30、110kV输电线路零序电流保护设计.docx

辽宁工业大学电力系统继电保护课程设计（论文）题目：IlOkV输电线路零序电流保护设计（5）院（系）：电气工程学院专业班级：电气104学号：100303135学生姓名：付瑶指导教师：（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100303135学生姓名付瑶专业班级电气104课程设计（论文）题目IlokV输电线路零序电流保护设计（5）Z.co=4O DZo. cd=80s. I ×课程设计内容及技术参数参见下表设计技术参数一E =1153¼KL=L2, K胃= KT = I.1, 系统中各元件及线路负序阻抗与 正序阻抗相同,其他参数见图。计算最大与最小零序电流，应 根据当ZIEVZoZ时,贝:有/给瞰 反之，当Zlz>Z0z时，则有7（0 7（.）1O.k1O.k °工作量L计算B母线、C母线、D母线处正 序（负序）及零序综合阻抗Zl>ZOo 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最大、 最小零序电流。3 .整定保护1、2、3零序电流I段 定值，并计算各自最小保护范围。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II定值，并校验灵敏度。5 .整定保护1零序In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 保护动作时限，校验保护1零序HI段 灵敏度。6 .绘制零序三段式电流保护原理接 线图。并剖析动作过程。7 .采用MATLAB建立系统模型进行仿 真剖析。续表进度计划第一天：收集资料，确定设计方案。第二天：综合阻抗Zl£、ZOE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II段。第六天：整定保护1零序HI段定值第七天：绘制保护原理图。第八天：MATLAB建模仿真剖析。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%以百分制计算我国IlokV及以上电力系统均为大电流接地系统，单相接地短路将产生很大故障相电流与零序电流。三相式保护虽然对接地短路有保护作用。但该保护动作电流必须大于最大负荷电流。因而灵敏度往往不够。所以必须采用零序电流保护装置作为接地保护是必要。零序电流保护分为四段式，分别为主保护/段，段。后备保护/段，/V段。在本设计当中，计算部分首先确定系统最大最小运行方式，再通过零序电流保护各段整定原则计算出保护1、2、3无时限零序电流保护动作电流与动作时限整定值，算出各自最小保护范围以完成灵敏度校验。之后计算出保护2,3带时限零序电流保护动作电流值，然后通过最小运行方式校验带时限电流保护灵敏度。最后对保护1进行零序三段整定计算。图形部分画出零序电流保护原理图以及展开图。并介绍了方向性零序保护原理图。系统控制部分设计了对零序电流保护控制。并剖析了动作过程。关键词：零序电流；单相接地；灵敏度；原理图目录1-'Vta5第2章输电线路号序电流保护整定计算62.1 零序电流I段整定计算61. 1.1零序电流I段动作电流的整定错误!未定义书签。2. 1.2灵敏度校验83. 1.3动作时间的整定102.2 零序电流11段整定计算102.3 3零序电流IH段整定计算错误!未定义书签。第3章零序保护原理图的绘制与动作过程分析错误!未定义书签。第4章MATLAB建模仿真分析错误!未定义书签。第5章课程设计总结14参考文献15第1章绪论1.1 零序电流保护概况本文是针对IIokV输电线路采用零序电流保护方法进行继电保护设计。在正常负荷下，零序电流没有或者很小；当发生接地故障时.，就一定有零序电流产生。据统计，接地短路故障约占总故障次数93%。所以，采用零序电流保护装置作为接地短路保护是必要。零序电流保护装置简单，动作电流电流小，经济可靠，灵敏度高，正确动作率高。因此率序电流保护在中性点直接接地高压，超高压输变电系统中到了广泛应用。零序电流I段保护动作原则是：（1）躲过本线路末端接地短路时最大三倍零序电流。（2）躲断路器三相触头不同时合闸而出现最大零序电流。整定值应选取较大一个。灵敏I段是按条件（1）或（2）整定。零序电流II段保护动作原则是：与相邻线路零序电流I段配合。灵敏性校验原则是按本线路末端发生接地故障时最小零序电流校验。要求灵敏度大于等于1.5。若不满足要求，改与相邻线H段配合。零序电流In段保护动作原则是：躲下级线路出口三相短路时流过保护装置最大不平衡电流。灵敏性校验遵循原则是：近后备按被保护线路末端短路时，流过保护最小三倍零序电流校验。远后备按相邻线路末端短路时，流过保护最小三倍零序电流校验。动作时间按阶梯时限原则来选择应用零序电流保护优点是零序过电流保护灵敏度高，受系统运行方式影响要小，不受系统振荡与过负荷影响，方向性零序电流保护没有电压死区，简单、可靠。零序电流分布与变压器中性点接地多少与位置有关；大小与线路及中性点接地变压器零序阻抗有关。在同一线路上零序过电流保护与相间短路过电流保护相比，将具有较小时限，这是零序过电流保护一大优点。零序电流保护缺点是对短线路或运行方式变化很大时，保护往往不能满足要求，单相重合闸过程中可能误动，当采用自耦变压器联系两个不同电压等级电网时，将使保护整定配合复杂化，且将增大第III段保护动作时间。1.2 本文主要内容1 .计算B母线、C母线、D母线处正序（负序）及零序综合阻抗Zig、Z0o2 .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最大、最小零序电流。Z>5=(ZGl+27-1)(zc2+Z2)+Z14=(18+10)/(18+10)+20=343 .整定保护1、2、3零序电流I段定值，并计算各自最小保护范围。4当Z.=Zw+Z.=34C+20C=54CB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L11定值，并校验灵敏度。5 .整ZE=Z.+Ze=54C+40C=94C定保护1零序In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、3零序过电流保护动作时限，校验保护1零序11I段灵敏度。6 .绘制零序三段式电流保护原理接线图。并剖析动作过程。第2章输电线路零序电流保护整定计算Zi.cd=40 DZo. cd=80w IVtS2.1零序电流I段整定计算系统接线图如图：图2.1系统接线图一、计算各母线处正序(负序)与零序综合阻抗z,(1)当Gl、Tl>G2、T2、73、均投入运行时：图2.2等值正序(负序)网络图图2.3等值零序网络图母母母1(I(2)当Gi、为、G2、T2、%投入运行时：图2. 4 图2. 5B 母C 母D 母(3)r(l) .OKIi -E1= ",/K = 0.777公 Zib ÷2Z0yfi 34 + 2x25.712Zo + ¾o入运行时11532x108 + 147.27= 0.183M等值正序(负序)网络图等值零序网络图投 、 、Tl Gl> 线线线当图2.6等值正序(负序)网络图图2.7等值零序网络图B母线：C母线：D母线：(4)当Gi、八、八投入运行时图2.8等值正序(负序)网络图图2.9等值零序网络图l.l)M母母母BCDES,B + 2Zoeb1153- 48 + 2x18.75线二01TIkA 线线二、计算B、C、D母线处发生单相或两相接地短路时出现最大、最小零序电流(1)当Gl、Tl,G2、T2、T3、74均投入运行时B母线：C母线：D母线：(2)当Gi、Ti.G2、T2、%投入运行时B母线：C母线：D母线：(3)当Gl、Tl.T3、74投入运行时B母线：C母线：D母线：(4)当f-G、八、二投入运行时B母/：%)=0.648ZA线：C母4b+2Z°DJ48÷2x27.27线：D母线：Z 皿=Zgc + Zicd= 54 + 40 = 94rd-1) _ OKD 纥1153- 108 +2× 147.27= 0.165 AA2.1.1零序电流I段动作电流整定一、保护1零序电流I段(1) Gl、八、G2、72、%、74运行因为所以取两相接地短路(2) Gl>Tl、G2、T2、73运行因TSK为所以取两相接地短路uKdUao所以最大运行方式为：G、Tl、G2、T2、73运行保护II段动作电流为：二、保护2零序电流I段(1)T(Ll).7(1)Gl、TI>G2、T2、T3、74运行IoKB>1OKB因为所以取单相接地短路(3) Gi>Ti>G2、T2、n运行因为取单相接地短路所以最大运行方式为：G1>刖=K33/08=12x3x0.5422=1.952。八、G2、T2、T3、74运行保护21段动作电流为：/晨2=K33/OC=L2x3x0.400=1.44KA三、保kc<kc护3零序电流I段(1) Gi、Ti、G2、T2、T3、74运行因为/花</必取单相接地短路/°。=/必=0.204ZA少</G、G2、T2、力运行因OKDOKD为/版</必取单相接地短路/°。=/必=0.199m所以最大运行方式为：G、为、G2、72、73、74运行保护31段动作电流为：/廉3=K,>34=1.2x3x0.204=0.734ZA2.1.2灵敏度校验一、保护1最小保护范围计算Z设匕=笋(O<Ar1<l),则Z=20占,Z°AK,=401,Z叼=4040占,(I)GI、Tl.T3、74运行vZik,>Zt)ZK).而>偏取单相接地短路得，ki=33.7%>15%满足灵敏度要求(2) GiTi、八运行Z%>Z°二啕>/必取单相接地短路得，用=40.33%>15%满足灵敏度要求根据、，最小运行方式为：G、为、T3、八运行保护II段最小可以保护线路AB全长33.6%二、保护2最小保护范围计算Z设k2=笋(0<心<1)，则ZN=20GZ0%=4O2ABC(1) Gi>Tl>T3、。运行Z>Z°k”.牒>联取单相接地短路.3°=I'=A22KA得，=26.64%>15%满足灵敏度要求(2) G、Ti.73运行.Zi>Zo7>c取单相接地短路3°加2=L418ZA得，k=16%>15%满足灵敏度要求根据、，最小运行方式为：G、Ti、力运行保护21段最小可以保护线路BC全长16%三、保护3最小保护范围计算设汽=4”(0<3<1),则ZICK3=4OZ3,ZOg=80勺Zg(1) GlTl、T3、74运行若ZM>Z。法，则/温>/版取单相接地短路30,=/晨3=0726Z4得,A:3=46.94%>15%满足灵敏度要求此时，Z>=88,788,Zoy.=96.326,与ZLK>Zoy.矛盾I乙八3U乙八3I乙八3U乙八q所以，zikj<zok3,取两相接地短路得，=43.18%>15%满足灵敏度要求(2) Gi、Ti、八运行若ZM>Z。法，则/温>/版取单相接地短路v3Z0=/鼠3=0.724M得，=41.62%>15%满足灵敏度要求此时，Zi=86.66,Zo=100.59,与ZI曷>Z°小矛盾所以，4“VZoez/髓<，必，取两相接地短路.3o,=/；邛3=°724姑得，%=34.66%>15%满足灵敏度要求根据(1)、(2),最小运行方式为：G、Ti>九运行保护31段最小可以保护线路CD全长34.65%2.1.3动作时间整定断路器IQF处无时限电流速断保护动作时间为：,1=05断路器2QF处无时限电流速断保护动作时间为：力2=Os电路器3QF处无时限电流速断保护动作时间为：C=Os2.2零序电流Il段整定计算保护IH段与保护21段配合兄川=K3%1”保护1分支系数-L3=枭2.51OABJU灵敏度校验：最小运行方式为Gi、八、八、八运行流过保护1最小零序电流Zomin = /必ZrI ÷ QB + Z3Z7>4=0.2096KA=3X02096=1.005<1.3不满足灵敏度要求Ik626所以，保护III段与保护211段配合1'OPl=Kj/,/即mini保护2分支系数Mmin23/KH * Omin 八Se川 /一=3-02096 = 1.79>1.3满足灵敏度要求0.352所以，保护III段动作电流：刖=0.352KA保护1II段动作时间与保护2II段动作时间配合:2.3零序电流III段整定计算保护IIn段与保护2H段配合灵敏度校验：最小运行方式为Gi、八、T3、八运行（作为近后备：=3x02096=1.79>1.3满足灵敏度要求Ci0.352V作为远后备：=¾=3x0320=2.73>1.2满足灵敏度要求I/爆0.352已知母线D零序过电流保护动作时限为0.5s所以保护1山段零序电流保护动作时间与保护211段动作时间配合：第3章方向性零序电流保护3. 1方向保护特点变压器 过电流保护性零序及原理零序方向是为防止电力变压器出现单项短路或负载严重不平衡而安装保护电路，在变压器出现单项短路或负载严重不平衡切断高压输出柜，使变压器断电，达到保护变压器与线路安全目。通常保护值设为额定电流25%0零序功率方向保护原理是利用故障线路零序电流滞后零序电压90。，非故障线路零序电流超前零序电压90。特点来实现。即零序功率方向保护是利用故障线路与非故障线路保护安装处零序电流方向相反特点构成。用于零序电流保护不满足要求与接线复杂网络中。目前采用这一原理实现装置在实际电网中应用较多，但对中性点经消弧线圈接地系统此原理无效。是针对中性点非直接接地系统中单相接地保护装置。图3.1静态功率方向继电器图3.2整流型与晶体管型零序功率方向继电器3.2零序电流获取方法在电力系统架空线路上零序电流一般用零序电流过滤器获得，如图所示。图中，三个相电流互感器采用相同型号与变比，按图所示极性接线，当架空线发生接地故障时，零序电流过滤器将输出零序电流.图3.3零序电流过滤器如图所示是用零序电流互感器方式取出线路中零序电流，它用于电缆线路取出零序电流。零序电流互感器有一个铁芯，三相电缆线穿过其铁芯，从铁芯上二次绕组取出线路故障电流中零序电流。故障零序电流互感器不存在因为三相电流互感器激磁电流不对称产生不平衡电流，而只有三相电缆对铁芯不对称而产生不平衡电流，但其值较小。图3.4零序电流互感器第4章零序保护原理图绘制与动作过程剖析4. 1零序电流保护原理图围:IQF：I段AM,H段AP,I11段C母线以后，2QF：I段BN,II段、In段C母线以后3QF：C母线以后若在AM线路中发生AB短路，则故障是由保护IQFI段切除。各继电器动作情况为发生短路各电流继电器动作，但由于是发生AB相短路，所以反应C相2KA,4KA,6KA不动作。又因为是由保护II段切除，所以KM,IKS动作。而除电流继电器其它继电器都不动作。若在BN线路中发生AB短路，则故障是由保护2QFI段切除。各继电器动作情况与上述判断方法一致。即2KA,4KA,6KA不动作，其它电流继电器动作。又是由保护21段切除，所以KMJKS动作，其它继电器不动作。若在MB线路中发生AB短路，则故障是由保护IQFH段切除。各继电器动作情况为IKA,2KA,4KA,6KA不动作，其它电流继电器动作，因为由保护IQFII段切除，所以1KT,2KS动作，其它继电器不动作。第5章MATLAB建模仿真剖析4.1 仿真模型建立用MATLAB仿真剖析系统电流电压变化过程：采用MATLAB软件中Simulink工具箱，先进行图形模块建立与联接，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5.1与图5.2所示：图5.1仿真模型4.2 仿真结果及剖析图5.2系统仿真波形图5.3系统仿真波形系统采用中性点不接地方式时，发生单相接地故障三相间线电压仍然对称，不必马上切除故障部分，提高了供电可靠性。但是接地电流在故障处可能产生稳定或间歇性电弧，将危害整个电网安全运行。若系统改为直接接地，中性点会与故隙点成短路回路，线路上将流过很大短路电流，此时系统不能继续运行，需要迅速切除故障线路。若系统采用中性点经电阻接地，故障点电压、电流波形均得到改善。系统采用中性点经消弧线圈接地时，由于线圈可产生感性电流，与容性电流相互补偿，减少故障故除电流，可以提高供电可靠性。第6章课程设计总结本设计主要是针对输电线路零序电流保护研究，内容主要为零序I段，II段In段整定，方向电流保护原理与零序电流保护原理图以及展开图，并对其短路过程进行了剖析，最后进行了MATERLAB仿真。零序电流保护I段整定是按躲过本线路末端在最大运行方式下故障时，流过本保护最大零序电流。零序II段是与相邻线路零序I段动作电流相配合。零序III段按躲过被保护线路末端在最大运行方式下发生三相短路时，流过本保护最大不平衡电流。零序功率方向保护原理是利用故障线路零序电流滞后零序电压90o,非故障线路零序电流超前零序电压90。特点来实现。零序电流保护原理图以及展开图是根据发生短路时继电保护装置动作情况而画出，展开图分为交流回路，直流回路，信号回路。最后运用MATERLAB知识对其进行了仿真实验。参考文献1于永源，电力系统剖析（第二版），北京：中国电力出版社，20042何仰赞电力系统剖析（第三版）。武汉，华中科技大学出版社，20013陈强，MATLAB全攻略宝典，北京：中国水利水电出版社，20004祝淑萍，电力系统剖析课程设计，北京，中国电雷出版社，20075梅丽凤等编著单片机原理及接口技术清华大学出版社2009.76许建安编著电力系统微机继电保护中国水利水电出版社2003.67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网赵晶主编Protel99高级应用.人民邮电出版社，2000：18-259何仰赞等编著电力系统剖析武汉：华中理科技学出版社，2002.310于海生编著微型计算机控制技术清华大学出版社2003.4Ull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.