變電站設計側重變壓器二次保護--35_10kV變電站設計.docx

此文檔收集于網(wǎng)絡，如有侵權，請聯(lián)系網(wǎng)站刪除變電站設計指導老師 前言： 變電所是電力系統(tǒng)的重要組成部分，它直接影響整個電力系統(tǒng)的安全與經(jīng)濟運行，是聯(lián)系發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)，起著變換和分配電能的作用?，F(xiàn)在，我國電力工業(yè)已經(jīng)進入了大機組、大電廠、大電網(wǎng)、超高壓、自動化、信息化發(fā)展的新時期。隨著我國經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展，電網(wǎng)的規(guī)模越來越大，電壓越來越高，電網(wǎng)調度、安全可靠供電要求以及經(jīng)濟運行和管理水平都形成了一種新的格局。利用微機實施監(jiān)控取代常規(guī)的控制保護方式，實現(xiàn)變電所的綜合自動化，進而施行無人值班，已成為各級電力部門的共識。在我國城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造與建設中不僅中低壓變電所采用了自動化技術實現(xiàn)無人值班,而且在110 kV及以上的超高壓變電站建設中也大量采用自動化新技術,從而大大提高了電網(wǎng)建設的現(xiàn)代化水平,增強了輸配電和電網(wǎng)調度的可能性,降低了電站建設的總造價,這已經(jīng)成為不爭的事實,也是目前變電所建設的主要模式?？梢姡冸娝C合自動化技術取得了長足的進展，同時已成為我國電力工業(yè)推行技術進步的重點之一。如何合理的設計一個變電所，使之在技術上、管理上適應電力市場化體制和競爭需要，促使電網(wǎng)互聯(lián)范圍的不斷擴大，是這次設計的主要目的。電力變壓器在運行中，可能發(fā)生各種類型的故障，對電力系統(tǒng)的安全連續(xù)運行會帶來嚴重影響，特別是大容量變壓器的損壞，對系統(tǒng)的影響更為嚴重。尤其是隨著電力事業(yè)的發(fā)展，超高壓輸電線路在我國的建設越來越普遍，大容量超高壓的大型電力變壓器的應用也隨之擴大，其運行是否正常直接關系到整個電網(wǎng)的可靠性。因此必須根據(jù)電力變壓器容量的大小、電壓的高低和重要程度，設置性能良好，動作可靠的繼電保護裝置。變電站要求變電站容量：10 電壓等級：35/10kV負荷類型：一類 、二類 最大工作時間TMAX(h)：5000h功率因數(shù)：1電氣主接線設計及變壓器選型1.1 主接線的設計原則和要求變電站電氣主接線圖如下圖1-1。圖1-1 電氣主接線圖1.2 主變壓器的選擇主變壓器容量確定的要求：（1）主變壓器容量一般按變電站建成后510年的規(guī)劃負荷選擇。（2）根據(jù)變電站所帶負荷的性質和電網(wǎng)結構來確定主變壓器的容量。此變電站有重要負荷，應當考慮當一臺主變壓器停運時，其余變壓器容量在設計及過負荷能力后的允許時間內，應保證用戶的一級和二級負荷，對一般性停運，其余變壓器容量就能保證全部負荷的70%-80%。該站的電壓等級為35kV，當發(fā)生單相接地故障時，單相接地電容電流值很小，故采用中性點不接地方式。綜上，該廠選用兩臺型容量均為的有載電力調壓變壓器，并采用互為備用的運行方式，接線組別采用接線，型號為,主要參數(shù)如下表1-1。表1-1 SFZ9-8000/35變壓器參數(shù)額定容量 高壓 低壓 連接 空載損耗 負載損耗 空載電流 短路阻抗（） （） （） 組 （） （） （%） （%）8000 35 10 8.8 45.0 0.5 7.52 短路電流的計算2.1 短路電流短路電流是指相與相之間通過電弧或其他較小阻抗的一種非正常連接，在中性點直接接地系統(tǒng)中或三相四線系統(tǒng)中，還指單相和多相接地。產(chǎn)生短路的主要原因是電氣設備載流部分的絕緣損壞。2.2 短路電流計算的目的（1）在選擇電氣主接線時，為了比較各種接線方案，或確定某一接線是否需要采取限制短路電流的措施等，均需要進行必要的短路電流的計算。（2）在選擇電氣設備時，為了保證設備在正常運行和故障情況下都能安全、可靠工作，同時又力求節(jié)儉資金，這就需要進行全面的短路電流的計算。（3）在需按短路條件設計屋外高壓配電裝置時，校驗軟導線的相間和相對地的安全距離。2.3短路電流計算結果統(tǒng)計表2-1 短路電流計算值短路點 次暫態(tài)電流 沖擊電流 短路電流 短路容量 I（kA） ish（kA） 有效值ich (kA) （MVA） d1 5.344 13.62 8.12 342.7 d2 7.23 18.4 10.99 131.41 d3 0.671 1.71 1.02 12.47 d4 5.6 12.22 7.296 65.73 主要電氣設備與導體的選擇3.1 母線的選擇表3-1 母線選型結果項目截面尺寸條數(shù)及放置母線類型Ial35kV側母線10kV側母線6310636.3單條平放單條平放矩形鋁母線矩形鋁母線87211293.2 斷路器、隔離開關的選擇3.2.1 重要參數(shù)計算最大運行方式下，和母線分別三相短路時的短路電流值，見表3-2:表3-2 最大運行方式下短路電流值短路點 次暫態(tài)電流 沖擊電流 短路電流 短路容量 I（kA） ish（kA） 有效值ich (kA) （MVA） d1 5.344 13.62 8.12 342.7 d2 7.23 18.4 10.99 131.41 d3 0.671 1.71 1.02 12.473.2.2 35kv側斷路器隔離開關表3-3 35KV 斷路器參數(shù)型號 額定 額定 額定 額定關合 4s額定 額定動 固有合閘電壓 電流 開斷電流 電流峰值 熱穩(wěn)定電流 穩(wěn)定電流 分閘時間 UN（kV） IN（A） Idu (kA) Igu（kA） It（kA） imax（kA） tp（s）tb（s）LW8-35 35 1600 25 63 25 63 0.06 0.04表3-4 35KV隔離開關參數(shù)型號額定電壓(kV)額定電流(A)額定動穩(wěn)定電流峰值(kA)額定熱穩(wěn)定電流(kA)GW5-35G/600-723560072163.2.3變壓器出線側斷路器，隔離開關的選擇表3-5 變壓器出線側斷路器參數(shù)型號 額定 額定 額定 額定關合 4s額定 額定動 固有合閘電壓 電流 開斷電流 電流峰值 熱穩(wěn)定電流 穩(wěn)定電流 分閘時間 UN（kV） IN（A） Idu (kA) Igu（kA） It（kA） imax（kA） tp（s）tb（s）LW3-10/ 10 630 16 31.5 12.5 31.5 0.06 0.04630-16表3-6 變壓器出線側隔離開關參數(shù)型號額定電壓(kV)最高電壓（kV）額定電流(A)額定動穩(wěn)定電流峰值(kA)額定熱穩(wěn)定電流4s(kA)GW9-10/6301011.563052203.2.4 10KV母線出線側斷路器，隔離開關的選擇表3-7 10KV母線出線側斷路器參數(shù)型號 額定 額定 額定 額定關合 4s額定 額定動 固有合閘電壓 電流 開斷電流 電流峰值 熱穩(wěn)定電流 穩(wěn)定電流 分閘時間 UN（kV） IN（A） Idu (kA) Igu（kA） It（kA） imax（kA） tp（s）tb（s）LW3-10/ 10 630 6.3 16 6.3 16 0.06 0.04630-6.3表3-8 10KV母線出線側隔離開關參數(shù)型號額定電壓(kV)最高電壓（kV）額定電流(A)額定動穩(wěn)定電流峰值(kA)額定熱穩(wěn)定電流4s(kA)GW9-10/6301011.563052204 互感器及絕緣子的選擇4.1 電流互感器的選擇表4-1電流互感器的型號及參數(shù)位置型號額定電流比（A）級次組合二級負荷10%倍數(shù)1秒熱穩(wěn)定性倍數(shù)動穩(wěn)定10kVLZZJB6-351000/50.5/B0.410417435kVLWC-35151000/50.5/345651004.2 電壓互感器選擇表4-2 電壓互感器參數(shù) 型式額定變比（V）在下列準確等級下額定容量(VA)最大容量(VA)一次線圈二次線圈輔助線圈0.5級1級3級單相(戶外式)JDZJ-35JDJJ-1035/0.1/0.1/3150250500100010/0.1/0.1/350802008004.3 絕緣子的選擇4.3.1 35kV側絕緣子的選擇根據(jù)母線額定電壓35kV和戶外裝設的要求，選用ZS-35型支柱絕緣子4.3.2 10kV側絕緣子的選擇根據(jù)母線額定電壓10kV和戶外裝設的要求，選用ZPD-10-35型支柱絕緣子5 繼電保護5.1 繼電保護的分類（1）按被保護的對象分類：輸電線路保護、發(fā)電機保護、變壓器保護、電動機保護、母線保護等；（2）按保護原理分類：電流保護、電壓保護、距離保護、差動保護、方向保護、零序保護等；（3）按保護所反應故障類型分類：相間短路保護、接地故障保護、匝間短路保護、斷線保護、失步保護、失磁保護及過勵磁保護等；（4） 按繼電保護裝置的實現(xiàn)技術分類：機電型保護（如電磁型保護和感應型保護）、整流型保護、晶體管型保護、集成電路型保護及微機型保護等；（5）按保護所起的作用分類：主保護、后備保護、輔助保護等；主保護 ：滿足系統(tǒng)穩(wěn)定和設備安全要求，能以最快速度有選擇地切除被保護設備和線路故障的保護； 后備保護：主保護或斷路器拒動時用來切除故障的保護。又分為遠后備保護和近后備保護兩種；（1）遠后備保護：當主保護或斷路器拒動時，由相鄰電力設備或線路的保護來實現(xiàn)的后備保護；（2）近后備保護：當主保護拒動時，由本電力設備或線路的另一套保護來實現(xiàn)后備的保護；當斷路器拒動時，由斷路器失靈保護來實現(xiàn)后備保護；（3）輔助保護：為補充主保護和后備保護的性能或當主保護和后備保護退出運行而增設的簡單保護。5.2 繼電保護的基本要求繼電保護技術上一般應滿足可靠性、選擇性、速動性、靈敏性四個基本要求。(1)可靠性;要求保護裝置動作可靠，既不誤動也不拒動。宜選擇最簡單的保護方式，應采用由可靠的元件和盡可能簡單的回路構成的性能良好的裝置，便于檢測調試、整定和維護。(2)選擇性;首先由故障設備或線路本身的保護（本級保護）切除故障。當本級保護拒動時，才允許由相鄰元件保護（上一級保護）切除故障。為保證選擇性，相鄰元件的動作電流和動作時間應相互配合。(3)速動性; 保護裝置應盡快地切除故障，以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、減輕故障設備或線路的損壞程度、縮小故障波及范圍。(4)靈敏性;在設備或線路保護區(qū)內發(fā)生故障時，保護裝置反應故障能力，保護裝置應具有必要的靈敏系數(shù)。各類短路保護的靈敏系數(shù)應不小于GB50062-1992電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規(guī)范的要求。5.3 設計方案的要求 根據(jù)所給變電站的基本數(shù)據(jù)（如表5-1），并結合一次回路的數(shù)據(jù)，選擇相應的繼電保護裝置。表5-1 變電站基本數(shù)據(jù)序號容量（MVA）電壓等級(kV)負荷類型負荷功率因數(shù)91035/10一類0.3，二類0.7COS=0.8給出各保護裝置的控制回路圖、保護回路圖、測量回路圖、信號回路圖，了解各回路圖的工作原理，結合一次回路數(shù)據(jù)對各保護裝置進行整定計算。6 繼電保護的配置6.1 電力變壓器故障及不正常運行狀態(tài)在電力系統(tǒng)中廣泛得用變壓器來升高或降低電壓。變壓器是電力系統(tǒng)中不可缺少的非常重要的電力設備之一，它的安全運行對于保證電力系統(tǒng)的正常運行和對供電的可靠性，以及電能質量起著決定性的作用，同時大容量電力變壓器的造價也是十分昂貴。針對電力變壓器可能發(fā)生的故障和不正常的運行狀態(tài)進行分析，然后重點研究應裝設的繼電保護裝置，以及保護裝置的整定計算。變壓器的內部故障可分為油箱內故障和油箱外故障兩類，油箱內故障主要包括繞組的相間短路、匝間短路、接地短路及經(jīng)鐵芯燒毀等。變壓器油箱內的故障十分危險，由于變壓器內充滿了變壓器油，故障時的短路電流使變壓器油急劇的分解氣化，可能產(chǎn)生大量的可燃性氣體(瓦斯)，很容易引起油箱爆炸。油箱外故障主要是套管和引出線上發(fā)生的相問短路和接地短路。對于變壓器上發(fā)生的各種故障，保護裝置應能盡快地將變壓器切除。電力變壓器不正常運行狀態(tài)主要有外部相間短路、接地短路引起的相間過電流和零序過電流，負荷超過其額定容量引起的過負荷、油箱漏油引起的油面降低，以及過電壓、過勵磁等。變壓器處于不正常運行狀態(tài)時，繼電保護應根據(jù)氣嚴重程度，發(fā)出告警信號，使運行人員及時發(fā)現(xiàn)并采取相應的措施，以確保變壓器的安全。6.2 電力變壓器繼電保護的配置原則針對電力變壓器的故障類型及不正常運行狀態(tài)，應對變壓器裝設相應的繼電保護裝置，其任務就是反映上述故障或異常運行狀態(tài)，并通過斷路器切除故障變壓器，或發(fā)出信號告知運行人員采取措施消除異常運行狀態(tài)。同時，變壓器保護還應能作相鄰電氣元件的后備保護。故根據(jù)DL4001991繼電保護和安全自動裝置技術規(guī)程的規(guī)定，電力變壓器應裝設如下保護。(1)瓦斯保護為反映變壓器油箱內部各種短路故障和油面降低，對于0.8MVA及以上的油浸式變壓器和0.4MVA及以上的車間內油浸式變壓器均應裝設瓦斯保護。瓦斯保護有輕瓦斯和重瓦斯兩種，輕瓦斯動作于信號，重瓦斯動作于跳閘。(2)縱聯(lián)差動保護或電流速斷保護對變壓器繞組，套管及引出線上的故障，應根據(jù)容量的不同，裝設縱差保護或電流速斷保護。保護瞬時動作，斷開變壓器各側的斷路器。對于6.3MVA以下廠用工作變壓器和并列運行的變壓器，以及10MVA以下廠用備用變壓器和單獨運行的變壓器，當后備保護時限大于0.5s時，應裝設電流速斷保護。對于6.3MVA及以上的廠用工作變壓器和并列運行的變壓器，10MVA及以上廠用備用變壓器和單獨運行的變壓器，以及2MVA及以上用電流速斷保護靈敏性不滿足要求的變壓器，應裝沒縱聯(lián)差動保護(以下簡稱差動保護)。對高壓側電壓為330kV及以上的變壓器，可裝設雙重差動保護。對于發(fā)電機變壓器組，當發(fā)電機與變壓器之間有斷路器時，發(fā)電機裝設單獨的差動保護。當發(fā)電機與變壓器之間沒有斷路器時，100MW及以下發(fā)電機與變壓器組共用差動保護；100MW以上發(fā)電機，除發(fā)電機變壓器組共用差動保護外，發(fā)電機還應單獨裝發(fā)差動保護；對200300MW的發(fā)電機變壓器組亦可在變壓器上增設單獨的差動保護，即采用雙重快速保護。(3)過電流保護為反映外部相問短路引起的過電流并作為瓦斯保護和差動保護(或電流速斷保護)的后備，應采用下列保護。j電流保護，一般用于降壓變壓器。復合電壓起動的過電流保護，一般用于升壓變壓器及過電流保護靈敏性不滿足要求的降壓變壓器。l負序電流及單相式低電壓起動的過電流保護，一般用于63MVA及以上大容量升壓變壓器和系統(tǒng)聯(lián)絡變壓器。阻抗保護，對于升壓變壓器和系統(tǒng)聯(lián)絡變壓器，當采用第l的保護不能滿足靈敏性和選擇性要求時，可采用阻抗保護。(4)零序電流保護對中性點直接接地電網(wǎng)，由外部接地短路引起過電流時，如變壓器中性點接地運行，因裝設零序電流保護。(5)過負荷保護變壓器長期過負荷運行時，繞組會因發(fā)熱而受到損傷。為反映變壓器對稱過負荷引起的過電流。對于400kVA及以上的變壓器，當數(shù)臺并列運行或單獨運行并作為其他符合的備用電源時，應根據(jù)過負荷的情況裝設過負荷保護。(6)過勵磁保護為反映變壓器的過勵磁引起的過電流。對于高壓側為500kV的變壓器的額定磁密近于飽和密度，頻率降低或電壓升高時容易引起變壓器過勵磁，導致鐵心飽和，勵磁電流劇增，鐵心溫度上升，嚴重過熱會使變壓器絕緣劣化，壽命降低，最終造成變壓器損壞，故需裝設過勵磁保護。在變壓器允許的的過勵磁范圍內，保護作用于信號，當勵磁超過了允許值時，可動作于跳閘。過勵磁保護反應于實際工作磁密和額定磁密之比（稱過勵磁倍數(shù)）而動作。(7)其他非電氣量保護（反映變壓器油溫,冷卻系統(tǒng)）對變壓器溫度及油箱內壓力升高和冷卻系統(tǒng)故障，應按現(xiàn)行變壓器標準的要求，裝設可作用于信號或動作于跳閘的保護裝置，如溫度保護等。6.3 設計選用的繼電保護裝置6.3.1 變壓器的差動保護電流縱差保護不但能夠正確區(qū)分內外故障，而且不需要與其他元件的保護配合，具有獨特的優(yōu)點，因而被廣泛用來當作變壓器的主保護。變壓器的縱聯(lián)差動保護用來反映變壓器繞組、引出線及套管上的各種短路保護故障，是變壓器的主保護。原理接線圖如圖61所示圖61 變壓器差動保護單相原理接線圖縱聯(lián)差動保護是按比較被保護的變壓器兩側電流的大小和相位的原理實現(xiàn)的。為了實現(xiàn)這種比較，在變壓器兩側各裝設一組電流互感TAl、TA2，其二次側按環(huán)流法連接，即若變壓器兩端的電流互感器一次側的正極性端子均置于靠近母線的一側，則將它們二次側的同極性端子相連接，再將差動繼電器的線圈按環(huán)流法接入，構成縱聯(lián)差動保護。變壓器的縱差保護與輸電線的縱聯(lián)差動相似，工作原理相同，但由于變壓器高壓側和低壓側的額定電流不同，為了保證變壓器縱差保護的正常運行，必須選擇好適應變壓器兩側電流互感器的變比和接線方式，保證變壓器在正常運行和外部短路時兩側的二次電流不同。其保護范圍為兩側電流互感TAl、TA2之間的全部區(qū)域，包括變壓器的高、低壓繞組、套管及引出線等。從61可見，正常運行和外部短路時，流過差動繼電器的電流為Ir=I1+I2，在理想的情況下，其值等于零。但實際上由于電流互感器特性、變比等因素，流過繼電器的電流為不平穩(wěn)電流。變樂器內部故障時，流入差動繼電器的電流為Ir=11+12，即為短路點的短路電流。當該電流大于KD的動作電流時，KD動作。由于變壓器各側額定電壓和額定電流不同，因此，為了保護其縱聯(lián)差動保護正確動作，必須適當選擇各側電流互感器的變比，使得正常運行和外部短路時，差動回路內沒有電流。如圖6-1中，應使 I12=I22=I1nTA1=I2nTA2 （6-1） 式61 nTA1高壓側電流互感器的變比； nTA2低壓側電流互感器的變比。式(6-1)說明，要實現(xiàn)雙繞組變壓器的縱聯(lián)差動保護，必須適當選擇兩側電流互感器的變比。因此，在變壓器縱聯(lián)差動保護中，要實現(xiàn)兩側電流的正確比較，必須先考慮變壓器變比的影響。實際上，由于電流互感器的誤差、變壓器的接線方式及勵磁涌流等因素的影響，即使?jié)M足式(6-1)條件，差動回路中仍回流過一定的不平衡電流Iunb，Iunb越大，差動繼電器的動作電流也越大，差動保護靈敏度就越低。因此，要提高變壓器縱聯(lián)差動保護的靈敏度，關鍵問題是減小或消除不平衡電流的影響。勵磁涌流就是變壓器空載合閘時的暫態(tài)勵磁電流。由于在穩(wěn)態(tài)工作時，變壓器鐵心中的磁通應滯后于外加電壓90o。所以，如果空載合閘正好在電壓瞬間值u=0的瞬間接通，則鐵心中就具有一個相應的磁通-max，而鐵心中的磁通又是不能突變的，所以在合閘時必將出現(xiàn)一個+max磁通分量。此分量的磁通將按指數(shù)規(guī)律自由衰減，故稱為非周期件的磁通分量。如果這個非周期件的磁通分量的衰減比較慢，那么，在最嚴重的情況下，經(jīng)過半個周期后，它與穩(wěn)態(tài)磁通相疊加的結果，將使鐵心中的總磁通達到2max的數(shù)值，如果鐵心中還有方向相同的剩余磁通res，則總磁通將為2max+res。此時由于鐵心高度飽和，使勵磁電流劇烈增加，從而形成的勵磁涌流。該圖中與對應的為變壓器的額定電流的最大值I，與2max+res對應的則為勵磁涌流的最大值Imax。隨著鐵心中非周期磁通的不斷衰減，勵磁電流也逐漸衰減至穩(wěn)態(tài)值。以上分析是在電壓瞬時值u=0時合閘的情況。當然，當變壓器在電壓瞬時值為最大的瞬間合閘時，因對應的穩(wěn)態(tài)磁通等于零，故不會出現(xiàn)勵磁涌流，合閘后變壓器將立即進入穩(wěn)態(tài)工作。但是，對于三相式變壓器，因三相電壓相位差120o，空載合閘時出現(xiàn)勵磁涌流是不可避免的。根據(jù)以上分析可以看出，勵磁涌流的大小與合閘瞬間電壓的相位、變壓器容量的大小、鐵心中剩磁的大小和方向及鐵心的特性等因素有關。而勵磁涌流的衰減速度則隨鐵心的飽和程度及導磁性能的不同而變化。由于變壓器的勵磁電流只流經(jīng)它的電源側，故造成變壓器兩側電流不平衡，從而在差動回路中產(chǎn)生不平衡電流。在正常運行時，此勵磁電流很小，一般不超過變壓器額定電流的35。外部故障時，由于電壓降低，勵磁電流也相應減小，其影響就更小。因此由于正常勵磁電流引起的不平衡電流不大，可以忽略不計。但是，當變壓器空載投入和外部故障切除后電壓恢復時，可能出現(xiàn)很大的勵磁涌流，其值可以達到變壓器額定電流的68倍。因此，勵磁涌流將在差動回路中產(chǎn)生很大的不平衡電流，可能導致保護的誤動作。差動保護是一切電氣主設備的主保護，它以其靈敏度高，選擇性好，實現(xiàn)簡單而廣泛地應用在發(fā)電機、電抗器、電動機利母線等主設備上。鑒于差動保護在以上設備中應用的成功，以及過去技術水平的限制，人們別無選擇地在變壓器保護上同樣采取制差動保護作為主保護。它不但能正確區(qū)分區(qū)內外故障，而且不需要與其他元件配合，可以無延時地切除區(qū)內各種故障，具有獨特的優(yōu)點。6.3.2 變壓器的瓦斯保護 如果變壓器內部發(fā)生嚴重漏油或匝間短路、鐵心局部燒損、線圈斷線、絕緣劣化和油面下降等故障時，往往差動保護及其他保護均不能動作，而瓦斯保護卻能動作。因此，瓦斯保護是變壓器油箱內部故障最有效的一種主保護。瓦斯保護主要由氣體繼電器來實現(xiàn)，安裝在變壓器油箱與油枕之間的連接導油管中。氣體繼電器有兩個輸出觸點：一個反映變壓器內部不正常情況或輕微故障的“輕瓦斯”；另一個反映變壓器嚴重故障的“重瓦斯”。輕瓦斯動作于信號，使運行人員能夠迅速發(fā)現(xiàn)故障并及時處理；重瓦斯動作于跳開變壓器兩側斷路器。瓦斯保護動作后，應從氣體繼電器上部排氣口收集氣體，進行分析。根據(jù)氣體的數(shù)量、顏色、化學成分和可燃性等，判斷保護的原因和故障性質。 瓦斯繼電器只能反映變壓器內部的故障，包括漏油、漏氣、油內有氣、匝間故障、繞組相間短路等。而對變壓器外部端子上的故障情況則無法反映。因此，除設置瓦斯保護外，還要設置過電流，差動等保護。常用的瓦斯繼電器有兩種：一是浮子式；二是擋板式。擋板式瓦斯繼電器是將浮子式的下浮子改為擋板結構。兩者的區(qū)別是，擋板式的擋板結構不隨油面下降而動作，而是在油的流速達到0.61.0m/s時才動作，所以擋板式瓦斯繼電器遇到油面下降或嚴重缺油時，不會造成重瓦斯誤動跳閘。瓦斯繼電器收集氣體判別故障，瓦斯繼電器動作后，如果不能明確判別是不是變壓器內部故障所致，就應立即收集瓦斯繼電器內聚積的氣體，通過鑒別氣體的性質，做進一步判別。瓦斯保護的原理接線如圖62所示。氣體繼電器的輕瓦斯觸點由開口杯控制，構成輕瓦斯保護，其動作后發(fā)出警報信號，重瓦斯觸點由擋板控制，構成重瓦斯保護，其動作或經(jīng)信號發(fā)生器啟動出口中間繼電器，兩端觸點分別使斷路器1QF、2QF跳閘，從而切斷故障電流。 為了防止變壓器內嚴重故障時因油速不穩(wěn)定，造成重瓦斯觸點時通時斷的不可靠動作，必須選用帶自保持電流線圈的出口中間繼電器。在保護動作后，借助于斷路器的輔助觸點1QF1和2QF2來接觸出口回路的自保持。在變壓器加油或換油后及氣體繼電器試驗時，為了防止重瓦斯誤動作，可以利用切片，使重瓦斯暫時改接到信號何置，只發(fā)信號。瓦斯保護具有靈敏度高，動作迅速，接線簡單等優(yōu)點。但由于瓦斯保護不能單獨作為變壓器的主保護，所以通常是將瓦斯保護與縱聯(lián)差動保護配合作為變壓器的主保護。圖6-2 變壓器瓦斯保護原理接線圖6.3.3 氣體繼電器構成和動作原理瓦斯保護是利用安裝在變壓器油箱與油枕之間的連接管道中的氣體繼電器構成的，如圖6-2所示。為了不妨礙氣體的流動，在安裝具有氣體繼電器的變壓器時，變壓器頂蓋與水平面應具有1%1.5%的坡度，通往氣體繼電器的連接管只有2%4%的坡度，安裝油枕一側方向向上傾斜。這樣，當變壓器發(fā)生內部故障時，可使氣流容易進入油枕，并能防止氣泡積聚在變壓器的頂蓋內。在瓦斯保護繼電器內，上部是一個密封的浮筒，下部是一塊金屬檔板，兩者都裝有密封的水銀接點。浮筒和擋板可以圍繞各自的軸旋轉。在正常運行時，繼電器內充滿油，浮筒浸在油內，處于上浮位置，水銀接點斷開；檔板則由于本身的重量而下垂，其水銀接點也是斷開的。當變壓器內部發(fā)生輕微故障時，氣體產(chǎn)生的速度較緩慢，氣體上升至儲油柜途中首先積存于瓦斯繼電器的上部空間，使油面下降，浮筒隨之下降而使水銀接點閉合，接通延時信號，這就是所謂的“輕瓦斯”；當變壓器內部發(fā)生嚴重故障時，則產(chǎn)生強烈的瓦斯氣體，油箱內壓力瞬時突增，產(chǎn)生很大的油流向油枕方向沖擊，因油流沖擊檔板，檔板克服彈簧的阻力，帶動磁鐵向干簧觸點方向移動，使水銀觸點閉合，接通跳閘回路，使斷路器跳閘，這就是所謂的“重瓦斯”。重瓦斯動作，立即切斷與變壓器連接的所有電源，從而避免事故擴大，起到保護變壓器的作用。瓦斯繼電器有浮筒式、檔板式、開口杯式等不同型號。目前大多采用QJ-80型繼電器，其信號回路接上開口杯，跳閘回路接下檔板。所謂瓦斯保護信號動作，即指因各種原因造成繼電器內上開口杯的信號回路接點閉合，光字牌燈亮。QJ1-80型氣體繼電器分輕瓦斯和重瓦斯兩部分。輕瓦斯部分主要是由開口杯、固定在開口杯上的永磁鐵、干簧觸點構成的。重瓦斯部分主要有擋板、固定在擋板的磁鐵、重瓦斯干簧觸點及流速整定螺桿構成。圖63 瓦斯繼電器在變壓器上的安裝示意圖1- 變壓器油箱 2-聯(lián)通管 3-瓦斯繼電器 4-油枕 瓦斯保護的主要優(yōu)點是動作迅速，靈敏度高，安裝接線簡單且能反映油箱內發(fā)生的各種故障。缺點是不能反映油箱以外的套管以及引出線等部位發(fā)生的故障。故不能作為變壓器唯一的主保護，需與差動保護配合共同作為變壓器主保護。6.3.4 變壓器的后備過電流流保護 變壓器后備保護作為變壓器自身的近后備和各側母線及線路的遠后備。雙繞組變壓器，后備保護應裝在主電源側，根據(jù)主接線情況，保護可帶一段或兩段時限，以較短的時限縮小故障影響范圍，跳母聯(lián)或分段斷路器；較長的時限斷開變壓器各側的斷路器。過電流保護為電力變壓器相間短路的后備保護，當流過被保護元件中的電流超過預先整定的某個數(shù)值時，保護裝置啟動，并用時限保證動作的選擇性，使斷路器跳閘或給出報警信號，這種繼電保護稱為過電流保護。該保護一般用于容量較小的降壓變壓器上，其單相原理接線如圖6-4所示。圖6-4 變壓器過電流保護單相原理接地圖 定時限過電流保護作為下級線路主保護拒動和斷路器拒動時的遠后備保護，同時作為本線路主保護拒動時的近后備保護，也作為過負荷時的保護，一般采用過電流保護。過電流保護通常是指其啟動電流按照躲開最大負荷電流來整定的保護，當電流的幅值超過最大負荷電流值時啟動。過電流保護有兩種：一種是保護啟動后出口動作時間是固定的整定時間，稱為定時限過電流保護；另一種是出口動作時間與過電流的倍數(shù)相關，電流越大，出口動作越快，稱為反時限過電流保護。過電流保護在正常運行時不啟動，而在電網(wǎng)發(fā)生故障時，則能反應與電流的增大而動作。在一般情況下，它不僅能夠保護本線路的全長，而且保護相鄰線路的全長，可以起到遠后備保護的作用。定時限過電流保護由電流繼電器1kA與2kA、時間繼電器kT和信號繼電器kS組成。其中，1kA、2kA是測量元件，用來判斷通過線路電流是否超過預設值；kT為延時元件，它以適當?shù)难訒r來保證裝置動作有選擇性；KS用來發(fā)出保護動作的信號。圖5-5為定時限過電流保護的原理圖和展開圖。圖6-5 定時限過電流保護原理圖和展開圖(a)原理圖 (b)展開圖正常情況下，斷路器QF閉合，保持正常供電，線路中流過正常電流，此時電流繼電器不會啟動。當線路發(fā)生相問短路故障時，線路中流過的電流迅速增加，使電流繼電器KA瞬時動作，啟動時間繼電器KT，經(jīng)過延時，KT延時觸點閉合，使串聯(lián)的信號繼電器(電流型)S和中間繼電器KM動作，KS觸點閉合接通報警線路，KM觸點閉合，接通跳閘線圈YR回路，使斷路器QF跳閘，切除短路故障。在短路故障切除后，繼電保護裝置除KS外的其他所有繼電器都自動返回起始狀態(tài)，而KS需手動復位。6.3.5 變壓器的過負荷保護在大多數(shù)情況下，變壓器過負荷是三相對稱的，故保護裝置只采用一只電流繼電器接于一相上，并經(jīng)一定延時動作于信號。雙繞組變壓器，過負荷保護應裝在主電源側。單側電源三繞組降壓變壓器，若三側繞組容量相同，過負荷保護裝在電源側；若i側繞組容量不相同，則只有電源側和繞組容量較小的一側裝設過負荷保護。兩側電源的三繞組降壓變壓器或聯(lián)絡變壓器，三側均裝設過負荷保護。一側無電源的三繞組升壓變壓器，過負荷保護應裝于發(fā)電機側和無電源側；當三側都有電源時，各側均裝設過負荷保護。變壓器的過負荷保護原理如圖66所示圖6-6 變壓器的過負荷保護原理圖運行中的變壓器如果過負荷，可能出現(xiàn)電流指示超過額定值，有功、無功功率表指示增大，或出現(xiàn)變壓器“過負荷”信號、“溫度高”信號和音響報警等信號。值班人員發(fā)現(xiàn)上述異常現(xiàn)象或信號，應按下述原則處理：(1)恢復警報，匯報班長、值長，并作好記錄。(2)及時調整變壓器的運行方式，若有備用變壓器，應市即投入。(3)及時調整負荷的分配，與用戶協(xié)商轉移負荷。(4)如屬正常過負荷，要可根據(jù)正常過負荷的倍數(shù)確定允許時間，若超過時間，應立即減小負荷；同時，要加強對變壓器溫度的監(jiān)視，不得超過允許溫度值。(5)如屬事故過負荷，則過負荷的允許倍數(shù)和時間，應據(jù)制造廠規(guī)定執(zhí)行。(6)對變壓器及有關系統(tǒng)進行全面檢查，若發(fā)現(xiàn)異常，應市即匯報領導并進行處理。6.3.6 變壓器的零序電壓保護中性點直接接地系統(tǒng)發(fā)生接地短路時，零序電流的大小和分布與變壓器中性點接地數(shù)目和位置有關。為了使零序保護有穩(wěn)定的保護范圍和足夠的靈敏度，在發(fā)電廠和變電所中，將部分變壓器中性點接地運行。因此，這些變壓器的中性點，有時接地運行，有時不接地運行。為了限制短路電流并保證系統(tǒng)中零序電流的大小和分布不受系統(tǒng)運行方式變化的影響，變電站中通常只有部分變壓器的中性點接地。變壓器中性點不接地的運行方式有時根據(jù)需要也可以切換為中性點接地運行方式。(1)全絕緣變壓器。全絕緣變壓器除了裝設零序電流保護作為變壓器中性點直接接地運行時的保護外，還應增設零序電壓保護，作為變壓器中性點不接地運行時的保護。原理如圖6-7所示。圖67 零序電壓保護的原理接線和保護邏輯電路變壓器中性點接地運行時，零序電流保護投入；變壓器中性點如不接地運行，當電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障且失去中性點時，中性點不接地的變壓器中性點將出現(xiàn)零序電壓，放電間隙擊穿，間隙零序電流啟動，跳開變壓器，將事故切除，避免間隙放電時間過長。如果萬一放電間隙拒動，則零序電壓啟動將變壓器切除。(2)中性點不設放電間隙的分級絕緣變壓器。對中性點不設放電間隙的分級絕緣變壓器，其中性點絕緣水平較低。為了防止中性點絕緣在工頻過電壓作用下?lián)p壞，當發(fā)生接地故障時，應采用零序電壓保護先斷開中性點不接地的變壓器，后采用零序電流保護斷開中性點接地的變壓器。6.3.7 變壓器的溫度保護當變壓器的冷卻系統(tǒng)發(fā)生故障或發(fā)生外部短路和過負荷時，變樂器的油溫將升高。變壓器的油溫越高，油的劣化速度越快，使用年限減少。當油溫達115150時劣化更明顯，以致不能使用。油溫越高將促使變壓器繞組絕緣加速老化影響其壽命。因此，變壓器運行規(guī)程規(guī)定：上層油溫最高允許值為95，正常情況下不應超過85，所以運行中對變壓器的上層油溫要進行監(jiān)視。凡是容量在1000kVA及以上的油浸式變壓器均要裝設溫度保護，監(jiān)視上層油溫的情況；對于變電所，凡是容量在315kVA及以上的變壓器，通常都要裝設溫度保護；對于少數(shù)用戶變電站，凡是容量在800kVA左右的變壓器，都應裝設溫度保護，但溫度保護只作用于信號。溫度繼電器的工作原理：當變壓器油溫升高時，受熱元件發(fā)熱升高使連接管中的液體膨脹，溫度計中的壓力增大，可動指針向指示溫度升高的方向轉動。當可動指針與事先定位的黃色指針接觸時，發(fā)出預告信號并開啟變壓器冷卻風扇。如經(jīng)強風冷卻后變壓器的油溫降低，則可動指針逆時針轉動，信號和電風扇工作停止；反之，如變壓器油溫繼續(xù)升高，可動指針順時針轉動到與紅色定位指針接觸，這是為避免事故發(fā)生而接通短路器跳閘線圈回路，使短路器跳閘，切除變壓器，并發(fā)出聲響燈光信號。溫度繼電器的結構：變壓器油溫的監(jiān)視采用溫度繼電器K，它由變壓器生產(chǎn)廠成套提供。它是一種非電量繼電器。常用的電觸頭壓力式溫度繼電器的結構圖，它由受熱元件、溫度計及附件組成，是按流體壓力原理工作的。溫度計是一靈敏的流體壓力表，他有一支可動指針和兩支定位指針分別為黃色和紅色。銅質連接管內充有乙醚液體或氯甲烷、丙酮等，受熱元件插在變壓器油箱定蓋的溫度測孔內。7 各保護裝置的整定計算7.1 變壓器縱差保護整定計算及其校驗表7-1 各參數(shù)參數(shù)變壓器高壓側計算數(shù)值變壓器低壓側計算數(shù)值額定電壓（kV）一次側額定電流（kA） 電流互感器接線方式選用電流互感器變比電流互感器二次則額定電流（A）350.132D300/55100.46Y1000/55從上表中可以看出 ，所以選擇較大者10kV側為基本側。計算變壓器差動保護的動作電流，并將其歸算到基本側。確定保護裝置的一次動作電流：(1) 躲過外部故障時的最大不平衡電流： Iset=KrelIunb.max=13.1.81=2.35 kA (7-1) Iunb.max=f+U+0.1KnpKstIk.max =0.05+0.05+0.11.517.23 =2.35 kA (7-2)式中Krel：可靠系數(shù)，查閱工程手冊選用1.3。 f由電流互感器計算變比和實際變比不一致引起的誤差，取0.05; U由變壓器調壓引起的誤差，取為0.05; Knp非周期分量系數(shù)，取1.5； Kst電流互感器同型系數(shù)，取1； Ik.max外部短路故障時的最大短路電流；(2) 躲過電流互感器二次回路斷線引起的差電流Iset=KrelIl.max=1.30.69=0.897 kA (7-3)式中Krel可靠系數(shù)，取1.3； Il.max最大負荷電流； Il.max=KssIN=1.50.46=0.69 kA (7-4) Kss綜合負荷自啟系數(shù)，取1.5；（3）躲過變壓器最大勵磁涌流： Iset=KrelKuIN=1.340.46=2.39 kA (7-5)式中 ku勵磁涌流的最大倍數(shù)，取4； Krel可靠系數(shù)，取1.3； IN變壓器低壓側額定電流；按上面三個條件計算縱差動保護的動作電流，并選取最大者為動作電流：Iset=2.39kA 縱差動保護整定的動作時限動作時限由變壓器供電的線路保護裝置的一段時限階段，一般取0.5s0.7s，這里取0.5s比較合適。 縱差動保護的靈敏系數(shù)校驗式：Ksen=Ik.minIset32=5.62.3932=2.022 (7-6)所以靈敏度要求。式中各種運行方式下變壓器區(qū)內端部故障時，流經(jīng)差動繼電器的最小差動電流，即系統(tǒng)在最小運行方式下的短路電流。7.2 變壓器過電流保護的整定計算 Iset=KrelKreIl.max=1.30.850.69=1.06 kA (7-7)式中：Krel可靠系數(shù)，一般采用1.3； Kre返回系數(shù)，一般采用0.85； Il.max變壓器的最大負荷電流；過電流保護整定的動作時限。動作時限由變壓器供電的線路保護裝置的最大時限大一時限階段，取0.5s0.7s，這里取0.5s(當過電流保護的動作時限大于0.5s時，增設電流速斷保護）。保護裝置的靈敏校驗: Ksen=IminIset=35.621.06=4.51.2 (7-8)所以選用的保護裝置滿足要求。式中:Imin最小運行方式下，在靈敏度校驗發(fā)生兩相短路時，流過保護裝置的最小短路電流。7.3 過負荷保護的整定計算IOP=KrelKreIN=1.050.850.46=0.568 kA (7-9)式中：Krel可靠系數(shù)，一般采用1.05； Kre返回系數(shù)，一般取0.85； IN低壓側額定電流。電力變壓器過負荷保護的動作時限一般取1015s過負荷保護無需檢驗。7.4 變壓器零序電壓保護中性點不接地變壓器裝設零序電壓保護，在線路單相接地情況下中性點位移電壓升高時保護變壓器，避免絕緣破壞損壞變壓器。其零序電壓（3U0）定值一般整定為100V，保護動作后帶0.3到0.5秒的延時跳變壓器各側斷路器。在制造時，其輔助二次繞組的變比按100/3的電壓設計，而不是按100/3線電壓設計，所以，在開口處出現(xiàn)100V零序電壓，當發(fā)生不完全接地時，開口處的零序電壓小于100V。但電壓繼電器的整定值只需躲過正常運行時的三相不平衡電壓和電壓互感器誤差等引起的零序電壓，一般為15V，所以發(fā)生單相接地時，通常都能使繼電器動作。三相五柱式電壓互感器常用于中性點不接地系統(tǒng)或經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中。在這種系統(tǒng)中如果發(fā)生單相接地，接地相對地電壓為零，非接地相對地電壓升高3倍。在這種情況下，五柱式的兩旁軛為產(chǎn)生的零序磁通提供了暢通的磁路，這就避免了普通互感器因零序磁路磁阻太大導致電流過大而發(fā)熱損壞。圖7-2為一臺三相五柱式電壓互感器接線，一次繞組接成星型，且中性點接地。基本二次繞組也接成星型，并中性點接地，即可測量線電壓又可以測量相電壓。附加二次繞組每相的額定電壓按1003V設計，接成開口三角形，亦要求一點接地。電網(wǎng)正常運行時，三相電壓對稱，開口三角繞組引出端子上的電壓Ua1，X1為三相二次電壓之相量和，其值為零，但實際上因漏磁等因素的影響，Ua1，X1一般不為零，而有幾伏的不平衡電壓。當電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時，電壓互感器一次側的零序電壓也感應到二次側，因三相零序電壓大小相等、相位相同，故開口三角繞組兩端出現(xiàn)100V電壓，供給絕緣監(jiān)視繼電器，使之發(fā)出一個故障信號圖7-2 一臺三相五柱電壓互感器接線表7-1 三相五柱式電壓互感器參數(shù)型號額定電壓（kV）二次額定容量(VA)最大容量(VA) 一次線圈二次線圈輔助線圈3級JSJW-101030.130.134809608.1瓦斯保護繼電器的選型8.1.1瓦斯保護設計的簡介及瓦斯保護原理查找相關規(guī)定我們可以知道800kVA及以上的油浸式變壓器和400kVA及以上的車間內油浸式變壓器均應裝瓦斯保護。本設計采用瓦斯保護作為主保護之一，瓦斯保護是反映變壓器內部故障最有效最靈敏的保護裝置，是最重要的變壓器的保護之一 ，它可以反映油箱內的一切故障。包括：油箱內的多相短路、繞組匝間短路、繞組與鐵芯或與外殼間的短路、鐵芯故障、油面下降或漏油、分接開關接觸不良或導線焊接不良等。瓦斯保護動作迅速、靈敏可靠而且結構簡單。但是它不能反映油箱外部電路（如引出線上）的故障，所以不能作為保護變壓器內部故障的唯一保護裝置。對于變壓器油箱內的故障，差動保護不會反應。又如變壓器繞組產(chǎn)生少數(shù)線匝的匝間短路,雖然短路匝內短路電流很大會造成局部繞組嚴重過熱產(chǎn)生強烈的油流向油枕方向沖擊,但表現(xiàn)在相電流上卻并不大,因此差動保護沒有反應,但瓦斯保護對此卻能靈敏地加以反應,這就是差動保護不能代替瓦斯保護的原因。瓦斯保護裝置結構簡單、經(jīng)濟，對緩慢發(fā)展的故障，其靈敏性比變壓器的差動保護優(yōu)越，能夠反應變壓器油箱內部各種類型的故障，但對變壓器油箱外部套管引出線上的短路不能反應，對絕緣突發(fā)性擊穿的反應不及差動保護；而且在強烈地震期間和變壓器新投入時，瓦斯保護不能投到跳閘位置,所以瓦斯保護一般與差動保護共同使用構成變壓器的主保護。本設計采取的瓦斯保護的原理如下圖8-1所示。瓦斯保護不但在發(fā)生故障和危險的時候動作，也在變壓器內部出現(xiàn)空氣和油的沖擊時動作，其中輕瓦斯保護作用于信號，重瓦斯保護作用于跳閘或轉回信號。重瓦斯動作，會立即切斷與變壓器連接的所有電源，從而避免事故擴大