毕业设计（论文）-电力变压器保护设计.doc
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本科毕业设计（论文）
电力变压器保护
学生姓名：
学生学号：
200410521033
院（系）：
电气信息工程学院
年级专业：
04电气工程与自动化
指导教师：
二〇〇六年六月
攀枝花学院本科毕业设计（论文）摘要
摘要
电力变压器是电力系统中不可缺少的重要设备，他的故障给供电可靠性和系统的正常运行带来严重的后果，同时大容量变压器也是非常贵重的元件，因此，必须根据变压器的容量和重要程度装设性能良好的、动作可靠的保护元件。
本文是笔者在阅读了大量专业资料、咨询了很多的专家和老师的前提下，按照指导老师所给的原始资料，通过系统的原理分析、精确的整定计算。
做出的一套电力变压器保护方案。
本文语言简练、逻辑严密、内容夯实。
可作为从事电气工程技术人员的参考资料。
关键词电力系统故障，变压器，继电保护，整定计算
I
攀枝花学院本科毕业设计（论文）ABSTRACT
ABSTRACT
Thetransformeristheessentialequipmentintheelectricalpowersystem．Itsbreakdownmightbringtheseriousinfluencetothepowersupplyreliabilityandthesystemsafelyoperation．Atthesametimethelargecapacitypowertransformeristheextremelypreciousequipment．Therefore．Wemustinstallthereliablerelayprotectioninstallmentaccordingtothetransformercapacityrankandtheimportantdegree．
Thearticleisabouttherelayprotectionofthetransformer.IhadconsultedmanyexpertsandteachersbeforeIfinishedthearticle．Atthesametimethemassivespecializedmaterialswasconsultedbyme．
Itisnotdiffculttounderstandthelogicalorganiztionofthearticleforreaders．Andthearticlewillbringtheusfulhelptothecomradeswhoisworkingasaelectricalengineer.
KeywordsPowerSystemFaultCondition,PowerTransformer,RelayProtection,SettingCalculation
Ⅱ
攀枝花学院本科毕业设计（论文）目录
目录
I
攀枝花学院本科毕业设计（论文）目录
摘要………………………………………………………………………………………Ⅰ
ABSTRACT………………………………………………………………………………Ⅱ
1绪论………………………………………………………………………………………………1
1.1课题背景…………………………………………………………………………………………1
1.1.1设计题目………………………………………………………………………………………1
1.1.2毕业设计原始资料……………………………………………………………………………1
1.1.3待保护变压器的在系统中的连接情况……………………………………………………1
1.1.4设计任务…………………………………………………………………………………1
1.2继电保护的综述……………………………………………………………………2
1.2.1电力系统的故障和不正常运行状态及引起的后果………………………………………2
1.2.2继电保护的任务……………………………………………………………………………2
1.2.3继电保护装置的组成………………………………………………………………………3
1.2.4继电保护的基本要求……………………………………………………………………3
1．3电力变压器故障概况…………………………………………………………………………6
1．4继电保护发展………………………………………………………………………………7
1.4.1计算机化……………………………………………………………………………………7
1．4．2网络化…………………………………………………………………………………………8
1.4.3保护、控制、测量、数据通信一体…………………………………………………………9
1．4．4智能化…………………………………………………………………………………………9
2短路电流实用计算………………………………………………………………………………11
2.1短路电流计算的规程和步骤………………………………………………………………11
2.1.1短路电流计算的一般规定…………………………………………………………………11
2.1.2计算步骤…………………………………………………………………………………12
2.2三相短路电流的计算…………………………………………………………………………12
2.2.1等值网络的绘制…………………………………………………………………………12
2.2.2化简等值网络……………………………………………………………………………12
2.2.3三相短路电流周期分量任意时刻值的计算……………………………………………13
2.2.4三相短路电流的冲击值…………………………………………………………………14
3电力变压器保护原理分析…………………………………………………………………15
3.1瓦斯保护原理…………………………………………………………………………15
3.2变压器纵差动保护………………………………………………………………………16
3.2.1构成变压器纵差动保护的基本原则……………………………………………………16
3.2.2不平衡电流产生的原因和消除方法……………………………………………………16
3.3电流速断保护原理…………………………………………………………………………20
3.3.1电流速断保护的整定计算………………………………………………………………20
3.3.2躲过励磁涌流……………………………………………………………………………21
3.3.3灵敏度的校验……………………………………………………………………………21
3.4过电流保护的原理……………………………………………………………………………21
3.4.1过电流保护…………………………………………………………………………………21
3.4.2复合电压起动的过电流保护……………………………………………………………22
3.4.3负序电流和单相式低压过电流保护……………………………………………………24
3.5零序过电流保护原理………………………………………………………………………24
3.5.1中性点直接接地变压器的零序电流保护………………………………………………25
3.5.2中性点可能接地或不接地变压器的保护………………………………………………26
3.6过负荷保护原理……………………………………………………………………………28
3.7过励磁保护原理……………………………………………………………………………29
3．8微机保护原理……………………………………………………………………………………29
3.8.1微机保护概况……………………………………………………………………………30
3.8.2变压器的微机保护配置…………………………………………………………………30
4保护配置与整定计算…………………………………………………………………31
4.1电力变压器的保护配置…………………………………………………………………31
4．2保护参数分析与方案确定………………………………………………………………………33
4.2.1保护方案……………………………………………………………………33
4.2.2保护设备配置选择……………………………………………………………………34
4.3接线配置图…………………………………………………………………………………35
4.4整定计算……………………………………………………………………………………36
4.4.1带时限的过电流保护整定计算…………………………………………………………36
II
4.4.2电流速断保护整定计算………………………………………………………………36
4.4.3单相低压侧装设低压侧接地保护………………………………………………………37
4.4.4过负荷保护………………………………………………………………………………38
4.5保护配置动作实现……………………………………………………………………………38
结论…………………………………………………………………………………………………39
参考文献……………………………………………………………………………………40
附录A：
接线配置图…………………………………………………………………………………41
致谢……………………………………………………………………………………………42
III
攀枝花学院本科毕业设计（论文）1绪论
42
1绪论
1.1课题背景
1.1.1设计题目
设计题目为车间变压器的保护设计。
1.1.2变压器的基本原始资料
10/0.4KV车间配电变压器，已知变压器为SL7-800型，高压侧IN=40A，过负荷系数为3。
其各部分短路电流为：
、、、、、。
最小运行方式下变压器低压侧母线单相接地稳态短路电流为5540A。
1.1.3待保护变压器的在系统中的连接情况
图1.1原始接线图
1.1.4设计任务
①认真查阅资料确定保护方案。
②进行整定计算选取所需要的元件和装置
③画出相应的保护接线配置图。
④画出的保护总配置图。
⑤进行校验改正、完成毕业论文。
1.2继电保护的综述
攀枝花学院本科毕业设计（论文）1绪论
1.2.1电力系统的故障和不正常运行状态及引起的后果
电力系统又发电机、变压器、母线、输配电线路及用电设备组成。
电力系统中，最常见同时也是最危险的故障是相与相或相与地之间的非正常连接，及短路。
其中以单相接地短路最为常见，而三相短路是比较少见的。
与其他电气元件比较，输出线路所处的条件决定了它是电力系统中最容易发生故障的一环。
在输电线路上，还可能发生断线及几种故障同时发生的复合故障。
短路总要伴随产生很大的短路电流，同时使系统中电压大大降低。
短路点的短路电流及短路电流的热效应和机械效应会直接损坏电气设备。
电压下降影响用户的正常工作，影响产品质量。
短路更严重的后果，是因为电压下降可能导致电力系统发电厂之间并列运行的稳定性遭受破坏，引起系统振荡，直至使整个系统瓦解。
最常见的异常运行状态是电气元件的电流超过其额定值，即过负荷状态。
长时间的过负荷使电气元件的载流部分和绝缘材料的温度过高，从而加速设备绝缘老化，或者损坏设备，甚至发展成事故。
此外，由于电流系统出现功率缺额而引起的频率降低，水轮发电机组突然甩负荷引起的过电压以及电力系统振荡，都属于异常运行状态。
故障和异常运行状态都可能发展成系统的事故。
所谓事故，是指整个系统或其中一部分的正常工作遭到破坏，以至造成对用户少送电、停止送电或电能质量降低到不能容许的地步，甚至造成设备损坏和人员伤亡。
电力系统各元件之间是通过电或磁的联系，任一元件发生故障时，都可能立即在不同程度上影响到系统的正常运行。
因此，切除故障元件的时间常常要求短到十分之几秒甚至百分只几秒。
显然，在这样段的时间内，有运行人员来发现故障元件并将它切除是不可能的。
要完成任务，必须在没一个元件上装设具有保护作用的自动装置。
1.2.2继电保护的任务
继电保护是一种重要的反事故措施，它的基本任务是：
①当电力系统的被保护元件发生故障时，继电保护装置应该能自动、迅速、有选择地将故障元件从电力系统中切除，以保证无故障部分迅速恢复正常运行，并使故障元件免于继续遭受损坏。
②当电力系统被保护元件出现异常运行状态时，继电保护应能及时反应，并根据运行维护条件，而动作于非发出信号，减负荷或跳闸。
此时一般不要求保护迅速动作，而是根据对电力系统及其元件的危害程度规定一定的延时，以免不必要的动作和由于干扰而引起的误动作。
1.2.3继电保护装置的组成
继电保护装置一般情况下，都是由三部分组成的，即测量部分、逻辑部分、和执行部分，其原理结构图如图1.2所示。
执行部分
逻辑部分
测量部分
输入信号输出信
整定值
图1.2继电保护装置的原理结构图
①测量部分
测量部分是测量从被保护对象输入的有关电气量，并与给定的整定值进行比较，根据比较结果，给出“是”、“非”；“大于”、“不大于”；等于“0”或“1”性质的一组逻辑信号，从而判断保护是否应该动作。
②逻辑部分
逻辑部分是根据测量部分各输出量的大小、性质、输出的逻辑状出现的顺序或它们的组合，使保护装置按一定的逻辑关系工作，然后确定是否应该使断路器跳闸或发出信号，并将有关命令传给执行部分。
继电保护中常用的逻辑回路有“或”、“与”、“否”、“延时起动”、以及“记忆”等回路。
③执行部分
执行部分是根据逻辑部分送的信号，最后完成保护装置所负担的任务。
如故障时，动作与跳闸，异常运行时，发出信号；正常运行时，不动作等。
1.2.4继电保护的基本要求
电力系统各电气元件之间通常用断路器相互连接，每台断路器都有相应的继电保护装置，可以向断路器发出跳闸脉冲。
继电保护装置是以各电气元件或线路作为被保护对象的，其切除故障的范围是断路器之间的区段。
对电力系统继电保护的基本性能要求是有选择性、速动性、灵敏性、可靠性。
基本要求之间，有的相辅相成，有的是互相制约，需要针对不同的使用条件，分别进行协调。
①选择性
作用于跳闸的保护装置的选择性是指保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，以保证电力系统中的无故障部分仍能继续安全运行。
如图1.3所示的网络中，
图1.3线路保护图
当线路L4上K2点发生短路时，保护6动作跳开短路器QF6将L4切除，继电保护的这种动作使有选择性的。
K2点故障，若保护5动作于将QF5断开，则变电所C和D都将停电，继电保护的这种动作是无选择性的。
同样K1点故障时，保护1和保护2动作于断开QF1和QF2，将故障线路L1切除，才是有选择性的。
如果K2点故障，而保护6或断路器QF6拒绝动作，保护5动作于断开QF5，将故障切除，这种情况虽然是越级跳闸，但却是尽量缩小了停电范围，限制了故障的发展，因而也认为是有选择性动作。
运行经验表明，架空线路发生的短路故障大多数是瞬时性的，线路上的电压消失后，短路会自行消除。
因此，在某些条件下，为了加速切除短路，允许采用无选择性的保护，但必须采取相应措施，例如采用自动重合闸或备用电源自动投入装置予以补偿。
为了保证选择性，对相邻元件有后备用的保护装置，其灵敏性与动作时间必须与相邻元件的保护相配合。
②速动性
快速地切除故障可以提高电力系统并列运行的稳定性，减少用户在电压降低情况下的工作时间，限制故障元件的损坏程度，缩小故障的影响范围以及提高自动重合闸装置和备用电源自动投入装置的动作成功率等。
因此，在发生故障时，应力求保护装置能迅速动作切除故障。
动作迅速而同时又能满足选择性要求的保护装置，一般结构都比较复杂，价格比较贵。
因此，应根据电力系统的实际情况，对保护的速动性提出合理的要求。
一般情况下，电力系统允许保护装置带一定的延时切除故障。
故障切除时间t等于保护装置的动作时间与断路器的动作时间之和。
目前世界上正式投入运行的保护，动作速度最快的为0.02S，断路器的动作时间最快为0.05S～0.06S。
因此，最快切除故障时间为0.07～0.08S。
上述对作用于跳闸的保护装置的基本要求，一般也适用于反映异常运行状态的保护装置。
只是对作用于信号的保护装置不要求快速动作，而是按照选择性要求延时发出信号。
③灵敏性
保护装置的灵敏性是指保护区内发生故障或异常运行状态的反应能力。
满足灵敏性要求的保护装置应该是在规定的保护区内短路时，不论短路点的位置、短路形式以及系统运行方式如何，都能灵敏反应。
保护装置的灵敏系数Ksen来衡量，对于反应故障时参数增大而动作的保护装置，其灵敏系数是
式（1.1）
对于反应故障时参数降低而动作的保护装置，其灵敏系数是
式（1.2）
实际上，短路大多情况是非金属性的，而且故障参数在计算时会有一定的误差，必须要求Ksen符合部颁《继电保护和安全自动装置技术规程》的规定，《继电保护和安全自动装置技术规程》对各类短路保护装置的灵敏系数最小值都作了具体要求。
④可靠性
保护装置的可靠性是指在规定的保护区内发生故障时，它不应该拒绝动作，而在正常运行或保护区外发生故障时，则不应该误动作。
可靠性主要保护装置本身的质量和运行维护水平。
不可靠的保护本身就成了事故的根源。
因此，可靠性是对继电保护装置的最基本的要求。
为保证可靠性，一般来说，宜选用尽可能简单的保护方式；应采用由可靠的元件和简单的接线构成的性能良好的保护装置，并应采取必要的检测、闭锁和双重化等措施。
此外，使保护装置便于整定、调试和运行维护，对于保证可靠性也具有重要的作用。
上述基本要求是互相联系而又互相矛盾的。
例如，对某些保护装置来说，选择性和速动性不可能同时实现，要保证选择性，必须使之具有一定的动作时间。
可以这样说，继电保护这门技术，是随着电力系统的发展，在不断解决保护装置应用中出现的基本要求是分析研究各种继电保护装置的基础。
在电力系统中，当确定继电保护装置的配置和构成方案时，还应该适当考虑经济上的合理性。
应综合考虑被保护元件与电力网的结构特点、运行特点以及事故出现的概率和可能造成的后果等因数，依此确定保护方式，而不能只从保护装置本身的投资来考虑。
因保护不完善或不可靠而给国民经济造成的损失，一般会大大超过即使是最复杂的保护装置的投资。
实践证明，继电保护装置或断路器有拒绝动作的可能性，因而需要考虑后备保护。
实际上，每一电气元件一般都有两种继电保护装置，主保护和后备保护。
必要时还另外增设辅助保护。
反应整个被保护元件上的故障并能以最短的延时有选择性地切除故障的保护称为主保护。
主保护或其断路器拒绝动作时，用来切除故障的保护称为后备保护。
后备保护和远后备保护两种：
主保护拒绝动作时，由本元件的另一套保护实现后备保护，称为近后备；当主保护或其断路器拒绝动作时，由相邻元件或线路的保护实现后备的保护，称为远后备保护。
1.3电力变压器故障概况
电力变压器是电力系统中大量使用的重要电气设备，他的故障给供电可靠性和系统的正常运行带来严重的后果，同时大容量变压器也是非常贵重的元件，因此，必须根据变压器的容量和重要程度装设性能良好的、动作可靠的保护元件。
电力变压器的故障分为内部和外部两种故障。
内部故障指变压器油箱里面发生的各种故障，主要靠瓦斯和差动保护动作切除变压器；外部故障指油箱外部绝缘套管及其引出线上发生的各种故障，一般情况下由差动保护动作切除变压器。
速动保护（瓦斯和差动）无延时动作切除故障变压器，设备是否损坏主要取决于变压器的动稳定性。
而在变压器各侧母线及其相连间隔的引出设备故障时，若故障设备未配保护（如低压侧母线保护）或保护拒动时，则只能靠变压器后备保护动作跳开相应开关使变压器脱离故障。
因后备保护带延时动作，所以变压器必然要承受一定时间段内的区外故障造成的过电流，在此时间段内变压器是否损坏主要取决于变压器的热稳定性。
因此，变压器后备保护的定值整定与变压器自身的热稳定要求之间存在着必然的联系。
变压器的不正常运行状态主要有：
变压器外部短路引起短路的过电流，负荷长时间超过额定容量引起的过负荷，风扇故障或漏油等原因引起冷却能力的下降等，这些不正常运行状态会使绕组和铁芯过热。
此外，对于中性点不接地运行的星形接线变压器，外部接地短路时有可能造成变压器中性点过电压，威胁变压器的绝缘；大容量变压器在过电压或低频率等异常运行工况下会使变压器过电励磁，引起铁芯和其他金属构件的过热。
变压器处于不正常运行状态时，继电保护应该根据其严重程度，发出告警信号，使运行人员及时发现并采取相应的措施，以确保变压器的安全。
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