變電所主變壓器繼電保護(hù)2012最新

1、內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文）完美設(shè)計(jì)變電所主變壓器繼電保護(hù)摘要： 變壓器是電力系統(tǒng)的重要組成部分。它的正常與否直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。本次設(shè)計(jì)是變壓器繼電保護(hù)的初步設(shè)計(jì)。根據(jù)短路計(jì)算的結(jié)果，選擇了短路器，隔離開關(guān)，母線電氣設(shè)備。為了保護(hù)變壓器內(nèi)部和引出線套管的故障，選擇了縱聯(lián)差動保護(hù)作為變壓器的主保護(hù)。影響差動保護(hù)可靠性是電路中由于各種原因產(chǎn)生的不平衡電流。通過計(jì)算，選擇躲過外部短路時產(chǎn)生的最大不平衡電流作為縱聯(lián)差動保護(hù)的動作電流。本設(shè)計(jì)還選擇了瓦斯保護(hù)作為變壓器油箱內(nèi)發(fā)生故障時的主保護(hù)。定時限過電流保護(hù)作為變壓器縱聯(lián)差動保護(hù)的后備保護(hù)。本設(shè)計(jì)要保護(hù)的變壓器是處在中性點(diǎn)

2、直接接地的電力系統(tǒng)中，所以采用零序過電流作為變壓器接地的后備保護(hù)。在本次設(shè)計(jì)中，我還選擇了過負(fù)荷保護(hù)作為變壓器的后備保護(hù)并對以上保護(hù)進(jìn)行了整定。關(guān)鍵詞：變壓器差動保護(hù)瓦斯保護(hù)勵磁涌流the relay of main transformer in substation hujianbin college: information engineering college class: electric 04-2 no.:200440509208 abstract: transformer is an important part of power system. its normal or no

3、t directly related to the power system of security and economic operations. the design is the preliminary design of transformer relay. according to short-circuit calculation, we are choice of short-circuit, isolating switch, bus and other electrical equipment. in order to protect the internal transf

4、ormer and draws out line drive pipe casing failures and chose a pilot differential protection as the main transformer protection. the influence differential motion protection reliability is in an electric circuit, because each kind of reason produces circulating current. through the computation, the

5、 choices of external short-circuit the largest imbalance in the current longitudinal differential protection as the current action. this design also chosen to protect the gas tank as a transformer in the failure of the main protection. a time limit for the current protection as a transformer longitu

6、dinal differential protection of the back-up protection. the design is to protect the transformer in the neutral ground directly in the power system, so a zero-sequence over current transformer grounding as a back-up protection. in this design, i have also chosen to overload protection as a reserve

7、to protect the transformer and have carried on the installation to the above protection keywords: transformer differential protection gas protection inrush current 正文 : 1.1 短路電流計(jì)算相關(guān)參數(shù)的計(jì)算原則（1）選擇并標(biāo)記設(shè)計(jì)中的短路點(diǎn)（2）畫等值電路圖內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文）（3）求計(jì)算電抗xjs （4）由汽輪發(fā)電機(jī)的運(yùn)算曲線查出各電源的短路電流周期分量的標(biāo)幺值（5）計(jì)算無限大系統(tǒng)的電源供給的短路電流的周期分

8、量（6）計(jì)算短路電流周期分量的有名值（7）計(jì)算短路電流的沖擊值（8）繪制短路電流計(jì)算結(jié)果表1.2 近似計(jì)算的標(biāo)幺值的計(jì)算公式變壓器的標(biāo)幺值計(jì)算公式xt*= %bsknu100s式中uk%-阻抗電壓的百分值sn-額定容量sb-基準(zhǔn)容量線路參數(shù)的計(jì)算xl=xol xl*=lxbx=x0lbs2bu式中x0為沒千米的阻抗，本設(shè)計(jì)中取0.4 1.3 相關(guān)參數(shù)的計(jì)算短路電流的計(jì)算利用標(biāo)幺值來計(jì)算，選擇基準(zhǔn)容量為sb =100mva,各電壓等級的平均值取為基準(zhǔn)電壓值【8】，即有：ub（10）=10.5kv ub（110）=115kv 根據(jù)電力系統(tǒng)規(guī)劃中確定的系統(tǒng)接線圖，求出各元件的阻抗值，為了計(jì)算方便，一

9、般均計(jì)算成標(biāo)幺值，通常選取基準(zhǔn)容量sb=100mva基準(zhǔn)電壓一般取各級的額定平均電壓計(jì)算基本關(guān)系如下【4】：sb=3ubib ib=3bbsuzb=3bbuiub=uav 式中：sb基準(zhǔn)容量（mva ）ub基準(zhǔn)電壓（kv ）uav電網(wǎng)各級平均額定電壓（kv）ib基準(zhǔn)電流（ka ）zb基準(zhǔn)阻抗1.4.1 原始資料發(fā) 電 機(jī) 為 容 量 為100mva， xd =0.183,額 定 電 壓 為10.5kv， 變 壓 器t1 ， t2為sf7-12500/110，us%=10.5，變壓器 t3 ，t4 型號為 sfp7-50000/110，us%=10.5，110kv側(cè)的進(jìn)線長度為10km 。145

10、 基準(zhǔn)值的選擇和近似計(jì)算內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文）選取基準(zhǔn)容量sb=100mva，則 ub1=10.5kv，ib1=513bbsu=.5ka，zb1=2 ub2=115kv，ib2=0.5ka。則各元件的標(biāo)幺值如下：xt1*=xt2*=%100sbnuss=0.105100120=0.087 xl*=xl0*l*22bbsu=0.4 10 2100115=0.03 當(dāng) k1 點(diǎn)短路時xjs=xd+xt1*+xl*=0.183+0.03+0.087 =0.301 查汽輪發(fā)電機(jī)的運(yùn)算曲線得t=0s時i*=3.6 短路電流ig0=3.6 ib1=19.8ka t=1s i*=2.4 短

11、路電流ig1=2.4ib1=13.2ka 無限大系統(tǒng)送到短路點(diǎn)的電流為i=1100.4*10=27.5ka 所以總的短路電流在最大運(yùn)行方式下為ik0=i+2ig0=27.5+2 ig0=67.1ka ik1=i+2ig1=27.5+213.2=53.6ka 在最小方式下短路電流為：ik0=i+ig0=27.5+19.8=47.3ka ik1=40.7ka 當(dāng) k2 點(diǎn)發(fā)生短路時xis=xd+xt1*+xl*+xt3*=0.183+0.087+0.03+0.21 =0.510 查汽輪機(jī)的運(yùn)算曲線得t=0s時 i*=2.1 短路電流 .ig3=2.1 5.5=11.5ka t=1s時 i*=1.7

12、 短路電流為ig4=9.35ka 變壓器 t3、t4 的電抗實(shí)際值為：xt3=xt4=2 0.21=0.42 所以無限大系統(tǒng)送到短路處的電流為內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文）i=1100.4*100.42=22.72ka 在 t=0s時總的短路電流為ik2o=i+2ig3 =22.72+211.5 =45.7ka 在 t=1s時總的短路電流為：ik21=22.7+29.35=41.42ka 1.6 正常運(yùn)行的電流由于正常運(yùn)行時負(fù)荷為主變壓器容量的80% ，最大負(fù)荷為變壓器容量的1.2 倍所以：主變壓器10kv側(cè)的正常負(fù)荷電流為i2=*80%3nnsu=50*80%3 *10=2.309

13、ka 主變壓器110kv側(cè)的電流為i1=10110i2 =210a 10kv側(cè)的最大負(fù)荷電流為imax2=*120%3 *10sn=3.46ka 110kv側(cè)的最大負(fù)荷電流imax1=0.315ka 2.1 變壓器縱差保護(hù)基本原理縱差保護(hù)在發(fā)電機(jī)上的應(yīng)用比較簡單，但是作為變壓器內(nèi)部故障的主保護(hù)，縱差保護(hù)將有許多特點(diǎn)和困難。變壓器具有兩個或更多個電壓等級，構(gòu)成縱差保護(hù)所用電流互感器的額定參數(shù)各不相同，由此產(chǎn)生的縱差保護(hù)不平衡電流將比發(fā)電機(jī)的大得多，縱差保護(hù)是利用比較被保護(hù)元件各端電流的幅值和相位的原理構(gòu)成的，根據(jù)kcl 基本定理，即：當(dāng)被保護(hù)設(shè)備無故障時恒有：.10niii，即各流入電流之和必等

14、于各流出電流之和。當(dāng)被保護(hù)設(shè)備內(nèi)部本身發(fā)生故障時，短路點(diǎn)成為一個新的端子，此時.10niii，但是實(shí)際上在外部發(fā)生短路時還存在一個不平衡電流，所以縱差保護(hù)的動作判據(jù)應(yīng)改寫為：.1niii=id iunb.max式中 id差動回路的差動電流iunb.max縱差保護(hù)的最大不平衡電流內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文）以雙繞組變壓器為例說明縱差保護(hù)原理。由于變壓器高壓側(cè)和低壓側(cè)的額定電流不同，因此為了保證縱差保護(hù)的正確工作，就必須適當(dāng)選擇兩側(cè)電流互感器的變比，使得在正常運(yùn)行和外部故障時兩個二次電流相等。例如在圖中應(yīng)使：i1 = i2或12tatann=12ii=tn1tan高壓側(cè)電流互感器的變比

15、；2tan低壓側(cè)電流互感器的變比；tn變壓器的變比；1i變壓器高壓側(cè)一次電流；1i變壓器低壓側(cè)一次電流；2i高壓側(cè)電流互感器二次電流；2i低壓側(cè)電流互感器二次電流。縱差保護(hù)動作判據(jù)用下式表示：|1i+2i|iset 式中： id縱差保護(hù)動作整定電流。當(dāng)變壓器正常運(yùn)行及外部故障時，1i2i即：|1i+2i|0此時差電流小于動作整定電流，保護(hù)不動作。當(dāng)變壓器內(nèi)部故障時，繼電器反應(yīng)兩側(cè)電流之和，此時差電流大于動作整定電流。2.2 縱差保護(hù)動作電流的整定原則（1）躲過外部故障時的最大不平衡電流，整定式iset=kreliunb.max 式中krel- 可靠系數(shù)，取1.3 。iunb.max-外部故障時

16、的最大不平衡電流。iunb.max包過電流互感器和變壓器變比不完全匹配產(chǎn)生的最大不平衡電流和電流互感器傳變誤差引起的最大不平衡電流?？砂聪率剿悖篿unbmax=(0.1kstknp+ + fza)ik.max ik.max-外部故障時最大的短路電流； fza-由于電流互感器計(jì)算變比和實(shí)際變比不一致引起的相對誤差，單相變壓器可按fza=1 12ttatannn計(jì)算， y,d11, 接線三相變壓器的計(jì)算式為： fza= 1123ttatannn當(dāng)采用中間變流器進(jìn)行補(bǔ)償時，取補(bǔ)償后剩余的相對誤差；內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） u-由變壓器分接頭引起的相對誤差，一般可取可調(diào)整范圍的一半；0

17、.1-電流互感器容許的最大穩(wěn)態(tài)相對誤差；kst-電流互感器同型系數(shù)，取為1；knp-非周期分量系數(shù)，取 1.5 2，當(dāng)采用速飽和變流器時，由于非周期分量能引起的飽和，抑制不平衡輸出，可取為1。（2）躲過變壓器最大勵磁涌流，整定式為iset=krelkuin式中krel-可靠系數(shù)，取1.3 1.5 ；in-變壓器的額定電流；ku-勵磁涌流的最大倍數(shù)，取48，可以根據(jù)變壓器的額定容量按張保會和尹項(xiàng)根主編的電力系統(tǒng)繼電保護(hù)一書上圖6.8 的上限來選擇。（3）躲過電流互感器二次回路引起的差動電流變壓器某側(cè)電流互感器二次回路斷線時，另一側(cè)的電流互感器二次電流全部流入差動繼電器中，要引起保護(hù)的誤動。有的差

18、動保護(hù)采用斷線的識別的輔助措施，在互感器二次回路斷線時將差動保護(hù)閉瑣。若沒有斷線的識別措施，則差動保護(hù)的動作電流必須大于正常運(yùn)行情況下變壓器的最大負(fù)荷電流，即iset=krelil.max式中krel-可靠系數(shù)，取1.3 ；il.ma-變壓器的最大負(fù)荷電流。在最大負(fù)荷電流不能確定時，可取變壓器的額定電流。按上面的三個條件計(jì)算縱差動保護(hù)的動作電流，并選取最大者所有電流都是折算到電流互感器的二次側(cè)的數(shù)值。2.3 縱差動保護(hù)靈敏系數(shù)的效驗(yàn)縱差動保護(hù)靈敏系數(shù)的可效驗(yàn)式為ksen=.min.krsetii式中.min.kri為各種方式下變壓器區(qū)內(nèi)端部故障時的，流經(jīng)差動繼電器的最小的差動電流；靈敏系數(shù)ks

19、en一般不應(yīng)低于2。因此，按躲過變壓器最大勵磁涌流的整定值為：110kv側(cè)電流互感器iset=1.3 5500003 110400 /5=21.3a 10kv側(cè)電流互感器iset=1.3 5500003103000/5=31.25a 按躲過電流互感器二次回路短線引起的差動電流內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文）110kv側(cè)電流互感器iset=1.3 50000120%3 110400 /5=5.11a 10kv側(cè)電流互感器iset=1.3 50000120%3103000 /5=7.5a 所以 110kv的縱差動保護(hù)的動作電流為21.3a ， 10kv的縱差動保護(hù)的動作電流為31.25a。

20、.min.kri=0.5 in110kv側(cè)的.min.kri=0.5500003110=131.21a，靈敏系數(shù)ksen=.min.krsetii=6 2，滿足要求。10kv 側(cè)的.min.kri=0.5 500003 10=1443.42a，靈敏系數(shù)ksen=.min.krsetii=1443.231.5=45.8，滿足要求。2.4 具有制動特性的差動繼電器的整定計(jì)算設(shè)變壓器的穿越電流等于最大外部故障最大電流ik.max時， 差動繼電器動作電流和制動電流分別為 iset.max和 ires.max，顯然，此時的差動繼電器的不平衡電流就是按上式整定的。即iset.max =kreliunb.m

21、ax理論上 ik.max=ires.max，但制動電流ires也要進(jìn)過電流互感器的測量，互感器飽和會使制動電流ires減小 .故ires.max=ik.maxiunb.max 令kres.max= set.maxres.maxiikres.max稱為制動特性的最大制動比。繼電器的整定計(jì)算就是拐點(diǎn)電流ires.g，最小動作電流iset.min和制動特性的斜率k（或最大制動比 kres.max） 。這些參數(shù)的精確計(jì)算往往比較困難，在實(shí)際運(yùn)算中一般有運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來確定。故拐點(diǎn)電流ires.g的選取范圍為ires.g= （0.2 0.6 ）in 有時按公式計(jì)算出來的iset.min會很小，對縱差保護(hù)的安全

22、性不利。在這種情況下iset.min可按下式選取iset.min= （ 0.2 0.5 ） in 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文）制動特性斜率k，對于變壓器保護(hù)，通常取0.41。2.5 變壓器的瓦斯保護(hù)在油浸式變壓器油箱內(nèi)發(fā)生故障時，由于故障點(diǎn)的局部高溫是變壓器油溫升高油內(nèi)空氣被排出形成上升起泡，若故障點(diǎn)產(chǎn)生電弧，則變壓器油和其他絕緣材料分解出大量氣體，這些氣體自油箱流向油枕上部，故障越嚴(yán)重，產(chǎn)生的氣體越多，流向油枕氣流速度越快。利用這種氣體實(shí)現(xiàn)的保護(hù)稱為瓦斯保護(hù)。瓦斯保護(hù)的測量元件是氣體繼電器。氣體繼電器安裝在變壓器油箱與油枕間的連接管上。為使氣體能夠順利進(jìn)入瓦斯繼電器和油枕，變壓器

23、的頂蓋與水平面之間夾角應(yīng)有1 1.5 的坡度。連接管道應(yīng)有2 4的坡度。以保證氣體繼電器可靠靈敏的工作。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生輕微故障時，產(chǎn)生少量氣體，匯集在氣體繼電器上部，迫使氣體繼電器內(nèi)油面下降，使開口油杯露出水面，因物體在氣體中比在油中受到的浮力小，因此開口杯失去平衡，繞軸落下，永久磁鐵隨之落下，接通干簧觸點(diǎn)，發(fā)出輕瓦斯動作信號。當(dāng)變壓器漏油時，同樣由于油面下降而發(fā)出輕瓦斯信號。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時，油箱內(nèi)產(chǎn)生大量氣體，變壓器油箱和油枕之間連接導(dǎo)管中出現(xiàn)強(qiáng)烈的油流，當(dāng)油流流速達(dá)到整定速度值時，油流對擋板沖擊力克服彈簧的作用力，擋板被沖動，永磁鐵靠近干簧觸點(diǎn)，干簧觸點(diǎn)閉合，發(fā)出跳閘脈沖，斷

24、開變壓器各電源側(cè)的斷路器。2.6 定時限過電流保護(hù)【12】定時限過電流保護(hù)是指這種保護(hù)的動作時限，經(jīng)整定計(jì)算確定后，即有專門的時間元件給予保證，其動作時限與短路電流無關(guān)。作為變壓器的相間短路的后備保護(hù)。保護(hù)裝置的原理接線圖如下：保護(hù)動作后，跳開變壓器兩側(cè)的短路器。保護(hù)的啟動電流按照躲過變壓器可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流來整定，即iset=relrekkil.max式中relk可靠系數(shù)，取1.21.3；rek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。il.max可按以下情況考慮，并取最大值：（1）并列運(yùn)行的變壓器，應(yīng)考慮切除一臺最大容量的變壓器時，其它變壓器出現(xiàn)的過負(fù)荷。

25、當(dāng)各臺變壓器的容量相同時，計(jì)算式為il.max=1nnin 式中n并列運(yùn)行變壓器的可能最少臺數(shù)；in每臺變壓器的額定電流。（2）對降壓變壓器，應(yīng)考慮電動機(jī)的自啟動系數(shù)時的最大電流，計(jì)算式為il.max=kss.maxli式中內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文）.maxli正常工作時的最大負(fù)荷電流（一般為變壓器的額定電流）；kss綜合負(fù)荷的自啟動系數(shù)，對于110kv的降壓變電所，低壓610kv側(cè)的取 kss=1.52.5，中壓 35kv側(cè)取 kss=1.52。過電流保護(hù)靈敏系數(shù)的效驗(yàn)為ksen=.minksetii過電流保護(hù)必須在最小運(yùn)行方式下最小短路電流.minki與保護(hù)裝置的動作值set

26、i的比值，為了保證保護(hù)裝置能正確動作，一般要求ksen1.3 1.5 。iop= .n. =6.78a 式中 n 為電流互感器的變比，為600 （3000/5） 。由上可整定繼電器的動作電流為大于等于6.78a 。2.7 變電所單臺變壓器的零序電流保護(hù)接與中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)的變壓器，一般都毫無例外地都采用零序過電流作為變壓器接地的后備保護(hù)。零序過電流保護(hù)通常采用兩段式。零序電流保護(hù)與相鄰元件零序電流保護(hù)段配合；零序電流保護(hù)段與相鄰元件零序電流保護(hù)后備段配合。與三繞組變壓器后備保護(hù)類似，零序電流保護(hù)在配置上要考慮縮小故障范圍的問題。根據(jù)需要，每段零序電流保護(hù)可設(shè)兩個時限，并以較短的時限動作于縮小故障的影響范圍，以較長的時限斷開變壓器各側(cè)的斷路器。下圖是雙繞組變壓器零序過電流的保護(hù)接線圖。零序電流取自變壓器中性點(diǎn)電流互感器的二次側(cè)。由于是雙母線運(yùn)行，在另一條母線故障時，零序電流保護(hù)能跳開母聯(lián)斷路器qf ，使變壓器能夠運(yùn)行。所以零序電流保護(hù)段和段均采用兩個時限，短時限t1 、t3 跳開母聯(lián)斷路器qf，長時