河南理工繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)

1、理工大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告（20162017 學(xué)年第二學(xué)期）姓 名：專業(yè)班級(jí):電氣本1603學(xué) 號(hào)：報(bào)告批改情況教師簽字批改日期報(bào)告成績(jī)（百分制）報(bào)告評(píng)語(yǔ)理工大學(xué)電力系課程設(shè)計(jì)答疑記錄答疑時(shí)間輔導(dǎo)容導(dǎo)師簽字答辯記錄課程設(shè)計(jì)任務(wù):根據(jù)以上資料，對(duì)本變電站進(jìn)行保護(hù)配置與整定計(jì)算。1課程設(shè)計(jì)的目的（1）加深課堂理論的學(xué)習(xí)和理解；（2）得到一定的工程實(shí)踐鍛煉；（3）獲得將基礎(chǔ)理論知識(shí)與具體工程實(shí)例相結(jié)合，從而解決實(shí)際問(wèn) 題的能力。2保護(hù)配置分析2.1變壓器保護(hù)配置分析電力變壓器是電力系統(tǒng)量使用的重要電氣設(shè)備，它的故障將對(duì)供 電可靠性和系統(tǒng)的正常運(yùn)行帶來(lái)嚴(yán)重的影響，它的安全運(yùn)行是

2、電力系 統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的必要條件。由于量的電力變壓器是十分昂貴的元件，因 此，必須根據(jù)變壓器的容量和重要程度來(lái)考慮裝設(shè)性能良好、工作可 靠的繼電保護(hù)裝置。變壓器的部故障可以分為油箱和油箱外故障兩種。油箱故障包括 繞組的相間短路、接地短路、匝間短路以及鐵芯的燒毀等。對(duì)于變壓 器來(lái)講，這些故障都是十分危險(xiǎn)的，因?yàn)橛拖洳堪l(fā)生故障所產(chǎn)生的電 弧，將引起絕緣物質(zhì)的劇烈氣化，從而可能引起爆炸，因此這些故障 應(yīng)該盡快加以切除。油箱外的故障，主要是套管和引出線上發(fā)生的相 間短路和接地短路。上述接地短路均是對(duì)中性點(diǎn)直接接地的電力網(wǎng)的 一側(cè)而言。變壓器的不正常工作狀態(tài)主要有：由于變壓器外部相間短路引起 的過(guò)電流，外部

3、接地短路引起的過(guò)電流和中性點(diǎn)過(guò)電壓；由于負(fù)荷產(chǎn) 國(guó)額定容量引起的過(guò)負(fù)荷，以及由于漏油等原因而引起的油面降低。此外，對(duì)于大容量變壓器，由于其額定工作時(shí)的磁通密度相當(dāng)接 近于鐵芯的飽和磁通密度，因此在過(guò)電壓或者低頻率等異常運(yùn)行方式 下，還會(huì)發(fā)生變壓器的過(guò)勵(lì)磁故障。對(duì)于上述故障和異常工作狀態(tài)及容量等級(jí)和重要程度，根據(jù)規(guī) 程的規(guī)定，變壓器應(yīng)裝設(shè)相應(yīng)保護(hù)裝置。2.1.1變壓器保護(hù)配置原則（1）電壓在10kV以上、容量在10MVA及以上的變壓器，采用 縱差保護(hù)。對(duì)于電壓為10kV的重要變壓器，當(dāng)電流速斷保護(hù)靈敏度 不符合要求時(shí)也可采用縱差保護(hù)。（2）縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)應(yīng)滿足下列要求：a.應(yīng)能躲過(guò)勵(lì)磁涌流和外 部

4、短路產(chǎn)生的不平衡電流；b.在變壓器過(guò)勵(lì)磁時(shí)不應(yīng)誤動(dòng)作；c.在電 流回路斷線時(shí)應(yīng)發(fā)出斷線信號(hào)，電流回路斷線允許差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳 閘；d.在正常情況下，縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的保護(hù)圍應(yīng)包括變壓器套管和引 出線，如不能包扌舌引出線時(shí)，應(yīng)采取快速切除故障的輔助措施。在設(shè) 備檢修等特殊情況下，允許差動(dòng)保護(hù)短時(shí)利用變壓器套管電流互感 器，此時(shí)套管和引線故障由后備保護(hù)動(dòng)作切除。（3）對(duì)外部相間短路引起的變壓器過(guò)電流，變壓器應(yīng)裝設(shè)相間 短路后備保護(hù)。保護(hù)帶延時(shí)跳開(kāi)相應(yīng)的斷路器。相間短路后備保護(hù)宜 選用過(guò)電流保護(hù)、復(fù)合電壓（負(fù)序電壓和線間電壓）啟動(dòng)的過(guò)電流保 護(hù)或復(fù)合電流保護(hù)（負(fù)序電流和單相式電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)）。（4）

5、對(duì)降壓變壓器，升壓變壓器和系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器，根據(jù)各側(cè) 接線、連接的系統(tǒng)和電源情況的不同，應(yīng)配置不同的相間短路后備保 護(hù)，該保護(hù)宜考慮能反映電流互感器與斷路器之間的故障。（5）如變壓器低壓側(cè)無(wú)專用母線保護(hù)，變壓器高壓側(cè)相間短路 后備保護(hù)，對(duì)低壓側(cè)母線相間短路靈敏度不夠時(shí)，為提髙切除低壓側(cè) 母線故障的可靠性，可在變壓器低壓側(cè)配置兩套相間短路后備保護(hù)。 該兩套后備保護(hù)接至不同的電流互感器。（6）相間后備保護(hù)對(duì)母線故障靈敏度應(yīng)符合要求。為簡(jiǎn)化保護(hù), 當(dāng)保護(hù)作為相鄰線路的遠(yuǎn)后備時(shí)，可適當(dāng)降低對(duì)保護(hù)靈敏度的要求。（7）在中性點(diǎn)直接接地的電網(wǎng)中，如變壓器中性點(diǎn)直接接地運(yùn) 行，對(duì)單相接地引起的變壓器過(guò)電流，應(yīng)裝

6、設(shè)零序過(guò)電流保護(hù)，保護(hù) 可由兩段組成，其動(dòng)作電流與相關(guān)線路零序過(guò)電流保護(hù)相配合。每段 保護(hù)可設(shè)兩個(gè)時(shí)限，并以較短時(shí)限動(dòng)作于縮小故障影響圍，或動(dòng)作于 木側(cè)斷路器，以較長(zhǎng)時(shí)限動(dòng)作于斷開(kāi)變壓器各側(cè)斷路器。（8）規(guī)定裝設(shè)零序過(guò)電流保護(hù)，滿足變壓器中性點(diǎn)直接接地運(yùn) 行的要求。此外，應(yīng)增設(shè)零序過(guò)電壓保護(hù)，當(dāng)變壓器所連接的電力網(wǎng) 失去接地中性點(diǎn)時(shí)，零序過(guò)電壓保護(hù)經(jīng)0.3s0.5s時(shí)限動(dòng)作斷開(kāi)變 壓器各側(cè)斷路器。（9）對(duì)變壓器油溫、繞組溫度及油箱壓力升高超過(guò)允許值和冷 卻系統(tǒng)故障，應(yīng)裝設(shè)動(dòng)作于跳閘或信號(hào)的裝置。（10）變壓器非電氣量保護(hù)不應(yīng)啟動(dòng)失靈保護(hù)。2.1.2變壓器保護(hù)配置方案由變壓器的配置原則以及變壓器

7、的各個(gè)參數(shù)可知：變壓器應(yīng)采用 縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)以及相間短路的后備保護(hù)。2.2線路保護(hù)配置分析2.2.1線路保護(hù)配置原則供電系統(tǒng)量的不同類型的電氣設(shè)備通過(guò)線路聯(lián)結(jié)在一起。受線路 運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，線路分布廣闊等因素的制約，故障在電力系統(tǒng)中的發(fā) 生幾乎是無(wú)法避免的，而各個(gè)環(huán)節(jié)之間又是相輔相成缺一不可的關(guān) 系，因此無(wú)論哪一個(gè)環(huán)節(jié)岀現(xiàn)故障，都會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成 影響。輸電線路是連接供電部門(mén)與用電部門(mén)的紐帶，是整個(gè)電力系統(tǒng) 的網(wǎng)絡(luò)支撐，因此線路的安全運(yùn)行是電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的必要條件。電力系統(tǒng)龐大而復(fù)雜，但對(duì)線路保護(hù)而言，可將電網(wǎng)結(jié)構(gòu)分成簡(jiǎn) 單的單側(cè)電源輻射網(wǎng)絡(luò)線路和雙側(cè)電源復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)線路，木例以單側(cè)電 源

8、輻射網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析配置。單側(cè)電源輻射網(wǎng)絡(luò)包括相間短路的電流保護(hù)和相間短路的距離 保護(hù)。在相間短路的電流保護(hù)中，反映被保護(hù)原件木身的故障，并以 盡可能短的時(shí)限切除故障的保護(hù)稱為主保護(hù)，主保護(hù)包括電流速斷保 護(hù)（電流I段保護(hù)）和限時(shí)電流速斷保護(hù)（電流II段保護(hù)），而主 保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)用來(lái)切除故障的保護(hù)稱為后備保護(hù)，主要是定時(shí) 限過(guò)電流保護(hù)（電流III段保護(hù)）。電流I段保護(hù)能根據(jù)電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn) 行方式和故障類型自動(dòng)生成或調(diào)整動(dòng)作判據(jù)，具有優(yōu)良的動(dòng)作性能。 電流II段保護(hù)在任何情況下都能保護(hù)本線路的全長(zhǎng)，并具有足夠的 靈敏性和最小的動(dòng)作時(shí)限。電流III段保護(hù)不僅能夠保護(hù)本線路的全 長(zhǎng)，而且也能保護(hù)相鄰線

9、路的全長(zhǎng)，起到后備保護(hù)的作用。而相間短路的距離保護(hù)，是反應(yīng)故障點(diǎn)至保護(hù)安裝點(diǎn)之間的距 離，并根據(jù)距離的遠(yuǎn)近而確定是否動(dòng)作的一種保護(hù)裝置。距離保護(hù)也 為三段式保護(hù)，分為距離I段，距離II段和距離III段。距離I段 和距離II段聯(lián)合工作就成木線路的主保護(hù)，而距離III段作為相鄰 線路保護(hù)裝置和斷路器拒絕動(dòng)作的后備保護(hù)，同時(shí)也作為距離I, II 的近后備保護(hù)。2.2.2線路保護(hù)配置方案方案本例10kv單側(cè)電源線路，可裝設(shè)兩段過(guò)電流保護(hù)，第一段 為不帶時(shí)限的電流速斷保護(hù)，第二段為帶時(shí)限的過(guò)電流保護(hù)。由于限 時(shí)電流速斷保護(hù)主要考慮使它的保護(hù)圍不超出下一條線路速斷保護(hù) 的圍和動(dòng)作時(shí)限比下一條線路的速斷保護(hù)

10、高出一個(gè)時(shí)間階段，而此線 路不存在下一條線路之說(shuō)，所以此線路不必考慮限時(shí)電流速斷保護(hù)即 電流II段保護(hù)。而對(duì)于lOkv線路來(lái)說(shuō)，電流保護(hù)足以滿足選擇性， 靈敏性和快速切除故障的要求，與距離保護(hù)相比，電流保護(hù)又具有簡(jiǎn) 單，經(jīng)濟(jì)，工作可靠的特點(diǎn)，所以lOkv線路一般選擇電流保護(hù)而非 距離保護(hù)。3.保護(hù)整定計(jì)算 3.1變壓器保護(hù)整定計(jì)算3.1.1比率制動(dòng)式縱差保護(hù)的整定原則(1) 最小啟動(dòng)電流的二次差值口”的整定：按躲過(guò)變壓器的最大負(fù)荷時(shí)的不平衡電流整定，即=心(2_“ + AU + 如)匕(1)式中心可靠系數(shù)，取1.3-1.4；j一一電流互感器在二次額定電流匕下的比值誤差，K”=0.03(10P)

11、；At/ 變壓器分接頭調(diào)節(jié)引起的誤差；加一一電流互感器(TA)和輔助電流互感器(TAA)變比未完全匹 配產(chǎn)生的誤差，Ama0.05。一般可取=(02 05)心求得0.294在0. 20.5之間，符合要求。(2) 起始制動(dòng)電流的二次值!res.r.o的選取res.r.o(3) 最大制動(dòng)系數(shù)Kres.max和制動(dòng)特性斜率mUmax流過(guò)靠近故障側(cè)的TA的最大外部短路周期分量電流二次值;對(duì)于兩繞組變壓器，外部短路的最大不平衡電流【unbanax可簡(jiǎn)化為unb. max=（心瓦心+AU + Am）幾狀入口一電流互感器的非周期分量系數(shù)，對(duì)于5P或10P型，取1.52。最大制動(dòng)系數(shù)為K_ 如血maxmax

12、一 el j1 res式中Res縱差保護(hù)制動(dòng)電流，它與縱差保護(hù)原理、制動(dòng)回路接線方式有關(guān)，對(duì)于兩繞組變壓器有：res = .maxo圖_如圖1所示為縱差保護(hù)比率制動(dòng)特性。圖中特性起點(diǎn)（B點(diǎn)）的橫坐 標(biāo)對(duì)應(yīng)于起始制動(dòng)電流的二次值hpr。應(yīng)不大于電流互感器二次額定 電流【2N,即外部短路電流兀大于電流互感器一次額定電流“N時(shí)，繼 電器呈比率制動(dòng)特性，兀越大，則保護(hù)動(dòng)作電流越大，即】2N由式（3）【unbmmx由式（4）計(jì)算最大動(dòng)作電流二次值fop.r.max9即op. r. maxunb. max(4)由式（1）可求出G,確定制動(dòng)特性A點(diǎn)的坐標(biāo)（。）。由式（2） 可求出es.r.o,確定制動(dòng)特性B

13、點(diǎn)坐標(biāo)res.r.oop.r.o）.由式（4）可以 算出opsox,由于最大制動(dòng)電流【res. max 【kmax （二次值），可確定C 點(diǎn)坐標(biāo)（【Tes.insx【op. r.max ）。由此，圖中比率制動(dòng)特性A、B、C三點(diǎn)完 全確定。比率制動(dòng)特性斜率m在Jp. r. o 【op. r.max和【res. r. o 【op. r.max條件下，可取m %-es.max,即I-1m 二opmaxop.r.o I-Iwmaxres.r.o（4）部短路的靈敏系數(shù)校驗(yàn)計(jì)算系統(tǒng)在最小運(yùn)行方式下，變壓器出口金屬性短路的最小短路 電流周期分量的電流二次值【k.min和計(jì)算相應(yīng)的制動(dòng)電流Tres,由差動(dòng) 繼

14、電器的比率制動(dòng)特性查出對(duì)應(yīng)繼電器動(dòng)作電流【op唄IJ靈敏系數(shù)計(jì) 算式為Kg. min - 2.0op.r3丄2差動(dòng)速斷保護(hù)的整定計(jì)算為加速切除變壓器部故障，可增設(shè)差動(dòng)速斷保護(hù)，其動(dòng)作電流按 躲過(guò)勵(lì)磁涌流整定，即式中bzax 變壓器實(shí)際的最大勵(lì)磁涌流（二次值）；Krel可靠系數(shù),取1.151.30。實(shí)際勵(lì)磁涌流.max是很難確定的電流，降壓變壓器可取 exs.max （4 8）/燈，如|按式（6）校驗(yàn)靈敏系數(shù)不合格時(shí)，則 取消差動(dòng)速斷保護(hù)。3.1. 3防止勵(lì)磁涌流引起誤動(dòng)的措施二次諧波制動(dòng)二次諧波制動(dòng)的判據(jù)一般取厶/厶15%20%式中人基波電流；/2二次諧波電流。3.1. 4變壓器相間短路的后備

15、保護(hù)整定計(jì)算（1）變壓器的過(guò)電流保護(hù)1）保護(hù)裝置動(dòng)作電流按躲過(guò)變壓器的最大負(fù)荷電流整定“1 L.maxKre可靠系數(shù)，取1.21.3；返回系數(shù)，取0.9。對(duì)降壓變壓器應(yīng)考慮負(fù)荷中電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)時(shí)的最大電流，即(10)式中Kss 自啟動(dòng)系數(shù)，其值與負(fù)荷性質(zhì)及用戶與電源的電氣距 離有關(guān)，對(duì)于liokv降壓變電站的6iokv側(cè)，取Kss=1.525.2）按躲過(guò)電流變壓器母線自動(dòng)投入負(fù)荷時(shí)的總負(fù)荷整定(11)【。p - （ relL.nyax厶“）可靠系數(shù)，取1.2；L.max運(yùn)行時(shí)最大負(fù)荷電流;心、ILa分別為自動(dòng)投入負(fù)荷的自啟動(dòng)系數(shù)和自動(dòng)投入負(fù)荷電3）與變壓器低壓側(cè)出線保護(hù)配合時(shí)，有(12)式中可靠

16、系數(shù)，取1.21.5；OZ 出線保護(hù)的動(dòng)作電流中最大值。4）靈敏系數(shù)校驗(yàn)按變壓器低壓母線故障時(shí)的最小短路電流值計(jì)算 式中Ain 最小運(yùn)行方式下，低壓母線故障側(cè)兩相短路電流周期 分量的有效值5. nun/ 2.0(13)3.2線路保護(hù)整定計(jì)算3. 2. 1電流速斷保護(hù)1、電流速斷保護(hù)的整定計(jì)算原則：在最大運(yùn)行方式下線路末端三相短路時(shí)的電流兀，max;I -陽(yáng)kj max加+ ZkE0表示系統(tǒng)等效電源的相電勢(shì)Z：誠(chéng)n表示保護(hù)安裝處到系統(tǒng)等效電源之間的電抗，可認(rèn)為是兩臺(tái)變 壓器并列運(yùn)行時(shí)的最小阻抗。z*表示短路點(diǎn)至保護(hù)安裝處間的阻抗rIj K J1 op relK甸可靠系數(shù)，取1.21.32、動(dòng)作時(shí)

17、間整定： 整定時(shí)間：瞬時(shí)(Os) k,max速斷保護(hù)的實(shí)際時(shí)間，取決于繼電器自身固有的動(dòng)作時(shí)間，一般小于lOmso3、保護(hù)圍的校驗(yàn):當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)最小運(yùn)行方式下的兩相短路時(shí)，電流速斷的保護(hù)圍為最 小。輕-Z2 s,maxr _ P min 7Z1Z/M為最小方式運(yùn)行下系統(tǒng)電源運(yùn)行阻抗Z1為線路每千米正序阻抗值厶加771為最小保護(hù)圍（線路保護(hù)圍不小于線路長(zhǎng)度的15%整定）3.2.2定時(shí)限過(guò)電流保護(hù) 1、過(guò)電流保護(hù)的整定計(jì)算原則:Pl,max *UminC0S返回電流Je大于自啟動(dòng)時(shí)最大電流Js, maxKt為可靠系數(shù)，一般取1. 151. 25ss為自啟動(dòng)系數(shù)，由該網(wǎng)絡(luò)接線和負(fù)荷性質(zhì)確定木線路中為1

18、為電流繼電器的返回系數(shù)，一般采用0.852、動(dòng)作時(shí)限整定要與下一線路的電流ill段配合3、過(guò)電流保護(hù)靈敏度系數(shù)校驗(yàn)兩相短路時(shí)的電流:s,max +E巾表示系統(tǒng)等效電源的相電勢(shì);Zs”血表示保護(hù)安裝處到系統(tǒng)等效電源之間的電抗;表示短路點(diǎn)至保護(hù)安裝處間的阻抗;靈敏度系數(shù):保護(hù)范闈內(nèi)末端發(fā)生短路故障參數(shù)的最小值保護(hù)裝置的動(dòng)作參數(shù)(Ksen - 1巧4保護(hù)整定 4.1變壓器保護(hù)整定1#變壓器容量40000KW ,接線方式Y(jié)/A-11接線，CT為600/5, Y 型接線，低壓開(kāi)關(guān)CT為3000/5, Y型接線。變壓器互感器變比調(diào)整系數(shù)，以變壓器高壓側(cè)二次電流為基準(zhǔn)。1.732 衛(wèi)=3.03Ar _400

19、00/v(10) _ 1.732 x 110 x 120 X40000S(M)=A = 3.66541.732 x 10.5 x 600調(diào)整系數(shù):3.033.665=0.827（1）差動(dòng)速斷保護(hù)a. 差動(dòng)速斷保護(hù)的動(dòng)作值按躲過(guò)變壓器勵(lì)磁涌流整定:二 7x400001.732x110x120A 二 12.25Ab. 差動(dòng)速斷保護(hù)的動(dòng)作值按躲過(guò)最大穿越電流整定:1 不平術(shù)電流=0.1 x 1.79A 二 0.179A如二 1.3x0.179 二 023212.25c. 差動(dòng)速斷保護(hù)的動(dòng)作值按躲過(guò)CT斷線整定：厶怖線二 1.3x3.03A = 3.939A 2.0符合要求4.2線路保護(hù)整定玉河路線長(zhǎng)

20、13km,為電纜線路，線路電抗為每公里0.08Q。此 出線全線最大負(fù)荷3.413MW,功率因數(shù)0.91,電壓偏差士 7%。 當(dāng)于村變電站110kV母線短路時(shí)，系統(tǒng)大運(yùn)行方式下的電抗標(biāo)幺值為 正序0.0418、系統(tǒng)小運(yùn)行方式下的電抗標(biāo)幺值為正序0.0976。容量 100MVA,等效電路如圖：*KC1選取全系統(tǒng)基準(zhǔn)功率Sb = l0VA，AB段基準(zhǔn)電壓vb = 121K； 則BC段基準(zhǔn)電壓由變壓器變比可得：VBC = 121 x = 10.5kV丄乙丄/10.5變壓器阻電抗標(biāo)幺值：（變壓器短路電壓百分比為16. 1%）臚心-0.161 xx羋 “4025IOOStn 吧401212最大運(yùn)行方式下，

21、由電源（發(fā)電機(jī)）至母線B處的電抗標(biāo)幺值為:Vn = Xs 爲(wèi)+ X； = 0.0418 + 0.4025 = 0.4443同理，最小運(yùn)行方式下，由電源（發(fā)電機(jī)）至母線B處的電抗標(biāo)幺值為：X 矗=X蟲(chóng) + X；/2 = 0.0976 + 0.4025/2 =。砂亦設(shè)K1點(diǎn)短路，進(jìn)行線路三段式電流保護(hù)整定計(jì)算。對(duì)于BC段線路： =全系統(tǒng)容量Sb = 100MV A故可得基準(zhǔn)電流100Sr/r = = = 5.5kAB、3 x 10.5最大運(yùn)行方式下，點(diǎn)發(fā)生三相短路時(shí)短路電流計(jì)算: 電源至短路點(diǎn)處電抗標(biāo)幺值為木水*100Xki *nin = Vn +0.4443 + 0.08 x 13祚=1.3876故可得最大短路電流標(biāo)幺值:* 1nax = = 0-72kl minh氐=【k爲(wèi)x X IB = 396kA靈敏系數(shù)入小取值i. 21. 3之