继电保护课程设计范本.doc

继电保护课程设计

22
2020年4月19日
文档仅供参考

电力系统继电保护原理
课程设计

班级： 级生信1班
学号： 5097
姓名： 曹 学 博
专业： 电气工程及其自动化
指导老师： 王 牣

评分：A（优），B（良），C(中)，D（合格），E(不合格)
项目
学生自评
指导老师评定

设计内容完整性

计算公式准确性

计算数据正确性

绘图质量

文档规范性

综合评定

教师签名（盖章）：
日 期： 年 月 日

目录
第一节 设计任务书………………………………………………………………………………1
1、继电保护课程设计的目的……………………………………………………………………1
2、原始数据………………………………………………………………………………………2
2.1 基础数据………………………………………………………………………………… 2
2.2 系统接线图……………………………………………………………………………… 3
3、课程设计要求…………………………………………………………………………………4
3.1 需要完成的设计内容…………………………………………………………………… 4
3.2 设计文件内容…………………………………………………………………………… 5
第二节 馈线保护配置与整定计算………………………………………………………………6
1、馈线保护配置…………………………………………………………………………………6
2、馈线保护整定计算……………………………………………………………………………6
2.1 电流速断定值计算……………………………………………………………………… 6
2.2 阻抗段定值计算……………………………………………………………………… 6
2.3 阻抗段定值计算………………………………………………………………………7
2.4 过电流定值计算…………………………………………………………………………7
第三节 变压器保护配置与整定计算……………………………………………………………8
1、变压器保护配置………………………………………………………………………………8
2、变压器电量保护整定计算……………………………………………………………………8
2.1 差动速断保护…………………………………………………………………………… 8
2.2 二次谐波制动的比率差动保护………………………………………………………… 8
2.3 三相低电压过电流保护………………………………………………………………… 9
2.4 单相低电压过电流保护………………………………………………………………… 9
2.5 零序过电流保护…………………………………………………………………………10
2.6 过负荷保护………………………………………………………………………………10
3、变压器非电量计算……………………………………………………………………………10
3.1 瓦斯保护整定计算………………………………………………………………………10
3.2 主变过热整定计算………………………………………………………………………10
第四节 并联电容补偿装置配置与整定计算………………………………………………… 11
1、并联补偿装置保护配置………………………………………………………………………11
2、并联补偿装置整定计算………………………………………………………………………11
2.1 电流速断保护……………………………………………………………………………11
2.2 差流保护…………………………………………………………………………………11
2.3 过电流保护 …………………………………………………………………………… 12
2.4 高次谐波过流保护 …………………………………………………………………… 12
2.5 差压保护 ……………………………………………………………………………… 13
2.6 低电压保护…………………………………………………………………………… 14
2.7 过电压保护…………………………………………………………………………… 14
第五节 B相馈线保护原理接线图和展开图………………………………………………… 15
1、电流保护……………………………………………………………………………………15
2、阻抗保护……………………………………………………………………………………16

第一节 设计任务书

1、继电保护课程设计的目的
1）能把所学过的理论知识进行综合运用，从而达到巩固、加深及扩大专业知识，并使之系统化。
2）正确领会和贯彻国家的方针、技术经济政策，培养正确的设计思想，并掌握设计的基本方法。
3）培养运用所学的理论知识，提高独立分析和解决问题的能力，掌握实际工程设计中的一些基本技能。
4）培养作为工程技术人员必须具备的计算、绘图、使用规程、手册、资料及编写设计说明书等的技能。
2、原始数据
2.1 基础数据
YN,d11牵引变压器保护
变 量 名 称
变 量 值
变 量 名 称
变 量 值
最小运行方式变压器一次侧三相短路电流(A)
1775.89
过电流保护可靠系数
1.2
最小运行方式变压器二次侧三相短路电流(A)
1429.25
低电压保护可靠系数
1.2
最小运行方式牵引网末端短路电流(A)
919.08
过电流保护返回系数
0.95
最小运行方式27.5KV母线电压(kV)
24
低电压保护返回系数
1.05
牵引变压器容量(MVA)
20
牵引变压器过负荷系数
1.5
牵引变压器一次侧额定电流(A)
104.98
牵引变压器一次侧母线电压(kV)
110
牵引变压器二次侧额定电流(A)
422.11
变压器中性点CT变比
32
牵引变压器一次侧CT接线系数
1.732
过负荷保护可靠系数
1.45
牵引变压器二次侧CT接线系数
1
二次谐波闭锁条件
0.18
牵引变压器一次侧CT变比
40
重瓦斯保护(M/S)
0.6~1
牵引变压器二次侧CT变比
160
主变过热(℃)
75
牵引变压器一次侧PT变比
1100
主变通风启动信号(℃)
55
牵引变压器二次侧PT变比
275
主变通风停止信号(℃)
45
差流速断保护可靠系数
1.2
牵引变压器变比
4
20MVA牵引变压器涌流倍数
5

并联电容补偿装置保护
最小运行方式变压器二次侧两相短路电流(A)
1429.25
电容器组涌流倍数
5
A相并联电容器组容量() (4并4串连接)
1600
过电压保护返回系数
0.95
B相并联电容器组容量() (4并4串连接)
1600
电流速断保护可靠系数
1.3
变压器二次侧母线额定电压(kV)
27.5
过电流保护可靠系数
1.05
变压器二次侧母线最高电压(kV)
31.5
谐波过电流保护可靠系数
1.2
变压器二次侧母线PT变比
275
差流保护可靠系数
1.3
电容器组PT变比
275
电压保护可靠系数
1.2
A相电容器组CT变比
10
电流保护返回系数
0.95
B相电容器组CT变比
10
差电压保护返回系数
0.95
A相电容器组额定电流(A)
38.1
电容器组同型系数
1
B相电容器组额定电流(A)
38.1
低电压保护返回系数
1.05
电容器组额定电压(kV)
42
差压保护灵敏系数
1.5

A相馈线保护(下行)
牵引网末端最大短路电流(A)
1656.321
馈线CT变比
126
最小运行方式牵引网近端15%处短路电流(A)
2295.743
牵引变压器二次侧母线PT变比
275
最小运行方式牵引网末端短路电流(A)
919.08
阻抗保护电抗可靠系数
1.2
供电臂最大负荷电流(A)
1364
阻抗保护电阻可靠系数
1.1
牵引变压器二次侧母线最低工作电压(kV)
24
电流速断保护可靠系数
1.3
供电臂长度(km)
20.163
阻抗保护电阻偏移值(欧)
1
牵引网单位阻抗电抗值(欧/千米)
0.509
阻抗保护电抗偏移值(欧)
1
阻抗保护灵敏角(°)
65
阻抗保护PT断线电流检测可靠系数
1.2
牵引负荷阻抗角(°)
36.87
牵引网单位阻抗电阻值(欧/千米)
0.23
(不计复线牵引网互感)

B相馈线保护(上行)
牵引网末端最大短路电流(A)
1978.171
馈线CT变比
80
最小运行方式牵引网近端15%处短路电流(A)
2405.344
牵引变压器二次侧母线PT变比
275
最小运行方式牵引网末端短路电流(A)
1046.38
阻抗保护电抗可靠系数
1.2
供电臂最大负荷电流(A)
970
阻抗保护电阻可靠系数
1.1
牵引变压器二次侧母线最低工作电压(kV)
24
电流速断保护可靠系数
1.3
供电臂长度(KM)
12.14
阻抗保护电阻偏移值(欧)
1
牵引网单位阻抗电抗值(欧/千米)
0.509
阻抗保护电抗偏移值(欧)
1
阻抗保护灵敏角(°)
65
阻抗保护PT断线电流检测可靠系数
1.2
牵引负荷阻抗角(°)
36.87
牵引网单位阻抗电阻值(欧/千米)
0.23
(不计复线牵引网互感)
2.2 系统接线图
1QS
1TA1
1TA2
1TA3
1TA4
计量
测量 遥控
过流
差动
12QF
27.5kV
N
11QS
5TA
9TA1
3QF
零序电流
3TA
9QS
5QF
9TA2
11TA1过流
11TA2差动
18TA1
15TA1
15TA2
18TA2
11QF
10QF
9QF
8QF
7QF
13QS
14QS
15QS
16QS
17QS
18QS
19QS
20QS
M
M
M
M
分区亭
分区亭
M
M
M
M
110kV
B
A
图1 牵引变电所示意图
注：图中仅画出了一台牵引主变压器，接在27.5kV母线的并联电容补偿装置图2给出。
25TA
2TR2
2TR1
22TA1
13QF
21TA1
27．5kV（A）
21TA2
22TA2

26TA
4TR2
4TR1
24TA1
14QF
23TA1
27．5kV（B）
23TA2
24TA2
图2 并联电容补偿装置接线示意图
3、课程设计要求
考虑到在六周内每个学生要完成几个课程设计的任务，工作量较大，又要保证课程设计质量，特作如下安排：
3.1 需要完成的设计内容
1）所有学生都必须完成主变、并联电容补偿装置、馈线保护的配置方案设计；
2）所有学生都必须完成主变、并联电容补偿装置、馈线保护的整定计算；
3）学号尾数为0和1的学生必须画出主变保护的原理接线图和保护的展开图，并作相应说明；
4）学号尾数为2和3的学生必须画出A相馈线保护的原理接线图和保护的展开图，并作相应说明；
5）学号尾数为4和5的学生必须画出B相馈线保护的原理接线图和保护的展开图，并作相应说明；
6）学号尾数为6和7的学生必须画出A相并联电容补偿装置保护的原理接线图和保护的展开图，并作相应说明；
7）学号尾数为8和9的学生必须画出B相并联电容补偿装置保护的原理接线图和保护的展开图，并作相应说明；
注1：展开图需包括电流电压回路接线图、控制回路接线图和信号回路接线图；
注2：不要求对电流、电压互感器的负载能力进行校验，不要求画出屏面布置图、屏后接线图和端子排列；
注3：仅要求针对一个断路器画出控制回路。

3.2 设计文件内容
1）设计任务书
2）保护配置
3）保护整定计算
4）3.1要求的保护原理图
5）3.1要求的保护展开图

第二节 馈线保护配置与整定计算

1、馈线保护配置
本课程设计中牵引网采用复线单边供电方式，考虑到牵引负荷电流比较大且变化范围大，单纯的电流保护不能满足要求，阻抗保护则采用能耐受过渡电阻的四边形特性阻抗继电器。因此，为了满足继电保护可靠性、选择性、速动性以及灵敏性的要求，在馈线处配备电流速断和阻抗段作为主保护，过电流保护作为后被保护。

2、馈线保护整定计算
2.1 电流速断定值计算

其中：——可靠系数，取1.3；
——牵引网末端最大短路电流；
灵敏度校验： 不能保护线路全长的15%；
其中 ——最小运行方式牵引网近端15%处短路电流（A）；
保护动作时限：=0.1S
2.2 阻抗段定值计算
线路边整定阻抗

其中 ——供电臂长度；
——牵引网单位阻抗；
——线路阻抗角即阻抗保护灵敏角；
负荷边整定阻抗

其中：——最低母线电压；
——供电臂最大负荷电流；
——可靠系数，取1.2；
保护动作时限：=0.1S
2.3 阻抗段定值计算
线路边整定阻抗

其中：——可靠系数，取1.2；
负荷边整定阻抗

其中：各符号含义同上；
保护动作时限：=0.5（S）；
2.4 过电流定值计算

其中 ——可靠系数，取1.3；
——最大负荷电流；
灵敏度校验： 不满足要求；
其中 ——最小运行方式牵引网末端短路电流；
保护动作时限：S

第三节 变压器保护配置与整定计算

1、变压器保护配置
由于变压器是非常重要的电气设备，它的故障将对供电可靠性和系统安全运行带来严重的影响。因此为提高继电保护装置的可靠性，我们配备了电量保护和非电量保护，在电量保护中，差动速断保护、二次谐波制动的比率差动保护为主保护，三相低电压过电流保护、单相低电压过电流保护、零序过电流保护和过负荷保护作为后备保护；在非电量保护中，我们配备了瓦斯保护和主变过热保护。

2、变压器电量保护整定计算
2.1 差动速断保护
差动速断保护的整定原则一般按躲过变压器空载投入时的励磁涌流整定，并考虑接线系数。
定值计算：
其中：——差流速断保护可靠系数；
——励磁涌流倍数；
——牵引变压器一次则CT接线系数；
灵敏度校验： 不满足要求；
其中：——最小运行方式下，电源侧两相短路电流；
2.2 二次谐波制动的比率差动保护
1）最小动作电流
定值计算：
2）最小制动电流
定值计算：
3）比率制动系数
定值计算：
其中：——可靠系数，一般取1.2～2 ；
——电流互感器同型系数，一般取1.0 ；
——电流互感器误差，取0.1 ；
——变压器抽头引起的误差，取0.05～0.1 ；
——二次电流平衡不精确引起的误差，一般取0.05～0.1 ；
4）二次谐波闭锁
整定原则按照当差电流中二次谐波含量大于整定值时就将差动继电器闭锁，以防止励磁涌流引起的误动。
定值计算：
其中：——二次谐波闭锁条件；
2.3 三相低电压过电流保护（110KV侧）
1）动作电流整定计算

其中：——过电流保护可靠系数；
——过电流保护返回系数；
——变压器一次侧额定电流；
灵敏度校验： 满足要求；
2）动作电压整定计算

其中：——110KV侧母线最低工作电压；
——低电压保护可靠系数；
——低电压保护返回系数；
2.4 单相低电压过电流保护（27.5KV侧）
1）动作电流整定计算

其中各参量同上；
灵敏度校验：
2）动作电压整定计算

其中各参量同上；
2.5 零序过电流保护

2.6 过负荷保护

其中：——过负荷保护可靠系数；

3、变压器非电量计算
3.1 瓦斯保护整定计算

3.2 主变过热整定计算
主变通风启动信号： ；
主变通风停止信号：；

第四节 并联电容补偿装置配置与整定计算

1、并联补偿装置保护配置
并联补偿装置并联在27.5KV母线上，为了保护并联补偿装置，防止并联补偿装置外部及内部故障对装置的影响，在电流保护方面配置电流速断保护、差流保护作为主保护，过电流保护、高次谐波过流保护作为后备保护；在电压保护方面配置差压保护作为主保护，过电压保护、低电压保护作为后备保护。

2、并联补偿装置整定计算
2.1 电流速断保护
用于断路器到电容器连接线短路故障的保护。
动作方程
其中：——并补支路总电流基波分量；
——电流速断定值；
定值计算：
其中：——可靠系数，一般取1.3；
——并补装置投入时的涌入基波电流，（K为电容器组涌流倍数）
——返回系数。
灵敏度校验： 满足要求；
其中：——最小运行方式下变压器二次侧两相短路电流；
动作时间：=0.1S
2.2 差流保护
用于电容器装置接地故障的主保护。
动作方程：
其中：——并补支路差流基波分量；
——差流定值；
定值计算

其中：——可靠系数，取1.3；
——同型系数，顶流互与底流互同型时取0.5，不同型取1。
——流互最大允许误差，取0.1；
——并补投入时涌流有效值
——并补装置电容器容抗；
——并补装置电抗器感抗；
——并补装置额定电流。
灵敏度校验： 满足要求；
动作时限： =0.1S
2.3 过电流保护
用于电容器组内部部分接地故障的保护。
动作方程：
其中： ——并补支路总电流基波分量；
——过电流整定值；
定值计算：
其中： 并补装置额定电流；
灵敏度校验： 满足要求；
动作时限：=0.5S
2.4 高次谐波过流保护
谐波过流保护分别由各并补分支的谐波过流保护构成，当任一并补分支满足谐波过流保
护出口动作条件时，装置驱动断路器跳闸。
动作方程：
其中：——各并补分支电流中3、5、7、9、11次谐波分量
——谐波过流定值，各并补分支共用一份定值。
定值计算：
其中：——可靠系数，一般取1.2；
——电容器允许谐波电流值，；
动作时限：=120S
2.5 差压保护
差压保护是一种灵敏度高、保护范围大、不受合闸涌流、高次谐波及电压波动影响的保护方式。它能检出电容器的内部故障并限制事故扩大。
动作方程：
其中：——并补装置两组串联电容器之差电压基波分量；
——差压定值；
定值计算：确定电容器组中故障电容器端电压超过1.1倍额定电压时，熔断器已切除电容器的台数K。
由 算出，取=4；
其中：——并联电容器数；
——串联电容器数；
——补偿度，一般取0.12-0.13；
——母线最高电压；
——电容器额定电压；
计算差压：

计算定值：
式中： —灵敏系数，取1.5；
动作时限：=0.1S
2.6 低电压保护
按并联补偿装置“最后投入，最先开放”的原则而设计。设置低电压保护的目的是：
1）防止在无负荷时电容器和变压器同时投入；
2）在电源恢复前，使电容器不在投入状态；
动作方程：
其中：——母线电压基波分量；
——低电压定值；
定值计算：
动作时限： =0.5S
2.7 过电压保护
用于保护电容器的过电压。
动作方程：
其中：——母线电压基波分量；
——过电压定值；
定值计算：
动作时限：=1S

第五节 A相馈线保护原理接线图和展开图

1、电流保护
1.1 原理接线图见图3所示

图3(1) 电流保护原理接线图
图3() 距离保护原理接线图

1.2 交流展开图见图4所示

图4 交流展开图

1.3 直流展开图见图5所示

图5 直流展开图

总结
在继电保护课程设计的学习中，让我对这门课程加深了理解，对它在牵引供电系统中的重要性有更深的认识，并进一步了解了继电保护对于牵引供电系统的保护和整定。
继电保护课程设计主要针对牵引供电系统的继电保护配置与整定，内容主要涉及馈线、变压器、并联电容补偿装置，是对书本知识的综合运用。当然，在理解更加深入的同时，也遇到越来越多的问题，在本次设计中主要体现在：
第一，设计的整定与配置主要参考老师给的课件和在网上查找到的一些资料，可是对其中的原理理解不深。
第二，设计中出现有些灵敏度不够的情况，可是自己却没有提出解决的有效方案。
第三，随着计算机技术的发展，微机保护运用越来越广泛，书本中只是简单提过一下，对它并没有作过多分析，这也是在以后的学习工作中需要花长时间理解的内容。
总之，经过这次课程设计，我收获良多，由于时间对于我来说还较为紧迫，使得自己也无法让全部精力投入到本次课程设计，因此此设计还有很多不足的地方。当然我也明白了还有很多的知识需要自己在以后的学习中，继续加深对其的认识。