中間變電所線路,主變壓器保護設(shè)計

1、第1章前言1.1題目來源生產(chǎn)/社會實際中間變電所線路、主變壓器保護設(shè)計，此設(shè)計任務(wù)旨在體現(xiàn)自己對本專業(yè)各科知識的掌握程度，培養(yǎng)自己對本專業(yè)各科知識進行綜合運用的能力，同時檢驗本專業(yè)學(xué)習(xí)四年以來的學(xué)習(xí)結(jié)果,是畢業(yè)前的一次綜合性訓(xùn)練，是對在大學(xué)幾年所學(xué)知識的全面檢查。通過本次畢業(yè)設(shè)計，既有助于提高自己綜合運用知識的能力，同時也有助于以后在工作崗位能很快的適應(yīng)工作環(huán)境。110kV變電所是電力配送的重要環(huán)節(jié)，也是電網(wǎng)建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。變電所設(shè)計質(zhì)量的好壞，直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、靈活和經(jīng)濟運行，變電所的保護設(shè)計是對該變電所二次設(shè)備的配置及整定，關(guān)系到其主要一次設(shè)備的安全可靠運行，從而間接影響該變

2、電站的配，送電水平，保證對用戶和電網(wǎng)的可靠供電。國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢近年來，隨著電網(wǎng)運行水平的提高，各級調(diào)度中心要求更多的信息，以便及時掌握電網(wǎng)及變電站的運行情況，提高變電站的可控性，進而要求更多地采用遠方集中控制，操作，反事故措施等，即采用無人值班的管理模式，以提高勞動生產(chǎn)率，減少人為誤操作的可能，提高運行的可靠性。另一方面，當代計算機技術(shù)，通訊技術(shù)等先進技術(shù)手段的應(yīng)用，已改變了傳統(tǒng)二次設(shè)備的模式，為簡化系統(tǒng)，信息共享，減少電纜，減少占地面積，降低造價等方面已改變了變電站運行的面貌。隨著我國經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展，電網(wǎng)的規(guī)模越來越大，電壓越來越高，電網(wǎng)調(diào)度、安全可靠供電要求以及經(jīng)濟運行和管理水平都形

3、成了一種新的格局。利用微機實施監(jiān)控取代常規(guī)的控制保護方式，實現(xiàn)變電所的綜合自動化，進而施行無人值班，已成為各級電力部門的共識。根據(jù)國家電力公司對農(nóng)村電網(wǎng)建設(shè)與改造技術(shù)原則的總體要求，電網(wǎng)建設(shè)與改造要同調(diào)度自動化、配電自動化、變電所無人值班、無功優(yōu)化結(jié)合起來，以逐步實現(xiàn)電網(wǎng)自動化。變電所綜合自動化已成為當前變電所設(shè)計應(yīng)用中的熱門課題和發(fā)展的必然趨勢。當今世界各方面因素正沖擊著全球電力工業(yè)，在國外變電所技術(shù)有十分劇烈的競爭，而世界范圍內(nèi)的變電所都采用了新技術(shù); 其次，不同的環(huán)境要求給所有的電力供應(yīng)商增加了額外的責任，使電力自動化設(shè)備尤其是高壓大功率變電站的市場開發(fā)空間大大拓展。另外高壓變電所的最終

4、用戶對變電站的安全，可靠節(jié)能、環(huán)保意識越來越強烈，迫使其上游提供者尤其是系統(tǒng)集成商更加重視地區(qū)性電能分配技術(shù)方面的需要，所以變電所在世界上飛速的發(fā)展，從而要求我國變電技術(shù)上也要加入世界先進的變電技術(shù)行業(yè)。總體上來說，我國變電所主攻方向是老設(shè)備向新型設(shè)備轉(zhuǎn)變，有人值班向無人值班變電所轉(zhuǎn)變，交流傳輸向直流輸出轉(zhuǎn)變，國外主要是交流輸出向直流輸出轉(zhuǎn)變。技術(shù)要求和解決思路.1技術(shù)要求(1) 變壓器容量的選擇(2) 三相短路和不對稱短路電流的計算(3) 主變壓器保護的配置、計算(4) 各電壓等級線路的保護配置(5) 主變壓器保護圖需重點研究的關(guān)鍵問題是短路計算及主變壓器保護的配置，計算。.2 解決思路首先

5、根據(jù)任務(wù)書上所給系統(tǒng)與線路及所有負荷的參數(shù)，選主變?nèi)萘?。然后，根?jù)三相短路及不對稱短路計算的計算結(jié)果，確定主變壓器保護的配置，從而完成110kV中間變電站和主變保護的設(shè)計。準備采取的措施：本次110kV變電站的設(shè)計，經(jīng)過四年的專業(yè)課程學(xué)習(xí)，在已有專業(yè)知識的基礎(chǔ)上，了解了當前我國變電站技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及技術(shù)發(fā)展趨向，按照現(xiàn)代電力系統(tǒng)電力工程電氣設(shè)計手冊電氣一次部分、電氣二次部分、電力工程電氣設(shè)備手冊上冊、下冊、變電所技術(shù)標準及規(guī)程規(guī)范應(yīng)用手冊要求，確定一個110kV變電站線路和主變保護設(shè)計。工作條件和解決辦法：一臺計算機, windowsXP系統(tǒng)，Auto CAD繪圖軟件。第2章 主變壓器的選擇在

6、發(fā)電廠和變電站中，用來向電力系統(tǒng)或用戶輸送功率的變壓器，稱為主變壓器。主變壓器的容量的確定除依據(jù)傳遞容量基本原始資料外，還應(yīng)根據(jù)電力系統(tǒng)510年發(fā)展規(guī)劃、輸送功率大小、饋線回路數(shù)、電壓等級以及接入系統(tǒng)的緊密程度等因素，進行綜合分析和合理選擇。如果變壓器容量選擇過大，不僅增加投資，增加占地面積，而且也增加了運行電能損耗，設(shè)備未能充分發(fā)揮效益；若容量選得過小，將可能“封鎖”發(fā)電機剩余功率的輸出或者滿足不了變電站負荷的需要。這在技術(shù)上是不合理的，為此，在選擇變電站主變壓器時，應(yīng)遵循以下原則。變電站主變壓器容量一般應(yīng)按510年規(guī)劃負荷來選擇。根據(jù)城市規(guī)劃、負荷性質(zhì)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)等綜合考慮確定其容量。對重要

7、變電站，需考慮當一臺主變壓器停運時，其余變壓器容量在計及過負荷能力允許時間內(nèi)，應(yīng)滿足類及類負荷的供電（1）；對一般性變電站，當一臺主變壓器停運時，其余變壓器容量應(yīng)能滿足全部負荷的7080（2）。故110KV側(cè)總?cè)萘繛?；其中，分別為110KV,35KV,10KV側(cè)的平均功率因數(shù)，且，分別表示110KV,35KV,10KV側(cè)的最大負荷，且，未知待求。求得=60.71MVA；該變電站為中間變電站，35KV側(cè)重要負荷占70，視為重要變電站。故其應(yīng)滿足當一臺主變壓器停運時，其余變壓器容量在計及過負荷能力允許時間內(nèi)，滿足類及類負荷的供電。類及類負荷S=70%；該變電站有兩臺主變，故選擇每臺容量為；選擇主變

8、壓器型式時應(yīng)考慮以下問題。2.相數(shù)容量為300MVA及以下機組單元接線的主變壓器和330KV及以下電力系統(tǒng)中，一般都應(yīng)選用三相變壓器。因為單相變壓器組相對投資大、占地多、運行損耗也較大，同時配電裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，也增加了維修工作量。繞組數(shù)和結(jié)構(gòu)電力變壓器按其每相的繞組數(shù)分為雙繞組、三繞組或更多繞組等型式；按電磁結(jié)構(gòu)分為普通雙繞組、三繞組、自耦式及低壓繞組分裂式等型式。該中間變電所有三個電壓等級，即110/35/10KV,故選用三繞組變壓器，三繞組變壓器根據(jù)三個繞組布置方式的不同，分為升壓變壓器和降壓變壓器。升壓變壓器用于功率流向由低壓繞組傳送到高壓電網(wǎng)和中壓電網(wǎng)，用于發(fā)電廠主變壓器；降壓變壓器用于

9、功率流向由高壓傳送到中壓和低壓，常用于變電所主變壓器。繞組聯(lián)結(jié)組號變壓器三相繞組的聯(lián)結(jié)組號必須和系統(tǒng)電壓相位一致，否則不能并列運行。電力系統(tǒng)采用的繞組聯(lián)結(jié)方式只有星形“Y”和三角形“d”兩種。因此變壓器三相繞組的聯(lián)結(jié)方式應(yīng)根據(jù)具體工程來確定。在發(fā)電廠和變電站中，一般考慮系統(tǒng)或機組的同步并列要求以及限制3次諧波對電源的影響等因素，三繞組主變壓器聯(lián)結(jié)組號一般都選用YNd11常規(guī)接線。阻抗和調(diào)壓方式變壓器阻抗實質(zhì)是繞組之間的漏抗，當變壓器的電壓比、型式、結(jié)構(gòu)和材料確定之后，其阻抗大小一般和變壓器容量關(guān)系不大，對于三繞組普通型和自耦型變壓器各側(cè)阻抗，按用途即升壓型或降壓型確定。110KV及以下變壓器應(yīng)

10、至少有一級電壓的變壓器采用有載調(diào)壓。冷卻方式油浸式電力變壓器的冷卻方式隨其型式和容量不同而異，一般有自然風(fēng)冷卻、強迫風(fēng)冷卻、強迫油循環(huán)水冷卻、強迫油循環(huán)風(fēng)冷卻強迫油循環(huán)導(dǎo)向冷卻。容量在MVA及以上的大容量變壓器一般采用強迫油循環(huán)風(fēng)冷卻方式。綜上所述，由原始條件選擇的主變壓器型號為SFSZ-31500/110.該設(shè)備的技術(shù)數(shù)據(jù)表如下：表格 1 主變壓器參數(shù)型號電壓接線方式損耗（KW）空載電流（%）短路電壓（%）SFSZ11-31500/110高110±8×1.25%中低11YNyn0d11空載負載175高-中高-低1718中-低第3章 短路計算3.1短路的原因、類型及后果短路

11、是電力系統(tǒng)的嚴重故障，所謂短路，是指一切不正常的相與相之間或相與地（對中性點接地的系統(tǒng)）發(fā)生通路的情況。產(chǎn)生短路的原因很多，主要有如下幾個方面：（1）元件損壞，例如絕緣材料的自然老化，設(shè)計、安裝及維護不良所帶來的設(shè)備缺陷發(fā)展成短路等；（2）氣象條件惡化，例如雷擊造成的閃絡(luò)放電或避雷器動作，架空線路由于大風(fēng)或?qū)Ь€覆冰引起的電桿倒塌等；（3）違規(guī)操作，例如運行人員帶負荷拉刀閘，線路或設(shè)備檢修后未拆除接地線就加上電壓等；（4）其他，例如挖溝損傷電纜，鳥獸跨接在裸露的載流部分等。在三相系統(tǒng)中，可能發(fā)生的短路有：三相短路，兩相短路，兩相短路接地和單相接地短路。三相短路也稱為對稱短路，系統(tǒng)各相與正常運行時

12、一樣仍處于對稱狀態(tài)。其他類型的短路都是不對稱短路。電力系統(tǒng)的運行經(jīng)驗表明，在各種類型的短路中，單相短路占大多數(shù)，兩相短路較少，三相短路的機會最少，三相短路雖然很少發(fā)生，但情況較嚴重，應(yīng)給予足夠的重視。而且，從短路計算方法來看，一切不對稱短路的計算，在采用對稱分量法后，都歸結(jié)為對稱短路的計算。隨著短路類型、發(fā)生地點和持續(xù)時間的不同，短路的后果可能只破壞局部地區(qū)的正常供電，也可能威脅整個系統(tǒng)的安全運行。短路的危險后果一般有以下的幾個方面：（1） 短路故障使短路點附近的支路中出現(xiàn)比正常值大許多倍的電流，由于短路電流的電動力效應(yīng)，導(dǎo)體間將產(chǎn)生很大的機械應(yīng)力，可能使導(dǎo)體和它們的支架遭到破壞。（2） 短路

13、電流使設(shè)備發(fā)熱增加，短路持續(xù)時間較長時，設(shè)備可能過熱以致?lián)p壞。（3） 短路時系統(tǒng)電壓大幅度下降，對用戶影響很大。系統(tǒng)中最主要的電力負荷是異步電動機，它的電磁轉(zhuǎn)矩同端電壓的平方成正比，電壓下降時，電動機的電磁轉(zhuǎn)矩顯著減小，轉(zhuǎn)速隨之下降。當電壓大幅度下降時，電動機甚至可能停轉(zhuǎn)，造成產(chǎn)品報廢，設(shè)備損壞等嚴重后果。當短路發(fā)生地點離電源不遠而持續(xù)時間又較長時，并列運行的發(fā)電廠可能失去同步，破壞系統(tǒng)穩(wěn)定，造成大面積停電，這是短路故障的最嚴重后果。（4） 發(fā)生不對稱短路時，不平衡電流能產(chǎn)生足夠的磁通在鄰近的電路內(nèi)感應(yīng)出很大的電動勢，這對于架設(shè)在高壓電力線路附近的通訊線路或鐵道訊號系統(tǒng)等會產(chǎn)生嚴重的影響。在電

14、力系統(tǒng)和電氣設(shè)備的設(shè)計和運行中，短路計算是解決一系列技術(shù)問題所不可缺少的基本計算，這些問題主要有：（1） 選擇有足夠機械穩(wěn)定度和熱穩(wěn)定度的電氣設(shè)備。這里包括計算沖擊電流以校驗設(shè)備的點動力穩(wěn)定度；計算若干時刻的短路電流周期分量以校驗設(shè)備的熱穩(wěn)定度；計算指定時刻的短路電流有效值以校驗斷路器的斷流能力等。（2） 為了合理地配置各種繼電保護和自動裝置并正確整定其參數(shù)，必須對電力網(wǎng)中發(fā)生的各種短路進行計算和分析。在這些計算中不但要知道故障支路中的電流值，還必須知道電流在網(wǎng)絡(luò)中的分布情況。有時還要知道系統(tǒng)中某些節(jié)點的電壓值。（3） 在設(shè)計和選擇發(fā)電廠和電力系統(tǒng)電氣主接線時，確定是否需要采取限制短路電流的措

15、施等，都要進行必要的短路電流計算。（4） 進行電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定計算，研究短路對用戶工作的影響等，也包含有一部分短路計算的內(nèi)容。3.3 制定系統(tǒng)等值網(wǎng)絡(luò)及進行參數(shù)計算圖1 變壓器等值網(wǎng)絡(luò)圖選取，計算各元件參數(shù)的標幺值；變壓器：已知 得= = =0; =將計算結(jié)果注于圖中。-基準容量；-基準電壓；-平均額定電壓；-主變壓器110KV側(cè)空載電壓百分比；-主變壓器35KV側(cè)空載電壓百分比；-主變壓器10KV側(cè)空載電壓百分比；-主變壓器110KV側(cè)等值電抗的標幺值；-主變壓器35KV側(cè)等值電抗的標幺值；-主變壓器10KV側(cè)等值電抗的標幺值；.2最大外部短路電流最大運行方式下，短路電流最大，即最大外部電流

16、指當系統(tǒng)電抗取最小時，各短路點取得的最大短路電流（考慮一回斷線時的最大短路電流）。圖2 最大運行方式下短路等值計算網(wǎng)絡(luò)圖1）110KV側(cè)母線三相短路及兩相短路的計算=0.0416;2)35KV側(cè)母線三相短路及兩相短路的計算（考慮一臺主變故障停運）=3)10KV側(cè)母線三相短路及兩相短路的計算（考慮一臺主變故障停運）=.3最小外部短路電流最小運行方式下，短路電流最小，即最小外部電流指當系統(tǒng)電抗取最大取大者）時，各短路點取得的最小短路電流（考慮一回斷線時的最小短路電流）。圖3 最小運行方式下短路計算等值網(wǎng)絡(luò)圖1）110KV側(cè)母線三相短路及兩相短路的計算=0.165；2)35KV側(cè)母線三相短路及兩相短

17、路的計算（考慮一臺主變故障停運）=3)10KV側(cè)母線三相短路及兩相短路的計算（考慮一臺主變故障停運）4)110KV側(cè)出口單相接地短路電流的計算1.畫出該側(cè)各序等值網(wǎng)絡(luò)圖（考慮一回斷線的情況）圖4 正序網(wǎng)絡(luò)圖圖5 負序網(wǎng)絡(luò)圖圖6 零序網(wǎng)絡(luò)圖+)=;=35）10KV側(cè)單相接地短路電流1.畫出該側(cè)各序等值網(wǎng)絡(luò)圖（考慮一回斷線的情況）圖7 正序網(wǎng)絡(luò)圖圖8 負序網(wǎng)絡(luò)圖圖9 零序網(wǎng)絡(luò)圖+)=;=36)110KV側(cè)兩相短路接地時的短路電流的計算1.畫出該側(cè)各序等值網(wǎng)絡(luò)圖（考慮一回斷線的情況），見圖4，圖5，圖6。/)=7)10KV側(cè)兩相短路接地時的短路電流的計算1.畫出該側(cè)各序等值網(wǎng)絡(luò)圖（考慮一回斷線的情況

18、），見圖7，圖8，圖9。/)=0.-系統(tǒng)對短路點的總電抗標幺值；-系統(tǒng)對短路點的零序電抗標幺值；-系統(tǒng)對短路點的正序電抗標幺值；-系統(tǒng)對短路點的負序電抗標幺值；-三相短路電流標幺值；-短路點的正序短路電流標幺值；-短路點的負序短路電流標幺值；-短路點的零序短路電流標幺值；-短路點的正序短路電流有名值；-短路點的負序短路電流有名值；-短路點的零序短路電流有名值；各類短路情況短路電流結(jié)果列于表2中：表格 2 最大運行方式下的短路計算表格3最小運行方式下的短路電流計算第4章 主變壓器保護現(xiàn)代生產(chǎn)的變壓器，雖然結(jié)構(gòu)可靠，故障機會較少，但在實際運行中，仍有可能發(fā)生各種類型故障和異常運行，為了保證電力系統(tǒng)

19、安全連續(xù)地運行，并將故障和異常運行對電力系統(tǒng)的影響限制到最小范圍，必須根據(jù)變壓器容量大小、電壓等級等因素裝設(shè)必要的、動作可靠性高的繼電保護裝置。變壓器一般裝設(shè)下列繼電保護裝置：容量為800KVA及以上的油浸式變壓器，均應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護。當油箱內(nèi)部故障產(chǎn)生輕微瓦斯或油面下降時，保護裝置應(yīng)瞬時動作于信號，當產(chǎn)生大量瓦斯時，瓦斯保護宜動作于斷開變壓器各電源側(cè)斷路器。對于高壓側(cè)未裝設(shè)斷路器的線路-變壓器組，未采取使瓦斯保護能切除變壓器內(nèi)部故障的技術(shù)措施時，瓦斯保護可僅動作于信號。對于容量為400KVA及以上的車間內(nèi)油浸式變壓器，也應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護。反應(yīng)變壓器繞組和引出線的相間短路的縱聯(lián)差動保護或電流速斷保

20、護，對其中性點直接接地側(cè)繞組和引出線的接地短路以及繞組匝間短路也能起保護作用。容量為6300KVA以下并列運行的變壓器以及10000KVA以下單獨運行的變壓器，當后備保護時限大于時，應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護。容量為6300KVA及以上、廠用工作變壓器和并列運行的變壓器、10000KVA及以上、廠用工作變壓器和單獨運行的變壓器、以及2000KVA及以上用電流速斷保護靈敏性不符合要求的變壓器，應(yīng)裝設(shè)縱聯(lián)差動保護。對高壓側(cè)電壓為330KV及以上的變壓器，可裝設(shè)雙重差動保護。對于發(fā)電機變壓器組，當發(fā)電機與變壓器之間有斷路器時，變壓器應(yīng)裝設(shè)單獨的縱聯(lián)差動保護，當發(fā)電機與變壓器之間沒有斷路器時，100MV及以下

21、的發(fā)電機，可只裝設(shè)發(fā)電機變壓器組共用的縱聯(lián)差動保護。100MV以上的發(fā)電機，除發(fā)電機變壓器組共用縱聯(lián)差動保護外，發(fā)電機還應(yīng)裝設(shè)單獨的縱聯(lián)差動保護。對于200MV及以上的輪發(fā)電機，為提高快速性，在機端還宜增設(shè)復(fù)合電流速斷保護，或在變壓器上設(shè)單獨的縱聯(lián)差動保護，即采用雙重快速保護方式。如果變壓器的縱聯(lián)差動保護對單相接地短路靈敏性不符合要求，可增設(shè)零序差動保護。后備保護對于由外部相間短路引起的變壓器過電流，可采用下列保護作為后備保護。（1） 過電流保護，宜用于降壓變壓器，保護裝置的整定值應(yīng)考慮事故時可能出現(xiàn)的過負荷。（2） 復(fù)合電壓（包括負序電壓及線電壓）起動的過電流保護，宜用于升壓變壓器和系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)

22、變壓器及過電流保護不符合靈敏性要求的降壓變壓器。（3） 負序電流保護和單相式低電壓起動的過電流保護，可用于63000KVA及以上的升壓變壓器。（4） 對于升壓變壓器和系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器，當采用上述（2）、（3）保護不能滿足靈敏性和選擇性要求的時，可采用阻抗保護。上述各項保護動作后，應(yīng)帶時限動作于跳閘。過負荷保護對于400KVA及以上的變壓器，當數(shù)臺并列運行或單獨運行并作為其他負荷的備用電源時，應(yīng)根據(jù)可能過負荷的情況裝設(shè)過負荷保護。對自耦變壓器和多繞組變壓器，保護裝置應(yīng)能反應(yīng)公共繞組及各側(cè)過負荷的情況。過負荷應(yīng)接于一相電流上，帶時限動作于信號。在無經(jīng)常值班人員的變電所，必要時過負荷保護可動作于跳閘或

23、斷開部分負荷。變壓器瓦斯保護裝置及整定瓦斯繼電器的類型瓦斯繼電器又稱氣體繼電器。瓦斯繼電器安裝在變壓器油箱與油枕之間的連接管道中，油箱內(nèi)的氣體通過瓦斯繼電器流向油枕。以往使用的浮筒式瓦斯繼電器，由于浮筒的密封性不良而經(jīng)常漏油，抗震性能差，常常造成瓦斯繼電器誤動作。目前，國內(nèi)采用的瓦斯繼電器有浮筒擋板式和開口杯擋板式兩種型式，均有兩對觸點引出，可以并聯(lián)使用。瓦斯保護裝置接線由信號回路和跳閘回路組成。變壓器內(nèi)部發(fā)生輕微故障時，繼電器觸點閉合，發(fā)出瞬時“輕瓦斯動作”信號。變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴重故障時，油箱內(nèi)產(chǎn)生大量氣體，強烈的油流沖擊擋板，繼電器觸點閉合，發(fā)出重瓦斯跳閘脈沖，跳開變壓器各側(cè)斷路器。因重瓦

24、斯繼電器觸點有可能瞬時接通，故跳閘回路中一般要加自保持回路。變壓器嚴重漏油使油面降低時，繼電器動作，同樣發(fā)出“輕瓦斯動作”信號。瓦斯保護的整定(1)一般瓦斯繼電器氣體容積整定范圍為250300，變壓器容量在10000KVA以上時，一般正常整定值為250，氣體容量整定值是利用調(diào)節(jié)重錘的位置來改變的。(2)重瓦斯保護油流速度的整定重瓦斯保護動作的油流速度整定范圍為，在整定流速時均以導(dǎo)油管中的流速為準，而不依據(jù)繼電器處的流速。根據(jù)運行經(jīng)驗，管中油流速度整定為1時，保護反映變壓器內(nèi)部故障時相當靈敏的。但是，在變壓器外部故障時，由于穿越性故障電流的影響，在導(dǎo)油管中油流速度約為。因此，為了防止穿越性故障時

25、瓦斯保護誤動作，可將油流速度整定在1左右。變壓器縱聯(lián)差動保護變壓器縱聯(lián)差動保護在正常運行和外部故障時，理想情況下，流入差動繼電器的電流等于零。但實際上由于變壓器的勵磁電流，接線方式和電流互感器誤差等因素的影響，繼電器中有不平衡電流流過。由于這些特殊因素的影響，變壓器差動保護的不平衡電流遠比發(fā)電機差動保護的大。因此，變壓器差動保護需要解決的主要問題之一是采取各種措施避越不平衡電流的影響。在滿足選擇性的條件下，還要保證在內(nèi)部故障時有足夠的靈敏系數(shù)和速動性。按照避越勵磁涌流方法的不同，變壓器差動繼電器可按不同的工作原理來實現(xiàn)。目前，國內(nèi)廣泛應(yīng)用有以下幾種類型繼電器構(gòu)成差動保護：（1） 帶短路線匝的B

26、CH-2型差動繼電器；（2） 帶磁制動特性的BCH-1型差動繼電器；（3） 多側(cè)磁制動特性的BCH-4型差動繼電器；（4） 鑒別涌流間斷角的差動繼電器；（5） 二次諧波制動的差動繼電器。此外，有些單位還研制了高次諧波制動的差動繼電器。由BCH-2型繼電器構(gòu)成的差動保護BCH-2型差動繼電器是具有帶短路線匝的速飽和變流器，它能可靠地躲過變壓器勵磁涌流及保護區(qū)外故障時的不平衡電流，可以用作雙繞組及三繞組變壓器的差動保護。由BCH-1型繼電器構(gòu)成的差動保護BCH-1型帶制動特性的助磁式差動繼電器，用于構(gòu)成雙繞組及三繞組變壓器的差動保護，由于具有一個制動線圈，因而在避越外部故障不平衡電流的性能方面優(yōu)于

27、BCH-2型繼電器，但避越勵磁涌流的性能則不如BCH-2型繼電器。BCH-1型差動繼電器多用于以下保護中：（1） 帶有載調(diào)壓裝置的變壓器的差動保護；（2） 多側(cè)電源的三繞組變壓器的差動保護；（3） 同一電壓側(cè)經(jīng)過兩個斷路器接到系統(tǒng)的變壓器（如高壓側(cè)為內(nèi)橋接線或多角形接線）的差動保護。由BCH-4型繼電器構(gòu)成的差動保護BCH-4型差動繼電器用直流助磁原理降低了速飽和變流器傳變勵磁涌流的性能，可有效地防止變壓器勵磁涌流造成的保護誤動作。同時，應(yīng)用交流磁制動原理可有效的防止變壓器外部故障時，由不平衡電流造成的誤動作。BCH-4型繼電器有四個制動線圈，主要用于多側(cè)電源、多繞組的變壓器保護上。如欲采用B

28、CH-1型繼電器，但由于其動作電流的整定值要避越?jīng)]有制動作用側(cè)外部故障時的最大不平衡電流，致使在變壓器內(nèi)部故障時，保護的靈敏系數(shù)有可能不夠，此時，則需換用BCH-4型差動繼電器。由于BCH-4型差動繼電器構(gòu)成的縱聯(lián)差動保護整定計算比較復(fù)雜，整定也較麻煩，因此目前應(yīng)用較少。鑒別涌流間斷角差動繼電器構(gòu)成的差動保護根據(jù)理論分析和實際測量的結(jié)果可知，當變壓器內(nèi)部故障時，非周期分量迅速衰減后，流入保護的電流是正弦波形；而當變壓器空載投入或切除外部故障后電壓恢復(fù)時，流入保護煩人勵磁涌流波形在最初時間內(nèi)完全偏于時間軸的一側(cè)，因而在兩個波之間出現(xiàn)間斷角。利用鑒定這兩種波形間斷角的原理構(gòu)成的繼電器具有良好的避越

29、勵磁涌流的功能。4.3.5 二次諧波制動帶比率制動特性的變壓器差動保護根據(jù)對變壓器勵磁涌流的諧波分析，勵磁涌流中含有很大比例的2次諧波分量，而在變壓器內(nèi)部故障電流中，2次諧波的比例很小，因此，利用2次諧波制動原理為判據(jù)的差動繼電器具有防止涌流的功能。為了避越正常運行和外部故障時穿越短路電流的影響，該繼電器還有比率制動回路。為了防止在變壓器內(nèi)部故障時，由于短路電流過大而在電流互感器或電抗互感器飽和時差動繼電器可能出現(xiàn)拒動，在繼電器中加裝了差動速斷元件，其動作電流為額定電流的815倍。2次諧波制動的整流型差動繼電器，在繼電器內(nèi)部沒有設(shè)置平衡線圈或平衡抽頭時，由各側(cè)電流互感器變比不一致造成的二次不平

30、衡電流，是通過制造廠供給的專用自耦變流器進行補償?shù)?。對?次諧波制動的晶體管型差動繼電器，電流互感器2次側(cè)的不平衡電流的平衡方式各種產(chǎn)品不盡一致，可參照各制造廠產(chǎn)品樣本。變壓器相間后備保護配置原則及接線設(shè)計原則（1）變壓器后備保護應(yīng)作為相鄰元件及變壓器本身主保護的后備。但當為滿足遠后備而使接線大為復(fù)雜化時，允許縮短對相鄰線路的后備保護范圍。（2）變壓器后備保護對各側(cè)母線上的三相短路應(yīng)具有必要的靈敏系數(shù)。（3）變壓器后備保護應(yīng)盡可能獨立，而不由發(fā)電機的后備保護代替。（4）變壓器后備保護應(yīng)能保護電流互感器與斷路器之間的故障。多繞組變壓器外部相間短路的保護，可按下述原則簡化：1） 除主電源側(cè)外，其他

31、各側(cè)保護可僅作為本側(cè)相鄰母線和線路的后備保護。2）保護裝置對各側(cè)母線的各類短路應(yīng)符合靈敏性要求，保護裝置作為相鄰線路的遠后備保護時可適當降低對保護靈敏性的要求。多繞組變壓器后備保護的配置應(yīng)考慮各側(cè)保護均有分別斷開的可能性。但允許不考慮在很少出現(xiàn)的主電源側(cè)斷路器斷開的運行方式下，變壓器主保護拒絕動作的情況。復(fù)合電壓起動的過電流保護中壓側(cè)及低壓側(cè)均無電源的三繞組變壓器的保護裝于電源側(cè)和低壓側(cè)。低壓側(cè)作為外部短路后備，以較短時限斷開該側(cè)斷路器；電源側(cè)保護作為變壓器內(nèi)部故障及中壓側(cè)外部短路的后備，帶兩段時限，以第一段時限(大于低壓側(cè))斷開中壓側(cè)斷路器，以第二段時限斷開全部斷路器。（2）阻抗保護對于三繞

32、組變壓器及自耦變壓器阻抗保護裝于變壓器的高壓側(cè)和中壓側(cè)。裝于高壓側(cè)的阻抗保護采用帶偏移特性的方向阻抗繼電器，其方向指向變壓器，作為變壓器高壓側(cè)和中壓側(cè)的繞組和引線及中壓側(cè)母線相間短路故障的后備保護。并利用阻抗繼電器的偏移部分作為本側(cè)母線故障的后備保護。阻抗保護設(shè)二段時限，第一段時限采用比中壓側(cè)線路距離保護第一段大一個時間階段跳開中壓側(cè)斷路器；第二段時限至總出口中間繼電器，跳開各側(cè)斷路器。中壓側(cè)阻抗保護采用帶偏移特性的方向阻抗繼電器，其方向指向變壓器，作為變壓器中壓側(cè)和高壓側(cè)繞組、引線并包括高壓側(cè)母線相間短路的后備保護。并利用阻抗繼電器的偏移部分作為本側(cè)母線故障的后備保護。保護設(shè)二段時限，第一段

33、時限比高壓側(cè)線路距離保護第一段大一個時間階段，保護動作后跳開相鄰側(cè)斷路器；第二段時限至出口中間繼電器，動作于各側(cè)斷路器跳閘。變壓器過負荷保護在經(jīng)常有人值班的情況下，過負荷保護通常作用于信號。變壓器的過負荷電流，在大多數(shù)情況下都是三相對稱的，因此，過負荷保護只需接入一相電流，各側(cè)的過負荷保護均經(jīng)過同一時間繼電器延時發(fā)出信號。所選保護的安裝地點要能夠反應(yīng)變壓器所有繞組的過負荷情況，具體配置原則如下：對降壓變壓器（1） 在雙繞組降壓變壓器上，過負荷保護裝于高壓側(cè)。（2） 單側(cè)電源的三繞組降壓變壓器，當三側(cè)繞組容量相同時，過負荷保護僅裝在電源側(cè)。當三繞組容量不相同時，則在電源側(cè)和容量較小的繞組側(cè)裝設(shè)過

34、負荷保護，變壓器保護整定計算由配置原則在該中間變電站的主變壓器上，裝設(shè)如下保護：（1） 瓦斯保護（2） 差動保護（3） 復(fù)合電壓啟動的過電流保護，裝于高壓側(cè)和低壓側(cè)。（4） 過負荷保護，裝于高壓側(cè)。下面對上述幾種保護進行整定計算。.1縱聯(lián)差動保護的整定計算BCH-2型繼電器靈敏度不滿足要求，采用BCH-1型繼電器，其整定計算如下：計算用的額定數(shù)據(jù)見表4表格 4 變壓器差動保護參數(shù)計算結(jié)果名稱各側(cè)數(shù)據(jù)額定電壓（KV）11011額定電流（A）=165=473=1650電流互感器的接線方式Ddy電流互感器一次電流計算值1650選用電流互感器變比電流互感器二次額定電流（A）短路電流計算結(jié)果見圖圖10電

35、氣主接線圖圖11最大短路電流 圖12最小短路電流（3）確定制動線圈的接入方式：將制動線圈接在側(cè)電流互感器的循環(huán)電流回路臂內(nèi)。因為在該側(cè)發(fā)生外部短路時，流過變壓器的穿越性短路電流為最大。（4）確定保護裝置的一次動作電流1）躲過11KV側(cè)外部短路時的最大不平衡電流，按下式計算 =1.3(1+0.05)KA=286A;-可靠系數(shù)，取1.3；-電流互感器的同型系數(shù)，取1；-電流互感器的相對誤差，取0.1；-變壓器高壓側(cè)由于調(diào)壓改變分接頭引起的相對誤差，一般采取調(diào)壓范圍的一般；-整定匝數(shù)與計算匝數(shù)不等而產(chǎn)生的相對誤差；2)躲過勵磁涌流，按下式計算-變壓器高壓側(cè)的額定電流；(5)差動繼電器動作電流和差動線

36、圈匝數(shù)按下式計算 =8.23A;差動線圈匝數(shù)繼電器的實際動作電流-高壓側(cè)電流互感器的一次側(cè)額定電流；-高壓側(cè)電流互感器的二次側(cè)額定電流；整定匝數(shù)與計算匝數(shù)不等而產(chǎn)生的相對誤差按下式計算(8)制動系數(shù)按躲過35KV側(cè)外部短路的最大不平衡電流選擇，按下式計算(1(9)制動線圈匝數(shù)按下式計算選用(10)校驗保護的靈敏系數(shù)：1）在系統(tǒng)最小運行方式下，11KV側(cè)出口處發(fā)生兩相短路時，保護裝置靈敏度最低，按下式計算：= 由于11KV側(cè)發(fā)生故障時，制動線圈內(nèi)沒有短路電流流過，因此，只計及負荷電流的制動作用。制動安匝的計算值為由BCH-1型差動繼電器制動特性曲線，求出當，相應(yīng)的動作安匝AW_dz=65At,按

37、下式圖13BCH-1型繼電器制動特性曲線2)在系統(tǒng)最小運行方式下，110KV出口發(fā)生單相接地短路時，按下式計算= 相應(yīng)的制動安匝為查圖計算曲線得;計算表明，有制動作用，能滿足靈敏系數(shù)的要求。.2相間后備保護的整定計算復(fù)合電壓起動的過電流保護（1）110KV側(cè)的過電流保護1）保護動作電流165=232.94A;-110KV側(cè)額定電流；-可靠系數(shù)，采用；-返回系數(shù)，采用；繼電器動作電流=2)負序電壓繼電器動作電壓按躲過正常運行時的不平衡電壓整定-額定相間電壓；3）接在相間的低電壓繼電器動作電壓按躲過電動機自起動的條件整定，此外還應(yīng)躲過失去勵磁時的非同步運行方式時的電壓降繼電器動作電壓=式中-電壓互

38、感器變比；4）靈敏系數(shù)按后備保護范圍末端短路進行校驗：電流元件式中-后備保護范圍末端金屬性不對稱短路時，通過電流繼電器的最小穩(wěn)態(tài)短路電流；負序電壓元件=式中-后備保護范圍末端金屬性不對稱短路時，保護安裝處的最小負序電壓；相間電壓元件式中-后備保護范圍末端金屬性三相短路時，保護安裝處的最大相間電壓；（1）10KV側(cè)的過電流保護1）保護動作電流1650=2329.4A;-110KV側(cè)額定電流；-可靠系數(shù)，采用；-返回系數(shù)，采用；繼電器動作電流=2)負序電壓繼電器動作電壓按躲過正常運行時的不平衡電壓整定-額定相間電壓；3）接在相間的低電壓繼電器動作電壓按躲過變壓器非同步運行方式時的電壓降繼電器動作電

39、壓=式中-電壓互感器變比；4）靈敏系數(shù)按后備保護范圍末端短路進行校驗：電流元件=式中-后備保護范圍末端金屬性不對稱短路時，通過電流繼電器的最小穩(wěn)態(tài)短路電流；負序電壓元件=23式中-后備保護范圍末端金屬性不對稱短路時，保護安裝處的最小負序電壓；相間電壓元件=式中-后備保護范圍末端金屬性三相短路時，保護安裝處的最大相間電壓；過負荷保護的整定計算對稱過負荷保護的動作電流，按避越額定電流整定=式中-可靠系數(shù)，取1.05；-返回系數(shù)，取0.85；-保護安裝側(cè)的額定電流；第5章各電壓等級線路保護配置線路保護主要包括以下保護：主保護：反映整個保護元件上的故障并能以最短的延時有選擇地切除故障的保護稱為主保護。

40、后備保護：主保護拒動時，用來切除故障的保護，成為后備保護。輔助保護：為補充主保護或后備保護的不足而增設(shè)的簡單保護。5.1 線路上的故障類型及特征相間短路（三相相間短路、二相相間短路） 接地短路（單相接地短路、二相接地短路、三相接地短路） 其中，三相相間短路故障產(chǎn)生的危害最嚴重；單相接地短路最常見。相間短路的最基本特征是：故障相流動短路電流，故障相之間的電壓為零，保護安裝處母線電壓降低；接地短路的特征： 1、中性點不直接接地系統(tǒng) 特點是：全系統(tǒng)都出現(xiàn)零序電壓，且零序電壓全系統(tǒng)均相等。 非故障線路的零序電流由本線路對地電容形成，零序電流超前零序電壓90°。 故障線路的零序電流由全系統(tǒng)非故

41、障元件、線路對地電容形成，零序電流滯后零序電壓90°。顯然，當母線上出線愈多時，故障線路流過的零序電流愈大。 故障相電壓（金屬性故障）為零，非故障相電壓升高為正常運行時的相間電壓。故障線路與非故障線路的電容電流方向和大小不相同。圖14 中性點不直接接地系統(tǒng)因此中性點不直接接地系統(tǒng)中，線路單相故障可以反應(yīng)零序電壓的出現(xiàn)構(gòu)成零序電壓保護；可以反應(yīng)零序電流的大小構(gòu)成零序電流保護；可以反應(yīng)零序功率的方向構(gòu)成零序功率方向保護。2、中性點直接接地系統(tǒng)圖15 中性點直接接地系統(tǒng)接地時零序分量的特點： 故障點的零序電壓最高，離故障點越遠處的零序電壓越低，中性點接地變壓器處零序電壓為零。 零序電流的分

42、布，主要決定于輸電線路的零序阻抗和中性點接地變壓器的零序阻抗，而與電源的數(shù)目和位置無關(guān)。 在電力系統(tǒng)運行方式變化時，如果輸電線路和中性點接地的變壓器數(shù)目不變，則零序阻抗和零序等效網(wǎng)絡(luò)就是不變的。但電力系統(tǒng)正序阻抗和負序阻抗要隨著系統(tǒng)運行方式而變化，將間接影響零序分量的大小。 對于發(fā)生故障的線路，兩端零序功率方向與正序功率方向相反，零序功率方向?qū)嶋H上都是由線路流向母線的。 5.2 線路保護的配置 小電流接地系統(tǒng)（35KV及以下）輸電線路一般采用三段式電流保護反應(yīng)相間短路故障；由于小電流接地系統(tǒng)沒有接地點，故單相接地短路僅視為異常運行狀態(tài)，一般利用母線上的絕緣監(jiān)察裝置發(fā)信號，由運行人員“分區(qū)”停電

43、尋找接地設(shè)備。對于變電站來講，母線上出線回路數(shù)較多，也涉及供電的連續(xù)性問題，故一般采用零序電流或零序方向保護反應(yīng)接地故障。對于短線路、運行方式變化較大時，可不考慮段保護，僅用段+段保護分別作為主保護和后備保護使用。 110KV輸電線路一般采用三段式相間距離保護作為相間短路故障的保護方式，采用階段式零序電流保護作為接地短路的保護方式。對極個別非常短的線路，如有必要也可以考慮采用縱差保護作為主保護。 注意： 1、在雙側(cè)電源的輸電線路上，當反方向短路時，如果保護可能失去選擇性的話，就應(yīng)該增設(shè)方向元件，構(gòu)成方向電流保護。 2、變壓器線路組接線時，將線路視為變壓器繞組的引出線，不再單獨設(shè)置保護。 3、保

44、護的配置沒有定則，只要能反應(yīng)對象上可能出現(xiàn)的所有故障且滿足保護的四個基本要求的方案都可以，最經(jīng)濟的方案就是最好的。無論那種保護，其靈敏度都應(yīng)滿足規(guī)程要求，否則應(yīng)改換其它保護方式。因此，各電壓等級的線路配置為：110KV，35KV,10KV側(cè)采用三段式相間電流保護及零序電流保護作為接地短路保護方式。另外，110KV側(cè)選縱差保護為主保護。結(jié) 束 語這次的畢業(yè)設(shè)計,時間長、內(nèi)容多，幾乎涵蓋了大學(xué)中所學(xué)的知識。我經(jīng)過了從收集資料、設(shè)計、繪圖、審核的整個過程。三個月的時間既充實又緊張。設(shè)計過程中，我獲得了綜合運用過去所學(xué)過的大部分課程進行設(shè)計的基本能力。變電所保護設(shè)計是一個思維創(chuàng)造與運用的過程，在這個過程中，我做到了學(xué)以致用，使設(shè)計思維在設(shè)計中得到鍛煉和發(fā)展。在相關(guān)資料的幫助下，能結(jié)合自己的思路去設(shè)計。有許多地方是不懂的，但在老師的指導(dǎo)與幫助下得以解決。在設(shè)計期間，自己動手查閱了大量的資料，一方面，充分地檢驗自己的設(shè)計能力，豐富了自己在電氣設(shè)計特別是二次設(shè)備設(shè)計方面的知識，為自己將來從事該專業(yè)工作打下了堅實的基礎(chǔ)；另一方面，使我體會到搞設(shè)計或科研需要具備嚴謹求實、一絲不茍和勇于獻身的精神。這次的設(shè)計，我最大的收獲就是學(xué)到了變電站保護的設(shè)計步驟與方法，還有學(xué)