《电力系统继电保护课程设计》两台三绕组变压器线路继电保护

《电力系统继电保护课程设计》两台三绕组变压器线路继电保护一、目的任务电力系统继电保护课程设计是一个实践教学环节，也是学生接受专业训练的重要环节，是对学生的知识、能力和素质的一次培养训练和检验。通过课程设计，使学生进一步巩固所学理论知识，并利用所学知识解决设计中的一些基本问题，培养和提高学生设计、计算，识图、绘图，以及查阅、使用有关技术资料的能力。本次课程设计主要以中型企业变电所主变压器及相邻线路为对象，主要完成继电保护概述、主变压器及线路继电保护方案确定、短路电流计算、继电保护装置整定计算、绘保护配置图等设计和计算任务。为以后深入学习相关专业课、进行毕业设计和从事实际工作奠定基础。二、设计内容1、主要内容（1）熟悉设计任务书，相关设计规程，分析原始资料，借阅参考资料。（2）继电保护概述，主变压器继电保护方案确定，线路保护方案的确定。（3）短路电流计算。（4）继电保护装置整定计算。（5）各种保护装置的选择。（6）撰写设计报告，绘图等。序号实践/实习/实验项目名称教学时数机动1熟悉设计任务书，相关设计规程，分析原始资料，借阅参考资料等42继电保护概述，主变压器、线路继电保护方案确定等63各继电保护原理图设计，短路电流计算等84继电保护装置整定计算105各种保护装置的选择46撰写设计报告，绘图等87考核4合计44（2周）2、原始数据某变电所电气主接线如图1所示，已知两台变压器均为三绕组、油浸式、强迫风冷、分级绝缘，SFSZ7-50000/110,其参数如下：SN=50MVA；电压为110±8×1．25％／38.5±5％／10.5kV；接线为YN/y/d11（Y0/y/Δ-12-11）；短路电压UHM（%）=10.5，UHL（%）=18，UML(%)=6.5。两台变压器同时运行，110kV侧的中性点只有一台接地，若只有一台运行，则运行变压器中性点必须接地，其余参数如图1。3、设计任务结合系统主接线图，要考虑L1L2两条110kV高压线路既可以并联运行也可以单独运行。针对某一主变压器及相邻线路的继电保护进行设计，变压器的后备保护（定时限过电流电流）作为线路的远后备保护。已知条件如下：变压器35kV母线单电源辐射形线路L5L6的保护方案拟定为三段式电流保护，保护采用两相星形接线，馈出线定时限过流保护最大的时限为2.5s，线路L5L6的正常最大负荷电流为380A，变压器10kV母线母线单电源辐射形线路L3L4的保护方案拟定为三段式电流保护，保护采用两相星形接线，馈出线定时限过流保护最大的时限为2.2s，线路L5L6的正常最大负荷电流为200A，L1L各线路均装设距离保护，试对其相间短路保护I,II,III段进行整定计算，即求各段动作阻抗ZOPI,ZOPII,ZOPIII和动作时限t1I、t1II、t1III,并校验其灵敏度,线路L1L2的最大负荷电流为变压器额定电流的2倍，功率因数cos=0.9,各线路每千米阻抗Z1=0.4,阻抗角L=700,电动机自启动系数KSS=1.5，继电器的返回系数Kre=1.2,并设Krel`=0.85,Krel``=0.8,Krel```=1.2,距离III段采用方向阻抗继电器，变压器主保护采用能保护整个变压器的无时限纵差保护，变压器的后备保护作为线路的远后备保护。变压器相邻线路L1L2零序电流I段整定值为1670A,变压器相邻线路零序电流III段整定值为560A.注：名单序号为5,6的同学，用图中Skmax=1010MVA，Skmin=510MVA进行计算L1=L2=6.5km,L3=L4=10km，L5=L6=25km继电保护概述在电力系统运行中，外界因素（如雷击、鸟害等）、内部因素（绝缘老化，损坏等）及操作等，都可能引起各种故障及不正常运行的状态出现，常见的故障有：单相接地；三相短路；两相短路；两相接地短路；断线等。电力系统非正常运行状态有：过负荷，过电压，非全相运行，振荡，次同步谐振，同步发电机短时失磁异步运行等。可见,继电器是一种自动电器，当它的输人量达到继电器的整定值时，它的输出量发生突变而使断路器跳闸。它由测量元件、逻辑元件和执行元件组成。测量元件将被保护对象(电气设备或输电线路)输入的信息(如电流、电压等)与预先给定的信息(称为整定位)进行比较，鉴别被保护对象有无故障或不正常工作情况，并输出相应的信息。逻辑元件根据测量元件输出的信息，判断保护装置是否该动作于跳闸或动作于信号，是否需要延时等，输出相应的信息。执行冗件根据逻辑元件输出的信息，送出跳闸指令至断路器拌制问路或发出报管信息至报警信号回路。报警信号的作用是向运行人员提示系统或设备异常的信息，以便及时进行检查和处理，防止事故扩大。电气设备从正常工作到不正常工况或故障状态，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，最基本的保护是电流保护和阻抗保护。电流保护是根据故障时电流显著大于正常负荷值而动作的保护，即当I≥Izd时电流保护动作，式中Izd称为电流整定值。阻抗保护是根据缉线电压和线路电流的比值动作的，即当U/I≤Zzd时阻抗保护动作，式中Zzd称为阻抗整定位。dl点短路后，短路时的阻抗主要是短路点到母线之间连接线路的阻抗，短路点距离母线越近，测量阻抗越小，故阻抗保护又称为距离保护。此外，还有根据被保护元件(设备)内部、还是外部短路时，被保护元件两端电流的相件或功率的方向差别，分别构成的差动保护、相差高频、方向高频保护等。继电保护装置必须满足的四个基本要求：1选择性：当系统发生故障时，继电保护装置只将故障设备切除，使停电范围尽量缩小，保证无故障部分继续运行。2速动性：电力系统发生故障时，要求能快速切除故障以提高电力系统并列运行的稳定性；减少用户在电压降低的异常情况下的运行时间，使电动机不致因电压降低时间过长而处于停止转动状态，并利于电压恢复时电动机的自起动，以加速恢复正常运行的进程；此外，还可避免扩大事故，减轻故障元件的损坏程度。3灵敏性：是指保护对其保护范围内的故障或不正常运行状态的反应能力，对于保护范围内故障，不论短路点的位置在哪里，短路类型如何，运行方式怎样变化，保护均应灵敏正确地反应。4可靠性：就是在保护范围以内发生属于它应该动作的故障时，不应该由于它本身的缺陷而拒绝动作；而在其它任何不属于它动作的情况下，不应该误动作。保护原理的介绍1.纵差动保护：纵联差动保护，即输电线的纵联差动保护，是用某种通信通道将输电线两端的保护装置纵向联结起来，将各端的电气量（电流、功率的方向等）传送到对端，将两端的电气量比较，以判断故障在本线路范围内还是在线路范围外，从而决定是否切断被保护线路。2.零序保护：三相电流平衡时，没有零序电流，不平衡时产生零序电流，零序保护就是用零序互感器采集零序电流，当零序电流超过一定值（综合保护中设定），综合保护接触器吸合，断开电路。零序电流互感器内穿过三根相线矢量。正常情况下，三根线的向量和为零，零序电流互感器无零序电流。当人体触电或者其他漏电情况下：三根线的向量和不为零，零序电流互感器有零序电流，一旦达到设定值，则保护动作跳闸。3.瓦斯保护：瓦斯保护是变压器内部故障的主保护，对变压器匝间和层间铁芯故障、套管内部故障、绕组内部断线及绝缘劣化和油面下降等故障均能灵敏动作。当油浸式变压器的内部发生故障时，由于电弧将使绝缘材料分解并产生大量的气体，从油箱向油枕流动，其强烈程度随故障的严重程度不同而不同，反应这种气流与油流而动作的保护称为瓦斯保护，也叫气体保护4.距离保护：该装置的主要元件为距离（阻抗）继电器，它可根据其端子上所加的电压和电流测知保护安装处至短路点间的阻抗值，此阻抗称为继电器的测量阻抗。当短路点距保护安装处近时，其测量阻抗小，动作时间短；当短路点距保护安装处远时，其测量阻抗增大，动作时间增长，这样就保证了保护有选择性地切除故障线路。用电压与电流的比值（即阻抗）构成的继电保护，又称阻抗保护，阻抗元件的阻抗值是接入该元件的电压与电流的比值：U/I=Z，也就是短路点至保护安装处的阻抗值。因线路的阻抗值与距离成正比，所以叫距离保护或阻抗保护。距离保护分为接地距离保护和相间距离保护等。距离保护分的动作行为反映保护安装处到短路点距离的远近。与电流保护和电压保护相比，距离保护的性能受系统运行方式的影响较小。

5.电流速断保护：电流速断保护按被保护设备的短路电流整定，是指当短路电流超过整定值时，则保护装置动作，断路器跳闸。电流速断保护一般没有时限，不能保护线路全长（为避免失去选择性），即存在保护的死区．为克服此缺陷，常采用带时限的电流速断保护以保护线路全长．时限速断的保护范围不仅包括线路全长，而深入到相邻线路的无时限保护的一部分，其动作时限比相邻线路的无时限保护大一个级差．6.短路故障的主保护：纵联差动保护，重瓦斯保护，压力释放保护。其次，根据变压器的容量，电压等级及结构特点，可配置零差保护及分侧差动保护。7.短路故障的后备保护：符合电压启动的过电流保护，零序过电流及零序方向过电流保护，负序过电流及负序方向过电流保护，符合电压锁闭功率方向保护，低阻抗保护等。8.异常运行保护：过负荷保护，过励磁保护，变压器中性点间隙保护，轻瓦斯保护，温度，油位保护及冷却器全停保护等。9.气体保护：对于0.8MVA及以上的油浸式变压器和0.4MVA及以上的车间内油浸式变压器，均应安装气体保护。当油箱内故障产生轻瓦斯或油面下降时，应延时动作于信号；当产生大量瓦斯气体时，应动作断开变压器各侧断路器。10.电流速断保护：对于6.3MVA及以上厂用工作变压器和并列运行的变压器，以及10MVA及以下厂用备用变压器和单独运行变压器，当后备时限大于0.5s时应装设电流速断保护。11.纵差保护：对于6.3MVA及以上厂用工作变压器和并列运行变压器，以及10MVA及以上厂用备用变压器和单独运行的变压器，应装设纵联差动保护（简称纵差保护）。12.零序电流保护：对于110KVA及以上中性点直接接地电网中的变压器，应在变压器中性点接地上装设反映接地故障的零序电流保护。对于只有部分变压器中性点接地运行的变压器，当变压器为分级绝缘，零序电流保护动作时，应首先切除中性点不接地运行的变压器，如果故障未消失再切除中性点接地的变压器，以防止中性点不接地运行的变压器出现危险的过电压。13.过励磁保护：对于高压侧电压为500KV或容量再2400MVA及以上的变压器，当频率降低和电压升高引起的变压器工作磁密过高时，应装设过励磁保护。该保护由两段构成，低定值动作于信号，高定值作用于断路器跳闸。14.对变压器温度及油箱内压力升高和冷却故障应按电力变压器标准要求，装设作用于信号或动作于跳闸的保护装置。运行方式确定电力系统不同运行方式会大大影响保护配置的性能，设计的继电保护应该能满足系统在各种运行方式下对继电保护性的要求，所以需要对系统的运行方式进行分析，在分析计算之后得到的结果对继电保护进行整定计算和对继电保护进行灵敏度校验。最大运行方式：在同一地点发生相同类型的短路故障流经保护安装处电流最大的系统运行方式称为最大运行方式，同理对应的系统的等值阻抗最小，Zs=Zs.min。在本次设计中，系统最大运行方式为两台变压器同时运行，加上L1和L2线路同时运行。最小运行方式：在同一地点发生相同类型的短路故障流经保护安装处电流最小的运行方式称为最小运行方式，对应的系统的等值阻抗最大Zs=Zs.max。在本次设计过程中两台变压器只有YN/d11接线的变压器单独运行，加上L1线路运行时为本系统的最小运行方式。计算内容：1.制定短路等值电路图。取基准容量,准电压为、、，即基准电流为(1)计算电源系统基准电抗的标幺值(2)计算变压器各侧阻抗标幺值(3)线路的基准电抗标幺值图1主接线图图2正序等值电路图图3零序等值电路图2.短路电流计算(1)k5点短路电流(2)k1点短路电流(3)k2点短路电流(4)k3点短路电流(5)k4点短路电流一、35kV母线线路L5L6电流保护(1)一段整定此段为速断保护t=0S(2)三段整定可以推出，三段整定为t=2.5S二、10kV母线线路L3L4电流保护(1)一段整定此段为速断保护t=0S(2)三段整定可以推出，三段整定为2.2S三、L1L2距离保护1.线路阻抗2.变压器等值阻抗35kV:10.5kV:3.线路整定I段整定动作延时:II段整定1)35kV侧 2)10.5kV侧取以上两个计算值中较小者为II段整定值,即取3).灵敏度校验动作延时III段整定1)整定阻抗,按躲开最小负荷阻抗整定变压器35kV侧额定电流最大负荷电流1)整定阻抗,按躲开最小负荷阻抗整定因采用的是方向阻抗继电器,即2)灵敏度校验动作延时:四、变压器计算名称变压器各侧数据额定电压11038.511变压器额定电流TA接线方式选择TA标准变比差动臂中的电流表2(1)确定制动绕组的接入方式，制动绕组接入38.5kV侧，此时穿越变压器的短路电流最大。(2)计算差动保护的一侧动作电流1)按躲过110kV外部故障最大不平衡电流。2)按躲过变压器励磁涌流计算3)按躲过电流互感器二次回路断线4)取以上最大一次动作电流=315A,差动继电器基本侧动作电流为确定差动绕组数取整则为15匝，继电器动作电流,保护装置实际动作电流5)38kV侧的平衡绕组11kV侧的平衡绕组取平衡绕组整定匝数，取工作绕组1+15=16匝。6)整定匝数与计算匝数不等引起的误差为7)制动系数制动绕组匝数取整为6匝8)校验灵敏系数取最大负荷电流a.负荷产生的制动安匝b.总制动安匝c.计算继电器动作安匝图4，BCH-1特性曲线图由和确定图中k点，确定h点，两点连线交于动作区域于p点纵坐标即为计算的动作安匝为80匝最小灵敏系数2.110kV侧复合电压启动过电流保护整定计算.(1)电流原件动作电流(2)电压元件的动作电压(3)负序电压元件动作电压(4)校验灵敏度系数作11kV线路后备保护电压元件装于11kV侧，故仅需校验作为线路后背保护即可若110kV侧仅采用过流保护，则,灵敏系数不满足，这正好说明用复合电压启动过流保护可提高灵敏性。3．38.5kV侧方向过流保护功率方向元件动作方向为变压器指向母线，其动作电流为做l5后备保护灵敏度系数4.110kV零序过电流保护接线图可知不需与下级配合，按过电流保护动作值躲过最大不平衡电流计算电压元件动作电压为动作实现整定以0.5S跳中性点不接地运行的变压器以1S跳中性点接地的变压器总结课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。回顾起此次继电保护课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段时间里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以