220KV变压器保护毕业设计

220KV变压器保护毕业设计 河南理工大学毕业设计( 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 )说明书 本科毕业设计,论文, 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 目 220kV变压器保护设计 学 院 : 电气工程与自动化学院 专业名称: 电气工程及其自动化 年级班级: 电气08-1班 学生姓名: 指导老师: I 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 河南理工大学 毕业设计(论文)任务书 专业班级 学生姓名 一、题目 二、起止日期 年 月 日至 年 月 日 三、主要任务与要求 指导教师 职称 学院领导 签字,盖章, 年 月 日 II 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 河南理工大学 毕业设计(论文)评阅人评语 题目 评 阅 人 职称 工作单位 年 月 日 III 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 河南理工大学 毕业设计(论文)评定书 题目 指导教师 职称 年 月 日 IV 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 河南理工大学 毕业设计(论文)答辩许可证 答辩前向毕业设计答辩委员会,小组,提交了如下资料: 1、设计,论文,说明 共 页 2、图纸 共 张 3、指导教师意见 共 页 4、评阅人意见 共 页 经审查～ 专业 班 同学所提交的毕业设计,论文,～符合学校本科生毕业设计,论文,的相关规定～达到毕业设计,论文,任务书的要求～根据学校教学管理的有关规定～同意参加毕业设计,论文,答辩。 指导教师 签字,盖章, 年 月 日 根据审查～准予参加答辩。 答辩委员会主席,组长, 签字,盖章, 年 月 日 V 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 河南理工大学 毕业设计(论文)答辩委员会(小组)决议 学院 专业 班 同学的毕业设计,论文,于 年 月 日进行了答辩。 根据学生所提供的毕业设计,论文,材料、指导教师和评阅人意见以及在答辩过程中学生回答问题的情况～毕业设计,论文,答辩委员会,小组,做出如下决议。 一、毕业设计,论文,的总评语 二、毕业设计,论文,的总评成绩: 三、答辩组组长签名: 答辩组成员签名: 答辩委员会主席: 签字,盖章, 年 月 日 VI 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 摘要 变压器是电力系统的重要组成部分。它的正常与否直接关系到电力系统的安全和经济运行。本次设计是220kV变压器保护的初步设计，主要包括:变压器保护的配置;由变压器的原始数据，选择变压器微机保护的型号;变压器各种继电保护的原理与整定计算。 根据《继电保护及安全自动装置反事故措施要点实施细则》的规定，220kV变压器的保护应有两套保护。本设计选择了瓦斯保护和纵联差动保护作为变压器的主保护，以保护变压器油箱内发生故障和变压器内部和引出线套管的故障;选择复合电压启动的过电流保护作为变压器纵联差动保护的后备保护，以保护外部相间短路引起的变压器过电流;由于本设计要保护的变压器是处在中性点直接接地的电力系统中，所以采用零序过电流作为变压器接地的后备保护;在本次设计中，过负荷保护还作为变压器的后备保护。 关键词:变压器、变压器保护、微机保护、整定计算 VII 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 Abstract The transformer is an important part of the power system. The normal of it is directly related to the economic operation of the electric power system security. This is the preliminary design of 220kV transformer protection. This design include the configuration protection; the choice of microcomputer models of transformer protection according to the original data by transformer; all kinds of transformers relay principle protection and setting . According to the regulation of the detailed rules for implementation of anti-accident measures points about relay protection and safety automatic device, 220 kV transformer protection should have two sets of protection. In order to protect the fault caused by transformer tank and inter of transformer and pipe sleeve outgoing line , I chose the gas protection and transformer longitudinal differential protection as the main protection of transformer. And I chose the protection of the compound voltage start over current protection as the backup protection of transformer protection , in order to protect the transformer of over current has caused by external short circuit between two phase . In this design, the one of transformer is in the power of system which the neutral point is directly connected with ground , so I also chose the zero sequence current protection as a backup protection. And I chose a load of transformer protection as the backup protection, too . Keywords: transformer; transformer protection; microcomputer protection; setting calculation VIII 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 目录 1 绪论 .................................................................... 1 1.1变压器保护的历史现状 ............................................... 1 1.2 变压器保护的发展趋势 .............................................. 2 1.3 设计的原始资料 .................................................... 3 1.3.1 电气一次部分基本情况 ......................................... 3 1.3.2 220KV系统阻抗 ............................................... 3 2 变压器保护配置 .......................................................... 4 2.1 变压器的故障类型及保护措施 ........................................ 4 2.1.1 变压器故障及不正常运行状态 ................................... 4 2.1.2 变压器继电保护的配置 ......................................... 4 2.2 220kV变压器微机型保护双重化 ....................................... 5 2.2.1 220kV 变电站主变保护双重化保护技术配置原则 ................... 6 2.2.2 变电所主变各侧TA 的设置 ..................................... 6 2.2.3 双主双后主变保护电流回路接入方式 ............................. 7 2.3 针对220kV主变压器保护的配置 ...................................... 9 2.3.1 220kV变压器保护配置的原则 ................................... 9 2.3.1.1 主保护 ................................................. 9 2.3.1.2 后备保护 ............................................... 9 2.3.1.3 非电量保护 ............................................ 10 2.3.1.4 电源 .................................................. 11 2.3.1.5 其他技术要求 .......................................... 11 2.3.2 两套主保护装置的特点 ........................................ 11 2.3.3 变压器保护的二次接线 ........................................ 12 2.3.3.1 两套保护采用独立的交流电流和电压回路 .................. 12 2.3.3.2 电流互感器二次绕组的保护配置 .......................... 13 .......................................... 13 2.3.3.3 失灵启动回路 2.3.3.4 变压器跳闸出口 ........................................ 13 2.3.3.5 非全相保护 ............................................ 14 2.4 变压器保护原理 ................................................... 14 2.4.1 瓦斯保护 .................................................... 14 IX 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 2.4.1.1 气体继电器构成和动作原理 .............................. 14 2.4.1.2 瓦斯保护的原理及接线 .................................. 16 2.4.2 变压器纵联差动保护 .......................................... 16 2.4.3 变压器相间短路的后备保护 .................................... 19 2.4.3.1 过电流保护 ............................................ 20 2.4.3.2低电压起动的过电流保护 ................................. 21 2.4.3.3 复合电压起动的过电流保护 .............................. 22 2.4.4 变压器接地短路的后备保护 .................................... 24 2.4.4.1变电所单台变压器的零序电流保护 ......................... 24 2.4.4.2 多台变压器并联运行时的接地后备保护 .................... 25 2.4.5 过负荷保护 .................................................. 27 2.4.6 变压器的温度保护 ............................................ 27 3 短路电流计算与整定 ..................................................... 29 3.1 短路电流计算 ..................................................... 29 3.2 变压器保护的整定计算原则 ......................................... 31 3.2.1 变压器主保护 ................................................ 31 3.2.2 220kV侧后备保护 ............................................ 32 ................................... 32 3.2.2.1 220kV侧相间后备保护 3.2.2.2 220kV侧零序后备保护 ................................... 32 3.2.2.3 220kV侧零序过电压保护和间隙零序电流保护 ............... 32 3.2.3 110kV侧后备保护 ............................................ 32 3.2.3.1 110kV侧相间后备保护 ................................... 32 3.2.3.2 110kV侧零序后备保护 ................................... 32 3.1.3.3 110kV侧零序过电压保护和间隙零序电流保护 ............... 33 3.2.4 10kV侧后备保护 ............................................. 33 3.3 220kV主变压器保护整定计算过程 .................................... 33 3.3.1 变压器瓦斯保护 .............................................. 33 3.3.2 变压器纵差保护 .............................................. 34 3.2.2.1 对220kV变压器纵差保护的技术要求 ...................... 34 3.3.2.2 纵差保护整定计算内容 .................................. 35 3.3.2.3 纵差保护的整定计算 .................................... 35 X 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 3.3.3 变压器相间短路后备保护 ...................................... 40 3.3.3.1 电流继电器的整定 ...................................... 40 3.3.3.2 低电压继电器的整定计算 ................................ 41 3.3.3.3 负序电压继电器的整定 .................................. 42 3.3.3.4 相间故障后备保护方向元件的整定 ........................ 43 3.3.3.5 相间故障后备保护动作时间的整定 ........................ 43 3.3.4 变压器接地短路的后备保护 .................................... 43 3.3.4.1 零序电流 .............................................. 43 3.3.4.2 变压器不接地运行时的后备保护 .......................... 44 3.3.5 变压器过负荷保护 ............................................ 45 总结 ..................................................................... 46 致谢 ..................................................................... 47 参考文献 ................................................................. 48 附录 ..................................................................... 49 XI 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 1 绪论 1.1变压器保护的历史现状 追溯变压器保护的发展历史，以1931年 R.E.Cordray提出比率差动的变压器保护标志着差动保护作为变压器主保护时代的到来。电流差动保护也以其原理简单、选择性好、可靠性高的特点在变压器保护中获得了极其成功的应用。但由此带来的技术难题是如何将变压器的励磁涌流与内部故障区分开来。变压器保护的发展史也自此成为一部变压器励磁涌流鉴别技术发展史。1941年，C.D.Hayward 首次提出了利用谐波制动的差动保护，将谐波分析引入到变压器差动保护中，并逐渐成为国外研究励磁涌流制动方法的主要方向。1958 年，R.L.Sharp 和 W.E.GlassBurn 提出了利用二次谐波鉴别变压器励磁涌流的方法，并在模拟式保护中加以实现，同时，还提出了差动加速的 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，以差动加速、比率差动、二次谐波制动来构成整个谐波制动式保护的主体，并一直延续至今。 微机变压器保护的研究开始于60年代末70年代初。1969年，Rockerfelter 首次提出数字式变压器保护的概念，揭开了数字式变压器保护研究的序幕，之后，O.P.Malik[9]和 Degens对变压器保护的数字处理和数字滤波做出了研究;1972年，Skyes 发表了计算机变压器谐波制动保护方案，使得微机式变压器保护的发展向实用化方向迈进。变压器保护在进入数字微机时代后，利用微机强大的运算和处理能力，不断提出新的励磁涌流鉴别方法，在国内外形成研究热潮。间断角原理从分析励磁涌流波形本质出发，为励磁涌流的鉴别提供了新思路，沿着这个思路，波形比较法、波形对称法和积分型波形对称法相继被提出。现在实用的微机变压器保护中识别励磁通流的方法也主要是:二次谐波闭锁、间断角闭锁、波形对称原理等。实践表明，在过去几十年间，上述原理基本上能达到继电保护要求。然而，随着电力系统以及变压器制造技术的日益发展，利用涌流特征的各种判据在实用中均遇到了一些无法协调的矛盾。在高压电力系统中，由于 TA 饱和、补偿电容或长线分布电容等因素的影响，内部故障时差流中的二次谐波分量显著增大，造成保护误闭锁和延时动作。另一方面，现代大型变压器多采用冷轧硅钢片，饱和磁密较低而剩磁可能较小，使得变压器励磁涌流中的二次谐波和间断角均明显变小。不断出现的问题推动了研究的不断深入，文献[13]提出的“虚拟三次谐波制动法”从理论上可在半周的时间使保护动作，而且采用奇次谐波鉴别使其对对称性励磁涌流的鉴别能力大大强于二次谐波制动。文献[14]提出的采样值差动原理与励磁涌流波形无关，减少了计算量，提高了保护速度。 近年来，新器件、新技术的应用为变压器保护的研究与发展提供了一个广阔的天地。 1 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 数字信号处理器 DSP(Digital Signal Processor)的出现，不但可以提高微机保护数据采样与计算的速度和精度，甚至可能改变往常微机保护装置的设计思想，使得复杂的算法得以在保护装置中实现。现代数学工具如:模糊控制，神经网络专家系统，小波分析等开始越来越多的融入到变压器保护的研究领域，一方面为传统的变压器保护方法提供了更有效的工具，另一方面，采用多个信息量，可提高变压器保护的“智能化”程度，改善可靠性和适应性。随着新的传感元件和测量元件的出现，故障诊断及预测充分利用各种现代数学分析手段对变压器的各个运行状态量进行监测与分析，越来越融入到变压器保护中。它实质上是传统变压器保护中电量与非电量保护的一个扩展，它的研究与发展，为变压器保护的研究与发展提供了一个新的思路。 对于变压器后备保护，以前的观点是认为其原理相对简单、应用比较成熟，因此学者更为关注其在实现技术方面的研究。但是近年来，随着越来越多的电力变压器投入使用以及电网电压等级的不断提高，实际运行中由变压器后备保护配置不合理引起的事故已不少见。目前，已经有部分学者对变压器相间后备保护配置的合理性以及变压器零序过流保护整定计算中的特殊问题进行了分析和探讨，并提出了相应的改进方法。变压器后备保护作为主保护的有益补充，为有效地保护变压器设备及电网运行安全发挥了巨大的作用，对变压器后备保护的进一步研究已经引起了人们的重视。 1.2 变压器保护的发展趋势 随着计算机技术的飞速发展，新的保护原理和方案不断被应用到计算机继电保护中。不少学者把以模糊理论、人工神经网络、专家系统等非线性科学为主导的智能技术引入到电力系统中，在电力变压器的继电保护中得到应用。 智能技术发展迅速，分支众多，除了模糊逻辑、人工神经网络、专家系统等技术被应用于继电保护中，更有吸引力的研究是将具有不同特性的智能技术结合起来应用到继电保护中，例如:模糊神经网络、小波神经网络、模糊专家系统等，这些结合使得保护的性能得到了有意义的提高。 大型电力变压器的继电保护已经从电磁型、整流型、晶体管型、集成电路型发展到了微机时代。计算机技术的飞速发展，通讯技术、计算机网络的功能日益加强，为微机保护的进一步发展提供了广阔的空间。信号处理、人工智能等相关科学的不断进步、新的测试手段、测量技术的应用，将不断提高电力变压器的保护水平。 国内的变压器保护领域应当及时加强新原理和新技术的吸收和应用，并在实践中不断总结和发展变压器保护的实用技术，以提高防范变压器事故的能力。 2 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 1.3 设计的原始资料 1.3.1 电气一次部分基本情况 工程规模:本变电站220kV侧及110kV侧均采用双母接线的方式，10KV侧则采用单母线分段。该变电站有6回220kV架空进线，10回110kV出线。 MVA的变压器，可带负荷调压的三绕组变该变电站主变压器为两台额定容量为120 压器。变压器的主要参数如下表1-1所示: 表1-1 变电站主变型号 型号 SFPSZ7 SFPSZ7 额定容量 120/120/120MVA 120/120/60MVA 额定电压 2208×1.25%/ 121/10.5kV 2208×1.25%/ 121/10.5kV ,, 额定电流 315/572.6/6598.3A 315/572.6/3299A 冷却方式 强迫油循环风冷 强迫油循环风冷 Y/y/d11Y/y/d11连接组别号 Nn0Nn0 高-中 457.8kW 423.3kW 负载高-低 523.7kW 132.4kW 损耗 中-低 351.4kW 90.5kW 空载电流 0.29% 0.309% 空载损耗 122.1kW 113.7kW 高-中 13.8% 13.9% 短路高-低 22.4% 22.5% 阻抗 中-低 33.14% 7.23% 1.3.2 220KV系统阻抗 (1)最大运行方式:正序电抗j0.009 。零序电抗j0.01461 (2)最小运行方式:正序电抗j0.03189。 零序电抗j0.04878 3 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 2 变压器保护配置 2.1 变压器的故障类型及保护措施 2.1.1 变压器故障及不正常运行状态 电力变压器是电力系统中非常重要的供电元件，它的安全运行对于保证电力系统的正常运行和对供电的可靠性，以及电能质量起着决定性的作用。由于大容量电力变压器的造价十分昂贵，因此，必须根据变压器的容量和重要程度来考虑装设性能的良好、工作可靠地继电保护装置。本节针对电力变压器可能发生的故障和不正常的运行状态进行分析，然后重点研究应装设的继电保护装置，以及保护装置的整定计算。 变压器的内部故障可分为油箱内故障和油箱外故障两类。油箱内故障主要包括绕组的相间短路、匝间短路、接地短路及经铁芯烧毁等。对变压器来讲，这些故障都是十分危险，因为变压器内充满了变压器油，故障时的短路电流使变压器油急剧的分解气化，可能产生大量的可燃性气体，很容易引起油箱爆炸。因此，这些故障应该尽快切除。油箱外故障主要是套管和引出线上发生的相间短路和接地短路。 电力变压器不正常和运行状态主要有:外部相间短路、接地短路引起的相间过电流和零序过电流，负荷超过其额定容量引起的过负荷、油箱漏油引起的油面降低，此外，对大容量变压器，由于其额定工作时的磁通密度相当接近于铁心的饱和磁通密度，因此在过电压或低频率等异常运行方式下，还会发生变压器的过砺磁故障等。 2.1.2 变压器继电保护的配置 为了保证电力变压器的安全运行，根据《继电保护与安全自动装置的运行条例》，针对变压器的上述故障和不正常运行状态，电力变压器应装设以下保护: (1)瓦斯保护。800kVA及以上的油浸式变压器的400kVA以上的车间内油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。瓦斯保护用来反映变压器油箱内部的短路故障以及油面降低，其中重瓦斯保护动作于跳开变压器各电源侧断路器轻瓦斯动作于发出信号。 (2)纵差保护或电流速断保护。6300kVA及以上并列运行的变压器，10000kVA及以上单独运行的变压器，发电厂厂用工作变压器和工业企业中6300kVA及以上重要的变压器，应装设纵差保护。10000kVA及以下的电力变压器，应装设电流速断保护，其过电流保护的动作时限应大于0.5S。对于2000kVA以上的变压器,当电流速断保护灵敏度不能满足要求时，也应装设纵差保护。纵差保护或电流速断保护用于反映电力变压器绕组、套管及引出线发生的故障，其保护动作于跳开变压器各电源侧断路器相间短路的 4 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 后备保护。相间短路的后备保护用于反映外部相间短路引起的变压器过电流，同时作为瓦斯保护和纵差保护的后备保护，其动作时限按电流保护的阶梯形原则来整定，延时动作于跳开变压器各电源侧断路器。 (3)外部相间短路时的保护。对于外部相间短路引起的变压器过电流，应采用以下保护: a过电流保护，一般用于降压变压器，保护装置的整定值应考虑事故状态下可能出现的过负荷电流; b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; c负序电流及单项式低电压启动的过电流保护，一般用于大容量升压变压器和系统联络变压器; d阻抗保护，对于升压变压器和系统联络变压器，当采用b、c的保护不能满足灵敏性和选择性要求时，可采用阻抗保护。 (4)外部接地短路时的保护。对于中性点直接接地电力网，由于外部接地短路引起过电流时，如变压器变压器中性点接地运行应该设零序电流保护。对自耦变压器和高、中低侧中性点都直接接地的三绕组变压器，当有选择性要求时，应增设零序方向元件。当电力网中部分变压器中性点接地运行，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，设置专用的保护装置，如零序过压保护、中性点装放电间隙加零序电流保护。 (5)过负荷保护。对于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，应装高过负荷保护。过负荷保护通常只装设在一相其动作进限较长。延时动作于发出信号。 (6)其他保护。高压侧电压为500kV及以上的变压器，对频率降低和电压升高而引起的变压器砺磁电流升高，应装设变压器过砺磁保护。对变压器温度和油箱内压力升高，以及冷却系统故障，按变压器现行 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 要求，应装设相应的保护装置。 2.2 220kV变压器微机型保护双重化 在220kV 变电站主变保护系统中，双重化保护有着重大的作用,如果双重化保护一旦出现技术问题影响将非常大。由于后备保护原理上的缺陷难以实施有效保护，因此，必须要高度重视变电站的主变保护。所以，必须对220kV变电站进行主变保护双重化保护,以确保220kV 变电站主变保护双重化保护系统安全高效、平稳运行，确保电力系统的万无一失。 5 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 目前，在新建或改建的220kV主变压器保护的配置均按双重化配置，并均采用微机保护;220kV主变保护的每套微机保护也均采用主、后一体化配置，即在一套保护中包含的主保护、各侧全部后背保护的新一代主变微机型保护。 2.2.1 220kV 变电站主变保护双重化保护技术配置原则 在选择可靠的主变保护运行方式方面，在实际使用中可根据电网实际运行情况,除非电量保护必须投跳外,应选择合理、可靠的主变保护运行方式。要严格执行《继电保护及安全自动装置反事故措施要点实施细则》中有关保护规定,提高保护抗干扰能力。提供大量实验数据，并可和多种控制装置构成闭环系统，协助科研人员进行新装置的测试，从而为研究智能保护及灵活输电系统的控制策略提供了一流的实验条件。坚持智能化与科学化原则，集中监测与远方调度功能，220kV 变电站主变保护双重化保护系统的数据采集与控制单元直接安装于开关柜内，采用交流采样从电流或电压互感器直接进行测量，省掉电量变送器，有些还可以省掉开关柜上的指示仪表。220kV 主变压器应采用两套独立的主保护,每套主保护均应配置完整的后备保护,同时必须保证两套主、后备保护在交、直流回路上的独立性。正常运行方式下,两套独立的主保护宜同时投入。 2.2.2 变电所主变各侧TA 的设置 220 kV 侧和110 kV 侧TA 一般在断路器处独立设置。220 kV 侧TA 一般有4 至5 组二次绕组,其中, 老变电所220 kV 侧TA 一般有4 组二次绕组,新建变电所220 kV 侧TA 一般有5 组二次绕组;110 kV 侧TA 一般有3 至4 组二次绕组, 其中, 老变电所110 kV 侧TA 一般有3 组二次绕组, 新建变电所110 kV 侧TA 一般有4 组二次绕组; 另外, 还在主变220 kV 侧和110 kV 侧套管处设置套管TA,套管TA 一般有3 组二次绕组; 对带旁路接线的旁路开关, 在旁路开关处设置独立的旁路TA。35 kV侧TA 的设置一般在35 kV 开关室外至主变之间,或在断路器处设置独立( 此时, 由于35 kV 侧负荷较轻, 一般不考虑35 kV 开关停、旁路开关带) , 该TA一般有3 至4 组二次绕组。 6 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 2.2.3 双主双后主变保护电流回路接入方式 220KV母线 主变差动保护 旁路保护 母线保护 计算测量主变差动保护 母线保护 备用220KV旁母测量 35KV母线滤波 后备保护 备用过负荷 滤波 后备保护 备用 110KV旁母计算测量 备用后备保护母线保护差动保护主变差动保护备用计算测量计量测量母线保护 旁路保护 主变差动保护 110KV母线 图1-1 单套主变压器保护电流互感器次级配置图 采用双主保护与双后备保护的主变压器保护后，如何接入电流互感器的二次回路，这将是需要考虑的问题。对于主保护与后备保护分开的保护，常常主保护与后备保护分别接一组电流互感器的次级，差动保护接独立电流互感器，后备保护接主变压器套管电 7 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 流互感器的次级，如图1-1所示。在双母带旁路主接线方式下，旁路开关代主变压器开关时，差动保护的电流回路进行相应切换，后备保护的电流回路不用切换。 220KV母线 第一套保护 旁路保护 母线保护 计算测量第一套保护 母线保护 备用220KV旁母测量 35KV母线滤波 第二套保护 备用过负荷 滤波 第二套保护 备用 110KV旁母计算测量 备用第二套保护母线保护第一套保护第一套保护计算测量备用 计量测量母线保护 旁路保护 第一套保护 110KV母线 图1-2 双重化主变压器保护电流互感器次级配置图 图1-1中看出，差动保护的保护范围包括主变压器的独立电流互感器至套管的引线，当旁代时则包括旁路母线。采用双主保护与双后备保护的主变压器保护一般将第一套保护接原差动保护电流互感器次级，即接独立电流互感器，旁代时需切换;第二套保 8 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 护接原后备保护电流互感器次级，即接套管电流互感器，旁代时不需切换，但对降压变压器的高压侧来说，无论是差动保护还是该侧的后备保护，其保护范围不包括开关电流互感器到变压器套管的引线;对低压侧来说，其后备保护的保护范围指向非电源侧，所以引线故障将由后备保护切除。电流具体接入见图1-2。 在独立电流互感器次级足够时，可将第二套保护也接入独立电流互感器，旁代时切套管电流互感器，这可确保正常运行时两套保护均有足够的保护范围，当第一套保护因故退出时，不至于因第二套保护存在死区而影响主变压器的正常运行。但电流二次回路的切换较麻烦，因操作不当会引起差动保护误动的情况时有发生，故保护方式满足要求时，不建议过多进行电流回路的切换。因此，该回路在设计及施工时可接好，运行时旁代只切第一套，当第一套保护因故退出时，将第二套保护的电流回路切至独立电流互感器。为避免电流回路的切换，可两套保护均使用套管电流互感器，在降压变压器的高压侧增设简单电流保护，接独立电流互感器作引线的保护，当旁代时停用该保护，启用旁路保护作引线及旁路母线的保护，这样保护配置较复杂，该电流保护或旁路保护整定时要考虑励磁涌流的影响。如何取舍取决于各地的运行习惯。 2.3 针对220kV主变压器保护的配置 2.3.1 220kV变压器保护配置的原则 2.3.1.1 主保护 (1)差电流速断保护; (2)比例制动保护差动采用二次谐波制动原理; (3)比例制动保护差动采用间断角闭锁原理; (4)设有CT二次回路断线检查告警信号或闭锁差动保护(不包括差流速断)的功能。 主保护瞬时启动跳3侧开关。 2.3.1.2 后备保护 A 220kV侧 a复合电压闭锁方向电流保护(方向原件可指向母线，也可指向变压器，方向原件的改变可用控制字实现)，I段2级时限，第1级时限动作跳本侧母联断路器，第2级时限动作跳本侧断路器; b复合电压闭锁过流保护，I段1级时限，动作后跳3侧断路器; c零序电压闭锁零序方向电流保护(方向原件可指向母线，也可指向变压器，方向 9 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 原件的改变可用控制字实现)分2段，每段2级时限，1、2段第1级时限动作跳本侧母联断路器，1、2段第2级时限动作跳本侧断路器; d零序电压闭锁零序过流保护，1段2级时限，第1时限动作跳3侧断路器，第2级时限留作备用; e间隙过流保护，1段1级时限，跳3侧断路器; f间隙过电压保护，1段1级时限，跳3侧断路器; g过负荷保护，发信号; h设置过负荷联切110kV以及35kV线路启动回路; i设断路器失灵启动回路; j设置非全相保护。 B 110kV侧 a复合电压闭锁方向电流保护(方向原件可指向母线，也可指向变压器，方向原件的改变可用控制字实现)，1段2级时限，第1级时限动作跳本侧母联断路器，第2级时限动作跳本侧断路器; b复合电压闭锁过流保护，1段1级时限，动作后跳3侧断路器; c零序电压闭锁零序方向电流保护(方向原件可指向母线，也可指向变压器，方向原件的改变可用控制字实现)，分2段，每段2级时限，1、2段第1级时限动作跳本侧母联断路器，1、2段第2级时限动作跳本侧断路器; d零序电压闭锁零序过流保护，1段2级时限，第1级时限动作跳3侧断路器，第2级时限留作备用; e间隙过流保护，1段1级时限，跳3侧断路器; f间隙过电压保护，1段1级时限，跳3侧断路器; g过负荷保护，发信号。 C 10kV侧 a复合电压闭锁过电流保护，1段2级时限，第1级时限动作跳本侧母联断路器，第2级时限动作跳本侧断路器; b过负荷保护，发信号; c设低周减载保护电流启动回路。 2.3.1.3 非电量保护 (1)重瓦斯引入接点，发出信号并顺时跳3侧断路器; 10 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 (2)轻瓦斯引入接点，瞬时动作于信号; (3)温度引入接点，瞬时动作于信号; (4)风冷消失引入接点，动作于信号且经常延时动作于跳闸; (5)压力释放保护引入接点，动作于信号且延时动作跳3侧断路器; (6)非电量保护引入接点均为强电220V开关量空接点。 2.3.1.4 电源 (1)差动保护装置均独立设置电源。 (2)后备保护装置均独立设置电源。 2.3.1.5 其他技术要求 (1)高、中、低3侧的复合电压并联，以保证高、中压侧灵敏度，并可采用连接片投退其中任何一侧复合电压。 (2)高(中)压侧的复合电压闭锁方向过流保护中方向元件电压交叉引线，方向元件投退靠控制字实现。 (3)根据“反措”，要求装置各保护段时限都可用硬压板控制投退。 (4)本保护直流工作电源为220V，当工作电源消失、保护装置应闭锁跳闸出口，并发出报警信号。 (5)保护装置的主、后备保护应分别经熔断器接入独立电源。 (6)保护装置应有足够的输出接点用于跳闸、远动、故录、报警等回路，并备用接点。 (7)装置的跳闸出口继电器应有自保持，并有监视手段，使用人工复归，出口继电器应为强电220V. (8)本体非电量保护引入本装置的接点可以再扩充，引入接点均为强电220V开关量空接点。 2.3.2 两套主保护装置的特点 A、 WBZ-1201型(二次谐波原理)差动主保护(含主、后备保护)特点 (1)该保护的最大特点是在变压器空投内部故障时，保护动作可以不受非故障相励磁涌流影响; (2)装置整体配置采用多CPU分层式结构，主保护、后备保护以及监控管理都由独立CPU的模件完成，每个模件都可独立完成一种或多种功能。 (3)监控管理与各保护模件联系采用串行通讯模式。 11 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 (4)监控管理单元完成人机对话、信息收集、事件记录、时钟校对、对各保护单元巡检等功能，同时设有一个RS-232C接口，与监控系统或其他就地管理系统相联，可实现保护的就地或异地管理。 (5)设有CT二次回路断线检查告警信号或闭锁差动保护功能。 B、WBZ-04型(间断角原理)差动主保护特点 (1)采用间断角原理，对于主变各种状况下发生的内部故障均能快速可靠切除。 (2)采用高性能模数转换器，采样频率高达2400Hz(每周48点)，保证其具有很高间断角测量精度。 (3)采用多微处理器并行工作结构，有3个相互独立的微处理器系统分别完成三相保护，灵一微处理系统完成人机界面、监控管理等功能。 (4)装置提供2个串行通讯接口，第1串口按EISASRS-232C或RS422/485标准接口方式，用于和综合化系统或RTU通讯。第2串口按EISARS-232C标准接口，可使用PC机进行定制整定、调试和故障分析。 (5)设有CT二次回路断线检查告警信号或闭锁差动保护的功能。 2.3.3 变压器保护的二次接线 2.3.3.1 两套保护采用独立的交流电流和电压回路 220kV主变保护双主、双后配置是基于任何一套保护退出运行，均不影响主变的正常工作而设置的。因此25项中明确规定，两套保护的交流电流回路应相互独立，目前对采用不同的电流互感器二次绕组是没有任何异议的，但对电压回路的相互独立性却存在不同的意见。 (1)是否取自不同的电压互感器二次绕组 由于变压器过电流保护的复合电压闭锁原件均取自各侧复合电压的“或”逻辑，因此保护要求两套完全独立的交流电压输入似乎不是非常必要，即使设置，可能对变压器而言提供两套完全独立的10kV交流电压回路，应该还稍重要些。这是由于其他侧母线电压对10kV故障的反应灵敏度较差。 由于220kV线路保护均为双主、双后的配置，因此在同样的交流电压相互独立的要求下，对220kV母线电压互感器可选用带四个二次绕组的设备，即:三个星型绕组，一个开口三角绕组。对220kV变压器保护而言，三个星型绕组中除一个专供计量外，一个供保护一，一个经不同的空气开关后供保护二和测量回路。旧有母线电压互感器，由于只有两个星型绕组，因此两套保护的交流电压均取自同一个绕组，此时应注意两组 12 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 电压需经不同的分支开关。 (2)电压切换箱是否双配置 过去工程设计中变压器各侧一般均采用单套电压配置的方法，这样当切换箱故障时，变压器后被保护功能将不再完整。因此对于目前从源头上已有两套交流电压提供的前提下，可通过增加分相操作箱中电压切换插件的方式使变压器220kV侧具备双电压切换回路。但对于220kV侧有旁路的接线形式，我认为需在保护屏已有的三套电压切换回路的情况下再增加一套，且旁路代路方式不是经常出现，因此可以不考虑。 2.3.3.2 电流互感器二次绕组的保护配置 双母线接线方式: 对于目前普遍采用的高、中压侧双母接线形式，在变压器的电流互感器二次绕组保护配置中应注意一下几个问题: (1)220kV侧断路器失灵保护于母线保护的范围应交叉，这主要是考虑对任意点故障均能保证快速切除; (2)高、中压侧间隙保护和零序保护的电流互感器二次绕组均采用双配置，这样做不仅可以满足两套保护交流电流回路完全独立的要求，且工程实际中也较易实现; (3)主保护范围应将10kV断路器包括在内，既:10kV电流互感器应安装在断路器和母线侧刀闸之间。这点在过去的工程中畅饮开关柜结构的问题或选型时没注意而未实现，从而造成当10kV断路器与电流互感器间故障或10kV开关失灵时，故障切除时间太长，严重损害变压器。 (4)两套保护的10kV侧的电流回路接开关柜内的电流互感器，从而尽量扩大差动保护范围。 2.3.3.3 失灵启动回路 虽然《继电保护和安全自动装置技术规程》中规定:“一般不考虑由变压器保护启动断路器失灵保护。如变压器保护启动断路器失灵保护时，也必须设有相电流原件，并不允许由瓦斯保护动作启动失灵保护。”但考虑到目前变压器高压侧断路器很多都采用的事电气三项联动，而非机械三项联动方式，故障几率与220kV线断路器均等，因此变压器电气量保护仍需启动断路器失灵保护。在启动变压器高压侧断路器失灵的回路中，只需注意本体保护出口接点不并入失灵启动即可达到以上目的。 2.3.3.4 变压器跳闸出口 25项中规定主变的两套保护应同时作用于220kV侧断路器的两个线圈，这样的规 13 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 定可能是考虑到即使在任意一套保护和一套跳闸线圈重复故障的情况下，仍能保证故障的顺利切除。但首先是这样将增加大量跳闸出口压板，如交叉跳220kV变高断路器、母联断路器、分段断路器，不仅使保护接线复杂，运行检修中压板投退繁琐，且这种刚好发生于两套保护跳闸系统中各一个环节的交叉故障的几率很小，因此仍采用两套保护分别作用于断路器两套跳闸线圈的方式。 2.3.3.5 非全相保护 对于旧有断路器，若本身没有自带非全相保护，则需依靠变压器保护中的非全相保护功能。为了接线方便设计中采用由断路器操作箱中TWJ和HWJ的组合接点启动非全相保护的方式，而根据反措要求扩展后的触点只能作为信号触点，不能作为保护的判据，更不能采用该类触点作为非全相保护和失灵保护的判据。在实际应用中确实也出现过因非全相取断路器位置监视继电器辅助触点为判据，加上区外故障，导致断路器误跳闸的事故。因此非全相保护的启动接点应直接取断路器辅助触点，并注意日常维护 2.4 变压器保护原理 2.4.1 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。 2.4.1.1 气体继电器构成和动作原理 瓦斯保护是变压器内部故障的基本保护，它的主要器件是瓦斯继电器，安装的位置在油箱与油枕之间的联接管道中。为了能使该变压器内部积聚的气体经过与瓦斯继电器联接的管道，并顺利流入油枕，根据变压器安装的相关规程规定，应当把变压器靠油枕一侧的位置垫高，使变压器的大盖沿瓦斯继电器的方向上高出有1,(1(5,的升高坡度，另一个是变压器油箱到油枕联接管的坡度为2,(4,(这个坡度是由厂家制造好的)。变压器大盖坡度要求在安装变压器时从底部垫好。这2个坡度都是为了防止在变压器内贮存空气以及故障时，便于使气体迅速可靠地冲人瓦斯继电器，保证瓦斯继电器灵敏的动作。见变压器安装示意图2-l。 14 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 图2-1 气体及电器安装示意图 1——气体继电器;2——油枕 当变压器油箱内部发生相间、层间或匝间短路故障时，伴随有电弧产生，或某些部件严重发热，导致油箱内绝缘油和其他绝缘材料受热分解并产生挥发性气体(即瓦斯)。因为气体比油轻，气体就会很快上升到变压器的最高部分一油枕内。在严重故障时，大量气体会产生很大的压力，使油迅速向油枕流动。根据这一特性，我们可以通过变压器油箱内的气体或油，向油枕方向流动的情况，来判断变压器内部故障的状态。利用这些性质构成的变压器保护称为瓦斯保护，在瓦斯保护装置中，反应这些特性的基本器件是瓦斯继电器。在变压器正常工作时，瓦斯继电器的容器内一般是充满变压器油的，它的两对灵敏水银触点是断开的。如果变压器内部出现轻微故障，则因油分解而产生的气体聚集在容器的上部时，此时迫使油面下降，使上面一对水银触点闭合，接通信号回路，发出报警信号，即继电器轻瓦斯动作。如果正压器内部发生严重故障，将会产生强烈的气体，并出现变压器油的涌浪，迫使油猛烈地由油箱进入油枕，通过联接管道的时候，要经过瓦斯继电器，这时强大的油流冲击瓦斯继电器的挡板，使下面一对水银触点闭合，接通跳闸回路，切断与变压器连接的所有电源，从而起到保护变压器的作用，即继电器重瓦斯动作。线路如图2-2所示。特别要注意，在新装或大修的变压器在加油滤油时将空气带入变压器内部，不能及时排出，当变压器运行后油温逐渐上升，形成油的对流，内部贮存的空气逐渐排出，有可能使瓦斯继电器动作。瓦斯继电器动作的次数与变压器内部贮存的气体多少有关。遇到上述情况时应根据变压器的音响、温度、油面以及加油、滤油工作情况来综合分析，如变压器运行正常可以判断为进入空气所造成的。否则要取气做点燃试验，进一步判断变压器内部是否有故障。运行经验证明，瓦斯继电器比差动 15 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 继电器能更灵敏地反映变压器内部故障，特别对于匝闯短路，其灵敏度高于其它任何保护。但瓦斯保护不宜整定得过于灵敏，避免误动作。 至信号至信号 4321 5R 2.信号继电器1.瓦斯继电器 4.出口继电器3.转换开关 图2-2瓦斯保护原理接线图 2.4.1.2 瓦斯保护的原理及接线 图中2-2为瓦斯继电器，上面的触点为轻瓦斯保护，它由上浮筒或上开口杯控制，动作后仅给出信号;下面的触点为重瓦斯保护，由挡板或下开口杯控制，动作后经信号继电器2给出信号，同时启动出口继电器4，继电器4的触点闭合，并通过本身的电流线圈自保持，知道断路器跳闸为止。考虑到瓦斯继电器的下触点在不稳定油流的冲击下可能发生振动，或短时闭合的状况，所以加上了自保持回路，以保证在这种情况下也能可靠的动作与跳闸。跳闸完毕后，由断路器的辅助触点将自保持回路切断。转换开关3是用来将重瓦斯保护转换到仅动作与信号的位置。 2.4.2 变压器纵联差动保护 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。 变压器纵联差动保护原理; 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。 纵差保护在发电机上的应用比较简单，但是作为变压器内部故障的主保护，纵差保 16 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 护将有许多特点和困难。变压器具有两个或更多个电压等级，构成纵差保护，所用电流互感器的额定参数各不相同，由此产生的纵差保护不平衡电流将很大，纵差保护是利用比较被保护元件各端电流的幅值和相位的原理构成的，根据 n，I,0，即各流入电流之和必 KCL基本定理，即当被保护设备无故障时恒有:,ii,1 等于各流出电流之和。当被保护设备内部本身发生故障时，短路点成为一个新的 n，I,0端子，此时，但是实际上在外部发生短路时还存在一个不平衡电流，所 ,ii,1 以纵差保护的动作判据应改写为: n，I,I,I (2-1) ,ij.cdjbp.max,i1 式中I——差动回路的差动电流; j.cd ——总差保护的最大不平衡电流。 Ijbp.max 对于双绕组和三绕组变压器，实现纵差保护的原理接线图如图2-3所示: I1I'1 IdKD I1'+I'2 I2I'2 图2-3 双绕组变压器接线图 以双绕组变压器为例说明纵差保护原理。由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不同，因此为了保证纵差保护的正确工作，就必须适当选择两侧电流互感器的变比，使得在正常运行和外部故障时，两个二次电流相等例如在图2-3中应使: 17 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 ，，,,, (2-2) I,I22 ，,,nIl21 或 (2-3) ,,nB，,nIl11 式中:n——高压侧电流互感器的变比 l1 n ——低压侧电流互感器的变比 l2 n——变压器的变比 B ，, I——变压器高压侧一次电流 1 ，,, I——变压器低压侧一次电流 1 ，, I——高压侧电流互感器二次电流 2 ，,,I——低压侧电流互感器二次电流 2 纵差保护动作判断用下式表示: ，，,,,I-I,I (2-4) 220 I式中:——纵差保护动作整定电流。 0 ，，，，,,,,,,I-I,0当变压器正常运行及故障时，。即: I,I2222 此时差电流小于动作整定电流，保护不动作。当变压器内部故障时，继电器反应两 I侧电流之和，此时差电流大于动作整定电流。保护动作对于纵差保护动作判据中的 ，0 I要按躲过外部短路时最大短路电流对应的最大不平衡电流整定，这时数值较I0jpb.max 大，如图3-4中直线1所示，直线以下为制动区，直线以上为动作区。如果内部短路电流较小，则差动电流的值小于最大不平衡电流， 该点处于直线1以下(制动区)，保Ijpb.max 护不动作，这时保护的灵敏度不能满足要求。由于变压器纵差保护的不平衡电流随一次穿越电流的增大而增大，因此，利用该穿越电流产生制动作用使动作电流随制动电流而变化，这样在任何内部短路情况下动作电流都大于相应的不平衡电流，同时又具有较高的灵敏度。基于此，人们提出了带有制动特性的纵差保护，如图2-4:曲线2所示曲线以上为动作区，曲线以下为制动区。动作特性曲线2与直线1相比，图中阴影部分能够正确动作。 18 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 图2-4 纵差保护动作曲线 事实上，外部发生短路故障时，因为外部短路电流大，特别是暂态过程中含有非周期分量，电流使电流互感器的励磁电流急剧增大，而呈饱和状态，使得变压器两侧互感器的传变特性很难保持一致，而出现较大的不平衡电流。因此采用带制动特性的原理，外部短路电流越大，制动电流也越大，继电器能够可靠制动。一般地运用纵差保护原理能可靠地区分区内外故障，并有相当高的灵敏度，这也是电力系统主元件往往采用纵差保护的原因。但对变压器来说情况有一些特殊性，在变压器合闸时，在变压器的一侧产生很大的电流，使得空载电流增加到正常状态的6-8倍，形成所谓的励磁涌流，励磁涌流属于正常工况下的电流，保护装置不应动作，但它却是差电流，因此在变压器保护中必须鉴别出励磁涌流的状况，防止在这种情况下保护误动，这是变压器保护的重点和难点所在。另外，由于纵差保护的构成原理是基于比较变压器各侧电流的大小和相位，受变压器各侧电流互感器以及诸多因素影响，变压器在正常运行和外部故障时，其动差保护回路中有不平衡电流，使纵差保护处于不利的工作条件下。为保证变压器纵差保护的正确灵敏动作，必须对其回路中的不平衡电流进行分析，找出产生的原因，采取措施予以消除。 2.4.3 变压器相间短路的后备保护 变压器的主保护通常采用差动保护和瓦斯保护。除了主保护外，变压器还应装设相间短路和接地短路的后备保护。后背保护的作用是为了防止由外部故障一起的变压器绕组过电流，并作为相邻元件(母线或线路)保护的后背以及在可能的条件下作为变压器内部故障是主保护的后背。变压器相邻短路后背保护通常采用过电流保护、低电压启动的过电流保护、复合电压启动的过电流保护以及负序过电流保护等，也有采用阻抗保护 19 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 作为后背保护的情况。 2.4.3.1 过电流保护 保护装置的的单项原理接线如图2-5所示，其工作原理与线路定时限过电流的保护 相同。保护动作后，跳开变压器两侧的断路器。保护的启动电流按照躲过变压器可能出 现的最大负荷电流来整定，即 KrelI,IsetL.max (2-5) Kre 式中——可靠系数，取1.2,1.3; Krel ——返回系数，取0.85,0.95; Kre ——变压器可能出现的最大负荷电流。 IL.max QF1 t0跳QF1、QF2I> TA QF2 图2-5变压器过电流保护的单相原理接线图 可按下述两种情况来考虑: IL.max (1)对并列运行的变压器，应考虑切除一台最大容量的变压器以后，在其他变压器 中所产生的过负荷。若各变压器的容量相等时，可按下式计算为 n, (2-6) IIL.maxN,n1 式中n——并列运行变压器的可能最少台数; I ——每台变压器的额定电流。 n (2)对降压变压器，应考虑负荷中电动机起动时的最大电流，计算式为 20 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 ,I,KI (2-7) L.maxssL.max ,式中——正常运行时的最大负荷电流; IL.max ——综合负荷的自起动系数，其值与负荷性质及用户与电源间的电气距离有关，Kss 在110kV降压变电站，对低压6, 10kV侧取=1.5, 2.5;中压35kV侧取=1.5, KKssss2.0。 保护装置的灵敏校验: I k (2-8) .minK,senIop 式中——最小运行方式下，在灵敏度校验发生两相短路时，流过保护装置的Ik.min 最小短路电流。 在被保护变压器受电侧母线上短路时，要求 =1.5,2.0;在后备保护范围末端Ksen K,1.2短路时，要求 sen 保护装置的动作时限应与下一级过电流保护配合，要比下一级保护中最大动作时限大一个时限级差 Δt。 2.4.3.2低电压起动的过电流保护 I> QF1 I>1 H1I> &t0跳QF1、QF2 Y1 U< U<1QF2 H2TVU< ~ 图2-6 低电压启动的过电流保护原理接线图 过电流保护按躲过可能出现的最大负荷电流整定，启动电流比较大，对于升压变压器或容量较大的降压变压器灵敏度往往不能满足要求，为此可以采用低电压启动的过电流保护。 该保护的原理接线图如图2-6所示，只有在电流元件和电压元件同时作用后，才能 21 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 启动时间继电器，经过预定的延时后动作于跳闸。由于电压互感器回路发生断线时，低电压继电器将误动作，为此在实际装置中还需要配置电压回路断线闭锁的功能。 采用低电压继电器后，电流继电器的整定将可以不再考虑并联运行变压器切除或电动机自启动时可能出现的最大负荷，而是按大于变压器的额定电流整定，即 Krel (2-9) I,IsetNKre 低电压继电器的动作电压按以下条件整定，并取最小值。 (1)按躲过正常运行时可能出现的最低工作电压整定，计算式为 UL.min , (2-10) UsetKKrelre ——最低工作电压，一般取(为变压器的额定电压); 式中0.9UUUL.minNN ——可靠系数，取1.1,1.2; Krel ——低电压 继电器的返回系数，取1.15,1.25. Kre (2)按躲过电动机自启动时的电压整定: 当低压继电器由变压器低压侧互感器供电时，计算式为 =(0.5,0.6)U (2-11) UNset 当低压继电器由变压器高压侧互感器供电时，计算式为 (2-12) U,0.7UsetN 电流元件的灵敏系数按式( 2-9 )校验，电压元件的灵敏系数按下式校验， 即 UsetK, (2-13) senUk.max 式中——最大运行方式下，灵敏系数校验点短路时，保护安装处的最大电压。 Uk.max K,1.25一般要求。 sen 2.4.3.3 复合电压起动的过电流保护 若低电压起动的过电流保护的低电压继电器灵敏系数不满足要求，可采用复合电压起动的过电流保护。 (1)负序电压滤过器 负序电压滤过器从三相电压中取出负序电压分量。由电阻、电容构成的单相式负序电压滤过器应用广泛，其原理接线如图所示。滤过器的输入端接UABY与UBC。由于线电压不包含零序分量，所以，从输入端即避免了零序分量电压进入滤过器，为了避免正序电压通过滤过器，两个阻抗臂的参数应取为 22 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 1R,XR,X, , R,3X1C22C21cl3 滤过器的输出电压为 ，，， U,U，UmnR1C2 ,，，U30当输入正序电压时，滤过器的相量图。因为，电流超前。因R,3XIAB.11clAB ,,，，，，，，U60为，电流超前。滞后，与同相。因IUR,1/3XUII90BC.1BCC22C2R1ABBC ，，，故 U,,UR1C2 ，，， U,U，U,0mn.1R1C2..,j60,，，当输入负序电压时，滞后，由图可见，,故 U,UeUU120C2R1AB.2BC.2 ....,j60U,U，U,U(1，e) (2-14) mn.2R1C2R1 ,,j90,j30，，，，，，， 由于，且，因此，，以此代U,3UeU,Ucos30eU,U，UR1C1R1AB.2AB.2R1C2 入(2-14)得 ,,,j60j30，， U,Ucos30(1，e)emn.2AB.2,,j60j30，， (2-15) ,1.5Ue,1.53UeAB.2A2 由式(2-15)可见，滤过器的输出电压与输入的负序电压成正比，相位超前输入A ,，相负序电压。 U30A2 ，实际上，当系统正常运行时，负序电压滤过器仍有一个不平衡电压U输出。产生unb不平衡电压的原因主要是各阻抗元件参数的误差及输入电压中有谐波分量。由于5次谐波属负序性质，它可以通过滤过器。通常在滤过器的输出端加设5次谐波滤过器，消除5次谐波的影响。 (2) 复合电压起动的过电流保护的工作原理 这种保护是低电压启动过电流保护的一个发展，其原理接线如图2-7所示。他将原来的三个低电压继电器改由一个负序过电压继电器KV2(电压继电器接于负序电压滤过器上)和一个接于线电压上的低电压继电器KV1组成。由于发生各种不对称故障时，都能出现负序电压，故负序电压继电器KV2作为不对称故障的电压保护，而低电压继电器KV1则作为三相短路故障时的电压保护。 23 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 I> QF1 I>1 H1I> &t0跳QF1、QF2 Y1 KV2 U2虑QF2U<1过器 TVH2 U<~ KV1 图2-7 复合电压启动的过电流保护原理接线图 2.4.4 变压器接地短路的后备保护 电力系统中，接地故障常常是故障的主要形式，因此，大接地电流系统中的变压器，一般要求在变压器上装设接地(零序)保护，以作变压器本身主保护的后备保护和相邻元件接地短路的后背保护。 2.4.4.1变电所单台变压器的零序电流保护 中性点直接接地运行的变压器毫无例外地都采用零序过电路保护作为变压器接地后背保护。零序过电流保护通常采用两段式。零序电流保护?段和与相邻元件零序电流保护?段相配合;零序电流保护?段与相邻元件零序电流保护后背段相配合。与三绕组变压器相间后背保护类似，零序电流保护在配置上要考虑缩小故障影响范围的问题。根据需要，每段零序电流保护可设两个时限并以较短的时限动作与缩小故障影响范围，以较长的时限断开变压器各侧断路器。 图2-8是双绕组变压器零序电流保护的原理接线和保护逻辑电路。零序过电流取自变压器中性点电流互感器的二次侧。由于是双母线运行，在另一条母线故障时，零序电流保护应该跳开母联断路器QF，使变压器能够继续运行。所以零序电流保护?段和? tttt段均采用两个时限，短时限、跳开母联断路器QF，长时限、跳开变压器两侧断3124 路器。 24 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 QF t0QF1I? 1 跳QF t0 H1 1跳QF1、QF23I0t0 ?I H2 QF2t0 图2-8 零序过电流保护的原理接线和保护逻辑电路 对于三绕组变压器，往往两侧的中性点直接接地运行，应该在两侧的中性点上分别装设两段式的零序电流保护。各侧的零序电流保护作为本侧相邻元件保护的后备和变压器主保护的后备。在动作电流整定时要考虑对侧接地故障的影响，灵敏度不够时可以考虑装设零序电流方向元件。若不是双母线运行，各段也设两个时限，短时限动作于跳开变压器的本侧断路器，长时限动作于跳开变压器各侧的断路器。若是双母线运行，也需要按照尽量减小影响范围的原则，有选择的跳开母联断路器、变压器本侧断路器和各侧断路器。 2.4.4.2 多台变压器并联运行时的接地后备保护 K1 K2QF T1T2T3 ~~~ 图2-9 多台变压器并联运行的变电所 25 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 对于多台变压器并联运行的变电所，通常采用一部分变压器中性点接地运行，而另一部分变压器中性点不接地运行的方式。这样可以将接地故障电流水平限制在合理的范围内，同时也使整个电力系统零序电流的大小和分布情况尽量不受运行方式变化的影响，提高系统零序电流的灵敏度。如图2-9所示，T2和T3中性点接地运行，T1中性点不接地运行。k2点发生单相接地故障时，T2和T3由零序电流保护动作而被切除，T1由于无零序电流，仍将带故障运行。此时由于接地中性点失去，变成了中性点不接地系统单项接地故障的情况，将产生接近额定电压的零序电压，危及变压器和其他设备的绝缘，因此需要装设中性点不接地运行方式下的接地保护将T1切除。中性点不接地运行方式下的接地保护根据变压器绝缘等级的不同，采用如下保护方案: 全绝缘变压器在所连接的系统发生单相接地故障的同时又变为中性点不接地时，绝缘不会受到威胁，但此时产生的零序过电压会危及其他电气设备的绝缘，需装设零序电压保护将变压器切除。其接地保护原理图如2-10所示。零序电流保护作为变压器中性点运行时的接地保护与图2-8的单台变压器接地保护完全完全一样。 QF QF1 t0U0>1跳QF1、QF2 H1 零序电3I0跳QF流保护 QF2 图2-10 全绝缘变压器接地保护原理接线图 零序电压保护作为中性点不接地运行时的接地保护，零序电压取自电压互感器二次侧的开口三角形绕组。零序电压保护的动作电压要躲过在部分中性点接地的电网中发生单相接地时，保护安装可能出现的最大零序电压;同时要在发生单相接地且失去接地中 UU0N性点时有足够的灵敏度。考虑两个方面的因素，动作电压3一般取1.8。采用这样的动作电压是为了减少故障影响的范围。例如图3-13的k1点发生单相接地故障时，T1零序电压保护不会启动，在T2和T3的零序电流保护将母联断路器QF跳开后，变压 26 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 器仍能继续运行;而k2点发生故障时，QF和T2、T3跳开后，接地中性点失去，T1的零序电压保护动作。由于零序电压保护只有在中性点失去、系统中没有零序电流的情况下才能够动作，不需要与其他元件配合，故动作时限只需躲过暂态保护电压的时间，通常去0.3,0.5。 2.4.5 过负荷保护 变压器的过负荷，在大多数情况下是三相对称的。所以过负荷保护只须用一个电流继电器接于一相电流即可。为了防止外部短路时不误发过负荷信号，保护经延时动作于信号。 过负荷保护的动作电流，按躲过变压器的额定电流整定，即 KrelI,IopN.BKre (2-16) K式中——可靠系数，取1.05 rel K ——返回系数;取0.85 re 变压器过负荷保护的动作时限比变压器的后备保护动作时限大一个Δt。 2.4.6 变压器的温度保护 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。变压器的油温越高，油的劣化速度越快，使用年限减少。当油温达115,150?时劣化更明显，以致不能使用。油温越高将促使变压器绕组绝缘加速老化影香其寿命。因此，《变压器运行规程》规定:上层油温最高允许值为95?，正常情况下不应超过85?，所以运行中对变压器的上层油温要进行监视。凡是容量在1000kVA及以上的油侵式变压器均要装设温度保护，监视上层油温的情况;对于变电所，凡是容量在315kVA及以上的变压器，通常都要装设温度保护;对于少数用户变电站，凡是容量在800kVA左右的变压器，都应装设温度保护，但温度保护只作用于信号。 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。 27 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 温度继电器的结构: 变压器油温的监视采用温度继电器，它由变压器生产厂成套提供。它是一种非K, 电量继电器。常用的电触头压力式温度继电器的结构图，它由受热元件、温度计及附件组成，是按流体压力原理工作的。 温度计是一只灵敏的流体压力表，他有一支可动指针和两支定位指针分别为黄色和红色。铜质连接管内充有乙醚液体或氯甲烷、丙酮等:受热元件插在变压器油箱定盖的温度测孔内。 变压器的冷却系统: 大型电力变压器常用的冷却方式一般分为3种:油浸自冷式、油浸风冷式、强迫油循环。油浸自冷式就是以油的自然对流作用将热量带到油箱壁和散热管，然后依靠空气的对流传导将热量散发，它没有特制的冷却设备。而油浸风冷式是在油浸自冷式的基础上，在油箱壁或散热管上加装风扇，利用吹风机帮助冷却。加装风机后可使变压器的容量增加30%,35%。强迫油循环冷却方式，又分强油风冷和强油水冷2种，它是把变压器中的油，利用油泵打入油冷却器后再复回油箱，油冷却器做成容易散热的特殊形状，利用风扇吹风或循环水作冷却介质，把热量带走。这种方式若将油的循环速度比自然对流时提高3倍，则变压器可增加容量30%。风冷变压器又分为2种冷却方式，即冷却器冷却和片式散热器冷却，其原理基本相同。 目前我国大型电力变压器的冷却装置配置情况是:根据变压器容量的大小，配置数组风冷油循环冷却装置，每组风冷油循环冷却装置由1台油泵和3,4台风扇组成。运行)、其余所有冷却器全部投入运行。此配置有其不尽人意的地方。在夏季高运行中为满足变压器的各种运行工况，一般要求冷却器1台备用(运行冷却器故障时可自动投入运行)、1台辅助(变压器负荷电流大于70% ie或上层油温高于某一定值时自动投入温季节，机组满负荷运行，变压器冷却装置全部投入，但其上层油温仍高达70?左右(有时变压器油枕油位因气温变化而高出指示范围)。但在夜间尤其是在暴雨过后的夜间，因负荷和气温骤降，虽然已将变压器辅助冷却器停运，但变压器油温仍降至30?以下，也就是油温的变化幅度超过了环境温度的变化。在冬季负荷较低或特别寒冷的季节，变压器因油温过低，不得不对其进行加油，这对变压器的安全运行和寿命将是十分不利的。即使日常负荷变化和气温变化没有如此之大，但变压器的温度变化是实际存在的。 28 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 3 短路电流计算与整定 3.1 短路电流计算 为了合理选择各种电气设备,对各种电气设备都需校验热稳定和动稳定,因此要进 行短路电流计算。短路种数，一般按三相短路验算，短路计算点应选择通过导体和电气 设备的短路电流为最大的那些点。 根据以上原则，短路点分别选择为220KV母线、110KV母线、10KV母线，分别为 d1、d2、d3点。 参数标么值计算: 取基准容量S=100MVA,基准电压U选各级平均电压,即U=1.05 Ujjje U1.05U1.05220231V,,，,k j1N2 U1.05U1.05110115V,,，,k j2N2 U1.05U1.051010.5V,,，,k j3N3 根据可得基准电流: I,S/3Ujjj I=0.25kA j1 I=0.5kA j2 I=5.5kA j3 各绕组短路电压百分值: 11U%,(U%，U%,U%),(13.9，22.5,7.36),14.52 k1k1,2k1,3k2,322 11U%,(U%，U%,U%),(13.9，7.36,22.5),,0.62 k2k1,2k2,3k1,322 11U%,(U%，U%,U%),(22.5，7.36,13.9),7.98 k3k1,3k2,3k1,222 X,(U%，S)(/100，S)基准电抗: *TkjNT U%——变压器短路百分值(即变压器阻抗的额定相对值)。 k S——变压器额定容量(兆伏安)。 NT =0.12 X*T1 =-0.005 X*T2 X=0.067 *T3 (1)最大运行方式下: *220千伏母线实用阻抗:=0.12+0.009=0.129 ,,(220) 29 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 ,,,短路电流有效值:=0.25/0.117=1.94kA I,I，,,,(1/,),,/,ddjjj,, 短路电流冲击峰值:,,,,，2.552.551.94=4.95 kA chd 短路全电流最大有效值:= /1.686=4.947/1.686=2.93kA ,,chch 短路容量:S=100/0.129=775.19MVA *=0.009+0.12-0.005=0.124 110千伏母线实用阻抗:,,(110) ,,,短路电流有效值:=0.5/0.124=4.03kA I,I，,,,(1/,),,/,ddjjj,, ,,,,，2.552.554.03短路电流冲击峰值:=10.28kA chd 短路全电流最大有效值:,= , /1.686=10.28/1.686=6.10kA chch 短路容量:S=100/0.124=806.45MVA 10千伏母线实用阻抗: *=0.009+0.12+0.067=0.196 ,,(10) ,,,短路电流有效值: II1//5.5/0.19628.1A,，,,,,,,,,,()kdjdjj,, ,,,,，,2.552.5528.171.66Ak短路电流冲击值: chd ,,42.5Ak短路全电流最大有效值: ch 短路容量:S=100/0.196=510.20MVA 最大运行方式下短路电流计算结果表3-3如下所示: 表3-3 短路电流计算结果表 短路点 短路点基基准电计算电短路电短路电流最短路电流短路容 准电压流(kA) 流I:大有效值冲击值量抗 X*T (kV) (kA) Ich(kA) Ich(kA) (MVA) D1 231 0.25 0.12 1.94 2.93 4.95 775.19 D2 115 0.5 -0.005 4.03 6.10 10.28 806.45 D3 10.5 5.5 0.067 28.10 42.50 71.66 510.20 (1)最小运行方式下: *220千伏母线实用阻抗:=0.12+0.0318=0.1518 ,,(220) ,,,短路电流有效值:=0.25/0.1518=1.65kA I,I，,,,(1/,),,/,ddjjj,, ,,,,，2.552.551.65短路电流冲击峰值:=4.21 kA chd 30 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 短路全电流最大有效值:= /1.686=4.21/1.686=2.50kA ,,chch *110千伏母线实用阻抗:=0.03189+0.12-0.005=0.14689 ,,(110) ,,,短路电流有效值:=0.5/0.14689=3.40kA I,I，,,,(1/,),,/,ddjjj,, ,,,,，2.552.553.40短路电流冲击峰值:=8.68kA chd = /1.686=8.68/1.686=5.15kA 短路全电流最大有效值:,,chch 10千伏母线实用阻抗: *=0.03189+0.12+0.067=0.21889 ,,(10) ,,,短路电流有效值: II1//5.5/0.2188925.13A,，,,,,,,,,,()kdjdjj,, ,,,,，,2.552.5525.1364.07Ak 短路电流冲击值:chd ,,38.00Ak短路全电流最大有效值: ch 短路容量:S=100/0.196=510.20MVA 最小运行方式下短路电流机选结果表图3-4如下所示: 表3-3 短路电流计算结果表 短路点 短路点基基准电流计算电抗短路电流短路电流最短路电流冲 准电压(kA) I:(kA) 大有效值击值 X*T (kV) Ich(kA) Ich(kA) D1 231 0.25 0.12 1.65 2.05 4.21 D2 115 0.5 -0.005 3.40 5.15 8.68 D3 10.5 5.5 0.067 25.13 38.00 64.07 3.2 变压器保护的整定计算原则 3.2.1 变压器主保护 结合主接线图差动保护动作后跳开变压器各侧断路器。 若TA断线闭锁差动保护的定值可整定，则投入TA断线闭锁差动保护功能;若此 I值不可整定，则不投入。TA断线开放查点门槛值一般整定为1.1。 e 31 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 3.2.2 220kV侧后备保护 3.2.2.1 220kV侧相间后备保护 配置两套复合电压闭锁过流保护，每套保护按二段式设置。为确保对变压器各侧故障均有足够灵敏度，复合电压闭锁原件取各侧电压的“或”逻辑，TV断线或TV停运时解除该侧电压闭锁对过流保护的开放作用。 当110kV旁路代变中时，由于作为主保护的差动保护I退出，变高开关到套管的引线无瞬动保护，过流I段按变中、变低故障，保出口短路灵敏度1.5整定，0.1s切各侧。本段保护方向指向变压器。 过流II段按躲变压器额定电流整定，与变中、变低后备保护的时间配合，切各侧。对于220kV线路近区故障，本段保护已经从时间上避免误动，因此不带方向。 3.2.2.2 220kV侧零序后备保护 配置两套定时限零序电流保护，每套保护按二段式设置。 零序I段与220kV线路零序III段配合，保母线故障1.5灵敏度。第一时限母联或分段断路器，第二时限跳变压器本侧断路器。考虑到110kV侧接地，220kV侧中性点的感应零序电流较大，因此本段带方向指向220kV母线。 零序II段与220kV线路零序IV段配合，保线路末端故障1.3灵敏度，母线故障2的灵敏度。比I段跳本侧时间高一时间级差跳变压器各侧断路器。由于对于110kV侧接地故障，已经时间上避免保护误动，因此本段不带方向。 3.2.2.3 220kV侧零序过电压保护和间隙零序电流保护 为了避免间隙击穿后零序电压下降，因此间隙保护方式采用零序电压和零序电流动作后时间原件相互扶持的方式。零序过电压保护定值整定为180V，0.5s切各侧。 3.2.3 110kV侧后备保护 3.2.3.1 110kV侧相间后备保护 配置两套复合电压闭锁过流保护，每套保护按二段式设置，复合电压闭锁原件同220kV侧。 过流I段按躲最大负荷电流，保110kV母线故障1.5灵敏度整定。时间上与110kV出线III段最长时间配合，第一时限切母联，第二时限切本侧(I段时间+级差)。方向指向母线。 过流II段比I段II时限高一时间级差跳开变压器各侧断路器，不带方向。 3.2.3.2 110kV侧零序后备保护 配置两套定时限零序电流保护，每套保护按二段式设置。 32 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 零序I段按与110kV出线零序II段配合，保证110kV母线故障1.5灵敏度整定。第I时限切母联，第II时限切本侧(I段时间+级差)。如果110kV侧有地方电源，校躲220kV母线故障的可靠系数，如灵敏度小于1.3则带方向，方向指向母线，反之不带。 零序电流II段取一次值300A，与110kV出线零序IV段配合，第一时限切母联，第II时限切本侧(I段时间+级差)，第III时限切各侧(II段时间+级差)。由于本段保护已经从时间上避免反方向故障保护误动，因此不带方向。 3.1.3.3 110kV侧零序过电压保护和间隙零序电流保护 间隙保护方式采用零序电压和零序电流动作后时间原件相互扶持的方式。零序过电压保护定值整定为150V,0.5s切各侧;间隙零序电流保护整定为一次电流100A,0.5s切各侧。 3.2.4 10kV侧后备保护 配置两套复合电压闭锁过流保护，每套保护设置两段三个时限。 从保护设备的角度考虑，过流I段取一次值10000A,与10KV分段保护配合, 第一时限闭自投，第二时限切本侧。 过流II段按躲最大负荷电流，保10kV母线故障1.5灵敏度整定，与10kV分段II段配合，第一时限跳开本侧断路器，第二时限闭锁备自投，第三时限跳开变压器各侧断路器。 3.3 220kV主变压器保护整定计算过程 3.3.1 变压器瓦斯保护 瓦斯保护是反应变压器油箱内各种故障的主保护。当油箱内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，瓦斯保护应瞬时动作于信号;当产生大量瓦斯时，应瞬时动作于断开变压器各侧断路器。 瓦斯保护动作于信号的轻瓦斯部分，通常按产生气体的容积整定。对于容量10MVA以上的变压器，整定容积为250,300ml。 瓦斯保护动作于跳闸的重瓦斯部分，通常按通过气体继电器的油流流速整定。流速的整定与变压器的容量、接气体继电器的导管直径、变压器冷却方式、气体继电器的型式等有关。表3-1为动作于跳闸的瓦斯保护油流流速整定表。 33 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 表3-1 瓦斯保护油流动作流速整定表 变压器容量 气体继电器型式 连接导管内径 冷却方式 动作流速整定值 kVA mm m/s 1000及以下 QJ-50 φ50 自冷或风冷 0.7,0.8 7000,7500 QJ-50 φ50 自冷或风冷 0.8,1.0 7500,10000 QJ-80 φ80 自冷或风冷 0.7,0.8 10000以上 QJ-80 φ80 自冷或风冷 0.8,1.0 200000以下 QJ-80 φ80 强迫油循环 1.0,1.2 200000及以上 QJ-80 φ80 强迫油循环 1.2,1.3 500kV变压器 QJ-80 φ80 强迫油循环 1.3,1.4 有载调压开关 QJ-25 φ25 1.0 所以本设计针对220kV万变电站主变的轻瓦斯保护的气体容积整定为250,300ml，重瓦斯保护的油流流速整定为1.2-1.3m/s。 3.3.2 变压器纵差保护 纵差保护是变压器内部故障的主保护，主要反应变压器油箱内部、套管和引出线的相间和接地短路故障，以及绕组的匝间短路故障。 3.2.2.1 对220kV变压器纵差保护的技术要求 (1)在变压器空载投入或外部短路切除后产生励磁涌流时，纵差保护不应误动作。 (2)在变压器过励磁时,纵差保护不应误动作。` (3)为提高保护的灵敏度,纵差保护应具有比率制动或标积制动特性。在短路电流小于起始制动电流时，保护装置处于无制动状态，其动作电流很小(小于额定电流)，保护具有较高的灵敏度。当外部短路电流增大时，保护的动作电流又自动提高，使其可靠不动作。 (4 )在最小运行方式下，纵差保护区内各侧引出线上两相金属性短路时，保护的灵敏系数不应小于2 。 (5)在纵差保护区内发生严重短路故障时， 为防止因电流互感器饱和而使纵差保护延迟动作， 纵差保护应设差电流速断辅助保护，以快速切除上述故障。 变压器纵差保护方框图如图3-1所示。 34 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 A相差动原件动作 +B相差动原件动作**1a,b,ciI/VI1c相差动原件动作1侧 变 i2a,b,cI/V压A相二次谐波制动I2器2侧差动出口B相二次谐波制动+差i3a,b,c**I/V动C相二次谐波制动 3侧投I3保I2退护五次谐波制动i4a,b,cI3 I/V4侧**差动速断出口差动速断原件动作 TA断线信号TA断线 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 投退 图3-1二次谐波制动原理差动保护逻辑框图 3.3.2.2 纵差保护整定计算内容 (1)与纵差保护有关的变压器参数计算，包括变压器的各侧额定电流,电流互感器和中间电流互感器的变比选择等。 2)纵差保护动作特性参数的整定。 ( (3)纵差保护灵敏系数的校验。 (4)其他辅助验算和经验数据的推荐,包括谐波制动比(对谐波制动原理的差动保护)和闭锁角(对间断角原理的差动保护)的推荐。 3.3.2.3 纵差保护的整定计算 a变压器参数计算 与纵差保护有关的变压器参数计算，可按表3-2所列的公式和步骤进行。已知: 三 SYY绕组变压器;额定容量=240MVA ;绕组接法为 , , d ll ;则选高压侧为基nNN 本侧;电流互感器二次额定电流为1A。变压器参数计算表如表3-2所示: 35 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 表3-2 变压器参数计算表 各 侧 参 数 序号 名 称 高压侧(H) 中压侧(M) 低压侧(L) UKV,220UKV,110UKV,10 1 额定电压U Nnhnmnl SnS6928I,,Snnln 630I,,315I,,2 额定电流I 3UnmNnhnl3U3Unmnh 1)3 各侧接线 Y Y d11 NN 各侧电流互 4 感器二次接d d Y 线 电流互感器 的计算变比I33nl 69285 n,, nI,,nI,,1091546clchnhcmnm111n c 电流互感器 n,600n,1200n,7500/1 /1 /1 6 实际选用变shsmsl 比n s I3各侧二次电nl 0.84i,, iI,,0.9097 3lmnm iI,,0.91流I nnhnhslsmnsh 基本侧的选8 1 2)择 中间电流互iihm 1.081.089 感器的变比 n,,n,,mhmmiilln m 1)对于通过软件实现电流相位和幅值补偿的微机型保护，各侧电流互感器二次均可按Y 接线。 2)一般可选二次电流较小侧为基本侧。 b 纵差保护动作特性参数的计算 带比率制动特性的纵差保护的动作特性，通常用直角坐标系上的一条折线表示。该 ,,坐标系纵轴为保护的动作电流;横轴为制动电流，如图3-2所示。折线ACD的左opres 上方为保护的动作区，折线右下方为保护的制动区。目前利用微机构成的差动保护，其动作特性也有曲线形状的，其制动系数不是常数。具体整定计算可参照厂家提供的技术说明书进行。 36 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 Iop Iop.max D 动作区 CAIop.min制动区 BIres Ires.0Ires.max 图3-2 纵差保护动作特性曲线图 这一动作特性曲线由纵坐标OA，拐点的横坐标OB，折线CD的斜率K三个参数所确定。OA表示无制动状态下的动作电流，即保护的最小动作电流。OB表示起始,op.min制动电流,。 res.0 动作特性三个参数，目前在工程实用上采用如下整定计算方法，现叙述如下。 折线上任一点动作电流Iop与制动电流Ires之比Iop/Ires,Kres称为纵差保护的制动系数。由图5-2中各参数之间的关系可导出， 制动系数Kres与折线斜率S之间的关系如下式所示 ,,,,KII/IIopop.min.minresopresop.minres.0S,,KS,,，(1) ，即 (3-1) ss,,,,1/IIIIresresoresres.0.resres 从图3-2可见，对动作特性具有一个折点的纵差保护，折线的斜率S是一个常数， 而制动系数Kres则是随制动电流Ires而变化的。在实际应用中，是通过保护装置的参数调节整定折线的斜率来满足制动系数的要求。 ,动作量应根据制动电流,的计算值按图3-2的折线来计算。 opres ,，,,,,op.minresres.0,, (3-2) ,opK(),,,，,，,,,resres.0op.minresres.0, 从图3-2可见，对动作特性具有一个折点的纵差保护，折线的斜率K是一个常数，对变压器保护，通常取0.4,1。在实际应用中，是通过保护装置的参数调节整定折线的斜率来满足制动系数的要求。 (1)纵差保护最小动作电流的整定。最小动作电流应大于变压器额定负载时的不平衡电流，即 Ι,K，K，ΔU，Δm，m/n (3-3) op.minrelerNTA 37 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 式中:——变压器的额定电流; ΙN ——电流互感器的变比; nTA ——可靠系数，取1.3,1.5; Krel ——电流互感器的比误差，10P型取0.03×2，5P型和TP型取0.01×2。 Ker ——变压器调压引起的误差，取调压范围中偏离额定值的最大值(百分值); ,U ——由于电流互感器变比未完全匹配产生的误差，初设时取0.05。 ,m 在工程实用整定计算中可选取,(0.2,0.5)。一般工程宜采用不小于ΙΙ/nop.minNTA 0.3的整定值。 ,/nNTA Ι,0.3Ι/n,0.3，315/600,0.157。 高压侧:op.minNTA Ι,0.3Ι/n,0.3，630/1200,0.157中压侧: op.minNTA Ι,0.3Ι/n,0.3，6928/7500,0.157低压侧: op.minNTA (2)起始制动电流Ires.0的整定。起始制动电流宜取,(0.8,1.0)。 Ι,/nres.0NTA 高压侧:=0.9×315/600=0.47 Ιres.0 中压侧:=0.9×630/1200=0.47 Ιres.0 低压侧:=0.9×6928/7500=0.122 Ιres.0 (3)计算差动保护的动作电流: Ιop.max (3-4) I,KIop.maxrelunb.max对于双绕组变压器: I,(KKK，,U，,m)I (3-5) unb.maxapccerk.max式中——外部短路时，最大穿越短路电流周期分量; Ik.max K ——非周期分量系数，两侧同为TP级电流互感器取1.0，两侧同为P级电ap 流互感器取1.5,2; ——电流互感器的同型系数，取1.0; Kcc K——电流互感器的比误差，取0.1; er ——变压器调压引起的误差，取调压范围中偏离额定值的最大值(百分值); ,U ,m——由于电流互感器变比未完全匹配产生的误差，初设时取0.05。 对于三绕组变压器: I,KKI，,UI，,UI， (3-6) unb.maxapcck.maxhk.h.maxmk.m.max ,mI，,mI lk.l.maxllk.ll.max 式中)——变压器高)中压侧引起的误差，取调压范围中偏离额定值的,U,Uhm 38 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 最大值(百分值); )——在所计算的外部短路时，流过高)中压侧电流互感器的周IIk.h.maxk.m.max 期分量; )——在所计算的外部短路时，相应的流过非靠近故障点两侧电IIk.l.maxk.ll.max 流互感器的周期分量; )——由于电流互感器变比未完全匹配产生的误差，初设时取0.05。 ,m,mlll c灵敏系数的计算 纵差保护的灵敏系数应按最小运行方式下差动保护区内变压器引出线上两相金属性短路计算。图3-3为纵差保护灵敏系数计算说明图。根据计算最小短路电流和,k.min相应的制动电流，在动作特性曲线上查得对应的动作电流,。 ,opres 则灵敏系数为 ,k.min (3-7) K,sen,op 要求K?2。 sen Iop IopIop.min IresIres.0 图3-3 纵差保护灵敏系数计算说明图 d纵差保护的其他辅助整定计算及经验数据的推荐 (1)差电流速断的整定。当变压器内部发生不对称短路或合闸过程中三相故障时，差动电流中会产生较大的二次谐波分量，使纵连差动保护被制动，直到二次谐波衰减后才能动作，这将会延误保护动作时间，造成严重的后果。因此提出加速差动保护动作的方法，即当任意一相差动电流大于速断整定值时，瞬时动作于出口，即无时限出口，其 39 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 实质是以定值避开励磁涌流闭锁的时延，达到快速切除故障的目的。其依据为 (3-8) I,KIopiN 式中:——差电流速断的动作电流;——变压器的额定电流;——倍数，ΙIKopNi视变压器容量和系统电抗大小，推荐值如下: Ki 7,12; 6300kVA及以下 6300,31500kVA 4.5,7.0; 40000,120000kVA 3.0,6.0; 120000kVA及以上 2.0,5.0; 取值越小。 容量越大，系统电抗越大，Ki IKIA,,，,5.00.914.55所以，变压器的容量为120MVA时，动作电流 opiN (2)二次谐波制动比的整定。在利用二次谐波制动来防止励磁涌流误动的纵差保护中，谐波制动回路可以单独整定。整定值可用差电流中的二次谐波分量与基波分量的比值表示，通常称这一比值为二次谐波制动比， 即: (3-9) ,,,,op.2op.1 式中，,为A,B,C三相差动电流中各自的二次谐波电流;,为对应的三相基波op.2op.1 差动电流动作值;K微微二次谐波制动系数，根据经验,二次谐波制动比可整定为15%,20%。 (3)涌流间断角的推荐值。按鉴别涌流间断角原理构成的变压器差动保护，根据运行经验，闭锁角可取为60?,70?。有时还采用涌流导数的最小间断角,和最大波宽d,，其闭锁条件为 , ,?65?;,?140? (3-10) d, 3.3.3 变压器相间短路后备保护 复合电压启动的过流保护在不对称故障时电压继电器的灵敏度高，并且接线比较简单，因此广泛使用。所以在变压器相间短路后背保护中只对这种保护的整定进行介绍。 3.3.3.1 电流继电器的整定 电流继电器的动作电流应躲过变压器的额定电流，计算公式如下: KrelI,I (3-11) opNKre KKI式中:——可靠系数，取1.2,1.3;——返回系数，取0.85,0.95;——relreN变压器的额定电流(二次侧)。 40 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 已知 n,600a(220) n,1200a(110) n,7500a(10) 校验: I,1.2/(0.9，600)，315,0.7整定为1A 220kV级:op(220) I,1.2/(0.9，1200)，630,0.7110kV级: 整定为1A op(220) I,1.2/(0.9，7500)，6928,1.2310kV级: 整定为2A op(10) 灵敏度校验: ,,I.mink (3-12) K,senIop ,,式中为后备保护区末端两相金属性短路时流过保护的最小短路电流(二次Ik.min K,1.3值)，要求(近后备)或1.2(远后备)。 sen 3,,I1.6510/600，k.min220kV级: K,,,,2.751.3senI1op 3,,I3.4010/1200，k.min110kV级: K,,,,2.831.3senI1op 3,,I25.1310/7500，k.min10kV级: K,,,,1.681.3senI2op 3.3.3.2 低电压继电器的整定计算 (1)当低电压继电器应躲过电动机启动，计算公式如下: UminU, (3-13) opKKrelt 式中K——可靠系数，取1.2,1.25; rel K——返回系数，可取1.15,1.2; t ——变压器正常运行可能出现的最低电压，一般可取0.9U(额定线电压UNmin 二次值)。 220KV100V//100V因要计算电压二次值，须知电压互感器变比,本设计为。 33 带入数据可得， 0.9，100U,,62.5Vop 1.2，1.2 41 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 (2)当低电压继电器由变压器高压侧电压互感器供电 (3-14) U,0.7UopN 代入数据，得 U,0.7，100,70Vop 式中为额定线电压二次值。 UN 对发电厂的升压变压器，当低电压继电器由发电机侧电压互感器供电时，还(3) 应考虑躲过发电机失磁运行时出现的低电压，可取 =(0.5,0.6) (3-15) UUopN 代入数据，得 U,0.6，100,60Vop 灵敏系数校验: Uop (3-16) K,senUc.max 式中:——计算运行方式下，灵敏系数校验点发生金属性相间短路时，保护Uc.max 安装处的最高残压(二次值)。 要求?2.0(近后备)或1.5(远后备)。 Ksen 在校验电流继电器和低电压继电器的灵敏系数时，应分别采用各自的不利正常系统 运行方式和不利的短路类型。当低电压继电器灵敏系数不够时，可在变压器各侧装设低 电压继电器。 3.3.3.3 负序电压继电器的整定 负序电压继电器应按躲过正常运行时出现的不平衡电压整定，不平衡电压值可通过 实测确定，一般可取 =(0.06,0.08)U (3-17) U,Nop.2 式中U为额定相电压二次值。 ,N 当无实测值时，根据现行规程的规定取 U,0.07U/n,0.07，220/2,7.7 op.2,Ny (4)灵敏系数校验。 负序电压继电器的灵敏系数按下式计算 Uk.2.minK, (3-18) senUop.2 式中:——后备保护区末端两相金属性短路时，保护安装处的最小负序电压Uk.2.min 值(二次值)。 42 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 要求?2.0(近后备)或1.5(远后备)。 Ksen 3.3.3.4 相间故障后备保护方向元件的整定 高压及中压侧有电源或三侧均有电源的三绕组降压变压器和联络变压器，相间故障后备保护为了满足选择性要求，在高压或中压侧要加功率方向元件，其方向通常指向变压器，也可指向本侧母线。 3.3.3.5 相间故障后备保护动作时间的整定 (1)单侧电源的三绕组降压变压器，相间故障后备保护一般在低压侧和电源侧。低 t,t，,t压侧保护可设两段时限，以断开低压母线分段断路器(为与之配合的馈线保t100 t,t，,t护动作时间);以断开变压器低压侧断路器。 21 t,t，,t断开中压侧断电源侧相间故障后备保护应设两段时限，以第一段时限301m t,t，,t路器(为与之配合的中压侧保护的动作时间);以第二段时限断开变压器各t4301m 侧断路器。 (2)高压及中压侧均有电源的三绕组降压变压器，若只有一台变压器且高压侧为主 t,t，,t电源侧，当相间后备保护设在高压及低压侧时，低压侧保护只带一个时限，10断开本侧断路器。高压侧保护设带方向和不带方向两部分，带方向的指向变压器并以t,t，,tt,t，,t断开中压侧断路器;不带方向的以断开变压器各侧断路器。 201m32 (3)当两台高压及中压侧均有电源的三绕组降压变压器并联运行且低压母线分段断 t,t，,t路器断开时，可在三侧装设相间故障后备保护。低压侧保护带两段时限，以断10 t,t，,t开低压侧断路器;以断开三侧断路器。方向指向变压器的中压侧方向保护以21 t,t，,t断开高压侧断路器(t为与之配合的高压侧馈线相间故障保护动作时间);1m01h01h t,t，,tt,t，,t以断开各侧断路器;高压侧带方向的保护(方向指向变压器)以2m1m1h01m t,t，,t断开中压侧分段断路器;以断开变压器中压侧断路器。高压和中压侧不带方2h1h 向保护的动作时间应大于各侧带方向保护的动作时间，按选择性要求断开变压器各侧断路器。 3.3.4 变压器接地短路的后备保护 3.3.4.1 零序电流 零序电流继电器的整定，对于高压及中压侧均直接接地的三绕组普通变压器，高中压侧均应装设零序方向过电流保护，方向指向本侧母线。 (1)?段零序过电流继电器的动作电流应与相邻线路零序过电流保护第?段或第?段或快速主保护相配合。 (3-19) I,KKIop.0.,relbr,op.0.1, 43 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 式中——?段零序过电流保护动作电流(二次值); Iop.0., ——零序电流分支系数，其值等于线路零序过电流保护?段保护区末端发生Kbr, 接地短路时，流过本保护的零序电流过该线路的零序电流之比，取各种运行方式的最大 值; ——可靠系数，取1.1; Krel ——与之相配合的线路保护相关段动作电流(二次值)。 Iop.0.1, (2)?段零序过电流继电器的动作电流应与相邻线路零序过电流保护的后备段相 配合。 (3-20) I,KKIop.0.,relbr,op.0.1, 式中——?段零序过电流保护动作电流(二次值); Iop.0., ——零序电流分支系数，其值等于线路零序过电流保护后备保护区末端发生Kbr, 接地短路时，流过本保护的零序电流过该线路的零序电流之比，取各种运行方式的最大 值; ——可靠系数，取1.1; Krel ——与之相配合的线路零序过电流保护后备段的动作电流(二次值)。 Iop.0.1, (3)灵敏度校验: I3k.o.min (3-21) K,senIop.o 式中:3为?段(或?段)保护区末端接地短路时流过保护安装处的最小零Ik.o.min K,1.5序电流(二次值);I为?段(或?段)零序过电流保护的动作电流，要求。 senop.o 3.3.4.2 变压器不接地运行时的后备保护 对于中性点经放电间隙接地的变压器，应增设反应零序电压和间隙放电电流的零序 电压)电流保护。 (1)零序过电压继电器的整定 过电压保护动作值按下式整定: (3-22) U,U,Uo.maxop.osat 式中——零序过电压保护动作值(二次值); Uop.o ——在部分中性点接地的电网中，发生单相接地时或中性点不接地变压器两Uo.max 相运行时，保护安装处可能出现的最大零序电压(二次值); U——中性点直接接地系统的电压互感器，在失去接地中性点时发生单相接地，sat 44 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 开口三角绕组可能出现的最低电压。 Xo,考虑中性点接地系统，一般取: ,3X1, (注:高压系统电压互感器开口绕组每相额定电压为100V) U,180Vop.o (2)间隙零序过电流的整定 装在放电间隙回路的零序过电流保护的动作电流与变压器的零序阻抗)间隙放电的电弧电阻等因素有关，一般保护的一次动作电流可取为100A。 3.3.5 变压器过负荷保护 根据变压器各侧绕组及自耦变压器的公共绕组可能出现过负荷情况，应装设过负荷保护。大型变压器的过负荷，通常是对称过负荷，故过负荷保护只接一相电流。 过负荷保护的动作电流应按躲过绕组的额定电流整定，按下式计算 K1.05rel (3-23) I,I,，315,0.6opNKn0.9，600ra 式中:——可靠系数，采用1.05; Krel ——返回系数，0.85,0.95; Kr ——被保护绕组的额定电流。 IN 过负荷保护动作于信号。保护的动作时间应与变压器允许的过负荷时间相配合，同时应大于相间故障后备保护的最大动作时间(通常可大2个时间阶段)。 45 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 总结 经过这两个月的努力，最终完成了220kV变压器保护的设计，基本确定了该型号下变压器微机保护的整定值。这两个月的设计学习让我对专业知识有了更深入的了解，自己也觉得学到了很多的知识，从原始数据的确定，到微机保护的选型;从办公软件的排版，到AutoCAD的制图，每一步我都踏踏实实的走过来了，感觉收获还是非常多的。 记得当初选择课题的时候，是由于对变压器保护感兴趣，想有进一步的了解，同时也想要把这个毕业设计尽量的做到完整，我从图书馆借了几本书，开始对各个变压器的保护原理复习和再次学习，但是自己这方面的基础比较差，总觉得书里的能容还是不能够让我完全的掌握，几次见到王老师都没有拿出像样的进度报告，最终经过老师的点拨、同学的帮助，使我终于有所顿悟，逐渐的完成了这篇毕业设计。 变压器保护，特别是220kV的变压器保护，在今天可谓技术相当成熟了，就连微机保护的整定现在也比较的方便和简洁，并不需要人工的大量计算，只需要在计算机中输入相应的数据。还有大大小小的变压器生产厂家就有十几个，型号有近几十种，多应用在与我们生活密切的220kV变电站中。在本次设计中，我对两台普通的三绕组变压器进行了保护的设计，选择了两台微机保护的型号。 做毕业设计的过程是一个学习的过程，学到的除了课题上的内容，还有很多很多，比如说搜索查询资料的能力，从前没有在意过的office排版和一提到就头疼的AutoCAD制图，现在的我都掌握的差不多了，不得不说这也算一种额外的收获。 毕业设计虽然告一段落了，但是学习还在继续，毕业后我将继续我的研究生学习，在接下来的学习中我将更加努力，为了自己的理想，我会努力的储备专业知识，希望以后可以奉献社会。这份毕业设计是我出发前的一次训练，我相信，在以后的工作中，我会记住老师的谆谆教导，在实践中不断地充实自己。 46 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 致谢 经过这紧张而又充实的两个月，我的毕业设计终于完成了。这段时间如果没有老师同学的帮助，我的毕业设计不会完成的这么顺利，所以，我要感谢那些帮助过我的人。 在此我首先要感谢我的指导老师，王玉梅老师。王玉梅老师在这期间总是抽出时间和我们坐在一起探讨，询问我们的进度，了解我们遇到的问题，无论我们遇到什么问题，王老师都会悉心的给出解答。记得刚刚开始做论文的时候，我根本无从下手，王老师知道后，认真的帮助我梳理思路，指明了设计的先后顺序。在王老师的指导下，我不断地夯实自己在这方面的知识，也在网上搜索这方面的论文，搜集各设备的数据参数，渐渐地觉得自己入了门，我感到非常的高兴和充实。在王老师的指导下，使我从瓶颈期解脱出来，顺顺利利地完成了这份毕业设计。 我还要感谢那些帮助过我的同学和老师，我们一起探讨，我有什么不懂的问题，他们都给我解答，帮助我了很多。除了课题上的内容，同学们给的帮助更多是在软件的使用上，比如说如何使CAD制图更方便快捷，如何放置图片才使排版更加美观等等，这些自己曾经不在意的技巧是自己在设计中达到了事半功倍的效果。 毕业论文即将结束了，我学生活也即将结束，但是我不会停住学习的脚步。在此，再次对从论文选题开始到毕业设计完成这一长征过程中，给予我过帮助的各位老师各种同学表示最诚挚的感谢～谢谢你们～ 47 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 参考文献 [1]张保会，尹项根.电力系统继电保护第二版.中国电力出版社，2004 [2]贺家李，宋从矩.电力系统继电保护原理3版.中国电力出版社，1994 [3]杨奇逊.微型机继电保护基础.中国电力出版社，1988 [4]葛耀中.新型继电保护与故障测距原理与技术.西安交通大学出版社，1996 [5]尹项根，曾克娥.电力系统继电保护原理与应用(上册).华中科技大学出版 社，2001 [6]王广延，吕继绍.电力系统继电保护原理与运行分析(上，下册).水利电力 出版社，1995 [7]阎士琦.常用电器设备故障诊断技术手册.中国电力出版社 王瑞敏.电力系统继电保护.北京科学技术出版社，1994 [8] [9]王梅义，等.超高压电网继电保护运行技术.水利电力出版社，1984 [10]张保会，雷敏，袁玉春.优化重合闸时间提高网络传输能力.继电器1998(1) [11]李佑光，林东.电力系统继电保护原理及新技术科学出版社，2009 [12]陈生贵,等.电力系统继电保护.重庆大学出版社，2003 [13] 蔡明.变压器差动保护误动事故的原因分析.电工技术期刊.2011 48 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 附录 13LH1LHa8LHa1101102201108LHb1LHb保保保13LH’保护护8LHc1LHc护护一一二一 7LH9LHa2LHa2202201102209LHb2LHb保保7LH’保保护护护护9LHc2LHc二二一二 10LHa4LHa3LHa11022010LHb2204LHb3LHb母母母差差10LHc差4LHc3LHc二一 6LHa6LHa5LHa6LHb录6LHb5LHb电遥计波测度6LHc测量6LHc5LHc器控表 14LHa16LHa15LHa1014LHb16LHb1015LHb保测保14LHc16LHc15LHc护量护二1DL一2DL 差动、后备11LH差动、后备18LH2LH差动、后备29LH差动、后备23LH母差110LH母差4LH母差211LH计量5LH计量12LH测量6LH测量 7LH'7LH 13LH13LH' 3DL 49 差动、后备214LH15LH差动、后备116LH测量