35KV變壓器保護裝置的設計

1、畢業(yè)設計任務書專業(yè) 機械設計制造及其自動化班級 姓名xxx 下發(fā)日期 2013-03-0100裝 護 保 口昔題專主要內容及要求保 壓誼MO 變萌 罰 握沐 解 掌FM軌 裝母唯浬31 護器 可吊深求 內主、，要(1(2(3主要技術參數尼計 亠5 rr L 一、一 fTR 口昔 eq變選壓 組器變 繞電側 雙繼同 12 3 z( z( z(進 度 及 宀 完 成 日 期完 答續(xù) 待繼 等 。標并， 黒 初 印 框的 打 文文嗽 刑 論論郵 稿 的計fl定 。步設岀 終 獻初業(yè)緘 最 文成畢麗 考形成対 參，形苗 改 閱題，ti修 查問案頁 樹 及的方wir 料到計軻。行 資IM設 肝tds H

2、坤啄據概論 盼辭一I根皆對 0 0 0 0 H 5 0 5 1 5 13 13 1 1 1 1 1 1 O 2020202020辯期 日期 日指期 日指導教師評語該生能比較全面地完成畢業(yè)論文的任務，方案合理、方法正確，能綜合運用本專 業(yè)的基礎知識，分析問題和解決問題的能力較強。能夠運用本學科的常規(guī)研究分析方 法，運用相關軟件和專業(yè)知識設計出系統(tǒng)圖。畢業(yè)設計過程中工作態(tài)度較好，能力較強，任務完成情況較好。系統(tǒng)圖設計符合 工程規(guī)范，文檔及數據清單比較齊全。論文選題35KV變壓器保護裝置的設計，能夠緊密結合電廠中變壓器的實例, 設計了一套以繼電器為核心的保護變壓器的裝置，用來保護變壓器可以正常運行。

3、同 意該同學參加論文答辯。指導教師：青島理工大學畢業(yè)設計評閱意見表設計題目評價 項目評價標準（A級）滿分評分ABCDE文獻 資料 利用 能力能獨立地利用多種方式 查閱中外文獻；能正確翻 譯外文資料；能正確有效 地利用各種規(guī)范、設計手 冊等。1010987 6綜合 運用 能力研究方案設計合理；設計 方法科學；技術線路先進 可行；理論分析和計算正 確；動手能力強；能獨立 完成設計；能綜合運用所 學知識發(fā)現和解決實際 問題；研究結果客觀真 實。2019-2017- 1815- 1613- 14 12設計質量設計結構嚴謹；邏輯性4037-4032-3628-3125-27 24強；語言文字表準確流 暢

4、；格式、圖、表規(guī)范； 有一定的學術水平或實 際價值創(chuàng)新 能力有較強的創(chuàng)新意識；所做 工作有較大突破；設計有 獨到見解151513-1411-1210 9工作 量工作量飽滿；圓滿完成了 任務書所規(guī)定的各項任 務。151513-1411-1210 9總分是否同意將該設計 提交答辯：是（）否（）具體評閱及修改意見：評閱人：年 月日注：1.請按照A級標準，評出設計各項目的具體得分，并填寫在相應項目的評分欄中；2. 計算出總分。若總分60分，“設計質量” = I d1 /X* (K 2) =1.56/1.44=1.08(KA)2）最小運行方式:圖2-7短路電流計算圖1尹3取基準值:IIXXK-1XISd

5、=100MV A , Uc1=37KV , UC2=10.5KVd1=Sd = 100 =1.56KAV3U c1 U3 37d2=Sd=一100一 =5.50KA3U c2 3 10.5X* =電少=0.4Soc 2502 =0.415100372=0.44Uk00 Sd _7.5 100 103100Sn100 6300(K 1) = X； + X 2 =0.4+0.44=0.84(k 1) 1 2d1=1.19(k 1)二156 KA=1.86KA0.84I ;(3)=| =| k3)1=1.86KAi S3)=2.55 I ；=4.74KAI S? =1.51 I k=2.81KASk

6、3,=型 MV- A=119.05MV AX(k 1)O.84K-2X(K2) = X1 + X2 + X3=0.84+1.19=2.03(3)=_K 2 X(k 2)=5.50/2.03KA=2.71KAS3)=2.55 I k(3) =6.91AS3)=1.51 I k(3) =4.09KAS2二一=00MV- A=49.26MV AX “) 23折算到35KV側:I d21ma= I di /X*(K 2) =1.56/2.03=0.77(KA)(3) 10KM 200MV- A1)最大運行方式：圖2-9短路電流計算圖圖2-10等效電路圖取基準值：Sd=100MV A , Uc1 =37

7、KV , UC2=10.5KVSdd2Sd.3U C2100,3 10.5=5.50KA*X1 =魚=型=0.5Soc 200XXK-1X2=0.43= X 410Uk10037200100Sn=0.29Sd= 7.5 100 103100 6300(K 1) = X； + X； =0.5+0.29=0.79d1(k 1)二156 KA=1.97KA0.79= 1.19di= 100 =1.56KA、3Uc1 3 37I ;(3)=| =| k3)1=1.97KAi S3? =2.55 I k(3) =5.02KAI S? =1.51 I k(3) =2.97KASk3、一=MV- A=126

8、.58MV AX (k 1)0.79K-2X *(k2)= X； + X2 + X； X 4=0.79+1.19/2=1.39(3)I d2=5.50/1.39KA=3.96KA(k 2)Ik(3)=I =I k3)1 =3.96KAi S31)=2.55 I k(3)=10.10KAS2二一=100 MV- A=71.94MV AX（k 2）39折算到35KV側:I d21ma= I 才 /X*（K 2） =1.56/1.39=1.12（KA）1/己寧圖2-12 等效電路圖取基準值：Sd=100MV A , Ud =37KV , Uc2=10.5KVd1Sd _ 100.3Uc1 、3 37

9、d2Sd= 1003Uc2 、3 10.5=5.50KA*X1 =SdSoc= 100=0.5200* 1002=0.4102 =0.29372K-1X * (K “ = x ； + X 2 =0.5+0.29=0.79(K S3)=2.55 I k=7.09AI Sh =1.51 I k=4.20KA=1 MV- A=50.51MV A1.98 折算到35KV側:I1= 1=1：56 KA=1.97KAX(ki)79I ;(3)=i =i kI d21ma= I d1 /X* (K 2)=1.56/1.98=0.79(KA)(4) 10KM 250MV- A1) 最大運行方式：i=i.97K

10、A i Sh =2.55 I ；=5.02KAI Sh =1.51 I k=2.97KAS100SfW =MV- A=126.58MV AX (k 1) 0.79K-2X *(k2)= X* + X2 + X；=0.79+1.19=1.98I d2=5.50/1.98KA=2.78KA(k 2)(3)_=I k3) =2.78KA取基準值：Sd=100MV A , Uc1=37KV , UC2=10.5KVdiSd =100 3U c1 . 3 37=1.56KAd2Sd= 1003Uc2 、3 10.5=5.50KA*X1 =SdSoc2=0.4= 100=0.410100=0.29XK-1

11、X3= X 4Uk0o Sd=7.5 100 103100SN100 6300=1.19(K 1) = X； + X 2 =0.4+0.29=0.69(K 1) 1 2K-2I(3)1= *Id1=1；56 KA=2.26KAX(k1)O.69I ;(3)=I =| k3)1 =2.26KAi S3)=2.55 I ；=5.76KAI S3)=1.51 I k=3.41KASk3)1 = *=迴 MV- A=144.93MV A X (k 1)0.69(K 2)= X* + X； + X； X ； =0.69+1.19/2=1.29I d2=5.50/1.29KA=4.26KA(k 2)I ;

12、(3)=i 曰 k3)1 =4.26KAi S3)=2.55 I k=10.86KAI S3)=1.51 I k=6.43KAsk3)2= *Sd=型 MV- A=77.52MV AX 1.29折算到35KV側:I d21ma= I d1 /X* (K 2)=1.56/1.29=1.21(KA)2）最小運行方式:0.4Q.22K-11.19圖2-16等效電路圖取基準值：Sd=100MV A , Uc1=37KV , UC2=10.5KVI di=Sd = 100 =1.56KAV3U c1 占 37d2Sd =100.3Uc210.5=5.50KA*X1 =也=型=0.4Soc 250XXK-

13、1XI2 =0.410100372=0.29100Sn= 7.5 100 103100 6300(K 1) = X； + X； =0.4+0.29=0.69(k 1) 1 2d1(k 1)二156 KA=2.26KA0.69=1.19(3). k =I k3) =2.26KAi S3 =2.55 I k=5.76KAI Sh =1.51 I k=3.41KASk3)i = Sd = 100 MV- A=144.93MV AX(k i)0.69K-2X * (K 2) = X* + X2 + X；=0.69+1.19=1.88(K 2)(3)I d2=5.50/1.88KA=2.93KA(k 2

14、)I ;(3)=I =i k3)1 =2.93KAi S3? =2.55 I k(3) =7.47AI S3? =1.51 I k(3) =4.42KAS2= *Sd=型 MV- A=53.19MV- A X (k 2)1.88折算到35KV側:I d21ma= I d1 /X* (K 2)=1.56/1.88=0.83(KA)2.2變壓器的故障和不正常運行狀態(tài)分析變壓器的內部故障可以分為油箱內和油箱外故障兩種。 油箱內的故障主要是指發(fā)生在變壓器油箱內包括高壓側或低壓側繞組的相間短路、匝間短路、中性點直接接地系統(tǒng)側繞組的單相接地短路以及鐵心的燒損等，對變壓器來講，這些故障都是十分危險的，因為油

15、箱內故障時產生的電弧，將引起絕緣物質的劇烈汽化， 從而可能引起爆炸，因此，這些故障應該盡快加以切除。油箱外的故障，主要是 套管和引出線上發(fā)生相間短路和接地短路（直接接地系統(tǒng)側）。而油箱內發(fā)生相間 短路的情況比較少。變壓器的不正常運行狀態(tài)主要有：變壓器外部相間短路引起的過電流和外部 接地短路引起的過電流和中性點過電壓；由于負荷長時間超過額定容量引起的過 負荷以及由于漏油等原因而引起的油面降低或冷卻系統(tǒng)故障引起的溫度升高；對 大容量變壓器，由于其額定工作時的磁通密度相當接近于鐵心的飽和磁通密度， 因此在過電壓或低頻率等異常運行方式下，還會發(fā)生變壓器的過勵磁故障。變壓 器處于不正常運行狀態(tài)時，繼電器

16、應根據其嚴重程度，發(fā)出警告信號，使工作人 員及時發(fā)現并采取相應的措施，以確保變壓器安全。2.3電力變壓器的保護方案分析變壓器油箱內部發(fā)生故障時，除了變壓器各側電流、電壓變化外，油箱內的 油、氣、溫度等非電量也會發(fā)生變化。因此，變壓器的保護也就分為電量保護和 非電量保護兩種。非電量保護裝設在變壓器內部。線路保護中采用的許多保護如 過電流保護，縱差保護等在變壓器的電量保護中都有應用，但在配置上有區(qū)別。 根據上述故障類型和不正常工作狀態(tài)，對變壓器應裝設下列保護。a. 瓦斯保護對變壓器內部的各種故障及油面降低，應裝設瓦斯保護。對800KVA及以上油浸式變壓器和400KVA及以上車間內油浸式變壓器，均應

17、裝設瓦斯保護。當油 箱內故障產生輕微瓦斯或油面下降， 應瞬時動作于信號；當產生大量瓦斯時，應 動作于斷開變壓器各側斷路器。b. 線路保護（1）縱差保護或電流速斷保護對變壓器繞組導管及引出線上的故障， 應根據容量不同，裝設縱差保護或電 流速斷保護。保護瞬時動作，斷開變壓器各側斷路器。1）對6.3MVA及以上并列運行的變壓器和10MVA單獨運行的變壓器以及 6.3MVA以上廠用變壓器應裝設縱差保護。2）對10MVA以下廠用備用電壓器和單獨運行的變壓器，當后備保護時 間大于0.5S時，應裝設電流速斷保護。3）對2MVA及以上用電流速斷保護靈敏性不符合要求的變壓器，應裝設 縱差保護。4）對高壓側電壓為

18、330KV及以上的變壓器，可裝設雙差動保護。（2）外部相間短路時，應采用的保護對于外部相間短路引起的變壓器過電流，應采用下列保護作為后備保護。1）過電流保護，一般用于降壓變壓器，保護裝置的整定值應考慮事故 狀態(tài)下可能出現的過負荷電流。2）復合電壓起動的過電流保護。一般用于升壓變壓器、系統(tǒng)聯(lián)絡變壓 器及過電流保護靈敏度不滿足要求的降壓變壓器上。3）負序電流及單相式低電壓起動的過電流保護，一般用于容量為63MVA 及以上的升壓變壓器。4） 阻抗保護，對于升壓變壓器和系統(tǒng)聯(lián)絡變壓器，當采用第 2）、3） 的保護不能滿足靈敏度和選擇性要求時， 可采用阻抗保護。對500kV系統(tǒng)聯(lián)絡變 壓器高、中壓側均應

19、裝設阻抗保護。保護可帶兩段時限，以較短的時限用于縮小 故障影響范圍；較長的時限用于斷開變壓器各側斷路器。（3）外部接地短路時，應采用的保護對中性點直接接地電力網內，由外部接地短路引起過電流時，如變壓器中性 點接地運行，應裝設零序電流保護。零序電流保護可由兩段組成，每段可各帶兩 個時限，并均以較短的時限動作于縮小故障影響范圍， 或動作于本側斷路器，以 較長的時限動作于斷開變壓器各側斷路器。對自耦變壓器和高、中壓側中性點都直接接地的三繞組變壓器， 當有選擇性 要求時，應增設零序方向元件。當電力網中部分變壓器中性點接地運行， 為防止發(fā)生接地短路時，中性點接 地的變壓器跳開后，中性點不接地的變壓器（低

20、壓側有電源）仍帶接地故障繼續(xù) 運行，應根據具體情況，裝設專用的保護裝置，如零序過電壓保護，中性點裝放 電間隙加零序電流保護等。（4）過負荷保護即電力系統(tǒng)中用電負荷超出發(fā)電機的實際功率或變壓器的額定功率引起設 備過載。由于短時過負荷不會引起系統(tǒng)或電力設備的安全問題但長時間會引起系 統(tǒng)或電力設備本身的安全或穩(wěn)定問題或用電設備的安全故過負荷一般保護延時 作用于信號和跳閘。高壓過負荷保護本質上針對于設備本身的熱容量對于高壓輸電線路還是要 針對系統(tǒng)穩(wěn)定的。一般的哇就相當于低壓系統(tǒng)里的長延時保護即低壓系統(tǒng)的過載 保護一般變壓器過負荷保護的整定時間也是 915秒動作電流要略大于變壓器額定電流。此外高壓電容器

21、和電動機也可能用到過負荷保護。 對線路而言一般不用。 在選擇性配合及動作出口上它與設備的熱載能力進行配合一般不會啟動重合閘 有時可能還有有聯(lián)切的設計。高壓過電流保護一般是針對于短路故障的保護線路 出現了故障但又不在速斷的保護范圍內而設置的如單相接地等要求在一定的時 間內跳閘。類似于低壓系統(tǒng)里的短延時保護。在選擇性配合及動作出口上它要與 相鄰裝置中針對短路故障的保護段進行配合最終出口是把保護范圍隔離出來對 于線路有時還會啟動重合閘。一般而言低壓系統(tǒng)不談“過電流保護”而經常說“短路保護”咼壓系統(tǒng)不提“過載保護”而代之以“過負荷保護”。過負荷保護的定值比過流保護的定值要低得多但要大于正常負荷防止設備

22、過載運行而且為 了躲過設備起動電流還要加入一定的延時。 當某種原因使過流保護拒動時過負荷 保護還可作為過流保護的后備。對400kVA以上的變壓器，當數臺并列運行，或單獨運行并作為其他負荷的 備用電源時，應根據可能過負荷的情況，裝設過負荷保護。過負荷保護接于一相 電流上，并延時作用于信號。對于無經常值班人員的變電站，必要時過負荷保護 可動作于自動減負荷或跳閘。(5) 過勵磁保護過勵磁保護應按變壓器廠家提供的變壓器滿載情況下的過勵磁曲線整定，其整定原則為盡量使所調整的勵磁保護繼電器的勵磁曲線在變壓器過勵磁曲線的 下方，即變壓器運行在過勵磁條件下時，勵磁保護繼電器應能以比它所能承受的 更短時間可靠跳

23、開主變各側斷路器。 同時，應該保證在正常運行條件下，變壓器 應有一定的耐受勵磁強度的水平，所以勵磁保護繼電器的啟動值一般整定到略大 于正常的最高運行值。高壓側電壓為500kV及以上的變壓器，對頻率降低和電壓升高而引起的變壓 器勵磁電流的升高，應裝設過勵磁保護。在變壓器允許的過勵磁范圍內， 保護作 用于信號，當過勵磁超過允許值時，可動作于跳閘。過勵磁保護反應于實際工作 磁密和額定工作磁密之比(稱為過勵磁倍數)而動作。(6) 其他保護對變壓器溫度及油箱內壓力升高和冷卻系統(tǒng)故障，應按現行變壓器標準的要 求，裝設可作用于信號或動作于跳閘的裝置。2.4電力變壓器的保護方案確定變壓器為變電所的核心設備，根

24、據其故障和不正常運行的情況，從反應各種 不同故障的可靠、快速、靈敏及提高系統(tǒng)的安全性出發(fā)，設置相應的主保護、異 常運行保護和必要的輔助保護。于本設計而言，因為容量關系不采用速斷保護， 采用瓦斯保護，過電流保護采用定時限過流保護，高壓側電壓沒有500KV故不采 用勵磁保護。具體情況如下：（1）主保護：瓦斯保護（以防御變壓器內部故障和油面降低）、縱差動保護 （以防御變壓器繞組、套管和引出線的相間短路）。（2）后備保護：過電流保護（以反應變壓器外部相間故障）、過負荷保護（反 應由于過負荷而引起的過電流）。第3章 變壓器保護裝置中繼電器的選擇3.1電力變壓器的保護原理分析通過瓦斯繼電器、信號繼電器、中

25、間繼電器、高壓斷路器、斷路器跳閘等實 現電力變壓器的保護。3.2瓦斯保護原理KS-信號繼電器T-電力變壓器 KG-瓦斯繼電器KW中間繼電器 QF高壓斷路器YR斷路器跳閘線圈XB-連接片R-限流電阻圖3-1變壓器瓦斯保護原理電路圖3.2.1瓦斯保護的分析（1）工作原理瓦斯保護是變壓器內部故障主要保護元件， 對變壓器匝間和層間短路、鐵芯 故障、套管內部故障、繞組內部斷線及絕緣劣化和油面下降等故障均能靈敏動作。 當油浸式變壓器內部發(fā)生故障時，電弧將使絕緣材料分解并產生大量氣體， 其強 烈程度隨故障嚴重程度不同而不同。瓦斯保護就是利用反應氣體狀態(tài)瓦斯繼電器（又稱氣體繼電器）來保護變壓器內部故障。瓦斯保

26、護繼電器內，上部是一個密封浮筒，下部是一塊金屬檔板，兩者都裝 有密封水銀接點。浮筒和擋板可以圍繞各自軸旋轉。 正常運行時，繼電器內充滿 油，浮筒浸油內，處于上浮位置，水銀接點斷開；擋板因本身重量而下垂，其水 銀接點也是斷開。當變壓器內部發(fā)生輕微故障時，氣體產生速度較緩慢，氣體上 升至儲油柜途中首先積存于瓦斯繼電器上部空間，使油面下降，浮筒隨之下降而使水銀接點閉合，接通延時信號，這就是所謂“輕瓦斯”；當變壓器內部發(fā)生嚴 重故障時，則產生強烈瓦斯氣體，油箱內壓力瞬時突增，產生很大油流向油枕方 向沖擊，因油流沖擊擋板，擋板克服彈簧阻力，帶動磁鐵向干簧觸點方向移動， 使水銀觸點閉合，接通跳閘回路，使斷路器跳閘，這就是所謂“重瓦斯”