繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)報(bào)告（30）總成績(jī)修改（40）平時(shí)（30）專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 電氣091 姓 名： * 學(xué) 號(hào)： 200909004 指導(dǎo)教師： 高鋒陽(yáng) 蘭州交通大學(xué)自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院2012 年 7月 7日 1設(shè)計(jì)原始資料1.1題目一臺(tái)雙繞組降壓變壓器的容量為25MVA，電壓比為110±2×2.5%/27.5kV，采用Yn，d11接線；已知：27.5kV外部短路的最大短路電流為2400A、最小短路電流為2100 A ，110kV側(cè)電流互感器變比為300/5，27.5kV側(cè)電流互感器變比為800/5,可

2、靠系數(shù)Krel=1.3。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)計(jì)、配置、整定計(jì)算和校驗(yàn)。2 保護(hù)方案設(shè)計(jì)2.1 方案設(shè)計(jì)2.1.1主保護(hù)配置3 整定計(jì)算為了滿足電力系統(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)。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)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

3、、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。目前，瓦斯保護(hù)使用的瓦斯繼電器主要是開口杯式的，正常時(shí)，上、下開口杯都浸在油內(nèi)，由于開口杯側(cè)產(chǎn)生的力矩小于平衡錘產(chǎn)生的力矩，因此開口杯處于上升位置，磁力觸點(diǎn)斷開。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生輕微故障時(shí)，聚集在瓦斯繼電器內(nèi)上部的氣體使使油面下降，上開口杯側(cè)的力矩大于平衡錘所產(chǎn)生的力矩，因此上開口杯繞支點(diǎn)順時(shí)針偏轉(zhuǎn)，帶動(dòng)永久磁鐵使磁力觸點(diǎn)接通，發(fā)出輕瓦斯信號(hào)。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，在郵箱內(nèi)形成的油流沖擊進(jìn)油口擋板而帶動(dòng)下開口杯偏轉(zhuǎn)，永久磁體隨著偏轉(zhuǎn)，使磁力支點(diǎn)接通而引起變壓器各側(cè)斷路器跳閘。變壓器差動(dòng)保護(hù)主要用來保護(hù)變壓器內(nèi)部、套管以及引

4、出線上的相間短路,同時(shí)也可以保護(hù)單相層間短路和接地短路。電流縱差動(dòng)保護(hù)不但能區(qū)分保護(hù)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)，該保護(hù)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)躲開外部短路時(shí)的最大不平衡電流。2.1.2 后備保護(hù)配置變壓器的后備保護(hù)選擇過電流保護(hù)和低電壓?jiǎn)?dòng)的過電流保護(hù)。低電壓?jiǎn)?dòng)的過電流保護(hù)主要是為了保護(hù)外部短路引起的變壓器過電流，同時(shí)也可以作為變壓器差動(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負(fù)荷運(yùn)行

5、，對(duì)此配置過負(fù)荷保護(hù)。正常時(shí)，變壓器不過負(fù)荷，電流小于整定值，過負(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)過負(fù)荷保護(hù)。3.1 主保護(hù)的整定計(jì)算3.1.1 差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作電流計(jì)算值表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）11027.5額定電流（A）電流互感器接線Y電流互感器變比300/5800/5二次電流（A）(1) 躲過外部短路故障時(shí)的最大不平衡電流，整定計(jì)算式Iset=KrelIunb.max (3.1) Iunb.max=(fza +U+KnpKst)Ik.max (3.2)已知fza =0.134，U=0.05，Knp=0.1，Kst=1，帶入公式(3.2)得Iunb

6、.max =（0.134+0.05+0.1×1×1）×2400=681.6(A)Iset = Iset=KrelIunb.max =1.3×681.6=886.1A)(2) 躲過變壓器最大勵(lì)磁涌流，整定式Iset=Krel IN (3.3)已知Krel=1.3,=1，IN=525，帶入公式(3.3)得 Iset =1.3×1×525=682.5(A)(3) 按躲過電流互感器二次回路斷線計(jì)算，即 Iset=KrelIl.max (3.4)已知Krel=1.3，IN =525，帶入公式(3.4)得Iset =1.3×525 =6

7、82.5（A）按上面的三個(gè)條件計(jì)算縱差護(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Iset=886.1(A) (3.5)靈敏度校驗(yàn)Ksen=Ik.min/Iset (3.7)已知Ik.max=2400，Iset=1154.4，帶入公式(3.7)得Ksen=2100/886.1=2.37Ksen2滿足靈敏度要求。3.2 后備保護(hù)的整定計(jì)算3.2.1 變壓器過電流保護(hù)所以整定電流Iset=KssIL.max (3.8)已知Krel=1.2，Kre=0.85，Kss=1.5，IL.max=525，帶入公式(3.8)得 Iset=1111.8(A)靈敏度校驗(yàn)Ksen= (3.9)已知Ik.mi

8、n=7133，Iset=3712，帶入公式(3.9)得Ksen = =1.89Ksen>1.5滿足靈敏度要求。3.2.2低電壓?jiǎn)?dòng)的過電流保護(hù) 過電流保護(hù)按躲過可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流整定，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)的過電流保護(hù)。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) 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1 Iset=IN (3.10)已知Krel=1.2，Kre=0.85，In=1753，帶入公式(3.10)得Iset = =741.2(A)低電壓繼電器的

9、動(dòng)作電壓按以下條件整定，并取最小值。（1） 按躲過正常運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)的最低工作電壓整定，Uset= (3.12)已知UL.min=24.75，Krel=0.85，Kre=1.1，帶入公式(3.12)得Uset = =26.5(kv)(2)按躲過電動(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)算式為Uset=(0.50.6)UN (3.13)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 UN (3.14)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

10、線電壓會(huì)比較低。Uset=0.627.5 =16.5(kV)電流繼電器靈敏度的校驗(yàn)方法與不帶低壓?jiǎn)?dòng)的過電流保護(hù)相同。低電壓繼電器的靈敏系數(shù)按下式校驗(yàn) Ksen= (3.15)要求Ksen1.25，當(dāng)27.5kV側(cè)母線處短路時(shí)保護(hù)安裝處的殘壓等于零，顯然：Ksen=1.25滿足要求，可見用低電壓?jiǎn)?dòng)的過電流保護(hù)可作為后備保護(hù)。4 繼電保護(hù)設(shè)備選擇4.1 互感器的選擇在電力系統(tǒng)中，為了保證正常供電以及保護(hù)貴重設(shè)備的安全，都有一套由繼電器控制設(shè)備組成的繼電保護(hù)線路。當(dāng)電力系統(tǒng)中發(fā)生故障時(shí)，這些保護(hù)裝置就會(huì)動(dòng)作，切斷故障的線路，如果是偶然的故障，還能夠自動(dòng)合閘，保證正常供電。保護(hù)用電流互感器，就是將

11、線路上的電流變?yōu)橐欢ù笮〉碾娏?給繼電器等保護(hù)裝置供電。當(dāng)線路上發(fā)生短路或其它故障，使線路上電流劇增時(shí)，通過電流互感器供給繼電器等保護(hù)裝置的電流也劇增，使繼電保護(hù)裝置動(dòng)作，切斷故障線路。保護(hù)用電流互感器的準(zhǔn)確級(jí)用5P和10P表示，也相當(dāng)于其允許誤差為5%和10%。4.1.1 電壓器互感器的選擇首先根據(jù)儀表和繼電器接線要求選擇電壓互感器接線方式，并盡可能將負(fù)荷均勻分布在各相上，然后計(jì)算各相負(fù)荷大小，按照所接儀表的準(zhǔn)確級(jí)和容量選擇互感器的準(zhǔn)確級(jí)額定容量。所以本題中電壓互感器的型號(hào)為ZDZJ-3。4.1.2 電流互感器選擇原則35KV及以上配電裝置一般采用油侵瓷箱式式絕緣結(jié)構(gòu)的獨(dú)立電流互感器，常用L

12、CC7系列。電力變壓器中性點(diǎn)電流互感器的一次額定電流應(yīng)大于變壓器允許的不平衡電流的選擇，一般情況下，可以按照變壓器額定電流的1/3進(jìn)行選擇。關(guān)于準(zhǔn)確度，用于電度計(jì)量的電流互感器，準(zhǔn)確度不應(yīng)低于0.5級(jí)，用于電流電壓測(cè)量的準(zhǔn)確度不低于1級(jí)，非重要回路可采用3級(jí)，用于繼電保護(hù)的電流互感器，應(yīng)用D級(jí)B級(jí)，選型號(hào)為L(zhǎng)CWD2-35型電流互感器。4.2 繼電器的選擇本設(shè)計(jì)選用BCH-2型差動(dòng)繼電器，該差動(dòng)繼電器，作為兩繞組及三繞組電力變壓器，以及交流發(fā)電機(jī)的單相差動(dòng)。繼電器可以預(yù)防由非故障狀態(tài)的不穩(wěn)定的過渡電流而使保護(hù)非選擇性的動(dòng)作。該繼電器由執(zhí)行元件電磁式電流繼電器DL-11及中間速飽和交流器組成。繼

13、電器具有短路繞組，它構(gòu)成差動(dòng)繼電器的一些主要技術(shù)性能，速飽和變流器的所有繞組都是制成帶有抽頭的，這樣就可以對(duì)繼電器的參數(shù)進(jìn)行階梯性調(diào)整。當(dāng)用BCH-2型繼電器來保護(hù)電力變壓器時(shí)，平衡繞組的圈數(shù)根據(jù)這樣的條件來選擇，既當(dāng)發(fā)生穿越短路時(shí)，所有繞組的匝數(shù)應(yīng)相等。當(dāng)用繼電器保護(hù)兩繞組變壓器時(shí)動(dòng)作電流可以在更細(xì)致的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，因?yàn)檫@時(shí)可以利用兩個(gè)平衡繞組。變流器和執(zhí)行原件放在一個(gè)外殼內(nèi)，為了便于對(duì)執(zhí)行原件單獨(dú)的校驗(yàn)調(diào)整和實(shí)驗(yàn)變流器特性時(shí)的須要，執(zhí)行原件的線圈與變流器的二次繞組，平衡繞組與工作繞組是通過連接板相互連接的，因而可以調(diào)整試驗(yàn)時(shí)接通或斷開相應(yīng)的電路。5 保護(hù)評(píng)價(jià)及結(jié)論一旦變壓器內(nèi)部出現(xiàn)故障時(shí)，差動(dòng)保護(hù)與瓦斯保護(hù)能否正確反映出來，這與它們的設(shè)計(jì)原理是密切相關(guān)的。主變差動(dòng)保護(hù)是按循環(huán)電流原理設(shè)計(jì)制造的，而瓦斯保護(hù)是根據(jù)變壓器的內(nèi)部故障時(shí)會(huì)產(chǎn)生或分解氣體，針對(duì)這一點(diǎn)設(shè)計(jì)制造的。兩種保護(hù)由于基本原理不一樣，因而在作用和保護(hù)范圍上也有所不同。他們的區(qū)別為：差動(dòng)保護(hù)是變壓器的主保護(hù)，瓦斯保護(hù)為變壓器內(nèi)部故障時(shí)的主保護(hù)。另一個(gè)區(qū)別是差動(dòng)保護(hù)可裝在變壓器