电力系统继电保护课程设计

 

专    业： 电气工程及其自动化 

班    级：       电气091   　 

姓    名：       XXX   　  

学    号：       　  

指导教师：          王思华 　　 

兰州交通大学自动化与电气工程学院

20##年 7月7日

1 设计原始资料

1.1 具体题目

一台双绕组牵引变压器的容量为25MVA，电压比为110±2×2.5%/27.5kV，Y，d11接线；已知：27.5kV外部短路的最大短路电流为2400A、最小短路电流为2000A，110kV侧电流互感器变比为300/5，27.5kV侧电流互感器变比为900/5；可靠系数取。试对牵引变压器进行相关保护的设计。

1.2 要求完成的内容

(1) 保护的配置及选择；

(2) 保护配合及整定计算；

(3) 保护原理展开图的设计；

(4) 对保护的评价。

2 分析课题的内容

2.1 设计规程

2.1.1 对继电保护性能的要求

继电保护装置应满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求。在电路出现故障状态时，继电器可以有选择性的有效地动作，起到保护电路的作用。

2.1.2 异常运行保护

异常运行保护是反应被保护电力设备或线路异常运行状态的保护。

2.2 本设计保护配置

2.2.1 主保护配置

主保护由瓦斯保护和纵联差动保护构成，用于反应变压器上的短路故障。瓦斯保护用于反应变压器油箱内部的短路故障。纵联差动保护既能反应变压器油箱内的短路故障，也能反应油箱外引出线及母线上发生的短路故隐。 主要保护为瞬时动作，且动作后变压器各侧断路器均跳闸，变压器退出运行。

2.2.2 后备保护配置

(1) 过电流保护

作为变压器短路故障的后备保护。当主要保护拒动时，由后备保护经一定延时后动作，变压器退出运行。过电流后备保护包括变压器110kV侧过电流保护和中性点零序过电流保护。110kV侧过电流保护实际采用低电压起动的过电流保护，以提高过电流保护的灵敏度。中性点零序过电流保护作为变压器高压侧接地短路故障及相邻元件（110kV进线）接地短路故障的后备保护。

(2) 变压器外部短路故障的电流保护

该保护设于变压器的27.5kV侧，作为27.5kV母线短路故障的保护和牵引网短路故障的后备保护。为提高过电流保护的灵敏度，实际也采用低电压启动的过电流保护。需要指出的是，当变压器外部发生短路故障时，主要保护是不动作的，若27.5kV侧低压起动过电流保护拒动，则可由110kV侧低压起动过电流保护经延时后动作，变压器退出运行。但故障影响范围扩大了。

3 保护的配合及整定计算

3.1 主保护的整定计算

变压器一、二次回路电流计算值见表3.1。

表3.1  变压器一、二次回路电流计算值

(1) 躲开外部短路故障时的最大不平衡电流，整定式为

                                                    (3.1)

式中：为可靠系数，取=1.3；

为外部短路故障时的最大不平衡电流。包括电流互感器和变压器变比不完全匹配产生的最大不平衡电流和互感器传变误差引起产生的最大不平衡电流。

                              (3.2)

式中：为外部短路故障时最大短路电流，=2400(A)；

为由于电流互感器计算变比和实际变比不一致引起的相对误差，Yd11接线三相变压器的计算公式为=；

为变压器分接头引起的相对误差，一般可取调整范围的一半；

0.1为电流互感器容许的最大稳态相对误差；

为电流互感器同型系数，取为1；

为非周期分量系数，取1.5~2，当采用速饱和变流器时，由于非周期分量会使其饱和，抑制不平衡输出，可取为1。

将上述取值均带入式(3.1)、(3.2)，可得

=1.3(0.23+0.05+0.111)2400=1185.6(A)

(2) 躲过变压器最大的励磁涌流，整定式为

                                               (3.3)

式中：为可靠系数，取1.3；

为变压器额定电流；

为励磁涌流最大倍数，由于选取BCH-2型继电器，故选1。

将上述取值均带入式(3.3)，可得

=682.5(A)

(3) 躲开电流互感器二次回路断线引起的差电流。变压器某侧电流互感器二次回路断线时，另一侧电流互感器的二次侧电流全部流入差动继电器中，要引起保护的误动。有的差动保护采用断线识别的辅助措施，在互感器二次回路断线是将差动保护闭锁。若没有断线识别的措施，则差动保护的动作电流必须大于正常运行情况下变压器的最大负荷电流，即

                                                       (3.4)

式中：为可靠系数，取1.3；

为变压器的最大负荷电流。在最大负荷电流不能确定时，可取变压器的额定电流。

将上述取值均带入式(3.4)，可得

=682.5(A)

综上所述，以第一条件为最大，故其整定值为=1185.6(A)。

(4) 校验灵敏度

灵敏度校验公式为

                                                  (3.5)

式中：为整定电流值；

为最小短路电流。

将数据带入式(3.5),可得

灵敏度校验符合要求。

3.2 后备保护的整定计算

3.2.1 过电流保护

过电流保护装置的动作电流，应能躲开变压器正常运行时的最大负荷电流。过电流保护的灵敏系数按式计算。作为主保护时，用变压器负荷侧母线最小两相短路电流校验，应不小于1.5，作为后备保护时，用保护区末端最小两相短路电流校验，应不小于1.25。过电流保护的时限特性应按阶梯形原则确定。

A

满足灵敏度要求可以使用。

3.2.2 低电压启动的过电流保护

低电压启动的过电流保护增加低电压启动元件后，只有当电流增大，电压降低且都达到整定值时，保护装置才能动作于跳闸。

低电压启动过电流保护的整定原则如下：

过电流元件：动作电流按式确定。灵敏系数按式计算。

低电压元件：动作电压按式确定；灵敏系数按校验，作为主保护时，应不小于1.5；作为后备保护时，应不小于1.2。

3.2.3 过负荷保护

对于牵引变压器可按式式中为牵引变压器过负荷系数。由题可知：A

由于牵引负荷的特点，过负荷电流持续时间很短，通常为0.5~2min，所以，如果采用普通变压器作为牵引变压器，一般可取1.3~1.5，动作时延t取9s。

4 继电保护设备的选择

4.1 互感器的选择

根据额定电压以及运行的要求，高压侧可以选用LQJ-110型互感器，低压侧可以选用LMZJ1-27.5型互感器。

4.2 变压器的选择

主保护的继电器可以选用BCH-2型差动继电器，后备保护可以选用DL-24C型过流继电器和DY-28C/160型低电压继电器。

5 原理图的绘制

5.1 保护原理电路

电流纵差动保护电路如图5.1所示。低电压启动的过电流保护原理图如图5.2所示。

图5.1  电流纵差动保护原理图

图5.2  低电压启动的过电流保护原理图

5.2 保护展开电路

保护展开电路如图5.3所示。

    

图5.3  保护展开电路

6 保护的评价

电力系统中的发电机、变压器、输电线路、母线以及用电设备，一旦发生故障，迅速而有选择的切除故障设备，既能保护电气设备免遭破坏，又能提高电力系统的稳定性，是保证电力系统及其设备安全运行最有效的方法之一。

对于一个电路而言尤其是电压比较高的一次电路没有保护是比较危险的，而对于保护电路而言追求更好的速动性、灵敏性、可靠性是它永恒的主题。在保护的整定计算及设备的选择过程中我们需要考虑变压器可能出现的所有的不正常状况及线路上可能出现的所有状况。

本文对题目所给牵引变压器的保护设计能很好的完成对题目所给变压器的保护，至于图中所画变压器的接地保护由于牵引变压器是否接地由当地电力供电部门决定，所以只在图中画出未加整定计算。

变压器内部的故障可被瓦斯保护和差动保护检测到并及时跳闸以从电路中切除故障起到保护电路和变压器的目的。变压器外部故障并其他保护无动作时变压器的后备保护可以起到保护的作用。给变压器的安全可靠运行提供了有效的保障。

参考文献

[1] 张保会,尹项根.电力系统继电保护(第二版）[M].北京:中国电力出版社,2009.

[2] 谭秀炳.铁路电力与牵引供电系统继电保护[M].成都:西南交通大学出版社,2007.

[3] 于永源,杨绮雯.电力系统分析 [M].北京:中国水利水电出版社,2007.

[4] 许建安.继电保护整定计算[M].北京:中国水利水电出版社,2001.

[5] 杨正理,黄其新,王士正.电力系统继电保护原理及应用[M].北京:机械工业出版社,2010.

第二篇：电力系统继电保护课程设计题目

《电力系统继电保护原理课程设计》

任务书

一、课程设计的目的和任务：

1、 课程设计的目的

课程设计是本课程的重要实践环节，安排在理论教学结束后进行。搞好课程设计，对巩固所学知识，提高实际工作能力具有重要作用。经过设计、使学生掌握和应用电力系统继电保护的设计、整定计算、资料整理查询和电气绘图等使用方法，安排在理论教学结束后进行。搞好课程设计，对巩固所学知识，提高实际工作能力具有重要作用。通过本课程设计，使学生掌握新型继电保护设计的内容，步骤和方法，提高学生编写技术文件的技能，锻炼学生独立思考，运用所学知识分析和解决生产实际问题的能力。

2、 设计内容及任务：

设计某供发电机供电网络，三台并联运行，有最大最小运行方式，线路上安装有电流保护装置，要求根据实际情况设计电流继电保护方案，，设计主保护方案，并给出主要电器设备的选择，包括继电器、电流互感器、导线选取（包括截面和型号）；降压变电站变压器继电保护的配置及整定计算；绘制相关电路接线图等。主要包括：

（1） 选择变压器保护所需的电流互感器变比、计算短路电流。

（2） 选出所需继电器的规格、型号。

（3） 防雷，接地保护。（可选）

二、设计要求

1、设计说明书（包括计算书）一份。要求详细叙述继电保护的设计过程，包括：短路电流的计算过程；论证继电保护的配置过程；整定计算过程及其结果。

2、继电保护单线配置图一张。若题目为电网保护设计。

3、继电保护回路接线图一张。

三、课程设计原始资料：

（1） 题目：115千伏电网继电保护设计

（2） 原始资料：某供变电网络电气接线图网络如图所示：

G1

9 L1 8

7 L2 6 3 2 1

G2

G3

A

5 L3 4

B C D E

简单电网示意图 已知：

如图所示网络，在1、2、3处安装有电流保护，系统参数为：E??115/3kV，

XG1?15?

，XG2?10?， L1?L2?60km，L3?40km，LB?C?50km，XG3?10?，

//////

?1.2，Krel?Krel?1.15，，LD?E?20km，线路阻抗0.4?/km，Krel

LC?D?30km

IB?C.lmax?300A，IC?D.lmax?200A，ID?E.lmax?150A，Kss?1.5，Kre?0.85。试

求：

1、发电机最多三台运行，最少一台运行，线路最多三条运行，最少一条运

行，请确定保护3在系统最大、最小运行方式下的等值阻抗。 2、整定保护1、2、3的电路速断定值，并计算各自的最小保护范围。 3、整定保护2、3的限时电流速断定值，并校验使其满足零敏度要求。

（Ksen?1.2）。

4、整定保护1、2、3的过电流定值，假定母线E过电流保护动作时限为0.5S，

校验保护1作近后备，保护2和3远后备的灵敏度。

（4）设计时间分配：

课程设计时间分为二周，合计共10个工作日，时间分配可参考如下；

（4）参考资料

〈1〉 《电力系统继电保护和自动装置设计规范》GB50062—922；

〈2〉 《电力工程设计手册》二册；

〈3〉 《电力系统继电保护原理及新技术》第二版，李佑光主编，科学出版社； 〈4〉 《小型水电站机电设计手册 电气二次分册》 水利电力出版社。 〈5〉 于永源,杨绮雯.电力系统分析.北京:中国电力出版社,2007

〈6〉 刘介才.工厂供电.北京：机械工业出版社,2004

四、设计效果评价与考核：

设计成绩按学生在课程设计中的表现，对知识的掌握程度，分析问题和解决问题的能力及创新能力，完成任务的质量，课程设计成果及设计等综合评定，共分五级评定。设计成绩综合后按优秀(90- 100分)，良好(80-90分)，中等(70一79)，及格(60～69分)，不及格(60分以下)五级计分制评定。

五、备注：

最终成绩按照平时表现和实习最后总评以优、良、中、及格、不及格记。若发现有抄袭，取消参加考核的资格，成绩以零分记录。