电力工程综合课程设计王涛

广东石油化工学院

电气工程专业综合课程设计

题 目：电力变压器继电保护综合设计

专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 电气12-4 姓 名： 李祥杰 学 号： 12034470418 指导老师： 陈金鹏 完成时间： 2016年1月16日

原始资料：

一台双绕组降压变压器，容量为30MVA，电压比为110±2×2.5%/6.6KV,Yd11接线，UK%?10.5,归算到平均电压6.6KV的系统最大阻抗和最小阻抗分别为0.4?和0.2?。3KV侧最大负荷电流为1KA。已知：110KV侧电流互感器变比为300/5,6.6KV侧电流互感器变比为3000/5。 （1）确定变压器的保护方案；

（2）根据原始资料进行保护的整定计算； （3）设计出变压器保护的展开式原理图。

Abstrcat:

在电力系统中广泛地用变压器来升高或降低电压。变压器是电力系统不可缺少的重要电气设备。它的故障将对供电可靠性和系统安全运行带来严重的影响，同时大容量的电力变压器也是十分贵重的设备，因此应根据变压器容量等级和重要程度装设性能良好、动作可靠的继电保护装置。

变压器是电力系统中较为重要的电气原件, 且作为变电所的核心设备，它具有故障小、结构可靠的特点,但是在实际的运行过程中,还是会产生一定的故障和异常情况。因此,为了减少故障对电力系统造成的影响,保护电力系统的安全运行,必须根据电力变电站的容量、电压的等级情况, 从反应各种不同故障的可靠、快速、灵敏及提高系统的安全性出发，安装可靠性较高的继电保护装置。

Keywords：变压器；继电保护

目录

1前言 ............................................................................................................................................... 1

1.1引言 .................................................................................................................................... 1 1.2变压器保护的配置原则 ..................................................................................................... 1

1.2.1电力变压器的主保护 .............................................................................................. 1 1.2.2电力变压器的后备保护 .......................................................................................... 2

2保护类型的确定 ............................................................................................................................ 3

2.1设计原始资料 ..................................................................................................................... 3

2.1.1设计题目 .................................................................................................................. 3 2.1.2设计内容及要求 ...................................................................................................... 3 2.2主保护配置 ......................................................................................................................... 3 2.3后备保护配置 ..................................................................................................................... 5 3保护的配合及整定计算 ................................................................................................................ 5

3.1主保护的整定计算 ............................................................................................................. 5

3.1.1由BCH-2型继电器组成变压器差动保护的额定值计算 ...................................... 5 3.2后备保护的整定计算 ......................................................................................................... 7

3.2.1过电流保护 .............................................................................................................. 7 3.2.2 低电压启动的过电流保护 ..................................................................................... 8 3.2.3过负荷保护 ............................................................................................................ 10

4展开式原理图 .............................................................................................................................. 10

4.1二次回路与展开图 ........................................................................................................... 10 4.2各种保护原理图 ............................................................................................................... 11

4.2.1纵联差动保护 ........................................................................................................ 11 4.2.2瓦斯保护 ................................................................................................................ 11 4.2.3低电压启动的过电流保护 .................................................................................... 12 4.3保护展开图 ....................................................................................... 错误！未定义书签。 5心得体会-------------------------------------------------------------------------------------------------------------14 6参考文献...................................................................................................................................... 15

1前言

1.1引言

在电力系统中，广泛地用变压器来升高或降低电压。变压器是电力系统不可缺少的重要电气设备。它的故障将对供电可靠性和系统安全运行带来严重的影响，同时大容量的电力变压器也是十分贵重的设备，因此应根据变压器容量等级和重要程度装设性能良好、动作可靠的继电保护装置。[1]

1.2变压器保护的配置原则

针对电力变压器的故障和不正常运行状态，根据有关技术规程的规定，电力变压器应装一下主保护和后备保护。 1.2.1电力变压器的主保护

电力变压器的主保护包括瓦斯保护、纵联差动保护及电流速断保护等。 （1）瓦斯保护。变压器的瓦斯保护是针对变压器油箱内的各种故障以及油面下降而设置的保护。其中轻瓦斯保护动作于信号，重瓦斯保护动作于跳开变压器各电源侧的断路器。

对于容量在800kVA及以上的油浸式变压器和400kVA及以上的车间内油浸式变压器，应装设瓦斯保护。

（2）纵联差动保护或电流速断保护。为防止变压器绕组、套管及引出线上的故障,根据变压器容量的不同,应装设纵联差动保护或电流速断保护。

对于容量为6300kVA及以上的变压器，以及发电厂厂用变压器和并列运行的变压器，10000kVA及以上的发电厂厂用备用变压器和单独运行的变压器，应装设纵差动保护。电流速断保护用于对于容量为10000kVA以下的变压器，当后备保护的动作时限大于0.5s时，应装设电流速断保护。对2000kVA以上的变压器，当电流速断保护的灵敏性不能满足要求时，也应装设纵差动保护。

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1.2.2电力变压器的后备保护

电力变压器的后备保护主要用来防止变压器的外部短路并作为主保护的后备保护。

（1)对于外部相间短路引起的变压器过电流,应采用下列保护:

1)过电流保护。一般用于降压变压器,保护装置整定值应考虑故障状态下可能出现的过负荷电流。

2) 复合电压启动的过电流保护。一般用于升压变压器及过电流保护灵敏性不满足要求的降压变压器上。

3)负序电流及单相式低电压启动的过电流保护。 一般用于大容量升压变压器或系统联络变压器。

4)阻抗保护。対于升压变压器或系统联络变压器,当采用上述第2)、3)的保护不能满足灵敏性和选择性要求时,可来用阻抗保护。

(2) 对于外部接地短路引起的变压器过电流应采用下列保护：

1)对于中性点直接接地系统,为防止外部接地短路引起变压器过电流,应装设零序电流保护。

2)自耦变压器和高、中压侧中性点都直按接地的三绕组变压器,当有选择性要求时, 应装设零序方向元件。

3)当电力系统中部分变压器中性点接地送行,为防止发生接地短路时,中性点接地的变压器跳开后,中性点不接地的变压器(低压侧有电源)仍带接地故障继续运行,应根据具体情况，装设专用的保护装置,例如零序过电压保护,中性点装设放电间隙及零序电流保护等。 (3)过负荷保护:

对400kVA以上的变压器,当数台并列运行,或单独运行并作为其他负荷的备用电源时,应根据可能过负荷的情况,装设过负荷保护,过负荷保护接于一相电流上,并延时作用于信号，对于无经常值班人员的变电站, 必要时过负荷保护可动作于自动减负荷或跳闸。 (4)过励磁保护:

高压侧电压为500kV及以上的变压器,为防止频率降低和电压升高而引起的变压器励磁电流升高.应装设过励磁保护,过励磁保护反应于实际工作磁密和额定工

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作磁密之比(称为过励磁倍数)而动作.在变压器允许的过励磁范围内,保护作用于信号,当过励磁超过允许值时,可动作于跳闸。 (5)其他保护:

对于变压器温度及油箱内压力升高和冷却系统的故障, 应按现行变压器标准的要求, 装设可作用于信号或动作手跳闻的保护装置。[2]

2保护类型的确定

2.1设计原始资料

2.1.1设计题目

一台双绕组降压变压器，容量为30MVA，电压比为110±2×2.5%/6.6KV,Yd11接线，UK%?10.5,归算到平均电压6.6KV的系统最大阻抗和最小阻抗分别为0.4?和0.2?。3KV侧最大负荷电流为1KA。已知：110KV侧电流互感器变比为300/5,6.6KV侧电流互感器变比为3000/5。 2.1.2设计内容及要求 1.确定压器的而保护方案；

2.根据原始资料进行保护的整定计算； 3.设计出变压器保护的展开式原理图。

2.2主保护配置

为了满足电力系统稳定方面的要求，当变压器发生故障时，要求保护装置快速切除故障。根据规程，通常变压器的瓦斯保护和纵差动保护构成双重化快速保护。

（1）瓦斯保护

电力变压器通常是利用变压器油作为绝缘和冷却介质。当变压器油箱内故障时，在故障电流和故障点电弧的作用下，变压器油和其他绝缘材料会因受热而分

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解，产生大量气体。气体排出的多少以及排出速度，与变压器故障的严重程度有关。利用这种气体来实现保护的装置，称为瓦斯保护。瓦斯保护的主要元件是气体继电器，它安装在油箱和油枕之间的连接管道上。气体继电器有两个输出触点：一个反应变压器内部的不正常情况或轻微故障，称为轻瓦斯；另一个反应变压器的严重故障，称为重瓦斯。轻瓦斯动作于信号，使运行人员跳开电压器各侧断路器。气体继电器的大致原理如下：变压器发生轻微故障时，油箱内产生的气体较少且速度慢，由于油枕处在油箱的上方，气体沿管道上升，使气体继电器内的油面下降，当下降到动作门槛时，轻瓦斯动作，发出警告信号。发生严重故障时，故障点周围的温度剧增而迅速产生大量的气体，变压器内部压力升高，迫使变压器油从油箱经过管道向油枕方向冲去，气体继电器感受到油速达到动作门槛时，重瓦斯动作，瞬时作用于跳闸回路，切除变压器，以防事故扩大。瓦斯保护原理接线图，如图2-1。

图2-1 瓦斯保护的原理接线图 （2）纵差动保护

电流纵差动保护不但能正确区分区内外故障，而且不需要与其它元件的保护配合，可以无延时的切除区内各种故障，具有明显的独特的优点。本设计中变压器的主保护主要选电流纵差动保护，差动保护是变压器内部、套管及引出线上发生短路故障时的主保护，不需与其它保护配合，可无延时的切断内部短路，动作于变压器高低压两侧断路器跳闸。为了保证动作的选择性，差动保护动作电流应躲开外部短路时的最大不平衡电流。双绕组三相变压器纵差动保护原理图如下图2-2。

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3.2.3过负荷保护

变压器过负荷在多数情况下都是 三相对称的，因此，过负荷只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绕组可能的情况来选择。 装于各侧过负荷保护，均应经过同一时间继电器动作于信号。过负荷动作电流按照式（3.16）整定。式中Krel 取1.05，Kre 取0.85保护的动作应考虑后备保护最长动作时间，一般取9 ～10s。

Iact?动作电流整定值

KIKrelre=N1.05?2624=3241.4A 0.85Iset?动作时限9 ～10s。

Iact3241.4??5.4A 600600 4展开式原理图

4.1二次回路与展开图

二次回路（secondary circuit） 定义：测量回路、继电保护回路、开关控制及信号回路、操作电源回路、断路器和 隔离开关的电气闭锁回路等全部低压回路。由二次设备互相连接，构成对一次设备进行监测、控制、调节和保护的电气回路称为二次回路。是在电气系统中由互感器 的次级绕组、测量监视仪器、继电器、自动装置等通过控制电缆联成的电路。用以控制、保护、调节、测量和监视一次回路中各参数和各元件的工作状况。 用于监视测量表计、控制操作信号、继电保护和自动装置等所组成电气连接的回路均称为二次回路或称二次接线。

展开图和原理图是同一接线的两种表达方式。\直观性好\A、将二次回路的设备展开表示，分成交流电流、交流电压回路，直流回路，信号回路。 B、将不同的设备按电路要求连接，形成各自独立的电路。 C、同一设备（电器元件）的线圈、触点，采用相同的文字符号表示，同类设备较多时，采用数字序号。

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D、展开图的右侧以文字说明回路的用途。 E、展开图中所有元器件的触点都以常态表示，即没有发生动作。

4.2各种保护原理图

4.2.1纵联差动保护

图4-1 纵联差动保护展开原理图

4.2.2瓦斯保护

图4-2 瓦斯保护展开原理图

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4.2.3低电压启动的过电流保护

图4-3 低电压启动的过电流保护展开原理图

4.3保护展开图

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5心得体会

在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。

6参考文献

[1]电力系统继电保护原理（第二版） 邵玉槐 [2]电力系统继电保护原理及应用 杨晓敏 [3]继电保护原理 刘学军

[4]孙丽华. 电力工程基础（第二版）. 北京：机械工业出版社，2013.

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/fx1f.html