繼電保護電力變壓器課程設(shè)計--電力變壓器保護設(shè)計

1、<p><b>　　課程設(shè)計</b></p><p>　　題 目： 電力變壓器保護設(shè)計 </p><p>　　系（部）院： 電氣工程與自動化學院 </p><p><b>　　前言</b></p><p>　　《電力系統(tǒng)繼電保護》作為電氣工程及其自動化專業(yè)的一門主要

2、課程,主要包括課堂講學、課程設(shè)計等幾個主要部分。在完成了理論的學習的基礎(chǔ)上，為了進一步加深對理論知識的理解，本專業(yè)特安排了本次課程設(shè)計。電能是現(xiàn)代社會中最重要、也是最方便的能源。而發(fā)電廠正是把其他形式的能量轉(zhuǎn)換成電能，電能經(jīng)過變壓器和不同電壓等級的輸電線路輸送并被分配給用戶，再通過各種用電設(shè)備轉(zhuǎn)換成適合用戶需要的其他形式的能量。在輸送電能的過程中,電力系統(tǒng)希望線路有比較好的可靠性,因此在電力系統(tǒng)受到外界干擾時,保護線路的各種繼電裝置應該

3、有比較可靠的、及時的保護動作,從而切斷故障點極大限度的降低電力系統(tǒng)供電范圍。電力系統(tǒng)繼電保護就是為達到這個目的而設(shè)置的。本次設(shè)計的任務(wù)主要包括了六大部分，分別為運行方式的選擇、電網(wǎng)各個元件參數(shù)及負荷電流計算、短路電流計算、繼電保護距離保護的整定計算和校驗、繼電保護零序電流保護的整定計算和校驗、對所選擇的保護裝置進行綜合評價。其中短路電流的計算和電氣設(shè)備的選擇是本設(shè)計的重點。通過此次線路保護的設(shè)計可以鞏固我們本學期所學的《電力系統(tǒng)繼電保護

4、》這一課程的理論知識，能提高我們提出問題、思考問題、解決問題的能</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　前 言1</b></p><p>　　1.變壓器的故障和不正常運行狀態(tài)及保護方式1</p><p>　　1.1 變壓器的故障1</p><

5、;p>　　1.2 變壓器不正常運行狀態(tài)1</p><p>　　1.3 主要的變壓器保護2</p><p>　　2 變壓器差動保護的原理2</p><p>　　2.1 變壓器的縱差保護的基本原則2</p><p>　　2.2 變壓器的縱差保護的特點3</p><p>　　3 變壓器瓦斯保護4</p

6、><p>　　3.1 瓦斯保護的原理與設(shè)計4</p><p>　　4 變壓器后備保護5</p><p>　　4.1 電流速斷保護5</p><p>　　4.2 過流保護6</p><p>　　5 電力變壓器的整定計算實例與校驗6</p><p>　　5.1 整定計算6</p>

7、<p>　　5.2 校驗靈敏度計算11</p><p><b>　　參考資料13</b></p><p>　　附錄：電力變壓器保護的展開圖14</p><p>　　一、 變壓器的故障和不正常運行狀態(tài)及保護方式</p><p><b>　?。ㄒ唬┳儔浩鞯墓收?lt;/b></p&g

8、t;<p>　　分為油箱內(nèi)故障和油箱外故障。</p><p><b>　　油箱內(nèi)故障主要有：</b></p><p><b>　?、倮@組相間短路；</b></p><p><b>　?、诶@組匝間短路；</b></p><p>　?、壑苯咏拥叵到y(tǒng)側(cè)繞組接地短路。&l

9、t;/p><p>　　油箱內(nèi)故障是很危險的，不但會燒壞繞組、絕緣和鐵芯，而且可能在油箱內(nèi)產(chǎn)生大量氣體引起爆炸。</p><p>　　油箱外故障主要是絕緣套管引出線相間短路或單相接地短路。</p><p>　　實踐表明，變壓器套管和引出線上的相間短路、接地短路、繞組的匝間短路時比較常見的故障形式；而變壓器油箱內(nèi)發(fā)生相間短路的情況比較少。</p><p&

10、gt;　?。ǘ┳儔浩鞑徽＿\行狀態(tài)</p><p><b>　?、龠^負荷；</b></p><p>　?、谕獠慷搪芬鸬倪^電流和中性點過電壓；</p><p>　　③油箱漏油引起的油位下降；</p><p>　?、芾@組過電壓或頻率降低引起的過勵磁；</p><p>　?、葑儔浩饔蜏剡^高和冷卻系統(tǒng)

11、故障。</p><p>　　上述這些不正常運行狀態(tài)會使繞組和鐵芯過熱。此外，對于中性點不接地運行的星形接線變壓器，外部接地短路時有可能造成變壓器中性點過電壓，威脅變壓器的絕緣；大容量變壓器在過電壓或低頻率等異常運行工況下會使變壓器過勵磁，引起鐵芯和其他金屬構(gòu)件的過熱。變壓器處于不正常運行狀態(tài)時，繼電保護應根據(jù)其嚴重程度，發(fā)出告警信號，使運行人員及時發(fā)現(xiàn)并采取相應的措施，以確保變壓器的安全。</p>

12、<p>　?。ㄈ┲饕淖儔浩鞅Ｗo</p><p><b>　?、偻咚贡Ｗo</b></p><p>　　電力變壓器通常是利用變壓器油作為絕緣和冷卻介質(zhì)。當變壓器油箱內(nèi)故障時，在故障電流和故障點電弧的作用下，變壓器油和其他絕緣材料會因受熱而分解，產(chǎn)生大量氣體。氣體排出的多少以及排出速度，與變壓器故障的嚴重程度有關(guān)。利用這種氣體來實現(xiàn)保護的裝置，稱為瓦斯保護。瓦

13、斯保護能夠保護變壓器油箱內(nèi)的各種輕微故障（例如繞組輕微的匝間短路、鐵芯燒損等），但像變壓器絕緣子閃絡(luò)等油箱外面的故障，瓦斯保護不能反應。 </p><p>　　②差動保護或電流速斷保護</p><p>　　對容量為6300kVA及以上的變壓器，以及發(fā)電廠廠用變壓器和并列運行的變壓器，10 000kVA及以上的發(fā)電廠廠用備用變壓器和單獨運行的變壓器，應裝設(shè)縱差動保護。電流速斷保護用于對于容量

14、為10 000kVA及以下的變壓器，速斷保護。對2000kVA以上的變壓器，當電流速斷保護的靈敏性不能滿足要求時，也應裝設(shè)縱差動保護。</p><p>　　③外部相間短路和接地短路時的后備保護</p><p>　　變壓器的相間短路后備保護通常采用過電流保護、低電壓啟動的過電流保護、復合電壓啟動的過電流保護以及負序過電流保護等（也有采用阻抗保護作為后備保護的情況）。發(fā)生接地故障時，變壓器中性

15、點將出現(xiàn)零序電流，母線將出現(xiàn)零序電壓，變壓器的接地后備保護通常都是反應這些電氣量構(gòu)成的。 </p><p>　　二、 變壓器差動保護的原理</p><p>　?。ㄒ唬┳儔浩鞯目v差保護的基本原則</p><p>　　變壓器縱差保護是按照循環(huán)電流原理構(gòu)成的,主要是用來反應變壓器繞組、引出線及套管上的各種短路故障，是變壓器的主保護。</p><p>

16、;　　對雙繞組變壓器實現(xiàn)縱差保護的原理接線如圖所示</p><p>　　雙繞組變壓器正常運行時的電流分布</p><p>　　由于變壓器高壓側(cè)和低壓側(cè)的額定電流不同，因此，為了保證縱差保護的正確工作，就必須適當?shù)倪x擇兩側(cè)電流互感器的變比，使得在正常運行和故障時，兩個二次電流相等。</p><p>　　變壓器的縱差保護的特點</p><p>　

17、　由變壓器勵磁涌流所產(chǎn)生的不平衡電流</p><p>　　不難發(fā)現(xiàn)，理想情況下變壓器變比以及各側(cè)電流互感器的變比之間必須保持固定關(guān)系，才能夠使在正常和區(qū)外故障時流入差動繼電器的電流為零。而實際情況是正常和區(qū)外故障時差動繼電器也存在電流，該電流為不平衡電流。</p><p>　　①穩(wěn)態(tài)情況下的不平衡電流。</p><p>　　a.各側(cè)電流互感器的實際變比與計算變比可能

18、不相同。</p><p>　　b.各側(cè)電流互感器存在變比誤差和相位誤差。</p><p>　　c.變壓器調(diào)節(jié)繞組分接頭后實際變比與標準變比不同。</p><p>　?、跁簯B(tài)過程的不平衡電流。主要是非周期分量的影響。</p><p>　　綜合考慮穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)的影響總的最大不平衡電流</p><p><b>　?。?/p>

19、7.2.2）</b></p><p>　　式中，是區(qū)外最大短路電流；是電流互感器誤差，取0.1；是各側(cè)電流互感器的同型系數(shù)，取1；是非周期分量影響系數(shù)，取1.5~2，；是變壓器調(diào)壓范圍，取0.05~0.15；是電流互感器變比不完全匹配產(chǎn)生的誤差，取0.05。</p><p><b>　　2、勵磁涌流</b></p><p>　　當變

20、壓器空載投入和區(qū)外故障切除后電壓恢復時，在變壓器的受電一側(cè)會出現(xiàn)數(shù)值很大的電流，這種暫態(tài)過程中出現(xiàn)的勵磁電流稱為勵磁涌流，數(shù)值約為額定電流的6~8倍。勵磁涌流只出現(xiàn)在變壓器的一側(cè)，所以流入差動繼電器的電流很大，如不采取措施在此時閉鎖差動保護，差動保護將會誤動。勵磁涌流的大小和衰減時間與外加電壓的相位、剩磁大小和方向、回路阻抗、電源容量、變壓器容量有關(guān)。</p><p>　?、倏蛰d投入電壓幅值最?。榱悖?，勵磁涌流

21、最大。</p><p>　　令，根據(jù)，則。再根據(jù)合閘瞬間時磁通等于剩磁，可知。變壓器空載合閘時的磁通為，半個周期后（），磁通最大達，如圖7.2.2所示是此情況下的勵磁涌流。</p><p>　?、诳蛰d投入電壓幅值最大，勵磁涌流最小。</p><p>　　令，根據(jù)，則。再根據(jù)合閘瞬間時磁通等于剩磁，可知。變壓器空載合閘時的磁通為。</p><p&g

22、t;<b>　?、蹌畲庞苛鞯奶攸c。</b></p><p>　　a.包含大量的非周期分量，約占基波60%，勵磁涌流偏向時間軸的一側(cè)。</p><p>　　b.包含大量的高次諧波，且以二次諧波為主，約占基波30%~40%。</p><p>　　c.波形之間出現(xiàn)間斷角，可達800以上。</p><p>　?、芊乐箘畲庞苛鞯挠?/p>

23、響。</p><p>　　a.采用具有速飽和鐵芯的差動繼電器，消除非周期分量的影響。</p><p>　　b.采用二次諧波制動，躲開勵磁涌流。，一般取0.15。</p><p>　　c.采用波形制動，即利用波形間斷角、對稱性鑒別勵磁涌流。</p><p><b>　　三、變壓器瓦斯保護</b></p>&l

24、t;p>　?。ㄒ唬┩咚贡Ｗo的原理</p><p>　　變壓器差動保護接線較復雜，可靠性相對較低，在內(nèi)部輕微故障時的靈敏度較低，快速性較差，因此采用瓦斯保護對變壓器油箱內(nèi)部故障構(gòu)成雙重主保護。</p><p>　　當變壓器發(fā)生內(nèi)部故障時產(chǎn)生大量的氣體將聚集在瓦斯繼電器的上部，使油下降，當油面降低到一定程度時，上浮筒下沉使水銀接點接通，發(fā)輕瓦斯動作信號。如果是嚴重的故障時，油箱內(nèi)的壓力增

25、大使油流沖擊擋板，擋板克服彈簧阻力，帶動磁鐵向干簧觸點方向移動使水銀接點閉合接通跳閘回路。</p><p>　　瓦斯保護和差動保護均為變壓器主保護，在較大容量變壓器上應該同時采用。瓦斯保護接線簡單，靈敏度高，它能夠快速反應于油箱內(nèi)部故障，但對油箱外部變壓器套管和引出線上的故障靈敏性和快速性相對較差，所以瓦斯保護不能夠單獨作為變壓器的主保護。</p><p><b>　　四、變壓器

26、后備保護</b></p><p><b>　?。ㄒ唬╇娏魉贁啾Ｗo</b></p><p>　　變壓器電流速斷保護裝設(shè)在電源側(cè)，在直接接地系統(tǒng)中采用完全星型接線，在非直接接地系統(tǒng)中采用不完全星型接線，保護動作于跳開變壓器各側(cè)斷路器。</p><p>　?、侔炊氵^保護安裝處對側(cè)母線短路時，流過安裝處最大短路電流整定，</p>

27、<p>　　式中，可靠系數(shù)取1.3~1.4，</p><p>　?、诎炊氵^變壓器空載投入時的勵磁涌流整定，</p><p>　　式中，是變壓器額定電流。</p><p>　　取兩式數(shù)值較大者為保護整定值。</p><p><b>　　靈敏度校驗：</b></p><p>　　式中，是

28、最小方式下保護安裝處對側(cè)母線兩相短路時流過安裝處的短路電流，要求靈敏系數(shù)大于2。</p><p><b>　?。ǘ?過流保護</b></p><p>　　按躲過變壓器最大負荷電流整定，</p><p>　　式中，可靠系數(shù)取1.2~1.3，繼電器返回系數(shù)取0.85。</p><p>　　考慮一下情況確定最大負荷電流：&l

29、t;/p><p>　?、賹Χ嗯_并列運行的變壓器，</p><p>　　式中，是并列運行變壓器的臺數(shù)。</p><p>　?、趯祲鹤儔浩骺紤]負荷自啟動系數(shù)，</p><p><b>　　靈敏度校驗：</b></p><p>　　①作近后備按式中計算靈敏系數(shù)，要求靈敏系數(shù)大于1.5~2。</p&g

30、t;<p>　?、谧鬟h后備取相鄰線路末端兩相短路時流過安裝處的短路電流，要求靈敏系數(shù)大于1.2。</p><p>　　保護動作時間比相鄰線路過流保護中最大者增加。</p><p>　　五、 電力變壓器的整定計算實例與校驗</p><p><b>　?。ㄒ唬┱ㄓ嬎?lt;/b></p><p>　　課題：一臺雙繞

31、組降壓變壓器，容量為20MVA，電壓比為kv，Yd11接線，=10.5%，歸算到平均電壓10.5kv的系統(tǒng)最大電抗和最小點抗分別為0.44和0.22,10kv側(cè)最大負荷電流為900A。</p><p>　　參數(shù)條件：=20MAV 電壓比為110±2×2.5%／11KV</p><p>　　=10.5% =0.44Ω =0.22Ω</p>&l

32、t;p><b>　　1.電流計算</b></p><p><b>　　高壓側(cè)的額定電流：</b></p><p><b>　　低壓側(cè)的額定電流：</b></p><p>　　電流互感器高壓側(cè)計算變比選用變比</p><p><b>　　; </b>

33、</p><p>　　在實際的選取電流互感器時。選用電流互感器變比為 </p><p>　　電流互感器低壓側(cè)計算變比：</p><p><b>　??； </b></p><p>　　在實際的選取電流互感器時。選用電流互感器變比為 </p><p>　　電流互感器高壓側(cè)的二次額定電流：</

34、p><p>　　電流互感器低壓側(cè)的二次額定電流：</p><p>　　將參數(shù)全歸算到高壓側(cè)，既以高壓側(cè)為基準側(cè)。</p><p><b>　　已知： </b></p><p><b>　　變壓器的電抗值為：</b></p><p>　　系統(tǒng)最大運行方式下，發(fā)生三相短路時，

35、產(chǎn)生的最大短路電流：</p><p>　　電流速斷保護的電流整定</p><p>　　按躲過系統(tǒng)最大短路電流的條件進行整定</p><p>　　其中電流速斷的可靠系數(shù)，取為1.2</p><p>　　電流互感器的接線系數(shù)，取為1</p><p><b>　　縱差保護的整定</b></p>

36、;<p>　?。?）按躲過最大不平衡電流進行整定：</p><p>　　其中為縱差保護的可靠系數(shù)，取為1.3；</p><p>　　為兩側(cè)電流互感器電流誤差引起的不平衡電流；</p><p>　　為變壓器調(diào)分接頭引起的不平衡電流；</p><p>　　（2）按躲過變壓器的勵磁涌流進行整定：</p><p>

37、;　?。?）按電流互感器二次回路斷線時，差動保護不應動作的條件進行整定：</p><p>　　按上述三個條件進行整定計算的整定電流，取其中的最大值作為縱差保護動作電流的整定值。</p><p><b>　　所以選擇</b></p><p>　?。ǘ?校驗靈敏度計算</p><p>　　在6.6KV側(cè)兩相短路最小短路電流

38、為：</p><p>　　歸算至高壓側(cè)的短路電流為：</p><p>　　高壓側(cè)流入繼電器的電流為</p><p>　　低壓側(cè)繼電器動作電流：</p><p><b>　　保護的靈敏度為</b></p><p><b>　　>2</b></p><p

39、><b>　　滿足要求。</b></p><p><b>　　參考資料與文獻</b></p><p>　　【1】: 賀家李、宋從矩.《電力系統(tǒng)繼電保護原理》第二版[M]，水利電力出版社，1985</p><p>　　【2】：毛錦慶.《電力系統(tǒng)繼電保護實用技術(shù)問答》 第二版[M]，中國電力出版社1999</p&g

40、t;<p>　　【3】：范錫普《發(fā)電廠電氣部分》[M]，北京，中國電力出版社，1987</p><p>　　【4】:胡虔生，胡敏強.《電機學》[M]，北京，中國電力出版社，2005</p><p>　　【5】電力系統(tǒng)分析（上） 何仰贊 溫增銀 華中科技大學出版社 2002</p><p>　　【6】電力系統(tǒng)分析（下） 何仰贊 溫增銀