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092    　

姓    名：       石  玥  　   

学    号：      200909110     

指导教师：       赵  峰 　    

兰州交通大学自动化与电气工程学院

2012 年 7月 7日

1 原始设计资料

1.1 具体题目

一台双绕组降压变压器的容量为20MVA，电压比为35±2×2.5%/6.6kV，Y，d11接线；采用BCH-2型继电器。求差动保护的动作电流。已知：6.6kV外部短路的最大三相短路电流为9262A；35kV侧电流互感器变比为600/5，6.6kV侧电流互感器变比为1500/5；可靠系数取。试对变压器进行相关保护的设计。

1.2 要完成的内容

本课题要完成的主要内容是对变压器进行主保护和后备保护的设计，并根据给定的原始资料对所选择的各种保护进行整定计算。使之最终达到变压器在任何故障下都能迅速的切断故障，快速恢复运行。

2 设计方案及原理

2.1 设计规程

(1) 相关专业提供的工程设计资料；

(2) 国家现行有关设计规程，规范及标准，主要包括：

《继电保护和安全自动装置技术规程》（GB/T 14285-2006）

《继电保护和安全自动装置通用技术条件》（DL/T 478-2001）

《继电保护和电网安全自动装置检验规程》（DL/T 995-2006）

《微机继电保护装置运行管理规程》（DL/T 587-1996）

《继电保护微机型实验装置技术条件》（DL/T 624-1997）

2.2 本设计的保护配置

2.1.1 主保护配置

为了满足电力系统稳定性方面的要求，当变压器发生故障时，要求保护装置快速切除故障。通常变压器的瓦斯保护和纵差动保护构成双重化快速保护。

(1) 差动保护：电流纵差动保护不但能区分区内外故障，而且不需要与其他元件的保护配合，可以无延时的切除区内各种故障，具有明显的优点。本设计中变压器主保护主要选电流纵差动保护，差动保护是变压器内部、套管及引出线上发生相间短路的主保护，同时也可以保护单相层间短路和接地短路，不需与其他保护配合，可无延时的切断内部短路，动作于变压器高低压两侧断路器跳闸。为了保证动作的选择性，差动保护动作电流应躲开外部短路电流时的最大不平衡电流。

(2) 瓦斯保护：变电所的主变压器和动力变压器，都是用变压器油作为绝缘和散热的。当变压器内部故障时，由于短路电流和电弧的作用，故障点附近的绝缘物和变压器油分解而产生气体，同时由于气体的上升和压力的增大会引起油流的变化。利用这个特点构成的保护，叫做瓦斯保护。瓦斯保护主要由瓦斯继电器、信号继电器、保护出口继电器等构成，瓦斯继电器装在变压器油箱和油枕的连接管上。

2.1.2 后备保护配置

(1) 低电压启动的过电流保护：其作用是为了防止又外部故障引起的变压器绕组过电流，并作为相邻元件保护的后备以及变压器内部故障时主保护的后备。

(2) 零序电流保护：在发生接地故障时，变压器中性点将出现零序电流，因此采用零序电流保护作为变压器接地后备保护。

(3) 过负荷保护：变压器长期过负荷运行时，绕组会因发热而收到损伤。因此在本设计中，根据可能的过负荷情况，装设过负荷保护。

3 保护的配合及整定计算

3.1 差动保护整定计算

变压器一、二次回路电流计算值如表3.1所示。

表3.1  变压器一、二次回路电流计算值

续表

差动电流一次侧动作电流：按6.6kV侧（基本侧）计算。

(1) 按躲过最大不平衡电流计算，有

                        (3.1)

式中：；电流互感器计算变比与实际变比不一致引起的相对误差；变压器分接头改变引起的相对误差；非周期分量系数；电流互感器同型系数；可靠系数。将上述取值均代入式(3.1)，可得

(2) 按躲过励磁涌流条件，有

式中，励磁电流最大倍数。

(3) 按躲过电流互感器二次回路断线的条件，有

以第一条件为最大，故。

3.2 变压器过电流保护的整定计算

动作电流：          

动作电压：

(1) 按躲过正常运行时可能出现的最低工作电压整定，有

(2) 按躲过电动机自启动时的电压整定，有

因此选定整定电压为。

3.3 保护的配合

电流纵差动保护不但能够正确区分内外故障，而且不需要与其他元件的保护配合，可以无延时地切除区内各种故障。零序过电流保护采用两段式，零序电流保护Ⅰ段与相邻元件零序电流保护Ⅰ段相配合，其Ⅱ段与相邻元件零序电流保护后备段相配合。

4 主要设备的选择及原理接线图

4.1 电流互感器的选择

根据配电装置类型和整定计算结果，选择电流互感器型号及参数如表4.1所示。

表4.1 电流互感器基本参数

4.2 继电器的选择

由原始设计资料可知，本设计采用BCH—2型继电器，其具体参数如表4.2所示。

表4.2 BCH—2型继电器基本参数

4.3 原理接线图

图1 瓦斯保护装置原理接线图

图2 双绕组三相变压器纵差动保护装置原理接线图

图3 低电压启动的过电流保护装置原理接线图

图4 零序过电流保护装置原理接线图

图5 过负荷保护装置原理接线图

5 保护评价

5.1 对主保护的评价

差动保护：电流纵差动保护不但能正确区分区内外故障，而且不需要与其它元件的保护配合，可以无延时的切除区内各种故障，具有独特的优点。但是变压器纵差动保护一直存在励磁涌流难以鉴定的问题，可以通过采用具有速饱和变流器或带短路线圈的速饱和变流器的差动继电器构成差动保护，或利用二次谐波制动原理构成差动保护，以及利用鉴别波形间断角原理构成差动保护等措施克服其影响。

瓦斯保护：瓦斯保护的优点是简单、经济、灵敏度高，能反应变压器油箱内部的一切故障，当有大量气体产生时动作迅速。但是其缺点是不能反应变压器油箱外部套管和引出线上的故障。所以，它与差动保护共同作为变压器的主保护。

5.2 对后备保护的评价

后备保护可以防止由外部故障引起的变压器绕组过电流，并作为相邻元件（母线或线路）保护的后备以及在可能的条件下变压器内部故障时主保护的后备，他与变压器的主保护一起构成变压器的完整保护。过电流保护按躲过可能出现最大负荷电流来整定，启动电流比较大，对于升压变压器或容量较大的降压变压器灵敏度往往不能满足要求，因此本设计中采用低电压启动的过电流保护，可以提高保护灵敏度。但是低电压启动的过电流保护中有可能由于电压互感器回路发生断线，低压继电器将会误动作，因此在实际装置中还要配置电压回路断线闭锁功能。

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,2009:12.

[2] 李立群,柳占江,张道纲.电力系统继电保护[M].北京:水利电力出版社,1989:10.

[3] 谭秀炳.铁路电力与牵引供电系统继电保护(第二版)[M].成都:西南交通大学出版社,2011:7.

[4] 王士政,芮新花.电气工程类专题课程设计与毕业设计指导教程[M].北京:中国水利电力出版社,2007:6.

[5] 许建安,继电保护整定计算[M].北京:中国水利水电出版社,2003:1.

第二篇：继电保护原理课程设计报告23

继电保护原理课程设计报告

专    业：电气工程及其自动化 

班    级：     电气1001        

姓    名：      李二军         

学    号：     201009020       

指导教师：     张红生         

兰州交通大学自动化与电气工程学院

20##年7月18日

1设计题目

1.1 具体题目

如下图1所示网络，系统参数为：

，、，km、km，km，km，km，线路阻抗0.4Ω/km，、，、、，，

       

图1 题目的线路图

试对保护2和保护9进行三段电流保护的设计。

1.2 要完成的内容

1.电流速断保护、限时速断保护以及过电流保护的动作电流、动作时限及灵敏度计算；

2.主保护的配置，其由电流速断保护和过电流保护担任或限时速断和过电流保护担任，并根据计算分析出其是否满足动作时限和灵敏度的要求；

3.后备保护的配置，由过电流保护担任，既可以作为本段的近后备，又可作为下段的远后备，并计算灵敏度和动作时限是否满足要求。

2 短路电流计算

2.1 最大运行方式等效电路的建立及短路电流计算

所谓最大运行方式，即在相同的地点发生相同类型的短路流过保护安装处的电流最大。最大运行方式下，线路阻抗最小，即发电机G1和G3并联运行。则有

                       (2.1)

其中      ，—发电机阻抗；

，—线路，的阻抗。

将数据代入2.1得

最大运行方式下其等效电路图如图2所示

图2 最大运行方式等效图

母线D的最大短路电流

                       (2.2)

其中      —系统等效电源的相电动势；

，—线路，的阻抗。

将数据代入2.2得

对于保护9只有G1供电则母线B的最大短路电流

2.2 最小运行方式等效电路的建立及短路电流计算

所谓最小运行方式，即在相同的地点发生相同类型的短路流过保护安装处的电流最小。最小运行方式下，线路阻抗最大，即只有G1一台发电机运行。

                         (2.3)

将数据代入2.3得

最小运行方式下其等效电路图2所示

图3 最小运行方式等效图

母线D的最小短路电流

               (2.4)

其中      —短路类型系数，三相短路取1，两相短路取。

将数据代入2.4得

3 保护的配合及整定计算

3.1 主保护的整定计算

3.1.1 电流速断保护

(1)保护2的电流速断整定。由知，保护2的电流速断保护动作值

==

(2)保护9的电流速断整定。由知，保护9的电流速断保护动作值

==

(3)灵敏度校验。保护2的最小保护范围由下式决定

=                     (3.1)

其中      —电流速断保护的最小保护范围长度；

—线路单位长度的正序阻抗。

将数据代入3.1得

保护9的最小保护范围

=

=

(4)动作时限的整定。保护2和9的速断保护要求能瞬时动作，其动作时限为0s。

综上所求：速断保护2的最小保护范围为负值，不能作为主保护；速断保护9的最小保护范围可以保护全长的54.8%，可作为主保护。

3.1.2 限时电流速断保护

(1) 保护2的限时电流速断整定。首先求保护1的电流速断整定值。

                  =

=

由知，保护2的限时速断的动作电流

= 

(2) 保护9的限时电流速断整定。

?与保护3配合时，由图1分析可知保护9的限时电流受助增电流的影响。保护3电流速断保护的整定值仍按躲开相邻线路出口短路整定为，但由于发电机G1向系统注入电流的影响，故引入分支系数，其定义为

则            

=

                    (3.2)

保护3的电流速断整定值为

=

=

代入3.2得

   ?与保护4配合时，由于保护4和保护8处安装了功率方向元件，电源被旁路在外。此时末端的短路电流为

则             

取以上二者计算的较大值作为保护9的II段电流整定值，即。

(3)灵敏度校验。保护2的限时电流速断的灵敏系数为

不满足灵敏度的要求。

保护9的限时电流速断的灵敏系数为

其中

不满足灵敏度的要求。

(4)动作时限的整定。保护2和保护9限时电流速断的动作时限一般取为0.5s。

综上所述，保护2和9的限时速断保护灵敏度不符合要求，不能用限时电流速断作为主保护。

3.1.3 定时限过电流保护

定时限过电流动作值的整定由下式决定

                           (3.3)

(1)保护2定时限过电流的整定。由题目已知可得保护2所在段最大负荷电流，将数据代入3.3得

(2)保护9定时限过电流的整定。由，可得保护9所在段最大负荷电流

将数据代入3.3得

(3)灵敏度校验。保护2的定时限过电流灵敏系数为

满足灵敏度的要求。

保护9的定时限过电流灵敏系数为

满足灵敏度的要求。

(4)动作时限的整定。若流过母线E的过电流保护动作时限为0.5s，则保护2过电流保护的动作时限为

保护9过电流保护的动作时限为

3.2 后备保护的整定计算

保护2作为CD段近后备

保护2作为DE段远后备

其中

保护2作为近，远后备均满足灵敏度要求。

保护9作为AB段近后备

保护9作为BC段远后备

保护9作为近，远后备均满足灵敏度要求。             

4 原理图的绘制

三段式电流保护的原理接线图如图4所示

图4 三段式电流保护的原理接线图

5 结论

本次设计是针对保护2和9的三段式电流保护，为了线路的安全可靠，每个保护都须装主保护和后备保护。对每个保护的设计主要包括动作值的整定计算、动作时限的整定和灵敏度校验三部分。对于保护2而言，可将电源视作一个等效电源，对其进行三段电流整定，通过计算知保护2的电流速断和限时速断不满足要求，故不能将其作为主保护，采用过电流保护作为保护2的主保护，其后备保护可由保护3的过电流保护担任。对于保护9而言,属于两端电源供电，作为主保护其范围是线路AB段，同时也是其相邻线路的远后备保护。通过整定计算得出其三段保护的整定值，其中电流速断作为主保护，限时电流速断保护不满足要求，限时过电流作为本线路的近后备保护和相邻线路的远后备保护。

参考文献

[1] 张保会,尹项根.电力系统继电保护[M].北京:中国电力出版社,2005

[2] 王维俭.电力系统继电保护基本原理[M].北京:清华大学出版社,1992

[3] 铁道部电气化工程局第一工程处[M].电气化铁道施工手册.北京:中国铁道出版社,1995