西南交大繼電保護二次課程設計B相并聯(lián)電容

1、課程設計任務書學生姓名#學生學號20111#9學生專業(yè)電氣工程及其自動化學生班級11級電氣#班發(fā)題日期2014年 10 月 29 日完成日期2014 年 12 月 21 日課程名稱二次系統(tǒng)課程設計指導教師#設計題目電力系統(tǒng)繼電保護課程設計課程設計（實訓）主要目的：加深學生對電力系統(tǒng)繼電保護課程基礎知識和基本理論的理解和掌握，培養(yǎng)學生綜合運用所學知識的能力，使之在繼電保護配置、整定計算分析、變電所二次系統(tǒng)與一次系統(tǒng)之間的接口設計等方面得到進一步訓練，同時提高學生運用標準和規(guī)范、查閱設計手冊與資料的動手能力，促進學生養(yǎng)成嚴謹求實的科學態(tài)度。課程設計（實訓）任務要求：（包括原始數(shù)據(jù)、技術參數(shù)、設計條

2、件、設計要求等）一、基礎數(shù)據(jù)1yn,d11牽引變壓器參數(shù)變 量 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(kv)24低電壓保護返回系數(shù)1.05牽引變壓器容量(mva)20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(kv)110牽引變壓器二次側額定電流(a)422.11變壓器中性點ct

3、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)52.并聯(lián)電容補償裝置參數(shù)變 量 名 稱變 量 值變 量 名 稱變 量 值最小運行方式變壓器二次側兩相短路電流(a)1429.25電容器組涌流倍數(shù)5a相并聯(lián)電容器組容量(kvar) (4并4串

4、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(kv)27.5過電流保護可靠系數(shù)1.05變壓器二次側母線最高電壓(kv)31.5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電容器組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(kv)42差壓保護

5、靈敏系數(shù)1.53.a相饋線參數(shù)變 量 名 稱變 量 值變 量 名 稱變 量 值牽引網(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(kv)24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(歐)1牽引網(wǎng)單位阻抗電抗值(歐/千米)0.509阻抗保護電抗偏移值(歐)1阻抗保護靈敏角(°)65阻抗保

6、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)單位阻抗電阻值(歐/千米)0.234.b相饋線參數(shù)變 量 名 稱變 量 值變 量 名 稱變 量 值牽引網(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(kv)24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(歐)1牽引網(wǎng)單位阻抗

7、電抗值(歐/千米)0.509阻抗保護電抗偏移值(歐)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)單位阻抗電阻值(歐/千米)0.23說明：饋線保護整定計算時，不計復線牽引網(wǎng)上下互感。二、系統(tǒng)接線圖系統(tǒng)主接線如附圖1和附圖2所示。課程設計（實訓）主要任務：1）所有學生都必須完成主變、并聯(lián)電容補償裝置、饋線保護的配置方案設計；2）所有學生都必須完成主變、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0、1的學生必須畫出主變保護的原理接線圖和保護的展開圖，并作相應說明；4）學號尾數(shù)為2、3的學生必須畫出a相饋線保護的原理

8、接線圖和保護的展開圖，并作相應說明；5）學號尾數(shù)為4、5的學生必須畫出b相饋線保護的原理接線圖和保護的展開圖，并作相應說明；6）學號尾數(shù)為6、7的學生必須畫出a相并聯(lián)電容補償裝置保護的原理接線圖和保護的展開圖，并作相應說明；7）學號尾數(shù)為8和9的學生必須畫出b相并聯(lián)電容補償裝置保護的原理接線圖和保護的展開圖，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列；注3：僅要求針對一個斷路器畫出控制回路。課程設計（實訓）進度安排：（共8周）序號內(nèi)容安排時間1課程設計講解、任務

9、布置第9周2答疑，周4下午14：0015：00，x2611第1015周3交報告，周4下午14：0015：00，x2611第16周 課程設計（實訓）參考文獻：1 張保會，尹項根. 電力系統(tǒng)繼電保護，中國電力出版社，2005年2 潘啟敬. 牽引供電系統(tǒng)繼電保護，中國鐵道出版社，1996年3 張玉諸. 發(fā)電廠及變電所的二次接線，華北電力學院4 王維儉. 電氣主設備繼電保護原理與應用，中國電力出版社，1996年5 各種繼電器、繼電保護產(chǎn)品樣本6 各種設計施工圖指導教師簽字系主任審核簽字注：1、發(fā)題日期為每學期第9周周一，完成日期根據(jù)實際情況填寫（一般不超過進度安排）。2、頁面不夠可附加頁附圖1 牽引變

10、電所主接線示意圖注：圖中僅畫出了一臺牽引主變壓器，接在27.5kv母線的并聯(lián)電容補償裝置附圖2給出。附圖2 并聯(lián)電容補償裝置接線示意圖25ta2tr22tr122ta113qf21ta1275kv（a）21ta222ta226ta4tr24tr124ta114qf23ta1275kv（b）23ta224ta2摘要 在本次課程設計中，按照題目的要求分別對主變壓器、并聯(lián)電容補償裝置、饋線三部分依據(jù)保護配置原則，設置了相應的保護方案并計算出了整定值。最后繪制了b相饋線的保護原理接線圖和展開圖。 首先對于主變壓器的保護，采用縱聯(lián)差動保護和瓦斯保護為主保護，以電氣量和非電氣量分別來檢測變壓器可能存在的故

11、障?？紤]到存在相間短路和接地短路的故障情況，從而設置低電壓啟動過流保護和零序過流保護為后備保護。 其次對于并聯(lián)電容補償裝置，我運用了繼電保護課程中所學的知識，設置電流速斷保護、電流差動保護、電壓差動保護為主保護，而用過電流保護、過電壓保護、諧波過電流保護、低電壓保護作為后備保護。 然后在a、b饋線的保護設定中，參考母線保護的整定原則和輸電線路的整定原則后，利用電流速斷保護和距離保護作為主保護，過電流保護為后備保護的方式來保護饋線。同時考慮到線路上的瞬時故障較多，可以采用重合閘前加速保護與繼電保護配合的方式，從而提高供電的可靠性。 最后，按照題目要求，繪制出了b相饋線的保護原理圖和展開圖，包括電

12、流保護和距離保護兩部分。并且對信號回路和控制回路作了相應說明。關鍵詞：電流保護 距離保護 縱聯(lián)差動保護 保護原理圖電力系統(tǒng)繼電保護課程設計目錄正文31.主變壓器保護的配置方案設計32.主變壓器保護的整定計算32.1縱聯(lián)差動保護的整定計算32.2相間短路的后備保護三相低電壓過電流保護（110kv）42.3相間短路的后備保護單相低電壓過電流保護（27.5kv）52.4接地短路的后備保護零序過電流保護52.5非電量保護重瓦斯保護整定計算62.6其他保護過負荷保護的整定計算63.并聯(lián)電容補償裝置的配置方案64.并聯(lián)電容補償裝置整定計算64.1主保護電流速斷保護64.2主保護電流差動保護74.3主保護電

13、壓差動保護84.4后備保護過電流保護94.5后備保護過電壓保護104.6后備保護諧波過電流保護104.7后備保護低電壓保護105.饋線保護的配置116.饋線保護的整定計算116.1a相饋線保護整定計算116.1.1主保護電流速斷保護的整定計算116.1.2主保護距離保護的整定計算126.1.3后備保護過電流保護整定計算126.2 b相饋線保護整定計算136.2.1主保護電流速斷保護的整定計算136.2.2主保護距離保護的整定計算136.2.3后備保護過電流保護整定計算146.3重合閘的設定147.b相饋線保護原理的接線圖和展開圖157.1保護原理框圖157.2 保護接線圖167.3 保護操作回

14、路圖17總結18參考文獻資料19正文1.主變壓器保護的配置方案設計變壓器的主保護通常采用差動保護和瓦斯保護。其后備保護裝設相間短路和接地短路保護。由系統(tǒng)主接線附圖1和相應的基礎數(shù)據(jù)，可知變壓器的容量和結構。從而根據(jù)具體情況設計出主變壓器的保護配置方案。主保護采用縱聯(lián)差動保護；相間短路的后備保護有以下幾種：過電流保護、低電壓啟動保護、復合電壓啟動保護的過電流保護。但由于第一種和第三種方法的靈敏度難以滿足要求，故采用低電壓啟動保護。接地短路保護的后備保護采用單臺變壓器的零序電流保護。對于變壓器內(nèi)部的某些輕微故障，靈敏性可能不能滿足要求，因此變壓器通常還裝設有反應油箱內(nèi)部油、氣、溫度等特征的非電量保

15、護。根據(jù)題目中給出的基礎數(shù)據(jù)，可以配置瓦斯保護。其他保護采用過負荷保護。綜合以上觀點有：（1）主保護：縱聯(lián)差動保護；（2）后備保護：三相低電壓過電流保護、單相低電壓過電流保護作為相間短路的后備保護，零序過電流保護作為接地短路的后備保護；（3）非電量保護：瓦斯保護；（4）其他保護：過負荷保護；2.主變壓器保護的整定計算2.1縱聯(lián)差動保護的整定計算電力變壓器的縱差保護整定原則一般按照躲過變壓器空載投入時的最大勵磁浪涌電流整定(折算至變壓器電流互感器二次側電流)，并需考慮接線系數(shù)。整定計算如下：式中：縱差保護可靠系數(shù)，表中提供數(shù)據(jù)為1.2 ：變壓器勵磁涌流倍數(shù)，表中提供數(shù)據(jù)為5；靈敏度校驗按照最小運

16、行方式下，電源側發(fā)生兩相短路的短路電流進行校驗：故靈敏度滿足要求。 其中：最小運行方式下，電源側發(fā)生兩相金屬性短路的短路電流；2.2相間短路的后備保護三相低電壓過電流保護（110kv）（1）動作電流的整定：采用低電壓繼電器后，電流繼電器的整定值就可以不再考慮并聯(lián)運行變壓器切除或電動機啟動時可能出現(xiàn)的最大負荷，而是按大于變壓器的額定電流整定，即 式中：過電流保護可靠系數(shù)，表中給出數(shù)據(jù)為1.2； ：過電流保護返回系數(shù)，表中給出數(shù)據(jù)為0.95； ：變壓器一次側額定電流，表中給出數(shù)據(jù)為104.98a；靈敏度檢驗按照最小運行方式下變壓器高壓側發(fā)生兩相短路的短路電流進行：其中：最小運行方式下，高壓側發(fā)生兩

17、相短路的短路電流；（2）動作電壓的整定：按躲過正常運行時可能出現(xiàn)的最低工作電壓整定，計算如下：其中：變壓器母線最低工作電壓，表中給出數(shù)據(jù)為24kv； ：低電壓保護可靠系數(shù)，表中給出數(shù)據(jù)位1.2； ：低電壓保護返回系數(shù)，表中給出數(shù)據(jù)為1.05；題目中未給出變壓器靈敏度校驗點發(fā)生三相金屬性短路時，保護安裝處的最大殘壓。此處不能對動作電壓進行靈敏度校驗。2.3相間短路的后備保護單相低電壓過電流保護（27.5kv）單相低電壓過電流保護的整定與三相低電壓過電流保護基本相同。只是動作時限應該與饋線的電流保護相配合。（1） 動作電流的整定：式中：過電流保護可靠系數(shù)，表中給出數(shù)據(jù)為1.2； ：過電流保護返回系

18、數(shù)，表中給出數(shù)據(jù)為0.95； ：變壓器二次側額定電流，表中給出數(shù)據(jù)為422.11a；靈敏度檢驗按照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：其中：最小運行方式下，低壓側發(fā)生兩相短路的短路電流；靈敏度滿足要求。（2） 動作電壓的整定此處電壓的整定與三相低電壓過電流保護相同，即2.4接地短路的后備保護零序過電流保護由于負荷為單相負荷，線路不設零序保護，110kv側中性點接地時設置。變壓器零序電流保護動作電流按70%的額定電流整定：式中：過電流保護可靠系數(shù)，表中給出數(shù)據(jù)為1.2； ：過電流保護返回系數(shù)，表中給出數(shù)據(jù)為0.95；2.5非電量保護重瓦斯保護整定計算電力變壓器通常是利用變壓器油

19、作為絕緣和冷卻物質。當變壓器油箱內(nèi)部故障時，在故障電流和電弧的作用下，電壓器油和其他絕緣材料會因受熱而分解，產(chǎn)生大量氣體，氣體排出的多少與排出的速度，與變壓器故障的嚴重程度有關，可以利用這種氣體來實現(xiàn)變壓器的瓦斯保護。規(guī)程規(guī)定對于容量為800kva及以上的油浸式變壓器和400kva及以上的車間內(nèi)油浸式變壓器，應裝設瓦斯保護。從基礎數(shù)據(jù)表中，可以讀出重瓦斯保護為0.6到1 m/s，可以設置其值為：2.6其他保護過負荷保護的整定計算 變壓器若過負荷運行，會使其繞組、硅鋼片過熱，絕緣老化，縮短設備使用壽命。因此應盡量避免過負荷運行。變壓器在實際運行時，一旦出現(xiàn)過負荷，保護裝置延時告警，提醒運行值班人

20、員及時采取措施，調(diào)整運行方式或壓限負荷。整定計算公式為：式中：過負荷保護可靠系數(shù)，表中提供數(shù)據(jù)為1.45；其動作時限較長，一般取120s于是有：3.并聯(lián)電容補償裝置的配置方案(1)主保護：電流速斷保護、電流差動保護、電壓差動保護；(2)后備保護：過電流保護、過電壓保護、諧波過電流保護、低電壓保護；4.并聯(lián)電容補償裝置整定計算4.1主保護電流速斷保護 該保護用于斷路器到電容器連接端的短路故障。動作電流由躲開電容器投入時產(chǎn)生的最大涌流整定，a、b相的整定計算如下：式中：電流速斷保護可靠系數(shù)，表中給出數(shù)據(jù)為1.3； ：為電容器組涌流倍數(shù)，表中數(shù)據(jù)為5； ：為a相電容器組額定電流； ：為b相電容器組額

21、定電流； 靈敏度校驗按最小運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校驗。a、b兩相電容器補償裝置保護靈敏度：動作時間按躲過并補裝置的最大合閘涌流整定，a、b兩相均取為：4.2主保護電流差動保護 電流差動保護用于電容器裝置接地故障的主保護。其動作電流按照投入電容器組產(chǎn)生的涌流可能造成的不平衡電流整定。a、b相整定如下： 式中：:差流保護可靠系數(shù)，表中數(shù)據(jù)為1.3； :同型系數(shù)，頂流互與底流互同型時取0.5，不同型取1，此處取1。 :流互最大允許誤差，取0.1； ：電容器投入時涌流有效值 ：并補裝置電容器容抗； ：并補裝置電抗器感抗； 靈敏度校驗：對于并聯(lián)電容補償支路來說，最小短路電

22、流同額定電流，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校驗。靈敏度均滿足要求。動作時限取為：4.3主保護電壓差動保護 差動保護是一種靈敏度高、保護范圍大、不受合閘涌流、高次諧波及電壓波動影響的保護方式。它能檢出電容器的內(nèi)部故障并限制事故擴大。動作電壓的確定電容器組故障后由熔絲切除的電容器臺數(shù)為k，此時故障電容器組端電壓可能上升到1.1倍的額定電壓。整定值計算如下：將數(shù)值代入計算有：可以得到：，取整數(shù)部分，得； 式中：并聯(lián)電容器數(shù)為4； ：串聯(lián)電容器數(shù)為4； ：補償度，一般取0.12-0.13； ：母線最高電壓，表中給出為31.5kv； ：電容器額定電壓21kv；計算差壓： 計算定值：

23、式中： ：差壓保護靈敏系數(shù)，取1.5；動作時限一般取0.1s到0.2s，這里整定為：4.4后備保護過電流保護 用于電容器組內(nèi)部故障，作為電流速斷保護的后備保護。由于電容器組電容有10%的偏差，使負荷增大，電容器允許1.3倍的額定電流長期運行，合閘不涌動。故a、b兩相電容器動作值整定為：式中：過電流保護可靠系數(shù)，表中給出數(shù)據(jù)為1.05； ：電流保護返回系數(shù)，表中給出數(shù)據(jù)為0.95；靈敏度校驗按照最小運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校驗：靈敏度滿足要求。動作時限為躲過并補裝置的最大合閘電流，因此?。?.5后備保護過電壓保護 過電壓保護用于保護電容器過電壓、饋線母線的過電壓，受

24、電容器設備諧波過負荷和電動機機車組的允許過電壓方面的限制。此處饋線母線的額定電壓大于電容器的額定電壓，故需要用饋線的母線電壓來計算整定值。過電壓保護的動作電壓一般按額定電壓的110%到130%整定：動作時限按躲過牽引網(wǎng)可能發(fā)生的瞬時過電壓整定，通常取1到2秒，這里整定為：4.6后備保護諧波過電流保護 諧波會使損耗功率變大導致發(fā)熱，諧波過流保護分別由各并補分支的諧波過流保護構成當任一并補分支滿足諧波過流保護出口動作條件時，裝置驅動斷路器跳閘。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。a、b兩相電容器高次諧波過電流保護動作電流整定為： 其中：諧波過電流保護可靠系數(shù)，表中給出為1.2

25、； ：電容器允許諧波電流值，； 動作時限定值取為： 4.7后備保護低電壓保護 按并聯(lián)補償裝置“最后投入，最先開放”的原則而設計。設置低電壓保護的目的是：（1） 防止在無負荷時電容器和變壓器同時投入；（2） 在電源恢復時，僅電容器不在投入狀態(tài)。動作電壓的整定一般按額定電壓的50%-60%計算，如下：動作時限按大于牽引母線上所接饋線短路保護的最長動作時延，取0.5-1s。5.饋線保護的配置a、b相饋線采以下相同的配置方案：（1） 主保護：電流速斷保護、距離保護段（2） 后備保護：過電流保護（3） 其他:重合閘與繼電器的配合6.饋線保護的整定計算6.1a相饋線保護整定計算6.1.1主保護電流速斷保護

26、的整定計算電流速斷保護為系統(tǒng)發(fā)生近金屬性短路時保護裝置快速出口而設，作為輔助保護以消除距離保護的保護死區(qū)，其動作電流按照躲開被保護范圍末端的最大短路電流來整定：式中： ：電流速斷保護可靠系數(shù)，表中給出值為1.3； ：牽引網(wǎng)末端最大短路電流；靈敏度校驗是隨著運行方式和故障類型變化的，最小保護范圍為在系統(tǒng)最小運行方式下兩相短路時出現(xiàn)。一般情況，應按這種運行方式和故障類型來校驗，要求大于線路全長的15%20%。保護范圍的計算公式為：由表中給出的數(shù)據(jù)有：分別代入(1)式，可以得到如下結果：滿足靈敏度要求。保護動作時限應該大于機車保護動作時限（0.06到0.8s），故電流速斷動作時限整定為：6.1.2主

27、保護距離保護的整定計算距離保護是利用短路發(fā)生時電壓、電流同時變化的特性，測量電壓與電流的比值。該比值反應故障點到保護安裝處的距離，如果短路點距離小于整定值則保護動作。為保護線路全長，采用兩段距離保護，阻抗繼電器采用方向圓特性,保護靈敏角設置為65o。距離保護i段的整定距離段阻抗動作值的整定按照能保護線路全長的85%進行整定： 其中 ：供電臂長度； ：牽引網(wǎng)單位阻抗； ：線路阻抗角即阻抗保護靈敏角；考慮到與機車斷路器跳閘時間配合，保護動作時限選為：距離保護ii段的整定阻抗動作值按能保護相鄰線路全長進行整定：式中: ：阻抗保護電抗可靠系數(shù)，表中提供數(shù)據(jù)為1.2；考慮到與距離i段動作時限相配合，取距

28、離段保護動作時限：6.1.3后備保護過電流保護整定計算過電流保護可作為下級線路主保護拒動和斷路器拒動時的遠后備保護，同時作為本線路主保護拒動時的近后備保護，其定值通常按照躲開最大負荷電流來整定。其中 ：過電流保護可靠系數(shù)，表中給定值為1.2； ：最大負荷電流；靈敏度校驗：其中 ：最小運行方式牽引網(wǎng)末端短路電流；可見靈敏度不滿足要求； 考慮到與距離保護段相配合，設定過電流保護動作時限：按照牽引供電的特點，裝置一次自動重合閘，時限設定為2s。6.2 b相饋線保護整定計算 前面已經(jīng)對a相饋線保護進行了整定計算，因為a、b相的保護設定原理都一樣。于是以下主要針對b相整定的計算過程進行闡述。6.2.1主保護電流速斷保護的整定計算整定值為：式中： ：電流速斷保護可靠系數(shù)，表中給出值為1.3； ：牽引網(wǎng)末端最大短路電流；靈敏度分析有：代入公式可得：于是靈敏度不滿足要求。電流保護速斷動作時間的設定為：6