課程設(shè)計論文電力變壓器繼電保護設(shè)計

1、目錄1 引言12 繼電保護相關(guān)理論知識22.1 繼電保護的概述22.2.1 繼電保護的任務(wù)22.2.2繼電保護基本原理和保護裝置的組成23 變電所繼電保護和自動裝置規(guī)劃43.1系統(tǒng)分析及繼電保護要求：43.2本系統(tǒng)故障分析：43.3 本設(shè)計繼電保護裝置原理概述：43.3.1 110kv線路電流速斷保護43.3.2 110kv線路過電流保護43.3.3 平行雙回線路橫聯(lián)方向差動保護43.3.4 變壓器瓦斯保護53.3.5 變壓器縱聯(lián)差動保護54 短路電流計算64.1 畫出短路等值電路64.2 短路電流計算74.3 保護裝置的配置（表4.1）85 各保護裝置的整定計算95.1 縱差保護的整定計算9

2、5.2 110kv側(cè)復(fù)合電壓啟動過電流保護整定計算115.3 38.5kv側(cè)方向過流保護125.4 110kv零序過電流保護125.5 變壓器氣體保護的整定126課程設(shè)計心得與體會14附錄a 三段式電流保護接線圖15附錄b 保護配置原理接線圖16參考文獻171 引言電網(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(yīng)根據(jù)審定的電力系統(tǒng)設(shè)計（二次部分）原則或?qū)彾ǖ南到y(tǒng)接線及要求進行電網(wǎng)繼電保護和安全自動裝置設(shè)計。設(shè)計應(yīng)滿足繼電保護和安全自動裝置技術(shù)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(guān)專業(yè)技術(shù)規(guī)

3、程的要求。繼電保護是保障電力設(shè)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(shù)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(shè)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(shè)備稱為繼電保護裝置。本次設(shè)計的任務(wù)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(shè)備的選擇是本設(shè)計的重點。通過此次線路保護的設(shè)計可以鞏固我們本學(xué)期所學(xué)的電力系統(tǒng)

4、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(shù)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(zāi)難性的后果。 電網(wǎng)繼電保護和安全自動裝置應(yīng)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。2 繼電保護相關(guān)理論知識2.1 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

5、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。2.2.1 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。2.2.2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“正常”與“不正?！边\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

6、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)在被保護元件內(nèi)部和外部短路時，被保護元件兩端電流相位或

7、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)測量部分輸出量的性質(zhì)、出現(xiàn)的順序或其組

8、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。3 變電所繼電保護和自動裝置規(guī)劃3.1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。3.2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

9、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。3.3 本設(shè)計繼電保護裝置原理概述：3.3.1 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，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。3.3.2 110kv線路過電流保護 110kv線路過電流保

10、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(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。3.3.3 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

11、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。3.3.4 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(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。

12、3.3.5 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(shè)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(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 ·采用

13、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，以提高保護裝置的勵磁涌流的能力。4 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。4.1 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。 4.2 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

14、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點最小短路電流 （4） 求k4點最小短路電流 4.3 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縱差保護bch12110kv側(cè)復(fù)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qj805 各保護裝置的整定計算5

15、.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）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 = 式中：krel可靠系數(shù)，采用1.3； kerr電流互感器容許的最大穩(wěn)態(tài)相對誤差，取0.1； kst 同型系數(shù)，

16、本設(shè)計取1； u變壓器調(diào)壓時所產(chǎn)生的相對誤差，采用調(diào)壓百分數(shù)的一半，本設(shè)計取0.05； m繼電器整定匝書數(shù)與計算匝數(shù)不等而產(chǎn)生的相對誤差，暫無法求出，先采用中間值0.05。2）按躲過變壓器勵磁涌流計算，即 式中： krel可靠系數(shù)，采用1.5； itn.h變壓器額定電流。3）按躲過電流互感器二次回路斷線，即 式中： krel可靠系數(shù)，采用1.3； itn.h正常運行時變壓器的最大負荷電流；采用變壓器的額定電流。4）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。5）其他各側(cè)工作繞組和平衡繞

17、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6）整定匝數(shù)與計算匝數(shù)不等引起的相對誤差為 7）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8）校驗靈敏系數(shù)k1點最小短路電流折算到110kv基本側(cè)為 則靈敏性滿足要求。5.2 110kv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 （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。5.3 38.5kv側(cè)方向過流保護 功率方向元件的動作方向，為

18、自變壓器指向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。5.4 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。5.5 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(dǎo)油管直徑）6課程設(shè)計心得與體會兩周的課程設(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，