40MVA三繞組變壓器縱差動保護(hù)設(shè)計21

40MVA三繞組變壓器縱差動保護(hù)設(shè)計240MVA三繞組變壓器縱差動保護(hù)設(shè)計2/40MVA三繞組變壓器縱差動保護(hù)設(shè)計2電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計（論文）題目：40MVA三繞組變壓器縱差動保護(hù)設(shè)計（2）院（系）：專業(yè)班級：學(xué)號：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：（簽字）起止時間：課程設(shè)計（論文）任務(wù)與評語院（系）：教研室：電氣工程與其自動化學(xué)號學(xué)生姓名專業(yè)班級課程設(shè)計（論文）題目40MVA三繞組變壓器縱差動保護(hù)設(shè)計（2）課程設(shè)計（論文）任務(wù)系統(tǒng)110kV系統(tǒng)110kVT1T210kV35kV課程設(shè)計的內(nèi)容與技術(shù)參數(shù)參見下表設(shè)計技術(shù)參數(shù)工作量系統(tǒng)接線如上圖所示，參數(shù)如下：系統(tǒng)：最大短路容量Smax=1269MVA,最小短路容量Smin=811MVA變壓器T1和T2型號：SFSL-40000/121kVY0/Y/Δ-11接線，短路電壓百分?jǐn)?shù)為Ud(1-2)%=18.25%Ud(1-3)%=10.36%Ud(2-3)%=6.5%輸電線路線路電抗為0.4Ω/km，110KV線路2條，長度分別為42km、60km。35KV線路6條，長度分別為16km、14.2km、10.6km、15km、16km、10.6km。10KV線路6條，長度分別為2.5km、3.8km、3.4km、2.5km、3.6km、4.7km。1．計算各元件的等值模型，確定該電力系統(tǒng)的等值電路。2．短路電流計算。3．確定系統(tǒng)的最大運(yùn)行方式和最小運(yùn)行方式。4．對變壓器T1進(jìn)行保護(hù)配置，說明都設(shè)置哪些保護(hù)形式。5．整定計算變壓器T1的縱差動電流保護(hù)的整定電流值。6．整定計算變壓器T1的縱差動保護(hù)動作線圈的匝數(shù)，校驗(yàn)相對誤差和靈敏度。7．繪制變壓器保護(hù)的原理接線圖。并分析動作過程。8.采用MATLAB建立系統(tǒng)模型進(jìn)行仿真分析。續(xù)表進(jìn)度計劃第一天：收集資料，確定設(shè)計方案。第二天：計算短路電流。第三天：確定系統(tǒng)的運(yùn)行方式第四天：保護(hù)規(guī)劃配置。第五天：整定動作電流值。第六天：整定動作線圈的匝數(shù)并校驗(yàn)。第七天：繪制保護(hù)原理圖。第八天：MATLAB建模仿真分析。第九天：撰寫說明書。第十天：課設(shè)總結(jié)，迎接答辯。指導(dǎo)教師評語與成績平時：論文質(zhì)量：答辯：總成績：指導(dǎo)教師簽字：年月日注：成績：平時20%論文質(zhì)量60%答辯20%以百分制計算摘要電力變壓器是電力系統(tǒng)中十分重要的供電元件，同時大容量的電力變壓器也是十分貴重的元件，因此，必須根據(jù)變壓器的容量和重要程度考慮裝設(shè)性能良好，工作可靠的繼電保護(hù)裝置。本次課程設(shè)計就是有關(guān)于變壓器的縱差動保護(hù)整定計算，涉與到正序、負(fù)序、零序網(wǎng)絡(luò)的建立、保護(hù)原理圖的繪制與動作過程分析，變壓器在最大與最小運(yùn)行方式下短路電流的計算以與對變壓器縱差保護(hù)繼電器的整定、計算與校驗(yàn)，緊扣電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程的重點(diǎn)內(nèi)容，闡述了差動回路中的不平衡電流對變壓器差動保護(hù)的影響，重點(diǎn)在于最大最小運(yùn)行系統(tǒng)的確定，以單相變壓器為例，分析了變壓器勵磁涌流的產(chǎn)生機(jī)理，進(jìn)行了短路電流的計算，以與對變壓器縱差保護(hù)繼電器的整定與計算與校驗(yàn)，最后運(yùn)用MATLAB建立了仿真模型，在不同工作條件下對變壓器進(jìn)行了大量的仿真，分析得到最后結(jié)果。關(guān)鍵詞：變壓器；縱差動保護(hù)；靈敏度；AbstractPowertransformersisanimportantpowerinthepowersystemcomponents,andlarge-capacitypowertransformerarealsoveryexpensivecomponents,therefore,mustbebasedontransformercapacityandtheimportanceoftakingintoaccounttheinstallationofhighperformance,reliableprotectivedevice.Thistimescoursesdesignishasontransformeroflongitudinalpoormovingprotectionwholesetcalculation,involvesaresequence,andnegativesequence,and0sequencenetworkofestablished,andprotectionprinciplefigureofdrawsandactionprocessanalysis,transformerinmaximumandtheminimumrunwayXiashort-circuitcurrentofcalculationandontransformerlongitudinalpoorprotectionfollowingelectricalofwholeset,andcalculationandthecheck,tightbucklepowersystemfollowingelectricprotectioncoursesoffocuscontent,describedhaspoormovingloopintheofnotbalancecurrentontransformerpoormovingprotectionofeffect,focusismaximumminimumrunsystemofdetermine,Insinglephasetransformers,forexample,analyzesthemechanismoftransformermagnetizinginrushcurrent,short-circuitcurrentcalculationiscarriedout,andthetransformerlongitudinaldifferentialprotectionrelaysettingcalculationandcalibration,usingMATLABsimulationmodelisestablished,workingindifferentconditionsforalargenumberofsimulationoftransformer,finalresultsoftheanalysis.Keywords:transformer；longitudinaldifferentialprotection；sensitivity

目錄第1章緒論 4第2章變壓器縱差動保護(hù)整定計算 62.1系統(tǒng)標(biāo)幺值計算 62.2系統(tǒng)最大運(yùn)行方式和最小運(yùn)行方式等值電路圖 72.3動作電流整定計算與校驗(yàn) 8第3章保護(hù)原理圖的繪制與動作過程分析 11第4章MATLAB建模仿真分析 14第5章課程設(shè)計總結(jié) 16參考文獻(xiàn) 17

第1章緒論電力系統(tǒng)繼電保護(hù)是反映電力系統(tǒng)中電氣設(shè)備發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)而動作于斷路器跳閘或發(fā)生信號的一種自動裝置。

繼電保護(hù)的基本任務(wù)是：電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，自動、快速、有選擇地將故障設(shè)備從電力系統(tǒng)中切除，保證非故障設(shè)備繼續(xù)運(yùn)行，盡量縮小停電范圍;電力系統(tǒng)出現(xiàn)異常運(yùn)行狀態(tài)時，根據(jù)運(yùn)行維護(hù)的要求能自動、與時、有選擇地發(fā)出告警信號或者減負(fù)荷、跳閘。三繞組變壓器差動保護(hù)的動作原理和雙繞組變壓器差動保護(hù)的動作原理是一樣的，也是按循環(huán)電流原理構(gòu)成的。正常運(yùn)行和外部短路時，三繞組變壓器三側(cè)電流向量和（折算至同一電壓等級）為零。它可能是一側(cè)流入另兩側(cè)流出，也可能由兩側(cè)流入，而從第三側(cè)流出。所以，若將任何兩側(cè)電流相加再去和第三側(cè)電流相比較，就構(gòu)成三繞組變壓器的差動保護(hù)。1、縱差動保護(hù)適用于：（1）并列運(yùn)行的變壓器，容量為6300千伏安以上時。（2）單獨(dú)運(yùn)行的變壓器，容量為10000千伏安以上時。（3）發(fā)電廠廠用工作變壓器和工業(yè)企業(yè)中的重要變壓器，容量為6300千伏安以上時。2、縱差動保護(hù)的基本原則：它用以保護(hù)變壓器繞組和引出線的相間短路，中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)側(cè)繞組和引出線的接地短路以與繞組的匝間短路。由于變壓器高壓倒和低壓側(cè)的額定電流不同，因此，為了保證縱差動保護(hù)的正確工作，就必須適當(dāng)?shù)倪x擇兩側(cè)電流互感器的變比，使得在正常運(yùn)行和外部故障時，兩個二次電流相等。要實(shí)現(xiàn)變壓器的縱差動保護(hù)，就必須適當(dāng)?shù)剡x擇兩側(cè)電流互感器的變比，使其比值等于變壓器的變比，這個不同是由于發(fā)電機(jī)的縱差動保護(hù)比較的是兩側(cè)電流的幅值和相位，而變壓器縱差動保護(hù)比較的則是兩側(cè)磁勢的幅值和相位。3、穩(wěn)態(tài)情況下的不平衡電流(1)變壓器兩側(cè)的電流相位不同而產(chǎn)生的不平衡電流。當(dāng)變壓器采用兩側(cè)電流相位差為30度的接線方式時，兩側(cè)的電流互感器仍采用通常的接線方式，則二次電流由于相位不同，會有一個差電流流入繼電器。(2)計算變比與實(shí)際變比不同而引起的不平衡電流。因?yàn)閮蓚?cè)的電流互感器都是根據(jù)產(chǎn)品目錄選取標(biāo)準(zhǔn)的變比，而變壓器的變比也是一定的。因此，三者的關(guān)系很難滿足nl2/nl1=nB的要求，此時差動回路中將有電流流過。(3)變壓器帶負(fù)荷調(diào)整分接頭而產(chǎn)生的不平衡電流。帶負(fù)荷調(diào)整變壓器的分接頭，是電力系統(tǒng)中采用帶負(fù)荷調(diào)壓的變壓器來調(diào)整電壓的方法，實(shí)際上改變分接頭就是改變變壓器的變比。如果差動保護(hù)已按照某一變比調(diào)整好（如利用平衡線圈）則當(dāng)分接頭改換時，就會產(chǎn)生一個不平衡電流流入繼電器。4、暫態(tài)情況下的不平衡電流（1）變壓器的勵磁涌流所產(chǎn)生的不平衡電流。變壓器的勵磁電流僅流經(jīng)變壓器接入電源的一側(cè)，因此，通過電流互感器反應(yīng)到差動回路中不能被平衡，在正常運(yùn)行情況下，此電流很小，一般不超過額定電流的2～10%。在外部故障時，由于電壓降低，勵磁電流減小，它的影響就更小。（2）兩側(cè)電流互感器型號不同而產(chǎn)生的不平衡電流。由于兩側(cè)電流互感器的型號不同，它們的飽和特性、勵磁電流（歸算至同一側(cè)）也就不同，因此，在差動回路中所產(chǎn)生的不平衡電流也就較大。

第2章變壓器縱差動保護(hù)整定計算2.1系統(tǒng)標(biāo)幺值計算變壓器T1、T2的標(biāo)幺值計算：110KV線路標(biāo)幺值計算：35KV線路標(biāo)幺值計算：10KV線路標(biāo)幺值計算：2.2系統(tǒng)最大運(yùn)行方式和最小運(yùn)行方式等值電路圖系統(tǒng)最大運(yùn)行方式如圖2.1所示：圖2.1系統(tǒng)最大運(yùn)行方式等值電路圖系統(tǒng)最小運(yùn)行方式如圖2.2所示：圖2.2系統(tǒng)最小運(yùn)行方式等值電路圖2.3動作電流整定計算與校驗(yàn)1、由短路電流計算結(jié)果比較可得：最大外部短路電流為三相外部短路時點(diǎn)的短路電流：A最小內(nèi)部短路電流為最小方式1時在點(diǎn)發(fā)生的兩相短路時的短路電流：A2、確定保護(hù)的動作電流（1）躲開變壓器投入，切除外部短路后與電壓恢復(fù)時的勵磁涌流：A（2）躲開電流互感器二次回路斷線時變壓器的最大負(fù)荷：A（3）躲開變壓器外部短路時的最大不平衡電流：=1.3（）為可靠系數(shù)，取1.3電流互感器的誤差引起的不平衡電流變壓器電壓分接頭改變引起的不平衡電流平衡線圈不能對變壓器Ⅰ與Ⅱ側(cè)電流差值進(jìn)行完全補(bǔ)償引起的不平衡電流非同期分量引起的誤差，取1電流互感器的同型系數(shù)當(dāng)電流互感器型號相同且處于同一情況下，當(dāng)電流互感器型號不同時，電流互感器容許最大相對誤差，取0.1繼電器整定匝數(shù)與計算匝數(shù)不等而引起的相對誤差∴1.3（）=1.3（1×1×0.1+0.05+0.05）×1070.7=278.38A因此，保護(hù)的基本側(cè)的動作電流取上述三者中最大值：∴=278.38A3、確定繼電器基本側(cè)線圈匝數(shù)與各線圈接法（1）基本側(cè)繼電器動作電流A（2）基本側(cè)線圈匝數(shù)（差動線圈匝數(shù)）匝取匝（3）確定基本側(cè)線圈接入匝數(shù)繼電器實(shí)際動作電流：A保護(hù)一次動作電流為：A（4）確定非基本側(cè)平衡線圈與工作線圈匝數(shù)匝確定平衡線圈Ⅱ?qū)嵱迷褦?shù)為匝（5）計算由實(shí)用線圈與計算匝數(shù)不等引起的相對誤差＜0.05∴動作電流滿足要求。（6）靈敏度：＞2第3章保護(hù)原理圖的繪制與動作過程分析變壓器各側(cè)功率因數(shù)角相等；變壓器與電流互感器的角誤差為0，這樣雖與設(shè)備實(shí)際情況和運(yùn)行條件存在差異，但不影響對差動保護(hù)的具體結(jié)線作出正確的分析和判斷。圖3.1變壓器縱差動保護(hù)的原理接線圖變壓器在正常運(yùn)行和區(qū)外故障時，任一側(cè)CT流入差動回路的電流與其他兩側(cè)（或一側(cè)）電流的相位差為180度，繼差動繼電器工作在“差”工作狀態(tài)下，或此時任一側(cè)的二次電流的大小又恰巧等于其它兩側(cè)（或一側(cè)）的二次電流相量（或相量）的大小，從而使差動回路的電流為零即Ijz=∑I2≈0（電平衡）(1）正常運(yùn)行和區(qū)外故障時，流入繼電器的電流為繼電器不動作。（2）區(qū)內(nèi)故障時，流入繼電器的電流為此時為兩側(cè)電源提供的短路電流之和，電流很大，故繼電器動作，跳開兩側(cè)的斷路器。由上分析可知，縱聯(lián)差動保護(hù)的范圍就是兩側(cè)電流互感器所包圍的全部區(qū)域，即被保護(hù)元件的全部，而在保護(hù)范圍外故障時，保護(hù)不動作。變壓器在正常負(fù)荷狀態(tài)下，差動回路中的不平衡電流很小，但當(dāng)發(fā)生區(qū)外短路故障時，由于電流互感器可能飽和等等因素，會使不平衡電流增大，當(dāng)不平衡電流超過了保護(hù)動作電流時，差動保護(hù)就會誤動。比率差動保護(hù)就是用來區(qū)分差流是由內(nèi)部故障還是不平衡輸出（特別是外部故障）引起的，它引入了外部短路電流作為制動電流，當(dāng)外部短路電流增大時，制動電流隨之增大，使得繼電器的動作電流也相應(yīng)增大，這樣就可以有效的躲過不平衡電流，避免誤動的出現(xiàn)。比率差動元件采用初始帶制動的變斜率比率制動特性，由低值比率差動（靈敏）和高值比率差動（不靈敏）兩個元件構(gòu)成。為了保證區(qū)內(nèi)故障的快速切除，只有低值比率差動元件（靈敏）設(shè)有TA飽和判據(jù)，高值比率差動元件（不靈敏）不設(shè)TA飽和判據(jù)。三折線比率差動保護(hù)的動作特性如圖所示。

圖3.2三折線比率差動保護(hù)的動作特性式中：為變壓器額定電流；分別為變壓器各側(cè)電流；為穩(wěn)態(tài)比率差動起動電流；為差動電流；為制動電流；為比率制動系數(shù)整定值。比率差動保護(hù)按相判別，滿足以上條件時動作。但是保護(hù)出口必須還要經(jīng)過TA的飽和判別，TA斷線判別（可選），勵磁涌流判別。可知，具有比率制動特性差動元件的動作特性主要由起動電流，拐點(diǎn)電流，比率制動系數(shù)（即特性曲線的斜率）決定，而動作特性又決定了差動元件的動作靈敏度和躲區(qū)外故障的能力，當(dāng)這三個量中的兩個固定以后，比率制動系數(shù)越小，或拐點(diǎn)電流越大，或初始動作電流越小，差動元件的動作靈敏度越高，而此時躲區(qū)外故障的能力越差。第4章MATLAB建模仿真分析基于MATLAB的一次系統(tǒng)暫態(tài)計算結(jié)果通過互感器模型后送入四種電流縱差保護(hù)模塊中來仿真當(dāng)前運(yùn)行方式、運(yùn)行情況下全電流差動、故障分量相量差動、故障分量瞬時值差動和零序差動的動作情況，保護(hù)的響應(yīng)信號還可以迸一步反饋給一次系統(tǒng)來控制一次系統(tǒng)的運(yùn)行，這樣也可實(shí)現(xiàn)閉環(huán)仿真，但鑒于更好地觀察判據(jù)的響應(yīng)信號的目的，本文所做的大部分仿真都是在開環(huán)狀態(tài)下進(jìn)行的，閉環(huán)仿真僅在特殊分析時使用。以下是對縱差動保護(hù)的影響因素進(jìn)行MATLAB仿真圖a無電容電流補(bǔ)償圖b有電容電流補(bǔ)償圖4.1正常情況下全電流差動保護(hù)的差動制動電流圖圖c無電容電流補(bǔ)償圖d有電容電流補(bǔ)償圖4.2區(qū)外故障下全電流差動保護(hù)的差動制動電流圖本文進(jìn)行了大量的仿真，發(fā)現(xiàn)備用變壓器次邊勵磁涌流中二次諧波的含量比較大，會引起差動保護(hù)誤動作。圖4.3備用變壓器次邊勵磁涌流波形圖4.4主變壓器波形 圖4.5備用變壓器次邊勵磁涌流波形諧波分析 可以看出，真空斷路器的間隙擊穿，備用變壓器產(chǎn)生了勵磁涌流，從其諧波分析的結(jié)果可得，此時勵磁涌流中的二次諧波含量低于15%，可能使備變壓器的差動保護(hù)誤動，但此種情況下得到的主變壓器的差流卻很小，小于主變壓器差動保護(hù)的動作電流，主變壓器的差動保護(hù)不會動作。綜合來看，利用二次諧波電流來鑒別勵磁涌流的方法是有缺陷的，有可能導(dǎo)致變壓器差動保護(hù)的誤動作，有必要研究新的鑒別勵磁涌流的方法。

第5章課程設(shè)計總結(jié)電力變壓器是電力系統(tǒng)中十分重要的供電元件，同時大容量的電力變壓器也是十分貴重的元件，因此，必須根據(jù)變壓器的容量和重要程度考慮裝設(shè)性能良好，工作可靠的繼電保護(hù)裝置。而變壓器一直采用差動保護(hù)作為內(nèi)部故障的主保護(hù)，因此差動保護(hù)的好壞直接關(guān)系到系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行和供電的可靠性。對于2000KVA以上的變壓器