继电保护课程设计

1、1 引言 中国作为世界上最大规模得电力强国 ,近年来大力发展能源互联网与智能电 网,电力管理水平与服务水平不断得到提高 , 电力发展得战略规划管理、 生产运行 管理、电力市场营销管理以及电力企业信息管理水平、 优质服务水平等普遍得到 提高。进一步扩大了对外开放 , 积极实施国际化战略。 本论文主要围绕 35kV 变电站保护得整定计算展开分析与讨论 , 应用了电力 系统基本常识并主要进行了需要系数法计算负荷、电力网接线方案得选择原则、 短路电流得计算、 变压器与线路得继电保护配置以及无功功率补偿等。 同时详细 介绍了主设备差动保护得整定算法 , 电气主接线得设计、做出短路点得等效电路 图,对设备

2、保护进行了相应得选择与校验。 通过比较各个接线方式得优缺点 , 确定 变电站得主接线方式。 2 设计目得及内容 2、1 设计目得 通过本课程设计 ,巩固与加深在电力系统基础 、电力系统分析 与电 力系统继电保护与自动化装置课程中所学得理论知识 , 基本掌握电力系统继电 保护设计得一般方法 , 提高电气设计得设计能力 , 为今后从事生产与科研工作打 下一定得基础。 2、2 设计内容 要求根据所给条件确定变电所整定继电保护设计方案 , 最后按要求写出设计 说明书, 绘出设计图样。 设计依据 : 2、2、1 设计基本资料 35KV供电系统图，如图1所示。 系统参数：电源I短路容量:SIDmax=20

3、0MVA电源U短路容量： SH Dmax=250MVA；电线路 丄仁L2=15km,L3=L4=10km线路阻抗:XL=0、4Q /km。 负荷名称 最大负荷(Kw) 功率因数 回路数 供电方式 线路长度(km) 织布厂 1200 0、5 1 架空线 8 胶木厂 1100 0、5 1 架空线 7 印染厂 1400 0、5 2 架空线 13 配电所 1500 0、5 2 架空线 15 炼铁厂 1300 0、5 2 架空线 10 35KV变电所主接线图，如图2所示 10KV母线负荷情况,见下表: SnS 备 用 图 2 35KV 变电所主接线图 B1、B2主变容量、型号为 6300kVA之SF16

4、300/35型双卷变压器，丫 /11之 常规接线方式 , 具有带负荷调压分接头 , 可进行有载调压。其中 Uk %=7、 5。 2、2、 2 运行方式 运行方式：以SI、SU全投入运行,线路L1L4全投。DL1合闸运行为最大运 行方式；以SU停运,线路L3、L4停运,DL1断开运行为最小运行方式。 已知变电所10KV出线保护最长动作时间为1、5s。 3 变电所继电保护与自动装置规划 3、1 系统分析及继电保护要求 本设计300KV系统为双电源35KV单母线分段接线,10KV侧单母线分段接线，所 接负荷多为化工型 ,属一二类负荷居多。为保证安全供电与电能质量 ,继电保护应 满足四项基本要求 ,即

5、选择性、速动性、灵敏性与可靠性。 (1) 选择性 ：继电保护装置应在可能得最小区间将故障部分从系统中切除,以保证 最大限度地向无故障部分继续供电。 (2) 快速性：继电保护装置应能以可能得最短时限将故障部分或异常工况从系统中 切除或消除。 (3) 灵敏性 ：表示继电保护装置反映故障得能力。通常以灵敏系数 k 表示。灵敏系 数有两种表达方式，即反映故障参量上升得保护灵敏系数，k=保护区内金属性短路 时故障参量得最小计算值 /保护得动作参量 ；反映故障参量下降得保护灵敏系 数,k= 呆护得动作参量/保护区内金属性短路时故障参量得最大计算值。 (4) 可靠性：继电保护装置应在该动作时可靠地动作 ,即

6、不应发生拒动作现象。 3、2 本系统故障分析 3、2、 1 本设计中得电力系统具有非直接接地得架空线路及中性点不接地得电 力变压器等主要设备。就线路来讲 ,故障一般为单相接地、两相接地与三相接地 , 其中单相接地最为常见。 3、2、 2 电力变压器得故障 ,分为外部故障与内部故障两类。 变压器得外部故障常见得就是高低压套管及引线故障，它可能引起变压器出线 端得相间短路或引出线碰接外壳。 变压器得内部故障有相间短路、绕组得匝间短路与绝缘损坏 3、2、3 变压器得不正常运行过负荷、由于外部短路引起得过电流、油温上升 及不允许得油面下降。 3、3 10KV 线路继电保护装置 根据线路得故障类型 ,按

7、不同得出线回路数 ,设置相应得继电保护装置如下 : 3、3、1 单回出线保护 :适用于织布厂与胶木厂出线。 采用两段式电流保护 ,即电 流速断保护与过电流保护。其中电流速断保护为主保护,不带时限 ,0S 跳闸。 3、3、2 双回路出线保护 :适用于印染厂、配电所与炼铁厂出线。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 作为横联方向差动保护得后备保护。 3、4 主变压器继电保护装置设置 变压器为变电所得核心设备 ,根据其故障与不正常运行得情况 ,从反应各种不 同故障得可靠、快速、灵敏及提高系统得安全性出发,设置相应得主保护、异常 运行保护与必要得辅助

8、保护如下 : 3、4、1 主保护:瓦斯保护（以防御变压器内部故障与油面降低 ）、纵联差动保护 （以 防御变压器绕组、套管与引出线得相间短路 ）。 3、4、2 后备保护:过电流保护 （以反应变压器外部相间故障 ）、过负荷保护 （反应 由于过负荷而引起得过电流 ）。 3、4、3 异常运行保护与必要得辅助保护 :温度保护 （以检测变压器得油温 ,防止 变压器油劣化加速 ）与冷却风机自启动 （用变压器一相电流得 70%来启动冷却风机 , 防止变压器油温过高 ）。 3、5 变电所得自动装置 3、5、1 针对架空线路得故障多系雷击、鸟害、树枝或其它飞行物等引起得瞬 时性短路 ,其特点就是当线路断路器跳闸而

9、电压消失后,随着电弧得熄灭 ,短路即 自行消除。若运行人员试行强送 ,随可以恢复供电 ,但速度较慢 ,用户得大多设备 （电 动机）已停运，这样就干扰破坏了设备得正常工作，因此本设计在10KV各出线上设 置三相自动重合闸装置（CHZ）即当线路断路器因事故跳闸后，立即使线路断路器 自动再次重合闸 ,以减少因线路瞬时性短路故障停电所造成得损失。 3、5、2 针对变电所负荷性质 ,缩短备用电源得切换时间 ,提高供电得不间断性 , 保证人身设备得安全等，本设计在35KV母联断路器（DL1及10KV母联断路器（DL8） 处装设备用电源自动投入装置 (BZT)。 3、5、3 频率就是电能质量得基本指标之一

10、,正常情况下 ,系统得频率应保持在 50Hz运行频率与它得额定值见允许差值限制在 0、5Hz内，频率降低会导致用电企 业得机械生长率下降 ,产品质量降低 ,更为严重得就是给电力系统工作带来危害, 而有功功率得缺额会导致频率得降低 ,因此,为保证系统频率恒定与重要用户得生 产稳定，本设计10KV出线设置自动频率减负荷装置(ZPJH按用户负荷得重要性顺 序切除。 3、6 本设计继电保护装置原理概述 3、 6、 1 10KV 线路电流速断保护 :就是根据短路时通过保护装置得电流来选择 动作电流得 , 以动作电流得大小来控制保护装置得保护范围 ; 有无时限电流速断 与延时电流速断 ,采用二相二电流继电

11、器得不完全星形接线方式 ,本设计选用无 时限电流速断保护。 3、 6、 2 10KV 线路过电流保护 :就是利用短路时得电流比正常运行时大得特征 来鉴别线路发生了短路故障 , 其动作得选择性由过电流保护装置得动作具有适当 得延时来保证 , 有定时限过电流保护与反时限过电流保护 ; 本设计与电流速断保 护装置共用两组电流互感器 , 采用二相二继电器得不完全星形接线方式 , 选用定 时限过电流保护 ,作为电流速断保护得后备保护 ,来切除电流速断保护范围以外 得故障 , 其保护范围为本线路全部与下段线路得一部分。 3、 6、 3 平行双回线路横联方向差动保护 : 就是通过比较两线路得电流相位与数 值

12、相同与否鉴别发生得故障 ; 由电流起动元件、功率方向元件与出口执行元件组 成, 电流起动元件用以判断线路就是否发生故障 , 功率方向元件用以判断哪回线 路发生故障 , 双回线路运行时能保证有选择得动作。该保护动作时间 0S, 由于横 联保护在相继动作区内短路时 ,切除故障得时间将延长一倍 ,故加装一套三段式 电流保护 , 作为后备保护。 3、 6、 4 变压器瓦斯保护 : 就是利用安装在变压器油箱与油枕间得瓦斯继电器来 判别变压器内部故障 ;当变压器内部发生故障时 ,电弧使油及绝缘物分解产生气 体。故障轻微时 , 油箱内气体缓慢得产生 , 气体上升聚集在继电器里 , 使油面下降 , 继电器动作

13、,接点闭合,这时让其作用于信号 ,称为轻瓦斯保护 ;故障严重时,油箱 内产生大量得气体 ,在该气体作用下形成强烈得油流 ,冲击继电器,使继电器动作, 接点闭合 , 这时作用于跳闸并发信 , 称为重瓦斯保护。 3、 6、 5 变压器纵联差动保护 : 就是按照循环电流得原理构成。在变压器两侧都 装设电流互感器 ,其二次绕组按环流原则串联 ,差动继电器并接在回路壁中 ,在正 常运行与外部短路时 , 二次电流在臂中环流 , 使差动保护在正常运行与外部短路 时不动作 , 由电流互感器流入继电器得电流应大小相等 , 相位相反 , 使得流过继电 器得电流为零；在变压器内部发生相间短路时，从电流互感器流入继电

14、器得电流 大小不等，相位相同，使继电器内有电流流过。但实际上由于变压器得励磁涌流、 接线方式及电流互感器误差等因素得影响 ，继电器中存在不平衡电流，变压器差 动保护需解决这些问题，方法有： 靠整定值躲过不平衡电流 采用比例制动差动保护。 采用二次谐波制动。 采用间歇角原理。 采用速饱与变流器。 本设计采用较经济得BCH2型带有速饱与变流器得继电器，以提高保护装置 得励磁涌流得能力。 4短路电流得计算 4、1系统得等效电路图（以标幺值记） 图3系统等效电路图 4、2系统基准参数选定 SB=100MVA,U=Uav即:35kV 侧 UB=37KV,10kV侧 U=10、5KV。 4、3阻抗计算（均

15、为标幺值） 1）系统:Xi=100/200=0、5 X 2=100/250=0、4 2 2 2) 线路:L1,L2:X 3=X4=IiXiSb/Vb=0、4X 15X 100/37 =0、438 L3,L4: X5=X6=l 3SB/Vb2=0 4X 10X 100/372=0、292 3) 变压器：B1,B2:X7=X8=(Uk%/1OO)SMS=O、075X 100/6、3=1、19 4、4短路电流得计算 1) 最大运行方式： 系统化简如图4所示。 15KVdl/ / 7 7匸沖 / / d3 图4 其中： X9=X2+X3/ X4= 0、719 X1O= X1+X5/ X6= 0、546

16、 X1仁X1O/ X9= 0、31 X12=X11+X壬 1、5 据此，系统化简如图5所示 故知35KV母线上短路电流： ld1max=IB1/X11=1、56/O、31=5、O32(kA) 1OKV母线上短路电流： Id2max=IB2/X12=5、5/1、5=3、667(kA) 折算到35KV侧： ld21max=IB1/X12=1、56/1、5=1、04(kA) 对于d3点以炼铁厂计算 Id3max=5、5/(1、5+3、628/2)=1、660(kA) IGKV $ XL=1.8W J T 图5最大运行方式下得等效电路 2) 最小运行方式下：系统化简如图6所示。 因SU停运,所以仅考虑

17、SI单独运行得结果； X13=X9+X7=0 719+1、19=1、909 所以35KV母线上短路电流： Id1min=IB1/X9=1、56/0、719=2、17(kA) 所以10KV母线上短路电流： Id2min=IB2/X13=5、5/1、909=2、88(kA) 折算到35KV侧: Id2lmin = IB1/X13=1、56/1、909=0、817 (kA) d3min=5、 对于d3以炼铁厂进行计算 5/ (1、909+3 628)=0、993(kA) 折算到35KV侧: Id3lmin = 1、56/(1、909+3、628)=0、282(kA) J 10KV 7 m / 图6最

18、小运行方式下得等效电路 5主变继电保护整定计算及继电器选择 5、1瓦斯保护 轻瓦斯保护得动作值按气体容积为 250300整定，本设计采用280 。 重瓦斯保护得动作值按导油管得油流速度为0、61、5整定本，本设计采用0、9 瓦斯继电器选用FJ380型。 5、2纵联差动保护装置得选择 选用BCH2型差动继电器。 5、2、1计算Ie及电流互感器变比，列表如下 名称 各侧数据 Y(35KV) (10KV) 额定电流 I 1e=S/ 申 Ue=103、9A I 2E=S/ 护 Ue=346、4A 变压器接线方式 Y CT接线方式 Y CT计算变比 屮 I 1e/5=180/5 I 2e/5=346、4

19、/5 实选CT变比m 200/5 400/5 实际额定电流 (3 I 1e/n1=4、50A I 2e/n1=4、33A 不平衡电流Ibp 4、 504、 33=0、 17A 确定基本侧 基本侧 非基本侧 5、2、2确定基本侧动作电流 1)躲过外部故障时得最大不平衡电流 Idzl KIbp(1) _ 利用实用计算式：I dzi=(KfzqKxfi+U+fza)ld 2max 式中:Kk可靠系数,采用1、3; Kfzq 非同期分量引起得误差,采用1； Ktx 同型系数,CT型号相同且处于同一情况时取 0、5,型号不同时取1, 本设计取1。 U-变压器调压时所产生得相对误差，采用调压百分数得一半，

20、本设计取 0、05。 fza 继电器整定匝书数与计算匝数不等而产生得相对误差，暂无法求 出，先采用中间值0、05。 代入数据得 I dz1=1、3X (1 X 1 X 0、1+0、05+0、05) X 1、04=270 4(A) 2)躲过变压器空载投入或外部故障后电压恢复时得励磁涌流 Idz1= Kk Ie(2) 式中:Kk可靠系数,采用1、3; Ie变压器额定电流： 代入数据得Idzi= 1、3X 103、9=135 1(A) 3) 躲过电流互改器二次回路短线时得最大负荷电流 I dz1= KTf hmax(3) 式中：K k 可靠系数,米用1、3; Idz1 正常运行时变压器得最大负荷电流

21、；采用变压器得额定电流。 代入数据得I dz1=1、3X 103、9=135 1(A) 比较上述(1),(2),(3)式得动作电流,取最大值为计算值, 即：I dz1=270、4(A) 5、2、3确定基本侧差动线圈得匝数与继电器得动作电流 将两侧电流互感器分别结于继电器得两组平衡线圈，再接入差动线圈，使继 电器得实用匝数与动作电流更接近于计算值；以二次回路额定电流最大侧作为基 本侧,基本侧得继电器动作电流及线圈匝数计算如下： 基本侧(35KV)继电器动作值 IdzjsI =JI dzI /n l 代入数据得I dzjsI =3 X 270、4/40=11、71(A) 基本侧继电器差动线圈匝数W

22、cdjsI =Awo/ I dzjsI 式中:Awo为继电器动作安匝，应采用实际值，本设计中采用额定值，取得 60安匝。 代入数据得W cdjsI =60/11、7仁5、12(匝) 选用差动线圈与一组平衡线圈匝数之与较WjsI小而相近得数值，作为差 动线圈整定匝数Wdz。 即:实际整定匝数 Wdz=5(匝) 继电器得实际动作电流I dzjI =Awo/ Wdz=60/5=12(A) 保护装置得实际动作电流I dzI= I dzjI NJ/Kjx=12X 40/ 3 =277、1A 5、2、4确定非基本侧平衡线圈与工作线圈得匝数 平衡线圈计算匝数Wphjs n =Wcdz/le2JIWcdz =

23、5 X （4、5/4、331）=0、19（匝） 故, 取平衡线圈实际匝数 Wphzn =0 工作线圈计算匝数 Wgn = Wphzn +Wcdz=5匝） 5、2、5计算由于整定匝数与计算匝数不等而产生得相对误差fza fza= （Wphjs n Wphzn ）/（ Wphjs n + Wcdz） =（0 、 190）/（0 、 19+5）=0、 04 此值小于原定值 0、 05,取法合适 , 不需重新计算。 5、 2、 6 初步确定短路线圈得抽头 根据前面对BCH2差动继电器得分析，考虑到本系统主变压器容量较小，励磁涌流 较大，故选用较大匝数得“ CC抽头,实际应用中,还应考虑继电器所接得电流

24、互 感器得型号、性能等 , 抽头就是否合适 , 应经过变压器空载投入试验最后确定。 5、 2、 7 保护装置灵敏度校验 差动保护灵敏度要求值玄2 本系统在最小运行方式下 ,10KV 侧出口发生两相短路时 , 保护装置得灵敏度最 低。 本装置灵敏度 =0 、 866/ =0 、 866X 1 X 0、 817/0 、 2771=2、 552 满足要 求。 5、 3 过电流保护得整定 过电流继电器得整定及继电器选择 : 保护动作电流按躲过变压器额定电流来整定 Idz=KkIe1/Kh 式中:Kk可靠系数,采用1、2; Kh返回系数，采用0、85; 代入数据得ldz=1、2X 103、9/0、85=146、7(A) 继电器得动作电流 ldzj=ldz/nl=146、7/(40/3 )=6 35(A) 电流继电器得选择：DL21C/10 灵敏度按保护范围末端短路进行校验，灵敏系数不小于1、2。 灵敏系数：Km=0、866KxId3lmin/I dz =0、866 X 1X 0、2800、1467=1、661、2 满足要求。 5、4过负荷保护得整定 其动作电流按躲过变压器额定电