繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、.繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告（ 2016 2017學(xué)年 第 二 學(xué)期）姓名：專業(yè)班級(jí)：學(xué)號(hào)：報(bào)告批改情況教師批改報(bào)告成績簽字日期（百分制）報(bào)告評(píng)語河南理工大學(xué)電力系.課程設(shè)計(jì)答疑記錄答疑時(shí)間輔導(dǎo)內(nèi)容導(dǎo)師簽字答辯記錄- 2 -課程設(shè)計(jì)任務(wù)：根據(jù)以上資料，對(duì)本變電站進(jìn)行保護(hù)配置與整定計(jì)算。1 課程設(shè)計(jì)的目的（ 1）加深課堂理論的學(xué)習(xí)和理解；（ 2）得到一定的工程實(shí)踐鍛煉；（ 3）獲得將基礎(chǔ)理論知識(shí)與具體工程實(shí)例相結(jié)合，從而解決實(shí)際問題的能力。2 保護(hù)配置分析2.1 變壓器保護(hù)配置分析電力變壓器是電力系統(tǒng)中大量使用的重要電氣設(shè)備， 它的故障將對(duì)供電可靠性和系統(tǒng)的正常運(yùn)行帶來嚴(yán)重的影響， 它的安全運(yùn)行是電力

2、系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的必要條件。 由于大同量的電力變壓器是十分昂貴的元件，因此，必須根據(jù)變壓器的容量和重要程度來考慮裝設(shè)性能良好、工作可靠的繼電保護(hù)裝置。變壓器的內(nèi)部故障可以分為油箱內(nèi)和油箱外故障兩種。 油箱內(nèi)故障包括繞組的相間短路、接地短路、匝間短路以及鐵芯的燒毀等。對(duì)于變壓器來講， 這些故障都是十分危險(xiǎn)的， 因?yàn)橛拖鋬?nèi)部發(fā)生故障所產(chǎn)生的電弧，將引起絕緣物質(zhì)的劇烈氣化，從而可能引起爆炸，因此這些故障應(yīng)該盡快加以切除。 油箱外的故障， 主要是套管和引出線上發(fā)生的相間短路和接地短路。 上述接地短路均是對(duì)中性點(diǎn)直接接地的電力網(wǎng)的一側(cè)而言 1-3 。變壓器的不正常工作狀態(tài)主要有：由于變壓器外部相間短路引起-

3、 3 -的過電流，外部接地短路引起的過電流和中性點(diǎn)過電壓；由于負(fù)荷產(chǎn)國額定容量引起的過負(fù)荷，以及由于漏油等原因而引起的油面降低。此外，對(duì)于大容量變壓器， 由于其額定工作時(shí)的磁通密度相當(dāng)接近于鐵芯的飽和磁通密度， 因此在過電壓或者低頻率等異常運(yùn)行方式下，還會(huì)發(fā)生變壓器的過勵(lì)磁故障。對(duì)于上述故障和異常工作狀態(tài)及容量等級(jí)和重要程度，根據(jù)規(guī)程的規(guī)定，變壓器應(yīng)裝設(shè)相應(yīng)保護(hù)裝置。2.1.1 變壓器保護(hù)配置原則（ 1）電壓在 10kV 以上、容量在 10MVA 及以上的變壓器，采用縱差保護(hù)。對(duì)于電壓為 10kV 的重要變壓器， 當(dāng)電流速斷保護(hù)靈敏度不符合要求時(shí)也可采用縱差保護(hù)。（ 2）縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)應(yīng)滿足下列

4、要求： a. 應(yīng)能躲過勵(lì)磁涌流和外部短路產(chǎn)生的不平衡電流； b. 在變壓器過勵(lì)磁時(shí)不應(yīng)誤動(dòng)作； c. 在電流回路斷線時(shí)應(yīng)發(fā)出斷線信號(hào)， 電流回路斷線允許差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳閘； d. 在正常情況下，縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的保護(hù)范圍應(yīng)包括變壓器套管和引出線，如不能包括引出線時(shí)， 應(yīng)采取快速切除故障的輔助措施。在設(shè)備檢修等特殊情況下，允許差動(dòng)保護(hù)短時(shí)利用變壓器套管電流互感器，此時(shí)套管和引線故障由后備保護(hù)動(dòng)作切除。（ 3）對(duì)外部相間短路引起的變壓器過電流，變壓器應(yīng)裝設(shè)相間短路后備保護(hù)。 保護(hù)帶延時(shí)跳開相應(yīng)的斷路器。 相間短路后備保護(hù)宜選用過電流保護(hù)、復(fù)合電壓 （負(fù)序電壓和線間電壓）啟動(dòng)的過電流保護(hù)或復(fù)合電流保護(hù)（負(fù)

5、序電流和單相式電壓啟動(dòng)的過電流保護(hù)） 。- 4 -（ 4）對(duì)降壓變壓器，升壓變壓器和系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器，根據(jù)各側(cè)接線、連接的系統(tǒng)和電源情況的不同， 應(yīng)配置不同的相間短路后備保護(hù)，該保護(hù)宜考慮能反映電流互感器與斷路器之間的故障。（ 5）如變壓器低壓側(cè)無專用母線保護(hù)，變壓器高壓側(cè)相間短路后備保護(hù)，對(duì)低壓側(cè)母線相間短路靈敏度不夠時(shí)， 為提高切除低壓側(cè)母線故障的可靠性，可在變壓器低壓側(cè)配置兩套相間短路后備保護(hù)。該兩套后備保護(hù)接至不同的電流互感器。（ 6）相間后備保護(hù)對(duì)母線故障靈敏度應(yīng)符合要求。 為簡化保護(hù)，當(dāng)保護(hù)作為相鄰線路的遠(yuǎn)后備時(shí)，可適當(dāng)降低對(duì)保護(hù)靈敏度的要求。（ 7）在中性點(diǎn)直接接地的電網(wǎng)中，如變壓

6、器中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行，對(duì)單相接地引起的變壓器過電流，應(yīng)裝設(shè)零序過電流保護(hù)，保護(hù)可由兩段組成， 其動(dòng)作電流與相關(guān)線路零序過電流保護(hù)相配合。 每段保護(hù)可設(shè)兩個(gè)時(shí)限， 并以較短時(shí)限動(dòng)作于縮小故障影響范圍， 或動(dòng)作于本側(cè)斷路器，以較長時(shí)限動(dòng)作于斷開變壓器各側(cè)斷路器。（ 8）規(guī)定裝設(shè)零序過電流保護(hù)，滿足變壓器中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行的要求。此外， 應(yīng)增設(shè)零序過電壓保護(hù)，當(dāng)變壓器所連接的電力網(wǎng)失去接地中性點(diǎn)時(shí)， 零序過電壓保護(hù)經(jīng) 0.3s 0.5s 時(shí)限動(dòng)作斷開變壓器各側(cè)斷路器。（ 9）對(duì)變壓器油溫、繞組溫度及油箱內(nèi)壓力升高超過允許值和冷卻系統(tǒng)故障，應(yīng)裝設(shè)動(dòng)作于跳閘或信號(hào)的裝置。（ 10）變壓器非電氣量保護(hù)不應(yīng)

7、啟動(dòng)失靈保護(hù)。- 5 -2.1.2 變壓器保護(hù)配置方案由變壓器的配置原則以及變壓器的各個(gè)參數(shù)可知：變壓器應(yīng)采用縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)以及相間短路的后備保護(hù)?！颈嚷省?.2線路保護(hù)配置分析2.2.1 線路保護(hù)配置原則供電系統(tǒng)中大量的不同類型的電氣設(shè)備通過線路聯(lián)結(jié)在一起。 受線路運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜， 線路分布廣闊等因素的制約， 故障在電力系統(tǒng)中的發(fā)生幾乎是無法避免的， 而各個(gè)環(huán)節(jié)之間又是相輔相成缺一不可的關(guān)系，因此無論哪一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障， 都會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成影響。輸電線路是連接供電部門與用電部門的紐帶， 是整個(gè)電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)支撐，因此線路的安全運(yùn)行是電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的必要條件。電力系統(tǒng)龐大而復(fù)雜， 但對(duì)

8、線路保護(hù)而言， 可將電網(wǎng)結(jié)構(gòu)分成簡單的單側(cè)電源輻射網(wǎng)絡(luò)線路和雙側(cè)電源復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)線路， 本例以單側(cè)電源輻射網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析配置。單側(cè)電源輻射網(wǎng)絡(luò)包括相間短路的電流保護(hù)和相間短路的距離保護(hù)。在相間短路的電流保護(hù)中，反映被保護(hù)原件本身的故障，并以盡可能短的時(shí)限切除故障的保護(hù)稱為主保護(hù)， 主保護(hù)包括電流速斷保護(hù)（電流 I 段保護(hù)）和限時(shí)電流速斷保護(hù)（電流 II 段保護(hù)），而主保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)用來切除故障的保護(hù)稱為后備保護(hù)， 主要是定時(shí)限過電流保護(hù)（電流 III 段保護(hù)）。電流 I 段保護(hù)能根據(jù)電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行方式和故障類型自動(dòng)生成或調(diào)整動(dòng)作判據(jù)，具有優(yōu)良的動(dòng)作性能。電流 II 段保護(hù)在任何情況下都能保護(hù)本線路

9、的全長，并具有足夠的- 6 -靈敏性和最小的動(dòng)作時(shí)限。 電流 III 段保護(hù)不僅能夠保護(hù)本線路的全長，而且也能保護(hù)相鄰線路的全長，起到后備保護(hù)的作用。而相間短路的距離保護(hù)， 是反應(yīng)故障點(diǎn)至保護(hù)安裝點(diǎn)之間的距離，并根據(jù)距離的遠(yuǎn)近而確定是否動(dòng)作的一種保護(hù)裝置。距離保護(hù)也為三段式保護(hù)，分為距離I 段，距離 II段和距離 III段。距離 I 段和距離 II段聯(lián)合工作就成本線路的主保護(hù)，而距離III段作為相鄰線路保護(hù)裝置和斷路器拒絕動(dòng)作的后備保護(hù)，同時(shí)也作為距離I，II的近后備保護(hù)?！靖鞣N電壓等級(jí)】2.2.2線路保護(hù)配置方案方案本例 10kv 單側(cè)電源線路，可裝設(shè)兩段過電流保護(hù)，第一段為不帶時(shí)限的電流速

10、斷保護(hù)， 第二段為帶時(shí)限的過電流保護(hù)。 由于限時(shí)電流速斷保護(hù)主要考慮使它的保護(hù)范圍不超出下一條線路速斷保護(hù)的范圍和動(dòng)作時(shí)限比下一條線路的速斷保護(hù)高出一個(gè)時(shí)間階段，而此線路不存在下一條線路之說， 所以此線路不必考慮限時(shí)電流速斷保護(hù)即電流 II段保護(hù)。而對(duì)于 10kv 線路來說，電流保護(hù)足以滿足選擇性，靈敏性和快速切除故障的要求，與距離保護(hù)相比，電流保護(hù)又具有簡單，經(jīng)濟(jì)，工作可靠的特點(diǎn)，所以10kv 線路一般選擇電流保護(hù)而非距離保護(hù)。- 7 -3. 保護(hù)整定計(jì)算3.1 變壓器保護(hù)整定計(jì)算3.1.1 比率制動(dòng)式縱差保護(hù)的整定原則（ 1）最小啟動(dòng)電流的二次差值 I op.r .o 的整定：按躲過變壓器

11、的最大負(fù)荷時(shí)的不平衡電流整定，即I op.r .oKrel (2kerr .NUm)I 2 N（1）式中 K rel可靠系數(shù)，取 1.31.4 ；K err . N 電流互感器在二次額定電流I 2N 下的比值誤差，Kerr .N0.03(10P) ;U 變壓器分接頭調(diào)節(jié)引起的誤差；m電流互感器 （TA）和輔助電流互感器（ TAA）變比未完全匹配產(chǎn)生的誤差，m0.05。一般可取I op.r .o(0.2 0.5)I 2N求得 0.294 在 0.2 0.5 之間，符合要求。（2）起始制動(dòng)電流的二次值的選取I res.r .oI 2 N（ 2）（3）最大制動(dòng)系數(shù) 和制動(dòng)特性斜率m流過靠近故障側(cè)的

12、TA的最大外部短路周期分量電流二次值；對(duì)于兩繞組變壓器，外部短路的最大不平衡電流 可簡化為- 8 -I unb.max(K seKnp KerrUm)I k.max（ 3）電流互感器的非周期分量系數(shù)，對(duì)于5P 或 10P型，取 1.5 2。最大制動(dòng)系數(shù)為I unb.maxK res.maxK relI res式中 縱差保護(hù)制動(dòng)電流， 它與縱差保護(hù)原理、 制動(dòng)回路接線方式有關(guān)，對(duì)于兩繞組變壓器有。圖 1？如圖 1 所示為縱差保護(hù)比率制動(dòng)特性。圖中特性起點(diǎn)（B 點(diǎn)）的橫坐標(biāo)對(duì)應(yīng)于起始制動(dòng)電流的二次值應(yīng)不大于電流互感器二次額定電流，即外部短路電流 大于電流互感器一次額定電流 時(shí)，繼電器呈比率制動(dòng)特性

13、， 越大，則保護(hù)動(dòng)作電流越大，即- 9 -I res.r .oI1NI 2NK TA由式（ 3）由式（ 4）計(jì)算最大動(dòng)作電流二次值，即I op.r .maxK rel I unb.max（4）由式（ 1）可求出 ，確定制動(dòng)特性 A 點(diǎn)的坐標(biāo)。由式（ 2）可求出 ，確定制動(dòng)特性 B 點(diǎn)坐標(biāo)。由式（ 4）可以算出 ，由于最大制動(dòng)電流（二次值），可確定 C 點(diǎn)坐標(biāo) ， 。由此，圖中比率制動(dòng)特性 A、B、C三點(diǎn)完全確定。比率制動(dòng)特性斜率m在和條件下，可取，即I op.maxI op.r .omI res.r .oI res.r .max（ 5）（4）內(nèi)部短路的靈敏系數(shù)校驗(yàn)計(jì)算系統(tǒng)在最小運(yùn)行方式下， 變

14、壓器出口金屬性短路的最小短路電流周期分量的電流二次值和計(jì)算相應(yīng)的制動(dòng)電流，由差動(dòng)繼電器的比率制動(dòng)特性查出對(duì)應(yīng)繼電器動(dòng)作電流則靈敏系數(shù)計(jì)算式為I k(2).minK s.min2.0I3.1.2差動(dòng)速斷保護(hù)的整定計(jì)算（ 6）為加速切除變壓器內(nèi)部故障，可增設(shè)差動(dòng)速斷保護(hù)， 其動(dòng)作電流按躲過勵(lì)磁涌流整定，即-10-I op.rKrel I exs.max（7）式中 I exs.max 變壓器實(shí)際的最大勵(lì)磁涌流（二次值）;K rel 可靠系數(shù)，取 1.15 1.30 。實(shí)際勵(lì)磁涌流I exs.max 是很難確定的電流，降壓變壓器可取I exs.max (4 8)I NT ，如按式（ 6）校驗(yàn)靈敏系數(shù)不

15、合格時(shí)，則取消差動(dòng)速斷保護(hù)。3.1.3防止勵(lì)磁涌流引起誤動(dòng)的措施二次諧波制動(dòng)二次諧波制動(dòng)的判據(jù)一般取I2 I1 15% 20%（）式中 I1 基波電流；I 2 二次諧波電流。3.1.4變壓器相間短路的后備保護(hù)整定計(jì)算（1）變壓器的過電流保護(hù)1）保護(hù)裝置動(dòng)作電流按躲過變壓器的最大負(fù)荷電流整定I opK rel I L.max（）K re式中 K rel 可靠系數(shù)，取1.2 1.3 ；Kre 返回系數(shù)，取0.9 。對(duì)降壓變壓器應(yīng)考慮負(fù)荷中電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)時(shí)的最大電流，即-11-I L.maxK ssI TN（10）式中 K ss 自啟動(dòng)系數(shù)，其值與負(fù)荷性質(zhì)及用戶與電源的電氣距離有關(guān)，對(duì)于 110kV

16、降壓變電站的 610kV 側(cè)，取 K ss =1.52.5 2）按躲過電流變壓器母線自動(dòng)投入負(fù)荷時(shí)的總負(fù)荷整定I opKrel I L .max K ssI L.a（11）式中 K rel 可靠系數(shù)，取1.2 ；I L.max 運(yùn)行時(shí)最大負(fù)荷電流；Kss 、 I L.a 分別為自動(dòng)投入負(fù)荷的自啟動(dòng)系數(shù)和自動(dòng)投入負(fù)荷電流。3）與變壓器低壓側(cè)出線保護(hù)配合時(shí)，有I opK rel I op .n（12）式中 K rel 可靠系數(shù)，取1.2 1.5 ；I op .n 出線保護(hù)的動(dòng)作電流中最大值。4） 靈敏系數(shù)校驗(yàn)按變壓器低壓母線故障時(shí)的最小短路電流值計(jì)算K s.minI k(2).min2.0（13）

17、I op式中 I k(2).min 最小運(yùn)行方式下， 低壓母線故障側(cè)兩相短路電流周期分量的有效值-12-3.2線路保護(hù)整定計(jì)算3.2.1 電流速斷保護(hù)1、電流速斷保護(hù)的整定計(jì)算原則：在最大運(yùn)行方式下線路末端三相短路時(shí)的電流，;，表示系統(tǒng)等效電源的相電勢表示保護(hù)安裝處到系統(tǒng)等效電源之間的電抗，可認(rèn)為是兩臺(tái)變壓器并列運(yùn)行時(shí)的最小阻抗。表示短路點(diǎn)至保護(hù)安裝處間的阻抗可靠系數(shù)，取 1.2 1.32、動(dòng)作時(shí)間整定：整定時(shí)間：瞬時(shí)（ 0s）速斷保護(hù)的實(shí)際時(shí)間， 取決于繼電器自身固有的動(dòng)作時(shí)間， 一般小于10ms。3、保護(hù)范圍的校驗(yàn)：-13-當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)最小運(yùn)行方式下的兩相短路時(shí)， 電流速斷的保護(hù)范圍為最小。

18、為最小方式運(yùn)行下系統(tǒng)電源運(yùn)行阻抗為線路每千米正序阻抗值為最小保護(hù)范圍（線路保護(hù)范圍不小于線路長度的15%整定）3.2.2 定時(shí)限過電流保護(hù)1、過電流保護(hù)的整定計(jì)算原則：返回電流 大于自啟動(dòng)時(shí)最大電流，為可靠系數(shù)，一般取1.15 1.25為自啟動(dòng)系數(shù)，由該網(wǎng)絡(luò)接線和負(fù)荷性質(zhì)確定本線路中為1為電流繼電器的返回系數(shù)，一般采用0.852、動(dòng)作時(shí)限整定-14-要與下一線路的電流III段配合3、過電流保護(hù)靈敏度系數(shù)校驗(yàn)兩相短路時(shí)的電流：表示系統(tǒng)等效電源的相電勢；表示保護(hù)安裝處到系統(tǒng)等效電源之間的電抗；表示短路點(diǎn)至保護(hù)安裝處間的阻抗；靈敏度系數(shù)：保護(hù)范圍內(nèi)末端發(fā)生短路故障參數(shù)的最小值保護(hù)裝置的動(dòng)作參數(shù)（）4

19、 保護(hù)整定4.1變壓器保護(hù)整定1#變壓器容量 40000KVA ，接線方式 Y/ -11 接線， CT 為 600 / 5 ,Y型接線，低壓開關(guān)CT為 3000/ 5 ，Y 型接線。變壓器互感器變比調(diào)整系數(shù)，以變壓器高壓側(cè)二次電流為基準(zhǔn)。-15-調(diào)整系數(shù)：（1）差動(dòng)速斷保護(hù)a. 差動(dòng)速斷保護(hù)的動(dòng)作值按躲過變壓器勵(lì)磁涌流整定：40000Iop7 IN7A 12.25A。1.732 110 120b. 差動(dòng)速斷保護(hù)的動(dòng)作值按躲過最大穿越電流整定：I穿越I10kmax(3)10.52252 10.5110 120A 1.79A110 120I不平衡電流0.1 1.79A0.179AIop（2） 1.

20、3 0.179 0.23212.25c. 差動(dòng)速斷保護(hù)的動(dòng)作值按躲過 CT斷線整定：ICT斷線 1.3 3.03A 3.939A 12.25通過以上分析比較，速斷電流動(dòng)作值為：12.25A ，動(dòng)作時(shí)限 0 秒。（ 2）差動(dòng)電流啟動(dòng)（門檻）定值按躲過額定負(fù)載最大不平衡電流整定 （一般取變壓器高壓側(cè)額定電流的 0.5 倍）。差動(dòng)電流啟動(dòng)（門檻）定值：Iop0.5 IN0.5 3.03A 1.515A（ 3）差動(dòng)電流不平衡電流定值，用于差流越限判斷，一般取差動(dòng)電流啟動(dòng)的定值的 0.2-0.5 。差流越限定值：-16-Idz 0.2 1.515A 0.303A，9 秒。（4）最小制動(dòng)電流：I res.

21、r .o (0.5 1.0)IN (2)1 3.03A 3.03AKct（5）最小啟動(dòng)電流：I op.r.o(1.3 1.5)I N(2)0.17 1.3 3.03 0.17A0.67A（ 6）比率制動(dòng)系數(shù)： 0.5（ 7）二次諧波制動(dòng)系數(shù)： 0.12（ 8）不平衡系數(shù)：400001.7321.732 110 120K0.827400001.732 10.5 600（9）高壓側(cè)后備保護(hù)過電流保護(hù)負(fù)荷電流：根據(jù)資料給出的負(fù)荷數(shù)據(jù)，同時(shí)系數(shù)取 0.9:求出加權(quán)平均功率因數(shù)：求出總視在功率：故變壓器最大負(fù)荷電流為：過流保護(hù)動(dòng)作電流：-17-【系數(shù)取值為 1.2 】校驗(yàn)其靈敏系數(shù)：按變壓器低壓母線側(cè)故障時(shí)最小短路電流校驗(yàn)，此時(shí)系統(tǒng)側(cè)有最大電抗，已知系統(tǒng)容量基準(zhǔn)100MVA 變壓器容量 40MVA，變壓器低壓母線側(cè)基準(zhǔn)電壓10.5kV ，故：故，最小短路電流有，符合要求。4.2 線路保護(hù)整定民主南右路線長15km，為電纜線路，線路電抗為每公里0.08 。此出線全線最大負(fù)荷 3.45MW，功率因數(shù)