自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)PAGE3-電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)題目：牽引變壓器相關(guān)保護(hù)的設(shè)計(jì)班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：設(shè)計(jì)時(shí)間：評(píng)語(yǔ)：成績(jī)1.設(shè)計(jì)原始資料1.1具體題目一臺(tái)雙繞組牽引變壓器的容量為15MVA，電壓比為110±2×2.5%/27.5kV，Y，d11接線；已知：27.5kV外部短路的最大短路電流為2400A、最小短路電流為2000A，110kV側(cè)電流互感器變比為300/5，27.5kV側(cè)電流互感器變比為900/5；可靠系數(shù)。試對(duì)牽引變壓器進(jìn)行相關(guān)保護(hù)的設(shè)計(jì)。1.2要完成的內(nèi)容(1)保護(hù)的配置及選擇；(2)保護(hù)配合及整定計(jì)算；(3)保護(hù)原理展開(kāi)圖的設(shè)計(jì)；(4)對(duì)保護(hù)的評(píng)價(jià)。2.保護(hù)方式的確定2.1設(shè)計(jì)規(guī)程2.1.1保護(hù)分類(lèi)電力系統(tǒng)中的電力設(shè)備和線路，應(yīng)裝設(shè)短路故障和異常運(yùn)行的保護(hù)裝置。電力設(shè)備和線路短路故障的保護(hù)應(yīng)有主保護(hù)和后備保護(hù)，必要時(shí)可增設(shè)輔助保護(hù)。(1)主保護(hù)主保護(hù)是滿足系統(tǒng)穩(wěn)定和設(shè)備安全要求，能以最快速度有選擇地切除被保護(hù)設(shè)備和線路故障的保護(hù)。(2)后備保護(hù)后備保護(hù)是主保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)，用以切除故障的保護(hù)。后備保護(hù)可分為遠(yuǎn)后備和近后備兩種方式。2.1.2異常運(yùn)行保護(hù)異常運(yùn)行保護(hù)是反應(yīng)被保護(hù)電力設(shè)備或線路異常運(yùn)行狀態(tài)的保護(hù)。2.1.3對(duì)繼電保護(hù)性能的要求繼電保護(hù)裝置應(yīng)滿足可靠性、選擇性、靈敏性和速動(dòng)性的要求。(1)可靠性動(dòng)作，發(fā)出“變壓器過(guò)熱”信號(hào)。輕瓦斯保護(hù)用于反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)的輕微短路故障和油面的嚴(yán)重降低。由瓦斯繼電器的“輕瓦斯”接點(diǎn)實(shí)現(xiàn)。輕瓦斯保護(hù)動(dòng)作后，發(fā)公“輕瓦斯動(dòng)作”信號(hào)。3.保護(hù)的配合及整定計(jì)算3.1主保護(hù)的整定計(jì)算3.1.1動(dòng)作電流計(jì)算值的確定躲開(kāi)變壓器的勵(lì)磁涌流 (3.1)式中：為可靠系數(shù)，取=1.3；為變壓器基本側(cè)額定電流。(2)躲開(kāi)電流互感器二次回路斷線時(shí)變壓器的最大負(fù)荷電流：(3.2)式中：為可靠系數(shù)，取=1.3；為變壓器基本側(cè)的最大負(fù)荷電流，當(dāng)無(wú)法確定時(shí)，可用變壓器的額定電流。(3)躲開(kāi)外部短路時(shí)的最大不平衡電流(3.3)其中：式中：為最大外部短路電流周期分量；為電流互感器相對(duì)誤差，取=0.1；為非周期分量系數(shù)；為電流互感器同型系數(shù)；、為變壓器高、中壓側(cè)分接頭改變而引起的誤差；、為在外部短路情況下，流經(jīng)相應(yīng)調(diào)壓側(cè)最大短路電流的周期分量；、為在外部短路時(shí)流過(guò)所計(jì)算的Ⅰ、Ⅱ側(cè)相應(yīng)電流互感器的短路電流；、為繼電器整定匝數(shù)與計(jì)算匝數(shù)不等引起的相對(duì)誤差。題目所計(jì)算變壓器為雙繞組變壓器所以上式可改為：(3.4)式中：為外部短路時(shí)流過(guò)基本側(cè)的最大短路電流；為同型系數(shù)；為電流互感器10%誤差；為繼電器整定匝數(shù)與計(jì)算匝數(shù)不等而產(chǎn)生的相對(duì)誤差，求計(jì)算動(dòng)作電流時(shí)先用0.05進(jìn)行計(jì)算。(4)基本側(cè)工作線圈的匝數(shù)基本側(cè)工作線圈匝數(shù)的計(jì)算公式為(3.5)式中：為基本工作線圈計(jì)算匝數(shù)；為繼電器動(dòng)作安匝；為繼電器動(dòng)作電流；為基本側(cè)電流互感器變比；按繼電器實(shí)際抽頭選用差動(dòng)線圈的整定匝數(shù)時(shí)應(yīng)該。根據(jù)選用的基本側(cè)工作線圈匝數(shù)算出繼電器的實(shí)際動(dòng)作電流和保護(hù)的一次動(dòng)作電流：(3.6)(3.7)工作線圈匝數(shù)等于差動(dòng)線圈和平衡線圈之和，即：(3.8)式中為差動(dòng)線圈整定匝數(shù)；為平衡線圈整定匝數(shù)。(5)非基本側(cè)平衡線圈匝數(shù)的確定題目所給變壓器為雙繞組變壓器所以有：(3.9)式中、為基本側(cè)、非基本側(cè)流入繼電器的電流；非基本側(cè)的平衡線圈按四舍五入計(jì)算；(6)確定相對(duì)誤差相對(duì)誤差的計(jì)算公式如下：(3.10)若計(jì)算有效則應(yīng)根據(jù)的實(shí)際值帶入式中重新計(jì)算動(dòng)作電流。(7)校驗(yàn)靈敏度靈敏度校驗(yàn)公式為(3.11)式中：為變壓器內(nèi)部故障時(shí)歸算至基本側(cè)的最小短路電流；若為單電源變壓器應(yīng)為歸算至電源側(cè)的最小短路電流；為接線系數(shù)；基本側(cè)保護(hù)一次動(dòng)作電流；若為單側(cè)電源變壓器應(yīng)為電源側(cè)保護(hù)一次動(dòng)作電流。如果靈敏度約為2，且算出的繼電器整定匝數(shù)與計(jì)算匝數(shù)不等而產(chǎn)生的相對(duì)誤差小于1初算時(shí)采用的0.05，而動(dòng)作電流又是按躲過(guò)外部短路時(shí)的不平衡電流決定，則可按靈敏度條件選擇動(dòng)作電流，檢查此電流是否滿足勵(lì)磁涌流、電流互感器二次回路斷線的要求。然后確定各線圈的計(jì)算匝數(shù)和整定匝數(shù)。(8)動(dòng)作值的計(jì)算變壓器額定電流：110kV側(cè)27.5kV側(cè)電流互感器二次側(cè)電流：110kV側(cè)：27.5kV側(cè)：最大負(fù)載電流:動(dòng)作電流：①按躲過(guò)外部最大電流計(jì)算由題：②按躲過(guò)變壓器最大勵(lì)磁電流計(jì)算由題：③按二次斷線計(jì)算由題：靈敏度：3.2后備保護(hù)的整定計(jì)算3.2.1過(guò)電流保護(hù)過(guò)電流保護(hù)裝置的動(dòng)作電流，應(yīng)能躲開(kāi)變壓器正常運(yùn)行時(shí)的最大負(fù)荷電流。過(guò)電流保護(hù)的靈敏系數(shù)按式計(jì)算。作為主保護(hù)時(shí)，用變壓器負(fù)荷側(cè)母線最小兩相短路電流校驗(yàn)，應(yīng)不小于1.5，作為后備保護(hù)時(shí)，用保護(hù)區(qū)末端最小兩相短路電流校驗(yàn)，應(yīng)不小于1.25。過(guò)電流保護(hù)的時(shí)限特性應(yīng)按階梯形原則確定。滿足靈敏度要求可以使用。3.2.2低電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)低電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)增加低電壓?jiǎn)?dòng)元件后，只有當(dāng)電流增大，電壓降低且都達(dá)到整定值時(shí)，保護(hù)裝置才能動(dòng)作于跳閘。低電壓?jiǎn)?dòng)過(guò)電流保護(hù)的整定原則如下：過(guò)電流元件：動(dòng)作電流按式確定。靈敏系數(shù)按式計(jì)算。低電壓元件：動(dòng)作電壓按式確定；靈敏系數(shù)按校驗(yàn)，作為主保護(hù)時(shí)，應(yīng)不小于1.5；作為后備保護(hù)時(shí)，應(yīng)不小于1.2。3.2.3過(guò)負(fù)荷保護(hù)對(duì)于牽引變壓器可按式式中為牽引變壓器過(guò)負(fù)荷系數(shù)。由題可知：。由于牽引負(fù)荷的特點(diǎn)，過(guò)負(fù)荷電流持續(xù)時(shí)間很短，通常為0.5~2min，所以，如果采用普通變壓器作為牽引變壓器，一般可取1.3~1.5，動(dòng)作時(shí)延t取9s。4.繼電保護(hù)設(shè)備的選擇4.1互感器的選擇互感器是電力系統(tǒng)中供測(cè)量和保護(hù)用的重要設(shè)備，分為電流互感器和電壓互感器兩大類(lèi)，它們的功能是把線路上的高電壓變換成低電壓(100V)，把線路上的大電流變換成小電流(5A)，以便于各種測(cè)量?jī)x表和繼電保護(hù)裝置使用。4.1.1電流互感器的選擇(1)電流互感器的額定頻率應(yīng)與應(yīng)用線路電流的頻率相一致。如不一致，就不能準(zhǔn)確反映實(shí)際電流大小，或發(fā)生事故。(2)根據(jù)被應(yīng)用線路的電壓等級(jí)，選擇電流互感器的額定電壓，這樣才能保護(hù)人員和設(shè)備的安全使用，絕對(duì)不能把額定電壓低的電流互感器安裝使用在電壓等級(jí)比它高的線路中使用。但電流互感器的額定電壓高可以使用在低于額定電壓的線路中。(3)電流互感器在運(yùn)行中嚴(yán)禁二次側(cè)開(kāi)路，因開(kāi)路時(shí)二次側(cè)電流就全部為激磁電流，導(dǎo)致激磁電流急速增加，鐵心急速飽和，線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)凈值劇增，可能擊穿互感器絕緣，引起人身和設(shè)備事故，因此，電流互感器二次側(cè)應(yīng)裝有開(kāi)路保護(hù)裝置。4.1.2電壓互感器的選擇(1)電壓互感器的額定頻率應(yīng)與使用線路的頻率一致。如不一致，就不能準(zhǔn)確反映實(shí)際電壓大小，或發(fā)生事故。(2)根據(jù)被使用線路電壓，選擇電壓互感器一次額定電壓。二次額定電壓一般為100V。(3)如果是用來(lái)擴(kuò)大電壓表或儀表電壓線圈的量程的電壓互感器，其準(zhǔn)確度等級(jí)應(yīng)比電壓表或電壓線圈的精度等級(jí)高1．0～2．0級(jí)，用來(lái)擴(kuò)大功率表量程的電壓互感器，其準(zhǔn)確度應(yīng)不低于1．0級(jí)，用來(lái)擴(kuò)大電度表量程的其準(zhǔn)確度應(yīng)不低于0．5級(jí)，標(biāo)準(zhǔn)電壓互感的準(zhǔn)確度等級(jí)應(yīng)比被檢定的電壓互感器高2級(jí)，且不低于02級(jí)。5.二次展開(kāi)原理圖的繪制5.1保護(hù)接線和測(cè)量電路保護(hù)接線電路如圖5.1所示，測(cè)量電路如圖5.2所示。圖5.1保護(hù)接線電路 圖5.2保護(hù)測(cè)量電路5.2保護(hù)跳閘電路保護(hù)跳閘電路如圖5.3所示。圖5.3保護(hù)跳閘電路6.保護(hù)的評(píng)價(jià)對(duì)于一個(gè)電路而言尤其是電壓比較高的一次電路沒(méi)有保護(hù)是比較危險(xiǎn)的，而對(duì)于保護(hù)電路而言追求更好的速動(dòng)性、靈敏性、可靠性是它永恒的主題。在保護(hù)的整定計(jì)算及設(shè)備的選擇過(guò)程中我們需要考慮變壓器可能出現(xiàn)的所有的不正常狀況及線路上可能出現(xiàn)的所有狀況。本文對(duì)題目所給牽引變壓器的保護(hù)設(shè)計(jì)能很好的完成對(duì)題目所給變壓器的保護(hù)，至于圖中所畫(huà)變壓器的接地保護(hù)由于牽引變壓器是否接地由當(dāng)?shù)仉娏╇姴块T(mén)決定，所以只在圖中畫(huà)出未加整定計(jì)算。變