继电保护课课程设计某变电所变压器保护设计.docx
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继电保护课课程设计某变电所变压器保护设计
学号
《电力系统继电保护》
课程设计
（2008级本科）
题目：
某变电所变压器保护设计
系（部）院：
物理与机电工程学院
专业：
电气工程及其自动化
作者姓名：
白赞章
指导教师：
赵玲霞职称：
助教
完成日期：
2011年12月16日
课程设计任务书
学生姓名
白赞章
学号
专业方向
电气工程及其自动化
班级
08
（1）班
题目名称
某变电所变压器保护设计
一、设计内容即技术要求：
1．确定变压器的保护方案；
2．根据原始资料进行保护的整定计算；
3．设计出变压器保护的展开式原理图（包括设备表）。
二、课程设计说明书撰写要求：
1．说明书要求书写规范，条理分明，表达准确；
2．设计书内容包括：
技术方案的论证、相关量的定量计算、最终成果；
3．设计书要求：
分析论证简单明了，计算准确无误；
4．绘图要求：
用标准电气符号绘图、比例合适、清晰美观；
5．完成设计说明书（包括封面、目录、设计任务书、设计思路、继电器保护回路展开式原理图、所用器件型号、总结体会、参考文献）。
三、设计进度
第一周
星期一上午熟悉论文题目、设计任务及背景资料
星期一下午查阅相关文献资料
星期二至星期五分析资料，确定变压器保护装置配置方案
第二周
星期一至星期二完成设计说明书
星期三至星期四绘出变压器回路展开式原理图
星期五答辩
四、参考文献
原始资料：
一台双绕组降压变压器，容量为30MVA，电压比为110±2×2.5%/6.6KV,Yd11接线，
归算到平均电压6.6KV的系统最大阻抗和最小阻抗分别为0.4
和0.2
。
3KV侧最大负荷电流为1KA。
已知：
110KV侧电流互感器变比为300/5,6.6KV侧电流互感器变比为3000/5。
1.3设计原始资料……………………………………………………………………………1
1前言
1.1引言
在电力系统中广泛地用变压器来升高或降低电压。
变压器是电力系统不可缺少的重要电气设备。
它的故障将对供电可靠性和系统安全运行带来严重的影响，同时大容量的电力变压器也是十分贵重的设备，因此应根据变压器容量等级和重要程度装设性能良好、动作可靠的继电保护装置。
1.2设计原则及规程
根据规程规定，变压器一般应装设下列保护：
（1）瓦斯保护
瓦斯保护能够保护变压器油箱内的各种轻微故障，例如绕组轻微的匝间短路、铁芯烧损等，但像变压器绝缘子闪络等油箱外的故障，瓦斯保护不能反应。
规程规定对于容量为800kV·A以上的油浸式变压器和400kV·A及以上的车间内油浸式变压器,应装设瓦斯保护。
（2）纵差动保护或电流速断保护
对于容量为6300kVA及以上的变压器，以及发电厂厂用变压器和并列运行的变压器，10000kVA及以上的发电厂厂用备用变压器和单独运行的变压器，应装设纵差动保护。
电流速断保护用于对于容量为10000kVA以下的变压器，当后备保护的动作时限大于0.5s时，应装设电流速断保护。
对2000kVA以上的变压器，当电流速断保护的灵敏性不能满足要求时，也应装设纵差动保护。
（3）外部相间短路和接地短路时的后备保护
（4）过负荷保护
变压器长期过负荷运行时，绕组会因发热而受到损伤。
对400kV·A以上的变压器，当数台并列运行，或单独运行并作为其他负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况，装设过负荷保护。
（5）过励磁保护
高压侧电压为500kV及以上的变压器，应装设过励磁保护，在变压器允许的过励磁范围内，保护作用于信号，当过励磁超过允许值时，可动作于跳闸。
（6）其他非电量保护
对变压器温度及油箱内压力升高和冷却系统故障，应按现行有关变压器的标准要求，专设可作用于信号或动作于跳闸的非电量保护。
1.3设计原始资料
1.3.1设计题目
一台双绕组降压变压器，容量为30MVA，电压比为110±2×2.5%/6.6KV,Yd11接线，
归算到平均电压6.6KV的系统最大阻抗和最小阻抗分别为0.4
和0.2
。
3KV侧最大负荷电流为1KA。
已知：
110KV侧电流互感器变比为300/5,6.6KV侧电流互感器变比为3000/5。
1.3.2设计内容及要求
1.确定变压器的而保护方案；
2.根据原始资料进行保护的整定计算；
3.设计出变压器保护的展开式原理图（包括设备表）
2本设计的保护配置
2.1主保护配置
为了满足电力系统稳定方面的要求，当变压器发生故障时，要求保护装置快速切除故障。
根据规程，通常变压器的瓦斯保护和纵差动保护构成双重化快速保护。
（1）瓦斯保护
电力变压器通常是利用变压器油作为绝缘和冷却介质。
当变压器油箱内故障时，在故障电流和故障点电弧的作用下，变压器油和其他绝缘材料会因受热而分解，产生大量气体。
气体排出的多少以及排出速度，与变压器故障的严重程度有关。
利用这种气体来实现保护的装置，称为瓦斯保护。
瓦斯保护的主要元件是气体继电器，它安装在油箱和油枕之间的连接管道上。
气体继电器有两个输出触点：
一个反应变压器内部的不正常情况或轻微故障，称为轻瓦斯；另一个反应变压器的严重故障，称为重瓦斯。
轻瓦斯动作于信号，使运行人员跳开电压器各侧断路器。
气体继电器的大致原理如下：
变压器发生轻微故障时，油箱内产生的气体较少且速度慢，由于油枕处在油箱的上方，气体沿管道上升，使气体继电器内的油面下降，当下降到动作门槛时，轻瓦斯动作，发出警告信号。
发生严重故障时，故障点周围的温度剧增而迅速产生大量的气体，变压器内部压力升高，迫使变压器油从油箱经过管道向油枕方向冲去，气体继电器感受到油速达到动作门槛时，重瓦斯动作，瞬时作用于跳闸回路，切除变压器，以防事故扩大。
瓦斯保护原理图如下图保护回路展开图所示。
（2）纵差动保护
电流纵差动保护不但能正确区分区内外故障，而且不需要与其它元件的保护配合，可以无延时的切除区内各种故障，具有明显的独特的优点。
本设计中变压器的主保护主要选电流纵差动保护，差动保护是变压器内部、套管及引出线上发生短路故障时的主保护，不需与其它保护配合，可无延时的切断内部短路，动作于变压器高低压两侧断路器跳闸。
为了保证动作的选择性，差动保护动作电流应躲开外部短路时的最大不平衡电流。
双绕组三相变压器纵差动保护原理图如下图保护回路展开式原理图所示。
2.2后备保护配置
变压器的后备保护选择过电流保护和低电压启动的过电流保护相互配合。
低压过电流保护主要是为了保护外部短路引起的变压器过电流，它同时也可以做为变压器差动保护以及馈线保护的后备保护。
变压器的不正常工作状态包括过负荷运行，对此配置反时限过负荷保护。
3保护的配合及整定计算
3.1主保护的整定计算
3.1.1额定值计算
1.在变压器的各侧中，二次回路中额定电流最大一侧称为基本侧，变压器一、二次回路额定计算值如下表3-1所示：
表3-1变压器一、二次回路电流计算值
数值名称
各侧数值（A）
110kV侧
6.6kV侧
变压器一次额定电流
（A）
电流互感器接线方式
Y
△
选择电流互感器一次电流计算值（A）
2624.4
电流互感器标准变比（
）
300/5=60
3000/5=600
二次回路额定电流
（A）
表3-1中按下式计算各侧电流互感器的二次额定电流
式中
为电流互感器接线系数，星形接
=1；三角形接线
=
。
由表3-1可以得出6.6KV侧的二次回路电流较大，因此确定3.3KV侧为基本侧。
3.1.2纵差动保护动作电流整定
（1）按躲过外部短路故障时的最大不平衡电流条件，有
此处
为可靠系数，由已知条件可知为1.3；
—应取最大运行方式下，6.6kV侧母线上三相短路电流，因此，
其中
=0.152（
）
故
=18750（A）
—是由于电流互感器计算变比和实际变比不一致引起的相对误差
=
=0.037
—是由变压器分接头改变引起的相对误差，一般取为调整范围的一半，则
=0.05；
—为非周期分量系数，由于采用BCH-2型继电器，故取为1；
—为电流互感器同型系数，这里取1。
将上述取值均带入上式，可得
=1.3×（0.037+0.05+0.1×1×1）×18750=4558（A）
（2）按躲过励磁涌流条件，有
=1.3×1×2624.4=3412（A）
式中，
为励磁电流的最大倍数，由于选取BCH-2型继电器，故取1。
（3）按躲过电流互感器二次回路断线的条件，有
=1.3×1000=1300（A）
以第一条件为最大，故取
=4558（A）
3.1.3灵敏度校验
3.3kV侧两相短路最小电流为
=
=11956（A）
灵敏度校验：
即
＞2，满足灵敏度要求。
3.2后备保护的整定计算
3.2.1过电流保护
（1）整定值计算
对于降压变压器，考虑电动机自启动时的最大电流
整定条件为按躲过变压器可能出现的最大负荷电流来整定，即
式中：
—可靠系数，取1.2～1.3；
—返回系数，取0.85～0.95；
—变压器可能出现的最大负荷电流（一般取变压器额定电流）；
—综合负荷的自启动系数，取1.5。
所以整定电流
（A）
（2）灵敏度校验：
即
＞1.5，满足要求
3.2.2低电压启动的过电流保护
过电流保护按躲过可能出现的最大负荷电流整定，启动电流比较大，对于升压变压器或容量较大的降压变压器，灵敏度往往不能满足要求。
为此可以采用低电压启动的过电流保护。
电流继电器的整定：
采用低电压继电器后，电流继电器的整定值就可以不再考虑并联运行变压器切除或电动机自启动时可能出现的最大负荷，而是按大于变压器的额定电流整定，即
低电压继电器的动作电压按以下条件整定，并取最小值。
（1）按躲过正常运行时可能出现的最低工作电压整定，
式中：
—最低工作电压，一般取
；
—可靠系数，取1.1～1.2；
—低电压继电器的返回系数，取0.85～0.95。
（2）按躲过电动机自启动时的电压整定：
当低压继电器由变压器低压侧互感器供电时，计算式为
当低压继电器由变压器高压侧互感器供电时，计算式为
对于降压变压器，负荷在低压侧，电动机自启动时高压侧电压比低压侧高了一个变压器压降（标幺值）。
所以高压侧取值比较高，但仍按式
整定，原因是发电机在失磁运行时低压母线电压会比较低。
故
=0.6×6.6=3.96（kV）
电流继电器灵敏度的校验方法与不带低压启动的过电流保护相同。
低电压继电器的灵敏系数按下式校验
其中，
—灵敏度校验点发生三相金属性短路时，保护安装处感受到的最大残压。
要求
≥1.25，当6.6kV侧母线处短路时保护安装处的残压等于零，显然：
＞1.25
满足要求，可见用低电压启动的过电流保护可作为后备保护。
4结果分析
4.1对主保护的评价
电流纵差动保护不但能正确区分区内外故障，而且不需要与其它元件的保护配合，可以无延时的切除区内各种故障，具有明显的独特的优点。
其灵敏度高选择性好，在变压器保护上运用较为、成功。
但是变压器纵差保护一直存在励磁涌流。
难以鉴定的问题，虽然已经有几种较为有效的闭锁方案，又因为超高压输电线路长度的增加、静止无功补偿容量的增大以及变压器硅钢片工艺的改进磁化特性的改善等因素，变压器纵差、保护的固有原理性矛盾更加突出。
4.2对后备保护的评价
后备保护可以防止由外部故障引起的的变压器绕组过电流，并作为相邻元件（母线或线路）保护的后备以及在可能的条件下变压器内部故障时主保护的后备，他与变压器的主保护一起构成变压器的完整保护。
过电流保护按躲过可能出现最大负荷电流来整定，启动电流比较大，对于升压变压器或容量较大的降压变压器灵敏度往往不能满足要求。
采用低电压启动的过电流保护可以提高灵敏度。
但是低电压启动的过电流保护中有可能由于电压互感器回路发生断线，低压继电器将会误动作，因此在实际装置中还要配置电压回路断线闭锁功能。
5二次回路展开式原理图及设备选型
5.1变压器瓦斯保护原理图
图1瓦斯保护展开式原理图
5.2变压器纵差动保护原理图
图2纵差动保护原理图
5.3低电压启动的过电流保护原理图
图3低电压启动的过电流保护原理图
5.4设备选型如下表
设备名称
型号
备注
高压电流互感器
LQJ-110
高压电流互感器
LMZJ1-6.6
瓦斯继电器（KG）
信号继电器（KS）
DXM-2A
中间继电器（KOM）
DZ-30B
过电流继电器
DL-24C
低电压继电器
DY-28C/160
差动继电器
BCH-2
5总结体会
本次课程设计是在自己理清思路，初步形成设计思路后，对课题便有了更深一层次的理解和体会，在同组成员的共同商讨下，进行多方面的选材和总结。
在列出大纲和初步完成稿件之后，为证实自己对课题理解的正确性，期间进行了多方面的查找和询问，进一步的巩固了自己的知识、开阔了视野、增张了见识，最后在指导老师的帮助和审批下，顺利完成了本次设计。
通过这次设计，不仅初步懂得了电力网络的相互联系，在获得知识之余，还加强了个人的单独工作能力，对所学知识有了进一步的提高和掌握，得到了不少的收获和心得。
在思想方面上更加成熟，个人能力和工作有所提高。
参考文献
[1]贺家李，宋从矩.电力系统继电保护原理.北京:
中国电力出版社，1994
[2]张保会，尹项根.电力系统继电保护.北京:
中国电力出版社，1994
[3]吕继绍，电力系统继电保护设计原理.水利水电出版社
[4]电力系统设计手册（下）
电力系统继电保护课程设计成绩评定表
姓名
张庆飞
学号
专业班级
电气工程08及1班
课程设计题目：
某变压所变压器保护设计
课程设计答辩或质疑记录：
成绩评定依据：
评定项目
评分成绩
1.选题合理、目的明确（10分）
2.设计方案可行性、创新性（20分）
3.设计结果（方案论证、整定计算、二次展开图）（30分）
4.平时成绩（态度认真、遵守纪律）（10分）
5.设计报告的规范性、参考文献充分（不少于5篇）（10分）
6.答辩（20分）
总分
最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）
指导教师签字：
年月日
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