淺析電力變壓器繼電保護(hù)設(shè)計(jì)

1、鄭州電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)生論文 題目： 淺析電力變壓器繼電保護(hù)設(shè)計(jì)系 別 電力系 專 業(yè) 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及自動(dòng)化 班 級(jí) 繼電三班 學(xué) 號(hào) 20142562 姓 名 孫中平 論文成績(jī)指導(dǎo)教師答辯成績(jī)主答辯教師綜合成績(jī)答辯委員會(huì)主任目錄目錄2內(nèi)容摘要4關(guān)鍵詞4第一章護(hù)相關(guān)理論知識(shí)51.1繼電保護(hù)的概念51.2.1繼電保護(hù)的任務(wù)51.2.2繼電保護(hù)基本原理和保護(hù)裝置的組成5第二章自動(dòng)保護(hù)和自動(dòng)裝置規(guī)劃62.1系統(tǒng)分析及繼電保護(hù)要求62.2本系統(tǒng)故障分析62.3本設(shè)計(jì)繼電保護(hù)裝置原理概述62.3.1 110kv線路電流速短保護(hù)72.3.2 110kv電路過電流保護(hù)72.3.3平行雙回線路橫連方向差

2、動(dòng)保護(hù)72.3.4變壓器瓦斯保護(hù)72.35變壓器縱連差動(dòng)保護(hù)7第三章短路電流計(jì)算83.1畫出短路等值電路83.2短路電流計(jì)算103.3保護(hù)裝置的配置11第四章裝置的整定計(jì)算114.1縱差保護(hù)的整定計(jì)算114.2 110kv側(cè)復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)過電流保護(hù)整定計(jì)算134.3 38.5kv側(cè)方向過流保護(hù)144.4 110kv零序過流保護(hù)144.5變壓器氣體保護(hù)的整定15課程設(shè)計(jì)心得與體會(huì)-16附錄A17附錄B18參考文獻(xiàn)19內(nèi)容摘要 電網(wǎng)繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置是電力系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，防止事故發(fā)生或擴(kuò)大起了重要作用。應(yīng)根據(jù)審定的電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)（二次部分）原則或?qū)彾ǖ南到y(tǒng)接線及要求進(jìn)

3、行電網(wǎng)繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)應(yīng)滿足繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程（SDJ6-83）、110220kV電網(wǎng)繼電保護(hù)與安全自動(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)是保障電力設(shè)備安全和防止及限制電力系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)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(shí)例表明，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，加強(qiáng)繼電保護(hù)的設(shè)計(jì)和整定計(jì)算，是保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要工作。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)主要包括了六大部分，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

4、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)。通過此次線路保護(hù)的設(shè)計(jì)可以鞏固我們本學(xué)期所學(xué)的電力系統(tǒng)繼電保護(hù)這一課程的理論知識(shí)，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(hù)技術(shù)的不斷發(fā)展和安全穩(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)有效控制，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。電網(wǎng)繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置應(yīng)符合可靠性、安全性、靈敏性、速動(dòng)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(shí)驗(yàn)等方面采取綜合措施，突

5、出重點(diǎn)，統(tǒng)籌兼顧，妥善處理，以達(dá)到保證電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。關(guān)鍵詞：繼電保護(hù)，變壓器，電路，計(jì)算。電力變壓器繼電保護(hù)設(shè)計(jì)第一章 繼電保護(hù)相關(guān)理論知識(shí)1.1 繼電保護(hù)的概述研究電力系統(tǒng)故障和危及安全運(yùn)行的異常工況，以探討其對(duì)策的反事故自動(dòng)化措施。因在其發(fā)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)。1.2.1 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根源，以減輕或避免設(shè)備的損壞和對(duì)相鄰地區(qū)供電的影響。1.2.2繼電保護(hù)基本原理

6、和保護(hù)裝置的組成 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?！迸c“不正?！边\(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)： (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)、比較并鑒別出發(fā)生故障時(shí)這些基本參數(shù)與正常運(yùn)行時(shí)的差別就可以構(gòu)成各種不同原理的繼電保護(hù)裝置。 例如：反映電流增大構(gòu)成過電

7、流保護(hù)； 反映電壓降低(或升高)構(gòu)成低電壓(或過電壓)保護(hù)； 反映電流與電壓間的相位角變化構(gòu)成方向保護(hù)； 反映電壓與電流的比值的變化構(gòu)成距離保護(hù)。 除此以外還可根據(jù)在被保護(hù)元件內(nèi)部和外部短路時(shí)，被保護(hù)元件兩端電流相位或功率方向的差別，分別構(gòu)成差動(dòng)保護(hù)、高頻保護(hù)等。 同理，由于序分量保護(hù)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(hù)也在應(yīng)用中。 (2)反映非電氣量的保護(hù) 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(hù)、溫度保護(hù)等。 繼電保護(hù)相當(dāng)于一種在線的開環(huán)的自動(dòng)控制裝置，根據(jù)控制過程信號(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

8、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)量部分、邏輯部分和執(zhí)行部分。測(cè)量部分從被保護(hù)對(duì)象輸入有關(guān)信號(hào)，再與給定的整定值比較，以判斷是否發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)；邏輯部分依據(jù)測(cè)量部分輸出量的性質(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(hào)。第二章 變電所繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置規(guī)劃2.1系統(tǒng)分析及繼電保護(hù)要求：本設(shè)計(jì)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(fù)荷多為化工型，屬一二類負(fù)荷居多。為保證安全供電和電能質(zhì)量，繼電保護(hù)應(yīng)滿足四項(xiàng)基本要求，即選擇性、速動(dòng)性、靈敏性和可靠性。2.

9、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中性點(diǎn)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(yùn)行過負(fù)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(shè)計(jì)繼電保護(hù)裝置原理概述：2.3.1 110KV線路電流速斷保護(hù) 110KV線路電流速斷保護(hù)是根據(jù)短路時(shí)通過保護(hù)裝置的電流來選擇動(dòng)作電流的

10、，以動(dòng)作電流的大小來控制保護(hù)裝置的保護(hù)范圍；有無時(shí)限電流速斷和延時(shí)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(jì)選用無時(shí)限電流速斷保護(hù)。2.3.2 110KV線路過電流保護(hù) 110KV線路過電流保護(hù)是利用短路時(shí)的電流比正常運(yùn)行時(shí)大的特征來鑒別線路發(fā)生了短路故障，其動(dòng)作的選擇性由過電流保護(hù)裝置的動(dòng)作具有適當(dāng)?shù)难訒r(shí)來保證，有定時(shí)限過電流保護(hù)和反時(shí)限過電流保護(hù)；本設(shè)計(jì)與電流速斷保護(hù)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(shí)限過電流保護(hù)，作為電流速斷保護(hù)的后備保護(hù)，來切除電流速斷保護(hù)范圍以外的故障，其保護(hù)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(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(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)。2.3.4 變壓器瓦斯保護(hù) 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。故障輕微時(shí)，油箱內(nèi)氣體緩慢的產(chǎn)生，氣體上升聚集在繼電器里，

12、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)。2.3.5 變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù) 變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)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(dòng)繼電器并接在回路壁中，在正常運(yùn)行和外部短路時(shí)，二次電流在臂中環(huán)流，使差動(dòng)保護(hù)在正常運(yùn)行和外部短路時(shí)不動(dòng)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(shí)，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(shí)際上由于變壓器的勵(lì)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(dòng)保護(hù)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(dòng)差動(dòng)保護(hù)。·采用二次諧波制動(dòng)。·采用間歇角原理。·采用速飽和變流器。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，以提高保護(hù)裝置的勵(lì)磁涌流的能力。第三章 短路電流計(jì)算 用標(biāo)幺值計(jì)算短路電流參數(shù)，確定短路計(jì)算點(diǎn)，計(jì)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(jì)算各元件電抗參數(shù)，取基準(zhǔn)容量，基準(zhǔn)電壓為，；基準(zhǔn)電流

14、為： ， （1） 計(jì)算電源系統(tǒng)基準(zhǔn)電抗的標(biāo)幺值。 ， （2） 變壓器各側(cè)阻抗標(biāo)幺值。 ， ， （3） 線路的基準(zhǔn)電抗標(biāo)幺值。 3.2 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 （2） 求k2點(diǎn)短路電流 （3） 求k3點(diǎn)短路電流 （4） 求k4點(diǎn)短路電流 3.3 保護(hù)裝置的配置（表4.1）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

15、護(hù)BCH12110kV側(cè)復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)的過流保護(hù)DY4，DL11，DY25335kV側(cè)方向過流保護(hù)LG11，DL114110kV側(cè)零序過電流保護(hù)DL135氣體保護(hù)QJ80第四章 各保護(hù)裝置的整定計(jì)算4.1 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5.1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)算的基本側(cè)。表5.1 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)TA接線方式選擇TA的標(biāo)準(zhǔn)變比差動(dòng)臂中的電流（A）2（2）確定制動(dòng)繞組的接線方式，制動(dòng)繞組接入38.5kV側(cè)，因?yàn)?，該?cè)的外部發(fā)生故障時(shí)，穿越變壓器的短路電流很大。（

16、3）計(jì)算差動(dòng)保護(hù)的一側(cè)動(dòng)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(lì)磁涌流計(jì)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(dòng)作電流即,差動(dòng)繼電器基本側(cè)動(dòng)作電流為 確定差動(dòng)繞組匝數(shù) 匝取整定匝數(shù)匝，則繼電器動(dòng)作電流為A，保護(hù)裝置實(shí)際動(dòng)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(jì)算匝數(shù)不等引起的相對(duì)誤差為 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 = 制動(dòng)繞組的計(jì)算匝數(shù) 匝 取整定匝數(shù) 匝校驗(yàn)靈敏系數(shù)k1點(diǎn)最小

17、短路電流折算到110kV基本側(cè)為 對(duì)11kV側(cè)工作安匝 匝 匝由繼電器特性曲線查得匝，安匝時(shí)，動(dòng)作安匝整定為安匝，則靈敏性滿足要求。4.2 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 （2） 電壓元件的動(dòng)作電壓 ，?。?） 負(fù)序電壓元件的動(dòng)作電壓 ，?。?） 校驗(yàn)靈敏系數(shù) 作11kV線路后備保護(hù) 滿足要求。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 滿足要求。需要說明，若110kV側(cè)僅采用單獨(dú)過電流保護(hù)，則，則靈敏系數(shù)，不滿足要求，這正說明采用復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)過流保護(hù)可提高保護(hù)的靈敏性。4.3 38.5kV側(cè)方向過流保護(hù) 功率方向元件的動(dòng)作方向，為自變壓器

18、指向35kV母線方向，方向元件的動(dòng)作電流為 作線路l3后備保護(hù)靈敏系數(shù) 不合要求。4.4 110kV零序過電流保護(hù) 由主接線圖可知，該變電所為終端變電所，接地保護(hù)不需要與下級(jí)配合，故零序過電流保護(hù)的動(dòng)作值按躲開最大不平衡電流，即 電壓元件的動(dòng)作電壓為 動(dòng)作時(shí)限整定：以跳中性點(diǎn)不接地運(yùn)行的變壓器；以跳中性點(diǎn)接地運(yùn)行的變壓器。4.5 變壓器氣體保護(hù)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(duì)導(dǎo)油管直徑）課程設(shè)計(jì)心得與體會(huì)兩周的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，在這次的課程設(shè)計(jì)中不僅檢驗(yàn)了我所學(xué)習(xí)的知識(shí)，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(jì)過程中，與同學(xué)分工設(shè)計(jì)，和同學(xué)們相互探討，相互學(xué)習(xí)，相互監(jiān)督。學(xué)會(huì)了合作，學(xué)會(huì)了運(yùn)籌帷幄，學(xué)會(huì)了寬容，學(xué)會(huì)了理解，也學(xué)會(huì)了做人與處世。課程設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，著是我們邁向社會(huì)，從事職業(yè)工作前一個(gè)必不少的過程”千里之行始于足下”，通過這次課程設(shè)計(jì)，我深深體會(huì)到這句千古名言的真正含義我今天認(rèn)