【某牵引变电站继电保护设计（附图）13000字】

III某牵引变电站继电保护设计摘要随着我国电气铁路快速的发展，对牵引供电的可靠性要求越来越高。牵引变电站作为牵引供电系统中重要组成部分，其是电气列车正常运行的基础。为了保证牵引变电站的正常运行，继电保护的配置是保证其正常运行的前提。因此，继电保护的设定具有十分重要的意义。本设计是对闫庄则牵引变电站进行继电保护设计。首先阐述了继电保护的基础知识；其次，研究了牵引供电系统的继电保护要求和保护原理以及对牵引变电所的一般整定计算方法进行了研究。在闫庄则牵引变电站现有基础设备和原主接线形式的情况下进行继电保护设计。对牵引变电站的主变压器保护选择差动保护、后备保护选择低电压后备保护，馈线保护选择距离保护、电流保护。结合闫庄则牵引变电站的情况，进行短路计算，并选取主保护以及后备保护设备进行整定计算。根据计算结果整合整定计算定值，并绘制闫庄则牵引变电站二次保护连线图，完成本次设计的所有任务。关键词：电气化铁路，牵引变电站，继电保护，整定计算目录TOC\o"1-3"\h\u第1章绪论 11.1牵引变电站保护的背景 11.2牵引变电站保护的意义 11.3国内外研究现状 21.4本课题研究内容 3第2章闫庄则变电站概况及继保装置选型 52.1电气化铁路牵引供电系统概况 52.2闫庄则变电所介绍 62.3变电所主接线图 62.4主变参数及馈线参数 82.5继电保护原理及要求 92.5.1继电保护的原理 92.5.2继电保护的要求 102.6牵引变电所保护分类 102.6.1牵引变压器保护 102.6.2馈线保护 112.7牵引变电站保护选择 12第3章牵引变电所短路计算 133.1短路电流计算的目的 133.2一般短路电流计算步骤 133.3变电站主接线图简化图 143.4各元件标幺值计算 143.5变压器高压侧短路计算 153.627.5KV母线短路计算 163.6.1单相V/V变电所接线图级等效图 163.6.2最大运行方式下短路计算 173.6.3最小运行方式下短路计算 213.7馈线短路计算 213.7.1最大运行方式下左馈线短路计算 223.7.2最大运行方式下右馈线短路计算 223.7.3最小运行方式下左馈线短路计算 233.7.4最小运行方式下右馈线短路计算 233.8短路电流计算汇总 24第4章牵引变电所的一般整定计算 254.1主变保护的整定计算 254.1.1变压器的差动保护 254.1.2后备保护整定计算 284.2馈线保护的整定计算 304.2.1馈线距离保护整定计算 304.2.2电流保护的整定计算 31第5章闫庄则牵引变电站继电保护的设计 335.1闫庄则牵引变电站概况以及部分参数定值 335.2主变保护及其整定计算 345.3馈线保护整定计算 39第6章总结与展望 436.1总结 436.2展望 43参考文献 45附录 47第1章绪论 1.1牵引变电站保护的背景1956年，中国开始实行铁路电气化。1975年6月，宝鸡-成都铁路电气化铁路通车，成为中国第一条电气化铁路。与老铁路相比，宝成铁路的交通量和运力都有了很大的提高[1]。从那时起，中国电气化铁路行业在过去的60年里得到了快速发展[1]。到2020年底，全国铁路营业里程达到14.6万公里，其中高速铁路3.8万公里，中西部地区铁路9万公里，铁路电气化率高达73%[2]。与其他牵引动力形式相比，电牵引具有启动快、制动功率大、运输量大、效率高、运行成本低、环境污染少等优点[2]。电力牵引是我国电气化铁路电力机车的主要动力形式。现代电气化铁路使用的电力机车具有自己的一些特点，具有功率大、速度快、牵引力大、重量小等特点。电力机车无废气产生，无污染，噪音低。通过电力机车的大规模使用，我国铁路客货运输量有了较大的增长。正是由于电气化铁路的优势，结合我国近几十年的国情，我国大力发展电气化铁路，以满足我国客货运量大的需要。此后，我国电气化铁路发展迅速。目前，中国铁路总里程居亚洲第一、世界第二。其中，高速铁路通车里程居世界第一[3]。由于牵引供电系统的复杂性和牵引变电站的重要性，许多重要设备都没有后备保护，所以牵引变电站的保护是最重要的。如果某一设备或某一部件发生故障，牵引变电站将面临巨大的冲击，可能导致整个牵引供电系统瘫痪，造成巨大的经济损失和人员伤亡。因此，我国牵引变电所继电保护系统需要更精确、更好的继电保护设备[4]。目前。我国牵引变电所采用的继电保护设备多为微机保护。随着我国电气化铁路的发展，微机继电保护的应用越来越明显，它将取代大部分老式的电磁继电保护[4]。1.2牵引变电站保护的意义牵引变电所拥有着接受、分配、传输以及电能交换的重要任务，牵引变电所不发生故障或发生故障时可以很快的切除成了维护牵引变电所安全运行的关键。我们需要选择合适的继电保护装置用来保证牵引变电所的正常运行。其主要作用如下：（1）根据变电所工作人员设定的定值来快速的切除故障，使故障时受故障影响的线路和设备缩到最小以来减小损失。（2）在故障时，保护装置可有迅速对故障点进行标记并进行精确定位以来加快维修人员对故障点的维修速度。（3）如果变压器或馈线的主保护装置故障，我们需要后备保护可以快速投入主变压器和线路的保护，可以减小因主保护故障时所带来的损失。（4）现继电保护多属于综合自动化系统，这样可以对牵引变电所设备进行远程调度。1.3国内外研究现状我国第一条高速铁路于1964年开通至今，在这50多年间我国电气化铁路得到了长足的发展。列车运行的速度也越来越快，这使得线路的负荷越来越大，安全运行就尤为关键，所以对牵引变电所的继电保护配置要求就更加严格[4]。1984年，我国第一套高压输电线路微机保护装置在电力系统投入试运行，于

80年代后期通过部级鉴定，并投入小批量生产[5]。在我国电气化铁道方面，由西南交通大学研制的第一套WXB-61型微机电力牵引馈线保护与故障测距装置，于1992年通过部级鉴定。铁道科学研究院研制的WXB71型电气化铁道馈电系统微机保护及故障测距装置、WBZ-71

型电气化铁道牵引变电所主变压器微机保护装置和WRZ-71型电气化铁道牵引变电所电容器并联补偿微机保护装置，于1993年通过部级鉴定。近些年我国电气化铁路馈线保护主要采用的微机保护装置由国电南京自动化有限公司开发的WXB-65A以及西南大学开发的WXB-61[6]。国外厂商对继电保护的研究投入也不断加大，目前铁路上使用的国外继电器主要有MorsSmitt、欧姆龙等，其中MorsSmitt主要生产铁路继电器。德国西门子公司研发的7SA5129也在我国牵引供电系统中得到了广泛的应用。

微机保护装置未来发展将向计算机化，网络化，智能化，保护、控制、测量和数据通信一体化发展[4]。伴随着计算机技术和电子技术的飞速发展,新的控制技术和元件不断得到应用,微机保护的研究和功能将向更高层次发展，如功能更强大的CPU、DSP等芯片的应用，不断优化的人工智能算法，4G、5G等更先进的无线通信技术，光纤通信，量子通信，等等。同时，保护装置的体积也在不断变小。可以说，微机保护代表着电力系统继电保护的未来，成为电力系统保护、控制、测量、信号、运行调度和事故处理的统一计算机系统（电力系统综合自动化系统）的组成部分[7]。1.4本课题研究内容本文主要研究闫庄则牵引变电站的继电保护整定计算，并对闫庄则牵引变电站进行继电保护设计。本文对此闫庄则牵引变电站的主变压器保护和馈线保护进行了装置选择，并进行了短路计算与整定计算的研究。本文工作步骤如下：（1）了解电气化铁路、牵引供电系统以及牵引变电站继电保护的背景及国内外研究现状；（2）整理闫庄则牵引变电站保护数据，并分析以及选择继电保护的保护方法；（3）对继电保护的含义、原理、要求和分类进行简述；（4）研究牵引变电站的基本要求和保护原理及各种保护类型；（5）对闫庄则牵引变电站进行主变短路计算及馈线短路计算；（6）查阅并简述牵引变电站的整定计算方法；（7）根据以上步骤完成闫庄则牵引变电站的继电保护设计。初步设计主变压器保护选用PCS9688微机主变差动保护装置以及PCS9684微机主变低压后备保护装置；馈线选用PCS9686微机馈线保护测控装置。并绘出保护定值计算表以及二次侧接线图。第2章闫庄则变电站概况及继保装置选型2.1电气化铁路牵引供电系统概况图2-1是电气化铁路的牵引供电示意图。发电厂或地方变电所将110kV的三相交流电通过输电线输送到牵引变电站中，牵引变电站中的牵引变压器将110kV的三相交流电转换为27.5kV的单相电并通过馈线传给牵引网。电力机车通过供电臂传输单相交流电。图2-1电气化铁路的牵引供电示意图牵引变电所：主要作用将110kV的三相交流电转为27.5kV的单相交流电。其主要设备是牵引变压器。牵引变电所可以分为单相工频、单相低频以及工频三相交流牵引变电所。分区亭：主要功能是操作设置两个牵引变电所之间的连接两供电分区的开关设备，可以使牵引供电系统灵活供电，提高运行的可靠性[8]。开闭所：主要承担分组供电任务，将馈线上的电流按需求分配给接触网供电。接触网：是悬挂在电气化铁路的上方，并与钢轨保持一定距离的单导线输电网[9]。馈线：馈线是牵引变电所中用来传输电能的线路，主要将牵引变压器变换的电能传送给接触网。轨道：在电气化铁路中，轨道除了为机车的轨道外，还与接触网组成通道，完成导通回流任务[10]。本论文主要研究闫庄则牵引变电所的继电保护，主要研究主变压器以及馈线。变电站110KV母线因为所属于上一级保护，本文不做保护研究以及继电保护设计。馈线所连接的接触网、分区亭和开闭所等不属于本变电站研究对象，所以本文不做其保护设计。2.2闫庄则变电所介绍闫庄则牵引变电站是闫庄则货运站的变电站，位于陕西省榆林市，是包头至西安铁路上的一个车站。这条线路主要进行煤炭运输，是我国煤炭运输的主要线路。于2007年11月下旬，包西铁路开始了三年的建设周期。于2010年年底，完成全线路通车，在西安前往延安的线路上其速度可达到200千米/小时，延安到包头的线路速度可达160千米/小时。闫庄则火车站，线路全长33KM,它不属于客运运输车站，属于货运运输，主要货物为煤炭。其属于中国铁路局旗下西安铁路局的延安车务段，其专属作用是铁路货运作业。2.3变电所主接线图闫庄则变电站所位于闫庄则火车站南1000米，2010年7月建造完成，2010年12月正式投运。主接线形式为双母带旁母的形式，进线为110kV。牵引主变压器是两个单相VV连接形式组成的三相变两相变压器，其容量大小为40MVA。变电站内由两台V/V变压器，其最大运行方式为两台变压器并联运行，但本变电站基本采用一运一备。闫庄则牵引变电站高电压侧为110kV,低压侧为27.5kV，其二次侧有四条馈线，两两并列运行，分别为通向牛家梁方向和鱼河方向。图2-2为闫庄则牵引变电站的主接线图。图2-2闫庄则牵引变电站主接线图表格2-1为各元件的型号及在主接线图中所代表的符号含义表2-1各元器件型号及简称设备名称型号母线中简称牵引变压器S-QY-40000/1101B牵引变压器S-QY-40000/1102B高压六氟化硫断路器LW25-126W102、101户内真空断路器ZN12－27.5B201A、201B、202A、202B211、212、213、214电压互感器TYD1001YH、2YH电压互感器JDZ-27.53YH4YH5YH6YH三极隔离开关

GW4-110W1001三极隔离开关

GW4-110DW1003、1004双极隔离开关GN2-27.52001、2002单极隔离开关GN2-27.52003、2004、2007、20082005、2006、2009、20102.4主变参数及馈线参数表格2-2、2-3分别为变压器参数和馈线参数。表2-2变压器参数名称符号型号额定容量额定电压短路阻抗额定频率牵引变压器1BS-QY-40000/11040MVA110kV/27.5kV10.5%50HZ牵引变压器2BS-QY-40000/11040MVA110kV/27.5kV10.5%50HZ名称符号型号长度馈线单位阻抗变压器高压侧线路XLBLGJ-40036.41kM0.4牵引左馈线XL左LGJ-24030.47kM0.35牵引右馈线XL右LGJ-24020.36kM0.35表2-3馈线参数2.5继电保护原理及要求2.5.1继电保护的原理继电保护的基本原理是利用被保护线路或设备故障前后某些突变的物理量为信息量，当这些信息量达到一定值时，继电保护装置启动逻辑控制环节，发出相应的跳闸脉冲或信号，从而切除系统中的故障部分[1]。这些物理量中包括电压、电流、电流相位、电压相位、零序分量和负序分量等。继电保护装置的作用原理图如图2-3所示，以电流保护为例，电流实际值经过电流互感器检测，得到的检测值输入到继电器的测量部分并与整定值比较，当输入信号的测量值大于整定值时，电流继电器就动作发出信号并让所对应的断路器跳闸[5]。图2-3继电保护装置原理图2.5.2继电保护的要求选择性：继电保护的选择性指的是在电力系统设备或线路发生故障时，通过继电保护设备的检测，只把其故障的部分从电力系统中切除，没有发生故障的部分正常运行。选择性主要是为了降低停电范围，使电力系统发生故障时，不影响全系统供电。速动性：继电保护的速动性指的是电力系统正常运行时设备或者线路发生故障时，继电保护设备快速动作于故障所对应的断路器使其跳闸保护系统及设备。根据电力系统故障时的实际情况而言，速动性不能影响选择性，所以继电保护设备先选取需要跳闸的断路器之后再快速动作。可靠性：当电力系统正常运行时，继电保护设备不会因为自身的原因产生误动作使断路器跳闸；当电力系统发生故障时。继电保护设备不会因为自身原因而不动作。灵敏性：继电保护的灵敏性指继电保护设备可以灵敏反应并动作，不能因为设备反应不灵敏而发生不动作现象。不论短路点在系统中什么位置，都必须迅速反应。2.6牵引变电所保护分类继电保护主要分为主保护、后备保护以及辅助保护，各保护之间相互配合共同构成电力系统的继电保护。继电保护的类型主要由电流保护、电压保护、距离保护、差动保护、方向性保护等，牵引变电站中主要保护的是牵引变压器以及馈线，其主保护以及后备保护的选择因为牵引供电系统的特殊性而选择。2.6.1牵引变压器保护（一）牵引变压器的主保护：瓦斯保护：瓦斯保护属于非电量保护，主要作用于反映变压器内部的故障，根据变压器故障时产生的气体的量来判断[1]。差动保护：差动保护是根据流入设备的电流与流出设备的电流来判断，当电力系统正常运行时，流入设备电流与流出电流值相等，此时差动电流为零，断路器不会动作。当系统发生故障时，差动电流值大于零，当其值大于系统整定值时，断路器动作。（二）牵引变压器的后备保护：过电流保护：过电流保护主要作用在变压器外部相间短路所引起的变压器过电流，也可以同时作为变压器内部相间短路的后备保护。低电压启动的过电流保护：在电力系统中，当过电流保护不能满足后备保护的灵敏系数要求时，一般采用低电压启动的过电流保护。复合电压启动的过电流保护：是在低压启动过电流保护的基础上，将低压启动元件换位复合启动元件，将电力系统的灵敏性进一步提高的保护。（三）辅助保护：过负荷保护：过负荷保护主要作用在监视变压器的过负荷运行。电力系统正常运行时，变压器不过负荷，电流值小于整定值，过负荷保护不动作。当其值等于或大于整定值时，电流继电器动作，使其对应的断路器合闸保护设备。过热保护：过热保护主要作用是监视变压器上层油温，使其不超过定值。2.6.2馈线保护距离保护：距离保护是反应保护安装处至故障点的距离，并且根据距离的远近从而确定动作时限的一种保护装置[16]。采用距离保护的线路两边的保护应该有良好的配合，不仅要在动作时限上配合，而且在保护范围上也要配合。这一段的距离保护可以同时当上一段的后备保护。过电流保护：电力机车在运行时，负荷电流时刻都在变化，在任何时刻下电流值的运行时间都非常短。当系统发生故障产生故障电流时，就一直会持续到故障切除之后才结束。根据电流所持续的时间不同来鉴别故障这一原理采用有阶梯特性的三段过电流保护[1]。电流速断保护：当牵引供电系统发生严重故障时，为了消除阻抗保护的动作死区所设置该保护。设置时，对负荷很大的线路可以选择二次谐波闭锁或低压闭锁。电流增量保护：当所保护的线路接地电阻很大时，存在过度电阻或非金属性短路时，距离保护就会无法动作，大大的降低了牵引供电系统的可靠性，此时就需要设置电流增量保护。2.7牵引变电站保护选择根据闫庄则牵引变电站情况，选择牵引变压器的主保护为差动保护作用于牵引变压器两端的断路器。因为牵引变压器在3倍额定负荷时能运行2分钟，2倍负荷时能运行60分钟，当过电流保护的整定值是按照大于最大负荷电流设置的，保护的灵敏度就不够作于牵引网的远后备保护；如果过电流保护的整定值是按照小于最大负荷电流设置的，在重负荷情况下，保护可能误动作，所以不选择过电流保护作为主变的后备保护。通过研究发现，动车组都有最低工作电压要求，当电压较低时停止取流，所以我们可以把母线电压较低时流过变压器的电流当作故障电流，将低电压保护和过流保护结合在一起构成低电压启动过流保护。因为牵引变压器过负荷时会升温，导致绝缘老化，所以需要过负荷保护。根据以上分析主变的后备保护选择为低电压启动过流保护和过负荷保护。由于牵引网是重负荷线路，由于负荷电流大，线路末端短路电流数值与负荷电流相差不大，过流保护很大可能下不满足灵敏度的要求，所以在馈线上选择距离保护作为主保护。牵引变电所通常不设母线保护，而是将变压器的后备保护作用于母线保护，保护配合根据整定时限。图2-4是单线牵引变电站继电保护以及各保护配合示意图。2-4单线变压器继电保护示意图

第3章牵引变电所短路计算短路在电力系统中属于经常发生的故障。除了短路之外系统还可能发生断路故障，但发生的可能性比较低，电力系统发生短路故障很可能是因为外界因素所引起，比如在雷雨季节雷电击中电气设备，这会导致电力系统负荷过载产生大量电流所引起短路；还有可能是设备本身因为老化或损坏发生短路或者因为电力系统操作人员操作不当引起的短路，这都会使电力系统和设备发生损坏，引起停电。短路故障所引起的电流往往会达到正常运行电流的几十倍之多，使电力系统不能正常运行，所以要使电力系统可靠地运行，就必须进行电力系统的短路计算。3.1短路电流计算的目的计算短路电流的目的主要是限制短路的程度并减少故障风险以及对设备人员的损害。我们再设计与运行牵引变电站的牵引供电系统时，需要根据以下目标计算短路电流：1.热稳定性和动态稳定性检查。2.确定合适的主接线图。3.选择合适的继电保护装置进行设置，使正确停止短路故障。3.2一般短路电流计算步骤1.选择需要计算的多个短路点。2.对所有元件进行编号，并绘制等值网络。3.对所有元件进行标幺值计算。4.对等值网络进行化简。5.对短路点进行短路电流计算。3.3变电站主接线图简化图为了方便短路计算，根据第二章变电站主接线图进行简化绘图并选取短路点。简化图如图所示。图3-1变电站主接线简化图3.4各元件标幺值计算根据表格2-2、2-3数据计算，计算公式结果如下：取基准容量： (3-1)主变压器的容量： (3-2)阻抗电压百分比： (3-3)系统最大运行阻抗标幺值： (3-4)系统最小运行阻抗标幺值： (3-5)主变压器的电抗标幺值为： (3-6)两台主变并联运行时变压器的电抗标幺值为： (3-7)左馈线的电抗标幺值为： (3-8)右馈线的电抗标幺值为：(3-9)基准电流： (3-10) (3-11)3.5变压器高压侧短路计算高压侧变压器短路计算公式： (3-12) (3-13) (3-14) (3-15)上式中，——短路最大三相电流——短路最小三相电流——短路最大两相电流——短路最小两相电流——变压器电抗标幺值——系统最大运行阻抗——系统最小运行阻抗——基准电流根据公式可计算得到： (3-16) (3-17)3.627.5kV母线短路计算3.6.1单相V/V变电所接线图级等效图图3-2单相V/V变电所接线图图3-3单相V/V变电所等效图上图中，、是变压器原边火线端以前电力系统综合正序、负序电抗标幺值，为主变压器电抗标幺值。正序与负序电抗相等。当在最大运行方式下，最小运行方式下。3.6.2最大运行方式下短路计算（一）一臂牵引母线接地短路短路接线图如图所示。图3-4一臂牵引母线接地短路接线图短路电流计算时，我们将发生短路的短路臂电抗平分，分别将其串联在短路臂和接地相。将短路点由点移动到点。因为另一臂未发生短路，所以没有电流通过，将其值加大或减小对其特性没有任何影响，所以可以将其减少至。通过上述假设，就将短路构成为一个对短路电流而言等效的三相系统。因为电源为单侧无限电源，所以标幺值计算时。将短路接线图化为等效电路图如图所示。图3-5臂牵引母线接地短路等效电路图短路电流计算如下所示： (3-18) (3-19)(二)异相牵引母线短路短路接线图如图所示。图3-6异相牵引母线短路接线图因为接地相中无电流流过，所以增加或减少一个电抗并无影响。所假设在接地相中接入一个电抗，使其成为三相对称电路。将短路接线图化为等效电路图如图所示。图3-7异相牵引母线短路等效电路短路电流IK (3-20) (3-21)（三）异相牵引母线接地短路短路接线图如图所示。图3-8异相牵引母线接地短路电路图异相牵引母线接地短路是不能变化为简单的对称电路，可以将原先短路点的边界条件转换为高压侧条件，最后用对称分量法计算。将短路接线图化为等效电路图如图所示。图3-9异相牵引母线接地短路等效电路图根据边界条件并应用对称分量法可得： (3-22) (3-23)因此，最严重故障相的短路电流为： (3-24)若，则短路电流的绝对值为： (3-25)所以短路电流计算如下所示： (3-26) (3-27)3.6.3最小运行方式下短路计算最小运行方式时变压器1B运行，变压器2B备用。计算变压器之前的系统阻抗。 (3-28)最小运行方式下的三种短路计算类型，与最大运行方式下短路计算一致，只有变压器的电抗标幺值与系统的正序和负序电抗标幺值不同，公式算法参考章节4.5.4，本节直接计算短路电流。一臂牵引母线接地短路： (3-29) (3-30)异相牵引母线短路： (3-31) (3-32)异相牵引母线接地短路： (3-33) (3-34)3.7馈线短路计算因为两个方向的馈线的长度不一致，所以将馈线端分为左馈线（鱼河方向）和右馈线（牛家梁方向）。牵引网馈线短路的概率较高，很常见的短路类型为一臂牵引馈线接地短路，以及少量的双线牵引馈线短路接地。每相的牵引馈线电抗可以化为一个等效短路电抗。在单相V/V牵引变电站的线路上，牵引馈线的电抗标幺值与变压器电抗标幺值的相加XT+X公式如下所示：一臂牵引馈线短路： (3-35)复线牵引馈线短路： (3-36)3.7.1最大运行方式下左馈线短路计算一臂牵引网短路：其等效阻抗图如图所示。图3-10一臂牵引馈线接地短路等效电路图根据公式可得： (3-37) (3-38)异相牵引母线接地短路： (3-39) (3-40)3.7.2最大运行方式下右馈线短路计算一臂牵引网短路： (3-41) (3-42)异相牵引母线接地短路： (3-43) (3-44)3.7.3最小运行方式下左馈线短路计算一臂牵引网短路： (3-45) (3-46)异相牵引母线接地短路： (3-47) (3-48)3.7.4最小运行方式下右馈线短路计算一臂牵引网短路： (3-49) (3-50)异相牵引母线接地短路： (3-51) (3-52)3.8短路电流计算汇总计算结果如表格3-1所示表3-1短路计算汇总表短路点最大短路电流（kA）最小短路电流（kA）27.5kV母线20.23kA4.74kA变压器高压侧1.61kA1.18kA左馈线短路3.63kA1.9kA右馈线短路4.53kA2.29kA第4章牵引变电所的一般整定计算4.1主变保护的整定计算4.1.1变压器的差动保护（一）变压器平衡系数整定原则平衡系数计算值,用在V/v连接的三相变压器的差动保护接线两侧电流的平衡调节。其计算公式如下： (4-1)式中，——主变压器的高低电压比值；——低压侧流互变比；——高压侧流互变比。（二）差动电流速断定值整定原则公式如下： (4-2)式中，nH——Ie——（三）比率差动保护整定值整定原则差动电流定值Icdzd (4-3)制动电流段定值计算公式如下： (4.4)制动电流段定值计算公式如下： (4-5)二次谐波闭锁整定值判据如下：或或(4-6)上式中，、、——、、三相中每相的二次谐波电流（高压侧）；、、——是、、相的基波电流（高压侧）；——为二次谐波制动比。（四）灵敏系数的校验(4-7)上式中，——灵敏系数；——流经差动继电器的最小差动电流（五）差动保护的接线方式1.三相接线方式的变压器的差动保护接线方式。原理图如图4-1所示。图4-1主变为三相V/v接线方式的变压器差动保护接线原理图2.牵引变电所的主变压器为平衡变压器（采用△/Y接线）的差动保护接线方式。接线原理图如图4-2所示。图4-2平横变压器差动保护接线原理图3.牵引变电所的主变压器为变压器（采用△/Y接线）的变压器的差动保护接线方式。接线原理图如图4-3所示。图4-3YN-d11变压器差动保护接线原理图4.牵引变电所的主变压器为斯考特变压器（采用△/Y接线）用于供电方式的差动保护接线方式。接线原理图如图4-4所示。图4-4斯考特变压器差动保护接线原理图4.1.2后备保护整定计算主变压器保护的后备保护主要有过电流保护和过负荷保护。（一）主变压器的低电压启动的过电流保护整定原则1.动作电流整定动作电流Igldz(4-8)上式中，——可靠系数，一般取值为1.3；——返回系数，一般取值为0.95；——最大过负荷电流，一般取值为2.5。当近后备保护时灵敏度校验，计算公式如下： (4-9)上式中，——变压器低压母线故障时的最小的短路电流。当远后备保护时灵敏度校验，计算公式如下： (4-10)上式中，——做小运行方式下相邻线路末端两相金属性短路电流。2.动作电压整定动作电压通常我们按电力系统正常运行时主变压器低压侧母线的最低工作电压进行整定，它的计算公式如下： (4-11)上式中，——可靠系数，一般取值为1.2~1.25；——返回系数，一般取值为1.1~1.15；——在电力系统正常运行情况下母线的最低工作电压，一般取值为0.9倍的额定电压。电压灵敏系数校验，计算公式如下： (4-12)上式中，——动作电压整定值；——保护安装处最大电压。（二）过负荷保护的整定原则1.一般电力变压器动作电流Idz的计算公式如下： (4-13)上式中，动作电流按主变压器额定电流进行整定计算；——可靠系数，一般取值为1.05；——返回系数，一般取值为0.85；——为变压器低压侧额定电流。过负荷保护的动作时限一般取9s。2.牵引变压器的动作电流的计算公式如下： (4-14)上式中，——牵引变压器的过负荷系数，一般取值为1.~1.5。4.2馈线保护的整定计算4.2.1馈线距离保护整定计算距离保护整定计算公式如下：一段阻抗： (4-15)一段电抗定值： (4-16)一段电阻定值： (4-17)二段阻抗： (4-18)二段电抗定值： (4-19)二段电阻定值： (4-20)三段阻抗： (4-21)三段电抗定值： (4-22)三段电阻定值： (4-23)灵敏度校验： (4-24)式4.15~式4.24中，——变电所到开闭所的牵引网长度；——开闭所到分区亭的牵引网长度；——可靠系数，取1.5；——负荷功率因数角；——馈线的线路阻抗角；——每公里单位馈线阻抗；——保护安装处的母线最低电压允许值。4.2.2电流保护的整定计算在电气化铁路牵引供电系统中，电力机车在线路上正常行驶时，它的负荷电流会随时间发生变化，但在任何电流值情况下电力机车的运行时间都非常短。牵引变电所内馈线过电流保护整定一般按照最大负荷电流的1.2倍来整定。 (4-25)上式中，——可靠系数，取0.9；——最大负荷电流。灵敏度校验： (4-26)上式中，——最小运行方式下线路末端的短路电流。第5章闫庄则牵引变电站继电保护的设计5.1闫庄则牵引变电站概况以及部分参数定值闫庄则变电站所位于闫庄则火车站南1000米，2010年7月建造完成，2010年12月正式投运。主接线形式为双母带旁母的形式，进线为110。牵引主变压器是两个单相连接形式组成的三相变两相变压器，其容量大小为40。牵引变电站高电压侧为110,低压侧为27.5，其二次侧右四条馈线，两两并列运行，分别为通向牛家梁方向和鱼河方向。其主接线图以及主要设备型号见附录。在保持闫庄则牵引变电所设备不变的情况下，选取新的微机保护装置进行继电保护设计，并绘制继电保护二次侧接线图。主变压器差动保护选取微机主变差动保护；主变压器后备保护选取微机主变后备保护；馈线保护选取微机保护进行馈线保护。闫庄则牵引变电已知参数定值如表5-1至5-3所示。表5-1主变保护参数定值主变保护符号A相B相变压器容量20MVA20MVA110kV流互变比11011027.5kV流互变比50050027.5kV母线压互变比27527527.5kV母线最低电压25kV25kV110kV侧一次额定电流210A210A27.5kV侧一次额定电流840A840A主变高低电压变比44表5-2馈线保护参数定值馈线保护符号214、213212、211最大工作电流1100A1200A最低母线电压25kV25kV流互变比300200表5-3变电所参数项目类别左右牵引馈线负荷功率因数角(°)37°37°馈线长度(kM)30.47kM23.36kM馈线单位阻抗(Ω)0.35Ω0.35Ω馈线线路阻抗角(°)69°69°5.2主变保护及其整定计算根据闫庄则牵引变电站的继电保护选型以及各电力设备的型号。选用南瑞微机进行主变差动保护配置，选用南瑞微机进行后备保护配置。计算如下：（一）对于微机主变差动保护装置1.平衡系数根据公式4.1计算为： (5-1)根据表格5-1可知，闫庄则牵引变电所主变为三相接线形式的变压器，其主变高低电压之比为；高压流互变比；低压流互变比,所以可得： (5-2)2.差动速断电流定值Isdzd (5-3)上式中，是变压器基准侧额定电流（变压器高压侧电流）。由表格5-1可知，，。可得： (5-4)即 (5-5)根据向量关系可得： (5-6)3.差动电流定值根据公式5.3计算： (5-7)由上式计算可得： (5-8)4.制动电流、根据公式4.4、4.5计算： (5-9) (5-10)5.灵敏度校验根据公式4.7计算，可得 (5-11)是电力系统最小运行方式下，主变压器发生短路的最小短路电流。由表格3-1可得，电力系统最小运行方式下，I (5-12)则灵敏系数可得： (5-13)（二）对于微机主变低压后备保护装置1.低电压启动过电流动作定值根据公式4.8计算如下： (5-14)上式中，取，，根据表格可知，可得： (5-15)所以可得： (5-16)当变压器近后备时，灵敏度校验,根据公式4.9计算公式如下： (5-17) (5-18)当左馈线远后备时，灵敏度校验,根据公式4.10计算公式如下： (5-19) (5-20)当右馈线远后备时，灵敏度校验,根据公式4.10计算公式如下： (5-21) (5-22)动作电压整定，根据公式4.10进行整定计算如下： (5-23)其中，，，根据表格5-1可得,则上式可得： (5-24)电压灵敏系数校验，根据计算公式4.11计算如下： (5-25) (5-26)动作时限为： (5-27)2.过负荷动作电流可以根据公式4.12进行整定计算如下： (5-28)是牵引变压器的过负荷系数，一般取值为1.5，且的计算如下 (5-29)所以根据上面数据可得： (5-30)过负荷保护动作时限: (5-31)（三）对于机主变高压后备保护装置1.低电压启动过电流动作定值根据公式4.8计算如下： (5-32)上式中，取，，根据表格可知，所以可得： (5-33)所以可得： (5-34)当变压器近后备时，灵敏度校验,根据公式4.9计算公式如下：将27.5最小短路电流归算至110侧，可得： (5-35) (5-36)当左馈线远后备时，灵敏度校验,根据公式4.10计算公式如下： (5-37) (5-38)当右馈线远后备时，灵敏度校验,根据公式4.10计算公式如下： (5-39) (5-40)动作电压整定，根据公式4.10进行整定计算如下： (5-41)其中，，，根据表格5-1可得,则上式可得： (5-42)电压灵敏系数校验，根据计算公式4.11计算如下： (5-43) (5-44)动作时限： (5-45)5.3馈线保护整定计算（一）距离保护整定计算由于只考虑牵引变电所内所管辖的区域，所以不考虑相邻线路的保护（开闭所到分区所）。由此我们只需要计算距离保护的两段保护，第二段选取保护整条管辖区域内的馈线。因为馈线是四条，两两并联，我们先选取左馈线进行计算，计算公式参考4.13~4.21，计算值如下：由表格5-2与5-3可得，,,,,,,。左馈线：一段阻抗值为： (5-46)一段电抗定值为： (5-47)一段电阻定值为： (5-48)二段阻抗为： (5-49)二段电抗值为： (5-50)二段电阻定值与第一段电阻定值相同，为。灵敏度为： (5-51)右馈线与上述计算方式相同，其中,。在文中省略右馈线的计算过程，其计算值如下：，，，，。灵敏度为 (5-52)两馈线距离一段动作时限选为： (5-53)距离二段动作时限为： (5-54)（二）电流保护整定计算过流保护整定计算根据公式4.23计算为： (5-55)上式中，，,。则可得： (5-56) (5-57)因为馈线互感器流互变比，。所以为： (5-58) (5-59)动作时限选择为： (5-60)灵敏系数校验： (5-61) (5-62) (5-63)保护定值汇总见附录A，二次侧接线图见附录B。

第6章总结与展望6.1总结牵引变电所的继电保护设计既复杂又细致，通过牵引变电所整定值的合理设定来保证牵引变电所的正常运行以及故障时的切除。2021年，我国大部分牵引变电站采用全自动化系统，在发生故障时可以迅速切除并使电力系统快速恢复正常运行，大大地提高了电力系统的可靠性。文章从牵引供电系统背景开始介绍到最后完成对闫庄则牵引变电站的继电保护设计。总结如下：（1）本文对牵引供电系统进行介绍以及闫庄则牵引变电站继电保护配置选择原因进行阐述。（2）本文对牵引变电站继电保护的类型、要求以及原理进行了简述。（3）根据闫庄则牵引变电站实际情况并依据电气化铁路的设计标准和规范进行了最终的继电保护设计。不足之处：（1）论文研究深度不够，还有很多待研究问题。在主保护以及后备保护中选择保护类型过于单一，在实际变电所中其保护类型有多种并相互配合。论文对闫庄则牵引变电站的继电保护细节的设计不够全面和深入。（2）设计变电站时，没有对现场进行勘测。所得到数据中，没有电力系统上一级与下一级数据，所以在设计牵引变电站继电保护时很多保护没有能考虑到。6.2展望未来的电气化铁路中，随着电力机车的行驶速度日益高涨，对牵引变电站的运行要求就越来越高，其正常稳定的运行就是牵引供电系统的关键。牵引变电站的继电保护系统会越来越自动化，未来可能与人工智能联系，实现真正的全自动智能化的继电保护系统。从保护的整定值计算，到电路的正常运行实施24小时不间断的监控，在线路或设备故障时能在最短时间快速切除故障，不会造成电力系统的停电等大规模故障。未来牵引变电所的继电保护可以与故障维修与检测功能联系，实现在故障切除的同时并可以短时间内分析故障损坏原因以及维修其故障设备，使电力系统的可靠性进一步提升。总的来说，通过这次毕业论文设计，我学习了电力系统分析与继电保护设计，虽然设计还有很多待研究问题，但对电气化铁路继电保护有了跟进一步的了解。

参考文献[1]谭秀炳.铁路电力与牵引供电系统继电保护[M].北京:中国铁道出版社,2007:1-40.[2]张英男.客运专线牵引变电所的电气系统设计[D].华东交通大学,2019.[3]杨铁雷.高铁牵引变压器微机保护装置的研究及整定[D].兰州交通大学,2019.[4]桑有财.邯长线武安牵引变电