某電力變壓器繼電保護設計_圖文

1、1繼電保護相關理論知識1.1 繼電保護的概述研究電力系統(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。1.2 繼電保護的任務當電力系統(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。1.3繼電保護基本原理和保護裝置的組成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 常”與“不正?！边\行狀態(tài)、被保護元

2、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:(1反映電氣量的保護電力系統(tǒng)發(fā)生故障時,通常伴有電流增大、電壓降低以及電流與電壓的比 值 (阻抗 和它們之間的相位角改變等現(xiàn)象。 因此, 在被保護元件的一端裝沒的種 種變換器可以檢測、比較并鑒別出發(fā)生故障時這些基本參數(shù)與正常運行時的差 別.就可以構成各種不同原理的繼電保護裝置。例如:反映電流增大構成過電流保護;反映電壓降低 (或升高 構成低電壓 (或過電壓 保護;反映電流與電壓間的相位角變化構成方

3、向保護;反映電壓與電流的比值的變化構成距離保護。除此以外. 還可根據(jù)在被保護元件內部和外部短路時, 被保護元件兩端電流 相位或功率方向的差別,分別構成差動保護、高頻保護等。同理,由于序分量保護靈敏度高,也得到廣泛應用。新出現(xiàn)的反映故障分量、突變量以及自適應原理的保護也在應用中。(2反映非電氣量的保護如反應溫度、 壓力、 流量等非電氣量變化的可以構成電力變壓器的瓦斯保護、 溫度保護等。繼電保護相當于一種在線的開環(huán)的自動控制裝置, 根據(jù)控制過程信號性質的 不同, 可以分模擬型 (它又分為機電型和靜態(tài)型 和數(shù)字型兩大類。 對于常規(guī)的模 擬繼電保護裝置, 一般包括測量部分、 邏輯部分和執(zhí)行部分。 測量

4、部分從被保護 對象輸入有關信號, 再與給定的整定值比較, 以判斷是否發(fā)生故障或不正常運行 狀態(tài); 邏輯部分依據(jù)測量部分輸出量的性質、 出現(xiàn)的順序或其組合, 進行邏輯判 斷, 以確定保護是否應該動作; 執(zhí)行部分依據(jù)前面環(huán)節(jié)判斷得出的結果可以執(zhí)行 跳閘或發(fā)信號。2變電所繼電保護和自動裝置規(guī)劃2.1系統(tǒng)分析及繼電保護要求本設計 110/35KV系統(tǒng)為雙電源 35KV 單母線分段接線, 110KV 側單母線分段 接線,所接負荷多為化工型,屬一二類負荷居多。為保證安全供電和電能質量, 繼電保護應滿足四項基本要求, 即選擇性、 速 動性、靈敏性和可靠性。2.2本系統(tǒng)故障分析本設計中的電力系統(tǒng)具有非直接接地

5、的架空線路及中性點不接地的電力變 壓器等主要設備。就線路來講,其主要故障為單相接地、兩相接地和三相接地。 電力變壓器的故障,分為外部故障和內部故障兩類。變壓器的外部故障常見的是高低壓套管及引線故障, 它可能引起變壓器出線 端的相間短路或引出線碰接外殼。變壓器的內部故障有相間短路、繞組的匝間短路和絕緣損壞。變壓器的不正常運行過負荷、 由于外部短路引起的過電流、 油溫上升及不允 許的油面下降。2.3 本設計繼電保護裝置原理概述110KV線路電流速斷保護是根據(jù)短路時通過保護裝置的電流來選擇動作電 流的, 以動作電流的大小來控制保護裝置的保護范圍; 有無時限電流速斷和延時 電流速斷, 采用二相二電流繼

6、電器的不完全星形接線方式, 本設計選用無時限電 流速斷保護。110KV 線路過電流保護是利用短路時的電流比正常運行時大的特征來鑒別 線路發(fā)生了短路故障, 其動作的選擇性由過電流保護裝置的動作具有適當?shù)难訒r 來保證, 有定時限過電流保護和反時限過電流保護; 本設計與電流速斷保護裝置 共用兩組電流互感器, 采用二相二繼電器的不完全星形接線方式, 選用定時限過 電流保護, 作為電流速斷保護的后備保護, 來切除電流速斷保護范圍以外的故障,其保護范圍為本線路全部和下段線路的一部分。平行雙回線路橫聯(lián)方向差動保護是通過比較兩線路的電流相位和數(shù)值相同 與否鑒別發(fā)生的故障 ; 由電流起動元件、功率方向元件和出口

7、執(zhí)行元件組成,電 流起動元件用以判斷線路是否發(fā)生故障, 功率方向元件用以判斷哪回線路發(fā)生故 障,雙回線路運行時能保證有選擇的動作。該保護動作時間 0S ,由于橫聯(lián)保護 在相繼動作區(qū)內短路時, 切除故障的時間將延長一倍, 故加裝一套三段式電流保 護,作為后備保護。變壓器瓦斯保護是利用安裝在變壓器油箱與油枕間的瓦斯繼電器來判別變 壓器內部故障; 當變壓器內部發(fā)生故障時, 電弧使油及絕緣物分解產生氣體。 故 障輕微時,油箱內氣體緩慢的產生,氣體上升聚集在繼電器里,使油面下降,繼 電器動作,接點閉合,這時讓其作用于信號,稱為輕瓦斯保護;故障嚴重時,油 箱內產生大量的氣體, 在該氣體作用下形成強烈的油流

8、, 沖擊繼電器, 使繼電器 動作,接點閉合,這時作用于跳閘并發(fā)信,稱為重瓦斯保護。變壓器縱聯(lián)差動保護是按照循環(huán)電流的原理構成。 在變壓器兩側都裝設電流 互感器, 其二次繞組按環(huán)流原則串聯(lián), 差動繼電器并接在回路壁中, 在正常運行 和外部短路時, 二次電流在臂中環(huán)流, 使差動保護在正常運行和外部短路時不動 作, 由電流互感器流入繼電器的電流應大小相等, 相位相反, 使得流過繼電器的 電流為零; 在變壓器內部發(fā)生相間短路時, 從電流互感器流入繼電器的電流大小 不等,相位相同,使繼電器內有電流流過。但實際上由于變壓器的勵磁涌流、接 線方式及電流互感器誤差等因素的影響, 繼電器中存在不平衡電流, 變壓

9、器差動 保護需解決這些問題,方法有:·靠整定值躲過不平衡電流·采用比例制動差動保護。·采用二次諧波制動。·采用間歇角原理。·采用速飽和變流器。本設計采用較經濟的 BCH-1型帶有速飽和變流器的繼電器, 以提高保護裝置 的勵磁涌流的能力。3 短路電流計算用標幺值計算短路電流參數(shù),確定短路計算點,計算短路電流值。3.1 畫出短路等值電路如圖 3.1所示: 圖 3.1 短路等值電路圖計算各元件電抗參數(shù),取基準容量 MVA S d 100=,基準電壓為 kV U d 5. 101=, kV U d 372=;基準電流為: A I d 55005. 10

10、1010031=,6A I d 1560371010032=(1 計算電源系統(tǒng)基準電抗的標幺值。 1. 01000100max . min . =k d s S S X , 2. 0500100min. max . =k d s S S X (2 變壓器各側阻抗標幺值。(75. 106175. 10211=-+=k U , (25. 06175. 10212-=+-=k U(25. 66175. 10213=+-=k U , 3413. 05. 3110010075. 101001. =TN d k H T S S U X 007937. 05. 3110010025. 01002. -=-=

11、TN d k MT S S U X 1984. 05. 3110010025. 61003. =TN d k LT S S U X (3 線路的基準電抗標幺值。 442. 55. 10100154. 02221121=d d l l U S l X X X 023. 137100154. 02233142=d d l l U S l X X X 3.2 短路電流計算電流三段式保護接線圖如圖 3.2所示: 7圖 3.2 三段式電流保護接線圖由主接線分析可知, 變壓器的主保護為一臺變壓器單獨運行為保護的計算方 式,保護時,變壓器后備保護作保護線路的遠后備保護時,要校驗 k3、 k4兩點 的靈敏系數(shù)

12、,因此,除需要計算 k1、 k2兩點最大、最小運行方式短路電流外, 還需計算 k3、 k4兩點的最小短路電流。 (1 k1點短路電流計算A X I I k d k 85971984. 03413. 01. 05500min. 1(1 3(max . 1=+=8A X I I k d k 74357397. 055001984. 03413. 02. 05500max. 1(13(min . 1=+=(A I I k k 64397435866. 023min . 12(min . 1=(2 求 k2點短路電流A X I I k d k 35994334. 015600079. 03413. 0

13、1. 01560min. 2(23(max . 2=-+=(A I I k k 25335334. 013510079. 03413. 02. 01560866. 023min . 22(min . 1=-+=(3 求 k3點短路電流A X I I k d k 8685564. 1866. 01560023. 10079. 034. 02. 0866. 01560866. 0max . 3(22(min . 3=+-+=(4 求 k4點短路電流A X I I k d k 783082. 64763442. 56397. 0866. 05500866. 0max . 4(12(min . 4=+

14、=3.3 保護裝置的配置保護裝置配置如表 3.1所示:表 3.1 變壓器保護裝置的配置 保護裝置的配置原理圖如圖 3.3所示:圖 3.3 保護裝置的配置原理接線圖 9104 各保護裝置的整定計算4.1 縱差保護的整定計算(1計算變壓器差動臂中電流,由表 4.1計算可知, 110kV 側差動臂中的 電流最大,故 110kV 側為計算的基本側。表 4.1 計 算 結 果(2 確定制動繞組的接線方式, 制動繞組接入 38.5kV 側,因為,該側的外部 發(fā)生故障時,穿越變壓器的短路電流很大。 (3計算差動保護的一側動作電流。1按躲過 110kV 外部故障的最大不平衡電流整定,即('3max .

15、 kl err st rel op I m U K K K I +=(A 255785325. 078505. 01. 01. 013. 1=+ (A K I I av kl kl 78595. 1085975. 8597'3max . '3max. = 2按躲過變壓器勵磁涌流計算,即 A I K I H T N rel op 2481655. 1. = 3按躲過電流互感器二次回路斷線,即 A I K I H T N rel op 5. 2141653. 1. = 4 取上述各條件中最大的作為基本側一次動作電流即 A I op 255=, 差動繼電器基 本側動作電流為 A K

16、I K I H TA op con r op 36. 7602553. . =確定差動繞組匝數(shù) 15. 836. 7460. =±=r op op I AN W 匝 取整定匝數(shù) 8. =set op W 匝,則繼電器動作電流為 5. 7860. =r op I A ,保護裝置實際 動作電流為 A I op 8. 259605. 7=。5其他各側工作繞組和平衡繞組的匝數(shù)。38.5kV 側的平衡繞組為(22. 1812. 412. 475. 4. 5. 3825. 38211025. 38= -= -=set op N n N b W I I I W 匝 11kV 側的平衡繞組為 -=s

17、et op N n N b W I I I W 匝 取平衡繞組整定匝數(shù) (1115. 38=set b set b W W 匝去工作繞組匝數(shù) (918115. 38=+=set w set w W W 匝6整定匝數(shù)與計算匝數(shù)不等引起的相對誤差為(05. 0024. 0822. 1122. 1. 11. 111111<=+-=-=set op b setb b W W W W m (05. 0029. 0827. 1127. 1. 5. 38. 5. 385. 385. 38<=+-=-=setop b setb b W W W W m 7制動系數(shù)和制動繞組匝數(shù)計算。由于系單側電源,

18、故制動系數(shù)計算為 (5. 385. 38110m U U K K K K err st rel res +=363. 0 029. 005. 01. 01. 01(3. 1=+制動繞組的計算匝數(shù) 63. 39. 09363. 0=tg W K W w res res 匝取整定匝數(shù) 4. =set res W 匝8校驗靈敏系數(shù)k1點最小短路電流折算到 110kV 基本側為(A K I I TV k k 58895. 1064392min . 12min . 1= 對 11kV 側工作安匝 (2. 1356058833. ' 2min . 111=H TA k W K I AW 匝 (38

19、. 10042003005. 38=+=W AW 匝 由繼電器特性曲線查得 (2. 13511=AW 匝, 38. 10=res AW 安匝時,動作安匝整定 為 66=op AW 安匝,則靈敏性 205. 2662. 135min . >=s K 滿足要求。 4.2 110kV側復合電壓啟動過電流保護整定計算(1 電流元件的動作電流 A I K K I TN re rel op 35. 25216585. 03. 1= A I r op 2. 46035. 252. =(2 電壓元件的動作電壓 (V V U U N r op 70601007. 06. 07. 06. 02. -=-=-

20、=,取 V 70(3 負序電壓元件的動作電壓(V U U N op 1262. 106. 02. 2-=-=,取 V 10(4 校驗靈敏系數(shù)(5. 133. 235. 2525882min . 1min . >=op k s I I K 作 11kV 線路后備保護 (3. 11. 335. 2527832min . 4min . >=op k s I I K 滿足要求。 電壓元件裝設在 11kV 側,故僅需校驗作為線路的后備保護即可3. 164. 146980770007834. 01570min . >=s K 滿足要求。 需要說明,若 110kV 側僅采用單獨過電流保護,

21、則 A I op 7. 50416585. 023. 1=,則 靈敏系數(shù) 3. 117. 17. 504588min . <=s K ,不滿足要求,這正說明采用復合電壓啟動過 流保護可提高保護的靈敏性。4.3 38.5kV 側方向過流保護功率方向元件的動作方向,為自變壓器指向 35kV 母線方向,方向元件的動 作電流為 A I K K K K I TN TA re SS rel r op 7. 447320085. 03. 13. 1. = (5. 169. 294025332007. 425332min . 2min . >=op k s I I K 作線路 l3后備保護靈敏系數(shù)

22、 (3. 19408682min . 3min. =<=op k s I I K 不合要求。 4.4 110kV零序過電流保護由主接線圖可知, 該變電所為終端變電所, 接地保護不需要與下級配合, 故 零序過電流保護的動作值按躲開最大不平衡電流,即(A K I K K K I H TA k err st rel r op 5. 4498. 460359975. 06035991. 05. 05. 1. 3max . 2. = 電壓元件的動作電壓為(V K U U TVON r op 20301. 005. 0. =-= 2708. 145397. 05318. 02105. 383605.

23、 423301min . +=+=Z Z E K ph s 5. 14. 1027073. 231068. 663>=22d d d U X S = 動作時限整定:以 s 5. 0跳中性點不接地運行的變壓器;以 s 1跳中性點接 地運行的變壓器。4.5 變壓器氣體保護的整定采用 QJ 80型開口杯擋板式氣體繼電器,輕瓦斯按氣體容量整定3250cm V set =重瓦斯按汽油流的流速整定: s m V set 1. 1=(對導油管直徑 mm 80=總 結兩周的課程設計結束了,在這次的課程設計中不僅檢驗了我所學習的知識, 也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情, 如何去做一件事情, 又如何完成一件事情

24、。 在 設計過程中,與同學分工設計,和同學們相互探討,相互學習,相互監(jiān)督。學會 了合作,學會了運籌帷幄,學會了理解,也學會了做人與處世。課程設計是我們專業(yè)課程知識綜合應用的實踐訓練, 這是我們邁向社會, 從 事職業(yè)工作前一個必不少的過程. ” 千里之行始于足下” , 通過這次課程設計, 我 深深體會到這句千古名言的真正含義. 我今天認真的進行課程設計, 學會腳踏實 地邁開這一步,就是為明天能穩(wěn)健地在社會大潮中奔跑打下堅實的基礎. 通過這次課程設計, 本人在多方面都有所提高, 體現(xiàn)出自己單獨設計能力以 及綜合運用知識的能力, 體會了學以致用、 突出自己勞動成果的喜悅心情, 從中 發(fā)現(xiàn)自己平時學習的不足和薄弱環(huán)節(jié),從而加以彌補。繼電保護與自動裝置課程設計 致 謝 通過這次課程設計，我學到了很多新的知識，獲得了新的經驗。我從中學會 了如何去做設計，學會知道團隊精神的重要性，在這次