315MW變壓器縱差動(dòng)保護(hù)設(shè)計(jì)

1、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)（論文）題目： 31.5MW變壓器縱差動(dòng)保護(hù)設(shè)計(jì)（1）院（系）： 電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 電 學(xué) 號(hào)：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：（簽字）起止時(shí)間： 2012.12.26-2013.1.11 課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語(yǔ)院（系）：電氣工程學(xué)院 教研室：電氣工程及其自動(dòng)化學(xué) 號(hào)學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí)電氣班課程設(shè)計(jì)（論文）題目31.5MW變壓器縱差動(dòng)保護(hù)設(shè)計(jì)（1）課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)系統(tǒng)接線圖如圖：系統(tǒng)L1L2L3L4T1T2F1F2T3T4課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容及技術(shù)參數(shù)參見(jiàn)下表設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)工作量系統(tǒng)接線如上圖所示，參數(shù)如下：系統(tǒng)：短路容量Sn=800MVA發(fā)電機(jī)F1和F2 Sn=25MW c

2、os變壓器T1 型號(hào)：SFL1-31500/121kV ，Y0/-11接線，短路電壓百分?jǐn)?shù)為Ud%=10.5%變壓器T2 型號(hào)：SFSL-31500/121kV Y0/Y/-11接線，短路電壓百分?jǐn)?shù)為Ud(1-2)%=17%，Ud(1-3)%=10.5% Ud(2-3)%=6.0% 變壓器T3和T4 型號(hào)：SFL1-20000/121kV Y0/-11接線，短路電壓百分?jǐn)?shù)為Ud%=10.5%/km，L1、L2、L3、L4的長(zhǎng)度分別為100km、50km、30km、60km。1計(jì)算各元件的等值模型，確定該電力系統(tǒng)的等值電路。2短路電流計(jì)算。3確定系統(tǒng)的最大運(yùn)行方式和最小運(yùn)行方式。4對(duì)變壓器T1進(jìn)

3、行保護(hù)配置，說(shuō)明都設(shè)置哪些保護(hù)形式。5整定計(jì)算變壓器T1的縱差動(dòng)電流保護(hù)的整定電流值。6整定計(jì)算變壓器T1的縱差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作線圈的匝數(shù)，校驗(yàn)相對(duì)誤差和靈敏度。7繪制變壓器保護(hù)的原理接線圖。并分析動(dòng)作過(guò)程。8. 采用MATLAB建立系統(tǒng)模型進(jìn)行仿真分析。續(xù)表進(jìn)度計(jì)劃第一天：收集資料，確定設(shè)計(jì)方案。 第二天：計(jì)算短路電流。第三天：確定系統(tǒng)的運(yùn)行方式 第四天：保護(hù)規(guī)劃配置。第五天：整定動(dòng)作電流值。 第六天：整定動(dòng)作線圈的匝數(shù)并校驗(yàn)。 第七天：繪制保護(hù)原理圖。 第八天：MATLAB建模仿真分析。第九天：撰寫說(shuō)明書(shū)。 第十天：課設(shè)總結(jié)，迎接答辯。指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)及成績(jī)平時(shí)： 論文質(zhì)量： 答辯：總成績(jī)： 指導(dǎo)教

4、師簽字： 年 月 日注：成績(jī)：平時(shí)20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計(jì)算摘 要電力系統(tǒng)中的變壓器，它利用電磁感應(yīng)原理，把輸入的交流電升高或降低為同一頻率的交流輸出電壓。譬如通過(guò)變壓器升壓，可以降低輸送的電能損失，把電能送到遠(yuǎn)方。通過(guò)變壓器把高壓電降為適用的電壓供用戶使用。變壓器在電力系統(tǒng)中是十分重要的電氣設(shè)備，而對(duì)變壓器的繼電保護(hù)在整個(gè)系統(tǒng)中占有重要的地位，長(zhǎng)期以來(lái)變壓器一直采用差動(dòng)保護(hù)作為內(nèi)部故障的主保護(hù)，因此差動(dòng)保護(hù)的性能好壞將直接影響到系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行和能否安全、穩(wěn)定地供電。本次課程設(shè)計(jì)就是有關(guān)于變壓器的縱差動(dòng)保護(hù)整定計(jì)算，緊密貼合電氣專業(yè)的課程主要重點(diǎn)知識(shí)，可以對(duì)變壓器保護(hù)的

5、知識(shí)有更深入的了解和學(xué)習(xí)，并且融合了其他課程知識(shí)，涉及到正序、負(fù)序、零序網(wǎng)絡(luò)的建立、保護(hù)原理圖的繪制與動(dòng)作過(guò)程分析，變壓器在最大及最小運(yùn)行方式下短路電流的計(jì)算以及對(duì)變壓器縱差保護(hù)繼電器的整定、計(jì)算及校驗(yàn)，利用MATLAB建立了仿真模型，對(duì)變壓器在不同工作條件下進(jìn)行了大量的仿真，仿真結(jié)果表明，阻抗繼電器與變壓器縱差動(dòng)保護(hù)相配合的方式在檢測(cè)變壓器內(nèi)部故障時(shí)有很高的靈敏度，在外部故障時(shí)又有很強(qiáng)的制動(dòng)作用，具有一定的實(shí)用價(jià)值，最后分析動(dòng)作過(guò)程并采用MATLAB建立系統(tǒng)模型進(jìn)行仿真分析輸出系統(tǒng)正常狀態(tài)和故障狀態(tài)下的電流和電壓波形，判斷系統(tǒng)是否會(huì)出現(xiàn)繼電器的誤動(dòng)作并分析其動(dòng)作，用準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)來(lái)驗(yàn)證計(jì)算的準(zhǔn)確

6、性和實(shí)用性。關(guān)鍵詞：變壓器；差動(dòng)保護(hù)；MATLAB；阻抗繼電器目 錄第1章緒論4第2章變壓器縱差動(dòng)保護(hù)整定計(jì)算52.1 變壓器保護(hù)規(guī)劃配置52.2 確定系統(tǒng)運(yùn)行方式6第3章保護(hù)原理圖的繪制與動(dòng)作過(guò)程分析14第4章 MATLAB建模仿真分析17第5章課程設(shè)計(jì)總結(jié)19參考文獻(xiàn)20第1章 緒論1、變壓器縱差保護(hù)基本原理 縱差保護(hù)作為變壓器內(nèi)部故障的主保護(hù)將有許多特點(diǎn)和困難。變壓器具有兩個(gè)或更多個(gè)電壓等級(jí)，構(gòu)成縱差保護(hù)所用電流互感器的額定參數(shù)各不相同，由此產(chǎn)生的縱差保護(hù)不平衡電流將比發(fā)電機(jī)的大得多，縱差保護(hù)是利用比較被保護(hù)元件各端電流的幅值和相位的原理構(gòu)成。由于縱差保護(hù)的構(gòu)成原理是基于比較變壓器各側(cè)電

7、流的大小和相位，受變壓器各側(cè)電流互感器以及諸多因素影響，變壓器在正常運(yùn)行和外部故障時(shí)，其動(dòng)差保護(hù)回路中有不平衡電流，使縱差保護(hù)處于不利的工作條件下。2.1 穩(wěn)態(tài)情況下的不平衡電流變壓器在正常運(yùn)行時(shí)縱差保護(hù)回路中不平衡電流主要是由電流互感器、變壓器接線方式及變壓器帶負(fù)荷調(diào)壓引起。（1） 由電流互感器計(jì)算變比與實(shí)際變比不同而產(chǎn)生。正常運(yùn)行時(shí)變壓器各側(cè)電流的大小是不相等的。為了滿足正常運(yùn)行或外部短路時(shí)流入繼電器差動(dòng)回路的電流為零，則應(yīng)使高、低壓兩側(cè)流入繼電器的電流相等，即高、低側(cè)電流互感器變比的比值應(yīng)等于變壓器的變比。（2） 由變壓器兩側(cè)電流相位不同而產(chǎn)生。變壓器常常采用兩側(cè)電流的相位相差30

8、76;的接線方式（對(duì)雙繞組變壓器而言）。（3） 由變壓器帶負(fù)荷調(diào)整分接頭產(chǎn)生。在電力系統(tǒng)中，經(jīng)常采用有載調(diào)壓變壓器，在變壓器帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)利用改變變壓器的分接頭位置來(lái)調(diào)整系統(tǒng)的運(yùn)行電壓。改變變壓器的分接頭位置，實(shí)際上就是改變變壓器的變化。2.2 暫態(tài)情況下的不平衡電流（1）由變壓器勵(lì)磁涌流產(chǎn)生。變壓器的勵(lì)磁電流僅流經(jīng)變壓器接通電源的某一側(cè)，對(duì)差動(dòng)回路來(lái)說(shuō)，勵(lì)磁電流的存在就相當(dāng)于變壓器內(nèi)部故障時(shí)的短路電流3。因此，它必然給縱差保護(hù)的正確工作帶來(lái)不利影響。正常情況下，變壓器的勵(lì)磁電流很小，故縱差保護(hù)回路的不平衡電流也很小。在外部短路時(shí)，由于系統(tǒng)電壓降低，勵(lì)磁電流也將減小。（2）由變壓器外部故障暫態(tài)穿

9、越性短路電流產(chǎn)生縱差保護(hù)是瞬動(dòng)保護(hù)，它是在一次系統(tǒng)短路暫態(tài)過(guò)程中發(fā)出跳閘脈沖。第2章 變壓器縱差動(dòng)保護(hù)整定計(jì)算2.1 變壓器保護(hù)規(guī)劃配置系統(tǒng)等值網(wǎng)絡(luò). 參數(shù)如下：系統(tǒng)：短路容量Sx=800MVA 發(fā)電機(jī)F1和F2 Sn=25MW cos變壓器T1 型號(hào)：SFL1-31500/121kV Y0/-11接線短路電壓百分?jǐn)?shù)為Ud%=10.5%變壓器T2 型號(hào)：SFSL-31500/121kV Y0/Y/-11接線，短路電壓百分?jǐn)?shù)為Ud(1-2)%=17%，Ud(1-3)%=10.5% Ud(2-3)%=6.0% 變壓器T3和T4 型號(hào)：SFL1-20000/121kV Y0/-11接線短路電壓百分?jǐn)?shù)

10、為Ud%=10.5%/kmL1、L2、L3、L4的長(zhǎng)度分別為100km、50km、30km、60km。2.2 確定系統(tǒng)運(yùn)行方式最大方式：A廠、B廠發(fā)電機(jī)、變壓器全部投入，雙回線運(yùn)行。最小方式1：A廠停一臺(tái)25MW發(fā)電機(jī)和31.5MVA變壓器，雙回線運(yùn)行。最小方式2：B廠停一臺(tái)25MW發(fā)電機(jī)，單回線運(yùn)行。最小方式3：A廠停一臺(tái)50MW發(fā)電機(jī)和63MVA變壓器，雙回線運(yùn)行。元件標(biāo)幺值計(jì)算：發(fā)電機(jī)：50MW： ×25MW： ×變壓器：31.5MVA： 63MVA： 40MVA： 31.5MVA： 輸電線：?jiǎn)位兀?雙回：短路電流計(jì)算1最大方式 外部短路： 短路：短路： 內(nèi)部短路：短

11、路：短路： 2最小方式1 外部短路： 短路：短路：內(nèi)部短路： 短路：短路：3最小方式2 外部短路：短路：短路：內(nèi)部短路：短路：短路：4最小方式3 外部短路：短路：短路：內(nèi)部短路：短路：短路：短路電流計(jì)算結(jié)果表短路點(diǎn)短路運(yùn)行 情況情況外部短路內(nèi)部短路最大方式最小方式1最小方式2最小方式3最大方式最小方式1最小方式2最小方式3基本側(cè)的選擇數(shù)值名稱各側(cè)數(shù)值110kV11kV變壓器一次側(cè)額定電流AA電流互感器接線方式電流互感器一次電流 A電流互感器變比電流互感器二次額定電流AA由表可見(jiàn)，110kV的二次額定電流大于11kV側(cè)的二次額定電流，故應(yīng)選110kV側(cè)為基本側(cè)。由短路電流計(jì)算結(jié)果比較可得最大外部

12、短路電流為三相外部短路時(shí)點(diǎn)的短路電流：A（最小方式1）最小內(nèi)部短路電流為最小方式1時(shí)在點(diǎn)發(fā)生的兩相短路時(shí)的短路電流：A確定保護(hù)的動(dòng)作電流1躲開(kāi)變壓器投入，切除外部短路后及電壓恢復(fù)時(shí)的勵(lì)磁涌流：A2躲開(kāi)電流互感器二次回路斷線時(shí)變壓器的最大負(fù)荷：A3躲開(kāi)變壓器外部短路時(shí)的最大不平衡電流： =1.3（） 電流互感器的誤差引起的不平衡電流 變壓器電壓分接頭改變引起的不平衡電流 平衡線圈不能對(duì)變壓器與側(cè)電流差值進(jìn)行完全補(bǔ)償引起的不平衡電流 非同期分量引起的誤差，取1 電流互感器的同型系數(shù)當(dāng)電流互感器型號(hào)相同且處于同一情況下，當(dāng)電流互感器型號(hào)不同時(shí)， 繼電器整定匝數(shù)與計(jì)算匝數(shù)不等而引起的相對(duì)誤差1.3（）

13、 =1.3（1×1×0.1+0.05+0.05）×因此，保護(hù)的基本側(cè)的動(dòng)作電流取上述三者中最大值：確定繼電器基本側(cè)線圈匝數(shù)及各線圈接法1基本側(cè)繼電器動(dòng)作電流A2基本側(cè)線圈匝數(shù)（差動(dòng)線圈匝數(shù)）匝取匝3確定基本側(cè)線圈接入匝數(shù)繼電器實(shí)際動(dòng)作電流：A保護(hù)一次動(dòng)作電流為：A4確定非基本側(cè)平衡線圈及工作線圈匝數(shù)匝確定平衡線圈實(shí)用匝數(shù)為匝5計(jì)算由實(shí)用線圈與計(jì)算匝數(shù)不等引起的相對(duì)誤差動(dòng)作電流滿足要求。6靈敏度：2因此，合格第3章 保護(hù)原理圖的繪制與動(dòng)作過(guò)程分析根據(jù)基爾霍夫第一定律，；式中表示變壓器各側(cè)電流的向量和，其物理意義是：變壓器正常運(yùn)行或外部故障時(shí)，若忽略勵(lì)磁電流損耗及其他

14、損耗，則流入變壓器的電流等于流出變壓器的電流。因此，縱差保護(hù)不應(yīng)動(dòng)作。當(dāng)變壓器內(nèi)部故障時(shí)，若忽略負(fù)荷電流不計(jì)，則只有流進(jìn)變壓器的電流而沒(méi)有流出變壓器的電流，縱差保護(hù)動(dòng)作，切除變壓器。動(dòng)作過(guò)程分析：(1）正常運(yùn)行和區(qū)外故障時(shí)，被保護(hù)元件兩端的電流和的方向如圖（a）所示，則流入繼電器的電流為繼電器不動(dòng)作。（2）區(qū)內(nèi)故障時(shí)，被保護(hù)元件兩端的電流和的方向如圖（b）所示，則流入繼電器的電流為此時(shí)為兩側(cè)電源提供的短路電流之和，電流很大，故繼電器動(dòng)作，跳開(kāi)兩側(cè)的斷路器。由上分析可知，縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的范圍就是兩側(cè)電流互感器所包圍的全部區(qū)域，即被保護(hù)元件的全部，而在保護(hù)范圍外故障時(shí)，保護(hù)不動(dòng)作。變壓器在正常負(fù)荷狀

15、態(tài)下，差動(dòng)回路中的不平衡電流很小，但當(dāng)發(fā)生區(qū)外短路故障時(shí)，由于電流互感器可能飽和等等因素，會(huì)使不平衡電流增大，當(dāng)不平衡電流超過(guò)了保護(hù)動(dòng)作電流時(shí)，差動(dòng)保護(hù)就會(huì)誤動(dòng)。比率差動(dòng)保護(hù)就是用來(lái)區(qū)分差流是由內(nèi)部故障還是不平衡輸出（特別是外部故障）引起的，它引入了外部短路電流作為制動(dòng)電流，當(dāng)外部短路電流增大時(shí)，制動(dòng)電流隨之增大，使得繼電器的動(dòng)作電流也相應(yīng)增大，這樣就可以有效的躲過(guò)不平衡電流，避免誤動(dòng)的出現(xiàn)。比率差動(dòng)元件采用初始帶制動(dòng)的變斜率比率制動(dòng)特性，由低值比率差動(dòng)（靈敏）和高值比率差動(dòng)（不靈敏）兩個(gè)元件構(gòu)成。為了保證區(qū)內(nèi)故障的快速切除，只有低值比率差動(dòng)元件（靈敏）設(shè)有TA飽和判據(jù)，高值比率差動(dòng)元件（不靈

16、敏）不設(shè)TA飽和判據(jù)。三折線比率差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作特性如圖所示。式中：為變壓器額定電流；分別為變壓器各側(cè)電流；為穩(wěn)態(tài)比率差動(dòng)起動(dòng)電流；為差動(dòng)電流；為制動(dòng)電流；為比率制動(dòng)系數(shù)整定值。比率差動(dòng)保護(hù)按相判別，滿足以上條件時(shí)動(dòng)作。但是保護(hù)出口必須還要經(jīng)過(guò)TA的飽和判別，TA斷線判別（可選），勵(lì)磁涌流判別。由圖可以看出，具有比率制動(dòng)特性差動(dòng)元件的動(dòng)作特性主要由起動(dòng)電流，拐點(diǎn)電流，比率制動(dòng)系數(shù)（即特性曲線的斜率）決定，而動(dòng)作特性又決定了差動(dòng)元件的動(dòng)作靈敏度和躲區(qū)外故障的能力，當(dāng)這三個(gè)量中的兩個(gè)固定以后，比率制動(dòng)系數(shù)越小，或拐點(diǎn)電流越大，或初始動(dòng)作電流越小，差動(dòng)元件的動(dòng)作靈敏度越高，而此時(shí)躲區(qū)外故障的能力越差。

17、第4章 MATLAB建模仿真分析圖4.1 5%匝間短路時(shí)電壓、電流、等效瞬時(shí)電感和電感變化量的波形仿真分析：從仿真結(jié)果可以看出，在空載合閘時(shí)產(chǎn)生勵(lì)磁涌流時(shí)，由于勵(lì)磁電感交替處于飽和區(qū)和非飽和區(qū)，等效瞬時(shí)電感出現(xiàn)了急劇變化，這是由于電壓和電流差存在相位差，但對(duì)等效瞬時(shí)的計(jì)算無(wú)太大影響，考慮到合閘角，剩磁等因素，對(duì)應(yīng)于各種情況下的等效瞬時(shí)電感的變化有所不同，勵(lì)磁涌流時(shí)，等效電感的變化量分布在60至500中，且在0時(shí)的數(shù)值相對(duì)較大。所以，變壓器在發(fā)生勵(lì)磁涌流和內(nèi)部故障時(shí)的等效時(shí)電感的變化量很大，所以，以等效瞬時(shí)電感的變化量為特征量，設(shè)置一個(gè)門檻值可以有效的區(qū)分內(nèi)部故障和勵(lì)磁涌流。第5章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)

18、這次課程設(shè)計(jì)主要對(duì)繼電保護(hù)中變壓器縱差保護(hù)的整定計(jì)算進(jìn)行了綜合的考查，重點(diǎn)難點(diǎn)在于最大最小運(yùn)行系統(tǒng)的確定，如何區(qū)分勵(lì)磁涌流與故障電流，詳細(xì)介紹了變壓器縱差保護(hù)的原理，又整合了電力系統(tǒng)的暫態(tài)分析內(nèi)容，進(jìn)行了短路電流的計(jì)算，其中也涉及到正序、負(fù)序、零序網(wǎng)絡(luò)的建立、保護(hù)原理圖的繪制與動(dòng)作過(guò)程分析，變壓器在最大及最小運(yùn)行方式下短路電流的計(jì)算以及對(duì)變壓器縱差保護(hù)繼電器的整定及計(jì)算及校驗(yàn)，運(yùn)用MATLAB建立了仿真模型，對(duì)變壓器在不同工作條件下進(jìn)行了大量的仿真，考慮了其綜合性強(qiáng)，知識(shí)考查面廣，極大地提高了變壓器繼電保護(hù)的設(shè)計(jì)能力而且對(duì)所學(xué)的知識(shí)有了全面地結(jié)合和應(yīng)用。本次課程設(shè)計(jì)的主要針對(duì)方向是輸電線路的距離保護(hù)，這對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性至關(guān)重要。系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)，不可能總工作于最大運(yùn)行方式下，因此當(dāng)運(yùn)行方式變小時(shí)，電流保護(hù)的保護(hù)范圍將縮短，靈敏度降低；而距離保護(hù)測(cè)量的是短路點(diǎn)至保護(hù)安裝處的距離，受系統(tǒng)運(yùn)行方式影響較小，保護(hù)范圍穩(wěn)定因此常用于線路保護(hù)。靈敏度的計(jì)算同時(shí)也是很重要的一環(huán)，這能影響到計(jì)算所得的靈敏度