《对变压器进行主保护和后备保护设计》

继电保护原理课程实习报告

专    业：   电气工程及其自动化  

班    级：      11级电气工程     

姓    名：     马海   李文龙       

指导教师：    高国丽  王忠策       

二○一四年六月二十五日

目        录

一、实习目的.................................................................................... 1

二、实习内容.................................................................................... 1

2.1 具体题目............................................................................... 1

2.2 要完成的内容....................................................................... 1

三、分析要设计的课题内容（保护方式的确定）........................ 1

3.1 设计规程............................................................................... 1

3.2 本设计的保护配置............................................................... 2

3.2.1主保护配置.................................................................... 2

3.2.2 后备保护设置............................................................... 2

四、 主保护的整定计算.................................................................. 3

4.1 差动保护的动作电流........................................................... 3

4.2灵敏度校验............................................................................ 5

五、后备保护的整定计算................................................................ 5

5.1过流保护................................................................................ 5

5.2低电压启动的过流保护........................................................ 6

六、辅助保护.................................................................................... 7

七、二次展开原理图的绘制............................................................ 8

7.1保护侧量电路........................................................................ 8

7.2保护跳闸电路........................................................................ 9

八、结论............................................................................................ 9

8.1保护的评价............................................................................ 9

一、实习目的

为了加深对电力系统继电保护的学习了解，为了理论与实践相结合，我们进行了对变压器主保护和后备保护的设计，动手之中加强对此的深入认识。

二、实习内容

2.1 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，Y，d11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10536A；35KV侧电流互感器变化比为600/5,35KV侧电流互感器变比为1500/5；可靠系数取，是对变压器进行相关保护设计。

2.2 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。

三、分析要设计的课题内容（保护方式的确定）

3.1 设计规程

根据设计技术规范的规定，针对变压器的各种故障、不正常工作状态和变压器容量，应装设相应的保护装置。

（1）对800kVA以上的油侵式变压器；应装设瓦斯保护作为变压器内部故障的保护；

（2）对于变压器的引出线、套管和内部故障；

      ①并联运行、容量为6300KVA及以上，单台运行、容量为10000KVA及以上的变压器，应装设纵差动保护。

      ②并联运行、容量为6300KVA及以下，单台运行、容量为10000KVA及以下的变压器，应装设电流速断保护。2000KVA及以上的变压器，如果电流速断保护的灵敏度不能满足要求，应装设纵差动保护。

（3）对于由外部相同短路引起的遍野器过流，应装设过电流保护。如果灵敏度不能满足要求，可以装设低电压启动的过流保护。

（4）对于一项接地故障，应装设零序电流保护。

（5）对于400KVA及以上的变压器，应根据其过负荷的能力，装设过负荷保护。

（6）对于过热应装设温度信号保护。

3.2 本设计的保护配置

3.2.1主保护配置

电流纵差动保护不但能区分内外故障，而且不需要其它元件的保护配合，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 主要选电流纵差保护，差动保护变压器内部、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，可以无延时的切除区内部短路，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。

3.2.2 后备保护设置

变压器的后备保护选择过电流保护和低压启动的过电流保护以及过负荷电流保护。

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，可仅在一相装设过电流。

四、 主保护的整定计算

4.1 差动保护的动作电流

   （一）计算变压器各侧的一次及二次电流值（在额定容量下）并选择低昂流互感器的变比，可按表一计算。

     由于6.6KV侧二次电流大，因此以6.6KV侧为基本侧。

                      表一 变压器各侧一、二次电流

（二）计算差动保护一次动作电流按6.6KV侧（基本侧）计算。

（1）按躲过变压器空投和当外部故障切除后电压恢复时，变压器的励磁涌流计算为                                  （3.1）

                         =1.3×1750=2275（A）

（2）按躲过外部短路时的最大不平衡电流计算，变压器6.6KV侧母线故障，在系统最大运行方式下的最大三相短路电流为

     9389(A) (6.6KV级)                 （3.2）

                    （3.3）

         =1.3×(1×0.1+0.05+0.05)×9389=2441（A）

      上式中的按0.05计算。     

（3）按躲过电流互感器二次回路断线计算，即

                

                  =1.3×1750=2250（A）                    （3.4）                                                          （3.5）

 按上面三个条件计算纵差动保护的动作电流，并选取最大者，比较可知：选一次动作电流                                     （3.6）

（三）确定继电保器基本侧线圈匝数及个线圈接法

对于双绕组变压器，平衡线圈Ⅰ、Ⅱ分别接入6.6KV及35KV侧。

计算基本侧继电器动作电流为

                                      （3.7）

                        =2441×1/300=8.13（A）

基本侧继电器线圈匝数为

              （匝）                    （3.8）

        选取 匝。

确定基本侧线圈之接入匝数为

                                    （3.9）

即平衡线圈Ⅰ取1匝，差动线圈取6匝。

   （四）非基本侧工作线圈数和平衡线圈匝数计算

对于双绕组变压器（匝）   （3.10）

确定平衡线圈Ⅱ实用匝数为（匝）                  （3.11）

   （五）选取短路线圈匝数

对于一般变压器差动保护，可选用较多的短路线圈匝数，故取“C-C”抽头。

4.2灵敏度校验

  计算最小方式运行下6.6KV侧两相短路的最小短路电流为

                                     (3.12) 折算至35KV侧时

                                                 （3.13）

     二次侧电流为

                                       （3.14）

35KV侧的保护动作电流为

                                  （3.15）

              则                      （3.16）

满足灵敏度要求。

五、后备保护的整定计算

5.1过流保护

 

                                （4.17）

满足要求。

5.2低电压启动的过流保护

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、

电流继电器的整定

采用低电压继电器后，电流继电器的整定值就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                                               （4.18）

  则有                             （4.19）

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，

                                         （4.20）

（2）按躲过电动机自启动的电压整定：

当低压继电器由变压器低压侧互感供电时，计算式为

                                             (4.21)

当低压继电器由变压器高压侧互感供电时，计算式为

                                                (4.22)

对于降压变压器，负荷在低压侧，电动机自启动时高压侧电压比低压侧高了一个变压器压降（标幺值）。所以高压侧取值比较高，但仍按式（4.20）整定，原因是发电机在诗词运行时低压母线电压会比较低。

                                      (4.23)

电流继电器灵敏度的校验方法与不带低压启动的过电流保护相同。低电压继电器的灵敏系数按下式校验

                                               （4.24）

                                              （4.25）

满足要求，可见用低电压启动的过流保护可做后备保护。

六、辅助保护

辅助保护可以采用过负荷保护。

变压器长期过负荷运行时，绕组会因为发热而引起损伤。对400KVA以上的变压器，当单独运行并作为其它负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况，装设过负荷保护。过负荷保护接于一相电流上，并延时作用于信号。对于经常不值班人员的变电所，必要时过负荷保护可动作与自动减负荷或跳闸。对多绕组变压器，过负荷保护应能反映公共绕组和各侧过负荷的情况。

七、二次展开原理图的绘制

7.1保护侧量电路

              图1 电流纵差动保护原理图7.2保护跳闸电路

              图2 低电压启动的过电流保护原理图

八、结论

8.1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。

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.