1、摘 要此次課程設計的主要內容是石城4*200MW發電廠主變壓器繼電保護的分析與設計。其中涉及到主變壓器的選擇、短路計算、配電裝置等的選定進行設計等等。繼電保護是電力系統的一種重要的保障措施，電網要正常運行，就要有繼電保護。保護設備是電力系統的二次設備。電流互感器和電壓互感器從母線，出線等一次設備采集信息，通過電纜，輸送到控制室。一方面實現實時檢測，一方面，這些信息提供給保護設備，如果有什么異常，保護設備判斷出故障并自動跳閘。電力系統繼電保護的設計與配置是否合理，直接影響電力系統的安全運行，故選擇保護方式時，滿足繼電保護的基本要求。選擇保護方式和正確的計算，以保證電力系統的安全運行。變壓器的主保

2、護通常采用差動保護和瓦斯保護，除了主保護外，還應裝設相間短路和接地短路的后備保護。此次課設中變壓器的主保護采用的是差動保護、瓦斯保護，后備保護則采用的是復合電壓啟動的過電流保護和接地保護。電力系統繼電保護的設計是否合理，直接影響到電力系統的安全運行，故選擇保護方式時，應滿足繼電保護的基本要求。選擇保護方式和正確的計算，以保證電力系統的安全運行。關鍵詞 繼電保護 差動保護 瓦斯保護 整定計算AbstractThis course is designed to introduce the analysis and design of power plant 200MW generator tran

3、sformer relay protection, relates to the parameter calculation, short circuit calculation, setting calculation, relay selection, sensitivity testing and so on, which do a more detailed exposition on the calculation of short circuit and transformer differential protection setting calculation.Relay pr

4、otection is an important anti accident measures, including the technology of relay protection and relay protection device. Relay protection device can reflect the electric components in the electric power system accidents or abnormal operating conditions, and the action and circuit breakers or send

5、signals to an automatic device. This design mainly according to the configuration type power transformer fault corresponding protection device, in order to achieve according to transformer capacity and the important degree of installing relay protection performance is good, reliable action of purpos

6、e.The curriculum design, including the calculation of short circuit calculation, each component reactance transformer protection configuration, differential protection setting calculation of main content. The main protection of transformer is used in differential protection and gas protection, backu

7、p protection is used in over current protection and grounding protection composite voltage start. In the process of design, use the Electric Engineering Design Handbook (a), electric power engineering design manual (two), valley water written, relay protection of power system 220kV750kV power system

8、 relay protection operation setting rules, DL/T559-2007 relay protection and security automatic equipment technical specification for GB/T14285-2006, the large generator transformer relay protection setting calculation for DL/ T 684-2012 as well as a large number of professional knowledge, such as p

9、ower system relay protection professional knowledge and professional.This design is carried on in our school during the period of a comprehensive practice is very important teaching link, also is our use of the relay protection theory and professional knowledge to practical problems are design (or o

10、n) the comprehensive training, is the test of our knowledge and application ability. Through this design can enhance our ability to apply knowledge to solve practical problems and the ability of innovation.Keywords: power relay protection setting calculation of transformer differential protection目 錄

11、1前 言- 1 -2原始資料分析- 2 -3參數歸算- 4 -4 變壓器保護配置方案- 6 -4.1 電力變壓器保護- 6 - 4.1.1 對升壓、降壓、聯絡變壓器的故障應裝設相應的保護裝置：- 6 -4.1.2 0.4MVA及以上車間內油浸式變壓器和0.8MVA及以上油浸式變壓器- 6 -變壓器的內部、套管及引出線的短路故障- 7 -縱聯差動保護應滿足下列要求：- 7 -后備保護- 7 -5 短路電流計算- 9 -5.1 短路計算步驟- 9 -5.2 短路計算過程- 9 -6 保護原理說明- 10 -6.1 縱聯差動保護- 10 -6.2 變壓器瓦斯保護- 11 -7 整定計算過程- 13

12、-7.1 確定基本側- 13 -7.2 最大短路電流- 13 -7.3 確定保護裝置一次動作電流- 13 -7.4 確定基本側工作繞組的匝數- 14 -7.5 繼電器的實際動作電流及一次動作- 14 -7.6 確定非基本側平衡繞組匝數- 15 -7.7 靈敏度校驗- 15 -結 論- 16 -致 謝- 17 -參考文獻- 18 -1前 言電力變壓器是發電廠和變電站的主要電氣設備之一，它們對電力系統的安全穩定運行至關重要。一旦發生故障遭到損壞，其檢修難度大、時間長，要造成很大的經濟損失；另外，發生故障后突然切除變壓器也會對電力系統造成或大或小的擾動。因此，對繼電保護的要求很高。在設計保護的配置方

13、案時，充分注意到最新的繼電保護和安全自動裝置技術規程中提到建議和要求等，同時，考慮到中、低壓電網中保護應用的實際情況，尤其是農用電網中保護的實際情況，而確定采用的保護配置方案。高壓電網的變壓器重要程度等因素，要求變壓器保護雙重化配置，所以采用主后備一體化的雙套變壓器保護裝置是比較好的方式。中、低壓電網中，一方面要求變壓器保護裝置的可靠工作，另一方面并不要求變壓器保護雙重化配置，針對這種情況，如果將變壓器的全部保護集中在一套保護裝置，一旦保護裝置故障將失去全部的變壓器保護功能，所以采用主后備保護分配到完全獨立的不同的保護裝置，適當的保護功能獨立分擔方式是較好的配置方式。對于農用電網的小型變壓器，

14、對保護的要求簡單、可靠、經濟，而且經濟性要求十分明顯，采用簡單的主后備保護一體化的保護裝置是較好的配置方式。變壓器的非電量保護，原則上應該與電氣量保護相互獨立，真正起到互為備用或補充。2 原始資料分析根據課程設計任務書提供資料，本電廠為大型電廠，裝有4臺200MW汽輪發電機（F1F4），采用發電機變壓器組接線。通過220kV 4回出線與電力系統連接。系統側有4臺汽輪發電機F5F8，其中容量200MW2臺，容量300MW2臺。電力系統原理接線圖如下：F1F2F3F41B2B3B4B5B 6BF5 F69B 10B8L 9L11B 12B3L 4LF7F87B8B1M3M5M4M2M6M7M8M1

15、L2L7L6L5L圖3-1 電力系統原理接線圖主要元件型號數據如下表：類別型號容量MVA低壓kV高壓kVF1-F4QFSS200223515.75F5、F6QFSS200223515.75F7、F8QFSS3002353181B-4BSSPL260000/22015.75 1B3B YN,d11；2B4B Y,d1126015.752205B、6BSSPL260000/22015.75 5B YN,d11； 6B Y,d1126015.752207B、8BSSP360000/22018 7B YN,d11； 8B Y,d11360182209B、10BSSPL90000/22066 9B YN

16、,d11；10B Y,d11906622011B、12BSSPL16000/6611 11B12B D,d121611661L、2LLGJ300 50KM3L、4LLGJ300 80KM5LLGJ300 15KM6L LGJ300 20KM7LLGJ300 15KM8L、9LLGJ300 10KM3參數歸算網絡阻抗圖如下所示：圖3.1 等值網絡阻抗圖以 SB = 100MVA UB=Uav為基準根據：發電機電抗標幺值：X*G = Xd”/100 SB/SN變壓器電抗標幺值：X*B = Ud% SB/SN線路電抗標幺值：X*L = LX SB/UB2得： XG1=0.075 XG1=XG2=XG

17、3=XG4 XG5=0.075 XG5=XG6 XG7=0.09 XG7=XG8 XT1=0.06 XT1=XT2=XT3=XT4 XT5=0.06 XT5=XT6 XT7=0.05 XT7=XT8 XT9=0.73 XT9=XT10 XT11=0.6 XT11=XT12 XL1=0.038 XL1=XL2 XL3=0.06 XL3=XL4 XL5=0.01 XL6=0.015 XL7=0.014 變壓器保護配置方案電力變壓器是電力系統中經常使用的重要電氣設備，一旦故障，將影響電力系統的穩定運行，電力系統供電可靠性降低。因此，要根據變壓器的型式、容量等條件，配置性能良好、動作可靠的保護裝置。

18、變壓器故障可分為油箱內部和油箱外部故障。油箱內部故障包括相間短路、繞組的匝間短路和單相接地短路。油箱內部故障對變壓器來說是非常危險的，高溫電弧不僅會燒毀繞組和鐵心，而且還會使變壓器油絕緣受熱分解產生大量氣體，引起變壓器油箱爆炸的嚴重后果。變壓器油箱外部故障包括引線及套管處會產生各種相間短路和接地故障。變壓器的不正常工作狀態主要是由外部短路或是過負荷引起的過電流、油面降低和過勵磁等。依照繼電保護和安裝自動裝置技術規程GB/T 14285-2006的規定，本變壓器應按照以下要求配置：4.1 電力變壓器保護4.1.1 對升壓、降壓、聯絡變壓器的下列故障及異常運行狀態，應按本條的規定裝設相應的保護裝置

19、： a.繞組及其引出線的相間短路和中性點直接接地或經小電阻接地側的接地短路； b.繞組的匝間短路； c.外部相間短路引起的過電流； d.中性點直接接地或經小電阻接地電力網中外部接地短路引起的過電流及中性點過電壓； e.過負荷； f.過勵磁； g.中性點非有效接地側的單相接地故障； h.油面降低； i.變壓器油溫、繞組溫度過高及油箱壓力過高和冷卻系統故障。 4.1.2 0.4MVA及以上車間內油浸式變壓器和0.8MVA及以上油浸式變壓器 0.4MVA及以上車間內油浸式變壓器和0.8MVA及以上油浸式變壓器，均應裝設瓦斯保護。當殼內故障產生輕微瓦斯或油面下降時，應瞬時動作于信號；當殼內故障產生大量

20、瓦斯時，應瞬時動作于斷開變壓器各側斷路器。 帶負荷調壓變壓器充油調壓開關，亦應裝設瓦斯保護。 瓦斯保護應采取措施，防止因瓦斯繼電器的引線故障、震動等引起瓦斯保護誤動作。 4.1.3 對變壓器的內部、套管及引出線的短路故障，按其容量及重要性的不同，應裝設下列保護作為主保護，并瞬時動作于斷開變壓器的各側斷路器： 電壓在10kV及以下、容量在10MVA及以下的變壓器，采用電流速斷保護。 電壓在10kV以上、容量在10MVA及以上的變壓器，采用縱差保護。對于電壓為10kV的重要變壓器，當電流速斷保護靈敏度不符合要求時也可采用縱差保護。電壓為220kV及以上的變壓器裝設數字式保護時，除非電量保護外，應采

21、用雙重化保護配置。當斷路器具有兩組跳閘線圈時，兩套保護宜分別動作于斷路器的一組跳閘線圈。 4.1.4 縱聯差動保護應滿足下列要求： a.應能躲過勵磁涌流和外部短路產生的不平衡電流； b.在變壓器過勵磁時不應誤動作； c.在電流回路斷線時應發出斷線信號，電流回路斷線允許差動保護動作跳閘； d.在正常情況下，縱聯差動保護的保護范圍應包括變壓器套管和引出線，如不能包括引出線時，應采取快速切除故障的輔助措施。在設備檢修等特殊情況下，允許差動保護短時利用變壓器套管電流互感器，此時套管和引線故障由后備保護動作切除；如電網安全穩定運行有要求時，應將縱聯差動保護切至旁路斷路器的電流互感器。 4.1.5 后備保

22、護 變壓器可裝設的后備保護主要有以下：1. 過負荷保護2. 負序電流保護3. 零序電流保護4. 單相接地選線保護 5. 過電壓保護6. 低電壓保護7. 失壓保護8. 負序電壓保護9. 風冷控制保護10. 零序電壓保護11. 低周減載保護 12. 低壓解列保護 13. 重合閘保護 14. 備自投保護15. 過熱保護16. 逆功率保護 對外部相間短路引起的變壓器過電流，變壓器應裝設相間短路后備保護。保護帶延時跳開相應的斷路器。相間短路后備保護宜選用過電流保護、復合電壓（負序電壓和線間電壓）啟動的過電流保護或復合電流保護（負序電流和單相式電壓啟動的過電流保護）。35kV66kV及以下中小容量的降壓變

23、壓器，宜采用過電流保護。保護的整定值要考慮變壓器可能出現的過負荷。 110kV500kV降壓變壓器、升壓變壓器和系統聯絡變壓器，相間短路后備保護用過電流保護不能滿足靈敏性要求時，宜采用復合電壓起動的過電流保護或復合電流保護。對降壓變壓器，升壓變壓器和系統聯絡變壓器，根據各側接線、連接的系統和電源情況的不同，應配置不同的相間短路后備保護，該保護宜考慮能反映電流互感器與斷路器之間的故障。 單側電源雙繞組變壓器和三繞組變壓器，相間短路后備保護宜裝于各側。非電源側保護帶兩段或三段時限，用第一時限斷開本側母聯或分段斷路器，縮小故障影響范圍；用第二時限斷開本側斷路器；用第三時限斷開變壓器各側斷路器。電源側

24、保護帶一段時限，斷開變壓器各側斷路器。根據本次設計要求，應配備的后備保護如下：1）復合電壓啟動的過電流保護：保護接于發電機中性點側電流互感器，和變壓器低壓側電壓互感器，延時時動作于斷開變壓器的高壓側斷路器。2）高壓側接地短路保護：由用于中性點直接接地的零序過電流保護和經放電間隙接地的零序過電流保護及零序過電壓保護構成。帶時限動作斷開變壓器各側斷路器或縮小事故影響范圍。3）過負荷保護：過負荷保護可為單相式，具有定時限或反時限的動作特性。定時限動作于信號，反時限的動作于跳閘。4）非電量保護：對變壓器油溫、繞組溫度及油箱內壓力升高超過允許值和冷卻系統故障，裝設動作于跳閘或信號，或自動開啟變壓器冷卻風

25、扇。5 短路電流計算5.1 短路計算步驟(1)選擇計算短路點。(2)畫等值網絡圖，并化簡： 首先去掉系統中的所有負荷分支、線路電容、各元件的電阻。 選取基準容量和基準電壓(一般取各級的平均電壓)。 將各元件電抗換算為同一基準的標幺電抗。 繪出等值網絡圖，并將個元件電抗統一編號。 計算各元件的電抗標么值。 求各短路點在系統最大運行方式下的各點短路電流(計算電抗)。(3)各點三相短路時的最大沖擊電流和短路容量。(4)列出短路電流計算數據表。5.2 短路計算過程將圖3.1等值網絡圖化簡得到最終的等值圖如下所示：圖5.2.1 最終網絡等效圖短路電流： 6 保護原理說明6.1 縱聯差動保護所謂輸電線的縱

26、聯保護，就是用某種通信通道將輸電線兩端的保護裝置縱向聯結起來，將各端的電氣量（電流、功率的方向等）傳送到對端，將兩端的電氣量比較，以判斷故障在本線路范圍內還是在線路范圍外，從而決定是否切斷被保護線路。因此，理論上這種縱聯保護具有絕對的選擇性。差動保護是一種依據被保護電氣設備進出線兩端電流差值的變化構成的對電氣設備的保護裝置，一般分為縱聯差動保護和橫聯差動保護。變壓器的差動保護屬縱聯差動保護，橫聯差動保護則常用于變電所母線等設備的保護。所謂變壓器的縱聯差動保護，是指由變壓器的一次和二次電流的數值和相位進行比較而構成的保護。縱聯差動保護裝置，一般用來保護變壓器線圈及引出線上發生的相間短路和大電流接

27、地系統中的單相接地短路。對于變壓器線圈的匝間短路等內部故障，通常只作后備保護。圖6.1 縱聯差動保護原理圖縱聯差動保護裝置由變壓器兩側的電流互感器和繼電器等組成，兩個電流互感器串聯形成環路，電流繼電器并接在環路上。因此，電流繼電器的電流等于兩側電流互感器二次側電流之差。在正常情況下或保護范圍外發生故障時，兩側電流互感器二次側電流大小相等，相位相同，因此流經繼電器的差電流為零，但如果在保護區內發生短路故障，流經繼電器的差電流不再為零，因此繼電器將動作，使斷路器跳閘，從而起到保護作用。變壓器縱差保護是按照循環電流原理構成的，變壓器縱差保護的原理要求變壓器在正常運行和縱差保護區（縱差保護區為電流互感

28、器TA1、TA2之間的范圍）外故障時，流入差動繼電器中的電流為零，保證縱差保護不動作。但由于變壓器高壓側和低壓側的額定電流不同，因此，為了保證縱差保護的正確工作，就須適當選擇兩側電流互感器的變比，使得正常運行和外部故障時，兩個電流相等。6.2 變壓器瓦斯保護當變壓器油箱內發生各種故障時，由于短路電流和短路點電弧的作用，變壓器油和絕緣材料受熱分解，產生大量氣體，從油箱流向油枕上部。故障愈嚴重，產生的氣體越多，流向油枕的氣流和油流速也越快，反映這種氣體實現的保護稱為氣體保護。氣體保護的主要元件是氣體繼電器，它安裝在油箱與油枕之間的連接管道上。氣體保護原理接線如圖6.1所示.氣體繼電器KOM的上觸電

29、為輕氣體觸電，動作于信號；下觸電為重氣體觸電，動作于跳閘。圖6.2 瓦斯保護原理接線圖瓦斯保護是變壓器內部故障的主要保護元件，對變壓器匝間和層間短路、鐵芯故障、套管內部故障、繞組內部斷線及絕緣劣化和油面下降等故障均能靈敏動作。當油浸式變壓器的內部發生故障時，由于電弧將使絕緣材料分解并產生大量的氣體，從油箱向油枕流動，其強烈程度隨故障的嚴重程度不同而不同，反應這種氣流與油流而動作的保護稱為瓦斯保護，也叫氣體保護。 在氣體保護繼電器內，上部是一個密封的浮筒，下部是一塊金屬檔板，兩者都裝有密封的水銀接點。浮筒和檔板可以圍繞各自的軸旋轉。在正常運行時，繼電器內充滿油，浮筒浸在油內，處于上浮位置，水銀接

30、點斷開；檔板則由于本身重量而下垂，其水銀接點也是斷開的。當變壓器內部發生輕微故障時，氣體產生的速度較緩慢，氣體上升至儲油柜途中首先積存于氣體繼電器的上部空間，使油面下降，浮筒隨之下降而使水銀接點閉合，接通延時信號，這就是所謂的“輕瓦斯”；當變壓器內部發生嚴重故障時，則產生強烈的瓦斯氣體，油箱內壓力瞬時突增，產生很大的油流向油枕方向沖擊，因油流沖擊檔板，檔板克服彈簧的阻力，帶動磁鐵向干簧觸點方向移動，使水銀觸點閉合，接通跳閘回路，使斷路器跳閘，這就是所謂的“重瓦斯”。重瓦斯動作，立即切斷與變壓器連接的所有電源，從而避免事故擴大，起到保護變壓器的作用。 氣體繼電器有浮筒式、檔板式、開口杯式等不同型

31、號。目前大多采用QJ-80型繼電器，其信號回路接上開口杯，跳閘回路接下檔板。所謂瓦斯保護信號動作，即指因各種原因造成繼電器內上開口杯的信號回路接點閉合，光字牌燈亮。瓦斯保護是變壓器的主要保護，它可以反映油箱內的一切故障。包括：油箱內的多相短路、繞組匝間短路、繞組與鐵芯或與外殼間的短路、鐵芯故障、油面下降或漏油、分接開關接觸不良或導線焊接不良等。瓦斯保護動作迅速、靈敏可靠而且結構簡單。但是它不能反映油箱外部電路（如引出線上）的故障，所以不能作為保護變壓器內部故障的唯一保護裝置。另外，瓦斯保護也易在一些外界因素（如地震）的干擾下誤動作。 變壓器有載調壓開關的瓦斯繼電器與主變的瓦斯繼電器作用相同、安

32、裝位置不同，型號不同。7 整定計算過程整定計算的內容主要是確定最小動作電流，折點制動電流以及選擇制動特性來躲過區外短路故障時的最大不平衡電流。7.1 確定基本側以電流互感器二次側電流大的一側作為基本側。變壓器一次額定電流為電流互感器變比二次額定電流：7.2 最大短路電流 計算變壓器各側短路時最大短路電流，并將其歸算到基本側。7.3 確定保護裝置一次動作電流（1） 躲過外部短路時的最大不平衡電流 （2） 躲過勵磁涌流（3） 躲過電流互感器二次回路斷線取上述3個條件中最大值作為保護動作電流的計算值。7.4確定基本側工作繞組的匝數（1） 動作電流：（2） 差動線圈的匝數：選擇于其相近且較小的抽頭匝數作為整定匝數 =1；7.5 繼電器的實際動作電流及一次動作保護的一次動作電流7.6 確定非基本側平衡繞組匝數（1） 基本側匝數： （2） 非基本側匝數：即 7.7 靈敏度校驗 要求Ksen大于等于2，故滿足要求。結 論不知不覺中，一星期的課程設計在我們忙碌的身影中結束了，在這緊張的一星期中，我查閱了大量的資料，也得到了很多相關信息，在整理這些信息的同時，也使我更加深入了解老那些零零散散的知識是如果有機結合在一起的。首先我拿到“石城4*200MW發電廠主變壓器繼電保護設計”這一課題時，一時間讓我很迷茫，之前學過的理論知識這次要用于實踐，對我來說