电力系统继电保护课程设计

电气2011-01班课程设计任务书学生姓名2014年11月10日2014年12月25日设计题目加深学生对电力系统继电保护课程基础知识和基本理论的理解和掌握，培知识的能力，使之在继电保护配置、整定计算分析、变电所二次系统与一次系统之间的接口设计等方面得到进一步训练，同时提高学生运用标准和规范、查阅设计手册与资料一、基础数据1.YN,d11牵引变压器参数电流()电流(A)最小运行方式27.5KV母线电压(kV)牵引变压器容量(MVA)牵引变压器一次侧额定电流(A)牵引变压器一次侧母线电压(kV)牵引变压器二次侧额定电流(A)1牵引变压器一次侧CT变比重瓦斯保护(M/S)牵引变压器二次侧CT变比主变过热(℃)牵引变压器一次侧PT变比主变通风启动信号(℃)牵引变压器二次侧PT变比主变通风停止信号(℃)参45最小运行方式变压器二次侧两相短路电流(A)电容器组涌流倍数5A相并联电容器组容量(kVar)(4并4串连接)B相并联电容器组容量(kVar)(4并4串连接)电流速断保护可靠系数变压器二次侧母线额定电压(kV)变压器二次侧母线最高电压(kV)电容器组PT变比电压保护可靠系数电流保护返回系数A相电容器组额定电流(A)电容器组同型系数B相电容器组额定电流(A)电容器组额定电压(kV)3.A相馈线参数4相线数牵引网末端最大短路电流(A)短路电流(A)流(A)阻抗保护电抗可靠系数供电臂最大负荷电流(A)阻抗保护电阻可靠系数牵引变压器二次侧母线最低工作电压(kV)电流速断保护可靠系数供电臂长度(km)阻抗保护电阻偏移值(欧)1阻抗保护电抗偏移值(欧)1阻抗保护灵敏角(°)阻抗保护PT断线电流检测可靠系数牵引负荷阻抗角(°)牵引网单位阻抗电阻值(欧/千米)牵引网末端最大短路电流(A)电流(A)阻抗保护电抗可靠系数供电臂最大负荷电流(A)阻抗保护电阻可靠系数压(kV)电流速断保护可靠系数供电臂长度(KM)阻抗保护电阻偏移值(欧)1阻抗保护电抗偏移值(欧)1阻抗保护灵敏角(°)牵引负荷阻抗角(°)说明：馈线保护整定计算时，不计复线牵引二、系统接线图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；2)所有学生都必须完成主变、并联电容补偿装置、馈线保护的整定计算；3)第1组学生必须画出主变保护的原理接线图和保护的展开图，并作相应说明；4)第2组学生必须画出A相馈线保护的原理接线图和保护的展开图，并作相应说明；5)第3组学生必须画出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；6)第4组学生必须画出A相并联电容补偿装置保护的原理接线图和保护的展开图，并作相应说明；7)第5组学生必须画出B相并联电容补偿装置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，不要求画出屏面布子排列；课程设计进度安排：(共7周)时间1第10周2答疑周四14:00-15:00X2611第11~16周3交报告周四14:00-15:00X2611第16周[6]各种继电器、继电保护产品样本[7]各种设计施工图附图1牵引变电所主接线示意图摘要培养学生综合运用所学知识的能力，使之在继电保护配置、整定计算分析、变电所二次系统电气设备，它的故障将对供电可靠性和系统安全运行带来严重的影响。因此为三相低电压过电流保护、单相低电压过电流保护、零序过电流保护作为后备保护；在非电量 8 1 11.2.1主变压器的主保护 11.2.2主变压器的后备保护 1 2 2第二章并联电容补偿保护装置的配置方案及设计 7 72.1.1电容补偿装置保护简述 72.1.2电容补偿装置主保护 72.1.3电容补偿装置后备保护 7 8 8第三章馈线保护配置方案及设计 3.1.1馈线保护简述 3.1.2馈线的主保护 3.1.3馈线的后备保护 第四章主变压器保护的原理图、展开图及说明 1 22 参考文献资料 1.1主变压器的保护特点N=B(1)差动速断保护3Icpc≥IsD一Y/D-11主变压器的接线原理图：整定原则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。代入数据得：灵敏度校验按最小运行方式下，电源侧发生两相短路的短路电流进行校验：由材料得，最小运行方式变压器电源侧三相短路电流为1775.89A,转换为二次侧两相短路数经过一次侧CT转化后，考虑接线系数，差动速断保护值为：4(2)二次谐波制动的比率差动保护动作电流的整定原则一般按变压器额定电流的0.2到1倍整定，需考虑接线系数。灵敏度校验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校验：已知：牵引变压器变比N=4,二次侧最小三相短路电流为：1429.25A符合灵敏度要求。速断动作区比率差动动作区II0如上图所示，折线的下部为制动区，折线的上部为动作区。总体情况是，当外部电流变化时，制动电流不必要限定在一个很高的值不变，可以随着需要躲过电流的大小变化相应地变化，一旦大于这个值即动作，提高灵敏度。二次谐波闭锁当差动电流中的二次谐波分量大于一定值时，动作被闭锁：换算到CT低流侧后：(3)高压侧三相低电压启动过电流保护5Uβ≤Upy—动作电流的整定原则&灵敏度校验符合要求。动作电压的整定原则动作时限：与变压器低压侧单相低电压过电流保护配合，为0.6秒换算到二次侧PT低压侧为：灵敏度校验电压元件的灵敏度系数按最大运行方式下，相邻元件末端发生三相金属性短路时，保护安装处的最大残压来校验：A相末端短路时，其始端最大电压为：18655VB相末端短路时，其始端最大电压为：13415V取A相残压：6不符合要求。(4)低压侧单相低电压启动过电流保护基本同三相低电压过电流保护，只是动作时限应与馈线的电流保护相配合。换算到CT低流侧后：(接线系数为1)符合要求。符合要求。动作时限与馈线部分的电流保护相配合，取(5)零序过电流保信号信号由于负荷为单相负荷，线路不设零序保护，110kV侧中性点接地时设置。动作电流按70%的额定电流整定。7(6)过负荷保护动作电流动作时限：较长，一般取120秒。重瓦斯保护取为0.8m/s。主变过热保护取为75摄氏度。主变通风启动取为55摄氏度。(10)主变通风停止取为45摄氏度。二、并联电容补偿保护装置的配置方案及设计2.1、并联电容补偿保护配置方案2.1.1电容补偿装置保护简述并联电容补偿装置主要是用来补偿牵引网的无功功率。根据并联电容补偿装置电气设备安装规程规定，对内部装有熔丝的电容器组成的并联电容补偿装置，要求以下保护：(1)短路电流的保护，用于无延时切除并联电容补偿装置；(2)由高次谐波引起的电容器过负荷保护，当有效电流等于额定电流130%时延时切除并联电容补偿装置。(3)电容器过电压保护，当电压为额定电压的110%时延时切除并联电容补偿装置。2.1.2电容补偿装置主保护采用电流速断保护作为主保护，用于保护断路器到电容器之间的短路故障，无延时切除并联电容补偿装置。2.1.3电容补偿装置后备保护1、过电流保护用于电容器内部故障，接地故障保护，也做电流速断保护的后备保护。2、谐波过电流保护谐波使电容器介质老化，缩短使用寿命。3、差电流保护保护电容器装置接地故障。4、差电压保护保护电容器内部故障。5、低电压保护该保护的主要任务是监视电容器放电回路是否完整6、过电压保护为减少操作过电压对补偿装置和供电装置电气设备的影响2.1.4配置方案①、电流速断保护②、过电流保护③、谐波过电流保护④、差电流保护⑤、差电压保护⑥、过电压保护⑦、地电压保护2.2、并联补偿电容的整定计算(1)电流速断保护该保护用于断路器到电容器连接端的短路故障。动作电流按躲开电容器投入时产生的最大涌流进行整定。9灵敏度校验按最小运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校验：符合要求。(2)过电流保护用于电容器组内部故障，接地故障保护，也作电流后备。整定原则电容器组电容有10%的偏差，使负荷增大；电容器允许1.3倍额定电流长期运行；合闸涌流灵敏度校验按最小运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校验：符合要求。动作时限躲过并补装置的最大合闸电流，取0.5秒。(3)谐波过电流保护谐波使损耗功率变大导致发热，过电压使电容介质老化，缩短寿命。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分钟进行整定。动作方程动作时限本设计取120秒。(4)差电流保护用于电容器装置接地故障的主保护。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。换算成CT低流测为：Ia=24.765÷10=2.48A灵敏度校验对于并联电容补偿支路来说，最小短路电流同额定电流，可以用流过并联电容补偿支路的额定电流来进行灵敏度校验符合要求。动作时限取0.1秒。(5)差电压保护用于差电压保护是一种灵敏度高、保护范围大、不受合闸涌流、高次谐波以及电压波动影响的保护方式，用于电容器内部的故障。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。动作时限取0.15秒。(6)过电压保护用于保护电容器的过电压、馈线母线的过电压，受电容器设备谐波过负荷和电动机车组的允许过电压两方面的限制。动作电压取额定电压的1.2倍：动作时限躲过牵引网可能发生的瞬时过电压，取1.5秒。(7)低电压保护防止在无负荷时电容和变压器同时投入，在电源恢复时，仅电容器不在投入状态。动作电压换算成PT低压侧为：动作时限Upz=21K÷275=76.4V取大于牵引母线上所接馈线短路保护的最长动作时延，取0.7秒。三、馈线保护配置方案及设计3.1馈线保护的配置方案3.1.1馈线保护简述交流牵引网为两个单相系统，其负荷特性与一般的电力负荷不全相同，因此牵引网的工作条件比电力网复杂、恶劣得多。牵引负荷不仅是移动的，而且其大小也随时都在变化，这主要与线路情况、机车类型、列车重量和运行速度等有关。牵引网供电距离长，单位阻抗大，因此在最小运行方式下牵引网末端短路时，其短路电流数值相当小，有时可与最大负荷相比，故采用一般的保护就难以满足灵敏系数的要求。由于牵引负荷是两个单相负荷，所以在三相系统中造成三相负荷的不对称，使系统在正常3.1.2馈线的主保护3.2馈线保护的整定计算(1)电流速断保护护的动作死区。动作电流为：Ia=KIkmx=1.3×1656.321TV断线检测及闭锁阻抗I段定值计算考虑到牵引系统的特性，阻抗一段采用四边形动作特性，并设置如下：资料来源躲涌流/躲涌流/XzpZZDR(1).电阻动作值的整定：由CT变比126,PT变比275,可知阻抗变比为2.2A馈线CT为125,PT为275,则阻抗变比相当于2.2。考虑与电力机车断路器跳闸时间配合，一般取0.1秒。计算同第一段：计算类似于阻抗一段，但其保护范围包括相邻线路的全长Xz=1.2×2×20.163×0.509=24典型时限与第一段相配合取0.5秒过电流保护作为后备保护动作电流：按躲过最大负荷电流整定：Id₂=KkIf.mx3.2.2、B相馈线保护整定计算电流速断定值计算复线单边供电方式示意图Ia=KIk.max=1.3×978.171时限设定为0.1秒，大于机车保护的约0.07秒动作时限。接下来计算本保护的范围：因为最小方式下15%路段处的短路电流已经给出，为2405.344A,而上述求得达到保护15%线路的目的，如改成1.2即可满足要求。TV断线检测及闭锁考虑到牵引系统的特性，阻抗一段采用四边形动作特性，并设置如下：资料来源Xzp重负荷ZDR电阻动作值的整定：由CT变比80,PT变比275,可知阻抗变比为3.44考虑与电力机车断路器跳闸时间配合，一般取0.1秒。电阻动作值计算同阻抗一段，有电抗动作值计算类似于阻抗一段，但其保护范围包括相邻线路的全长Xzp=Kk·2L·Z₀=1.2×2L·Z₀典型时限与一段相配合取0.5s(4)过电流保护作为后备保护其中，取Ir.mx=970A(5)重合闸：时限取2秒。4.1保护原理4.1.1二次谐波闭锁的比率差动保护A相比率差动A相比率差动4.1.2差动速断保护&变变压器主保护信号信号图2-2差动速断保护原理框图4.1.3保护判据IIβ图2-3平衡变压器差动保护接线变变压器主保护I图2-4Y/△-11变压器差动保护接线4.1.3电流平衡关系Y/△—11变压器电流平衡关系(CT二次侧):则差动电流为：4.1.4差动速断保护装置中设有变压器三相差动速断保护，动作判据为：4.1.5二次谐波闭锁的比率差动保护变压器三相差动保护采用具有比率制动特性的差动保护，带有二次谐波闭锁判据，特性曲线如图2-5所示。比率差动保护判据为：主变后备保护装置4.1.6高压侧三相低压启动过电流保护&图3-1高压侧三相低压启动过电流保护原理框图4.1.7低压启动的α相过电流保护&图3-2低压启动的α相过电流保护原理框图4.1.8低压启动的β相过电流保护&信号图3-3低压启动的β相过电流保护原理框图4.1.9零序过电流保护图3-4零序过电流保护原理框图4.1.10反时限过负荷保护信号信号I图3-5反时