電力變壓器繼電保護設計

1、 課程設計報告書 題目：電力變壓器繼電保護設計 院 （系） 電氣工程學院_ 專 業(yè) 電氣工程及其自動化_ 學生姓名 冉金周_ 學生學號 _ 指導教師 張祥軍 蔡琴_ 課程名稱 電力系統(tǒng)繼電保護課程設計 課程學分 2_ 起始日期 2017.6.12-2017.6.23_ 教師評語教師簽名：日期：成績評定備注課 程 設 計 任 務 書一、目的任務電力系統(tǒng)繼電保護課程設計是一個實踐教學環(huán)節(jié)，也是學生接受專業(yè)訓練的重要環(huán)節(jié)，是對學生的知識、能力和素質的一次培養(yǎng)訓練和檢驗。通過課程設計，使學生進一步鞏固所學理論知識，并利用所學知識解決設計中的一些基本問題，培養(yǎng)和提高學生設計、計算，識圖、繪圖，以及查閱、

2、使用有關技術資料的能力。本次課程設計主要以中型企業(yè)變電所主變壓器為對象，主要完成繼電保護概述、主變壓器繼電保護方案確定、短路電流計算、繼電保護裝置整定計算、各種繼電器選擇、繪圖等設計和計算任務。為以后深入學習相關專業(yè)課、進行畢業(yè)設計和從事實際工作奠定基礎。二、設計內容1、主要內容（1）熟悉設計任務書，相關設計規(guī)程，分析原始資料，借閱參考資料。（2）繼電保護概述，主變壓器繼電保護方案確定。（3）各繼電保護原理圖設計，短路電流計算。（4）繼電保護裝置整定計算。（5）各種繼電器選擇。（6）撰寫設計報告，繪圖等。序號實踐/實習/實驗項目名稱教學時數(shù)機動1熟悉設計任務書，相關設計規(guī)程，分析原始資料，借閱

3、參考資料等62繼電保護概述，主變壓器繼電保護方案確定等63各繼電保護原理圖設計，短路電流計算等84繼電保護裝置整定計算85各種繼電器選擇46撰寫設計報告，繪圖等87考核4合計44（2周）2、原始數(shù)據(jù)某變電所電氣主接線如圖1所示，已知兩臺變壓器均為三繞組、油浸式、強迫風冷、分級絕緣，其參數(shù)如下：SN=31.5MVA；電壓為110 42538.522511 kV；接線為YN/y/d11（Y0/y/-12-11）；短路電壓UHM（%）=10.5，UHL（%）=17，UML(%)=6。兩臺變壓器同時運行，110kV側的中性點只有一臺接地，若只有一臺運行，則運行變壓器中性點必須接地，其余參數(shù)如圖1。3、

4、設計任務結合系統(tǒng)主接線圖，要考慮兩條6.5km長的110kV高壓線路既可以并聯(lián)運行也可以單獨運行。針對某一主變壓器的繼電保護進行設計，即變壓器主保護按一臺變壓器單獨運行為保護的計算方式。變壓器的后備保護（定時限過電流電流）作為線路的遠后備保護。圖1 主接線圖注：學號尾號為1、2、3的同學，用圖中Skmax=1010MVA，Skmin=510 MVA進行計算；學號尾號為4、5、6的同學，用圖中Skmax=1100MVA，Skmin=520 MVA進行計算；學號尾號為7、8、9、0的同學，用圖中Skmax=1110MVA，Skmin=550 MVA進行計算。三、時間、地點安排14電氣工程1、2、3

5、班，分別在第15周、16、17周進行；教室由學院指定。設計、答疑及答辯考核地點：某教室另行通知。答辯考核時間在第二設計周最后一天進行。四、設計要求1、了解相關設計規(guī)程、規(guī)范。2、理解設計任務書，原始設計資料，繼電保護概述。3、掌握以下設計內容及方法：各繼電保護原理圖設計，系統(tǒng)短路電流計算；繼電保護裝置整定計算；各種繼電器選擇。最后撰寫設計報告，繪制工程圖，驗收考核。4、 有勤于思考、刻苦鉆研的學習精神和嚴肅認真、一絲不茍、精益求精的學習態(tài)度。對有抄襲他人設計圖紙（課程設計報告書）或找他人代畫設計圖紙、代做等行為的弄虛作假者一律按不及格記成績，并根據(jù)學校有關規(guī)定給予處理。5、 敢于創(chuàng)新，勇于實踐

6、，注意培養(yǎng)創(chuàng)新意識和工程意識。6、 扎實掌握課程的基本理論和基本知識，概念清楚，設計計算正確，(設備或裝置等)結構設計合理，實驗數(shù)據(jù)可靠，軟件程序運行良好，繪圖符合標準，課程設計報告書撰寫規(guī)范。7、在設計周內完成所規(guī)定的設計任務，提交課程設計報告書一份，圖紙一張（A3號，CAD繪制）。五、成績評定1、考核方式：考查2、成績評定：平時考核20%，答辯考核占40%，設計報告書占40%。采用優(yōu)秀、良好、中等、及格和不及格五個等級評定。六、參考文獻1.工廠供電設計指導，劉介才編，機械工業(yè)出版社出版，2014年。2電力系統(tǒng)繼電保護原理，朱雪凌主編，中國電力出版社出版，2009年。3電力系統(tǒng)繼電保護，張明

7、君、王延平、梅彥平主編，人民郵電出版社出版，2012年。4電力系統(tǒng)繼電保護，張保會、尹項根主編，中國電力出版社出版，2010年。5供電系統(tǒng)繼電保護，李晶、路文梅主編，中國電力出版社出版，2008年。6電力系統(tǒng)繼電保護，韓笑主編，機械工業(yè)出版社出版，2014年。7.電力系統(tǒng)繼電保護整定計算與應用實例，于立濤等，化學工業(yè)出版社。8.電力設備選型手冊（上、中、下），中國水利水電出版社。9.電氣工程電氣設計手冊電氣二次部分，中國水利水電出版社。摘要繼電保護是保障電力設備安全和防止及限制電力系統(tǒng)長時間大面積停電的最基本、最重要、最有效的技術手段。許多實例表明，繼電保護裝置一旦不能正確動作，就會擴大事故，

8、釀成嚴重后果。因此，加強繼電保護的設計和整定計算，是保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的重要工作。實現(xiàn)繼電保護功能的設備稱為繼電保護裝置。本次設計的任務主要包括了六大部分，分別為運行方式的選擇、電網(wǎng)各個元件參數(shù)及負荷電流計算、短路電流計算、繼電保護距離保護的整定計算和校驗、繼電保護零序電流保護的整定計算和校驗、對所選擇的保護裝置進行綜合評價。其中短路電流的計算和電氣設備的選擇是本設計的重點。通過分析，找到符合電網(wǎng)要求的繼電保護方案。繼電保護技術的不斷發(fā)展和安全穩(wěn)定運行，給國民經(jīng)濟和社會發(fā)展帶來了巨大動力和效益。但是，電力系統(tǒng)一旦發(fā)生自然或人為故障，如果不能及時有效控制，就會失去穩(wěn)定運行，使電網(wǎng)瓦解，并造成大

9、面積停電，給社會帶來災難性的后果。因此電網(wǎng)繼電保護和安全自動裝置應符合可靠性、安全性、靈敏性、速動性的要求。要結合具體條件和要求，本設計從裝置的選型、配置、整定、實驗等方面采取綜合措施，突出重點，統(tǒng)籌兼顧，妥善處理，以達到保證電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行的目的。在電力系統(tǒng)發(fā)生故障中，繼電保護裝置能夠及時地將故障部分從系統(tǒng)中切除，從而保證電力設備安全和限制故障波及范圍，最大限度地減少電力元件本身的損壞，降低對電力系統(tǒng)安全供電的影響，從而滿足電電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求，改善繼電保護裝置的性能，提高電力系統(tǒng)的安全水平。目錄引言1第一章 繼電保護概念21.1電力系統(tǒng)繼電保護的概述21.1.1電力系統(tǒng)繼電保護的基本概念

10、21.1.2電力系統(tǒng)繼電保護的基本任務21.2 對繼電保護裝置的要求21.2.1對繼電保護裝置的要求21.3 繼電保護的組成及基本原理 4 1.2.2繼電保護的組成 41.2.3繼電保護的基本原理 5第二章 變壓器繼電保護設置原則52.1變壓器的故障類型、不正常運行狀態(tài)52.1.1變壓器的故障類型52.1.2變壓器的不正常運行狀態(tài)62.2變壓器配置的保護62.2.1變壓器配置的保護62.2.2變壓器繼電保護設置原則6第三章 電力變壓器繼電保護短路計算83.1原始數(shù)據(jù)83.2設計任務83.3短路電流計算9第四章 繼電保護114.1主保護：114.1.1瓦斯保護（氣體保護）：114.1.2縱差保護

11、計算（主保護）：124.2后備保護:144.2.1定時限過電流保護：144.2.2零序過電流保護：154.2.3過負荷保護：16總結17參考文獻18引言繼電保護是保障電力設備安全和防止及限制電力系統(tǒng)長時間大面積停電的最基本、最重要、最有效的技術手段。許多實例表明，繼電保護裝置一旦不能正確動作，就會擴大事故，釀成嚴重后果。因此，加強繼電保護的設計和整定計算，是保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的重要工作。實現(xiàn)繼電保護功能的設備稱為繼電保護裝置。本次設計的任務主要包括了六大部分，分別為運行方式的選擇、電網(wǎng)各個元件參數(shù)及負荷電流計算、短路電流計算、繼電保護距離保護的整定計算和校驗、繼電保護零序電流保護的整定計算和

12、校驗、對所選擇的保護裝置進行綜合評價。其中短路電流的計算和電氣設備的選擇是本設計的重點。通過分析，找到符合電網(wǎng)要求的繼電保護方案。繼電保護技術的不斷發(fā)展和安全穩(wěn)定運行，給國民經(jīng)濟和社會發(fā)展帶來了巨大動力和效益。但是，電力系統(tǒng)一旦發(fā)生自然或人為故障，如果不能及時有效控制，就會失去穩(wěn)定運行，使電網(wǎng)瓦解，并造成大面積停電，給社會帶來災難性的后果。因此電網(wǎng)繼電保護和安全自動裝置應符合可靠性、安全性、靈敏性、速動性的要求。要結合具體條件和要求，本設計從裝置的選型、配置、整定、實驗等方面采取綜合措施，突出重點，統(tǒng)籌兼顧，妥善處理，以達到保證電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行的目的。在電力系統(tǒng)發(fā)生故障中，繼電保護裝置能夠及時

13、地將故障部分從系統(tǒng)中切除，從而保證電力設備安全和限制故障波及范圍，最大限度地減少電力元件本身的損壞，降低對電力系統(tǒng)安全供電的影響，從而滿足電電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求，改善繼電保護裝置的性能，提高電力系統(tǒng)的安全水平。第一章 繼電保護概念1.1電力系統(tǒng)繼電保護的概述1.1.1電力系統(tǒng)繼電保護的基本概念 研究電力系統(tǒng)故障和危及安全運行的異常工況，以探討其對策的反事故自動化措施。因在其發(fā)展過程中曾主要用有觸點的繼電器來保護電力系統(tǒng)及其元件（發(fā)電機、變壓器、輸電線路等），使之免遭損害，所以沿稱繼電保護。 1.1.2電力系統(tǒng)繼電保護的基本任務 當電力系統(tǒng)發(fā)生故障或異常工況時，在可能實現(xiàn)的最短時間和最小區(qū)域內自

14、動將故障設備從系統(tǒng)中切除，或發(fā)出信號由值班人員消除異常工況根源，以減輕或避免設備的損壞和對相鄰地區(qū)供電的影響。 1.2對繼電保護裝置的要求1.2.1對繼電保護裝置的要求繼電保護裝置為了完成它的任務，必須在技術上滿足選擇性、速動性、靈敏性和可靠性四個基本要求。對于作用于繼電器跳閘的繼電保護，應同時滿足四個基本要求，而對于作用于信號以及只反映不正常的運行情況的繼電保護裝置，這四個基本要求中有些要求可以降低。1.選擇性：選擇性是指當供電系統(tǒng)發(fā)生故障時，首先由故障設備或線路本身保護且出故障，當故障設備或線路的保護或斷路器拒動時，應由相鄰設備或線路的保護將故障切除。2.速動性：速動性是指繼電保護裝置應能

15、盡快地切除故障，以減少設備及用戶在大電流、低電壓運行的時間，降低設備的損壞程度，提高系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性，縮小故障波及范圍，提高自動重合閘和備用電源或備用設備自動投入的效果等。一般從裝置速動保護、充分發(fā)揮零序瞬時段保護及相間速斷保護的作用，減少繼電器固有動作時間和斷路器跳閘時間等方面入手來提高速動性。故障切除時間=保護裝置動作時間+斷路器動作時間不同電壓等級和不同結構的電網(wǎng)切除故障最小時間3.靈敏性：靈敏性是指電氣設備或線路在被保護范圍內發(fā)生短路故障或不正常運行情況時，保護裝置的反應能力。保護裝置的靈敏性是用靈敏系數(shù)來衡量。能滿足靈敏性要求的繼電保護，在規(guī)定的范圍內故障時，不論短路點的位置和短

16、路的類型如何，以及短路點是否有過渡電阻，都能正確反應動作，即要求不但在系統(tǒng)最大運行方式下三相短路時能可靠動作，而且在系統(tǒng)最小運行方式下經(jīng)過較大的過渡電阻兩相或單相短路故障時也能可靠動作。系統(tǒng)最大運行方式：被保護線路末端短路時，系統(tǒng)等效阻抗最小，通過保護裝置的短路電流為最大運行方式；系統(tǒng)最小運行方式：在同樣短路故障情況下，系統(tǒng)等效阻抗為最大，通過保護裝置的短路電流為最小的運行方式。4.可靠性：可靠性指在該保護裝置規(guī)定的保護范圍內發(fā)生了它應該動作的故障時，它不應該拒絕動作，而在任何其他該保護不應該動作的情況下，則不應該誤動作。可靠性主要指保護裝置本身的質量和運行維護水平而言，可以用拒動率和誤動率來

17、衡量。當兩者愈小，則保護的可靠性愈高。為保證可靠性，應采用由可靠的硬件和軟件構成的裝置，并應具有必要的自動監(jiān)測、閉鎖、報警等措施。以上四個基本要求是設計、配置和維護繼電保護的依據(jù)，又是分析評價繼電保護的基礎。這四個基本要求之間是相互聯(lián)系的，但往往又存在著矛盾。因此，在實際工作中，要根據(jù)電網(wǎng)的結構和用戶的性質，辯證地進行統(tǒng)一。1.3繼電保護的組成及基本原理1.3.1繼電保護的組成 繼電保護泛指繼電保護的技術和由各種繼電保護設備組成的保護系統(tǒng)。具體包括：繼電保護的設計、配置、整定、調試等技術；從獲取電量信息的互感器二次回路、經(jīng)過繼電保護裝置、至斷路器跳閘線圈的一整套設備。圖1.1 繼電保護的組成測

18、量部分：測量從被保護對象輸入的有關電氣量，適當處理后并與已給定的整定值進行比較，根據(jù)比較結果，給出邏輯信號。判斷保護裝置是否應該動作。邏輯部分：根據(jù)測量部分的輸出，使保護裝置按照一定的邏輯關系工作，最后確定是否應該使斷路器跳閘或發(fā)出信號。 1.3.2繼電保護的基本原理繼電保護裝置的作用是起到反事故的自動裝置的作用，必須正確地區(qū)分“正?！迸c“不正常”運行狀態(tài)、被保護元件的“外部故障”與“內部故障”，以實現(xiàn)繼電保護的功能。因此，通過檢測各種狀態(tài)下被保護元件所反映的各種物理量的變化并予以鑒別。依據(jù)反映的物理量的不同，保護裝置可以構成下述各種原理的保護。第二章 變壓器繼電保護設置原則 2.1變壓器的故

19、障類型、不正常運行狀態(tài)2.1.1變壓器的故障類型以故障點的位置對故障進行分類，變壓器的故障可分為油箱內的故障和油箱外的故障。1.油箱內的故障指的是變壓器油箱內各側繞組之間發(fā)生的相間短路、同相部分繞組中發(fā)生匝間短路以及大電流系統(tǒng)側的單相接地短路等。2.油箱外的故障指的是變壓器繞組引出端絕緣套管及引出短線上的故障，主要有各種相間短路和接地短路。2.1.2變壓器的不正常運行狀態(tài)變壓器不正常運行狀態(tài)主要有：外部相間短路引起的過電流，中性點直接接地電網(wǎng)中外部接地短路引起的過電流及中性點過電壓，負荷長時間超過額定容量引起的過負荷，油箱漏油造成的油面降低i，變壓器溫度升高后油箱壓力升高或冷卻系統(tǒng)故障等。對于

20、大容量變壓器，因其鐵芯額定工作磁通密度與飽和磁通密度比較接近，所以當系統(tǒng)電壓過高或系統(tǒng)頻率降低時，可能產(chǎn)生變壓器的過勵磁故障。2.2變壓器配置的保護2.2.1變壓器配置的保護1.短路故障的主保護：縱聯(lián)差動保護，重瓦斯保護，壓力釋放保護。其次，根據(jù)變壓器的容量，電壓等級及結構特點，可配置零差保護及分側差動保護。2.短路故障的后備保護：符合電壓啟動的過電流保護，零序過電流及零序方向過電流保護，負序過電流及負序方向過電流保護，符合電壓鎖閉功率方向保護，低阻抗保護等。3.異常運行保護：過負荷保護，過勵磁保護，變壓器中性點間隙保護，輕瓦斯保護，溫度，油位保護及冷卻器全停保護等。2.2.2變壓器繼電保護設

21、置原則1.氣體保護：對于0.8MVA及以上的油浸式變壓器和0.4MVA及以上的車間內油浸式變壓器，均應安裝氣體保護。當油箱內故障產(chǎn)生輕瓦斯或油面下降時，應延時動作于信號；當產(chǎn)生大量瓦斯氣體時，應動作斷開變壓器各側斷路器。2.電流速斷保護：對于6.3MVA及以上廠用工作變壓器和并列運行的變壓器，以及10MVA及以下廠用備用變壓器和單獨運行變壓器，當后備時限大于0.5s時應裝設電流速斷保護。3.縱差保護：對于6.3MVA及以上廠用工作變壓器和并列運行變壓器，以及10MVA及以上廠用備用變壓器和單獨運行的變壓器，應裝設縱聯(lián)差動保護（簡稱縱差保護）。4.零序電流保護：對于110KVA及以上中性點直接接

22、地電網(wǎng)中的變壓器，應在變壓器中性點接地上裝設反映接地故障的零序電流保護。對于只有部分變壓器中性點接地運行的變壓器，當變壓器為分級絕緣，零序電流保護動作時，應首先切除中性點不接地運行的變壓器，如果故障未消失再切除中性點接地的 變壓器，以防止中性點不接地運行的變壓器出現(xiàn)危險的過電壓。5. 過勵磁保護：對于高壓側電壓為500KV或容量再2400MVA及以上的變壓器，當頻率降低和電壓升高引起的變壓器工作磁密過高時，應裝設過勵磁保護。該保護由兩段構成，低定值動作于信號，高定值作用于斷路器跳閘。6.對變壓器溫度及油箱內壓力升高和冷卻故障應按電力變壓器標準要求，裝設作用于信號或動作于跳閘的保護裝置。第三章

23、電力變壓器繼電保護短路計 3.3短路電流計算1.等值電路：取=100MVA,=115KV,=10.5KV ，（1）計算電源系統(tǒng)基準電抗的標幺值：，（2）計算短路各側阻抗標幺值：（3） 計算線路的基準電抗標幺值： 2.短路電流計算：（1）求K3點短路電流：（2）求K4點短路電流：（3）求K2點短路電流：（4）求K1點短路電流：3.短路計算電流列表：表1：短路電流計算數(shù)值列表短路電流計算數(shù)值列表短路電流（A）/短路點K1點K2點K3點K4點三相短路最大值55784183121412091三相短路最小值27582368100922021兩相短路最小值2388205187401750第四章 繼電保護4

24、.1主保護：4.1.1 瓦斯保護（氣體保護）：瓦斯保護是變壓器油箱內部故障和油面降低的主保護。其中重瓦斯保護動作于跳閘，輕瓦斯保護動作于信號。作為油箱內各種故障保護，其靈敏度高，結構簡單，動作迅速。對于0.8MVA及以上的油浸式變壓器和0.4MVA及以上的車間內油浸式變壓器，應裝設瓦斯保護。4.1.2 縱差保護計算（主保護）：（1）、計算變壓器一次側、二次側額定電流，選出電流互感器變比，就算電流互感器二次連接臂中的電流，計算結果如下表所示：表2： 變壓器各側有關計算數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)名稱各側數(shù)據(jù)110KV11KV變壓器額定電流ITN.Y=STN3UN=1100=165.3ITN.Y=11=1653電流互

25、感器接線方式Y電流互感器計算值KTA.d=3ITN.Y5=3165.35=2865KTA.d=ITN.d5=20005選擇電流互感器標準變比300520005電流互感器二次回路額定電流（A）I1=3ITN.YKTA.d=3165.360=4.77I1=ITN.dKTA.y=4.13從上表中可以看出，I2I1，故取110kv側作為基本側，平衡繞組Wb1接基本側，平衡繞組Wb2接10KV側。（2） 、計算差動保護基本側動作電流，保護裝置一次側動作電流按下列條件選取。1) 躲過外部短路時最大不平衡電流：Iop=KrelKstKerr+U+fsIL.max2fs=1-nTnTA13nTA2=0.05

26、2） 躲過勵磁涌流條件： Iop=KrelITN.d=1.31653.32=2149.32A3) 躲過二次回路斷線不應動作條件：Iop=KrelIL.MAX=1.31653.32=2149.32A選取條件中最大值作為基本側差動保護裝置一次動作電流，求得差動繼電器基本側的動作電流為：(3)、確定BCH-2型差動繼電器的各繞組匝數(shù)，該繼電器在保持Wk”/Wk=2時，其動作匝數(shù)為：取為8匝。選取差動繞組整定匝數(shù)Wd.est=7匝，平衡繞組1整定匝數(shù)Wb1.est=1匝，故：Wop.set=Wd.set+Wb1.set=8（匝）平衡繞組2的計算匝數(shù)為：Wb2=I1I2Wop.set-Wd.set=4.

27、774.138-7=2.24(匝)取平衡繞組2的整定匝數(shù)Wb2.set=2匝，則:確定短路繞組，選取C1-C2插孔擰入螺釘，接通短路繞組。（4） 、靈敏系數(shù)校驗。折算到110kv側的10kv側最小運行方式三相短路電流為：流入繼電器的二相短路電流為：110kv側BCH-2型差動繼電器的動作電流為：差動保護裝置最小靈敏系數(shù)為：故符合要求。4.2后備保護:4.2.1定時限過電流保護：SN=3UNININ=SN3UN=31.5MVA110KV3=165.3(A)令IL.MAX=IN，則：IL.MAX=KSSIL.MAX=2165.3=330.66（A）Iset=KrelKreIL.MAX=1.30.8

28、5330.66=505.71（A）歸算至互感器二次側：Iset r=31KTAIset=3160505.71=14.6（A）靈敏度校驗（遠后備保護）：4.2.2零序過電流保護：以短路點K3位計算的點：最大正（負）序阻抗：X(1)=XS2.MAX+XL1(2)+XT1(2)X1=24.04+4+44.1=72.14最小零序阻抗：X(0)=XS0.min+XL1(0)+XT1(0)X1=72.12+4+44.1=120.22兩相零序接地電流：IK(0)(1.1)=EX1+X2X0X2+X0X2X2+X0IK(0)(1.1)=115KV/372.12+72.12120.2272.12+120.2272.1272.12+120.22=212.58(A)3IK(0)(1.1)=637.74(A)單相接地短路電流：IK(0