電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計變壓器的保護(hù)設(shè)計

1、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計題目：變壓器的保護(hù)設(shè)計班級：電氣084班姓名：王娟樂 學(xué)號：200809337 指導(dǎo)教師：李紅 設(shè)計時間：2012年3月2日 評語：成績1設(shè)計原始資料：1.1具體題目一臺雙繞組降壓變壓器的容量為15MVA，電壓比為35±2×2.5%/6.6kV，Y，d11接線；采用BCH-2型繼電器。求差動保護(hù)的動作電流。已知：6.6kV外部短路的最大三相短路電流為9420A；35kV側(cè)電流互感器變比為600/5，35kV側(cè)電流互感器變比為1500/5；可靠系數(shù)。試對變壓器進(jìn)行相關(guān)保護(hù)的設(shè)計。1.2要完成的內(nèi)容對變壓器進(jìn)行主保護(hù)和后備保護(hù)的設(shè)計、配置、整定計算和校驗

2、。2分析要設(shè)計的課題內(nèi)容（保護(hù)方式的確定）2.1設(shè)計規(guī)程根據(jù)設(shè)計技術(shù)規(guī)范的規(guī)定，針對變壓器的各種故障、不正常工作狀態(tài)和變壓器容量，應(yīng)裝設(shè)相應(yīng)的保護(hù)裝置。（1） 對800kVA以上的油浸式變壓器：應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)作為變壓器內(nèi)部故障的保護(hù)。發(fā)生輕瓦斯、油面異常降低時發(fā)信號，發(fā)生重瓦斯時使各側(cè)斷路器瞬時跳閘。（2） 對于變壓器的引出線、套管和內(nèi)部故障：并聯(lián)運行、容量為6300kVA及以上，單臺運行、容量為10000kVA及以上的變壓器，應(yīng)裝設(shè)縱差動保護(hù)。并聯(lián)運行、容量為6300kVA以下，單臺運行、容量為10000以下的變壓器，應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護(hù)。2000kVA及以上的變壓器，如果電流速斷保護(hù)的靈敏度

3、不能滿足要求，應(yīng)裝設(shè)縱差動保護(hù)。（3） 對于由外部相間短路引起的變壓器過電流，應(yīng)裝設(shè)過電流保護(hù)。如果靈敏度不能滿足要求，可以裝設(shè)低電壓啟動的過電流保護(hù)。（4） 對于一向接地故障，應(yīng)裝設(shè)零序電流保護(hù)。（5） 對于400kVA及以上的變壓器，應(yīng)根據(jù)其過負(fù)荷的能力，裝設(shè)過負(fù)荷保護(hù)。（6） 對于過熱，應(yīng)裝設(shè)溫度信號保護(hù)。2.2本設(shè)計的保護(hù)配置主保護(hù)配置為了滿足電力系統(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(hù)裝置快速切除故障。通常變壓器的瓦斯保護(hù)和縱差動保護(hù)構(gòu)成雙重化快速保護(hù)。（1） 瓦斯保護(hù)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

4、，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(hù)，叫做瓦斯保護(hù)。瓦斯保護(hù)主要由瓦斯繼電器、信號繼電器、保護(hù)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。瓦斯繼電器的上觸點為輕瓦斯保護(hù)，由上開口杯控制，整定值為當(dāng)瓦斯繼電器內(nèi)上部積聚2503003氣體時動作，動作后發(fā)信號。下觸點為重瓦斯保護(hù)，由下開口杯控制，整定值為當(dāng)油流速度達(dá)到0.61.0 m/s時動作，動作值后一方面發(fā)信號，另一方面啟動出口繼電器，使其觸點閉合，并通過繼電器本身的電流線圈自保持，一直到變壓器各側(cè)的斷路器跳閘完成為止。（2） 縱差動保護(hù)電流縱差動保

5、護(hù)不但能區(qū)分區(qū)內(nèi)外故障，而且不需要與其他元件的保護(hù)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(hù)主要選電流縱差動保護(hù)，差動保護(hù)是變壓器內(nèi)部、套管及引出線上發(fā)生相間短路的主保護(hù)，同時也可以保護(hù)單相層間短路和接地短路，不需與其他保護(hù)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(hù)動作電流應(yīng)躲開外部短路電流時的最大不平衡電流。后備保護(hù)配置變壓器的后備保護(hù)選擇過電流保護(hù)和低電壓啟動的過電流保護(hù)以及過負(fù)荷保護(hù)。低電壓啟動的過電流保護(hù)主要是為了保護(hù)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(hù)以及饋線保護(hù)的后備保護(hù)。變壓器的

6、不正常工作包括過負(fù)荷運行，對此配置過負(fù)荷保護(hù)。正常時，變壓器不過負(fù)荷，電流小于整定值，過負(fù)荷保護(hù)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(hù)。3保護(hù)的配合及整定計算3.1主保護(hù)的整定計算差動保護(hù)的動作電流（1） 計算變壓器各側(cè)的一次及二次電流值（在額定容量下）并選擇電流互感器的變比可按表1計算。由于6.6kV側(cè)二次電流大，因此以6.6kV側(cè)為基本側(cè)。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）356.6額定電流（kA）電流互感器接線Y電流互感器變比600/51500/5二次電流（A）（2） 計算差動保護(hù)一次動作電流按6.6kV側(cè)（基本側(cè)）計算。（1） 按躲過變壓器空投和當(dāng)外部

7、故障切除后電壓恢復(fù)時，變壓器的勵磁涌流計算為 (3.1) =1.3×1315=1700(A)（2） 按躲過外部短路時的最大不平衡電流計算，變壓器6.6kV側(cè)母線故障，在系統(tǒng)最大運行方式下的最大三相短路電流為 (6.6kV級) (3.2) (3.3) =1.3×(1×0.1+0.05+0.05)×9389=2441(A)上式中的f按0.05計算。（3） 按躲過電流互感器二次回路斷線計算，即 (3.4) =1.3×1315=1709（A） (3.5)按上面的三個條件計算縱差動保護(hù)的動作電流，并選取最大者，比較可知：選一次動作電流 (3.6)(3)

8、確定繼電器基本側(cè)線圈匝數(shù)及各線圈接法對于雙繞組變壓器，平衡線圈、分別接入6.6kV及35kV側(cè)。計算基本側(cè)繼電器動作電流為 (3.7) =2441×1/300=8.13(A)基本側(cè)繼電器線圈匝數(shù)為 (3.8)選取。確定基本側(cè)線圈之接入匝數(shù)為 (3.9)即平衡線圈取1匝，差動線圈取6匝。（4） 非基本側(cè)工作線圈匝數(shù)和平衡線圈匝數(shù)計算對于雙繞組變壓器 (3.10)確定平衡線圈實用匝數(shù)為 (3.11)（5） 計算由于實用匝數(shù)與計算匝數(shù)不等引起的相對誤差其相對誤差計算為 (3.12)因，故不需核算動作電流定植。(6) 選取短路線圈匝數(shù)對于一般變壓器差動保護(hù)，可選用較多的短路線圈匝數(shù)，故取“C

9、-C”抽頭。靈敏度校驗計算最小運行方式下6.6kV側(cè)兩相短路的最小短路電流為 (3.13) 折算至35kV側(cè)時 (3.14)二次側(cè)電流為 (3.15) 35kV側(cè)的保護(hù)動作電流為 (3.16) 則 (3.17) 滿足靈敏度要求。3.2后備保護(hù)的整定計算過電流保護(hù)Krel可靠系數(shù)，取1.3；Kre返回系數(shù)，取0.850.95；IL.-max變壓器可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流，取變壓器額定電流IN=1315 ( A)；Kss綜合負(fù)荷的自啟動系數(shù)，取Kss =1.5 。所以整定電流 (3.18) 靈敏度校驗： (3.19) 滿足要求。 低電壓啟動的過電流保護(hù)過電流保護(hù)按躲過可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流整定，啟動

10、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(hù)。電流繼電器的整定：Krel可靠系數(shù)，取1.11.2；Kre低電壓繼電器的返回系數(shù)，取1.151.25。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機(jī)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，即 (3.20) 則有 (3.21) 低電壓繼電器的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， (3.22)（2）按躲過電動機(jī)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 (3.

11、23)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 (3.24) 對于降壓變壓器，負(fù)荷在低壓側(cè)，電動機(jī)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(jī)在失磁運行時低壓母線電壓會比較低。 Uset=0.66.6=3.96(kV) Uset=3.96 (kV) (3.25)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(hù)相同。低電壓繼電器的靈敏系數(shù)按下式校驗 (3.26)Uk.min靈敏度校驗點發(fā)生三相金屬性短路時，保護(hù)安裝處感受到的最大殘壓。要求Ksen1.25，當(dāng)27.5kV側(cè)母線處短路時保護(hù)安裝處的殘壓等于零，顯然：

12、 (3.27)滿足要求，可見用低電壓啟動的過電流保護(hù)可作為后備保護(hù)。 輔助保護(hù)輔助保護(hù)可以采用過負(fù)荷保護(hù)。變壓器長期過負(fù)荷運行時，繞組會因發(fā)熱而引起損傷。對400KVA以上的變壓器，當(dāng)單獨運行并作為其他負(fù)荷的備用電源時，應(yīng)根據(jù)可能過負(fù)荷的情況，裝設(shè)過負(fù)荷保護(hù)。過負(fù)荷保護(hù)接于一相電流上，并延時作用與信號。對于經(jīng)常無值班人員的變電所，必要時過負(fù)荷保護(hù)可動作于自動減負(fù)荷或跳閘。對多繞組變壓器，過負(fù)荷保護(hù)應(yīng)能反應(yīng)公共繞組和各側(cè)過負(fù)荷的情況。4二次展開原理圖的繪制4.1保護(hù)測量電路圖1瓦斯保護(hù)原理圖 圖2電流縱差動保護(hù)原理圖4.2保護(hù)跳閘電路圖3低電壓啟動的過電流保護(hù)原理圖5結(jié)論5.1 對主保護(hù)的評價電

13、流縱差動保護(hù)不但能正確區(qū)分區(qū)內(nèi)外故障，而且不需要與其它元件的保護(hù)配合，可以無延時的切除區(qū)內(nèi)各種故障，具有明顯的獨特的優(yōu)點。其靈敏度高 選擇性好，在變壓器保護(hù)上運用較為、成功。 但是變壓器縱差保護(hù)一直存在勵磁涌流。難以鑒定的問題，雖然已經(jīng)有幾種較為有效的閉鎖方案，又因為超高壓輸電線路長度的增加、靜止無功補償容量的增大以及變壓器硅鋼片工藝的改進(jìn) 磁化特性的改善等因素，變壓器縱差、保護(hù)的固有原理性矛盾更加突出。5.2 對后備保護(hù)的評價后備保護(hù)可以防止由外部故障引起的的變壓器繞組過電流，并作為相鄰元件（母線或線路）保護(hù)的后備以及在可能的條件下變壓器內(nèi)部故障時主保護(hù)的后備，他與變壓器的主保護(hù)一起構(gòu)成變壓器的完整保護(hù)。過電流保護(hù)按躲過可能出現(xiàn)最大負(fù)荷電流來整定，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。采用低電壓啟動的過電流保護(hù)可以提高靈敏度。但是低電壓啟動的過電流保護(hù)中有可能由于電壓互感器回路發(fā)生斷線，低壓繼電器將會誤動作，因此在實際裝置中還要配置電壓回路斷線閉鎖功能。參考文獻(xiàn)1