繼電保護課程設計

1、繼電保護課程設計報告（20162017 學年第二學期）姓 名：專業(yè)班級：學 號：報告批改情況教師簽字批改日期報告成績（百分制）報告評語河南理工大學電力系課程設計答疑記錄答疑時間輔導內(nèi)容導師簽字答辯記錄課程設計任務：根據(jù)以上資料，對本變電站進行保護配置與整定計算1課程設計的目的（1）加深課堂理論的學習和理解；（2）得到一定的工程實踐鍛煉；（3）獲得將基礎理論知識與具體工程實例相結合，從而解決實際問題的能力。2保護配置分析變壓器保護配置分析電力變壓器是電力系統(tǒng)中大量使用的重要電氣設備， 它的故障將 對供電可靠性和系統(tǒng)的正常運行帶來嚴重的影響，它的安全運行是電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的必要條件。由于大同量的電

2、力變壓器是十分昂貴的 元件，因此，必須根據(jù)變壓器的容量和重要程度來考慮裝設性能良好、 工作可靠的繼電保護裝置。變壓器的內(nèi)部故障可以分為油箱內(nèi)和油箱外故障兩種。油箱內(nèi)故障包括繞組的相間短路、接地短路、匝間短路以及鐵芯的燒毀等。對 于變壓器來講，這些故障都是十分危險的，因為油箱內(nèi)部發(fā)生故障所 產(chǎn)生的電弧，將引起絕緣物質的劇烈氣化，從而可能引起爆炸，因此 這些故障應該盡快加以切除。油箱外的故障，主要是套管和引出線上 發(fā)生的相間短路和接地短路。上述接地短路均是對中性點直接接地的 電力網(wǎng)的一側而言冋。變壓器的不正常工作狀態(tài)主要有：由于變壓器外部相間短路引起的過電流，外部接地短路引起的過電流和中性點過電壓

3、；由于負荷產(chǎn)國額定容量引起的過負荷，以及由于漏油等原因而引起的油面降低。此外，對于大容量變壓器，由于其額定工作時的磁通密度相當接 近于鐵芯的飽和磁通密度，因此在過電壓或者低頻率等異常運行方式 下，還會發(fā)生變壓器的過勵磁故障。對于上述故障和異常工作狀態(tài)及容量等級和重要程度，根據(jù)規(guī)程的規(guī)定，變壓器應裝設相應保護裝置。變壓器保護配置原則（1）電壓在10kV以上、容量在10MVA及以上的變壓器，采用 縱差保護。對于電壓為10kV的重要變壓器，當電流速斷保護靈敏度 不符合要求時也可采用縱差保護。（2） 縱聯(lián)差動保護應滿足下列要求：a.應能躲過勵磁涌流和外 部短路產(chǎn)生的不平衡電流；b.在變壓器過勵磁時不應

4、誤動作；c.在電 流回路斷線時應發(fā)出斷線信號，電流回路斷線允許差動保護動作跳閘； d.在正常情況下，縱聯(lián)差動保護的保護范圍應包括變壓器套管和引出線，如不能包括引出線時，應采取快速切除故障的輔助措施。在設備 檢修等特殊情況下，允許差動保護短時利用變壓器套管電流互感器， 此時套管和引線故障由后備保護動作切除。（3）對外部相間短路引起的變壓器過電流，變壓器應裝設相間短路后備保護。保護帶延時跳開相應的斷路器。相間短路后備保護宜 選用過電流保護、復合電壓（負序電壓和線間電壓）啟動的過電流保 護或復合電流保護（負序電流和單相式電壓啟動的過電流保護） 。（4）對降壓變壓器，升壓變壓器和系統(tǒng)聯(lián)絡變壓器，根據(jù)各

5、側 接線、連接的系統(tǒng)和電源情況的不同， 應配置不同的相間短路后備保 護，該保護宜考慮能反映電流互感器與斷路器之間的故障。（5）如變壓器低壓側無專用母線保護，變壓器高壓側相間短路 后備保護， 對低壓側母線相間短路靈敏度不夠時， 為提高切除低壓側 母線故障的可靠性，可在變壓器低壓側配置兩套相間短路后備保護。 該兩套后備保護接至不同的電流互感器。（ 6）相間后備保護對母線故障靈敏度應符合要求。 為簡化保護， 當保護作為相鄰線路的遠后備時，可適當降低對保護靈敏度的要求。（7）在中性點直接接地的電網(wǎng)中，如變壓器中性點直接接地運 行，對單相接地引起的變壓器過電流，應裝設零序過電流保護，保護 可由兩段組成，

6、 其動作電流與相關線路零序過電流保護相配合。 每段 保護可設兩個時限， 并以較短時限動作于縮小故障影響范圍， 或動作 于本側斷路器，以較長時限動作于斷開變壓器各側斷路器。（ 8）規(guī)定裝設零序過電流保護，滿足變壓器中性點直接接地運 行的要求。此外， 應增設零序過電壓保護，當變壓器所連接的電力網(wǎng) 失去接地中性點時，零序過電壓保護經(jīng) 時限動作斷開變壓器各側 斷路器。（9）對變壓器油溫、繞組溫度及油箱內(nèi)壓力升高超過允許值和 冷卻系統(tǒng)故障，應裝設動作于跳閘或信號的裝置。10）變壓器非電氣量保護不應啟動失靈保護。變壓器保護配置方案由變壓器的配置原則以及變壓器的各個參數(shù)可知：變壓器應采用縱聯(lián)差動保護以及相間

7、短路的后備保護?！颈嚷省烤€路保護配置分析線路保護配置原則供電系統(tǒng)中大量的不同類型的電氣設備通過線路聯(lián)結在一起。受線路運行環(huán)境復雜，線路分布廣闊等因素的制約，故障在電力系統(tǒng)中 的發(fā)生幾乎是無法避免的，而各個環(huán)節(jié)之間又是相輔相成缺一不可的 關系，因此無論哪一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，都會對整個系統(tǒng)的正常運行造 成影響。輸電線路是連接供電部門與用電部門的紐帶，是整個電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡支撐，因此線路的安全運行是電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的必要條件。電力系統(tǒng)龐大而復雜，但對線路保護而言，可將電網(wǎng)結構分成簡 單的單側電源輻射網(wǎng)絡線路和雙側電源復雜網(wǎng)絡線路， 本例以單側電 源輻射網(wǎng)絡進行分析配置。單側電源輻射網(wǎng)絡包括相間短路的電流

8、保護和相間短路的距離 保護。在相間短路的電流保護中，反映被保護原件本身的故障，并以 盡可能短的時限切除故障的保護稱為主保護， 主保護包括電流速斷保 護（電流I段保護）和限時電流速斷保護（電流 II段保護），而主 保護或斷路器拒動時用來切除故障的保護稱為后備保護，主要是定時限過電流保護（電流III段保護）。電流I段保護能根據(jù)電網(wǎng)實時運 行方式和故障類型自動生成或調(diào)整動作判據(jù)，具有優(yōu)良的動作性能。 電流II段保護在任何情況下都能保護本線路的全長，并具有足夠的 靈敏性和最小的動作時限。 電流 III 段保護不僅能夠保護本線路的全 長，而且也能保護相鄰線路的全長，起到后備保護的作用。而相間短路的距離保

9、護， 是反應故障點至保護安裝點之間的距離， 并根據(jù)距離的遠近而確定是否動作的一種保護裝置。 距離保護也為三 段式保護，分為距離 I 段，距離 II 段和距離 III 段。距離 I 段和距 離 II 段聯(lián)合工作就成本線路的主保護，而距離 III 段作為相鄰線路 保護裝置和斷路器拒絕動作的后備保護，同時也作為距離 I ， II 的 近后備保護?！靖鞣N電壓等級】線路保護配置方案方案本例 10kv 單側電源線路，可裝設兩段過電流保護，第一段 為不帶時限的電流速斷保護， 第二段為帶時限的過電流保護。 由于限 時電流速斷保護主要考慮使它的保護范圍不超出下一條線路速斷保 護的范圍和動作時限比下一條線路的速斷

10、保護高出一個時間階段， 而 此線路不存在下一條線路之說， 所以此線路不必考慮限時電流速斷保 護即電流 II 段保護。而對于 10kv 線路來說， 電流保護足以滿足選擇 性，靈敏性和快速切除故障的要求，與距離保護相比，電流保護又具 有簡單，經(jīng)濟，工作可靠的特點，所以 10kv 線路一般選擇電流保護 而非距離保護。3保護整定計算變壓器保護整定計算比率制動式縱差保護的整定原則(1) 最小啟動電流的二次差值l的整定：按躲過變壓器的最大負荷時的不平衡電流整定，即1 Krel (2kerr.NU m) 12N( 1)式中Kre 可靠系數(shù)，??；Kerr.N 一一電流互感器在二次額定電流I2N下的比值誤差，K

11、err.N0.03(10P)；U 變壓器分接頭調(diào)節(jié)引起的誤差；m 電流互感器(TA)和輔助電流互感器(TAA變比未完全匹 配產(chǎn)生的誤差，m 0.05。一般可取1 (0.2 0.5)| 2N求得在之間，符合要求。(2) 起始制動電流的二次值？?.的選取1 I 2N(2)(3) 最大制動系數(shù)？?.?和制動特性斜率m?流過靠近故障側的TA的最大外部短路周期分量電流二次值;對于兩繞組變壓器，外部短路的最大不平衡電流?可簡化為1 unb.max(KseKnp KerrUm) 1 k.max(3)?廠電流互感器的非周期分量系數(shù)，對于5P或10P型，取2。Kres .maxKrelun b.max最大制動系

12、數(shù)為res式中？?一縱差保護制動電流，它與縱差保護原理、制動回路接線 方式有關，對于兩繞組變壓器有？?？?圖 1?如圖1所示為縱差保護比率制動特性。圖中特性起點（B點）的橫坐 標對應于起始制動電流的二次值 ？?.?應不大于電流互感器二次額定 電流？?，即外部短路電流？大于電流互感器一次額定電流？?時，繼 電器呈比率制動特性，越大，則保護動作電流越大，即1 res.r .oUnKta1 2N由式(3) ? ?由式（4）計算最大動作電流二次值？?即1 op.r .maxk Irel I unb.max(4)由式（1）可求出？?.?確定制動特性A點的坐標（0, ?.?d。由式（2）可求出？?. ?.

13、確定制動特性B點坐標（?. ?跚?. ?）。由式（4）可以算出？?. ?.? 由于最大制動電流? ?=? ?次值），可確定C點坐標Eq?.?蹤?？?？?？。?由此，圖中比率制動特性 A、B C三點完全確定。比率制動特性斜率m在？? ?務茨? ? ?和? ?病?. ? 條件下，可取m二 ?.?即I op.max 丨 op. r.om(5)II res.r .o（4）內(nèi)部短路的靈敏系數(shù)校驗計算系統(tǒng)在最小運行方式下，變壓器出口金屬性短路的最小短路電流周期分量的電流二次值？?和計算相應的制動電流？?？?由差動繼電器的比率制動特性查出對應繼電器動作電流為?則靈敏系數(shù)計算式為s.minIk.min2.0o

14、p.r(6)差動速斷保護的整定計算為加速切除變壓器內(nèi)部故障，可增設差動速斷保護，其動作電流 按躲過勵磁涌流整定，即I op.rKreJexsmax（7）式中l(wèi)exsmax 一變壓器實際的最大勵磁涌流（二次值）；Krel可靠系數(shù)，取。實際勵磁涌流lexsmax是很難確定的電流，降壓變壓器可取1 exs.max（48）1 nt，如按式（6）校驗靈敏系數(shù)不合格時，則取消差動速斷保護。防止勵磁涌流引起誤動的措施二次諧波制動二次諧波制動的判據(jù)一般取I Jl115% 20%式中ii 基波電流；I2 二次諧波電流。變壓器相間短路的后備保護整定計算（1）變壓器的過電流保護1）保護裝置動作電流按躲過變壓器的最大

15、負荷電流整定1 opI L.maxK re式中Krei可靠系數(shù)，取;Kre 返回系數(shù)，取。對降壓變壓器應考慮負荷中電動機自啟動時的最大電流，即(10)Ik IL.maxss TN式中Kss自啟動系數(shù)，其值與負荷性質及用戶與電源的電氣距 離有關，對于110kV降壓變電站的610kV側，取Kss=152.5 .2）按躲過電流變壓器母線自動投入負荷時的總負荷整定I op式中Krei可靠系數(shù)，取;KIK Irel 1 L.maxss L.a(11)I L.max運行時最大負荷電流;L.a分別為自動投入負荷的自啟動系數(shù)和自動投入負荷電流。3）與變壓器低壓側出線保護配合時，有IK Ioprel op. n

16、（式中Krei可靠系數(shù)，取;lop.n 出線保護的動作電流中最大值。4）靈敏系數(shù)校驗按變壓器低壓母線故障時的最小短路電流值計算Ik2)iK' k.mins.mi nZ.UI op(13)式中l(wèi)k2）式中1 k.mi n分量的有效值最小運行方式下，低壓母線故障側兩相短路電流周期線路保護整定計算電流速斷保護1、電流速斷保護的整定計算原則:在最大運行方式下線路末端三相短路時的電流？ ？? =？ ?"? ?+? !?表示系統(tǒng)等效電源的相電勢 ?,?表示保護安裝處到系統(tǒng)等效電源之間的電抗，可認為是兩臺變 壓器并列運行時的最小阻抗。?表示短路點至保護安裝處間的阻抗?, ?可?靠系數(shù)，取2

17、、動作時間整定：整定時間：瞬時（Os）速斷保護的實際時間，取決于繼電器自身固有的動作時間， 一般小于10ms3、保護范圍的校驗:當系統(tǒng)出現(xiàn)最小運行方式下的兩相短路時，電流速斷的保護范圍為最 小?？彰@_ ?92 檢?？' ?'?7?茲?為最小方式運行下系統(tǒng)電源運行阻抗 ?為線路每千米正序阻抗值?為最小保護范圍（線路保護范圍不小于線路長度的15灌定）定時限過電流保護1、過電流保護的整定計算原則:?=1 v3?返回電流大于自啟動時最大電流？?？?， ?,l'?為可靠系數(shù)，一般取?為自啟動系數(shù)，由該網(wǎng)絡接線和負荷性質確定本線路中為1?為電流繼電器的返回系數(shù)，一般采用2、動作時限

18、整定要與下一線路的電流III段配合3、過電流保護靈敏度系數(shù)校驗兩相短路時的電流：?= J? ?+ ? J ?表示系統(tǒng)等效電源的相電勢;?務?表示保護安裝處到系統(tǒng)等效電源之間的電抗;?表示短路點至保護安裝處間的阻抗；靈敏度系數(shù)：,保護范圍內(nèi)末端發(fā)生短路故障參數(shù)的最小值?保護裝置的動作參數(shù)(?淨 1.3)4保護整定變壓器保護整定1#變壓器容量40000KVA，接線方式Y/ -11接線，CT為600/5 ,Y型接線，低壓開關CT為3000/5 , 丫型接線。變壓器互感器變比調(diào)整系數(shù)，以變壓器高壓側二次電流為基準。400001.732 X110 X120X 1.732?= 3.03?3.033.665

19、400001.732 X10.5 X600?= 3.665?調(diào)整系數(shù):(1) 差動速斷保護a.差動速斷保護的動作值按躲過變壓器勵磁涌流整定:lop 7 In 740000 A 12.25。p1.732110 120b.差動速斷保護的動作值按躲過最大穿越電流整定:噬3絲嗨a 1.79A110 120 110 120I不平衡電流0.1 1.79A 0.173Iop c.差動速斷保護的動作值按躲過CT斷線整定：lCT斷線 1.3 3.03A 3.93A 12.25通過以上分析比較，速斷電流動作值為：12.25A，動作時限0秒(2) 差動電流啟動(門檻)定值按躲過額定負載最大不平衡電流整定 (一般取變

20、壓器高壓側額定電流的倍）。差動電流啟動（門檻）定值:lop 0.5 In 0.5 3.03k 1.51A（3）差動電流不平衡電流定值，用于差流越限判斷，一般取差動電流啟動的定值的。差流越限定值：ldz，9 秒。(4) 最小制動電流：l(°5 1.0)字 1 3.03A 3.03AKct(5) 最小啟動電流：l(1.3 1.5) n(2)0.17 1.3 3.03 0.17A 0.67A(6) 比率制動系數(shù)：(7) 二次諧波制動系數(shù)：400001.7321.732 110 1200 82740000.(8) 不平衡系數(shù)：K1.732 10.5 600（9）咼壓側后備保護過電流保護負荷電

21、流：根據(jù)資料給出的負荷數(shù)據(jù)？=95.931?,同時系數(shù)取:求出加權平均功率因數(shù)：? x ? ?COS® = 1 1 2 2 28 2895.931=0.914求出總視在功率:?95.931104.95? ?=丄 ？）.914故變壓器最大負荷電流為:?104.95辭?=而；;?=需(1- 7%)10 = 6.52?過流保護動作電流:?= ? ?= 52 = 9.2kA0.85【系數(shù)取值為】 校驗其靈敏系數(shù):按變壓器低壓母線側故障時最小短路電流校驗，此時系統(tǒng)側有最 大電抗？?？?= 0.0976，已知系統(tǒng)容量基準100MV A變壓器容量 40MV A，變壓器低壓母線側基準電壓，故：10.

22、52? ? 0.0976 X = 0.108?100?%10.52?-=0.444?故，最小短路電流有? ?=10.5? ?+ ? ?19.02? ?=19.029.2=2.07 > 2.0,符合要求線路保護整定民主南右路線長15km為電纜線路，線路電抗為每公里Q。此出線全線最大負荷，功率因數(shù)，電壓偏差 ±7%。當于村變電站110kV母線短路時，系統(tǒng)大運行方式下的電抗標幺值為正序、系統(tǒng)小運行方式下的電抗標幺值為正序。容量100M VA等效電路如圖:4a圖 2 ?選取全系統(tǒng)基準功率?= 100? ? AB段基準電壓？?二121?則BC段基準電壓由變壓器變比可得:?= 121 X1

23、2110.5?10.51212 100變壓器阻電抗標幺值：（變壓器短路電壓百分比為 咧?% 遙?X 字 0.161 X= 0.4025100? ?401212最大運行方式下，由電源（發(fā)電機）至母線 B處的電抗標幺值為:?= ? ?+ ? = 0.0418 + 0.4025 = 0.4443同理，最小運行方式下，由電源（發(fā)電機）至母線 B處的電抗標幺值為:?= ? ?+ ?= 0.0976 + 0.4025 = 0.5001設?點短路，進行線路三段式電流保護整定計算。對于BC段線路：？?二10.5kV;全系統(tǒng)容量 ?= 100MV A;故可得基準電流窮二=100= 5.5kAv3? v3 x 1