电力变压器保护毕业设计

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摘要

本文主要通过分析原始资料中主要设备的参数，首先，需要对电力系统继电保护原理进行全面系统的复习、查阅相关资料，加深理解；其次，结合相关参数和各种继电保护原理，确定适用于变压器的保护方案，最后，分别对变压器的进行各种保护整定和配置计算，并且根据系统一次设计图给出部分二次设计及其配置图和一般原理图。本次设计中主要采用的保护有瓦斯保护、变压器纵联差动保护、低电压起动的过电流保护、过负荷保护、温度保护。 继电保护是电力系统设计有关事故时减小停电范围、限制事故对设备损害的这样一个领域。电力系统继电保护的设计与配置是否合理，直接影响电力系统的安全运行，故选择保护方式时，满足继电保护的基本要求。选择保护方式和正确的整定计算，以保证电力系统的安全运行。

关键词 继电保护，变压器保护，灵敏度校验，短路电流计算，整定计算

Abstract

This paper mainly through the analysis of the original material of main equipment of parameters, first of all, need for transformer protection principle of comprehensive system review, refer to the relevant material, deepen understanding; Secondly, in conjunction with the relevant parameters and all kinds of relay protection principle, determine suitable for transformer protection scheme, then respectively, the transformer protection setting and configuration of calculated according to the system, and gives some secondary design drawings once its configuration diagram and general principle diagram. This design mainly adopts a transformer protection of gas protection, longitudinal league differential protection, over current protection, overload protection, temperature protection.

The Relay protection is electrical system design relevant accident reduce outage scope, limit the damage of equipment accidents such a field. Power system protection design and configuration whether reasonable, directly affecting the safe operation of the power system, so choose protection way, meet the basic requirements of the relay protection. Choose the right protection mode and setting calculation, to ensure the safe operation of the power system.

Key Words relay protection，transformer protection，sensitivity check，short-circuit current calculation，setting calculation

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目录

摘要 .................................................................................................................................................. 1 Abstract .......................................................................................................................................... 2 引言 .................................................................................................................................................. 3

1.1 课题背景 ........................................................................................................................... 3 1.2 课题研究的目的和意义 ................................................................................................... 3 2系统设计方案研究 ....................................................................................................................... 4

2.1变电所主变压器基本情况介绍 ........................................................................................ 4 2.2系统运行方式分析 ............................................................................................................ 5

2.2.1系统运行方式分析原则 ......................................................................................... 5 2.2.2煤矿变电所各种电气运行方式的分析 ................................................................. 5 2.3 变压器各种保护及其装设条件 ....................................................................................... 6

2.3.1瓦斯保护 ................................................................................................................. 6 2.3.2 纵差动保护 ............................................................................................................ 6 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 ...................................................................................... 10 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 .............................................................................................................. 13 4保护的整定计算及灵敏度检验 ................................................................................................. 24

4.1变压器主保护的整定计算及灵敏度检验...................................................................... 24

4.1.1纵连差动保护的整定计算 ................................................................................... 24 4.1.2差动保护的灵敏度校验 ....................................................................................... 28 4.1.3变压器瓦斯保护的整定 ....................................................................................... 29 4.2相间后备保护的整定及校验 .......................................................................................... 30

4.2.1过电流保护动作电流的整定 ............................................................................... 30 4.2.2过电流保护灵敏度校验 ....................................................................................... 30 4.2.3过负荷保护 ................................................................................................................... 32 4.2.4温度保护 ....................................................................................................................... 33 4.3变压器各个保护动作时限配合 ...................................................................................... 33 5设备的选型设计 ......................................................................................................................... 34

5.1电流互感器的选择 .......................................................................................................... 34 5.2继电器的选择及参数介绍 .............................................................................................. 36

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5.2.1各种继电器原理 ................................................................................................... 36 5.2.2 所选继电器参数介绍 .......................................................................................... 37

6总结 ............................................................................................................................................. 41 致谢 ................................................................................................................................................ 42 参考文献 ........................................................................................................................................ 43 附录1 ............................................................................................................................................. 44 附录2 ............................................................................................................................................. 46 附录3 ............................................................................................................................................. 48 附录4 ............................................................................................................................................. 48

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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；

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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2#，3两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

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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Xmax=0.46，Xmin=0.57（Sj=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：变电所高低压双侧单母线运行或双侧单母线分段且母联断路

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器闭合运行，同时煤矿热电厂两台发电机同时工作。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。变电所两台变压器并列运行。 运行方式4：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。变电所一台变压器单独运行。

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

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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

Ir?I12?I22，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Ir?I12?I22，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I12?I22?I1I?2 （2-1） nTA1nTA2式中nTA1——高压侧电流互感器的变比； nTA2——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，

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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Iunb , Iunb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

KrelIop=I

KreLmax式中 Krel—可靠系数，一般采用1.2~1.3； Kre—返回系数，一般采用0.85； ILmax—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。

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（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 Iop?KrelIN.B Kre式中Krel—可靠系数，取1.05

Kre—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

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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）

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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。

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3短路电流的计算

3.1标幺值归算

选取SB=100MVA和VB=Vav，算出等值网络中的各电抗的标幺值如下： ⑴1#架空线路的标幺值X1?=XL1*

SB100=0.36×9×=0.24 2237UBSB100=0.36×12×=0.32 2237UB⑵2#架空线路的标幺值 X2?=XL2*

⑶3#架空线路的标幺值 X3*=XL3*

SB100=0.37×4×=0.11 2237UB⑷并网电缆的标幺值 XC*=XC*

SB100=0.08×0.53×=0.0031

372U2B⑸发电机归算的标幺值XG=XG**

SB100

=0.132×*=0.704

18.75SNG2uk%SBVN352⑹变压器T6,T7的标幺值计算 XT6*=××2=0.0808×

10016UavSN×

100=0.45 237⑺主变压器的标幺值 XT1*=

uk%S100×B=0.075×=1.19

6.3100SN表2.1 各元件参数计算结果列表

1#线线路阻抗标幺值 2#线线路阻抗标幺值 0.24 0.32 0.11 0.0031 0.704 0.45 0.45 3#线线路阻抗标幺值 并网电缆的阻抗标幺值 发电机归算的阻抗标幺值 变压器T6阻抗标幺值 变压器T7阻抗标幺值 12

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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 Ⅰ ㈠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，K1点短路时，计算短路电流

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0s 标幺值 1.301 有名值/KA 2.24

0.37 3.39 电流 5.63 Ⅱ 煤矿发电厂一台发电机同时工作，并且系统以最小运行方式运行，考虑低压侧单母线分段且母联断路器闭合，K1点短路时，计算短路电流 ㈠进行网络简化，如下图

(0.24?0.11)?0.32=0.63 X6=Xmax+X1?∥X2?=0.46+

（0.24?0.11）?0.32X7=XC*+XT7*+XG=0.0031+0.45+0.704=1.18 XT=

XT1*1.19==0.595 22㈡系统E1对短路点的转移阻抗为

Xf1=X6+XT+

X6?XT0.74?0.595=0.74+0.595+=1.705

1.18X7发电机G-2对短路点转移阻抗为

Xf2=X7+XT+

X7?XT1.18?0.595=1.18+0.595+ =2.72

0.74X619

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计算电抗为Xjs=2.72×

18.75=0.51 100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

⑴K1点短路时，归算到短路点电压级的各电源的额定电流为

IN2=

18.753?6.3=1.72KA IN1=

1003?6.3=9.16KA

短路电流计算结果

K1点短 G-2 系统S 短路点总电流 路0s 标幺值 2.111 0.59 5.37 9.0 有名值3.63 /KA 穿过每台变压器的最小三相短路电流为Imin(3)=

I总=4.5KA 2变压器高压侧短路时，流过最大三相短路电流计算

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，变压器高压侧短路

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（一）进行网络化简，如下图

(0.24?0.11)?0.32=0.63 X6=Xmax+X1?∥X2?=0.46+

（0.24?0.11）?0.32X7=

XC??XT6*?XG*0.0031?0.45?0.704==0.59

22㈡系统E1对短路点的转移阻抗为

Xf1=X6=0.63

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

Xf2=X7=0.59 计算电抗为Xjs=0.59×

2?18.75=0.221查计算曲线数字表求取短路周期电流10021

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的标幺值，结果记入表中 ㈢计算短路点电流的有名值

⑴K1点短路时，归算到短路点电压级的各电源的额定电流为

IN2=

2?18.753?37=0.585KA IN1=

1003?37=1.56KA

短路电流计算结果 G-1与G-2系统S 短路点总合并 电流 0s 标幺值 4.938 1.587 有名值/KA 2.889 2.476 5.365 变压器高压侧短路时，流过最小三相短路电流计算

K1点短路 Ⅱ 煤矿发电厂仅有一台发电机工作，同时系统以最小运行方式运行，K1点短路时，计算短路电流。

㈠进行网络简化，如下图

22

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(0.24?0.11)?0.32=0.74 X6=Xmin+X1?∥X2?=0.57+

（0.24?0.11）?0.32X7=XC*+XT7*+XG=0.0031+0.45+0.704=1.18 ㈡系统E1对短路点的转移阻抗为

Xf1=X6=0.74

发电机G-2对短路点转移阻抗为

Xf2=X7=1.18

18.75=0.221 100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

计算电抗为Xjs=1.18×

⑴K1点短路时，归算到短路点电压级的各电源的额定电流为

IN2=

18.753?37=0.293KV IN1=

1003?37=1.56KV

短路电流计算结果 G-2 系统S K1点短路0s 标幺值 4.938 有名值/KA 1.447 1.35 2.106 短路点总电流 3.553

变压器各点短路时电流数据表

23

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变压器各点短路时电流数据表 短K1 K2 路点 三相短路两相短路三相短路两相短路短路方式 （KA） （KA） （KA） （KA） 最大运行6.19 5.36 10.48 9.08 方式 最小运行4.5 3.897 5.63 4.88 方式 短路电流计算结果 经以上计算，比较得：

（1）穿越变压器T1或T2的最大短路电流为K2点短路时的短路电流，其有名值为6.19KA,归算到电源侧为1.05KA。

（2）穿越变压器T1或T2的最小短路电流为K1点短路时的短路电流，其有名值为4.50KA，归算到到电源侧为0.766KA。

（3）变压器高压侧内部故障时的最大三相短路电流为5.365KA，最小三相短路电流为3.553KA。

(3)35KV侧最大负荷电流为1.3

SN3?UN=127.79A，归算到低压侧为750.77A.

4保护的整定计算及灵敏度检验

4.1变压器主保护的整定计算及灵敏度检验

4.1.1纵连差动保护的整定计算 （1）变压器两侧的一次电流计算 35kV侧 IN1=

SN3?UN1SN3?UN2=

63003?37=98.3A

6.3kV侧 IN2=

=

63003?6.3=577A

式中 SN ——变压器的额定容量；

UN1——变压器的一次额定电压； UN2——变压器的二次额定电压。

（2）变压器电流互感器的计算变比

变压器Y型侧（高压侧）的电流互感器变比为：

24

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KTA=

3?IN13?98.3170.27= =

555变压器△型侧（低压侧）的电流互感器变比为：

KTB=

IN2577= 55选择电流互感器的标准变比

KTA=

300800 KTB= 55

则差动保护臂中的二次额定电流为

I1=

Kw?IN13?98.3==2.838A

60KTAKw?IN2577==3.606A 160KTBI2=

KW—为接线系数

表2.3 计算结果列表 参数 变压器两侧的计算数值 额定电压（kV） 35 6.3 一次侧额定电流（kA） 98.3 577 电流互感器接线方式 △ Y 选用电流互感器变比 差动保护臂中的二次额定电流（A） 300 5800 52.838 3.606 由于I1

（3）计算变压器差动保护的动作电流，并将其归算到基本侧。

1）确定保护装置的一次动作电流。

a.躲过变压器的励磁电流为：

Idz=KKIN1=1.3×577=750.1A

式中 Krel——可靠系数，查阅工程手册选用1.3

b.躲过外部短路最大不平衡电流

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Idz=KK*Iunb.max

KK(10%kst??U??fZa)Idmax

=1.3×(1×0.1+0.05+0.05) ×6190 =1609.4A

式中 KK——可靠系数，查阅工程手册选用1.3；

(3)Iunb?max——最大不平衡电流；

Kst——同型系数，变压器两侧电流互感器不同型，查阅工程手册选1；

?U——由变压器调压引起的误差，取0.05；

?fza——平衡线圈实际匝数与计算匝数不同引起的误差，取0.05；

(3)Idmax——外部短路流过基本侧的最大短路电流。

c.躲过电流互感器二次回路断线时变压器的最大负荷电流（用IN1代替IL?max）

Idz=Krel×Il.max =1.3×577=750.1A

式中Il.max——变压器的最大负荷电流；

Krel——可靠系数，查阅工程手册选用1.3。

综上所述，选取6.3kV侧一次动作电流为1609.4A。

（2）差动继电器基本侧（6.3kV侧）的二次动作电流为:

Idz.jb.js=

Idz?kw1609.4?1==10.0A

160KTAKw——接线系数，电流互感器为Y型接线时为1，电流互感器为△型接线时为3。

（3）确定BCH—2型差动继电器各线圈的匝数。该继电器在保持

N\K/N'K?2时，其基本动作安匝为AN0?60??4?安匝，据此计算35kV侧工作线圈的计算匝数为： Ndz=

AN0Idz.jb.js=

60?4=6.4 10.0选用实用整定匝数6匝

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为了平衡得更精确，使不平衡电流影响更小，可将基本侧平衡线圈Nb1作为动作匝数的一部分，基本侧的工作线圈匝数等于差动线圈和平衡线圈之和，选取差动线圈Nd与平衡线圈Nb1的整定匝数匝，Nd.set=5匝，Nd1.set=1匝。即

Ndz.set=Nd.set+Nd1.set=6匝

根据选取的基本侧的工作线圈整定匝数，算出继电器的实际动作电流和保护一次动作电流分别为：

I1*=

AN060==12A Nd.Set5Idz*=

KTA?I1*160?12==1920A

1Kw确定非基本侧平衡线圈的匝数，即

Ndz.fj= =

I2(Nd.set+Nd1.set)-Nd.set I13.606×(5+1)-5 2.838=2.624

选用Ndz.fj与相近的整数匝作为非基本侧平衡线圈的整定匝数Nb2?set，实际选择Ndz.set=3匝。,此时相对误差为

?fza=

Ndz.fj?Ndz2.setNdz.fj?Ndz.set=

2.624?3=-0.049<0.05

2.624?5所以计算结果有效。

按变压器内部两相短路故障时的最小短路电流校验

Ksen=

Ik.min663.56==2.39>2 277.13Idz*用母线处短路时流经短路点的短Ik.min——变压器内部故障时的最小短路电流，路电流来代替。

经校验变压器差动保护灵敏度合格

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4.1.2差动保护的灵敏度校验

。

BC相短路时，有IB=-IC,IB=-IC Y侧的三相电流关系为

'2IBICY=-2IAY=-2IBY=- 3nB?'?'?'?'?'??'??'??''??''故有IAY-IBY=0

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'IBIBY-ICY=3IBY=3

nB'IBICY-IAY=-3

nB??'?'?'?'?'对CJA：IJA=0

IAY?ICYIIB??IB?Id?对CJB：IJB=+==

n?nYn?n???'?''B??'?''?(2)(2)ICY?IAYIIB??IB?Id?对CJC: IJC=+=-=

n?nYn?n???'?'''C??'?''?同样由于三相CJ是采用或逻辑启动保护，在校验内部故障的灵敏度时，取三

4.88Id?相电流中较大者，故IJ===0.0305KA

160n??(2)ANjs=I'1rel (Nd.set+Nd1.set)=30.5×（5+1）=183 Wb.A 此时接线系数为取为1。

Ksen=

ANjsAN0=

183=3.05>2 60灵敏度满足要求

4.1.3变压器瓦斯保护的整定

轻瓦斯保护的动作值采用气体容积表示。通常气体容积的整定范围为250-300cm3。对于容量在10兆伏安以上的变压器，多采用250-300cm3 。气体容积的调整可通过改变重锤位置来实现。重瓦斯保护的动作值采用油流流速表示。一般整定范围在0.6-1.5m/s，该流速指的是导油管中油流的速度。对FJ3-80型复合继电器进行油速调整时，可先松动调节螺杆，在改变弹簧的长度即可，一般整定在1m/s左右。

本设计对象为S9—6300/35型变压器，额定容量较大，因此将轻瓦斯保护动作值的气体容积整定为300cm3，将重瓦斯保护动作值的油流流速整定为1.2m/s。

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4.2相间后备保护的整定及校验

4.2.1过电流保护动作电流的整定

（1）躲过并列运行中切出一台变压器时所产生的过负荷电流。两台变压器容量相同，则另一台变压器的最大负荷电流为：

2IL.max=I=2IN=2×98.3=196.6A

2?1NIset=

Krel1.1×196.6=254.4A IN=0.85KreKrel_可靠系数，取1.1_1.2 Kre_返回系数，取0.85 IN_每台变压器的额定电流

（2）考虑低压侧负荷电动机自启动时最大电流

Krel*KssIN1.2?1.3577=×=180.3A

370.85KreNT6.3Iset=

Krel_可靠系数，取1.1_1.2 Kre_返回系数，取0.85

Kss_自启动系数，其数值与负荷性质有关，6~10KV侧取1.5—2.5

（2）灵敏度校验

I(2)Kmin663.56==3.68>1.5 Ksen=

180.3Iset式中 I?2?K?min——变压器内部最小两相短路电流。 符合继电保护的规程要求。

其动作时限与定时限过电流相同，取0.5S。 4.2.2过电流保护灵敏度校验

当低压侧AB相发生电流互感器内部两相短路时，在故障点，流过A.B.C

IA=-IB,IC=0，三相的短路电流分别为，设△侧各相绕组中的电流分别为Ia

???????Ib

30

?电力变压器保护毕业设计

Ic，则

Ia-Ib=IA（1） Ib-Ic=IB（2） Ic-Ia=IC（3）

?????????????分别用（1）减去（2），（2）减去（3），（1）减去（3），考虑到Ia+Ib+Ic=0，

2??求出 Ib=-IA(4)

3??1??Ia=Ic=IA(5)

3????设变压器的变比为nT，则Ia=nTIA,Ib=nTIB,Ic=nTIC,代入(4)(5)式，可得IA=IC=

??Y?Y??Y??Y??Y1??IA 3nTIB?2??IA =?3nT?Y?Y?Y?Y?Y亦即在Y侧有IA=IC IB=-2IA=-2IC 低压侧IA=IB=

??3(3)3Imin=×5.63=4.88KA IC?=0 2237=5.87 6.3高压侧过电流保护拟采用二二

KT为线电压，此处为KT=

?Y接线，则

IA=IC=

YYYIAKT?35.87?32IA?=

4.88=0.480KA

IB=

KT?35.87?3=

2?4.88=0.960KA

0.48IA= =0.016KA

30KAY流过电流互感器二次侧的电流为I1rel''其中Iset=

Iset180.3

==6.01A 30KA31

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Ksen=

KjxI1relI''set3?16=2=2.31>2 6.01灵敏度满足要求

4.2.3过负荷保护

（1）过负荷保护的动作电流应按躲过变压器的额定电流来整定

150选择电流互感器的变比为KTA==30

5一次动作电流为：

Iset=

Krel1.05×98.3=121.4A IN=0.85Kre二次动作电流为：

Iset.?=

Iset124.1==4.04A 30KTA式中 Krel——可靠系数，取1.05；

Kre——返回系数，取0.85； IN——保护安装侧变压器额定电流。

过负荷保护的动作时限，应比过电流保护的最大时限增加一个阶差?t。以

防止过负荷保护在外部短路故障及短时过负荷时误发信号。

（2）过负荷保护的动作时限应大于瓦斯保护、纵差保护和过电流保护的动作时限，因此一般整定在1s左右。

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4.2.4温度保护

温度继电器的工作原理：当变压器油温升高时，受热元件发热升高使连接管中的液体膨胀，温度计中的压力增大，可动指针向指示温度升高的方向转动。当可动指针与事先定位的黄色指针接触时，发出预告信号并开启变压器冷却风扇。如经强风冷后变压器的油温降低，则可动指针逆时针转动，信号和电风扇工作停止；反之，如变压器油温继续升高，可动指针顺时针转动到与红色定位指针接触，这是未避免事故发生而接通短路器跳闸线圈回路，使短路器跳闸，切除变压器，并发出声响灯光信号。

由于所选用的变压器为油浸式变压器，油浸式变压器的测温是用电触点式的压力温度计，利用温度计的两个定位指针可以对给定温度的上.下限进行两位式调节。550C为上线位置，此时开启变压器冷却风扇：450C为下线位置，此时关闭变压器冷却风扇。

4.3变压器各个保护动作时限配合

变压器各个保护的动作时限不同。主保护(瓦斯保护和纵联差动保护)的动作时限很短,约0.06s左右。后备保护（过电流保护、过负荷保护、温度保护等）较主保护动作时间逐渐延迟。

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表 保护定值清单 项目 瓦斯保护 动作值 动作时限 0.06s 0.06s 0.5s 1s 变压器 气体容积整定为300cm3；油流流速整定为1.2m/s 一次动作电二次动作电纵差保护 流为流为10.0A 1609.4A 过电流保动作电流 护 5.56A 过负荷保一次动作电二次动作电护 流为121.4A 流为4.05A 5设备的选型设计

5.1电流互感器的选择

电流互感器的选型原则

(1)35KV及以上配电装置宜采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器，而

且当一次电流较小时，宜采一次绕组多匝式，以提高准确度，并且220KV以下的强电系统均采用5A.

（2）一次回路额定电压和电流的选择，一次回路额定电压UN和电流IN应该满足UN≥USN

IN≥Imax

Imax_最大负荷电流 USN_被测量回路电压

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对于测量精度比较高的大容量发电机和变压器，系统干线，发电企业上网电量，宜采用0.2级。装于重要回路中的互感器，准确级因为0.2—0.5级。 （3）二次容量或二次负载的校验

为了保证互感器的准确级，互感器二次侧所接实际负载Z2l或所消耗的实际容量荷S2应不大于该准确级所规定的额定负载ZN2或额定容量SN2（ZN2及SN2均可从产品样本查到），即 SN2≥S2= IN22 Z2l （4）热稳定和动稳定校验

①电流互感器的热稳定校验只对本身带有一次回路导体的电流互感器进行。电流互感器热稳定能力常以1S允许通过的一次额定电流IN1的倍数Kh来表示，故热稳定应按下式校验

(KI2≥I2tdzhN1)

∞

(7-17)

式中Kh，IN1 — 由生产厂给出的电流互感器的热稳定倍数及一次侧额定电流。

I∞ ，tdz —短路稳态电流值及热效应等值计算时间。

② 电流互感器内部动稳定能力，常以允许通过的一次额定电流最大值的倍数Kmo一动稳定电流倍数表示，故内部动稳定可用下式校验

2KmoIN1≥ish (7-18)

式中Kmo ，IN1 —由生产厂给出的电流互感器的动稳定倍数及一次侧额定电流。

ish—故障时可能通过电流互感器的最大三相短路电流冲击值 差动保护电流互感器的选择 一次回路电压：UN≥USN=37

（2）一次回路电流：IN≥Imax=1.3IN=1.3×98.3=127.79A 二次额定电流选为5A

动稳定校验：2×80=113.14KA>2.55×5.36=13.7KA 满足动稳定要求 热稳定性校验

短路电流的热效应[(kA)2.s]

Qk=Iw*tk=5.3642×4=115.1[(kA)2.s]

2(IN*Kh)2=31.5×31.5=992.25[(kA)2.s]

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(IN*Kh)2>Q

k满足热稳定性要求

综上所述，所选的电流互感器LZZB7?35(300/5)满足要求。

过电流保护电流互感器的选择 一次回路电压：UN≥USN=37

（2）一次回路电流：IN≥Imax=1.3IN=1.3×98.3=127.79A 二次额定电流选为5A

动稳定校验：2×62.5=88.4KA>2.55×5.36=13.7KA 满足动稳定要求 热稳定性校验

短路电流的热效应[(kA)2.s]

Qk=Iw*tk=5.3642×4=115.1[(kA)2.s]

2(IN*Kh)2=25×25=625[(kA)2.s] (IN*Kh)2>Q

k满足热稳定性要求

综上所述，所选的电流互感器LZZB7?35(150/5)满足要求。 电压互感器的选择

过负荷电流保护中电流互感器采用LZZB7?35(150/5)显然满足要求。

5.2继电器的选择及参数介绍

5.2.1各种继电器原理

电流继电器原理：当继电器线圈回路中有电流流过时，产生电磁力矩，它克服弹簧的反作用力矩，使舌片向磁极趋近。舌片所受的电磁力与电流平方成正比。当继电器线圈中的电流所产生的电磁力矩大于弹簧及可动系统重力和摩擦力产生的阻力矩时，继电器动作；当继电器线圈中的电流中断或减小到一定数值

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时，因弹簧反作用力矩的作用，继电器返回。用于电极变压器和输电线的过负荷和短路保护电路中作为起动元件。

时间继电器原理：当工作线圈加入动作电压后，衔铁被吸下，扇形齿曲臂被释放，扇齿手钟表弹簧拉力而转动，带动传动齿轮经棘轮是同轴的主传动齿轮带动钟表机构转动，因钟表机构钟摆和摆锤的作用使动触点以恒速转动，经一定时限与静触点接触，继电器动作。改变静触电的位置，可调整其时限。当电源断开时，衔铁被返回弹簧顶回原位，同时扇形齿曲臂亦被衔铁顶回原处，并使钟表弹簧重新拉伸，以备下次动作。作为辅助元件用于各种保护及自动装置中使被控制元件的动作得到可调的延伸。

中间继电器原理：在继电保护装置中，如果需要同时闭合和断开几个回路或要求比较大的触点容量动作与跳闸等情况时，必须使用中间继电器来实现，当线圈加上工作电压后，电磁铁产生电磁力，将衔铁吸合，带动常开触点闭合，常动常开触点闭合，常闭触点断开。当外加电压消失后，衔铁受弹簧的拉力而返回。DZ—47型中间继电器用于自动装置、继电保护装置和通讯设备中，作为信号指示和启闭电路的元件，并可频繁起动三相380V、1KW以下的电动机。

信号继电器原理：在正常情况下，继电器线圈中没有电流通过，衔铁被弹簧拉住，衔铁的边缘支持着信号牌。当线圈中通过电流时衔铁被吸向铁心，于是连接在固定轴上的信号牌因其一端失去支持落下。这时在继电器外面观察孔可以看见信号牌。在信号牌落下时它左面的支持轴同时转动90度，使固定在转轴上的可动触点同时转动，当与静触点接触时，导致触点闭合，将信号回路接通，发出信号。继电器信号牌的复归和它两个常开触点的断开，必须用手转动在外壳上的复归把手才能实现。用于直流操作的控制和保护电路中，作为动作信号指示器。

5.2.2 所选继电器参数介绍

（一）BCH-2E型差动继电器

（1）额定值（输入激励量）

交流频率为50Hz；

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交流额定电流为5A。 （2）动作值

无直流分量时，继电器的动作安匝AW0=60±4。 （3）电流整定有效范围

当继电器用于保护三绕组电力变压器时，其动作电流可在3-12A的范围内进行整定（AW0=60）。当用于保护两绕组电力变压器或交流发电机时，其动作电流可以在1.55-12A的范围内进行整定。 （4）动作特性

继电器直流助磁特性e=f(k)可以用改变短路绕组匝数的方法进行分

阶调整。

当K=0.4时，所有e值均应小于2.5； 当K=0.6时，e值应不低于下表的规定 短路绕组 e A-A 1.6-0.13 B-B 3-0.24 C–C 5-0.4 D-D 7-0.56 （5）可靠系数

五倍动作电流时的可靠系数不小于1.35； 二倍动作电流时的可靠系数不小于1.2。

（6）动作时间

三倍动作电流时，继电器的动作时间不大于35ms。 （7）功率消耗

工作绕组和一个平衡绕组全部串联接入，当在保护区内发生故障，且电流等于5A时，继电器的单相功率消耗不超过16VA。 （8）触电断开容量

220V/1A/50W （9）介质强度

2kV/50Hz/1min

（10）绝缘电阻不小于300MΩ（在交变湿热条件下不小于4 MΩ）。 （11）重量约为4kg。

（二）DL-21CE型电流继电器

DL-20CE系列电流继电器用于电机、变压器及输电线路的过负荷与短路保护线路中，作为起动元件。

（1）DL-21CE型电流继电器有一个动合触点，动作于过电流。 （2）动作值极限误差为6%。 （3）动作时间

1.1倍实测动作值时不大于0.12s； 2倍实测动作值时不大于0，04s。 （4）动作一致性不大于5%。

（5）环境温度引起的变差不大于5%。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/kjl7.html