電力系統(tǒng)繼電保護(hù)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、變壓器相間短路保護(hù)研究摘要：通過對差動(dòng)保護(hù)比率制動(dòng)整定計(jì)算中動(dòng)作電流與自動(dòng)系數(shù)分析，糾正了整定計(jì)算中一些錯(cuò)誤概念。實(shí)現(xiàn)這種動(dòng)作特性的縱差繼電器以差動(dòng)電流作為動(dòng)作電流，引入一側(cè)或多側(cè)短路電流作為制動(dòng)電流。評論了各種微機(jī)差動(dòng)保護(hù)，在此基礎(chǔ)上擬定了多段式微機(jī)差動(dòng)繼電器方案，并介紹了差動(dòng)比率制動(dòng)整定方案和內(nèi)部故障時(shí)靈敏度問題。關(guān)鍵詞： 相間短路；差動(dòng)保護(hù)； 復(fù)合電壓啟動(dòng)過電流保護(hù)；相位補(bǔ)償 1.引言隨著電力系統(tǒng)容量的增大，大機(jī)組不斷增多，在電力主設(shè)備上要求裝設(shè)優(yōu)越完善的或者雙重化的繼電保護(hù)裝置，這不僅對電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行有著重大意義，而且可保護(hù)重要而昂貴的的主設(shè)備減少在各種設(shè)備和異常運(yùn)行中所造成的設(shè)備

2、損壞，還有著顯著的經(jīng)濟(jì)效益。因此，在電力主設(shè)備的保護(hù)設(shè)計(jì)中應(yīng)遵守的原則是符合現(xiàn)行的繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程（GB 14285-2006），對具體的工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目，則要求保護(hù)在配置、原理接線和設(shè)備選型等方面，根據(jù)電氣主接線和被保護(hù)設(shè)備的一次接線及主設(shè)備的運(yùn)行工況和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，達(dá)到可靠性、靈敏性、速動(dòng)性和選擇性等四性要求。當(dāng)靈敏性與選擇性產(chǎn)生矛盾時(shí)，首先要保證靈敏性，沒有靈敏性即失去了裝設(shè)保護(hù)的意義；當(dāng)快速性與選擇性產(chǎn)生矛盾時(shí)，宜先滿足選擇性，但特殊情況下也可考慮快速無選擇性動(dòng)作并采取補(bǔ)救措施。2變壓器保護(hù)裝設(shè)原則電力變壓器是電力系統(tǒng)中十分重要的供電元件，它的故障將對對供電可靠性和系統(tǒng)的正常運(yùn)行

3、帶來嚴(yán)重的影響。同時(shí)大容量的電力變壓器也是十分重要的元件，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(hù)裝置。（一） 變壓器應(yīng)根據(jù)工程具體情況考慮裝設(shè)相應(yīng)的保護(hù)對升壓、降壓、聯(lián)絡(luò)變壓器的下列故障及異常運(yùn)行狀態(tài)，按規(guī)定裝設(shè)相應(yīng)的保護(hù)裝置：繞組及引出線的相間短路和中性點(diǎn)直接接地或經(jīng)小電阻接地側(cè)的接地短路；繞組的匝間短路；外部相間短路引起的過電流；中性點(diǎn)直接接地或經(jīng)小電阻接地電網(wǎng)中外部短路引起的過電流及中性點(diǎn)過電壓；過負(fù)荷；過勵(lì)磁；中性點(diǎn)非有效接地側(cè)的單相接地故障；油面降低；變壓器油溫、繞組溫度過高及郵箱壓力過高和冷卻系統(tǒng)故障。根據(jù)繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程（GB 142

4、85-2006）及變壓器保護(hù)裝設(shè)的基本要求，對安砂水電站變壓器應(yīng)裝設(shè)差動(dòng)保護(hù)、瓦斯保護(hù)、復(fù)合電壓啟動(dòng)過電流保護(hù)、對稱過負(fù)荷保護(hù)和過電壓保護(hù)。（二） 變壓器保護(hù)裝設(shè)的基本要求1. 變壓器對主保護(hù)的要求對變壓器的內(nèi)部、套管及引出線的短路故障，按其容量及重要性的不同，應(yīng)裝設(shè)下列保護(hù)作為主保護(hù)，并瞬時(shí)動(dòng)作于斷開變壓器的各側(cè)斷路器：（1）電壓在10kV及以下、容量在10MVA及以下的變壓器，采用電流速斷保護(hù)。（2）電壓在10kV以上、容量在10MVA及以上的變壓器，采用縱差保護(hù)。對于電壓為10kV的重要變壓器，當(dāng)電流速斷靈敏度不符合要求時(shí)也可采用縱差保護(hù)。（3）電壓為220kV及以上的變壓器裝設(shè)數(shù)字式保

5、護(hù)時(shí)，除非電量保護(hù)外，應(yīng)采用雙重化保護(hù)配置。當(dāng)斷路器具有兩組跳閘線圈時(shí)，兩套保護(hù)宜分別動(dòng)作于斷路器的一組跳閘線圈。2. 變壓器對差動(dòng)保護(hù)的基本要求縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)應(yīng)滿足下列要求：（1）應(yīng)能躲過勵(lì)磁涌流和外部短路產(chǎn)生的不平衡電流；（2）在變壓器過勵(lì)磁時(shí)不應(yīng)誤動(dòng)作；（3）在電流回路斷線時(shí)應(yīng)發(fā)出端線信號(hào)，電流回路斷線允許差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳閘；（4）在正常情況下，縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的保護(hù)范圍應(yīng)包括變壓器套管和引出線，如不能包括引出現(xiàn)時(shí)，應(yīng)采取快速切除故障的輔助措施。在設(shè)備檢修等特殊情況下，允許差動(dòng)保護(hù)短時(shí)利用變壓器套管電流互感器，此時(shí)套管和引線故障由后備保護(hù)動(dòng)作切除；如電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行有要求時(shí)，應(yīng)將縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)切至

6、旁路短路器的電流互感器。3. 變壓器裝設(shè)相間短路后備保護(hù)的基本要求對外部相間短路引起的變壓器過電流，變壓器應(yīng)裝設(shè)相間短路后備保護(hù)。保護(hù)帶延時(shí)跳開相應(yīng)的斷路器。相間短路后備保護(hù)宜選用過流保護(hù)、復(fù)合電壓（負(fù)序電壓和線間電壓）啟動(dòng)的過電流保護(hù)或復(fù)合電流保護(hù)（負(fù)序電流和單相式電壓啟動(dòng)的過電流保護(hù)）。（1） 35-66kV及以下中小容量的降壓變壓器，宜采用過電流保護(hù)，其保護(hù)的整定值要考慮變壓器可能出現(xiàn)的過負(fù)荷。（2） 110-500kV降壓變壓器、升壓變壓器和系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器，相間短路后備保護(hù)用過電流保護(hù)不能滿足靈敏性要求時(shí)，宜采用復(fù)合電壓啟動(dòng)過電流保護(hù)或復(fù)合電流保護(hù)。4.影響變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的因素。電

7、流差動(dòng)保護(hù)從原理上講，靈敏性高，選擇性好。但由于變壓器各側(cè)的額定電壓和額定電流不相等各側(cè)電流的相位也不同，且高低壓側(cè)是通過電磁聯(lián)系的在電源側(cè)有勵(lì)磁電流存在，更嚴(yán)重的是在空負(fù)荷合閘或外部短路故障切除有電壓恢復(fù)時(shí)，有很大的勵(lì)磁涌流出現(xiàn)，都將導(dǎo)致差動(dòng)回路中的暫態(tài)不平衡電流和穩(wěn)態(tài)不平衡電流大大增加，這便構(gòu)成了實(shí)現(xiàn)變壓器縱差保護(hù)的特殊問題（1）變壓器勵(lì)磁涌流所引起的不平衡電流對差動(dòng)保護(hù)的影響。（2）變壓器兩側(cè)的電流相位不同產(chǎn)生的不平衡電流。（3）兩側(cè)電流互感器型號(hào)不同和計(jì)算變比與實(shí)際變比不同引起的不平衡電流對變壓器差動(dòng)的影響。（4）變壓器帶負(fù)荷調(diào)整分接頭產(chǎn)生的不平衡電流對變壓器差動(dòng)的影響3.變壓器差動(dòng)保

8、護(hù)分析（一） Y、d變壓器差動(dòng)保護(hù)不平衡電流產(chǎn)生的原因及減小不平衡電流的方法 在電力系統(tǒng)中大、中型變壓器采用Y,d11接線的很多，變壓器一、二次側(cè)線電流相位差為30°，如果兩側(cè)電流互感器采用系統(tǒng)接線方式，即使和的數(shù)值相等，其不平衡電流為=2sin15°=0.518。因此，必須補(bǔ)償由于兩側(cè)電流相位不同而引起的不平衡電流。具體方法是將Y,d11接線的變壓器星形側(cè)的電流互感器接成三角線接線，三角線接線側(cè)的電流感器接成星形線接線這樣可以使兩側(cè)電流互感器二次連接臂上的電流和相位一致如圖3-1（a）所示，變壓器Y,d11接線的電流相位圖如圖3-1（b）所示。按圖3-1（a）接線進(jìn)行行為

9、補(bǔ)償后，高壓側(cè)保護(hù)臂中電流比該側(cè)互感器二次側(cè)電流打大倍，為使正常負(fù)荷時(shí)兩側(cè)保護(hù)臂中電流接近相等，故高壓側(cè)互感器變比側(cè)增大倍或采用計(jì)算機(jī)補(bǔ)償增大倍。 在實(shí)際接線中，必須嚴(yán)格注意與兩側(cè)電流互感器的極性要求，要防止發(fā)生差動(dòng)繼電器的的了相互接錯(cuò)，極性接反現(xiàn)象。在變壓器差動(dòng)保護(hù)投入前要做一次接線檢查，在運(yùn)行后，如測量不平衡電流值過大不合理時(shí)，應(yīng)在變壓器帶負(fù)荷時(shí)，測量互感器一二次側(cè)的相位關(guān)系，判別接線是否正確。 圖3-1（a）為Yd11接線的三相變壓器及差動(dòng)保護(hù)用兩側(cè)電流互感器的接線；圖3-1（b）為電流相量圖。其中、分別表示變壓器星形側(cè)的線電流，該側(cè)電流互感器二次電流為、，因電流互感器為三角形接線，故流

10、入差動(dòng)臂的三個(gè)電流用軟件補(bǔ)償相位時(shí)可求得用做差動(dòng)計(jì)算的三相電流為、 和為： / /它們正好分別與變壓器三角形接線側(cè)電流互感器二次側(cè)的電流方向反，故流入繼電器的總電流從理論上講可以校正平衡。但其計(jì)算結(jié)果也是必須達(dá)到圖3-1相位校正的效果。為了使正常工作及外部故障時(shí)差動(dòng)回路中兩差動(dòng)臂的電流大小相等，可以通過適當(dāng)選擇電流互感器變比解決，考慮到電流互感器的二次額定電流為時(shí)，變壓器三角形接線側(cè)的電流互感器變比應(yīng)為 （3-3）變壓器星形側(cè)的電流互感器變比應(yīng)為 （3-4）上式中 變壓器組成星形側(cè)的額定電流。 變壓器繞組接成三角形側(cè)的額定電流； 在進(jìn)行相位補(bǔ)償?shù)耐瑫r(shí)還要進(jìn)行數(shù)值補(bǔ)償（將Y側(cè)電流互感器接成d形）

11、，即。根據(jù)式（3-3）和式（3-4）的計(jì)算結(jié)果，選定一個(gè)接近并稍大于計(jì)算值的標(biāo)準(zhǔn)變比。 圖3-1 Yd11接線變壓器的差動(dòng)保護(hù)接線和相量圖 （a）接線圖； （b）電流相量圖（二）拐點(diǎn)電流的選擇 帶比率制動(dòng)特性的差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作特性，如圖中折線ABC所示，圖中，縱坐標(biāo)為動(dòng)作電流，橫坐標(biāo)為制動(dòng)電流，由線段AB、BC組成，特性的上方為動(dòng)作區(qū)，下方為制動(dòng)區(qū)。 稱為最小動(dòng)作電流，稱為最小制動(dòng)電流，又稱拐點(diǎn)電流（一般?。?。由于電流互感器的飽和與許多因素有關(guān)，制動(dòng)特性中非線性部分的具體數(shù)值是不易確定的。而在兩折線式微機(jī)變壓器差動(dòng)保護(hù)整定計(jì)算中，參數(shù)整定有兩種方法：第一種，根據(jù)最大誤差確定制動(dòng)系數(shù)，再由拐點(diǎn)制動(dòng)

12、電流求出最小動(dòng)作電流；第二種方法是先確定最小動(dòng)作電流，選擇拐點(diǎn)制動(dòng)電流，確定斜率，最后確定制動(dòng)系數(shù)。最后根據(jù)制動(dòng)電流求出保護(hù)動(dòng)作電流，差動(dòng)電流除以保護(hù)動(dòng)作電流，求出靈敏系數(shù)。其兩種方法在整定計(jì)算時(shí)個(gè)各有其有缺點(diǎn)，第二種方法在整定時(shí)計(jì)算簡單，安全可靠，但偏于安全。用第一種方法整定時(shí)，當(dāng)拐點(diǎn)電流取小時(shí)，其動(dòng)作區(qū)減少，制動(dòng)區(qū)增大，靈敏度增大，這樣容易失去選擇性。其實(shí)制動(dòng)電流達(dá)到多少時(shí)電流互感器開始飽和也是難以確定的，通常認(rèn)為制動(dòng)電流小于或略大于變壓器額定電流時(shí)肯定不會(huì)飽和。故拐點(diǎn)電流選取的范圍為：4.對差動(dòng)保護(hù)、復(fù)合電壓啟動(dòng)過電流保護(hù)進(jìn)行評價(jià)（一）、變壓器的差動(dòng)保護(hù)變壓器差動(dòng)保護(hù)的范圍是構(gòu)成變壓器差

13、動(dòng)保護(hù)的電流互感器之間的電氣設(shè)備、以及連接這些設(shè)備的導(dǎo)線。由于差動(dòng)保護(hù)對保護(hù)區(qū)外故障不會(huì)動(dòng)作，因此差動(dòng)保護(hù)不需要與保護(hù)區(qū)外相鄰元件保護(hù)在動(dòng)作值和動(dòng)作時(shí)限上相互配合，所以在區(qū)內(nèi)故障時(shí)，可以瞬時(shí)動(dòng)作。但其缺點(diǎn)是對變壓器內(nèi)部不嚴(yán)重的匝間短路反映不夠靈敏。變壓器因裝瓦斯保護(hù)。（二）、復(fù)合電壓啟動(dòng)過電流保護(hù)復(fù)合電壓啟動(dòng)的過電流保護(hù)通常作為變壓器的后備保護(hù),它是由一個(gè)負(fù)序電壓繼電器和一個(gè)接在相間電壓上的低電壓繼電器共同組成的電壓復(fù)合元件,兩個(gè)繼電器只要有一個(gè)動(dòng)作,同時(shí)過電流繼電器也動(dòng)作,整套裝置即能啟動(dòng)。該保護(hù)較低電壓閉鎖過電流保護(hù)，在后備保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生不對稱短路時(shí),有較高靈敏度。在變壓器后發(fā)生不對稱短路時(shí),電壓啟動(dòng)元件的靈敏度與變壓器的接線方式無關(guān)。由于電壓啟動(dòng)元件只接在變壓器的一側(cè),故接線比較簡單。5.結(jié)論(1)比率差動(dòng)保護(hù)的構(gòu)成較復(fù)雜，影響其動(dòng)作因素很多。對繼電保護(hù)的基本要求（選擇性、可靠性、靈敏性和速動(dòng)性）是互相聯(lián)系而又不想矛盾，例如，有計(jì)算說明書表明靈敏系數(shù)復(fù)合要求時(shí)并不能保證保護(hù)的可靠性，綜合考慮各種不確定因素，對保護(hù)進(jìn)行可靠性評估，確有必要且是可行的。（2）變壓器保護(hù)的各保護(hù)之間應(yīng)在動(dòng)作值和動(dòng)作時(shí)限上相互配合，同時(shí)也應(yīng)該在對繼電保護(hù)的基本要求出發(fā)相互配合，例如在復(fù)合電壓啟動(dòng)的過電流保護(hù)中由于低壓側(cè)的低電壓元件靈