電力系統(tǒng)繼電保護課程設(shè)計

電氣2011-01班課程設(shè)計任務書學生姓名2014年11月10日2014年12月25日設(shè)計題目加深學生對電力系統(tǒng)繼電保護課程基礎(chǔ)知識和基本理論的理解和掌握，培知識的能力，使之在繼電保護配置、整定計算分析、變電所二次系統(tǒng)與一次系統(tǒng)之間的接口設(shè)計等方面得到進一步訓練，同時提高學生運用標準和規(guī)范、查閱設(shè)計手冊與資料一、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)1.YN,d11牽引變壓器參數(shù)電流()電流(A)最小運行方式27.5KV母線電壓(kV)牽引變壓器容量(MVA)牽引變壓器一次側(cè)額定電流(A)牽引變壓器一次側(cè)母線電壓(kV)牽引變壓器二次側(cè)額定電流(A)1牽引變壓器一次側(cè)CT變比重瓦斯保護(M/S)牽引變壓器二次側(cè)CT變比主變過熱(℃)牽引變壓器一次側(cè)PT變比主變通風啟動信號(℃)牽引變壓器二次側(cè)PT變比主變通風停止信號(℃)參45最小運行方式變壓器二次側(cè)兩相短路電流(A)電容器組涌流倍數(shù)5A相并聯(lián)電容器組容量(kVar)(4并4串連接)B相并聯(lián)電容器組容量(kVar)(4并4串連接)電流速斷保護可靠系數(shù)變壓器二次側(cè)母線額定電壓(kV)變壓器二次側(cè)母線最高電壓(kV)電容器組PT變比電壓保護可靠系數(shù)電流保護返回系數(shù)A相電容器組額定電流(A)電容器組同型系數(shù)B相電容器組額定電流(A)電容器組額定電壓(kV)3.A相饋線參數(shù)4相線數(shù)牽引網(wǎng)末端最大短路電流(A)短路電流(A)流(A)阻抗保護電抗可靠系數(shù)供電臂最大負荷電流(A)阻抗保護電阻可靠系數(shù)牽引變壓器二次側(cè)母線最低工作電壓(kV)電流速斷保護可靠系數(shù)供電臂長度(km)阻抗保護電阻偏移值(歐)1阻抗保護電抗偏移值(歐)1阻抗保護靈敏角(°)阻抗保護PT斷線電流檢測可靠系數(shù)牽引負荷阻抗角(°)牽引網(wǎng)單位阻抗電阻值(歐/千米)牽引網(wǎng)末端最大短路電流(A)電流(A)阻抗保護電抗可靠系數(shù)供電臂最大負荷電流(A)阻抗保護電阻可靠系數(shù)壓(kV)電流速斷保護可靠系數(shù)供電臂長度(KM)阻抗保護電阻偏移值(歐)1阻抗保護電抗偏移值(歐)1阻抗保護靈敏角(°)牽引負荷阻抗角(°)說明：饋線保護整定計算時，不計復線牽引二、系統(tǒng)接線圖1)所有學生都必須完成主變、并聯(lián)電容補償裝置、饋線保護的配置方案設(shè)計；2)所有學生都必須完成主變、并聯(lián)電容補償裝置、饋線保護的整定計算；3)第1組學生必須畫出主變保護的原理接線圖和保護的展開圖，并作相應說明；4)第2組學生必須畫出A相饋線保護的原理接線圖和保護的展開圖，并作相應說明；5)第3組學生必須畫出B相饋線保護的原理接線圖和保護的展開圖，并作相應說明；6)第4組學生必須畫出A相并聯(lián)電容補償裝置保護的原理接線圖和保護的展開圖，并作相應說明；7)第5組學生必須畫出B相并聯(lián)電容補償裝置保護的原理接線圖和保護的展開圖，并作相應說明；注1:展開圖需包括電流電壓回路接線圖、控制回路接線圖和信號回路接線圖；注2:不要求對電流、電壓互感器的負載能力進行校驗，不要求畫出屏面布子排列；課程設(shè)計進度安排：(共7周)時間1第10周2答疑周四14:00-15:00X2611第11~16周3交報告周四14:00-15:00X2611第16周[6]各種繼電器、繼電保護產(chǎn)品樣本[7]各種設(shè)計施工圖附圖1牽引變電所主接線示意圖摘要培養(yǎng)學生綜合運用所學知識的能力，使之在繼電保護配置、整定計算分析、變電所二次系統(tǒng)電氣設(shè)備，它的故障將對供電可靠性和系統(tǒng)安全運行帶來嚴重的影響。因此為三相低電壓過電流保護、單相低電壓過電流保護、零序過電流保護作為后備保護；在非電量 8 1 11.2.1主變壓器的主保護 11.2.2主變壓器的后備保護 1 2 2第二章并聯(lián)電容補償保護裝置的配置方案及設(shè)計 7 72.1.1電容補償裝置保護簡述 72.1.2電容補償裝置主保護 72.1.3電容補償裝置后備保護 7 8 8第三章饋線保護配置方案及設(shè)計 3.1.1饋線保護簡述 3.1.2饋線的主保護 3.1.3饋線的后備保護 第四章主變壓器保護的原理圖、展開圖及說明 1 22 參考文獻資料 1.1主變壓器的保護特點N=B(1)差動速斷保護3Icpc≥IsD一Y/D-11主變壓器的接線原理圖：整定原則一般按躲過變壓器空載投入時的最大勵磁涌流整定，需考慮接線系數(shù)。代入數(shù)據(jù)得：靈敏度校驗按最小運行方式下，電源側(cè)發(fā)生兩相短路的短路電流進行校驗：由材料得，最小運行方式變壓器電源側(cè)三相短路電流為1775.89A,轉(zhuǎn)換為二次側(cè)兩相短路數(shù)經(jīng)過一次側(cè)CT轉(zhuǎn)化后，考慮接線系數(shù)，差動速斷保護值為：4(2)二次諧波制動的比率差動保護動作電流的整定原則一般按變壓器額定電流的0.2到1倍整定，需考慮接線系數(shù)。靈敏度校驗按最小運行方式下變壓器低壓側(cè)發(fā)生兩相短路的短路電流進行靈敏度校驗：已知：牽引變壓器變比N=4,二次側(cè)最小三相短路電流為：1429.25A符合靈敏度要求。速斷動作區(qū)比率差動動作區(qū)II0如上圖所示，折線的下部為制動區(qū)，折線的上部為動作區(qū)?？傮w情況是，當外部電流變化時，制動電流不必要限定在一個很高的值不變，可以隨著需要躲過電流的大小變化相應地變化，一旦大于這個值即動作，提高靈敏度。二次諧波閉鎖當差動電流中的二次諧波分量大于一定值時，動作被閉鎖：換算到CT低流側(cè)后：(3)高壓側(cè)三相低電壓啟動過電流保護5Uβ≤Upy—動作電流的整定原則&靈敏度校驗符合要求。動作電壓的整定原則動作時限：與變壓器低壓側(cè)單相低電壓過電流保護配合，為0.6秒換算到二次側(cè)PT低壓側(cè)為：靈敏度校驗電壓元件的靈敏度系數(shù)按最大運行方式下，相鄰元件末端發(fā)生三相金屬性短路時，保護安裝處的最大殘壓來校驗：A相末端短路時，其始端最大電壓為：18655VB相末端短路時，其始端最大電壓為：13415V取A相殘壓：6不符合要求。(4)低壓側(cè)單相低電壓啟動過電流保護基本同三相低電壓過電流保護，只是動作時限應與饋線的電流保護相配合。換算到CT低流側(cè)后：(接線系數(shù)為1)符合要求。符合要求。動作時限與饋線部分的電流保護相配合，取(5)零序過電流保信號信號由于負荷為單相負荷，線路不設(shè)零序保護，110kV側(cè)中性點接地時設(shè)置。動作電流按70%的額定電流整定。7(6)過負荷保護動作電流動作時限：較長，一般取120秒。重瓦斯保護取為0.8m/s。主變過熱保護取為75攝氏度。主變通風啟動取為55攝氏度。(10)主變通風停止取為45攝氏度。二、并聯(lián)電容補償保護裝置的配置方案及設(shè)計2.1、并聯(lián)電容補償保護配置方案2.1.1電容補償裝置保護簡述并聯(lián)電容補償裝置主要是用來補償牽引網(wǎng)的無功功率。根據(jù)并聯(lián)電容補償裝置電氣設(shè)備安裝規(guī)程規(guī)定，對內(nèi)部裝有熔絲的電容器組成的并聯(lián)電容補償裝置，要求以下保護：(1)短路電流的保護，用于無延時切除并聯(lián)電容補償裝置；(2)由高次諧波引起的電容器過負荷保護，當有效電流等于額定電流130%時延時切除并聯(lián)電容補償裝置。(3)電容器過電壓保護，當電壓為額定電壓的110%時延時切除并聯(lián)電容補償裝置。2.1.2電容補償裝置主保護采用電流速斷保護作為主保護，用于保護斷路器到電容器之間的短路故障，無延時切除并聯(lián)電容補償裝置。2.1.3電容補償裝置后備保護1、過電流保護用于電容器內(nèi)部故障，接地故障保護，也做電流速斷保護的后備保護。2、諧波過電流保護諧波使電容器介質(zhì)老化，縮短使用壽命。3、差電流保護保護電容器裝置接地故障。4、差電壓保護保護電容器內(nèi)部故障。5、低電壓保護該保護的主要任務是監(jiān)視電容器放電回路是否完整6、過電壓保護為減少操作過電壓對補償裝置和供電裝置電氣設(shè)備的影響2.1.4配置方案①、電流速斷保護②、過電流保護③、諧波過電流保護④、差電流保護⑤、差電壓保護⑥、過電壓保護⑦、地電壓保護2.2、并聯(lián)補償電容的整定計算(1)電流速斷保護該保護用于斷路器到電容器連接端的短路故障。動作電流按躲開電容器投入時產(chǎn)生的最大涌流進行整定。9靈敏度校驗按最小運行方式下變壓器二次側(cè)發(fā)生兩相短路的短路電流進行靈敏度校驗：符合要求。(2)過電流保護用于電容器組內(nèi)部故障，接地故障保護，也作電流后備。整定原則電容器組電容有10%的偏差，使負荷增大；電容器允許1.3倍額定電流長期運行；合閘涌流靈敏度校驗按最小運行方式下變壓器二次側(cè)發(fā)生兩相短路的短路電流進行靈敏度校驗：符合要求。動作時限躲過并補裝置的最大合閘電流，取0.5秒。(3)諧波過電流保護諧波使損耗功率變大導致發(fā)熱，過電壓使電容介質(zhì)老化，縮短壽命。動作電流按等效三次諧波電流為額定電流的1.5倍連續(xù)運行2分鐘進行整定。動作方程動作時限本設(shè)計取120秒。(4)差電流保護用于電容器裝置接地故障的主保護。動作電流按投入電容器組產(chǎn)生的涌流可能造成的不平衡電流整定。換算成CT低流測為：Ia=24.765÷10=2.48A靈敏度校驗對于并聯(lián)電容補償支路來說，最小短路電流同額定電流，可以用流過并聯(lián)電容補償支路的額定電流來進行靈敏度校驗符合要求。動作時限取0.1秒。(5)差電壓保護用于差電壓保護是一種靈敏度高、保護范圍大、不受合閘涌流、高次諧波以及電壓波動影響的保護方式，用于電容器內(nèi)部的故障。動作電壓確定電容器組故障后由熔絲切除的電容器臺數(shù)K,此時故障電容器組端電壓可能上升到1.1倍額定電壓。動作時限取0.15秒。(6)過電壓保護用于保護電容器的過電壓、饋線母線的過電壓，受電容器設(shè)備諧波過負荷和電動機車組的允許過電壓兩方面的限制。動作電壓取額定電壓的1.2倍：動作時限躲過牽引網(wǎng)可能發(fā)生的瞬時過電壓，取1.5秒。(7)低電壓保護防止在無負荷時電容和變壓器同時投入，在電源恢復時，僅電容器不在投入狀態(tài)。動作電壓換算成PT低壓側(cè)為：動作時限Upz=21K÷275=76.4V取大于牽引母線上所接饋線短路保護的最長動作時延，取0.7秒。三、饋線保護配置方案及設(shè)計3.1饋線保護的配置方案3.1.1饋線保護簡述交流牽引網(wǎng)為兩個單相系統(tǒng)，其負荷特性與一般的電力負荷不全相同，因此牽引網(wǎng)的工作條件比電力網(wǎng)復雜、惡劣得多。牽引負荷不僅是移動的，而且其大小也隨時都在變化，這主要與線路情況、機車類型、列車重量和運行速度等有關(guān)。牽引網(wǎng)供電距離長，單位阻抗大，因此在最小運行方式下牽引網(wǎng)末端短路時，其短路電流數(shù)值相當小，有時可與最大負荷相比，故采用一般的保護就難以滿足靈敏系數(shù)的要求。由于牽引負荷是兩個單相負荷，所以在三相系統(tǒng)中造成三相負荷的不對稱，使系統(tǒng)在正常3.1.2饋線的主保護3.2饋線保護的整定計算(1)電流速斷保護護的動作死區(qū)。動作電流為：Ia=KIkmx=1.3×1656.321TV斷線檢測及閉鎖阻抗I段定值計算考慮到牽引系統(tǒng)的特性，阻抗一段采用四邊形動作特性，并設(shè)置如下：資料來源躲涌流/躲涌流/XzpZZDR(1).電阻動作值的整定：由CT變比126,PT變比275,可知阻抗變比為2.2A饋線CT為125,PT為275,則阻抗變比相當于2.2?？紤]與電力機車斷路器跳閘時間配合，一般取0.1秒。計算同第一段：計算類似于阻抗一段，但其保護范圍包括相鄰線路的全長Xz=1.2×2×20.163×0.509=24典型時限與第一段相配合取0.5秒過電流保護作為后備保護動作電流：按躲過最大負荷電流整定：Id?=KkIf.mx3.2.2、B相饋線保護整定計算電流速斷定值計算復線單邊供電方式示意圖Ia=KIk.max=1.3×978.171時限設(shè)定為0.1秒，大于機車保護的約0.07秒動作時限。接下來計算本保護的范圍：因為最小方式下15%路段處的短路電流已經(jīng)給出，為2405.344A,而上述求得達到保護15%線路的目的，如改成1.2即可滿足要求。TV斷線檢測及閉鎖考慮到牽引系統(tǒng)的特性，阻抗一段采用四邊形動作特性，并設(shè)置如下：資料來源Xzp重負荷ZDR電阻動作值的整定：由CT變比80,PT變比275,可知阻抗變比為3.44考慮與電力機車斷路器跳閘時間配合，一般取0.1秒。電阻動作值計算同阻抗一段，有電抗動作值計算類似于阻抗一段，但其保護范圍包括相鄰線路的全長Xzp=Kk·2L·Z?=1.2×2L·Z?典型時限與一段相配合取0.5s(4)過電流保護作為后備保護其中，取Ir.mx=970A(5)重合閘：時限取2秒。4.1保護原理4.1.1二次諧波閉鎖的比率差動保護A相比率差動A相比率差動4.1.2差動速斷保護&變變壓器主保護信號信號圖2-2差動速斷保護原理框圖4.1.3保護判據(jù)IIβ圖2-3平衡變壓器差動保護接線變變壓器主保護I圖2-4Y/△-11變壓器差動保護接線4.1.3電流平衡關(guān)系Y/△—11變壓器電流平衡關(guān)系(CT二次側(cè)):則差動電流為：4.1.4差動速斷保護裝置中設(shè)有變壓器三相差動速斷保護，動作判據(jù)為：4.1.5二次諧波閉鎖的比率差動保護變壓器三相差動保護采用具有比率制動特性的差動保護，帶有二次諧波閉鎖判據(jù)，特性曲線如圖2-5所示。比率差動保護判據(jù)為：主變后備保護裝置4.1.6高壓側(cè)三相低壓啟動過電流保護&圖3-1高壓側(cè)三相低壓啟動過電流保護原理框圖4.1.7低壓啟動的α相過電流保護&圖3-2低壓啟動的α相過電流保護原理框圖4.1.8低壓啟動的β相過電流保護&信號圖3-3低壓啟動的β相過電流保護原理框圖4.1.9零序過電流保護圖3-4零序過電流保護原理框圖4.1.10反時限過負荷保護信號信號I圖3-5反時