继电保护课程设计--对变压器进行主保护和后备保护的设计.doc

电力系统继电保护课程设计电力系统继电保护课程设计 专专 业：业： 电气工程及其自动化 班班 级：级： 姓姓 名：名： 学学 号：号： 2009 指导教师：指导教师： 兰州交通大学自动化与电气工程学院兰州交通大学自动化与电气工程学院 20122012 年年 7 7 月月 7 7 日日 指导教师评语指导教师评语 平时 （30） 报告 （30） 修改 （40） 总成绩 电力系统继电保护课程设计报告 - 1 - 1 设计原始资料 1.1 具体题目 一台双绕组降压变压器的容量为 20MVA，电压比为 3522.5%/6.6kV，Yd11 接线； 采用 BCH-2 型继电器。求差动保护的动作电流。已知：6.6kV 外部短路的最大三相短 路电流为 8920(1+50%)=13380A；35kV 侧电流互感器变比为 600/5，66kV 侧电流互感 器变比为 1500/5；可靠系数取。试对变压器进行相关保护的设计。3 . 1 rel K 1.2 要完成的内容 对变压器进行主保护和后备保护的设计、配置、整定计算和校验。 2 分析要设计的课题内容 2.1 本设计的保护配置 2.1.1 主保护配置 为了满足电力系统稳定性方面的要求，当变压器发生故障时，要求保护装置快速 切除故障。通常变压器的瓦斯保护和纵差动保护构成双重化快速保护。 (1) 瓦斯保护 变电所的主变压器和动力变压器，都是用变压器油作为绝缘和散热的。当变压器 内部故障时，由于短路电流和电弧的作用，故障点附近的绝缘物和变压器油分解而产 生气体，同时由于气体的上升和压力的增大会引起油流的变化。利用这个特点构成的 保护，叫做瓦斯保护。瓦斯保护主要由瓦斯继电器、信号继电器、保护出口继电器等 构成，瓦斯继电器装在变压器油箱和油枕的连接管上。瓦斯继电器的上触点为轻瓦斯 保护，由上开口杯控制，整定值为当瓦斯继电器内上部积聚 250300cm3气体时动作， 动作后发信号。 (2) 纵差动保护 电流纵差动保护不但能区分区内外故障，而且不需要与其他元件的保护配合，可 以无延时的切除区内各种故障，具有明显的优点。本设计中变压器主保护主要选电流 纵差动保护，差动保护是变压器内部、套管及引出线上发生相间短路的主保护，同时 也可以保护单相层间短路和接地短路，不需与其他保护配合，可无延时的切断内部短 路，动作于变压器高低压两侧断路器跳闸。为了保证动作的选择性，差动保护动作电 流应躲开外部短路电流时的最大不平衡电流。 电力系统继电保护课程设计报告 - 2 - 2.1.2 后备保护配置 变压器的后备保护选择过电流保护和低电压启动的过电流保护以及过负荷保护。 低电压启动的过电流保护主要是为了保护外部短路引起的变压器过电流，同时也 可以作为变压器差动保护以及馈线保护的后备保护。 变压器的不正常工作包括过负荷运行，对此配置过负荷保护。正常时，变压器不 过负荷，电流小于整定值，过负荷保护不动作。当三相负荷对称时，可仅在一相装设 过负荷保护。 3 变压器短路点选取 3.1 保护短路点的选取 图 3.1、3.2 所示为变压器短路短路点的确定，图 3.1 为变压器区外短路的情况及 其差动保护安装原理图，图 3.2 为变压器区内短路的情况及其差动保护安装原理图。 k I d I 保 护 范 围 1 I 2 I 1 I 2 I k k I d I k 1 I 2 I 1 I 2 I 4 保护的配合及整定计算 4.1 BCH2 型继电器主保护的整定计算 4.1.1 动作值(如动作电流) 确定基本侧： (1) 变压器一次额定电流。 35kV 侧： 图 3.1 变压器区外短路故障示意 图 图 3.2 变压器区内短路故障示意 图 电力系统继电保护课程设计报告 - 3 - )(248 353 15000 N A I 6.6kV 侧： )(1315 6 . 63 15000 N A I (2) 电流互感器变比。 35kV 侧计算变比及选用变比： 5 2483 TA.cal n 选用 5 600 TA n 6.6kV 侧： (3) 电流互感器二次电流 35kV 侧： )(57 . 3 120 2483 2N A I 6.6kV 侧： )(38 . 4 300 1315 2N AI 变压器各侧参数如表 4.1。 表 4.1 变压器各侧参数 名 称各 侧 数 值 额定电压(kV)356.6 额定电流(A) 248 353 15000 1315 6 . 63 15000 电流互感器接线 Y 电压互感器变比560051500 电力系统继电保护课程设计报告 - 4 - 二次电流(A)57 . 3 120 2483 38 . 4 300 1315 (4) 线三相短路归算到基本侧的短路电流： )(211 . 0 15 3 . 6 08 . 0 2 T X )(384 . 0 211 . 0 173 . 0 X )(211 . 0 384 . 0 3 6300 08 . 0 )3( K.max I 基本侧动作电流： a. 按躲过外部短路条件： )(24629427)05 . 0 05 . 0 1 . 01 (3 . 1 OP AI b.按躲过励磁涌流： )(171013153 . 1 OP AI c. 按 TA 二次断线条件： )(137810163 . 1 OP AI 选一次动作电流 )(2450 OP AI 确定基本侧动作线圈匝数： a. 二次动作电流： )(16 . 8 300 2450 OP.r AI )(35 . 7 16 . 8 60 W.cal 匝W 选，。)(6 d.se 匝W匝）( 1 b.se W b. 继电器实际动作电流： )(56 . 8 7 60 OP.r AI 确定 35kV 侧平衡线圈及工作线圈匝数： )(6 . 26)57 . 3 /38 . 4 (7 d.seW.se 2nb 2b nb.cal 匝WW I I W 电力系统继电保护课程设计报告 - 5 - 取，工作线圈。)(3 nb.se 匝W)(9 nw.se 匝W 计算 er f 05 . 0 0465 . 0 66 . 2 36 . 2 er f 所以不必重算动作电流。 4.1.2 动作时间 由于是主保护，动作时间 t=0s。 4.1.3 灵敏度校验 在 6.6kV 侧两相短路最小短路电流为： )(1073 )211 . 0 289 . 0 (3 6300 2 3 2 k.min A I 归算至 35kV 侧的短路电流为： )(1073 37 3 . 66300 k.max A I 35kV 侧流入继电器的电流为： )( 5 . 15 120 10733 r A I 35kV 侧继电器动作电流： )(67 . 6 9 60 OP.r AI 灵敏系数: 258 . 2 67 . 6 2 . 17 2op 2op.min sen I I K 灵敏度符合要求。 4.2 后备保护的整定计算 4.2.1 动作值(如动作电流) 过电流保护采用三相式接线，且保护应安装在电源侧，保护的动作电流应按躲 op I 过变压器可能出现的最大负荷电流来整定，即 L.max I L.max re rel op I K K I 电力系统继电保护课程设计报告 - 6 - 式中，是可靠系数，一般取 1.2；是返回系数。 rel K3 . 1 re K )( 7 . 187 3 . 6732 . 1 49 5 . 191980 3 max L.max A U P I )(276 7 . 187 85 . 0 25 . 1 L.max re rel op AI K K I 4.2.2 动作时间 动作时间 t=0.5s。 4.2.3 灵敏度校验 25 . 1 op )2( K.min sen I I K 是最小运行方式下，在灵敏度校验点发生两相短路时，流过保护装置的最小 )2( K.max I 短路电流。 变压器灵敏度校验： )(15 . 0 )32 . 2 1 (2 1 2 *N *N)2( *k.min A Z U I )(423 66732 . 1 320 151 . 0 3 144 . 0 )2( k.min A N N U S I 5 . 153 . 1 276 423 op )2( K.min sen I I K 灵敏度符合要求。 5 继电保护设备的选择 5.1 互感器的选择 电流互感器的选择及其参数如表 5.1 所示。 表 5.1 电流互感器的选择型号及其参数 型 号 额定电流 比 准确级组合二次额定输出额定绝缘水平 LZZBW-1052000/5A 0.5/、10P10、0.2/10 P10 0.2(0.2S)级 30VA；P1 级 40 VA；P2 级 30 VA 12/42/75KV LCWD2-3551000/5A0.2(0.2S)/10P0.2(0.2S)级 30VA；10P 级 50VA40.5/95/185KV 电力系统继电保护课程设计报告 - 7 - 5.2 继电器的选择 本设计选用 BCH-2 型差动继电器，继电器的选择及其参数如表 5.2 所示。 表 5.2 BCH2 型继电器相应参数 额定电 流 动作 安匝 可靠系数整定范围(A) 动作时间 (s) 功率消耗(VA) 触 点 型 式 5A (50Hz) 604 5 倍动作流 1.35;2 倍动作 流1.2 两绕组变压器 1.55-12 三绕组变 压器 3-12 3 倍动作 电流 0.035 在额定电压下，平衡 绕组(或)合部接入 时单相功耗16 一 动 合 6 二次展开原理图的绘制 6.1 保护测量电路 Yd11 接线变压器差动保护的三相原理接线图如图 6.1 所示： IY AIY BIY C IY A IY BIY CIY AIY B Ida IdbIdc IdAIdB IdC Id IdA IdB IdC IdId 6.2 保护跳闸电路 保护跳闸电路如图 6.2 所示。 图 6.1 Yd11 接线变压器差动保护的三相原理接线图 电力系统继电保护课程设计报告 - 8 - U 1TA V 1TA U 2TA W 1TA V 2TA W 2TA U 3TA V 3TA W 3TA 1XB 2XB 3XB 4XB 5XB 6XB 7XB 8XB 9XB 10XB 11XB 1KD 1KA 2KD3KD 2KA 3KA 4KA 路 回 护 保 动 差 路 回 护 保 流 电 过 路 回 护 保 荷 负 过 WC 1KD 2KD 3KD KG 1KT 1KA 1KA 1KA 1KA KM KM I I 4KS KG KT 2KT 2KM 3KT 1KT 2KS 3KS 1KS 2KT 13XB 12XB 14XB KM 4R 4KS 保护 差动 保护 瓦斯 保护 过流 保护 过负荷 跳闸1QF 跳闸2QF 瓦斯 温度 过负 通风 路 回 号 信 7 保护的评价 差动保护作变压器的主保护，过电流保护作变压器的后备保护。差动保护的保护 范围为主变各侧差动 TA 之间的一次电气部分，即：主变引出线及变压器线圈发生 多相短路；单相严重的匝间短路；在大电流接地系统中保护线圈及引出线上的接 地故障。差动保护可装在变压器、发电机、分段母线线路上。 差动保护的优点是能够迅速有选择地切除保护范围的故障，接线正确调试得当不 发生误动。其缺点是对变压器内部不严重的匝间短路反映不够灵敏。 过电流保护主要包括短路保护和过载保护两种类型。短路保护的特点是整定电流 大、瞬时动作，过载保护的特点是整定电流较小、反时限动作。系统存在故障或异常 时，电流异常增大，过流保护在电流大于整定值时动作，自动切除故障设备或将保护 设备脱离系统。故过流保护能起到保护设备，将故障设备脱离系统，确保系统运行的 安全和稳定。 图 6.2 保护跳闸电路 电力系统继电保护课程设计报告 - 9 - 参考文献 1 张宝会,尹项根主编.电力系统继电保护.M北京:中国电力出版社,2005. 2 崔家佩