淺析電力變壓器繼電保護設計

1、鄭州電力職業(yè)技術學院畢業(yè)生論文 題目： 淺析電力變壓器繼電保護設計系 別 電力系 專 業(yè) 電力系統(tǒng)繼電保護及自動化 班 級 繼電三班 學 號 20142562 姓 名 孫中平 論文成績指導教師答辯成績主答辯教師綜合成績答辯委員會主任目錄目錄2內(nèi)容摘要4關鍵詞4第一章護相關理論知識51.1繼電保護的概念51.2.1繼電保護的任務51.2.2繼電保護基本原理和保護裝置的組成5第二章自動保護和自動裝置規(guī)劃62.1系統(tǒng)分析及繼電保護要求62.2本系統(tǒng)故障分析62.3本設計繼電保護裝置原理概述62.3.1 110kv線路電流速短保護72.3.2 110kv電路過電流保護72.3.3平行雙回線路橫連方向差

2、動保護72.3.4變壓器瓦斯保護72.35變壓器縱連差動保護7第三章短路電流計算83.1畫出短路等值電路83.2短路電流計算103.3保護裝置的配置11第四章裝置的整定計算114.1縱差保護的整定計算114.2 110kv側(cè)復合電壓啟動過電流保護整定計算134.3 38.5kv側(cè)方向過流保護144.4 110kv零序過流保護144.5變壓器氣體保護的整定15課程設計心得與體會-16附錄A17附錄B18參考文獻19內(nèi)容摘要 電網(wǎng)繼電保護和安全自動裝置是電力系統(tǒng)的重要組成部分，對保證電力系統(tǒng)的正常運行，防止事故發(fā)生或擴大起了重要作用。應根據(jù)審定的電力系統(tǒng)設計（二次部分）原則或?qū)彾ǖ南到y(tǒng)接線及要求進

3、行電網(wǎng)繼電保護和安全自動裝置設計。設計應滿足繼電保護和安全自動裝置技術規(guī)程（SDJ6-83）、110220kV電網(wǎng)繼電保護與安全自動裝置運行條例等有關專業(yè)技術規(guī)程的要求。繼電保護是保障電力設備安全和防止及限制電力系統(tǒng)長時間大面積停電的最基本、最重要、最有效的技術手段。許多實例表明，繼電保護裝置一旦不能正確動作，就會擴大事故，釀成嚴重后果。因此，加強繼電保護的設計和整定計算，是保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的重要工作。實現(xiàn)繼電保護功能的設備稱為繼電保護裝置。本次設計的任務主要包括了六大部分，分別為運行方式的選擇、電網(wǎng)各個元件參數(shù)及負荷電流計算、短路電流計算、繼電保護距離保護的整定計算和校驗、繼電保護零序電

4、流保護的整定計算和校驗、對所選擇的保護裝置進行綜合評價。其中短路電流的計算和電氣設備的選擇是本設計的重點。通過此次線路保護的設計可以鞏固我們本學期所學的電力系統(tǒng)繼電保護這一課程的理論知識，能提高我們提出問題、思考問題、解決問題的能力。電力系統(tǒng)和繼電保護技術的不斷發(fā)展和安全穩(wěn)定運行，給國民經(jīng)濟和社會發(fā)展帶來了巨大動力和效益。但是，電力系統(tǒng)一旦發(fā)生自然或人為故障，如果不能及時有效控制，就會失去穩(wěn)定運行，使電網(wǎng)瓦解，并造成大面積停電，給社會帶來災難性的后果。電網(wǎng)繼電保護和安全自動裝置應符合可靠性、安全性、靈敏性、速動性的要求。要結(jié)合具體條件和要求，從裝置的選型、配置、整定、實驗等方面采取綜合措施，突

5、出重點，統(tǒng)籌兼顧，妥善處理，以達到保證電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行的目的。關鍵詞：繼電保護，變壓器，電路，計算。電力變壓器繼電保護設計第一章 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。1.2.1 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(nèi)，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。1.2.2繼電保護基本原理

6、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“不正常”運行狀態(tài)、被保護元件的“外部故障”與“內(nèi)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(gòu)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(gòu)成各種不同原理的繼電保護裝置。 例如：反映電流增大構(gòu)成過電

7、流保護； 反映電壓降低(或升高)構(gòu)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(gòu)成方向保護； 反映電壓與電流的比值的變化構(gòu)成距離保護。 除此以外還可根據(jù)在被保護元件內(nèi)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(gòu)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(gòu)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(zhì)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

8、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(zhì)、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(jié)果子以執(zhí)行：跳閘或發(fā)信號。第二章 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(cè)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(zhì)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.

9、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(nèi)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(nèi)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：2.3.1 110KV線路電流速斷保護 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

10、，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。2.3.2 110KV線路過電流保護 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。2.3.3 平行雙回線

11、路橫聯(lián)方向差動保護 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(nèi)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。2.3.4 變壓器瓦斯保護 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(nèi)部故障；當變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時，電弧使油及絕緣物分解產(chǎn)生氣體。故障輕微時，油箱內(nèi)氣體緩慢的產(chǎn)生，氣體上升聚集在繼電器里，

12、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(nèi)產(chǎn)生大量的氣體，在該氣體作用下形成強烈的油流，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。2.3.5 變壓器縱聯(lián)差動保護 變壓器縱聯(lián)差動保護是按照循環(huán)電流的原理構(gòu)成。在變壓器兩側(cè)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(nèi)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

13、，使繼電器內(nèi)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(jīng)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。第三章 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4.1所示，圖4.1 短路等值電路圖 計算各元件電抗參數(shù)，取基準容量，基準電壓為，；基準電流

14、為： ， （1） 計算電源系統(tǒng)基準電抗的標幺值。 ， （2） 變壓器各側(cè)阻抗標幺值。 ， ， （3） 線路的基準電抗標幺值。 3.2 短路電流計算 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)，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 （2） 求k2點短路電流 （3） 求k3點短路電流 （4） 求k4點短路電流 3.3 保護裝置的配置（表4.1）表4.1 變壓器保護裝置的配置序號保護名稱選擇繼電器型號1縱差保

15、護BCH12110kV側(cè)復合電壓啟動的過流保護DY4，DL11，DY25335kV側(cè)方向過流保護LG11，DL114110kV側(cè)零序過電流保護DL135氣體保護QJ80第四章 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5.1計算可知，110kV側(cè)差動臂中的電流最大，故110kV側(cè)為計算的基本側(cè)。表5.1 計 算 結(jié) 果名稱變壓器各側(cè)數(shù)據(jù)額定電壓（kV）11038.511變壓器的額定電流(A)TA接線方式選擇TA的標準變比差動臂中的電流（A）2（2）確定制動繞組的接線方式，制動繞組接入38.5kV側(cè)，因為，該側(cè)的外部發(fā)生故障時，穿越變壓器的短路電流很大。（

16、3）計算差動保護的一側(cè)動作電流。按躲過110kV外部故障的最大不平衡電流整定，即 = 按躲過變壓器勵磁涌流計算，即 按躲過電流互感器二次回路斷線，即 取上述各條件中最大的作為基本側(cè)一次動作電流即,差動繼電器基本側(cè)動作電流為 確定差動繞組匝數(shù) 匝取整定匝數(shù)匝，則繼電器動作電流為A，保護裝置實際動作電流為。其他各側(cè)工作繞組和平衡繞組的匝數(shù)。38.5kV側(cè)的平衡繞組為 匝11kV側(cè)的平衡繞組為 匝取平衡繞組整定匝數(shù) 匝去工作繞組匝數(shù) 匝整定匝數(shù)與計算匝數(shù)不等引起的相對誤差為 制動系數(shù)和制動繞組匝數(shù)計算。由于系單側(cè)電源，故制動系數(shù)計算為 = 制動繞組的計算匝數(shù) 匝 取整定匝數(shù) 匝校驗靈敏系數(shù)k1點最小

17、短路電流折算到110kV基本側(cè)為 對11kV側(cè)工作安匝 匝 匝由繼電器特性曲線查得匝，安匝時，動作安匝整定為安匝，則靈敏性滿足要求。4.2 110kV側(cè)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 （2） 電壓元件的動作電壓 ，?。?） 負序電壓元件的動作電壓 ，?。?） 校驗靈敏系數(shù) 作11kV線路后備保護 滿足要求。電壓元件裝設在11kV側(cè)，故僅需校驗作為線路的后備保護即可 滿足要求。需要說明，若110kV側(cè)僅采用單獨過電流保護，則，則靈敏系數(shù)，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(cè)方向過流保護 功率方向元件的動作方向，為自變壓器

18、指向35kV母線方向，方向元件的動作電流為 作線路l3后備保護靈敏系數(shù) 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 電壓元件的動作電壓為 動作時限整定：以跳中性點不接地運行的變壓器；以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QJ80型開口杯擋板式氣體繼電器，輕瓦斯按氣體容量整定 重瓦斯按汽油流的流速整定： （對導油管直徑）課程設計心得與體會兩周的課程設計結(jié)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。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，學會了寬容，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，著是我們邁向社會，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