電力系統(tǒng)繼電保護變壓器課程設計

1、電力系統(tǒng)繼電保護課程設計 指導教師評語報告（30）總成績修改（40）平時（30）專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 班 級： 電氣091 姓 名： 許 剛 學 號： 指導教師： 高鋒陽 蘭州交通大學自動化與電氣工程學院2012 年 7月 7日1 設計原始資料1.1 題目一臺雙繞組降壓變壓器的容量為20MVA，電壓比為3522.5%/6.6kV，采用Y，d11接線；采用BCH-2型繼電器。求差動保護的動作電流。已知：6.6kV外部短路的最大三相短路電流為8237A,35kV側電流互感器變比為600/5，6.6kV側電流互感器變比為1500/5,可靠系數Krel=1.3。試對變壓器進行相關保護的設計。1

2、.2 要完成的內容對變壓器進行主保護和后備保護的設計、配置、整定計算和校驗。2 保護方案設計2.1 方案設計2.1.1 主保護配置為了滿足電力系統(tǒng)穩(wěn)定性方面的要求，當變壓器發(fā)生故障時，要求保護裝置快速切除故障。通常變壓器的瓦斯保護和縱差動保護構成雙重化快速保護。瓦斯保護,變電所的主變壓器和動力變壓器，都是用變壓器油作為絕緣和散熱的。當變壓器內部故障時，由于短路電流和電弧的作用，故障點附近的絕緣物和變壓器油分解而產生氣體，同時由于氣體的上升和壓力的增大會引起油流的變化。利用這個特點構成的保護，叫做瓦斯保護。瓦斯保護主要由瓦斯繼電器、信號繼電器、保護出口繼電器等構成，瓦斯繼電器裝在變壓器油箱和油枕

3、的連接管上。瓦斯繼電器的上觸點為輕瓦斯保護，由上開口杯控制，整定值為當瓦斯繼電器內上部積聚250300cm3氣體時動作，動作后發(fā)信號。下觸點為重瓦斯保護，由下開口杯控制，整定值為當油流速度達到0.61.0 m/s時動作，動作值后一方面發(fā)信號，另一方面啟動出口繼電器，使其觸點閉合，并通過繼電器本身的電流線圈自保持，一直到變壓器各側的斷路器跳閘完成為止?？v差動保護,電流縱差動保護不但能區(qū)分區(qū)內外故障，而且不需要與其他元件的保護配合，可以無延時的切除區(qū)內各種故障，具有明顯的優(yōu)點。本設計中變壓器主保護主要選電流縱差動保護，差動保護是變壓器內部、套管及引出線上發(fā)生相間短路的主保護，同時也可以保護單相層間

4、短路和接地短路，不需與其他保護配合，可無延時的切斷內部短路，動作于變壓器高低壓兩側斷路器跳閘。為了保證動作的選擇性，差動保護動作電流應躲開外部短路電流時的最大不平衡電流。2.1.2 后備保護配置變壓器的后備保護選擇過電流保護和低電壓啟動的過電流保護。低電壓啟動的過電流保護主要是為了保護外部短路引起的變壓器過電流，同時也可以作為變壓器差動保護以及饋線保護的后備保護。變壓器的不正常工作包括過負荷運行，對此配置過負荷保護。正常時，變壓器不過負荷，電流小于整定值，過負荷保護不動作。當三相負荷對稱時，可僅在一相裝設過負荷保護。3 整定計算3.1 主保護的整定計算3.1.1 差動保護動作電流計算值表1 變

5、壓器各側一、二次電流名稱各側數值額定電壓（kV）356.6額定電流（A）電流互感器接線Y電流互感器變比120/1300/1二次電流（A） (1) 躲過外部短路故障時的最大不平衡電流，整定計算式1Iset=KrelIunb.max (3.1) Iunb.max=(f+U+KnpKst)Ik.max (3.2)已知f=0.22，U=0.05，Knp=0.1，Kst=1，帶入公式(3.2)得Iunb.max =（0.22+0.05+0.111）8237=3048(A)Iset =1.31753=3962(A)(2) 躲過變壓器最大勵磁涌流，整定式 1Iset=Krel IN (3.3)已知Krel=

6、1.3,=1，IN=1753，帶入公式(3.3)得 Iset =1.311753=2279(A)(3) 按躲過電流互感器二次回路斷線計算1，即 Iset=KrelIl.max (3.4)已知Krel=1.3，Il.max=1753，帶入公式(3.4)得Iset =1.31753 =2279（A）按上面的三個條件計算縱差護的動作電流，并選取最大者，比較可知：選一次動作電流Iset=3048(A) (3.5)兩相最小短路電流歸算到一次側1Ik.min=Ik.max (3.6)已知Ik.max=8273，帶入公式(3.6)得Ik.min=8273=7133（A）靈敏度校驗Ksen=Ik.min/Is

7、et (3.7)已知Ik.max=7133，Iset=3048，帶入公式(3.7)得Ksen=7133/3048=2.34Ksen2滿足靈敏度要求。3.2 后備保護的整定計算3.2.1 變壓器過電流保護所以整定電流1Iset=KssIL.max (3.8)已知Krel=1.2，Kre=0.85，Kss=1.5，IL.max=1753，帶入公式(3.8)得 Iset=3712(A)靈敏度校驗1Ksen= (3.9)已知Ik.min=7133，Iset=3712，帶入公式(3.9)得Ksen = =1.92Ksen1.5滿足靈敏度要求。3.2.2 低電壓啟動的過電流保護過電流保護按躲過可能出現的最

8、大負荷電流整定，啟動電流比較大，對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啟動的過電流保護。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)運行變壓器切除或電動 自啟動時可能出現的最大負荷，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 = =2475(A)低電壓繼電器的動作電壓按以下條件整定，并取最小值。（1） 按躲過正常運行時可能出現的最低工作電壓整定1，Uset= (3.12)已知UL.min=5.94，Krel=0.85，Kre=1.1，帶

9、入公式(3.12)得Uset = =6.35(kv)(2)按躲過電動機自啟動時的電壓整定：當低壓繼電器由變壓器低壓側互感器供電時，計算式為1Uset=(0.50.6)UN (3.13)當低壓繼電器由變壓器高壓側互感器供電時，計算式為1 UN (3.14)對于降壓變壓器，負荷在低壓側，電動機自啟動時高壓側電壓比低壓側高了一個變壓器壓降（標幺值）。所以高壓側取值比較高，但仍按式(3.21)整定，原因是發(fā)電機在失磁運行時低壓母線電壓會比較低。Uset=0.66.6 =3.96(kV)電流繼電器靈敏度的校驗方法與不帶低壓啟動的過電流保護相同。低電壓繼電器的靈敏系數按下式校驗1 Ksen= (3.15)

10、要求Ksen1.25，當6.6kV側母線處短路時保護安裝處的殘壓等于零，顯然：Ksen=1.25滿足要求，可見用低電壓啟動的過電流保護可作為后備保護。4 繼電保護設備選擇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貴重設備的安全，都有一套由繼電器控制設備組成的繼電保護線路。當電力系統(tǒng)中發(fā)生故障時，這些保護裝置就會動作，切斷故障的線路，如果是偶然的故障，還能夠自動合閘，保證正常供電。保護用電流互感器，就是將線路上的電流變?yōu)橐欢ù笮〉碾娏?給繼電器等保護裝置供電。當線路上發(fā)生短路或其它故障，使線路上電流劇增時，通過電流互感器供給繼電器等保護裝置的電流也劇增，使繼電保護裝置動作，切斷故

11、障線路。保護用電流互感器的準確級用5P和10P表示，也相當于其允許誤差為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，并盡可能將負荷均勻分布在各相上，然后計算各相負荷大小，按照所接儀表的準確級和容量選擇互感器的準確級額定容量。所以本題中電壓互感器的型號為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構的獨立電流互感器，常用LCC7系列。電力變壓器中性點電流互感器的一次額定電流應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進行選擇。關于準確度，用于電度計量的電流互感器，

12、準確度不應低于0.5級，用于電流電壓測量的準確度不低于1級，非重要回路可采用3級，用于繼電保護的電流互感器，應用D級B級，選型號為LCWD2-35型電流互感器。4.2 繼電器的選擇本設計選用BCH-2型差動繼電器，該差動繼電器，作為兩繞組及三繞組電力變壓器，以及交流發(fā)電機的單相差動。繼電器可以預防由非故障狀態(tài)的不穩(wěn)定的過渡電流而使保護非選擇性的動作。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。繼電器具有短路繞組，它構成差動繼電器的一些主要技術性能，速飽和變流器的所有繞組都是制成帶有抽頭的，這樣就可以對繼電器的參數進行階梯性調整。當用BCH-2型繼電器來保護電力變壓器時，

13、平衡繞組的圈數根據這樣的條件來選擇，既當發(fā)生穿越短路時，所有繞組的匝數應相等。當用繼電器保護兩繞組變壓器時動作電流可以在更細致的范圍內進行調整，因為這時可以利用兩個平衡繞組。變流器和執(zhí)行原件放在一個外殼內，為了便于對執(zhí)行原件單獨的校驗調整和實驗變流器特性時的須要，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，因而可以調整試驗時接通或斷開相應的電路。5 保護評價及結論一旦變壓器內部出現故障時，差動保護與瓦斯保護能否正確反映出來，這與它們的設計原理是密切相關的。主變差動保護是按循環(huán)電流原理設計制造的，而瓦斯保護是根據變壓器的內部故障時會產生或分解氣體，針對這一點設計制造的。兩種保護由于基本原理不一樣，因而在作用和保護范圍上也有所不同。他們的區(qū)別為：差動保護是變壓器的主保護，瓦斯保護為變壓器內部故障時的主保護。另一個區(qū)別是差動保護可裝在變壓器、