110kV三卷變壓器繼電保護設計

課程設計（實訓）報告

題目UOkV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

目錄

第一章：概述......................................................................3

1.1繼電保護的概述...........................................................3

1.2繼電保護的要求...........................................................3

1.3繼電保護裝置的組成......................................................3

第二章：短路計算.................................................................4

2.1等效網(wǎng)絡圖...............................................................4

2.2短路電流計算.............................................................6

第三章：保護整定設計.............................................................7

3.1主保護...................................................................7

3.1.1—變壓器瓦斯保護................................................7

3.1.2——縱聯(lián)差動保護..............................................8

3.3復合電壓啟動的過電流保護..............................................11

3.3.1110kv側的低壓啟動過電流保護.....................................12

3.4變壓器中性點直接接地零序電流保護......................................13

3.5設備選型...............................................................14

附錄一；變壓器瓦斯保護接線圖...................................................15

附錄二：三繞組變壓器差動保護單相原理圖.........................................15

附錄三：復合電壓啟動的過電流保護原理圖.........................................16

2

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)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

速動性是指繼電俁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，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

3

圖2.1

根據(jù)電氣主接線畫出等效正序如圖2.2所示。

計算各元件電抗參數(shù)，取基準容量梟=100基準電壓為

5

（1）變壓器標幺值計算

^1%=l(10.5+17-6)=l0.75,t/A2%=-110.5-17+6)=-0.25

22

八%=l(-10.5+17+6)=6.25

高中低壓側阻抗標幺值分別為:

X3需率甯燃二。?卻3

X-鬻尹鬻X果—007937

XTD

100SN

（線路的基準電抗標幺值

V|(￥)

x-x-X7/72^_=0.4x15=5.442

"/222Ul，10.52

Xn=X/4==0.4x15x129.=1.023

,3,4'3u\372

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kl、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

Sp100000

Z<3)二E百xl0.5

1A3.maxy二84654

"ZM3).min0.11+0.3413+0.1984

SB100000

■⑶_V3xl0.5

?3min-二7435A

Xz(i3)max0.20+0.3413+0.1984

=0866x7435=64394

KniinKnIin

6

(2)求kl點短路電流

SB100000

/⑶二電,.6x37

"maX0.11+0.3413-0.1984

SB100000

用u6,=6x10.5

=2533A

Fornax_0.20+0.3413-0.0079

喘M=%*n=0.866x7435=6439A

(3)求k2點短路電流

V3SR

X2-

—~~^^=868A

'⑵=

大2min-

Xz(A2)m;?x

(4)求k4點短路電流

V3

2、?J

UV=5964

Xg"4)max

(5)求K5點短路電流

8*-

(2)

K5min——-=783A

Xz(*5)max

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。

7

圖3.1.1變壓器瓦斯保護接線圖

采用QJ-80型開口杯擋板式氣體繼電器，輕瓦斯按氣體容量整定

%,=250cm3

重瓦斯按汽油流的流速整定：

Vsel=1.\m/s（對導油管直徑。=8O//7W）

3.1.2—縱聯(lián)差動保于

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。

8

(1)計算變壓器差動臂中電流，由表3.1計算可知，UOkV側差動臂中的

電流最大，故UOkV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

31500IZC自迎_二47331500…

~i=-----=165~i=---=1650

(A)73x11073x38.5V3xll

TA接線方式(△氏(“Mi(尤瓦

73x165300_瓜4731000_2000/5

選擇TA的標準變比5555

=400

60200

1650-r

差動臂中的電流(A)73x1652^73=4.12----=4.12

--------=4.75400

60200

(2)確定制動繞組的接線方式，制動繞組接入38.5kV側，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)計算差動保尹的一側動作電流。

1)按躲過UOkV外部故障的最大不平衡電流整定，即

Iop=Krel(K“Kcrr+AU+加加/ax=13(1x0.1+0.1+0.05)x785=0.325x785=255A

9

嘿“蝦瑞T黑"85A

2）按躲過變壓器勵磁涌流計算，即

/=長也/次,〃=1.5x165=2#A

3）按躲過電流互感器二次回路斷線，即

/卬=《自/川.〃=1.3x165=214.5A

4）取上述各條件口最大的作為基本側一次動作電流即Iop255A,差動繼電

器基本側動作電流為

KcoJop73x255

=--------=------------=7.36A

'K仇〃60

AN60±4

確定差動繞組匝數(shù)：1%——=--------=8.15匝

op.r7.36

取整定匝數(shù)叱…=匝，則繼電器動作電流為1吁=竺

87.5A,保護裝置

8

實際動作電流為：〃二早x60=259.8A。

*V3

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

N2(110)-&(38.5)

%38,5)=8=1.22匝

%2(38.5)Ml廿

UkV側的平衡繞線為

^2(110)~2(11)4.75-4.1

W2x81.27匝

4.1

取平衡繞組整定匝數(shù)：叱收匝

取工作繞組匝數(shù)：/38.5"=%…=8+1=9匝

6）整定匝數(shù)與計算匝數(shù)不等引起的相對誤差為

4二%")-%""=L22-1=0024<005

°°?、乓粎n2L22+8

10

4%38.5)M(38.5"=L27-1=()029<005

()%38.5)一%,皿1.27+8

7)制動系數(shù)和制動繞組匝數(shù)計算。由于系單側電源，故制動系數(shù)計算為

res=Kf(Kw+Kerr+At70|O)+△L(38.5)+△叫38.5))

二1.3(1X0.1+0.1+0.05+0.029)=0.363

0363x9

制動繞組的計算匝數(shù)：卬…=Kres旦==3.63匝

tga0.9

取整定匝數(shù)：匕?皿=4匝

8)校驗靈敏系數(shù)

kl點最小短路電流折算到UOkV基本側為

以小骨二制=588A

A^v(H)=Win==135.2匝

對llkV側工作安匝

KTA.H60

A%叱5)=名占x4+0=10.38匝

由繼電器特性曲線查得人叫⑴=135.2匝，AW,,.=10.38安匝時，動作安匝整

定為A叱=66安匝，則靈敏性K,“面=空二=2.()5>2滿足要求。

3.Ill111

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%；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。

11

o

圖4.3復合電壓啟動的過電流保護原理圖

3.3.1110kv側的低壓啟動過電流保護

（1）電流元件的動作電流

set*心=—xl65=252.35A

Krcn0.85

252.35

=4.2A

60

（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

Usel=(0.5-0.6"2=(0.5-0.6)xWOKV=55KV-66kVf取60AV

當?shù)蛪豪^電器由變壓器高壓側互感器供電時，計算式為

U；,-=FKV

（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

^2,v,=（0.06-1.2）UN2=6-12KV,取10KV

（5）校驗靈敏系數(shù)

12

心：二墨=2.33X5

作UkV線路后備保護（…山二型皿596=2.3>1.3滿足要求。

.V.HIinj

1°P252.35

電壓元件裝設在IlkVtt，故僅需校驗作為線路的后備保護即可

K=70x11(X)00/10077000

==1.64>1.3,滿足要求。

vmin_15x0.4x783x110/11-46980

需要說明，若UOkV側僅采用單獨過電流保護，則

/=L2r2xl65=504.7A,則靈敏系數(shù)&*=*=L17<1.3,不滿足要求,

“0.85?n504.7

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。

3.3.238.5kv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

13x13

I心”=x473=4.74

KreKTA0.85X200

息而“=等=禹=鬻=2.69>「5

作線路13后備保/靈敏系數(shù)Kf*="蚤然7.3不合要求。

叩

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，若故隙元件的

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

13

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