过电流保护的动作时限，校验保护 1 零序段的灵敏度。5绘制零序三段式电流保护的原理接线图。并分析动作过程。6. 采用 MATLAB 建立系统模型进行仿真分析。续表ZT4=60ZT3=60ZT2=10ZG2=16ZT1=10321ZG1=16Z1.CD=40Z0.CD=80Z1.BC=20Z0.BC=40Z0.AB=40AZ1.AB=20DCB本科生课程设计（论文）2进度计划第一天：收集资料，确定设计方案。 第二天：综合阻抗 Z1、Z0计算。第三天：计算最大、最小零序电流。 第四天：整定保护 1、2、3 零序电流 I 段。第五天：整定保护 1、2 零序段。 第六天：整定保护 1 零序段定值 第七天：绘制保护原理图。 第八天：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% 以百分制计算本科生课程设计（论文）3摘 要本文是针对电力系统采用零序电流保护的方法进行的继电保护设计。零序电流保护是利用接地时产生的零序电流使保护动作的装置。零序电流一般分四段式，零序电流第、段为线路接地故障的主保护，而第、段为线路接地故障的后备保护。 在本设计中，首先确定出最大、最小运行方式下的等值电抗及相间或接地短路的最大、最小短路电流，计算出保护 1、2、3 的无时限零序电流保护的动作电流和动作时限整定值，及各自的最小保护范围。然后对保护 2、3 进行了带时限零序电流速断保护的整定值计算，并校验了灵敏度。又通过对保护 1 的零序段整定计算，校验其作为近后备及远后备时的灵敏度，确定其动作时限，绘制出零序三段式电流保护的原理接线图，并分析了动作过程。最后采用 MATLAB 建立系统模型进行零序电流保护的仿真分析。关键词：零序电流；多段式保护；整定计算本科生课程设计（论文）4目 录第 1 章 绪论 .4第 2 章 输电线路零序电流保护整定计算 .52.1 零序电流 段整定计算.52.1.1 零序电流 段动作电流的整定 .92.1.2 灵敏度校验 .102.1.3 动作时间的整定 .122.2 零序电流段整定计算.122.3 零序电流段整定计算 .13第 3 章 零序保护原理图的绘制与动作过程分析 .14第 4 章 MATLAB 建模仿真分析.16第 5 章 课程设计总结 .17参考文献 .18本科生课程设计（论文）5第 1 章 绪论在现代电网中，随着超高压、大容量、远距离输电线路的不断增多，对电力系统的继电保护装置提出了更高、更严格和要求。目前我国 110KV 及以上电网都采用中性点直接接地的系统。现有的接地保护如果不计高频保护在内，主要有零序电流保护和接地距离保护。零序电流保护有结构简单灵敏度高的优点。利用接地时产生的零序电流使保护动作的装置，叫零序电流保护。利用大接地电流系统中发生接地短路时出现零序电流等的特点，可以构成反映零序电流大小的多段式零序电流保护。零序电流一般分四段式，零序电流第、段为线路接地故障的主保护，而第、段为线路接地故障的后备保护。零序电流保护 的特点是中性点直接接地系统发生接地短路，将产生很大的零序电流，利用零序电流分量构成保护，可以作为一种主要的接地短路保护。零序电流保护有较好的灵敏度。但是其保护区域受运行方式的影响较大，灵敏度因此降低，特别是短距离线路上以及复杂的环网中，由于速动段的保护范围太小，甚至没有保护范围，致使零序电流保护各段的性能严重恶化，使保护动作时间很长，灵敏度很低。与相间短路相比，同一线路上的零序过电流保护动作时间比相间短路过电流保护动作时间小。零序电流各段保护的动作电流也比相间短路电流保护对应段的动作电流要小，因而用零序电流保护反映接地短路故障时的灵敏度要比用完全星形接线的相间短路电流保护反映接地短路时的灵敏度高。电力系统继电保护的基本作用是，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告警等措施，以求最大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。本科生课程设计（论文）6第 2 章 输电线路零序电流保护整定计算2.1 零序电流 段整定计算系统接线图如图所示： 图 2.1 系统接线图一、计算各母线处正序（负序）和零序综合阻抗、1Z0Z（1）当、均投入运行时：1G1T2G2T3T4TG11A B1BC1CDT1G2T2ZABCDZZZZZZ图 2.2、均投入运行时等值正序（负序）网络图1G1T2G2T3T4TT40A B0BC0CDT1T3T2ZABCDZZZZZZ图 2.3、均投入运行时等值零序网络图1G1T2G2T3T4T本科生课程设计（论文）7B 母线： ABTGTGBZZZZZZ122111/3320)1016/()1016( 4030. 0210/TTABTTBZZZZZZ18)60/60/()4010/10(C 母线：532033111BCBCZZZ584018000BCBCZZZD 母线：934053111CDCDZZZ1388058000CDCDZZZ（2）当、投入运行时:1G1T2G2T3TB 母线： 3320)1016/()1016(/122111ABTGTGBZZZZZZ 71.2560/)4010/10(/30210TABTTBZZZZZC 母线：532033111BCBCZZZ71.654071.25000BCBCZZZD 母线：934053111CDCDZZZ71.1458071.65000CDCDZZZG11A B1BC1CDT1G2T2ZABCDZZZZZZ图 2.4、投入运行时等值正序（负序）网络图1G1T2G2T3T0A B0BC0CDT1T3T2ZABCDZZZZZ图 2.5、投入运行时等值零序网络图1G1T2G2T3T（3）当、投入运行时1G1T3T4T本科生课程设计（论文）8G11A B1BC1CDT1ZABCDZZZZ图 2.6、投入运行时等值正序（负序）网络图1G1T3T4TT40A B0BC0CDT1T3ZABCDZZZZZ图 2.7、投入运行时等值零序网络图1G1T3T4TB 母线：462010161111ABTGBZZZZ 75.18)60/60/()4010(/4030010TTABTBZZZZZC 母线：662046111BCBCZZZ75.584075.18000BCBCZZZD 母线：1064066111CDCDZZZ75.1388075.58000CDCDZZZ（4）当、投入运行时1G1T3TG11A B1BC1CDT1ZABCDZZZZ图 2.8、投入运行时等值正序（负序）网络图1G1T3T0A B0BC0CDT1T3ZABCDZZZZ图 2.9、投入运行时等值零序网络图1G1T3T本科生课程设计（论文）9B 母线：462010161111ABTGBZZZZ27.2760/)4010(/3010TABTBZZZZC 母线：662046111BCBCZZZ27.674027.27000BCBCZZZD 母线：1064066111CDCDZZZ27.1478027.67000CDCDZZZ二、计算 B、C、D 母线处发生单相或两相接地短路时出现的最大、最小零序电流（1）当、均投入运行时1G1T2G2T3T4TB 母线：KAZZEIBBsKB962. 0201)1 . 1(0KAZZEIBBsKB790. 0201)1(0C 母线：KAZZEICCsKC393. 0201)1 . 1(0KAZZEICCsKC405. 0201)1(0D 母线：KAZZEIDDsKD180. 0201)1 . 1(0KAZZEIDDsKD205. 0201)1(0（2）当、投入运行时1G1T2G2T3TB 母线：KAZZEIBBsKB786. 0201)1 . 1(0KAZZEIBBsKB724. 0201)1(0C 母线：KAZZEICCsKC360. 0201)1 . 1(0KAZZEICCsKC387. 0201)1(0D 母线：KAZZEIDDsKD173. 0201)1 . 1(0KAZZEIDDsKD200. 0201)1(0（3）当、投入运行时1G1T3T4TB 母线：KAZZEIBBsKB795. 0201)1 . 1(0KAZZEIBBsKB599. 0201)1(0C 母线：KAZZEICCsKC362. 0201)1 . 1(0KAZZEICCsKC348. 0201)1(0D 母线：KAZZEIDDsKD173. 0201)1 . 1(0KAZZEIDDsKD189. 0201)1(0（4）当、投入运行时1G1T3T本科生课程设计（论文）10B 母线：KAZZEIBBsKB660. 0201)1 . 1(0KAZZEIBBsKB557. 0201)1(0C 母线： KAZZEICCsKC331. 0201)1 . 1(0KAZZEICCsKC333. 0201)1(0D 母线：KAZZEIDDsKD166. 0201)1 . 1(0KAZZEIDDsKD185. 0201)1(02.1.1 零序电流 段动作电流的整定一、保护 1 零序电流 I 段（1）、运行1G1T2G2T3T4T取两相接地短路)1(0)1 . 1(0KBKBIIkAZZZZZZZIITTABTTTTKBB385. 04302143)1 . 1(00（2） 、运行1G1T2G2T3T取两相接地短路)1(0)1 . 1(0KBKBIIkAZZZZZIITABTTTKBB449. 030213)1 . 1(00 最大运行方式为：、运行1G1T2G2T3T保护 1 的 I 段动作电流为：KAIKIBrelop6164.1449. 032 . 1301. 0二、保护 2 零序电流 I 段（1）、运行1G1T2G2T3T4T取单相接地短路)1(0)1 . 1(0KCKCIIkAIIKCC405. 0)1(00 （2） 、运行1G1T2G2T3T取单相接地短路)1(0)1 . 1(0KCKCIIkAIIKCC387. 0)1(00 最大运行方式为：、运行1G1T2G2T3T4T保护 2 的 I 段动作电流为：KAIKICrelop458. 1405. 032 . 1302. 0三、保护 3 零序电流 I 段（1） 、运行1G1T2G2T3T4T取单相接地短路)1(0)1 . 1(0KDKDIIkAIIKDD205. 0)1(00 （2） 、运行1G1T2G2T3T取单相接地短路)1(0)1 . 1(0KDKDIIkAIIKDD200. 0)1(00本科生课程设计（论文）11 最大运行方式为：、运行1G1T2G2T3T4T保护 3 的 I 段动作电流为：KAIKIDrelop738. 0205. 032 . 1303. 02.1.2 灵敏度校验一、保护 1 的最小保护范围计算设 （） ，则ABAKZZk11101 k,4040,40,20101011111kZkZkZBKAKAK(1)、运行1G1T3T4T8/ )4070)(41 ()()(2030114300101111111111kkZZZZZZkZZZZTTBKAKTKAKTGK 取单相接地短路)1(0)1 . 1(00111KBKBKKIIZZ8/ )4070)(41 ()2030(23/115211101)1(011kkkZZEIKKsKBKAIIkkkZZZZZZZIIOPKTTABTTTBKKBk5084. 1375.6870203/1158471. 001114301430)1(00111得，满足灵敏度要求%15%7 .331k(2)、运行1G1T3T11/ )40100)(41 ()()(203011300101111111111kkZZZZZkZZZZTBKAKTKAKTGK 取单相接地短路)1(0)1 . 1(00111KBKBKKIIZZ11/ )40100)(41 ()2030(23/115211101)1(011kkkZZEIKKsKBKAIIkkkkZZZZZIIopKTABTTBKKBK5084. 1311/ )40100)(41 ()2030(23/115114101. 00111130130)1(00111得，满足灵敏度要求%15%37.401k 根据、，最小运行方式为：、运行1G1T3T4T 保护 1 的 I 段最小可以保护线路 AB 全长的 33.7%二、保护 2 的最小保护范围计算本科生课程设计（论文）12设 （） ，则BCBKZZk22102 k202140,2022kZkZBKBK（1）、运行1G1T3T4T20430102111110475.18)()(20502222kZZZZZZkZZZZZBKTTABTKBKABTGK 取单相接地短路)1(0)1 . 1(00122KCKCKKIIZZ2201)1(004075.18)2050(23/1152222kkZZEIIKKsKCK得，满足灵敏度要求KAIIopK422. 132. 002%15%66.262k（2）、运行1G1T3T 203010211114027.27)(20502222kZZZZZkZZZZBKTABTKAKTGK 取单相接地短路)1(0)1 . 1(00122KCKCKKIIZZ2201)1(004027.27)2050(23/1152222KKZZEIIKKsKCK得，满足灵敏度要求KAIIopK422. 132. 002%15%161k 根据、，最小运行方式为：、运行1G1T3T 保护 2 的 I 段最小可以保护线路 BC 全长的 16%三、保护 3 的最小保护范围计算设 （） ，则CDCKZZk33103 k303180,4033kZkZCKCK（1）、运行1G1T3T4T 3004301031111110875.58)()(40703333kZZZZZZZkZZZZZZCKBCTTABTKCKBCABTGK若 ,则取单相接地短路3301kKZZ)1(0)1 . 1(0KDKDII3301)1(008075.58)4070(23/1152333kkZZEIIKKsKDK得，满足灵敏度要求KAIIopK7272. 033. 003%15%97.463k本科生课程设计（论文）13此时，与矛盾326.96,788.883301KKZZ3301KKZZ所以，取两相接地短路3301KKZZ)1(0)1 . 1(0KDKDII)8075.58(240703/11523301)1 . 1(00333kkZZEIIKKsKDKKAIIopK7272. 033. 003得，满足灵敏度要求%15%20.433k（2）、运行1G1T3T300301031111118027.67)(40703333kZZZZZZkZZZZZZCKBCTABTKCKBCABTGK若 ,则取单相接地短路3301kKZZ)1(0)1 . 1(0KDKDII3301)1(008027.67)4070(23/1152333kkZZEIIKKsKDK得，满足灵敏度要求KAIIopK7272. 033. 003%15%65.413k此时，与矛盾59.100,66.863301KKZZ3301KKZZ所以，取两相接地短路3301KKZZ)1(0)1 . 1(0KDKDII)8027.67(240703/11523301)1 . 1(00333kkZZEIIKKsKDK得，满足灵敏度要求KAIIopK7272. 033. 003%15%68.343k 根据（1） 、 （2） ，最小运行方式为：、运行1G1T3T 保护 3 的 I 段最小可以保护线路 CD 全长的 34.68%2.1.3 动作时间的整定因为零序电流 I 段是无时限零序电流保护，不必加延时元件，所以其整定的动作延时为 0即，保护 1、2、3 的动作时间：stttIopIopIop0321本科生课程设计（论文）142.2 零序电流零序电流段整定计算保护 1 的段与保护 2 的 I 段配合，保护 1 的分支系数1minI2. 0II1. 0/bopIIrelopkIKI5 . 23075001minABBCbIIk KAIop626. 05 . 2/422. 11 . 1II1. 0灵敏度校验：最小运行方式为、运行1G1T3T4T流过保护 1 的最小零序电流KAZZZZZZIITTABTTTKB2096. 0430143)1(0min0 不满足灵敏度要求3 . 1005. 1626. 02096. 0331. 0min01IIopIIsenIIK所以，保护 1 的段与保护 2 的段配合，保护 2 的分支系数1minII2. 0II1. 0/bopIIrelopkIKI12minbkKAkIKIbopIIrelop80. 01/7272. 01 . 1/2minI3. 0II2. 0KAIop352. 05 . 2/80. 01 . 1II1. 0满足灵敏度要求3 . 179. 1352. 02096. 0331. 0min01IIopIIsenIIK所以，保护 1 的段动作电流：KAIop352. 0II1. 0保护 1 的段动作时间与保护 2 的段动作时间配合：sttttttIopIIopIIop0 . 15 . 05 . 003212.3零序电流零序电流段整定计算保护 1 的段与保护 2 的段配合KAkIKIbopIIIrelop352. 05 . 2/80. 01 . 1/1minII2. 0III1. 0灵敏度校验：最小运行方式为、运行1G1T3T4T作为近后备：满足灵敏度要求3 . 179. 1352. 02096. 0331. 0min01IIIopBIIIsenIIK作为远后备：满足灵敏度要求2 . 173. 2352. 0320. 0331. 0min01IIIopCIIIsenIIK本科生课程设计（论文）15已知母线 D 零序过电流保护动作时限为 0.5s所以保护 1 的段零序电流保护的动作时间与保护 2 的段动作时间配合：sttttttIIopIIopIIIop5 . 15 . 05 . 05 . 0321第 3 章 零序保护原理图的绘制与动作过程分析如图 3.1 所示是零序保护原理图： 图 3.1 三段式零序电流保护原理图以保护 1 为例，三段式零序电流保护的展开图如图 3.2 所示其中为交流回路， 图 3.3 为直流回路，图 3.4 为信号回路。图 3.2 三段式零序电流保护展开图交流回路图 3.3 三段式零序电流保护展开图直流回路本科生课程设计（论文）16图 3.4 三段式零序电流保护展开图信号回路各保护的动作过程分析：以线路 AC 为例，如图所示已知各保护的保护范围：1QF：I 段 AM，段 AP，段 C 母线以后2QF：I 段 BN，段、段 C 母线以后3QF： C 母线以后（1）故障发生在 AM 间时,由 1QF 的 I 段切除故障动作的继电器：1QF：1KA、KM、1KS、2KA、3KA2QF、3QF：不动作（2）故障发生在 MB 间时,由 1QF 的段切除故障动作的继电器：1QF： 2KA、1KT、2KS、3KA2QF、3QF：不动作（3）故障发生在 BP 间时,由 2QF 的 I 段切除故障动作的继电器：1QF：2KA、3KA 2QF：1KA、KM、1KS、2KA、3KA3QF：不动作（4）故障发生在 PN 间时,由 2QF 的 I 段切除故障动作的继电器：2QF：1KA、KM、1KS、2KA、3KA1QF、3QF：不动作（5）故障发生在 NC 间时,由 2QF 的段切除故障动作的继电器：2QF：2KA、1KT、2KS、3KA1QF、3QF：不动作本科生课程设计（论文）17第 4 章 MATLAB 建模仿真分析用 MATLAB 仿真分析系统的电流电压变化过程：采用 MATLAB 软件中的 Simulink工具箱，先进行图形模块的建立和联接，连入测量元件示波器测量电流电压，再运行程序进行波形仿真。模块联接及仿真波形如图 4.1 和图 4.2 所示：图 4.1MATLAB 仿真模块联接图 4.2系统仿真波形 本科生课程设计（论文）18第 5 章 课程设计总结本次课程设计的是采用零序电流保护的电力系统继电保护装置，主要针对方向是输电线路的零序保护。这对电力系统的稳定性至关重要。本文包括绪论 、输电线路零序电流保护整定计算、零序保护原理图的绘制与动作过程分析、MATLAB 建模仿真分析、课程设计总结五个部分。系统在正常运行时，不可能总工作于最大运行方式相爱。因此当运行方式变小时，电流保护的保护范围将缩短，灵敏度降低；零序保护广泛应用于中性点直接接地的电网中作为接地短路保护。其中包括在每个保护上装设三段式电流保护装置，经零序电流滤过器获得零序电流后测量其是否达到保护的动作电流已达到切除故障段的目的。其中在计算灵敏度的同时要注意的问题就是每个保护的动作时间要计算准确，这对后续的积善至关重要。灵敏度的计算同时也是很重要的一环，这能影响到计算所得的灵敏度是否满足系统的要求。上述工作完成后接下来对设计提出的最小保护范围和动作时间进行相应的计算分析，在计算中由于对概念和动作过程了解的不够详细，计算灵敏度的时候会也出现了错误。计算出来的数据一定要留出一定的裕量，方便实际中的断路器和其他元件电气参数的合理选取。本次课设让我收获了很多知识，也让我懂得了一些理论数据在理论计算中可以成立，但是在实际的运行过程中还是需要进行一些调整以符合实际的运行状态。本科生课程设计（论文）19参考文献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，2002.34 于海生 编著 微型计算机控制技术 清华大学出版社 2003.45 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 2007.36 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