某电力变压器继电保护设计.docx
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某电力变压器继电保护设计
1绪论
电力变压器是电力系统中极其重要的电气设备,它在整个电力系统中起转换枢纽的作用,变压器的安全运行与否,直接关系到电力系统能否连续稳定地工作。
因此,为了供电的可靠性和系统正常运行,就必须视其容量的大小、电压的高低和重要程度,设置相应的继电保护装置。
电网继电保护和安全自动装置是电力系统的重要组成部分，对保证电力系统的正常运行，防止事故发生或扩大起了重要作用。
应根据审定的电力系统设计（二次部分）原则或审定的系统接线及要求进行电网继电保护和安全自动装置设计。
设计应满足《继电保护和安全自动装置技术规程（SDJ6-83）》、《110~220kV电网继电保护与安全自动装置运行条例》等有关专业技术规程的要求。
继电保护是保障电力设备安全和防止及限制电力系统长时间大面积停电的最基本、最重要、最有效的技术手段。
许多实例表明，继电保护装置一旦不能正确动作，就会扩大事故，酿成严重后果。
因此，加强继电保护的设计和整定计算，是保证电网安全稳定运行的重要工作。
实现继电保护功能的设备称为继电保护装置。
本次设计的任务主要包括了六大部分，分别为运行方式的选择、电网各个元件参数及负荷电流计算、短路电流计算、继电保护距离保护的整定计算和校验、继电保护零序电流保护的整定计算和校验、对所选择的保护装置进行综合评价。
其中短路电流的计算和电气设备的选择是本设计的重点。
通过此次线路保护的设计可以巩固我们本学期所学的《电力系统继电保护》这一课程的理论知识，能提高我们提出问题、思考问题、解决问题的能力。
电力系统和继电保护技术的不断发展和安全稳定运行，给国民经济和社会发展带来了巨大动力和效益。
但是，电力系统一旦发生自然或人为故障，如果不能及时有效控制，就会失去稳定运行，使电网瓦解，并造成大面积停电，给社会带来灾难性的后果。
电网继电保护和安全自动装置应符合可靠性、安全性、灵敏性、速动性的要求。
要结合具体条件和要求，从装置的选型、配置、整定、实验等方面采取综合措施，突出重点，统筹兼顾，妥善处理，以达到保证电网安全经济运行的目的。
2继电保护相关理论知识
2.1继电保护的概述
研究电力系统故障和危及安全运行的异常工况，以探讨其对策的反事故自动化措施。
因在其发展过程中曾主要用有触点的继电器来保护电力系统及其元件（发电机、变压器、输电线路等），使之免遭损害，所以沿称继电保护。
2.2.1继电保护的任务
当电力系统发生故障或异常工况时，在可能实现的最短时间和最小区域内，自动将故障设备从系统中切除，或发出信号由值班人员消除异常工况根源，以减轻或避免设备的损坏和对相邻地区供电的影响。
2.2.2继电保护基本原理和保护装置的组成
继电保护装置的作用是起到反事故的自动装置的作用，必须正确地区分“正常”与“不正常”运行状态、被保护元件的“外部故障”与“内部故障”，以实现继电保护的功能。
因此，通过检测各种状态下被保护元件所反映的各种物理量的变化并予以鉴别。
依据反映的物理量的不同，保护装置可以构成下述各种原理的保护：
（1）反映电气量的保护
电力系统发生故障时，通常伴有电流增大、电压降低以及电流与电压的比值（阻抗）和它们之间的相位角改变等现象。
因此，在被保护元件的一端装没的种种变换器可以检测、比较并鉴别出发生故障时这些基本参数与正常运行时的差别．就可以构成各种不同原理的继电保护装置。
例如：
反映电流增大构成过电流保护；
反映电压降低（或升高）构成低电压（或过电压）保护；
反映电流与电压间的相位角变化构成方向保护；
反映电压与电流的比值的变化构成距离保护。
除此以外．还可根据在被保护元件内部和外部短路时，被保护元件两端电流相位或功率方向的差别，分别构成差动保护、高频保护等。
同理，由于序分量保护灵敏度高，也得到广泛应用。
新出现的反映故障分量、突变量以及自适应原理的保护也在应用中。
（2）反映非电气量的保护
如反应温度、压力、流量等非电气量变化的可以构成电力变压器的瓦斯保护、温度保护等。
继电保护相当于一种在线的开环的自动控制装置，根据控制过程信号性质的不同，可以分模拟型（它又分为机电型和静态型）和数字型两大类。
对于常规的模拟继电保护装置，一般包括测量部分、逻辑部分和执行部分。
测量部分从被保护对象输入有关信号，再与给定的整定值比较，以判断是否发生故障或不正常运行状态；逻辑部分依据测量部分输出量的性质、出现的顺序或其组合，进行逻辑判断，以确定保护是否应该动作；执行部分依据前面环节判断得出的结果子以执行：
跳闸或发信号。
3变电所继电保护和自动装置规划
3.1系统分析及继电保护要求：
本设计110/35KV系统为双电源35KV单母线分段接线，110KV侧单母线分段接线，所接负荷多为化工型，属一二类负荷居多。
为保证安全供电和电能质量，继电保护应满足四项基本要求，即选择性、速动性、灵敏性和可靠性。
3.2本系统故障分析：
本设计中的电力系统具有非直接接地的架空线路及中性点不接地的电力变压器等主要设备。
就线路来讲，其主要故障为单相接地、两相接地和三相接地。
电力变压器的故障，分为外部故障和内部故障两类。
·变压器的外部故障常见的是高低压套管及引线故障，它可能引起变压器出线端的相间短路或引出线碰接外壳。
·变压器的内部故障有相间短路、绕组的匝间短路和绝缘损坏。
变压器的不正常运行过负荷、由于外部短路引起的过电流、油温上升及不允许的油面下降。
3.3本设计继电保护装置原理概述：
3.3.1110KV线路电流速断保护
110KV线路电流速断保护是根据短路时通过保护装置的电流来选择动作电流的，以动作电流的大小来控制保护装置的保护范围；有无时限电流速断和延时电流速断，采用二相二电流继电器的不完全星形接线方式，本设计选用无时限电流速断保护。
3.3.2110KV线路过电流保护
110KV线路过电流保护是利用短路时的电流比正常运行时大的特征来鉴别线路发生了短路故障，其动作的选择性由过电流保护装置的动作具有适当的延时来保证，有定时限过电流保护和反时限过电流保护；本设计与电流速断保护装置共用两组电流互感器，采用二相二继电器的不完全星形接线方式，选用定时限过电流保护，作为电流速断保护的后备保护，来切除电流速断保护范围以外的故障，其保护范围为本线路全部和下段线路的一部分。
3.3.3平行双回线路横联方向差动保护
平行双回线路横联方向差动保护是通过比较两线路的电流相位和数值相同与否鉴别发生的故障;由电流起动元件、功率方向元件和出口执行元件组成，电流起动元件用以判断线路是否发生故障，功率方向元件用以判断哪回线路发生故障，双回线路运行时能保证有选择的动作。
该保护动作时间0S，由于横联保护在相继动作区内短路时，切除故障的时间将延长一倍，故加装一套三段式电流保护，作为后备保护。
3.3.4变压器瓦斯保护
变压器瓦斯保护是利用安装在变压器油箱与油枕间的瓦斯继电器来判别变压器内部故障；当变压器内部发生故障时，电弧使油及绝缘物分解产生气体。
故障轻微时，油箱内气体缓慢的产生，气体上升聚集在继电器里，使油面下降，继电器动作，接点闭合，这时让其作用于信号，称为轻瓦斯保护；故障严重时，油箱内产生大量的气体，在该气体作用下形成强烈的油流，冲击继电器，使继电器动作，接点闭合，这时作用于跳闸并发信，称为重瓦斯保护。
3.3.5变压器纵联差动保护
变压器纵联差动保护是按照循环电流的原理构成。
在变压器两侧都装设电流互感器，其二次绕组按环流原则串联，差动继电器并接在回路壁中，在正常运行和外部短路时，二次电流在臂中环流，使差动保护在正常运行和外部短路时不动作，由电流互感器流入继电器的电流应大小相等，相位相反，使得流过继电器的电流为零；在变压器内部发生相间短路时，从电流互感器流入继电器的电流大小不等，相位相同，使继电器内有电流流过。
但实际上由于变压器的励磁涌流、接线方式及电流互感器误差等因素的影响，继电器中存在不平衡电流，变压器差动保护需解决这些问题，方法有：
·靠整定值躲过不平衡电流
·采用比例制动差动保护。
·采用二次谐波制动。
·采用间歇角原理。
·采用速饱和变流器。
本设计采用较经济的BCH-1型带有速饱和变流器的继电器，以提高保护装置的励磁涌流的能力。
4短路电流计算
用标幺值计算短路电流参数，确定短路计算点，计算短路电流值。
4.1画出短路等值电路
如图4.1所示，
图4.1短路等值电路图
计算各元件电抗参数，取基准容量
，基准电压为
，
；基准电流为：
，
（1）计算电源系统基准电抗的标幺值。
，
（2）变压器各侧阻抗标幺值。
，
，
（3）线路的基准电抗标幺值。
4.2短路电流计算
由主接线分析可知，变压器的主保护为一台变压器单独运行为保护的计算方式，保护时，变压器后备保护作保护线路的远后备保护时，要校验k3、k4两点的灵敏系数，因此，除需要计算k1、k2两点最大、最小运行方式短路电流外，还需计算k3、k4两点的最小短路电流。
（1）k1点短路电流计算
（2）求k2点短路电流
（3）求k3点短路电流
（4）求k4点短路电流
4.3保护装置的配置（表4.1）
表4.1变压器保护装置的配置
序号
保护名称
选择继电器型号
1
纵差保护
BCH—1
2
110kV侧复合电压启动的过流保护
DY—4，DL—11，DY—25
3
35kV侧方向过流保护
LG—11，DL—11
4
110kV侧零序过电流保护
DL—13
5
气体保护
QJ—80
5各保护装置的整定计算
5.1纵差保护的整定计算
（1）计算变压器差动臂中电流，由表5.1计算可知，110kV侧差动臂中的电流最大，故110kV侧为计算的基本侧。
表5.1计算结果
名称
变压器各侧数据
额定电压（kV）
110
38.5
11
变压器的额定电流（A）
TA接线方式
选择TA的标准变比
差动臂中的电流（A）
2
（2）确定制动绕组的接线方式，制动绕组接入38.5kV侧，因为，该侧的外部发生故障时，穿越变压器的短路电流很大。
（3）计算差动保护的一侧动作电流。
1）按躲过110kV外部故障的最大不平衡电流整定，即
=
2）按躲过变压器励磁涌流计算，即
3）按躲过电流互感器二次回路断线，即
4）取上述各条件中最大的作为基本侧一次动作电流即
差动继电器基本侧动作电流为
确定差动绕组匝数
匝
取整定匝数
匝，则继电器动作电流为
A，保护装置实际动作电流为
。
5）其他各侧工作绕组和平衡绕组的匝数。
38.5kV侧的平衡绕组为
匝
11kV侧的平衡绕组为
匝
取平衡绕组整定匝数
匝
去工作绕组匝数
匝
6）整定匝数与计算匝数不等引起的相对误差为
7）制动系数和制动绕组匝数计算。
由于系单侧电源，故制动系数计算为
=
制动绕组的计算匝数
匝
取整定匝数
匝
8）校验灵敏系数
k1点最小短路电流折算到110kV基本侧为
对11kV侧工作安匝
匝
匝
由继电器特性曲线查得
匝，
安匝时，动作安匝整定为
安匝，则灵敏性
满足要求。
5.2110kV侧复合电压启动过电流保护整定计算
（1）电流元件的动作电流
（2）电压元件的动作电压
，取
（3）负序电压元件的动作电压
，取
（4）校验灵敏系数
作11kV线路后备保护
满足要求。
电压元件装设在11kV侧，故仅需校验作为线路的后备保护即可
满足要求。
需要说明，若110kV侧仅采用单独过电流保护，则
，则灵敏系数
，不满足要求，这正说明采用复合电压启动过流保护可提高保护的灵敏性。
5.338.5kV侧方向过流保护
功率方向元件的动作方向，为自变压器指向35kV母线方向，方向元件的动作电流为
作线路l3后备保护灵敏系数
不合要求。
5.4110kV零序过电流保护
由主接线图可知，该变电所为终端变电所，接地保护不需要与下级配合，故零序过电流保护的动作值按躲开最大不平衡电流，即
电压元件的动作电压为
动作时限整定：
以
跳中性点不接地运行的变压器；
以
跳中性点接地运行的变压器。
5.5变压器气体保护的整定
采用QJ—80型开口杯挡板式气体继电器，轻瓦斯按气体容量整定
重瓦斯按汽油流的流速整定：
（对导油管直径
）
6课程设计心得与体会
两周的课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。
在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。
学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。
课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程．”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义．我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础．
通过这次课程设计，本人在多方面都有所提高，体现出自己单独设计能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。
附录A三段式电流保护接线图
附录B保护配置原理接线图
参考文献
[1].贺家李宋从矩．电力系统继电保护原理．第三版．北京：
中国电力出版社
[2].刘介才．工厂供电设计指导．北京：
机械工业出版社
[3].刘笙．电气工程基础．北京：
科学出版社
[4].何仰赞，温增银。
《电力系统分析》第三版。
武汉：
华中科技大学出版社
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