315MW變壓器縱差動保護(hù)設(shè)計

1、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計（論文）題目： 31.5MW變壓器縱差動保護(hù)設(shè)計（1）院（系）： 電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級： 電 學(xué) 號：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：（簽字）起止時間： 2012.12.26-2013.1.11 課程設(shè)計（論文）任務(wù)及評語院（系）：電氣工程學(xué)院 教研室：電氣工程及其自動化學(xué) 號學(xué)生姓名專業(yè)班級電氣班課程設(shè)計（論文）題目31.5MW變壓器縱差動保護(hù)設(shè)計（1）課程設(shè)計（論文）任務(wù)系統(tǒng)接線圖如圖：系統(tǒng)L1L2L3L4T1T2F1F2T3T4課程設(shè)計的內(nèi)容及技術(shù)參數(shù)參見下表設(shè)計技術(shù)參數(shù)工作量系統(tǒng)接線如上圖所示，參數(shù)如下：系統(tǒng)：短路容量Sn=800MVA發(fā)電機(jī)F1和F2 Sn=25MW c

2、os變壓器T1 型號：SFL1-31500/121kV ，Y0/-11接線，短路電壓百分?jǐn)?shù)為Ud%=10.5%變壓器T2 型號：SFSL-31500/121kV Y0/Y/-11接線，短路電壓百分?jǐn)?shù)為Ud(1-2)%=17%，Ud(1-3)%=10.5% Ud(2-3)%=6.0% 變壓器T3和T4 型號：SFL1-20000/121kV Y0/-11接線，短路電壓百分?jǐn)?shù)為Ud%=10.5%/km，L1、L2、L3、L4的長度分別為100km、50km、30km、60km。1計算各元件的等值模型，確定該電力系統(tǒng)的等值電路。2短路電流計算。3確定系統(tǒng)的最大運行方式和最小運行方式。4對變壓器T1進(jìn)

3、行保護(hù)配置，說明都設(shè)置哪些保護(hù)形式。5整定計算變壓器T1的縱差動電流保護(hù)的整定電流值。6整定計算變壓器T1的縱差動保護(hù)動作線圈的匝數(shù)，校驗相對誤差和靈敏度。7繪制變壓器保護(hù)的原理接線圖。并分析動作過程。8. 采用MATLAB建立系統(tǒng)模型進(jìn)行仿真分析。續(xù)表進(jìn)度計劃第一天：收集資料，確定設(shè)計方案。 第二天：計算短路電流。第三天：確定系統(tǒng)的運行方式 第四天：保護(hù)規(guī)劃配置。第五天：整定動作電流值。 第六天：整定動作線圈的匝數(shù)并校驗。 第七天：繪制保護(hù)原理圖。 第八天：MATLAB建模仿真分析。第九天：撰寫說明書。 第十天：課設(shè)總結(jié)，迎接答辯。指導(dǎo)教師評語及成績平時： 論文質(zhì)量： 答辯：總成績： 指導(dǎo)教

4、師簽字： 年 月 日注：成績：平時20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計算摘 要電力系統(tǒng)中的變壓器，它利用電磁感應(yīng)原理，把輸入的交流電升高或降低為同一頻率的交流輸出電壓。譬如通過變壓器升壓，可以降低輸送的電能損失，把電能送到遠(yuǎn)方。通過變壓器把高壓電降為適用的電壓供用戶使用。變壓器在電力系統(tǒng)中是十分重要的電氣設(shè)備，而對變壓器的繼電保護(hù)在整個系統(tǒng)中占有重要的地位，長期以來變壓器一直采用差動保護(hù)作為內(nèi)部故障的主保護(hù)，因此差動保護(hù)的性能好壞將直接影響到系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行和能否安全、穩(wěn)定地供電。本次課程設(shè)計就是有關(guān)于變壓器的縱差動保護(hù)整定計算，緊密貼合電氣專業(yè)的課程主要重點知識，可以對變壓器保護(hù)的

5、知識有更深入的了解和學(xué)習(xí)，并且融合了其他課程知識，涉及到正序、負(fù)序、零序網(wǎng)絡(luò)的建立、保護(hù)原理圖的繪制與動作過程分析，變壓器在最大及最小運行方式下短路電流的計算以及對變壓器縱差保護(hù)繼電器的整定、計算及校驗，利用MATLAB建立了仿真模型，對變壓器在不同工作條件下進(jìn)行了大量的仿真，仿真結(jié)果表明，阻抗繼電器與變壓器縱差動保護(hù)相配合的方式在檢測變壓器內(nèi)部故障時有很高的靈敏度，在外部故障時又有很強(qiáng)的制動作用，具有一定的實用價值，最后分析動作過程并采用MATLAB建立系統(tǒng)模型進(jìn)行仿真分析輸出系統(tǒng)正常狀態(tài)和故障狀態(tài)下的電流和電壓波形，判斷系統(tǒng)是否會出現(xiàn)繼電器的誤動作并分析其動作，用準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)來驗證計算的準(zhǔn)確

6、性和實用性。關(guān)鍵詞：變壓器；差動保護(hù)；MATLAB；阻抗繼電器目 錄第1章緒論4第2章變壓器縱差動保護(hù)整定計算52.1 變壓器保護(hù)規(guī)劃配置52.2 確定系統(tǒng)運行方式6第3章保護(hù)原理圖的繪制與動作過程分析14第4章 MATLAB建模仿真分析17第5章課程設(shè)計總結(jié)19參考文獻(xiàn)20第1章 緒論1、變壓器縱差保護(hù)基本原理 縱差保護(hù)作為變壓器內(nèi)部故障的主保護(hù)將有許多特點和困難。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。由于縱差保護(hù)的構(gòu)成原理是基于比較變壓器各側(cè)電

7、流的大小和相位，受變壓器各側(cè)電流互感器以及諸多因素影響，變壓器在正常運行和外部故障時，其動差保護(hù)回路中有不平衡電流，使縱差保護(hù)處于不利的工作條件下。2.1 穩(wěn)態(tài)情況下的不平衡電流變壓器在正常運行時縱差保護(hù)回路中不平衡電流主要是由電流互感器、變壓器接線方式及變壓器帶負(fù)荷調(diào)壓引起。（1） 由電流互感器計算變比與實際變比不同而產(chǎn)生。正常運行時變壓器各側(cè)電流的大小是不相等的。為了滿足正常運行或外部短路時流入繼電器差動回路的電流為零，則應(yīng)使高、低壓兩側(cè)流入繼電器的電流相等，即高、低側(cè)電流互感器變比的比值應(yīng)等于變壓器的變比。（2） 由變壓器兩側(cè)電流相位不同而產(chǎn)生。變壓器常常采用兩側(cè)電流的相位相差30

8、76;的接線方式（對雙繞組變壓器而言）。（3） 由變壓器帶負(fù)荷調(diào)整分接頭產(chǎn)生。在電力系統(tǒng)中，經(jīng)常采用有載調(diào)壓變壓器，在變壓器帶負(fù)荷運行時利用改變變壓器的分接頭位置來調(diào)整系統(tǒng)的運行電壓。改變變壓器的分接頭位置，實際上就是改變變壓器的變化。2.2 暫態(tài)情況下的不平衡電流（1）由變壓器勵磁涌流產(chǎn)生。變壓器的勵磁電流僅流經(jīng)變壓器接通電源的某一側(cè)，對差動回路來說，勵磁電流的存在就相當(dāng)于變壓器內(nèi)部故障時的短路電流3。因此，它必然給縱差保護(hù)的正確工作帶來不利影響。正常情況下，變壓器的勵磁電流很小，故縱差保護(hù)回路的不平衡電流也很小。在外部短路時，由于系統(tǒng)電壓降低，勵磁電流也將減小。（2）由變壓器外部故障暫態(tài)穿

9、越性短路電流產(chǎn)生縱差保護(hù)是瞬動保護(hù)，它是在一次系統(tǒng)短路暫態(tài)過程中發(fā)出跳閘脈沖。第2章 變壓器縱差動保護(hù)整定計算2.1 變壓器保護(hù)規(guī)劃配置系統(tǒng)等值網(wǎng)絡(luò). 參數(shù)如下：系統(tǒng)：短路容量Sx=800MVA 發(fā)電機(jī)F1和F2 Sn=25MW cos變壓器T1 型號：SFL1-31500/121kV Y0/-11接線短路電壓百分?jǐn)?shù)為Ud%=10.5%變壓器T2 型號：SFSL-31500/121kV Y0/Y/-11接線，短路電壓百分?jǐn)?shù)為Ud(1-2)%=17%，Ud(1-3)%=10.5% Ud(2-3)%=6.0% 變壓器T3和T4 型號：SFL1-20000/121kV Y0/-11接線短路電壓百分?jǐn)?shù)

10、為Ud%=10.5%/kmL1、L2、L3、L4的長度分別為100km、50km、30km、60km。2.2 確定系統(tǒng)運行方式最大方式：A廠、B廠發(fā)電機(jī)、變壓器全部投入，雙回線運行。最小方式1：A廠停一臺25MW發(fā)電機(jī)和31.5MVA變壓器，雙回線運行。最小方式2：B廠停一臺25MW發(fā)電機(jī)，單回線運行。最小方式3：A廠停一臺50MW發(fā)電機(jī)和63MVA變壓器，雙回線運行。元件標(biāo)幺值計算：發(fā)電機(jī)：50MW： ×25MW： ×變壓器：31.5MVA： 63MVA： 40MVA： 31.5MVA： 輸電線：單回： 雙回：短路電流計算1最大方式 外部短路： 短路：短路： 內(nèi)部短路：短

11、路：短路： 2最小方式1 外部短路： 短路：短路：內(nèi)部短路： 短路：短路：3最小方式2 外部短路：短路：短路：內(nèi)部短路：短路：短路：4最小方式3 外部短路：短路：短路：內(nèi)部短路：短路：短路：短路電流計算結(jié)果表短路點短路運行 情況情況外部短路內(nèi)部短路最大方式最小方式1最小方式2最小方式3最大方式最小方式1最小方式2最小方式3基本側(cè)的選擇數(shù)值名稱各側(cè)數(shù)值110kV11kV變壓器一次側(cè)額定電流AA電流互感器接線方式電流互感器一次電流 A電流互感器變比電流互感器二次額定電流AA由表可見，110kV的二次額定電流大于11kV側(cè)的二次額定電流，故應(yīng)選110kV側(cè)為基本側(cè)。由短路電流計算結(jié)果比較可得最大外部

12、短路電流為三相外部短路時點的短路電流：A（最小方式1）最小內(nèi)部短路電流為最小方式1時在點發(fā)生的兩相短路時的短路電流：A確定保護(hù)的動作電流1躲開變壓器投入，切除外部短路后及電壓恢復(fù)時的勵磁涌流：A2躲開電流互感器二次回路斷線時變壓器的最大負(fù)荷：A3躲開變壓器外部短路時的最大不平衡電流： =1.3（） 電流互感器的誤差引起的不平衡電流 變壓器電壓分接頭改變引起的不平衡電流 平衡線圈不能對變壓器與側(cè)電流差值進(jìn)行完全補(bǔ)償引起的不平衡電流 非同期分量引起的誤差，取1 電流互感器的同型系數(shù)當(dāng)電流互感器型號相同且處于同一情況下，當(dāng)電流互感器型號不同時， 繼電器整定匝數(shù)與計算匝數(shù)不等而引起的相對誤差1.3（）

13、 =1.3（1×1×0.1+0.05+0.05）×因此，保護(hù)的基本側(cè)的動作電流取上述三者中最大值：確定繼電器基本側(cè)線圈匝數(shù)及各線圈接法1基本側(cè)繼電器動作電流A2基本側(cè)線圈匝數(shù)（差動線圈匝數(shù)）匝取匝3確定基本側(cè)線圈接入匝數(shù)繼電器實際動作電流：A保護(hù)一次動作電流為：A4確定非基本側(cè)平衡線圈及工作線圈匝數(shù)匝確定平衡線圈實用匝數(shù)為匝5計算由實用線圈與計算匝數(shù)不等引起的相對誤差動作電流滿足要求。6靈敏度：2因此，合格第3章 保護(hù)原理圖的繪制與動作過程分析根據(jù)基爾霍夫第一定律，；式中表示變壓器各側(cè)電流的向量和，其物理意義是：變壓器正常運行或外部故障時，若忽略勵磁電流損耗及其他

14、損耗，則流入變壓器的電流等于流出變壓器的電流。因此，縱差保護(hù)不應(yīng)動作。當(dāng)變壓器內(nèi)部故障時，若忽略負(fù)荷電流不計，則只有流進(jìn)變壓器的電流而沒有流出變壓器的電流，縱差保護(hù)動作，切除變壓器。動作過程分析：(1）正常運行和區(qū)外故障時，被保護(hù)元件兩端的電流和的方向如圖（a）所示，則流入繼電器的電流為繼電器不動作。（2）區(qū)內(nèi)故障時，被保護(hù)元件兩端的電流和的方向如圖（b）所示，則流入繼電器的電流為此時為兩側(cè)電源提供的短路電流之和，電流很大，故繼電器動作，跳開兩側(cè)的斷路器。由上分析可知，縱聯(lián)差動保護(hù)的范圍就是兩側(cè)電流互感器所包圍的全部區(qū)域，即被保護(hù)元件的全部，而在保護(hù)范圍外故障時，保護(hù)不動作。變壓器在正常負(fù)荷狀

15、態(tài)下，差動回路中的不平衡電流很小，但當(dāng)發(fā)生區(qū)外短路故障時，由于電流互感器可能飽和等等因素，會使不平衡電流增大，當(dāng)不平衡電流超過了保護(hù)動作電流時，差動保護(hù)就會誤動。比率差動保護(hù)就是用來區(qū)分差流是由內(nèi)部故障還是不平衡輸出（特別是外部故障）引起的，它引入了外部短路電流作為制動電流，當(dāng)外部短路電流增大時，制動電流隨之增大，使得繼電器的動作電流也相應(yīng)增大，這樣就可以有效的躲過不平衡電流，避免誤動的出現(xiàn)。比率差動元件采用初始帶制動的變斜率比率制動特性，由低值比率差動（靈敏）和高值比率差動（不靈敏）兩個元件構(gòu)成。為了保證區(qū)內(nèi)故障的快速切除，只有低值比率差動元件（靈敏）設(shè)有TA飽和判據(jù)，高值比率差動元件（不靈

16、敏）不設(shè)TA飽和判據(jù)。三折線比率差動保護(hù)的動作特性如圖所示。式中：為變壓器額定電流；分別為變壓器各側(cè)電流；為穩(wěn)態(tài)比率差動起動電流；為差動電流；為制動電流；為比率制動系數(shù)整定值。比率差動保護(hù)按相判別，滿足以上條件時動作。但是保護(hù)出口必須還要經(jīng)過TA的飽和判別，TA斷線判別（可選），勵磁涌流判別。由圖可以看出，具有比率制動特性差動元件的動作特性主要由起動電流，拐點電流，比率制動系數(shù)（即特性曲線的斜率）決定，而動作特性又決定了差動元件的動作靈敏度和躲區(qū)外故障的能力，當(dāng)這三個量中的兩個固定以后，比率制動系數(shù)越小，或拐點電流越大，或初始動作電流越小，差動元件的動作靈敏度越高，而此時躲區(qū)外故障的能力越差。

17、第4章 MATLAB建模仿真分析圖4.1 5%匝間短路時電壓、電流、等效瞬時電感和電感變化量的波形仿真分析：從仿真結(jié)果可以看出，在空載合閘時產(chǎn)生勵磁涌流時，由于勵磁電感交替處于飽和區(qū)和非飽和區(qū)，等效瞬時電感出現(xiàn)了急劇變化，這是由于電壓和電流差存在相位差，但對等效瞬時的計算無太大影響，考慮到合閘角，剩磁等因素，對應(yīng)于各種情況下的等效瞬時電感的變化有所不同，勵磁涌流時，等效電感的變化量分布在60至500中，且在0時的數(shù)值相對較大。所以，變壓器在發(fā)生勵磁涌流和內(nèi)部故障時的等效時電感的變化量很大，所以，以等效瞬時電感的變化量為特征量，設(shè)置一個門檻值可以有效的區(qū)分內(nèi)部故障和勵磁涌流。第5章 課程設(shè)計總結(jié)

18、這次課程設(shè)計主要對繼電保護(hù)中變壓器縱差保護(hù)的整定計算進(jìn)行了綜合的考查，重點難點在于最大最小運行系統(tǒng)的確定，如何區(qū)分勵磁涌流與故障電流，詳細(xì)介紹了變壓器縱差保護(hù)的原理，又整合了電力系統(tǒng)的暫態(tài)分析內(nèi)容，進(jìn)行了短路電流的計算，其中也涉及到正序、負(fù)序、零序網(wǎng)絡(luò)的建立、保護(hù)原理圖的繪制與動作過程分析，變壓器在最大及最小運行方式下短路電流的計算以及對變壓器縱差保護(hù)繼電器的整定及計算及校驗，運用MATLAB建立了仿真模型，對變壓器在不同工作條件下進(jìn)行了大量的仿真，考慮了其綜合性強(qiáng)，知識考查面廣，極大地提高了變壓器繼電保護(hù)的設(shè)計能力而且對所學(xué)的知識有了全面地結(jié)合和應(yīng)用。本次課程設(shè)計的主要針對方向是輸電線路的距離保護(hù)，這對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性至關(guān)重要。系統(tǒng)在正常運行時，不可能總工作于最大運行方式下，因此當(dāng)運行方式變小時，電流保護(hù)的保護(hù)范圍將縮短，靈敏度降低；而距離保護(hù)測量的是短路點至保護(hù)安裝處的距離，受系統(tǒng)運行方式影響較小，保護(hù)范圍穩(wěn)定因此常用于線路保護(hù)。靈敏度的計算同時也是很重要的一環(huán)，這能影響到計算所得的靈敏度