課程設(shè)計(jì)論文電力變壓器繼電保護(hù)設(shè)計(jì)

1、1引言 32繼電保護(hù)相關(guān)理論知識(shí) 42.1 繼電保護(hù)的概述 42.2 繼電保護(hù)的任務(wù) 52.3 繼電保護(hù)根本原理 52.3.1 反映電氣量的保護(hù) 52.3.2 反映非電氣量的保護(hù) 62.4 對(duì)繼電保護(hù)裝置的要求 62.5 繼電保護(hù)裝置的組成 82.6 工作回路 93 某電力變壓器繼電保護(hù)設(shè)計(jì) 93.1 設(shè)計(jì)根本資料 93.2 本系統(tǒng)故障分析 103.3 本設(shè)計(jì)繼電保護(hù)裝置原理概述 103.3.1 縱差動(dòng)保護(hù) 103.3.2 變壓器瓦斯保護(hù) 123.3.3 平行雙回線路橫聯(lián)方向差動(dòng)保護(hù) 133.3.4 復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)的過電流 133.3.5 變壓器中性點(diǎn)直接接地零序電流保護(hù)工作原理 143.3.6

2、 過電流保護(hù)的構(gòu)成及工作原理 164短路電流計(jì)算和繼電保護(hù)設(shè)計(jì)整定 174.1 初始數(shù)據(jù) 174.2 設(shè)計(jì)計(jì)算 174.2.1 畫出短路等值電路 184.2.2 短路電流計(jì)算 194.2.3 保護(hù)裝置的配置 204.2.4 各保護(hù)裝置的整定計(jì)算 214.3 保護(hù)配置圖 274.3.1 三段式電流保護(hù)接線圖 274.3.2 差動(dòng)保護(hù)單相原理圖 284.3.3 復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)的過電流保護(hù)原理圖 294.3.4 零序電流保護(hù)和中性點(diǎn)間隙接地保護(hù)原理圖 305課程設(shè)計(jì)心得與體會(huì) 30參考文獻(xiàn) 321引言電網(wǎng)繼電保護(hù)和平安自動(dòng)裝置是電力系統(tǒng)的重要組成局部,對(duì)保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行,預(yù)防事故發(fā)生或擴(kuò)大起了重

3、要作用. 繼電保護(hù)是對(duì)電力系統(tǒng)中發(fā)生的故障或異常情況進(jìn)行檢測(cè),從而發(fā)出報(bào)警信號(hào),或直接將故障局部隔離、切除 的一種重要舉措.應(yīng)根據(jù)審定的電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)二次局部原那么或?qū)彾ǖ南到y(tǒng)接 線及要求進(jìn)行電網(wǎng)繼電保護(hù)和平安自動(dòng)裝置設(shè)計(jì).設(shè)計(jì)應(yīng)滿足?繼電保護(hù)和平安自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程SDJ6-83?、?110220kV電網(wǎng)繼電保護(hù)與平安自動(dòng)裝置運(yùn)行 條例?等有關(guān)專業(yè)技術(shù)規(guī)程的要求.繼電保護(hù)是保證電力設(shè)備平安和預(yù)防及限制電力系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間大面積停電的 最根本、最重要、最有效的技術(shù)手段.許多實(shí)例說明,繼電保護(hù)裝置一旦不能正 確動(dòng)作,就會(huì)擴(kuò)大事故,釀成嚴(yán)重后果.因此,增強(qiáng)繼電保護(hù)的設(shè)計(jì)和整定計(jì)算, 是保證電網(wǎng)平安穩(wěn)定運(yùn)行的

4、重要工作.實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)功能的設(shè)備稱為繼電保 護(hù)裝置.本次設(shè)計(jì)的任務(wù)主要包括了六大局部,分別為運(yùn)行方式的選擇、電網(wǎng) 各個(gè)元件參數(shù)及負(fù)荷電流計(jì)算、短路電流計(jì)算、繼電保護(hù)距離保護(hù)的整定計(jì)算和 校驗(yàn)、繼電保護(hù)零序電流保護(hù)的整定計(jì)算和校驗(yàn)、對(duì)所選擇的保護(hù)裝置進(jìn)行綜合 評(píng)價(jià).其中短路電流的計(jì)算和電氣設(shè)備的選擇是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn).通過分析,找到符合電網(wǎng)要求的繼電保護(hù)方案.電力系統(tǒng)和繼電保護(hù)技術(shù)的不斷開展和平安穩(wěn)定運(yùn)行,給國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展帶來了巨大動(dòng)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(shí)有效限制,就會(huì)失去穩(wěn)定運(yùn)行,使電網(wǎng)瓦解,并造成大面積停電,給社會(huì)帶 來災(zāi)難性的后果.因此電網(wǎng)繼電保護(hù)

5、和平安自動(dòng)裝置應(yīng)符合可靠性、平安性、靈敏性、速動(dòng)性的要求.要結(jié)合具體條件和要求,本設(shè)計(jì)從裝置的選型、配置、整 定、實(shí)驗(yàn)等方面采取綜合舉措,突出重點(diǎn),統(tǒng)籌兼顧,妥善處理,以到達(dá)保證電 網(wǎng)平安經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的.2繼電保護(hù)相關(guān)理論知識(shí)2.1 繼電保護(hù)的概述研究電力系統(tǒng)故障和危及平安運(yùn)行的異常工況, 以探討其對(duì)策的反事故自動(dòng) 化舉措.因在其開展過程中曾主要用有觸點(diǎn)的繼電器來保護(hù)電力系統(tǒng)及其元件(發(fā)電機(jī)、變壓器、輸電線路等),使之免遭損害,所以沿稱繼電保護(hù).2.2 繼電保護(hù)的任務(wù)當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障或異常工況時(shí),在可能實(shí)現(xiàn)的最短時(shí)間和最小區(qū)域內(nèi), 自動(dòng)將故障設(shè)備從系統(tǒng)中切除,或發(fā)出信號(hào)由值班人員消除異常工況

6、根源,以減輕或預(yù)防設(shè)備的損壞和對(duì)相鄰地區(qū)供電的影響.2.3 繼電保護(hù)根本原理繼電保護(hù)裝置的作用是起到反事故的自動(dòng)裝置的作用,必須正確地區(qū)分正常與 不正常運(yùn)行狀態(tài)、被保護(hù)元件的 外部故障與內(nèi)部故障,以實(shí)現(xiàn)繼電保 護(hù)的功能.因此,通過檢測(cè)各種狀態(tài)下被保護(hù)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(hù)裝置可以構(gòu)成下述各種原理的保護(hù).2.3.1 反映電氣量的保護(hù)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí),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(hù)元件的一端裝沒的種種 變換器可以檢測(cè)、比擬并鑒別出發(fā)生故障時(shí)這些根本參數(shù)與正常運(yùn)行時(shí)的差異, 就可以

7、構(gòu)成各種不同原理的繼電保護(hù)裝置.電力系統(tǒng)發(fā)生故障后,工頻電氣量變化的主要特征是：(1)電流增大：短路時(shí)故障點(diǎn)與電源之間的電氣設(shè)備和輸電線路上的電流 將由負(fù)荷電流增大至大大超過負(fù)荷電流.(2)電壓降低：當(dāng)發(fā)生相問短路和接地短路故障時(shí),系統(tǒng)各點(diǎn)的相間電壓 或相電壓值下降,且越靠近短路點(diǎn),電壓越低.(3)電流與電壓之間的相位角改變：正常運(yùn)行時(shí)電流與電壓間的相位角是 負(fù)荷的功率因數(shù)角,一般約為20° ,三相短路時(shí),電流與電壓之間的相位角是 由線路的阻抗角決定的,一般為 60°85° ,而在保護(hù)反方向三相短路時(shí),電第5頁共25頁流與電壓之間的相位角那么是180°

8、(-60°-85° ).(4)測(cè)量阻抗發(fā)生變化：測(cè)量阻抗即測(cè)量點(diǎn)(保護(hù)安裝處)電壓與電流之比 值,正常運(yùn)行時(shí),測(cè)量阻抗為負(fù)荷阻抗；金屬性短路時(shí),測(cè)量阻抗轉(zhuǎn)變?yōu)榫€路阻 抗,故障后測(cè)量阻抗顯著減小,而阻抗角增大.(5)不對(duì)稱短路時(shí),出現(xiàn)相序分量,如兩相及單相接地短路時(shí),出現(xiàn)負(fù)序 電流和負(fù)序電壓分量；單相接地時(shí),出現(xiàn)負(fù)序和零序電流和電壓分量. 這些分量 在正常運(yùn)行時(shí)是不出現(xiàn)的.利用短路故障時(shí)電氣量的變化,便可構(gòu)成各種原理的繼電保護(hù).2.3.2 反映非電氣量的保護(hù)如反響溫度、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(hù)、 溫度保護(hù)等.2.4 對(duì)繼電保護(hù)裝置的要求繼電保護(hù)裝

9、置為了完成它的任務(wù),必須在技術(shù)上滿足選擇性、速動(dòng)性、靈敏 性和可靠性四個(gè)根本要求.對(duì)于作用于繼電器跳閘的繼電保護(hù), 應(yīng)同時(shí)滿足四個(gè) 根本要求,而對(duì)于作用于信號(hào)以及只反映不正常的運(yùn)行情況的繼電保護(hù)裝置, 這 四個(gè)根本要求中有些要求可以降低.(1)選擇性選擇性就是指當(dāng)電力系統(tǒng)中的設(shè)備或線路發(fā)生短路時(shí), 其繼電保護(hù)僅將故障 的設(shè)備或線路從電力系統(tǒng)中切除,當(dāng)故障設(shè)備或線路的保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí), 應(yīng) 由相鄰設(shè)備或線路的保護(hù)將故障切除.(2)速動(dòng)性速動(dòng)性是指繼電保護(hù)裝置應(yīng)能盡快地切除故障,以減少設(shè)備及用戶在大電流、 低電壓運(yùn)行的時(shí)間,降低設(shè)備的損壞程度,提升系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性.般必須快速切除的故障有:1

10、使發(fā)電廠或重要用戶的母線電壓低于有效值 一般為0.7倍額定電壓02大容量的發(fā)電機(jī)、變壓器和電動(dòng)機(jī)內(nèi)部故障.3中、低壓線路導(dǎo)線截面過小,為預(yù)防過熱不允許延時(shí)切除的故障.4可能危及人身平安、對(duì)通信系統(tǒng)或鐵路信號(hào)造成強(qiáng)烈干擾的故障.故障切除時(shí)間包括保護(hù)裝置和斷路器動(dòng)作時(shí)間, 一般快速保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間為 0.04s0.08s ,最快的可達(dá)0.01s0.04s , 一般斷路器的跳閘時(shí)間為 0.06s 0.15s ,最快的可達(dá)0.02s0.06s.對(duì)于反響不正常運(yùn)行情況的繼電保護(hù)裝置,一般不要求快速動(dòng)作,而應(yīng)根據(jù)選擇性的條件,帶延時(shí)地發(fā)出信號(hào).3靈敏性靈敏性是指電氣設(shè)備或線路在被保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生短路故障或不正

11、常運(yùn)行情 況時(shí),保護(hù)裝置的反響水平.保護(hù)裝置的靈敏性是用靈敏系數(shù)來衡量.能滿足靈敏性要求的繼電保護(hù),在規(guī)定的范圍內(nèi)故障時(shí),不管短路點(diǎn)的位置 和短路的類型如何,以及短路點(diǎn)是否有過渡電阻,都能正確反響動(dòng)作,即要求不 但在系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下三相短路時(shí)能可靠動(dòng)作,而且在系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下經(jīng) 過較大的過渡電阻兩相或單相短路故障時(shí)也能可靠動(dòng)作.系統(tǒng)最大運(yùn)行方式：被保護(hù)線路末端短路時(shí),系統(tǒng)等效阻抗最小,通過保護(hù) 裝置的短路電流為最大運(yùn)行方式；系統(tǒng)最小運(yùn)行方式：在同樣短路故障情況下,系統(tǒng)等效阻抗為最大,通過保 護(hù)裝置的短路電流為最小的運(yùn)行方式.4可靠性可靠性包括平安性和信賴性,是對(duì)繼電保護(hù)最根本的要求.平安性

12、：要求繼電保護(hù)在不需要它動(dòng)作時(shí)可靠不動(dòng)作,即不發(fā)生誤動(dòng).信賴性：要求繼電保護(hù)在規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生了應(yīng)該動(dòng)作的故障時(shí) 可靠動(dòng)作,即不拒動(dòng).繼電保護(hù)的誤動(dòng)作和拒動(dòng)作都會(huì)給電力系統(tǒng)帶來嚴(yán)重危害.即使對(duì)于相同的電力元件,隨著電網(wǎng)的開展,保護(hù)不誤動(dòng)和不拒動(dòng)對(duì) 系統(tǒng)的影響也會(huì)發(fā)生變化.以上四個(gè)根本要求是設(shè)計(jì)、配置和維護(hù)繼電保護(hù)的依據(jù),又是分析評(píng)價(jià)繼電 保護(hù)的根底.這四個(gè)根本要求之間是相互聯(lián)系的,但往往又存在著矛盾.因此, 在實(shí)際工作中,要根據(jù)電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和用戶的性質(zhì), 辯證地進(jìn)行統(tǒng)一.繼電保護(hù)相 當(dāng)于一種在線的開環(huán)的自動(dòng)限制裝置, 根據(jù)限制過程信號(hào)性質(zhì)的不同,可以分模 擬型(它又分為機(jī)電型和靜態(tài)型)和數(shù)字

13、型兩大類.對(duì)于常規(guī)的模擬繼電保護(hù)裝置, 一般包括測(cè)量局部、邏輯局部和執(zhí)行局部.測(cè)量局部從被保護(hù)對(duì)象輸入有關(guān)信號(hào), 再與給定的整定值比擬,以判斷是否發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)；邏輯局部依據(jù) 測(cè)量局部輸出量的性質(zhì)、出現(xiàn)的順序或其組合,進(jìn)行邏輯判斷,以確定保護(hù)是否 應(yīng)該動(dòng)作；執(zhí)行局部依據(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(hào).2.5 繼電保護(hù)裝置的組成一般情況而言,整套繼電保護(hù)裝置由測(cè)量元件、邏輯環(huán)節(jié)和執(zhí)行輸出三局部 組成.(1)測(cè)量比擬局部：測(cè)量比擬局部是測(cè)量通過被保護(hù)的電氣元件的物理參量,并與給定的值進(jìn)行比擬,根據(jù)比擬的結(jié)果,給出是1片性質(zhì)的一組邏輯信號(hào),從而判斷保護(hù)裝置是否應(yīng)該啟動(dòng).(2)

14、邏輯局部：邏輯局部使保護(hù)裝置按一定的邏輯關(guān)系判定故障的類型和 范圍,最后確定是應(yīng)該使斷路器跳閘、 發(fā)出信號(hào)或是否動(dòng)作及是否延時(shí)等, 并將 對(duì)應(yīng)的指令傳給執(zhí)行輸出局部.(3)執(zhí)行輸出局部：執(zhí)行輸出局部根據(jù)邏輯傳過來的指令,最后完成保 護(hù)裝置所承當(dāng)?shù)娜蝿?wù).如在故障時(shí)動(dòng)作于跳閘,不正常運(yùn)行時(shí)發(fā)出信號(hào),而在正 常運(yùn)行時(shí)不動(dòng)作等.2.6 工作回路要完成繼電保護(hù)任務(wù),除了需要繼電保護(hù)裝置外,必須通過可靠的繼電保護(hù) 工作回路的正確工作,才能完成跳開故障元件的斷路器、 對(duì)系統(tǒng)或電力元件的不 正常運(yùn)行發(fā)出警報(bào)、正常運(yùn)行狀態(tài)不動(dòng)作的任務(wù).繼電保護(hù)工作回路一般包括：將通過一次電力設(shè)備的電流、電壓線性地傳變 為適合繼

15、電保護(hù)等二次設(shè)備使用的電流、電壓,并使一次設(shè)備與二次設(shè)備隔離的設(shè)備,如電流、電壓互感器及其與保護(hù)裝置連接的電纜等；斷路器跳閘線圈及與保護(hù)裝置出口間的連接電纜,指示保護(hù)動(dòng)作情況的信號(hào)設(shè)備；保護(hù)裝置及跳閘、 信號(hào)回路設(shè)備的工作電源等3 某電力變壓器繼電保護(hù)設(shè)計(jì)3.1 設(shè)計(jì)根本資料某變電所的電氣主接線如下圖.兩臺(tái)變壓器均為三繞組、油浸式、強(qiáng) 迫風(fēng)冷、分級(jí)絕緣,其參數(shù)：Sn 31.5MVA ,電壓：110 4 2.5%/38.5 2 2.5%/11kV,接線：Yn / y / 垢(丫0 / y /11 12).短路電壓：U hm (%) 10.5; Uh,l(%) 17;Uml (%) 6.兩臺(tái)變壓器

16、同時(shí)運(yùn)行,110kV 側(cè)的中性點(diǎn)只有一臺(tái)接地；假設(shè)只有一臺(tái)運(yùn)行,那么運(yùn)行變壓器中性點(diǎn)必須接地,其 余參數(shù)如下圖.圖3.1變電所電氣主接線圖3.2 本系統(tǒng)故障分析本設(shè)計(jì)中的電力系統(tǒng)具有非直接接地的架空線路及高壓側(cè)中性點(diǎn)接地的電 力變壓器等主要設(shè)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 的是上下壓套管及引線故障,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(yùn)行、過負(fù)荷、由于外部短路引起的過電流、 油溫上升及油 面下降、產(chǎn)生氣體等故障都有可

17、能會(huì)讓繼電保護(hù)動(dòng)作.3.3 本設(shè)計(jì)繼電保護(hù)裝置原理概述3.3.1 縱差動(dòng)保護(hù)三繞組變壓器差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作原理是按循環(huán)電流原理構(gòu)成的.正常運(yùn)行和外部短路時(shí),三繞組變壓器三側(cè)電流向量和折算至同一電壓等級(jí)為零.它可能 是一側(cè)流入另兩側(cè)流出,也可能由兩側(cè)流入,而從第三側(cè)流出.所以,假設(shè)將任何 兩側(cè)電流相加再和第三側(cè)電流相比擬, 就構(gòu)成三繞組變壓器的縱差動(dòng)保護(hù). 其原 第10頁共25頁理接線如圖3-1所示當(dāng)正常運(yùn)行和外部短路時(shí),假設(shè)不平衡電流忽略不計(jì),那么流入繼電器的電流為 零.即 i R=i I2+ i II 2+i m 2=0.當(dāng)內(nèi)部短路時(shí),流入繼電器的電流那么為i R=i I2+ i H2+im2=

18、2 i K/na即 等于各側(cè)短路電流(二次值)的總和.可見在正常及區(qū)外短路時(shí),保護(hù)不會(huì)動(dòng)作,而發(fā)生內(nèi)部故障時(shí),保護(hù)將靈敏 動(dòng)作.為保證三繞組變壓器差動(dòng)保護(hù)的可靠性和靈敏性,應(yīng)注意以下幾點(diǎn)(1)各側(cè)電流互感器的變比應(yīng)統(tǒng)一按變壓器最大額定容量來選擇.(2)外部短路時(shí)的三繞組變壓器比雙繞組變壓器的不平衡電流大,宜采用 帶制動(dòng)特性的BCH-1型差動(dòng)繼電器,假設(shè)BCH-1型仍不滿足靈敏度要求,可采用二 次諧波制動(dòng)的差動(dòng)保護(hù).(3)為解決實(shí)際變比與計(jì)算變比不一致而引起的不平衡電流,以保證每?jī)?側(cè)線圈之間的平衡,對(duì)BCH-1型差動(dòng)保護(hù),應(yīng)將兩組平衡線圈分別接在二次電流 較小的兩側(cè).圖3.2三繞組變壓器差動(dòng)保

19、護(hù)單相原理圖本設(shè)計(jì)采用較經(jīng)濟(jì)的BCH-1型帶有速飽和變流器的繼電器,以提升保護(hù)裝置 的勵(lì)磁涌流的水平.3.3.2 變壓器瓦斯保護(hù)變壓器瓦斯保護(hù)的主要元件就是瓦斯繼電器, 變壓器瓦斯保護(hù)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(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時(shí),電弧使油及絕緣物分解產(chǎn)生氣體.故障稍微時(shí),油箱內(nèi)氣體緩慢的產(chǎn)生, 氣體上升聚集在繼電器里,使油面下降,繼電器動(dòng)作,接點(diǎn)閉合,這時(shí)讓其作用 于信號(hào),稱為輕瓦斯保護(hù)；故障嚴(yán)重時(shí),油箱內(nèi)產(chǎn)生大量的氣體,在該氣體作用 下形成強(qiáng)烈的油流,沖擊繼電器,使繼電器動(dòng)作,接點(diǎn)閉合,這時(shí)作用于跳閘并 發(fā)信,稱為重瓦斯保護(hù).其原理接線圖如圖 3-

20、2.圖中：瓦斯繼電器KG的上觸點(diǎn)接至信號(hào),為輕瓦斯保護(hù)；下觸點(diǎn)為重瓦斯 保護(hù),經(jīng)信號(hào)繼電器KS連接片XE起動(dòng)出口中間繼電器KOM KOM勺兩對(duì)觸點(diǎn) 閉合后,分別使斷路器 QF1 QF2跳閘線圈勵(lì)磁.跳開變壓器兩側(cè)斷路器,即直流 + KG KS XE -KOM 直流-,起動(dòng) KOIM直流+ KOM TQF1 - YT_直流-,跳開斷路器 QFt直流+ KOM TQF2 Y-直流-,跳開斷路器 QF2再有,連接片XE也可接至電阻R,使重瓦斯保護(hù)不跳閘而只發(fā)信號(hào).圖3.3變壓器瓦斯保護(hù)原理接線圖3.3.3 平行雙回線路橫聯(lián)方向差動(dòng)保護(hù)平行雙回線路橫聯(lián)方向差動(dòng)保護(hù)是通過比擬兩線路的電流相位和數(shù)值相同

21、與否鑒別發(fā)生的故障,由電流起動(dòng)元件、功率方向元件和出口執(zhí)行元件組成, 電 流起動(dòng)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(yùn)行時(shí)能保證有選擇的動(dòng)作.該保護(hù)動(dòng)作時(shí)間0S,由于橫聯(lián)保護(hù)在相繼動(dòng)作區(qū)內(nèi)短路時(shí),切除故障的時(shí)間將延長(zhǎng)一倍,故加裝一套三段式電流保 護(hù),作為后備保護(hù).3.3.4 復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)的過電流當(dāng)保護(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)生不對(duì)稱故障,系統(tǒng)出現(xiàn)負(fù)序電壓,負(fù)序過濾器 13有電壓輸 出使繼電器7常閉觸點(diǎn)翻開,欠壓繼電器8失壓,常閉觸點(diǎn)閉合,接通中間繼電 器9,假設(shè)電流繼電器4、5、6任何一個(gè)動(dòng)作,那么啟動(dòng)時(shí)間繼電器10,經(jīng)過整定時(shí) 限后,跳開兩側(cè)斷路器.在對(duì)稱短路情況下,

22、電壓繼電器 7不啟動(dòng),但欠壓繼電 器8因電壓降低,常閉觸點(diǎn)接通,保護(hù)啟動(dòng).負(fù)序電壓整定值,可取額定電壓的 6%電流整定值,可取大于變壓器額定 電流,但不必大于最大電流例如并聯(lián)運(yùn)行的變壓器斷開一臺(tái)時(shí).接口低M側(cè) 電壓互感器圖3.4復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)的過電流保護(hù)原理圖3.3.5 變壓器中性點(diǎn)直接接地零序電流保護(hù)工作原理目前大電流接地系統(tǒng)普遍采用分級(jí)絕緣的變壓器,當(dāng)變電站有兩臺(tái)及以上的分級(jí)絕緣的變壓器并列運(yùn)行時(shí),通常只考慮一局部變壓器中性點(diǎn)接地,而另一部 分變壓器的中性點(diǎn)那么經(jīng)間隙接地運(yùn)行,以預(yù)防故障過程中所產(chǎn)生的過電壓破壞變 壓器的絕緣.為保證接地點(diǎn)數(shù)目的穩(wěn)定,當(dāng)接地變壓器退出運(yùn)行時(shí),應(yīng)將經(jīng)間隙 接地的

23、變壓器轉(zhuǎn)為接地運(yùn)行.由此可見并列運(yùn)行的分級(jí)絕緣的變壓器同時(shí)存在接 地和經(jīng)間隙接地兩種運(yùn)行方式.為此應(yīng)配置中性點(diǎn)直接接地零序電流保護(hù)和中性 點(diǎn)間隙接地保護(hù).這兩種保護(hù)的原理接線如圖E-127所示中性點(diǎn)直接接地零序電流保護(hù)：中性點(diǎn)直接接地零序電流保護(hù)一般分為兩段, 第一段由電流繼電器1、時(shí)間繼電器2、信號(hào)繼電器3及壓板4組成,其定值與 出線的接地保護(hù)第一段相配合,0.5s切母聯(lián)斷路器.第二段由電流繼電器5、時(shí) 問繼電器6、信號(hào)繼電器7和8壓板9和10等元件組成,.定值與出線接地保護(hù) 的最后一段相配合,以短延時(shí)切除母聯(lián)斷路器及主變壓器高壓側(cè)斷路器,長(zhǎng)延時(shí)切除主變壓器三側(cè)斷路器.中性點(diǎn)間隙接地保護(hù)：當(dāng)

24、變電站的母線或線路發(fā)生接地短路,假設(shè)故障元件的保護(hù)拒動(dòng),那么中性點(diǎn)接地變壓器的零序電流保護(hù)動(dòng)作將母聯(lián)斷路器斷開,如故障點(diǎn)在中性點(diǎn)經(jīng)間隙接地的變壓器所在的系統(tǒng)中,此局部系統(tǒng)變成中性點(diǎn)不接地系 統(tǒng),此時(shí)中性點(diǎn)的電位將升至相電壓, 分級(jí)絕緣變壓器的絕緣會(huì)遭到破壞, 中性 點(diǎn)間隙接地保護(hù)的任務(wù)就是在中性點(diǎn)電壓升高至危及中性點(diǎn)絕緣之前,可靠地將變壓器切除,以保證變壓器的絕緣不受破壞.間隙接地保護(hù)包括零序電流保護(hù)和 零序過電壓保護(hù),兩種保護(hù)互為備用.零序電流保護(hù)由電流繼電器12、時(shí)間繼電器13、信號(hào)繼電器14和壓板15 組成.一次啟動(dòng)電流通常取100A左右,時(shí)間取0.5s.110kV變壓器中性點(diǎn)放電 間隙

25、長(zhǎng)度根據(jù)其絕緣可取115158mm擊穿電壓可取63kV 有效值.當(dāng)中性點(diǎn) 電壓超過擊穿電壓還沒有到達(dá)危及變壓器中性點(diǎn)絕緣的電壓時(shí),間隙擊穿, 中性點(diǎn)有零序電流通過,保護(hù)啟動(dòng)后,經(jīng) 0.5s延時(shí)切變壓器三側(cè)斷路器.零序電壓保護(hù)由過電壓繼電器16、時(shí)間繼電器17、信號(hào)繼電器18及壓板 19組成,電壓定植按躲過接地故障母線上出現(xiàn)的最高零序電壓整定,110kV系統(tǒng)一般取150V;當(dāng)接地點(diǎn)的選擇有困難、接地故障母線 3Uo電壓較高時(shí),也可整 定為180V,動(dòng)作時(shí)間取0.5s o圖3.5變壓器中性點(diǎn)直接接地零序電流保護(hù)和中性點(diǎn)間隙接地保護(hù)的原理接線圖3.3.6 過電流保護(hù)的構(gòu)成及工作原理三繞組變壓器外部故

26、障時(shí),具過電流保護(hù)應(yīng)有選擇性地?cái)嚅_故障側(cè)斷路器. 而使其余兩側(cè)繼續(xù)正常運(yùn)行,為此,應(yīng)按如下原那么來實(shí)現(xiàn)過流保護(hù).(1)對(duì)單側(cè)電源三繞組變壓器(如圖E-111所示),應(yīng)裝設(shè)兩套過電流保護(hù). 一套裝于負(fù)荷側(cè),如繞組I n m,其動(dòng)作時(shí)限 tin最小,保護(hù)動(dòng)作僅跳開 QF3 另一套裝在電源側(cè),如繞組I,它設(shè)兩級(jí)時(shí)限 t I和t n, t n = t m + At,用以 切除QF2而t i = t n+At,用以切除高、中、低三側(cè)斷路器.(2)對(duì)兩端或三端電源的變壓器,三側(cè)均應(yīng)設(shè)過電流保護(hù),并根據(jù)計(jì)算值 在動(dòng)作時(shí)限小的電源側(cè)加裝方向元件,以保證動(dòng)作的選擇性.圖3.6單電源三繞組過電流保護(hù)原理接線圖4短

27、路電流計(jì)算和繼電保護(hù)設(shè)計(jì)整定4.1 初始數(shù)據(jù)某變電所的電氣主接線如圖4-1所示.兩臺(tái)變壓器均為三繞組、油浸式、 強(qiáng)迫風(fēng)冷、分級(jí)絕緣,其參數(shù)：Sn 31.5MVA,電壓：110 4 2.5%/38.5 2 2.5%/11kV,接線：Yn / y / 垢/ / y / 11 12).短路 電壓：Uhm(%) 10.5；Uh,l(%) 17;Uml(%) 6.兩臺(tái)變壓器同時(shí)運(yùn)行,iiokv 側(cè)的中性點(diǎn)只有一臺(tái)接地；假設(shè)只有一臺(tái)運(yùn)行,那么運(yùn)行變壓器中性點(diǎn)必須接地,其 余參數(shù)如圖4-1所示.1.=X HE, J S 步.GIT I】 、JlQkM圖4.1變電所主接線圖4. 2設(shè)計(jì)計(jì)算用標(biāo)幺值計(jì)算短路電流

28、參數(shù),確定短路計(jì)算點(diǎn),計(jì)算短路電流值.4.2.1 畫出短路等值電路計(jì)算各元件電抗參數(shù),取基準(zhǔn)容量Sd100MVA ,基準(zhǔn)電壓為U d1 10.5kV ,Ud2 37kV ,基準(zhǔn)電流為：1dl3100 10. 3 10.55500 A,I d23100 10.3 371560A(1)計(jì)算電源系統(tǒng)基準(zhǔn)電抗的標(biāo)幺值X s.minSdSk.max1000.1 ,1000X八 s.maxSdSk.min1000.2500(2)變壓器各側(cè)阻抗標(biāo)幺值U k1 %1-10.5 17 610.75,2U k2 %110.5 1720.25110.5217 66.25 ,Xt.hU k1 °0 Sd10

29、.75100 Stn1001000.341331.5XT.MUk2°0 Sd0.25100Xt.l(3)100 StnUk3 00 Sd100 Stn10031.50.0079376.2510010031.50.1984線路的基準(zhǔn)電抗標(biāo)幺值Xl1X1I1SdU220.42010010.527.256X12X 21 2SdUd220.41510010.525.442Xl2Xl4Xi1Sd1000.4 1521.02337 24.2.2 短路電流計(jì)算由主接線分析可知,變壓器的主保護(hù)為一臺(tái)變壓器單獨(dú)運(yùn)行為保護(hù)的計(jì)算方式,保護(hù)時(shí),變壓器后備保護(hù)作保護(hù)線路的遠(yuǎn)后備保護(hù)時(shí),要校驗(yàn)k3、k4兩點(diǎn)的

30、靈敏系數(shù),因此,除需要計(jì)算 k1、k2兩點(diǎn)最大、最小運(yùn)行方式短路電流外,還需計(jì)算k3、k4兩點(diǎn)的最小短路電流.(1) k1點(diǎn)短路電流計(jì)算I (3)I k1. maxI d15500X (k1).min0.1 0.3413 0.19848597A(2)(3) (3)I k1. min1I k1. minI d1X (k1). max33I k1 .min2求k2點(diǎn)短路電流 (3)1 k2. maxIk1.min550055000.2 0.3413 0.19840.866 7435 6439A0.73977435AI d2X (k2). min33I k2.min 2求k3點(diǎn)短路電流I IK0.8

31、66I d2X (k3).max156015600.1 0.3413 0.00790.866 15600.2 0.3413 0.00790.43343599A13510.53342533A1560 0.8660.2 0.34 0.0079 1.0231560 0.8661.5564868A(4)求k4點(diǎn)短路電流I (2)k4.min0.866I d1X八(k4).max5500 0.8664763596A0.6397 7.256 6.082(5)求K5點(diǎn)短路電流I (2)k5.min0.866I d1X ,一八(k5).max5500 0.8664763783A0.6397 5.442 6.0

32、824.2.3 保護(hù)裝置的配置表4.1變壓器保護(hù)裝置的配置序號(hào)保護(hù)名稱選擇繼電器型號(hào)1縱差保護(hù)BCH-H12110kV側(cè)復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)的過流保護(hù)D- 4, DL 11, D- 25335kV側(cè)方向過流保護(hù)LG-11, DL 114110kV側(cè)零序過電流保護(hù)DL135氣體保護(hù)QJ- 804.2.4 各保護(hù)裝置的整定計(jì)算1、縱差保護(hù)的整定計(jì)算(1)計(jì)算變壓器差動(dòng)臂中電流,由表 4.2計(jì)算可知,110kV側(cè)差動(dòng)臂中的 電流最大,故110kV側(cè)為計(jì)算的根本側(cè).表4.2計(jì)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)萼紇165V3 110473<3 38.53150

33、05 1650<3 11TA接線方式*y° y°選才i TA的標(biāo)準(zhǔn)變比忑 16530055=60庭 473100055=20020005=400差動(dòng)臂中的電流A<3 165 二4.7560AZ3 4.1220016504.124002確定制動(dòng)繞組的接線方式,制動(dòng)繞組接入 38.5kV側(cè),由于,該側(cè)的外 部發(fā)生故障時(shí),穿越變壓器的短路電流很大.3計(jì)算差動(dòng)保護(hù)的一側(cè)動(dòng)作電流1按躲過110kV外部故障的最大不平衡電流整定,即3 '_ _ _IopKrei KstKerr U mIki.max 1.31 0.1 0.1 0.05785 0.325 785 255

34、AI 31kl .maxI 31kl .maxKav859711510.5859710.95785A2按躲過變壓器勵(lì)磁涌流計(jì)算,即IopKrelITN.H1.5 165 248A3按躲過電流互感器二次回路斷線,即IopKrelITN.H1.3 165 214.5A255A,差動(dòng)繼電4取上述各條件中最大的作為根本側(cè)一次動(dòng)作電流即I op器根本側(cè)動(dòng)作電流為Kcon I op 3255Iop.r 7.36ApKta.h60確定差動(dòng)繞組匝數(shù)：Wop 型 604 8.15匝 p I op.r 7.36取整定匝數(shù)Wopset8匝,那么繼電器動(dòng)作電流為Iopr 包 7.5 A,保護(hù)裝置87 5實(shí)際動(dòng)作電流為

35、：Iop 7 60259.8 Aop 35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1 N2 1101n2 38.54.75 4.12Wb 38.5'Wop.set81 .22 匝I N 2 38.54.1211kV側(cè)的平衡繞組為 I N2 110 I n211 4.75 4. 1Wb 11|Wop.set81.27 匝I N2 114. 1取平衡繞組整定匝數(shù)：Wb 38.5 set Wb 11 set 1匝取工作繞組匝數(shù)：Ww 38.5 setWw 11 set 8 19匝6整定匝數(shù)與計(jì)算匝數(shù)不等引起的相對(duì)誤差為Wb 11Wb 11 .set1 .221m 11 0

36、.024 0.05Wb 11Wop.set1.22 8Wb 38.5Wb 38.5 .setm 38.5Wb 38.5Wop.set1.27 1-0.029 0.051.27 87制動(dòng)系數(shù)和制動(dòng)繞組匝數(shù)計(jì)算.由于系單側(cè)電源,故制動(dòng)系數(shù)計(jì)算為Kres Krel K st Kerr U 110U 38.5m 38.51.3(1 0.1 0.1 0.05 0,029) 0.363制動(dòng)繞組的計(jì)算匝數(shù)：WresWwK restg絲紋f3.63匝0.9取整定匝數(shù)：Wresset es.se8)校驗(yàn)靈敏系數(shù)k1點(diǎn)最小短路電流折算到110kV根本側(cè)為i,2 . k1.mini,2 .k1 .minKtv643

37、910.95588A對(duì)11kV側(cè)工作安匝AWw 11- 31 k1,minKTA.H、3 588片135.2 匝60AWw 38.5' 3 3002004 0 10.38 匝由繼電器特性曲線查得AWn 135.2匝,AWres 10.38安匝時(shí),動(dòng)作安匝整定為AWOp 66安匝,那么靈敏性Ksm1n 13522,05 2滿足要求.662、110kV側(cè)復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)過電流保護(hù)整定計(jì)算(1)電流元件的動(dòng)作電流K rei1.3Iset 曳 ITN-165252.35AKre0.851 op.r252.35604.2A(2)按躲過電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)的電壓整定當(dāng)?shù)蛪豪^電器由變壓器低壓側(cè)互感器供電時(shí),計(jì)算

38、式為Uset 0.5 0.6 UN2 0.5 0.6 110KV 55KV 66kV ,取 60KV當(dāng)?shù)蛪豪^電器由變壓器高壓側(cè)互感器供電時(shí),計(jì)算式為Uset 0.7Un2 77KV(3)按躲過正常運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)的最低工作電壓整定低電壓繼電器的動(dòng)作電壓按(2) (3)條件整定,并取最小值.(4)負(fù)序電壓元件的動(dòng)作電壓U2.op 0.06 1.2U n2 6 12KV ,取 10KV(5)校驗(yàn)靈敏系數(shù)588252.352.33 1.5Ik;k1.minK s.minI op作11kV線路后備保護(hù)Ks.minI .2 .k4.minI op盎一2.3 1.3 滿足要求.252.35電壓元件裝設(shè)在11kV側(cè),故僅需校驗(yàn)作為線路的后備保護(hù)即可K s. min70 110000 100770001.64 1.3,酒足要求.15 0.4 783 110 1146980165 504.7A,需要說明,假設(shè)110kV側(cè)僅采用單獨(dú)過電流保護(hù),那