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继电保护课程设计 设计：朱勇杰 学号：继电保护设计说明及计算书 第一章 继电保护设计说明 第一节 继电保护概述一、 电力系统继电保护的基本原理及基本任务1、 电力系统从正常工作到故障或不正常工作情况，它的电气量（如电流、电压的大小和它们之间的相位角等）往往会发生显著的变化，继电保护装置利用这种变化来鉴别有、无故障或不正常工作情况，以下电气量的测量值或者显示电气设备的不正常工作情况。这就是继电保护的基本原理。2、 继电保护的基本任务：、力系统电气设备出现故障时，自动、快速且有选择地借助继路器跳闸将设备从系统中切除，以避免故障设备继续遭破坏，保证系统其佘非故障部分能继续运行。2 、当电力系统电气设备出现异常运行状态时，及时、有选择地发出信号，让值班人员进行处理或切除继续运行会引起故障的设备。可见，继电保护对保证系统要安全运行和电能质量、防止故障扩大和事故发生，起着极其重要的作用。二、电力系统继电保护装置的作用电力系统继电保护装置（简称继电保护）的作用就是在线监视运行或联动备用中各种电气状态，发现设备故障，即刻发出声光信号，同时自动、迅速、有选择地跳开故障设备的断路器，将其从系统中切除，以保障其它设备的正常运行，防止事故的扩大和蔓延；若发现设备异常，则根据继电保护的整定要求，发生光信号或减少负荷，以免造成电力系统的大副扰动或振荡。三、对继电保护装置的基本要求1、选择性电力系统发生故障时，继电保护的动作应当具有选择性，它仅将故障部分切除，而非故障部分继续运行，尽量缩小停电的范围。继电保护能有选择地切除故障设备，以保障电力系统的正常运行，减少对外供电的影响。在日趋复杂的高压电网中，当实现远后备保护在技术上有困难时，也可以采用近后备保护的方式。2、速动性电力系统发生故障时，要求继电保护装置尽快的动作，切除故障部分，以提高电力系统并列运行的稳定性，减少用户低电压下的运行时间，防止加大故障设备的损坏程度。而在实际情况下，继电保护总有一定的动作时延，即故障切除时间等于保护整定动作的时间加上断路器动作时间之和。3、灵敏性电力系统发生故障时，保护装置对于其保护范围内所发生的各种金属性短路故障，应具有足够的反应能力，通常以灵敏系数的大小来衡量。灵敏系数越高，表示保护装置对故障反应能力越强，反之，越弱。在视先整定的保护范围内部发生各类短路故障时，不论短路点的位置，短路的类型如何，以及短路点是否有过渡电阻，继电保护都必须能灵敏感觉、正确反应。继电保护的灵敏性常用灵敏系数来表述，它主要取决于电气设备的类型，电力系统的参数和运行方式。4、可靠性简单的说就是继电保护不能拒动，亦不能误动。在保护范围内，故障发生时，继电保护应该立即做出正确的反应，不能拒动；而在保护范围外发生故障则继电保护不应该误动。一般来讲，继电保护的选材质量越高，接线越简单，回路中继电器的接点越少，其工作的可靠性就越好。继电保护的误动和拒动都必然给电力系统造成难以估量的危害和损失。相比而言，继电保护防止各类拒动的成本远远高于防止各类误动的投入。目前，西方国家侧重于防止继电保护的拒动，而我国则侧重于防止继电保护的误动。四、继电保护技术发展概况随着电力系统的不断发展，系统容量不断增加，电压不断升高，系统接线越来越复杂。相继出现了方向电流保护、距离保护、差动保护、高频保护、微波保护和行波保护。随着电子技术的发展出现了重量轻、体积小、功耗低、灵敏度高、动作速度快、不怕震和可靠的晶体管型继电保护继整流型继电保护。为满足500kv线路对保护的要求，进一步研制出了集成电路保护。集成电路的应用，较好地解决了一些技术难题，使保护装置的性能日益完善。第一节 设计原始资料设计课题：35kV降压变电所继电保护一、 原始资料1、35kv系统接线2、系统参数：（1）电源的CI短路容量SImax=280MVA（2）电源的CI短路容量SIImax=200MVA（3）L1=16kmL2=20kmL3=20km线路阻抗0.4/km3、待设计35kV变电所（35kV内桥接线、10kV单母分线接线）：（1）主接线（2）10kV负荷负荷名称最大负荷Cos&回路数线路类型线路长度（km）化肥厂20000.852电缆4染料厂11000.851架空线10配电所32000.852架空线12电机厂22000.852电缆6机床厂10000.851架空线9（3）T1、T2变压器参数SZ9-10000/353*2.5%/10.5kV，YNd11，UK%=7.5（4）常用运行方式最大运行方式CI，CII两系统投入运行。线路L1，L2投入运行。变电所QF1，QF2，QF4，QF5合闸运行，QF3，QF6断开。电小运行方式CI，CII两系统投入运行。最小短路容量为最大短路容量的90%。变电所QF1，QF3，QF4，QF5合闸运行，L2停运，QF2，QF6断开。已知变电所10kV出线定时限过电流保护最长延时时间为1.5秒。二、设计要求：1、 变电所10 kV中性点接地方式确定2、 变电所继电保护装置3、 变电所自动装置配置4、 变电所主变压器继电保护鉴定计算，校验。三、设计成品：1、设计说明书一份2、主变保护原理展开（或继电保护装置）图一张四、参考资料：1、GB/T142852006继电保护和安全自动装置技术规程2、电力系统继电保护，张保会著，中国电力出版社，20053、电力工程电气设计手册（电气二次部分），能源部西北设计院4、继电保护整定计算，计建安，2003第二章 变电所10kV中性点接地方式的确定第一节 中性点接地方式概述一、电力系统中性点，指的是电力系统中作星形连接的变压器和发电机的中性点。目前，我国电力系统中常见的中性点运行方式也就是中性点接地方式，有中性点非有效接地和有效接地两在类。二、中性点非有效接地包括：不接地，经消弧线圈接地和经高阻抗接地，又称小接地电流系统。而中性点接地包括：直接接地和经低阻抗接地，又称大接地电流系统。第二节 10KV中性点接地方式确定目前，我国10KV系统中性点采用不接地。但如果线路对地电容电流大于30A时，加装消弧线圈接地提供感性电流，抵消接地故障点容性电流达到减少接地故障点电流的目的。10KV线路对地电容电流Ic的计算：按经验公式：架空线路Ic=LUK/350 电缆Ic=LUK/10L-线路长度（km）U-线路线电压（kv）K-线路系数（单回取1.0，双回取1.5）化肥厂（电缆）：Ic1=LUK/10=（4101.5）/10=6（A）染料厂（架空）：Ic2=LUK/350=(10101) /350 =0.286（A）配电所 (架空):Ic3=LUK/350=(12101.5)/350=0.514（A）电机厂(电缆)：Ic4=LUK/10=(6101.5)/10=9（A）电器厂(架空)：Ic5=LUK/10=(9101)/350 =0.257（A）总对地电流: Ic总= Ic1+ Ic2+ Ic3+ Ic4+ Ic5 =6+0.286+0.514+9+0.257=16.057（A）30（A）因此,确定10KV中性点为不接地运行方式。第三章 变电所继电保护配置第一节 变压器（T1、T2）保护一、主保护1、气体（瓦斯）保护：用于反应变压器油箱内部的各种障和油面降低，其中轻气体保护瞬时动作于发信号，重气体保护瞬时动作于跳开变压器各侧断路点。2、纵差动保护为反应变压器绕组和引出线的相间短路，以及中性点直接地侧绕组和引线的接地短路和绕组匝间短路，应装设纵差动保护为变压器的另一套主保护。由于本变压器容量较小，空载时的励磁涌流较大，故选BCH-2型躲励磁涌流性能较好的差动继电器。3、后备保护采用复合电压起动的过电流保护：防御于外部相间短路所引起的过电流并作为瓦斯保护和纵差动保护的后备的过电流保护。二、其它保护1、过负荷保护防御变压器对称负荷，保护接于一相电流上，带延时动作于信号。2、油温高保护变压器油温高保护用于监视器的上层油温，使其不超过规定值，保护一般经延时动作于信号或启动变压器的冷却装置。3、压力释放保护用于反应油箱压力升高的保护。4、冷却失控保护用于反应冷却系统故障。第二节 线路保护一、无时限电流速断保护 对于反应电流的增大而瞬时动作的电流保护，称为无时限电速断电流保护，又称为瞬时电流速断保护，还可为电流段保护。 优点：保护动作时间短，速成动性好。 缺点：动作电流较大，不能保护线路全长。二、限时电流速断保护为了满足速成动性的要求，增加一套带时限的电流速断保护，用以切除无时限电流速断保护范围以外的短路故障，并作为无时限速断保护，这样带时限的电流速断保护，称为电流速断保护， 也可称为电流段。 优点：有较短的动作时限，而且能保护线路全长；缺点：不能作为相邻元件的后备保护。二、 定时限过电流保护（过电流保护）定时限过电流保护，其动作电流按躲过最在负荷电流整定，一般动作电流较小，灵敏度较高，过电流也可称为电流段。优点：动作电流较小，保护范围大，既能保护本线路的全长又能作为相邻线路的后备保护。缺点：动作时间较长，速成动性差。为了保证迅速而有选择地切除故障，常常将上述三种保护组合在一起，构成阶段式电流保护，其具有简单、可靠的主要优点。并且在一般情况下，能够满足快速切除故障的要求，因此在35KV及以下的低压线索路上得到了主泛应用。实际应用时，电流段、电流段和电流段可三者同时使用，也可只采用速断加过电流保护和限时速断加电流保护。四、本设计线路保护 单回路出线保护：适用于染料厂和电器厂出线。采用两段式电流保护，即电流速断保护和过电流。其中电流速断保护为主保护，不带时限，0S跳闸。 双回路出线保护：适用于化肥厂、配电所和化纤厂出线。采用平行双回线路横联方向差动保护加电流保护。其中横联方向差动保护为主保护,电流保护作为后备。第四章 变电所自动装置配置一、自动重合闸装置（ARD）1、自动重合闸装置就是将切除的线路断路器重新自动投入的一种自动装置，简称为ARD。2、输电线路上采用自动重合闸装置的作用（1）提高输电线路供电可靠性，减少因瞬时性故障停电造成的损失。（2）对于比端、供电的高压输电线路，可提高系统并列运行的稳定性，从而提高线路的输送容量。（3）可以纠正由于断路器本身机构不良，或继电保护误动作而引起的误跳闸。3、规程规定：“1KV及以上的架空线路和电缆与架空混合线路，在具有断路器的条件下，如用电设备允许且无备用电源自动投入时，应装设自动重合闸；旁路断路器和兼作旁路的母线断路器或分断路器，宜装设自动重合闸；低压侧不带电源的降压变压器，应装设自动重合闸；必要时，母线可采用母线自动重合闸。”故本设计10KV各出线上设置三相自动重合闸（ARD）。二、装设母分开关备用电源自动投入装置（ATS）1、当工作电源（或工作设备）因故障被断开以后，能自动而迅速地将备用电源（或备用设备）投入工作，保证用户连续供电的一种装置，称备用电源自动投入装置，简称为ATS装置。2、采用ATS装置后，有如下特点：（1）提高供电可靠性，节省建设投资；（2）简化继电保护；（3）限制短路电流，提高母线残余电压。由于ATS装置具有上述优点，而且结构简单、可靠性高，所以在电中国科学院系统中得到了广泛的应用。3、在发电厂和变电所中，下列情况通常装设ATS装置：装有备用电源的发电厂厂用电源和变电所所用电源；由双电源供电且其中一个电源经常断开以作备用的变电所；有备用变压器或者有互为备用的母线段的降压变电所。本设在35KV母联断路器（QF3）和10KV母联断路器（QF6）处装设备用电源自动投入装置（ATS）三、 装设按频率自动减负荷装置（AFL）当电力系统中发生事故造成有较大的有功功率 额时，应当迅速地断开一些不重要的用户以制频率下降，保证系统稳定运行和电能质量，防止事故扩大，保证重要负荷的供电。在电力系统中广泛采用自动按频率减负荷装置（简称AFL）：即按照系统频率下降的不同程度，有计 地断开相应的不重要负荷，以阻止频率的下降，使频率迅速恢复。本设计10KV出线设置自动频率减负荷装置（AFL），按用户负荷的重要性顺序切除。第五章 系统短路电流的计算一、系统短路点的确定 选取10KV母线为第一短路点（D1），选取10kV最长出线末端（配电站）为第二短路点（D2），见图3。图3 系统短路点示意图二、计算系统标么阻抗值：1、基准参数选定取SB=100MVA，35KV侧：UB1=37kV，10KV侧：UB2=10.5kV，以10KV侧UB=UB2为基准值，则IB=SB/UB=(100106)/(1.73210.5103)=5498.74(A)2、阻抗计算（均为标么值）（1）电源标么阻抗值最大运行方式下:X1(max)=SB/Smax=100106/280106=0.3571最小运行方式下: X1(min)=SB/Smin=SB/(90Smax)=100106/(90280106)=0.3968（2）电源标么阻抗值最大运行方式下:X2(max)=SB/Smax=100106/200106=0.5最小运行方式下: X2(min)=SB/Smin=SB/(90Smax)=100106/(90200106)=0.5556（3）线路标么阻抗值1：X3=X0L1SB/UB2 =0.416100/372=0.46752、L3：X4,5=X0L2,3SB/UB2 =0.420100/372=0.5844（4）变压器(T1、T2)标么阻抗值T1、T2：X6=X7=（Uk%/100）SB/SN=(7.5/100)(100103/10000)=0.75(5) 最长线路配电站标么阻抗值：X8=X0L配电站SB/UB12 =0.412100/10.52=4.3537三、短路电流计算1、系统标么阻抗图，见图4：图4 系统标么阻抗图2、系统最大运行方式下短路电流的计算（1）系统最大运行方式的确定：C、C两系统投入运行。线路L1、L2、L3投入运行。变电所QF1、QF2、QF4、QF5合闸运行，QF3、QF6断开。（2）D1点短路时，三相最大短路电流的计算D1点短路的等值简化网如下：图5 系统简化标么阻抗等值电路图D点短路时三相最大短路电流有名值的计算I(3)d1max(10)=IB/(X1+X5)/X2+X3+X6)=5498.74/(0.3571+0.5844)/0.5+0.4675+0.75)=3561.20(A)（3）D2点短路时，三相最大短路电流的计算D2点短路的等值简化网如下：图6 系统简化标么阻抗等值电路图D2点短路时三相最大短路电流有名值的计算I(3)d1max(10)=IB/(X1+X5)/X2+X3+X6+X8)=5498.74/(0.3571+0.5844)/0.5+0.4675+0.75+4.3537)=932.34(A)3、系统最小运行方式下短路电流的计算（1）系统最小运行方式的确定：C、C两系统投入运行，最小短路容量为最大短路容量的90。线路L1、L3投入运行，L2停运。变电所QF1、QF3、QF4、QF5合闸运行，QF2、QF6断开。（2）D1点短路时，三相最大短路电流的计算D1点短路的等值简化网如下：图7 系统简化标么阻抗等值电路图D点短路时三相最大短路电流有名值的计算I(3)d1max(10)=IB/(X1+X5)/X2+X3+X6)=5498.74/(0.3968+0.5844)/0.5556+0.4675+0.75)=3497.41(A)I(2)d1min(10)=(/2)I(3)d1min=(1.732/2)3497.41=3028.76(A)（3）D2点短路时，三相最大短路电流的计算D2点短路的等值简化网如下：图8 系统简化星形标么阻抗等到值电路图D2点短路时三相最大短路电流有名值的计算I(3)d1max(10)=IB/(X1+X5)/X2+X3+X6+X8)=5498.74/(0.3968+0.5844)/0.5556+0.4675+0.75+4.3537)=927.91(A)I(2)d1min(10)=(/2)I(3)d1min=(1.732/2)932.34=803.57(A)- -第 22 页 共 22 页4、D1、D2短路电流汇总表短路故障点短路电流（A）最大电流I(3)kmax最小电流I(2) kminD1I(3)d1max(10)=3561.20I(2)d1min(10)=3028.76D2I(3)d2 max (10)=932.34I(2)d2min(10)=803.57第六章变电所继电保护整计算和校验一、 并联纵差动保护选用 ：BCH-2型差动继电器二、 确定变压器两侧电流互感器变比和二次额定电流：名 称各侧数据Y（35KV）（10.5KV）额定电流I1e=S/ U1e=10000/(1.73235)=164.96AI2e =S/ U2e =10000/(1.73210.5) =549.87A变压器接线方式YCT接线方式YCT计算变比I1e/5=285.71/5I2e/5=549.87/5实选CT变比nl300/5600/5实际额定电流I1e/(300/5)=4.76AI2e/(600/5)=4.58A不平衡电流Ibp4.76-4.58=0.18A三、确定基本