继电保护课程设计报告.docx

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继电保护课程设计报告

继电保护原理课程设计报告

评语：

考勤

（10）

守纪

（10）

设计过程

（40）

设计报告

（30）

小组答辩

（10）

总成绩

（100）

专业：

电气工程及其自动化

班级：

电气1102

姓名：

******

学号：

201109228

指导教师：

闵永智

兰州交通大学自动化与电气工程学院

2014年7月11日

1设计原始资料

1.1具体题目

一台双绕组牵引变压器的容量为25MVA，电压比为110±2×2.5%/27.5kV，Y，d11接线；已知：

27.5kV外部短路的最大电流为2400A、最小短路电流为2100A，110kV侧电流互感器变比为300/5，27.5kV侧电流互感器变比为800/5；可靠系数取Krel=1.3。

试对牵引变压器进行相关保护的设计。

1.2要完成的内容

对变压器进行主保护和后备保护的设计、配置、整定计算和校验。

2保护方案设计

2.1主保护配置

为了满足电力系统稳定性方面的要求，当变压器发生故障时，要求保护装置快速切除故障。

通常变压器的瓦斯保护和纵差动保护构成双重化快速保护。

变电所的主变压器和动力变压器，都是用变压器油作为绝缘和散热的。

当变压器内部故障时，由于短路电流和电弧的作用，故障点附近的绝缘物和变压器油分解而产生气体，同时由于气体的上升和压力的增大会引起油流的变化。

利用这个特点构成的保护，叫做瓦斯保护。

瓦斯保护主要由瓦斯继电器、信号继电器、保护出口继电器等构成，瓦斯继电器装在变压器油箱和油枕的连接管上。

目前，瓦斯保护使用的瓦斯继电器主要是开口杯式的，正常时，上、下开口杯都浸在油内，由于开口杯侧产生的力矩小于平衡锤产生的力矩，因此开口杯处于上升位置，磁力触点断开。

当变压器内部发生轻微故障时，聚集在瓦斯继电器内上部的气体使油面下降，上开口杯侧的力矩大于平衡锤所产生的力矩，因此上开口杯绕支点顺时针偏转，带动永久磁铁使磁力触点接通，发出轻瓦斯信号。

当变压器内部发生严重故障时，在邮箱内形成的油流冲击进油口挡板而带动下开口杯偏转，永久磁体随着偏转，使磁力支点接通而引起变压器各侧断路器跳闸。

变压器差动保护主要用来保护变压器内部、套管以及引出线上的相间短路，同时也可以保护单相层间短路和接地短路。

电流纵差动保护不但能区分保护区内外故障，而且不需要与其他元件的保护配合，可以无延时的切除区内各种故障，具有明显的优点。

本设计中变压器主保护主要选电流纵差动保护，该保护不需与其他保护配合，可无延时的切断内部短路，动作于变压器高低压两侧断路器跳闸。

为了保证动作的选择性，差动保护动作电流应躲开外部短路时的最大不平衡电流。

2.2后备保护配置

变压器的后备保护选择过电流保护和低电压启动的过电流保护。

低电压启动的过电流保护主要是为了保护外部短路引起的变压器过电流，同时也可以作为变压器差动保护以及馈线保护的后备保护。

变压器的不正常工作包括过负荷运行，对此配置过负荷保护。

正常时，变压器不过负荷，电流小于整定值，过负荷保护不动作。

当三相负荷对称时，可仅在一相装设过负荷保护。

3整定计算

3.1主保护的整定计算

3.1.1差动保护动作电流计算值

表1变压器各侧一、二次电流

名称

各侧数值

额定电压（kV）

110

27.5

额定电流（A）

电流互感器接线

△

Y

电流互感器变比

300/5

800/5

二次电流（A）

（1）躲过外部短路故障时的最大不平衡电流，整定计算式

Iset=KrelIunb.max（3.1）

式中Krel——可靠系数，取1.3；

Iunb.max——外部短路故障时的最大不平衡电流。

Iunb.max=（

fza+

U+0.1KnpKst）Ik.max（3.2）

式中Ik.max——外部短路故障时的最大短路电流；

fza——由于电流互感器计算变比和实际变比不一致引起的相对误差；

U——由变压器分接头改变引起的相对误差，一般取调整范围的一半；

Knp——非周期分量系数，当采取速饱和变流器时，可取为1；

Kst——电流互感器同型系数，取为1；

0.1——电流互感器容许的最大稳态相对误差。

已知

fza=0.134，

U=0.05，Knp=1，Kst=1，带入公式（3.2）得

Iunb.max=（0.134+0.05+0.1×1×1）×2400

=681.6（A）

Iset=Iset=KrelIunb.max=1.3×681.6

=886.1（A）

（2）躲过变压器最大励磁涌流，整定式

Iset=Krel

IN（3.3）

式中

——励磁涌流的最大倍数，

IN——变压器的额定电流。

已知Krel=1.3,

=1，IN=525，带入公式（3.3）得

Iset=1.3×1×525

=682.5（A）

（3）按躲过电流互感器二次回路断线计算，即

Iset=KrelIl.max（3.4）

式中Il.max——变压器的最大负荷电流，在变压器的最大负荷电流不能确定时，可取变压器的额定电流。

已知Krel=1.3，IN=525，带入公式（3.4）得

Iset=1.3×525

=682.5（A）

按上面的三个条件计算纵差护的动作电流，并选取最大者，比较可知：

选躲过外部短路故障时的最大不平衡电流

Iset=886.1（A）（3.5）

灵敏度校验

Ksen=

（3.7）

已知Ik.min=2100，Iset=886.1，带入公式（3.7）得

Ksen=

=2.37

Ksen>2

满足灵敏度要求。

3.2后备保护的整定计算

3.2.1变压器过电流保护

由于整定电流

Iset=

KssIL.max（3.8）

式中Kre——返回系数；

Kss——综合负荷的自启动系数；

IL.max——变压器可能出现的最大负荷电流。

已知Krel=1.2，Kre=0.85，Kss=1.5，IL.max=525，带入公式（3.8）得

Iset=

=1111.8（A）

灵敏度校验

Ksen=

（3.9）

已知Ik.min=2100，Iset=1111.8，带入公式（3.9）得

Ksen=

=1.89

Ksen>1.5

满足灵敏度要求。

3.2.2低电压启动的过电流保护

过电流保护按躲过可能出现的最大负荷电流整定，启动电流比较大，对于升压变压器或容量较大的降压变压器，灵敏度往往不能满足要求，为此可以采用低电压启动的过电流保护。

采用低电压继电器后，电流继电器的整定值就可以不再考虑并联运行变压器切除或电动自启动时可能出现的最大负荷，而是按大于变压器的额定电流整定

Iset=

IN（3.10）

已知Krel=1.2，Kre=0.85，In=1753，带入公式（3.10）得

Iset=

=741.2（A）

低电压继电器的动作电压按以下条件整定，并取最小值。

（1）按躲过正常运行时可能出现的最低工作电压整定

Uset=

（3.12）

式中

——最低工作电压，一般取0.9UN。

已知UL.min=24.75，Krel=0.85，Kre=1.1，带入公式（3.12）得

Uset=

=26.5（kv）

（2）按躲过电动机自启动时的电压整定：

当低压继电器由变压器低压侧互感器供电时，计算式为

Uset=（0.5~0.6）UN（3.13）

当低压继电器由变压器高压侧互感器供电时，计算式为

Uset=0.7UN（3.14）

对于降压变压器，负荷在低压侧，电动机自启动时高压侧电压比低压侧高了一个变压器压降（标幺值）。

所以高压侧取值比较高，但仍按式（3.13）整定，原因是发电机在失磁运行时低压母线电压会比较低。

Uset=0.6×27.5

=16.5（kV）

电流继电器灵敏度的校验方法与不带低压启动的过电流保护相同。

低电压继电器的灵敏系数按下式校验

Ksen=

（3.15）

要求Ksen≥1.25，当27.5kV侧母线处短路时保护安装处的残压等于零，显然：

Ksen=

>1.25

满足要求，可见用低电压启动的过电流保护可作为后备保护。

4继电保护设备选择

4.1互感器的选择

在电力系统中，为了保证正常供电及保护贵重设备的安全，都有一套由继电器控制设备组成的继电保护线路。

当电力系统中发生故障时，这些保护装置就会动作，切断故障的线路，如果是偶然的故障，还能够通过自动合闸装置，保证正常供电。

保护使用的互感器，就是将线路上的大电流（电压）变为一定的小的电流（电压）,给继电器等保护装置供电。

当线路上发生短路或其它故障，使线路上电流（电压）剧增时，通过电流（电压）互感器供给继电器等保护装置的电流（电压）也剧增，使继电保护装置动作，切断故障线路。

保护用电流（电压）互感器的准确级用5P和10P表示，也相当于其允许误差为5%和10%。

4.1.1电压器互感器的选择

首先根据仪表和继电器接线要求选择电压互感器接线方式，并尽可能将负荷均匀分布在各相上，然后计算各相负荷大小，按照所接仪表的准确级和容量选择互感器的准确级额定容量。

所以本题中电压互感器的型号为ZDZJ-3。

4.1.2电流互感器选择原则

35KV及以上配电装置一般采用油侵瓷箱式绝缘结构的独立电流互感器，常用LCC7系列。

电力变压器中性点电流互感器的一次额定电流应大于变压器允许的不平衡电流的选择，一般情况下，可以按照变压器额定电流的1/3进行选择。

关于准确度，用于电度计量的电流互感器，准确度不应低于0.5级，用于电流电压测量的准确度不低于1级，非重要回路可采用3级，用于继电保护的电流互感器，应用D级B级，选型号为LCWD2-35型电流互感器。

4.2继电器的选择

本设计选用BCH-2型差动继电器，作为两绕组及三绕组电力变压器，以及交流发电机的单相差动。

继电器可以预防由非故障状态的不稳定的过渡电流而使保护非选择性的动作。

该继电器由执行元件电磁式电流继电器DL-11及中间速饱和交流器组成。

继电器具有短路绕组，它构成差动继电器的一些主要技术性能，速饱和变流器的所有绕组都是制成带有抽头的，这样就可以对继电器的参数进行阶梯性调整。

当用BCH-2型继电器来保护电力变压器时，平衡绕组的圈数根据这样的条件来选择，既当发生穿越短路时，所有绕组的匝数应相等。

当用继电器保护两绕组变压器时动作电流可以在更细致的范围内进行调整，因为这时可以利用两个平衡绕组。

变流器和执行原件放在一个外壳内，为了便于对执行原件单独的校验调整和实验变流器特性时的须要，执行原件的线圈与变流器的二次绕组，平衡绕组与工作绕组是通过连接板相互连接的，因而可以调整试验时接通或断开相应的电路。

5原理图

5.1保护测量电路

差动保护测量电路如图1所示

图5.1差动保护测量电路原理图

5.2低电压启动的过电流保护电路

低电压启动的过电流保护原理接线图如图2所示。

图5.2低电压启动的过电流保护原理接线图

5保护评价及结论

一旦变压器内部出现故障时，差动保护与瓦斯保护能否正确反映出来，这与它们的设计原理是密切相关的。

主变压气差动保护是按循环电流原理设计制造的，而瓦斯保护是根据变压器的内部故障时会产生或分解气体，针对这一特点设计制造的。

两种保护由于基本原理不一样，因而在作用和保护范围上也有所不同。

他们的区别为：

差动保护是变压器的主保护，瓦斯保护为变压器内部故障时的主保护。

另一个区别是差动保护可装在变压器、发电机、分段母线线路上，而瓦斯保护为变压器独有的保护。

差动保护的优点是能够迅速有选择切除保护范围的故障。

其缺点是对变压器内部不严重的匝间短路反映不够灵敏。

参考文献

[1]张保会.尹项根主编.电力系统继电保护[M].北京:

中国电力出版社,2005.

[2]贺家李.李永丽主编.电力系统继电保护原理（第四版）[M].北京:

中国电力出版社,2010.

[3]杨奇逊.黄少锋主编.微型机继电保护基础（第三版）[M].北京:

中国电力出版社,2007.

[4]谭秀炳主编.铁路电力与牵引供电系统继电保护（第二版）.成都:

西南交通大学出版社,2011.