电力系统继电保护课程设计

指导教师评语

平时（30） 修改（40） 报告（30） 总成绩

专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 电气091 姓 名： XXX 学 号：

指导教师： 王思华

兰州交通大学自动化与电气工程学院

2012 年 7月 7日

电力系统继电保护课程设计报告

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外部短路的最大短路电流为2400A、最小短路电流为2000A，110kV侧电流互感器变比为300/5，27.5kV侧电流互感器变比为900/5；可靠系数取。试对牵引变压器进行相关保护的设计。

1.2 要求完成的内容

(1) 保护的配置及选择； (2) 保护配合及整定计算； (3) 保护原理展开图的设计； (4) 对保护的评价。

2 分析课题的内容

2.1 设计规程

2.1.1 对继电保护性能的要求

继电保护装置应满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求。在电路出现故障状态时，继电器可以有选择性的有效地动作，起到保护电路的作用。 2.1.2 异常运行保护

异常运行保护是反应被保护电力设备或线路异常运行状态的保护。

2.2 本设计保护配置

2.2.1 主保护配置

主保护由瓦斯保护和纵联差动保护构成，用于反应变压器上的短路故障。瓦斯保护用于反应变压器油箱内部的短路故障。纵联差动保护既能反应变压器油箱内的短路故障，也能反应油箱外引出线及母线上发生的短路故隐。 主要保护为瞬时动作，且动作后变压器各侧断路器均跳闸，变压器退出运行。

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2.2.2 后备保护配置

(1) 过电流保护

作为变压器短路故障的后备保护。当主要保护拒动时，由后备保护经一定延时后动作，变压器退出运行。过电流后备保护包括变压器110kV侧过电流保护和中性点零序过电流保护。110kV侧过电流保护实际采用低电压起动的过电流保护，以提高过电流保护的灵敏度。中性点零序过电流保护作为变压器高压侧接地短路故障及相邻元件（110kV进线）接地短路故障的后备保护。

(2) 变压器外部短路故障的电流保护

该保护设于变压器的27.5kV侧，作为27.5kV母线短路故障的保护和牵引网短路故障的后备保护。为提高过电流保护的灵敏度，实际也采用低电压启动的过电流保护。需要指出的是，当变压器外部发生短路故障时，主要保护是不动作的，若27.5kV侧低压起动过电流保护拒动，则可由110kV侧低压起动过电流保护经延时后动作，变压器退出运行。但故障影响范围扩大了。

3 保护的配合及整定计算

3.1 主保护的整定计算

变压器一、二次回路电流计算值见表3.1。

表3.1 变压器一、二次回路电流计算值

序号 1 2 3 4 5 6 参数 电压侧 变压器额定电流 电流互感器连线方式 电流互感器一次电流计算值 标准变比 二次回路额定电流 110kV 数值 27.5kV 25000?131 3?110星形联结 25000?525 3?27.5三角形联结 525A 3?131?227A 300?5 600?5 3?131?3.78A 60525?2.92A 180

(1) 躲开外部短路故障时的最大不平衡电流，整定式为

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Iset?KrelIunb.max

式中：Krel为可靠系数，取Krel=1.3；

(3.1)

Iunb.max为外部短路故障时的最大不平衡电流。包括电流互感器和变压器变比不完全匹配产生的最大不平衡电流和互感器传变误差引起产生的最大不平衡电流。

Iunb.max?(?fza??U?0.1KnpKst)Ik.max

式中：Ik.max为外部短路故障时最大短路电流，Ik.max=2400(A)；

(3.2)

Yd11接线三相?fza为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，变压器的计算公式为?fza=|1-nTA1nT3nTA2|=|1-60?11027.53?180|=0.23；

?U为变压器分接头引起的相对误差，一般可取调整范围的一半；

0.1为电流互感器容许的最大稳态相对误差；

Kst为电流互感器同型系数，取为1；

Knp为非周期分量系数，取1.5~2，当采用速饱和变流器时，由于非周期分量会使其饱和，抑制不平衡输出，可取为1。

将上述取值均带入式(3.1)、(3.2)，可得

Iset=1.3?(0.23+0.05+0.1?1?1)?2400=1185.6(A)

(2) 躲过变压器最大的励磁涌流，整定式为

Iset?KrelKμIN

式中：Krel为可靠系数，取1.3；

(3.3)

IN为变压器额定电流；

Kμ为励磁涌流最大倍数，由于选取BCH-2型继电器，故选1。 将上述取值均带入式(3.3)，可得

Iset?1.3?1?525=682.5(A)

(3) 躲开电流互感器二次回路断线引起的差电流。变压器某侧电流互感器二次回路断线时，另一侧电流互感器的二次侧电流全部流入差动继电器中，要引起保护的误动。有的差动保护采用断线识别的辅助措施，在互感器二次回路断线是将差动保护闭锁。若没有断线识别的措施，则差动保护的动作电流必须大于正常运行情况下变压器的最大负荷电流，即

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Iset?KrelIl.max

式中：Krel为可靠系数，取1.3；

(3.4)

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

将上述取值均带入式(3.4)，可得

Iset?1.3?1?525=682.5(A)

综上所述，以第一条件为最大，故其整定值为Iset=1185.6(A)。

(4) 校验灵敏度 灵敏度校验公式为

Ksen?Ik.min Iset (3.5)

式中：Iset为整定电流值；

Ik.min为最小短路电流。 将数据带入式(3.5),可得

Ksen?2000?1.7?2

1185.6灵敏度校验符合要求。

3.2 后备保护的整定计算

3.2.1 过电流保护

过电流保护装置的动作电流IACT，应能躲开变压器正常运行时的最大负荷电流

IL.max。过电流保护的灵敏系数Ksen按式Ksen?Ik.min计算。作为主保护时，Ksen用变压器IACT负荷侧母线最小两相短路电流校验，应不小于1.5，作为后备保护时，Ksen用保护区末端最小两相短路电流校验，应不小于1.25。过电流保护的时限特性应按阶梯形原则确定。

IL.max?PN?0.1PN?577.4A

3?27.5- 4 -

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IACT?KrelKss1.2?1.5IL.max??577.4?1222.7A KR0.85Ik.min2000??1.6 IACT1222.7Ksen?满足灵敏度要求可以使用。 3.2.2 低电压启动的过电流保护

低电压启动的过电流保护增加低电压启动元件后，只有当电流增大，电压降低且都达到整定值时，保护装置才能动作于跳闸。

低电压启动过电流保护的整定原则如下： 过电流元件：动作电流按式IACT?IKrel?IN确定。灵敏系数按式Ksen?k.min计算。

IACTKRUmin确定；灵敏系数按Ksen?UACT校验，作

KR?KrelUK.max低电压元件：动作电压按式UACT?为主保护时，应不小于1.5；作为后备保护时，应不小于1.2。 3.2.3 过负荷保护

对于牵引变压器可按式IACT?KOLIN式中KOL为牵引变压器过负荷系数。由题可知：

IACT?KOLIN?2?525?1050A

由于牵引负荷的特点，过负荷电流持续时间很短，通常为0.5~2min，所以，如果采用普通变压器作为牵引变压器，KOL一般可取1.3~1.5，动作时延t取9s。

4 继电保护设备的选择

4.1 互感器的选择

根据额定电压以及运行的要求，高压侧可以选用LQJ-110型互感器，低压侧可以选用LMZJ1-27.5型互感器。

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4.2 变压器的选择

主保护的继电器可以选用BCH-2型差动继电器，后备保护可以选用DL-24C型过流继电器和DY-28C/160型低电压继电器。

5 原理图的绘制

5.1 保护原理电路

电流纵差动保护电路如图5.1所示。低电压启动的过电流保护原理图如图5.2所示。

??I?YB??IYBI?YC??I?YA??I?YB??I?YC??I?YA??IYAIdIdId?Ida?I?db??I?dA??IdAI?I?dc??I?dB??dB?I?dA?I?dC?IdC

图5.1 电流纵差动保护原理图

高压侧QF1TAI>I>>1I>QF2U>低压侧U>~TVU>H1&Y1>1H2t0QF1.QF2

图5.2 低电压启动的过电流保护原理图

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5.2 保护展开电路

保护展开电路如图5.3所示。

1KD2KD3KD1KT2KTKG2KG11KV2KV3KV1KA2KA3KA8KA4KA5KA1KMEI3KT7XB2KT2KTR23KTR32KS3KS4KS2XB3XBXB1XS1XB1KMEu差动保护2KMEuR67KSKM低电压启动过电流保护接地保护重瓦斯保护轻瓦斯保护保护出口继电器6KT4KT1KMEKM5KS4KT8XB9XB4KTR4低电压启动过电流保护至2QF分闸回路5KTR527..5kVa相4XB5XB6XBKM1KTI1KTR1低电压启动过电流保护7KA接地保护装置过负荷保护装置至110kV1QF分闸回路5KTKM6KS10XB11XB5KT2KME

图5.3 保护展开电路

I.27.5过电流保护kVb相至3QF分闸回路低电压启动

6 保护的评价

电力系统中的发电机、变压器、输电线路、母线以及用电设备，一旦发生故障，迅速而有选择的切除故障设备，既能保护电气设备免遭破坏，又能提高电力系统的稳定性，是保证电力系统及其设备安全运行最有效的方法之一。

对于一个电路而言尤其是电压比较高的一次电路没有保护是比较危险的，而对于保护电路而言追求更好的速动性、灵敏性、可靠性是它永恒的主题。在保护的整定计算及设备的选择过程中我们需要考虑变压器可能出现的所有的不正常状况及线路上可能出现的所有状况。

本文对题目所给牵引变压器的保护设计能很好的完成对题目所给变压器的保护，至于图中所画变压器的接地保护由于牵引变压器是否接地由当地电力供电部门决定，所以只在图中画出未加整定计算。

变压器内部的故障可被瓦斯保护和差动保护检测到并及时跳闸以从电路中切除故障起到保护电路和变压器的目的。变压器外部故障并其他保护无动作时变压器的后备保护可以起到保护的作用。给变压器的安全可靠运行提供了有效的保障。

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参考文献

[1] 张保会,尹项根.电力系统继电保护(第二版）[M].北京:中国电力出版社,2009. [2] 谭秀炳.铁路电力与牵引供电系统继电保护[M].成都:西南交通大学出版社,2007. [3] 于永源,杨绮雯.电力系统分析 [M].北京:中国水利水电出版社,2007. [4] 许建安.继电保护整定计算[M].北京:中国水利水电出版社,2001.

[5] 杨正理,黄其新,王士正.电力系统继电保护原理及应用[M].北京:机械工业出版社,2010.

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