电力系统载波保护应用设计.doc
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1、电力系统仿真实训报告 题 目:载波保护设计学生姓名:学 号:1267130235专 业:电气工程及其自动化班 级:电气2012-2班指导教师:内蒙古科技大学课程设计任务书课程名称电力系统继电保护原理设计题目载波保护方法应用设计指导教师时间1周一、教学要求电力系统继电保护课程设计是培养学生应用理论知识的一种综合训练。本课程设计教学要求是:(1)理论与实践紧密联系;(2)学习电力系统保护的配置原则以及整定计算方法。(3)训练学生工程CAD制图方法。(4)学习保护配置原则、整定原则、灵敏系数要求以及灵敏系数校验方法。通过课程设计,使学生系统地掌握电力系统保护配置、整定计算方法与目的。二、设计资料及参
2、数(一)设计原始资料1、待设计电网或变电所系统图2、系统运行的两种方式 3、三相供电系统4、电网电压等级为110kV三、设计要求及成果1、对于反映单端电气量变化的继电保护装置,由于反映的是单端电气量,所以保护不能正确地反映是本线路末端故障还是相邻线路的首端故障。所以设计时,为了保证保护的选择性,在全线路任意一点故障时,保护不可能都能无时限地动作,需加时限来保证。2、而对于反映双端电气量变化的继电保护装置,由于反映的是双端电气量,所以保护能正确地反映本线路内任意一点故障,即在全线路任意一点故障时,保护都能无时限地动作。但此种保护的保护区只在本线路内,所以,不能作为相邻线路的后备保护。所以说,这两
3、种保护各有优缺点,一般配合使用。3、分析现有载波保护的元件构成及通信方式的不足,有针对性地提出可行性方案。4、按照任务书规定的内容和进度完成。四、进度安排1、讲解设计目的、要求、方法、任务分工。(2小时)2、查阅资料,熟悉用户任务要求,(0.5天)3、设计保护方案,提出可行性报告(1天)4、查阅图书、资料、产品手册和工具书进行设备校验,绘制继电保护二次展开图(1天)。5、撰写设计说明书(2天)五、评分标准课程设计成绩采用非百分制记法。主要注重量化过程考核,创新能力考核,评分内容和标准如下:(1) 设计态度20%遵守劳动纪律和安全文明实训,准时上下课,不大声喧哗,不随意走动,不做与课程设计无关的
4、事。认真查找资料,主动提出问题,分析问题,解决问题。服从管理,按时完成设计任务。(2) 实践能力20%继电保护装置满足规程要求,可靠性高,设备选择得当,计算、保护、整定等满足要求。保护屏安装规范,布置美观。设计过程有创新,故障判断准确,短路电流计算正确。(3) 方案设计40%课程设计报告包含两部分,设计说明书和图纸。设计说明书要求内容完整,文字流畅,字迹端正,图纸规范,尤其要突出设计创新,采用新方法,新工艺,新设备。设计论证充分,可靠性高。设备选择正确合理,设计心得体会真实可信。(4) 课题说明书20%对课题考核重点理解深刻,能正确、全面地回答问题。若发现有抄袭或请别人代做者,取消参加考核的资
5、格,成绩以零分记录。最后总评以优、良、中、及格、不及格记。六、建议参考资料1电力系统继电保护,张保会,中国电力出版社,2005,第二版2电力系统继电保护原理,贺家李,宋从矩,中国电力出版社,1994,第二版3微机型继电保护基础,杨奇逊,中国电力出版社19884电力系统继电保护原理,王维俭,清华大学出版社,19925知网数据库论文目录摘要:4关键词 41.载波保护设计概述4 1.1设计原始资料4 1.2设计要求及成果4 1.3提出具体设计思路42 高频保护5 2.1高频载波保护5 2.1.1高频载波保护的概念5 2.2电力线载波通信的构成5 2.2.1输电线路5 2.2.2高频阻波器5 2.2.
6、3耦合电容器5 2.2.4连接滤波器6 2.2.5接地开关6 2.2.6高频收、发信机6 2.3、电力线载波通道的特点7 2.3.1无中继器通信距离长7 2.3.2经济和使用方便7 2.3.3工程施工比较简单7 2.4电力线载波通道的工作方式8 2.5电力线载波信号种类9 2.6高频载波保护的保护原理及构成103.闭锁式方向纵联保护11 3.1高频闭锁方向保护概念11 3.2闭锁式方向纵联保护的工作原理114.闭锁式距离纵联保护11 4.1方案说明11 4.2闭锁式距离纵联保护工作原理12 4.3影响方向比较式纵联保护正确巩作的因素13 4.4 闭锁式距离纵联保护评价145.高频载波保护的前景
7、15 5.1载波通讯的不足15 5.2电力载波的应用前景16 5.2.1电力载波在路灯电缆防盗监控系统中的应用16 5.2.2智能小区中的应用17 5.2.3在家居智能化的应用18 5.2.4其它领域的应用186.总结19参考文献20摘要: 高频载波保护,是将电路两端电流相位(或功率方向)信息转变为高频信号,经过高频耦合设备将高频信号加载到输电线路上,输电线路本身作为高频信号的通道将高频载波信号传输到对端,对端再经高频耦合设备将高频信号接收,已实现各端电流相位(或功率方向)的比较。 它是迄今为止得到广泛采用,并预计将来仍将使用的一种线路纵联保护。电力线载波保护只适用于传输“有一无”信息的方向比
8、 较式纵联保护或电流相位比较式纵联保护,以及窄带 移频式的远方跳闸装置。 本文对对高频载波做了简要概述,分别介绍了高频载波保护的概念,高频载波保护的保护原理及构成,输电线路高频载波保护分类,电力线载波通信的构成,电力线载波通道的特点,信号的传输计算,电力线载波通道的工作方式,电力线载波信号种类。并重点介绍了闭锁式距离纵联保护以及他的工作原理及保证动作的因素。关键词 高频载波 电力载波通信 高闭锁式闭锁方向保护 相差高频保护1.载波保护设计概述1.1设计原始资料1、待设计电网或变电所系统图2、系统运行的两种方式 3、三相供电系统4、电网电压等级为110kV1.2设计要求及成果1、对于反映单端电气
9、量变化的继电保护装置,由于反映的是单端电气量,所以保护不能正确地反映是本线路末端故障还是相邻线路的首端故障。所以设计时,为了保证保护的选择性,在全线路任意一点故障时,保护不可能都能无时限地动作,需加时限来保证。2、而对于反映双端电气量变化的继电保护装置,由于反映的是双端电气量,所以保护能正确地反映本线路内任意一点故障,即在全线路任意一点故障时,保护都能无时限地动作。但此种保护的保护区只在本线路内,所以,不能作为相邻线路的后备保护。所以说,这两种保护各有优缺点,一般配合使用。3、分析现有载波保护的元件构成及通信方式的不足,有针对性地提出可行性方案。4、按照任务书规定的内容和进度完成。1.3提出具
10、体设计思路 1.既要反映单端电气量变化的继电保护装置,正确地反映是本线路末端故障还是相邻线路的首端故障。所以设计时,为了保证保护的选择性,在全线路任意一点故障时,保护不可能都能无时限地动作,需加时限来保证。 2.还要反映双端电气量变化的继电保护装置,由于反映的是双端电气量,所以保护能正确地反映本线路内任意一点故障,即在全线路任意一点故障时,保护都能无时限地动作。但此种保护的保护区只在本线路内,所以,不能作为相邻线路的后备保护。所以说,要同时满足二者要求,建议采用“闭锁式距离纵联保护”。2 高频保护2.1高频载波保护2.1.1高频载波保护的概念 将线路两端的电流相位信息转变为高频信号,经过高频耦
11、合设备将高频信号加载到输电线路上,输电线路本身作为高频信号的通道将高频载波信号传输到对端,对端再经过高频耦合设备将高频信号接收,以实现各端电流相位的比较,这就是高频保护或载波保护。为了在远距离输电线上实现差动保护,必须将线路一端的电气量传送到另一端,广泛采用的方法之一是利用高压输电线本身作通道,以50300kHz的高频电流相互传送两侧电气量,这就是载波保护。又称高频保护。 载波保护应在被保护线路两端配置收、发信机。当收信机收到的信息是保护装置发出跳闸命令的必要条件时,则称为允许跳闸式(简称允许式);当收信机收到信息就不允许发出跳闸命令时称为闭锁跳闸式(简称闭锁式)。控制发信的元件除应有方向性外
12、,其正向保护范围小于被保护线路全长者称为欠范围式;反之若正向保护范围大于被保护线路全长者则称为超范围式。2.2电力线载波通信的构成2.2.1输电线路 三相输电线路都可以用来传递高频信号,任意一相与大地之间都可以组成“相-地”回路。2.2.2高频阻波器 为了使两端发送的高频载波信号只在本线路内传送而不穿越到相邻线路上去,高频阻波器是由电感线圈和可调电容组成的并联谐振回路,当阻波器谐振频率等于高频载波信号频率时,对载波电流呈现出极高的阻抗。而对工频电流,阻波器仅呈现电感线圈的阻抗,不影响工频电能的传输。 2.2.3耦合电容器它是一个高压电容器,电容量极小,对工频电压呈现非常大的阻抗,同时可以防止工
13、频电压侵入高频机和发信机,对高频载波呈现很小的阻抗,只允许通带频率内的高载频电流顺利通过。 2.2.4连接滤波器它是一个可调节的电感的空心变压器,与耦合电容器共同组成带通滤波器,连接滤波器起着阻抗匹配的作用,可以避免高频信号的电磁波在传输过程中发生反射,并减少高频能量的附加衰耗,同时空芯变压器的使用进一步是收发信机与输电线路的高压部分隔离,提高安全性。 2.2.5接地开关接地刀闸也是高频通道的辅助设备。在检修连接滤波器时,用它用来接通接地开关,使耦合电容器下端可靠接地,以保证人身和设备的安全。 2.2.6高频收、发信机高频收发信机的作用是发送和接收高频信号。发信机部分是由继电保护来控制,通常都
14、是在电力系统发生故障时,保护起动之后它才发出信号,但有时也可以采用长期发讯的方式。由发信机发出信号,通过高频通道为对端的收信机所接收,也可为自己一端的收信机所接收。高频收信机接收到由本端和对端所发送的高频信号。经过比较判断之后,再动作于跳闸或将它闭锁。载波通信示意图 图2.12.3、电力线载波通道的特点电力线载波通信是电力系统的一种特有的通电方式,以电力线路为通信通道,通道传输的信号频率范围一般为50400kHz。载频低于40kHz受工频干扰太大,同时通信道中的连接设备的构成也比较困难;载频过高,将对广播等产生严重干扰,同时高频能量衰耗也将大大增加。电力线载波通信也曾在一段时间内成为电力系统应
15、用最广的通信手段,它具有以下优点。2.3.1无中继器通信距离长电力线载波通信距离可达几百公里,中间不需要中及设备,一般的输电线路,只需在线路两端配备载波机和高频信号耦合设备。2.3.2经济和使用方便使用电力线载波通道的装置(继电保护和电力自动化设备等)与载波机之间的距离很近,都在同一变电所内,高频电揽短,由于不需要再架信道,节省了投资。2.3.3工程施工比较简单输电线路建好后,装上阻波器,耦合电容器,集合滤波器,放好高频载波电缆,然后安装载波机,就可进行调试。这些工作都在变电所内进行,基本上不需另外进行基建工程,能较快的建立通信,在不少工期较紧的输变电工程中,往往只有电力载波才能和输变电工程同
16、期建成,可保证输变电工程如期投产。由于输电线载波通道是直接通过高雅输电线路传送高频载波电流的,因此高压线上的干扰直接进入高频载波通道,高压输电线路的电晕和短路等都会不同程度的对载波信号造成干扰。另外,由于高频载波通信速率低,难以满足纵联电流差动保护实时性的要求,一般用来传递状态信号,用于构成方向比较式纵联保护和电流相位比较式纵联保护。输电线路载波通信还被用于对系统运行状态监测的调度自动化信息的传递和电力系统内部的载波电话等。 2.4电力线载波通道的工作方式(1)长时发信方式正常有高频电流方式:在电力系统正常运行工况下发信机不发信,沿通道不传送高频电流,发信机只在电力系统发生鼓掌期间才由保护的启
17、动元件启动发信,因此成为故障启动发信的方式。该方式在电力系统中得到了广泛的采用。自动检查的方法是利用专门的时间元件按规定时间自动启动发信,检查通道,并向值班员发出信号。(2) 短时发信方式正常无高频电流方式:在电力系统正常工作条件下发信机处于发信状态,沿高频通道传送高频电流,因此称之为长期发信方式。其主要优点是使高频保护中的高频通道部分经常处于被监视状态,可靠性高;此外无需收发信机启动元件,使装置稍微简化。他的缺点是因为发信机经常处于发信状态,增加了对其他通信设备的干扰时间;因为经常处于收信状态,外界对高频信号的干扰时间长,要求收信机有更高的抗干扰能力。(3) 移频方式:在电力系统正常运行工况
18、下,发信机处在发信状态,想对端输送出频率为f1的高频电流,这一高频电流可作为通道的连续检查或闭锁保护之用。在线路发生故障时,保护装置控制发信机停止发送频率为f1的高频电流,该发频率为f2的高频你电流。这种方式能监视通道的工作情况,提高了通道工作的可靠性。并且抗干扰能力较强;但是它占用的频带宽,通道利用率低。移频方式在国外已得到了广泛的应用。2.5电力线载波信号种类 按照高频载波通道传送的信号在纵联保护中所起不同作用,将电力载波信号分为闭锁信号,允许信号和跳闸信号。(1) 闭锁信号。闭锁信号是阻止保护动作于跳闸的信号。换句话说,无闭锁信号是保护于跳闸的必要条件。只有同时满足以下两个条件时保护才能
19、动作于跳闸:1) 本端保护原件动作;2) 无闭锁信号。闭锁信号逻辑的方框图 图2.2(2) 允许信号。允许信号是允许保护动作于跳闸的信号。换句话说,有允许信号是保护动作于跳闸的必要条件。只有同时满足以下两个条件时,保护装置草能动作于跳闸:1) 本端保护元件动作;2) 有允许信号。表示允许信号的逻辑框图 图2.3(3) 跳闸信号。跳闸信号是直接引起跳闸的信号,换句话说,收到跳闸信号是跳闸的充要条件。表示跳闸信号的逻辑框图 图2.42.6高频载波保护的保护原理及构成 高频保护基本原理是反映并比较被保护线路两端电流的大小和相位。即将两端的电气量调制成高频信号,利用高频通道将高频信号相互送到对侧,再由
20、各自的保护装置将收到的对侧信号与本侧的信号进行比较,判断是内部还是外部的,从而决定保护是否动作。一般利用输电线路本身,采取“相地”制方式作为高频通道。高频通道工作方式一般采用短路时发信方式(即正常时通道中无高频信号)。将线路两端的电流相位或功率方向转化为高频信号,然后,利用输电线路本身构成高频电流通道,将此信号送至对端,以比较两端电流的相位或功率方向的一种保护装置。 图2.53.闭锁式方向纵联保护3.1高频闭锁方向保护概念 高频闭锁方向保护是以高频通道经常无电流而在外部故障时发出闭锁信号的方式构成的。此闭锁信号由短路功率为负的一侧发出,这个信号被两端的收信机所接收,而把保护闭锁。3.2闭锁式方
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