河南理工继电保护课程设计

河南理工大学电气工程及其自动化专业《继电保护课程设计》报告（2016——2017学年第二学期）姓名：专业班级：电气本1603学号：报告批改情况教师签字批改日期报告成绩（百分制）报告评语河南理工大学电力系-2-课程设计答疑记录答疑时间辅导内容导师签字答辩记录-3-课程设计任务：根据以上资料，对本变电站进行保护配置与整定计算。1课程设计的目的（1）加深课堂理论的学习和理解；（2）得到一定的工程实践锻炼；（3）获得将基础理论知识与具体工程实例相结合，从而解决实际问题的能力。2保护配置分析2.1变压器保护配置分析电力变压器是电力系统中大量使用的重要电气设备，它的故障将对供电可靠性和系统的正常运行带来严重的影响，它的安全运行是电力系统稳定运行的必要条件。由于大同量的电力变压器是十分昂贵的元件，因此，必须根据变压器的容量和重要程度来考虑装设性能良好、工作可靠的继电保护装置。变压器的内部故障可以分为油箱内和油箱外故障两种。油箱内故障包括绕组的相间短路、接地短路、匝间短路以及铁芯的烧毁等。对于变压器来讲，这些故障都是十分危险的，因为油箱内部发生故障所产生的电弧，将引起绝缘物质的剧烈气化，从而可能引起爆炸，因此这些故障应该尽快加以切除。油箱外的故障，主要是套管和引出线上发生的相间短路和接地短路。上述接地短路均是对中性点直接接地的电力网的一侧而言。变压器的不正常工作状态主要有：由于变压器外部相间短路引起-4-的过电流，外部接地短路引起的过电流和中性点过电压；由于负荷产国额定容量引起的过负荷，以及由于漏油等原因而引起的油面降低。此外，对于大容量变压器，由于其额定工作时的磁通密度相当接近于铁芯的饱和磁通密度，因此在过电压或者低频率等异常运行方式下，还会发生变压器的过励磁故障。对于上述故障和异常工作状态及容量等级和重要程度，根据《规程》的规定，变压器应装设相应保护装置。2.1.1变压器保护配置原则（1）电压在10kV以上、容量在10MVA及以上的变压器，采用纵差保护。对于电压为10kV的重要变压器，当电流速断保护灵敏度不符合要求时也可采用纵差保护。（2）纵联差动保护应满足下列要求：a.应能躲过励磁涌流和外部短路产生的不平衡电流；b.在变压器过励磁时不应误动作；c.在电流回路断线时应发出断线信号，电流回路断线允许差动保护动作跳闸；d.在正常情况下，纵联差动保护的保护范围应包括变压器套管和引出线，如不能包括引出线时，应采取快速切除故障的辅助措施。在设备检修等特殊情况下，允许差动保护短时利用变压器套管电流互感器，此时套管和引线故障由后备保护动作切除。（3）对外部相间短路引起的变压器过电流，变压器应装设相间短路后备保护。保护带延时跳开相应的断路器。相间短路后备保护宜选用过电流保护、复合电压（负序电压和线间电压）启动的过电流保护或复合电流保护（负序电流和单相式电压启动的过电流保护）。-5-（4）对降压变压器，升压变压器和系统联络变压器，根据各侧接线、连接的系统和电源情况的不同，应配置不同的相间短路后备保护，该保护宜考虑能反映电流互感器与断路器之间的故障。（5）如变压器低压侧无专用母线保护，变压器高压侧相间短路后备保护，对低压侧母线相间短路灵敏度不够时，为提高切除低压侧母线故障的可靠性，可在变压器低压侧配置两套相间短路后备保护。该两套后备保护接至不同的电流互感器。（6）相间后备保护对母线故障灵敏度应符合要求。为简化保护，当保护作为相邻线路的远后备时，可适当降低对保护灵敏度的要求。（7）在中性点直接接地的电网中，如变压器中性点直接接地运行，对单相接地引起的变压器过电流，应装设零序过电流保护，保护可由两段组成，其动作电流与相关线路零序过电流保护相配合。每段保护可设两个时限，并以较短时限动作于缩小故障影响范围，或动作于本侧断路器，以较长时限动作于断开变压器各侧断路器。（8）规定装设零序过电流保护，满足变压器中性点直接接地运行的要求。此外，应增设零序过电压保护，当变压器所连接的电力网失去接地中性点时，零序过电压保护经0.3s～0.5s时限动作断开变压器各侧断路器。（9）对变压器油温、绕组温度及油箱内压力升高超过允许值和冷却系统故障，应装设动作于跳闸或信号的装置。（10）变压器非电气量保护不应启动失灵保护。-6-2.1.2变压器保护配置方案由变压器的配置原则以及变压器的各个参数可知：变压器应采用纵联差动保护以及相间短路的后备保护。2.2线路保护配置分析2.2.1线路保护配置原则供电系统中大量的不同类型的电气设备通过线路联结在一起。受线路运行环境复杂，线路分布广阔等因素的制约，故障在电力系统中的发生几乎是无法避免的，而各个环节之间又是相辅相成缺一不可的关系，因此无论哪一个环节出现故障，都会对整个系统的正常运行造成影响。输电线路是连接供电部门与用电部门的纽带，是整个电力系统的网络支撑，因此线路的安全运行是电力系统稳定运行的必要条件。电力系统庞大而复杂，但对线路保护而言，可将电网结构分成简单的单侧电源辐射网络线路和双侧电源复杂网络线路，本例以单侧电源辐射网络进行分析配置。单侧电源辐射网络包括相间短路的电流保护和相间短路的距离保护。在相间短路的电流保护中，反映被保护原件本身的故障，并以尽可能短的时限切除故障的保护称为主保护，主保护包括电流速断保护（电流I段保护）和限时电流速断保护（电流II段保护），而主保护或断路器拒动时用来切除故障的保护称为后备保护，主要是定时限过电流保护（电流III段保护）。电流I段保护能根据电网实时运行方式和故障类型自动生成或调整动作判据，具有优良的动作性能。-7-电流II段保护在任何情况下都能保护本线路的全长，并具有足够的灵敏性和最小的动作时限。电流III段保护不仅能够保护本线路的全长，而且也能保护相邻线路的全长，起到后备保护的作用。而相间短路的距离保护，是反应故障点至保护安装点之间的距离，并根据距离的远近而确定是否动作的一种保护装置。距离保护也为三段式保护，分为距离I段，距离II段和距离III段。距离I段和距离II段联合工作就成本线路的主保护，而距离III段作为相邻线路保护装置和断路器拒绝动作的后备保护，同时也作为距离I，II的近后备保护。2.2.2线路保护配置方案方案本例10kv单侧电源线路，可装设两段过电流保护，第一段为不带时限的电流速断保护，第二段为带时限的过电流保护。由于限时电流速断保护主要考虑使它的保护范围不超出下一条线路速断保护的范围和动作时限比下一条线路的速断保护高出一个时间阶段，而此线路不存在下一条线路之说，所以此线路不必考虑限时电流速断保护即电流II段保护。而对于10kv线路来说，电流保护足以满足选择性，灵敏性和快速切除故障的要求，与距离保护相比，电流保护又具有简单，经济，工作可靠的特点，所以10kv线路一般选择电流保护而非距离保护。-8-3.保护整定计算3.1变压器保护整定计算3.1.1比率制动式纵差保护的整定原则（1）最小启动电流的二次差值..oproI的整定：按躲过变压器的最大负荷时的不平衡电流整定，即...2(2)oprorelerrNNIKkUmI（1）式中relK——可靠系数，取1.3~1.4；.errNK——电流互感器在二次额定电流2NI下的比值误差，.0.03(10)errNKP;U——变压器分接头调节引起的误差；m——电流互感器（TA）和辅助电流互感器（TAA）变比未完全匹配产生的误差，0.05m。一般可取..2(0.2~0.5)oproNII求得0.294在0.2～0.5之间，符合要求。（2）起始制动电流的二次值𝐼𝑟𝑒𝑠.𝑟.𝑜的选取..2resroNII（2）（3）最大制动系数𝐾𝑟𝑒𝑠.𝑚𝑎𝑥和制动特性斜率m𝐼𝑘.𝑚𝑎𝑥——流过靠近故障侧的TA的最大外部短路周期分量电流二次值；-9-对于两绕组变压器，外部短路的最大不平衡电流𝐼𝑢𝑛𝑏.𝑚𝑎𝑥可简化为.max.max()unbsenperrkIKKKUmI（3）𝐾𝑛𝑝－电流互感器的非周期分量系数，对于5P或10P型，取1.5～2。最大制动系数为.max.maxunbresrelresIKKI式中𝐼𝑟𝑒𝑠——纵差保护制动电流，它与纵差保护原理、制动回路接线方式有关，对于两绕组变压器有𝐼𝑟𝑒𝑠=𝐼𝑘.𝑚𝑎𝑥。图一如图1所示为纵差保护比率制动特性。图中特性起点（B点）的横坐标对应于起始制动电流的二次值𝐼𝑜𝑝.𝑟.𝑜应不大于电流互感器二次额定电流𝐼2𝑁，即外部短路电流𝐼𝑘大于电流互感器一次额定电流𝐼1𝑁时，继电器呈比率制动特性，𝐼𝑘越大，则保护动作电流越大，即-10-1..2NresroNTAIIIK由式（3）𝐼𝑢𝑛𝑏.𝑚𝑎𝑥由式（4）计算最大动作电流二次值𝐼𝑜𝑝.𝑟.𝑚𝑎𝑥，即..max.maxoprrelunbIKI（4）由式（1）可求出𝐼𝑜𝑝.𝑟.𝑜，确定制动特性A点的坐标(0,𝐼𝑜𝑝.𝑟.𝑜)。由式（2）可求出𝐼𝑟𝑒𝑠.𝑟.𝑜，确定制动特性B点坐标(𝐼𝑟𝑒𝑠.𝑟.𝑜,𝐼𝑜𝑝.𝑟.𝑜)。由式（4）可以算出𝐼𝑜𝑝.𝑟.𝑚𝑎𝑥，由于最大制动电流𝐼𝑟𝑒𝑠.𝑚𝑎𝑥=𝐼𝑘.𝑚𝑎𝑥（二次值），可确定C点坐标(𝐼𝑟𝑒𝑠.𝑚𝑎𝑥，𝐼𝑜𝑝.𝑟.𝑚𝑎𝑥)。由此，图中比率制动特性A、B、C三点完全确定。比率制动特性斜率m在𝐼𝑜𝑝.𝑟.𝑜≤𝐼𝑜𝑝.𝑟.𝑚𝑎𝑥和𝐼𝑟𝑒𝑠.𝑟.𝑜≤𝐼𝑜𝑝.𝑟.𝑚𝑎𝑥条件下，可取m=𝐾𝑟𝑒𝑠.𝑚𝑎𝑥，即.max....max..opoproresrresroIImII（5）（4）内部短路的灵敏系数校验计算系统在最小运行方式下，变压器出口金属性短路的最小短路电流周期分量的电流二次值𝐼𝑘.𝑚𝑖𝑛和计算相应的制动电流𝐼𝑟𝑒𝑠，由差动继电器的比率制动特性查出对应继电器动作电流𝐼𝑜𝑝.𝑟则灵敏系数计算式为(2).min.min.2.0ksoprIKI（6）-11-3.1.2差动速断保护的整定计算为加速切除变压器内部故障，可增设差动速断保护，其动作电流按躲过励磁涌流整定，即..maxoprrelexsIKI（7）式中.maxexsI——变压器实际的最大励磁涌流（二次值）;relK——可靠系数，取1.15～1.30。实际励磁涌流.maxexsI是很难确定的电流，降压变压器可取.max(4~8)exsNTII，如按式（6）校验灵敏系数不合格时，则取消差动速断保护。3.1.3防止励磁涌流引起误动的措施二次谐波制动二次谐波制动的判据一般取2115%~20%II（８）式中1I——基波电流；2I——二次谐波电流。3.1.4变压器相间短路的后备保护整定计算（1）变压器的过电流保护1）保护装置动作电流按躲过变压器的最大负荷电流整定-12-.maxrelopLreKIIK（９）式中relK——可靠系数，取1.2～1.3；reK——返回系数，取0.9。对降压变压器应考虑负荷中电动机自启动时的最大电流，即.maxLssTNIKI（10）式中ssK——自启动系数，其值与负荷性质及用户与电源的电气距离有关，对于110kV降压变电站的6～10kV侧，取=1.5~2.5ssK．2）按躲过电流变压器母线自动投入负荷时的总负荷整定.max.oprelLssLaIKIKI（11）式中relK——可靠系数，取1.2；.maxLI——运行时最大负荷电流；ssK、.LaI——分别为自动投入负荷的自启动系数和自动投入负荷电流。3）与变压器低压侧出线保护配合时，有.oprelopnIKI（12）式中relK——可靠系数，取1.2～1.5；.opnI——出线保护的动作电流中最大值。4）灵敏系数校验按变压器低压母线故障时的最小短路电流值计算(2).min.min2.0ksopIKI（13）-13