电力变压器保护毕业设计Word文档下载推荐.doc

电力变压器保护毕业设计Word文档下载推荐.doc

《电力变压器保护毕业设计Word文档下载推荐.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电力变压器保护毕业设计Word文档下载推荐.doc（55页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

2.3.2纵差动保护 5

2.3.3过电流保护 8

2.3.4过负荷保护 8

2.3.5温度保护 9

2.2继电保护规程中对相关保护的配置要求 9

2.4针对本设计的规程要求 10

2.4.1同时性故障的配置方案 10

2.4.2对经电流互感器接入保护的要求 10

2.4.3关于远后备保护的规定 11

2.4.4系统振荡对保护的要求 11

2.4.5其他相关规定 11

3短路电流的计算 12

3.1标幺值归算 12

3.2短路电流的计算 14

4保护的整定计算及灵敏度检验 28

4.1变压器主保护的整定计算及灵敏度检验 28

4.1.1纵连差动保护的整定计算 28

4.1.2差动保护的灵敏度校验 33

4.1.3变压器瓦斯保护的整定 36

4.2相间后备保护的整定及校验 36

4.2.1过电流保护动作电流的整定 36

4.2.2过电流保护灵敏度校验 37

4.2.3过负荷保护 39

4.2.4温度保护 40

4.3变压器各个保护动作时限配合 41

5设备的选型设计 42

5.1电流互感器的选择 42

5.2继电器的选择及参数介绍 45

5.2.1各种继电器原理 45

5.2.2所选继电器参数介绍 46

6总结 51

致谢 53

参考文献 54

附录1 55

附录2 57

附录3 59

附录4 60

引言

1.1课题背景

电力变压器是电力系统中的重要的电气设备，在发电、输电、配电环节中起着提高电压以便于远距离输送电能以及降低电压给负荷供电等关键作用。

其故障对供电可靠性和系统安全运行带来严重影响，同时大容量的电力变压器本身也是十分贵重的设备。

因此根据变压器容量和电压等级及其重要程度，装设性能良好、动作可靠地继电保护。

在研究此课题前以修完《电力系统继电保护》、《电力系统分析》、《电路》，具备了一定的理论知识，结合相关资料文献和自学知识，对大容量变压器继电保护设计做全面的分析理解，弄清其原理，再将其拆分成若干小的课题。

《电力系统分析》上对短路电流计算的知识，《电力系统继电保护》及相关知识和参考资料，对各继电保护进行整定算，得出继电保护的配置，最后在前面基础上把变压器继电保护线路的设计出来，最终达到整体掌握整个课题的目的。

利用所学的课本和资料,图书馆资料，维库数据库，万方数据库，在数据库中，可以搜索到许多相关的中英文参考文献资料，和许多知名大学发表的论文，以及指导老师的大力指导和支持，因此研究本课题已经具备了足够的条件。

1.2课题研究的目的和意义

本设计围绕煤矿变电所主变压器护整定计算展开分析和讨论，重点设计了短路电流的计算、继电保护整定、校验，以及继电保护配置等方面。

通过这次设计来巩固《电力系统继电保护》、《电力系统分析》等课程所学的理论知识，并把所学知识运用到分析和解决生产实际问题中，并且建立正确的设计思想，养成理论联系实际，独立思考的能力，为今后在工作岗位打好基础。

本设计的研究意义：

1、在这次论文的学习中，巩固自己在大学里面所学的课程的理论知识，理论联系实际，做到对课本理论知识的运用；

2、在论文设计过程中，尽可能的多学些实际的东西，独立完成论文设计，并主动争取老师的指导，养成独立思考的能力；

3、在毕业设计中养成认真细致的工作作风，克服马虎潦草不负责的弊病，为今后进入工作岗位打好基础；

4、掌握继电保护设计的内容、步骤和方法；

5、同时提高计算、制图和编写技术文件的技能。

2系统设计方案研究

2.1变电所主变压器基本情况介绍

本次设计的主要对象是位于某矿区变电所的两台主变压器，型号为S9-6300/35（选型计算见附录），电压等级为35KV，由两台变压器并列运行，35KV为高压侧，由，两条输电线路与系统环并运行。

6.3kV侧的主接线形式为单母线接线，并通过两条平行双回线路与煤矿热电厂相连接。

本次设计变电所主接线如下图2-1所示

任务要求：

根据变压器的实际运行情况，对其进行各种保护整定，并分析各种保护情况下灵敏度的校验过程，并绘制整个系统原理接线图。

2-1变电所主接线

2.2系统运行方式分析

2.2.1系统运行方式分析原则

电力系统运行方式的变化，直接影响保护的性能，所选用的保护方式，应在各种系统运行方式下都能满足选择性和灵敏性的要求，所以在设计之出，就先要系统的对变电站的运行方式分析，以便与今后的计算和定值整定工作，另外也可以有针对性的设立短路点，简化计算工作，提高设计效率。

系统的最大运行方式不一定就是保护的最大运行方式，而系统的最小运行方式也不一定是保护的最小运行方式。

对过量保护来说，通常都是根据系统最大运行方式来确定保护的整定值，以保证选择性，因为只要在最大运行方式下能保证选择性，其他运行方式下也一定能保护其选择性；

灵敏性的校验则要根据最小运行方式来进行，因为在最小运行方式下，灵敏度仍然符合要求，那在其他运行方式下，灵敏度也一定能满足要求。

根据系统最大负荷的需要，电力系统中的发电设备都投入运行以及选定的接地中性点全部接地的系统运行方式称为最大运行方式。

继电保护中，短路时通过保护的短路电流为最大运行方式。

根据系统最小负荷的需要，电力系统中的发电设备都投入相应的发电设备且系统中性点只有少部分接地的运行方式为最小运行方式。

继电保护中，通过保护的短路电流为最小运行方式。

根据系统正常负荷的需要，投入与之相适应的数量发电机，变压器和线路的运行方式称为正常运行方式。

这种运行方式在一年之内的运行时间最长。

对更复杂的系统，最大最小运行方式的判断是比较困难的，有时需要经过多次计算才能确定。

对于某特殊运行方式，运行时间很短，对保证保护的选择性或灵敏度有困难时，且在保护拒动或误动不会引起大面积停电的情况，可不予考虑。

2.2.2煤矿变电所各种电气运行方式的分析

设计题目给定的条件为：

系统35KV母线最大及最小运行方式下的系统电抗分别为=0.46，=0.57（=100MVA）.煤矿热电厂有两台发电机经升压后由两条电缆线路与煤矿变电所35KV母线相连。

虑变电所所有可能的运行方式，以确定继电保护装置整定计算和灵敏度校验时所需要的各个短路电流

运行方式1：

变电所高低压双侧单母线运行或双侧单母线分段且母联断路器闭合运行，同时煤矿热电厂两台发电机同时工作。

变电所两台变压器并列运行。

运行方式2：

变电所一台变压器单独运行。

运行方式3：

变电所高压侧单母线运行，低压侧单母分段运行且母联断路器断开运行，同时煤矿热电厂仅一台发电机工作。

运行方式4：

运行方式5：

煤矿发电厂两台发电机同时工作，并且系统以最大运行方式运行，变压器高压侧短路

运行方式6：

煤矿发电厂仅一台发电机工作，并且系统以最小运行方式运行，变压器高压侧短路

2.3变压器各种保护及其装设条件

2.3.1瓦斯保护

在变压器油箱内常见的故障有绕组匝间或层间绝缘破坏造成的短路，或高压绕组对地绝缘破坏引起的单相接地。

变压器油箱内发生的任何一个故障时，由于短路电流和短路点电弧的作用，将使变压器油及其他绝缘材料因受热而分解产生气体，因气体比较轻，它们就要从油箱里流向油枕的上部，当故障严重时，油会迅速膨胀并有大量的气体产生，此时，回游强烈的油流和气体冲向油枕的上部。

利用油箱内部的故障时的这一特点，可以构成反映气体变化的保护装置，称之为瓦斯保护.

800千伏安及以下的油浸式变压器，应装设瓦斯保护。

当壳内故障产生轻微瓦斯或油面降低时应瞬时作用于信号；

当产生大量瓦斯时，宜动作于断开变压器各电源侧的断路器，如降压变压器高压侧无断路器且未采用第50条所列的措施时，则可作用于信号。

400千伏安及以下的车间内油浸式变压器，也应装瓦斯保护。

对于变压器引出线，套管及内部的故障，应采用下列保护方式。

2.3.2纵差动保护

变压器的纵联差动保护用来反映变压器绕组、引出线及套管上的各种短路保护故障，是变压器的主保护。

纵联差动保护是按比较被保护的变压器两侧电流的大小和相位的原理实现的。

为了实现这种比较，在变压器两侧各装设一组电流互感TA1、TA2，其二次侧按环流法连接，即若变压器两端的电流互感器一次侧的正极性端子均置于靠近母线的一侧，则将它们二次侧的同极性端子相连接，再将差动继电器的线圈按环流法接入，构成纵联差动保护，见图1-3。

变压器的纵差保护与输电线的纵联差动相似，工作原理相同，但由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不同，为了保证变压器纵差保护的正常运行，必须选择好适应变压器两侧电流互感器的变比和接线方式，保证变压器在正常运行和外部短路时两侧的二次电流等。

其保护范围为两侧电流互感TA1、TA2之间的全部区域，包括变压器的高、低压绕组、套管及引出线等。

从图2-2可见，正常运行和外部短路，流过差动继电器的电流为，在理想的情况下，其值等于零。

但实际上由于电流互感器特性、变比等因素，流过继电器的电流为不平稳电流。

变压器内部故障时，流入差动继电器的电流为，即为短路点的短路电流。

当该电流大于KD的动作电流时，KD动作。

由于变压器各侧额定电压和额定电流不同，因此，为了保护其纵联差动保护正确动作，必须适当选择各侧电流互感器的变比，使得正常运行和外部短路时，差动回路内没有电流。

如图2-2中，应使（2-1）

式中——高压侧电流互感器的变比；

——低压侧电流互感器的变比。

要实现双绕组变压器的纵联差动保护，必须适当选择两侧电流互感器的变比。

因此，在变压器纵联差动保护中，要实现两侧电流的正确比较，必须先考虑变压器变比的影响。

实际上，由于电流互感器的误差、变压器的接线方式及励磁涌流等因素的影响，即使满足式（2-1）条件，差动回路中仍回流过一定的不平衡电流,越大，差动继电器的动作电流也越大，差动保护灵敏度就越低。

因此，要提高变压器纵联差动保护的灵敏度，关键问题是减小或消除不平衡电流的影响

（1）用于6300千伏安及以上并列运行的变压器；

（2）用于10000千伏安及以上单独运行的变压器；

（3）用于6300千伏安及以上的厂用工作变压器，对厂用备用变压器可装设电流速断保护代替差动保护。

如变压器的纵差保护对单相接地短路灵敏性不符合要求，可增设零序差动保护。

纵联差动保护的整定值可小于额定电流。

纵联差动保护应符合以下要求：

（1）应能躲过励磁涌流和外部短路产生的不平衡电流；

（2）应在变压器过励磁时不误动。

差动保护范围一般包括变压器套管以其引出线，但在某种情况下，如母线上进，出线回路较少的发电厂和变电所，差动保护可利用变压器套管内部的电流互感器。

2.3.3过电流保护

过电流保护一般用于容量较小的降压变压器上，其单相原理接线如图1—8所示。

保护装置的动作电流应按躲过变压器可能出现的最大负荷电流IL。

max来整定，即

op=

式中—可靠系数，一般采用1.2~1.3；

—返回系数，一般采用0.85；

—变压器的最大负荷电流。

一般用于降压变压器，保护装置的整定值应考虑事故时可能出现的过负荷。

2.3.4过负荷保护

变压器过负荷保护反映变压器对称过负荷引起的过电流。

保护用一个电流继电器接于一相电流，经延时动作于信号。

过负荷保护的安装侧，应根据保护能反映变压器各侧绕组可能过负荷情况来选择：

（1）对于双绕组升压变压器，装于发电机侧。

（2）对一侧无电源的三绕组升压变压器，装于发电机电压侧和无电源侧。

（3）对三侧有电源侧电源的三绕组升压变压器，三侧均装。

（4）对于双绕组降压变压器，装于高压侧。

（5）对两侧有电源的三绕组降压变压器，三侧均应装设。

过电流保护的动作电流。

应按躲开变压器的额定电流整定，即

式中—可靠系数，取1.05

—返回系数；

取0.85

400千伏安及以上变压器，当台数并列运行或单独运行并作为其他复合的备用电源时，应根据可能过负荷的情况下装设过负荷保护。

过负荷保护应接于一相电流上，带时限作用于信号。

在经常无值班人员的变电所，必要时，过负荷保护可动作于跳闸或断开部分负荷。

2.3.5温度保护

当变压器的冷却系统发生故障或发生外部短路和过负荷时，变压器的油温将升高。

变压器油的温度越高，油的劣化速度越快，实用年限减少。

当油温达115-120℃时，油开始劣化，而到140-150℃时劣化更明显，以致不能使用。

油温高将促使变压器绕组绝缘加速老化影响寿命。

因此《变压器运行规程》（DLT572-1995）规定：

上层油温要进行监视。

凡是容量在1000kVA及以上的油浸式变压器均要装设温度保护，监视上层油温的情况；

对于车间内变电所，凡是容量在315kVA及以上的变压器，通常都要装设温度保护；

对于少数用户变电所，凡是容量在800kVA左右的变压器，都应装设温度保护，但温度保护只动作于信号。

2.2继电保护规程中对相关保护的配置要求

（1）主保护

主保护是满足系统稳定和设备安全要求，能以最快速度有选择地切除被保护设备和线路故障的保护。

（2）后备保护

后备保护是主保护或断路器拒动时，用以切除故障的保护。

后备保护可分为远后备和近后备两种方式。

远后备是当主保护或断路器拒动时，由相邻电力设备或线路的保护实现后备。

近后备是当主保护拒动时，由该电力设备或线路的另一套保护实现后备的保护；

当断路器拒动时，由断路器失灵保护来实现的后备保护。

（3）辅助保护

辅助保护是为补充主保护和后备保护的性能或当主保护和后备保护退出运行而增设的简单保护。

（4）异常运行保护

异常运行保护是反应被保护电力设备或线路异常运行状态的保护。

2.4针对本设计的规程要求

2.4.1同时性故障的配置方案

制定保护配置方案时，对两种故障同时出现的稀有情况可仅保证切除故障。

2.4.2对经电流互感器接入保护的要求

在各类保护装置接于电流互感器二次绕组时，应考虑到既要消除保护死区，同时又要尽可能减轻电流互感器本身故障时所产生的影响。

2.4.3关于远后备保护的规定

当采用远后备方式时，在短路电流水平低且对电网不致造成影响的情况下（如变压器或电抗器后面发生短路，或电流助增作用很大的相邻线路上发生短路等），如果为了满足相邻线路保护区末端短路时的灵敏性要求，将使保护过分复杂或在技术上难以实现时，可以缩小后备保护作用的范围。

必要时，可加设近后备保护。

（主要针对110KV及以下电压等级保护）

2.4.4系统振荡对保护的要求

电力设备或线路的保护装置，除预先规定的以外，都不应因系统振荡引起误动作。

使用于220kV～500kV电网的线路保护，其振荡闭锁应满足如下要求：

（1）系统发生全相或非全相振荡，保护装置不应误动作跳闸；

（2）系统在全相或非全相振荡过程中，被保护线路如发生各种类型的不对称故障，保护装置应有选择性地动作跳闸，纵联保护仍应快速动作；

（3）系统在全相振荡过程中发生三相故障，故障线路的保护装置应可靠动作跳闸，并允许带短延时。

2.4.5其他相关规定

（1）有独立选相跳闸功能的线路保护装置发出的跳闸命令，应能直接传送至相关断路器的分相跳闸执行回路。

（2）使用于单相重合闸线路的保护装置，应具有在单相跳闸后至重合前的两相运行过程中，健全相再故障时快速动作三相跳闸的保护功能。

（3）技术上无特殊要求及无特殊情况时，保护装置中的零序电流方向元件应采用自产零序电压，不应接入电压互感器的开口三角电压。

（4）保护装置在电压互感器二次回路一相、两相或三相同时断线、失压时，应发告警信号，并闭锁可能误动作的保护。

保护装置在电流互感器二次回路不正常或断线时，应发告警信号，除母线保护外，允许跳闸。

（一般采用有条件闭锁）

（5）使用于220kV及以上电压的电力设备非电量保护应相对独立，并具有独立的跳闸出口回路。

（6）继电器和保护装置的直流工作电压，应保证在外部电源为80%～115%额定电压条件下可靠工作。

（7）对220kV～500kV断路器三相不一致，应尽量采用断路器本体的三相不一致保护，而不再另外设置三相不一致保护；

如断路器本身无三相不一致保护，则应为该断路器配置三相不一致保护。

（8）跳闸出口应能自保持，直至断路器断开。

自保持宜由断路器的操作回路来实现。

3短路电流的计算

3.1标幺值归算

选取=100MVA和=，算出等值网络中的各电抗的标幺值如下：

⑴架空线路的标幺值=*=0.36×

9×

=0.24

⑵架空线路的标幺值=*=0.36×

12×

=0.32

⑶架空线路的标幺值=*=0.37×

4×

=0.11

⑷并网电缆的标幺值=*=0.08×

0.53×

=0.0031

⑸发电机归算的标幺值=*=0.132×

*=0.704

⑹变压器,的标幺值计算=×

×

=0.0808×

=0.45

⑺主变压器的标幺值=×

=0.075×

=1.19

表2.1各元件参数计算结果列表

线线路阻抗标幺值

0.24

0.32

0.11

并网电缆的阻抗标幺值

0.0031

发电机归算的阻抗标幺值

0.704

变压器T6阻抗标幺值

0.45

变压器T7阻抗标幺值

主变压器的阻抗标幺值

1.19

3.2短路电流的计算

低压侧短路时，穿越变压器最大三相短路电流的计算

Ⅰ㈠最大运行方式下，穿越变压器的最大短路电流计算

煤矿发电厂两台发电机同时工作，并且系统以最大运行方式运行，考虑低压侧单母线分段且母联断路器闭合运行，点短路时，计算短路电流

㈠进行网络简化，如下图

=+∥=0.46+=0.63

===0.59

===0.595

㈡系统对短路点的转移阻抗为=++=0.63+0.595+=1.855

将两台发电机合并为一台等值机，它对短路点的转移电抗为

=++=0.59+0.595+=1.742

计算电抗为=1.742×

=0.653

查计算曲线数字表求取短路周期电流的标幺值

，结果记入表中

㈢计算短路点电流的有名值

⑴点短路时，归算到短路点电压级的各电源的额定电流为

==3.44KA==9.16KA

短路电流计算结果

点短路0s

G-1与G-2合并

系统S

短路点总电