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1、继电保护课程设计输电线路电流电压保护设计第1章 绪论1第2章 设计的原始资料22.1题目内容22.2课程设计的内容及技术参数参见下表22.3 工作计划：32.4设计需要考虑的问题32.5保护方式的选取及整定计算 3 第3章 输电线路电流保护整定计算43.1保护3在最大、最小运行方式下的等值阻抗43.2保护3在最小运行方式下G2退出运行，L2退出运行等值电路43.3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53.4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63.5整定保护2、3的限时电流速断保护定值，并校验灵敏度73.6整定保护1、2、3的过电流保护定值8第
2、4章 电流保护原理图的绘制与动作过程分析94.1电流三段式保护原理图94.2电流三段式原理展开图10第5章MATLAB建模仿真分析125.1 MATLAB的概述125.2 仿真设计135.3仿真结果135.4结果分析15 第6章 课程设计总结与心得16参考文献16 第1章 绪论 继电保护装置是指能反应电力系统中电气元件发生的故障或不正常远行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。它的基本任务是：（1）自动、迅速、有选择地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行。（2）反应电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件，而动作于发出信号
3、、减负荷或跳闸。一般情况下不要求保护迅速动作，而是根据对电力系统及其元件的程度经一定的延时动作于信号。目前，继电保护装置是以各电气元件作为保护对象的，其切除故障的范围是断路器之间的区段。反应整个被保护元件上的故障，并能以最短的延时有选择性地切除故障的保护称为主保护；当主保护或断路器拒绝动作时，用来切除故障的保护称为后备保护。 电力系统对动作于跳闸的继电保护装置提出了四个基本要求，即选择性、速动性、灵敏性和可靠性。这四个基本要求是分析研究继电保护性能的基础，在它们之间，既有矛盾的一面，又有在一定条件下统一的一面。除了以上四个基本要求以外，选用保护装置时还应该考虑经济性。在保证电力系统安全运行的前
4、提下，尽可能采用投资少、维护费用低的保护装置。 线路相间短路的电流电压保护有三种：第一，无时限电流速断保护；第二，带时限电流速断保护；第三，定时限过电流保护。这三种相间短路电流电压保护分别称为相间短路电流保护第段、第段和第段。其中第段和第段作为线路主保护，第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。第、段统称为线路相间短路的三段式电流电压保护。 第段称为无时限电流速断保护，该段动作时间快但是不能保护线路全长。第段称为带时限电流速断保护，该段保护在任何情况下均能保护本线路的全长（包括线路末端），但是为了保证在相邻的下一个线路出口处短路时保护的选择性，必须和相邻的无时限电流速断保
5、护配合。第段称为定时限过电流保护，该段保护主要是作为本线路主保护的近后备保护和相邻下一线路（或元件）的远后备保护。 本文主要内容是研究在母线短路时，保护1、2、3的第段、第段和第段的整定值，并检验它们的灵敏度确定它们是否能够保护线路。第2章 设计的原始资料2.1题目内容系统接线图如图： BAG1123L3L2L1EDCG2G3987654系统接线图 2.2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=50km,L3=40km,LB-C=30km,LC-D=50km,LD-E=30km,线路阻抗0.4/km,最大负荷电流IB-C.Lmax=400A,IC-D.Lmax=360A,
6、 ID-E.Lmax=240A,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。
7、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。2.3 工作计划： 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。 2.4设计需要考虑的问题（1） 系统运行方式的考虑 除考虑发电厂发电容量的最大和最小运行方式外，还必须考虑在设备检修或故障切除的情况下，发生短路时流过保护装置的短路电流最大和最小
8、的系统运行方式，以便计算保护的整定值和保护灵敏度。在需采用电流电压联锁速断保护时，还必须考虑系统的正常运行方式。 （2） 短路点的考虑 求不同保护的整定值和灵敏度时，应注意短路点的选择。 （3） 短路类型的考虑 相间短路保护的整定计算应取系统最大运行方式下三相短路电流，以作动作电流整定之用；而在系统最小运行方式下计算两相短路电流，以作计算灵敏度之用。短路的计算选用三相短路或两相短路进行计算均可，因为对保护所取的残余而言，三相短路和两相短路的残余数值相同。 2.5保护方式的选取及整定计算 采用什么保护方式，主要视其能否满足规程的要求。能满足要求时，所采用的保护就可采用；不能满足要求时，就必须采取
9、措施使其符合要求或改用其他保护方式。 选用保护方式时，首先考虑采用最简单的保护，以便提高保护的可靠性。当采用简单保护不能同时满足选择性、灵敏性和速动性要求时，则可采用较复杂的保护方式。 选用保护方式时，可先选择主保护，然后选择后备保护。通过整定计算，检验能否满足灵敏性和速动性的要求。当采用的保护不能很好地满足选择性或速动性的要求时，允许采用自动重合闸来校正选择性或加速保护动作。 第3章 输电线路电流保护整定计算3.1保护3在最大、最小运行方式下的等值阻抗保护3的最大运行方式：三台发电机及线路L1、L2、L3同时投入运行，等效电路图如图3.1 图3.1 最大运行方式在最大运行方式下，短路电流最大
10、，阻抗最小如图所示，根据任务书所给参数可以计算出：，可得： 3.2保护3在最小运行方式下G2退出运行，L2退出运行等值电路保护3在最小运行方式下G2退出运行，L2退出运行等效电路图如图3.2. 图3.2 最小运行方式同理，最小运行方式下，短路电流最小，阻抗最大3.3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当系统在最小运行方式下运行时C母线短路，此处有最大的短路电流为： 当系统在最大运行方式下运行时C母线短路,此处有最小的短路电流为： 对于D 、E母线发生相间短路的最大,最小短路电流计算,同样的道理： 3.4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由于电
11、流速断保护的动作电流应躲过本线末端的最大短路电流，故应考虑最小运行方式下的三相短路电流.故有，保护1、2、3的第段的动作电流为：当最小灵敏度大于时,满足保护设计要求,经计算都满足。3.5整定保护2、3的限时电流速断保护定值，并校验灵敏度 由于无时限电流速断保护只能保护线路的一部分,而该线路的剩下部分的短路故障必须依靠另外一种电流保护,即带时限的电流速断保护。对于此种保护的动作电流和动作时间的整定分别为: 其中为时限阶段,它与短路器的动作时间,被保护线路的保护的动作时间误差等因素有关.这里我们取=0.5S ,所以对于保护3的电流保护的第段的动作电流应与相邻线路电流保护的第段相配合, 分支系数为:
12、=1即所以该处电流保护的第段的灵敏度为:1.3故不满足灵敏度的要求。断路器3QF处电流保护的第段与相邻线路电流保护的电流保护的第段相配合。即有 此时的灵敏度: 1.3 不满足要求。此时断路器3QF处电流保护的第段动作时间和断路器2QF处电流保护的第段动作时间相配合： 对于保护2QF的电流保护的第段与相邻线路1QF电流保护的电流保护的第段相配合。此时的灵敏度1.3不满足要求。3.6整定保护1、2、3的过电流保护定值整定保护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。定时限过电流保护的作
13、用是作本线主保护的后备保护,即近后备保护,并做相邻下一线路的后备保护,即远后备保护。因此，它的保护范围要求超过相邻线路的末端。故保护1可以作E点的近后备保护。故保护2可以作E点的远后备保护。故满足灵敏度的要求。 第4章 电流保护原理图的绘制与动作过程分析4.1电流三段式保护原理图图4.1 三段式电流保护原理接线图如图所示1KA、2KA是A、C三相电流保护段的测量元件； 3KA、4KA是A、C三项电流保护段的测量元件； 5KA、6KA、7KA是A、C三相电流保护段的测量元件； KM是中间继电器；1KT、2KT是电流保护、段的逻辑延时元件；1KS、2KS、3KS是电流保护、段动作的报警用信号元件。
14、在该保护的第段保护范围内发生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、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。每个继电器都由感受元件、比较元件和执行元件三个主要部分组成。感受元件用来测量控制量(如电压、电流等)的变化，并以某种形式传送到比较元件；比较元件将接收到的控制量与整定值进行比较，并将比较结果的信号送到执行元件；执行元件执行继电器功作输出信号的任务。4.2电流三段式原理展开图电网的三段式电流保护的作用，
