继电保护课程设计

{

第1章引言...................................................................... - 1 -设计题目基础资料............................................................. - 1 -设计内容..................................................................... - 1 -设计要求..................................................................... - 2 -第2章电力网络短路计算........................................................... - 3 -确定电网最大和最小运行方式................................................... - 3 -计算各元件基准电抗标幺值..................................................... - 3 -《

求各点短路电流（最大运行方式）............................................... - 4 -求各点短路电流（最小运行方式）............................................... - 5 -最小运行方式下............................................................... - 6 -变压器的短路电流计算......................................................... - 7 -第3章电力系统继电保护各元件选择................................................. - 9 - 50MW汽轮发电机继电保护方式的选择............................................. - 9 - 20MW电力变压器.............................................................. - 10 - 110kV单侧电源高压输电线路继电保护方式的选择................................. - 10 -#

第4章电力变压器继电保护的整定计算 ............................................... - 12 -过电流保护整定计算.......................................................... - 12 -过负荷保护整定计算.......................................................... - 12 -比例制动式纵差保护的整定原则................................................ - 12 -第5章电力变压器继电保护装置的选择及配置 .......................................... - 14 -心得体会.......................................................................... - 16 -参考文献.......................................................................... - 17 -

》

第1章引言

设计题目基础资料

如图所示110kV单电源环形网络：

(1)所有变压器和母线装有纵联差动保护，变压器均为Ｙ，d11接线；

(2)发电厂的最大发电容量为（2×25+50）ＭＷ，最小发电容量为2×25ＭＷ；

(3)网络的正常运行方式为发电厂发电容量最大且闭环运行；

[

(4)允许的最大故障切除时间为；

(5)线路AC、BC、AB、CD的最大负荷电流分别为230、150、230和140Ａ，负荷自起动系数；

(6)时间阶梯△t＝；

(7)线路正序电抗每公里为Ω；

设计任务：

1）确定保护1、3、5、7(或2、4、6、7)的保护方式，以及它们的动作电流、

设计内容

(1)短路电流计算

1）确定电力系统最大运行方式和最小运行方式，计算最大短路电流值和最小短路电流值。 2）确定短路计算点，画出计算电路图。

3）选取基准值，用标幺值计算各元件参数，画出等效电路。化简等效电路，求各短路点的等效电抗。

4）求各短路点的计算电抗。用运算曲线计算各短路点的短路电流，包括次暂态（t=0s ）和稳态(t=4s)的短路电流值。

》

(2)确定电力系统中发电机、变压器和输电线路的保护方案。

1）根据GB50062-1992（规范名称：电力装置的继电保护和自动装置设计规范）选择继电保护的方式。应优先选择最简单的保护，不满足基本要求时再采用较复杂的保护。 2）选择保护方式时，先选择主保护，然后选择后备保护。通过整定计算，检验能否满足灵敏性和速动性的要求。如不满足，允许采用自动重合闸补救。设计要求

1）确定保护1、3、5、7(或2、4、6、7)的保护方式，以及它们的动作电流op I 、动作电压

op U 、灵敏度sen K 和动作时间op t ；

2）绘制保护5或保护4的原理接线图和展开接线图；

。

！

第2章电力网络短路计算

确定电网最大和最小运行方式

画出计算电路，确定短路计算点，计算各点三相对称短路的最大和最小短路电流值。计算各元件基准电抗标幺值最大运行方式计算电路，如图。

图最大运行方式计算电路

选)(100MVA S B = 基准电压)(3.61KV U B = )(1152KV U B = )(5.103KV U B = 发电机：NG

d G S S X X '

4488.085

.025100

132.021=?

==G G X X

2193.085

.050100

129.03=?

=G X

变压器： N

K T S S U X ?

100% 3175.05

.311001001021=?=

=T T X X —

1667.060100

100103=?=

T X 5.0201001001054=?==T T X X

3175.05.31100

1001076=?==T T X X

4.025*********=?=T X

线路： 211B

l U S l X Z l

X X ?

== )/(4.01KM X Ω= 2722.0115

100

904.02

1=?

?=l X

1815.0115100604.022=??=l X 121.0115100

404.02

3=??=l X

0756.0115100

254.02

4=??=l X B B B S U Z 2

= 求各点短路电流（最大运行方式）

、

求1K 点

1K 点等效电路图，如图。

图 1K 点等效电路图

)(82.5805

.025

2cos 21MVA S S N =?=?

=?∑? )(39.53

.6382.58311KA U S I B =?==

∑?∑

2244.02

4488.01==K X

查汽轮发电机运算曲线，求∑**?=→→I I I I X t t t js

132.0100

.582244.01=?=?

=∑B N k js S S X X 查t=0时 3.8*0==t I )(737.4439.53.8KA I I I t t =?=?=∑* t=4s 25.3*4==t I )(5175.1739.525.3KA I I I t t =?=?=∑* 2K 点

2K 点等效电路图，如图。

图 2K 点等效电路图

—

)(65.11785

.050285.0252MVA S =+?=

∑1922

.0)1667.02193.0//()1586.02244.0()//()////(3321112=++=++=T G T T G G K X X X X X X X 2261.0100

.1171922.0222=?=?

=∑B K js S S X X 查 t=0s

求各点短路电流（最小运行方式）

（1）1k 点

k125

0.22442258.82()cos 0.85

N S X S MVA ?∑==?

=?=， 132.0100

.582244.0.

1k 1js =?==∑B S S X X

（2）2k 点

383.01586.02244.0)//(211k 2k =+=+=T T X X X X

2253.0100

82.58383.0.

2k 2js =?==∑B S S X X 最大运行方式下短路数据，如表。

最小运行方式下

最小运行方式计算电路，如图。

图最小运行方式计算电路

最小运行方式下短路数据，如表。

表最小运行方式下短路数据

]

变压器的短路电流计算

;

)(7.11785

.050

85.0252MVA S e =+?=

∑

)(47.65

.1037

.1173KA U S I B

e e =?=

∑∑

: 短路点

1 2 3 4 5 6 7

8 K X

js X

*0=t I

》

)(0KA I t =

。

*4=t I

)(4KA I t =

)(KA I ∑

3,.23

最大运行方式

903.0333.057.08=+=X

063.1100

.117903.08=?

=js X 由063.18=js X 查图2-19汽轮机发电机运算曲线[三]得 95.0*0==t I

)(15.647.695.00KA I t =?==

、

最小运行方式

935.0333.0602.08=+=X

1.1100

.117935.08=?

=js X 由1.18=js X 查图2-19汽轮机发电机运算曲线[三]得

9.0*0==t I

)(8.547.69.0*00KA I I I e t t =?=?=∑==

变压器的参数

SF7—31500/110，=，高压侧电压110±8×％，低压侧，额定功率=，短路功率=174KW,空载电流=％，阻抗电压=％。

已知变压器为降压变压器，低压侧短路电流=5KA ，=

—

：

第3章电力系统继电保护各元件选择

50MW汽轮发电机继电保护方式的选择

发电机是电力系统的核心元件，要保护发电机的安全、可靠运行，就必须装设完善的继电保护装置。同步发电机应装设下列保护：

(1)纵联差动保护。纵联差动保护作为发电机定子绕组及其引出线相间短路的主保护。

(2)定子绕组匝间短路保护。定子绕组为星形连接，每相有两个并联分支且中性点有分支引出线端子的发电机，应装设单机电气式横差保护。50MW以上的发电机，当定子绕组为星形连接，中性点只有三个引出端时，应装设专用匝间短路保护装置（如BFZ-1型和BFZ-2型）。

(3)定子接地保护。与母线直接相连接的发电机，当单相接地故障电流（不考虑消弧线圈的补偿作用）大于表1-1中的元件允许电流值时，应装设有选择性的接地保护装置。

信号。

为了检查发电机与系统并联前有无接地故障及发电机定子绕组与发电机电压回路的绝缘状态，应在发电机机端装设测量零序电压的电压表。

）

(4)机间短路的后备保护。对于1~50MW的发电机，宜装设复合电压启动的过电流保护。电流元件的动作电流可取~倍额定电流，低电压元件的动作电压对汽轮发电机可取~倍额定电压，负载电压取~倍额定电压。

发电机相间短路的后备保护宜带两段时限，以短时限动作于母线断路器或母线分段断路器跳闸，以缩小故障影响范围，以较长时限动作于跳开发电机。

(5)定子绕组过负荷保护。定子绕组非直接冷却的发电机应装设定时限过负荷保护。保护装置接一相电流，带时限动作于信号。电子绕组非直接冷却且负荷能力较低（60s内不大于倍额定电流）的发电机的过负荷保护由定时限和反时限两部分组成。定时限部分动

作电流发电机长期允许的负荷电流下可靠返回条件整定，动作于信号且可减少出力；反时限部分动作特性按发电机定子绕组的过负荷能力确定，动作于解列。

(6)失磁保护。100MW以下及不允许失磁运行的发电机以及根据电力保护系统稳定条件不允许异步运行的发电机，当采用直流励磁机时，在自动灭磁开关断开后应联动断开发电机断路器；当采用半导体励磁系统时，则应装设专用的失磁保护。对于100MW以下但对电力系统有重大影响的发电机应装设专用的失磁励磁保护。

失磁保护由阻抗元件、母线低电压元件和闭锁元件组成。阻抗元件用于检测出失磁故障；母线低电压元件用于检测母线电压，保护系统元件；闭锁元件用于保证保护装置在外部短路、系统故障、自同步及电压回路断线时不误动作。

对汽轮发电机，失磁后母线电压低于允许值，带时限动作于跳闸；当母线电压未低于允许值时，带时限动作于信号，同时动作于切换励磁回路和自动减少出力。

20MW电力变压器

(1)气体保护。对于及以上的油浸式变压器和及以上的车间内油浸式变压器，均应安装气体保护。当油箱内故障产生瓦斯或油面下降时，应延时动作于信号；当产生大量瓦斯气体时，应动作断开变压器各侧断路器。

(2)电流速断保护。对于及以下厂用工作变压器和并列运行的变压器，以及10MVA以下厂用备用变压器和单独运行的变压器，当后备时限大于时应装设电流速断保护。

(3)差动保护。对于及以上厂用工作变压器和并列运行的变压器，以及100MVA及以上厂用变压器和单独运行的变压器，应装设纵联差动保护（简称纵差保护）。对高电压侧电压为330kV及以上的变压器，可装设双重纵差保护。纵差保护应能躲过励磁涌流和外部产生的不平衡电流，应在变压器过励磁时不误动。差动保护范围应包括变压器绕组，套管及其引出线。

电力变压器的后备保护。

(1)对降压变压器宜用过电流保护，当灵敏度系数不满足要求时应采用复合电压启动的过电流保护；对63MVA以下的升压变压器和系统联络变压器宜采用复合电压启动的过电流保护，当灵敏度系数不满足要求时应采用阻抗保护；对63MVA以上的升压变压器宜采用负序电流和单相式低电压启动的过电流保护，当灵敏度系数不满足要求时应采用阻抗保护。各种后备保护均带时限作用于相应断路器跳闸。

(2)根据变压器的形式及其接线方式不同，相间短路的后备保护装置如下；

a. 双绕组变压器，后备保护装在主电源侧，根据主接线情况，保护可带一段或两段时限，以较短时限跳开母联或分段断路器，以较长时限断开变压器各侧的断路器。

b. 三绕组变压器和自耦变压器，后备保护要分别装在主电源侧和主负载侧。主电源侧的保护带两段时限，以较短的时限断开为装保护侧的断路器。主负荷侧的保护动作于本侧断路器。当上述方式不符合灵敏度系数要求时，可在各侧装设后备保护。各侧保护应根据选择性要求考虑加装方向元件。

c. 及以上的变压器应装设过负荷保护，对自耦变压器和多绕组变压器，保护装设应能反映公共绕组及各侧绕组的过负荷情况。过负荷保护采用单相式，带时限动作于信号。必要时过负荷保护也可动作于跳闸或切除负荷。

：

110kV单侧电源高压输电线路继电保护方式的选择

相间短路保护按下列原则配置：

(1)保护的电流回路的电流互感器采用不完全星型接线，各线路保护用电流互感器均装设在A、C两相上，以保证在大多数两点接地情况下只切除一个故障接地点。

(2)采用后备保护方式。

(3)线路上发生短路时，如厂用电或重要用户的母线电压低于50％～60％的额定电压时，应快速切除故障，以保证非故障部分的电动机能继续运行。

在多电源的单回线路上，可装设两段或三段式电流、电压保护，必要时保护装设方向元件，如不能满足选择性、灵活性或速动性时，可采用距离保护。

对于环形电网，为简化保护可以在故障时先将网络自动解环，带故障消失后，再自动恢复。

对于单侧电源的辐射形线路，可装设定时限或反时限过流保护，对于带电抗器的线路，如断路器不是按电抗器前短路来选择的，由于断路器遮断容量的限制，不应装设电流速断保护，而应由母线保护切除电抗器前的故障。对接于发电厂母线的不带电抗器的直配线，应装设电流速断保护，其保护范围应保证切除所有使该母线残余电压低于50％～60％额定电压的短路故障，必要时电流速断无选择性动作，而后用自动重合闸补救。

…

继电保护整定计算一般包括动作值的整定、灵敏系数校验和动作时限整定。

【

]

}

第4章电力变压器继电保护的整定计算

过电流保护整定计算

最大负荷电流 KA U S I B l 164.0110

325

.313max max =?==

? ?

动作电流 A I K K I l re rel op 8.25016485

.03.1max =?=?=

()5.19.18

.2595.10/110/866.0108.532min

8>=??==?op K sen I I K

保护时限 S S S t 25.05.1=+= 变压器一次侧额定电流 A U S I N NT N 3.165110

33150031=?==

取405200

53.165===

TA K 一次侧动作电流 2.2043.16585

.005

.11=?=?op I

继电器动作电流 1.5140

.2041=?=

??con TA

op r op K K I I 实取 A I r op 5=?

过负荷保护整定计算

过负荷保护动作电流按躲过变压器额定电流N I 即

A I Kre K I N rel op 2.2043.16585

.005

.1=?=?=

保护动作时限应考虑后备保护最长动作时限一般取S 109-

比例制动式纵差保护的整定原则

按躲过变压器最大负荷时的不平衡电流整定，即 165.2866.0400

1732

)5.02.0()

5.02.0(2min .-=-=-=TA N opr K I I 》

实取 =A 2

)(154006130

max .max .A K I I TA k opr ===

)(33.4400

1732

2min .A K I I TA N resr ===

最大制动系数和制动特性斜率m

对于三绕组变压器，外部短路的最大不平衡电流

max .max .)(k err np st unb I F U K K K I ?+?+=

）

（）（A 123061502.0615005.005.01.011=?=?++??= [

最大制动系数

24.05300

1230

05.1max .max .res =?==res unb rel

I I K K 最大动作电流

)(4400

1230

3.1max .max .A K I K I TA unb rel opr =?==

制动特性斜率m

内部短路的灵敏度系数校验

合格21.34

4005800

866.0max

.min .min .>=?==

op k s I I K

第5章电力变压器继电保护装置的选择及配置

变压器一次侧额定电流：)(3.16511033150031A U S I N NT N =?=

变压器二次侧额定电流：)(17205

.10325.313.max 2A U S I B

l N =?==

电流互感器的技术参数

（

图1变压器气体保护原理接线图

图2变压器差动保护原理接线图

(

图3变压器低电压启动过流保护原理接线图变压器

心得体会

本次设计是针对电网变压器的设计，基于题目所给要求进行分析，对原理加以理解，然后根据所已知的条件计算相关的参数如整定电流以及相关灵敏系数。再根据选用的结果得到相应的电流互感器和继电器。本课程设计综合运用了电力系统继电保护的变压器保护的相关知识，加深了我对知识的理解，提高了对知识的应用能力，同时也使我认识到了各个课程之间是紧密联系的，每门课程都要认真学习，平时要多问、多思考、做到理论联系实际，在平时的学习中要注意细节的知识。

在本次课设中碰到了一些问题，自己通过借用图书馆的书籍以及通过网络上的搜索，查阅了许多关于本设计的书籍和资料，对该电路的设计有了较为深入的研究，也更加熟悉了纵联差动保护的原理及其相关整定及设备的选择过程。同时，通过与有共同设计内容的同学交流，分析、整理和研究课题，先确立了设计基本思路，遇到问题及时与伙伴沟通，在同学的合作和老师的耐心指导下，最后完成了整个设计。

参考文献

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电力出版社，—125.

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