繼電保護課程設計書

1、繼電保護課程設計書姓 名： 董 祥 學 號： 20020563 班 級： 2002級電氣一班指導老師： 劉 承 志目錄第一章.設計任務書2第一節(jié).原始資料2第二節(jié).設計要求及設計原則6第二章保護配置8第一節(jié).饋線保護配置9第二節(jié).變壓器保護配置10第三節(jié).電容器保護配置11第三章保護整定計算13第一節(jié).饋線保護整定計算13第二節(jié).變壓器保護整定計算15第三節(jié).電容器保護整定計算16第四章保護原理圖17第五章保護展開圖19參考文獻21第一章 設計任務書第一節(jié) 原始資料1.1基礎數(shù)據(jù)Yn,d11牽引變壓器保護變壓器名稱變量值變量名稱變量值最小運行方式變壓器一次側三相短路電流（A）1775.89過電

2、流保護可靠系數(shù)1.2最小運行方式變壓器二次側三相短路電流（A）1429.25低電壓保護可靠系數(shù)1.2最小運行方式牽引網(wǎng)末端短路電流（A）919.08過電流保護返回系數(shù)0.95最小運行方式27.5kv母線電壓（V）24000低電壓保護返回系數(shù)1.05牽引變壓器容量（kVA）20000牽引變壓器過負荷系數(shù)1.5牽引變壓器一次側額定電流（A）104.98牽引變壓器一次側母線電壓（V）110000牽引變壓器二次側額定電流（A）422.11變壓器中性點CT變比32牽引變壓器一次側CT接線系數(shù)1.732過負荷保護可靠系數(shù)1.45牽引變壓器二次側CT接線系數(shù)1二次諧波閉鎖條件0.18牽引變壓器一次側CT變比

3、40重瓦斯保護（m/s）0.61牽引變壓器二次側CT變比160主變過熱（）75牽引變壓器一次側PT變比1100主變通風啟動信號（）55牽引變壓器二次側PT變比275主變通風停止信號（）45差流速斷保護可靠系數(shù)1.2牽引變壓器變比420MVA牽引變壓器涌流倍數(shù)5并聯(lián)電容補償裝置保護最小運行方式變壓器二次側兩相短路電流（A）1429.25電容器租涌流倍數(shù)5A相并聯(lián)電容器組容量（kVar）(4并4串連接)1600過電壓保護返回系數(shù)0.95B相并聯(lián)電容器組容量（kVar）(4并4串連接)1600電流速斷保護可靠系數(shù)1.3變壓器二次側母線額定電壓（V）27500過電流保護可靠系數(shù)1.05變壓器二次側母線

4、最高電壓（V）31500諧波過電流保護可靠系數(shù)1.2變壓器二次側母線PT變比275差流保護可靠系數(shù)1.3變壓器組PT變比275電壓保護可靠系數(shù)1.2A相電容器組CT變比10電流保護返回系數(shù)0.95B相電容器組CT變比10差電壓保護返回系數(shù)0.95A相電容器組額定電流（A）38.1電容器組同型系數(shù)1B相電容器組額定電流（A）38.1低電壓保護返回系數(shù)1.05電容器組額定電壓（V）42000差壓保護靈敏系數(shù)1.5A相饋線保護（下行）牽引網(wǎng)末端最大短路電流（A）1656.321饋線CT變比126最小運行方式牽引網(wǎng)近端15%處短路電流（A）2295.743牽引變壓器二次側母線PT變比275最小運行方式

5、牽引網(wǎng)末端短路電流（A）919.08阻抗保護電抗可靠系數(shù)1.2供電臂最大負荷電流（A）1364阻抗保護電阻可靠系數(shù)1.1牽引變壓器二次側母線最低工作電壓（V）24000電流速斷保護可靠系數(shù)1.3供電臂長度（km）20.163阻抗保護電阻偏移值（）1牽引網(wǎng)單位阻抗電抗值（/km）0.509阻抗保護電抗偏移值（）1阻抗保護靈敏角（）65阻抗保護PT斷線電流檢測可靠系數(shù)1.2牽引負荷阻抗角（）36.87牽引網(wǎng)單位阻抗電抗值（/km）0.23(不計復線牽引網(wǎng)互感)B相饋線保護（上行）牽引網(wǎng)末端最大短路電流（A）1978.171饋線CT變比80最小運行方式牽引網(wǎng)近端15%處短路電流（A）2405.344

6、牽引變壓器二次側母線PT變比275最小運行方式牽引網(wǎng)末端短路電流（A）1046.38阻抗保護電抗可靠系數(shù)1.2供電臂最大負荷電流（A）970阻抗保護電阻可靠系數(shù)1.1牽引變壓器二次側母線最低工作電壓（V）24000電流速斷保護可靠系數(shù)1.3供電臂長度（km）12.14阻抗保護電阻偏移值（）1牽引網(wǎng)單位阻抗電抗值（/km）0.509阻抗保護電抗偏移值（）1阻抗保護靈敏角（）65阻抗保護PT斷線電流檢測可靠系數(shù)1.2牽引負荷阻抗角（）36.87牽引網(wǎng)單位阻抗電抗值（/km）0.23(不計復線牽引網(wǎng)互感)1.2系統(tǒng)接線圖圖1 牽引變電所示意圖注：圖中僅畫出了一臺牽引主變壓器，接在27.5kv母線的并

7、聯(lián)電容器補償裝置圖2給出。圖2 并聯(lián)電容補償裝置接線示意圖第二節(jié) 設計要求及設計原則2.1需要完成的設計內容1) 完成主變、并聯(lián)電容補償裝置、饋線保護的配置方案設計；2) 完成主變、并聯(lián)電容補償裝置、饋線保護的整定計算；3) 學號尾數(shù)為3的學生必須畫出A相饋線保護的原理接線圖和展開圖，并作相應說明。注1：展開圖需包括電流電壓回路接線圖、控制回路接線圖和信號回路接線圖；注2：不要求對電流、電壓互感器的負載能力進行校驗，不要求畫出屏面布置圖、屏后接線圖和端子排圖；注3：僅要求針對一個斷路器畫出控制回路。2.2設計文件應包括五部分內容：1) 設計任務書；2) 保護配置；3) 保護整定計算；4) 保護

8、原理圖；5) 保護展開圖；2.3保護原理圖基本要求：若采用機電型繼電器，應畫出原理接線圖，在原理接線圖上應包括：保護繼電器的線圈與被保護對象的接線情況，即交流輸入回路；保護繼電器的接點，時間、中間、信號等繼電器的線圈和接點與直流回路的接線情況；對所實現(xiàn)的保護進行簡要工作原理說明。2.4保護展開圖基本要求：1)總的要求為例滿足制造、安裝或調試、檢修時查找電路準確、方便的需要，二次電路中每段連接導線應編以相應的數(shù)字代號作為標記，二次回路導線編號的數(shù)字劃分范圍如下表所示。回路名稱直流回路交流回路控制回路信號或其他回路保護回路電流回路電壓回路控制、保護、信號回路編號數(shù)字001-599701-79901

9、-99401-599601-799001-399編號標記方法應遵循“等電位原則”，亦即在同一電位上的不同分導線均標記同一數(shù)字代號。在交流回路中編號取為連續(xù)遞增的數(shù)字，并表示出相、序別（即三項系統(tǒng)的A相、B相、C相與中性線N、零序回路L等）；在直流回路中的編號數(shù)字從正極起始依次編以奇數(shù)順序的數(shù)字，當通過設備元件的線圈或燈具等負載，改變了導線電位的極性后（呈現(xiàn)負極性），才改換以偶數(shù)順序的數(shù)字。在展開圖的直流回路部分，力求按照各部件流通電流的順序，也就是按其工作時各部件的動作次序，自上而下、由左至右地排列成行。對同一元件的不同線圈、接點等應用相同的文字標注，并在展開接線圖的一側加注文字說明，從而便于

10、清楚地了解相應部分電路的作用。2)交流電流、電壓回路接線圖電流回路：電流互感器的二次側與保護裝置或繼電器對應端子的連接。電壓回路：電壓母線與保護裝置或繼電器對應端子的連接。3)控制回路接線圖控制方式的選擇，一般采用較多的有萬開控制和選線控制兩種，兩種控制方式各有優(yōu)缺點，對自動化要求較高的變電所采用后者有一定的優(yōu)勢。無論采用哪一種控制方式，應能可靠實現(xiàn)對斷路器的分、合閘操作（包括手動和保護動作）。4)信號回路接線圖應能通過指示燈區(qū)分斷路器處于分閘、合閘狀態(tài)或事故分閘狀態(tài)；應能給出事故與預告信號。2.5 設計原則簡述 繼電保護的設計任務主要是：根據(jù)供電系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構、接線方式及負荷性質等條件，選定

11、系統(tǒng)各元件（進線、變壓器、饋線等）的保護方式及各種保護裝置的配合方式，進行個保護裝置的整定計算及靈敏度校驗，擬制出保護裝置的原理圖及施工接線圖，選擇所用繼電器及輔助裝置的型號，提出設備訂貨清單等。對保護裝置的基本要求是選擇性、靈敏性、速動性及可靠性。在滿足基本要求的前提下，應選用最簡單的保護方式。運行經(jīng)驗證明，保護裝置越簡單，調試試驗也越簡單，工作可靠性也就越高。因而，只有在簡單保護不能滿足要求時，才考慮選用較復雜的保護裝置。對各處保護裝置采用適當?shù)呐浜霞氨匾暮髠?，能更好的滿足保護的基本要求。在大接地電流電網(wǎng)中，改變中性點接地變壓器的臺數(shù)及容量，對接地保護的正常運行有很大影響，因此必須正確考

12、慮變壓器中性點的分布。保護裝置的相互配合是保證供電系統(tǒng)安全運行的重要因素。在各種不同運行方式下，各元件的保護裝置之間在靈敏度和動作時限上應得到配合。所謂靈敏度配合就是保護范圍的配合。實現(xiàn)靈敏度配合后，供電系統(tǒng)任一點發(fā)生故障時，離故障點最近的保護裝置的靈敏度最高，離故障點越遠的保護裝置的靈敏度越低。所謂動作時限的配合，是指元件本側保護裝置的動作時限應大于相鄰元件同它相配合的保護裝置的動作時限。這樣，當供電系統(tǒng)任一點發(fā)生故障時，故障所在線路的保護裝置的動作時限最短。在繼電保護中，有所謂主保護、后備保護及輔助保護。在被保護元件整個保護范圍內發(fā)生故障時，能以最短的時限動作切除故障部分的保護叫做主保護。

13、當本元件的主保護及相鄰元件的保護或斷路器拒絕動作時，能保證帶一定延時切除故障的保護叫做后備保護。為了克服方向保護的死區(qū)，或為加速切除某部分短路故障而動作的保護叫做輔助保護。在確定繼電保護的整定值時，應按照最大運行方式計算。在校驗保護的靈敏度時應按照最小運行方式計算。對于不同元件上的保護來說，最大與最小運行方式都可能有所不同。因此，在選擇運行方式時應針對具體保護進行具體分析，從實際可能用到的運行方式中選擇最不利的方式進行整定及校驗，以保證保護的正確動作。第二章 保護配置由于不同廠家生產(chǎn)的保護實現(xiàn)方式與動作特性的不同，配置方案與整定計算也就不同，但配置與整定的基本原則應該是相同的。第一節(jié) 饋線保護

14、配置1. 電流速斷保護動作電流：按被保護范圍末端發(fā)生短路的最大短路電流整定。動作時限：需考慮與電力機車斷路器跳閘時間配合。2. 距離保護距離保護的整定計算應包括如下內容：1) 根據(jù)所選擇的成套保護裝置或繼電器的動作特性是否為偏移特性，確定偏移量的大小。2) TV斷線檢測：對電壓、電流判據(jù)進行整定計算。3）對于任務書給定的復線電力牽引網(wǎng)，一般需設兩段距離保護，根據(jù)所選擇的成套保護裝置或繼電器的動作特性進行整定計算，下面以四邊形動作特性為例。阻抗I段：電阻動作值：按躲過最小負荷阻抗整定。電抗動作值：按能保護被保護線路長度85% 對應的電抗整定。動作時限：需考慮與電力機車斷路器跳閘時間配合。阻抗II

15、段：電阻動作值：按躲過最小負荷阻抗整定。電抗動作值：按能保護相鄰線路全長對應的電抗整定。動作時限：需阻抗I段配合。3. 過電流保護動作電流：按躲過最大負荷電流整定。動作時限：需阻抗段配合。4. 重合閘實現(xiàn)：一般取2s。5. 高阻接地故障保護：作為可選項配置。母線是電力系統(tǒng)的重要元件之一，當母線發(fā)生故障時，所有連在母線上的元件都會斷電，甚至可能破壞并列運行的系統(tǒng)的穩(wěn)定性，擴大系統(tǒng)的事故。為了排除和縮小母線上故障帶來的嚴重后果，必需設置母線保護裝置。由原始資料可知饋線最高電壓小于35kv，所以在此選用電流速斷保護作為饋線主保護，過電流保護作為后備保護而構成饋線的保護。第二節(jié) 變壓器保護配置1. 差

16、流速斷保護動作電流：一般按躲過變壓器空載投入時的最大勵磁涌流整定，需考慮接線系數(shù)。靈敏系數(shù)：按最小運行方式下，電源側發(fā)生兩相短路的短路電流進行效驗。2. 二次諧波制動的比率差動保護 采用不同的成套保護裝置或差動繼電器，整定計算方法不同，在此采用微機保護為例說明。 1）動作電流：一般按變壓器額定電流的0.2-1倍整定，需考慮接線系數(shù)。2）平衡系數(shù)：對不同接線方式的變壓器，平衡系數(shù)不同。3）靈敏系數(shù)：按最小運行方式下變壓器低壓側發(fā)生兩相短路的短路電流進行靈敏度效驗。4）二次諧波制動稀疏。5）比率制動系數(shù)。3. 三相低電壓過電流保護動作電流：一般按躲過變壓器額定電流整定。動作電壓：一般按母線最低工作

17、電壓整定。靈敏系數(shù)：電壓元件的靈敏系數(shù)按最大運行方式下，相鄰元件末端發(fā)生金屬性短路時，保護安裝處的最大殘壓來效驗。動作時限：與變壓器低壓側單相低電壓過電流保護配合。4. 單相低電壓過電流保護 1）動作電流：整定原則同三相低電壓過電流保護。 2）動作電壓：整定原則同三相低電壓過電流保護。3）靈敏系數(shù)：效驗原則同三相低電壓過電流保護。4）動作時限：5. 零序過電流保護 由于牽引負荷為單相負荷，線路不設零序保護，因此，動作電流按70%額定電流整定。6. 過負荷保護 動作電流：按額定電流整定。 動作時限：相對整定時間較長。7. 重瓦斯保護8. 主變過熱保護9. 主變通風啟動10. 主變通風停止牽引變壓

18、器是牽引變電所的主要設備，擔負著將110KV或220KV高壓轉為可供電力機車使用的27.5KV或225KV的電壓，變壓器的工作狀態(tài)直接影響著供電的可靠性，同時變壓器本身又是貴重設備，故為了保證供電的可靠性以及貴重設備不受損壞，需根據(jù)具體情況對變壓器設置足夠可靠的，且性能良好的保護裝置。變壓器的故障一般分為內部故障和外部故障兩種，其中內部故障是指油箱內所發(fā)生的故障，例如：繞組的相間短路、接地短路、匝間短路及鐵心的燒損等；外部故障主要是套管和引出線上發(fā)生相間短路和接地短路。變壓器的不正常運行狀態(tài)主要有：由于變壓器外部相間短路引起的過電流和外部接地短路引起的過電流和中性點過電壓；由于負荷超過額定容量

19、引起的過負荷以及由于漏油等原因引起的油面降低。根據(jù)“電力設計規(guī)范”的規(guī)定，800KVA及以上的油浸式變壓器和400KVA及以上的車間內油浸式變壓器需裝設瓦斯保護，本例中變壓器容量為2000KVA故需裝設瓦斯保護，在此選用重瓦斯保護，選用差流速斷保護做主保護，單相低電壓過電流保護做后備保護。 第三節(jié) 電容器保護配置1. 電流速斷保護動作電流：按躲過電容器投入時產(chǎn)生的最大涌流進行整定。靈敏度校驗：按最小方式下變壓器二次側發(fā)生兩相短路的短路電流進行靈敏度效驗。2. 過電流保護動作電流：整定原則電容器組電容有10%的偏差，是負荷增大；電容器允許1.3倍額定電路長期運行合閘涌流不誤動。靈敏系數(shù)：按最小運

20、行方式下變壓器二次側發(fā)生兩相短路的短路電流進行靈敏度效驗。動作時限：3. 諧波過電流保護動作電流：按等效三次諧波電流為額定電流的1.5倍連續(xù)運行2分鐘整定。動作時限：4. 差電流保護動作電流：按投入電容器組產(chǎn)生的涌流可能造成的不平衡電流整定。靈敏系數(shù)：對于并聯(lián)電容補償支路來說，最小短路電路同額定電流，可以用流過并聯(lián)電容補償支路的額定電流來進行靈敏度效驗。動作時限：5. 差電壓保護 動作電壓：確定電容器組故障后由熔絲切除的電容器臺數(shù)K，此時故障電容器組端電壓可能上升到1.1倍額定電壓。計算故障電容器組與非故障電容器組間的電壓差值?？紤]一定的靈敏系數(shù)，計算動作電壓。 動作時限：6. 低電壓保護 動

21、作電壓：一般按額定電壓的50-60%整定。動作時限：7. 過電壓保護 動作電壓：一般按額定電壓的115-120%整定。動作時限：并聯(lián)電容電容有以下作用：1.提高功率因數(shù)；2.減少電力系統(tǒng)損耗；3.改善電纜系統(tǒng)電能質量，提高牽引變電所母線電壓；4.吸收高次諧波。一般在牽引變電所內集中安裝并聯(lián)補償裝置，按補償裝置的安裝位置的不同，可分為以下三種方案：1.牽引側滯后相集中補償；2.牽引側兩相等容量補償；3.牽引側兩相不等容量補償。為取得補償和濾波的綜合效果，優(yōu)先采用兩相補償裝置，使兩臂牽引負荷高次諧波均能得到吸收，并應考慮到供電臂的不同相位，實行不等量補償。即根據(jù)兩臂負荷大小確定總補償容量，采取滯后

22、相多補，引前項少補的原則，進行兩臂的合理補償。這樣做可以在總補償容量不變的情況下，力求各項功率因數(shù)趨于平衡，提高無功補償?shù)男Ч?，同時改善滯后相電壓質量和牽引負荷對電力系統(tǒng)的負序影響。為保護單臺電容器的內部故障，一般采用熔斷器保護，而引線故障和過電壓，一般采用繼電器保護。兩種保護需合理配合。此處選擇電流速斷保護作主保護，過電流保護作電流速斷保護的后備保護。第三章 保護整定計算第一節(jié) 饋線保護整定計算A相（下行）：1.電流速斷保護整定計算(1) 動作電流為= =1.31656.321=2153.22 A其中=1.3。(2) 靈敏度校驗為 滿足要求。(3)動作時限不計人為延時，與電力機車斷路器跳閘時

23、間配合2.過電流保護整定計算 (1) 動作電流為(2)靈敏度 滿足要求(3) 動作時限 B相（上行）：1.電流速斷保護整定計算(4) 動作電流為= =1.31978.171=2571.62 A其中=1.3。(5) 靈敏度校驗為 滿足要求 (3)動作時限不計人為延時，與電力機車斷路器跳閘時間配合2.過電流保護整定計算 (1) 動作電流為(2)靈敏度 滿足要求(3)動作時限 第二節(jié) 變壓器保護整定計算1. 差電流速斷保護整定計算(1) 以變壓器兩側流互流入差回路中電流大的一側為基本級,即以110kv電壓級為基本側。 變壓器額定電壓（kv）11027.5變壓器額定電流（A）104.98422.11變壓器接線方式Y流互接線方式Y流互計算變比流互實際變比40160流入差回路中的電流4.552.64 (2)差動保護一次動作電流：躲勵磁涌流（考慮接線系數(shù)）