继电保护课程设计

电力系统继电保护原理电力系统继电保护原理 课程设计课程设计 班级 班级 2008 级生信级生信 1 班班 学号 学号 20085097 姓名 姓名 曹曹 学学 博博 专业 专业 电气工程及其自动化电气工程及其自动化 指导老师 指导老师 王王 牣牣 评分 评分 A 优 优 B 良 良 C 中中 D 合格 合格 E 不合格不合格 项目项目学生自评学生自评指导老师评定指导老师评定 设计内容完整性设计内容完整性 计算公式准确性计算公式准确性 计算数据正确性计算数据正确性 绘图质量绘图质量 文档规范性文档规范性 综合评定综合评定 教师签名 盖章 教师签名 盖章 日日 期 期 年年 月月 日日 目录 第一节 设计任务书 1 1 继电保护课程设计的目的 1 2 原始数据 2 2 1 基础数据 2 2 2 系统接线图 3 3 课程设计要求 4 3 1 需要完成的设计内容 4 3 2 设计文件内容 5 第二节 馈线保护配置与整定计算 6 1 馈线保护配置 6 2 馈线保护整定计算 6 2 1 电流速断定值计算 6 2 2 阻抗 段定值计算 6 2 3 阻抗段定值计算 7 2 4 过电流定值计算 7 第三节 变压器保护配置与整定计算 8 1 变压器保护配置 8 2 变压器电量保护整定计算 8 2 1 差动速断保护 8 2 2 二次谐波制动的比率差动保护 8 2 3 三相低电压过电流保护 9 2 4 单相低电压过电流保护 9 2 5 零序过电流保护 10 2 6 过负荷保护 10 3 变压器非电量计 算 10 3 1 瓦斯保护整定计算 10 3 2 主变过热整定计算 10 第四节 并联电容补偿装置配置与整定计算 11 1 并联补偿装置保护配 置 11 2 并联补偿装置整定计 算 11 2 1 电流速断保护 11 2 2 差流保护 11 2 3 过电流保护 12 2 4 高次谐波过流保护 12 2 5 差压保护 13 2 6 低电压保护 14 2 7 过电压保护 14 第五节 B 相馈线保护原理接线图和展开图 15 1 电流保护 15 2 阻抗保护 16 继电保护课程设计 第 1 页 第一节 设计任务书 1 1 继电保护课程设计的目的 继电保护课程设计的目的 1 能把所学过的理论知识进行综合运用 从而达到巩固 加深及扩大专业知识 并使 之系统化 2 正确领会和贯彻国家的方针 技术经济政策 培养正确的设计思想 并掌握设计的 基本方法 3 培养运用所学的理论知识 提高独立分析和解决问题的能力 掌握实际工程设计中 的一些基本技能 4 培养作为工程技术人员必须具备的计算 绘图 使用规程 手册 资料及编写设计 说明书等的技能 2 2 原始数据 原始数据 2 1 基础数据 YN d11牵引变压器保护 变 量 名 称变 量 值变 量 名 称变 量 值 最小运行方式变压器一次侧三相短路 电流 A 1775 89 过电流保护可靠系数 1 2 最小运行方式变压器二次侧三相短路 电流 A 1429 25 低电压保护可靠系数 1 2 最小运行方式牵引网末端短路电流 A 919 08 过电流保护返回系数 0 95 最小运行方式27 5KV母线电压 kV 24 低电压保护返回系数 1 05 牵引变压器容量 MVA 20 牵引变压器过负荷系数 1 5 牵引变压器一次侧额定电流 A 104 98 牵引变压器一次侧母线电压 kV 110 牵引变压器二次侧额定电流 A 422 11 变压器中性点CT变比 32 牵引变压器一次侧CT接线系数 1 732 过负荷保护可靠系数 1 45 牵引变压器二次侧CT接线系数 1 二次谐波闭锁条件 0 18 牵引变压器一次侧CT变比 40 重瓦斯保护 M S 0 6 1 牵引变压器二次侧CT变比 160 主变过热 75 牵引变压器一次侧PT变比 1100 主变通风启动信号 55 牵引变压器二次侧PT变比 275 主变通风停止信号 45 差流速断保护可靠系数 1 2 牵引变压器变比 4 20MVA牵引变压器涌流倍数 5 并联电容补偿装置保护 最小运行方式变压器二次侧两相短路电流 A 1429 25 电容器组涌流倍数 5 A相并联电容器组容量 4并4串连接 1600 过电压保护返回系数 0 95 B相并联电容器组容量 4并4串连接 1600 电流速断保护可靠系数 1 3 变压器二次侧母线额定电压 kV 27 5 过电流保护可靠系数 1 05 继电保护课程设计 第 2 页 变压器二次侧母线最高电压 kV 31 5 谐波过电流保护可靠系数 1 2 变压器二次侧母线PT变比 275 差流保护可靠系数 1 3 电容器组PT变比 275 电压保护可靠系数 1 2 A相电容器组CT变比 10 电流保护返回系数 0 95 B相电容器组CT变比 10 差电压保护返回系数 0 95 A相电容器组额定电流 A 38 1 电容器组同型系数 1 B相电容器组额定电流 A 38 1 低电压保护返回系数 1 05 电容器组额定电压 kV 42 差压保护灵敏系数 1 5 A相馈线保护 下行 牵引网末端最大短路电流 A 1656 321 馈线CT变比 126 最小运行方式牵引网近端15 处 短路电流 A 2295 743 牵引变压器二次侧母线PT变比 275 最小运行方式牵引网末端短路电 流 A 919 08 阻抗保护电抗可靠系数 1 2 供电臂最大负荷电流 A 1364 阻抗保护电阻可靠系数 1 1 牵引变压器二次侧母线最低工作 电压 kV 24 电流速断保护可靠系数 1 3 供电臂长度 km 20 163 阻抗保护电阻偏移值 欧 1 牵引网单位阻抗电抗值 欧 千米 0 509 阻抗保护电抗偏移值 欧 1 阻抗保护灵敏角 65 阻抗保护PT断线电流检测可靠系数 1 2 牵引负荷阻抗角 36 87 牵引网单位阻抗电阻值 欧 千米 0 23 不计复线牵引网互感 B相馈线保护 上行 牵引网末端最大短路电流 A 1978 171 馈线CT变比 80 最小运行方式牵引网近端15 处 短路电流 A 2405 344 牵引变压器二次侧母线PT变比 275 最小运行方式牵引网末端短路电 流 A 1046 38 阻抗保护电抗可靠系数 1 2 供电臂最大负荷电流 A 970 阻抗保护电阻可靠系数 1 1 牵引变压器二次侧母线最低工作 电压 kV 24 电流速断保护可靠系数 1 3 供电臂长度 KM 12 14 阻抗保护电阻偏移值 欧 1 牵引网单位阻抗电抗值 欧 千米 0 509 阻抗保护电抗偏移值 欧 1 阻抗保护灵敏角 65 阻抗保护PT断线电流检测可靠系数 1 2 牵引负荷阻抗角 36 87 牵引网单位阻抗电阻值 欧 千米 0 23 不计复线牵引网互感 继电保护课程设计 第 3 页 2 2 系统接线图 1QS 1TA1 1TA2 1TA3 1TA4计量 测量 遥控 过流 差动 12QF 27 5kV N 11QS 5TA 9TA1 3QF 零序电流 3TA 9QS 5QF 9TA2 11TA1 过流 11TA2 差动 18TA115TA1 15TA2 18TA2 11QF 10QF9QF8QF7QF 13QS 14QS 15QS 16QS 17QS 18QS 19QS 20QS M M MM 分区亭分区亭 M M M M 110kV BA 图1 牵引变电所示意图 继电保护课程设计 第 4 页 注 图中仅画出了一台牵引主变压器 接在27 5kV母线的并联电容补偿装置图2给出 25TA 2TR2 2TR1 22TA1 13QF 21TA1 27 5kV A 21TA2 22TA2 26TA 4TR2 4TR1 24TA1 14QF 23TA1 27 5kV B 23TA2 24TA2 图2 并联电容补偿装置接线示意图 3 3 课程设计要求 课程设计要求 考虑到在六周内每个学生要完成几个课程设计的任务 工作量较大 又要保证课程设 计质量 特作如下安排 3 1 需要完成的设计内容 1 所有学生都必须完成主变 并联电容补偿装置 馈线保护的配置方案设计 2 所有学生都必须完成主变 并联电容补偿装置 馈线保护的整定计算 继电保护课程设计 第 5 页 3 学号尾数为0和1的学生必须画出主变保护的原理接线图和保护的展开图 并作相应说明 4 学号尾数为2和3的学生必须画出A相馈线保护的原理接线图和保护的展开图 并作相应 说明 5 学号尾数为4和5的学生必须画出B相馈线保护的原理接线图和保护的展开图 并作相应 说明 6 学号尾数为6和7的学生必须画出A相并联电容补偿装置保护的原理接线图和保护的展开 图 并作相应说明 7 学号尾数为8和9的学生必须画出B相并联电容补偿装置保护的原理接线图和保护的展开 图 并作相应说明 注1 展开图需包括电流电压回路接线图 控制回路接线图和信号回路接线图 注2 不要求对电流 电压互感器的负载能力进行校验 不要求画出屏面布置图 屏后接线 图和端子排列 注3 仅要求针对一个断路器画出控制回路 3 2 设计文件内容 1 设计任务书 2 保护配置 3 保护整定计算 4 3 1要求的保护原理图 5 3 1要求的保护展开图 继电保护课程设计 第 6 页 第二节 馈线保护配置与整定计算 1 1 馈线保护配置 馈线保护配置 本课程设计中牵引网采用复线单边供电方式 考虑到牵引负荷电流比较大且变化范围 大 单纯的电流保护不能满足要求 阻抗保护则采用能耐受过渡电阻的四边形特性阻抗继 电器 因此 为了满足继电保护可靠性 选择性 速动性以及灵敏性的要求 在馈线处配 备电流速断和阻抗段作为主保护 过电流保护作为后被保护 2 2 馈线保护整定计算 馈线保护整定计算 2 1 电流速断定值计算 max 1 3 1978 172571 62 zdkD IK IA 其中 可靠系数 取 1 3 k K 牵引网末端最大短路电流 maxD I 灵敏度校验 不能保护线路全长的 15 min15 2571 622405 34 zdd II 其中 最小运行方式牵引网近端 15 处短路电流 A min15 d I 保护动作时限 0 1S d t 2 2 阻抗 段定值计算 线路边整定阻抗 0 0 850 85 12 14 0 559 655 768 65 LL ZLZ 其中 供电臂长度 L 牵引网单位阻抗 0 Z 线路阻抗角即阻抗保护灵敏角 L 负荷边整定阻抗 min max 24000 36 8720 62 36 87 1 2 970 f ff Kf U Z KI 其中 最低母线电压 minf U 供电臂最大负荷电流 maxf I 可靠系数 取 1 2 K K 保护动作时限 0 1S zd t 继电保护课程设计 第 7 页 2 3 阻抗段定值计算 线路边整定阻抗 0 21 2 2 12 14 0 559 6516 29 65 LkL ZKL Z 其中 可靠系数 取 1 2 k K 负荷边整定阻抗 min max 24000 36 8720 62 36 87 1 2 970 f ff Kf U Z KI 其中 各符号含义同上 保护动作时限 0 5 S zd t 2 4 过电流定值计算 max 1 3 9701261 zdKf IK IA 其中 可靠系数 取 1 3 k K 最大负荷电流 maxf I 灵敏度校验 不满足要求 min 1046 38 12610 831 2 ss d m zd I K I 其中 最小运行方式牵引网末端短路电流 min ss d I 保护动作时限 S1 5 d t 继电保护课程设计 第 8 页 第三节 变压器保护配置与整定计算 1 1 变压器保护配置 变压器保护配置 由于变压器是非常重要的电气设备 它的故障将对供电可靠性和系统安全运行带来严 重的影响 因此为提高继电保护装置的可靠性 我们配备了电量保护和非电量保护 在电 量保护中 差动速断保护 二次谐波制动的比率差动保护为主保护 三相低电压过电流保 护 单相低电压过电流保护 零序过电流保护和过负荷保护作为后备保护 在非电量保护 中 我们配备了瓦斯保护和主变过热保护 2 2 变压器电量保护整定计算 变压器电量保护整定计算 2 1 差动速断保护 差动速断保护的整定原则一般按躲过变压器空载投入时的励磁涌流整定 并考虑接线 系数 定值计算 max11 1 2 53 104 981090 95 zdkYLk IKIKKKIA 其中 差流速断保护可靠系数 k K 励磁涌流倍数 K 牵引变压器一次则 CT 接线系数 1 K 灵敏度校验 不满足要求 min 31775 89 1 412 21090 95 d m zd I K I 其中 最小运行方式下 电源侧两相短路电流 mind I 2 2 二次谐波制动的比率差动保护 1 最小动作电流 定值计算 0 53 104 9890 9 DZKn IK IA 2 最小制动电流 定值计算 3 104 98181 83 ZDn IIA 3 比率制动系数 定值计算 1 2 1 0 0 1 0 080 08 0 312 ktxib KKKFUF 其中 可靠系数 一般取 1 2 2 k K 电流互感器同型系数 一般取 1 0 tx K 电流互感器误差 取 0 1 i F 变压器抽头引起的误差 取 0 05 0 1 U 继电保护课程设计 第 9 页 二次电流平衡不精确引起的误差 一般取 0 05 0 1 b F 4 二次谐波闭锁 整定原则按照当差电流中二次谐波含量大于整定值时就将差动继电器闭锁 以防止 励磁涌流引起的误动 定值计算 2 0 183 104 9832 73 n IK IA 其中 二次谐波闭锁条件 K 2 3 三相低电压过电流保护 110KV 侧 1 动作电流整定计算 1 1 2 104 98132 61 0 95 K zdn h K IIA K 其中 过电流保护可靠系数 K K 过电流保护返回系数 h K 变压器一次侧额定电流 1n I 灵敏度校验 满足要求 min 31429 25 9 31 3 2132 61 d m zd I K I 2 动作电压整定计算 min 0 9 110000 78571 4 1 2 1 05 zd Kh U UV K K 其中 110KV 侧母线最低工作电压 min U 低电压保护可靠系数 K K 低电压保护返回系数 h K 2 4 单相低电压过电流保护 27 5KV 侧 1 动作电流整定计算 2 1 2 422 11533 19 0 95 K zdn h K IIA K 其中各参量同上 灵敏度校验 min 31429 25 2 31 3 2533 19 d m zd I K I 2 动作电压整定计算 min 24000 19047 6 1 2 1 05 zd Kh U UV K K 继电保护课程设计 第 10 页 其中各参量同上 2 5 零序过电流保护 1 1 2 070 7 104 9892 82 0 95 K zdn h K IIA K 2 6 过负荷保护 1 45 104 98152 22 zdkn IK IA 其中 过负荷保护可靠系数 k K 3 变压器非电量计算 3 1 瓦斯保护整定计算 0 8m s 3 2 主变过热整定计算 主变通风启动信号 0 55TC 主变通风停止信号 0 45TC 继电保护课程设计 第 11 页 第四节 并联电容补偿装置配置与整定计算 1 1 并联补偿装置保护配置 并联补偿装置保护配置 并联补偿装置并联在 27 5KV 母线上 为了保护并联补偿装置 防止并联补偿装置外部 及内部故障对装置的影响 在电流保护方面配置电流速断保护 差流保护作为主保护 过 电流保护 高次谐波过流保护作为后备保护 在电压保护方面配置差压保护作为主保护 过电压保护 低电压保护作为后备保护 2 2 并联补偿装置整定计算 并联补偿装置整定计算 2 1 电流速断保护 用于断路器到电容器连接线短路故障的保护 动作方程 zd II zd II 其中 并补支路总电流基波分量 I 电流速断定值 zd I 定值计算 max 1 3 5 38 1 260 7 0 95 KYL zd h K I IA K 其中 可靠系数 一般取 1 3 K K 并补装置投入时的涌入基波电流 K 为电容器 maxYL I maxYLn IKI 组涌流倍数 返回系数 h K 灵敏度校验 满足要求 2 min 1429 25 5 481 5 260 7 d m zd I K I 其中 最小运行方式下变压器二次侧两相短路电流 2 mind I 动作时间 0 1S d t 2 2 差流保护 用于电容器装置接地故障的主保护 动作方程 cdzd II 其中 并补支路差流基波分量 cd I 差流定值 zd I 定值计算 继电保护课程设计 第 12 页 maxmax max 1 3 1 0 1 190 524 77 155 38 1190 5 zdktx CLnn IK KfIA IXXIIA 其中 可靠系数 取 1 3 k K 同型系数 顶流互与底流互同型时取 0 5 不同型取 1 tx K 流互最大允许误差 取 0 1 max f 并补投入时涌流有效值 max I 并补装置电容器容抗 C X 并补装置电抗器感抗 L X 并补装置额定电流 n I 灵敏度校验 满足要求 38 1 1 541 2 24 77 n m zd I K I 动作时限 0 1S d t 2 3 过电流保护 用于电容器组内部部分接地故障的保护 动作方程 zd II 其中 并补支路总电流基波分量 I 过电流整定值 zd I 定值计算 1 3 1 4 1 3 1 3 38 1 67 78 0 95 Kn zd h KI I K 其中 并补装置额定电流 n I 灵敏度校验 满足要求 2 min 1429 25 21 091 2 67 78 d m zd I K I 动作时限 0 5S d t 2 4 高次谐波过流保护 谐波过流保护分别由各并补分支的谐波过流保护构成 当任一并补分支满足谐波过流 保 护出口动作条件时 装置驱动断路器跳闸 继电保护课程设计 第 13 页 动作方程 其中 各并补分支电流中 3 5 7 9 11 次谐波分量 357911 IIIII 谐波过流定值 各并补分支共用一份定值 zd I 定值计算 1 5 38 1 47 63 1 2 hn zd k I IA K 其中 可靠系数 一般取 1 2 k K 电容器允许谐波电流值 hn I1 5 hnn II 动作时限 120S d t 2 5 差压保护 差压保护是一种灵敏度高 保护范围大 不受合闸涌流 高次谐波及电压波动影响的 保护方式 它能检出电容器的内部故障并限制事故扩大 动作方程 cdzd UU 其中 并补装置两组串联电容器之差电压基波分量 cd U 差压定值 zd U 定值计算 确定电容器组中故障电容器端电压超过 1 1 倍额定电压时 熔断器已切除 电容器的台数 K 由 算出 取 4 cn U KDKMN MU 1 1 1 max 3 93K K 其中 并联电容器数 M 串联电容器数 N 补偿度 一般取 0 12 0 13 D 母线最高电压 max U 电容器额定电压 cn U 计算差压 maxmax 1 31 5 1 MNMK UUUKV N MKDK 计算定值 31 5 21 1 5 zd k U UKV K 继电保护课程设计 第 14 页 式中 灵敏系数 取 1 5 k K 动作时限 0 1S zd t 2