110kV三卷變壓器繼電保護設計

1、西南交通大學課程設計 課程設計（實訓）報告題 目110kV三卷變壓器繼電保護設計專 業(yè)電氣工程及其自動化班 級學 號姓 名指導教師電氣工程學院二一二年 十一月 至 二一二 年 十二 月目錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc21008 第一章：概述 PAGEREF _Toc21008 3 HYPERLINK l _Toc26930 1.1繼電保護的概述 PAGEREF _Toc26930 3 HYPERLINK l _Toc28393 1.2 繼電保護的要求 PAGEREF _Toc28393 3 HYPERLINK l _Toc16412 1.3 繼電保護裝置的組成

2、PAGEREF _Toc16412 3 HYPERLINK l _Toc6763 第二章：短路計算 PAGEREF _Toc6763 4 HYPERLINK l _Toc761 2.1等效網(wǎng)絡圖 PAGEREF _Toc761 4 HYPERLINK l _Toc32587 2.2 短路電流計算 PAGEREF _Toc32587 6 HYPERLINK l _Toc21268 第三章：保護整定設計 PAGEREF _Toc21268 7 HYPERLINK l _Toc32109 3.1主保護 PAGEREF _Toc32109 7 HYPERLINK l _Toc19834 3.1.1變壓

3、器瓦斯保護 PAGEREF _Toc19834 7 HYPERLINK l _Toc28536 3.1.2縱聯(lián)差動保護 PAGEREF _Toc28536 8 HYPERLINK l _Toc5313 3.3 復合電壓啟動的過電流保護 PAGEREF _Toc5313 11 HYPERLINK l _Toc32271 3.3.1 110kv側的低壓啟動過電流保護 PAGEREF _Toc32271 12 HYPERLINK l _Toc1494 3.4 變壓器中性點直接接地零序電流保護 PAGEREF _Toc1494 13 HYPERLINK l _Toc30171 3.5設備選型 PAGE

4、REF _Toc30171 14 HYPERLINK l _Toc22638 附錄一： 變壓器瓦斯保護接線圖 PAGEREF _Toc22638 15 HYPERLINK l _Toc32449 附錄二：三繞組變壓器差動保護單相原理圖 PAGEREF _Toc32449 15 HYPERLINK l _Toc12240 附錄三：復合電壓啟動的過電流保護原理圖 PAGEREF _Toc12240 16第一章：概述1.1繼電保護的概述當電力系統(tǒng)發(fā)生故障或異常工況時，保護裝置在最短時間和最小區(qū)域內(nèi)，自動將故障設備從系統(tǒng)中切除，或發(fā)出信號，避免故障區(qū)域擴大，最快地恢復供電。1.2 繼電保護的要求 （1

5、）選擇性 選擇性就是指當電力系統(tǒng)中的設備或線路發(fā)生短路時，其繼電保護僅將故障的設備或線路從電力系統(tǒng)中切除，當故障設備或線路的保護或斷路器拒動時，應由相鄰設備或線路的保護將故障切除。 （2）速動性 速動性是指繼電保護裝置應能盡快地切除故障，以減少設備及用戶在大電流、低電壓運行的時間，降低設備的損壞程度，提高系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性。 （3）靈敏性 靈敏性是指電氣設備或線路在被保護范圍內(nèi)發(fā)生短路故障或不正常運行情況時，保護裝置的反應能力。保護裝置的靈敏性是用靈敏系數(shù)來衡量。 能滿足靈敏性要求的繼電保護，在規(guī)定的范圍內(nèi)故障時，不論短路點的位置和短路的類型如何，以及短路點是否有過渡電阻，都能正確反應動作，

6、即要求不但在系統(tǒng)最大運行方式下三相短路時能可靠動作，而且在系統(tǒng)最小運行方式下經(jīng)過較大的過渡電阻兩相或單相短路故障時也能可靠動作。 （4）可靠性 要求繼電保護在不需要它動作時可靠不動作，即不發(fā)生誤動。 繼電保護在規(guī)定的保護范圍內(nèi)發(fā)生了應該動作的故障時可靠動作，即不拒動。 1.3 繼電保護裝置的組成一般情況而言，整套繼電保護裝置由測量元件、邏輯環(huán)節(jié)和執(zhí)行輸出三部分組成 。 （1）測量比較部分：測量比較部分是測量通過被保護的電氣元件的物理參量，并與給定的值進行比較，根據(jù)比較的結果，給出“是”“非”性質(zhì)的一組邏輯信號，從而判斷保護裝置是否應該啟動。（2）邏輯部分：邏輯部分使保護裝置按一定的邏輯關系判定

7、故障的類型和范圍，最后確定是應該使斷路器跳閘、發(fā)出信號或是否動作及是否延時等，并將對應的指令傳給執(zhí)行輸出部分。 （3）執(zhí)行輸出部分：執(zhí)行輸出部分根據(jù)邏輯傳過來的指令，最后完成保護裝置所承擔的任務。如在故障時動作于跳閘，不正常運行時發(fā)出信號，而在正常運行時不動作等。 第二章：短路計算2.1等效網(wǎng)絡圖某變電所的電氣主接線如圖2.1所示。其參數(shù)均為:S=31.5MVA，電壓：1104*2.5%/38.52*2.5%/11kV，接線：YNY0d11短路電壓Uk1-2%=10.5%，Uk1-3%=17%，Uk2-3%=6%圖2.1 根據(jù)電氣主接線畫出等效正序如圖2.2所示。圖2.2 短路等值電路圖計算各

8、元件電抗參數(shù)，取基準容量，基準電壓為。變壓器標幺值計算 ，高中低壓側阻抗標幺值分別為：（線路的基準電抗標幺值 2.2 短路電流計算由主接線分析可知，變壓器的主保護為一臺變壓器單獨運行為保護的計算方式，保護時，變壓器后備保護作保護線路的遠后備保護時，要校驗k3、k4兩點的靈敏系數(shù)，因此，除需要計算k1、k2兩點最大、最小運行方式短路電流外，還需計算k3、k4兩點的最小短路電流。（1）k3點短路電流計算（2）求k1點短路電流（3）求k2點短路電流（4）求k4點短路電流（5）求K5點短路電流第三章：保護整定設計3.1主保護3.1.1變壓器瓦斯保護變壓器瓦斯保護的主要元件就是瓦斯繼電器，變壓器瓦斯保護

9、是利用安裝在變壓器油箱與油枕間的瓦斯繼電器來判別變壓器內(nèi)部故障；當變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時，電弧使油及絕緣物分解產(chǎn)生氣體。故障輕微時，油箱內(nèi)氣體緩慢的產(chǎn)生，氣體上升聚集在繼電器里，使油面下降，繼電器動作，接點閉合，這時讓其作用于信號，稱為輕瓦斯保護；故障嚴重時，油箱內(nèi)產(chǎn)生大量的氣體，在該氣體作用下形成強烈的油流，沖擊繼電器，使繼電器動作，接點閉合，這時作用于跳閘并發(fā)信，稱為重瓦斯保護。圖3.1.1 變壓器瓦斯保護接線圖采用QJ80型開口杯擋板式氣體繼電器，輕瓦斯按氣體容量整定 重瓦斯按汽油流的流速整定： （對導油管直徑）3.1.2縱聯(lián)差動保護三繞組變壓器差動保護的動作原理是按循環(huán)電流原理構成的。正

10、常運行和外部短路時，三繞組變壓器三側電流向量和（折算至同一電壓等級）為零。它可能是一側流入另兩側流出，也可能由兩側流入，而從第三側流出。所以，若將任何兩側電流相加再和第三側電流相比較，就構成三繞組變壓器的縱差動保護。圖3.2.1 三繞組變壓器差動保護單相原理圖（1）計算變壓器差動臂中電流，由表3.1計算可知，110kV側差動臂中的電流最大，故110kV側為計算的基本側。表3.1 計 算 結 果名稱變壓器各側數(shù)據(jù)額定電壓（kV）11038.511變壓器的額定電流(A)TA接線方式選擇TA的標準變比=60=200=400差動臂中的電流（A）2（2）確定制動繞組的接線方式，制動繞組接入38.5kV側

11、，因為，該側的外部發(fā)生故障時，穿越變壓器的短路電流很大。（3）計算差動保護的一側動作電流。1）按躲過110kV外部故障的最大不平衡電流整定，即2）按躲過變壓器勵磁涌流計算，即3）按躲過電流互感器二次回路斷線，即4）取上述各條件中最大的作為基本側一次動作電流即,差動繼電器基本側動作電流為 確定差動繞組匝數(shù)：匝取整定匝數(shù)匝，則繼電器動作電流為A，保護裝置實際動作電流為：。5）其他各側工作繞組和平衡繞組的匝數(shù)。38.5kV側的平衡繞組為 匝11kV側的平衡繞組為 匝取平衡繞組整定匝數(shù)：匝取工作繞組匝數(shù):匝6）整定匝數(shù)與計算匝數(shù)不等引起的相對誤差為 7）制動系數(shù)和制動繞組匝數(shù)計算。由于系單側電源，故制

12、動系數(shù)計算為 = 制動繞組的計算匝數(shù):匝 取整定匝數(shù)：匝8）校驗靈敏系數(shù)k1點最小短路電流折算到110kV基本側為對11kV側工作安匝 匝 匝由繼電器特性曲線查得匝，安匝時，動作安匝整定為安匝，則靈敏性滿足要求。3.3 復合電壓啟動的過電流保護當保護區(qū)內(nèi)發(fā)生不對稱故障，系統(tǒng)出現(xiàn)負序電壓，負序過濾器13有電壓輸出使繼電器7常閉觸點打開，欠壓繼電器8失壓，常閉觸點閉合，接通中間繼電器9，若電流繼電器4、5、6任何一個動作，則啟動時間繼電器10，經(jīng)過整定時限后，跳開兩側斷路器。在對稱短路情況下，電壓繼電器7不啟動，但欠壓繼電器8因電壓降低，常閉觸點接通，保護啟動。負序電壓整定值，可取額定電壓的6%；

13、電流整定值，可取大于變壓器額定電流，但不必大于最大電流。圖4.3 復合電壓啟動的過電流保護原理圖3.3.1 110kv側的低壓啟動過電流保護（1） 電流元件的動作電流 （2）按躲過電動機自啟動的電壓整定當?shù)蛪豪^電器由變壓器低壓側互感器供電時，計算式為，取當?shù)蛪豪^電器由變壓器高壓側互感器供電時，計算式為（3）按躲過正常運行時可能出現(xiàn)的最低工作電壓整定低電壓繼電器的動作電壓按（2）（3）條件整定，并取最小值。（4）負序電壓元件的動作電壓 ，?。?）校驗靈敏系數(shù) 作11kV線路后備保護 滿足要求。電壓元件裝設在11kV側，故僅需校驗作為線路的后備保護即可，滿足要求。需要說明，若110kV側僅采用單獨

14、過電流保護，則，則靈敏系數(shù)，不滿足要求，這正說明采用復合電壓啟動過流保護可提高保護的靈敏性。3.3.2 38.5kv側低壓啟動過電流保護功率方向元件的動作方向，為自變壓器指向35kV母線方向，方向元件的動作電流為 作線路l3后備保護靈敏系數(shù) 不合要求。3.4 變壓器中性點直接接地零序電流保護中性點直接接地零序電流保護：中性點直接接地零序電流保護一般分為兩段，第一段由電流繼電器1、時間繼電器2、信號繼電器3及壓板4組成，其定值與出線的接地保護第一段相配合，0.5s切母聯(lián)斷路器。第二段由電流繼電器5、時間繼電器6、信號繼電器7和8壓板9和10等元件組成，。定值與出線接地保護的最后一段相配合，以短延

15、時切除母聯(lián)斷路器及主變壓器高壓側斷路器，長延時切除主變壓器三側斷路器。 中性點間隙接地保護：當變電站的母線或線路發(fā)生接地短路，若故障元件的保護拒動，則中性點接地變壓器的零序電流保護動作將母聯(lián)斷路器斷開，此時中性點的電位將升至相電壓，分級絕緣變壓器的絕緣會遭到破壞，中性點間隙接地保護的任務就是在中性點電壓升高至危及中性點絕緣之前，可靠地將變壓器切除，以保證變壓器的絕緣不受破壞。間隙接地保護包括零序電流保護和零序過電壓保護，兩種保護互為備用。大電流接地系統(tǒng)普遍采用分級絕緣的變壓器，當變電站有兩臺及以上的分級絕緣的變壓器并列運行時，通常只考慮一部分變壓器中性點接地，而另一部分變壓器的中性點則經(jīng)間隙接地運行，以防止故障過程中所產(chǎn)生的過電壓破壞變壓器的絕緣。為保證接地點數(shù)目的穩(wěn)定，當接地變壓器退出運行時，應將經(jīng)間隙接地的變壓器轉為接地運行。由此可見并列運行的分級絕緣的變壓器同時存在接地和經(jīng)間隙接地兩種運行方式。為此應配置中性點直接接地零序電流保護和中性點間隙接地保護。由主接線圖可知，該變電所為終端變電所，接地保護不需要與下級配合，故零序過電流保護的動作值按躲開最大不平衡電流，即 電壓元件的動作電壓為 動作時限整定： = 1 *