繼電保護課程設計一組

1、課程名稱：繼電保護原理與運行設計題目：牽引變電所繼電保護設計 院 系： 電氣工程系 專 業(yè)： 電化專 年 級： 2009 級 姓 名：指導教師： 陳麗華西南交大峨眉校區(qū)2012年4月9日繼電保護設計任務書一、設計目的通過該設計， 初步掌握變電站繼電保護的設計步驟和方法， 熟悉有關(guān)規(guī)程和設計手冊的 使用方法以及繼電保護標準圖的繪制等。二、設計的主要內(nèi)容1、牽引變電所繼電保護方案的討論。2、短路計算。3、整定計算。4、繪制標準圖。5、討論說明。6、整理成冊。三、原始資料1、供電方式：復線單邊2、電氣主接線： 110KV 側(cè)雙 T 接線27.5KV 側(cè)單母線分段3、變電所參數(shù)項目電源類別主電源備用電

2、源系統(tǒng)阻抗最大運行方式0.2150.205最小運行方式0.4270.389牽引變?nèi)萘浚?KV A ）2 15000LH 變比（ Y/ ）60/120牽引饋線名稱左右最大負荷電流（ A ）590605饋線長度（ KM ）2216.9單位阻抗（ /KM）0.7875LH 變比120母線最低工作電壓（ KV ）244、分區(qū)亭參數(shù)饋線左右最大負荷電流（ A ）300300LH 變比8080母線最低工作電壓（ KV ）1919四、設計步驟1、熟悉原始資料，并確定電氣主接線圖。 （第 1 周）2、變電所繼電保護方案討論及初選。 （第 1 周）3、根據(jù)繼電保護的需要選擇短路點，并進行短路計算。（第 2 周）

3、4、進行保護的整定計算，確定最后的保護方案并進行保護裝置的選型。（第 3 周）5、標準圖繪制。 （第 4、5 周）6、分析說明。（第 4、5 周）7、整理成冊。（第 6 周）五、課程設計論文包含的內(nèi)容 1、 設計任務書2、 目錄3、方案討論說明4、短路計算5、整定計算6、設備選型7、選取數(shù)個短路點，分析保護動作情況。8、附圖：（ 1）主變保護原理圖（ 2）饋線保護原理圖（ 3）時限配合圖9、參考資料 10、后記目錄第一章 方案討論說明 11.1 繼電保護設計原理 11.2 繼電保護的分類 11.3 保護裝置的配合 11.4 保護的后備問題 11.5 進線保護 21.6 變壓器保護 21.7 牽

4、引饋線保護 318 分區(qū)亭保護 4第二章 短路計算 42.1 主變短路計算 42.2 饋線短路計算 62.3 分區(qū)亭短路計算 7第三章：整定計算 73.1 瓦斯保護 73.2 差動保護 83.3 低壓起動過電流保護 103.4 過負荷保護 103.5 接地保護 103.6 牽引網(wǎng)饋線保護 113.7 分區(qū)亭保護 11第四章 設備選型 134.1 變壓器保護裝置選型及其參數(shù) 134.2 饋線及分區(qū)亭保護裝置選型 13第五章 選取數(shù)個短路點分析保護動作情況 15參考資料 16后記 17第一章 方案討論說明1.1 繼電保護設計原理 在保護的設計中，對保護裝置的基本要求是選擇性、速動性、靈敏性和可靠性

5、。 為了保證電力系統(tǒng)安全和穩(wěn)定運行的目的， 必須要正確認識和處理好保護這四項基本 要求之間既矛盾又相統(tǒng)一的辯證關(guān)系， 不能片面強調(diào)某一方面的要求， 更不能使某一 方面達不到要求。為此，可以根據(jù)嚴格的選擇性、需要的速動性、足夠的靈敏性和必 要的可靠性四個方面來進行更好的把握。在滿足以上基本要求的前提下， 我們應當選用簡單的保護方式， 不僅能使調(diào)整試 驗簡單， 而且能提高工作可靠性。 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。 此外，為了更好的滿足保護的基本要求， 對各處保護裝置需要采用適 當?shù)呐浜霞氨匾暮髠洹?.2 繼電保護的分類1.2.1 按照反應物理量的不同分： 電流保

6、護，電壓保護、距離保護、差動保護、功率方向保護等1.2.2 按照被保護對象不同分： 發(fā)電廠、變電所電氣設備的繼電保護，輸電線路的繼電保護1.2.3 按照作用的不同分： 主保護、后備保護、輔助保護1.2.4 按動作的原理不同分： 電磁型、感應型、整流型、晶體管型、集成電路型、微機型等1.3 保護裝置的配合各保護裝置的相互配合以證供電系統(tǒng)安全運行。 在各種運行下， 各原件的保護裝 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， 既 在各種可能出現(xiàn)的運行方式下，裝在原件本側(cè)的帶時限動作的保護裝置的保護范圍， 應小于安裝在相鄰原件上與其配合的保護裝置的動作范圍。 在靈敏度的

7、配合之下發(fā)生 故障時， 離故障點最近的保護裝置的靈敏度最高， 距離越遠的裝置靈敏度越低。 動作 時限的配合指的是： 本元件的保護裝置的動作時限應大于與它相配合的相鄰元件的動 作時限。 這樣當發(fā)生故障時， 故障所在線路的保護裝置的動作時間最短， 保證快速靈 敏的動作保護。從靈敏度和動作時限兩方面綜合考慮才能保證保護裝置動作的選擇性， 片面考慮任何一方都不行。1.4 保護的后備問題繼電保護中，有主保護、后備保護和輔助保護三種保護。1.4.1 主保護是指： 被保護元件內(nèi)部發(fā)生的各種短路故障時， 能滿足系統(tǒng)穩(wěn)定及 設備安全要求的、有選擇地切除被保護設備或線路故障的保護。1.4.2 后備保護是指： 主保

8、護或短路器拒絕動作時， 用以將故障切除的保護， 后 備保護可以分為遠后備和近后備保護兩種。1、遠后備保護是指：主保護或斷路器拒動時，相鄰元件的保護部分實現(xiàn)的后備2、近后備保護是指：當主保護拒絕動作時，由本元件的另一套保護來實現(xiàn)的后 備，當斷路器拒絕動作時，由斷路器失靈保護實現(xiàn)后備。1.4.3 輔助保護是指：為了補充主保護和后備保護的不足而增設的簡單保護。1.5 進線保護牽引變電所高壓側(cè)接線形式主要有雙 T接線、橋形接線、單母線接線、 雙母線接 線四種，本設計中采用雙 T 接線，雙 T 接線一般采用兩回進線，兩臺主變壓器采用 兩套斷路器， 110KV側(cè)無系統(tǒng)功率穿越。兩回進線，一主一備，進線上不

9、設專門的保 護裝置，進線上的故障由 110KV線路供電的保護來切除。有以下注意事項 :1、為了防止 110KV側(cè)的線路單相接地時，在中性點不接地的變壓器高壓側(cè)產(chǎn)生 反饋過電壓， 必須在 110KV線路電源側(cè)的斷路器切斷前， 將變壓器低壓側(cè)的斷路器切 除，故采用零序保護。2、當 110KV側(cè)發(fā)生相間短路時，也應將變壓器斷路器切斷，為此增設方向電流 保護或者低壓保護作為線路相間短路保護。3、當 110KV側(cè)發(fā)生故障時，功率方向為變壓器低壓側(cè)流向高壓側(cè)，于是功率方 向繼電器將動作切除故障。1.6 變壓器保護變壓器分為故障和不正常工作兩種情況。 而變壓器故障分為： 油箱內(nèi)部故障和油 箱外部故障兩種。1

10、.6.1 油箱內(nèi)部故障油箱內(nèi)部故障指發(fā)生在變壓器油箱內(nèi)部包括高壓側(cè)和低壓側(cè)繞組的相間短路、匝 間短路、中性點直接接地系統(tǒng)側(cè)繞組的單相接地短路。1.6.2 外部故障變壓器外部故障指變壓器繞組引出線盒套管上發(fā)生的相間短路和接地短路（直接 接地系統(tǒng)側(cè)），油箱內(nèi)部發(fā)生相間短路的情況比較少。本次設計選擇的是 215000KVA容量的 型變壓器。保護可選擇 接地三相變壓器的保護有瓦斯保護、電流速斷或電流差動保護、過電流保護、過負荷保護、溫度信號保護、零序電流保護等，前四種保護為主要保護。表 1.6-1 變壓器保護統(tǒng)覽表保護方式保護范圍整定條件檢驗條件瓦斯保護內(nèi)部故障0.5 1.0ms 流速時動作差動保護內(nèi)

11、部故障及差動 范圍內(nèi)的套管故 障一般按躲過 27.5KV 母線最大 短路電流時產(chǎn)生的不平衡電 流整定( I DZ=KKI BP-D)。如果 由 I DZ=KK I F-D 或 I DZ=KKI E 所得值較大者，則選該值按 27.5KV 側(cè)母線最 小兩相短 路電流校 驗 , 需 滿 足 km=2低壓起動過電流保護內(nèi)部及外部故障的后備保護電流元件按躲過變壓器額定 電流整定，參照 I DZ=KKI EK fh ， 電壓元件按 UDZ=UZXK fh KK來整 定。按 27.5KV 側(cè)母線最 小兩相短 路電流校 驗，要求 Im=1.25過負荷保護過負荷時給信號按變壓器額定電流整定I DZ=KKI E

12、/Kfh接地保護用于變壓器中性 點接地線上，用作 內(nèi)部及引線接地 故障保護躲過額定電流，按 I DZ=70%KKI E/Kfh 計算。按 110KV 側(cè)最小單 相接地電 流校驗， 要求 Km=21.7 牽引饋線保護本設計為復線單邊供電方式，故牽引網(wǎng)饋線保護有兩種方案：1.7.1 方案一第一段用電流速斷為主保護， 按照躲過分區(qū)亭最大短路電流整定， 第二段為距離 保護，作為分區(qū)亭保護的遠后備保護和本段線路的近后備保護。1.7.2 方案二若最小運行方式下，電流速斷的保護范圍小于饋線長度的 15, 則都采用距離保 護作為第一和第二段保護。注意事項：1、母線附近短路時，會發(fā)生“相繼動作”現(xiàn)象，為此第一段

13、和第二段動作時限 上滿足： t2=t1+2 t ，或者采用三段保護以保證選擇性2、計算短路后繼電器的測量阻抗時要考慮兩回路的互感3、在分區(qū)亭后面短路時考慮到所測得的過度電阻將要增大一倍1 8 分區(qū)亭保護為了保證饋線上的任何一點發(fā)生短路時分區(qū)亭都要跳閘， 因此分區(qū)亭上要選擇兩 段距離保護，且要和相鄰饋線保護裝置相配合，保證各處都能安全工作。第二章 短路計算2.1 主變短路計算d2設基準容量 Sj=100MVA ，由已知條件： Ud%=10.5 S e=15MVA Ue=27.5KVXxmax =0.338 ， Xxmin =0.189 由公式： Xb*=Ud% Sj=10.5 100=0.710

14、0 Se 100 15由于 110KV側(cè)進線不設專門保護，故在圖 2-1 中不用對高壓側(cè)母線 d1 點進線短路計 算，只對低壓母線側(cè) d2點短路計算： I j= Sj = 100 =2.099KA3 Ue 3 27.5圖2-2 d2 點短路的等值計算網(wǎng)絡如上圖：該點最大三相短路時阻抗標幺值為： X* =0.7+0.338=1.038該點最小三相短路時的電流有名值為： I(3) dmin= Ij* =2009 =1935.4AX * 1.039同理計算該點最大三相短路時電流有名值為：I(3) max= I*j = 2009 =2341.5AX * 1 0.7 0.1582.2 饋線短路計算E*=

15、1X*d1d2d3XB*圖 2-3 系統(tǒng)的單相等值計算圖選擇短路點總共有三個： d1 、 d2 、 d3此圖中， d1、 d2兩點等同于前面所計算的 27.5KV母線三相短路時的電流d1、 d2 兩點最大短路電流為： I dmax=2341.5Ad1、d2 兩點最小短路電流為： I dmin=1935A當選擇 d3點作為短路點時： Xxmin*=0.158, X xmax*=0.338左邊饋線阻抗標幺值：XL1*=X L2 Sj =0.7875 222 100=2.291Uj 227.52取 Sj =100MVA,Uj =27.5KV,I j =2009A,右邊饋線阻抗標幺值：XL2* = X

16、 L2 Sj = 0.7875 162.9 100 =1.7598Uj 227.52最大短路電流：I j 2009I dmax1=* j * * = =628.598AX xmin X b X L 左 0.205 0.7 2.291最小短路電流：I j 2009I dmin1=* * * = =587.77AX xmax X b X L 左 0.427 0.7 2.291當 d3 點短路時對于左邊饋線：最大短路電流：I dmax2=* I j * * = 2009 =753.9AX xmin X b X L 右 0.205 0.7 1.7598當 d3 點短路時對于右邊饋線：最小短路電流： I

17、 dmin2=X xmaxIj2009* * =695.93A X b* X L 右 * 0.427 0.7 1.75982.3 分區(qū)亭短路計算XL*=X L1 X L2 = 2.291 1.7598=2.0254 短路） 時，由于故障點電流和電弧的作用， 使得變壓器油及其他絕緣材料因局部受熱 而分解產(chǎn)生氣體， 因此氣體比較輕很容易從油箱流向油枕的上部。 當故障嚴重時， 油 就會迅速膨脹并產(chǎn)生大量氣體， 此時將有大量氣體夾雜著油流沖向油枕的上部， 利用 此特點構(gòu)成保護裝置的瓦斯保護， 安裝在變壓器油箱與油枕之間的連接導油管中。 其 結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟、靈敏度高、能反映變壓器的故障并能夠及時動作。I

18、 dmax=X xminIjXbXL*20090.205 0.7 2.0254=685.57AI dmin=XIjXb= 2009=637.29A0.427 0.7 2.0254短路電流 短路點最大短路電流（A）最小短路電流（A）主變電短路27.5KV 側(cè)2219.91782饋線左饋線628.598587.77短路右饋線753.9696.93分區(qū)亭685.57637.29xmaxXL表 2-1 短路計算值列表第三章：整定計算3.1 瓦斯保護當變壓器內(nèi)部故障時（包括輕微的匝間短路和絕緣破壞引起的經(jīng)電弧電阻的接地當變壓器內(nèi)部發(fā)生輕微故障時，電弧附近的油汽化，產(chǎn)生少量氣體，繼電器內(nèi)部 油面下降，節(jié)點

19、接通，給出瓦斯保護延時動作的報警信號；當發(fā)生嚴重故障時，電流 電弧附近強烈汽化壓力升高， 形成油流， 節(jié)點接通并且動作跳閘， 該動作的時限一般 為 0.6-1ms ，及當油流速度達到上訴動作條件時，其動作值大于最大短路電流引起 的油流速度，本設計采用的瓦斯繼電器原理接線圖為：圖 3-1 瓦斯繼電器原理接線圖3.2 差動保護差動保護計算：3.2.1 選擇電流互感器（ LH）的變比，確定基本側(cè)1、計算變壓器各側(cè)的額定電流 I E 110KV高壓側(cè)： I e1= Se = 15000 =78.73A3 U e1 3 11027.5KV 低壓側(cè)： I e2= Se = 15000 =314.9A 3

20、U e23 27.52、計算電流互感器的變比高壓側(cè)的： nL1j= 3 IE1 = 3 78.73 =27.27 55低壓側(cè)的： nL2j = 3 IE2 = 3 314.9 =109.08553、計算實際變壓器各側(cè)的電流K jx I e由計算公式 :I ej = jx enLsI ej1=1 78.7360=1.312A=4.545A1.732 314.9I ej2 =1204、確定基本側(cè)選 Ie 大的一側(cè)作為基本側(cè)，即 27.5KV 側(cè)為基本側(cè)3.2.2 計算動作值I dz=Kk I bpd=Kk(Ktx 10%+U+f) I dmax=1.3 (0.5 0.1+0.05+0.05) 22

21、19.9=432.88AI dz K jx 432.88 1.732二次側(cè)的動作電流： I zdj = = =6.248 nL2 1203.2.3 計算 Wcd和 Wph的匝數(shù)Wcd= 60 = 60 =9.603, 取 Wcds=9 匝Idzj 6.248I4.545則 Wphj =( e2 -1) Wcds=(-1) 9=22.18, 取 Wphs=22匝I e11.312Wphj - Wphs 22.18- 22則f=phj phs = 22.18- 22 =0.00572, 滿足要求432.883.3 低壓起動過電流保護3.3.1 過電流整定計算為了保護外部短路引起的變壓器過電流。 應

22、裝設過電流保護。 同時，可以作為變 壓器差動保護以及饋線保護的后備保護。本設計采用低壓起動過電流保護。 對電流元件按照額定電流 I e 整定I dz= K k Ie1 =1.2 78.73 =1.852AK fh nL10.85 603.3.2 靈敏度校驗：Klm=dmindz178227.51101.852 60=4.0091.5, 滿足要求對于電壓元件，按照額定電壓進行整定：Udz=KkUmin= 27500=449.3VKfhny 1.2 0.85 603.4 過負荷保護過負荷保護變壓器的不正常狀態(tài)還包括變壓器的過負荷運行， 保護裝置實際就是一套 電流保護裝置，整定如下：I dz= K

23、h I e1K fh n L11.05 78.730.85 60=1.621A3.5 接地保護接地保護和中性點直接保護一樣都采用零序保護， 接地保護主要用來保護外部接地短路引起的過電流，從動作時間上應和母線和線路保護相配合。整定如下：I dz=0.7 K kIe1K fh nL10.7 1.2 78.730.85 60=1.296A3.6 牽引網(wǎng)饋線保護牽引饋線采用的是 WKH-892型成套保護裝置， 并且另設一套過電流保護裝置作為后備， 整定如下： 由已知條件，最大負荷電流 I fmax=605A,最低工作電壓為： Ufmin =24KV電流互感器的變比為：nL=120,電壓互感器的變比為：

24、 ny =275左邊饋線線路阻抗： Z1=220.7875=17.325右邊饋線線路阻抗： Z2=16.9 0.7875=13.31則距離元件整定阻抗 :U f min nlZdz=nyKkKfhI f max cos( m24000 120=16.202 j ) 275 1.1 1.1 605 cos(65 37 )距離保護靈敏系數(shù)校驗：左邊饋線距離保護靈敏系數(shù)右邊饋線距離保護靈敏系數(shù)=Zdzny=16.202275= Z1nL=17.325120Zdzny16.202275=2.143Klm1nL13.31 120Z1Klm=2.789電流元件整定電流：I f max605I dz右=1.

25、2 nL =1.2 120 =6.05A，I f max590I dz左=1.2 f max =1.2 =5.9A nL120過電流保護靈敏度： Klm= dminnl I dz左邊饋線電流保護靈敏度： Klm= I dmin = 587.77 =0.830 nl I dz 120 5.9右邊饋線電流保護靈敏度：I dmin 695.93Klm= dmin = =0.958nl I dz 120 6.05保護的動作時限為：主保護 t=0.1s, 后備保護動作時限為 t=0.5s3.7 分區(qū)亭保護為了保證饋線上任何一點發(fā)生短路時分區(qū)亭都要跳閘，本設計采用兩段距離保護 由已知條件知：分區(qū)亭最大負荷

26、電流為： I fmax 左=I fmax 右 =300A最低工作電壓： Umin 左=Umin右=19KV線路阻抗： Z 左=17.325， Z右=13.31流互變比：nL1=nL2=80，壓互變比： ny1=ny2=21705000=275距離保護阻抗動作值 :由公式 ZdzU f min nLny Kk K fhI f max cos( mj）得：Zdz 左= Zdz 右=16.5 Zdz ny 靈敏系數(shù)由公式 Klm= dz y 得：Z nLKlm 左 =16.5 27517.325 80=3.274Klm 右 =16.5 275=4.26113.31 80第四章 設備選型4.1 變壓器

27、保護裝置選型及其參數(shù)1、BCH-2型差動繼電器2、變壓器保護的低壓繼電器，選用 DY-20E系列，其中選用最大整定的低壓繼電器參數(shù)表 4-1 ：型號動作類型最大整定值返回系數(shù)動作時間DY-26E低電壓48、160、3201.250.5 倍動作值 時 0.15DY-27EDY-28EDY-29E3、過電流作用的電流計算器選用 DL-10 系列，參數(shù)如表 4-2：型號最大整定值（A）整定范圍返回系數(shù)動作時間生產(chǎn)廠DL-11102.5 100.81.2 倍動作 值時 0.15上海繼電器有限公司等DL-12DL-134、時間繼電器，選用 SS 48/I ，參數(shù)如表 4-3 ：型號延時范圍電源種類觸點類

28、型整定誤差生產(chǎn)廠SS48/I0.029.99DC/AC2 延時動合2 瞬動轉(zhuǎn)換（10%整定值+3ms）阿城繼電器 二廠5、所有信號繼電器，選用 DX19E閃光信號繼電器，參數(shù)如表 4-4 ：額定值動作值返回值閃光頻率（次/min ）動作電流 （mA）生產(chǎn)廠DC：220、110、 48VAC：220V、 50Hz動作電壓 80%額 定值返回電壓3%額定值40801.5阿城繼電器 股份有限公 司4.2 饋線及分區(qū)亭保護裝置選型4.2.1 WKH-892 型保護裝置簡介 WKH-892型饋線保護裝置是是由高性能微機處理實現(xiàn)的饋線保護、測量與控制裝置。 它適合于電氣化鐵路直接供電、 BT供電和 AT供

29、電的牽引網(wǎng)饋線，可以完成饋線保護、 測量、控制與故障測距功能， 同時具有負荷錄波、 故障錄波、網(wǎng)絡通信等自動化功能。4.2.2 裝置的功能：4.2.2.1 保護功能： 保護設有自適應三段距離保護、電流速斷保護、過電流保護、自適應電流增量保護、 反時限過負荷保護、接觸網(wǎng)保護、一次自動重合閘、 PT 斷線檢測、分區(qū)所和開閉所 檢有壓元件 9 種保護。4.2.2.2 通信功能：裝置設有一個標準的 RS232串口、一個標準的 RS485GPS校驗時接口、一個可以選的 光纖 LonWorks環(huán)網(wǎng)接口、一個可選的以太網(wǎng)絡接口。4.2.2.3 輔助功能： 裝置還有測量、控制、遙信、交流采樣通道異常告警、故障

30、記錄、硬件故障自檢、定 值切換等輔助功能。4.2.3 裝置的硬件結(jié)構(gòu)：裝置由交流變換插件（ J1）、保護 CPU插件（ J2）、信號插件（ J3）、出口插件（ J4）、 接口插件（ J5）和電源插件（ J6）組成。硬件結(jié)構(gòu)圖如下：圖 4-1 裝置的硬件結(jié)構(gòu)圖第五章 選取數(shù)個短路點分析保護動作情況圖 5-1 短路點分析圖5.1 1 處發(fā)生短路如果在變壓器差動保護的范圍內(nèi)就由差動保護將 DL1跳閘，如果不在差動保護的范圍 內(nèi)則根據(jù)保護時限由過電流或過負荷保護將 DL1跳閘；5.2 2 處發(fā)生短路時由低壓起動的過電流或過負荷保護將 DL1跳閘；5.3 處發(fā)生短路時如果是上行饋線保護范圍內(nèi)發(fā)生的短路， 正常情況下由上行饋線保護的段動作 將 DL2跳閘；如果保護段拒動， 則其保護段、 分區(qū)亭保護以及下行饋線保護段 起