繼電保護課課程設(shè)計某變電所變壓器保護設(shè)計

電力系統(tǒng)繼電保護》課程設(shè)計（2008級本科）題目：某變電所變壓器保護設(shè)計系（部）院： 物理與機電工程學(xué)院 專業(yè)：電氣工程及其自動化作者姓名： 白贊章 指導(dǎo)教師： 趙玲霞職稱: 助教完成日期： 2011年12月16日課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名白贊早學(xué)號專業(yè)方向電氣工程及其自動化班級08(1)班題目名稱某變電所變壓器保護設(shè)計一、 設(shè)計內(nèi)容即技術(shù)要求：確定變壓器的保護方案；根據(jù)原始資料進行保護的整定計算；設(shè)計出變壓器保護的展開式原理圖（包括設(shè)備表）。二、 課程設(shè)計說明書撰寫要求：說明書要求書寫規(guī)范，條理分明，表達準確；設(shè)計書內(nèi)容包括：技術(shù)方案的論證、相關(guān)量的定量計算、最終成果；設(shè)計書要求：分析論證簡單明了，計算準確無誤；繪圖要求：用標準電氣符號繪圖、比例合適、清晰美觀；完成設(shè)計說明書（包括封面、目錄、設(shè)計任務(wù)書、設(shè)計思路、繼電器保護回路展開式原理圖、所用器件型號、總結(jié)體會、參考文獻）。三、 設(shè)計進度第一周星期一上午 熟悉論文題目、設(shè)計任務(wù)及背景資料星期一下午 查閱相關(guān)文獻資料星期二至星期五 分析資料，確定變壓器保護裝置配置方案第二周星期一至星期二 完成設(shè)計說明書星期三至星期四 繪出變壓器回路展開式原理圖星期五 答辯四、 參考文獻原始資料:

一臺雙繞組降壓變壓器，容量為30MVA,電壓比為110±2X

2.5%/6.6KV,Ydll接線，U%二10.5，歸算到平均電壓6.6KV的系統(tǒng)最大阻抗K和最小阻抗分別為0.4Q和0.2Q。3KV側(cè)最大負荷電流為1KA。已知：110KV側(cè)電流互感器變比為300/5,6.6KV側(cè)電流互感器變比為3000/5。目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1前言 1\o"CurrentDocument"1.1引言 1\o"CurrentDocument"1.2設(shè)計原則及規(guī)程 1\o"CurrentDocument"1.3設(shè)計原始資料 1\o"CurrentDocument"2設(shè)計的保護配置 2\o"CurrentDocument"2.1本設(shè)計主保護配置 2\o"CurrentDocument"2.2本設(shè)計的后備保護配置 2\o"CurrentDocument"3保護的配合及整定計算 3\o"CurrentDocument"3.1主保護的整定計算 3\o"CurrentDocument"3.1.1額定值計算 33.1.2動作電流整定 4\o"CurrentDocument"3.1.3靈敏度校驗 4\o"CurrentDocument"3.2后備保護的整定計算 5\o"CurrentDocument"3.2.1過電流保護 5\o"CurrentDocument"3.2.2低電壓啟動的過電流保護 6\o"CurrentDocument"4結(jié)果分析 6對主保護的評價…………7對后備保護的評價………………………75二次回路展開式原理圖 75.1保護測量電路 85.2保護跳閘電路 86設(shè)計總結(jié)體會 97參考文獻 10前言引言在電力系統(tǒng)中廣泛地用變壓器來升高或降低電壓。變壓器是電力系統(tǒng)不可缺少的重要電氣設(shè)備。它的故障將對供電可靠性和系統(tǒng)安全運行帶來嚴重的影響，同時大容量的電力變壓器也是十分貴重的設(shè)備，因此應(yīng)根據(jù)變壓器容量等級和重要程度裝設(shè)性能良好、動作可靠的繼電保護裝置。設(shè)計原則及規(guī)程根據(jù)規(guī)程規(guī)定，變壓器一般應(yīng)裝設(shè)下列保護：（1）瓦斯保護瓦斯保護能夠保護變壓器油箱內(nèi)的各種輕微故障，例如繞組輕微的匝間短路、鐵芯燒損等，但像變壓器絕緣子閃絡(luò)等油箱外的故障，瓦斯保護不能反應(yīng)。規(guī)程規(guī)定對于容量為800kV?A以上的油浸式變壓器和400kV?A及以上的車間內(nèi)油浸式變壓器,應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護。（2）縱差動保護或電流速斷保護對于容量為6300kVA及以上的變壓器，以及發(fā)電廠廠用變壓器和并列運行的變壓器，10000kVA及以上的發(fā)電廠廠用備用變壓器和單獨運行的變壓器，應(yīng)裝設(shè)縱差動保護。電流速斷保護用于對于容量為10OOOkVA以下的變壓器，當后備保護的動作時限大于0.5s時，應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護。對2000kVA以上的變壓器，當電流速斷保護的靈敏性不能滿足要求時，也應(yīng)裝設(shè)縱差動保護。（3） 外部相間短路和接地短路時的后備保護（4） 過負荷保護變壓器長期過負荷運行時，繞組會因發(fā)熱而受到損傷。對400kV?A以上的變壓器，當數(shù)臺并列運行，或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。（5）過勵磁保護高壓側(cè)電壓為500kV及以上的變壓器，應(yīng)裝設(shè)過勵磁保護，在變壓器允許的過勵磁范圍內(nèi)，保護作用于信號，當過勵磁超過允許值時，可動作于跳閘。（6）其他非電量保護對變壓器溫度及油箱內(nèi)壓力升高和冷卻系統(tǒng)故障，應(yīng)按現(xiàn)行有關(guān)變壓器的標準要求，專設(shè)可作用于信號或動作于跳閘的非電量保護。設(shè)計原始資料設(shè)計題目一臺雙繞組降壓變壓器，容量為30MVA，電壓比為110±2X2.5%/6.6KV,Yd11接線，%二10.5，歸算到平均電壓6.6KV的系統(tǒng)最大阻抗和最小阻抗分別為K0.40和0.20。3IKV側(cè)最大負荷電流為1IKA。已知：110IKV側(cè)電流互感器變比為300/5,6.6KV側(cè)電流互感器變比為3000/5。設(shè)計內(nèi)容及要求確定變壓器的而保護方案；根據(jù)原始資料進行保護的整定計算；設(shè)計出變壓器保護的展開式原理圖（包括設(shè)備表）本設(shè)計的保護配置主保護配置為了滿足電力系統(tǒng)穩(wěn)定方面的要求，當變壓器發(fā)生故障時，要求保護裝置快速切除故障。根據(jù)規(guī)程，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）瓦斯保護電力變壓器通常是利用變壓器油作為絕緣和冷卻介質(zhì)。當變壓器油箱內(nèi)故障時，在故障電流和故障點電弧的作用下，變壓器油和其他絕緣材料會因受熱而分解，產(chǎn)生大量氣體。氣體排出的多少以及排出速度，與變壓器故障的嚴重程度有關(guān)。利用這種氣體來實現(xiàn)保護的裝置，稱為瓦斯保護。瓦斯保護的主要元件是氣體繼電器，它安裝在油箱和油枕之間的連接管道上。氣體繼電器有兩個輸出觸點：一個反應(yīng)變壓器內(nèi)部的不正常情況或輕微故障，稱為輕瓦斯；另一個反應(yīng)變壓器的嚴重故障，稱為重瓦斯。輕瓦斯動作于信號，使運行人員跳開電壓器各側(cè)斷路器。氣體繼電器的大致原理如下：變壓器發(fā)生輕微故障時，油箱內(nèi)產(chǎn)生的氣體較少且速度慢，由于油枕處在油箱的上方，氣體沿管道上升，使氣體繼電器內(nèi)的油面下降，當下降到動作門檻時，輕瓦斯動作，發(fā)出警告信號。發(fā)生嚴重故障時，故障點周圍的溫度劇增而迅速產(chǎn)生大量的氣體，變壓器內(nèi)部壓力升高，迫使變壓器油從油箱經(jīng)過管道向油枕方向沖去，氣體繼電器感受到油速達到動作門檻時，重瓦斯動作，瞬時作用于跳閘回路，切除變壓器，以防事故擴大。瓦斯保護原理圖如下圖保護回路展開圖所示。（2）縱差動保護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。本設(shè)計中變壓器的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)生短路故障時的主保護，不需與其它保護配合，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)躲開外部短路時的最大不平衡電流。雙繞組三相變壓器縱差動保護原理圖如下圖保護回路展開式原理圖所示。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相互配合。低壓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，它同時也可以做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狀態(tài)包括過負荷運行，對此配置反時限過負荷保護。保護的配合及整定計算主保護的整定計算額定值計算1.在變壓器的各側(cè)中，二次回路中額定電流最大一側(cè)稱為基本側(cè)，變壓器一、二次回路額定計算值如下表3-1所示：表3-1變壓器一、二次回路電流計算值數(shù)值名稱各側(cè)數(shù)值（A）llOkV側(cè)6.6kV側(cè)變壓器一次額定電流I（A）30000 1ur—= =1573?000=2624.4N1<3x110V3x6.6電流互感器接線方式Y(jié)△選擇電流互感器次電流計算值（A）43x157=2722624.4電流互感器標準變比（n）TA300/5=603000/5=600二次回路額定電流I （A）y/3157=4.53262446.-4.37N260600表3-1中按下式計算各側(cè)電流互感器的二次額定電流KII= con_1N2N nTA式中K為電流互感器接線系數(shù)，星形接K=1;三角形接線K二込。con con con由表3-1可以得出6.6IKV側(cè)的二次回路電流較大，因此確定3.3KV側(cè)為基本側(cè)?？v差動保護動作電流整定1）按躲過外部短路故障時的最大不平衡電流條件，有I=K (Af +AU+0.1KK)Isetrelza npstk.max

此處K為可靠系數(shù)，由已知條件可知為1.3；relI—應(yīng)取最大運行方式下，6.6kV側(cè)母線上三相短路電流，因此，k.maxU申 甘片—U%U2I= ，其中Z二一kxn=0.152(Q)k-max Z+Z T100Sk.minT N故J=66x1°3=18750(a)k-max0.2+0-152Af—是由于電流互感器計算變比和實際變比不一致引起的相對誤差zaAfzannTA260x気）'込x600=0.037AU—是由變壓器分接頭改變引起的相對誤差，一般取為調(diào)整范圍的一半，則AU=0.05；K—為非周期分量系數(shù)，由于采用BCH-2型繼電器，故取為1；npK—為電流互感器同型系數(shù)，這里取1。st將上述取值均帶入上式，可得I=1.3X(0.037+0.05+0.1X1X1)X18750=4558(A)set按躲過勵磁涌流條件，有I二KKI=1.3X1X2624.4=3412(A)set rel卩N式中，K為勵磁電流的最大倍數(shù)，由于選取BCH-2型繼電器，故取1。按躲過電流互感器二次回路斷線的條件，有I二KI=1.3X1000=1300setrel1-max(A)以第一條件為最大，故取I=4558(A)set靈敏度校驗3.3kV側(cè)兩相短路最小電流為I =6-6X103=11956(A)k-min0-4+0-152靈敏度校驗：K—k-min-rsen后備保護的整定計算過電流保護1）整定值計算對于降壓變壓器，考慮電動機自啟動時的最大電流I二KxI'

L.max ss L.max整定條件為按躲過變壓器可能出現(xiàn)的最大負荷電流來整定，即KI=rebXI

setK L.maxre式中：K—可靠系數(shù)，取1.2?1.3;relK—返回系數(shù)，取0.85?0.95;reI'—變壓器可能出現(xiàn)的最大負荷電流（一般取變壓器額定電流）L.maxK—綜合負荷的自啟動系數(shù)，取1.5。ss1.2所以整定電流I=x1.5x2624.4=5557.6（A）set0.852）靈敏度校驗：—k.minsenIset即K— —2.2>1.5，滿足要求sen5557.6低電壓啟動的過電流保護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電流繼電器的整定：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KI=rehXIsetK Nre低電壓繼電器的動作電壓按以下條件整定，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，U—L.minsetKKrelre式中：U —最低工作電壓，一般取0.9U;L.min NK—可靠系數(shù)，取1.1?1.2;relK—低電壓繼電器的返回系數(shù)，取0.85?0.95。re（2）按躲過電動機自啟動時的電壓整定：當?shù)蛪豪^電器由變壓器低壓側(cè)互感器供電時，計算式為U—（0.5~0.6）UTOC\o"1-5"\h\zset N當?shù)蛪豪^電器由變壓器高壓側(cè)互感器供電時，計算式為U—0.7Uset N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，但仍按式U—（0.5?0.6）uset N整定，原因是發(fā)電機在失磁運行時低壓母線電壓會比較低。故U=0.6X6.6=3.96（kV）set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UK— set—senU其中，U—靈敏度校驗點發(fā)生三相金屬性短路時，保護安裝處感受到的k.min最大殘壓。要求K>1.25,當6.6kV側(cè)母線處短路時保護安裝處的殘壓等于零，顯然:senUK set—>1.25senUk.min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。結(jié)果分析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。對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二次回路展開式原理圖及設(shè)備選型變壓器瓦斯保護原理圖圖1圖1瓦斯保護展開式原理圖變壓器縱差動保護原理圖YBYAYBYCYAYAYBddddAdadbdAI'—YCI'1dC+l'~Z~IdA圖2縱差動保護原理圖可dB'I■:-dc廠YBYAYBYCYAYAYBddddAdadbdAI'—YCI'1dC+l'~Z~IdA圖2縱差動保護原理圖可dB'I■:-dc廠低電壓啟動的過電流保護原理圖>1H1TA>QF2跳QF1跳QF2TVY1>1H2圖3低電壓啟動的過電流保護原理圖設(shè)備選型如下表設(shè)備名稱型號備注高壓電流互感器LQJ-110高壓電流互感