35KV电力变压器继电保护课程设计报告

1、湖南科技高校 信息与电气工程学院课程设计报告 题 目： 35kV电力变压器继电爱护初步设计 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 姓 名： 学 号： 指导老师： 2015年 7 月 1 日欢迎下载 工厂供电课程设 计任务书完成期限： 2015 年 6 月 29 日开头至 2015 年 7 月 1 日题目：35KV电力变压器继电爱护初步设计1、设计资料：图一 S9(S11)-35KV系列配电变压器图二 技术参数 某线路接受S9(S11)-35KV系列配电变压器是双绕组油浸式变压器，Y/-11接线，容量为31.5MVA，变比为115/10.5。 提示：考虑内部绕组相间和匝间短路的爱护、瓦斯爱护、

2、过负荷爱护、过励磁爱护和直接接地系统外部接地作为主爱护。2、设计主要内容：（1）系统概况说明；（2）变压器爱护方案选择；（3）整定计算；（3）继电爱护二次接线原理图，开放图；（4）原理图与开放图的具体说明；（5）各个继电器的选型；（6）其他后备爱护考虑。3、 必需完成的图：二次接线原理图和二次开放图。4、课程设计报告必需有的内容：（1）课程设计的目的；（2）课程设计的任务书；（3）课程设计的原理；（4）课程设计的设计或计算详单；（5）展望，总结和心得；（6）参考文献（留意格式要规范）。 目 录设计任务书名目 一、设计目的与意义1二、继电爱护的概述31、继电爱护综述32、继电爱护装置组成33、继

3、电爱护装置基本任务34、对继电爱护装置的基本要求3三、任务要求3四、估算计算负荷电流4五、短路电流及其计算41、最小运行方式42、最大运行方式5六、变压器的故障类型和不正常运行状态6七、电力变压器继电爱护方案确定7八、瓦斯爱护71、瓦斯爱护原理图7 2、瓦斯继电器选型九、定时限过流爱护8 1、原理接线图82、整定计算83、灵敏度校验94、各种继电器选型10十、变压器纵联差动爱护101、原理接线图102、整定计算及灵敏度校验103、电流互感器选择及差动继电器选型13十一、变压器过负荷爱护131、变压器过负荷爱护原理图132、过负荷爱护整定计算133、各种继电器选型13十二、变压器过励磁爱护13

4、1、过励磁公式推导13 2、过励磁爱护工作原理13 3、过励磁爱护原理框图1313、 变压器零序电流爱护.14 1、爱护原理.14 2、爱护原理图.14 3、整定原则.15十四、以上爱护接线全图.16十五、心得体会.17十六、参考文献.18十七、附图.191、爱护原理接线全图.192、二次开放原理图的绘制.19一、设计的目的与意义 继电爱护是保障电力设备平安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。继电爱护装置一旦不能正确动作，就会扩大事故，酿成严峻后果。因此，加强继电爱护的设计和整定计算，是保证电网平平稳定运行的重要工作。实现继电爱护功能的设备称为继电爱护装置。

5、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、继电爱护距离爱护的整定计算和校验、继电爱护零序电流爱护的整定计算和校验、对所选择的爱护装置进行综合评价。电网继电爱护和平安自动装置应符合牢靠性、平安性、灵敏性、速动性的要求。要结合具体条件和要求，从装置的选型、配置、整定、试验等方面实行综合措施，突出重点，统筹兼顾，妥当处理，以达到保证电网平安经济运行的目的。 二、继电爱护的概述1、 继电爱护综述 对电力系统中发生的故障或特别状况进行检测，从而发出报警信号，或直接将故障部分隔离、切除的一种重要措施。2、继电爱护装置组成 继电爱护装置：就是指反应

6、电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。继电爱护装置的组成:继电爱护一般由三个部分组成:测量部分、规律部分和执行部分，其原理结构如下图所示。 3、 继电爱护装置基本任务 （1） 发生故障时，自动、快速、有选择地将故障元件从电力系统中切除，使非故障部分连续运行。 （2）反应电气元件的不正常运行状态，并依据运行维护的条件而动作于信号，以便值班员准时处理，或由装置自动进行调整，或将那些连续运行就会引起损坏或进展成为事故的电气设备予以切除。 （3）继电爱护装置还可以与电力系统中的其他自动扮装置协作，在条件允许时，实行预定措施，缩短事故停电时间，尽快恢复供

7、电，从而提高电力系统运行的牢靠性。 4、对继电爱护装置的基本要求：选择性、速动性、灵敏性、牢靠性三、任务要求电压等级35/10kV，有甲、乙两个变电所供应电源，均接受单回路电源供电，距离待设计变电所分别为15km和10km，接受LGJ-50架空导线供电，短路容量分别为200MVA和250MVA。甲、乙两个变电所供应电源的定时限过电流爱护动作时限均为2.0s。35kV出线共2回，所接负荷为化工厂。10kV出线共5回，其中3回架空出线，每回输电容量为1200kW，2回电缆线路，每回输电容量为1700kW，以一、二级负荷为主，负荷线路长度为10km。35kV单母线分段接线，10kV单母线分段接线。主

8、变压器两台选用型号为S9-6300/35kV，Ynd11接线变压器。最大运行方式为两个电源全投入运行，负荷全投，母线分段断路器合闸；最小运行方式为乙电源停运，电缆停运，分段断路器断开运行。四、估算计算负荷电流 =A=103.9A五、短路电流及其计算 1、最小运行方式： 短路电流计算图 等效电路图取基准值：S=100MV·A ，U=37KV ，U=10.5KV K-1点短路电流 IK-2点短路电流 I折算到35KV侧: 2、最大运行方式： 短路电流计算图 等效电路图取基准值：S=100MV·A ，U=37KV ，U=10.5KV K-1点短路电流 K-2点短路电流 = 折算到

9、35KV侧:六、变压器的故障类型和不正常运行状态 电力变压器故障可分为油箱内部和油箱外部两种故障。油箱内部故障主要包括变压器绕组的相间短路、匝间短路、单相接地短路和铁芯烧损等。对变压器来讲，这些故障都是格外危急的，由于油箱内故障时产生的电弧，将引起绝缘物质的猛烈汽化，从而可能引起爆炸，因此，这些故障应当尽快加以切除。油箱外部故障最常见的是绝缘套管引出线上发生相间短路或接地（对变压器外壳）短路故障，它可能引起变压器绝缘套管爆炸，从而影响电力系统的正常运行。因此，变压器发生故障时，必需将其从电力系统中切除。 变压器不正常运行状态有油箱漏油造成的油面降低，由于外部短路故障引起的过电流，变压器油温上升

10、，由于负荷超过额定值引起的过负荷使变压器绕组过热加速绕组绝缘老化甚至引起内部故障等。七、电力变压器继电爱护方案确定 变压器为变电所的核心设备，依据其故障和不正常运行的状况，从反应各种不同故障的牢靠、快速、灵敏及提高系统的平安性动身，设置相应的主爱护、特别运行爱护和必要的帮助爱护。于本设计而言，由于容量关系不接受速断爱护，接受瓦斯爱护，过电流爱护接受定时限过流爱护，高压侧电压没有5000KV故不接受励磁爱护。具体状况如下：1 主爱护：瓦斯爱护（以防备变压器内部故障和油面降低） 纵差动爱护（以防备变压器绕组、套管和引出线的相间短路） 过励磁爱护（以防变压器过励磁） 变压器高压侧零序电流爱护（以防变

11、压器直接接地系统外部接地短路）2 后备爱护：过电流爱护（以反应变压器外部相间故障）、 过负荷爱护（反应由于过负荷而引起的过电流）。八、瓦斯爱护1、瓦斯爱护原理图2、 瓦斯继电器选型 轻瓦斯爱护的动作值按气体容积为250300整定，本设计接受280。 重瓦斯爱护的动作值按导油管的油流速度为0.61.5 m/s整定本，本设计接受1 m/s。瓦斯继电器选用QJ1-80型。九、定时限过流爱护1、原理接线图： 当一次电路发生短路时，电流继电器KA瞬时动作，闭合其触点，使时间继电器KT动作。KT经过整定时限后，其延时触点闭合，使串联的信号继电器（电流型）KS和中间继电器KM动作。KS动作后，其指示牌掉下，

12、同时接通信号回路，给出灯光信号和音响信号。KM动作后，接通跳闸线圈YR回路，使断路器QF跳闸，切除短路故障。QF跳闸后，其帮助触点随之切断跳闸回路。在短路故障被切除后，继电爱护装置除KS外的其他全部继电器均自动返回起始状态，而KS可以手动复位。2、 整定计算（1）定时限爱护动作电流整定定时限爱护动作电流整定原则：应躲过变压器一次侧的最大工作电流，常取I=（1.53）I式中，I为变压器的一次额定电流。动作电流为： 式中I为变压器一次侧的最大工作电流; 为爱护装置的牢靠系数，对DL型定时限，取1.2；为爱护装置的接线系数，对两相两继电器式接线取1，对两相一继电器接线取1.3；为电流继电器的返回系数

13、，一般取0.85；为电流互感器的变流比，本设计取200/5。 可选取电流整定范围为2.5-10A的DL型电流继电器,并整定为8A 。(由于I只能为整数。)（2）定时限爱护的时限整定时限整定原则:应比变压器二次母线各馈出线定时限过流最大的时限大一个时限阶段（t=0.5s），即： 式中 t 在后一级爱护的线路首段发生三相短路时，前一级爱护的动作时间； 后一级爱护中最长的一个动作时间 前后两级爱护装置的时间级差，对定时限过电流爱护取0.5S。 本设计题目给出电源的定时限过流爱护动作时限均为2S,故时限整定为= t-=2S-0.5S=1.5S。可选时间继电器整定范围为1.2-5S的DS-12型时间继电

14、器，并整定在1.5S上。3、灵敏度校验灵敏度校验原则：应以系统在最小运行方式下，变压器二次母线发生两相短路流经一次侧的电流来校验，即： （3-3） 式中 在电力系统最小运行方式下，变压器二次母线发生两相短路电流 动作电流折算到一次电路的值: 满足灵敏系数要求。4、各种继电器选型电流继电器的选择：DL-12电流互感器的选择：LQJ-10信号继电器的选择：DX-30时间继电器的选择：DS-35C中间继电器的选择：DZ-1510、 变压器纵联差动爱护本设计接受较经济的BCH-2型带有速饱和变流器的差动继电器，以提高爱护装置的励磁涌流的力量。1、原理接线图 如图，当变压器正常工作或差动爱护区外（如：二

15、次母线k-1点）短路时，流入KA的电流，差值很小，KA不动作。当在差动爱护区内（如：变压器二次出口k-2点短路时），所以继电器动作，使QF跳闸。 2、整定计算及灵敏度校验纵联差动爱护：计算Ie及电流互感器变比，列表如下：名 称各侧数据Y（35KV）（10.5KV）额定电流变压器接线方式YCT接线方式YCT计算变比实选CT变比nl200/5=40400/5=80实际额定电流不平衡电流I4.50-4.33=0.17A确定基本侧基本侧非基本侧 确定基本侧一次动作电流：（1）躲过外部故障时的最大不平衡电流 利用有用计算式 式中： 牢靠系数，接受1.3； 同型系数，CT型号相同且处于同一状况时取0.5，

16、型号不同时取1，本设计取0.5；10%电流互感器容许的最大相对误差；U-变压器调压时所产生的相对误差，接受调压百分数的一半，本设计取0.05；-继电器整定匝书数与计算匝数不等而产生的相对误差，暂无法求出，先接受中间值0.05。代入数据得: =1.3×(0.5×0.1+0.05+0.05)×2230=434.85A（2）躲过变压器空载投入或外部故障后电压恢复时的励磁涌流 = （3-10）式中：为牢靠系数，接受1.3； 为变压器额定电流。代入数据得: =1.3103.9=135.1A（3）躲过电流互感器二次回路短线时的最大负荷电流 （3-11）式中： 牢靠系数，接受1

17、.3； 变压器的最大负荷电流；接受变压器的额定电流的1.5倍（事故过负荷时最大为150%）代入数据得： =1.3103.91.5=202.605A比较上述（1），（2），（3）式的动作电流，取最大值为计算值，即： =434.85（A）整定为450A确定二次动作电流： 基本侧电流互感器接线系数取1 确定BCH-2型差动继电器基本侧（35KV侧)各线圈匝数。该继电器在保持时其动作安匝为安匝。 有用匝数取为匝。匝二次实际动作电流：（A）一次实际动作电流：（A)非基本侧平衡线圈的计算匝数: 匝，有用匝数取1匝相对误差: ，结果有效灵敏度校验：10.5KV侧母线两相短路时归算到35KV侧流入继电器的电流

18、为 A35KV侧继电器动作电流 A差动爱护装置的最小灵敏系数为 灵敏度满足要求。3、电流互感器选择及差动继电器选型电流继电器的选择：DL-12电流互感器的选择：LQJ-10信号继电器的选择：DX-17中间继电器的选择：DZ-15十一、变压器过负荷爱护1、变压器过负荷爱护原理图 TA是电流互感器，KA是电流继电器，当线路的电流大于额定值时，TA输出到KA的电流驱动电流继电器动作，电流继电器触点接通，时间继电器KT得电吸合。当过电流的持续时间长于时间继电器设定的延时以后，延时闭合触点接通，向外输出超负荷信号。相关的执行机构就会作出规定的动作。2、过负荷爱护整定计算过负荷爱护：其动作电流按躲过变压器

19、额定电流来整定。动作带延时作用于信号。 爱护装置（一次侧）的动作电流： 继电器的动作电流： A动作时限一般取1015s。3、各种继电器选型电流继电器的选择：DL-12电流互感器的选择：LQJ-10/160信号继电器的选择：DX-30时间继电器的选择：DS-35C十二、变压器过励磁爱护1、 过励磁公式推导 变压器绕组感应电压为： ，令 则 2、 过励磁爱护工作原理 3、 过励磁爱护原理框图 13、 变压器零序电流爱护爱护原理：对于中性点直接接地变压器，全部接受零序电流爱护，有选择性要求时可增加零序方向原件。零序电流取自主变高压侧中性点测。零序电流爱护通常接受两段式，I段和相邻零序I段协作，II和相邻零序后备段协作。每段设2个时限，短时限动作缩小故障范围，长实现动作断开变压器各侧断路器。爱护原理图：整定原则：1. 零序一段整定原则按与相邻元件的零序电流爱护I段协作 为相邻元件的零序电流爱护I段动作电流 为下级相邻元件零序电流爱护协作段的动作时间2. 2.零序二段整定原则按与相邻元件的零序电流爱护后备段协作 为相邻元件的零序电流爱护后备段动作电流 为下级相邻元件零序电流爱护协作段的动作时间最大值十四、以上爱护原理接线全图 （A3号图纸1张）附图1器件名称型号数量瓦斯继电器(KG)QJ1-801电流互感器(TA)LQJ-10/1604电流继电器(KA)DL11/1