高等教育高等学院电力工程课程设计毕业论文《某变电所变压器继电保护设计》参考论文.doc

高等教育高等学院电力工程课程设计(论文)（含成绩评定表）目录第一章 绪论11.1引言11.2设计原则及规程11.3设计原始资料2第二章 设计的保护配置32.1本设计主保护配置32.2本设计后备保护配置5第三章 保护的配合及整定计算63.1 主保护的整定计算63.1.1额定值计算73.1.2动作电流整定73.1.3 灵敏度校验73.2后备保护的整定计算83.2.1过电流保护83.2.2低电压启动过电流保护8第四章 结果分析94.1对主保护的评价104.2对后备保护的评价10第五章 二次回路原理图115.1变压器瓦斯保护原理图115.2变压器纵差动保护原理图115.3低电压启动过电流保护原理图125.4设备选型12小结13参考文献14附录15第一章 绪论1.1引言在电力系统中广泛地用变压器来升高或降低电压。变压器是电力系统不可缺少的重要电气设备。它的故障将对供电可靠性和系统安全运行带来严重的影响，同时大容量的电力变压器也是十分贵重的设备，因此应根据变压器容量等级和重要程度装设性能良好、动作可靠的继电保护装置。1.2设计原则及规程根据规程规定，变压器一般应装设下列保护：（1）瓦斯保护瓦斯保护能够保护变压器油箱内的各种轻微故障，例如绕组轻微的匝间短路、铁芯烧损等，但像变压器绝缘子闪络等油箱外的故障，瓦斯保护不能反应。规程规定对于容量为800kVA以上的油浸式变压器和400kVA及以上的车间内油浸式变压器,应装设瓦斯保护。（2）纵差动保护或电流速断保护对于容量为6300kVA及以上的变压器，以及发电厂厂用变压器和并列运行的变压器，10000kVA及以上的发电厂厂用备用变压器和单独运行的变压器，应装设纵差动保护。电流速断保护用于对于容量为10000kVA以下的变压器，当后备保护的动作时限大于0.5s时，应装设电流速断保护。对2000kVA以上的变压器，当电流速断保护的灵敏性不能满足要求时，也应装设纵差动保护。（3）外部相间短路和接地短路时的后备保护（4）过负荷保护变压器长期过负荷运行时，绕组会因发热而受到损伤。对400kVA以上的变压器，当数台并列运行，或单独运行并作为其他负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况，装设过负荷保护。（5）过励磁保护高压侧电压为500kV及以上的变压器，应装设过励磁保护，在变压器允许的过励磁范围内，保护作用于信号，当过励磁超过允许值时，可动作于跳闸。（6）其他非电量保护对变压器温度及油箱内压力升高和冷却系统故障，应按现行有关变压器的标准要求，专设可作用于信号或动作于跳闸的非电量保护。1.3设计原始资料1.3.1设计题目一台双绕组降压变压器，容量为30MVA，电压比为11022.5%/6.6KV,Yd11接线，,归算到平均电压6.6KV的系统最大阻抗和最小阻抗分别为0.4和0.2。3KV侧最大负荷电流为1KA。已知：110KV侧电流互感器变比为300/5,6.6KV侧电流互感器变比为3000/5。1.3.2设计内容及要求1.确定变压器的而保护方案；2.根据原始资料进行保护的整定计算；3.设计出变压器保护的展开式原理图（包括设备表）。第二章 本设计的保护配置2.1主保护配置为了满足电力系统稳定方面的要求，当变压器发生故障时，要求保护装置快速切除故障。根据规程，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）瓦斯保护电力变压器通常是利用变压器油作为绝缘和冷却介质。当变压器油箱内故障时，在故障电流和故障点电弧的作用下，变压器油和其他绝缘材料会因受热而分解，产生大量气体。气体排出的多少以及排出速度，与变压器故障的严重程度有关。利用这种气体来实现保护的装置，称为瓦斯保护。瓦斯保护的主要元件是气体继电器，它安装在油箱和油枕之间的连接管道上。气体继电器有两个输出触点：一个反应变压器内部的不正常情况或轻微故障，称为轻瓦斯；另一个反应变压器的严重故障，称为重瓦斯。轻瓦斯动作于信号，使运行人员跳开电压器各侧断路器。图5-1 瓦斯保护原理图气体继电器的大致原理如下：变压器发生轻微故障时，油箱内产生的气体较少且速度慢，由于油枕处在油箱的上方，气体沿管道上升，使气体继电器内的油面下降，当下降到动作门槛时，轻瓦斯动作，发出警告信号。发生严重故障时，故障点周围的温度剧增而迅速产生大量的气体，变压器内部压力升高，迫使变压器油从油箱经过管道向油枕方向冲去，气体继电器感受到油速达到动作门槛时，重瓦斯动作，瞬时作用于跳闸回路，切除变压器，以防事故扩大。瓦斯保护原理图如图5-1所示。变压器瓦斯保护的主要元件就是瓦斯继电器，它安装在油箱与油枕之间的连接管中。当变压器发生内部故障时，因油的膨胀和所产生的瓦斯气体沿连接管经瓦斯继电器向油枕中流动。若流动的速度达到一定值时，瓦斯继电器内部的挡板被冲动，并向一方倾斜，使瓦斯继电器的触点闭合，接通跳闸回路或发出信号，如图所示图中：瓦斯继电器KG的上触点接至信号，为轻瓦斯保护；下触点为重瓦斯保护，经信号继电器KS、连接片XE起动出口中间继电器KM，KM的两对触点闭合后，分别使断路器QF1、QF2、跳闸线圈励磁，跳开变压器两侧断路器。（2）纵差动保护电流纵差动保护不但能正确区分区内外故障，而且不需要与其它元件的保护配合，可以无延时的切除区内各种故障，具有明显的独特的优点。本设计中变压器的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短路故障时的主保护，不需与其它保护配合，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时的最大不平衡电流。双绕组三相变压器纵差动保护原理图如图5-2所示。图5-2 纵差动保护原理图变压器纵差保护是按循环电流原理构成的，它能正确区分变压器内、外故障，并能瞬时切除保护区内的故障。图5-2表示双绕组变压器纵差保护原理图。变压器两侧分别装设电流互感器TA1和TA2。正常运行或外部故障时，差动继电器中的电流等于两侧电流互感器二次电流之差，要使这种情况下流过差动继电器的电流为零，应恰当选择两侧电流互感器的变比。由于二次额定电流一般为5A，所以电流互感器的变比为：一次额定电流/二次额定电流，。忽略变压器的励磁电流，则在正常运行或外部故障时，流入差动继电器的电流为零。当变压器内部故障时，流入差动继电器的电流为变压器两侧流向短路点的短路电流（二次值）之和。实际上，由于变压器的励磁涌流、接线方式和电流互感器的误差等因素的影响，差动继电器中会流过不平衡电流，不平衡电流越大，继电器的动作电流越大，致使纵差保护的灵敏度降低。因此纵差保护需要解决的主要问题之一是采取各种措施避免不平衡电流的影响，在保证选择性的条件下，还要保证内部故障时有足够的灵敏性和速动性。2.2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相互配合。低压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，它同时也可以做为变压器差动保护以及馈线保护的后备保护。图5-3 低电压启动的过电流保护原理图变压器的不正常工作状态包括过负荷运行，对此配置反时限过负荷保护。第三章 保护的配合及整定计算3.1主保护的整定计算3.1.1额定值计算1. 在变压器的各侧中，二次回路中额定电流最大一侧称为基本侧，变压器一、二次回路额定计算值如下表3-1所示：表3-1变压器一、二次回路电流计算值数 值 名 称各 侧 数 值（A）110kV侧6.6kV侧变压器一次额定电流（A）电流互感器接线方式Y选择电流互感器一次电流计算值（A）2624.4电流互感器标准变比（）300/5=603000/5=600二次回路额定电流（A）表3-1中按下式计算各侧电流互感器的二次额定电流式中 为电流互感器接线系数，星形接=1；三角形接线=。由表3-1可以得出6.6KV侧的二次回路电流较大，因此确定3.3KV侧为基本侧。3.1.2 纵差动保护动作电流整定（1）按躲过外部短路故障时的最大不平衡电流条件，有此处 为可靠系数，由已知条件可知为1.3； 应取最大运行方式下，6.6kV侧母线上三相短路电流，因此，,其中=0.152（）故=18750（A） 是由于电流互感器计算变比和实际变比不一致引起的相对误差=0.037 是由变压器分接头改变引起的相对误差，一般取为调整范围的一半，则=0.05； 为非周期分量系数，由于采用BCH-2型继电器，故取为1； 为电流互感器同型系数，这里取1。将上述取值均带入上式，可得=1.3（0.037+0.05+0.111）18750=4558（A）（2）按躲过励磁涌流条件，有=1.312624.4=3412（A）式中，为励磁电流的最大倍数，由于选取BCH-2型继电器，故取1。（3）按躲过电流互感器二次回路断线的条件，有=1.31000=1300（A）以第一条件为最大，故取=4558（A）3.1.3灵敏度校验6.6kV侧两相短路最小电流为=11956（A）灵敏度校验：即2，满足灵敏度要求。3.2后备保护的整定计算3.2.1过电流保护（1）整定值计算对于降压变压器，考虑电动机自启动时的最大电流整定条件为按躲过变压器可能出现的最大负荷电流来整定，即式中：可靠系数，取1.21.3；返回系数，取0.850.95；变压器可能出现的最大负荷电流(一般取变压器额定电流)；综合负荷的自启动系数，取1.5 。所以整定电流（A）（2）灵敏度校验：即1.5，满足要求3.2.2 低电压启动的过电流保护 过电流保护按躲过可能出现的最大负荷电流整定，启动电流比较大，对于升压变压器或容量较大的降压变压器，灵敏度往往不能满足要求。为此可以采用低电压启动的过电流保护。电流继电器的整定：采用低电压继电器后，电流继电器的整定值就可以不再考虑并联运行变压器切除或电动机自启动时可能出现的最大负荷，而是按大于变压器的额定电流整定，即低电压继电器的动作电压按以下条件整定，并取最小值。（1）按躲过正常运行时可能出现的最低工作电压整定， 式中：最低工作电压，一般取；可靠系数，取1.11.2；低电压继电器的返回系数，取1.151.25。故 =4.30（kV）（2）按躲过电动机自启动时的电压整定：当低压继电器由变压器低压侧互感器供电时，计算式为当低压继电器由变压器高压侧互感器供电时，计算式为对于降压变压器，负荷在低压侧，电动机自启动时高压侧电压比低压侧高了一个变压器压降（标幺值）。所以高压侧取值比较高，但仍按式整定，原因是发电机在失磁运行时低压母线电压会比较低。故 = 0.66.6=3.96(kV)以第二条件为最小，取=3.96（kV）电流继电器灵敏度的校验方法与不带低压启动的过电流保护相同。低电压继电器的灵敏系数按下式校验其中，灵敏度校验点发生三相金属性短路时，保护安装处感受到的最大残压。要求1.25，当6.6kV侧母线处短路时保护安装处的残压等于零，显然：1.25满足要求，可见用低电压启动的过电流保护可作为后备保护。第四章 结果分析4.1 对主保护的评价电流纵差动保护不但能正确区分区内外故障，而且不需要与其它元件的保护配合，可以无延时的切除区内各种故障，具有明显的独特的优点。其灵敏度高 选择性好，在变压器保护上运用较为、成功。 但是变压器纵差保护一直存在励磁涌流。难以鉴定的问题，虽然已经有几种较为有效的闭锁方案，又因为超高压输电线路长度的增加、静止无功补偿容量的增大以及变压器硅钢片工艺的改进 磁化特性的改善等因素，变压器纵差、保护的固有原理性矛盾更加突出。4.2对后备保护的评价后备保护可以防止由外部故障引起的的变压器绕组过电流，并作为相邻元件（母线或线路）保护的后备以及在可能的条件下变压器内部故障时主保护的后备，他与变压器的主保护一起构成变压器的完整保护。过电流保护按躲过可能出现最大负荷电流来整定，启动电流比较大，对于升压变压器或容量较大的降压变压器灵敏度往往不能满足要求。采用低电压启动的过电流保护可以提高灵敏度。但是低电压启动的过电流保护中有可能由于电压互感器回路发生断线，低压继电器将会误动作，因此在实际装置中还要配置电压回路断线闭锁功能。第五章 二次回路原理图及设备选型5.1变压器瓦斯保护原理图图5-1 瓦斯保护展开式原理图5.2变压器纵差动保护原理图图5-2 纵差动保护原理图5.3低电压启动的过电流保护原理图图3低电压启动的过电流保护原理图5.4 设备选型如下表设备名称型号备注高压电流互感器LQJ-110高压电流互感器LMZJ1-6.6瓦斯继电器(KG)信号继电器(KS)DXM-2A中间继电器(KM)DZ-30B过电流继电器DL-24C低电压继电器DY-28C/160差动继电器BCH-2小结通过这两周的课程设计，使我学到很多经验，并且巩固和加深了专业知识面，锻炼了综合及灵活运用所学知识的能力，为以后进一步学习打下了基础。本次课程设计是在理清思路，初步形成设计思路后，在同组成员的共同商讨下，进行多方面的选材和总结。在列出大纲和初步完成稿件之后，为证实自己对课题理解的正确性，期间进行了多方面的查找和询问，进一步的巩固了自己的知识、开阔了视野、增张了见识，最后在老师的帮助和审批下，顺利完成了本次设计。通过这次设计，不仅获得相关知识，还加强了独立提出问题，解决问题的能力，初步懂得了电力网络的相互联系，对所学知识有了进一步的提高和掌握，得到了不少的收获和心得，使我们的思维更加缜密，这将对我们今后的学习、工作大有裨益。参考文献1 贺家李，宋从矩.电力系统继电保护原理.北京:中国电力出版社，19942 张保会，尹项根.电力系统继电保护.北京:中国电力出版社，19943 吕继绍，电力系统继电保护设计原理.水利水电出版社4 电力系统设计手册（下）组员分工情况组员情况：组长： 组员： 分工情况：负责收集资料负责整理材料负责对其进行整理和计算负责画图和总结