繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)對變壓器進(jìn)行相關(guān)保護(hù)的設(shè)計(jì)abrg

1、電氣工程系繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)題目：對變壓器進(jìn)行相關(guān)保護(hù)的設(shè)計(jì)班級： 姓名： 學(xué)號： 指導(dǎo)教師： 設(shè)計(jì)時(shí)間： 評語：成績i電氣工程系繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)1 設(shè)計(jì)原始資料1.1 具體題目一臺雙繞組牽引變壓器的容量為15mva，電壓比為11022.5%/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)取=1.3。試對牽引變壓器進(jìn)行相關(guān)保護(hù)的設(shè)計(jì)。1.2 要完成的內(nèi)容電力系統(tǒng)中廣泛地用變壓器來升高或降低電壓。變壓器是電力系統(tǒng)不可缺少的

2、重要電氣設(shè)備。它的故障將對供電可靠性和系統(tǒng)安全運(yùn)行帶來嚴(yán)重的影響，同時(shí)大容量的電力變壓器也是十分貴重的設(shè)備。因此應(yīng)根據(jù)變壓器容量等級和重要程度裝設(shè)性能良好、動(dòng)作可靠的繼電保護(hù)裝置。本設(shè)計(jì)要完成的主要內(nèi)容是對變壓器進(jìn)行主保護(hù)和后備保護(hù)的選擇，并根據(jù)給定的原始資料對所選擇的各種保護(hù)進(jìn)行整定及算。使之最終達(dá)到變壓器在任何故障下都能迅速的切斷故障，快速恢復(fù)運(yùn)行。下面就分別對其主保護(hù)和后備保護(hù)做一簡單介紹。變壓器的主保護(hù)，電力變壓器的主保護(hù)均采用瓦斯保護(hù)，當(dāng)殼內(nèi)故障產(chǎn)生輕瓦斯或油面下降時(shí)，應(yīng)瞬時(shí)動(dòng)作于信號；當(dāng)產(chǎn)生大量瓦斯時(shí)，應(yīng)動(dòng)作于斷開變壓器各側(cè)斷路器。對于6.3mva及以上變壓器和并列運(yùn)行的變壓器，應(yīng)

3、裝設(shè)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)?？v聯(lián)差動(dòng)保護(hù)應(yīng)能躲過勵(lì)磁涌流和外部產(chǎn)生的不平衡電流，應(yīng)在變壓器過勵(lì)磁時(shí)不誤動(dòng)。變壓器的后備保護(hù)，變壓器的相間短路后備保護(hù)首先考慮采用過電流保護(hù)，當(dāng)過電流保護(hù)滿足不了靈敏度要求時(shí)，可采用復(fù)合電壓啟動(dòng)的過電流保護(hù)，若仍不滿足靈敏度的要求。則可選擇阻抗保護(hù)。雙繞組變壓器，后備保護(hù)應(yīng)裝在主電源側(cè)，根據(jù)主接線情況，保護(hù)可帶一段或兩端時(shí)限，以較短的時(shí)限縮小事故影響范圍，跳母聯(lián)或分段斷路器；較長的時(shí)限斷開變壓器各側(cè)斷路器。2 分析要設(shè)計(jì)的課題內(nèi)容2.1 設(shè)計(jì)規(guī)程電網(wǎng)、變壓器等對繼電保護(hù)的基本要求是可靠性、選擇性、快速性、靈敏性，即通常所說的“四性”，這些要求之間，有的相輔相成、有的相互制約

4、，需要對不同的使用條件分別進(jìn)行協(xié)調(diào)。對于可靠性即對，對繼電保護(hù)最基本的性能要求，它又可分為可信賴性和安全性2個(gè)方面。可信賴性要求繼電保護(hù)在異?；蚬收锨闆r下，能準(zhǔn)確地完成設(shè)計(jì)所要求的動(dòng)作；安全性要求繼電保護(hù)在非設(shè)計(jì)所要求動(dòng)作的所有情況下，能夠可靠地不動(dòng)作。對于選擇性，是指在對電網(wǎng)影響可能最小的地方，實(shí)現(xiàn)斷路器的控制操作，以終止故障或電網(wǎng)事故的發(fā)展。對于速動(dòng)性，是指繼電保護(hù)應(yīng)以允許的可能最快的速度動(dòng)作于斷路器跳閘，以斷開故障或終止異常狀態(tài)的發(fā)展。對于靈敏性，是指繼電保護(hù)對設(shè)計(jì)規(guī)定要求動(dòng)作的故障和異常狀態(tài)能夠可靠動(dòng)作的能力。變壓器是現(xiàn)代電力系統(tǒng)中的主要設(shè)備之一。電力變壓器運(yùn)行的可靠性很高。由于變壓器

5、發(fā)生故障時(shí)造成的影響很大，因此應(yīng)加強(qiáng)其繼電保護(hù)裝置的功能，以提高電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。按技術(shù)規(guī)程的規(guī)定電力變壓器繼電保護(hù)裝置的配置原則一般為：（1）針對變壓器內(nèi)部的各種短路及油面下降應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)，其中輕瓦斯瞬時(shí)動(dòng)作與信號，重瓦斯瞬時(shí)動(dòng)作于斷開各側(cè)斷路器。（2）應(yīng)裝設(shè)反應(yīng)變壓器繞組和引出線的多相短路及繞組匝間短路的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)或電流速斷保護(hù)作為主保護(hù)，瞬時(shí)動(dòng)作與斷開各側(cè)斷路器。（3）對由外部相間短路引起的變壓器過電流，根據(jù)變壓器容量和運(yùn)行情況的不同以及變壓器靈敏度的要求不同，可以采用過電流保護(hù)、復(fù)合電壓啟動(dòng)的過電流保護(hù)、負(fù)序電流和單相式低電壓啟動(dòng)的過電流保護(hù)或阻抗保護(hù)作為后備保護(hù)，帶時(shí)限動(dòng)作與跳

6、閘。（4）對110kv以上中性點(diǎn)直接接地的電網(wǎng)，應(yīng)根據(jù)變壓器中性點(diǎn)接地運(yùn)行的具體情況和變壓器的絕緣情況裝設(shè)零序電流保護(hù)和零序電壓保護(hù)，帶時(shí)限動(dòng)作于跳閘。（5）為防止長時(shí)間的過負(fù)荷對設(shè)備的損壞，應(yīng)根據(jù)可能的過負(fù)荷情況裝設(shè)過負(fù)荷保護(hù)，帶時(shí)限動(dòng)作于信號。（6）對變壓器溫度升高和冷卻系統(tǒng)的故障，應(yīng)按變壓器標(biāo)中的規(guī)定，裝設(shè)作用于信號或動(dòng)作于跳閘裝置。（7）為了防止變壓器外部故障引起的過電流即作為變壓器之后備保護(hù)，在變壓器上裝設(shè)帶低壓或不帶低電壓閉鎖的過電壓保護(hù)裝置。（8）對于單側(cè)電源的變壓器。后備保護(hù)裝設(shè)于電源側(cè)，作為差動(dòng)保護(hù)，瓦斯保護(hù)的后備或相鄰元件的后備保護(hù)。（9）對于多測電源的變壓器。后備保護(hù)應(yīng)裝

7、設(shè)于變壓器各側(cè)。其作用為作為差動(dòng)保護(hù)的后備。要求它動(dòng)作后啟動(dòng)總出口繼電器。對于零序過電流保護(hù)，由于變壓器中性點(diǎn)接地而是零序電流分布發(fā)生變化，往往會使零序電流保護(hù)的靈敏度降低，因此需要在變壓器的兩側(cè)均裝設(shè)能動(dòng)作于總出口的零序電流保護(hù)段。對于相間過電流保護(hù)，則一般只在主電源側(cè)裝設(shè)動(dòng)作與總出口的保護(hù)段，但該保護(hù)段對變壓器各電壓側(cè)的故障均能滿足靈敏度要求。（10）變壓器各側(cè)裝設(shè)的后備保護(hù)，主要作為各側(cè)母線和線路的后備保護(hù)，故要求只動(dòng)作于跳開本側(cè)的斷路器。（11）作為變壓器斷路器與其電流互感器之間死區(qū)故障的后備保護(hù)。2.2 本設(shè)計(jì)的保護(hù)配置2.2.1 主保護(hù)配置變壓器主保護(hù)通常采用差動(dòng)保護(hù)和瓦斯保護(hù)，下

8、面分別對兩者做簡單介紹。（1）瓦斯保護(hù)電力變壓器通常是利用變壓器油作為絕緣和冷卻介質(zhì)。當(dāng)變壓器油箱內(nèi)故障時(shí)，在故障電流和故障點(diǎn)電弧的作用下，變壓器油和其他絕緣材料會因受熱而分解，產(chǎn)生大量氣體。氣體排出的多少以及排出的速度，與變壓器故障的嚴(yán)重程度有關(guān)。利用這種氣體來實(shí)現(xiàn)保護(hù)的裝置，稱為瓦斯保護(hù)。瓦斯保護(hù)的主要元件是氣體繼電器，它安裝在油箱和油枕之間的連接管道上。氣體繼電器有兩個(gè)輸出觸點(diǎn)：一個(gè)反應(yīng)變壓器內(nèi)部的不正常情況和輕微故障，稱為“輕瓦斯”另一個(gè)反應(yīng)變壓器的嚴(yán)重故障，稱為“重瓦斯”輕瓦斯動(dòng)作于信號，使運(yùn)行人員能夠迅速發(fā)現(xiàn)故障并及時(shí)處理；重瓦斯動(dòng)作于跳開變壓器各側(cè)斷路器。其工作原理圖如圖1所示。

9、大致的工作原理如下：變壓器發(fā)生輕微故障時(shí)，油箱內(nèi)產(chǎn)生的氣體較少且速度較慢，由于油枕處在油箱的上方，使氣體繼電器內(nèi)的油面下降，當(dāng)下降到動(dòng)作門檻時(shí)，輕瓦斯動(dòng)作，發(fā)出警告信號。發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，故障點(diǎn)周圍的溫度劇增而迅速產(chǎn)生大量的氣體，變壓器內(nèi)部壓力升高，迫使變壓器油從油箱從油箱經(jīng)過管道向油枕方向沖去，氣體繼電器感受到的油速達(dá)到動(dòng)作門檻時(shí)，重瓦斯動(dòng)作，瞬時(shí)作用于跳閘回路，切除變壓器，以防事故擴(kuò)大。圖1 瓦斯保護(hù)原理-瓦斯繼電器；-信號繼電器；-切換片；-出口繼電器（2）差動(dòng)保護(hù)由于變壓器的瓦斯保護(hù)不能反應(yīng)變壓器油箱外部套管和引出線上的故障 ，故還需增加差動(dòng)保護(hù)，以保護(hù)套管以及引出線上的故障，同時(shí)差動(dòng)保

10、護(hù)也可以保護(hù)單相層間短路和接地短路。其原理接線圖如圖2所示。正常運(yùn)行或保護(hù)范圍外部短路時(shí)，如圖2（a）所示，流入差動(dòng)繼電器的電流為，繼電器不動(dòng)作。保護(hù)范圍內(nèi)部短路時(shí)，如圖2（b）所示，流過繼電器的電流（在變壓器副邊沒有電源的情況下，），數(shù)值很大，繼電器動(dòng)作。實(shí)際上，變壓器的變壓比一般不等于1，因而；當(dāng)變壓器采用y，d接線時(shí)，原副邊電流的相位也不同。這時(shí)，應(yīng)選取合理的電流互感器電流比和接線方式使。（a）正常運(yùn)行或外部短路時(shí) （b）內(nèi)部短路時(shí)圖2 變壓器差動(dòng)保護(hù)單相原理接線圖2.2.2 后備保護(hù)的配置后備保護(hù)的作用是防止有外部故障引起的變壓器繞組過電流，并作相鄰原件保護(hù)的后備以及在可能的條件下作為

11、變壓器內(nèi)部故障時(shí)主保護(hù)的后備。變壓器的相間短路后備保護(hù)首先考慮采用過電流保護(hù)，當(dāng)過電流保護(hù)滿足不了靈敏度要求時(shí)，可采用復(fù)合電壓啟動(dòng)的過電流保護(hù)，若仍不滿足靈敏度的要求。則可選擇阻抗保護(hù)。雙繞組變壓器，后備保護(hù)應(yīng)裝在主電源側(cè)，根據(jù)主接線情況，保護(hù)可帶一段或兩端時(shí)限，以較短的時(shí)限縮小事故影響范圍，跳母聯(lián)或分段斷路器；較長的時(shí)限斷開變壓器各側(cè)斷路器。圖3 變壓器過電流保護(hù)的單相原理接線圖3 變壓器短路點(diǎn)選取3.1 等效電路的建立在電力系統(tǒng)中廣泛的用變壓器升高或降低電壓，變壓器是電力系統(tǒng)重要的原件，在其故障狀態(tài)時(shí)，需要對其建立等效電路來計(jì)算其相關(guān)參數(shù)，和配備相應(yīng)的保護(hù)。在求得變壓器的阻抗、導(dǎo)納后，即可

12、作出變壓器的等值電路。變壓器的等值電路通常做成形的，且將勵(lì)磁支路接在電源側(cè)，如圖3所示。3.2 保護(hù)短路點(diǎn)的選取在進(jìn)行整定保護(hù)及計(jì)算時(shí)，往往要考慮短路點(diǎn)的位置，在本題中，短路點(diǎn)的選擇如圖2所示。4 保護(hù)的配合及整定計(jì)算4.1 主保護(hù)的整定計(jì)算4.1.1 差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作電流的整定原則（1）躲過外部短路故障時(shí)的最大不平衡電流，整定式為： （1）其中,可靠系數(shù)，取1.3. 外部短路故障時(shí)的最大不平衡電流。 包括電流互感器和變壓器變比不完全匹配產(chǎn)生的最大不平衡電流和互感器傳遍誤差引起的最大不平衡電流。（2）其中, 外部短路故障時(shí)最大短路電流 ； 由于電流互感器計(jì)算變比和實(shí)際變比不一致引起的相對誤差，y，

13、d11接線三相變壓器的計(jì)算式為； 由變壓器分接頭改變引起的相對誤差，一般可去調(diào)整范圍的一半； 電流互感器同型系數(shù)，取為1； 非周期分量系數(shù)，取1.52,當(dāng)采用速飽和變流器時(shí)，由于非周期分量能引起其飽和，抑制不平衡輸出，可取為1。（2）躲過變壓器最大的勵(lì)磁涌流，整定式為 （3）其中,可靠系數(shù)，取；變壓器的額定電流；勵(lì)磁涌流的最大倍數(shù)，取48。（3）過電流互感器二次回路斷線時(shí)變壓器的最大負(fù)荷電流： （4）其中,可靠系數(shù)，取1.3； 變壓器的最大負(fù)荷電流，當(dāng)無法確定時(shí)，可用變壓器的額定電流。按上面三個(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。（4） 校驗(yàn)原則：縱差保護(hù)校驗(yàn)公式為 （5）在實(shí)際中一般

14、不低于2。4.1.2 計(jì)算基本項(xiàng)：（1） 變壓器額定電流 110kv側(cè)： 27.5kv側(cè)： （2） 電流互感器變比 110kv側(cè)： 27.5kv側(cè)：（3） 電流互感器二次側(cè)電流 110kv側(cè)： 27.5kv側(cè)：（4） 最大負(fù)載電流 動(dòng)作電流：（1）按躲過外部最大電流計(jì)算由題： （2）按躲過變壓器最大勵(lì)磁電流計(jì)算 由題： （3）按二次斷線計(jì)算由題： 靈敏度： 基本滿足要求，可以用縱差保護(hù)做主保護(hù)。4.2 后備保護(hù)的整定計(jì)算4.2.1 變壓器過電流保護(hù)的整定及校驗(yàn)原則（1）起動(dòng)電流的計(jì)算保護(hù)的啟動(dòng)電流按躲過變壓器可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流來整定，即（6）其中,可靠系數(shù)，取1.3；返回系數(shù)取=0.850

15、.95；變壓器器可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流。對降壓變壓器，應(yīng)考慮電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)時(shí)的最大電流，計(jì)算式為 （7）其中,正常工作時(shí)的最大負(fù)荷電流（一般為變壓器的額定電流）； 綜合負(fù)荷的自啟動(dòng)系數(shù)，對于110kv的降壓變電所，低壓610kv側(cè)取=1.52.5，中壓35kv側(cè)取=1.52。（2）校驗(yàn)原則 縱差保護(hù)校驗(yàn)公式為 （8）在后備保護(hù)中一般大于1.25。4.2.1 計(jì)算動(dòng)作電流： 由題： 靈敏度： 大于1.25，滿足要求。5 繼電保護(hù)設(shè)備的選擇5.1 互感器的選擇在電力系統(tǒng)中，為了保證正常供電以及保護(hù)貴重設(shè)備的安全，都有一套由各繼電器控制設(shè)備組成的繼電保護(hù)線路。當(dāng)電力系統(tǒng)中發(fā)生故障時(shí)，這些保護(hù)裝置就會動(dòng)

16、作，切斷故障的線路，如果是偶然的故障，還能夠自動(dòng)合閘，保證正常供電。保護(hù)用電流互感器，就是將線路上的電流變?yōu)橐欢ù笮〉碾娏鳌＝o繼電器等保護(hù)裝置供電。當(dāng)線路上發(fā)生短路或其它故障，使線路上電流劇增時(shí)，通過電流互感器供給繼電器等保護(hù)裝置的電流也劇增，使繼電保護(hù)裝置動(dòng)作，切斷故障線路。保護(hù)用電流互感器的準(zhǔn)確級用5p和10p表示。電流互感器選擇原則：（1）電路互感器的二次額定電流有1a和5a兩種，強(qiáng)電系統(tǒng)用5a；（2）當(dāng)電流互感器用于測量時(shí)，其一次額定電流盡量選擇的比回路正常工作電流大1/3左右；（3） 35kv及以上配電裝置一般采用油侵瓷箱式式絕緣結(jié)構(gòu)的獨(dú)立電流互感器，常用lcc7系列；電流互感器的選

17、擇及其參數(shù)如表1所示。表1 電流互感器的選擇型號及其參數(shù)型 號額定電流比準(zhǔn)確級組合二次額定輸出額定絕緣水平lzzbw-105200050.5/、10p10、0.2/10p100.2（0.2）級30va；級40 va；2級30 va12/42/75kvlcwd2-355100050.2（0.2）10p0.2（0.2）級30va；10p級50va40.5/95/185kv變壓器差動(dòng)保護(hù)用的電流互感器，在最大穿越性短路電流時(shí)其誤差超過10，此時(shí)應(yīng)采取下列措施：（1）適當(dāng)?shù)卦黾与娏骰ジ衅鞯淖兞鞅?；?）將兩組電流互感器按相串聯(lián)使用，減小電流互感器二次回路負(fù)載；（3）在滿足靈敏度要求的前提下，適當(dāng)?shù)靥岣?/p>

18、保護(hù)動(dòng)作電流；6 二次展開原理圖的繪制6.1 保護(hù)測量電路保護(hù)測量電路如圖4所示。圖4 保護(hù)測量電路6.2保護(hù)跳閘電路保護(hù)跳閘電路如圖5和圖6所示。圖5保護(hù)接線電路 圖6保護(hù)跳閘電路7 保護(hù)的評價(jià)一旦變壓器內(nèi)部出現(xiàn)故障時(shí)，差動(dòng)與瓦斯保護(hù)能否正確反映出來，這與它們的設(shè)計(jì)原理是密切相關(guān)的。主變差動(dòng)保護(hù)是按循環(huán)電流原理設(shè)計(jì)制造的，而瓦斯保護(hù)是根據(jù)變壓器的內(nèi)部故障時(shí)會產(chǎn)生或分解出氣體，針對這一點(diǎn)設(shè)計(jì)制造的。兩種保護(hù)由于基本原理不一樣，因而在作用和保護(hù)范圍上也有所不同。它們的區(qū)別為：差動(dòng)保護(hù)是變壓器的主保護(hù)，瓦斯保護(hù)為變壓器內(nèi)部故障時(shí)的主保護(hù)。差動(dòng)保護(hù)的保護(hù)范圍為主變各側(cè)差動(dòng)ta之間的一次電氣部分，即：主變引出線及變壓器線圈發(fā)生多相短路；單相嚴(yán)重的匝間短路；在大電流接地系統(tǒng)中保護(hù)線圈及引出線上的接地故障。瓦斯的保護(hù)范圍是：變壓器內(nèi)部多相短路； 匝間短路，匝間與鐵芯或外皮短路；鐵芯故障(發(fā)熱燒損)；油面下降或漏油；分接開關(guān)接觸不良或?qū)Ь€焊接