變壓器相關(guān)保護(hù)設(shè)計(jì)課件

1、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì) 題 目： 變壓器故障和保護(hù)設(shè)計(jì) 系（部）院： 機(jī)電與信息工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 作者姓名： 黃永泰 指導(dǎo)教師： 李升源 完成日期： 2017 年 7 月 2 日摘要4變壓器的故障類型及其保護(hù)方式51.1變壓器繼電保護(hù)相關(guān)規(guī)定51.2主保護(hù)配置51.3后備保護(hù)配置6第2章 設(shè)計(jì)原始資料62.1設(shè)計(jì)題目62.2設(shè)計(jì)任務(wù)7第3章 保護(hù)的配合及整定計(jì)算73.1主保護(hù)的整定計(jì)算73.1.1差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流73.2.1過(guò)電流保護(hù)93.2.2 低電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)103.2.3 輔助保護(hù)11第4章 二次展開原理圖的繪制114.1保護(hù)測(cè)量電路114.2保護(hù)跳閘電路

2、12第5章 總結(jié)與體會(huì)135.1 對(duì)主保護(hù)的評(píng)價(jià)135.2 對(duì)后備保護(hù)的評(píng)價(jià)135.3 結(jié)束語(yǔ)13參考文獻(xiàn)15繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書姓名黃永泰序號(hào) 22班級(jí)14電氣3班題目變壓器的故障及其保護(hù)設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)題目一臺(tái)雙繞組降壓變壓器的容量為15MVA，電壓比為35±2×2.5%/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)。二、設(shè)計(jì)任務(wù)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

3、定計(jì)算和校驗(yàn)。摘要本文研究的是變壓器的相關(guān)繼電保護(hù)設(shè)計(jì)。通過(guò)本次設(shè)計(jì)掌握和鞏固電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的相關(guān)專業(yè)理論知識(shí)，熟悉電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的設(shè)計(jì)步驟和設(shè)計(jì)技能，根據(jù)技術(shù)規(guī)范，選擇和論證繼電保護(hù)的配置選型的正確性并培養(yǎng)自己在實(shí)踐工程中的應(yīng)用能力、創(chuàng)新能力和獨(dú)立工作能力。變壓器是電力系統(tǒng)中重要的供電元件，它的故障將對(duì)供電可靠性和系統(tǒng)的正常運(yùn)行帶來(lái)嚴(yán)重的影響。因此，必須根據(jù)變壓器的容量和重要程度考慮裝設(shè)性能良好，工作可靠的繼電保護(hù)裝置。關(guān)鍵詞：變壓器 繼電保護(hù) 變壓器的故障類型及其保護(hù)方式變壓器是電力系統(tǒng)中的重要供電元件，它的故障將對(duì)供電可靠性和系統(tǒng)的正常運(yùn)行帶來(lái)嚴(yán)重的影響。因此，必須根據(jù)變壓器的容量和

4、重要程度考慮裝設(shè)性能良好，工作可靠的繼電保護(hù)裝置。1.1變壓器繼電保護(hù)相關(guān)規(guī)定根據(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及以上的油浸式變壓器和400KVA及以上的車間內(nèi)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)。輕瓦斯用來(lái)反應(yīng)變壓器內(nèi)部的不正常情況或輕微故障，重瓦斯用來(lái)反應(yīng)變壓器的嚴(yán)重故障。輕瓦斯動(dòng)作于信號(hào)，重瓦斯動(dòng)作于跳開變壓器各側(cè)斷路器。（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及以上以及單臺(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63

5、00KVA以下以及單臺(tái)運(yùn)行、容量為10000KVA以下的變壓器，應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護(hù)。2000KVA以上的變壓器，當(dāng)電流速斷保護(hù)的靈敏度不能滿足要求時(shí)，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)于單相接地故障，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)。1.2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

6、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、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)，由上開口杯控制，整定值為當(dāng)瓦斯繼電器內(nèi)上部積聚250300CM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)作后一方面發(fā)信號(hào)，另一方面啟動(dòng)出口繼電器，使其觸

7、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)躲開外部短路電流時(shí)的最大不平衡電流。1.3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)

8、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)。第2章 設(shè)計(jì)原始資料2.1設(shè)計(jì)題目一臺(tái)雙繞組降壓變壓器的容量為20MVA，電壓比為35±2×2.5%/6.6kV，Yd11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，最小兩相短路電流為6630A；35KV側(cè)電流互感器變比為600/5，6.6KV側(cè)電流互感

9、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)。2.2設(shè)計(jì)任務(wù)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)。第3章 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(一）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3.1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3.1 變壓器各側(cè)參數(shù)名稱各側(cè)數(shù)值額定電壓（KV）356.6額定電流（A）變壓器接線Y電流互感器變比600/5=1201500/5=300二次電流（A）(二）計(jì)算差動(dòng)保護(hù)一次動(dòng)作電流 按6.6KV側(cè)（基本側(cè)）計(jì)算。（1）躲過(guò)外部短路故障

10、時(shí)的最大不平衡電流，整定式為 (3.1) (3.2) (3.3) (3.4) (3.5) (3.6) A (3.7)（2）躲過(guò)變壓器最大的勵(lì)磁涌流，整定式為 A (3.8) （3）躲過(guò)電流互感器二次回路斷線引起的差電流，整定式為 A (3.9) 按上面的三個(gè)條件計(jì)算，選取最大者，A。（三）確定繼電器6.6KV基本側(cè)線圈匝數(shù) 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 A (3.10) 基本側(cè)繼電器線圈匝數(shù)為 <6 (3.11) 選取W=6匝，即平衡線圈取1匝，差動(dòng)線圈取5匝。 實(shí)際動(dòng)作電流 A (3.12)（四）35KV非基本側(cè)平衡線圈匝數(shù)計(jì)

11、算 平衡線圈匝數(shù) (3.13) 確定平衡線圈匝數(shù)為W=2匝。 （五）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 (3.14) 因<0.05，符合要求。（6） 短路線圈抽頭確定 由于是中小型變壓器，初步選定C-C。3.1.2靈敏度校驗(yàn)6.6KV側(cè)兩相短路的最小兩相短路電流折算至35KV側(cè)時(shí) A (3.15)二次側(cè)電流為 A (3.16) 35KV側(cè)的保護(hù)動(dòng)作電流為 A (3.17) 則 >2 (3.18) 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1.2；Kre返回系數(shù)，取0.9；IL.max變壓器可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流，取變

12、壓器額定電流IN=1750A；Kss綜合負(fù)荷的自啟動(dòng)系數(shù)，取Kss =1.5。整定電流 (3.19)靈敏度校驗(yàn) (3.20) 滿足要求。3.2.2 低電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù) 電流繼電器的整定：過(guò)電流保護(hù)按躲過(guò)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(guò)電流保護(hù)。Krel可靠系數(shù)，取1.15；Kre低電壓繼電器的返回系數(shù)，取1.25。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 (3.21) 低電壓繼電器的動(dòng)作電壓按

13、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 KV (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。 Uset=0.66.6=3.96KV (3.25)取其中最小者，Uset=3.96KV (3.26)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) (3.27)Uk.min靈敏度

14、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)安裝處的殘壓等于零，顯然： (3.28)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。第4章 二次展開原

15、理圖的繪制4.1保護(hù)測(cè)量電路圖4.1 瓦斯保護(hù)原理圖 圖4.2 電流縱差動(dòng)保護(hù)原理圖4.2保護(hù)跳閘電路圖4.3 低電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)原理圖第5章 總結(jié)與體會(huì)5.1 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)

16、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。5.3 結(jié)束語(yǔ)通過(guò)分析變壓器穩(wěn)定要求及其在運(yùn)行中可能承受的故障考驗(yàn)，提出了變壓器保護(hù)定值整定應(yīng)考慮的相關(guān)問(wèn)題，

17、對(duì)其相間故障后備保護(hù)應(yīng)具備的能力提出了看法。并對(duì)變壓器設(shè)計(jì)、運(yùn)行及其保護(hù)配置與整定提出了建議。 變壓器的故障分為內(nèi)部和外部?jī)煞N故障。內(nèi)部故障指變壓器油箱里面發(fā)生的各種故障，主要靠瓦斯和差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作切除變壓器；外部故障指油箱外部絕緣套管及其引出線上發(fā)生的各種故障，一般情況下由差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作切除變壓器。速動(dòng)保護(hù)（瓦斯和差動(dòng)）無(wú)延時(shí)動(dòng)作切除故障變壓器，設(shè)備是否損壞主要取決于變壓器的動(dòng)穩(wěn)定性。而在變壓器各側(cè)母線及其相連間隔的引出設(shè)備故障時(shí)，若故障設(shè)備未配保護(hù)（如低壓側(cè)母線保護(hù)）或保護(hù)拒動(dòng)時(shí)，則只能靠變壓器后備保護(hù)動(dòng)作跳開相應(yīng)開關(guān)使變壓器脫離故障。因后備保護(hù)帶延時(shí)動(dòng)作，所以變壓器必然要承受一定時(shí)間段內(nèi)的區(qū)外故障造成的過(guò)電流，在此時(shí)間段內(nèi)變壓器是否損壞主要取決于變壓器的熱穩(wěn)定性。因此，變壓器后備保護(hù)的定值整定與變壓器自身的熱穩(wěn)定要求之間存在著必然的聯(lián)系。參考文獻(xiàn)1 谷水清電力系統(tǒng)繼電保護(hù)（第二版）M北京：中國(guó)電力出版社，20132 賀家禮