供電技術-(煤礦)變壓器的保護設計 WPS文字 文檔

1、課程設計名稱:供電技術課程設計題目:煤礦地面變電所主變壓器保護設計專業(yè):電氣工程及其自動化班級:電氣10-3班姓名:課程設計成績評定表學期2012/2013第一學期姓名專業(yè)電氣工程及其自動化班級電氣10-3班課程名稱供電技術設計題目興華煤礦地面變電所主變壓器保護設計評定標準評定指標分值得分知識創(chuàng)新性20理論正確性20內(nèi)容難易性15結合實際性10知識掌握程度15書寫規(guī)范性10工作量10總成績100評語:任課教師張國軍時間年月日備注設計任務書一、設計題目:興華煤礦地面變電所主變壓器保護設計二、原始參數(shù):1、變壓器(參數(shù)見附表2、二次母線短路電流為:最大運行方式16KA,最小運行方式13KA。三、設

2、計任務1、實現(xiàn)主變壓器保護,包括瓦斯保護、差動保護、過電流保護以及過負荷保護;2、設計圖紙一份。四、設計計劃本設計共一周:第1天查閱資料;第2-6天方案分析并按課程設計指導書具體進行設計及整理設計說明書;第7天答辯。五設計要求設計工作量為完成設計說明書一份、設計圖紙一份;設計必須根據(jù)進度計劃按期完成;設計說明書必須經(jīng)指導老師審查簽字方可答辯。指導教師:教研室主任:時間:摘要變壓器是電力系統(tǒng)的重要設備之一,它的正常運行對供電系統(tǒng)的可靠性意義重大。在面對變壓器可能發(fā)生的內(nèi)部故障、外部故障和不正常運行狀態(tài)的影響,從而對變壓器的可靠運行提出了更加嚴峻的挑戰(zhàn)。這就要求裝設的變壓器不僅僅安全可靠,而且要迅

3、速動作。因此變壓器的保護尤為重要。變壓器常用的保護裝置有瓦斯保護、差動保護、過電流保護以及過負荷保護等。在煤礦電力系統(tǒng)中,由于用電等級為一級,這就要求供電系統(tǒng)的可靠,從而對變壓器的保護意義及其重大。本課程設計就是是煤礦地面變電所主變壓器的保護設計。關鍵詞:變壓器保護目錄1.主保護介紹 (11.1.瓦斯保護介紹 (11.2.差動保護介紹 (22.后備保護介紹 (52.1過電流保護介紹 (52.2過負荷保護介紹 (63.保護的配合及整定計算 (73.1主保護的整定計算 (73.1.1差動保護的整定計算 (73.2后備保護的整定計算 (123.2.1過電流保護的整定計算 (123.2.2過負荷保護的

4、整定計算 (124.對保護設計的評價 (135.保護電路圖 (141.主保護介紹為了滿足電力系統(tǒng)穩(wěn)定方面的要求,當變壓器發(fā)生故障的時候,要求保護裝置快速切除故障。主保護的跳閘動作時間極短,一般認為是0秒,包括瓦斯保護和差動保護。1.1.瓦斯保護介紹瓦斯保護主要用作變壓器油箱內(nèi)部故障的主保護以及油面過低保護。變壓器的內(nèi)部故障,如匝間或層間短路、單相接地短路等,有時故障電流較小,可能不會是反應電流的保護動作。對于油浸變壓器,油箱內(nèi)部故障時,由于短路電流和電弧的作用,變壓器油和其他絕緣物會因為受熱而分解出氣體,這些氣體上升到最上部的油枕。故障越嚴重,產(chǎn)氣越多,形成強烈的氣流。能反映此氣體變化的保護裝

5、置,稱為瓦斯保護。瓦斯保護的主要優(yōu)點是動作快,靈敏度高,穩(wěn)定可靠,接線簡單,能反應變壓器油箱內(nèi)部的各種類型故障,特別是短路雜匝數(shù)很少的匝間短路,其他保護可能不動作,對于這種故障,氣體保護具有特別重要的意義。瓦斯保護的接線圖如圖1-1所示。R+至信號至信號QF2TR2TR1QF1365 4圖1-1 瓦斯保護的接線圖1.2.差動保護介紹差動保護主要用作變壓器內(nèi)部繞組、絕緣套管及引出線相間短路的主保護。在正常運行和外部故障時,流入繼電器的電流為兩側電流之差,及Ir=I12-I22=0,其值很小,繼電器不動作。當變壓器內(nèi)部放生故障時,若僅I 側有電源,則Ir=I12,其值為短路電流,繼電器動作,使兩側

6、斷路器跳閘。由于差動保護無需與其他保護配合,因此可瞬動切出故障。變壓器差動保護原理如圖1-2所示。II I1I II1I I2I II2I r圖1-2變壓器差動保護原理由于諸多因素影響,在正常運行和發(fā)生外部故障時,在繼電器中會流過不平衡電流,影響差動保護的靈敏度。下面主要介紹變壓器接線方式的影響。對于Yd11接線方式的變壓器,其兩側電流有30度相位差。為消除相位差造成的不平衡電流,通常采用相位補償?shù)姆椒?及變壓器Y 側的互感器接成d 形,d 側的互感器接成Y 形,使相位得到矯正。差動保護接線圖如圖1-3所示。I I A2I B1I C1I II A1I B1I C1I CA2I BC2I AB

7、2A BCX Y Z x z y ab c I a1I b1I c1I ab2I ab1I bc1I ca1I bc2I ca2圖1-3差動保護接線圖2.后備保護介紹為了滿足電力系統(tǒng)穩(wěn)定方面的要求,當變壓器發(fā)生故障的時候,要求保護裝置切除故障。為保證故障能夠切除,變壓器還應裝設后備保護。后備保護的跳閘動作時間一般認為是幾秒,包括過電流保護和過負荷保護。2.1過電流保護介紹為了防止外部短路引起變壓器繞組的過電流,并作為差動和瓦斯保護的后備,變壓器還必須裝設過電流保護。對于單側電源的變壓器,過電流保護安裝在電源側,保護動作時切斷變壓器各側開關。過電流保護的動作電流應按躲過變壓器的最大工作電流整定,

8、啟動值比較大,往往不能滿足靈敏度的要求。為此,可以采用低電壓閉鎖的過電流保護,以提高保護的靈敏度,其接線圖如圖2-1所示。I tU U +_+信號信號QF1QF2_跳QF1跳QF2接自低壓側電壓互感器接自高壓側電壓互感器圖2-1低電壓閉鎖過電流保護2.2過負荷保護介紹變壓器過負荷大都是三相對稱的。所以過負荷的保護可采用單電流繼電器的接線方式,經(jīng)過一定延時作用于信號,在無人值班的變電所內(nèi),也可作用于跳閘或自動切除一部分負荷。變壓器過負荷保護的動作時間通常取10s ,保護裝置的動作電流,按躲過變壓器額定電流整定。3.保護的配合及整定計算3.1主保護的整定計算3.1.1差動保護的整定計算(1由變壓器

9、的額定容量及平均電壓計算出變壓器兩側的額定電流EMBED Equation.KSEE3 * MERGEFORMAT |T N I.,按選擇兩側電流互感器一次額定電流,然后按下式算出兩側電流互感器二次回來呀的額定電流:wcK.接線系數(shù),電流互感器為星形接線時,三角形接線時TAK.電流互感器變比。取二次額定電流最大的一側為基本側,表3-1為本課程設計的變壓器的參數(shù),根據(jù)以上公式計算得二次回路額定電流計算值,如表3-2表3-1型號額定容量/kV A額定電壓/kV 連接組標號空載電流/%空載損耗/W負載損耗/W阻抗電壓/% 高低SF9-12500/63 12500 63 6.3YN,d111.0 16

10、800 59850 9表3-2名稱各側數(shù)值名稱各側數(shù)值額定電壓(kv 63 6.3 電流互感器計算變比變壓器額定電流(A選擇電流互感器變比電流互感器接線方式 d y 電流互感器二次回路額定電流(A由表3-2可以看出,63kv側電流互感器一次回路額定電流大于6.3kv側。因此63kv側為基本側。最大運行方式16KA,最小運行方式13KA。即,。由于所給的這兩個數(shù)據(jù)是二次母線短路電流,且基本側為一次側。必須將其換算到一次側。則,(2計算保護裝置63kv側的一次動作電流按躲過外部最大不平衡電流,根據(jù)公式:式中.可靠系數(shù),取1.3;.最大不平衡電流.外部故障時最大三相短路電流的周期分量.電流互感器同型

11、系數(shù),型號相同時取0.5,不同時取1;.電流互感器的容許最大相對誤差,為0.1;.變壓器改變分接頭調(diào)壓引起的相對誤差,一般采用調(diào)壓范圍一半,取5%;.由于繼電器的整定匝數(shù)與計算的不相等而產(chǎn)生的誤差,初算時可取中間值0.05,最大值為0.91。則:(A按躲過勵磁涌流根據(jù)公式:式中.可靠系數(shù),取1.3;.變壓器額定電流。則(A按躲過電流互感器二次斷線。根據(jù)公式:式中.可靠系數(shù),取1.3;.變壓器的最大工作電流,無法確定時,可采用變壓器的額定電流。則(A根據(jù)以上三個條件計算的結果,取其最大者最為基本側的動作電流整定值,因此,選擇63kv側的一次動作電流(A。(3確定線圈接線與匝數(shù)平衡線圈I、II分別

12、接于63kv側和6.3kv側。計算基本側繼電器的動作電流為根據(jù)公式:則,(A基本側計算線圈計算匝數(shù)為根據(jù)公式:式中=60則(匝據(jù)BCH-2內(nèi)部實際接線,選定實際整定匝數(shù)為6匝,其中取差動線圈匝數(shù),平衡線圈II的匝數(shù)。(4確定6.3kV側平衡線圈的匝數(shù)(匝確定平衡線圈II實際匝數(shù)為匝。(5計算由于實際匝數(shù)與計算匝數(shù)不等產(chǎn)生的相對誤差因為,且相差很小,故不需要核算動作電流。(4靈敏系數(shù)校驗按最小運行方式下,63kV側兩相短路校驗。因為基本側互感器二次額定電流最大,故非基本側靈敏系數(shù)最小。6.3kV側通過繼電器的電流為:(A繼電器整定的電流為(A這最小靈敏系數(shù)為 2 滿足要求。 當采用低電壓閉鎖的過

13、電流保護時， 保護中電流元件的動作電流 大于變壓器的額定電流來整定，即 式中 .變壓器額定電流，可靠系數(shù)取 1.2，返回系數(shù)取 0.85. 則 (A 3.2.2 過負荷保護的整定計算 根據(jù)公式： 式中 .可靠系數(shù)，取 1.05； .返回系數(shù)，一般為 0.85； .變壓器的額定電流。 則 3.對保護設計的評價 對于瓦斯保護，當變壓器的內(nèi)部發(fā)生故障，如匝間或層間短路、 12 單相接地短路等，有時故障電流較小，可能不會是反應電流的保護動 作，有一定優(yōu)越性但也有其弊端。差動保護可以正確區(qū)分內(nèi)外故障， 而且不需要與其它元件的保護配合，可以做到無延時的切除區(qū)內(nèi)故 障，選擇性好，具有很大優(yōu)越性。但是差動保護一直存在勵磁涌流的 問題，雖然隨著技術的不斷進步，但是瓦斯保護和差動保護的固有原 理性矛盾也很突出。后備保護的出現(xiàn)就大大緩解了這一矛盾。后備保 護可以防