继电保护课程设计--对变压器进行主保护和后备保护的设计、配置、整定计算和校验

电力系统继电保护课程设计专业：电气工程及其自动化班级：姓名：学号：2009指导教师：兰州交通大学自动化与电气工程学院2012年7月7日指导教师评语平时（30）报告（30）修改（40）总成绩电力系统继电保护课程设计报告-1-1设计原始资料1.1具体题目一台双绕组降压变压器的容量为20MVA，电压比为35±2×2.5%/6.6kV，Yd11接线；采用BCH-2型继电器。求差动保护的动作电流。已知：6.6kV外部短路的最大三相短路电流为8920(1+50%)=13380A；35kV侧电流互感器变比为600/5，66kV侧电流互感器变比为1500/5；可靠系数取3.1relK。试对变压器进行相关保护的设计。1.2要完成的内容对变压器进行主保护和后备保护的设计、配置、整定计算和校验。2分析要设计的课题内容2.1本设计的保护配置2.1.1主保护配置为了满足电力系统稳定性方面的要求，当变压器发生故障时，要求保护装置快速切除故障。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)瓦斯保护变电所的主变压器和动力变压器，都是用变压器油作为绝缘和散热的。当变压器内部故障时，由于短路电流和电弧的作用，故障点附近的绝缘物和变压器油分解而产生气体，同时由于气体的上升和压力的增大会引起油流的变化。利用这个特点构成的保护，叫做瓦斯保护。瓦斯保护主要由瓦斯继电器、信号继电器、保护出口继电器等构成，瓦斯继电器装在变压器油箱和油枕的连接管上。瓦斯继电器的上触点为轻瓦斯保护，由上开口杯控制，整定值为当瓦斯继电器内上部积聚250~300cm3气体时动作，动作后发信号。(2)纵差动保护电流纵差动保护不但能区分区内外故障，而且不需要与其他元件的保护配合，可以无延时的切除区内各种故障，具有明显的优点。本设计中变压器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相间短路的主保护，同时也可以保护单相层间短路和接地短路，不需与其他保护配合，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电流时的最大不平衡电流。电力系统继电保护课程设计报告-2-2.1.2后备保护配置变压器的后备保护选择过电流保护和低电压启动的过电流保护以及过负荷保护。低电压启动的过电流保护主要是为了保护外部短路引起的变压器过电流，同时也可以作为变压器差动保护以及馈线保护的后备保护。变压器的不正常工作包括过负荷运行，对此配置过负荷保护。正常时，变压器不过负荷，电流小于整定值，过负荷保护不动作。当三相负荷对称时，可仅在一相装设过负荷保护。3变压器短路点选取3.1保护短路点的选取图3.1、3.2所示为变压器短路短路点的确定，图3.1为变压器区外短路的情况及其差动保护安装原理图，图3.2为变压器区内短路的情况及其差动保护安装原理图。kIdI保护范围1I2I1I2IkIdIk1I2I1I2I4保护的配合及整定计算4.1BCH—2型继电器主保护的整定计算4.1.1动作值(如动作电流)确定基本侧：(1)变压器一次额定电流。①35kV侧：图3.1变压器区外短路故障示意图图3.2变压器区内短路故障示意图电力系统继电保护课程设计报告-3-)(24835315000NI②6.6kV侧：)(13156.6315000NI(2)电流互感器变比。①35kV侧计算变比及选用变比：52483TA.caln选用5600TAn②6.6kV侧：(3)电流互感器二次电流①35kV侧：)(57.312024832NI②6.6kV侧：)(38.430013152NI变压器各侧参数如表4.1。表4.1变压器各侧参数名称各侧数值额定电压(kV)356.6额定电流(A)2483531500013156.6315000电流互感器接线△Y电压互感器变比560051500二次电流(A)57.3120248338.43001315电力系统继电保护课程设计报告-4-(4)线三相短路归算到基本侧的短路电流：)(211.0153.608.02TX)(384.0211.0173.0ΣX)(211.0384.03630008.0)3(K.maxI①基本侧动作电流：a.按躲过外部短路条件：)(24629427)05.005.01.01(3.1OPIb.按躲过励磁涌流：)(171013153.1OPIc.按TA二次断线条件：)(137810163.1OPI选一次动作电流)(2450OPI②确定基本侧动作线圈匝数：a.二次动作电流：)(16.83002450OP.rI)(35.716.860W.cal匝W选)(6d.se匝W，匝）(1b.seW。b.继电器实际动作电流：)(56.8760OP.rI确定35kV侧平衡线圈及工作线圈匝数：)(6.26)57.3/38.4(7d.seW.se2nb2bnb.cal匝WWIIW取)(3nb.se匝W，工作线圈)(9nw.se匝W。电力系统继电保护课程设计报告-5-计算erf05.00465.066.236.2erf所以不必重算动作电流。4.1.2动作时间由于是主保护，动作时间t=0s。4.1.3灵敏度校验在6.6kV侧两相短路最小短路电流为：)(1073])211.0289.0(36300[232k.minI归算至35kV侧的短路电流为：)(1073373.66300k.maxI35kV侧流入继电器的电流为：)(5.1512010733rI35kV侧继电器动作电流：)(67.6960OP.rI灵敏系数:258.267.62.172op2op.minsenIIK灵敏度符合要求。4.2后备保护的整定计算4.2.1动作值(如动作电流)过电流保护采用三相式接线，且保护应安装在电源侧，保护的动作电流opI应按躲过变压器可能出现的最大负荷电流L.maxI来整定，即L.maxrerelopIKKI式中，relK是可靠系数，一般取1.23.1~；reK是返回系数。电力系统继电保护课程设计报告-6-)(7.1873.6732.1495.1919803maxL.maxUPI)(2767.18785.025.1L.maxrerelopIKKI4.2.2动作时间动作时间t=0.5s。4.2.3灵敏度校验2~5.1op)2(K.minsenIIK)2(K.maxI是最小运行方式下，在灵敏度校验点发生两相短路时，流过保护装置的最小短路电流。变压器灵敏度校验：)(15.0)32.21(212*N*N)2(*k.minZUI)(42366732.1320151.03144.0)2(k.minNNUSI5.153.1276423op)2(K.minsenIIK灵敏度符合要求。5继电保护设备的选择5.1互感器的选择电流互感器的选择及其参数如表5.1所示。表5.1电流互感器的选择型号及其参数型号额定电流比准确级组合二次额定输出额定绝缘水平LZZBW-105~2000/5A0.5/、10P10、0.2/10P100.2(0.2S)级30VA；P1级40VA；P2级30VA12/42/75KVLCWD2-355~1000/5A0.2(0.2S)/10P0.2(0.2S)级30VA；10P级50VA40.5/95/185KV5.2继电器的选择本设计选用BCH-2型差动继电器，继电器的选择及其参数如表5.2所示。电力系统继电保护课程设计报告-7-表5.2BCH—2型继电器相应参数额定电流动作安匝可靠系数整定范围(A)动作时间(s)功率消耗(VA)触点型式5A(50Hz)60±45倍动作流≥1.35;2倍动作流≥1.2两绕组变压器1.55-12三绕组变压器3-123倍动作电流≤0.035在额定电压下，平衡绕组(Ⅰ或Ⅱ)合部接入时单相功耗≤16一动合6二次展开原理图的绘制6.1保护测量电路Yd11接线变压器差动保护的三相原理接线图如图6.1所示：IYAIYBIYCIYAIYBIYCIYAIYBIdaIdbIdcIdAIdBIdCIdIdAIdBIdCIdId6.2保护跳闸电路保护跳闸电路如图6.2所示。图6.1Yd11接线变压器差动保护的三相原理接线图电力系统继电保护课程设计报告-8-U1TAV1TAU2TAW1TAV2TAW2TAU3TAV3TAW3TA1XB2XB3XB4XB5XB6XB7XB8XB9XB10XB11XB1KD1KA2KD3KD2KA3KA4KA路回护保动差路回护保流电过路回护保荷负过WC1KD2KD3KDKG1KT1KA1KA1KA1KAKMKMII4KSKGKT2KT2KM3KT1KT2KS3KS1KS2KT13XB12XB14XBKM4R4KS保护差动保护瓦斯保护过流保护过负荷跳闸1QF跳闸2QF瓦斯温度过负通风路回号信7保护的评价差动保护作变压器的主保护，过电流保护作变压器的后备保护。差动保护的保护范围为主变各侧差动TA之间的一次电气部分，即：①主变引出线及变压器线圈发生多相短路；②单相严重的匝间短路；③在大电流接地系统中保护线圈及引出线上的接地故障。差动保护可装在变压器、发电机、分段母线线路上。差动保护的优点是能够迅速有选择地切除保护范围的故障，接线正确调试得当不发生误动。其缺点是对变压器内部不严重的匝间短路反映不够灵敏。过电流保护主要包括短路保护和过载保护两种类型。短路保护的特点是整定电流大、瞬时动作，过载保护的特点是整定电流较小、反时限动作。系统存在故障或异常时，电流异常增大，过流保护在电流大于整定值时动作，自动切除故障设备或将保护设备脱离系统。故过流保护能起到保护设备，将故障设备脱离系统，确保系统运行的安全和稳定。图6.2保护跳闸电路电力系统继电保护课程设计报告-9-参考文献[1]张宝会,尹项根主编.电力系统继电保护.[M]北京:中国电力出版社,2005.[2]崔家佩,孟庆炎,陈永芳等.电力系统继电保护与安全自动装置整定计算.[M]北京:中国电力出版社,1993.[3]于永源,杨绮雯.电力系统分析(第三版).[M]北京:中国水利水电出版社,2007.[4]许建安主编.继电保护整定计算.[M]北京:中国水利水电出版社,2001.[5]吕继绍主编.电力系统继电保护设计原理.[M]北京:中国水利水电出版社,1986.[6]赵良斌.D,yn11联接组配电变压器继电保护特点.[J]西北建筑工程学院学报,1996,(2)：66—69.[7]郭立新.电力变压器继电保护设计.西北职教,(9):55.