【《110KV变电站的主变压器保护设计分析案例》4100字】

110KV变电站的主变压器保护设计分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u11270110KV变电站的主变压器保护设计分析案例 1277671.1短路计算 17931.1.1短路计算的意义 1300161.1.2短路计算的方法 17281.1.3三相短路计算 2233871.2保护整定与校验 514421.2.1变压器差动保护 510961.2.2变压器电流速断保护 713001.2.3变压器相间短路的后备保护及过负荷保护 7278811.2.4变电站瓦斯保护设计 854891.3小结 91.1短路计算1.1.1短路计算的意义正常的电力系统运行环节，若出现短路故障现象，将会对电力系统造成无法估量的损失。由此对于电路系统的设计，一是要注重对短路电流进行设计控制；二是选择与电路系统匹配的电气设施、载流导体及继电保护装置等。这一切都离不开短路电流计算。概括起来，计算短路电流的主要目的在于：能够对电气设备在电力系统机械运行稳定、热能稳定，提供数据支撑。这就要求在短路电流计算中，分别对短路冲击电流、电流在周期性的分量数据进行计算，从而确保电气系统运行的稳定性；在对发电厂、变电站的电气主接线选取时，短路电流提供决定性数据支撑；确保电路系统中，相关的继电保护器、自动保护装置进行优化配置、整定测算。对于短路电流的测算，可使用假设方式进行模拟计算，来简化数据的演算过程，主要有：负荷用恒定电抗表示或略去不计；设定电力系统中相关的元件参数处于恒定状态，高压电路网络中，无需计算元件的电阻、导纳值。电路元件使用纯电抗指标代替，电路中的发电机运行中电势处于同一相位，这样无需进行复数运算；系统在正常运行环节，在不对称的故障部位，会出现局部的电流不对称问题，其他部位则呈现三相对称模式。1.1.2短路计算的方法本变电站的短路计算采用最常用的标么值计算法。变电站在设计初期，使用结构较为复杂的高压供电方式，在对短路电流计算时，利用标么制方式计算短路值相对方便。对于标么制的点位计算，能够反映系统运行的相位电流值，电气中各元件参数均可使用标么值进行测定。对于电路指标的计算，相关的电气量指标包括有功率、电压、电流及电抗值等。测定的某个电气量的标么值，本质上属于实际值与预先设定的同单位、基准值的比值，下文利用标么值来计算短路电流。1.1.3三相短路计算如下图1.1所示，本次短路计算中考虑到了110kV母线和10kV母线上发生三相短路的两种情况，其中10kV母线上发生三相短路时又包括了两台主变压器并列运行和某一台主变压器单独运行的情况。SKIPIF1<0图1.1短路示意图本次计算中取基准容量SKIPIF1<0Sd=100MVA，基准电压Ud=Uav，E*=1，各元件的电抗标幺值计算如下：（1.1）（1.2）如图1.2所示，根据上述两式的计算结果，可以绘制出系统的短路等值阻抗图。SKIPIF1<0图1.2短路等值阻抗图（1）110kV母线发生短路时短路电流:（1.3）（1.4）短路冲击电流峰值:（1.5）短路容量:SKIPIF1<0（1.6）（2）10kV母线发生短路时假设双变并列运行：短路电流：（1.7）（1.8）（1.9）短路冲击电流峰值：（1.10）短路容量:（1.11）假设单变运行：短路电流：（1.12）（1.13）（1.14）短路冲击电流峰值:（1.15）短路容量:（1.16）经过整理，短路电流计算结果如下表1.1所示。表1.1短路电流计算结果表短路点编号短路点位置短路点平均电压Ud(kV)运行方式稳态短路电流值IK（kA）短路冲击电流峰值ish.K(kA)短路容量SK(MVA)D-1110kV母线11516.6742.513322D-210kV母线10.5双变并列运行31.485.2607D-210kV母线10.5单变运行18.446.9334根据系统提供资料得知：主变按本期规模考虑时变电站110kV母线上最大运行方式下的三相短路电流为9.33kA；主变按最终规模考虑时变电站110kV母线上最小运行方式下的三相短路电流为16.67kA。为了将来主变增容时不更换其他设备，所以本次设备选型按最终规模考虑，主变参数按选型变压器SFZ9-63000/110参数进行计算。由上表可以看出，最终规模形成后，此站在正常运行方式下不允许主变并列运行（倒闸操作过程除外）。在设计时应该考虑以此为设备选型依据。1.2保护整定与校验1.2.1变压器差动保护在容量较大的变压器，大都使用纵差保护装置进行防护，该方法能够辨识反应变压器绕组、套管及引出线的故障类型，并与瓦斯保护装置相互配合，实现对变压器的防护。纵联差动保护的故障保护方式，是通过变压器在各端口的流入、流出电流相量差值，实现故障防护作用。如图1.3所示，为双绕组变压器差动保护的接线原理示意图。图1.3差动保护的原理接线图为确保差动保护对变压器故障的精准度识别，在设定正常运行状态及外部故障过程中，电流值设定为相等，而差回路电流设定为零。若系统在差动保护设定值出现故障，流入的差回路电流值就是在短路点的电流二次值，此时保护动作开始反应。即SKIPIF1<0（1.17）结论：适当选择两侧电流互感器的变比。纵联差动保护有较高的灵敏度。根据第二章提供的一次部分的原始数据，计算如下：（1.18）（1.19）110kV侧CT采用△接线：（1.20）10kV侧CT采用Y形接线：（1.21）则实际额定电流即差动保护臂中的电流：（1.22）（1.23）则不平衡电流：（1.24）表1.2计算数据表项目各侧数据额定电压（kV）SKIPIF1<011010.5额定电流（A）SKIPIF1<01651732互感器接线方式d接线Y接线互感器计算变比286/5SKIPIF1<01732/5互感器选择变比300/52000/5保护臂中电流（A）4.764.33不平衡电流（A）0.43在变压器的各侧中，二次额定电流最大一侧称为基本侧。从表中可以看出，取110kV侧作为基本侧。以下开始计算变压器差动保护的基本动作电流躲过励磁涌流条件（1.25）其中SKIPIF1<0Krel为可靠系数，取1.3，ITN.d为变压器的额定电流。变压器运行环节，为避免电流互感器在二次回路断线，并导致差动保护误动作，设定保护装置的动作电流应高于变压器运行状态下的最大负荷电流（1.26）躲过外部短路时最大不平衡电流的条件（1.27）其中Kst为电流互感器同型系数，型号相同时取0.5，型号不同时取1，这里为避免更换设备后产生误差，取1；Kerr为非周期分量引起的误差，取1；∆U取0.1；∆fs建议采用中间值0.05；Ik1.max为变压器外部最大运行方式下的三相短路电流，由前面的计算结果知SKIPIF1<0Ik1.max为9.33A。综合上述三种不同情况下计算的动作电流，取最大值为最终计算结果则：（1.28）1.2.2变压器电流速断保护选定工作电压低于6.3MVA的变压器和并列运行变压器，或低于10MVA的工厂级备用变压器、独立运行变压器装置，若变压器的后备保护动作超过0.5s，此时增加电流速断保护装置。在瓦斯保护共同作用下，实现对变压器内部、电源侧套管及引出线的故障识别。对于保护电流的动作值设定，依据下列条件作为整定值计算：躲开变压器负荷侧母线上短路时流过保护的最大短路电流（1.29）其中Krel为可靠系数，取1.3～1.4；Ik.max为变压器负荷侧母线母线上最大短路电流。单变运行时（1.30）双变运行时（1.31）躲过变压器空载投入时的励磁涌流（1.32）综合上述两种不同情况下计算的动作电流，取最大值为最终计算结果则：（1.33）保护的灵敏系数校验（1.34）其中，Ik1.min为110kV侧两相短路电流。由此可见，保护整定满足灵敏系数要求。1.2.3变压器相间短路的后备保护及过负荷保护对变压器相间短路进行后备保护，能够识别外部相间短路导致变压器过电流现象，同时也能实现瓦斯保护和纵差保护的后备保护功能，保护动作依据电流保护的阶梯式方式进行整定，而延时动作用于变压器跳开各电源侧的断路器，同时发出故障信号。后备保护功能，大都用于过流保护、复合电压起动过电流保护或负序电流单相低电压保护等情况。(1)变压器的后备保护的整定过电流元件动作值Iop按躲开主变额定电流SKIPIF1<0IN整定,即（1.35）其中Krel是可靠系数,一般为1.15～1.25,这里取1.15；SKIPIF1<0Kre是返回系数,这里取0.85；IN为主变额定电流。动作时限整定（1.36）保护灵敏性校验（1.37）其中SKIPIF1<0IK.min为110kV侧母线短路电流，Iop为过电流元件动作值。由此可见，保护整定满足灵敏系数要求。（2）过负荷保护的整定计算其额定电流为：（1.38）（1.39）其中，Krel为可靠系数，取1.05；Kres为返回系数0.85；IN为保护安装侧变压器的额定电流。保护的灵敏性校验:（1.40）其中SKIPIF1<0IK.min为110kV侧母线短路电流，Iop为过电流元件动作值。由此可见，保护整定满足灵敏度系数要求。根据上述对变电站几种保护配置的整定计算和校验结果，经过整理可列出表1.3变压器保护配置整定值表。表1.3变压器保护配置整定值表保护类型电流动作值Iop（A）动作时限t（s）差动保护214.50电流速断保护790.50后备保护2131.5过负荷保护201.8SKIPIF1<001.2.4变电站瓦斯保护设计（1）瓦斯保护的定义和工作原理油浸式变压器，运行时将变压器的油料当做绝缘、冷却介质。若变压器的油箱内部产生故障，在电弧冲击或内部构件起热反应后，变压器的绝缘材料、油料在分解作用下产生瓦斯，利用瓦斯上升、油面下降和瓦斯压力构成的保护装置，这一保护装置称为变压器的瓦斯保护。如图1.4所示，为瓦斯保护原理接线图。若变压器的内部产生故障，在其内部分解后的瓦斯介质将会集中在瓦斯继电器上部位置，导致油面液位下降。油面下降至设定的下限指标后，上浮筒开始下沉，水银点部位进行连通，并发出预警提示。当故障类型达到严重级别，油流会冲击挡板，导致挡板偏移，与挡板连接的杆开始向上运转，并挑动与水银点卡环连接的连接环，水银点连接部位与油流动两侧开始旋转，此时水银点连接部位连通，电路开关跳闸或发出故障提示信号。瓦斯按照介质的重量有轻瓦斯、重瓦斯两种。其中，轻瓦斯适用于变压器内部出现轻微故障、变压器漏油等情况，并发送信号指令。而重瓦斯适用于变压器内部故障类型较为严重，发送跳闸指令。图1.4瓦斯保护原理接线图（2）瓦斯保护的整定本文中针对变电站的变压器设计了瓦斯保护装置。瓦斯保护装置实际上是一种连接在邮箱以及油枕上的连接导管的保护装置，按照瓦斯容积的不同或是油流速度，可以为轻瓦斯保护或是重瓦斯保护制定相应的整定标准，轻瓦斯的整定通常被设计在240~300cm2之间，重瓦斯的整定标准则被定义在0.6~1之间。该保护方式在变压器内部出现故障后灵敏性高，确保变压器故障好快速启闭联动，将油箱内的故障参数信息实时反馈。如油箱内出现多项短路、绕组匝间短路、绕组与铁芯或与外壳部位短路、铁芯故障，或油箱内部漏油、接触不良等现象。瓦斯瓦斯在保护装置启动后，结构较为灵敏、动作反应迅速，整体构造相对简单。但是对于油箱外部出现的故障现象，则不能正常启动，由此不能准确的对变压器内部