40MV电力变压器继电保护设计

电力系统继电保护课程设计题目：40MVA三绕组电力变压器继电保护设计姓 名：XXXXXX 所在学院：工学院电气与电子工程系 所学专业：电气工程及其自动化 班 级：电气工程XXXX 学 号：XXXXXXXXXXXXX 指导教师：XXXXXXX 完成时间：XXXXXXXXXXXX 电力系统继电保护课程设计 继电保护课程设计要求继电保护课程设计是学生在学完继电保护课程之后的实践性教学环节，是学生运用所学专业知识对实际问题进行设计（研究）的综合性训练，通过课程设计可以培养学生运用所学知识解决实际问题的能力和创新精神，培养工程观念，以便更好的适应工作需要。 一、基本情况学时：1周 学分：1学分 适应班级：电气工程1204二、课程设计的目的要求1、熟悉国家能源开发的策略和有关技术规程、规定。2、巩固和充实所学专业知识，能做到灵活运用，解决实际问题。3、初步掌握继电保护工程设计的流程和方法，能独立完成工程设计、工程计算、工程绘图、编写工程技术文件等相关设计任务。4、培养严肃认真、实事求是和刻苦钻研的工作作风，锻炼学生自主学习的能力、独立工作的能力。5、培养学生创新精神，创新精神和科学态度相结合，设计构思、方案确定，尽量运用新技术新理论，设计内容有一定的新颖性。利用计算机绘图。三、课程设计的依据课程设计应根据“设计任务书”和国家有关政策以及有关技术规程、规定进行。四、进度安排课程设计共安排1周，具体时间分配如下：原始资料分析 半天确定保护方案 半天电流互感器的选择 半天根据原始资料进行保护的整定计算 2天画出保护的原理图和展开图 1天撰写设计说明书 半天五、考核方法课程设计的考核方式为考查。出勤10%，过程考核20%，说明书质量70%。90100分 优秀8089分 良好7079分 中等6069分 及格60分以下 不合格六、设计成品设计说明书一份（含计算），0.3万字以上，格式符合要求，图形和符号符合标准，A4纸打印，装订成册，设计说明书内容应包括：封面继电保护课程设计要求设计任务书摘要目录正文第一章 绪论第二章 对继电保护的基本要求及其继电器的选择第三章 电力变压器常见故障和继电器保护配置第四章 电力变压器继电保护整定计算总结参考文献附录 三绕组降压变压器继电保护装置原理接线图课程设计任务书一、题目40MVA三绕组电力变压器继电保护设计二、原始资料1变电所电气主接线图2材料数据（1）110KV母线短路容量（2）变压器参数 T1、T2：电压为 联接组 （3）线路参数 0.4/km（4）中性点运行方式T1、T2同时运行，110KV侧中性点只有一台直接接地，只有一台运行时，运行变压器中性点必须直接接地三、 设计任务（1）短路电流计算（2）变压器保护的配置（3）保护装置的整定计算（4）绘出变压器保护装置原理展开图摘要40MVA三绕组电力变压器继电保护设计，设计内容分为两部分，主保护和后备保护。首先介绍了继电保护国内的现状和未来的发展趋势，然后是电力变压器继电保护的设计。设计过程分为计算短路电流，保护装置的整定计算，其中主要有纵差保护的整定计算，110kv侧复合电压启动过电流保护整定计算，110kv零序过电流保护整定计算，变压器气体保护整定计算。关键字：继电保护 整定计算 纵联差动保护电力系统继电保护课程设计 目录第1章 绪论11.1 继电保护国内外现状及发展趋势11.2 对原始材料的分析1第2章 对继电保护的基本要求及继电器的选择32.1 继电保护的基本要求32.2 继电器的选择3第3章 电力变压器常见故障和继电器保护配置53.1 变压器常见故障及原因分析53.2 继电保护配置63.2.1 变压器瓦斯保护63.2.2 纵差保护63.2.3 复合电压启动的过电流保护73.2.4 中性点直接接地零序电流保护8第4章 电力变压器继电保护整定计算94.1 短路电流94.1.1 画出短路等值电路如图1.4。94.1.2 短路电流计算104.1.3 保护装置的配置114.2 短路保护装置的整定计算124.2.1 纵差保护的整定计算124.2.2 110kv侧复合电压启动过电流保护整定计算154.2.3 110kv零序过电流保护整定计算164.2.4 变压器气体保护整定计算16总结17参考文献18附录19电力系统继电保护课程设计 第1章 绪论1.1 继电保护国内外现状及发展趋势我国从7O年代末即已开始了继电保护的研究，高等院校和科院起着先导的作用。华中理工大学、东南大学、华北电力学院、西安交通大学、天津大学、上海交通大学、重庆大学和南京电力自动化研究院都相继研制了不同原理、不同型式的微机保护装置。1984年原华北电力学院研制的输电线路微机保护装置首先通过鉴定，并在系统中获得应用，揭开了我国继电保护发展史上新的一页，为微机保护的推广开辟了道路。在主设备保护方面，东南大学和华中理工大学研制的发电机失磁保护、发电机保护和发电机、压器组保护也相继于1989、1994年通过鉴定，投入运行。南京电力自动化研究院研制的微机线路保护装置也于1991年通过鉴定。天津大学与南京电力自动化设备厂合作研制的微机相电压补偿式方向高频保护，西安交通大学与许昌继电器厂合作研制的正序故障分量方向高频保护也相继于1993、1996年通过鉴定。至此，不同原理、不同机型的微机线路和主设备保护各具特色，为电力系统提供了一批新一代性能优良、功能齐全、工作可靠的继电保护装置。可以说从90年代开始我国继电保护技术已进入了微机保护的时代。随着微机保护装置的研究，在微机保护软件、算法等方面也取得了很多理论成果，并且应用于实际之中。随着电力系统的高速发展和计算机技术、通信技术的进步，继电保护技术面临着进一步发展的趋势。国内外继电保护技术发展的趋势是计算机化，网络化，保护、控制、测量、数据通信一体化和人工智能化，这对继电保护工作者提出了艰巨的任务，也开辟了活动的广阔天地。总之，微机保护必将随着各种技术的进步和发展呈现更新的特征，也将获得更广泛的应用。1.2 对原始材料的分析（1）110KV母线短路容量，（2）变压器参数T1、T2：电压为 联接组 （3）线路参数 0.4/km（4）中性点运行方式T1、T2同时运行，110KV侧中性点只有一台直接接地，只有一台运行时，运行变压器中性点必须直接接地第2章 对继电保护的基本要求及继电器的选择2.1 继电保护的基本要求继电保护的基本要求一般分为选择性、速动性、灵敏性和可靠性。 （1）选择性选择性就是指当电力系统中的设备或线路发生短路时，其继电保护仅将故障的设备或线路从电力系统中切除，当故障设备或线路的保护或断路器拒动时，应由相邻设备或线路的保护将故障切除。（2）速动性速动性是指继电保护装置应能尽快地切除故障，以减少设备及用户在大电流、低电压运行的时间，降低设备的损坏程度，提高系统并列运行的稳定性。对于反应不正常运行情况的继电保护装置，一般不要求快速动作，而应按照选择性的条件，带延时地发出信号。（3）灵敏性灵敏性是指电气设备或线路在被保护范围内发生短路故障或不正常运行情况时，保护装置的反应能力。保护装置的灵敏性是用灵敏系数来衡量。系统最大运行方式：被保护线路末端短路时，系统等效阻抗最小，通过保护装置的短路电流为最大运行方式；系统最小运行方式：在同样短路故障情况下，系统等效阻抗为最大，通过保护装置的短路电流为最小的运行方式。（4）可靠性 可靠性包括安全性和信赖性，是对继电保护最根本的要求。 安全性：要求继电保护在不需要它动作时可靠不动作，即不发生误动。 信赖性：要求继电保护在规定的保护范围内发生了应该动作的故障时可靠动作，即不拒动。 2.2 继电器的选择热继电器主要用于保护电动机的过载，因此选用时必须了解电动机的情况，如工作环境、启动电流、负载性质、工作制、允许过载能力等。在这里我们选择的继电器有BCH1型差动继电器，DY-4型，DY-25型继电器，DL-13型继电器，LG-11型，DL-11型继电器。而这些继电器必须满足以下要求：1.原则上应使热继电器的安秒特性尽可能接近甚至重合电动机的过载特性，或者在电动机的过载特性之下，同时在电动机短时过载和启动的瞬间，热继电器应不受影响(不动作)。2.当热继电器用于保护长期工作制或间断长期工作制的电动机时，一般按电动机的额定电流来选用。例如，热继电器的整定值可等于0.951.05倍的电动机的额定电流，或者取热继电器整定电流的中值等于电动机的额定电流，然后进行调整。3.当热继电器用于保护反复短时工作制的电动机时，热继电器仅有一定范围的适应性。如果短时间内操作次数很多，就要选用带速饱和电流互感器的热继电器。 4.对于正反转和通断频繁的特殊工作制电动机，不宜采用热继电器作为过载保护装置，而应使用埋入电动机绕组的温度继电器或热敏电阻来保护。第3章 电力变压器常见故障和继电器保护配置3.1 变压器常见故障及原因分析1绕组故障主要有匝间短路、绕组接地、相间短路、断线及接头开焊。在运行中一经发生绝缘击穿，就会造成绕组的短路或接地故障。匝间短路时的故障现象使变压器过热油温增高，电源侧电流略有增大，各相直流电阻不平衡，有时油中有吱吱声和咕嘟咕嘟的冒泡声。轻微的匝间短路可以引起瓦斯保护动作;严重时差动保护或电源侧的过流保护也会动作。发现匝间短路应及时处理，因为绕组匝间短路常常会引起更为严重的单相接地或相间短路等故障。2铁芯故障。运行中变压器发生故障后，如判明是绕组或铁芯故障应吊芯检查。首先测量各相绕组的直流电阻并进行比较，如差别较大，则为绕组故障。然后进行铁芯外观检查，再用直流电压、电流表法测量片间绝缘电阻。如损坏不大，在损坏处涂漆即可。3瓦斯保护故障。瓦斯保护是变压器的主保护，轻瓦斯作用于信号，重瓦斯作用于跳闸。轻瓦斯保护动作后发出信号。其原因是：变压器内部有轻微故障;变压器内部存在空气;二次回路故障等。运行人员应立即检查，如未发现异常现象，应进行气体取样分析。瓦斯保护动作跳闸时，可能变压器内部发生严重故障，引起油分解出大量气体，也可能二次回路故障等。出现瓦斯保护动作跳闸，应先投入备用变压器，然后进行外部检查。检查油枕防爆门，各焊接缝是否裂开，变压器外壳是否变形;最后检查气体的可燃性。4分接开关故障。常见的故障是表面熔化与灼伤，相间触头放电或各接头放电。由于主变事故一般不是单一的，而是多重的、发展的，且潜在的主要故障点比较隐蔽，加上故障性质的特殊性。因而我们为了确保变压器及电网的安全稳定运行，正确处理事故。3.2 继电保护配置3.2.1 变压器瓦斯保护瓦斯保护是变压器内部故障的主保护，对变压器匝间和层间短路、铁芯故障、套管内部故障、绕组内部断线及绝缘劣化和油面下降等故障均能灵敏动作。当油浸式变压器的内部发生故障时，由于电弧将使绝缘材料分解并产生大量的气体，从油箱向油枕流动，其强烈程度随故障的严重程度不同而不同，反应这种气流与油流而动作的保护称为瓦斯保护，也叫气体保护。变压器瓦斯如图1.1。图1.1 变压器瓦斯保护 3.2.2 纵差保护差动保护是防止变压器内部故障的主保护，在110KV及以上变电站中普遍采用主要用于保护双绕组或三绕组变压器绕组内部及其引出线上发生的各种相间短路故障，同时也可以用来保护变压器单相匝间短路故障。差动保护的范围是构成变压器差动保护的电流互感器之间的电气设备以及连接这些设备的导线。简单地讲，就是输入的两端TA之间的设备。由于差动保护对保护区外故障不会动作，因此差动保护不需要与区外相邻元件保护在动作值和动作时限上相互配合，发生区内故障时，可以整定为瞬时动作。差动保护原理简单、使用电气量单纯、保护范围明确、动作不需延时，所以用于变压器主保护。差动保护如图1.2。图1.2 差动保护3.2.3 复合电压启动的过电流保护当保护区内发生不对称故障，系统出现负序电压，负序过滤器13有电压输出使继电器7常闭触点打开，欠压继电器8失压，常闭触点闭合，接通中间继电器9，若电流继电器4、5、6任何一个动作，则启动时间继电器10，经过整定时限后，跳开两侧断路器。在对称短路情况下，电压继电器7不启动，但欠压继电器8因电压降低，常闭触点接通，保护启动。负序电压整定值，可取额定电压的6%；电流整定值，可取大于变压器额定电流，但不必大于最大电流。复合电压启动的过电流保护如图1.3。图1.3 复合电压启动的过电流保护3.2.4 中性点直接接地零序电流保护中性点直接接地零序电流保护：中性点直接接地零序电流保护一般分为两段，第一段由电流继电器1、时间继电器2、信号继电器3及压板4组成，其定值与出线的接地保护第一段相配合，0.5s切母联断路器。第二段由电流继电器5、时间继电器6、信号继电器7和8压板9和10等元件组成，。定值与出线接地保护的最后一段相配合，以短延时切除母联长延时切除主变压器三侧断路器。 中性点间隙接地保护：当变电站的母线或线路发生接地短路，若故障元件的保护拒动，则中性点接地变压器的零序电流保护动作将母联断路器断开，此时中性点的电位将升至相电压，分级绝缘变压器的绝缘会遭到破坏，中性点间隙接地保护的任务就是在中性点电压升高至危及中性点绝缘之前，可靠地将变压器切除，以保证变压器的绝缘不受破坏。间隙接地保护包括零序电流保护和零序过电压保护，两种保护互为备用。大电流接地系统普遍采用分级绝缘的变压器，当变电站有两台及以上的分级绝缘的变压器并列运行时，通常只考虑一部分变压器中性点接地，而另一部分变压器的中性点则经间隙接地运行，以防止故障过程中所产生的过电压破坏变压器的绝缘。为保证接地点数目的稳定，当接地变压器退出运行时，应将经间隙接地的变压器转为接地运行。由此可见并列运行的分级绝缘的变压器同时存在接地和经间隙接地两种运行方式。为此应配置中性点直接接地零序电流保护和中性点间隙接地保护。第4章 电力变压器继电保护整定计算4.1 短路电流用标幺值计算短路电流参数，确定短路计算点，计算短路电流值。4.1.1 画出短路等值电路如图1.4。图1.4 短路等值电路计算各元件电抗参数，取基准容量，基准电压为，基准电流为： （1）计算电源系统基准电抗的标幺值，（2） 变压器各侧阻抗标幺值（3） 线路的基准电抗标幺值4.1.2 短路电流计算由主接线分析可知，变压器的主保护为一台变压器单独运行为保护的计算方式，保护时，变压器后备保护作保护线路的远后备保护时，要校验k3、k4两点的灵敏系数，因此，除需要计算k1、k2两点最大、最小运行方式短路电流外，还需计算k3、k4两点的最小短路电流。（1）k1点短路电流计算 （2）求k2点短路电流（3）求k3点短路电流（4）求k4点短路电流4.1.3 保护装置的配置表1.5 变压器保护装置的配置序号保护名称选择继电器型号1纵差保护BCH12110kV侧复合电压启动的过流保护DY4，DL11，DY25338.5kV侧方向过流保护LG11，DL114110kV侧零序过电流保护DL135气体保护QJ804.2 短路保护装置的整定计算4.2.1 纵差保护的整定计算（1）计算变压器差动臂中电流，由表1.6计算可知，110kV侧差动臂中的电流最大，故110kV侧为计算的基本侧。表1.6 计 算 结 果名称变压器各侧数据额定电压（kV）11038.511变压器的额定电流(A)TA接线方式选择TA的标准变比=400差动臂中的电流（A）（2）确定制动绕组的接线方式，制动绕组接入38.5kV侧，因为，该侧的外部发生故障时，穿越变压器的短路电流很大。（3）计算差动保护的一侧动作电流。1.按躲过110kV外部故障的最大不平衡电流整定，即2按躲过变压器励磁涌流计算，即3按躲过电流互感器二次回路断线，即4取上述各条件中最大的作为基本侧一次动作电流即,差动继电器基本侧动作电流为确定差动绕组匝数：取整定匝数匝，则继电器动作电流为A，保护装置实际动作电流为：。5其他各侧工作绕组和平衡绕组的匝数。38.5kV侧的平衡绕组为 (匝)11kV侧的平衡绕组为（匝）取平衡绕组整定匝数：（匝）取工作绕组匝数:（匝）6整定匝数与计算匝数不等引起的相对误差为 7制动系数和制动绕组匝数计算。由于系单侧电源，故制动系数计算为 =制动绕组的计算匝数:（匝）取整定匝数：（匝）8校验灵敏系数k1点最小短路电流折算到110kV基本侧为对11kV侧工作安匝 （匝） （匝）由继电器特性曲线查得（匝），（匝）时，动作安匝整定为（匝），则灵敏性满足要求。4.2.2 110kv侧复合电压启动过电流保护整定计算（1） 电流元件的动作电流（2）按躲过电动机自启动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，取当低压继电器由变压器高压侧互感器供电时，计算式为（3）按躲过正常运行时可能出现的最低工作电压整定低电压继电器的动作电压按（2）（3）条件整定，并取最小值。（4）负序电压元件的动作电压，取（5）校验灵敏系数 作11kV线路后备保护 满足要求。电压元件装设在11kV侧，故仅需校验作为线路的后备保护即可，满足要求。需要说明，若110kV侧仅采用单独过电流保护，则则灵敏系数，不满足要求，这正说明采用复合电压启动过流保护可提高保护的灵敏性。4.2.3 110kv零序过电流保护整定计算由主接线图可知，该变电所为终端变电所，接地保护不需要与下级配合