毕业设计（论文）-龙湾二次6010KV降压变电所继电保护部分初步设计.doc

龙湾二次60/10KV降压变电所龙湾二次60/10KV降压变电所继电保护部分初步设计The relaying design for electrical part of Longwan60KV step down substation摘 要电力系统专业的毕业设计是一次比较综合的训练，它是我们将在校期间所学的专业知识进行理论与实践的很好结合，运用理论知识和所学到的专业技能进行工程设计和科学研究，提高分析问题和解决问题的能力。在完成此设计过程中，我们可以学习电力工程设计、技术问题研究的程序和方法，获得搜集资料、查阅文献、调查研究、方案比较、设计制图等多方面训练，并进一步补充新知识和技能。本毕业设计论文是60/10KV二次降压变电所电气部分初步设计。为了保证供电的可靠性和一次性满足远期负荷的要求，按照远期负荷规划进行设计建设，从而保证变电所能够长期可靠供电。根据毕业设计任务书的要求，综合所学专业知识及变电所设计等书籍的有关内容，设计过程中完成了主变选择、电气主接线的拟定、短路计算、保护整定计算、配电装置的规划、继电保护和自动装置的规划等主要工作。在此期间，遇到的种种问题均通过反复比较、验算，并请教老师得以解决。毕业设计论文由设计说明书、设计计算书、一套图纸（电气主接线图、保护配置图、保护展开图）组成。内容较为详细，对今后扩建有一定的参考价值。近年来，电力在世界各国能源和经济发展中的作用日益增长，它已成为现代社会实用最广、需要最快的能源。变电所的合理设计与建设是一个极其重要的组成部分。本次设计是根据毕业设计任务书的要求，综合所学专业知识及变电所设计等书籍的有关内容，在指导老师的帮助下，通过本人的精心设计论证完成的。整个设计过程中，全面细致的考虑工程设计的可靠性、经济性、灵活性等诸多因素，最终完成本设计方案。通过完成此毕业设计论文，进一步领会我国电力工业建设的政策观念和经济观点，培养对工程技术、经济进行较全面的综合分析能力。关键词 变电所, 短路计算，继电保护，保护配置AbstractThe professional graduate in system in electric power design is once more synthesize of training, it is we will during the period of school a profession for learning knowledge proceed theories and practice very good combination, make use of the theories knowledge proceeds with a profession for learning technical ability engineering design with science study, increase analyze problem with problem-solving ability. In complete this design process, we can study the electric power engineering the design, investigative procedure in problem in technique with method, be collected information, checked the cultural heritage, investigate the research, project comparison and design the various training in etc. in graphics, combine further complement the new information knows with technical ability.This graduate design thesis is a 60/10 KV a declining to press to change to give or get an electric shock an electricity parts of first steps design. For the sake of dependable that guarantee the power supply with a request that contented long-term burthen, carries according to the forward the programming proceeding design developments, from but guarantee to change to give or get an electric shock can long-term dependable power supply.Design the request of the mission book according to the graduate, synthesize a programming for learning profession knowledge and changing giving or get an electric shock the designed waiting dogs- ear relevantly contents, designing in the process completing lord changing choice, electricity lord connecting linear draw- up, short circuit computing, electricity equipments choosing, going together with electricity equipping, after give or get an electric shock the protection with the programming of the automatic device with defend protective programming in thunder etc. main work. Here period, all kinds problems that meet all passes to compare, check to calculate again and again, and ask the can solution in teacher. Graduate to design the thesis from design the manual, design calculation book, a set of diagrams paper( the electricity lord connects the line diagram, total flat surface arranges the diagram and go together with electricity equip cross section diagram, defend thunder protection diagram) constitute. The contents is more detailed, to from now on extend to consults certainly value.For this year, electric power is in international community energy with economy develop of the function increases increasingly, it have become modern the society is practical the most widely and need the quickest energy. Change the reasonable design that give or get an electric shock are a with developments very constituting the part importantly.This design is at guiding teacher descend, passing oneself of design what argument complete with meticulous care. Whole design process inside, completely dependable, economic, vivid.etc. many factors that meticulous consideration engineering design, end complete this design project.Pass to complete this graduate design the thesis, further appreciating the our country the policy idea of electric power industry developments with the economic standpoint, educates to proceed to the engineering technique, economy more completely to synthesize the analytical skill.Key words substation ,short circuit computing ,relaying ,Protect an allocation 目 录摘 要IAbstractII引 言1第一篇 说明书2第一章 主变压器的选择2第二章 电气主接线的选择52.1 主接线的设计原则及基本要求52.2 本变电所主接线的选择6第三章 短路电流的计算说明93.1 短路电流计算的目的93.2 短路的基本类型93.3 短路电流计算的基本假定93.4 一般规定93.5 计算步骤103.6 计算方法10第四章 变电所继电保护配置114.1 变压器保护原则114.2 保护配置说明124.3 各种继电保护原理16第二篇 计算书28第一章 主变压器的选择计算部分28第二章 短路电流的计算302.1 各元件电抗计算公式302.2 系统计算电路图和等值电路图30第三章 变压器继电保护整定计算383.1 变压器继电保护整定383.2 变压器瓦斯保护整定383.3 变压器差动保护整定383.4 过电流保护的整定计算423.4 过负荷保护的整定计算43结 论44参考文献45致 谢46附 录4749龙湾二次60/10KV降压变电所引 言本毕业设计论文为龙湾二次60kv降压变电所电气部分设计，要求所设计的变电所能长期可靠为其负荷供电。设计过程中遵循国家的法律、法规，贯彻执行国家经济建设的方针、政策和基本建设程序，运用系统工程的方法从全局出发，正确处理生产与生活、安全与经济等方面的关系，实行资源的综合利用，节约能源和用地，对生产工艺、主要设备和主体工程要做到可靠、适用、先进。在上述原则基础上，明确设计的目的，逐步完成主变的选择、电气主接线的拟定、短路电流的计算、继电保护配置、保护整定计算和自动装置的规划设计、绘制图纸等主要工作，形成较为完整的论文。目前，电力技术已成为世界能源领域的主流技术，发电、输电、配电技术的进步，提高了供电的能力、质量和可靠性，扩大了电力应用范围，因此，变电所的合理设计也变得尤为重要。设计工作是工程建设的关键环节。做好设计工作，对工程建设的工期、质量、投资费用和建成投产后的运行安全可靠性和生产的综合经济效益，起着决定性的作用。本论文即在遵循原则、合理规划、反复校验的基础上完成。第一篇 说明书第一章 主变压器的选择主变台数、容量的确定1. 主变台数的确定：a. 对于大城市郊区的一次变电所，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电所以装设两台主变压器为宜。b. 对于地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所，在设计时应考虑装设三台主变压器的可能性c. 对于规划只装设两台主变压器的变电所，其变压器基础宜按大于变压器容量的1-2级设 计，以便负荷发展时，更换变压器的容量。2. 主变容量的确定原则：a. 为保证供电的可靠性，变电所应装设两台主变，但一般不超过两台。当变电所装设两台及以上主变时，每台容量选择应该按照其中任一台停运时，其余容量至少能保证所供一级负荷或为变电所全部负荷的60%-75%，通常一次变电所采用75%，二次变电所采用70%。b. 同级电压的单台降压变压器容量的级别不宜太多，应从全网出发，推行系列化、标准化c. 主变容量的确定根据电力系统5-10年发展规划进行。变压器输出的视在功率按下式确定： （1.1） （1.2） （1.3）对于两台变压器的变电所，其变压器的额定容量可按下式确定： （1.4）式中K0为负荷同时系数；为按负荷等统计的综合用电负荷。3. 主变型式的选择：a. 主变压器相数选择：主变压器采用三相或是单相，主要考虑变压器的制造条件、可靠性要求及运输条件等因素。特别是大型变压器，尤其要考虑其运输可能性，保证运输尺寸不超过隧洞、涵洞、桥洞的允许通过限额，运输重量不超过桥梁、车辆、船舶等运输工具的允许承载能力。当不受运输条件限制时，330KV及以下（待设变电所为63/10KV）的变电所，均应选用三相变压器。b. 主变压器绕组数量的选择：对深入引进至负荷中心，待设变电所具有直接从高压降为低压供电条件的变电所，为简化电压等级或减少重复降压容量，可采用双绕组变压器。c. 主变绕组连接方式的选择：变压器绕组连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。我国110KV及以上电压，变压器绕组都采用Y连接，35KV亦采用Y连接，其中性点多通过消弧线圈接地。35KV以下电压，变压器绕组都采用形连接d. 主变调压的选择：当系统有调压要求时应采用有载调压变压器e. 主变自耦选择：与两个中性点直接接地系统连接的变压器，除低压负荷较大或与高、中压间潮流不定情况外，一般采用自耦变压器。通过对原始资料的分析，根据负荷及经济发展的要求，同时考虑负荷的同时系数和线损率等因素，可由公式（1.4） 分析原始资料 P=14700KW；=0.9；线损率为5%；负荷的同时系数为0.92将以上数据代入公式可得变压器的容量为15778KVA由规程得若选两台容量为16000KVA的变压器，当一台停运时，仍能保证70%的重要负荷供电。 查电力设备手册确定两台主变压器为60Kv级，双绕变压器。其型号SFL1-16000/60。 正常运行时，两台变压器全部投入。当其中一台停运检修时，考虑变压器的过负荷能力，另一台仍能达到全部负荷的98%。主要参数如表1.1表1.1变压器主要参数表型号参数额定容量（KVA）16000额定电压（KV）高压 6322.5%低压 10.5连接组标号Y/11短路损耗（KW）103.0空载损耗（KW）19.5空载电流（%）0.8 阻抗电压（%） 9本次设计的变电所采用2台主变并列运行的方式。第二章 电气主接线的选择2.1 主接线的设计原则及基本要求电气主接线是多种主要电气设备（如发电机、变压器、开关、互感器、线路、电容器、电抗器、母线、避雷器等）按一定顺序要求连接而成的，是分配和传送电能的总电路。将电路中各种电气设备统一规定的图形符号和文字符号绘制成的电气连结图，称为电气主接线图。变电所的电气主接线是电力系统接线的主要部分。主接线的确定对变电所的安全、稳定、灵活、经济运行以及对电气设备选择、配电装置布置、继电保护拟定等都有着密切的关系。由于发电、变电、输配电和用电是同时完成的，所以主接线设计的好坏不仅影响电力系统和变电所本身，同时也影响到工农业生产和人民生活。因此，主接线设计是一个综合性问题。1、灵活性根据220-500KV变电所设计技术规程SDJ288规定，变电所电气主接线应根据该变电所在电力系统中的地位、电压等级、回路数、所选设备特点、负荷性质等因素确定，满足运行可靠性，简单灵活，操作方便，节约投资等要求。2、可靠性（1）研究主接线可靠性应注意的问题：a、 应重视国内外长期运行实践经验及其可靠性的定性分析；b、 主接线的可靠性包括一次部分和二次部分在运行中的可靠性的综合；c、 主接线的可靠性在很大程度上取决于设备的可靠性程度，采用可靠性能高的电气设备可以简化接线。（2）可靠性的具体要求：a、 断路器检修时，不影响对系统的供电；b、 断路器或母线故障及母线检修时，尽量减少可停运回路数和停用时间，并且保证一级负荷及全部或大部分二级负荷供电；c、 尽量避免全部停运的可能性。3、 经济性:投资省（主接线应力求简单以节省一次设备，并使二次回路把过于复杂。）占地面积小主接线要为配电装置创造条件，尽量使占地面积减少），电能损失小（经济合理地选择主变压器的种类、容量、数量，要避免因变压而增加电能损失）。 此外还要满足运行、检修要求和扩建要求：（1） 调度时，应可能灵活地投入和切除发电机、变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式以及特殊运行方式下的系统调度要求。（2） 检修时可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不致影响电力网的运行和对用户的供电。（3） 扩建时，可以容易地从初期接线过度到最终接线。在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入新装机组、变压器或线路而不互相干扰，并且对一次和二次部分的改建工作量最少。2.2 本变电所主接线的选择2.2.1 60KV侧主接线方案的确定一、 方案60KV侧，规程上讲，对于变电所的电气主接线，当满足运行要求时，其高压侧应尽量采用桥形线路变压器组或线路分支接线。待设变电所一次进线为两回，故拟定方案一单母线分段接线如图2.1，方案二内桥接线如图2.2。图2.1 单母分段进线 图2.2 内桥进线二、 两种方案特点比较就其特点而言，单母线分段进线是用断路器把母线分段后，对主要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电；当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，通过旁路给重要负荷继续供电，保证正常段母线不间断供电和不致主要用户停电。缺点：当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间停电，且影响主变压器的负荷分配；当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越，扩建使需要向两个方向均衡扩建。内桥接线的连接断路器设置在内侧其余两台断路器连接在线路上。因此，线路的切除和投入比较方便，并且当线路发生故障时，仅故障线路的断路器断开，不影响其他回路运行。但变压器故障时，则与该变压器连接的两台断路器也影响了一回未故障线路的运行。连接桥断路器检修时两个回路须解列运行。当输电线路较长，故障几率较多，而变压器有不需要经常切除时采用内桥接线比较合适。桥式接线设备少，接线简单，操作不复杂，并且总投资少，占地面积和维修工作量也较少，也适用中小容量发电厂和变电所的35-220KV的配电装置中。外桥是在线路断路器的外侧安装一连桥。变压器随负荷变化投切方便，桥断路器可作后备保护，若进线线路出现故障，由桥断路器切除故障。从经济上来看，由于两种方案变压器型号和容量的选择均相同，所以只比较综合造价，第二种方案占地面积大，设备多综合造价较高。2.2.2 10KV侧主接线的确定一、 10KV侧，规程上讲，对于变电所的电气主接线，当满足运行要求时，方案一单母线分段进线如图2.3，方案二单母分段带旁路进线如图2.4。图2.3 单母线分段接线图2.4 单母线分段带旁路接线二、 两种方案特点比较规程上讲，当变电所装有两台主变压器时，6-10KV侧宜采用分段单母线，线路为12回及以上时亦可采用双母线，当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。待设变电所10KV侧有12回出线，并带有重要负荷，可行性的方案有单母线分段、单母分段带旁路、双母线。以下对两种方案进行比较：分析：单母线分段较单母线分段带旁路和双母线简单、经济性好，但供电可靠性和灵活性较差，但通过对待设变电所所带负荷进行分析，待设变电所所带重要负荷均为两回线，我们可以对重要负荷从不同段引出两个回路，有两个电源供电，提高了供电的可靠性，完全可以弥补单母线分段接线供电可靠性不高的缺陷。最后，通过前面对一次侧（60KV侧）和二次侧（10KV侧）接线的经济性，可靠性，灵活性等各方面的综合比较，同时考虑本所的进线，出线的回数以及重要负荷的分布等因素，一次侧（60KV侧）采用内桥的接线形式，二次侧（10KV侧）采用单母分段的接线形式。第三章 短路电流的计算说明3.1 短路电流计算的目的（1） 电气主接线的选择（2） 选择导体和电气设备，保证设备在正常运行情况下，都能正常工作，保证安全可靠，而且在发生短路时保证不损坏。（3） 选择断电保护装置。3.2 短路的基本类型三相系统中短路的基本类型有：三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路，其中三相短路是对称短路。为了检验和选择电气设备和载流导体，以及为了继电保护的整定计算，常用下述短路电流值。：短路电流的冲击值，即短路电流最大瞬时值。：超瞬变或次暂态短路电流的有效值，即第一周期短路电流周期分量有效值。：稳态短路电流有效值。3.3 短路电流计算的基本假定（1） 正常运行时，三相系统对称运行。（2） 所有电源的电动势相位角相同。（3） 电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小发生变化。（4） 短路发生在短路电流为最大值的瞬间。（5） 不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流。（6） 元件的计算参数取其额定值，不考虑参数的误差和调整范围。（7） 输电线路和电容略去不计。3.4 一般规定（1） 验算导体和电器动稳定、热稳定，以及电器开断电流所用的短路电流，应按本设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划，确定适中电流时，应按可能发生最大短路电流的接线方式。而不按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。（2） 选择导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。（3） 选择导体的电器时，对不带电抗器的回路的计算短路点，应选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点。（4） 导体和电器的动稳定，热稳定，以及电器开断电流，一般按三相短路计算，若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统及自耦变压器等回路中的单相，两相接地短路较三相短路严重时，则应按严重情况计算。3.5 计算步骤（1） 画等值电抗图 首先去掉系统中的所有负荷开关，线路电容，各元件电阻。 选取基准容量和基准电压。 计算各元件的电抗标么值。（2） 选择计算短路点。（3） 求各短路点在系统最大运行方式下的各点短路电流。（4） 各点三相短路时的最大冲击电流和短路容量。（5） 列出短路电流计算数据表。3.6 计算方法标么值法：取基准容量，基准电压计算用公式：变压器： （3.1）发电机： （3.2）线路: （3.3）短路电流周期分量有效值： （3.4）短路电流冲击值： （3.5）龙湾二次60/10KV降压变电所第四章 变电所继电保护配置4.1 变压器保护原则4.1.1 变压器主保护设计原则对电力变根据中华人民共和国行业标准，按照GB 1 42581993继电保护和安装自动装置技术规程的规定：变压器的下列故障及异常运行状态，应按规定装设相应的保护装置。 （1） 绕组及其引出线的相间短路和在中性点直接接地侧的单相接地短路; （2） 绕组的匝间短路；变压器的下列故障及异常运行状态，应按本节的规定装设相应的保护装置。（3） 外部相间短路引起的过电流；（4） 中性点直接接地电力网中，外部接地短路引起的过电流及中性点过电压；（5） 过负荷；（6） 过励磁；（7） 油面降低；（8） 变压器温度及油箱压力升高和冷却系统故障；上述第一、第二款的保护装置应瞬时动作于跳闸，第三、第四的保护装置应带时限动作于跳闸，第五、第六款的保护装置一般作用于信号。对于0.8MVA及以上油侵式变压器和0.4MVA及以上车间内侵式变压器，均应装设瓦斯保护。当壳内故障产生轻微气体或油面下降时，应瞬时动作于信号；当产生大量气体时，应动作于断开变压器各侧断路器。带负荷调压的油侵式变压器的调压装置，亦应装设气体保护。对变压器引出线、套管及内部的故障，应采用下列保护方式：纵联差动保护用于6300千伏安及以上并列运行的变压器；用于10000千伏安及以上单独运行的变压器；用于6300千伏安及以上的厂用工作变压器。对厂用备用变压器，可装设电流速断保护代替差动保护。如变压器的纵差动保护对单相接地短路灵敏性不符合要求，可增设零序差动保护。纵联差动保护的整定值可小于额定电流。电流速断保护：用于10000千伏安以下的变压器，且其过电流保护时限大于0.5秒时。2000千伏安及以上的变压器，如电流速断灵敏性不符合要求，则宜装设差动保护。上述各种保护装置动作后，应断开变压器各电源侧的断路器。4.1.2 变压器后备保护设计原则变压器后备保护应作为相邻元件及变压器本身主保护的后备。但当为满足远后备而使接线大为复杂化时，允许缩短对相邻线路的后备保护范围。变压器后备保护对各侧母线上的三相短路应具有必要的灵敏系数。变压器后备保护应尽可能独立，而不由发电机的后备保护代替。变压器后备保护应能保护电流互感器与断路器之间的故障。对由外部相间短路引起的变压器过电流，一般采用下列保护方式：（1） 过电流保护：一般用于将压变压器，保护装置的整定值应考虑事故时可能出现的过负荷。（2） 复合电压（包括负序电压及线电压）起动的过电流保护：一般用于升压变压器和过电流保护不符合灵敏性要求的降压变压器。（3） 负序电流和单相式低电压起动的过电流：一般用于大容量升压变压器和系统联络变压器。外部相间短路保护应装于变压器下列各侧：1) 双绕组变压器，应装设于主电源测；2) 三绕组变压器及自耦变压器，一般装设于主电源侧（经常不断开的电源侧）及另一侧，主电源侧的保护应带两段时限，以较小的时限断开未装保护侧的断路器。当上述方式不符合灵敏性的要求性时，则可在所有各侧均装设保护装置。各侧保护装置应根据选择性的要求装设方向元件；3） 供电给分开运行母线段的降压变压器，除在电源侧装设保护装置外，还应在每个供电支路装设保护装置；4） 对发电机变压器组，在变压器低压侧不应另设保护装置，而利用发电机的外部短路过电流保护。但在厂用分两段时限，以便在外部短路时仍能保证厂用负荷的供电。上述各种保护装置的接线宜考虑能保护电流互感器与断路器之间的故障。4.2 保护配置说明4.2.1 变压器的保护配置方案电力变压器在电力系统中的地位非常重要，它的故障对供电可靠性和系统的正常运行带来严重后果。由于绝大部分安装在户外，受自然条件的影响较大，同时受到连接负荷的影响和电力系统短路故障的威胁，变压器在运行中有可能出现各种类型的故障和不正常运行状态。因此，必须根据变压器容量和重要程度装设性能良好、动作可靠的保护。变压器的故障分为内部故障和外部故障。内故障指的是变压器油箱内绕组之间发生相间短路、一相绕组中发生的匝间短路、绕组与铁芯或引出线与外壳发生的单项接地短路。外部故障指的是油箱外部引出线之间发生的各种相间短路、引出线因绝缘套管闪落或破碎通过油箱外壳发生的单项接地短路。变压器发生故障，必将对电网或变压器带来危险，特别是发生内部故障，短路电流产生发高温电弧不仅烧坏绕组绝缘和铁芯，而且使绝缘材料和变压器油受热分解产生大量气体，导致变压器外壳局部变形、破坏甚至引起爆炸。因此，变压器发生故障时，必须将其从电力系统中切除。变压器不正常运行状态主要指过负荷、油箱漏油造成的油面降低以及外部短路引起的过电流。对于大容量变压器，因其铁芯额定工作磁通密度与饱和磁通密度比较接近，所以系统电压过高或系统频率降低时，容易过励磁。过励磁也是变压器的一种不正常运行状态，变压器处于不正常运行状态时，应发出信号。为了保证电力系统安全稳定运行，并将故障或不正常运行状态的影响限制到最小范围，按照GB 142581993继电保护和安装自动装置技术规程的规定，变压器应装设以下保护装置。对电力变压器的下列故障及异常运行状态，应按本节的规定装设相应的保护装置。 （1） 绕组及其引出线的相间短路和在中性点直接接地侧的单相接地短路; （2） 绕组的匝间短路；（3） 外部相间短路引起的过电流；（4） 中性点直接接地电力网中，外部接地短路引起的过电流及中性点过电压；（5） 过负荷；（6） 过励磁；（7） 油面降低；（8） 变压器温度及油箱压力升高和冷却系统故障；上述第一、第二款的保护装置应瞬时动作于跳闸，第三、第四的保护装置应带时限动作于跳闸，第五、第六款的保护装置一般作用于信号。对变压器温度升高和冷却系统故障，应按现行电力变压器的标准规定，装设信号装置。变压器保护部分：初步装设方案（变压器B1B2）：主保护：变压器瓦斯保护差动保护后备保护：复合电压起动的过电流保护过负荷保护4.2.1.1 气体保护(瓦斯保护) 对于0.8MVA及以上油侵式变压器和0.4MVA及以上车间内侵式变压器，均应装设气体保护。当壳内故障产生轻微气体或油面下降时，应瞬时动作于信号；当产生大量气体时，应动作于断开变压器各侧断路器。带负荷调压的油侵式变压器的调压装置，亦应装设气体保护。查继电保护和安装自动装置技术规程的规定，第2.3.2条。4.2.1.2 纵差动保护或电流速断保护 对变压器引出线、套管及内部的短路故障，应按下列规定，装设相应的保护作为主保护，保护瞬时动作于断开变压器的各侧断路器。对6.3MVA以下厂用工作变压器和并列运行的变压器，以及10MVA以下厂用备用变压器和单独运行的变压器，当后备保护时限大于0.5s时，应装设电流速断保护。对6.3MVA以上厂用工作变压器和并列运行的变压器，10MVA及以上厂用备用变压器和单独运行的变压器，以及2MVA及以上用电流速断保护灵敏性不负荷要求的变压器，应装设纵联差动保护。对于高压侧电压为330kV及以上的变压器，可装设双重差动保护。用于10000千伏安以下的变压器，且其过电流保护时限大于0.5s时，2000千伏安及以上的变压器，如电流速断灵敏性不符合要求，则宜装设差动保护。上述各种保护装置动作后，应断开变压器各电源侧的断路器。查继电保护和安装自动装置技术规程的规定，第2.3.3条。变压器后备保护：后备保护方案：过电流保护、复合电压保护、 过负荷保护。4.2.1.3 过电流保护 对于外部相间短路引起的变压器过电流，应按下列规定，装设相应的保护作为后备保护，保护动作后，应带时限动作于跳闸。（1） 过电流保护宜用于降压变压器，保护的整定值，应考虑事故时可能出现的过负荷。（2） 复合电压起动的过电流保护，宜用于升压变压器、系统联络变压器和过电流保护不负荷灵敏性要求的降压变压器。（3） 负序电流和单项式低电压起动的过电流保护，可用于63MVA及以上升压变压器。（4） 当复合电压起动的过电流保护或负序电流和单相式低压起动的过电流保护不能满足灵敏度性和选择性要求时，可采用阻抗保护。查继电保护和安装自动装置技术规程的规定，第2.3.5条。变压器后备保护设计原则：（1） 变压器后备保护应作为相邻元件及变压器本身主保护的后备。但当为满足远后备而使接线大为复杂化时，允许缩短对相邻线路的后备保护范围。（2） 变压器后备保护对各侧母线上的三相短路应具有必要的灵敏系数。（3） 变压器后备保护应尽可能独立，而不由发电机的后备保护代替。（4） 变压器后备保护应能保护电流互感器与断路器之间的故障。最中采用复合电压起动的过电流保护。因为过电流保护的动作电流按最大负荷电流整定，灵敏度往往满足不了要求。低电压起动的过电流保护，它的电流元件可按变压器额定电流整定，保护的灵敏度有所提高，但低电压继电器只装在变压器一侧，当在另一侧发生相间短路时，低压继电器的灵敏度往往不够，为此在变压器两侧都需要装设低电压继电器，这就使其接线复杂化了，这里也不采用。而负序过电流保护虽然也满足设计要求，但其整定计算比较复杂，一般只用于大容量升压变压器和系统联络变压器，不符合此设计的具体情况，因此也不予以采用。复合电压起动的过电流保护，其电压起动元件是由低电压继电器和负序电压继电器组成。当发生三相短路时，短路初瞬总会出现负序电压，负序电压继电器动作，断开加在低压继电器上的电压，从而使其动作。负序电压消失后，虽然低压继电器重新接于线电压上，但由于三相短路电压较低，不能返回而于动作状态。当发生不对称短路时，故障相电流继电器动作，负序电压继电器动作，致使低电压继电器动作，最终将变压器两侧断路器断开。这里的低电压继电器和负序电压继电器相当于接在一个或门上，然后在和相电流继电器相接于与门上，相成了此逻辑关系，从而完成了对变压器相间故障的保护。依据以上的综合分析后，选择复合电压起动的过电流保护作为设计使用方案，它的电流元件可按变压器额定电流整定，保护的灵敏度也有所提高。4.2.1.4 零序电流保护 110kV及以上中性点直接接地的电力网中，如变压器的中性点直接运行，对外部单相接地引起的过电流，应装设零序电流保护。用作变压器外部接地短路时的后备保护。保护直接动作于跳闸。查继电保护和安装自动装置技术规程的规定，第2.3.8条。4.2.1.5 过负荷保护 0.4MVA及以上变压器，当数台并列运行或单独运行，并作为其他负荷的电源时，应根据可能过负荷的情况，装设过负荷保护。对自耦变压器和多绕组变压器，保护应能反应公共绕组及各侧过负荷的情况。过负荷保护应能反映变压器各绕组的过负荷情况。对双绕组升压变压器应装设发电机电压侧；对双绕组降压变压器应设在高压侧，当三侧都有电源时，则三侧都应装过负荷保护，对于单侧电源的三绕组降压变压器，若三侧绕组容量相同，则过负荷保护只装在电源侧；若三绕组容量不同，则在电源侧和容量较小的一侧分别装设过负荷保护；对于双侧电源的三绕组降压变压器或联络变压器，三侧均应装设过负荷保护。查继电保护和安装自动装置技术规程的规定，第2.3.11条。4.2.1.6 过励磁保护 高压侧电压500KV的变压器，对频率降低和电压升高引起的变压器工作磁密过高，应装设过励磁保护。保护由两段组成，低定值段动作于信号，高定值段动作于跳闸。查继电保护和安装自动装置技术规程的规定。4.2.1.7 复合电压（包括负序电压及线电压）起动的过电流保护 一般用于升压变压器和过电流保护不符合灵敏性要求的降压变压器。外部相间短路保护应装于变压器下列各侧：1） 双绕组变压器，应装设于主电源测；2） 三绕组变压器及自耦变压器，一般装设于主电源侧（经常不断开的电源侧）及另一侧，主电源侧的保护应带两段时限，以较小的时限断开未装保护侧的断路器。当上述方式不符合灵敏性的要求性时，则可在所有各侧均装设保护装置。各侧保护装置应根据选择性的要求装设方向元件；3） 供电给分开运行母线段的降压变压器，除在电源侧装设保护装置外，还应在每个供电支路装设保护装置；4） 对发电机变压器组，在变压器低压侧不应另设保护装置，而利用发电机的外部短路过电流保护。但在厂用分两段时限，以便在外部短路时仍能保证厂用负荷的供电。4.2.1.8 其他保护 对变压器温度及油箱内压力升高和冷却系统，应按现行电力变压器标准的要求，装设可作为用于信号或动作于跳闸的装置。所以外加设相应的保护来监控变压器自身的运行，包括油温和启动风扇的保护。温度信号装置：变压器油温的监视采用温度信号装置，其基本元件是带电触点的压力式温度计。该温度计是按流体压力计原理制成的，由受热器连接管和温度指示器组成，当被测物温度升高时，受热器中液体膨胀，温度指示计中的流体压力计应部分所受压力增大，指针位置改变，当指针位置达到定位指针预先放置的位置时，使定时指针的一对触点接通，发出信号或采取变压器冷却风扇，温度计可以有两个定位针给定温度的上下限，而作为两位式调节。上述各种保护装置的接线宜考虑能保护电流互感器与断路器之间的故障。本次变压器保护：1、 气体保护(瓦斯保护)2、 纵差动保护3、 过电流保护4、 复合电压保护5、 过负荷保护6、 保护装置，除预先规定以外，都不允许系统因震荡引起的误动作；7、 正常情况下，当电压互感器的二次回路或其他故障能使保护误动作时，应装设线路闭锁或其他措施。4.3 各种继电保护原理4.3.1 瓦斯保护原理瓦斯保护是反应变压器油箱内部气体的数量和流动的速度而动作的保护，保护变压器油箱内各种短路故障，特别是对绕组的相间短路和匝间短路。瓦斯保护工作原理：由于短路点电弧的作用，将使变压器油和其他绝缘材料分解，产生气体。气体从油箱经连通管流向油枕，利用气体的数量及流速构成瓦斯保护。瓦斯继电器是构成瓦斯保护的主要元件，它安装在油箱与油枕之间的连接管道上，为了不妨碍气体的流通，变压器安装时应使顶盖沿瓦斯继电器的方向与水平面具有11.5的升高坡度，通往继电器的连接管具有24的升高坡度开口杯挡板式瓦斯继电器，其内部结构如下图所示。正常运行时，上、下开口杯2和l都浸在油中，开口杯和附件在油内的重力所产生的力矩小于平衡锤4所产生的力矩，因此开口杯向上倾，干簧触点3断开。油箱内部发生轻微故障时，少量的气体上升后逐渐聚集在继电器的上部，迫使油面下降。而使上开口杯露出油面，此时由于浮力的减小，开口杯和附件在空气中的重力加上杯内油重所产生的力矩大于平衡锤4所产生的力矩，于是上开口杯2顺时针方向转动，带动永久磁铁10靠近干簧触点3，使触点闭合，发生“轻瓦斯”保护。如下图所示： 图4.1 瓦斯继电器安装位置图油箱内部发生严重故障时，大量气体和油流直接冲击挡板8，使下开口杯l顺时针方向旋转，带动永久磁铁靠近下部干簧的触点3使之闭合，发出跳闸脉冲，表示“重瓦斯”保护动作。当变压器出现严重漏油而使油面逐渐降低时，首先是上开口杯露出油面，发出报警信号，继之下开口杯露出油面后亦能动作，发出跳闸脉冲。瓦斯保护的原理接线图：上面的触点表示“轻瓦斯保护”，动作后经延的发出报警信号。下面的触点表示“重瓦斯保护”，动作后起动变压器保护的总出口继电器，使断路器跳闸。 瓦斯保护评价：主要优点：动作迅速、灵敏度高、安装接线简单、能反应油箱内部发生的各种故障。主要缺点：不能反应油箱以外的套管及引出线等部位上发生的故障。 因此瓦斯保护可作为变压器的主保护之一，与纵差动保护相互配合、相互补充，实现快速而灵敏地切除变压器油箱内、外及引出线上发生的各种故障。瓦斯保护的反事故措施： 瓦斯保护动作，轻者发出保护动作信号，提醒维修人员马上对变压器进行处理；重者跳开变压器开关，导致变压器马上停止运行，不能保证供电的可*性，对此提出了瓦斯保护的反事故措施： （1） 将瓦斯继电器的下浮筒改为挡板式，触点改为立式，以提高重瓦斯动作的可靠性。 （2） 为防止瓦斯继电器因漏水而短路，应在其端子和电缆引线端子箱上采取防雨措施。 （3） 瓦斯继电器引出线应采用防油线。 （4） 瓦斯继电器的引出线和电缆应分别连接在电缆引线端子箱内的端子上