35KV電力變壓器繼電保護(hù)課程設(shè)計報告

1、湖南科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院課程設(shè)計報告題目： 35kV 電力變壓器繼電保護(hù)初步設(shè)計專業(yè)：電氣工程及其自動化班級：姓名：學(xué)號：指導(dǎo)教師：2015年7月1日工廠供電課程設(shè)計任務(wù)書完成期限： 2015 年 6月 29日開始至 2015 年 7 月 1日題目： 35KV電力變壓器繼電保護(hù)初步設(shè)計1、設(shè)計資料：圖一 S9(S11)-35KV 系列配電變壓器圖二技術(shù)參數(shù)某線路采用 S9(S11)-35KV 系列配電變壓器是雙繞組油浸式變壓器， Y/ -11 接線，容量為 31.5MVA，變比為 115/10.5 。提示：考慮內(nèi)部繞組相間和匝間短路的保護(hù)、瓦斯保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)、過1勵磁保護(hù)和直接接地系統(tǒng)

2、外部接地作為主保護(hù)。2、設(shè)計主要內(nèi)容：（ 1）系統(tǒng)概況說明；（ 2）變壓器保護(hù)方案選擇；（ 3）整定計算；（ 3）繼電保護(hù)二次接線原理圖，展開圖；（ 4）原理圖與展開圖的詳細(xì)說明；（ 5）各個繼電器的選型；（ 6）其他后備保護(hù)考慮。3、必須完成的圖：二次接線原理圖和二次展開圖。4、課程設(shè)計報告必須有的內(nèi)容：（ 1）課程設(shè)計的目的；（ 2）課程設(shè)計的任務(wù)書；（ 3）課程設(shè)計的原理；（ 4）課程設(shè)計的設(shè)計或計算詳單；（ 5）展望，總結(jié)和心得；（ 6）參考文獻(xiàn)（注意格式要規(guī)范） 。2目錄設(shè)計任務(wù)書.目錄.一、設(shè)計目的與意義1二、繼電保護(hù)的概述51、繼電保護(hù)綜述52、繼電保護(hù)裝置組成53、繼電保護(hù)裝置

3、基本任務(wù)54、對繼電保護(hù)裝置的基本要求5三、任務(wù)要求6四、估算計算負(fù)荷電流6五、短路電流及其計算61、最小運(yùn)行方式62、最大運(yùn)行方式8六、變壓器的故障類型和不正常運(yùn)行狀態(tài)9七、電力變壓器繼電保護(hù)方案確定9八、瓦斯保護(hù)101、瓦斯保護(hù)原理圖錯誤！未定義書簽。2、瓦斯繼電器選型九、定時限過流保護(hù)101、原理接線圖102、整定計算113、靈敏度校驗124、各種繼電器選型12十、變壓器縱聯(lián)差動保護(hù)121、原理接線圖132、整定計算及靈敏度校驗133、電流互感器選擇及差動繼電器選型16十一、變壓器過負(fù)荷保護(hù)161、變壓器過負(fù)荷保護(hù)原理圖162、過負(fù)荷保護(hù)整定計算163、各種繼電器選型16十二、變壓器過勵

4、磁保護(hù)161、過勵磁公式推導(dǎo)162、過勵磁保護(hù)工作原理163、過勵磁保護(hù)原理框圖16十三、變壓器零序電流保護(hù)141、保護(hù)原理1432、保護(hù)原理圖143、整定原則15十四、以上保護(hù)接線全圖16十五、心得體會17十六、參考文獻(xiàn)18十七、附圖191、保護(hù)原理接線全圖192、二次展開原理圖的繪制194一、設(shè)計的目的與意義繼電保護(hù)是保障電力設(shè)備安全和防止及限制電力系統(tǒng)長時間大面積停電的最基本、最重要、最有效的技術(shù)手段。繼電保護(hù)裝置一旦不能正確動作，就會擴(kuò)大事故，釀成嚴(yán)重后果。因此， 加強(qiáng)繼電保護(hù)的設(shè)計和整定計算，是保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要工作。實現(xiàn)繼電保護(hù)功能的設(shè)備稱為繼電保護(hù)裝置。本次設(shè)計的任務(wù)主要

5、包括了六大部分，分別為運(yùn)行方式的選擇、 電網(wǎng)各個元件參數(shù)及負(fù)荷電流計算、短路電流計算、 繼電保護(hù)距離保護(hù)的整定計算和校驗、 繼電保護(hù)零序電流保護(hù)的整定計算和校驗、對所選擇的保護(hù)裝置進(jìn)行綜合評價。電網(wǎng)繼電保護(hù)和安全自動裝置應(yīng)符合可靠性、安全性、 靈敏性、速動性的要求。要結(jié)合具體條件和要求，從裝置的選型、配置、整定、實驗等方面采取綜合措施，突出重點，統(tǒng)籌兼顧，妥善處理，以達(dá)到保證電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。二、繼電保護(hù)的概述1、 繼電保護(hù)綜述對電力系統(tǒng)中發(fā)生的故障或異常情況進(jìn)行檢測，從而發(fā)出報警信號，或直接將故障部分隔離、切除的一種重要措施。2、繼電保護(hù)裝置組成繼電保護(hù)裝置： 就是指反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣

6、元件發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)，并動作于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種自動裝置。繼電保護(hù)裝置的組成:繼電保護(hù)一般由三個部分組成: 測量部分、邏輯部分和執(zhí)行部分，其原理結(jié)構(gòu)如下圖所示。故障參數(shù)量測 量邏 輯執(zhí) 行輸出信號部 分部 分部 分整 定 值3、 繼電保護(hù)裝置基本任務(wù)圖1 3繼電保護(hù)裝置的原理結(jié)構(gòu)圖（ 1） 發(fā)生故障時，自動、迅速、有選擇地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使非故障部分繼續(xù)運(yùn)行。（ 2）反應(yīng)電氣元件的不正常運(yùn)行狀態(tài)， 并根據(jù)運(yùn)行維護(hù)的條件而動作于信號， 以便值班員及時處理， 或由裝置自動進(jìn)行調(diào)整， 或?qū)⒛切├^續(xù)運(yùn)行就會引起損壞或發(fā)展成為事故的電氣設(shè)備予以切除。（ 3）繼電保護(hù)裝置還可以

7、與電力系統(tǒng)中的其他自動化裝置配合，在條件允許時， 采取預(yù)定措施，縮短事故停電時間，盡快恢復(fù)供電，從而提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。4、對繼電保護(hù)裝置的基本要求：選擇性、速動性、靈敏性、可靠性5三、任務(wù)要求電壓等級 35/10kV ，有甲、乙兩個變電所提供電源，均采用單回路電源供電，距離待設(shè)計變電所分別為 15km和 10km，采用 LGJ-50 架空導(dǎo)線供電， 短路容量分別為200MVA和 250MVA。甲、乙兩個變電所提供電源的定時限過電流保護(hù)動作時限均為2.0s 。 35kV 出線共 2 回，所接負(fù)荷為化工廠。 10kV 出線共 5 回，其中 3 回架空出線，每回輸電容量為1200kW， 2回

8、電纜線路，每回輸電容量為1700kW，以一、二級負(fù)荷為主，負(fù)荷線路長度為10km。35kV 單母線分段接線， 10kV 單母線分段接線。主變壓器兩臺選用型號為S9-6300/35kV ， Ynd11 接線變壓器。 最大運(yùn)行方式為兩個電源全投入運(yùn)行，負(fù)荷全投， 母線分段斷路器合閘；最小運(yùn)行方式 為乙電源停運(yùn)，電纜停運(yùn)，分段斷路器斷開運(yùn)行。四、估算計算負(fù)荷電流I 30= SN=6300A=103.9A3U 1N3 35五、短路電流及其計算1 、最小運(yùn)行方式：短路電流計算圖6等效電路圖取基準(zhǔn)值： Sd =100MV· A ，Uc1 =37KV ，UC 2 =10.5KVIISd100d13

9、1.56A3U c137Sd100d 235.50 A3U c210.5X1Sd1000.5Soc200X 2X 0Sre0.415 1000.44U re2372X 3X 4U k0Sd7.5100 10301001.19100SN6300K-1 點短路電流X *( K1)X1X 20.50.440.94( 3)I d11.56I K1X *KA 1.66KAI( k1)0.94K-2 點短路電流X *( K1)X1X 20.50.440.94X *( K2)X1X 2X 30.941.19 2.13( 3)I d 25.5II K2X *( k2)2.132.58KA折算到 35KV側(cè) :

10、I d 21maxI d11.56X *0.73KA(K 2)2.1372、最大運(yùn)行方式：短路電流計算圖等效電路圖取基準(zhǔn)值 ：Sd =100MV·A， Uc1 =37KV ， UC 2 =10.5KVI d1Sd1001.56A3U c1337I d 2Sd1005.50A3U c2310.5X1Sd1000.5Soc200X2X 0Sre0.4 151000.44U re2372X3X 4U k0Sd7.5 100 103010063001.19100SNX5Sd1000.4Soc2508X6 XSre0.4 101000.290 U re2372K-1 點短路電流I k31I d

11、1I d13.92 KAX1X 2X 5X 6K-2 點短路電流IK(3)2 =I K(3)2I d21X3 X5IX1X 2X2折算到 35KV 側(cè) :I d 21maxI k327.862.23KAKT3710.5d27.86KA6 1 X 42六、變壓器的故障類型和不正常運(yùn)行狀態(tài)電力變壓器故障可分為油箱內(nèi)部和油箱外部兩種故障。油箱內(nèi)部故障主要包括變壓器繞組的相間短路、匝間短路、單相接地短路和鐵芯燒損等。對變壓器來講，這些故障都是十分危險的， 因為油箱內(nèi)故障時產(chǎn)生的電弧，將引起絕緣物質(zhì)的劇烈汽化，從而可能引起爆炸，因此，這些故障應(yīng)該盡快加以切除。油箱外部故障最常見的是絕緣套管引出線上發(fā)生相

12、間短路或接地（對變壓器外殼）短路故障，它可能引起變壓器絕緣套管爆炸，從而影響電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此，變壓器發(fā)生故障時，必須將其從電力系統(tǒng)中切除。變壓器不正常運(yùn)行狀態(tài)有油箱漏油造成的油面降低，由于外部短路故障引起的過電流，變壓器油溫升高， 由于負(fù)荷超過額定值引起的過負(fù)荷使變壓器繞組過熱加速繞組絕緣老化甚至引起內(nèi)部故障等。七、電力變壓器繼電保護(hù)方案確定變壓器為變電所的核心設(shè)備，根據(jù)其故障和不正常運(yùn)行的情況，從反應(yīng)各種不同故障的可靠、快速、 靈敏及提高系統(tǒng)的安全性出發(fā)，設(shè)置相應(yīng)的主保護(hù)、異常運(yùn)行保護(hù)和必要的輔助保護(hù)。 于本設(shè)計而言，因為容量關(guān)系不采用速斷保護(hù)，采用瓦斯保護(hù)，過電流保護(hù)采用定時限過流

13、保護(hù)，高壓側(cè)電壓沒有5000KV 故不采用勵磁保護(hù)。具體情況如下：1 主保護(hù)：瓦斯保護(hù)（以防御變壓器內(nèi)部故障和油面降低）縱差動保護(hù) （以防御變壓器繞組、套管和引出線的相間短路）過勵磁保護(hù) （以防變壓器過勵磁）變壓器高壓側(cè)零序電流保護(hù)（以防變壓器直接接地系統(tǒng)外部接地短路）2 后備保護(hù)：過電流保護(hù)（以反應(yīng)變壓器外部相間故障）、過負(fù)荷保護(hù) （反應(yīng)由于過負(fù)荷而引起的過電流）。9八、瓦斯保護(hù)1、瓦斯保護(hù)原理圖2、 瓦斯繼電器選型輕瓦斯保護(hù)的動作值按氣體容積為250 300cm3 整定，本設(shè)計采用 280 cm3 。重瓦斯保護(hù)的動作值按導(dǎo)油管的油流速度為0.6 1.5 m/s 整定本，本設(shè)計采用 1 m/

14、s 。瓦斯繼電器選用 QJ1-80 型 。九、定時限過流保護(hù)1、原理接線圖：當(dāng)一次電路發(fā)生短路時，電流繼電器KA瞬時動作， 閉合其觸點， 使時間繼電器KT 動作。KT 經(jīng)過整定時限后，其延時觸點閉合，使串聯(lián)的信號繼電器（電流型）KS和中間繼電器KM動作。 KS動作后，其指示牌掉下，同時接通信號回路，給出燈光信號和音響信號。KM動作后，接通跳閘線圈YR回路，使斷路器QF跳閘，切除短路故障。QF跳閘后，其輔助觸點隨之切斷跳閘回路。在短路故障被切除后，繼電保護(hù)裝置除KS 外的其他所有繼電器均自動返回起始狀態(tài)，而KS可以手動復(fù)位。102、整定計算（1）定時限保護(hù)動作電流整定定時限保護(hù)動作電流整定原則：

15、應(yīng)躲過變壓器一次側(cè)的最大工作電流，常取 I L. max =（ 1.53 ） I 1N。T式中， I 1N。 T 為變壓器的一次額定電流。動作電流為：I opK relK wI L .maxK reKi式中I L . max 為變壓器一次側(cè)的最大工作電流;K rel 為保護(hù)裝置的可靠系數(shù)，對DL 型定時限，取1.2 ；K w 為保護(hù)裝置的接線系數(shù)， 對兩相兩繼電器式接線取1，對兩相一繼電器接線取1.3 ；K re 為電流繼電器的返回系數(shù)，一般取0.85 ；K i 為電流互感器的變流比，本設(shè)計取200/5 。I op1.21103.92400.857.4A可選取電流整定范圍為 2.5-10A的

16、DL型電流繼電器 , 并整定為 8A 。( 因為 I op 只能為整數(shù)。 )（ 2）定時限保護(hù)的時限整定時限整定原則 :應(yīng)比變壓器二次母線各饋出線定時限過流最大的時限大一個時限階段（ t=0.5s ），即：t1t 2t t式中t 1 在后一級保護(hù)的線路首段發(fā)生三相短路時，前一級保護(hù)的動作時間；t 2后一級保護(hù)中最長的一個動作時間t前后兩級保護(hù)裝置的時間級差，對定時限過電流保護(hù)取0.5S 。本 設(shè) 計 題 目 給 出 電 源的 定 時 限 過 流 保 護(hù) 動 作 時 限 均 為2S, 故 時 限 整 定 為 t 2 =t 1 -t =2S-0.5S=1.5S 。11可選時間繼電器整定范圍為1.2

17、-5S 的 DS-12 型時間繼電器，并整定在1.5S 上。3、靈敏度校驗靈敏度校驗原則：應(yīng)以系統(tǒng)在最小運(yùn)行方式下，變壓器二次母線發(fā)生兩相短路流經(jīng)一次側(cè)的電流來校驗，即：（2）I k min1.5Sp）I op.1（3-3式中(2)I k min 在電力系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下，變壓器二次母線發(fā)生兩相短路電流(2 )I k(2min) I k 20.866 2.580.634KAkT3710.5I op.1 動作電流折算到一次電路的值:I opki840I op.1320Akw16341.98 1.5 滿足靈敏系數(shù)要求。Sp3204、各種繼電器選型電流繼電器的選擇：DL-12電流互感器的選擇：信號繼

18、電器的選擇時間繼電器的選擇：中間繼電器的選擇：LQJ-10：DX-30DS-35CDZ-15十、變壓器縱聯(lián)差動保護(hù)本設(shè)計采用較經(jīng)濟(jì)的BCH-2型帶有速飽和變流器的差動繼電器，以提高保護(hù)裝置的勵磁涌流的能力。121、原理接線圖如圖，當(dāng)變壓器正常工作或差動保護(hù)區(qū)外（如：二次母線k-1點）短路時，流入 KA的電流，差值很小， KA不動作。當(dāng)在差動保護(hù)區(qū)內(nèi)（如：變壓器二次出口k-2 點短路時），所以繼電器動作，使 QF跳閘。2、整定計算及靈敏度校驗縱聯(lián)差動保護(hù)：計算 Ie 及電流互感器變比，列表如下：名稱各側(cè)數(shù)據(jù)Y（ 35KV）（ 10.5KV ）額定電流I 1eS/3103.9I 2 e S /3U

19、 2e 346.4AU 1e變壓器接線方式Y(jié)CT接線方式Y(jié)CT計算變比 K TA3I1e / 5179.96 / 5I 2e / 5346.4 / 5實選 CT變比 n200/5=40400/5=80l實際額定電流I/ 404.50AI 2e / 80 4.33 A31e不平衡電流 I unb4.50-4.33=0.17A確定基本側(cè)基本側(cè)非基本側(cè)13確定基本側(cè)一次動作電流：（1）躲過外部故障時的最大不平衡電流I setI unb. maxIopKIunb . maxK （10%KstUf ） Ik. max利用實用計算式relrelN式中：K rel 可靠系數(shù)，采用 1.3；K st 同型系數(shù)

20、， CT 型號相同且處于同一情況時取0.5 ，型號不同時取1，本設(shè)計取 0.5；10%電流互感器容許的最大相對誤差；U-變壓器調(diào)壓時所產(chǎn)生的相對誤差，采用調(diào)壓百分?jǐn)?shù)的一半，本設(shè)計取0.05 ；f N -繼電器整定匝書數(shù)與計算匝數(shù)不等而產(chǎn)生的相對誤差，暫無法求出，先采用中間值 0.05 。代入數(shù)據(jù)得 :I op =1.3 × (0.5 ×0.1+0.05+0.05)×2230=434.85A（2）躲過變壓器空載投入或外部故障后電壓恢復(fù)時的勵磁涌流I set = K rel I e（ 3-10 ）式中： K rel 為可靠系數(shù)，采用1.3 ；I e 為變壓器額定電流。

21、代入數(shù)據(jù)得 :I set =1.3103.9=135.1A（3）躲過電流互感器二次回路短線時的最大負(fù)荷電流I setK rel I L.max（ 3-11 ）式中：K rel 可靠系數(shù)，采用 1.3 ；I L .max 變壓器的最大負(fù)荷電流；采用變壓器的額定電流的1.5 倍（事故過負(fù)荷時最大為150%）代入數(shù)據(jù)得：I set =1.3 103.91.5=202.605A比較上述（ 1），（ 2），（ 3）式的動作電流，取最大值為計算值，即：I set =434.85 （ A）整定為 450A確定二次動作電流：I op K con434.85 1I op KD10.87200K TA5Kcon

22、基本側(cè)電流互感器接線系數(shù)取114確定 BCH-2 型差動繼電器基本側(cè)（35KV 側(cè) ) 各線圈匝數(shù)。該繼電器在保持NK/NK 2時其動作安匝為 AN 060(40) 安匝。AN 0605.52Nop. cal實用匝數(shù)取為 Nop. set6 匝。I op. KD10.87Nop. setN d . setN b1.set516匝二次實際動作電流：AN06010（ ）I op. KDNop.set6A一次實際動作電流：I opK TA I op. KD40 10 400 （ A)K con非基本側(cè)平衡線圈Nb2 的計算匝數(shù) :I1 N (N b 2N d .set )I 2 N (N b1N d

23、. set )Nb 2. calI 2N ( N b1 N d.set )N d. set4.33(5 1)50.77 匝，實用匝數(shù)取1 匝I 1N4.5相對誤差 :f NN b 2.calNb 2.set0.7710.029N b2. calN d . set0.777fN0.05 ，結(jié)果有效靈敏度校驗：10.5KV 側(cè)母線兩相短路時歸算到35KV側(cè)流入繼電器的電流為I K2.min .KD3(3I K3.min )33 73027.375A2K TA2200 535KV側(cè)繼電器動作電流I op. KDAN06010 AN d .setN b 2.set5 1差動保護(hù)裝置的最小靈敏系數(shù)為K

24、senI K2.min . KD27.375I op.KD2.7375 210靈敏度滿足要求。153、電流互感器選擇及差動繼電器選型電流繼電器的選擇：DL-12電流互感器的選擇：信號繼電器的選擇：中間繼電器的選擇：LQJ-10DX-17DZ-15十一、變壓器過負(fù)荷保護(hù)1、變壓器過負(fù)荷保護(hù)原理圖TA 是電流互感器，KA是電流繼電器，當(dāng)線路的電流大于額定值時，TA 輸出到 KA 的電流驅(qū)動電流繼電器動作，電流繼電器觸點接通，時間繼電器KT 得電吸合。當(dāng)過電流的持續(xù)時間長于時間繼電器設(shè)定的延時以后， 延時閉合觸點接通， 向外輸出超負(fù)荷信號。 相關(guān)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)就會作出規(guī)定的動作。2、過負(fù)荷保護(hù)整定計算過

25、負(fù)荷保護(hù)：其動作電流按躲過變壓器額定電流來整定。動作帶延時作用于信號。I op. ol(1.2 1.3)I1N .T保護(hù)裝置（一次側(cè)）的動作電流：I op.(ol ).KA (1.2 1.3) I1 N.T / K i繼電器的動作電流：1.3I1 N.TI op (OL )K i1.3103.93.38AI op (OL )40動作時限一般取1015s。3、各種繼電器選型電流繼電器的選擇：電流互感器的選擇：信號繼電器的選擇：時間繼電器的選擇：DL-12LQJ-10/160DX-30DS-35C16十二、變壓器過勵磁保護(hù)1、 過勵磁公式推導(dǎo)變壓器繞組感應(yīng)電壓為：U 4.44 f N S B 10

26、 4 ，令 K1044.44NSKU則 Bf2、 過勵磁保護(hù)工作原理變壓器過勵磁倍數(shù)：BUf NU *nU Nff*Bn過勵磁保護(hù)構(gòu)成原理：通過測量過勵倍數(shù)n來實現(xiàn)的。3、 過勵磁保護(hù)原理框圖nTUU CnTV (2 f RC) 21選擇電路參數(shù)時讓2f RC nTU NU *K n則： UCRCf*nTV 2 f N十三、變壓器零序電流保護(hù)保護(hù)原理： 對于中性點直接接地變壓器，全部采用零序電流保護(hù)， 有選擇性要求時可增加零序方向原件。零序電流取自主變高壓側(cè)中性點測。零序電流保護(hù)通常采用兩段式，I 段和相鄰零序 I 段配合， II 和相鄰零序后備段配合。每段設(shè)2 個時限，短時限動作縮小故障范圍，長實現(xiàn)動作斷開變壓器各側(cè)斷路器。保護(hù)原理圖：整定原則：1. 零序一段整定原則按與相鄰元件的零序電流保護(hù)I 段配合I I0 .opK relI I0.op1K b17II0.op 為相鄰元件的零序電流保護(hù)I 段動作電流1t1t 0tt 2t1tt 0 為下級相鄰元件零序電流保護(hù)配合段的動作時間2.2. 零序二段整定原則按與相鄰元件的零序電流保護(hù)后備段配合I II 0. opK rel I III 0.op1K bI