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1、 自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì) 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)題目：變壓器的保護(hù)設(shè)計(jì)班級(jí)：電氣084班姓名：王娟樂(lè) 學(xué)號(hào)：200809337 指導(dǎo)教師：李紅 設(shè)計(jì)時(shí)間：2012年3月2日 評(píng)語(yǔ)：成績(jī)1設(shè)計(jì)原始資料：1.1具體題目一臺(tái)雙繞組降壓變壓器的容量為15MVA，電壓比為3522.5%/6.6kV，Y，d11接線；采用BCH-2型繼電器。求差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流。已知：6.6kV外部短路的最大三相短路電流為9420A；35kV側(cè)電流互感器變比為600/5，35kV側(cè)電流互感器變比為1500/5；可靠系數(shù)。試對(duì)變壓器進(jìn)行相關(guān)保護(hù)的設(shè)計(jì)。1.2要完成的內(nèi)容對(duì)變壓器進(jìn)行主保護(hù)和后備保護(hù)的設(shè)

2、計(jì)、配置、整定計(jì)算和校驗(yàn)。2分析要設(shè)計(jì)的課題內(nèi)容（保護(hù)方式的確定）2.1設(shè)計(jì)規(guī)程根據(jù)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范的規(guī)定，針對(duì)變壓器的各種故障、不正常工作狀態(tài)和變壓器容量，應(yīng)裝設(shè)相應(yīng)的保護(hù)裝置。（1） 對(duì)800kVA以上的油浸式變壓器：應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)作為變壓器內(nèi)部故障的保護(hù)。發(fā)生輕瓦斯、油面異常降低時(shí)發(fā)信號(hào)，發(fā)生重瓦斯時(shí)使各側(cè)斷路器瞬時(shí)跳閘。（2） 對(duì)于變壓器的引出線、套管和內(nèi)部故障：并聯(lián)運(yùn)行、容量為6300kVA及以上，單臺(tái)運(yùn)行、容量為10000kVA及以上的變壓器，應(yīng)裝設(shè)縱差動(dòng)保護(hù)。并聯(lián)運(yùn)行、容量為6300kVA以下，單臺(tái)運(yùn)行、容量為10000以下的變壓器，應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護(hù)。2000kVA及以上的變壓器，

3、如果電流速斷保護(hù)的靈敏度不能滿足要求，應(yīng)裝設(shè)縱差動(dòng)保護(hù)。（3） 對(duì)于由外部相間短路引起的變壓器過(guò)電流，應(yīng)裝設(shè)過(guò)電流保護(hù)。如果靈敏度不能滿足要求，可以裝設(shè)低電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)。（4） 對(duì)于一向接地故障，應(yīng)裝設(shè)零序電流保護(hù)。（5） 對(duì)于400kVA及以上的變壓器，應(yīng)根據(jù)其過(guò)負(fù)荷的能力，裝設(shè)過(guò)負(fù)荷保護(hù)。（6） 對(duì)于過(guò)熱，應(yīng)裝設(shè)溫度信號(hào)保護(hù)。2.2本設(shè)計(jì)的保護(hù)配置2.2.1主保護(hù)配置為了滿足電力系統(tǒng)穩(wěn)定性方面的要求，當(dāng)變壓器發(fā)生故障時(shí)，要求保護(hù)裝置快速切除故障。通常變壓器的瓦斯保護(hù)和縱差動(dòng)保護(hù)構(gòu)成雙重化快速保護(hù)。（1） 瓦斯保護(hù)變電所的主變壓器和動(dòng)力變壓器，都是用變壓器油作為絕緣和散熱的。當(dāng)變壓器內(nèi)

4、部故障時(shí)，由于短路電流和電弧的作用，故障點(diǎn)附近的絕緣物和變壓器油分解而產(chǎn)生氣體，同時(shí)由于氣體的上升和壓力的增大會(huì)引起油流的變化。利用這個(gè)特點(diǎn)構(gòu)成的保護(hù)，叫做瓦斯保護(hù)。瓦斯保護(hù)主要由瓦斯繼電器、信號(hào)繼電器、保護(hù)出口繼電器等構(gòu)成，瓦斯繼電器裝在變壓器油箱和油枕的連接管上。瓦斯繼電器的上觸點(diǎn)為輕瓦斯保護(hù)，由上開(kāi)口杯控制，整定值為當(dāng)瓦斯繼電器內(nèi)上部積聚2503003氣體時(shí)動(dòng)作，動(dòng)作后發(fā)信號(hào)。下觸點(diǎn)為重瓦斯保護(hù)，由下開(kāi)口杯控制，整定值為當(dāng)油流速度達(dá)到0.61.0 m/s時(shí)動(dòng)作，動(dòng)作值后一方面發(fā)信號(hào)，另一方面啟動(dòng)出口繼電器，使其觸點(diǎn)閉合，并通過(guò)繼電器本身的電流線圈自保持，一直到變壓器各側(cè)的斷路器跳閘完成為

5、止。（2） 縱差動(dòng)保護(hù)電流縱差動(dòng)保護(hù)不但能區(qū)分區(qū)內(nèi)外故障，而且不需要與其他元件的保護(hù)配合，可以無(wú)延時(shí)的切除區(qū)內(nèi)各種故障，具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)中變壓器主保護(hù)主要選電流縱差動(dòng)保護(hù)，差動(dòng)保護(hù)是變壓器內(nèi)部、套管及引出線上發(fā)生相間短路的主保護(hù)，同時(shí)也可以保護(hù)單相層間短路和接地短路，不需與其他保護(hù)配合，可無(wú)延時(shí)的切斷內(nèi)部短路，動(dòng)作于變壓器高低壓兩側(cè)斷路器跳閘。為了保證動(dòng)作的選擇性，差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作電流應(yīng)躲開(kāi)外部短路電流時(shí)的最大不平衡電流。2.2.2后備保護(hù)配置變壓器的后備保護(hù)選擇過(guò)電流保護(hù)和低電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)以及過(guò)負(fù)荷保護(hù)。低電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)主要是為了保護(hù)外部短路引起的變壓器過(guò)電流，同時(shí)也可以作為變

6、壓器差動(dòng)保護(hù)以及饋線保護(hù)的后備保護(hù)。變壓器的不正常工作包括過(guò)負(fù)荷運(yùn)行，對(duì)此配置過(guò)負(fù)荷保護(hù)。正常時(shí)，變壓器不過(guò)負(fù)荷，電流小于整定值，過(guò)負(fù)荷保護(hù)不動(dòng)作。當(dāng)三相負(fù)荷對(duì)稱時(shí)，可僅在一相裝設(shè)過(guò)負(fù)荷保護(hù)。3保護(hù)的配合及整定計(jì)算3.1主保護(hù)的整定計(jì)算3.1.1差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流（1） 計(jì)算變壓器各側(cè)的一次及二次電流值（在額定容量下）并選擇電流互感器的變比可按表1計(jì)算。由于6.6kV側(cè)二次電流大，因此以6.6kV側(cè)為基本側(cè)。表1 變壓器各側(cè)一、二次電流名稱各側(cè)數(shù)值額定電壓（kV）356.6額定電流（kA）電流互感器接線Y電流互感器變比600/51500/5二次電流（A）（2） 計(jì)算差動(dòng)保護(hù)一次動(dòng)作電流按6.6

7、kV側(cè)（基本側(cè)）計(jì)算。（1） 按躲過(guò)變壓器空投和當(dāng)外部故障切除后電壓恢復(fù)時(shí)，變壓器的勵(lì)磁涌流計(jì)算為 (3.1) =1.31315=1700(A)（2） 按躲過(guò)外部短路時(shí)的最大不平衡電流計(jì)算，變壓器6.6kV側(cè)母線故障，在系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下的最大三相短路電流為 (6.6kV級(jí)) (3.2) (3.3) =1.3(10.1+0.05+0.05)9389=2441(A)上式中的f按0.05計(jì)算。（3） 按躲過(guò)電流互感器二次回路斷線計(jì)算，即 (3.4) =1.31315=1709（A） (3.5)按上面的三個(gè)條件計(jì)算縱差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流，并選取最大者，比較可知：選一次動(dòng)作電流 (3.6)(3) 確定繼

8、電器基本側(cè)線圈匝數(shù)及各線圈接法對(duì)于雙繞組變壓器，平衡線圈、分別接入6.6kV及35kV側(cè)。計(jì)算基本側(cè)繼電器動(dòng)作電流為 (3.7) =24411/300=8.13(A)基本側(cè)繼電器線圈匝數(shù)為 (3.8)選取。確定基本側(cè)線圈之接入匝數(shù)為 (3.9)即平衡線圈取1匝，差動(dòng)線圈取6匝。（4） 非基本側(cè)工作線圈匝數(shù)和平衡線圈匝數(shù)計(jì)算對(duì)于雙繞組變壓器 (3.10)確定平衡線圈實(shí)用匝數(shù)為 (3.11)（5） 計(jì)算由于實(shí)用匝數(shù)與計(jì)算匝數(shù)不等引起的相對(duì)誤差其相對(duì)誤差計(jì)算為 (3.12)因，故不需核算動(dòng)作電流定植。(6) 選取短路線圈匝數(shù)對(duì)于一般變壓器差動(dòng)保護(hù)，可選用較多的短路線圈匝數(shù)，故取“C-C”抽頭。3.1

9、.2靈敏度校驗(yàn)計(jì)算最小運(yùn)行方式下6.6kV側(cè)兩相短路的最小短路電流為 (3.13) 折算至35kV側(cè)時(shí) (3.14)二次側(cè)電流為 (3.15) 35kV側(cè)的保護(hù)動(dòng)作電流為 (3.16) 則 (3.17) 滿足靈敏度要求。3.2后備保護(hù)的整定計(jì)算3.2.1過(guò)電流保護(hù)Krel可靠系數(shù)，取1.3；Kre返回系數(shù)，取0.850.95；IL.-max變壓器可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流，取變壓器額定電流IN=1315 ( A)；Kss綜合負(fù)荷的自啟動(dòng)系數(shù)，取Kss =1.5 。所以整定電流 (3.18) 靈敏度校驗(yàn)： (3.19) 滿足要求。3.2.2 低電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)過(guò)電流保護(hù)按躲過(guò)可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電

10、流整定，啟動(dòng)電流比較大，對(duì)于升壓變壓器或容量較大的降壓變壓器，靈敏度往往不能滿足要求。為此可以采用低電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)。電流繼電器的整定：Krel可靠系數(shù)，取1.11.2；Kre低電壓繼電器的返回系數(shù)，取1.151.25。采用低電壓繼電器后，電流繼電器的整定值就可以不再考慮并聯(lián)運(yùn)行變壓器切除或電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)時(shí)可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷，而是按大于變壓器的額定電流整定，即 (3.20) 則有 (3.21) 低電壓繼電器的動(dòng)作電壓按以下條件整定，并取最小值。（1） 按躲過(guò)正常運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)的最低工作電壓整定， (3.22)（2）按躲過(guò)電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)時(shí)的電壓整定：當(dāng)?shù)蛪豪^電器由變壓器低壓側(cè) 互感器供電時(shí)，計(jì)算

11、式為 (3.23)當(dāng)?shù)蛪豪^電器由變壓器高壓側(cè)互感器供電時(shí)，計(jì)算式為 (3.24) 對(duì)于降壓變壓器，負(fù)荷在低壓側(cè)，電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)時(shí)高壓側(cè)電壓比低壓側(cè)高了一個(gè)變壓器壓降（標(biāo)幺值）。所以高壓側(cè)取值比較高，但仍按式(3.21)整定，原因是發(fā)電機(jī)在失磁運(yùn)行時(shí)低壓母線電壓會(huì)比較低。 Uset=0.66.6=3.96(kV) Uset=3.96 (kV) (3.25)電流繼電器靈敏度的校驗(yàn)方法與不帶低壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)相同。低電壓繼電器的靈敏系數(shù)按下式校驗(yàn) (3.26)Uk.min靈敏度校驗(yàn)點(diǎn)發(fā)生三相金屬性短路時(shí)，保護(hù)安裝處感受到的最大殘壓。要求Ksen1.25，當(dāng)27.5kV側(cè)母線處短路時(shí)保護(hù)安裝處的殘壓等

12、于零，顯然： (3.27)滿足要求，可見(jiàn)用低電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)可作為后備保護(hù)。3.2.3 輔助保護(hù)輔助保護(hù)可以采用過(guò)負(fù)荷保護(hù)。變壓器長(zhǎng)期過(guò)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，繞組會(huì)因發(fā)熱而引起損傷。對(duì)400KVA以上的變壓器，當(dāng)單獨(dú)運(yùn)行并作為其他負(fù)荷的備用電源時(shí)，應(yīng)根據(jù)可能過(guò)負(fù)荷的情況，裝設(shè)過(guò)負(fù)荷保護(hù)。過(guò)負(fù)荷保護(hù)接于一相電流上，并延時(shí)作用與信號(hào)。對(duì)于經(jīng)常無(wú)值班人員的變電所，必要時(shí)過(guò)負(fù)荷保護(hù)可動(dòng)作于自動(dòng)減負(fù)荷或跳閘。對(duì)多繞組變壓器，過(guò)負(fù)荷保護(hù)應(yīng)能反應(yīng)公共繞組和各側(cè)過(guò)負(fù)荷的情況。4二次展開(kāi)原理圖的繪制4.1保護(hù)測(cè)量電路圖1瓦斯保護(hù)原理圖 圖2電流縱差動(dòng)保護(hù)原理圖4.2保護(hù)跳閘電路圖3低電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)原理圖5結(jié)論5

13、.1 對(duì)主保護(hù)的評(píng)價(jià)電流縱差動(dòng)保護(hù)不但能正確區(qū)分區(qū)內(nèi)外故障，而且不需要與其它元件的保護(hù)配合，可以無(wú)延時(shí)的切除區(qū)內(nèi)各種故障，具有明顯的獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。其靈敏度高 選擇性好，在變壓器保護(hù)上運(yùn)用較為、成功。 但是變壓器縱差保護(hù)一直存在勵(lì)磁涌流。難以鑒定的問(wèn)題，雖然已經(jīng)有幾種較為有效的閉鎖方案，又因?yàn)槌邏狠旊娋€路長(zhǎng)度的增加、靜止無(wú)功補(bǔ)償容量的增大以及變壓器硅鋼片工藝的改進(jìn) 磁化特性的改善等因素，變壓器縱差、保護(hù)的固有原理性矛盾更加突出。5.2 對(duì)后備保護(hù)的評(píng)價(jià)后備保護(hù)可以防止由外部故障引起的的變壓器繞組過(guò)電流，并作為相鄰元件（母線或線路）保護(hù)的后備以及在可能的條件下變壓器內(nèi)部故障時(shí)主保護(hù)的后備，他與變壓

14、器的主保護(hù)一起構(gòu)成變壓器的完整保護(hù)。過(guò)電流保護(hù)按躲過(guò)可能出現(xiàn)最大負(fù)荷電流來(lái)整定，啟動(dòng)電流比較大，對(duì)于升壓變壓器或容量較大的降壓變 壓器靈敏度往往不能滿足要求。采用低電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)可以提高靈敏度。但是低電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)中有可能由于電壓互感器回路發(fā)生斷線，低壓繼電器將會(huì)誤動(dòng)作，因此在實(shí)際裝置中還要配置電壓回路斷線閉鎖功能。參考文獻(xiàn)1 張保會(huì)，電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理M. 北京：中國(guó)電力出版社，20052 吳必信，電力系統(tǒng)繼電保護(hù)M. 北京：中國(guó)電力出版社，19983 許建安，繼電保護(hù)整定計(jì)算M. 北京：中國(guó)水利水電出版社，20004 王瑞敏，電力系統(tǒng)繼電保護(hù)M. 北京：科學(xué)技術(shù)出版社，19945 王維儉，電力系統(tǒng)繼電保護(hù)基本原理M . 北京：清華大學(xué)出版社，19926 熊炳耀，電力系統(tǒng)繼電保護(hù)與安全自動(dòng)裝置整定計(jì)算 M . 北京：中國(guó)電力出版社，199310