繼電保護課程設(shè)計報告

1、電力系統(tǒng)繼電保護課程設(shè)計報告電力系統(tǒng)繼電保護課程設(shè)計 指導(dǎo)教師評語報告（30）總成績修改（40）平時（30）專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 班 級： 電氣091 姓 名： * 學(xué) 號： 200909004 指導(dǎo)教師： 高鋒陽 蘭州交通大學(xué)自動化與電氣工程學(xué)院2012 年 7月 7日 1設(shè)計原始資料1.1題目一臺雙繞組降壓變壓器的容量為25MVA，電壓比為110±2×2.5%/27.5kV，采用Yn，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2100 A ，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800/5,可

2、靠系數(shù)Krel=1.3。試對變壓器進行相關(guān)保護的設(shè)計。1.2要完成的內(nèi)容對變壓器進行主保護和后備保護的設(shè)計、配置、整定計算和校驗。2 保護方案設(shè)計2.1 方案設(shè)計2.1.1主保護配置3 整定計算為了滿足電力系統(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和縱差動保護構(gòu)成雙重化快速保護。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、信號繼電器

3、、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。目前，瓦斯保護使用的瓦斯繼電器主要是開口杯式的，正常時，上、下開口杯都浸在油內(nèi)，由于開口杯側(cè)產(chǎn)生的力矩小于平衡錘產(chǎn)生的力矩，因此開口杯處于上升位置，磁力觸點斷開。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生輕微故障時，聚集在瓦斯繼電器內(nèi)上部的氣體使使油面下降，上開口杯側(cè)的力矩大于平衡錘所產(chǎn)生的力矩，因此上開口杯繞支點順時針偏轉(zhuǎn)，帶動永久磁鐵使磁力觸點接通，發(fā)出輕瓦斯信號。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時，在郵箱內(nèi)形成的油流沖擊進油口擋板而帶動下開口杯偏轉(zhuǎn)，永久磁體隨著偏轉(zhuǎn)，使磁力支點接通而引起變壓器各側(cè)斷路器跳閘。變壓器差動保護主要用來保護變壓器內(nèi)部、套管以及引

4、出線上的相間短路,同時也可以保護單相層間短路和接地短路。電流縱差動保護不但能區(qū)分保護區(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，該保護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)躲開外部短路時的最大不平衡電流。2.1.2 后備保護配置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。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。變壓器的不正常工作包括過負(fù)荷運行

5、，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。3.1 主保護的整定計算3.1.1 差動保護動作電流計算值表1 變壓器各側(cè)一、二次電流名稱各側(cè)數(shù)值額定電壓（kV）11027.5額定電流（A）電流互感器接線Y電流互感器變比300/5800/5二次電流（A）(1) 躲過外部短路故障時的最大不平衡電流，整定計算式Iset=KrelIunb.max (3.1) Iunb.max=(fza +U+KnpKst)Ik.max (3.2)已知fza =0.134，U=0.05，Knp=0.1，Kst=1，帶入公式(3.2)得Iunb

6、.max =（0.134+0.05+0.1×1×1）×2400=681.6(A)Iset = Iset=KrelIunb.max =1.3×681.6=886.1A)(2) 躲過變壓器最大勵磁涌流，整定式Iset=Krel IN (3.3)已知Krel=1.3,=1，IN=525，帶入公式(3.3)得 Iset =1.3×1×525=682.5(A)(3) 按躲過電流互感器二次回路斷線計算，即 Iset=KrelIl.max (3.4)已知Krel=1.3，IN =525，帶入公式(3.4)得Iset =1.3×525 =6

7、82.5（A）按上面的三個條件計算縱差護的動作電流，并選取最大者，比較可知：選一次動作電流Iset=886.1(A) (3.5)靈敏度校驗Ksen=Ik.min/Iset (3.7)已知Ik.max=2400，Iset=1154.4，帶入公式(3.7)得Ksen=2100/886.1=2.37Ksen2滿足靈敏度要求。3.2 后備保護的整定計算3.2.1 變壓器過電流保護所以整定電流Iset=KssIL.max (3.8)已知Krel=1.2，Kre=0.85，Kss=1.5，IL.max=525，帶入公式(3.8)得 Iset=1111.8(A)靈敏度校驗Ksen= (3.9)已知Ik.mi

8、n=7133，Iset=3712，帶入公式(3.9)得Ksen = =1.89Ksen>1.5滿足靈敏度要求。3.2.2低電壓啟動的過電流保護 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，靈敏度往往不能滿足要求，為此可以采用低電壓啟動的過電流保護。采用低電壓繼電器后，電流繼電器的整定值就可以不再考慮并聯(lián)運行變壓器切除或電動 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1 Iset=IN (3.10)已知Krel=1.2，Kre=0.85，In=1753，帶入公式(3.10)得Iset = =741.2(A)低電壓繼電器的

9、動作電壓按以下條件整定，并取最小值。（1） 按躲過正常運行時可能出現(xiàn)的最低工作電壓整定，Uset= (3.12)已知UL.min=24.75，Krel=0.85，Kre=1.1，帶入公式(3.12)得Uset = =26.5(kv)(2)按躲過電動機自啟動時的電壓整定：當(dāng)?shù)蛪豪^電器由變壓器低壓側(cè)互感器供電時，計算式為Uset=(0.50.6)UN (3.13)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 UN (3.14)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

10、線電壓會比較低。Uset=0.627.5 =16.5(kV)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。低電壓繼電器的靈敏系數(shù)按下式校驗 Ksen= (3.15)要求Ksen1.25，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：Ksen=1.25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。4 繼電保護設(shè)備選擇4.1 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貴重設(shè)備的安全，都有一套由繼電器控制設(shè)備組成的繼電保護線路。當(dāng)電力系統(tǒng)中發(fā)生故障時，這些保護裝置就會動作，切斷故障的線路，如果是偶然的故障，還能夠自動合閘，保證正常供電。保護用電流互感器，就是將

11、線路上的電流變?yōu)橐欢ù笮〉碾娏?給繼電器等保護裝置供電。當(dāng)線路上發(fā)生短路或其它故障，使線路上電流劇增時，通過電流互感器供給繼電器等保護裝置的電流也劇增，使繼電保護裝置動作，切斷故障線路。保護用電流互感器的準(zhǔn)確級用5P和10P表示，也相當(dāng)于其允許誤差為5%和10%。4.1.1 電壓器互感器的選擇首先根據(jù)儀表和繼電器接線要求選擇電壓互感器接線方式，并盡可能將負(fù)荷均勻分布在各相上，然后計算各相負(fù)荷大小，按照所接儀表的準(zhǔn)確級和容量選擇互感器的準(zhǔn)確級額定容量。所以本題中電壓互感器的型號為ZDZJ-3。4.1.2 電流互感器選擇原則35KV及以上配電裝置一般采用油侵瓷箱式式絕緣結(jié)構(gòu)的獨立電流互感器，常用L

12、CC7系列。電力變壓器中性點電流互感器的一次額定電流應(yīng)大于變壓器允許的不平衡電流的選擇，一般情況下，可以按照變壓器額定電流的1/3進行選擇。關(guān)于準(zhǔn)確度，用于電度計量的電流互感器，準(zhǔn)確度不應(yīng)低于0.5級，用于電流電壓測量的準(zhǔn)確度不低于1級，非重要回路可采用3級，用于繼電保護的電流互感器，應(yīng)用D級B級，選型號為LCWD2-35型電流互感器。4.2 繼電器的選擇本設(shè)計選用BCH-2型差動繼電器，該差動繼電器，作為兩繞組及三繞組電力變壓器，以及交流發(fā)電機的單相差動。繼電器可以預(yù)防由非故障狀態(tài)的不穩(wěn)定的過渡電流而使保護非選擇性的動作。該繼電器由執(zhí)行元件電磁式電流繼電器DL-11及中間速飽和交流器組成。繼

13、電器具有短路繞組，它構(gòu)成差動繼電器的一些主要技術(shù)性能，速飽和變流器的所有繞組都是制成帶有抽頭的，這樣就可以對繼電器的參數(shù)進行階梯性調(diào)整。當(dāng)用BCH-2型繼電器來保護電力變壓器時，平衡繞組的圈數(shù)根據(jù)這樣的條件來選擇，既當(dāng)發(fā)生穿越短路時，所有繞組的匝數(shù)應(yīng)相等。當(dāng)用繼電器保護兩繞組變壓器時動作電流可以在更細(xì)致的范圍內(nèi)進行調(diào)整，因為這時可以利用兩個平衡繞組。變流器和執(zhí)行原件放在一個外殼內(nèi)，為了便于對執(zhí)行原件單獨的校驗調(diào)整和實驗變流器特性時的須要，執(zhí)行原件的線圈與變流器的二次繞組，平衡繞組與工作繞組是通過連接板相互連接的，因而可以調(diào)整試驗時接通或斷開相應(yīng)的電路。5 保護評價及結(jié)論一旦變壓器內(nèi)部出現(xiàn)故障時，差動保護與瓦斯保護能否正確反映出來，這與它們的設(shè)計原理是密切相關(guān)的。主變差動保護是按循環(huán)電流原理設(shè)計制造的，而瓦斯保護是根據(jù)變壓器的內(nèi)部故障時會產(chǎn)生或分解氣體，針對這一點設(shè)計制造的。兩種保護由于基本原理不一樣，因而在作用和保護范圍上也有所不同。他們的區(qū)別為：差動保護是變壓器的主保護，瓦斯保護為變壓器內(nèi)部故障時的主保護。另一個區(qū)別是差動保護可裝在變壓器