电力变压器继电保护设计说明

1、课程设计报告书题目：电力变压器继电保护设计院 （系） 电气工程学院 专 业 电气工程及其自动化 学生姓名 冉金周 学生学号 2014511057指导教师 张祥军 蔡琴 课程名称 电力系统继电保护课程设计 课程学分 2起始日期教 师 评 语教师签名： 日期：成 绩 评 定备 注课程设计任务书一、目的任务电力系统继电保护课程设计是一个实践教学环节， 也是学生接受专业训练的 重要环节，是对学生的知识、 能力和素质的一次培养训练和检验。 通过课程设计， 使学生进一步巩固所学理论知识，并利用所学知识解决设计中的一些基本问题， 培养和提高学生设计、 计算，识图、绘图，以及查阅、 使用有关技术资料的能力。

2、本次课程设计主要以中型企业变电所主变压器为对象，主要完成继电保护概述、 主变压器继电保护方案确定、 短路电流计算、 继电保护装置整定计算、 各种继电 器选择、绘图等设计和计算任务。 为以后深入学习相关专业课、 进行毕业设计和 从事实际工作奠定基础。二、设计内容1、主要内容（1）熟悉设计任务书，相关设计规程，分析原始资料，借阅参考资料。（2）继电保护概述，主变压器继电保护方案确定。（3）各继电保护原理图设计，短路电流计算。（4）继电保护装置整定计算。（5 ）各种继电器选择。（6）撰写设计报告，绘图等。序号实践/实习/ 实验项目名称教学时数机动1熟悉设计任务书， 相关设计规程， 分析原始资料， 借

3、阅参考资料等62继电保护概述，主变压器继电保护方案确定等63各继电保护原理图设计，短路电流计算等84继电保护装置整定计算85各种继电器选择46撰写设计报告，绘图等87考核4合计44（ 2 周）2、原始数据某变电所电气主接线如图 1 所示，已知两台变压器均为三绕组、油浸式、 强迫风冷、分级绝缘，其参数如下： SN=31.5MVA ；电压为 110 4 25 38.5 22511 kV ；接线为 YN/y/d 11（Y0/y/ -12-11 ）；短路电压 UHM（%）=10.5 ，UHL（%）=17 ，UML （%）=6 。两台变压器同时运行， 110kV 侧的中性点只有一台接地， 若只有一台运行

4、， 则运行变压器中性点必须接地， 其 余参数如图 1 。3 、设计任务结合系统主接线图，要考虑两条 6.5km 长的 110kV 高压线路既可以并联运行也可以单独运行。 针对某一主变压器的继电保护进行设计， 即变压器主保护 按一台变压器单独运行为保护的计算方式。 变压器的后备保护 （定时限过电流电 流）作为线路的远后备保护。图 1 主接线图注：学号尾号为1、2 、3 的同学，用图中Skmax =1010MVA， Skmin =510MVA进行计算；学号尾号为4、5 、6 的同学，用图中Skmax =1100MVA， Skmin =520MVA进行计算；学号尾号为7 、8、9 、0 的同学，用图

5、中 Skmax =1110MVA，Skmin =550 MVA进行计算三、时间、地点安排14 电气工程 1、2、3 班，分别在第 15 周、16 、17 周进行；教室由学院 指定。设计、答疑及答辩考核地点：某教室另行通知。 答辩考核时间在第二设计周最后一天进行。四、设计要求1、了解相关设计规程、规范。 2、理解设计任务书，原始设计资料，继电保护概述。3 、掌握以下设计内容及方法： 各继电保护原理图设计， 系统短路电流计算； 继电保护装置整定计算；各种继电器选择。最后撰写设计报告，绘制工程图，验 收考核。4 、 有勤于思考、刻苦钻研的学习精神和严肃认真、一丝不苟、精益求精 的学习态度。对有抄袭他

6、人设计图纸 （课程设计报告书） 或找他人代画设计图纸、 代做等行为的弄虚作假者一律按不及格记成绩，并根据学校有关规定给予处理。5 、 敢于创新，勇于实践，注意培养创新意识和工程意识。6 、 扎实掌握课程的基本理论和基本知识，概念清楚，设计计算正确， （设 备或装置等 ）结构设计合理，实验数据可靠，软件程序运行良好，绘图符合标准， 课程设计报告书撰写规范。7、在设计周内完成所规定的设计任务，提交课程设计报告书一份，图 纸一张（ A3 号， CAD 绘制）。五、成绩评定1 、考核方式：考查2 、成绩评定：平时考核 20% ，答辩考核占 40% ，设计报告书占 40% 。 采用优秀、良好、中等、及格

7、和不及格五个等级评定。六、参考文献1. 工厂供电设计指导，刘介才编，机械工业出版社出版， 2014 年。2 电力系统继电保护原理，朱雪凌主编，中国电力出版社出版， 2009 年。3电力系统继电保护，张明君、王延平、梅彦平主编，人民邮电出版 社出版， 2012 年。4电力系统继电保护，张保会、尹项根主编，中国电力出版社出版， 2010 年。5供电系统继电保护 ，李晶、路文梅主编， 中国电力出版社出版， 20086 电力系统继电保护，韩笑主编，机械工业出版社出版，2014 年7.电力系统继电保护整定计算与应用实例，于立涛等，化学工业出版社。8. 电力设备选型手册（上、中、下），中国水利水电出版社。

8、9. 电气工程电气设计手册电气二次部分，中国水利水电出版社。摘要继电保护是保障电力设备安全和防止及限制电力系统长时间大面积停电的 最基本、最重要、最有效的技术手段。许多实例表明，继电保护装置一旦不能正 确动作，就会扩大事故， 酿成严重后果。 因此，加强继电保护的设计和整定计算， 是保证电网安全稳定运行的重要工作。 实现继电保护功能的设备称为继电保护装 置。本次设计的任务主要包括了六大部分， 分别为运行方式的选择、 电网各个元 件参数及负荷电流计算、短路电流计算、继电保护距离保护的整定计算和校验、 继电保护零序电流保护的整定计算和校验、对所选择的保护装置进行综合评价。 其中短路电流的计算和电气设

9、备的选择是本设计的重点。 通过分析， 找到符合电 网要求的继电保护方案。 继电保护技术的不断发展和安全稳定运行， 给国民经济 和社会发展带来了巨大动力和效益。但是，电力系统一旦发生自然或人为故障， 如果不能及时有效控制，就会失去稳定运行，使电网瓦解，并造成大面积停电， 给社会带来灾难性的后果。 因此电网继电保护和安全自动装置应符合可靠性、 安 全性、灵敏性、速动性的要求。要结合具体条件和要求，本设计从装置的选型、 配置、整定、实验等方面采取综合措施，突出重点，统筹兼顾，妥善处理，以达 到保证电网安全经济运行的目的。 在电力系统发生故障中， 继电保护装置能够及 时地将故障部分从系统中切除， 从而

10、保证电力设备安全和限制故障波及范围， 最 大限度地减少电力元件本身的损坏， 降低对电力系统安全供电的影响， 从而满足 电电力系统稳定性的要求， 改善继电保护装置的性能， 提高电力系统的安全水平。目录引言 1第一章 继电保护概念 21.1 电力系统继电保护的概述 21.1.1 电力系统继电保护的基本概念 21.1.2 电力系统继电保护的基本任务 21.2 对继电保护装置的要求 21.2.1 对继电保护装置的要求 21.3 继电保护的组成及基本原理41.2.2 继电保护的组成41.2.3 继电保护的基本原理5第二章 变压器继电保护设置原则 52.1 变压器的故障类型、不正常运行状态 52.1.1

11、变压器的故障类型 52.1.2 变压器的不正常运行状态 62.2 变压器配置的保护 62.2.1 变压器配置的保护 62.2.2 变压器继电保护设置原则 6第三章 电力变压器继电保护短路计算 83.1 原始数据 83.2 设计任务 83.3 短路电流计算 9第四章 继电保护 104.1 主保护： 104.1.1 瓦斯保护（气体保护）： 104.1.2 纵差保护计算（主保护）： 104.2 后备保护 : 134.2.1 定时限过电流保护： 134.2.2 零序过电流保护： 134.2.3 过负荷保护： 15总结16参考文献16引言继电保护是保障电力设备安全和防止及限制电力系统长时间大面积停电的

12、最基本、最重要、最有效的技术手段。许多实例表明，继电保护装置一旦不能正 确动作，就会扩大事故， 酿成严重后果。 因此，加强继电保护的设计和整定计算， 是保证电网安全稳定运行的重要工作。 实现继电保护功能的设备称为继电保护装 置。本次设计的任务主要包括了六大部分， 分别为运行方式的选择、 电网各个元 件参数及负荷电流计算、短路电流计算、继电保护距离保护的整定计算和校验、 继电保护零序电流保护的整定计算和校验、对所选择的保护装置进行综合评价。 其中短路电流的计算和电气设备的选择是本设计的重点。 通过分析， 找到符合电 网要求的继电保护方案。 继电保护技术的不断发展和安全稳定运行， 给国民经济 和社

13、会发展带来了巨大动力和效益。但是，电力系统一旦发生自然或人为故障， 如果不能及时有效控制，就会失去稳定运行，使电网瓦解，并造成大面积停电， 给社会带来灾难性的后果。 因此电网继电保护和安全自动装置应符合可靠性、 安 全性、灵敏性、速动性的要求。要结合具体条件和要求，本设计从装置的选型、 配置、整定、实验等方面采取综合措施，突出重点，统筹兼顾，妥善处理，以达 到保证电网安全经济运行的目的。 在电力系统发生故障中， 继电保护装置能够及 时地将故障部分从系统中切除， 从而保证电力设备安全和限制故障波及范围， 最 大限度地减少电力元件本身的损坏， 降低对电力系统安全供电的影响， 从而满足 电电力系统稳

14、定性的要求， 改善继电保护装置的性能， 提高电力系统的安全水平。第一章 继电保护概念1.1 电力系统继电保护的概述1.1.1 电力系统继电保护的基本概念研究电力系统故障和危及安全运行的异常工况，以探讨其对策的反事故自动化措施。因在其发展过程中曾主要用有触点的继电器来保护电力系统及其元 件（发电机、变压器、输电线路等），使之免遭损害，所以沿称继电保护。1.1.2 电力系统继电保护的基本任务当电力系统发生故障或异常工况时，在可能实现的最短时间和最小区域内 自动将故障设备从系统中切除， 或发出信号由值班人员消除异常工况根源， 以减 轻或避免设备的损坏和对相邻地区供电的影响。1.2 对继电保护装置的要

15、求1.2.1 对继电保护装置的要求继电保护装置为了完成它的任务， 必须在技术上满足选择性、 速动性、 灵敏 性和可靠性四个基本要求。 对于作用于继电器跳闸的继电保护， 应同时满足四个 基本要求， 而对于作用于信号以及只反映不正常的运行情况的继电保护装置， 这 四个基本要求中有些要求可以降低。1. 选择性： 选择性是指当供电系统发生故障时， 首先由故障设备或线路本身 保护且出故障， 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

16、统并列运行的稳 定性，缩小故障波及范围， 提高自动重合闸和备用电源或备用设备自动投入的效 果等。一般从装置速动保护、充分发挥零序瞬时段保护及相间速断保护的作用， 减少继电器固有动作时间和断路器跳闸时间等方面入手来提高速动性。 故障切除 时间 =保护装置动作时间 +断路器动作时间不同电压等级和不同结构的电网切除 故障最小时间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。 能满足灵敏性要求的继电保护， 在规定的范围内故障时， 不论短路点的位置和短 路的类型如何， 以及短路点是否有过渡电阻， 都能正确反应

17、动作， 即要求不但在 系统最大运行方式下三相短路时能可靠动作， 而且在系统最小运行方式下经过较 大的过渡电阻两相或单相短路故障时也能可靠动作。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：可靠性指在该保护装置规定的保护范围内发生了它应该动作的故 障时，它不应该拒绝动作， 而在任何其他该保护不应该动作的情况下， 则不应该 误动作。可靠性主要指保护装置本身的质量和运行维护水平而言， 可以用拒动率 和误动率来衡量。当两者愈

18、小，则保护的可靠性愈高。为保证可靠性，应采用由 可靠的硬件和软件构成的装置，并应具有必要的自动监测、闭锁、报警等措施。以上四个基本要求是设计、 配置和维护继电保护的依据， 又是分析评价继电 保护的基础。这四个基本要求之间是相互联系的，但往往又存在着矛盾。因此， 在实际工作中，要根据电网的结构和用户的性质，辩证地进行统一。1.3 继电保护的组成及基本原理1.3.1 继电保护的组成继电保护泛指继电保护的技术和由各种继电保护设备组成的保护系统。具体包括：继电保护的设计、配置、整定、调试等技术；从获取电量信息的互感器二次回路、经过继电保护装置、至断路器跳闸线圈的一整套设备。图 1.1 继电保护的组成测

19、量部分：测量从被保护对象输入的有关电气量， 适当处理后并与已给定的 整定值进行比较，根据比较结果，给出逻辑信号。判断保护装置是否应该动作。 逻辑部分： 根据测量部分的输出， 使保护装置按照一定的逻辑关系工作， 最后确 定是否应该使断路器跳闸或发出信号。1.3.2 继电保护的基本原理继电保护装置的作用是起到反事故的自动装置的作用， 必须正确地区分 “正 常”与“不正常”运行状态、被保护元件的“外部故障”与“内部故障”，以实 现继电保护的功能。 因此，通过检测各种状态下被保护元件所反映的各种物理量 的变化并予以鉴别。 依据反映的物理量的不同， 保护装置可以构成下述各种原理 的保护。第二章 变压器继

20、电保护设置原则2.1 变压器的故障类型、不正常运行状态2.1.1 变压器的故障类型以故障点的位置对故障进行分类， 变压器的故障可分为油箱内的故障和油箱 外的故障。1. 油箱内的故障指的是变压器油箱内各侧绕组之间发生的相间短路、 同相部 分绕组中发生匝间短路以及大电流系统侧的单相接地短路等。2. 油箱外的故障指的是变压器绕组引出端绝缘套管及引出短线上的故障， 主 要有各种相间短路和接地短路。2.1.2 变压器的不正常运行状态变压器不正常运行状态主要有： 外部相间短路引起的过电流， 中性点直接接 地电网中外部接地短路引起的过电流及中性点过电压， 负荷长时间超过额定容量 引起的过负荷，油箱漏油造成的

21、油面降低 i ，变压器温度升高后油箱压力升高或 冷却系统故障等。 对于大容量变压器， 因其铁芯额定工作磁通密度与饱和磁通密 度比较接近， 所以当系统电压过高或系统频率降低时， 可能产生变压器的过励磁 故障。2.2 变压器配置的保护2.2.1 变压器配置的保护1. 短路故障的主保护：纵联差动保护，重瓦斯保护，压力释放保护。其次， 根据变压器的容量，电压等级及结构特点，可配置零差保护及分侧差动保护。2. 短路故障的后备保护： 符合电压启动的过电流保护， 零序过电流及零序方 向过电流保护，负序过电流及负序方向过电流保护， 符合电压锁闭功率方向保护， 低阻抗保护等。3. 异常运行保护：过负荷保护，过励

22、磁保护，变压器中性点间隙保护，轻瓦 斯保护，温度，油位保护及冷却器全停保护等。2.2.2 变压器继电保护设置原则1. 气体保护：对于 0.8MVA 及以上的油浸式变压器和 0.4MVA 及以上的车 间内油浸式变压器，均应安装气体保护。 当油箱内故障产生轻瓦斯或油面下降时， 应延时动作于信号；当产生大量瓦斯气体时，应动作断开变压器各侧断路器。2. 电流速断保护：对于 6.3MVA 及以上厂用工作变压器和并列运行的变压 器，以及 10MVA 及以下厂用备用变压器和单独运行变压器，当后备时限大于 0.5s 时应装设电流速断保护。3. 纵差保护：对于 6.3MVA 及以上厂用工作变压器和并列运行变压器

23、，以 及 10MVA 及以上厂用备用变压器和单独运行的变压器，应装设纵联差动保护 （简称纵差保护）。4. 零序电流保护：对于 110KVA 及以上中性点直接接地电网中的变压器， 应在变压器中性点接地上装设反映接地故障的零序电流保护。 对于只有部分变压 器中性点接地运行的变压器， 当变压器为分级绝缘， 零序电流保护动作时， 应首 先切除中性点不接地运行的变压器，如果故障未消失再切除中性点接地的 变压 器，以防止中性点不接地运行的变压器出现危险的过电压。5. 过励磁保护：对于高压侧电压为 500KV 或容量再 2400MVA 及以上的变 压器，当频率降低和电压升高引起的变压器工作磁密过高时， 应装

24、设过励磁保护。 该保护由两段构成，低定值动作于信号，高定值作用于断路器跳闸。6. 对变压器温度及油箱内压力升高和冷却故障应按电力变压器标准要求， 装设作用于信号或动作于跳闸的保护装置第三章 电力变压器继电保护短路计3.3 短路电流计算 1. 等值电路：取 Sd =100MVA, Ud2 =115KV , Ud3=10.5KVId2100* 1000502Id3 100* 1000115 * 3 10.5* 355001）计算电源系统基准电抗的标幺值：100 0.182550（2）计算短路各侧阻抗标幺值：XT1U K% Sd 10.5 100 XT 2* *100 STN 100 31.50.3

25、33（3）计算线路的基准电抗标幺值：X1X 2 X0L1 Sd 0.4*10* 100U d11150.03X3Sd100X 4 X 0 L 20.4 * 6 *0.03SdSd10.52Sk . minXs. min100 0.09Xs. maxSk . max 1110 ，2. 短路电流计算：1）求 K3 点短路电流：I (3)IK 3.maxI d3X (k3) min55000.09 0.03 0.33312141AIK(33).min5500I d310092 AX (k 3) max 0.182 0.03 0.333IK(23).min3 IK(33).min0.866 * 100

26、92 8740A22)求 K4 点短路电流：I ( 3) IK 4.maxI d 3X (k4) min55002091A0.09 0.03 0.333 2.177(3) IK 4.minI d 3X (k4) max55000.182 0.03 0.333 2.177 2021AIK(24).min3 (3)I K(34).min0.866* 202121750A3)求 K2 点短路电流：I (3)IK 2.maxId2502X (k2) min0.09 0.034183AI (3 )IK 2.minId 2502X (k2) max2368A0.182 0.03IK(22).min3 I

27、K(32).min 0.866 * 2368 2051A24)求 K1 点短路电流：I (3)K 1. maxId2X ( k1) min05.0029 5578AI (3)I K 1. minId2X (k1) max502 2758A0.182IK(21).min3 (3)I K(31). min0.866 * 2758 2388A23. 短路计算电流列表：表 1 ：短路电流计算数值列表短路电流计算数值列表短路电流（ A ）/ 短路点K1 点K2 点K3 点K4 点三相短路最大值55784183121412091三相短路最小值27582368100922021两相短路最小值23882051

28、87401750第四章 继电保护4.1 主保护：4.1.1 瓦斯保护（气体保护）：瓦斯保护是变压器油箱内部故障和油面降低的主保护。 其中重瓦斯保护动作 于跳闸，轻瓦斯保护动作于信号。作为油箱内各种故障保护，其灵敏度高，结构 简单，动作迅速。对于 0.8MVA 及以上的油浸式变压器和 0.4MVA 及以上的车 间内油浸式变压器，应装设瓦斯保护。4.1.2 纵差保护计算（主保护）：（1 ）、计算变压器一次侧、二次侧额定电流，选出电流互感器变比，就算电流互感器二次连接臂中的电流，计算结果如下表所示：变压器各侧有关计算数据数据名称变压器额定电流各侧数据110KV11KV电流互感器计算值选择电流互感器标

29、准变比 电流互感器二次回路额定电流( A )从上表中可以看出， I2I1 ，故取 110kv 侧作为基本侧，平衡绕组 Wb1 接 基本侧，平衡绕组 Wb2 接 10KV 侧(2)、计算差动保护基本侧动作电流，保护装置一次侧动作电流按下列条件选取。1) 躲过外部短路时最大不平衡电流：I op 1.3*(1*0.1 0.05 0.05) * 12141 3156.7 A2) 躲过励磁涌流条件：I op 3156.7 A ，3) 躲过二次回路断线不应动作条件：选取条件中最大值作为基本侧差动保护装置一次动作电流，求得差动继电器基本侧的动作电流为：Iop.rIKop conKTA3156.7 * 140

30、07.89A(3)、确定 BCH-2 型差动继电器的各绕组匝数，该继电器在保持Wk ”/Wk =2 时，其动作匝数为：WopI op.rAN 60 47.897.6匝取为 8 匝选取差动绕组整定匝数 Wd.est=7 匝，平衡绕组 1 整定匝数 Wb1.est=1平衡绕组 2 的计算匝数为：取平衡绕组 2 的整定匝数 Wb2.set=2 匝，则 :0.026 0.05Wb2 Wb2.set2.24 2ss Wb2 Wd.set2.24 7确定短路绕组，选取 C1-C2 插孔拧入螺钉，接通短路绕组4 ）、灵敏系数校验。 折算到 110kv 侧的 10kv 侧最小运行方式三相短路电流为：(3)I K3.min(3)I K3.minKav10092115/10.5921.4A流入继电器的二相短路电流为：(2)K3.r23( 3KITK(A33.).dmin)3 921.42 6023A110kv 侧 BCH-2 型差动继电器的动作电流为：ANWd.set Wb2.set60726.67A差动保护装置最小灵敏系数为：K s(.2m)in s.minI K(23).rI op.r236.673.45 2故符合要求4.2 后备保护