《電力系統(tǒng)繼電保護課程設計》兩臺三繞組變壓器線路繼電保護一、目的任務電力系統(tǒng)繼電保護課程設計是一個實踐教學環(huán)節(jié)，也是學生接受專業(yè)訓練的重要環(huán)節(jié)，是對學生的知識、能力和素質(zhì)的一次培養(yǎng)訓練和檢驗。通過課程設計，使學生進一步鞏固所學理論知識，并利用所學知識解決設計中的一些基本問題，培養(yǎng)和提高學生設計、計算，識圖、繪圖，以及查閱、使用有關技術資料的能力。本次課程設計主要以中型企業(yè)變電所主變壓器及相鄰線路為對象，主要完成繼電保護概述、主變壓器及線路繼電保護方案確定、短路電流計算、繼電保護裝置整定計算、繪保護配置圖等設計和計算任務。為以后深入學習相關專業(yè)課、進行畢業(yè)設計和從事實際工作奠定基礎。二、設計內(nèi)容1、主要內(nèi)容（1）熟悉設計任務書，相關設計規(guī)程，分析原始資料，借閱參考資料。（2）繼電保護概述，主變壓器繼電保護方案確定，線路保護方案的確定。（3）短路電流計算。（4）繼電保護裝置整定計算。（5）各種保護裝置的選擇。（6）撰寫設計報告，繪圖等。序號實踐/實習/實驗項目名稱教學時數(shù)機動1熟悉設計任務書，相關設計規(guī)程，分析原始資料，借閱參考資料等42繼電保護概述，主變壓器、線路繼電保護方案確定等63各繼電保護原理圖設計，短路電流計算等84繼電保護裝置整定計算105各種保護裝置的選擇46撰寫設計報告，繪圖等87考核4合計44（2周）2、原始數(shù)據(jù)某變電所電氣主接線如圖1所示，已知兩臺變壓器均為三繞組、油浸式、強迫風冷、分級絕緣，SFSZ7-50000/110,其參數(shù)如下：SN=50MVA；電壓為110±8×1．25％／38.5±5％／10.5kV；接線為YN/y/d11（Y0/y/Δ-12-11）；短路電壓UHM（%）=10.5，UHL（%）=18，UML(%)=6.5。兩臺變壓器同時運行，110kV側(cè)的中性點只有一臺接地，若只有一臺運行，則運行變壓器中性點必須接地，其余參數(shù)如圖1。3、設計任務結合系統(tǒng)主接線圖，要考慮L1L2兩條110kV高壓線路既可以并聯(lián)運行也可以單獨運行。針對某一主變壓器及相鄰線路的繼電保護進行設計，變壓器的后備保護（定時限過電流電流）作為線路的遠后備保護。已知條件如下：變壓器35kV母線單電源輻射形線路L5L6的保護方案擬定為三段式電流保護，保護采用兩相星形接線，饋出線定時限過流保護最大的時限為2.5s，線路L5L6的正常最大負荷電流為380A，變壓器10kV母線母線單電源輻射形線路L3L4的保護方案擬定為三段式電流保護，保護采用兩相星形接線，饋出線定時限過流保護最大的時限為2.2s，線路L5L6的正常最大負荷電流為200A，L1L各線路均裝設距離保護，試對其相間短路保護I,II,III段進行整定計算，即求各段動作阻抗ZOPI,ZOPII,ZOPIII和動作時限t1I、t1II、t1III,并校驗其靈敏度,線路L1L2的最大負荷電流為變壓器額定電流的2倍，功率因數(shù)cos=0.9,各線路每千米阻抗Z1=0.4,阻抗角L=700,電動機自啟動系數(shù)KSS=1.5，繼電器的返回系數(shù)Kre=1.2,并設Krel`=0.85,Krel``=0.8,Krel```=1.2,距離III段采用方向阻抗繼電器，變壓器主保護采用能保護整個變壓器的無時限縱差保護，變壓器的后備保護作為線路的遠后備保護。變壓器相鄰線路L1L2零序電流I段整定值為1670A,變壓器相鄰線路零序電流III段整定值為560A.注：名單序號為5,6的同學，用圖中Skmax=1010MVA，Skmin=510MVA進行計算L1=L2=6.5km,L3=L4=10km，L5=L6=25km繼電保護概述在電力系統(tǒng)運行中，外界因素（如雷擊、鳥害等）、內(nèi)部因素（絕緣老化，損壞等）及操作等，都可能引起各種故障及不正常運行的狀態(tài)出現(xiàn)，常見的故障有：單相接地；三相短路；兩相短路；兩相接地短路；斷線等。電力系統(tǒng)非正常運行狀態(tài)有：過負荷，過電壓，非全相運行，振蕩，次同步諧振，同步發(fā)電機短時失磁異步運行等。可見,繼電器是一種自動電器，當它的輸人量達到繼電器的整定值時，它的輸出量發(fā)生突變而使斷路器跳閘。它由測量元件、邏輯元件和執(zhí)行元件組成。測量元件將被保護對象(電氣設備或輸電線路)輸入的信息(如電流、電壓等)與預先給定的信息(稱為整定位)進行比較，鑒別被保護對象有無故障或不正常工作情況，并輸出相應的信息。邏輯元件根據(jù)測量元件輸出的信息，判斷保護裝置是否該動作于跳閘或動作于信號，是否需要延時等，輸出相應的信息。執(zhí)行冗件根據(jù)邏輯元件輸出的信息，送出跳閘指令至斷路器拌制問路或發(fā)出報管信息至報警信號回路。報警信號的作用是向運行人員提示系統(tǒng)或設備異常的信息，以便及時進行檢查和處理，防止事故擴大。電氣設備從正常工作到不正常工況或故障狀態(tài)，它的電氣量(如電流、電壓的大小和它們之間的相位角等)往往會發(fā)生顯著的變化，最基本的保護是電流保護和阻抗保護。電流保護是根據(jù)故障時電流顯著大于正常負荷值而動作的保護，即當I≥Izd時電流保護動作，式中Izd稱為電流整定值。阻抗保護是根據(jù)緝線電壓和線路電流的比值動作的，即當U/I≤Zzd時阻抗保護動作，式中Zzd稱為阻抗整定位。dl點短路后，短路時的阻抗主要是短路點到母線之間連接線路的阻抗，短路點距離母線越近，測量阻抗越小，故阻抗保護又稱為距離保護。此外，還有根據(jù)被保護元件(設備)內(nèi)部、還是外部短路時，被保護元件兩端電流的相件或功率的方向差別，分別構成的差動保護、相差高頻、方向高頻保護等。繼電保護裝置必須滿足的四個基本要求：1選擇性：當系統(tǒng)發(fā)生故障時，繼電保護裝置只將故障設備切除，使停電范圍盡量縮小，保證無故障部分繼續(xù)運行。2速動性：電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，要求能快速切除故障以提高電力系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性；減少用戶在電壓降低的異常情況下的運行時間，使電動機不致因電壓降低時間過長而處于停止轉(zhuǎn)動狀態(tài)，并利于電壓恢復時電動機的自起動，以加速恢復正常運行的進程；此外，還可避免擴大事故，減輕故障元件的損壞程度。3靈敏性：是指保護對其保護范圍內(nèi)的故障或不正常運行狀態(tài)的反應能力，對于保護范圍內(nèi)故障，不論短路點的位置在哪里，短路類型如何，運行方式怎樣變化，保護均應靈敏正確地反應。4可靠性：就是在保護范圍以內(nèi)發(fā)生屬于它應該動作的故障時，不應該由于它本身的缺陷而拒絕動作；而在其它任何不屬于它動作的情況下，不應該誤動作。保護原理的介紹1.縱差動保護：縱聯(lián)差動保護，即輸電線的縱聯(lián)差動保護，是用某種通信通道將輸電線兩端的保護裝置縱向聯(lián)結起來，將各端的電氣量（電流、功率的方向等）傳送到對端，將兩端的電氣量比較，以判斷故障在本線路范圍內(nèi)還是在線路范圍外，從而決定是否切斷被保護線路。2.零序保護：三相電流平衡時，沒有零序電流，不平衡時產(chǎn)生零序電流，零序保護就是用零序互感器采集零序電流，當零序電流超過一定值（綜合保護中設定），綜合保護接觸器吸合，斷開電路。零序電流互感器內(nèi)穿過三根相線矢量。正常情況下，三根線的向量和為零，零序電流互感器無零序電流。當人體觸電或者其他漏電情況下：三根線的向量和不為零，零序電流互感器有零序電流，一旦達到設定值，則保護動作跳閘。3.瓦斯保護：瓦斯保護是變壓器內(nèi)部故障的主保護，對變壓器匝間和層間鐵芯故障、套管內(nèi)部故障、繞組內(nèi)部斷線及絕緣劣化和油面下降等故障均能靈敏動作。當油浸式變壓器的內(nèi)部發(fā)生故障時，由于電弧將使絕緣材料分解并產(chǎn)生大量的氣體，從油箱向油枕流動，其強烈程度隨故障的嚴重程度不同而不同，反應這種氣流與油流而動作的保護稱為瓦斯保護，也叫氣體保護4.距離保護：該裝置的主要元件為距離（阻抗）繼電器，它可根據(jù)其端子上所加的電壓和電流測知保護安裝處至短路點間的阻抗值，此阻抗稱為繼電器的測量阻抗。當短路點距保護安裝處近時，其測量阻抗小，動作時間短；當短路點距保護安裝處遠時，其測量阻抗增大，動作時間增長，這樣就保證了保護有選擇性地切除故障線路。用電壓與電流的比值（即阻抗）構成的繼電保護，又稱阻抗保護，阻抗元件的阻抗值是接入該元件的電壓與電流的比值：U/I=Z，也就是短路點至保護安裝處的阻抗值。因線路的阻抗值與距離成正比，所以叫距離保護或阻抗保護。距離保護分為接地距離保護和相間距離保護等。距離保護分的動作行為反映保護安裝處到短路點距離的遠近。與電流保護和電壓保護相比，距離保護的性能受系統(tǒng)運行方式的影響較小。

5.電流速斷保護：電流速斷保護按被保護設備的短路電流整定，是指當短路電流超過整定值時，則保護裝置動作，斷路器跳閘。電流速斷保護一般沒有時限，不能保護線路全長（為避免失去選擇性），即存在保護的死區(qū)．為克服此缺陷，常采用帶時限的電流速斷保護以保護線路全長．時限速斷的保護范圍不僅包括線路全長，而深入到相鄰線路的無時限保護的一部分，其動作時限比相鄰線路的無時限保護大一個級差．6.短路故障的主保護：縱聯(lián)差動保護，重瓦斯保護，壓力釋放保護。其次，根據(jù)變壓器的容量，電壓等級及結構特點，可配置零差保護及分側(cè)差動保護。7.短路故障的后備保護：符合電壓啟動的過電流保護，零序過電流及零序方向過電流保護，負序過電流及負序方向過電流保護，符合電壓鎖閉功率方向保護，低阻抗保護等。8.異常運行保護：過負荷保護，過勵磁保護，變壓器中性點間隙保護，輕瓦斯保護，溫度，油位保護及冷卻器全停保護等。9.氣體保護：對于0.8MVA及以上的油浸式變壓器和0.4MVA及以上的車間內(nèi)油浸式變壓器，均應安裝氣體保護。當油箱內(nèi)故障產(chǎn)生輕瓦斯或油面下降時，應延時動作于信號；當產(chǎn)生大量瓦斯氣體時，應動作斷開變壓器各側(cè)斷路器。10.電流速斷保護：對于6.3MVA及以上廠用工作變壓器和并列運行的變壓器，以及10MVA及以下廠用備用變壓器和單獨運行變壓器，當后備時限大于0.5s時應裝設電流速斷保護。11.縱差保護：對于6.3MVA及以上廠用工作變壓器和并列運行變壓器，以及10MVA及以上廠用備用變壓器和單獨運行的變壓器，應裝設縱聯(lián)差動保護（簡稱縱差保護）。12.零序電流保護：對于110KVA及以上中性點直接接地電網(wǎng)中的變壓器，應在變壓器中性點接地上裝設反映接地故障的零序電流保護。對于只有部分變壓器中性點接地運行的變壓器，當變壓器為分級絕緣，零序電流保護動作時，應首先切除中性點不接地運行的變壓器，如果故障未消失再切除中性點接地的變壓器，以防止中性點不接地運行的變壓器出現(xiàn)危險的過電壓。13.過勵磁保護：對于高壓側(cè)電壓為500KV或容量再2400MVA及以上的變壓器，當頻率降低和電壓升高引起的變壓器工作磁密過高時，應裝設過勵磁保護。該保護由兩段構成，低定值動作于信號，高定值作用于斷路器跳閘。14.對變壓器溫度及油箱內(nèi)壓力升高和冷卻故障應按電力變壓器標準要求，裝設作用于信號或動作于跳閘的保護裝置。運行方式確定電力系統(tǒng)不同運行方式會大大影響保護配置的性能，設計的繼電保護應該能滿足系統(tǒng)在各種運行方式下對繼電保護性的要求，所以需要對系統(tǒng)的運行方式進行分析，在分析計算之后得到的結果對繼電保護進行整定計算和對繼電保護進行靈敏度校驗。最大運行方式：在同一地點發(fā)生相同類型的短路故障流經(jīng)保護安裝處電流最大的系統(tǒng)運行方式稱為最大運行方式，同理對應的系統(tǒng)的等值阻抗最小，Zs=Zs.min。在本次設計中，系統(tǒng)最大運行方式為兩臺變壓器同時運行，加上L1和L2線路同時運行。最小運行方式：在同一地點發(fā)生相同類型的短路故障流經(jīng)保護安裝處電流最小的運行方式稱為最小運行方式，對應的系統(tǒng)的等值阻抗最大Zs=Zs.max。在本次設計過程中兩臺變壓器只有YN/d11接線的變壓器單獨運行，加上L1線路運行時為本系統(tǒng)的最小運行方式。計算內(nèi)容：1.制定短路等值電路圖。取基準容量,準電壓為、、，即基準電流為(1)計算電源系統(tǒng)基準電抗的標幺值(2)計算變壓器各側(cè)阻抗標幺值(3)線路的基準電抗標幺值圖1主接線圖圖2正序等值電路圖圖3零序等值電路圖2.短路電流計算(1)k5點短路電流(2)k1點短路電流(3)k2點短路電流(4)k3點短路電流(5)k4點短路電流一、35kV母線線路L5L6電流保護(1)一段整定此段為速斷保護t=0S(2)三段整定可以推出，三段整定為t=2.5S二、10kV母線線路L3L4電流保護(1)一段整定此段為速斷保護t=0S(2)三段整定可以推出，三段整定為2.2S三、L1L2距離保護1.線路阻抗2.變壓器等值阻抗35kV:10.5kV:3.線路整定I段整定動作延時:II段整定1)35kV側(cè) 2)10.5kV側(cè)取以上兩個計算值中較小者為II段整定值,即取3).靈敏度校驗動作延時III段整定1)整定阻抗,按躲開最小負荷阻抗整定變壓器35kV側(cè)額定電流最大負荷電流1)整定阻抗,按躲開最小負荷阻抗整定因采用的是方向阻抗繼電器,即2)靈敏度校驗動作延時:四、變壓器計算名稱變壓器各側(cè)數(shù)據(jù)額定電壓11038.511變壓器額定電流TA接線方式選擇TA標準變比差動臂中的電流表2(1)確定制動繞組的接入方式，制動繞組接入38.5kV側(cè)，此時穿越變壓器的短路電流最大。(2)計算差動保護的一側(cè)動作電流1)按躲過110kV外部故障最大不平衡電流。2)按躲過變壓器勵磁涌流計算3)按躲過電流互感器二次回路斷線4)取以上最大一次動作電流=315A,差動繼電器基本側(cè)動作電流為確定差動繞組數(shù)取整則為15匝，繼電器動作電流,保護裝置實際動作電流5)38kV側(cè)的平衡繞組11kV側(cè)的平衡繞組取平衡繞組整定匝數(shù)，取工作繞組1+15=16匝。6)整定匝數(shù)與計算匝數(shù)不等引起的誤差為7)制動系數(shù)制動繞組匝數(shù)取整為6匝8)校驗靈敏系數(shù)取最大負荷電流a.負荷產(chǎn)生的制動安匝b.總制動安匝c.計算繼電器動作安匝圖4，BCH-1特性曲線圖由和確定圖中k點，確定h點，兩點連線交于動作區(qū)域于p點縱坐標即為計算的動作安匝為80匝最小靈敏系數(shù)2.110kV側(cè)復合電壓啟動過電流保護整定計算.(1)電流原件動作電流(2)電壓元件的動作電壓(3)負序電壓元件動作電壓(4)校驗靈敏度系數(shù)作11kV線路后備保護電壓元件裝于11kV側(cè)，故僅需校驗作為線路后背保護即可若110kV側(cè)僅采用過流保護，則,靈敏系數(shù)不滿足，這正好說明用復合電壓啟動過流保護可提高靈敏性。3．38.5kV側(cè)方向過流保護功率方向元件動作方向為變壓器指向母線，其動作電流為做l5后備保護靈敏度系數(shù)4.110kV零序過電流保護接線圖可知不需與下級配合，按過電流保護動作值躲過最大不平衡電流計算電壓元件動作電壓為動作實現(xiàn)整定以0.5S跳中性點不接地運行的變壓器以1S跳中性點接地的變壓器總結課程設計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識,發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程。回顧起此次繼電保護課程設計，至今我仍感慨頗多，從理論到實踐，在這段時間里，可以說得是苦多于甜，但是可以學到很多很多的的東西，同時不僅可以