(完整版)某電力變壓器繼電保護設(shè)計(繼電保護)

1、 繼電保護相關(guān)理論知識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。繼電保護的任務(wù)當(dāng)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(shè)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(shè)備的損壞和對相鄰地區(qū)供電的影響。繼電保護基本原理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?！迸c“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

2、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

3、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(yīng)用。新出現(xiàn)的反映故障分量、突變量以及自適應(yīng)原理的保護也在應(yīng)用中。（2）反映非電氣量的保護如反應(yīng)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(dāng)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(guān)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

4、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(yīng)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。變電所繼電保護和自動裝置規(guī)劃系統(tǒng)分析及繼電保護要求本設(shè)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(yīng)滿足四項基本要求，即選擇性、速動性、靈敏性和可靠性。本系統(tǒng)故障分析本設(shè)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(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

5、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。本設(shè)計繼電保護裝置原理概述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，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(shè)計選用無時限電流速斷保護。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

6、障，其動作的選擇性由過電流保護裝置的動作具有適當(dāng)?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(shè)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。平行雙回線路橫聯(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OS,由

7、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。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(dāng)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,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。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(shè)電流互感器

8、,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(yīng)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,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米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(shè)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

9、保護裝置的勵磁涌流的能力。電力系統(tǒng)繼電保護及自動裝置課程設(shè)計X 短路電流計算用標(biāo)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。畫出短路等值電路圖3.1短路等值電路圖計算各元件電抗參數(shù)，取基準(zhǔn)容量S二100MVA，基準(zhǔn)電壓為U二10.5kV,dd1U二37kV；基準(zhǔn)電流為:d2d1100X103、込X10.5=5500Ad2100X103v3x37=1560A計算電源系統(tǒng)基準(zhǔn)電抗的標(biāo)幺值。s.min1001000=0.1,k.max電力系統(tǒng)繼電保護及自動裝置課程設(shè)計 Xs.maxSdSk.min100=0.2變壓器各側(cè)阻抗標(biāo)幺值。U/二1(10.5+17-6)=10.75,ki02U0,

10、1Go.5-17+6)=-0.25k202U二1(-10.5+17+6)=6.25,k302S10.75100X=j!04=x=0.3413T.H100S10031.5TNU0S0.25100X=k-0d-x=-0.007937T.M100S10031.5TNU0S6.25100X=k30d-x0.1984T.L100S10031.5TN3)線路的基準(zhǔn)電抗標(biāo)幺值。XlS1005.442XXd一0.4x15xl1l211U210.52d2XXXlSd100一0.4x15x1.023l2l413U2372d33.2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

11、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kl、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)求k1點短路電流計算I5500I(3)二41二二8597Ak1.maxX0.1+0.3413+0.1984工(k1).minI(3)k1.min41X工(k1).max5500_55000.2+0.3413+0.1984_0.73973I(2)I(3)二0.866x7435二6439Ak1.min2k1.min(2)求k2點短路電流I(3)=d2k2.maxX工(k2).min1560二3599A0.1+0.341

12、3-0.00790.43341560I(2)=21!I(3)k1.min2k2.min0.866x1560-旦-2533A0.2+0.3413-0.00790.5334(3)求k3點短路電流0.866Id2Ik3.minX工(k3).max1560 x0.8660.2+0.34-0.0079+1.0230.866IdlIk4.minX工(k4).max(4)求k4點短路電流5500X866二竺二783A0.6397+5.4426.0823.3保護裝置的配置(表3.2)表3.2變壓器保護裝置的配置序號保護名稱選擇繼電器型號1縱差保護BCH12110kV側(cè)復(fù)合電壓啟動的過流保護DY4,DL11,D

13、Y25335kV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各保護裝置的整定計算縱差保護的整定計算（1）計算變壓器差動臂中電流，由表4.1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4.1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）31500“16531500315001650,丄UUQ3x1101H-/V3x38.53x11TA接線方式（A）d11（A）d11（y）y00選擇TA的標(biāo)準(zhǔn)變比3x165300朽x4731000200055555差動臂中的電流（A）上x165475語x47

14、341216504.1240060200（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。（3）計算差動保護的一側(cè)動作電流。1）按躲過110kV外部故障的最大不平衡電流整定，即I=K（KK+AU+m）IG）oprelsterrkl.maxI（3）kl.maxI（3）kl.maxKav=1.3（1x0.1+0.1+0.05）x785二0.325x785二255A8597_859711510.5_10.952）按躲過變壓器勵磁涌流計算，即I二KI二1.5x165二248AoprelTN.H3）按躲過電流互感器二次回路斷線，即I=KI=1

15、.3x165=214.5AoprelTN.H4）取上述各條件中最大的作為基本側(cè)一次動作電流即I二255A,差動繼電op器基本側(cè)動作電流為-Ko佇457.36Aop.rKTA.H60確定差動繞組匝數(shù)W=opop.r取整定匝數(shù)W=8匝,op.set則繼電器動作電流為Iop.r二60二75A保護裝置實際7.5動作電流為I=x60=259.8A。PJ35）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W二b(38.5)N2(110)n2(385)W(4.75-4.12、N2(38.5)丿op.set4.12丿x8二1.22匝11kV側(cè)的平衡繞組為/N2(110)(4.75-4.1、N2(

16、11)丿op.set(4.1WW1匝b(38.5)setb(11)setWW()8+w(38.5)setw(11)set取平衡繞組整定匝數(shù)去工作繞組匝數(shù)1=9匝n2(11)Wx8二1.27匝6）整定匝數(shù)與計算匝數(shù)不等引起的相對誤差為W-W=b(11)b(11)setGi)wWb(11)op.set1.22-1=0.0240.051.22+8=1.27-1=0.0292滿足要求。ops.min664.2110kV側(cè)復(fù)合電壓啟動過電流保護整定計算(1)電流元件的動作電流二reLIopKTN%165二252.35Aop.r600.852）電壓元件的動作電壓U=（0.6-0.7=（0.6-0.7）%1

17、00=60V-70V，取70Vop.rN23）負序電壓元件的動作電壓U=（0.061.24=612V，取10V2.opN24）校驗靈敏系數(shù)I（2）588252.35K=k1.min=s.minop作11kV線路后備保護Ks.minop喬=31-3滿足要求。電壓元件裝設(shè)在11kV側(cè)，故僅需校驗作為線路的后備保護即可K=70%110000100=77000=1.641.3s.min15%0.4%783%1101146980需要說明，若110kV側(cè)僅采用單獨過電流保護，則I二13三x165二504.7A,o0.85則靈敏系數(shù)K=蘭匚二1.171.5=空=2.691.54.7x200940作線路13后

18、備保護靈敏系數(shù)Kk3.min=1.3不合要求。s.minI940op4.4110kV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TOC o 1-5 h zIG)35993599I=KKKk2.max.75x=4.498沁4.5Aop.rrelsterrK6060TA.H電壓元件的動作電壓為U=(0.05-0.01)3Uon=20Vop.rKTV3E/2Z+Z3x38.5x10/3/(2x0.5318+0.5397)x14.8K=ph10=s.min4.5x6027014.820U238.52&S100d動作時限整

19、定：以0.5s跳中性點不接地運行的變壓器；以1s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=250cm3set重瓦斯按汽油流的流速整定：=1.1m；s（對導(dǎo)油管直徑0=80mm）set附錄A三段式電流保護接線圖TG8qsj.$lb10LHq亞9LLOLJLHo力3原園因E匚）宜撫回路展開圖讓】更虧回路展開日附錄B保護配置原理接線圖總結(jié)兩周的課程設(shè)計結(jié)束了，在這次的課程設(shè)計中不僅檢驗了我所學(xué)習(xí)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(shè)計過程中，與同學(xué)分工設(shè)計，和同學(xué)們相互探討，相互學(xué)習(xí)，相互

20、監(jiān)督。學(xué)會了合作，學(xué)會了運籌帷幄，學(xué)會了寬容，學(xué)會了理解，也學(xué)會了做人與處世。課程設(shè)計是我們專業(yè)課程知識綜合應(yīng)用的實踐訓(xùn)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(shè)計，我深深體會到這句千古名言的真正含義我今天認真的進行課程設(shè)計，學(xué)會腳踏實地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會大潮中奔跑打下堅實的基礎(chǔ)通過這次課程設(shè)計，本人在多方面都有所提高，體現(xiàn)出自己單獨設(shè)計能力以及綜合運用知識的能力，體會了學(xué)以致用、突出自己勞動成果的喜悅心情，從中發(fā)現(xiàn)自己平時學(xué)習(xí)的不足和薄弱環(huán)節(jié)，從而加以彌補。致謝通過這次課程設(shè)計，我學(xué)到了很多新的知識獲得了新的經(jīng)驗。我從中學(xué)會了如何去做，學(xué)會知道團隊精神的重要性在這次的課程設(shè)計當(dāng)中，在一些材料的選用，與其他同學(xué)進行了交流，提高