變壓器相關(guān)保護設(shè)計

1、電力系統(tǒng)繼電保護課程設(shè)計 題 目： 變壓器故障和保護設(shè)計 系（部）院： 機電與信息工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 作者姓名： 黃永泰 指導(dǎo)教師： 李升源 完成日期： 2017 年 7 月 2 日摘要4變壓器的故障類型及其保護方式51.1變壓器繼電保護相關(guān)規(guī)定51.2主保護配置51.3后備保護配置6第2章 設(shè)計原始資料62.1設(shè)計題目62.2設(shè)計任務(wù)7第3章 保護的配合及整定計算73.1主保護的整定計算73.1.1差動保護的動作電流73.2.1過電流保護93.2.2 低電壓啟動的過電流保護103.2.3 輔助保護11第4章 二次展開原理圖的繪制114.1保護測量電路114.2保護跳閘電路

2、12第5章 總結(jié)與體會135.1 對主保護的評價135.2 對后備保護的評價135.3 結(jié)束語13參考文獻15繼電保護課程設(shè)計任務(wù)書姓名黃永泰序號 22班級14電氣3班題目變壓器的故障及其保護設(shè)計一、設(shè)計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)。試對變壓器進行相關(guān)保護的設(shè)計。二、設(shè)計任務(wù)對變壓器進行主保護和后備保護的設(shè)計、配置、整

3、定計算和校驗。摘要本文研究的是變壓器的相關(guān)繼電保護設(shè)計。通過本次設(shè)計掌握和鞏固電力系統(tǒng)繼電保護的相關(guān)專業(yè)理論知識，熟悉電力系統(tǒng)繼電保護的設(shè)計步驟和設(shè)計技能，根據(jù)技術(shù)規(guī)范，選擇和論證繼電保護的配置選型的正確性并培養(yǎng)自己在實踐工程中的應(yīng)用能力、創(chuàng)新能力和獨立工作能力。變壓器是電力系統(tǒng)中重要的供電元件，它的故障將對供電可靠性和系統(tǒng)的正常運行帶來嚴重的影響。因此，必須根據(jù)變壓器的容量和重要程度考慮裝設(shè)性能良好，工作可靠的繼電保護裝置。關(guān)鍵詞：變壓器 繼電保護 變壓器的故障類型及其保護方式變壓器是電力系統(tǒng)中的重要供電元件，它的故障將對供電可靠性和系統(tǒng)的正常運行帶來嚴重的影響。因此，必須根據(jù)變壓器的容量和

4、重要程度考慮裝設(shè)性能良好，工作可靠的繼電保護裝置。1.1變壓器繼電保護相關(guān)規(guī)定根據(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)的保護裝置。（1）對800KVA及以上的油浸式變壓器和400KVA及以上的車間內(nèi)油浸式變壓器應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護，作為變壓器內(nèi)部故障的保護。輕瓦斯用來反應(yīng)變壓器內(nèi)部的不正常情況或輕微故障，重瓦斯用來反應(yīng)變壓器的嚴重故障。輕瓦斯動作于信號，重瓦斯動作于跳開變壓器各側(cè)斷路器。（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及以上以及單臺運行、容量為10000KVA及以上的變壓器，應(yīng)裝設(shè)縱差動保護。 并聯(lián)運行、容量為63

5、00KVA以下以及單臺運行、容量為10000KVA以下的變壓器，應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護。2000KVA以上的變壓器，當(dāng)電流速斷保護的靈敏度不能滿足要求時，應(yīng)裝設(shè)縱差動保護。（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。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。（4）對于單相接地故障，應(yīng)裝設(shè)零序電流保護。（5）對于400KVA及以上的變壓器，應(yīng)根據(jù)其過負荷的能力，裝設(shè)過負荷保護。（6）對于過熱，應(yīng)裝設(shè)溫度信號保護。1.2主保護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。（1）瓦斯

6、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、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。瓦斯繼電器的上觸點為輕瓦斯保護，由上開口杯控制，整定值為當(dāng)瓦斯繼電器內(nèi)上部積聚250300CM氣體時動作，動作后發(fā)信號。下觸點為重瓦斯保護，由下開口杯控制，整定值為當(dāng)油流速度達到0.61.0 m/s時動作，動作后一方面發(fā)信號，另一方面啟動出口繼電器，使其觸

7、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）縱差動保護電流縱差動保護不但能區(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，差動保護是變壓器內(nèi)部、套管及引出線上發(fā)生相間短路的主保護，同時也可以保護單相層間短路和接地短路，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)躲開外部短路電流時的最大不平衡電流。1.3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以及過負荷保護。低電壓啟動

8、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荷運行，對此配置過負荷保護。正常時，變壓器不過負荷，電流小于整定值，過負荷保護不動作。當(dāng)三相負荷對稱時，可僅在一相裝設(shè)過負荷保護。第2章 設(shè)計原始資料2.1設(shè)計題目一臺雙繞組降壓變壓器的容量為20MVA，電壓比為35±2×2.5%/6.6kV，Yd11接線；采用BCH-2型繼電器。求差動保護的動作電流。已知：6.6KV外部短路的最大三相短路電流為9420A，最小兩相短路電流為6630A；35KV側(cè)電流互感器變比為600/5，6.6KV側(cè)電流互感

9、器變比為1500/5；可靠系數(shù)。試對變壓器進行相關(guān)保護的設(shè)計。2.2設(shè)計任務(wù)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。第3章 保護的配合及整定計算3.1主保護的整定計算3.1.1差動保護的動作電流(一）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3.1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3.1 變壓器各側(cè)參數(shù)名稱各側(cè)數(shù)值額定電壓（KV）356.6額定電流（A）變壓器接線Y電流互感器變比600/5=1201500/5=300二次電流（A）(二）計算差動保護一次動作電流 按6.6KV側(cè)（基本側(cè)）計算。（1）躲過外部短路故障

10、時的最大不平衡電流，整定式為 (3.1) (3.2) (3.3) (3.4) (3.5) (3.6) A (3.7)（2）躲過變壓器最大的勵磁涌流，整定式為 A (3.8) （3）躲過電流互感器二次回路斷線引起的差電流，整定式為 A (3.9) 按上面的三個條件計算，選取最大者，A。（三）確定繼電器6.6KV基本側(cè)線圈匝數(shù) 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 A (3.10) 基本側(cè)繼電器線圈匝數(shù)為 <6 (3.11) 選取W=6匝，即平衡線圈取1匝，差動線圈取5匝。 實際動作電流 A (3.12)（四）35KV非基本側(cè)平衡線圈匝數(shù)計

11、算 平衡線圈匝數(shù) (3.13) 確定平衡線圈匝數(shù)為W=2匝。 （五）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 (3.14) 因<0.05，符合要求。（6） 短路線圈抽頭確定 由于是中小型變壓器，初步選定C-C。3.1.2靈敏度校驗6.6KV側(cè)兩相短路的最小兩相短路電流折算至35KV側(cè)時 A (3.15)二次側(cè)電流為 A (3.16) 35KV側(cè)的保護動作電流為 A (3.17) 則 >2 (3.18) 滿足靈敏度要求。3.2后備保護的整定計算3.2.1過電流保護Krel可靠系數(shù)，取1.2；Kre返回系數(shù)，取0.9；IL.max變壓器可能出現(xiàn)的最大負荷電流，取變

12、壓器額定電流IN=1750A；Kss綜合負荷的自啟動系數(shù)，取Kss =1.5。整定電流 (3.19)靈敏度校驗 (3.20) 滿足要求。3.2.2 低電壓啟動的過電流保護 電流繼電器的整定：過電流保護按躲過可能出現(xiàn)的最大負荷電流整定，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。Krel可靠系數(shù)，取1.15；Kre低電壓繼電器的返回系數(shù)，取1.25。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自啟動時可能出現(xiàn)的最大負荷，而是按大于變壓器的額定電流整定，即 (3.21) 低電壓繼電器的動作電壓按

13、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 KV (3.22)（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 (3.23) 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（標幺值），所以高壓側(cè)取值比較高。 Uset=0.66.6=3.96KV (3.25)取其中最小者，Uset=3.96KV (3.26)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 (3.27)Uk.min靈敏度

14、校驗點發(fā)生三相金屬性短路時，保護安裝處感受到的最大殘壓。要求Ksen1.25，當(dāng)27.5KV側(cè)母線處短路時保護安裝處的殘壓等于零，顯然： (3.28)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。3.2.3 輔助保護輔助保護可以采用過負荷保護。變壓器長期過負荷運行時，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荷的備用電源時，應(yīng)根據(jù)可能過負荷的情況，裝設(shè)過負荷保護。過負荷保護接于一相電流上，并延時作用與信號。對于經(jīng)常無值班人員的變電所，必要時過負荷保護可動作于自動減負荷或跳閘。對多繞組變壓器，過負荷保護應(yīng)能反應(yīng)公共繞組和各側(cè)過負荷的情況。第4章 二次展開原

15、理圖的繪制4.1保護測量電路圖4.1 瓦斯保護原理圖 圖4.2 電流縱差動保護原理圖4.2保護跳閘電路圖4.3 低電壓啟動的過電流保護原理圖第5章 總結(jié)與體會5.1 對主保護的評價電流縱差動保護不但能正確區(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，在變壓器保護上運用較為、成功。 但是變壓器縱差保護一直存在勵磁涌流。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 磁化特性的改善等因素，變壓器縱差、保護的固有原理性矛盾更加突出。5.2 對

16、后備保護的評價后備保護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）保護的后備以及在可能的條件下變壓器內(nèi)部故障時主保護的后備，他與變壓器的主保護一起構(gòu)成變壓器的完整保護。過電流保護按躲過可能出現(xiàn)最大負荷電流來整定，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可以提高靈敏度。但是低電壓啟動的過電流保護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。5.3 結(jié)束語通過分析變壓器穩(wěn)定要求及其在運行中可能承受的故障考驗，提出了變壓器保護定值整定應(yīng)考慮的相關(guān)問題，

17、對其相間故障后備保護應(yīng)具備的能力提出了看法。并對變壓器設(shè)計、運行及其保護配置與整定提出了建議。 變壓器的故障分為內(nèi)部和外部兩種故障。內(nèi)部故障指變壓器油箱里面發(fā)生的各種故障，主要靠瓦斯和差動保護動作切除變壓器；外部故障指油箱外部絕緣套管及其引出線上發(fā)生的各種故障，一般情況下由差動保護動作切除變壓器。速動保護（瓦斯和差動）無延時動作切除故障變壓器，設(shè)備是否損壞主要取決于變壓器的動穩(wěn)定性。而在變壓器各側(cè)母線及其相連間隔的引出設(shè)備故障時，若故障設(shè)備未配保護（如低壓側(cè)母線保護）或保護拒動時，則只能靠變壓器后備保護動作跳開相應(yīng)開關(guān)使變壓器脫離故障。因后備保護帶延時動作，所以變壓器必然要承受一定時間段內(nèi)的區(qū)外故障造成的過電流，在此時間段內(nèi)變壓器是否損壞主要取決于變壓器的熱穩(wěn)定性。因此，變壓器后備保護的定值整定與變壓器自身的熱穩(wěn)定要求之間存在著必然的聯(lián)系。參考文獻1 谷水清電力系統(tǒng)繼電保護（第二版）M北京：中國電力出版社，20132 賀家禮