变压器馈线保护

继电保护原理课程设计报告

专业：电气工程及其自动化

班级：电气1705班

姓名：王素云

学号：201709904

指导教师：陈晓婧

兰州交通大学自动化与电气工程学院

2020年7月17日

目录

1 设计原始资料 (2)

2设计的课题内容 (2)

2.1馈线保护的特殊问题 (3)

2.2本设计的保护设计 (3)

2.2.1自适应距离保护原理 (3)

2.2.2电流速断保护 (4)

2.2.3电流增量保护 (5)

3 保护的配合及整定计算 (6)

3.1主保护的整定计算 (6)

3.1.1变电所牵引馈线的主保护 (6)

3.1.2分区所牵引馈线的主保护 (7)

3.2后备保护的整定计算 (7)

3.2.1变电所牵引馈线的后备保护 (7)

3.2.2分区所牵引馈线的后备保护 (7)

4原理图的绘制 (7)

5结论 (10)

1设计原始资料

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，三相平衡接线，两供电臂电流归算到27.5kV侧电流如下表所示。线路阻抗为0.4Ω/km。

2设计的课题内容

复线单边供电时，为了使牵引网减小正常运行时的电压损失、增大线路容量、减小电能损失、消除电力机车跨越车站接触网渡线时分段处产生电弧的可能，在复线区段采用上、下行线路并联供电方式，如图1所示。即在一般情况下，断路器QF3、QF4闭合，隔离开关QS1、QS2断开，上、下行线路在分区所并联。图中α表示本变电所的一个端子，β表示相邻下级变电所的一个端子。

图1复线单边供电图

为了保证在上(或下)行线路故障时不影响下(或上)行线路的正常供电，所以，并联供电方式的馈线保护在变电所与分区所处均应设置保护，以缩小停电范围。而变电所处α、β端子的保护类似，我只选α端子的保护进行整定计算，5、6处的保护相同，可只整定其中一个(例如5)。

2.1馈线保护的特殊问题

(1) 牵引负荷不仅是移动的，而且其大小随时在变化。馈线电流变化范围大，一般在轻负荷和最大负荷电流值(数百至数千安)之间变动;

(2)供电臂供电距离长，单位阻抗较大。一般直接供电方式牵引网的单位阻抗为0.4/km，线路阻抗角为65°，单位互阻抗为0.129/km，故末端最小短路电流可能接近最大负荷电流;

(3)整流型电力机车的负荷电流中含有大量高次谐波;

(4)会产生励磁涌流，含有大量的二次谐波。

2.2本设计的保护设计

变电所牵引馈线的保护5主保护采用距离保护I、II段、电流速断保护;后备保护采用电流增量保护;分区所牵引馈线保护4主保护采用距离保护I；后备保护采用电流增量保护。

2.2.1自适应距离保护原理

距离保护反映的是故障点至保护安装处的距离(阻抗值)，具有较高的灵敏度。由于多边形特性具有更高的灵敏性和躲过渡电阻能力。因此，在馈线保护中，一般采用多边形特性作为距离保护的动作特性。

根据牵引负荷的特点，为了提高距离保护的躲负荷能力，需要在距离保护中增加自适应判据。而电力机车上设有谐波滤波支路，因此，可以根据馈线中综合谐波含量的大小来自动调节距离保护的动作边界，如图2所示。则自适应距离保护的动作方程为:

{0≤R m≤1

1+KΣ

R set

-R m tanφ

2

≤X m≤0

或{

0≤X m≤1

1+KΣ

X set

R m ctgφ

1

≤R m≤X m ctgφ

L

+1

1+KΣ

R m

(1)

在式(1)中，R set为电阻边整定值; X set为电抗边整定值; φ

1为躲涌流偏移角;φ

2

为容性阻抗偏移角; φ

L

为线路阻抗角。R m、X m分别为考虑谐波抑制后的测量电阻

和测量电抗，其计算公式如下:

{R m =(1+K h K Σ)R

X m =(1+K h K Σ)X

(2)

在式(2)中, K Σ为综合谐波含量，等于(I 2+I 3+I 5)/I 1；I 1 、I 2、I 3、I 5分别为基波、二次、三次、五次谐波分量， K h 为谐波抑制加权系数。

(2)自适应距离保护整定原则 电抗边按被保护线路阻抗正定，即

X set =K rel ∙X 1∙L

式中，K rel ——可靠系数，取0.8~0.85。

X 1——每千米牵引往阻抗， L ——接触网长度，km 。 电阻边R set 与负荷有关，即

R set =Z L.min (cos φL +sin φL

tan φL

)

式中，Z L.min ——最小负荷阻抗；

φL ——负荷阻抗角。 2.2.2电流速断保护

当TV 发生断线时牵引网发生短路故障，距离保护将拒动，故可配置电流保护作为辅助保护。为了区分故障电流、负荷电流及励磁涌流，可利用综合谐波含量来区分负荷电流和故障电流，利用二次谐波来区分励磁涌流和故障电流。

电流速断保护动作方程为:

{I 1-KI Σ≥I set I 2

I 1

< K 2.set 式中，I Σ——综合谐波电流;

K ——综合谐波加权系数; I set ——电流速断保护整定值;

K 2.set ——二次谐波含量整定值,这里选取在15%~20%之间; I 1、I 2——分别为基波和二次谐波电流。 电流速断保护的原理框图如图2所示。