電力系統(tǒng)繼電保護課程設(shè)計--變壓器的保護設(shè)計

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

2、gt;<p>　　設(shè)計時間：　2012年3月2日　 </p><p><b>　　1設(shè)計原始資料：</b></p><p><b>　　1.1具體題目</b></p><p>　　一臺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。求差動保護的動作電流。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>　　試對變壓器進行相關(guān)保護的設(shè)計。</p><p><b>　　1.2要完成的內(nèi)容</b></p><p>　　對變壓器進行主保護和后備保護的設(shè)計、配

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

5、瓦斯保護作為變壓器內(nèi)部故障的保護。發(fā)生輕瓦斯、油面異常降低時發(fā)信號，發(fā)生重瓦斯時使各側(cè)斷路器瞬時跳閘。</p><p>　?。?） 對于變壓器的引出線、套管和內(nèi)部故障：</p><p>　　①并聯(lián)運行、容量為6300kVA及以上，單臺運行、容量為10000kVA及以上的變壓器，應(yīng)裝設(shè)縱差動保護。</p><p>　?、诓⒙?lián)運行、容量為6300kVA以下，單臺運行、容

6、量為10000以下的變壓器，應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護。2000kVA及以上的變壓器，如果電流速斷保護的靈敏度不能滿足要求，應(yīng)裝設(shè)縱差動保護。</p><p>　?。?） 對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。如果靈敏度不能滿足要求，可以裝設(shè)低電壓啟動的過電流保護。</p><p>　?。?） 對于一向接地故障，應(yīng)裝設(shè)零序電流保護。</p><p>　?。?/p>

7、5） 對于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。</p><p>　　（6） 對于過熱，應(yīng)裝設(shè)溫度信號保護。</p><p>　　2.2本設(shè)計的保護配置</p><p>　　2.2.1主保護配置</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，要求保護裝置快速切除故障。通常變壓器的瓦斯保護

8、和縱差動保護構(gòu)成雙重化快速保護。</p><p><b>　?。?） 瓦斯保護</b></p><p>　　變電所的主變壓器和動力變壓器，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，由于短路電流和電弧的作用，故障點附近的絕緣物和變壓器油分解而產(chǎn)生氣體，同時由于氣體的上升和壓力的增大會引起油流的變化。利用這個特點構(gòu)成的保護，叫做瓦斯保護。瓦斯保護主要由瓦斯繼電器

9、、信號繼電器、保護出口繼電器等構(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為輕瓦斯保護，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氣體時動作，動作后發(fā)信號。下觸點為重瓦斯保護，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時動作，動作值后一方面發(fā)信號，另一方面啟動出口繼電器，使其觸點閉合，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>　?。?） 縱差動保護</b></p><p>　　電流縱差動保護不但能區(qū)分區(qū)內(nèi)外故障，而且不需要與其他元件的保護配合，可以無延時的切除區(qū)內(nèi)各種故障，具有明顯的優(yōu)點。本設(shè)計中變壓器主保護主要選電流縱差動保護，差動保護是變壓器內(nèi)部、套管及引出線上發(fā)生相間短路的主保護，同時也可以保護單相層間短路和接地短路，不需與其他保護配合，可無延時的切斷內(nèi)部短路，動作于變壓器高低

11、壓兩側(cè)斷路器跳閘。為了保證動作的選擇性，差動保護動作電流應(yīng)躲開外部短路電流時的最大不平衡電流。</p><p>　　2.2.2后備保護配置</p><p>　　變壓器的后備保護選擇過電流保護和低電壓啟動的過電流保護以及過負(fù)荷保護。</p><p>　　低電壓啟動的過電流保護主要是為了保護外部短路引起的變壓器過電流，同時也可以作為變壓器差動保護以及饋線保護的后備保護。

12、</p><p>　　變壓器的不正常工作包括過負(fù)荷運行，對此配置過負(fù)荷保護。正常時，變壓器不過負(fù)荷，電流小于整定值，過負(fù)荷保護不動作。當(dāng)三相負(fù)荷對稱時，可僅在一相裝設(shè)過負(fù)荷保護。</p><p>　　3保護的配合及整定計算</p><p>　　3.1主保護的整定計算</p><p>　　3.1.1差動保護的動作電流</p>&l

13、t;p>　　計算變壓器各側(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>　　計算差動保護一次動作電流<

14、/p><p>　　按6.6kV側(cè)（基本側(cè)）計算。</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，變壓器的勵磁涌流計算為</p><p><b>　　(3.1)</b></p><p>　　=1.3×1315=1700(A)</p><p>　　按躲過外部短路時的最大不平衡

15、電流計算，變壓器6.6kV側(cè)母線故障，在系統(tǒng)最大運行方式下的最大三相短路電流為</p><p>　　(6.6kV級) (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計算。</p><p>　　按躲過電流互感器二次回路斷線計算，即</p><p><b>　　(3.4)</b></p><p>　　=1.3×1315=1709（A）</p><p><b>　　(3.5)</b></

17、p><p>　　按上面的三個條件計算縱差動保護的動作電流，并選取最大者，比較可知：選一次動作電流</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;　　計算基本側(cè)繼電器動作電流為</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)計算</p><p><b>　　對于雙繞組

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>　　計算由于實用匝數(shù)與計算匝數(shù)不等引起的相對誤差</p><p><b>　

21、　其相對誤差計算為</b></p><p><b>　　(3.12)</b></p><p>　　因，故不需核算動作電流定植。</p><p><b>　　選取短路線圈匝數(shù)</b></p><p>　　對于一般變壓器差動保護，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</p><p>　　計算最小運行方式下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</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)的保護動作電流為</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后備保護的整定計算</p><p>　　3.2.1過電流保護</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：</b></p><p>　　(3.19) </p><p><b>　　滿足要求。</b></p><p>　　3.2.2 低電壓啟動的過電流保護</p><p>　　過電流保護按躲過可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流整定，啟動電流比較大，對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啟動的過電流保護。</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)運行變壓器切除或電動機自啟動時可能出現(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>　　低電壓繼電器的動作電壓按以下條件整定，并取最小值。</p><p>　　按躲過正常運行時可能出現(xiàn)的最低工作電壓整定， </p><p><b>　　(3.22)</b></p><p>　?。?）按躲過電動機自啟動時的電壓整定：</p><p>　　當(dāng)?shù)蛪豪^電器由變

30、壓器低壓側(cè) 互感器供電時，計算式為</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，計算式為</p><p>　　(3.24) </p><p>　　對于降壓變壓器，負(fù)荷在低壓側(cè)，電動機自啟動時高壓側(cè)電壓比低壓側(cè)高了一

31、個變壓器壓降（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)電機在失磁運行時低壓母線電壓會比較低。</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方法與不帶低壓啟動的過電流保護相同

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

33、;　　(3.27)</b></p><p>　　滿足要求，可見用低電壓啟動的過電流保護可作為后備保護。</p><p>　　3.2.3 輔助保護</p><p>　　輔助保護可以采用過負(fù)荷保護。</p><p>　　變壓器長期過負(fù)荷運行時，繞組會因發(fā)熱而引起損傷。對400KVA以上的變壓器，當(dāng)單獨運行并作為其他負(fù)荷的備用電源時，應(yīng)

34、根據(jù)可能過負(fù)荷的情況，裝設(shè)過負(fù)荷保護。過負(fù)荷保護接于一相電流上，并延時作用與信號。對于經(jīng)常無值班人員的變電所，必要時過負(fù)荷保護可動作于自動減負(fù)荷或跳閘。對多繞組變壓器，過負(fù)荷保護應(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保護測量電路</b></p><p><b&g

35、t;　　圖1瓦斯保護原理圖</b></p><p>　　圖2電流縱差動保護原理圖</p><p><b>　　4.2保護跳閘電路</b></p><p>　　圖3低電壓啟動的過電流保護原理圖</p><p><b>　　5結(jié)論</b></p><p>　　5.1

36、對主保護的評價</p><p>　　電流縱差動保護不但能正確區(qū)分區(qū)內(nèi)外故障，而且不需要與其它元件的保護配合，可以無延時的切除區(qū)內(nèi)各種故障，具有明顯的獨特的優(yōu)點。其靈敏度高 選擇性好，在變壓器保護上運用較為、成功。 </p><p>　　但是變壓器縱差保護一直存在勵磁涌流。難以鑒定的問題，雖然已經(jīng)有幾種較為有效的閉鎖方案，又因為超高壓輸電線路長度的增加、靜止無功補償容量的增大以及變壓器硅鋼片

37、工藝的改進 磁化特性的改善等因素，變壓器縱差、保護的固有原理性矛盾更加突出。</p><p>　　5.2 對后備保護的評價</p><p>　　后備保護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）保護的后備以及在可能的條件下變壓器內(nèi)部故障時主保護的后備，他與變壓器的主保護一起構(gòu)成變壓器的完整保護。過電流保護按躲過可能出現(xiàn)最大負(fù)荷電流來整定，啟動電流比較大，對于升壓

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。采用低電壓啟動的過電流保護可以提高靈敏度。但是低電壓啟動的過電流保護中有可能由于電壓互感器回路發(fā)生斷線，低壓繼電器將會誤動作，因此在實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</b></p><p>　　[1] 張保會，電力系統(tǒng)繼電保護原理［M］. 北京：中國電力出版社，20

39、05</p><p>　　[2] 吳必信，電力系統(tǒng)繼電保護［M］. 北京：中國電力出版社，1998</p><p>　　[3] 許建安，繼電保護整定計算［M］. 北京：中國水利水電出版社，2000</p><p>　　[4] 王瑞敏，電力系統(tǒng)繼電保護［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