某降压变电站变压器继电保护的配置及整定计算.doc

电力系统继电保护课程设计说明书
1．设计目的：
通过本课程设计，使学生掌握和应用电力系统继电保护的设计、整定计算、资料整理查询和电气绘图等使用方法。在此过程中培养学生对各门专业课程整体观的综合能力，通过较为完整的工程实践基本训练，为全面提高学生的综合素质及增强工作适应能力打下一定的基础。本课程主要设计变压器继电保护的原理、配置及整定计算，给今后继电保护的工作打下良好的基础。
2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：
1、原始资料：
在电气上距离电源较远的变电所（如下图）所示

已知：
（1）有两台容量相同的Yd，11连接的三相变压器并列运行，变压器参数为7500KVA、35/6.6、Ud＝7.5％，变压器的最大负荷电流为1.7倍的额定电流。
（２）系统在35KV母线上的最大短路容量为83MVA，最小短路容量为78MVA，本变电站最小运行方式为单台变压器运行方式。
（３）低压侧母线无专门的保护。
3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕：
（1） 选择变压器保护所需的电流互感器变比、计算短路电流。
（2） 设置变压器保护并对其进行整定计算。
（3） 绘制出变压器继电保护展开图。
（4） 绘制出变压器屏屏面布置图及设备表。
（5） 写出说明书。
（6） 选出所需继电器的规格 、型号。

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1 引言
电力系统运行中常会出现故障和一些异常运行状态，而这些现象会发展成事故，使整个系统或其中一部分不能正常工作，从而造成对用户少送电、停止送电或电能质量降低到不能容许的地步，甚至造成设备损坏和人身伤亡。而电力系统各元件之间是通过电或磁建立的联系，任何一元件发生故障时，都有可能立即在不同程度上影响到系统的正常运行。因此，切除故障元件的时间常常要求短到1/10s甚至更短。而这个任务靠人完成是不可能的，所以要有一套自动装置来执行这一任务。继电保护的作用不只限于切除故障元件和限制事故影响范围（这是首要任务），还要保证系统的安全稳定运行。这就要求每个保护单元都能共享全系统的运行和故障信息的数据，各个保护单元与重合闸装置在分析这些信息和数据的基础上协调动作，实现微机保护装置的网络化。这样，继电保护装置能够得到的系统故障信息愈多，对故障性质、故障位置的判断和故障距离的检测愈准确，大大提高保护性能和可靠性。
继电保护装置为了完成它的任务，必须在技术上满足选择性、速动性、灵敏性和可靠性四个基本要求。对于作用于继电器跳闸的继电保护，应同时满足四个基本要求，而对于作用于信号以及只反映不正常的运行情况的继电保护装置，这四个基本要求中有些要求可以降低。1）选择性：是指当电力系统中的设备或线路发生短路时，其继电保护仅将故障的设备或线路从电力系统中切除，当故障设备或线路的保护或断路器拒动时，应由相邻设备或线路的保护将故障切除。2）速动性：是指继电保护装置应能尽快地切除故障，以减少设备及用户在大电流、低电压运行的时间，降低设备的损坏程度，提高系统并列运行的稳定性。3）灵敏性：是指电气设备或线路在被保护范围内发生短路故障或不正常运行情况时，保护装置的反应能力。4）可靠性：包括安全性和信赖性，是对继电保护最根本的要求。安全性：要求继电保护在不需要它动作时可靠不动作，即不发生误动。信赖性：要求继电保护在规定的保护范围内发生了应该动作的故障时可靠动作，即不拒动。
2 设计任务与目的
2.1课设要求
在电气上距离电源较远的变电所图2.1所示

图2.1 原电路图
已知：
（1）有两台容量相同的Yd，11连接的三相变压器并列运行，变压器参数为7500KVA、35/6.6、Ud＝7.5％，变压器的最大负荷电流为1.7倍的额定电流。
（2）系统在35KV母线上的最大短路容量为83MVA，最小短路容量为78MVA，本变电站最小运行方式为单台变压器运行方式。
（3）低压侧母线无专门的保护。
2.2设计任务
（1） 选择变压器保护所需的电流互感器变比、计算短路电流。
（2） 设置变压器保护并对其进行整定计算。
（3） 绘制出变压器继电保护展开图。
（4） 绘制出变压器屏屏面布置图及设备表。
（5） 写出说明书。
（6） 选出所需继电器的规格 、型号。
3 设计原理
3.1 6.6KV线路电流速断保护
根据短路时通过保护装置的电流来选择动作电流，以动作电流的大小来控制保护装置的保护范围；有无时限电流速断和延时电流速断，采用二相二电流继电器的不完全星形接线方式，本设计选用无时限电流速断保护。
3.2 6.6KV线路过电流保护
利用短路时的电流比正常运行时大的特征来鉴别线路发生了短路故障，其动作的选择性由过电流保护装置的动作具有适当的延时来保证，有定时限过电流保护和反时限过电流保护；本设计与电流速断保护装置共用两组电流互感器，采用二相二继电器的不完全星形接线方式，选用定时限过电流保护，作为电流速断保护的后备保护，来切除电流速断保护范围以外的故障，其保护范围为本线路全部和下段线路的一部分。
3.3 程序平行双回线路横联方向差动保护
通过比较两线路的电流相位和数值相同与否鉴别发生的故障；由电流起动元件、功率方向元件和出口执行元件组成，电流起动元件用以判断线路是否发生故障，功率方向元件用以判断哪回线路发生故障，双回线路运行时能保证有选择的动作。该保护动作时间0S。由于横联保护在相继动作区内短路时，切除故障的时间将延长一倍，故加装一套三段式电流保护，作为后备保护。
3.4 变压器瓦斯保护
利用安装在变压器油箱与油枕间的瓦斯继电器来判别变压器内部故障；当变压器内部发生故障时，电弧使油及绝缘物分解产生气体。故障轻微时，邮箱内气体缓慢产生，气体上升聚集在继电器里，使油面下降，继电器动作，接点闭合，这是让其作用于信号，称为轻瓦斯保护；故障严重时，邮箱内产生大量的气体，在该气体作用下形成强烈的油流，冲击继电器，使继电器动作，接点闭合，这时作用于跳闸并发信，称为重瓦斯保护。
3.5 变压器纵联差动保护
按照循环电流的原理构成。在变压器两侧都装设电流互感器，其二次I绕组按环流原则串联，差动继电器并接在回路壁中，在正常运行和外部短路时，二次电流在臂中环流，使差动保护在正常运行和外部短路时不动作，由电流互感器流入继电器的电流应大小相等，相位相反，使得流过继电器的电流为零；在变压器内部发生相间短路时，从电流互感器流入继电器的电流大小不等，相位相同，使继电器内有电流流过。但实际上由于变压器的励磁涌流、接线方式及电流互感器误差等因素的影响，继电器中存在不平衡电流，变压器差动保护需解决这些问题，方法有：靠整定值躲过不平衡电流；采用比例制动差动保护；采用二次谐波制动；采用间歇角原理；采用速饱和变流器。本设计采用较经济的BCH-2型带有速饱和变流器的继电器，以提高保护装置的励磁涌流的能力。
4 短路电流计算
4.1 基准参数选定
SB=100MVA，UB=UAV，35kV侧UB=37kV，6.6kV侧UB=6.9kV；

又变压器的阻抗XT*为，

4.2 短路电流计算
(1)最大运行方式下：
因已知35kV侧的短路容量Sk1=83MVA，且Uc1=37kV，此时2台变压器并列运行，可求短路电流Ik.max.1

又有
∴
则6.6kV侧的短路电流可求得:

系统等效图4.1所示:

2/1
1/1.20

3/1

图4.1 系统等效图
(2)最小运行方式下:
因已知35kV侧的短路容量Sk2=78MVA,且Uc2=6.9kV,此时只有一台运行,可求短路电流Ik.min.1:

6.6kV侧短路电流Ik.min.2可求得

系统等效图如图4.2所示:
1/1.20
2/1

图4.2 系统等效图
5 主变继电保护整定计算及继电器选择
5.1 瓦斯保护
轻瓦斯保护的动作值按气体容积为250～300整定，本设计采用280。
重瓦斯保护的动作值按导油管的油流速度为0.6～1.5整定本，本设计采用0.9。瓦斯继电器选用型。
瓦斯保护原理图如图5.1所示

图5.1 瓦斯保护原理图

5.2 纵联差动保护
选用型差动继电器
5.2.1 纵联差动保护原理图
如图5.2所示

图5.2 纵联差动保护原理图
5.2.2 计算及电流互感器变比
表5-1 变压器纵差动保护用互感器变比选择
名 称
各侧数据
Y（35kV)
△（6.6kV）
额定电流
S/=123.7A
=S/=656.1A
变压器接线方式
Y
△
CT接线方式
△
Y
CT计算变比
/5=214.2/5
/5=656.1/5
实选CT变比n
250/5
800/5
实际额定电流
/5=5.36A
/5=5.15A
不平衡电流Ibp
5.36-5.15=0.21A
确定基本侧
基本侧
非基本侧
5.2.3 确定基本侧动作电流
（1） 躲过外部故障时的最大不平衡电流

利用实用计算式

式中—可靠系数，采用1.3；
—非同期分量引起的误差，采用1；
—同期系数，CT型号相同且处于同一情况时取0.5，型号不同时取1，本设计取1；
△U—变压器调压时所产生的相对误差，采用调压百分数的一半，本设计取0.05；
△—继电器整定匝数与计算匝数不等而产生的相对误差，暂无法求出，先采用中间值0.05；
—电流互感器的最大相对误差，取0.1；
代入数据得
=1.3（1×1×0.1+0.05+0.05）×1.3=0.338kA
（2） 躲过变压器空载投入或外部故障后电压恢复时的励磁涌流

式中 —可靠系数，采用1.3
—变压器额定电流
代入数据得
=1.3×123.7A=0.16kA
（3） 躲过电流互感器二次回路短路时的最大负荷电流
=1.7×123.7A=0.21kA
比较上述（1），（2），（3）式的动作电流，取最大值为计算值，即0.338kA
5.2.4 确定基本侧差动线圈的匝数和继电器的动作电流
将两侧电流互感器分别结于继电器的两组平衡线圈，再接入差动线圈，使继电器的实用匝数和动作电流更接近于计算值；以二次回路额定电流最大侧作为基本侧，基本侧的继电器动作电流及线圈匝数计算如下：
基本侧（35kV）继电器动作值

代入数据得

基本侧继电器差动线圈匝数

式中为继电器动作安匝，应采用实际值，本设计中采用额定值，取得60安匝。
代入数据得

选用差动线圈与一组平衡线圈匝数之和较小而相近的数值，作为差动线圈整定匝数。即实际整定匝数5匝
继电器的实际动作电流

保护装置的实际动作电流

5.2.5 确定非基本侧平衡线圈和工作线圈的匝数
平衡线圈计算匝数

故，取平衡线圈实际匝数
=0
工作线圈计算匝数
0+5=5匝
5.2.6 计算由于整定匝数与计算匝数不等而产生的相对误差△

此值小于原定值0.05，取法合适，不需重新计算
5.2.7 初步确定短路线圈的抽头
根据前面对BCH-2差动继电器的分析，考虑到本系统主变压器容量较小，励磁涌流较大，故选用较大匝数的“C-C”抽头，实际应用中，还应考虑继电器所接的电流互感器的型号、性能等，抽头是否合适，应经过变压器空载投入实验最后确定。
5.2.8 保护装置灵敏度校验
差动保护灵敏度要求值
本系统在最小运行方式下，6.6KV侧出口发生两相短路时，保护装置的灵敏度最低。
本装置灵敏度

满足要求。
5.3 过电流保护
过电流继电器的整定及继电器选择：电路图如图5.3所示

图5.3 过电流保护原理图
（1） 保护动作电流按躲过变压器额定电流来整定

式中--可靠系数，采用1.2；
--返回系数，采用0.85代入数据得：

继电器的动作电流

电流继电器的选择：DL-21C/10，电流整定值为7A。
（2） 灵敏度按保护范围末端短路进行校验，灵敏度不小于1.2。
灵敏系数

满足要求。
5.4 过负荷保护
其动作电流按躲过变压器额定电流来整定。动作带延时作用于信号。

延时时限取10s，以躲过电动机的自起动。
当过负荷保护启动后，在达到时限后仍未返回，则动作ZDJH装置。
5.5 冷却风扇自起动

即，当继电器电流达到3.0A时，冷却风扇自起动。
6 总结
这次课设我在同学的帮助下以及对参考文献的参照下完成的。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的指导下，终于游逆而解。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可!

参考文献
1、《电力工程设计手册》二册
2、《电力工程设备手册》二册
3、《电力系统继电保护》教科书

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