兰州交通大学继电保护课程设计

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1004 姓 名： 阮学刚 学 号： 201009307 指导教师： 任丽苗

兰州交通大学自动化与电气工程学院

2013 年7月 18日

继电保护原理课程设计报告

1 设计原始材料

1.1 具体题目

某牵引变电所甲采用直接供电方式向复线区段供电，牵引变压器类型为110/27.5kV，三相/Y接线。两供电臂电流归算到27.5kV侧电流如下表1所示。

表1

牵引变电所 供电臂 长度km 24.6 20.4 端子 平均电流A 有效电流A 短路电流A β α 182 140 263 219 923 774 甲

对该牵引变电所牵引变压器进行相关保护设计。

1.2 要完成的内容

本设计要完成的内容有：对变压器进行主保护和后备保护的选择；根据给定的资料对所选择的保护进行整定及计算。使之最终达到变压器在任何故障下都能迅速的切断故障，快速恢复运行。

2 设计的课题内容

2.1 本设计的保护配置

2.1.1 主保护配置

为了满足电力系统稳定方面的要求，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。

(1) 瓦斯保护

电力变压器通常是利用变压器油作为绝缘和冷却介质。当变压器油箱内故障时，在故障电流和故障点电弧的作用下，变压器油和其他绝缘材料会因受热而分解，产生大量气体。气体排出的多少以及排出速度，与变压器故障的严重程度有关。利用这种气体来实现保护的装置，称为瓦斯保护。瓦斯保护的主要元件是气体继电器，它安装在油箱和油枕之间的连接管道上，气体继电器有两个输出触点：一个反应变压器内部的不正常情况或轻微故障，称为轻瓦斯；另一个反应变压器的严重故障，称为重瓦斯。轻瓦斯动作于信号，使运行人员跳开电压器各侧断路

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器。气体继电器的大致原理如下：变压器发生轻微故障时，油箱内产生的气体较少且速度慢，由于油枕处在油箱的上方，气体沿管道上升，使气体继电器内的油面下降，当下降到动作门槛时，轻瓦斯动作，发出警告信号。发生严重故障时，故障点周围的温度剧增而迅速产生大量的气体，变压器内部压力升高，迫使变压器油从油箱经过管道向油枕方向冲去，气体继电器感受到油速达到动作门槛时，重瓦斯动作，瞬时作用于跳闸回路，切除变压器，以防事故扩大。

(2) 纵差动保护

电流纵差动保护不但能正确区分区内外故障，而且不需要与其它元件的保护配合，可以无延时的切除区内各种故障，具有明显的独特的优点。本设计中变压器的主保护主要选电流纵差动保护，差动保护是变压器内部、套管及引出线上发生短路故障时的主保护，不需与其它保护配合，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。对于升压变压器或者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。 2.1.2 后备保护配置

除了主保护外，变压器还应装设相间短路和接地短路的后备保护。后备保护的作用设为了防止由外部故障引起的变压器绕组过电流，并作为相邻元件保护的后备以及在可能的条件下作为变压器内部故障时主保护的后备。变压器的相间短路后备保护通常采用过电流保护，但是对于容量较大的降压变压器，为了满足灵敏度的要求，需要采用低电压启动的过电流保护。

3 保护的配合及整定计算

3.1 主保护的整定计算

3.1.1 额定值的计算

本设计选择变压器型号为：SF—12500/110。 (1) 变压器一次侧额定电流 110kV侧：

IHN1250065.61A

311012500262.43A

327.527.5kV侧：

ILN 2

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(2) 电流互感器变比

110kV侧：65.613/5113./5，选择：120/5

nTA112024 5500100 5

27.5kV侧：262.433/5454.54/5，选择：500/5

(3) 电流互感器二次电流

电流互感器的二次额定电流计算公式为

I2NnTA2

KconI1N (1) nTA式中 Kcon——电流互感器接线系数，星形接Kcon1；三角形接线系为Kcon3。 由式(1)得：

110kV侧：

I2N65.612.73(A) 24

27.5kV侧：

I2N3262.434.53(A)

1003.2 主保护的整定计算

3.2.1 纵差动保护的整定计算

(1) 纵差动保护电流的整定原则

①躲过外部短路故障时的最大不平衡电流，整定式为

IsetKreIlunb.m a (2)

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

感器传变误差引起的最大不平衡电流。又有

Iunb.max(fzaU0.1KnpKst)Ik.max (3)

式中 Ik.max——外部短路故障时的最大短路电流；

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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，单相变压器按fza1nTA1nTnTA2计算；

U——由变压器分接头改变引起的相对误差，一般可取调整范围的一半，因为本课程设计采用分接头电压比为11022.5%，则U=0.05； 0.1——电流互感器容许的最大稳态相对误差； Kst——电流互感器同型系数，取为1；

Knp——非周期分量系数，采用速饱和变流器，可取1。 将式(3)代入式(2)得：

Iset1.3(0.040.050.1)923228.1(A)②躲过变压器最大的励磁涌流，整定式为

IsetKrelKμIN (4)

式中 Krel——可靠系数，取1.3~1.5； IN——变压器的额定电流；

Kμ——励磁涌流的最大倍数，采用加强型速饱和变流器的差动保护时，取

Kμ=1。

由式(4)得：

Iset1.4262.43367.4(A)

③躲过电流电感器二次回路断线引起的差电流，整定式为

IsetKrelIl.max (5)

式中 Krel——可靠系数，取1.3；

Il.max——变压器的最大负荷电流，可取变压器的额定电流。 由式(5)得：

Iset1.3262.43341.1(A)

综合上面三个条件计算出的纵差动保护的动作电流，并选取最大值。因此整定电流值Iset367.4(A)。

(2) 纵差动保护灵敏系数的校验

27.5kV侧两相短路最小电流为Ik.min.r774(A) 灵敏度校验式为

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Ksen满足灵敏度要求。

Ik.min.r7742.12 Iset367.43.3 后备保护的整定计算

3.3.1 过电流保护的整定计算

(1) 保护的启动电流按照躲过变压器可能出现的最大负荷电流来整定即

IsetKrelIL.max (6) Kre式中 Krel——可靠系数，取1.2～1.3；

Kre——返回系数，取0.85～0.95；

IL.max——变压器可能出现的最大负荷电流，可取变压器额定电流。 对于降压变压器，应考虑电动机自启动时的最大电流，计算式为

IL.maxKssI'L.max (7)

式中 I'L.max——正常工作时的最大负荷电流(一般为变压器的额定电流)； Kss——综合负荷的自启动系数，取Kss=1.5。 将式(7)代入式(6)得：

IsetKrel1.2KssIL-max1.5262.43497(A) Kre0.95(2) 灵敏度校验 灵敏度校验式为

KsenIk.min7741.61.5 Iset497故满足要求。

4 接线图的绘制

继电保护接线图一般可以用原理接线图和展开图两种形式来表现。本设计采用展开图，因为在展开图中交、直流回路分开表示，方便进行回路的分析与检查。交、直流回路展开图分别如图1和图2所示。

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1KD1TA1TA1TAU2KD3KD+WC1KD2KD3KD1KS1XB2XB3XB差动保护回路12XB4R13XB3KS-WCKM差动保护瓦斯保护过电流保护QF1跳闸QF2跳闸-WSVWKG1KA1KA1KAKMKM+WS2KS1KT4KS3TA3TA3TA7XBUV4XB5XB6XBQF1QF2YRYRW2TA2TAUV8XB9XB1KA2KA4KA3KA2TAW10XB11XB过电流保护回路1KS2KS3KS4KS差动信瓦号斯回路过电流

图1 交流回路展开图 图2 直流回路展开图

5 结论

本次针对牵引变电所牵引变压器进行继电保护的设计，保护分为主保护和后备保护，主保护采用纵差动保护和瓦斯保护，电流纵差动保护不但能够正确区分区内外故障，而且不需要与其他元件的保护配合，可以无延时地切除区内各种故障，具有独特的优势。对纵差动保护进行保护整定计算，得出灵敏度符合保护要求。后备保护采用过电流保护和低电压启动保护，过电流时灵敏度往往不能满足要求，因此要配合上低电压启动的电流保护，使整个系统更能满足运行的安全性，稳定性。对其进行整定计算后，灵敏度符合线路的运行要求。最后对展开图、跳闸回路进行绘制，使整个设计报告更趋于完整。

参考文献

[1] 张宝会,尹项根.电力系统继电保护[M].北京:中国电力出社,2005.

[2] 于永源,杨绮雯.电力系统分析(第三版)[M].北京:中国水利水电出版社,2007. [3] 许建安.继电保护整定计算[M].北京:中国水利水电出版社.2001.

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