三段式电流保护整定计算和建模仿真

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辽宁工程技术大学       

 电力系统继电保护 课程设计 

设 计 题 目   三段式电流保护整定计算和建模仿真                                        

指 导 教 师             刘健辰                                                          

院（系、部）           电控学院                 

专 业 班 级         智能电息工程                                        

学       号          1305080116                                              

姓       名            苏小平                                                   

日       期             2017.1.9                 

课程设计标准评分模板

本次课程设计的目的在于通过对于一个简单电网进行三段式电流保护的整定计算和建模仿真，巩固和运用三段式电流保护理论知识，熟悉Matlab仿真软件的使用方法，培养学生分析和解决实际工程问题的能力。

简单电网结构图如下：

系统参数如下：

G1：，；G2：，；

G3：，；线路阻抗，

，， ， 

，，，，，，。  ，，，见班级数据表；

系统运行方式：发电机最多三台并联运行，最少一台，线路最多三条运行，最少一条。

设计说明书内容：

1、任务书

2、确定保护3在系统最大、最小运行方式下的等值阻抗。

3、整定保护1、2、3的电流速断整定值，并计算各自的最小保护范围。

4、整定保护2、3的限时电流速断整定值，并校验灵敏度要求（）。

5、整定保护1、2、3的过电流整定值，假定母线E过电流动作时限为0.5s，校验保护1作为近后备，保护2和3作为远后备的灵敏度。

6、仿真验证保护3的三段保护动作情况（设置短路点在线路首段、末端和下级线路出口处，仿真计算短路电流，比较整定值，分析保护动作情况）。

7、结论

电网13-1班数据

2）将自己姓名填入表中

参考文献    9

一  课程设计目的

继电保护的基本要求：可靠性、选择性、速动性、灵敏性。这四个基本特性是评价继电保护性能的基础，在他们之间，既有矛盾的一面，又要根据被保护元件在电力系统中的作用，使以上四个基本要求在所配置的保护中得到统一。继电保护的科学研究、设计、制造和运行的大部分工作也是围绕如何处理好这四者的辩证统一关系进行的。相同原理的保护装置在电力系统不同位置的元件上如何配置和配合，相同的电力元件在电力系统不同位置安装时如何配置响应的继电保护，才能最大限度地发挥被保护电力系统的运行效能，充分体现着继电保护工作的科学性和继电保护工程时间段技术性。

通过做此次三段式电流保护的课设，可以让我们更加清除明白电流速断、限时速断、过电流保护的原理与整定原则还有适用场合。在做课设的过程中，肯定会收获很多，不仅对书本内容的理解更为深刻，同时锻炼我们学会应用自己所学到的知识来解决实际问题。

二  课设内容

由已知可得：          

1  最大运行方式和最小运行方式下的等效阻抗

1.1 最大运行方式下等效阻抗：

1.2 最小运行方式下等效阻抗：

2  整定保护1、2、3的电流速断整定值，并计算各自的最小保护范围

最大短路电流：

速断定值：

最小保护范围：

2.1 对于保护1，母线E最大运行方式下短路电流为：

相应的速断定值为：

最小保护范围计算式为：

即1处的电流速断保护在最小运行方式下没有保护区。

2.2 对于保护2，母线E最大运行方式下短路电流为：

相应的速断定值为：

最小保护范围计算式为：

即2处的电流速断保护在最小运行方式下没有保护区。

2.3 对于保护3，母线E最大运行方式下短路电流为：

相应的速断定值为：

最小保护范围计算式为：

即3处的电流速断保护在最小运行方式下没有保护区。

    上述计算表明，在运行方式变化很大的情况下，电流速断保护在较小运行方式下可能没有保护区。

3  整定保护2、3的限时电流速断整定值，并校验灵敏度要求（）

限时电流速断定值：

线路末端最小运行方式两相短路电流：

灵敏度：

3.1 整定保护2的限时电流速断定值为：

D处最小运行方式两相短路电流为：

保护2处灵敏度：

即不满足的要求

3.2 整定保护3的限时电流速断定值为：

C处最小运行方式两相短路电流为：

保护3处灵敏度：

即不满足的要求

    可见，由于运行方式变化太大，2、3两处的限时电流速断保护灵敏度都远远不能满足相应要求。

4  整定保护1、2、3的过电流整定值，假定母线E过电流动作时限为0.5s，校验保护1作为近后备，保护2和3作为远后备的灵敏度。

过电流整定值计算公式：

所以有：

同理，得：

最小运行方式下流过保护元件的最小短路电流公式：

所以有：

    所以由灵敏度公式可知，保护1作为近后备的灵敏度为：

    满足近后备保护灵敏度要求。

    保护2作为远后备的灵敏度为：

    满足远后备保护灵敏度要求。

    保护3作为近后备的灵敏度为：

    满足近后备保护灵敏度要求。

    保护动作时间：

5  仿真验证

保护3的三段式电流保护的整定值分别为：3020A， 1330A， 609A

1）系统模型：

图1 系统模型

a.短路点在本级线路末端：

三段式电流保护的动作情况：

图2  三相短路电流

三段式电流保护的动作情况：

图3  三段式电流保护动作

b.短路点在下级线路出口处：

故障出三相电流：

图4  三相短路电流

三段式电流保护的动作情况：

图5  三段式电流保护动作

由图2可知，三段式电流保护的动作情况为：断路器在时间为0.5s处动作，由于限时速断段的动作时间为0.5s，而故障开始时间为0.2s，所以在二段动作时间范围内，即当下级线路出口处发生三相短路故障时，继电保护装置3的限时速断段动作切除故障线路。

比较短路点在下级线路出口处和本线路末端，二者在短路发生后，三段式电流保护的动作情况是一致的。

c短路点在本级线路的首端：

图6  三相短路电流

图7  三段式电流保护动作

    由图6可以看出，相比于短路点在下级线路和本级线路的末端而言，短路变流变大，而且大出很多，同时观察图7可以看出三段式电流保护在时间不到0.1s处便动作了，而且动作时间极短，大致低于0.06s因此可知，当线路首端发生短路故障时，由三段式电流保护的速断段动作将故障线路切除。

三  设计总结

相间短路的三段式电流保护，利用短路故障时电流显著增大的故障特征，形成判据构成保护，其中，速断段按照躲开本级线路末端最大短路电流整定，保护本线路的一部分，限时速断保护按照躲开下级速断保护短路整定，保护本线路全长，速断和限时速断的联合工作，保证本线路被快速、灵敏的切除故障，过电流保护按照躲开最大负荷电流作为本线路和相邻线路短路时的后备保护。在本次课设的仿真过程中，结果是当本级线路发生三相短路故障时，由保护3的速断段将故障切除，当本级线路末端和下级线路出口处发生三相短路故障时，由保护3的限时速断段将故障切除。

参考文献

[1] 张保会，尹项根.电力系统继电保护-2版.北京：中国电力出版社，2009.12

[2] 孟祥萍，高嬿.电力系统分析-2版.北京:高等教育出版社，2010.12

[3] 黄家裕，孙德昌.电力系统数字仿真[M].北京：中国电力出版社，2003.

[4] 李光琦.电力系统暂态分析[M].2版.北京：中国电力出版社，2003.