继电保护课程设计书

1、继电保护课程设计书姓 名： 董 祥 学 号： 20020563 班 级： 2002级电气一班指导老师： 刘 承 志目录第一章.设计任务书2第一节.原始资料2第二节.设计要求及设计原则6第二章保护配置8第一节.馈线保护配置9第二节.变压器保护配置10第三节.电容器保护配置11第三章保护整定计算13第一节.馈线保护整定计算13第二节.变压器保护整定计算15第三节.电容器保护整定计算16第四章保护原理图17第五章保护展开图19参考文献21第一章 设计任务书第一节 原始资料1.1基础数据Yn,d11牵引变压器保护变压器名称变量值变量名称变量值最小运行方式变压器一次侧三相短路电流（A）1775.89过电

2、流保护可靠系数1.2最小运行方式变压器二次侧三相短路电流（A）1429.25低电压保护可靠系数1.2最小运行方式牵引网末端短路电流（A）919.08过电流保护返回系数0.95最小运行方式27.5kv母线电压（V）24000低电压保护返回系数1.05牵引变压器容量（kVA）20000牵引变压器过负荷系数1.5牵引变压器一次侧额定电流（A）104.98牵引变压器一次侧母线电压（V）110000牵引变压器二次侧额定电流（A）422.11变压器中性点CT变比32牵引变压器一次侧CT接线系数1.732过负荷保护可靠系数1.45牵引变压器二次侧CT接线系数1二次谐波闭锁条件0.18牵引变压器一次侧CT变比

3、40重瓦斯保护（m/s）0.61牵引变压器二次侧CT变比160主变过热（）75牵引变压器一次侧PT变比1100主变通风启动信号（）55牵引变压器二次侧PT变比275主变通风停止信号（）45差流速断保护可靠系数1.2牵引变压器变比420MVA牵引变压器涌流倍数5并联电容补偿装置保护最小运行方式变压器二次侧两相短路电流（A）1429.25电容器租涌流倍数5A相并联电容器组容量（kVar）(4并4串连接)1600过电压保护返回系数0.95B相并联电容器组容量（kVar）(4并4串连接)1600电流速断保护可靠系数1.3变压器二次侧母线额定电压（V）27500过电流保护可靠系数1.05变压器二次侧母线

4、最高电压（V）31500谐波过电流保护可靠系数1.2变压器二次侧母线PT变比275差流保护可靠系数1.3变压器组PT变比275电压保护可靠系数1.2A相电容器组CT变比10电流保护返回系数0.95B相电容器组CT变比10差电压保护返回系数0.95A相电容器组额定电流（A）38.1电容器组同型系数1B相电容器组额定电流（A）38.1低电压保护返回系数1.05电容器组额定电压（V）42000差压保护灵敏系数1.5A相馈线保护（下行）牵引网末端最大短路电流（A）1656.321馈线CT变比126最小运行方式牵引网近端15%处短路电流（A）2295.743牵引变压器二次侧母线PT变比275最小运行方式

5、牵引网末端短路电流（A）919.08阻抗保护电抗可靠系数1.2供电臂最大负荷电流（A）1364阻抗保护电阻可靠系数1.1牵引变压器二次侧母线最低工作电压（V）24000电流速断保护可靠系数1.3供电臂长度（km）20.163阻抗保护电阻偏移值（）1牵引网单位阻抗电抗值（/km）0.509阻抗保护电抗偏移值（）1阻抗保护灵敏角（）65阻抗保护PT断线电流检测可靠系数1.2牵引负荷阻抗角（）36.87牵引网单位阻抗电抗值（/km）0.23(不计复线牵引网互感)B相馈线保护（上行）牵引网末端最大短路电流（A）1978.171馈线CT变比80最小运行方式牵引网近端15%处短路电流（A）2405.344

6、牵引变压器二次侧母线PT变比275最小运行方式牵引网末端短路电流（A）1046.38阻抗保护电抗可靠系数1.2供电臂最大负荷电流（A）970阻抗保护电阻可靠系数1.1牵引变压器二次侧母线最低工作电压（V）24000电流速断保护可靠系数1.3供电臂长度（km）12.14阻抗保护电阻偏移值（）1牵引网单位阻抗电抗值（/km）0.509阻抗保护电抗偏移值（）1阻抗保护灵敏角（）65阻抗保护PT断线电流检测可靠系数1.2牵引负荷阻抗角（）36.87牵引网单位阻抗电抗值（/km）0.23(不计复线牵引网互感)1.2系统接线图图1 牵引变电所示意图注：图中仅画出了一台牵引主变压器，接在27.5kv母线的并

7、联电容器补偿装置图2给出。图2 并联电容补偿装置接线示意图第二节 设计要求及设计原则2.1需要完成的设计内容1) 完成主变、并联电容补偿装置、馈线保护的配置方案设计；2) 完成主变、并联电容补偿装置、馈线保护的整定计算；3) 学号尾数为3的学生必须画出A相馈线保护的原理接线图和展开图，并作相应说明。注1：展开图需包括电流电压回路接线图、控制回路接线图和信号回路接线图；注2：不要求对电流、电压互感器的负载能力进行校验，不要求画出屏面布置图、屏后接线图和端子排图；注3：仅要求针对一个断路器画出控制回路。2.2设计文件应包括五部分内容：1) 设计任务书；2) 保护配置；3) 保护整定计算；4) 保护

8、原理图；5) 保护展开图；2.3保护原理图基本要求：若采用机电型继电器，应画出原理接线图，在原理接线图上应包括：保护继电器的线圈与被保护对象的接线情况，即交流输入回路；保护继电器的接点，时间、中间、信号等继电器的线圈和接点与直流回路的接线情况；对所实现的保护进行简要工作原理说明。2.4保护展开图基本要求：1)总的要求为例满足制造、安装或调试、检修时查找电路准确、方便的需要，二次电路中每段连接导线应编以相应的数字代号作为标记，二次回路导线编号的数字划分范围如下表所示。回路名称直流回路交流回路控制回路信号或其他回路保护回路电流回路电压回路控制、保护、信号回路编号数字001-599701-79901

9、-99401-599601-799001-399编号标记方法应遵循“等电位原则”，亦即在同一电位上的不同分导线均标记同一数字代号。在交流回路中编号取为连续递增的数字，并表示出相、序别（即三项系统的A相、B相、C相与中性线N、零序回路L等）；在直流回路中的编号数字从正极起始依次编以奇数顺序的数字，当通过设备元件的线圈或灯具等负载，改变了导线电位的极性后（呈现负极性），才改换以偶数顺序的数字。在展开图的直流回路部分，力求按照各部件流通电流的顺序，也就是按其工作时各部件的动作次序，自上而下、由左至右地排列成行。对同一元件的不同线圈、接点等应用相同的文字标注，并在展开接线图的一侧加注文字说明，从而便于

10、清楚地了解相应部分电路的作用。2)交流电流、电压回路接线图电流回路：电流互感器的二次侧与保护装置或继电器对应端子的连接。电压回路：电压母线与保护装置或继电器对应端子的连接。3)控制回路接线图控制方式的选择，一般采用较多的有万开控制和选线控制两种，两种控制方式各有优缺点，对自动化要求较高的变电所采用后者有一定的优势。无论采用哪一种控制方式，应能可靠实现对断路器的分、合闸操作（包括手动和保护动作）。4)信号回路接线图应能通过指示灯区分断路器处于分闸、合闸状态或事故分闸状态；应能给出事故与预告信号。2.5 设计原则简述 继电保护的设计任务主要是：根据供电系统的网络结构、接线方式及负荷性质等条件，选定

11、系统各元件（进线、变压器、馈线等）的保护方式及各种保护装置的配合方式，进行个保护装置的整定计算及灵敏度校验，拟制出保护装置的原理图及施工接线图，选择所用继电器及辅助装置的型号，提出设备订货清单等。对保护装置的基本要求是选择性、灵敏性、速动性及可靠性。在满足基本要求的前提下，应选用最简单的保护方式。运行经验证明，保护装置越简单，调试试验也越简单，工作可靠性也就越高。因而，只有在简单保护不能满足要求时，才考虑选用较复杂的保护装置。对各处保护装置采用适当的配合及必要的后备，能更好的满足保护的基本要求。在大接地电流电网中，改变中性点接地变压器的台数及容量，对接地保护的正常运行有很大影响，因此必须正确考

12、虑变压器中性点的分布。保护装置的相互配合是保证供电系统安全运行的重要因素。在各种不同运行方式下，各元件的保护装置之间在灵敏度和动作时限上应得到配合。所谓灵敏度配合就是保护范围的配合。实现灵敏度配合后，供电系统任一点发生故障时，离故障点最近的保护装置的灵敏度最高，离故障点越远的保护装置的灵敏度越低。所谓动作时限的配合，是指元件本侧保护装置的动作时限应大于相邻元件同它相配合的保护装置的动作时限。这样，当供电系统任一点发生故障时，故障所在线路的保护装置的动作时限最短。在继电保护中，有所谓主保护、后备保护及辅助保护。在被保护元件整个保护范围内发生故障时，能以最短的时限动作切除故障部分的保护叫做主保护。

13、当本元件的主保护及相邻元件的保护或断路器拒绝动作时，能保证带一定延时切除故障的保护叫做后备保护。为了克服方向保护的死区，或为加速切除某部分短路故障而动作的保护叫做辅助保护。在确定继电保护的整定值时，应按照最大运行方式计算。在校验保护的灵敏度时应按照最小运行方式计算。对于不同元件上的保护来说，最大与最小运行方式都可能有所不同。因此，在选择运行方式时应针对具体保护进行具体分析，从实际可能用到的运行方式中选择最不利的方式进行整定及校验，以保证保护的正确动作。第二章 保护配置由于不同厂家生产的保护实现方式与动作特性的不同，配置方案与整定计算也就不同，但配置与整定的基本原则应该是相同的。第一节 馈线保护

14、配置1. 电流速断保护动作电流：按被保护范围末端发生短路的最大短路电流整定。动作时限：需考虑与电力机车断路器跳闸时间配合。2. 距离保护距离保护的整定计算应包括如下内容：1) 根据所选择的成套保护装置或继电器的动作特性是否为偏移特性，确定偏移量的大小。2) TV断线检测：对电压、电流判据进行整定计算。3）对于任务书给定的复线电力牵引网，一般需设两段距离保护，根据所选择的成套保护装置或继电器的动作特性进行整定计算，下面以四边形动作特性为例。阻抗I段：电阻动作值：按躲过最小负荷阻抗整定。电抗动作值：按能保护被保护线路长度85% 对应的电抗整定。动作时限：需考虑与电力机车断路器跳闸时间配合。阻抗II

15、段：电阻动作值：按躲过最小负荷阻抗整定。电抗动作值：按能保护相邻线路全长对应的电抗整定。动作时限：需阻抗I段配合。3. 过电流保护动作电流：按躲过最大负荷电流整定。动作时限：需阻抗段配合。4. 重合闸实现：一般取2s。5. 高阻接地故障保护：作为可选项配置。母线是电力系统的重要元件之一，当母线发生故障时，所有连在母线上的元件都会断电，甚至可能破坏并列运行的系统的稳定性，扩大系统的事故。为了排除和缩小母线上故障带来的严重后果，必需设置母线保护装置。由原始资料可知馈线最高电压小于35kv，所以在此选用电流速断保护作为馈线主保护，过电流保护作为后备保护而构成馈线的保护。第二节 变压器保护配置1. 差

16、流速断保护动作电流：一般按躲过变压器空载投入时的最大励磁涌流整定，需考虑接线系数。灵敏系数：按最小运行方式下，电源侧发生两相短路的短路电流进行效验。2. 二次谐波制动的比率差动保护 采用不同的成套保护装置或差动继电器，整定计算方法不同，在此采用微机保护为例说明。 1）动作电流：一般按变压器额定电流的0.2-1倍整定，需考虑接线系数。2）平衡系数：对不同接线方式的变压器，平衡系数不同。3）灵敏系数：按最小运行方式下变压器低压侧发生两相短路的短路电流进行灵敏度效验。4）二次谐波制动稀疏。5）比率制动系数。3. 三相低电压过电流保护动作电流：一般按躲过变压器额定电流整定。动作电压：一般按母线最低工作

17、电压整定。灵敏系数：电压元件的灵敏系数按最大运行方式下，相邻元件末端发生金属性短路时，保护安装处的最大残压来效验。动作时限：与变压器低压侧单相低电压过电流保护配合。4. 单相低电压过电流保护 1）动作电流：整定原则同三相低电压过电流保护。 2）动作电压：整定原则同三相低电压过电流保护。3）灵敏系数：效验原则同三相低电压过电流保护。4）动作时限：5. 零序过电流保护 由于牵引负荷为单相负荷，线路不设零序保护，因此，动作电流按70%额定电流整定。6. 过负荷保护 动作电流：按额定电流整定。 动作时限：相对整定时间较长。7. 重瓦斯保护8. 主变过热保护9. 主变通风启动10. 主变通风停止牵引变压

18、器是牵引变电所的主要设备，担负着将110KV或220KV高压转为可供电力机车使用的27.5KV或225KV的电压，变压器的工作状态直接影响着供电的可靠性，同时变压器本身又是贵重设备，故为了保证供电的可靠性以及贵重设备不受损坏，需根据具体情况对变压器设置足够可靠的，且性能良好的保护装置。变压器的故障一般分为内部故障和外部故障两种，其中内部故障是指油箱内所发生的故障，例如：绕组的相间短路、接地短路、匝间短路及铁心的烧损等；外部故障主要是套管和引出线上发生相间短路和接地短路。变压器的不正常运行状态主要有：由于变压器外部相间短路引起的过电流和外部接地短路引起的过电流和中性点过电压；由于负荷超过额定容量

19、引起的过负荷以及由于漏油等原因引起的油面降低。根据“电力设计规范”的规定，800KVA及以上的油浸式变压器和400KVA及以上的车间内油浸式变压器需装设瓦斯保护，本例中变压器容量为2000KVA故需装设瓦斯保护，在此选用重瓦斯保护，选用差流速断保护做主保护，单相低电压过电流保护做后备保护。 第三节 电容器保护配置1. 电流速断保护动作电流：按躲过电容器投入时产生的最大涌流进行整定。灵敏度校验：按最小方式下变压器二次侧发生两相短路的短路电流进行灵敏度效验。2. 过电流保护动作电流：整定原则电容器组电容有10%的偏差，是负荷增大；电容器允许1.3倍额定电路长期运行合闸涌流不误动。灵敏系数：按最小运

20、行方式下变压器二次侧发生两相短路的短路电流进行灵敏度效验。动作时限：3. 谐波过电流保护动作电流：按等效三次谐波电流为额定电流的1.5倍连续运行2分钟整定。动作时限：4. 差电流保护动作电流：按投入电容器组产生的涌流可能造成的不平衡电流整定。灵敏系数：对于并联电容补偿支路来说，最小短路电路同额定电流，可以用流过并联电容补偿支路的额定电流来进行灵敏度效验。动作时限：5. 差电压保护 动作电压：确定电容器组故障后由熔丝切除的电容器台数K，此时故障电容器组端电压可能上升到1.1倍额定电压。计算故障电容器组与非故障电容器组间的电压差值。考虑一定的灵敏系数，计算动作电压。 动作时限：6. 低电压保护 动

21、作电压：一般按额定电压的50-60%整定。动作时限：7. 过电压保护 动作电压：一般按额定电压的115-120%整定。动作时限：并联电容电容有以下作用：1.提高功率因数；2.减少电力系统损耗；3.改善电缆系统电能质量，提高牵引变电所母线电压；4.吸收高次谐波。一般在牵引变电所内集中安装并联补偿装置，按补偿装置的安装位置的不同，可分为以下三种方案：1.牵引侧滞后相集中补偿；2.牵引侧两相等容量补偿；3.牵引侧两相不等容量补偿。为取得补偿和滤波的综合效果，优先采用两相补偿装置，使两臂牵引负荷高次谐波均能得到吸收，并应考虑到供电臂的不同相位，实行不等量补偿。即根据两臂负荷大小确定总补偿容量，采取滞后

22、相多补，引前项少补的原则，进行两臂的合理补偿。这样做可以在总补偿容量不变的情况下，力求各项功率因数趋于平衡，提高无功补偿的效果，同时改善滞后相电压质量和牵引负荷对电力系统的负序影响。为保护单台电容器的内部故障，一般采用熔断器保护，而引线故障和过电压，一般采用继电器保护。两种保护需合理配合。此处选择电流速断保护作主保护，过电流保护作电流速断保护的后备保护。第三章 保护整定计算第一节 馈线保护整定计算A相（下行）：1.电流速断保护整定计算(1) 动作电流为= =1.31656.321=2153.22 A其中=1.3。(2) 灵敏度校验为 满足要求。(3)动作时限不计人为延时，与电力机车断路器跳闸时

23、间配合2.过电流保护整定计算 (1) 动作电流为(2)灵敏度 满足要求(3) 动作时限 B相（上行）：1.电流速断保护整定计算(4) 动作电流为= =1.31978.171=2571.62 A其中=1.3。(5) 灵敏度校验为 满足要求 (3)动作时限不计人为延时，与电力机车断路器跳闸时间配合2.过电流保护整定计算 (1) 动作电流为(2)灵敏度 满足要求(3)动作时限 第二节 变压器保护整定计算1. 差电流速断保护整定计算(1) 以变压器两侧流互流入差回路中电流大的一侧为基本级,即以110kv电压级为基本侧。 变压器额定电压（kv）11027.5变压器额定电流（A）104.98422.11变压器接线方式Y流互接线方式Y流互计算变比流互实际变比40160流入差回路中的电流4.552.64 (2)差动保护一次动作电流：躲励磁涌流（考虑接线系数）