KV電力變壓器繼電保護課程設(shè)計報告

1、湖南科技大學(xué) 信息與電氣工程學(xué)院課程設(shè)計報告 題 目： 35kV電力變壓器繼電保護初步設(shè)計 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 班 級： 姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 2015年 7 月 1 日 工廠供電課程設(shè) 計任務(wù)書完成期限： 2015 年 6 月 29 日開始至 2015 年 7 月 1 日題目：35KV電力變壓器繼電保護初步設(shè)計1、設(shè)計資料：圖一 S9(S11)-35KV系列配電變壓器圖二 技術(shù)參數(shù) 某線路采用S9(S11)-35KV系列配電變壓器是雙繞組油浸式變壓器，Y/-11接線，容量為31.5MVA，變比為115/10.5。 提示：考慮內(nèi)部繞組相間和匝間短路的保護、瓦斯保護、過負荷保

2、護、過勵磁保護和直接接地系統(tǒng)外部接地作為主保護。2、設(shè)計主要內(nèi)容：（1）系統(tǒng)概況說明；（2）變壓器保護方案選擇；（3）整定計算；（3）繼電保護二次接線原理圖，展開圖；（4）原理圖與展開圖的詳細說明；（5）各個繼電器的選型；（6）其他后備保護考慮。3、 必須完成的圖：二次接線原理圖和二次展開圖。4、課程設(shè)計報告必須有的內(nèi)容：（1）課程設(shè)計的目的；（2）課程設(shè)計的任務(wù)書；（3）課程設(shè)計的原理；（4）課程設(shè)計的設(shè)計或計算詳單；（5）展望，總結(jié)和心得；（6）參考文獻（注意格式要規(guī)范）。 目 錄設(shè)計任務(wù)書目錄 一、設(shè)計目的與意義1二、繼電保護的概述31、繼電保護綜述32、繼電保護裝置組成33、繼電保護裝

3、置基本任務(wù)34、對繼電保護裝置的基本要求3三、任務(wù)要求3四、估算計算負荷電流4五、短路電流及其計算41、最小運行方式42、最大運行方式5六、變壓器的故障類型和不正常運行狀態(tài)6七、電力變壓器繼電保護方案確定7八、瓦斯保護71、瓦斯保護原理圖7 2、瓦斯繼電器選型九、定時限過流保護8 1、原理接線圖82、整定計算83、靈敏度校驗94、各種繼電器選型10十、變壓器縱聯(lián)差動保護101、原理接線圖102、整定計算及靈敏度校驗103、電流互感器選擇及差動繼電器選型13十一、變壓器過負荷保護131、變壓器過負荷保護原理圖132、過負荷保護整定計算133、各種繼電器選型13十二、變壓器過勵磁保護13 1、過勵

4、磁公式推導(dǎo)13 2、過勵磁保護工作原理13 3、過勵磁保護原理框圖1313、 變壓器零序電流保護.14 1、保護原理.14 2、保護原理圖.14 3、整定原則.15十四、以上保護接線全圖.16十五、心得體會.17十六、參考文獻.18十七、附圖.191、保護原理接線全圖.192、二次展開原理圖的繪制.19一、設(shè)計的目的與意義 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。繼電保護裝置一旦不能正確動作，就會擴大事故，釀成嚴(yán)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

5、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。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。 二、繼電保護的概述1、 繼電保護綜述 對電力系統(tǒng)中發(fā)生的故障或異常情況進行檢測，從而發(fā)出報警信號，或直接將故障部分隔離、切除的一種重要措施。2、繼電保護裝置組成 繼電保護裝置：就是指反應(yīng)電力系統(tǒng)

6、中電氣元件發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)，并動作于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種自動裝置。繼電保護裝置的組成:繼電保護一般由三個部分組成:測量部分、邏輯部分和執(zhí)行部分，其原理結(jié)構(gòu)如下圖所示。 3、 繼電保護裝置基本任務(wù) （1） 發(fā)生故障時，自動、迅速、有選擇地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使非故障部分繼續(xù)運行。 （2）反應(yīng)電氣元件的不正常運行狀態(tài)，并根據(jù)運行維護的條件而動作于信號，以便值班員及時處理，或由裝置自動進行調(diào)整，或?qū)⒛切├^續(xù)運行就會引起損壞或發(fā)展成為事故的電氣設(shè)備予以切除。 （3）繼電保護裝置還可以與電力系統(tǒng)中的其他自動化裝置配合，在條件允許時，采取預(yù)定措施，縮短事故停電時間，盡快恢復(fù)供電，從而

7、提高電力系統(tǒng)運行的可靠性。 4、對繼電保護裝置的基本要求：選擇性、速動性、靈敏性、可靠性三、任務(wù)要求電壓等級35/10kV，有甲、乙兩個變電所提供電源，均采用單回路電源供電，距離待設(shè)計變電所分別為15km和10km，采用LGJ-50架空導(dǎo)線供電，短路容量分別為200MVA和250MVA。甲、乙兩個變電所提供電源的定時限過電流保護動作時限均為2.0s。35kV出線共2回，所接負荷為化工廠。10kV出線共5回，其中3回架空出線，每回輸電容量為1200kW，2回電纜線路，每回輸電容量為1700kW，以一、二級負荷為主，負荷線路長度為10km。35kV單母線分段接線，10kV單母線分段接線。主變壓器兩

8、臺選用型號為S9-6300/35kV，Ynd11接線變壓器。最大運行方式為兩個電源全投入運行，負荷全投，母線分段斷路器合閘；最小運行方式為乙電源停運，電纜停運，分段斷路器斷開運行。四、估算計算負荷電流 =A=103.9A五、短路電流及其計算 1、最小運行方式： 短路電流計算圖 等效電路圖取基準(zhǔn)值：S=100MV·A ，U=37KV ，U=10.5KVK-1點短路電流 IK-2點短路電流I折算到35KV側(cè):2、最大運行方式： 短路電流計算圖 等效電路圖取基準(zhǔn)值：S=100MV·A ，U=37KV ，U=10.5KVK-1點短路電流K-2點短路電流 = 折算到35KV側(cè):六、變

9、壓器的故障類型和不正常運行狀態(tài) 電力變壓器故障可分為油箱內(nèi)部和油箱外部兩種故障。油箱內(nèi)部故障主要包括變壓器繞組的相間短路、匝間短路、單相接地短路和鐵芯燒損等。對變壓器來講，這些故障都是十分危險的，因為油箱內(nèi)故障時產(chǎn)生的電弧，將引起絕緣物質(zhì)的劇烈汽化，從而可能引起爆炸，因此，這些故障應(yīng)該盡快加以切除。油箱外部故障最常見的是絕緣套管引出線上發(fā)生相間短路或接地（對變壓器外殼）短路故障，它可能引起變壓器絕緣套管爆炸，從而影響電力系統(tǒng)的正常運行。因此，變壓器發(fā)生故障時，必須將其從電力系統(tǒng)中切除。 變壓器不正常運行狀態(tài)有油箱漏油造成的油面降低，由于外部短路故障引起的過電流，變壓器油溫升高，由于負荷超過額定

10、值引起的過負荷使變壓器繞組過熱加速繞組絕緣老化甚至引起內(nèi)部故障等。七、電力變壓器繼電保護方案確定 變壓器為變電所的核心設(shè)備，根據(jù)其故障和不正常運行的情況，從反應(yīng)各種不同故障的可靠、快速、靈敏及提高系統(tǒng)的安全性出發(fā)，設(shè)置相應(yīng)的主保護、異常運行保護和必要的輔助保護。于本設(shè)計而言，因為容量關(guān)系不采用速斷保護，采用瓦斯保護，過電流保護采用定時限過流保護，高壓側(cè)電壓沒有5000KV故不采用勵磁保護。具體情況如下：1 主保護：瓦斯保護（以防御變壓器內(nèi)部故障和油面降低） 縱差動保護（以防御變壓器繞組、套管和引出線的相間短路） 過勵磁保護（以防變壓器過勵磁） 變壓器高壓側(cè)零序電流保護（以防變壓器直接接地系統(tǒng)外

11、部接地短路）2 后備保護：過電流保護（以反應(yīng)變壓器外部相間故障）、 過負荷保護（反應(yīng)由于過負荷而引起的過電流）。八、瓦斯保護1、瓦斯保護原理圖2、 瓦斯繼電器選型 輕瓦斯保護的動作值按氣體容積為250300整定，本設(shè)計采用280。 重瓦斯保護的動作值按導(dǎo)油管的油流速度為0.61.5 m/s整定本，本設(shè)計采用1 m/s。瓦斯繼電器選用QJ1-80型。九、定時限過流保護1、原理接線圖： 當(dāng)一次電路發(fā)生短路時，電流繼電器KA瞬時動作，閉合其觸點，使時間繼電器KT動作。KT經(jīng)過整定時限后，其延時觸點閉合，使串聯(lián)的信號繼電器（電流型）KS和中間繼電器KM動作。KS動作后，其指示牌掉下，同時接通信號回路，

12、給出燈光信號和音響信號。KM動作后，接通跳閘線圈YR回路，使斷路器QF跳閘，切除短路故障。QF跳閘后，其輔助觸點隨之切斷跳閘回路。在短路故障被切除后，繼電保護裝置除KS外的其他所有繼電器均自動返回起始狀態(tài)，而KS可以手動復(fù)位。2、 整定計算（1）定時限保護動作電流整定定時限保護動作電流整定原則：應(yīng)躲過變壓器一次側(cè)的最大工作電流，常取I=（1.53）I式中，I為變壓器的一次額定電流。動作電流為：式中I為變壓器一次側(cè)的最大工作電流; 為保護裝置的可靠系數(shù)，對DL型定時限，取1.2；為保護裝置的接線系數(shù)，對兩相兩繼電器式接線取1，對兩相一繼電器接線取1.3；為電流繼電器的返回系數(shù)，一般取0.85；為

13、電流互感器的變流比，本設(shè)計取200/5?？蛇x取電流整定范圍為2.5-10A的DL型電流繼電器,并整定為8A 。(因為I只能為整數(shù)。)（2）定時限保護的時限整定時限整定原則:應(yīng)比變壓器二次母線各饋出線定時限過流最大的時限大一個時限階段（t=0.5s），即：式中 t 在后一級保護的線路首段發(fā)生三相短路時，前一級保護的動作時間； 后一級保護中最長的一個動作時間 前后兩級保護裝置的時間級差，對定時限過電流保護取0.5S。 本設(shè)計題目給出電源的定時限過流保護動作時限均為2S,故時限整定為= t-=2S-0.5S=1.5S。可選時間繼電器整定范圍為1.2-5S的DS-12型時間繼電器，并整定在1.5S上。

14、3、靈敏度校驗靈敏度校驗原則：應(yīng)以系統(tǒng)在最小運行方式下，變壓器二次母線發(fā)生兩相短路流經(jīng)一次側(cè)的電流來校驗，即： （3-3） 式中 在電力系統(tǒng)最小運行方式下，變壓器二次母線發(fā)生兩相短路電流動作電流折算到一次電路的值: 滿足靈敏系數(shù)要求。4、各種繼電器選型電流繼電器的選擇：DL-12電流互感器的選擇：LQJ-10信號繼電器的選擇：DX-30時間繼電器的選擇：DS-35C中間繼電器的選擇：DZ-1510、 變壓器縱聯(lián)差動保護本設(shè)計采用較經(jīng)濟的BCH-2型帶有速飽和變流器的差動繼電器，以提高保護裝置的勵磁涌流的能力。1、原理接線圖 如圖，當(dāng)變壓器正常工作或差動保護區(qū)外（如：二次母線k-1點）短路時，流

15、入KA的電流，差值很小，KA不動作。當(dāng)在差動保護區(qū)內(nèi)（如：變壓器二次出口k-2點短路時），所以繼電器動作，使QF跳閘。 2、整定計算及靈敏度校驗縱聯(lián)差動保護：計算Ie及電流互感器變比，列表如下：名 稱各側(cè)數(shù)據(jù)Y（35KV）（10.5KV）額定電流變壓器接線方式Y(jié)CT接線方式Y(jié)CT計算變比實選CT變比nl200/5=40400/5=80實際額定電流不平衡電流I4.50-4.33=0.17A確定基本側(cè)基本側(cè)非基本側(cè) 確定基本側(cè)一次動作電流：（1）躲過外部故障時的最大不平衡電流 利用實用計算式 式中： 可靠系數(shù)，采用1.3； 同型系數(shù)，CT型號相同且處于同一情況時取0.5，型號不同時取1，本設(shè)計取0

16、.5；10%電流互感器容許的最大相對誤差；U-變壓器調(diào)壓時所產(chǎn)生的相對誤差，采用調(diào)壓百分?jǐn)?shù)的一半，本設(shè)計取0.05；-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。代入數(shù)據(jù)得: =1.3×(0.5×0.1+0.05+0.05)×2230=434.85A（2）躲過變壓器空載投入或外部故障后電壓恢復(fù)時的勵磁涌流 = （3-10）式中：為可靠系數(shù)，采用1.3； 為變壓器額定電流。代入數(shù)據(jù)得: =1.3103.9=135.1A（3）躲過電流互感器二次回路短線時的最大負荷電流 （3-11）式中： 可靠系數(shù)，采用1.3； 變壓器的最大負荷電

17、流；采用變壓器的額定電流的1.5倍（事故過負荷時最大為150%）代入數(shù)據(jù)得： =1.3103.91.5=202.605A比較上述（1），（2），（3）式的動作電流，取最大值為計算值，即： =434.85（A）整定為450A確定二次動作電流：基本側(cè)電流互感器接線系數(shù)取1 確定BCH-2型差動繼電器基本側(cè)（35KV側(cè))各線圈匝數(shù)。該繼電器在保持時其動作安匝為安匝。 實用匝數(shù)取為匝。匝二次實際動作電流：（A）一次實際動作電流：（A)非基本側(cè)平衡線圈的計算匝數(shù):匝，實用匝數(shù)取1匝相對誤差: ，結(jié)果有效靈敏度校驗：10.5KV側(cè)母線兩相短路時歸算到35KV側(cè)流入繼電器的電流為 A35KV側(cè)繼電器動作電流

18、 A差動保護裝置的最小靈敏系數(shù)為靈敏度滿足要求。3、電流互感器選擇及差動繼電器選型電流繼電器的選擇：DL-12電流互感器的選擇：LQJ-10信號繼電器的選擇：DX-17中間繼電器的選擇：DZ-15十一、變壓器過負荷保護1、變壓器過負荷保護原理圖 TA是電流互感器，KA是電流繼電器，當(dāng)線路的電流大于額定值時，TA輸出到KA的電流驅(qū)動電流繼電器動作，電流繼電器觸點接通，時間繼電器KT得電吸合。當(dāng)過電流的持續(xù)時間長于時間繼電器設(shè)定的延時以后，延時閉合觸點接通，向外輸出超負荷信號。相關(guān)的執(zhí)行機構(gòu)就會作出規(guī)定的動作。2、過負荷保護整定計算過負荷保護：其動作電流按躲過變壓器額定電流來整定。動作帶延時作用于

19、信號。 保護裝置（一次側(cè)）的動作電流： 繼電器的動作電流： A動作時限一般取1015s。3、各種繼電器選型電流繼電器的選擇：DL-12電流互感器的選擇：LQJ-10/160信號繼電器的選擇：DX-30時間繼電器的選擇：DS-35C十二、變壓器過勵磁保護1、 過勵磁公式推導(dǎo) 變壓器繞組感應(yīng)電壓為： ，令 則 2、 過勵磁保護工作原理3、 過勵磁保護原理框圖13、 變壓器零序電流保護保護原理：對于中性點直接接地變壓器，全部采用零序電流保護，有選擇性要求時可增加零序方向原件。零序電流取自主變高壓側(cè)中性點測。零序電流保護通常采用兩段式，I段和相鄰零序I段配合，II和相鄰零序后備段配合。每段設(shè)2個時限，短時限動作縮小故障范圍，長實現(xiàn)動作斷開變壓器各側(cè)斷路器。保護原理圖：整定原則：1. 零序一段整定原則按與相鄰元件的零序電流保護I段配合為相鄰元件的零序電流保護I段動作電流為下級相鄰元件零序電流保護配合段的動作時間2. 2.零序二段整定原則按與相鄰元件的零序電流保護后備段配合為相鄰元件的零序電流保護后備段動作電流為下級相鄰元件零序電流保護配合段的動作時間最大值十四、以上保護原理接線全圖 （A3號圖紙1張）附圖1器件名稱型號數(shù)量瓦斯繼電器(KG)QJ1-801電流互感器(TA)LQJ-10/1604電流繼電器(KA)DL11/