【110kV变电站变压器继电保护的设计与仿真研究12000字（论文）】

110kV变电站变压器继电保护的设计与仿真研究目录前言 21绪论 31.1课题研究的背景和意义 31.2本文主要研究内容 31.3变电站的基本情况 31.3.1项目背景 31.3.2工程概况 41.3.3主变压器的主要参数 5（1）参数要求 5（2）变压器台数、调压方式、主变压器容量的介绍 51.4本章小结 62变压器的保护配置方案及保护装置型号的选择 62.1继电保护的基本知识及选择原则 62.2保护的配置 62.2.1瓦斯保护 72.2.2纵差动保护和电流速断保护 82.2.3外部相间短路和接地短路时的后备保护 92.2.4过负荷保护 102.3设备型号选择 112.3.1保护类型比较 112.3.2主保护基本参数比较 122.3.3后备保护基本参数比较 122.3.4经济比较 122.4本章小结 133保护装置型号及二次设计 133.1二次接线的要求 133.2二次接线设计图 133.3本章小结 134变压器继电保护的整定计算 144.1基本参数及短路电流的计算 144.1.1基本参数 144.1.2短路电流的计算 154.1.3最大方式下三相短路计算 164.1.4最小方式下两相短路计算 174.2整定计算 184.2.1瓦斯保护 184.2.2纵差动保护 185.42 194.2.3变压器相间短路的后备保护 204.2.4变压器高压侧单相接地（零序过流）保护 214.2.5过负荷保护 214.3本章小结 215用MATLAB进行仿真 225.1MATLAB简介及应用 225.2Simulink简介及功能特点 225.3各类保护的仿真 225.3.1 225.3.2纵差动保护的仿真 245.3.3过电流保护 275.3.4低电压启动的过电流保护 295.3.5复合电压启动的过电流保护 315.3.6零序过电流保护 346结论与展望 34

共2页第1页摘要：随着电力工业的发展，电力系统的规模越来越大，在这种情况下，许多企业配电网的事故频发，尤其是电力系统配电网中对设备和人员等危害最大的事故故障，尤其是短路故障，而在分析解决事故故障时要不断的实验，在现实设备中很难实现，一是实际的条件难以满足；二是现场做实验会影响系统的稳定性和安全性。考虑这两种情况，可以使用一种能够模拟电力系统中电网运行状态的软件，从而解决以上问题，而MATLAB软件中的SIMULINK是用来对动态系统进行建模、仿真和分析的集成开发环境，MATLAB具有框图界面和交互仿真能力，是一种非线性动态系统仿真工具，因此，可以使用MATLAB软件来模拟电力系统实际情况，从而解决各种问题。关键词：变压器；继电保护；二次接线；MATLAB前言目前电力与我们生活息息相关，电力作为最重要的能源之一，已应用到人民生产生活中的各个领域，成为了国家建设、国民经济发展和人民生产生活不可或缺的主要能源之一。电力系统的主要部分有发电、变电、输电、配电和用电，如何经济有效的开发和利用电力能源是关系国计民生的关键。然而我国电力在技术水平上还有待提高，这就需要我们在设计中，能够开拓创新，开发出新技术、新设备。以提高电能在发送过程中的安全可靠系数，以保证电能高质量、高水平的输送。本文详细介绍了110kV合益变电站变压器继电保护设计和仿真的过程，包括变电站的基本情况；对变压器的特性和相关技术标准的研究；保护配置方案和保护装置型号的选择。其中建设项目基本情况部分主要介绍了项目背景，工程概况，建设项目周围环境现状；电气主接线设计部分介绍了电气主接线的基本要求，主变压器的选择，电气主接线设计及设计方案比较；短路电流计算部分介绍了短路电流计算概述，计算方法及计算过程；电气设备的选择与校验部分主要介绍了电气设备的一般选择条件以及高压断路器，隔离开关等设备的选择及校验。110kV合宜变电站电气变压器继电保护设计和仿真是个很有意思的设计课题，它同实际联系的比较紧密，所以做起来十分有兴趣。在设计的过程中，不仅发现了理论知识上的漏洞，从而挤出时间查阅相关资料，并努力加强文化知识的学习。对于变压器继电保护，我虽然学习过，但对其实际工作原理不够熟悉，为了将课程设计做好，我通过学习、摸索、向老师请教，基本了解了变压器继电保护的设计过程。掌握了CAD原理图绘制的方法，在用CAD软件进行绘图的时候，我对很多元件的图标不够熟悉，绘图有些缓慢，经过这次的课题设计，也让我再次熟悉了CAD和继电保护的原理。在这段时间的设计过程中，我从查找变压器保护相关资料到亲自动手设计一步一个脚印逐步完善设计。我掌握了继电保护设计的知识，学会了使用相关软件，同时也强化了各方面的能力，为今后我独立完成设计任务提供了宝贵经验。1绪论1.1课题研究的背景和意义不同于发电机等设备，变压器无旋转部件、结构简单的特点，使得变压器发生故障的几率远小于发电机。但是变压器也有其他的问题，例如变压器会一直工作，而且绝大部分安装在室外，因此自然环境条件是影响变压器正常工作的一个重要因素；另外变压器的工作状态会受到其所接负荷的影响，尤其是在发生各种类型的故障和不正常运行情况，变压器会受到严重影响。因此必须根据变压器的容量和重要程度并考虑到可能发生的各种类型的故障和不正常工作的情况，装设性能良好、工作可靠的继电保护装置。1.2本文主要研究内容（1）本文首先对110kV合益变电站的基本情况进行了概述，介绍了变电站负荷增长趋势、周围环境、地理位置，通过查找资料确认变压器的特性和相关技术标准。（2）选择该变压器的保护配置方案和保护装置型号；（3）在Matlab环境下建立保护装置的模型（4）结合该变压器及选定的保护装置进行整定计算（5）在Matlab环境下模拟各种短路和异常，验证保方案和保护装置的正确性1.3变电站的基本情况1.3.1项目背景宜昌市区现有220kV公用变电站6座，主变10台，总容量1740MVA；110kV公用变电站24座，主变41台，总容量1425.5MVA，110kV用户变8座，主变16台，总容量667MVA；装机204.9MW，其中35kV及以下186.9MW。2012年市区全社会最大负荷1065.4MW。2015年底前宜昌市区规划新建合益(2x50MVA)、城东大道(1x50MVA)、魏家畈(1x50MVA)等110kV变电站3座，主变4台、总容量200MVA。合益变电站位于宜昌城东伍家岗区中部的新城区，距220kV白家冲变电站、110kV万寿桥变电站、110kV东山变电站航空距离分别为2.6km、3.5km、2.8km。其主要供区为宜昌市伍家岗区中部的新城区，处在白家冲变、万寿桥变、东山变构成的三角形区域的中心部位，总面积3km2。2012年该供区最大负荷5.6MW，由白家冲变电站以110kV供电。由于宜昌市城区实施“东扩、北联”战略，建成区将扩充至100km,人口由74万增加至123万，新城区的扩充带动电力需求快速增长。根据《宜昌市城市电力设施布局专项规划》提供的研究成果，预计合益变供区2014年、2015年、2016年、2017年最大，负荷将分别达到12.7MW、30.8MW、45.7MW、50.1MW。5年年均增长55%。由于白家冲变电站110kV出线间隔有限,为满足负荷增长的需求，实现城区内10kV配网分片供电，110kV合益变电站起到了重要的作用。1.3.2工程概况（1）电压等级：110/10kV,采用有载调压变压器。（2）110kV侧：进线2回。（3）10kV侧：电缆线路8回共14.6km,电缆型号均为YJV2-3x400。分别为:①中南路I、II、II、IV回电缆线路4x2.3km,2进6出环网柜4台，主供:兴发广场、畔山怡园、旭东馨苑、交通局住宅小区，负荷26830kW。②东风路I、II回电缆线路2x1.7km,2进6出环网柜2台，主供:东辰二号、旭光新村，负荷11540kW。，③合东I、II回电缆线路2x1km，2进6出环网柜2台，主供:民安家园及医院、学校等公共设施，负荷11760kW。（4）线路路径：从白家冲220kV变电站采用双回电缆线路向南出线，沿排管敷设走线，出站后转向西北走线，至电缆终端塔改用双回架空线路向西北走线，至中南路电缆终端塔，再用双回电缆线路向西南沿公路南侧走线至合益110kV变电站，路径长3.0km，其中双回架空线路2x1km，导线2xJL/G1A--240/30;电缆线路2x2km,电缆型号YJLW03-110/1x1200。图1合益110kV变电站接入系统示意图1.3.3主变压器的主要参数（1）参数要求（a）110kV变电站一般采用两台及以上的主变压器，以保证供电的可靠性；（b）采用三台单相变压器，会出现造价高、占地大、损耗大的缺点。如果采用一台同容量的三相变压器，不仅能避免以上问题，并且具有配电装置结构简单，而且运行维护比较方便的优点，因此，三相变压器更加合适。双绕组变压器适用于只有两种电压等级的变电站；三种电压等级的变电站，可采用双绕组变压器和三绕组变压器（包括自耦变压器）（c）装有两台及以上主变压器的变电所，其中一台变压器发生事故后，其余主变压器的容量应保证该所全部负荷的60%-70%以上，并保证用户的一级和二级全部负荷的供电。（2）变压器台数、调压方式、主变压器容量的介绍变电站装设两台主变压器以保证供电的可靠性，当只有一个电源或变电站可由低压侧电网取得备用电源，从而给重要负荷供电时，可装设一台。合益变电站有两回电源进线，且低压侧电源只能由这两回进线取得，故有两台主变压器。系统110KV母线电压满足常调压要求，且为了保证供电质量，电压必须维持在允许范围内，保持电压的稳定，所以应选择有载调压变压器。主变压器容量一般按变电所建成后5～10年的规划负荷选择，亦要根据变电站所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。对装设两台主变压器的变电所，每台变压器容量应按下式选择：Sn=0.6PM。因对一般性变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应能保证70～80%负荷的供电，考虑变压器的事故过负荷能力40%。由于一般电网变电所大约有25%为非重要负荷，因此，采用Sn=0.6PM确定主变是可行的。本文按变电站建成后6年规划负荷考虑取负荷为50.1MW，功率因数为0.8，可计算每台变压器容量为； （2.1）因此选择变压器SFP7-50000/110表1变压器参数型号额定容量额定电压（kV）连接组损耗（kW）空载电流（%）阻抗电压（%）SFP7-50000/1105000010.5YNd11空载：55.0短路：2160.710.51.4本章小结运用所学的发电厂电气部分的相关知识，并结合本课题，对变压器的特性和相关技术标准进行了分析。根据得到的数据，确定了变压器的台数、调压方式以及容量，为二次接线的设计打下基础。2变压器的保护配置方案及保护装置型号的选择2.1继电保护的基本知识及选择原则短路在电气事故中发生的较为普遍，在电气设计及规划中处于基础地位。电力系统发生短路时，电气热效应在短时间内产生大量的热量，会造成设备被烧坏而失去绝缘性能，如果此时电力系统继电保护设备没能及时反应动作，及时切除故障，可能引发火灾、产生连锁反应，危机电力系统安全稳定运行，造成重大电力事故。惨痛的教训已数不胜数，因此我们在电力设计中，要做好短路电流计算，为后续电气设备选择和校验、电力系统继电保护配置提供准确的依据，确保电力系统正常安全稳定运行。2.2保护的配置合理可靠的保护配置是变压器安全运行的必备条件。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。通常变压器的瓦斯保护和纵差动保护（小容量变压器为电流速断保护）已构成了双重化快速保护，但对变压器外部引出线上的故障只有一套快速保护。当变压器故障而纵差动保护拒动时，将由带延时的后备保护切除。为了保证在任何情况下都能快速切除故障，对于大型变压器，应装设双重纵差动保护。当变压器油箱内发生故障时，除了变压器各侧电流、电压发生变化外，油箱内的油、气、温度等非电量也会发生变化。因此变压器保护的配置，应该分别按照电量保护和非电量保护两种类型来进行配置。非电量保护装设在变压器内部。线路保护根据变压器容量和运行方式的不同分为过流保护和纵差动保护。根据《继电保护和安全自动装置技术规程》中的要求，升压变压器主要针对下列故障及异常运行状态，装设相应的保护装置[1]：a)油面降低；b)变压器油温、绕组温度过高及油箱压力过高和冷却系统故障。c)绕组及其引出线的相间短路和中性点直接接地或经小电阻接地侧的接地短路；d)绕组的匝间短路；e)外部相间短路引起的过电流；f)中性点直接接地或经小电阻接地电力网中外部接地短路引起的过电流及中性点过电压；g)过负荷；h)中性点非有效接地侧的单相接地故障。2.2.1瓦斯保护瓦斯保护主要针对上述故障和异常状态中的a)和b)。根据规程规定：（1）0.4MVA及以上车间内油浸式变压器和0.8MVA及以上油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。合益变电站的主变压器容量为37.575MVA，满足要求。（2）带负荷调压变压器充油调压开关，亦应装设瓦斯保护。该变压器属于有载调压变压器，符合要求。根据上述两点，合益变电站的主变压器需要装设瓦斯保护。同时在装设瓦斯保护时应注意以下几点：（1）当壳内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，应瞬时动作于信号；当壳内故障产生大量瓦斯时，应瞬时动作于断开变压器各侧断路器。（2）瓦斯保护应采取措施，防止因瓦斯继电器的引线故障、震动等引起瓦斯保护误动作。（2）瓦斯保护的主要优点是动作迅速、灵敏度高、安装接线简单、能反应油箱内部发生的各种故障（如绕组轻微的匝间短路、铁芯烧损等）。其缺点是不能反应油箱以外的套管及引出线等部位上发生的故障（如变压器绝缘子闪络等）。因此瓦斯保护可作为变压器的主保护之一，需要与纵联差动保护相互配合、相互补充，才能够实现快速而灵敏的切除变压器油箱内、外及引出线上发生的各种故障。瓦斯保护的原理图如图所示：图2瓦斯保护原理图2.2.2纵差动保护和电流速断保护纵差动保护和电流速断保护主要针对c)、d)和e)根据规程规定：对变压器的内部、套管及引出线的短路故障，按其容量及重要性的不同，应装设下列保护作为主保护，并瞬时动作于断开变压器的各侧断路器：电压在10kV以上、容量在10MVA及以上的变压器，采用纵差动保护。对于电压为10kV的重要变压器，当电流速断保护灵敏度不符合要求时也可采用纵差动保护。合益变电站主变压器的额定电压为110±2×2.5％/10.5kV且容量，为37.575MVA，满足要求。因此需要配置纵差动保护。纵联差动保护应满足下列要求：a)应能躲过励磁涌流和外部短路产生的不平衡电流；b)在变压器过励磁时不应误动作；c)在电流回路断线时应发出断线信号，电流回路断线允许差动保护动作跳闸；d)在正常情况下，纵联差动保护的保护范围应包括变压器套管和引出线，如不能包括引出线时，应采取快速切除故障的辅助措。在设备检修等特殊情况下，允许差动保护短时利用变压器套管电流互感器，此时套管和引线故障由后备保护动作切除；如电网安全稳定运行有要求时，应将纵联差动保护切至旁路断路器的电流互感器。纵差动保护的原理图如图所示：图3纵差动保护原理图2.2.3外部相间短路和接地短路时的后备保护变压器的主保护通常采用差动保护（小容量变压器可采用电流速断保护）和瓦斯保护。除了主保护外，变压器还应装设相间短路和接地短路的后备保护。后备保护的作用是为了防止由外部故障引起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作为变压器内部故障时主保护的后备。主要针对上述故障及异常状态中的h）变压器的相间短路后备保护通常采用过电流保护、低电压启动的过电流保护、复合电压启动的过电流保护以及负序过电流保护等。根据规程规定：（1）110kV～500kV降压变压器、升压变压器和系统联络变压器，相间短路后备保护用过电流保护不能满足灵敏性要求时，宜采用复合电压起动的过电流保护或复合电流保护。因此，需要配置过电流保护、低电压启动的过电流保护以及复合电压启动的过电流保护。（2）与110kV及以上中性点直接接地电网连接的降压变压器，对外部单相接地短路引起的过电流，应装设接地短路后备保护，该保护宜考虑能反映电流互感器与断路器之间的接地故障。在中性点直接接地的电网中，如变压器中性点直接接地运行，对单相接地引起的变压器过电流，应装设零序过电流保护。因此，该主变压器需要配置，零序过电流保护。电流保护、低电压启动的过电流保护、复合电压启动的过电流保护以及零序过电流保护的原理图如图所示：图4过电流保护原理图图5低电压启动的过电流保护原理图图6复合电压启动的过电流保护原理图图7零序过电流保护原理图2.2.4过负荷保护过负荷保护主要针对上述异常运行状态中的g)。根据规程规定：0.4MVA及以上数台并列运行的变压器和作为其他负荷备用电源的单台运行变压器，根据实际可能出现过负荷情况，应装设过负荷保护。该主变压器容量和与运行状态均符合。因此，需要装设过负荷保护自耦变压器和多绕组变压器，过负荷保护应能反应公共绕组及各侧过负荷的情况。过负荷保护可为单相式，具有定时限或反时限的动作特性。对经常有人值班的厂、所过负荷保护动作于信号；在无经常值班人员的变电所，过负荷保护可动作跳闸或切除部分负荷。综上所述，合益变电站主变压器需要配置的保护有：瓦斯保护、纵差动保护、过电流保护、低电压启动的过电流保护、复合电压启动的过电流保护、零序过电流保护和过负荷保护。2.3设备型号选择应根据审定的电力系统设计或审定的系统接线图及要求，进行继电保护和安全自动装置的系统设计，在系统设计中，除新建部分外，还应包括对原来系统继电保护和安全自动装置不符合要求部分的改造方案。为便于运行管理和有利于性能配合，同一电力网或同一厂站内的继电保护和安全自动装置的形式、品种不宜过多。[1]目前，使用比较多的继电保护装置品牌有南瑞，许继等。通过查阅资料，了解到南瑞继保RCS-9679C、RCS-9000，许继WBH-810均满足配置要求。2.3.1保护类型比较通过3.2了解到，合益变电站主变压器需要配置的保护有：瓦斯保护、纵差动保护、过电流保护、零序过电流保护和过负荷保护。通过查阅资料和说明书，RCS-9679C、RCS-9000以及WBH-810均符合要求，在保护类型上三种均可选择。表2保护类型的比较RCS-9679CRCS-9000WBH-810瓦斯保护√√√纵差动保护√√√过电流保护√√√低电压启动的过电流保护√√√复合电压启动的过电流保护√√√零序过电流保护√√√过负荷保护√√√2.3.2主保护基本参数比较通过3.2了解到，合益变电站主变压器需要配置的主保护有：瓦斯保护、纵差动保护，通过查阅资料了解到三种保护配置的基本参数如下：表3主保护主要参数的比较RCS-9679CRCS-9000WBH-810差动速断动作时间<25ms<20ms<20ms差流起动值范围0.3Ie~1.5le0.3Ie～1.5Ie0.3Ie～1.5Ie差动速断定值范围4Ie~

14Ie4～14Ie4～14Ie电流定值误差<5%或0.02Ie<5%<5%二次谐波制动系数0.1~0.350.1～0.350.1～0.35二次谐波制动系数误差<

5%或0.01<

5%或0.01<

5%或0.01通过比较三种保护装置的数据，发现均符合合益变电站的要求，都能作为合益变电站主变压器的主保护。2.3.3后备保护基本参数比较通过3.2了解到，合益变电站主变压器需要配置的后备保护有：过电流保护、零序过电流保护和过负荷保护。表4后备保护参数的比较RCS-9679CRCS-9000WBH-810电流定值0.5～100A0.5～100A0.5～100A电流定值误差<2.5%或+0.05A<±5％整定值<±5％整定值时间定值误差<

1%整定值+35ms<1%整定值+20ms<1%整定值+20ms电压定值2~

100V2～100V2～100V电压定值误差<

2.5%或+0.

l0V<±5％整定值<±5％整定值通过三种保护装置后备保护的参数比较，可以看出三种保护电流定值、电压定值是相同的，但在电流定值误差和电压定值误差上，RCS-9679C优于其他两种。2.3.4经济比较RCS-9679C、RCS-9000以及WBH-810三种保护装置的价格如下：表5保护装置价格的比较保护装置价格（元）RCS-9679C4621RCS-90005000WBH-81019000通过查阅资料，了解到RCS-9679C、RCS-9000以及WBH-810三种保护装置的价格分别为4621元、5000元以及5900元。由于保护类型和参数均符合要求，在考虑经济性的情况下，最终选择南瑞集团的RCS-9679C变压器保护作为合益变电站主变压器的保护装置。2.4本章小结本章对110kV合益变电站的保护配置进行了介绍。通过查阅资料了解各种保护，将各种保护装置进行参数上的比较，选出了最适合的保护配置。最后进行经济型比较，选择出最适合合益变电站的保护配置方案。3保护装置型号及二次设计3.1二次接线的要求为防止主保护存在动作死区，两个相邻设备保护之间的保护范围应完全交叉;同时应避免当一套保护停用时，存在保护动作死区。电流互感器的二次回路有且只能有一个接地点。独立的、与其他互感器二次回路没有电的联系的电流互感器二次回路，宜在开关场实现一点接地。由几组电流互感器二次绕组组成的和电流回路，应在第一级和电流处一点接地。电流互感器的备用二次绕组，应在开关场短接并一点接地。对于保护、安全自动装置、测量、计量等和电流回路，和电流之前的两个分支回路按各自电流互感器绕组独立标号，和电流之后还有串接设备的，其电流回路按边断路器的电流互感器绕组继续标号。3.2二次接线设计图合益变电站的二次接线图如图所示。图8二次接线图3.3本章小结本章对110kV合益变电站的二次设计进行了介绍。通过查阅资料了解各种保护的接线方式。最后进行二次接线设计，为仿真模型的建立和保护装置的整定计算做出铺垫。4变压器继电保护的整定计算4.1基本参数及短路电流的计算4.1.1基本参数（1）110KV侧：进线两回，从白家冲220kV变电站采用双回电缆线路至110kV合益变电站，路径长3.0km，其中双回架空线路2x1km，导线2xJL/G1A--240/30;电缆线路2x2km,电缆型号YJLW03-110/1x1200。白家冲变电站两台240MVA变压器；（2）主变压器T1、T2参数为：容量37.575MVA，额定电压110±2×2.5%/10.5KV；短路阻抗10.5%；（3）10KV侧：8回线，电缆线路8回共14.6km,电缆型号均为YJV2-3x400，最大负荷50.1MW，最小负荷45.7MW，负荷功率因数均按照cosФ=0.8考虑；（4）110KV后备保护按动作时间1S考虑；10KV线路保护后备保护动作时间按0.5S考虑。接线图如图所示。图9合益110kV变电站系统示意图4.1.2短路电流的计算（1）本设计采用标幺值计算短路电流。选基准容量： ， （4.1）高压侧基准电压为高压侧平均电压： （4.2）低压侧基准电压为低压侧平均电压： （4.3）查表得JL/G1A--240/30架空线路单位长度线路阻抗约为0.4Ω，电缆型号YJLW03-110/1x1200单位长度线路阻抗约为0.2Ω所以：高压侧基准电流为： （4.4）低压侧基准电流为： （4.5）变压器阻抗标幺值计算：查表得JL/G1A--240/30架空线路单位长度线路阻抗约为0.4Ω，电缆型号YJLW03-110/1x1200单位长度线路阻抗约为0.2Ω合益变电站进线1段与白家冲变电站连接导线长度3Km4.1.3最大方式下三相短路计算最大运行方式下，要求系统中阻抗值尽可能小，这样短路电流最大，为下一章选择和校验电气设备提供依据。因此，最大方式下，选择双台变压器并列运行，双电源进线，选取高低压侧母线发生三相短路（设S为变电站进线电源）图10最大运行方式下等效电路图（1）d1点发生三相短路时： （4.6） （4.7） （4.8） （4.9） （4.10）（2）d2点发生三相短路时： （4.11） （4.12） （4.13） （4.14） （4.15）表6最大运行方式下短路电流阻抗标幺值短路电流（KA）d1点0.02717.793d2点0.160532.62054.1.4最小方式下两相短路计算最小运行方式下，要求系统中阻抗值尽可能大，这样短路电流最小，为电力系统继电保护设计整定计算校验提供依据。为了保证供电可靠性，电源进线采用单回线，选择单台变压器分列运行，选取高低压侧母线发生两相短路，进行最小方式下短路计算（设S为变电站进线电源）。图11最小方式下等效电路图（1）d1点发生两相短路时： （4.16） （4.17） （4.18） （4.19） （4.20）（2）d2点发生两相短路时： （4.21） （4.22） （4.23） （4.24） （4.25）表7最小运行方式下短路电流阻抗标幺值短路电流（KA）d1点0.02715.409d2点0.30628.2484.2整定计算4.2.1瓦斯保护瓦斯保护是变压器的主要保护,能有效地反应变压器内部故障。轻瓦斯继电器由开口杯、干簧触点等组成,作用于信号。重瓦斯继电器由挡板、弹簧、干簧触点等组成,作用于跳闸。正常运行时,瓦斯继电器充满油,开口杯浸在油内,处于上浮位置,干簧触点断开。当变压器内部故障时,故障点局部发生过热,引起附近的变压器油膨胀,油内溶解的空气被逐出,形成气泡上升,同时油和其它材料在电弧和放电等的作用下电离而产生瓦斯。当故障轻微时,排出的瓦斯气体缓慢地上升而进入瓦斯继电器,使油面下降,开口杯产生的支点为轴逆时针方向的转动,使弹簧触点接通,发出信号当变压器内部故障严重时,产生强烈的瓦斯气体,使变压器内部压力突增,产生很大的油流向油枕方向冲击,因油流冲击档板,档板克服弹簧的阻力,带动磁铁向弹簧触点方向移动,使弹簧触点接通,作用于跳闸。4.2.2纵差动保护纵差动保护不但能够区分内外故障，而且不需要与其他元件的保护和配合，可以无延时的切除区内各种故障，具有独特的优点，因而被广泛的应用于变压器的主保护。规程中规定：对于6.3KVA及以上厂用工作变和并行运行的变压器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，对于高压侧电压为330KV及以上变压器，可装设双重的纵联差动保护。纵联差动保护应该符合下列要求：1.能躲过励磁涌流和外部短路产生的不平衡电流；2.在变压器过励磁时不误动作；3.差动保护范围应包括变压器套管及引出线，如不能包括引出线时，应采取快速切除故障的辅助措施计算变压器各侧的一次及二次电流值，并选择电流互感器的变比，如表所示。表8变压器和互感器各侧电流值名称：主变压器技术参数和计算数据额定电压（KV）：110KV10KV额定电流（A）：197.222169.39电流互感器一次电流：341.602169.39选用电流互感器变比：300/52000/5二次侧额定电流(A)：5.695.42电流互感器接线三角形星型选定10kv侧为基本侧。纵联差动保护的整定计算（1）躲开外部短路时的最大不平衡电流： （4.26）最大外部短路电流；可靠系数，取1.3电流互感器的同型系数； （4.27）（2）躲开电流互感器二次回路断线时变压器的最大负荷电流： （4.28）变压器基本侧的最大负荷电流，当无法确定时，可用基本侧的额定电流。 （4.29）(3)躲过变压器励磁涌流： （4.30）可靠系数，取1.3；--励磁涌流最大倍数，取4～8。在采用加强速饱和变流器差动保护取1。--基本侧的变压器额定电流。4.2.3变压器相间短路的后备保护1.过电流定值的整定经复压闭锁时，过电流保护按躲过负荷电流整定： （4.31）式中——可靠系数，本次设计取1.2；——返回系数，本次设计取1.0；——变压器高压侧额定电流的二次值；2.灵敏度校验灵敏度满足要求式中：——为后备保护中发生金属性两相短路时，流过保护最小短路电流的二次值；3.低电压定值的整定当低压继电器由变压器低压侧电压互感器供电时： （4.33）式中——可靠系数，本次设计取1.2；——返回系数，本次设计取1.05；——变压器正常运行可能出现的最低电压，一般额定取,其中额定线电压的二次值)；4.负序电压定值的整定负序电压继电器应躲过正常运行时的不平衡电压，可取，本此设计取： （4.34）式中式中：——为额定相电压二次值；4.2.4变压器高压侧单相接地（零序过流）保护 （4.35）式中：——为可靠系数，本次设计取1.1；——为变压器高压侧额定电流的二次值；动作时限为0.3-0.5s，本次设计取0.3s。4.2.5过负荷保护过负荷保护的动作电流，按躲开变压器额定电流整定，即 （4.37）式中——可靠系数，取1.05；——返回系数，取0.85.过负荷保护的整定时限，应比变压器后备保护的最大时限再增大一个t，一般取10s~15s。 （4.38）4.3本章小结本章对110kV合益变电站变压器继电保护的这种保护进行了整定计算，确定了方案的可行性，为下一章在MATLAB环境下建立保护装置的模型以及模拟各种短路和异常做好铺垫。5用MATLAB进行仿真5.1MATLAB简介及应用MATLAB是一套集数值计算，符号分析，图像显示，文字处理的大型集成软件之一。它最初是由美国的CleveMoler博士开发的。目的是为线性代数及其他课程的矩阵运算提供一种方便可行的实验手段。经过十多年的市场竞争和发展，Matlab已发展成为在各行各业中使用极为广泛的数学软件，例如自动控制，生物医学工程，信号分析和处理，语言处理，图像信号处理，雷达工程，统计分析，计算机技术，金融和数学。综上所述，MATLAB具有以下特点：易学，应用范围广，功能强，开放性强，网络资源丰富。由于MATLAB的强大功能，它可以使用户从繁重的计算工作中解放出来，专注于研究，设计和对基本理论的理解，因此，MATLAB已成为大学生，硕士生，博士生的热衷对象基本的数学软件。5.2Simulink简介及功能特点Simulink具有适应性广，结构和过程清晰，仿真精细，逼真度高，效率高，灵活性强等优点，基于上述优点，SIMULINK已广泛用于复杂的仿真和控制理论设计中，和数字信号处理。Simulink还提供或要求使用广泛的第三方软件和硬件。Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。Simulink是用于动态和嵌入式系统的多域仿真和基于模型的设计工具。Simulink提供了交互式图形环境和可定制模块的库，用于时变系统的设计，仿真，执行和测试，包括通信，控制，信号处理，视频处理和图像处理系统。基于Simulink的其他产品扩展了Simulink的多域建模功能，并提供了用于设计，执行，验证和验证任务的工具。Simulink与MATLAB紧密集成，可直接访问广泛的MATLAB工具，用于算法开发，仿真分析和可视化，批处理脚本创建，建模环境定制以及信号参数和测试数据定义。5.3各类保护的仿真5.3.1图12图13图14图155.3.2纵差动保护的仿真图16图17图18图19图20当故障发生在区内的时候，保护触发，断路器跳闸。图21图22当故障发生在区外的时候，保护不触发，断路器不跳闸。5.3.3过电流保护图23图24图25图265.3.4低电压启动的过电流保护图27图28图29图30图31图32图335.3.5复合电压启动的过电流保护复合电压