110kV三卷變壓器繼電保護(hù)設(shè)計(jì)

1、西南交通大學(xué)課程設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)（實(shí)訓(xùn)）報(bào)告題 目110kV三卷變壓器繼電保護(hù)設(shè)計(jì)專 業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化班 級(jí)學(xué) 號(hào)姓 名指導(dǎo)教師電氣工程學(xué)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(hù)的概述 PAGEREF _Toc26930 3 HYPERLINK l _Toc28393 1.2 繼電保護(hù)的要求 PAGEREF _Toc28393 3 HYPERLINK l _Toc16412 1.3 繼電保護(hù)裝置的組成

2、PAGEREF _Toc16412 3 HYPERLINK l _Toc6763 第二章：短路計(jì)算 PAGEREF _Toc6763 4 HYPERLINK l _Toc761 2.1等效網(wǎng)絡(luò)圖 PAGEREF _Toc761 4 HYPERLINK l _Toc32587 2.2 短路電流計(jì)算 PAGEREF _Toc32587 6 HYPERLINK l _Toc21268 第三章：保護(hù)整定設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc21268 7 HYPERLINK l _Toc32109 3.1主保護(hù) PAGEREF _Toc32109 7 HYPERLINK l _Toc19834 3.1.1變壓

3、器瓦斯保護(hù) PAGEREF _Toc19834 7 HYPERLINK l _Toc28536 3.1.2縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù) PAGEREF _Toc28536 8 HYPERLINK l _Toc5313 3.3 復(fù)合電壓啟動(dòng)的過電流保護(hù) PAGEREF _Toc5313 11 HYPERLINK l _Toc32271 3.3.1 110kv側(cè)的低壓啟動(dòng)過電流保護(hù) PAGEREF _Toc32271 12 HYPERLINK l _Toc1494 3.4 變壓器中性點(diǎn)直接接地零序電流保護(hù) PAGEREF _Toc1494 13 HYPERLINK l _Toc30171 3.5設(shè)備選型 PAGE

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

5、）選擇性 選擇性就是指當(dāng)電力系統(tǒng)中的設(shè)備或線路發(fā)生短路時(shí)，其繼電保護(hù)僅將故障的設(shè)備或線路從電力系統(tǒng)中切除，當(dāng)故障設(shè)備或線路的保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)，應(yīng)由相鄰設(shè)備或線路的保護(hù)將故障切除。 （2）速動(dòng)性 速動(dòng)性是指繼電保護(hù)裝置應(yīng)能盡快地切除故障，以減少設(shè)備及用戶在大電流、低電壓運(yùn)行的時(shí)間，降低設(shè)備的損壞程度，提高系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性。 （3）靈敏性 靈敏性是指電氣設(shè)備或線路在被保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生短路故障或不正常運(yùn)行情況時(shí)，保護(hù)裝置的反應(yīng)能力。保護(hù)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(hù)，在規(guī)定的范圍內(nèi)故障時(shí)，不論短路點(diǎn)的位置和短路的類型如何，以及短路點(diǎn)是否有過渡電阻，都能正確反應(yīng)動(dòng)作，

6、即要求不但在系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下三相短路時(shí)能可靠動(dòng)作，而且在系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下經(jīng)過較大的過渡電阻兩相或單相短路故障時(shí)也能可靠動(dòng)作。 （4）可靠性 要求繼電保護(hù)在不需要它動(dòng)作時(shí)可靠不動(dòng)作，即不發(fā)生誤動(dòng)。 繼電保護(hù)在規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生了應(yīng)該動(dòng)作的故障時(shí)可靠動(dòng)作，即不拒動(dòng)。 1.3 繼電保護(hù)裝置的組成一般情況而言，整套繼電保護(hù)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(hù)的電氣元件的物理參量，并與給定的值進(jìn)行比較，根據(jù)比較的結(jié)果，給出“是”“非”性質(zhì)的一組邏輯信號(hào)，從而判斷保護(hù)裝置是否應(yīng)該啟動(dòng)。（2）邏輯部分：邏輯部分使保護(hù)裝置按一定的邏輯關(guān)系判定

7、故障的類型和范圍，最后確定是應(yīng)該使斷路器跳閘、發(fā)出信號(hào)或是否動(dòng)作及是否延時(shí)等，并將對應(yīng)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(hù)裝置所承擔(dān)的任務(wù)。如在故障時(shí)動(dòng)作于跳閘，不正常運(yùn)行時(shí)發(fā)出信號(hào)，而在正常運(yùn)行時(shí)不動(dòng)作等。 第二章：短路計(jì)算2.1等效網(wǎng)絡(luò)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(jì)算各

8、元件電抗參數(shù)，取基準(zhǔn)容量，基準(zhǔn)電壓為。變壓器標(biāo)幺值計(jì)算 ，高中低壓側(cè)阻抗標(biāo)幺值分別為：（線路的基準(zhǔn)電抗標(biāo)幺值 2.2 短路電流計(jì)算由主接線分析可知，變壓器的主保護(hù)為一臺(tái)變壓器單獨(dú)運(yùn)行為保護(hù)的計(jì)算方式，保護(hù)時(shí)，變壓器后備保護(hù)作保護(hù)線路的遠(yuǎn)后備保護(hù)時(shí)，要校驗(yàn)k3、k4兩點(diǎn)的靈敏系數(shù)，因此，除需要計(jì)算k1、k2兩點(diǎn)最大、最小運(yùn)行方式短路電流外，還需計(jì)算k3、k4兩點(diǎn)的最小短路電流。（1）k3點(diǎn)短路電流計(jì)算（2）求k1點(diǎn)短路電流（3）求k2點(diǎn)短路電流（4）求k4點(diǎn)短路電流（5）求K5點(diǎn)短路電流第三章：保護(hù)整定設(shè)計(jì)3.1主保護(hù)3.1.1變壓器瓦斯保護(hù)變壓器瓦斯保護(hù)的主要元件就是瓦斯繼電器，變壓器瓦斯保護(hù)

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(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，電弧使油及絕緣物分解產(chǎn)生氣體。故障輕微時(shí)，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(dòng)作，接點(diǎn)閉合，這時(shí)讓其作用于信號(hào)，稱為輕瓦斯保護(hù)；故障嚴(yán)重時(shí)，油箱內(nèi)產(chǎn)生大量的氣體，在該氣體作用下形成強(qiáng)烈的油流，沖擊繼電器，使繼電器動(dòng)作，接點(diǎn)閉合，這時(shí)作用于跳閘并發(fā)信，稱為重瓦斯保護(hù)。圖3.1.1 變壓器瓦斯保護(hù)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(dǎo)油管直徑）3.1.2縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)三繞組變壓器差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作原理是按循環(huán)電流原理構(gòu)成的。正

10、常運(yùn)行和外部短路時(shí)，三繞組變壓器三側(cè)電流向量和（折算至同一電壓等級(jí)）為零。它可能是一側(cè)流入另兩側(cè)流出，也可能由兩側(cè)流入，而從第三側(cè)流出。所以，若將任何兩側(cè)電流相加再和第三側(cè)電流相比較，就構(gòu)成三繞組變壓器的縱差動(dòng)保護(hù)。圖3.2.1 三繞組變壓器差動(dòng)保護(hù)單相原理圖（1）計(jì)算變壓器差動(dòng)臂中電流，由表3.1計(jì)算可知，110kV側(cè)差動(dòng)臂中的電流最大，故110kV側(cè)為計(jì)算的基本側(cè)。表3.1 計(jì) 算 結(jié) 果名稱變壓器各側(cè)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(biāo)準(zhǔn)變比=60=200=400差動(dòng)臂中的電流（A）2（2）確定制動(dòng)繞組的接線方式，制動(dòng)繞組接入38.5kV側(cè)

11、，因?yàn)椋搨?cè)的外部發(fā)生故障時(shí)，穿越變壓器的短路電流很大。（3）計(jì)算差動(dòng)保護(hù)的一側(cè)動(dòng)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(lì)磁涌流計(jì)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(cè)一次動(dòng)作電流即,差動(dòng)繼電器基本側(cè)動(dòng)作電流為 確定差動(dòng)繞組匝數(shù)：匝取整定匝數(shù)匝，則繼電器動(dòng)作電流為A，保護(hù)裝置實(shí)際動(dòng)作電流為：。5）其他各側(cè)工作繞組和平衡繞組的匝數(shù)。38.5kV側(cè)的平衡繞組為 匝11kV側(cè)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(jì)算匝數(shù)不等引起的相對誤差為 7）制動(dòng)系數(shù)和制動(dòng)繞組匝數(shù)計(jì)算。由于系單側(cè)電源，故制

12、動(dòng)系數(shù)計(jì)算為 = 制動(dòng)繞組的計(jì)算匝數(shù):匝 取整定匝數(shù)：匝8）校驗(yàn)靈敏系數(shù)k1點(diǎn)最小短路電流折算到110kV基本側(cè)為對11kV側(cè)工作安匝 匝 匝由繼電器特性曲線查得匝，安匝時(shí)，動(dòng)作安匝整定為安匝，則靈敏性滿足要求。3.3 復(fù)合電壓啟動(dòng)的過電流保護(hù)當(dāng)保護(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)生不對稱故障，系統(tǒng)出現(xiàn)負(fù)序電壓，負(fù)序過濾器13有電壓輸出使繼電器7常閉觸點(diǎn)打開，欠壓繼電器8失壓，常閉觸點(diǎn)閉合，接通中間繼電器9，若電流繼電器4、5、6任何一個(gè)動(dòng)作，則啟動(dòng)時(shí)間繼電器10，經(jīng)過整定時(shí)限后，跳開兩側(cè)斷路器。在對稱短路情況下，電壓繼電器7不啟動(dòng)，但欠壓繼電器8因電壓降低，常閉觸點(diǎn)接通，保護(hù)啟動(dòng)。負(fù)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(fù)合電壓啟動(dòng)的過電流保護(hù)原理圖3.3.1 110kv側(cè)的低壓啟動(dòng)過電流保護(hù)（1） 電流元件的動(dòng)作電流 （2）按躲過電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)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(shí)，計(jì)算式為，取當(dāng)?shù)蛪豪^電器由變壓器高壓側(cè)互感器供電時(shí)，計(jì)算式為（3）按躲過正常運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)的最低工作電壓整定低電壓繼電器的動(dòng)作電壓按（2）（3）條件整定，并取最小值。（4）負(fù)序電壓元件的動(dòng)作電壓 ，?。?）校驗(yàn)靈敏系數(shù) 作11kV線路后備保護(hù) 滿足要求。電壓元件裝設(shè)在11kV側(cè)，故僅需校驗(yàn)作為線路的后備保護(hù)即可，滿足要求。需要說明，若110kV側(cè)僅采用單獨(dú)

14、過電流保護(hù)，則，則靈敏系數(shù)，不滿足要求，這正說明采用復(fù)合電壓啟動(dòng)過流保護(hù)可提高保護(hù)的靈敏性。3.3.2 38.5kv側(cè)低壓啟動(dòng)過電流保護(hù)功率方向元件的動(dòng)作方向，為自變壓器指向35kV母線方向，方向元件的動(dòng)作電流為 作線路l3后備保護(hù)靈敏系數(shù) 不合要求。3.4 變壓器中性點(diǎn)直接接地零序電流保護(hù)中性點(diǎn)直接接地零序電流保護(hù)：中性點(diǎn)直接接地零序電流保護(hù)一般分為兩段，第一段由電流繼電器1、時(shí)間繼電器2、信號(hào)繼電器3及壓板4組成，其定值與出線的接地保護(hù)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(shí)間繼電器6、信號(hào)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(hù)的最后一段相配合，以短延

15、時(shí)切除母聯(lián)斷路器及主變壓器高壓側(cè)斷路器，長延時(shí)切除主變壓器三側(cè)斷路器。 中性點(diǎn)間隙接地保護(hù)：當(dāng)變電站的母線或線路發(fā)生接地短路，若故障元件的保護(hù)拒動(dòng)，則中性點(diǎn)接地變壓器的零序電流保護(hù)動(dòng)作將母聯(lián)斷路器斷開，此時(shí)中性點(diǎn)的電位將升至相電壓，分級(jí)絕緣變壓器的絕緣會(huì)遭到破壞，中性點(diǎn)間隙接地保護(hù)的任務(wù)就是在中性點(diǎn)電壓升高至危及中性點(diǎn)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(hù)包括零序電流保護(hù)和零序過電壓保護(hù)，兩種保護(hù)互為備用。大電流接地系統(tǒng)普遍采用分級(jí)絕緣的變壓器，當(dāng)變電站有兩臺(tái)及以上的分級(jí)絕緣的變壓器并列運(yùn)行時(shí)，通常只考慮一部分變壓器中性點(diǎn)接地，而另一部分變壓器的中性點(diǎn)則經(jīng)間隙接地運(yùn)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(diǎn)數(shù)目的穩(wěn)定，當(dāng)接地變壓器退出運(yùn)行時(shí)，應(yīng)將經(jīng)間隙接地的變壓器轉(zhuǎn)為接地運(yùn)行。由此可見并列運(yùn)行的分級(jí)絕緣的變壓器同時(shí)存在接地和經(jīng)間隙接地兩種運(yùn)行方式。為此應(yīng)配置中性點(diǎn)直接接地零序電流保護(hù)和中性點(diǎn)間隙接地保護(hù)。由主接線圖可知，該變電所為終端變電所，接地保護(hù)不需要與下級(jí)配合，故零序過電流保護(hù)的動(dòng)作值按躲開最大不平衡電流，即 電壓元件的動(dòng)作電壓為 動(dòng)作時(shí)限整定： = 1 *