繼電保護(hù)電力變壓器課程設(shè)計(jì)--電力變壓器保護(hù)設(shè)計(jì)

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

2、課程,主要包括課堂講學(xué)、課程設(shè)計(jì)等幾個(gè)主要部分。在完成了理論的學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步加深對理論知識(shí)的理解，本專業(yè)特安排了本次課程設(shè)計(jì)。電能是現(xiàn)代社會(huì)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(jí)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(shí),保護(hù)線路的各種繼電裝置應(yīng)該

3、有比較可靠的、及時(shí)的保護(hù)動(dòng)作,從而切斷故障點(diǎn)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(hù)就是為達(dá)到這個(gè)目的而設(shè)置的。本次設(shè)計(jì)的任務(wù)主要包括了六大部分，分別為運(yùn)行方式的選擇、電網(wǎng)各個(gè)元件參數(shù)及負(fù)荷電流計(jì)算、短路電流計(jì)算、繼電保護(hù)距離保護(hù)的整定計(jì)算和校驗(yàn)、繼電保護(hù)零序電流保護(hù)的整定計(jì)算和校驗(yàn)、對所選擇的保護(hù)裝置進(jìn)行綜合評價(jià)。其中短路電流的計(jì)算和電氣設(shè)備的選擇是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。通過此次線路保護(hù)的設(shè)計(jì)可以鞏固我們本學(xué)期所學(xué)的《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)

4、》這一課程的理論知識(shí)，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(yùn)行狀態(tài)及保護(hù)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(yùn)行狀態(tài)1</p><p>　　1.3 主要的變壓器保護(hù)2</p><p>　　2 變壓器差動(dòng)保護(hù)的原理2</p><p>　　2.1 變壓器的縱差保護(hù)的基本原則2</p><p>　　2.2 變壓器的縱差保護(hù)的特點(diǎn)3</p><p>　　3 變壓器瓦斯保護(hù)4</p

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

7、<p>　　5.2 校驗(yàn)靈敏度計(jì)算11</p><p><b>　　參考資料13</b></p><p>　　附錄：電力變壓器保護(hù)的展開圖14</p><p>　　一、 變壓器的故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)及保護(hù)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(xiǎn)的，不但會(huì)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(shí)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(shí)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＿\(yùn)行狀態(tài)</p><p><b>　　①過負(fù)荷；</b></p><p>　　②外部短路引起的過電流和中性點(diǎn)過電壓；</p><p>　　③油箱漏油引起的油位下降；</p><p>　　④繞組過電壓或頻率降低引起的過勵(lì)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(yùn)行狀態(tài)會(huì)使繞組和鐵芯過熱。此外，對于中性點(diǎn)不接地運(yùn)行的星形接線變壓器，外部接地短路時(shí)有可能造成變壓器中性點(diǎn)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(yùn)行工況下會(huì)使變壓器過勵(lì)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(yùn)行狀態(tài)時(shí)，繼電保護(hù)應(yīng)根據(jù)其嚴(yán)重程度，發(fā)出告警信號(hào)，使運(yùn)行人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)并采取相應(yīng)的措施，以確保變壓器的安全。</p>

12、<p>　?。ㄈ┲饕淖儔浩鞅Ｗo(hù)</p><p><b>　?、偻咚贡Ｗo(hù)</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(dāng)變壓器油箱內(nèi)故障時(shí)，在故障電流和故障點(diǎn)電弧的作用下，變壓器油和其他絕緣材料會(huì)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(yán)重程度有關(guān)。利用這種氣體來實(shí)現(xiàn)保護(hù)的裝置，稱為瓦斯保護(hù)。瓦

13、斯保護(hù)能夠保護(hù)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(hù)不能反應(yīng)。 </p><p>　　②差動(dòng)保護(hù)或電流速斷保護(hù)</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(yùn)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(dú)運(yùn)行的變壓器，應(yīng)裝設(shè)縱差動(dòng)保護(hù)。電流速斷保護(hù)用于對于容量

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

15、點(diǎn)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(hù)通常都是反應(yīng)這些電氣量構(gòu)成的。 </p><p>　　二、 變壓器差動(dòng)保護(hù)的原理</p><p>　?。ㄒ唬┳儔浩鞯目v差保護(hù)的基本原則</p><p>　　變壓器縱差保護(hù)是按照循環(huán)電流原理構(gòu)成的,主要是用來反應(yīng)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(hù)。</p><p>

16、;　　對雙繞組變壓器實(shí)現(xiàn)縱差保護(hù)的原理接線如圖所示</p><p>　　雙繞組變壓器正常運(yùn)行時(shí)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(hù)的正確工作，就必須適當(dāng)?shù)倪x擇兩側(cè)電流互感器的變比，使得在正常運(yùn)行和故障時(shí)，兩個(gè)二次電流相等。</p><p>　　變壓器的縱差保護(hù)的特點(diǎn)</p><p>　

17、　由變壓器勵(lì)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(shí)流入差動(dòng)繼電器的電流為零。而實(shí)際情況是正常和區(qū)外故障時(shí)差動(dòng)繼電器也存在電流，該電流為不平衡電流。</p><p>　?、俜€(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(shí)際變比與計(jì)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(shí)際變比與標(biāo)準(zhǔn)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(lì)磁涌流</b></p><p>　　當(dāng)變

20、壓器空載投入和區(qū)外故障切除后電壓恢復(fù)時(shí)，在變壓器的受電一側(cè)會(huì)出現(xiàn)數(shù)值很大的電流，這種暫態(tài)過程中出現(xiàn)的勵(lì)磁電流稱為勵(lì)磁涌流，數(shù)值約為額定電流的6~8倍。勵(lì)磁涌流只出現(xiàn)在變壓器的一側(cè)，所以流入差動(dòng)繼電器的電流很大，如不采取措施在此時(shí)閉鎖差動(dòng)保護(hù)，差動(dòng)保護(hù)將會(huì)誤動(dòng)。勵(lì)磁涌流的大小和衰減時(shí)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>　　①空載投入電壓幅值最?。榱悖?，勵(lì)磁涌流

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

22、t;<b>　?、蹌?lì)磁涌流的特點(diǎn)。</b></p><p>　　a.包含大量的非周期分量，約占基波60%，勵(lì)磁涌流偏向時(shí)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(dá)800以上。</p><p>　?、芊乐箘?lì)磁涌流的影

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

24、t;p>　　（一）瓦斯保護(hù)的原理</p><p>　　變壓器差動(dòng)保護(hù)接線較復(fù)雜，可靠性相對較低，在內(nèi)部輕微故障時(shí)的靈敏度較低，快速性較差，因此采用瓦斯保護(hù)對變壓器油箱內(nèi)部故障構(gòu)成雙重主保護(hù)。</p><p>　　當(dāng)變壓器發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)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(dāng)油面降低到一定程度時(shí)，上浮筒下沉使水銀接點(diǎn)接通，發(fā)輕瓦斯動(dòng)作信號(hào)。如果是嚴(yán)重的故障時(shí)，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(dòng)磁鐵向干簧觸點(diǎn)方向移動(dòng)使水銀接點(diǎn)閉合接通跳閘回路。</p><p>　　瓦斯保護(hù)和差動(dòng)保護(hù)均為變壓器主保護(hù)，在較大容量變壓器上應(yīng)該同時(shí)采用。瓦斯保護(hù)接線簡單，靈敏度高，它能夠快速反應(yīng)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(hù)不能夠單獨(dú)作為變壓器的主保護(hù)。</p><p><b>　　四、變壓器

26、后備保護(hù)</b></p><p><b>　?。ㄒ唬╇娏魉贁啾Ｗo(hù)</b></p><p>　　變壓器電流速斷保護(hù)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(hù)動(dòng)作于跳開變壓器各側(cè)斷路器。</p><p>　?、侔炊氵^保護(hù)安裝處對側(cè)母線短路時(shí)，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(shí)的勵(lì)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(hù)整定值。</p><p><b>　　靈敏度校驗(yàn)：</b></p><p>　　式中，是

28、最小方式下保護(hù)安裝處對側(cè)母線兩相短路時(shí)流過安裝處的短路電流，要求靈敏系數(shù)大于2。</p><p><b>　　（二） 過流保護(hù)</b></p><p>　　按躲過變壓器最大負(fù)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(fù)荷電流：&l

29、t;/p><p>　?、賹Χ嗯_(tái)并列運(yùn)行的變壓器，</p><p>　　式中，是并列運(yùn)行變壓器的臺(tái)數(shù)。</p><p>　　②對降壓變壓器考慮負(fù)荷自啟動(dòng)系數(shù)，</p><p><b>　　靈敏度校驗(yàn)：</b></p><p>　?、僮鹘髠浒词街杏?jì)算靈敏系數(shù)，要求靈敏系數(shù)大于1.5~2。</p&g

30、t;<p>　　②作遠(yuǎn)后備取相鄰線路末端兩相短路時(shí)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(hù)動(dòng)作時(shí)間比相鄰線路過流保護(hù)中最大者增加。</p><p>　　五、 電力變壓器的整定計(jì)算實(shí)例與校驗(yàn)</p><p><b>　　（一）整定計(jì)算</b></p><p>　　課題：一臺(tái)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(diǎn)抗分別為0.44和0.22,10kv側(cè)最大負(fù)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(jì)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(jì)算變比選用變比</p><p><b>　　; </b>

33、</p><p>　　在實(shí)際的選取電流互感器時(shí)。選用電流互感器變比為 </p><p>　　電流互感器低壓側(cè)計(jì)算變比：</p><p><b>　??； </b></p><p>　　在實(shí)際的選取電流互感器時(shí)。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(zhǔn)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(yùn)行方式下，發(fā)生三相短路時(shí)，

35、產(chǎn)生的最大短路電流：</p><p>　　電流速斷保護(hù)的電流整定</p><p>　　按躲過系統(tǒng)最大短路電流的條件進(jìn)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(hù)的整定</b></p>

36、;<p>　?。?）按躲過最大不平衡電流進(jìn)行整定：</p><p>　　其中為縱差保護(hù)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>　?。?）按躲過變壓器的勵(lì)磁涌流進(jìn)行整定：</p><p>

37、;　?。?）按電流互感器二次回路斷線時(shí)，差動(dòng)保護(hù)不應(yīng)動(dòng)作的條件進(jìn)行整定：</p><p>　　按上述三個(gè)條件進(jìn)行整定計(jì)算的整定電流，取其中的最大值作為縱差保護(hù)動(dòng)作電流的整定值。</p><p><b>　　所以選擇</b></p><p>　　（二） 校驗(yàn)靈敏度計(jì)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(dòng)作電流：</p><p><b>　　保護(hù)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(xiàn)</b></p><p>　　【1】: 賀家李、宋從矩.《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)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(hù)實(shí)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(qiáng).《電機(jī)學(xué)》[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(xué)出版社 2002</p><p>　　【6】電力系統(tǒng)分析（下） 何仰贊 溫增銀