電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)

電氣2011-01班課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名2014年11月10日2014年12月25日設(shè)計(jì)題目加深學(xué)生對(duì)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程基礎(chǔ)知識(shí)和基本理論的理解和掌握，培知識(shí)的能力，使之在繼電保護(hù)配置、整定計(jì)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(jì)等方面得到進(jìn)一步訓(xùn)練，同時(shí)提高學(xué)生運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范、查閱設(shè)計(jì)手冊(cè)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(yùn)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(hù)(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(fēng)啟動(dòng)信號(hào)(℃)牽引變壓器二次側(cè)PT變比主變通風(fēng)停止信號(hào)(℃)參45最小運(yùn)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(hù)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(hù)可靠系數(shù)電流保護(hù)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(hù)電抗可靠系數(shù)供電臂最大負(fù)荷電流(A)阻抗保護(hù)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(hù)可靠系數(shù)供電臂長(zhǎng)度(km)阻抗保護(hù)電阻偏移值(歐)1阻抗保護(hù)電抗偏移值(歐)1阻抗保護(hù)靈敏角(°)阻抗保護(hù)PT斷線電流檢測(cè)可靠系數(shù)牽引負(fù)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(hù)電抗可靠系數(shù)供電臂最大負(fù)荷電流(A)阻抗保護(hù)電阻可靠系數(shù)壓(kV)電流速斷保護(hù)可靠系數(shù)供電臂長(zhǎng)度(KM)阻抗保護(hù)電阻偏移值(歐)1阻抗保護(hù)電抗偏移值(歐)1阻抗保護(hù)靈敏角(°)牽引負(fù)荷阻抗角(°)說明：饋線保護(hù)整定計(jì)算時(shí)，不計(jì)復(fù)線牽引二、系統(tǒng)接線圖1)所有學(xué)生都必須完成主變、并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置、饋線保護(hù)的配置方案設(shè)計(jì)；2)所有學(xué)生都必須完成主變、并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置、饋線保護(hù)的整定計(jì)算；3)第1組學(xué)生必須畫出主變保護(hù)的原理接線圖和保護(hù)的展開圖，并作相應(yīng)說明；4)第2組學(xué)生必須畫出A相饋線保護(hù)的原理接線圖和保護(hù)的展開圖，并作相應(yīng)說明；5)第3組學(xué)生必須畫出B相饋線保護(hù)的原理接線圖和保護(hù)的展開圖，并作相應(yīng)說明；6)第4組學(xué)生必須畫出A相并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置保護(hù)的原理接線圖和保護(hù)的展開圖，并作相應(yīng)說明；7)第5組學(xué)生必須畫出B相并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置保護(hù)的原理接線圖和保護(hù)的展開圖，并作相應(yīng)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(hào)回路接線圖；注2:不要求對(duì)電流、電壓互感器的負(fù)載能力進(jìn)行校驗(yàn)，不要求畫出屏面布子排列；課程設(shè)計(jì)進(jìn)度安排：(共7周)時(shí)間1第10周2答疑周四14:00-15:00X2611第11~16周3交報(bào)告周四14:00-15:00X2611第16周[6]各種繼電器、繼電保護(hù)產(chǎn)品樣本[7]各種設(shè)計(jì)施工圖附圖1牽引變電所主接線示意圖摘要培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力，使之在繼電保護(hù)配置、整定計(jì)算分析、變電所二次系統(tǒng)電氣設(shè)備，它的故障將對(duì)供電可靠性和系統(tǒng)安全運(yùn)行帶來嚴(yán)重的影響。因此為三相低電壓過電流保護(hù)、單相低電壓過電流保護(hù)、零序過電流保護(hù)作為后備保護(hù)；在非電量 8 1 11.2.1主變壓器的主保護(hù) 11.2.2主變壓器的后備保護(hù) 1 2 2第二章并聯(lián)電容補(bǔ)償保護(hù)裝置的配置方案及設(shè)計(jì) 7 72.1.1電容補(bǔ)償裝置保護(hù)簡(jiǎn)述 72.1.2電容補(bǔ)償裝置主保護(hù) 72.1.3電容補(bǔ)償裝置后備保護(hù) 7 8 8第三章饋線保護(hù)配置方案及設(shè)計(jì) 3.1.1饋線保護(hù)簡(jiǎn)述 3.1.2饋線的主保護(hù) 3.1.3饋線的后備保護(hù) 第四章主變壓器保護(hù)的原理圖、展開圖及說明 1 22 參考文獻(xiàn)資料 1.1主變壓器的保護(hù)特點(diǎn)N=B(1)差動(dòng)速斷保護(hù)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(shí)的最大勵(lì)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(yàn)按最小運(yùn)行方式下，電源側(cè)發(fā)生兩相短路的短路電流進(jìn)行校驗(yàn)：由材料得，最小運(yùn)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(dòng)速斷保護(hù)值為：4(2)二次諧波制動(dòng)的比率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)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(yàn)按最小運(yùn)行方式下變壓器低壓側(cè)發(fā)生兩相短路的短路電流進(jìn)行靈敏度校驗(yàn)：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(dòng)作區(qū)比率差動(dòng)動(dòng)作區(qū)II0如上圖所示，折線的下部為制動(dòng)區(qū)，折線的上部為動(dòng)作區(qū)?？傮w情況是，當(dāng)外部電流變化時(shí)，制動(dòng)電流不必要限定在一個(gè)很高的值不變，可以隨著需要躲過電流的大小變化相應(yīng)地變化，一旦大于這個(gè)值即動(dòng)作，提高靈敏度。二次諧波閉鎖當(dāng)差動(dòng)電流中的二次諧波分量大于一定值時(shí)，動(dòng)作被閉鎖：換算到CT低流側(cè)后：(3)高壓側(cè)三相低電壓?jiǎn)?dòng)過電流保護(hù)5Uβ≤Upy—?jiǎng)幼麟娏鞯恼ㄔ瓌t&靈敏度校驗(yàn)符合要求。動(dòng)作電壓的整定原則動(dòng)作時(shí)限：與變壓器低壓側(cè)單相低電壓過電流保護(hù)配合，為0.6秒換算到二次側(cè)PT低壓側(cè)為：靈敏度校驗(yàn)電壓元件的靈敏度系數(shù)按最大運(yùn)行方式下，相鄰元件末端發(fā)生三相金屬性短路時(shí)，保護(hù)安裝處的最大殘壓來校驗(yàn)：A相末端短路時(shí)，其始端最大電壓為：18655VB相末端短路時(shí)，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?jiǎn)?dòng)過電流保護(hù)基本同三相低電壓過電流保護(hù)，只是動(dòng)作時(shí)限應(yīng)與饋線的電流保護(hù)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(dòng)作時(shí)限與饋線部分的電流保護(hù)相配合，取(5)零序過電流保信號(hào)信號(hào)由于負(fù)荷為單相負(fù)荷，線路不設(shè)零序保護(hù)，110kV側(cè)中性點(diǎn)接地時(shí)設(shè)置。動(dòng)作電流按70%的額定電流整定。7(6)過負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作電流動(dòng)作時(shí)限：較長(zhǎng)，一般取120秒。重瓦斯保護(hù)取為0.8m/s。主變過熱保護(hù)取為75攝氏度。主變通風(fēng)啟動(dòng)取為55攝氏度。(10)主變通風(fēng)停止取為45攝氏度。二、并聯(lián)電容補(bǔ)償保護(hù)裝置的配置方案及設(shè)計(jì)2.1、并聯(lián)電容補(bǔ)償保護(hù)配置方案2.1.1電容補(bǔ)償裝置保護(hù)簡(jiǎn)述并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置主要是用來補(bǔ)償牽引網(wǎng)的無功功率。根據(jù)并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置電氣設(shè)備安裝規(guī)程規(guī)定，對(duì)內(nèi)部裝有熔絲的電容器組成的并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置，要求以下保護(hù)：(1)短路電流的保護(hù)，用于無延時(shí)切除并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置；(2)由高次諧波引起的電容器過負(fù)荷保護(hù)，當(dāng)有效電流等于額定電流130%時(shí)延時(shí)切除并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置。(3)電容器過電壓保護(hù)，當(dāng)電壓為額定電壓的110%時(shí)延時(shí)切除并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置。2.1.2電容補(bǔ)償裝置主保護(hù)采用電流速斷保護(hù)作為主保護(hù)，用于保護(hù)斷路器到電容器之間的短路故障，無延時(shí)切除并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置。2.1.3電容補(bǔ)償裝置后備保護(hù)1、過電流保護(hù)用于電容器內(nèi)部故障，接地故障保護(hù)，也做電流速斷保護(hù)的后備保護(hù)。2、諧波過電流保護(hù)諧波使電容器介質(zhì)老化，縮短使用壽命。3、差電流保護(hù)保護(hù)電容器裝置接地故障。4、差電壓保護(hù)保護(hù)電容器內(nèi)部故障。5、低電壓保護(hù)該保護(hù)的主要任務(wù)是監(jiān)視電容器放電回路是否完整6、過電壓保護(hù)為減少操作過電壓對(duì)補(bǔ)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(hù)②、過電流保護(hù)③、諧波過電流保護(hù)④、差電流保護(hù)⑤、差電壓保護(hù)⑥、過電壓保護(hù)⑦、地電壓保護(hù)2.2、并聯(lián)補(bǔ)償電容的整定計(jì)算(1)電流速斷保護(hù)該保護(hù)用于斷路器到電容器連接端的短路故障。動(dòng)作電流按躲開電容器投入時(shí)產(chǎn)生的最大涌流進(jìn)行整定。9靈敏度校驗(yàn)按最小運(yùn)行方式下變壓器二次側(cè)發(fā)生兩相短路的短路電流進(jìn)行靈敏度校驗(yàn)：符合要求。(2)過電流保護(hù)用于電容器組內(nèi)部故障，接地故障保護(hù)，也作電流后備。整定原則電容器組電容有10%的偏差，使負(fù)荷增大；電容器允許1.3倍額定電流長(zhǎng)期運(yùn)行；合閘涌流靈敏度校驗(yàn)按最小運(yùn)行方式下變壓器二次側(cè)發(fā)生兩相短路的短路電流進(jìn)行靈敏度校驗(yàn)：符合要求。動(dòng)作時(shí)限躲過并補(bǔ)裝置的最大合閘電流，取0.5秒。(3)諧波過電流保護(hù)諧波使損耗功率變大導(dǎo)致發(fā)熱，過電壓使電容介質(zhì)老化，縮短壽命。動(dòng)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(yùn)行2分鐘進(jìn)行整定。動(dòng)作方程動(dòng)作時(shí)限本設(shè)計(jì)取120秒。(4)差電流保護(hù)用于電容器裝置接地故障的主保護(hù)。動(dòng)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(cè)為：Ia=24.765÷10=2.48A靈敏度校驗(yàn)對(duì)于并聯(lián)電容補(bǔ)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(bǔ)償支路的額定電流來進(jìn)行靈敏度校驗(yàn)符合要求。動(dòng)作時(shí)限取0.1秒。(5)差電壓保護(hù)用于差電壓保護(hù)是一種靈敏度高、保護(hù)范圍大、不受合閘涌流、高次諧波以及電壓波動(dòng)影響的保護(hù)方式，用于電容器內(nèi)部的故障。動(dòng)作電壓確定電容器組故障后由熔絲切除的電容器臺(tái)數(shù)K,此時(shí)故障電容器組端電壓可能上升到1.1倍額定電壓。動(dòng)作時(shí)限取0.15秒。(6)過電壓保護(hù)用于保護(hù)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(fù)荷和電動(dòng)機(jī)車組的允許過電壓兩方面的限制。動(dòng)作電壓取額定電壓的1.2倍：動(dòng)作時(shí)限躲過牽引網(wǎng)可能發(fā)生的瞬時(shí)過電壓，取1.5秒。(7)低電壓保護(hù)防止在無負(fù)荷時(shí)電容和變壓器同時(shí)投入，在電源恢復(fù)時(shí)，僅電容器不在投入狀態(tài)。動(dòng)作電壓換算成PT低壓側(cè)為：動(dòng)作時(shí)限Upz=21K÷275=76.4V取大于牽引母線上所接饋線短路保護(hù)的最長(zhǎng)動(dòng)作時(shí)延，取0.7秒。三、饋線保護(hù)配置方案及設(shè)計(jì)3.1饋線保護(hù)的配置方案3.1.1饋線保護(hù)簡(jiǎn)述交流牽引網(wǎng)為兩個(gè)單相系統(tǒng)，其負(fù)荷特性與一般的電力負(fù)荷不全相同，因此牽引網(wǎng)的工作條件比電力網(wǎng)復(fù)雜、惡劣得多。牽引負(fù)荷不僅是移動(dòng)的，而且其大小也隨時(shí)都在變化，這主要與線路情況、機(jī)車類型、列車重量和運(yùn)行速度等有關(guān)。牽引網(wǎng)供電距離長(zhǎng)，單位阻抗大，因此在最小運(yùn)行方式下牽引網(wǎng)末端短路時(shí)，其短路電流數(shù)值相當(dāng)小，有時(shí)可與最大負(fù)荷相比，故采用一般的保護(hù)就難以滿足靈敏系數(shù)的要求。由于牽引負(fù)荷是兩個(gè)單相負(fù)荷，所以在三相系統(tǒng)中造成三相負(fù)荷的不對(duì)稱，使系統(tǒng)在正常3.1.2饋線的主保護(hù)3.2饋線保護(hù)的整定計(jì)算(1)電流速斷保護(hù)護(hù)的動(dòng)作死區(qū)。動(dòng)作電流為：Ia=KIkmx=1.3×1656.321TV斷線檢測(cè)及閉鎖阻抗I段定值計(jì)算考慮到牽引系統(tǒng)的特性，阻抗一段采用四邊形動(dòng)作特性，并設(shè)置如下：資料來源躲涌流/躲涌流/XzpZZDR(1).電阻動(dòng)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(dāng)于2.2?？紤]與電力機(jī)車斷路器跳閘時(shí)間配合，一般取0.1秒。計(jì)算同第一段：計(jì)算類似于阻抗一段，但其保護(hù)范圍包括相鄰線路的全長(zhǎng)Xz=1.2×2×20.163×0.509=24典型時(shí)限與第一段相配合取0.5秒過電流保護(hù)作為后備保護(hù)動(dòng)作電流：按躲過最大負(fù)荷電流整定：Id?=KkIf.mx3.2.2、B相饋線保護(hù)整定計(jì)算電流速斷定值計(jì)算復(fù)線單邊供電方式示意圖Ia=KIk.max=1.3×978.171時(shí)限設(shè)定為0.1秒，大于機(jī)車保護(hù)的約0.07秒動(dòng)作時(shí)限。接下來計(jì)算本保護(hù)的范圍：因?yàn)樽钚》绞较?5%路段處的短路電流已經(jīng)給出，為2405.344A,而上述求得達(dá)到保護(hù)15%線路的目的，如改成1.2即可滿足要求。TV斷線檢測(cè)及閉鎖考慮到牽引系統(tǒng)的特性，阻抗一段采用四邊形動(dòng)作特性，并設(shè)置如下：資料來源Xzp重負(fù)荷ZDR電阻動(dòng)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(jī)車斷路器跳閘時(shí)間配合，一般取0.1秒。電阻動(dòng)作值計(jì)算同阻抗一段，有電抗動(dòng)作值計(jì)算類似于阻抗一段，但其保護(hù)范圍包括相鄰線路的全長(zhǎng)Xzp=Kk·2L·Z?=1.2×2L·Z?典型時(shí)限與一段相配合取0.5s(4)過電流保護(hù)作為后備保護(hù)其中，取Ir.mx=970A(5)重合閘：時(shí)限取2秒。4.1保護(hù)原理4.1.1二次諧波閉鎖的比率差動(dòng)保護(hù)A相比率差動(dòng)A相比率差動(dòng)4.1.2差動(dòng)速斷保護(hù)&變變壓器主保護(hù)信號(hào)信號(hào)圖2-2差動(dòng)速斷保護(hù)原理框圖4.1.3保護(hù)判據(jù)IIβ圖2-3平衡變壓器差動(dòng)保護(hù)接線變變壓器主保護(hù)I圖2-4Y/△-11變壓器差動(dòng)保護(hù)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(dòng)電流為：4.1.4差動(dòng)速斷保護(hù)裝置中設(shè)有變壓器三相差動(dòng)速斷保護(hù)，動(dòng)作判據(jù)為：4.1.5二次諧波閉鎖的比率差動(dòng)保護(hù)變壓器三相差動(dòng)保護(hù)采用具有比率制動(dòng)特性的差動(dòng)保護(hù)，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(dòng)保護(hù)判據(jù)為：主變后備保護(hù)裝置4.1.6高壓側(cè)三相低壓?jiǎn)?dòng)過電流保護(hù)&圖3-1高壓側(cè)三相低壓?jiǎn)?dòng)過電流保護(hù)原理框圖4.1.7低壓?jiǎn)?dòng)的α相過電流保護(hù)&圖3-2低壓?jiǎn)?dòng)的α相過電流保護(hù)原理框圖4.1.8低壓?jiǎn)?dòng)的β相過電流保護(hù)&信號(hào)圖3-3低壓?jiǎn)?dòng)的β相過電流保護(hù)原理框圖4.1.9零序過電流保護(hù)圖3-4零序過電流保護(hù)原理框圖4.1.10反時(shí)限過負(fù)荷保護(hù)信號(hào)信號(hào)I圖3-5反時(shí)