電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)--變壓器的保護(hù)設(shè)計(jì)

1、<p>　　電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)</p><p>　　題目：變壓器的保護(hù)設(shè)計(jì)</p><p>　　班級(jí)：　　　　 　　</p><p>　　姓名：　　　　　 　　 </p><p>　　學(xué)號(hào)：　　　　 　 </p><p>　　指導(dǎo)教師：　　 　　　 </p&

2、gt;<p>　　設(shè)計(jì)時(shí)間：　2012年3月2日　 </p><p><b>　　1設(shè)計(jì)原始資料：</b></p><p><b>　　1.1具體題目</b></p><p>　　一臺(tái)雙繞組降壓變壓器的容量為15MVA，電壓比為35±2×2.5%/6.6kV，Y，d11接線；采用BCH-2

3、型繼電器。求差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流。已知：6.6kV外部短路的最大三相短路電流為9420A；35kV側(cè)電流互感器變比為600/5，35kV側(cè)電流互感器變比為1500/5；可靠系數(shù) 。</p><p>　　試對(duì)變壓器進(jìn)行相關(guān)保護(hù)的設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　1.2要完成的內(nèi)容</b></p><p>　　對(duì)變壓器進(jìn)行主保護(hù)和后備保護(hù)的設(shè)計(jì)、配

4、置、整定計(jì)算和校驗(yàn)。</p><p>　　2分析要設(shè)計(jì)的課題內(nèi)容（保護(hù)方式的確定）</p><p><b>　　2.1設(shè)計(jì)規(guī)程</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范的規(guī)定，針對(duì)變壓器的各種故障、不正常工作狀態(tài)和變壓器容量，應(yīng)裝設(shè)相應(yīng)的保護(hù)裝置。</p><p>　?。?） 對(duì)800kVA以上的油浸式變壓器：應(yīng)裝設(shè)

5、瓦斯保護(hù)作為變壓器內(nèi)部故障的保護(hù)。發(fā)生輕瓦斯、油面異常降低時(shí)發(fā)信號(hào)，發(fā)生重瓦斯時(shí)使各側(cè)斷路器瞬時(shí)跳閘。</p><p>　?。?） 對(duì)于變壓器的引出線、套管和內(nèi)部故障：</p><p>　?、俨⒙?lián)運(yùn)行、容量為6300kVA及以上，單臺(tái)運(yùn)行、容量為10000kVA及以上的變壓器，應(yīng)裝設(shè)縱差動(dòng)保護(hù)。</p><p>　?、诓⒙?lián)運(yùn)行、容量為6300kVA以下，單臺(tái)運(yùn)行、容

6、量為10000以下的變壓器，應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護(hù)。2000kVA及以上的變壓器，如果電流速斷保護(hù)的靈敏度不能滿足要求，應(yīng)裝設(shè)縱差動(dòng)保護(hù)。</p><p>　?。?） 對(duì)于由外部相間短路引起的變壓器過電流，應(yīng)裝設(shè)過電流保護(hù)。如果靈敏度不能滿足要求，可以裝設(shè)低電壓?jiǎn)?dòng)的過電流保護(hù)。</p><p>　?。?） 對(duì)于一向接地故障，應(yīng)裝設(shè)零序電流保護(hù)。</p><p>　　（

7、5） 對(duì)于400kVA及以上的變壓器，應(yīng)根據(jù)其過負(fù)荷的能力，裝設(shè)過負(fù)荷保護(hù)。</p><p>　?。?） 對(duì)于過熱，應(yīng)裝設(shè)溫度信號(hào)保護(hù)。</p><p>　　2.2本設(shè)計(jì)的保護(hù)配置</p><p>　　2.2.1主保護(hù)配置</p><p>　　為了滿足電力系統(tǒng)穩(wěn)定性方面的要求，當(dāng)變壓器發(fā)生故障時(shí)，要求保護(hù)裝置快速切除故障。通常變壓器的瓦斯保護(hù)

8、和縱差動(dòng)保護(hù)構(gòu)成雙重化快速保護(hù)。</p><p><b>　　（1） 瓦斯保護(hù)</b></p><p>　　變電所的主變壓器和動(dòng)力變壓器，都是用變壓器油作為絕緣和散熱的。當(dāng)變壓器內(nèi)部故障時(shí)，由于短路電流和電弧的作用，故障點(diǎn)附近的絕緣物和變壓器油分解而產(chǎn)生氣體，同時(shí)由于氣體的上升和壓力的增大會(huì)引起油流的變化。利用這個(gè)特點(diǎn)構(gòu)成的保護(hù)，叫做瓦斯保護(hù)。瓦斯保護(hù)主要由瓦斯繼電器

9、、信號(hào)繼電器、保護(hù)出口繼電器等構(gòu)成，瓦斯繼電器裝在變壓器油箱和油枕的連接管上。瓦斯繼電器的上觸點(diǎn)為輕瓦斯保護(hù)，由上開口杯控制，整定值為當(dāng)瓦斯繼電器內(nèi)上部積聚250~300㎝3氣體時(shí)動(dòng)作，動(dòng)作后發(fā)信號(hào)。下觸點(diǎn)為重瓦斯保護(hù)，由下開口杯控制，整定值為當(dāng)油流速度達(dá)到0.6～1.0 m/s時(shí)動(dòng)作，動(dòng)作值后一方面發(fā)信號(hào)，另一方面啟動(dòng)出口繼電器，使其觸點(diǎn)閉合，并通過繼電器本身的電流線圈自保持，一直到變壓器各側(cè)的斷路器跳閘完成為止。</p>

10、<p><b>　?。?） 縱差動(dòng)保護(hù)</b></p><p>　　電流縱差動(dòng)保護(hù)不但能區(qū)分區(qū)內(nèi)外故障，而且不需要與其他元件的保護(hù)配合，可以無延時(shí)的切除區(qū)內(nèi)各種故障，具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)中變壓器主保護(hù)主要選電流縱差動(dòng)保護(hù)，差動(dòng)保護(hù)是變壓器內(nèi)部、套管及引出線上發(fā)生相間短路的主保護(hù)，同時(shí)也可以保護(hù)單相層間短路和接地短路，不需與其他保護(hù)配合，可無延時(shí)的切斷內(nèi)部短路，動(dòng)作于變壓器高低

11、壓兩側(cè)斷路器跳閘。為了保證動(dòng)作的選擇性，差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作電流應(yīng)躲開外部短路電流時(shí)的最大不平衡電流。</p><p>　　2.2.2后備保護(hù)配置</p><p>　　變壓器的后備保護(hù)選擇過電流保護(hù)和低電壓?jiǎn)?dòng)的過電流保護(hù)以及過負(fù)荷保護(hù)。</p><p>　　低電壓?jiǎn)?dòng)的過電流保護(hù)主要是為了保護(hù)外部短路引起的變壓器過電流，同時(shí)也可以作為變壓器差動(dòng)保護(hù)以及饋線保護(hù)的后備保護(hù)。

12、</p><p>　　變壓器的不正常工作包括過負(fù)荷運(yùn)行，對(duì)此配置過負(fù)荷保護(hù)。正常時(shí)，變壓器不過負(fù)荷，電流小于整定值，過負(fù)荷保護(hù)不動(dòng)作。當(dāng)三相負(fù)荷對(duì)稱時(shí)，可僅在一相裝設(shè)過負(fù)荷保護(hù)。</p><p>　　3保護(hù)的配合及整定計(jì)算</p><p>　　3.1主保護(hù)的整定計(jì)算</p><p>　　3.1.1差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流</p>&l

13、t;p>　　計(jì)算變壓器各側(cè)的一次及二次電流值（在額定容量下）并選擇電流互感器的變比</p><p><b>　　可按表1計(jì)算。</b></p><p>　　由于6.6kV側(cè)二次電流大，因此以6.6kV側(cè)為基本側(cè)。</p><p>　　表1 變壓器各側(cè)一、二次電流</p><p>　　計(jì)算差動(dòng)保護(hù)一次動(dòng)作電流<

14、/p><p>　　按6.6kV側(cè)（基本側(cè)）計(jì)算。</p><p>　　按躲過變壓器空投和當(dāng)外部故障切除后電壓恢復(fù)時(shí)，變壓器的勵(lì)磁涌流計(jì)算為</p><p><b>　　(3.1)</b></p><p>　　=1.3×1315=1700(A)</p><p>　　按躲過外部短路時(shí)的最大不平衡

15、電流計(jì)算，變壓器6.6kV側(cè)母線故障，在系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下的最大三相短路電流為</p><p>　　(6.6kV級(jí)) (3.2) </p><p><b>　　(3.3)</b></p><p>　　=1.3×(1×0.1+0.05+0.05)×9389=2441(A)&l

16、t;/p><p>　　上式中的△f按0.05計(jì)算。</p><p>　　按躲過電流互感器二次回路斷線計(jì)算，即</p><p><b>　　(3.4)</b></p><p>　　=1.3×1315=1709（A）</p><p><b>　　(3.5)</b></

17、p><p>　　按上面的三個(gè)條件計(jì)算縱差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流，并選取最大者，比較可知：選一次動(dòng)作電流</p><p><b>　　(3.6)</b></p><p>　　確定繼電器基本側(cè)線圈匝數(shù)及各線圈接法</p><p>　　對(duì)于雙繞組變壓器，平衡線圈Ⅰ、Ⅱ分別接入6.6kV及35kV側(cè)。</p><p&g

18、t;　　計(jì)算基本側(cè)繼電器動(dòng)作電流為</p><p><b>　　(3.7)</b></p><p>　　=2441×1/300=8.13(A)</p><p>　　基本側(cè)繼電器線圈匝數(shù)為</p><p><b>　　(3.8)</b></p><p><b&g

19、t;　　選取。</b></p><p>　　確定基本側(cè)線圈之接入匝數(shù)為</p><p><b>　　(3.9)</b></p><p>　　即平衡線圈Ⅰ取1匝，差動(dòng)線圈取6匝。</p><p>　　非基本側(cè)工作線圈匝數(shù)和平衡線圈匝數(shù)計(jì)算</p><p><b>　　對(duì)于雙繞組

20、變壓器</b></p><p><b>　　(3.10)</b></p><p>　　確定平衡線圈Ⅱ?qū)嵱迷褦?shù)為</p><p><b>　　(3.11)</b></p><p>　　計(jì)算由于實(shí)用匝數(shù)與計(jì)算匝數(shù)不等引起的相對(duì)誤差</p><p><b>　

21、　其相對(duì)誤差計(jì)算為</b></p><p><b>　　(3.12)</b></p><p>　　因，故不需核算動(dòng)作電流定植。</p><p><b>　　選取短路線圈匝數(shù)</b></p><p>　　對(duì)于一般變壓器差動(dòng)保護(hù)，可選用較多的短路線圈匝數(shù)，故取“C-C”抽頭。</p&g

22、t;<p>　　3.1.2靈敏度校驗(yàn)</p><p>　　計(jì)算最小運(yùn)行方式下6.6kV側(cè)兩相短路的最小短路電流為</p><p>　　(3.13) </p><p><b>　　折算至35kV側(cè)時(shí)</b></p><p><b>　　(3.14)</b></p>

23、<p><b>　　二次側(cè)電流為</b></p><p>　　(3.15) </p><p>　　35kV側(cè)的保護(hù)動(dòng)作電流為</p><p>　　(3.16) </p><p>　　則 (3.

24、17) </p><p><b>　　滿足靈敏度要求。</b></p><p>　　3.2后備保護(hù)的整定計(jì)算</p><p>　　3.2.1過電流保護(hù)</p><p>　　Krel————可靠系數(shù)，取1.3；</p><p>　　Kre————返回系數(shù)，取0.85～0.95；</p>

25、<p>　　IL.-max————變壓器可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流，取變壓器額定電流IN=1315 ( A)；</p><p>　　Kss————綜合負(fù)荷的自啟動(dòng)系數(shù)，取Kss =1.5 。</p><p><b>　　所以整定電流</b></p><p>　　(3.18) </p><p><b&

26、gt;　　靈敏度校驗(yàn)：</b></p><p>　　(3.19) </p><p><b>　　滿足要求。</b></p><p>　　3.2.2 低電壓?jiǎn)?dòng)的過電流保護(hù)</p><p>　　過電流保護(hù)按躲過可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流整定，啟動(dòng)電流比較大，對(duì)于升壓變壓器或容量較大的降壓變壓器，靈敏度往往

27、不能滿足要求。為此可以采用低電壓?jiǎn)?dòng)的過電流保護(hù)。</p><p><b>　　電流繼電器的整定：</b></p><p>　　Krel————可靠系數(shù)，取1.1～1.2；</p><p>　　Kre————低電壓繼電器的返回系數(shù)，取1.15～1.25。</p><p>　　采用低電壓繼電器后，電流繼電器的整定值就可以不

28、再考慮并聯(lián)運(yùn)行變壓器切除或電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)時(shí)可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷，而是按大于變壓器的額定電流整定，即</p><p><b>　　(3.20) </b></p><p>　　則有 (3.21)

29、 </p><p>　　低電壓繼電器的動(dòng)作電壓按以下條件整定，并取最小值。</p><p>　　按躲過正常運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)的最低工作電壓整定， </p><p><b>　　(3.22)</b></p><p>　?。?）按躲過電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)時(shí)的電壓整定：</p><p>　　當(dāng)?shù)蛪豪^電器由變

30、壓器低壓側(cè) 互感器供電時(shí)，計(jì)算式為</p><p><b>　　(3.23)</b></p><p>　　當(dāng)?shù)蛪豪^電器由變壓器高壓側(cè)互感器供電時(shí)，計(jì)算式為</p><p>　　(3.24) </p><p>　　對(duì)于降壓變壓器，負(fù)荷在低壓側(cè)，電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)時(shí)高壓側(cè)電壓比低壓側(cè)高了一

31、個(gè)變壓器壓降（標(biāo)幺值）。所以高壓側(cè)取值比較高，但仍按式(3.21)整定，原因是發(fā)電機(jī)在失磁運(yùn)行時(shí)低壓母線電壓會(huì)比較低。</p><p>　　Uset=0.66.6=3.96(kV)</p><p>　　Uset=3.96 (kV) (3.25)</p><p>　　電流繼電器靈敏度的校驗(yàn)方法與不帶低壓?jiǎn)?dòng)的過電流保護(hù)相同

32、。低電壓繼電器的靈敏系數(shù)按下式校驗(yàn)</p><p><b>　　(3.26)</b></p><p>　　Uk.min——靈敏度校驗(yàn)點(diǎn)發(fā)生三相金屬性短路時(shí)，保護(hù)安裝處感受到的最大殘壓。</p><p>　　要求Ksen≥1.25，當(dāng)27.5kV側(cè)母線處短路時(shí)保護(hù)安裝處的殘壓等于零，顯然：</p><p><b>

33、;　　(3.27)</b></p><p>　　滿足要求，可見用低電壓?jiǎn)?dòng)的過電流保護(hù)可作為后備保護(hù)。</p><p>　　3.2.3 輔助保護(hù)</p><p>　　輔助保護(hù)可以采用過負(fù)荷保護(hù)。</p><p>　　變壓器長(zhǎng)期過負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，繞組會(huì)因發(fā)熱而引起損傷。對(duì)400KVA以上的變壓器，當(dāng)單獨(dú)運(yùn)行并作為其他負(fù)荷的備用電源時(shí)，應(yīng)

34、根據(jù)可能過負(fù)荷的情況，裝設(shè)過負(fù)荷保護(hù)。過負(fù)荷保護(hù)接于一相電流上，并延時(shí)作用與信號(hào)。對(duì)于經(jīng)常無值班人員的變電所，必要時(shí)過負(fù)荷保護(hù)可動(dòng)作于自動(dòng)減負(fù)荷或跳閘。對(duì)多繞組變壓器，過負(fù)荷保護(hù)應(yīng)能反應(yīng)公共繞組和各側(cè)過負(fù)荷的情況。</p><p>　　4二次展開原理圖的繪制</p><p><b>　　4.1保護(hù)測(cè)量電路</b></p><p><b&g

35、t;　　圖1瓦斯保護(hù)原理圖</b></p><p>　　圖2電流縱差動(dòng)保護(hù)原理圖</p><p><b>　　4.2保護(hù)跳閘電路</b></p><p>　　圖3低電壓?jiǎn)?dòng)的過電流保護(hù)原理圖</p><p><b>　　5結(jié)論</b></p><p>　　5.1

36、對(duì)主保護(hù)的評(píng)價(jià)</p><p>　　電流縱差動(dòng)保護(hù)不但能正確區(qū)分區(qū)內(nèi)外故障，而且不需要與其它元件的保護(hù)配合，可以無延時(shí)的切除區(qū)內(nèi)各種故障，具有明顯的獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。其靈敏度高 選擇性好，在變壓器保護(hù)上運(yùn)用較為、成功。 </p><p>　　但是變壓器縱差保護(hù)一直存在勵(lì)磁涌流。難以鑒定的問題，雖然已經(jīng)有幾種較為有效的閉鎖方案，又因?yàn)槌邏狠旊娋€路長(zhǎng)度的增加、靜止無功補(bǔ)償容量的增大以及變壓器硅鋼片

37、工藝的改進(jìn) 磁化特性的改善等因素，變壓器縱差、保護(hù)的固有原理性矛盾更加突出。</p><p>　　5.2 對(duì)后備保護(hù)的評(píng)價(jià)</p><p>　　后備保護(hù)可以防止由外部故障引起的變壓器繞組過電流，并作為相鄰元件（母線或線路）保護(hù)的后備以及在可能的條件下變壓器內(nèi)部故障時(shí)主保護(hù)的后備，他與變壓器的主保護(hù)一起構(gòu)成變壓器的完整保護(hù)。過電流保護(hù)按躲過可能出現(xiàn)最大負(fù)荷電流來整定，啟動(dòng)電流比較大，對(duì)于升壓

38、變壓器或容量較大的降壓變 壓器靈敏度往往不能滿足要求。采用低電壓?jiǎn)?dòng)的過電流保護(hù)可以提高靈敏度。但是低電壓?jiǎn)?dòng)的過電流保護(hù)中有可能由于電壓互感器回路發(fā)生斷線，低壓繼電器將會(huì)誤動(dòng)作，因此在實(shí)際裝置中還要配置電壓回路斷線閉鎖功能。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 張保會(huì)，電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理［M］. 北京：中國(guó)電力出版社，20

39、05</p><p>　　[2] 吳必信，電力系統(tǒng)繼電保護(hù)［M］. 北京：中國(guó)電力出版社，1998</p><p>　　[3] 許建安，繼電保護(hù)整定計(jì)算［M］. 北京：中國(guó)水利水電出版社，2000</p><p>　　[4] 王瑞敏，電力系統(tǒng)繼電保護(hù)［M］. 北京：科學(xué)技術(shù)出版社，1994</p><p>　　[5] 王維儉，電力系統(tǒng)繼電保護(hù)