《繼電保護課程設(shè)計》指導書

1、繼電保護課程設(shè)計指導書西南交通大學電氣工程學院一、繼電保護課程設(shè)計任務(wù)書1、原始資料 1.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)YN,d11牽引變壓器保護并聯(lián)電容補償裝置保護1A相饋線保護(下行)(不計復線牽引網(wǎng)互感)B相饋線保護(上行)(不計復線牽引網(wǎng)互感)2YN,d11牽引變壓器保護并聯(lián)電容補償裝置保護3A相饋線保護(下行)(不計復線牽引網(wǎng)互感)B相饋線保護(上行)(不計復線牽引網(wǎng)互感)4YN,d11牽引變壓器保護并聯(lián)電容補償裝置保護5A相饋線保護(下行)(不計復線牽引網(wǎng)互感)B相饋線保護(上行)(不計復線牽引網(wǎng)互感)6YN,d11牽引變壓器保護并聯(lián)電容補償裝置保護7A相饋線保護(下行)(不計復線牽引網(wǎng)互感)B相饋

2、線保護(上行)(不計復線牽引網(wǎng)互感)8YN,d11牽引變壓器保護并聯(lián)電容補償裝置保護9A相饋線保護(下行)(不計復線牽引網(wǎng)互感)B相饋線保護(上行)(不計復線牽引網(wǎng)互感)101.2 系統(tǒng)接線圖圖1 牽引變電所示意圖11注：圖中僅畫出了一臺牽引主變壓器，接在27.5kV母線的并聯(lián)電容補償裝置圖2給出。275kV（A相） 275kV（B相）圖2 并聯(lián)電容補償裝置接線示意圖2、設(shè)計要求考慮到在八周內(nèi)每個學生要完成幾個課程設(shè)計的任務(wù)，工作量較大，又要保證課程設(shè)計質(zhì)量，特作如下安排：122.1 需要完成的設(shè)計內(nèi)容1) 所有學生都必須完成主變、并聯(lián)電容補償裝置、饋線保護的配置方案設(shè)計、整定計算、保護裝置選

3、型；2) 按照各組的具體要求，分別畫出主變保護、A相并聯(lián)電容補償裝置保護或B相并聯(lián)電容補償裝置保護、A相饋線保護或B相饋線保護的原理接線圖和保護的展開圖，并作相應(yīng)說明。注1：展開圖需包括電流電壓回路接線圖、控制回路接線圖和信號回路接線圖； 注2：不要求對電流、電壓互感器的負載能力進行校驗，不要求畫出屏面布置圖、屏后接線圖和端子排列；注3：僅要求針對一個斷路器畫出控制回路。2.2 設(shè)計文件應(yīng)包括五部分內(nèi)容1）設(shè)計任務(wù)書2）保護配置3）保護整定計算和保護裝置選型4）2.1要求的保護原理圖5）2.1要求的保護展開圖3、參考文獻1 張保會，尹項根.電力系統(tǒng)繼電保護（第二版）. 北京：中國電力出版社，2

4、0102 陳小川主編.鐵路供電繼電保護與自動化.北京：中國鐵道出版社，20103 譚秀炳.鐵路電力與牽引供電系統(tǒng)繼電保護（第二版）.成都：西南交通大學出版社，20114 陶乃彬.電氣化鐵道供變電技術(shù)（二次系統(tǒng)）. 北京：中國鐵道出版社，20075 高亮.電力系統(tǒng)微機繼電保護.北京：中國電力出版社，20076 楊奇遜，黃少鋒.微機型繼電保護基礎(chǔ).北京：中國電力出版社，20077中國標準出版社.電氣簡圖用圖形符號國家標準匯編.北京：中國標準出版社，2001138 各種繼電器產(chǎn)品樣本9 各種設(shè)計施工圖二、饋線保護配置與整定計算由于不同廠家生產(chǎn)的保護實現(xiàn)方式與動作特性的不同，配置方案與整定計算也就不同

5、，但配置與整定的基本原則相同。1、交流牽引負荷的特點(1)移動負荷，大小隨時變化，這主要與線路情況，機車類型，列車重量和運行速度有關(guān)。(2)負荷電流大，饋線電流可在0到600800A的極寬范圍內(nèi)變化，雙機牽引更高；有些線路高達20003000A(3)單邊供電時，供電臂的長度為2030km；雙邊供電時，復線為4050km，單線為6070km。(4)線路單位阻抗大于普通輸電線路阻抗，0.5465°(5)距離長，單位阻抗大，在最小運行方式下牽引網(wǎng)末端短路時，電流數(shù)值較小，有時可與最大負荷相比，采用一般保護很難滿足靈敏度的要求。(6)空載投入機車變壓器時產(chǎn)生勵磁涌流，含有大量的二次諧波，其幅

6、值可達到500600A；(7)牽引狀態(tài)下機車的電流的相位角為2540°，啟動時55 60°，再生時可達901200。(8)正常負荷下，功率因數(shù)為0.8左右。(9) 機車的電流是非正弦的,含有大量高次諧波。三次諧波含量最高為2030。(10)牽引負荷是兩個單相負荷，在三相系統(tǒng)中造成三相負荷不對稱，不適用利用復序分量保護。(11)牽引網(wǎng)短路電流波形基本上是正弦的（機車退出工作），三次諧波含量不超過23 。2、 饋線保護2.1 單線方式應(yīng)配置電流速斷和阻抗段，可選配電流增量和過電流。14圖2.1 單線方式示意圖2.1.1電流速斷定值計算Izd=KkIf.max其中： Kk可靠系數(shù)

7、，取1.11.2；If.max最大負荷電流，由設(shè)計部門提供。典型時限0.1s。電流速斷通常作為輔助保護以消除阻抗保護動作死區(qū)。要求其靈敏度(ss)IdKm=.min1.2 Izd(ss)其中，Id.min為保護安裝處最小短路電流。實際運用中，用戶可能希望電流速斷既作輔助保護，又作阻抗保護的后備保護，則(SP)IdKm=.min1.2 Izd(SP)其中 Id也就是要求電流速斷能保護牽引網(wǎng)全.min為分區(qū)亭處最小短路電流。長。對于重負荷線路，靈敏度往往達不到要求，只能采用諧波抑制電流速斷，降低定值：Izd(SP)Id=.min Kk其中為可靠系數(shù)，取1.2。2.1.2 阻抗段線路邊整定阻抗 ZL

8、=KkLZ0L其中： Kk可靠系數(shù)，取1.5；L牽引網(wǎng)長度；15牽引網(wǎng)單位阻抗；線路阻抗角。負荷邊整定阻抗 Zf=Uf.minKKIf.maxf其中： U最低母線電壓；If.max最大負荷電流；f對應(yīng)最大負荷電流的負荷角；Kk可靠系數(shù)，取1.11.2。典型時限取0.1s。2.1.3 電流增量電流增量定值可按一臺機車起動電流整定：Izd=KkIf.max其中： Kk可靠系數(shù)，取1.2；If.max一臺機車起動電流；If.max跟機車類型有關(guān)，一般在200A左右。典型時限：常規(guī)保護最長時限+(0.20.4)s。如果機車未裝濾波裝置，三、五次諧波電流含量較大，可采用帶諧波制動的電流增量保護，使降低到

9、100A左右。從而提高高阻故障的檢測能力。2.1.4 過電流過電流保護定值按接觸網(wǎng)承受過負荷的能力整定。過電流的判據(jù)包含了高次諧波。典型時限：整定為3段反時限過流。2.2 單線越區(qū)供電方式圖2.2 單線越區(qū)供電方式變電所D1處:應(yīng)配置電流速斷、阻抗段、阻抗段，可選配電流增量、過電流；分區(qū)亭D2處：應(yīng)配置電流速斷、阻抗段，可選配電流增量、過電流。162.2.1 變電所D1處電流速斷定值計算(SP)Izd=maxKkIdmax,If.max ()其中： MAX（x,x）取括號中各項之最大者；Kk可靠系數(shù)，取1.2；(SP)Id.maxSP處最大短路電流；If.max越區(qū)供電條件下D1處測量到的最大

10、負荷電流。典型時限0.1s。靈敏度校核 (SS)Id Km=.min Izd2.2.2 變電所D1處阻抗段定值計算ZL=0.85L1.Z0L負荷邊整定阻抗 Zf=Uf.minKKIf.maxf其中： U最低母線電壓；If.max最大負荷電流；f對應(yīng)最大負荷電流的負荷角；Kk可靠系數(shù)，取1.11.2。典型時限取0.1s。2.2.3 變電所D1阻抗段定值計算ZL=Kk(L1+L2)Z0L其中： Kk可靠系數(shù)，取1.2；Zf與2.2.2 相同。典型時限 0.30.5s。2.2.4變電所D1處電流增量、過電流定值計算與2.1.3, 2.1.4相同。2.2.5分區(qū)亭D2處定值計算與2.1相同。2.3 復

11、線單邊供電方式如果認為D1相對D3為正方向,那么D2相對D3就是反方向,以下類似。17圖2.3 復線單邊供電方式示意圖變電所D1處：應(yīng)配置電流速斷，阻抗段，阻抗段，可選配電流增量，過電流保護，橫長特性阻抗。變電所D2處：與D1處相同；分區(qū)亭D3處：應(yīng)配置電流速斷，可選配正向阻抗段和反向阻抗段以提高D3處保護動作靈敏度。2.3.1 變電所D1處電流速斷定值計算:Izd=KkID.maxKk可靠系數(shù)，取1.3；ID.max牽引網(wǎng)末端最大短路電流。保護的動作時限應(yīng)大于機車保護動作時限（0.060.08s）,一般取0.1s。 要求最小保護范圍線路全長的15 202.3.2 變電所D1處阻抗段定值計算0

12、.85ZL=0.85L Z0+Z12L 1.15其中： Z0單位自阻抗；Z12單位上下行互阻抗；Zf計算與2.1.2 相同。典型時限0.1s。2.3.3 變電所D1處阻抗段定值計算ZL=Kk2L(Z0-2Z12)L其中：Kk可靠系數(shù)，取1.2；Zf計算與2.2.1(2) 相同；典型時限 0.40.5s；2.3.4 變電所D1處橫向特性阻抗定值計算對于復線方式，變電所D1處測得的接地故障過渡電阻將比實際值增大，最18嚴重時將增大2倍。為提高抗過渡電阻能力，可設(shè)置橫長特性阻抗保護。ZL=1Uf.minf.min KkIf.max其中： Kk可靠系數(shù)，取1.11.2；Uf.min最低母線電壓；If.

13、max最大負荷電流；f.min最大負荷電流下最小負荷角。圖2.4橫長特性阻抗保護Zf=Kk2Rg0其中： Kk可靠系數(shù)，取1.2；Rg高壓電氣設(shè)備外殼接地電阻，10歐左右。典型時限0.1s。2.3.5 變電所D1處電流增量和過電流定值計算與2.1.3, 2.1.4相同。2.3.6 分區(qū)亭D3處電流速斷定值計算Izd=KkIf.max其中：Kk 可靠系數(shù)，取1.11.2；If.max分區(qū)亭最大負荷電流；典型時限0.1s。2.3.7 分區(qū)亭D3處正向阻抗段定值計算ZL=KkL(Z0-Z12)L其中： Kk可靠系數(shù)，取1.5；典型 時限 0.1s。2.3.8 分區(qū)亭D3處反向阻抗段定值計算19與2.

14、3.7相同。三、變壓器保護配置與整定計算1、 差動速斷保護差動速斷保護的定值遵循以下兩原則：a) 躲過變壓器勵磁涌流；b) 躲過外部故障切除時產(chǎn)生的最大不平衡電流。裝置中設(shè)有變壓器三相差動速斷保護，動作判據(jù)為： IdzIsd0式中：Idz為差動電流，Isd0為差動速斷整定值2、差動保護2.1最小動作電流該定值需躲過最大負荷電流下的不平衡電流，且要保證變壓器內(nèi)部故障時有足夠的靈敏度。通常取Idz=(0.30.5)In。2.2 最小制動電流一般取變壓器額定電流值In。2.3 比率制動系數(shù)K=Kk(KtxFi+U+Fb)Kk可靠系數(shù)，一般取1.22Ktxx電流互感器同型系數(shù)，一般取1.0Fi電流互感

15、器誤差，取0.1U變壓器抽頭引起的誤差，取0.050.1Fb二次電流平衡不精確引起的誤差，一般取0.050.12.4 二次諧波制動系數(shù)該定值根據(jù)變壓器勵磁涌流整定，一般取0.2左右。2.5 平衡系數(shù)按變壓器的變比及高、低壓側(cè)所選電流互感器的不同變比來整定。3、 零序保護零序保護作為變壓器或相鄰組件的接地保護，由零序電流保護和零序電壓保護組成。3.1零序電流保護裝置中設(shè)有變壓器零序電流保護，動作判據(jù)為： IdzIlx020式中：Idz為動作電流，Ilx0為零序電流整定值。3.2 零序電壓保護裝置中設(shè)有變壓器零序電壓保護，動作判據(jù)為： dzUlx0式中：Udz為動作電壓，Ulx0為零序電壓整定值。

16、4、 過負荷保護該定值一般取稍大于變壓器高壓側(cè)的額定電流。裝置中設(shè)有變壓器高壓側(cè)三相過負荷保護，動作判據(jù)為： IdzIgfh式中：Idz為動作電流， Igfh為過負荷整定值5、三相低電壓過電流保護動作電流： 一般按躲過變壓器額定電流整定。動作電壓： 一般母線最低工作電壓整定。靈敏系數(shù)： 電壓元件的靈敏系數(shù)按最大運行方式下，相鄰元件末端發(fā)生金屬性短路時，保護安裝處的最大殘壓來效驗。動作時限：與變壓器低壓側(cè)單相低電壓過電流保護配合。6、單相低電壓過過電流保護動作電流： 一般按躲過變壓器額定電流整定。動作電壓： 一般母線最低工作電壓整定。靈敏系數(shù)： 電壓元件的靈敏系數(shù)按最大運行方式下，相鄰元件末端發(fā)

17、生金屬性短路時，保護安裝處的最大殘壓來效驗。動作時限：7、 低電壓保護按躲過變壓器最大負荷時的低壓側(cè)系統(tǒng)電壓來整定。8、 非電量保護變壓器重瓦斯、輕瓦斯和溫度、壓力、油位等各種非電量信號的出口跳閘或信號指示功能。四、電容器保護1、電流速斷保護用于斷路器到電容器連接線短路故障的保護。動作方程 I>Izd其中：I并補支路總電流基波分量；21Izd電流速斷定值；定值計算： Izd=KKIYL.max Kh其中：Kk可靠系數(shù)，一般取1.2；Iyl并補裝置投入時的涌入基波電流；Kh 返回系數(shù)。2、過電流保護用于電容器組內(nèi)部部分接地故障的保護。動作方程：I>Izd其中： I并補支路總電流基波分

18、量；Izd過電流整定值；定值計算：Izd=KK(1.3-1.4)In Kh其中：In 并補裝置額定電流；典型時限 0.5s（躲過并補裝置最大合閘涌流）。3、高次諧波過流保護諧波過流保護分別由各并補分支的諧波過流保護構(gòu)成，當任一并補分支滿足諧波過流保護出口動作條件時，裝置驅(qū)動斷路器跳閘。 動作方程：其中： I3、I5、I7、I9、I11各并補分支電流中3、5、7、9、11次諧波分量Izd諧波過流定值，各并補分支共用一份定值。定值計算：Izd= Ihn/ Kk其中：Kk可靠系數(shù)，一般取1.2；Ihn電容器允許諧波電流值；典型時限 120s。4、 過電壓保護用于保護電容器的過電壓。動作方程：U>

19、;Uzd其中：U母線電壓基波分量；Uzd過電壓定值定值計算：Uzd=(1.11.3)Un；22其中：Un母線額定電壓； 典型時限 12s。5、低電壓保護按并聯(lián)補償裝置“最后投入，最先開放”的原則而設(shè)計。設(shè)置低電壓保護的目的是：a、防止在無負荷時電容器和變壓器同時投入；b、在電源恢復前，使電容器不在投入狀態(tài)；動作方程： UUzd其中：U母線電壓基波分量；Uzd低電壓定值；定值計算：Uzd=(0.50.6)Un典型時限 0.51s。6、 差壓保護差壓保護是一種靈敏度高、保護范圍大、不受合閘涌流、高次諧波及電壓波動影響的保護方式。它能檢出電容器的內(nèi)部故障并限制事故擴大。動作方程：Ucd>Uzd

20、其中：Ucd并補裝置兩組串聯(lián)電容器之差電壓基波分量；Uzd差壓定值；定值計算：確定電容器組中故障電容器端電壓超過1.1倍額定電壓時，熔斷器已切除電容器的臺數(shù)K。按式 MUmax1.1Ucn 計算值K值 NM-K1-D+K其中：M并聯(lián)電容器數(shù)；N串聯(lián)電容器數(shù)；D補償度；Umax母線最高電壓；Ucn電容器額定電壓計算差壓：計算定值：Uzd=U/Klm式中： Klm靈敏系數(shù)，取1.5；23典型時限0.10.2s。7、差流保護用于電容器裝置接地故障的主保護。動作方程：Icd>Izd其中：Icd并補支路差流基波分量；Izd差流定值；定值計算 Izd=KkKtxfmaxImax Imax=1+XCX

21、LIn()其中：Kk可靠系數(shù)，取1.3；ktx同型系數(shù)，頂流互與底流互同型時取0.5，不同型取1。fmax流互最大允許誤差，取0.1；Imax并補投入時涌流有效值XC并補裝置電容器容抗；XL并補裝置電抗器感抗；In并補裝置額定電流。五、原理圖1、若采用機電型繼電器，應(yīng)畫出原理接線圖，在原理圖上應(yīng)包括：(1) 保護繼電器的線圈與被保護對象的接線情況，即交流輸入回路；(2) 保護繼電器的接點，時間，中間、信號等繼電器的線圈和接點與直流回路的接線情況。(3)對所實現(xiàn)的保護進行簡要工作說明。2、若采用晶體管和集成電路型繼電器，應(yīng)畫出保護框圖，在框圖上應(yīng)包括：(1) 交流電流、電壓輸入與電壓形成回路。(2) 電壓形成回路、各種功能邏輯電路、時間電路之間的連接框圖。(3) 對所實現(xiàn)的保護進行簡要工作說明。3、若采用微機型繼電器，應(yīng)畫出保護框圖