《继电保护课程设计》指导书

1、继电保护课程设计指导书西南交通大学电气工程学院一、继电保护课程设计任务书1、原始资料 1.1 基础数据YN,d11牵引变压器保护并联电容补偿装置保护1A相馈线保护(下行)(不计复线牵引网互感)B相馈线保护(上行)(不计复线牵引网互感)2YN,d11牵引变压器保护并联电容补偿装置保护3A相馈线保护(下行)(不计复线牵引网互感)B相馈线保护(上行)(不计复线牵引网互感)4YN,d11牵引变压器保护并联电容补偿装置保护5A相馈线保护(下行)(不计复线牵引网互感)B相馈线保护(上行)(不计复线牵引网互感)6YN,d11牵引变压器保护并联电容补偿装置保护7A相馈线保护(下行)(不计复线牵引网互感)B相馈

2、线保护(上行)(不计复线牵引网互感)8YN,d11牵引变压器保护并联电容补偿装置保护9A相馈线保护(下行)(不计复线牵引网互感)B相馈线保护(上行)(不计复线牵引网互感)101.2 系统接线图图1 牵引变电所示意图11注：图中仅画出了一台牵引主变压器，接在27.5kV母线的并联电容补偿装置图2给出。275kV（A相） 275kV（B相）图2 并联电容补偿装置接线示意图2、设计要求考虑到在八周内每个学生要完成几个课程设计的任务，工作量较大，又要保证课程设计质量，特作如下安排：122.1 需要完成的设计内容1) 所有学生都必须完成主变、并联电容补偿装置、馈线保护的配置方案设计、整定计算、保护装置选

3、型；2) 按照各组的具体要求，分别画出主变保护、A相并联电容补偿装置保护或B相并联电容补偿装置保护、A相馈线保护或B相馈线保护的原理接线图和保护的展开图，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列；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）保护整定计算和保护装置选型4）2.1要求的保护原理图5）2.1要求的保护展开图3、参考文献1 张保会，尹项根.电力系统继电保护（第二版）. 北京：中国电力出版社，2

4、0102 陈小川主编.铁路供电继电保护与自动化.北京：中国铁道出版社，20103 谭秀炳.铁路电力与牵引供电系统继电保护（第二版）.成都：西南交通大学出版社，20114 陶乃彬.电气化铁道供变电技术（二次系统）. 北京：中国铁道出版社，20075 高亮.电力系统微机继电保护.北京：中国电力出版社，20076 杨奇逊，黄少锋.微机型继电保护基础.北京：中国电力出版社，20077中国标准出版社.电气简图用图形符号国家标准汇编.北京：中国标准出版社，2001138 各种继电器产品样本9 各种设计施工图二、馈线保护配置与整定计算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

5、，但配置与整定的基本原则相同。1、交流牵引负荷的特点(1)移动负荷，大小随时变化，这主要与线路情况，机车类型，列车重量和运行速度有关。(2)负荷电流大，馈线电流可在0到600800A的极宽范围内变化，双机牵引更高；有些线路高达20003000A(3)单边供电时，供电臂的长度为2030km；双边供电时，复线为4050km，单线为6070km。(4)线路单位阻抗大于普通输电线路阻抗，0.5465°(5)距离长，单位阻抗大，在最小运行方式下牵引网末端短路时，电流数值较小，有时可与最大负荷相比，采用一般保护很难满足灵敏度的要求。(6)空载投入机车变压器时产生励磁涌流，含有大量的二次谐波，其幅

6、值可达到500600A；(7)牵引状态下机车的电流的相位角为2540°，启动时55 60°，再生时可达901200。(8)正常负荷下，功率因数为0.8左右。(9) 机车的电流是非正弦的,含有大量高次谐波。三次谐波含量最高为2030。(10)牵引负荷是两个单相负荷，在三相系统中造成三相负荷不对称，不适用利用复序分量保护。(11)牵引网短路电流波形基本上是正弦的（机车退出工作），三次谐波含量不超过23 。2、 馈线保护2.1 单线方式应配置电流速断和阻抗段，可选配电流增量和过电流。14图2.1 单线方式示意图2.1.1电流速断定值计算Izd=KkIf.max其中： Kk可靠系数

7、，取1.11.2；If.max最大负荷电流，由设计部门提供。典型时限0.1s。电流速断通常作为辅助保护以消除阻抗保护动作死区。要求其灵敏度(ss)IdKm=.min1.2 Izd(ss)其中，Id.min为保护安装处最小短路电流。实际运用中，用户可能希望电流速断既作辅助保护，又作阻抗保护的后备保护，则(SP)IdKm=.min1.2 Izd(SP)其中 Id也就是要求电流速断能保护牵引网全.min为分区亭处最小短路电流。长。对于重负荷线路，灵敏度往往达不到要求，只能采用谐波抑制电流速断，降低定值：Izd(SP)Id=.min Kk其中为可靠系数，取1.2。2.1.2 阻抗段线路边整定阻抗 ZL

8、=KkLZ0L其中： Kk可靠系数，取1.5；L牵引网长度；15牵引网单位阻抗；线路阻抗角。负荷边整定阻抗 Zf=Uf.minKKIf.maxf其中： U最低母线电压；If.max最大负荷电流；f对应最大负荷电流的负荷角；Kk可靠系数，取1.11.2。典型时限取0.1s。2.1.3 电流增量电流增量定值可按一台机车起动电流整定：Izd=KkIf.max其中： Kk可靠系数，取1.2；If.max一台机车起动电流；If.max跟机车类型有关，一般在200A左右。典型时限：常规保护最长时限+(0.20.4)s。如果机车未装滤波装置，三、五次谐波电流含量较大，可采用带谐波制动的电流增量保护，使降低到

9、100A左右。从而提高高阻故障的检测能力。2.1.4 过电流过电流保护定值按接触网承受过负荷的能力整定。过电流的判据包含了高次谐波。典型时限：整定为3段反时限过流。2.2 单线越区供电方式图2.2 单线越区供电方式变电所D1处:应配置电流速断、阻抗段、阻抗段，可选配电流增量、过电流；分区亭D2处：应配置电流速断、阻抗段，可选配电流增量、过电流。162.2.1 变电所D1处电流速断定值计算(SP)Izd=maxKkIdmax,If.max ()其中： MAX（x,x）取括号中各项之最大者；Kk可靠系数，取1.2；(SP)Id.maxSP处最大短路电流；If.max越区供电条件下D1处测量到的最大

10、负荷电流。典型时限0.1s。灵敏度校核 (SS)Id Km=.min Izd2.2.2 变电所D1处阻抗段定值计算ZL=0.85L1.Z0L负荷边整定阻抗 Zf=Uf.minKKIf.maxf其中： U最低母线电压；If.max最大负荷电流；f对应最大负荷电流的负荷角；Kk可靠系数，取1.11.2。典型时限取0.1s。2.2.3 变电所D1阻抗段定值计算ZL=Kk(L1+L2)Z0L其中： Kk可靠系数，取1.2；Zf与2.2.2 相同。典型时限 0.30.5s。2.2.4变电所D1处电流增量、过电流定值计算与2.1.3, 2.1.4相同。2.2.5分区亭D2处定值计算与2.1相同。2.3 复

11、线单边供电方式如果认为D1相对D3为正方向,那么D2相对D3就是反方向,以下类似。17图2.3 复线单边供电方式示意图变电所D1处：应配置电流速断，阻抗段，阻抗段，可选配电流增量，过电流保护，横长特性阻抗。变电所D2处：与D1处相同；分区亭D3处：应配置电流速断，可选配正向阻抗段和反向阻抗段以提高D3处保护动作灵敏度。2.3.1 变电所D1处电流速断定值计算:Izd=KkID.maxKk可靠系数，取1.3；ID.max牵引网末端最大短路电流。保护的动作时限应大于机车保护动作时限（0.060.08s）,一般取0.1s。 要求最小保护范围线路全长的15 202.3.2 变电所D1处阻抗段定值计算0

12、.85ZL=0.85L Z0+Z12L 1.15其中： Z0单位自阻抗；Z12单位上下行互阻抗；Zf计算与2.1.2 相同。典型时限0.1s。2.3.3 变电所D1处阻抗段定值计算ZL=Kk2L(Z0-2Z12)L其中：Kk可靠系数，取1.2；Zf计算与2.2.1(2) 相同；典型时限 0.40.5s；2.3.4 变电所D1处横向特性阻抗定值计算对于复线方式，变电所D1处测得的接地故障过渡电阻将比实际值增大，最18严重时将增大2倍。为提高抗过渡电阻能力，可设置横长特性阻抗保护。ZL=1Uf.minf.min KkIf.max其中： Kk可靠系数，取1.11.2；Uf.min最低母线电压；If.

13、max最大负荷电流；f.min最大负荷电流下最小负荷角。图2.4横长特性阻抗保护Zf=Kk2Rg0其中： Kk可靠系数，取1.2；Rg高压电气设备外壳接地电阻，10欧左右。典型时限0.1s。2.3.5 变电所D1处电流增量和过电流定值计算与2.1.3, 2.1.4相同。2.3.6 分区亭D3处电流速断定值计算Izd=KkIf.max其中：Kk 可靠系数，取1.11.2；If.max分区亭最大负荷电流；典型时限0.1s。2.3.7 分区亭D3处正向阻抗段定值计算ZL=KkL(Z0-Z12)L其中： Kk可靠系数，取1.5；典型 时限 0.1s。2.3.8 分区亭D3处反向阻抗段定值计算19与2.

14、3.7相同。三、变压器保护配置与整定计算1、 差动速断保护差动速断保护的定值遵循以下两原则：a) 躲过变压器励磁涌流；b) 躲过外部故障切除时产生的最大不平衡电流。装置中设有变压器三相差动速断保护，动作判据为： IdzIsd0式中：Idz为差动电流，Isd0为差动速断整定值2、差动保护2.1最小动作电流该定值需躲过最大负荷电流下的不平衡电流，且要保证变压器内部故障时有足够的灵敏度。通常取Idz=(0.30.5)In。2.2 最小制动电流一般取变压器额定电流值In。2.3 比率制动系数K=Kk(KtxFi+U+Fb)Kk可靠系数，一般取1.22Ktxx电流互感器同型系数，一般取1.0Fi电流互感

15、器误差，取0.1U变压器抽头引起的误差，取0.050.1Fb二次电流平衡不精确引起的误差，一般取0.050.12.4 二次谐波制动系数该定值根据变压器励磁涌流整定，一般取0.2左右。2.5 平衡系数按变压器的变比及高、低压侧所选电流互感器的不同变比来整定。3、 零序保护零序保护作为变压器或相邻组件的接地保护，由零序电流保护和零序电压保护组成。3.1零序电流保护装置中设有变压器零序电流保护，动作判据为： IdzIlx020式中：Idz为动作电流，Ilx0为零序电流整定值。3.2 零序电压保护装置中设有变压器零序电压保护，动作判据为： dzUlx0式中：Udz为动作电压，Ulx0为零序电压整定值。

16、4、 过负荷保护该定值一般取稍大于变压器高压侧的额定电流。装置中设有变压器高压侧三相过负荷保护，动作判据为： IdzIgfh式中：Idz为动作电流， Igfh为过负荷整定值5、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： 一般母线最低工作电压整定。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。6、单相低电压过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： 一般母线最低工作电压整定。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

17、生金属性短路时，保护安装处的最大残压来效验。动作时限：7、 低电压保护按躲过变压器最大负荷时的低压侧系统电压来整定。8、 非电量保护变压器重瓦斯、轻瓦斯和温度、压力、油位等各种非电量信号的出口跳闸或信号指示功能。四、电容器保护1、电流速断保护用于断路器到电容器连接线短路故障的保护。动作方程 I>Izd其中：I并补支路总电流基波分量；21Izd电流速断定值；定值计算： Izd=KKIYL.max Kh其中：Kk可靠系数，一般取1.2；Iyl并补装置投入时的涌入基波电流；Kh 返回系数。2、过电流保护用于电容器组内部部分接地故障的保护。动作方程：I>Izd其中： I并补支路总电流基波分

18、量；Izd过电流整定值；定值计算：Izd=KK(1.3-1.4)In Kh其中：In 并补装置额定电流；典型时限 0.5s（躲过并补装置最大合闸涌流）。3、高次谐波过流保护谐波过流保护分别由各并补分支的谐波过流保护构成，当任一并补分支满足谐波过流保护出口动作条件时，装置驱动断路器跳闸。 动作方程：其中： I3、I5、I7、I9、I11各并补分支电流中3、5、7、9、11次谐波分量Izd谐波过流定值，各并补分支共用一份定值。定值计算：Izd= Ihn/ Kk其中：Kk可靠系数，一般取1.2；Ihn电容器允许谐波电流值；典型时限 120s。4、 过电压保护用于保护电容器的过电压。动作方程：U>

19、;Uzd其中：U母线电压基波分量；Uzd过电压定值定值计算：Uzd=(1.11.3)Un；22其中：Un母线额定电压； 典型时限 12s。5、低电压保护按并联补偿装置“最后投入，最先开放”的原则而设计。设置低电压保护的目的是：a、防止在无负荷时电容器和变压器同时投入；b、在电源恢复前，使电容器不在投入状态；动作方程： UUzd其中：U母线电压基波分量；Uzd低电压定值；定值计算：Uzd=(0.50.6)Un典型时限 0.51s。6、 差压保护差压保护是一种灵敏度高、保护范围大、不受合闸涌流、高次谐波及电压波动影响的保护方式。它能检出电容器的内部故障并限制事故扩大。动作方程：Ucd>Uzd

20、其中：Ucd并补装置两组串联电容器之差电压基波分量；Uzd差压定值；定值计算：确定电容器组中故障电容器端电压超过1.1倍额定电压时，熔断器已切除电容器的台数K。按式 MUmax1.1Ucn 计算值K值 NM-K1-D+K其中：M并联电容器数；N串联电容器数；D补偿度；Umax母线最高电压；Ucn电容器额定电压计算差压：计算定值：Uzd=U/Klm式中： Klm灵敏系数，取1.5；23典型时限0.10.2s。7、差流保护用于电容器装置接地故障的主保护。动作方程：Icd>Izd其中：Icd并补支路差流基波分量；Izd差流定值；定值计算 Izd=KkKtxfmaxImax Imax=1+XCX

21、LIn()其中：Kk可靠系数，取1.3；ktx同型系数，顶流互与底流互同型时取0.5，不同型取1。fmax流互最大允许误差，取0.1；Imax并补投入时涌流有效值XC并补装置电容器容抗；XL并补装置电抗器感抗；In并补装置额定电流。五、原理图1、若采用机电型继电器，应画出原理接线图，在原理图上应包括：(1) 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；(2) 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。(3)对所实现的保护进行简要工作说明。2、若采用晶体管和集成电路型继电器，应画出保护框图，在框图上应包括：(1) 交流电流、电压输入与电压形成回路。(2) 电压形成回路、各种功能逻辑电路、时间电路之间的连接框图。(3) 对所实现的保护进行简要工作说明。3、若采用微机型继电器，应画出保护框图