1、電力系統繼電保護課程設計題目：變壓器故障和保護設計系（部）院：機電與信息工程學院專業：電氣工程及其自動化作者姓名：黃永泰指導教師：李升源完成日期：2成7年7月2日摘要4變壓器的故障類型及其保護方式51.1 變壓器繼電保護相關規定51.2 主保護配置51.3 后備保護配置6第2章設計原始資料62.1 設計題目62.2 設計任務7第3章保護的配合及整定計算73.1 主保護的整定計算73.1.1 差動保護的動作電流73.2.1 過電流保護93.2.2 低電壓啟動的過電流保護103.2.3 輔助保護11第4章二次展開原理圖的繪制114.1 保護測量電路114.2 保護跳閘電路12第5章總結與體會135

2、.1 對主保護的評價135.2 對后備保護的評價135.3 結束語13參考文獻15繼電保護課程設計任務書黃永泰2214電氣3班變壓器的故障及其保護設計一、設計題目一臺雙繞組降壓變壓器的容量為15MVA電壓比為352X2.5%/6.6kV,Y,d11接線；采用BCH-2型繼電器。求差動保護的動作電流。已知：6.6kV外部短路的最大三相短路電流為9420A;35kV側電流互感器變比為600/5,35kV側電流互感器變比為1500/5;可靠系數1二130試對變壓器進行相關保護的設計。二、設計任務對變壓器進行主保護和后備保護的設計、配置、整定計算和校驗。摘要本文研究的是變壓器的相關繼電保護設計。通過本

3、次設計掌握和鞏固電力系統繼電保護的相關專業理論知識，熟悉電力系統繼電保護的設計步驟和設計技能，根據技術規范，選擇和論證繼電保護的配置選型的正確性并培養自己在實踐工程中的應用能力、創新能力和獨立工作能力。變壓器是電力系統中重要的供電元件，它的故障將對供電可靠性和系統的正常運行帶來嚴重的影響。因此，必須根據變壓器的容量和重要程度考慮裝設性能良好，工作可靠的繼電保護裝置。關鍵詞：變壓器繼電保護變壓器的故障類型及其保護方式變壓器是電力系統中的重要供電元件，它的故障將對供電可靠性和系統的正常運行帶來嚴重的影響。因此，必須根據變壓器的容量和重要程度考慮裝設性能良好，工作可靠的繼電保護裝置。1.1 變壓器繼

4、電保護相關規定根據設計技術規范的規定，針對變壓器的各種故障、不正常工作狀態和變壓器容量，應裝設相應的保護裝置。(1)對800KVA及以上的油浸式變壓器和400KVA及以上的車間內油浸式變壓器應裝設瓦斯保護，作為變壓器內部故障的保護。輕瓦斯用來反應變壓器內部的不正常情況或輕微故障，重瓦斯用來反應變壓器的嚴重故障。輕瓦斯動作于信號，重瓦斯動作于跳開變壓器各側斷路器。(2)對于變壓器的引出線、套管和內部故障：并聯運行、容量為6300KVA及以上以及單臺運行、容量為10000KVA及以上的變壓器，應裝設縱差動保護。并聯運行、容量為6300KVA以下以及單臺運行、容量為10000KVA以下的變壓器，應裝

5、設電流速斷保護。2000KVA以上的變壓器，當電流速斷保護的靈敏度不能滿足要求時，應裝設縱差動保護。(3)對于由外部相間短路引起的變壓器過電流，應裝設過電流保護。如果靈敏度不能滿足要求，可以裝設低電壓啟動的過電流保護。(4)對于單相接地故障，應裝設零序電流保護。(5)對于400KVA及以上的變壓器，應根據其過負荷的能力，裝設過負荷保護。(6)對于過熱，應裝設溫度信號保護。1.2 主保護配置為了滿足電力系統穩定性方面的要求，當變壓器發生故障時，要求保護裝置快速切除故障。通常變壓器的瓦斯保護和縱差動保護構成雙重化快速保護。(1)瓦斯保護變電所的主變壓器和動力變壓器，都是用變壓器油作為絕緣和散熱的。

6、當變壓器內部故障時，由于短路電流和電弧的作用，故障點附近的絕緣物和變壓器油分解而產生氣體，同時由于氣體的上升和壓力的增大會引起油流的變化。利用這個特點構成的保護，叫做瓦斯保護。瓦斯保護主要由瓦斯繼電器、信號繼電器、保護出口繼電器等構成，瓦斯繼電器裝在變壓器油箱和油枕的連接管上。瓦斯繼電器的上觸點為輕瓦斯保護，由上開口杯控制，整定值為當瓦斯繼電器內上部積聚250300cM氣體時動作，動作后發信號。下觸點為重瓦斯保護，由下開口杯控制，整定值為當油流速度達到0.61.0m/s時動作，動作后一方面發信號，另一方面啟動出口繼電器，使其觸點閉合，并通過繼電器本身的電流線圈自保持，一直到變壓器各側的斷路器跳

7、閘完成為止。(2)縱差動保護電流縱差動保護不但能區分區內外故障，而且不需要與其他元件的保護配合，可以無延時的切除區內各種故障，具有明顯的優點。本設計中變壓器主保護主要選電流縱差動保護，差動保護是變壓器內部、套管及引出線上發生相間短路的主保護，同時也可以保護單相層間短路和接地短路，不需與其他保護配合，可無延時的切斷內部短路，動作于變壓器高低壓兩側斷路器跳閘。為了保證動作的選擇性，差動保護動作電流應躲開外部短路電流時的最大不平衡電流。1.3 后備保護配置變壓器的后備保護選擇過電流保護和低電壓啟動的過電流保護以及過負荷保護。低電壓啟動的過電流保護主要是為了保護外部短路引起的變壓器過電流，同時也可以作

8、為變壓器差動保護以及饋線保護的后備保護。變壓器的不正常工作包括過負荷運行，對此配置過負荷保護。正常時，變壓器不過負荷，電流小于整定值，過負荷保護不動作。當三相負荷對稱時，可僅在一相裝設過負荷保護。第2章設計原始資料2.1 設計題目一臺雙繞組降壓變壓器的容量為20MVA,電壓比為352X2.5%/6.6kV,Yd11接線；采用BCH-2型繼電器。求差動保護的動作電流。已知：6.6KV外部短路的最大三相短路電流為9420A,最小兩相短路電流為6630A;35KV側電流互感器變比為600/5,6.6KV側電流互感器變比為1500/5;可靠系數Krel=1.3。試對變壓器進行相關保護的設計。2.2 設

9、計任務對變壓器進行主保護和后備保護的設計、配置、整定計算和校驗。第3章保護的配合及整定計算3.1 主保護的整定計算3.1.1 差動保護的動作電流（一）計算變壓器各側的一次及二次電流值（在額定容量下）并選擇電流互感器的變比可按表3.1計算。由于6.6KV側二次電流大，因此以6.6KV側為基本側。表3.1變壓器各側參數名稱額定電壓（KV）356.6額定電流（A）20000335=3302000036.6二1750各側數值變壓器接線Y電流互感器變比600/5=1201500/5=300二次電流（A）3330=4.761201750300=5.83（二）計算差動保護一次動作電流按6.6KV側（基本側）

10、計算。（1）躲過外部短路故障時的最大不平衡電流，整定式為set=K,I-rel1unb.max(3.1)1unb.max=(./：U0.1KnpKst)Ik.max(3.2)以二1-nTA1nTnTA23=1120m(35/6.6)/300d3|=0.22(3.3)：U=0.05Knp=1(3.4)(3.5)Kst=1(3.6).Iset=1.3(0.220.050.111)9420=4531A(3.7)(2)躲過變壓器最大的勵磁涌流，整定式為屋t=KKIN=1.317501=2275A(3.8)(3)躲過電流互感器二次回路斷線引起的差電流，整定式為Iset=KreJ.max=1.31750=

11、2275A按上面的三個條件計算，選取最大者，Iset=4531A。(三)確定繼電器6.6KV基本側線圈匝數對于雙繞組變壓器，平衡線圈I、R分別接入計算基本側繼電器動作電流為(3.9)6.6KV及35KV側IKjxIsetIset.js-(45311=15.1A300(3.10)基本側繼電器線圈匝數為AW060W=二=3.976Iset.js15.1(3.11)選取W=6M,即平衡線圈I取1匝，差動線圈取5匝實際動作電流I=AW1=60300=3000AWKjx6jx(四)35KV非基本側平衡線圈匝數計算平衡線圈匝數(3.12)W=653-5-2.354.76確定平衡線圈II匝數為W=2匝。(3

12、.13)(五)計算由于實用匝數與計算匝數不等引起的相對誤差其相對誤差計算為訐J67-2=_0,049(3.14)1.675因M|2(3.16)(3.17)(3.18)滿足靈敏度要求3.2后備保護的整定計算3.2.1 過電流保護Krel可靠系數，取1.2；Kre-返回系數，取0.9；IL.max變壓器可能出現的最大負荷電流，取變壓器額定電流IN=1750A；Kss-綜合負荷的自啟動系數，取Kss=1.5。整定電流KrelKss1.21.5IsetIL-max175好350(A)Kre0.9(3.19)靈敏度校驗KsenIkpin1set66303500=1.891.5(3.20)滿足要求3.2.

13、2 低電壓啟動的過電流保護電流繼電器的整定：過電流保護按躲過可能出現的最大負荷電流整定，啟動電流比較大，對于升壓變壓器或容量較大的降壓變壓器，靈敏度往往不能滿足要求。為此可以采用低電壓啟動的過電流保護。Krel可靠系數，取1.15；Kre低電壓繼電器的返回系數，取1.25。采用低電壓繼電器后，電流繼電器的整定值就可以不再考慮并聯運行變壓器切除或電動機自啟動時可能出現的最大負荷，而是按大于變壓器的額定電流整定，即(3.21)Iset-KieLIni1754)161(A)Kre1.25低電壓繼電器的動作電壓按以下條件整定，并取最小值(1)按躲過正常運行時可能出現的最低工作電壓整定set0.9UnK

14、relKre0.96.61.11.2=4.5KV(3.22)(2)按躲過電動機自啟動時的電壓整定當低壓繼電器由變壓器低壓側互感器供電時，計算式為Uset=(0.5-0.6)UN(3.23)當低壓繼電器由變壓器高壓側互感器供電時，計算式為Uset=0.7UN(3.24)對于降壓變壓器，負荷在低壓側，電動機自啟動時高壓側電壓比低壓側高了一個變壓器壓降(標幺值)，所以高壓側取值比較高。Uset=0.66.6=3.96KV(3.25)取其中最小者，Uset=3.96KV(3.26)電流繼電器靈敏度的校驗方法與不帶低壓啟動的過電流保護相同。低電壓繼電器的靈敏系數按下式校驗Ksen=(3.27)Uk.mi

15、nUk.min靈敏度校驗點發生三相金屬性短路時，保護安裝處感受到的最大殘壓。-10-要求Ksen當.25,當27.5KV側母線處短路時保護安裝處的殘壓等于零，顯然：Ksen旦1.25(3.28)Uk.min滿足要求，可見用低電壓啟動的過電流保護可作為后備保護。3.2.3 輔助保護輔助保護可以采用過負荷保護。變壓器長期過負荷運行時，繞組會因發熱而引起損傷。對400KVA以上的變壓器，當單獨運行并作為其他負荷的備用電源時，應根據可能過負荷的情況，裝設過負荷保護。過負荷保護接于一相電流上，并延時作用與信號。對于經常無值班人員的變電所，必要時過負荷保護可動作于自動減負荷或跳閘。對多繞組變壓器，過負荷保

16、護應能反應公共繞組和各側過負荷的情況。第4章二次展開原理圖的繪制4.1 保護測量電路輕瓦斯信號重瓦斯信號圖4.1瓦斯保護原理圖-11-圖4.2電流縱差動保護原理圖4.2 保護跳閘電路QF1IIIQF2UUTVTAU-12-1H11H2Y1跳QF1.QF2圖4.3低電壓啟動的過電流保護原理圖第5章總結與體會5.1 對主保護的評價電流縱差動保護不但能正確區分區內外故障，而且不需要與其它元件的保護配合，可以無延時的切除區內各種故障，具有明顯的獨特的優點。其靈敏度高選擇性好，在變壓器保護上運用較為、成功。但是變壓器縱差保護一直存在勵磁涌流。難以鑒定的問題，雖然已經有幾種較為有效的閉鎖方案，又因為超高壓

17、輸電線路長度的增加、靜止無功補償容量的增大以及變壓器硅鋼片工藝的改進磁化特性的改善等因素，變壓器縱差、保護的固有原理性矛盾更加突出。5.2 對后備保護的評價后備保護可以防止由外部故障引起的的變壓器繞組過電流，并作為相鄰元件（母線或線路）保護的后備以及在可能的條件下變壓器內部故障時主保護的后備，他與變壓器的主保護一起構成變壓器的完整保護。過電流保護按躲過可能出現最大負荷電流來整定，啟動電流比較大，對于升壓變壓器或容量較大的降壓變壓器靈敏度往往不能滿足要求。采用低電壓啟動的過電流保護可以提高靈敏度。但是低電壓啟動的過電流保護中有可能由于電壓互感器回路發生斷線，低壓繼電器將會誤動作，因此在實際裝置中

18、還要配置電壓回路斷線閉鎖功能。5.3 結束語通過分析變壓器穩定要求及其在運行中可能承受的故障考驗，提出了變壓器保護定值整定應考慮的相關問題，對其相間故障后備保護應具備的能力提出了看法。并對變壓器設計、運行及其保護配置與整定提出了建議。變壓器的故障分為內部和外部兩種故障。內部故障指變壓器油箱里面發生的各種故障，主要靠瓦斯和差動保護動作切除變壓器；外部故障指油箱外部絕緣套管及其引出線上發生的各種故障，一般情況下由差動保護動作切除變壓器。速動保護（瓦斯和差動）無延時動作切除故障變壓器，設備是否損壞主要取決于變壓器的動穩定性。而在變壓器各側母線及其相連間隔的引出設備故障時，若故障設備未配保護（如低壓側母線保護）或保護拒動時，則只能靠變壓器后備保護動作跳開相應開關使變-13-壓器脫離故障。因后備保護帶延時動作，所以變壓器必然要承受一定時間段內的區外故障造成的過電流，在此時間段內變壓器是否損壞主要取決于變壓器的熱穩定性。因此，變壓器后備保護的定值整定與變壓器自身的熱穩定要求之間存在著必然的聯系。-14-參考文獻1谷水濤.電力系統繼電保護（第二版）M.北