工廠主變壓器的繼電保護系統(tǒng)

1、設(shè)計題目：工廠主變壓器的繼電保護系統(tǒng) 學院、系： 電子電氣工程系 班 級： 電氣0901 姓 名： 李 安 學 號： 09 號 指導老師： 鐘 美 杰 2012年 03 月 目錄目錄2摘 要3Abstract4第一章 電力系統(tǒng)繼電保護概述51.1 繼電保護的作用51.2 繼電保護的基本要求、原理、構(gòu)成與分類6第二章 系統(tǒng)運行方式及選擇112.1 任務(wù)與要求112.2 中性點接地方式的類型14第三章 短路電流的計算183.1概述183.2短路電流計算目的183.3短路電流計算的一般規(guī)定193.4短路計算基本假設(shè)193.5短路電流計算的步驟：19第四章 主變壓器保護設(shè)計224.1.變壓器保護重要性

2、224.2.變壓器的故障類型和不正常運行狀態(tài)224.3 變壓器保護配置原則234.4 變壓器縱聯(lián)差動保護254.5變壓器后備保護334.6 變壓器保護的整定計算36第五章 繼電保護二次回路設(shè)計405.1 二次回路的基本概念405.2 二次保護回路全圖42參考文獻46摘 要 供電網(wǎng)絡(luò)與我們的生活息息相關(guān)，由于現(xiàn)在的智能化設(shè)備發(fā)展非常迅速，這些設(shè)備又普及到了社會上的每個角落，以至于人們時時刻刻都離不開電，不管是工業(yè)用電還是生活用電，每停一天電，對于全國而言就是一個很大的損失，然后供電網(wǎng)絡(luò)必須時刻工作，從而網(wǎng)絡(luò)上工作的器件壽命就不會很長，但是在這基礎(chǔ)上我們盡量不要因為外界影響使器件壽命變的更短，比如

3、電力變壓器就是供電網(wǎng)絡(luò)中非常重要的部分，電力變壓器是工、礦企業(yè)的主要設(shè)備，運行、檢修、維護質(zhì)量的優(yōu)劣，將直接影響企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟效益，同時大容量變壓器也是非常貴重的元件，因此，必須根據(jù)變壓器的容量和重要程度裝設(shè)性能良好的、動作可靠的保護元件。本文所設(shè)計的繼電保護系統(tǒng)就是利用當變壓器內(nèi)外發(fā)生故障時，由于電流、電壓、油溫等隨之發(fā)生變化，通過這些突然變化來發(fā)現(xiàn)、判斷變壓器故障性質(zhì)和范圍，繼而作出相應(yīng)的反應(yīng)和處理。關(guān)鍵詞：繼電保護、整定計算、變壓器。Abstract Supply network is closely related to our lives, and very rapidly t

4、he development of intelligent devices, these devices has spread to every corner of the society, that people at all times can not do without electricity, industrial electricity or lifeelectricity, stop every day of electricity for the country as a whole is a great loss, and then the power supply netw

5、ork must always work, so working on the device lifetime in the network will not be long, but on this basis, we try not to because of the outsideaffect the device lifetime is shorter, such as power transformers is a very important part in the supply network, power transformer is working, mining enter

6、prises of major equipment, operation, repair, maintain quality of the pros and cons, will directly affect the safety and productionand economic benefits, large-capacity transformer is very expensive components must be installed according to the capacity of the transformer and the importance of good

7、performance, reliable action to protect components. Relay protection system designed in this paper is to use the transformer inside and outside the failure to discover, through these sudden changes in current, voltage, oil temperature and other changes as to determine the nature and scope of the tra

8、nsformer fault, and then respond accordingly and treatment.Keywords: protection, tuning calculations, transformer.第一章 電力系統(tǒng)繼電保護概述1.1 繼電保護的作用電力系統(tǒng)運行要求安全可靠。但是，電力系統(tǒng)的組成元件數(shù)量多，結(jié)構(gòu)各異，運行情況復雜，覆蓋的地域遼闊。因此，受自然條件、設(shè)備及人為因素的影響（如雷擊、倒塔、內(nèi)部過電壓或運行人員誤操作等），電力系統(tǒng)會發(fā)生各種故障和不正常運行狀態(tài)。最常見、危害最大的故障是各種形式的短路。故障造成的很大的短路電流產(chǎn)生的電弧使設(shè)備損壞。從電源到短路

9、點間流過的短路電流引起的發(fā)熱和電動力將造成在該路徑中非故障元件的損壞?？拷收宵c的部分地區(qū)電壓大幅度下降，使用戶的正常工作遭到破壞或影響產(chǎn)品質(zhì)量。破壞電力系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性，引起系統(tǒng)振蕩甚至使該系統(tǒng)瓦解和崩潰。所謂不正常運行狀態(tài)是指系統(tǒng)的正常工作受到干擾，使運行參數(shù)偏離正常值，如一些設(shè)備過負荷、系統(tǒng)頻率或某些地區(qū)電壓異常、系統(tǒng)振蕩等。故障和不正常運行情況常常是難以避免的，但事故卻可以防止。電力系統(tǒng)繼電保護裝置就是裝設(shè)在每一個電氣設(shè)備上，用來反映它們發(fā)生的故障和不正常運行情況，從而動作于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種有效的反事故的自動裝置。它的基本任務(wù)是：自動、有選擇性、快速地將故障元件從電力系統(tǒng)

10、中切除，使故障元件損壞程度盡可能降低，并保證該系統(tǒng)中非故障部分迅速恢復正常運行。反映電氣元件的不正常運行狀態(tài)，并依據(jù)運行維護的具體條件和設(shè)備的承受能力，發(fā)出信號、減負荷或延時跳閘。應(yīng)該指出，要確保電力系統(tǒng)的安全運行，除了繼電保護裝置外，還應(yīng)該設(shè)置電力系統(tǒng)安全自動裝置。后者是著眼于事故后和系統(tǒng)不正常運行情況的緊急處理，以防止電力系統(tǒng)大面積停電和保證對重要負荷連續(xù)供電及恢復電力系統(tǒng)的正常運行。例如自動重合閘、備用電源自動投入、自動切負荷、快關(guān)汽門、電氣制動、遠方切機、在按選定的開關(guān)上實現(xiàn)系統(tǒng)解列、過負荷控制等。隨著電力系統(tǒng)的擴大，對安全運行的要求也越來越高。為此，還應(yīng)設(shè)置以各級計算機為中心，用分層

11、控制方式實施的安全監(jiān)控系統(tǒng)，它能對包括正常運行在內(nèi)的各種運行狀態(tài)實施控制，這樣才能更進一步地確保電力系統(tǒng)的安全運行。 1.2 繼電保護的基本要求、原理、構(gòu)成與分類基本要求對作于跳閘的繼電保護，在技術(shù)上應(yīng)滿足四個基本要求，及可靠性、選擇性、性和靈敏性基本原理要完成繼電保護的基本任務(wù)，首先要提取和利用電力元件在三種運行狀態(tài)下的“差異”，然后“區(qū)分”出三種運行狀態(tài)（正常、不正常和故障狀態(tài)），最后是“甄別”出發(fā)生故障和出現(xiàn)異常的元件。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)不同運行狀態(tài)下具有明顯差異的電氣量有：流過電力元件的相電流、序電流、功率及其方向；元件的運行相電壓幅值、序電壓幅值；元件的電壓與電流的比值即“測量阻抗”等。（

12、a）正常運行情況（b）三相短路情況圖1-1 我國常用的110kV及以下單側(cè)電源的供電網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)并正確利用能可靠區(qū)分三種運行狀態(tài)的可測參量或參量的新差異，就可以形成新的繼電保護原理。在此以圖1-1為例分析一下利用不同電氣量特征分別能構(gòu)成哪種保護：1.線路電流幅值2.母線的相間或?qū)Φ仉妷悍?.線路始端電壓與電流之比（即測量阻抗）圖1-2 220kV及以上多側(cè)電源的輸電網(wǎng)路如圖1-2所示，其中：正常運行如圖1-2（a）所示，如果規(guī)定電流的正方向是從母線流向線路，那么，A-B兩側(cè)電流的大小相等，相位相差，兩側(cè)電流的矢量和為零。外部短路如圖1-2（b）所示，如果規(guī)定電流的正方向是從母線流向線路，那么，A

13、-B兩側(cè)電流的大小相等，相位相差，兩側(cè)電流的矢量和為零。內(nèi)部短路如圖1-2（c）所示，兩側(cè)電源分別向短路點供給短路電流和，都是由母線流向線路，此時兩個電流一般不相等，在理想條件下（兩側(cè)電勢同相位且全系統(tǒng)的阻抗角相等），兩個電流同相位，兩個電流的矢量和等于短路點的總電流，其值較大。其他類型的保護有：1.縱聯(lián)保護利用某種通信通道同時比較被保護元件兩側(cè)正常運行與故障時電氣量差異的保護。電流差動保護利用內(nèi)部與外部短路時兩側(cè)電流矢量的差別構(gòu)成。電流相位差動保護利用內(nèi)部與外部短路時兩側(cè)電流相位的差別構(gòu)成。圖1-3 過電流保護單相原理圖方向比較式縱聯(lián)保護利用內(nèi)部與外部短路時兩側(cè)功率方向的差別構(gòu)成。以上保護常

14、被用做220kV及以上輸電網(wǎng)絡(luò)和較大容量發(fā)電機、變壓器、電動機等電力元件的主保護。2.反映非電量特征的保護氣體保護當變壓器油箱內(nèi)部的繞組短路時，反應(yīng)于變壓器油受熱分解所產(chǎn)生的氣體保護。過熱保護當變壓器油箱內(nèi)部的繞組短路時，反應(yīng)于電動機繞組溫度的升高而構(gòu)成的保護。 構(gòu)成以過電流保護為例：（如圖1-3所示） 正常運行： LJ不動故障時： LJ動 SJ動（延時） XJ動 信號 TQ動 跳閘保護裝置由測量元件、邏輯元件和執(zhí)行元件三部分組成。（如圖1-4所示）圖1-4 繼電保護裝置組成方框圖（1） 測量元件測量從被保護對象輸入的有關(guān)物理量（如電流、電壓、阻抗、功率方向等），并與已給定的整定值進行比較，根

15、據(jù)比較結(jié)果給出“是”、“非”、“大于”、“不大于”等具有“0”或“1”性質(zhì)的一組邏輯信號，從而判斷保護是否應(yīng)該啟動。（2）邏輯元件根據(jù)測量部分輸出量的大小、性質(zhì)、輸出的邏輯狀態(tài)、出現(xiàn)的順序或它們的組合，使保護裝置按一定的布爾邏輯及時序邏輯工作，最后確定是否應(yīng)跳閘或發(fā)信號，并將有關(guān)命令傳給執(zhí)行元件。邏輯回路有：或、與、非、延時啟動、延時返回、記憶等。（3）執(zhí)行元件：根據(jù)邏輯元件傳送的信號，最后完成保護裝置所擔負的任務(wù)。如：故障時跳閘；不正常運行時發(fā)信號；正常運行時不動作。分類通常分為以下幾類：（1）按被保護的對象分類：輸電線路保護、發(fā)電機保護、變壓器保護、電動機保護、母線保護等；（2）按保護原理

16、分類：電流保護、電壓保護、距離保護、差動保護、方向保護、零序保護等；（3）按保護所反應(yīng)故障類型分類：相間短路保護、接地故障保護、匝間短路保護、斷線保護、失步保護、失磁保護及過勵磁保護等；（4） 按構(gòu)成繼電保護裝置的繼電器原理分類：機電型保護（如電磁型保護和感應(yīng)型保護）、整流型保護、晶體管型保護、集成電路型保護及微機型保護等；（5） 按保護所起的作用分類：主保護、后備保護、輔助保護等；主保護滿足系統(tǒng)穩(wěn)定和設(shè)備安全要求，能以最快速度有選擇地切除被保護設(shè)備和線路故障的保護。后備保護主保護或斷路器拒動時用來切除故障的保護。又分為遠后備保護和近后備保護兩種。遠后備保護：當主保護或斷路器拒動時，由相鄰電力

17、設(shè)備或線路的保護來實現(xiàn)的后備保護。近后備保護：當主保護拒動時，由本設(shè)備或線路的另一套保護來實現(xiàn)后備的保護；當斷路器拒動時，由斷路器失靈保護來實現(xiàn)近后備保護。輔助保護：為補充主保護和后備保護的性能或當主保護和后備保護退出運行而增設(shè)的簡單保護。第二章 系統(tǒng)運行方式及選擇2.1 任務(wù)與要求 任務(wù) 根據(jù)工廠主變壓器的實際情況設(shè)計主變壓器的保護系統(tǒng)。本設(shè)計針對工廠主變壓器為例采用縱聯(lián)差動保護、電流保護、接地保護、過負荷保護和瓦斯保護為一體的保護系統(tǒng)。 要求 繼電保護裝置的基本要求 ：1）選擇性：當供電系統(tǒng)中發(fā)生故障時，繼電保護除。首先斷開距離故障點最近的斷路器，以保證系統(tǒng)中其它非故障部分能繼續(xù)正常運行。

18、 2）靈敏性：保護裝置靈敏與否一般用靈敏系數(shù)來衡量。在繼電保護裝置的保護范圍內(nèi)，不管短路點的位置如何、不論短路的性質(zhì)怎樣，保護裝置均不應(yīng)產(chǎn)生拒絕動作；但在保護區(qū)外發(fā)生故障時，又不應(yīng)該產(chǎn)生錯誤動作。靈敏系數(shù)公式如下： S 式中I繼電保護裝置保護區(qū)內(nèi)在電力系統(tǒng)最小運行下的最小短路電流。 I繼電保護裝置動作電流換算到一次電路的值，稱為其一次動作電流。3）速動性：是指保護裝置應(yīng)盡可能快地切除短路故障?？s短切除故障的時間以減輕短路電流對電氣設(shè)備的損壞程度，加快系統(tǒng)電壓的恢復，從而為電氣設(shè)備的自啟動創(chuàng)造了有利條件，同時還提高了發(fā)電機并列運行的穩(wěn)定眭。 4）可靠性：保護裝置如能滿足可靠性的要求，反而會成為擴

19、大事故或直接造成故障的根源。為確保保護裝置動作的可靠性，必須確保保護裝置的設(shè)計原理、整定訓算、安裝調(diào)試正確無誤；同時要求組成保護裝置的各元件的質(zhì)量可靠、運行維護得當、系統(tǒng)簡化有效，以提高保護的可靠性。對于由外部相間短路引起的過電流，保護應(yīng)裝于下列各側(cè)：1）、對于雙線圈變壓器，裝于主電源側(cè)2）、對三線圈變壓器，一般裝于主電源的保護應(yīng)帶兩段時限，以較小的時限斷開未裝保護的斷路器。當以上方式滿足靈敏性要求時，則允許在各側(cè)裝設(shè)保護。各側(cè)保護應(yīng)根據(jù)選擇性的要求裝設(shè)方向元件。3）、對于供電給分開運行的母線段的降壓變壓器，除在電源側(cè)裝設(shè)保護外，還應(yīng)在每個供電支路上裝設(shè)保護。4）、除主電源側(cè)外，其他各側(cè)保護只

20、要求作為相鄰元件的后備保護，而不要求作為變壓器內(nèi)部故障的后備保護。5）、保護裝置對各側(cè)母線的各類短路應(yīng)具有足夠的靈敏性。相鄰線路由變壓器作遠后備時，一般要求對線路不對稱短路具有足夠的靈敏性。相鄰線路大量瓦斯時，一般動作于斷開的各側(cè)斷路器。如變壓器高采用遠后備時，不作具體規(guī)定。6）、對某些稀有的故障類型（例如110KV及其以上電力網(wǎng)的三相短路）允許保護裝置無選擇性動作。2.2 系統(tǒng)保護原理接線圖 圖1 圖2中性點的運行方式與選擇三相交流電力系統(tǒng)中性點與大地之間的電氣連接方式，稱為電網(wǎng)中性點接地方式。中性點接地方式涉及電網(wǎng)的安全可靠性、經(jīng)濟性；同時直接影響系統(tǒng)設(shè)備絕緣水平的選擇、過電壓水平及繼電保

21、護方式、通訊干擾等。一般來說，電網(wǎng)中性點接地方式也就是變電所中變壓器的各級電壓中性點接地方式。因此，在變電所的規(guī)劃設(shè)計時選擇變壓器中性點接地方式中應(yīng)進行具體分析、全面考慮。 我國110kV及以上電網(wǎng)一般采用大電流接地方式，即中性點有效接地方式（在實際運行中，為降低單相接地電流，可使部分變壓器采用不接地方式），這樣中性點電位固定為地電位，發(fā)生單相接地故障時，非故障相電壓升高不會超過1.4倍運行相電壓；暫態(tài)過電壓水平也較低；故障電流很大，繼電保護能迅速動作于跳閘，切除故障，系統(tǒng)設(shè)備承受過電壓時間較短。因此，大電流接地系統(tǒng)可使整個系統(tǒng)設(shè)備絕緣水平降低，從而大幅降低造價。 635kV配電網(wǎng)一般采用小電

22、流接地方式，即中性點非有效接地方式。近幾年來兩網(wǎng)改造，使中、小城市635kV配電網(wǎng)電容電流有很大的增加，如不采取有效措施，將危及配電網(wǎng)的安全運行。2.2 中性點接地方式的類型中性點非有效接地方式主要可分為以下三種：不接地、經(jīng)消弧線圈接地及經(jīng)電阻接地。 中性點不接地方式 適用于單相接地故障電容電流IC < 10A，以架空線路為主，尤其是農(nóng)村10kV配電網(wǎng)。此類型電網(wǎng)瞬間單相接地故障率占60%70%，希望瞬間接地故障不動作于跳閘。 其特點為： ·單相接地故障電容電流IC < 10A，故障點電弧可以自熄，熄弧后故障點絕緣自行恢復； ·單相接地不破壞系統(tǒng)對稱性，可帶故障

23、運行一段時間，保證供電連續(xù)性； ·通訊干擾?。?·單相接地故障時，非故障相對地工頻電壓升高 31/2UC，此系統(tǒng)中電氣設(shè)備絕緣要求按線電壓的設(shè)計； ·當IC > 10A時，接地點電弧難以自熄，可能產(chǎn)生過電壓等級相當高的間歇性弧光接地過電壓，且持續(xù)時間較長，危及網(wǎng)內(nèi)絕緣薄弱設(shè)備，繼而引發(fā)兩相接地故障，引起停電事故； ·系統(tǒng)內(nèi)諧振過電壓引起電壓互感器熔斷器熔斷，燒毀TV，甚至燒壞主設(shè)備的事故時有發(fā)生。 中性點經(jīng)消弧線圈接地 適用于單相接地故障電容電流IC > 10A，瞬間性單相接地故障較多的架空線路為 主的配電網(wǎng)。 其特點為： ·利用消

24、弧線圈的感性電流補償接地點流過的電網(wǎng)容性電流，使故障電流<10A，電弧自熄，熄弧后故障點絕緣自行恢復； ·減少系統(tǒng)弧光接地過電壓的概率； ·系統(tǒng)可帶故障運行一段時間； ·降低了接地工頻電流(即殘流)和地電位升高，減少了跨步電壓和接地電位差，減少了對低壓設(shè)備的反擊以及對信息系統(tǒng)的干擾。 目前國內(nèi)運行的消弧線圈分手動調(diào)節(jié)和自動跟蹤補償兩類：前一種手動調(diào)節(jié)時，消弧線圈需退出運行，且人為估算電容電流值，誤差較大，現(xiàn)已較少使用；后一種能自動進行電容電流測量并自動調(diào)整消弧線圈，使補償電流適應(yīng)系統(tǒng)的變化，現(xiàn)一般都選擇該種消弧線圈。 自動跟蹤補償消弧線圈分調(diào)匝式、調(diào)氣隙式、

25、直流助磁式和調(diào)容式等。根據(jù)我局變電所運行情況顯示，調(diào)匝式價格較底，但調(diào)整級數(shù)較少，不能完全適應(yīng)系統(tǒng)變化。調(diào)氣隙式補償線性度較好，但震動噪音極大，運行人員反映強烈，有待改進。調(diào)容式反應(yīng)迅速可靠，運行安靜平穩(wěn)，運行人員反映較好。 中性點經(jīng)電阻接地 中性點經(jīng)電阻接地適于瞬間性單相接地故障較少的電力電纜線路。 中性點經(jīng)電阻接地運行方式的特點： ·降低操作過電壓。中性點經(jīng)電阻接地的配網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時，零序保護動作，可準確判斷并快速切斷故障線路； ·可有效降低工頻過電壓，單相接地故障時非故障相電壓為31/2UC，且持續(xù)時間短； ·中性點電阻為耗能元件，也是阻尼元件(消弧線

26、圈是諧振元件)； ·有效地限制弧光接地過電壓，當電弧熄滅后，系統(tǒng)對地電容中的殘余電荷將通過接地電阻泄放掉，下次電弧重燃時，不會疊加形成過電壓； ·可有效消除系統(tǒng)內(nèi)諧振過電壓， 中性點電阻接地相當于在諧振回路中并接阻尼電阻，試驗表明，只要中性點電阻<1500，就可以消除各種諧振過電壓，電阻越小，消除諧振的效果越好； ·對電容電流變化的適用范圍較大，簡單、可靠、經(jīng)濟。 中性點接地電阻的選擇： ·從減少短路電流對設(shè)備的沖擊角度和從安全角度考慮，減少故障點入地電流，降低跨步電壓和接觸電壓，I值越小越好，即中性點接地電阻應(yīng)越大越好； ·為將弧光接地

27、過電壓限制在2倍以內(nèi)，一般按 IR = (14) IC 要求選擇接地電阻； ·中性點經(jīng)電阻接地系統(tǒng)是通過各線路的零序保護判斷和切除故障線路的，在選擇Rn時，要保證每條線路零序保護靈敏度要求。 選擇中性點接地電阻必須根據(jù)電網(wǎng)的具體條件，考慮限制弧光接地過電壓、繼電保護靈敏度、對通訊干擾、安全等因素。 目前，深圳各區(qū)變電所中性點均采用15，北京、廣州等地的變電所則采用9.9的小電阻接地方式。 2.2.4 635kV配電網(wǎng)的接地方式選擇 以架空線路為主的城鄉(xiāng)配網(wǎng)，架空線路發(fā)生接地故障70%為瞬間故障;只需按照規(guī)程要求，以系統(tǒng)電容電流是否大于10A來確定，選用中性點不接地或自動跟蹤消弧線圈接

28、地方式。 以電纜線路為主的城鄉(xiāng)配網(wǎng)， 變電所覆蓋面較大， 出線較多且一般為電纜線路，系統(tǒng)電容電流也較大，據(jù)有關(guān)文獻和運行實踐， 電纜線路發(fā)生接地故障大約50%為瞬間故障。但由于電纜線路的特殊性，一般可選用小電阻接地方式，犧牲一些供電可靠性，來防止擴大事故。 以架空和電纜混合線路為主的城鄉(xiāng)配網(wǎng)，兼顧架空和電纜線路的特點，使配網(wǎng)的接地方式選擇在自動跟蹤消弧線圈和小電阻兩種方式上左右為難。 單相接地故障時，非故障相對地工頻電壓升高31/2 UC、持續(xù)時間長，可能引起多點絕緣擊穿，事故擴大。 消弧線圈無法補償諧波電流，而有些城市或工廠中諧波電流所占比例為5%15%，僅諧波電流就足以支持電弧穩(wěn)定燃燒。

29、尋找單相接地故障線路困難，目前許多小電流接地選線的動作率還不理想，往往仍采用試拉法。 電纜溝或電纜排管內(nèi)的電纜發(fā)生單相接地時，尋找故障線路時間長，在帶接地故障運行期間，容易引起人身觸電。另一方面采用小電阻接地方式，可能錯誤切除瞬間故障線路，造成對用戶的供電中斷，降低了供電可靠性，減少了供電量。 決定了主變壓器中性點的接地方式電力工程電氣設(shè)計手冊簡述了主變110500KV側(cè)采用直接接地方式： a 、凡是自耦變壓器，其中性點須直接接地或經(jīng)小阻抗接地。 b 、凡是低壓側(cè)有電源的升壓方法或降壓變電站至少應(yīng)有一臺變壓器直接接地。 c 、 終端變電站的變壓器中性點一般不接地。 d 、 變壓器中性點接地的數(shù)

30、量應(yīng)使電網(wǎng)所有短路點的綜合零序電抗與綜合正序電抗之比X/ X小于3，以使單相接地時建全相上公頻過電壓不超過閥型避雷器的滅弧電壓，X/ X序電抗尚應(yīng)大于11.5，以便單相接地短路電流不超過三相短路電流。綜上所述本次設(shè)計的電網(wǎng)為110KV中性點直接接地系統(tǒng)。第三章 短路電流的計算3.1概述在電力系統(tǒng)中運行的電氣設(shè)備，在其運行中都必須考慮到可能發(fā)生各種故障和不正常運行狀態(tài)，最常見同時也是最危險的故障是各種形式的短路，因為它們會破壞對用戶的正常供電和電氣設(shè)備的正常運行，使電氣設(shè)備受到損壞。短路是電力系統(tǒng)的嚴重故障，所謂短路，是指一切不屬于正常運行的相與相之間或相與地之間，（對于中性點接地系統(tǒng)）發(fā)生通路

31、的情況。在三相系統(tǒng)中，可能發(fā)生的短路有：三相短路、二相短路、二相接地短路和單相接地短路，其中三相短路是對稱短路，系統(tǒng)各相與正常運行時一樣，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，單相短路是大多數(shù)，二相短路較少，三相短路的機會最少，但三相短路雖然很少發(fā)生，其后果最為嚴重，應(yīng)引起足夠的重視，因此，我們都采用三相短路來計算短路電流，并檢驗電氣設(shè)備的穩(wěn)定性。3.2短路電流計算目的（1）電氣主接線比較（2）選擇導體和電器（3）確定中性點接地方式（4）計算軟導線的短路校驗（5）確定導線間隔棒的間距（6）驗算接地裝置的接觸電壓和跨步電壓（7）選擇繼電保護裝置

32、和進行整定計算3.3短路電流計算的一般規(guī)定（1）驗算導體和電氣動穩(wěn)定，熱穩(wěn)定以及電氣開斷電流所用的短路電流，應(yīng)根本工程的設(shè)計規(guī)劃容量計算，并考慮電力系統(tǒng)的遠景發(fā)展規(guī)劃（一般為本期工程建成后5-10年）校驗短路電流時，應(yīng)接可能發(fā)生最大短路電流的正常接線方式，而不應(yīng)按僅在切換過程中可能并列運行的接線要求。（2）選擇導體和電氣用的短路電流，在電氣連接回路中，應(yīng)考慮具有反饋作用的異步電動機的影響和電容補償裝置放電電流的影響。（3）選擇導體和電器時，對不帶電抗器回路的計算短路點，應(yīng)選擇在正常接線方式時短路電流為最大的地點。（4）導體和電器的動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定，以及電器的開斷電流，一般按三相短路驗算。3.4短

33、路計算基本假設(shè)（1）正常工作時，三相系統(tǒng)對稱運行（2）所有電源的電動勢相位角相同（3）電力系統(tǒng)中各元件的磁路不飽和，即鐵芯的電氣設(shè)備電抗值不隨電流大小發(fā)生變化（4）電力系統(tǒng)中所有電源都在額定負荷下運行，其中50%負荷接在高壓母線上，50%負荷在系統(tǒng)側(cè)（5）短路發(fā)生在短路電流為最大值的瞬間（6）不考慮短路點的電弧阻抗和變壓器的勵磁電流（7）除計算短路電流的衰減時間常數(shù)和低壓網(wǎng)絡(luò)的短路電流外，元件電阻都略去不計（8）元件的計算參數(shù)均取其額定值，不考慮參數(shù)的誤差和調(diào)整范圍（9）輸電線路的電容略去不計（10）用概率統(tǒng)計法確定短路電流運算曲線3.5短路電流計算的步驟：（1）計算各元件電抗標么植，并折算為

34、同一基準容量下（2）給系統(tǒng)制定等值回路圖（3）選擇短路點（4）對網(wǎng)絡(luò)進行化簡，把供電系統(tǒng)看著無限大系統(tǒng)，不考慮短路電流周期分量的衰減，求出電源對短路點的電抗標么值，并計算短路電流標么值、有效值標么值d*=1/X*有效值 Id*=Id*·Ij（5）計算短路點容量，短路電流沖擊值短路容量 jId 短路電流沖擊值 Iej =2.55Id（6）列出短路電流計算結(jié)果3.5.1 標幺值短路電流的計算假設(shè)：已知電力系統(tǒng)出口斷路器的斷開容量為500MVA，架空線的度為8km，試求工廠35kv母線上k-1點短路和10kv母線上k-2點短路的三相短路電流和短路容量。繪制等效電路如圖，圖上標出各元件的序號

35、和電抗標幺值，并標出短路計算點。圖3.2 最大運行方式短路計算等效圖（1）確定基準值取 Sd = 100MVA,UC1 =37KV,UC2 = 10.5KV而 Id1 = Sd /3UC1 = 100MV·A/(3×37KV) =1.56KAId2 = Sd /3UC2 = 100MV·A/(3×10.5KV) = 5.5KA（2）計算短路電路中各主要元件的電抗標幺值1）電力系統(tǒng)（SOC = 500MVA）X1*= 100/500= 0.22）架空線路（XO = 0.4/km）X2* = 0.4×8×1OO/37² =0.2

36、33）電力變壓器（Uk% = 6.5）X3* = X4* = UK%Sd/100SN =6.5×100×1000/(100×1250) 5.2(3)求k-1點的短路電路總電抗標幺值及三相短路電流和短路容量1)總電抗標幺值X*(K-1) = X1*X2* = 0.2+0.23= 0.432)三相短路電流周期分量有效值IK-1(3) = Id1/ X*(K-1)= 1.56KA/0.433.63 KA3)其他三相短路電流I"(3) = I(3) = Ik-1(3) = 3.63KAish(3) = 2.55×3.63KA = 8.17KAIsh(3

37、) = 1.51×3.63KA = 5.48KA4)三相短路容量Sk-1(3) = Sd/X*(k-1)= 100/0.43 =232.56 MVA(4)求k-2點的短路電路總電抗標幺值及三相短路電流和短路容量1)總電抗標幺值X*(K-2) = X1*X2*X3*X4* = 0.435.2/2 =3.032)三相短路電流周期分量有效值IK-2(3) = Id2/X*(K-2) = 5.5KA/3.03 =1.82KA3)其他三相短路電流I"(3) = I(3) = Ik-2（3） = 1.82KAish(3) = 1.84×1.82KA =3.35KAIsh(3)

38、 = 1.09×1.82KA = 1.98KA4)三相短路容量Sk-2(3) = Sd/X*(k-2) = 100/3.03= 33MV·A表3.1 最大運行方式短路電流計算結(jié)果三相短路電流/KA三相短路容量/MVAIk(3)I(3)I"(3)ish(3)Ish(3)Sk-1(3)K-1點3.633.633.638.175.48232.56K-2點1.821.821.821.981.9833第四章 主變壓器保護設(shè)計4.1.變壓器保護重要性變壓器是電力系統(tǒng)中大量使用的重要電 氣設(shè)備，它的安全運行是電力系統(tǒng)可靠工作的必要條件。電力變壓器有別于發(fā)電機，它無旋轉(zhuǎn)部件，是一

39、種靜止的電氣設(shè)備，結(jié)構(gòu)比較簡單，運行可靠性較高，發(fā)生故障的機會相對較少。但是，變壓器是連續(xù)運行的，停電機會很少，而且絕大部分安裝在室外，受自然環(huán)境影響較大。另外，變壓器時刻受到外接負荷的影響，特別是受電力系統(tǒng)短路故障的威脅較大。因此，電力變壓器在運行中，仍然有可能發(fā)生各種類型的故障或出現(xiàn)不正常工作狀態(tài)。它的故障對電力系統(tǒng)的安全連續(xù)運行會帶來嚴重的影響。特別是大容量變壓器的損壞，對系統(tǒng)的影響更為嚴重。因此，考慮到變壓器在電力系統(tǒng)中的重要地位及故障和不正常工作狀態(tài)可能造成的嚴重后果，必須根據(jù)電力變壓器容量和重要程度裝設(shè)相應(yīng)的繼電保護裝置。4.2.變壓器的故障類型和不正常運行狀態(tài)（1）變壓器故障類型

40、變壓器的故障可分為油箱外和油箱內(nèi)兩種故障。油箱外的故障主要是套管和引出線上發(fā)生相間短路及接地短路。油箱內(nèi)的故障包括繞組間相間短路、接地短路、匝間短路及鐵芯的燒損等。油箱內(nèi)故障時產(chǎn)生的電弧，不僅會損壞鐵芯的絕緣、燒毀貼心，而且由于絕緣材料和變壓器油因受熱分解而產(chǎn)生大量的氣體，有可能引起變壓器油箱爆炸。對于變壓器發(fā)生的各種故障，保護裝置應(yīng)盡快的將變壓器切除。實踐表明，變壓器套管和引出線上的相間短路、接地短路、繞組的匝間短路是比較常見的故障形式；而油箱內(nèi)發(fā)生短路的情況比較少。（2）變壓器不正常工作狀態(tài)變壓器的不正常工作狀態(tài)主要有：油箱外部短路引起的過電流，負荷長時間超過額定容量引起的過負荷，風扇故障

41、或漏油等原因引起冷卻能力的下降等。這些不正常運行狀態(tài)會使繞組和鐵芯過熱。此外，對于中性點不接地運行的星形接線變壓器，外部接地短路時有可能造成變壓器中性點過電壓，威脅變壓器的絕緣；大容量變壓器在過電壓或低頻率等異常運行工況下會使變壓器過勵磁，引起鐵芯和其它金屬構(gòu)件的過熱。變壓器處于不正常運行狀態(tài)時，繼電保護應(yīng)根據(jù)其嚴重程度，發(fā)出報警信號，使運行人員及時發(fā)現(xiàn)并采取相應(yīng)的措施，以確保變壓器的安全。變壓器油箱內(nèi)故障時，除了變壓器各側(cè)電流、電壓變化外，油箱內(nèi)的油、氣、溫度等非電量也會發(fā)生變化。因此，變壓器保護分電量保護和非電量保護兩種。非電量保護裝設(shè)在變壓器內(nèi)部。線路保護中采用的許多保護如過電流保護、縱

42、差動保護等在變壓器的電量保護中都有應(yīng)用，但在配置上有區(qū)別。4.3 變壓器保護配置原則1.反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)部故障和油面降低的瓦斯保護容量為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，在采取瓦斯保護切除變壓器內(nèi)部故障時，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。2.相間短路保護反應(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護，對其中性點直接接地側(cè)繞組和引出線的接地短路

43、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0.5s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及以上廠用備用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)電機與斷路器之間沒有斷路器時，100MW及以下的發(fā)電機，可只裝設(shè)發(fā)電機變壓器組共用的縱

44、聯(lián)差動保護。100MW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200MW及以上的汽輪發(fā)電機，為提高快速性，在機端還宜增設(shè)復合電流速斷保護，或在變壓器上增設(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保護靈敏性不符合要求，可增設(shè)零序差動保護。3.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)變壓器及過電流保護不符合靈敏性要求的

45、降壓變壓器。(3) 負序電流保護和單相式低電壓啟動的過電流保護?？捎糜?3000kVA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、保護不能滿足靈敏性和選擇性要求時，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。4.中性點直接接地電網(wǎng)中的變壓器外部接地短路時的零序電流保護110kV及以上中性點直接接地電網(wǎng)中，如果變壓器中性點可能接地運行，對于兩側(cè)或三側(cè)電源的升壓變壓器或降壓變壓器上應(yīng)裝設(shè)零序電流保護。作為變壓器主保護的后備保護，并作為相鄰元件的后備保護。 5.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

46、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。過負荷保護應(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斷開部分負荷。 6.過激磁保護為降低材料消耗，現(xiàn)代大型變壓器鐵芯一般都用新型電工硅鋼片制成，其額定磁密近于飽和磁密，過電壓或低頻率時容易引起過激磁，因此500kVA及以上的大容量變壓器宜裝設(shè)過激磁保護。4.4 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

47、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： 帶短路線匝的BCH-2型差動繼電器； 帶磁制動特性的BCH-1型差動繼電器； 多側(cè)磁制動特性的BCH-4型差動繼電器； 鑒別涌流間斷角的差動繼電器； 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。4.4.1 構(gòu)成變壓器縱差動

48、保護的基本原則圖4-1 雙繞組單相變壓器縱差動保護的原理接線圖如圖4-1所示，其中：、分別為變壓器高壓側(cè)和低壓側(cè)的一次電流，參考方向為母線指向變壓器；、為相應(yīng)的電流互感器二次電流； 差動繼電器。流入差動繼電器的差動電流為 （4-1）縱差保護的動作判據(jù)為 （4-2）式中，為縱差動保護的動作電流；為差動電流的有效值。設(shè)變壓器的變比為，式（3-1）可進一步表示為變形為 （4-3）式中，、分別為兩側(cè)電流互感器的變比。若選擇電流互感器的變比，使之滿足 （4-4）這樣式（2-3）變?yōu)?（4-5）忽略變壓器的損耗，正常運行和區(qū)外故障時一次電流的關(guān)系為。根據(jù)式（4-5），正常運行和變壓器外部故障時，差動電流為

49、零，保護不會動作；變壓器內(nèi)部（包括變壓器與電流互感器之間的引線）任何一點故障時，相當于變壓器內(nèi)部多了一個故障支路，流入差動繼電器的差動電流等于故障點電流（變換到電流互感器二次側(cè)），只要故障電流大于差動繼電器的動作電流，差動保護就能迅速動作。因此，式（4-4）成為變壓器縱差動保護中電流互感器變比選擇的依據(jù)。實際電力系統(tǒng)都是三相變壓器（或三相變壓器組），并且通常采用Y，d11接線方式，如圖4-2(a)所示（假定一次電流從同名端流入，二次電流從同名端流出）。這樣的接線方式造成了變壓器一、二次電流的不對應(yīng)，以A相為例，正常運行時，由于，超前，如圖4-2（b）所示。若仍用上述針對單相變壓器的差動繼電器的

50、接線方式，將一、二次電流直接引入差動保護，則會在繼電器中產(chǎn)生很大的差動電流?？梢酝ㄟ^改變縱差動保護的接線方式消除這個電流，就是將引入差動繼電器的Y側(cè)的電流也采用兩相電流差，即 （4-6） 式中，、分別為流入三個差動繼電器的差動電 圖4-2（a）接線圖； 圖4-2(b)對稱工況下的向量關(guān)系 圖4-2 雙繞組三相變壓器縱差動保護原理接線圖這樣就可以消除兩側(cè)電流不對應(yīng)。由于Y側(cè)采用了兩相電流差，該側(cè)流入差動繼電器的電流增加了倍。為了保證正常運行及外部故障情況下差動回路沒有電流，該側(cè)電流互感器的變比也要相應(yīng)地增大倍，即兩側(cè)電流互感器變比的選擇應(yīng)該滿足 （4-7）為了滿足式（4-6），變壓器兩側(cè)電流互感

51、器采用不同的接線方式，如圖4-2（a）所示。d側(cè)采用Y，d12的接線方式，將各相電流直接接入差動繼電器內(nèi)；Y側(cè)采用Y，d11的接線方式，將兩相電流差接入差動繼電器內(nèi)。模擬式的差動保護都是采用圖4-2（a）所示的接線方式；對于數(shù)字式差動保護，一般將Y側(cè)的三相電流直接接入保護裝置內(nèi)，由計算機的軟件實現(xiàn)式（4-6）的功能，以簡化接線。電力系統(tǒng)中常常采用三繞組變壓器。三繞組變壓器的縱差動保護原理與雙繞組變壓器是一樣的。圖4-3所示的是Y，y,d11接線方式三繞組變壓器縱差動保護單相示意圖，接入縱差動繼電器的差電流為: （4-8）圖4-3 三繞組變壓器縱差動保護接線單相示意圖三相變壓器各側(cè)電流互感器的接

52、線方式和變比的選擇也要參照Y，d11雙繞組變壓器的方式進行調(diào)整，即d側(cè)電流互感器用Y接線方式；兩個Y側(cè)電流互感器則采用d接線方式。設(shè)變壓器的高-低側(cè)（1-3）和中-低側(cè)（2-3）的變比為和，考慮到正常運行和區(qū)外故障時變壓器各側(cè)電流滿足，電流互感器變比的選擇應(yīng)該滿足 （4-9）4.4.2變壓器差動保護的不平衡電流1.由變壓器帶負荷調(diào)節(jié)分接頭產(chǎn)生的不平衡電流1.計算變比與實際變比不一致產(chǎn)生的不平衡電流變壓器兩側(cè)的電流互感器都是根據(jù)產(chǎn)品目錄選取的標準變比，其規(guī)格種類是有限的。變壓器的變比也是有標準的，三者的關(guān)系很難完全滿足式（4-4），令變比差系數(shù)為 （4-10）根據(jù)式（4-3）可得 （4-11）穿

53、越電流如果將變壓器兩側(cè)的電流都折算到電流互感器的二次側(cè)，并忽略不為零的影響，則區(qū)外故障時變壓器兩側(cè)電流大小相等，即，但方向相反，為區(qū)外故障時變壓器的穿越電流。由式（4-11）知，電流互感器和變壓器變比不一致產(chǎn)生的最大不平衡電流為 （4-12） 區(qū)外故障時最大的穿越電流。改變分接頭的位置，實際上就是改變變壓器的變比，電流互感器的變比選定后不可能根據(jù)運行方式進行調(diào)整，只能根據(jù)變壓器分接頭未調(diào)整時的變比進行選擇。因此，由于改變分接頭的位置產(chǎn)生的最大不平衡電流為 （4-13）變壓器分接頭改變引起的相對誤差，考慮到電壓可以正負兩個方向進行調(diào)整，一般可取調(diào)整范圍的一半。圖4-4 電流互感器等效電路 勵磁回

54、路等效電感； 二次負載的等效阻抗；電流互感器傳遍誤差產(chǎn)生的不平衡電流 勵磁電流，也就是電流互感器的傳變誤差；包括了電流互感器的漏抗和二次負載阻抗，一般電阻分量占主導，在定性分析時可以當作純電阻處理。電流互感器的二次電流為 （4-14）勵磁電流為 （4-15）區(qū)外故障時變壓器兩側(cè)的一次電流為（折算到二次側(cè)），故由電流互感器傳變誤差引起的不平衡電流為 （4-16）（a）勵磁電流中無直流偏移； （b）勵磁電流中有直流偏移4-5 電流互感器鐵芯的磁滯回路引入同型系數(shù)表示互感器型號對不平衡電流的影響 （4-17）當兩個電流互感器型號相同時，取=0.5；否則取1如圖2-5所示，其中： 曲線1鐵芯的基本磁化曲線（通常簡稱為磁化曲線）； 曲線2勵磁電流隨時間的變化曲線； 曲線3勵磁電流按照曲線2變化時的磁滯回線； S點 飽和點。由于電壓u與鐵芯磁通之