35KV变压器保护装置的设计

1、毕业设计任务书专业 机械设计制造及其自动化班级 姓名xxx 下发日期 2013-03-0100装 护 保 口昔题专主要内容及要求保 压谊MO 变萌 罚 握沐 解 掌FM轨 装母唯浬31 护器 可吊深求 内主、，要(1(2(3主要技术参数尼计 亠5 rr L 一、一 fTR 口昔 eq变选压 组器变 绕电侧 双继同 12 3 z( z( z(进 度 及 宀 完 成 日 期完 答续 待继 等 。标并， 黒 初 印 框的 打 文文嗽 刑 论论郵 稿 的计fl定 。步设岀 终 献初业緘 最 文成毕丽 考形成対 参，形苗 改 阅题，ti修 查问案页 樹 及的方wir 料到计軻。行 资IM设 肝tds H

2、坤啄据概论 盼辭一I根皆对 0 0 0 0 H 5 0 5 1 5 13 13 1 1 1 1 1 1 O 2020202020辩期 日期 日指期 日指导教师评语该生能比较全面地完成毕业论文的任务，方案合理、方法正确，能综合运用本专 业的基础知识，分析问题和解决问题的能力较强。能够运用本学科的常规研究分析方 法，运用相关软件和专业知识设计出系统图。毕业设计过程中工作态度较好，能力较强，任务完成情况较好。系统图设计符合 工程规范，文档及数据清单比较齐全。论文选题35KV变压器保护装置的设计，能够紧密结合电厂中变压器的实例, 设计了一套以继电器为核心的保护变压器的装置，用来保护变压器可以正常运行。

3、同 意该同学参加论文答辩。指导教师：青岛理工大学毕业设计评阅意见表设计题目评价 项目评价标准（A级）满分评分ABCDE文献 资料 利用 能力能独立地利用多种方式 查阅中外文献；能正确翻 译外文资料；能正确有效 地利用各种规范、设计手 册等。1010987 6综合 运用 能力研究方案设计合理；设计 方法科学；技术线路先进 可行；理论分析和计算正 确；动手能力强；能独立 完成设计；能综合运用所 学知识发现和解决实际 问题；研究结果客观真 实。2019-2017- 1815- 1613- 14 12设计质量设计结构严谨；逻辑性4037-4032-3628-3125-27 24强；语言文字表准确流 畅

4、；格式、图、表规范； 有一定的学术水平或实 际价值创新 能力有较强的创新意识；所做 工作有较大突破；设计有 独到见解151513-1411-1210 9工作 量工作量饱满；圆满完成了 任务书所规定的各项任 务。151513-1411-1210 9总分是否同意将该设计 提交答辩：是（）否（）具体评阅及修改意见：评阅人：年 月日注：1.请按照A级标准，评出设计各项目的具体得分，并填写在相应项目的评分栏中；2. 计算出总分。若总分60分，“设计质量” = I d1 /X* (K 2) =1.56/1.44=1.08(KA)2）最小运行方式:图2-7短路电流计算图1尹3取基准值:IIXXK-1XISd

5、=100MV A , Uc1=37KV , UC2=10.5KVd1=Sd = 100 =1.56KAV3U c1 U3 37d2=Sd=一100一 =5.50KA3U c2 3 10.5X* =电少=0.4Soc 2502 =0.415100372=0.44Uk00 Sd _7.5 100 103100Sn100 6300(K 1) = X； + X 2 =0.4+0.44=0.84(k 1) 1 2d1=1.19(k 1)二156 KA=1.86KA0.84I ;(3)=| =| k3)1=1.86KAi S3)=2.55 I ；=4.74KAI S? =1.51 I k=2.81KASk

6、3,=型 MV- A=119.05MV AX(k 1)O.84K-2X(K2) = X1 + X2 + X3=0.84+1.19=2.03(3)=_K 2 X(k 2)=5.50/2.03KA=2.71KAS3)=2.55 I k(3) =6.91AS3)=1.51 I k(3) =4.09KAS2二一=00MV- A=49.26MV AX “) 23折算到35KV侧:I d21ma= I di /X*(K 2) =1.56/2.03=0.77(KA)(3) 10KM 200MV- A1)最大运行方式：图2-9短路电流计算图图2-10等效电路图取基准值：Sd=100MV A , Uc1 =37

7、KV , UC2=10.5KVSdd2Sd.3U C2100,3 10.5=5.50KA*X1 =鱼=型=0.5Soc 200XXK-1X2=0.43= X 410Uk10037200100Sn=0.29Sd= 7.5 100 103100 6300(K 1) = X； + X； =0.5+0.29=0.79d1(k 1)二156 KA=1.97KA0.79= 1.19di= 100 =1.56KA、3Uc1 3 37I ;(3)=| =| k3)1=1.97KAi S3? =2.55 I k(3) =5.02KAI S? =1.51 I k(3) =2.97KASk3、一=MV- A=126

8、.58MV AX (k 1)0.79K-2X *(k2)= X； + X2 + X； X 4=0.79+1.19/2=1.39(3)I d2=5.50/1.39KA=3.96KA(k 2)Ik(3)=I =I k3)1 =3.96KAi S31)=2.55 I k(3)=10.10KAS2二一=100 MV- A=71.94MV AX（k 2）39折算到35KV侧:I d21ma= I 才 /X*（K 2） =1.56/1.39=1.12（KA）1/己宁图2-12 等效电路图取基准值：Sd=100MV A , Ud =37KV , Uc2=10.5KVd1Sd _ 100.3Uc1 、3 37

9、d2Sd= 1003Uc2 、3 10.5=5.50KA*X1 =SdSoc= 100=0.5200* 1002=0.4102 =0.29372K-1X * (K “ = x ； + X 2 =0.5+0.29=0.79(K S3)=2.55 I k=7.09AI Sh =1.51 I k=4.20KA=1 MV- A=50.51MV A1.98 折算到35KV侧:I1= 1=1：56 KA=1.97KAX(ki)79I ;(3)=i =i kI d21ma= I d1 /X* (K 2)=1.56/1.98=0.79(KA)(4) 10KM 250MV- A1) 最大运行方式：i=i.97K

10、A i Sh =2.55 I ；=5.02KAI Sh =1.51 I k=2.97KAS100SfW =MV- A=126.58MV AX (k 1) 0.79K-2X *(k2)= X* + X2 + X；=0.79+1.19=1.98I d2=5.50/1.98KA=2.78KA(k 2)(3)_=I k3) =2.78KA取基准值：Sd=100MV A , Uc1=37KV , UC2=10.5KVdiSd =100 3U c1 . 3 37=1.56KAd2Sd= 1003Uc2 、3 10.5=5.50KA*X1 =SdSoc2=0.4= 100=0.410100=0.29XK-1

11、X3= X 4Uk0o Sd=7.5 100 103100SN100 6300=1.19(K 1) = X； + X 2 =0.4+0.29=0.69(K 1) 1 2K-2I(3)1= *Id1=1；56 KA=2.26KAX(k1)O.69I ;(3)=I =| k3)1 =2.26KAi S3)=2.55 I ；=5.76KAI S3)=1.51 I k=3.41KASk3)1 = *=迴 MV- A=144.93MV A X (k 1)0.69(K 2)= X* + X； + X； X ； =0.69+1.19/2=1.29I d2=5.50/1.29KA=4.26KA(k 2)I ;

12、(3)=i 曰 k3)1 =4.26KAi S3)=2.55 I k=10.86KAI S3)=1.51 I k=6.43KAsk3)2= *Sd=型 MV- A=77.52MV AX 1.29折算到35KV侧:I d21ma= I d1 /X* (K 2)=1.56/1.29=1.21(KA)2）最小运行方式:0.4Q.22K-11.19图2-16等效电路图取基准值：Sd=100MV A , Uc1=37KV , UC2=10.5KVI di=Sd = 100 =1.56KAV3U c1 占 37d2Sd =100.3Uc210.5=5.50KA*X1 =也=型=0.4Soc 250XXK-

13、1XI2 =0.410100372=0.29100Sn= 7.5 100 103100 6300(K 1) = X； + X； =0.4+0.29=0.69(k 1) 1 2d1(k 1)二156 KA=2.26KA0.69=1.19(3). k =I k3) =2.26KAi S3 =2.55 I k=5.76KAI Sh =1.51 I k=3.41KASk3)i = Sd = 100 MV- A=144.93MV AX(k i)0.69K-2X * (K 2) = X* + X2 + X；=0.69+1.19=1.88(K 2)(3)I d2=5.50/1.88KA=2.93KA(k 2

14、)I ;(3)=I =i k3)1 =2.93KAi S3? =2.55 I k(3) =7.47AI S3? =1.51 I k(3) =4.42KAS2= *Sd=型 MV- A=53.19MV- A X (k 2)1.88折算到35KV侧:I d21ma= I d1 /X* (K 2)=1.56/1.88=0.83(KA)2.2变压器的故障和不正常运行状态分析变压器的内部故障可以分为油箱内和油箱外故障两种。 油箱内的故障主要是指发生在变压器油箱内包括高压侧或低压侧绕组的相间短路、匝间短路、中性点直接接地系统侧绕组的单相接地短路以及铁心的烧损等，对变压器来讲，这些故障都是十分危险的，因为油

15、箱内故障时产生的电弧，将引起绝缘物质的剧烈汽化， 从而可能引起爆炸，因此，这些故障应该尽快加以切除。油箱外的故障，主要是 套管和引出线上发生相间短路和接地短路（直接接地系统侧）。而油箱内发生相间 短路的情况比较少。变压器的不正常运行状态主要有：变压器外部相间短路引起的过电流和外部 接地短路引起的过电流和中性点过电压；由于负荷长时间超过额定容量引起的过 负荷以及由于漏油等原因而引起的油面降低或冷却系统故障引起的温度升高；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励磁故障。变压 器处于不正常运行状态时，继电器

16、应根据其严重程度，发出警告信号，使工作人 员及时发现并采取相应的措施，以确保变压器安全。2.3电力变压器的保护方案分析变压器油箱内部发生故障时，除了变压器各侧电流、电压变化外，油箱内的 油、气、温度等非电量也会发生变化。因此，变压器的保护也就分为电量保护和 非电量保护两种。非电量保护装设在变压器内部。线路保护中采用的许多保护如 过电流保护，纵差保护等在变压器的电量保护中都有应用，但在配置上有区别。 根据上述故障类型和不正常工作状态，对变压器应装设下列保护。a. 瓦斯保护对变压器内部的各种故障及油面降低，应装设瓦斯保护。对800KVA及以上油浸式变压器和400KVA及以上车间内油浸式变压器，均应

17、装设瓦斯保护。当油 箱内故障产生轻微瓦斯或油面下降， 应瞬时动作于信号；当产生大量瓦斯时，应 动作于断开变压器各侧断路器。b. 线路保护（1）纵差保护或电流速断保护对变压器绕组导管及引出线上的故障， 应根据容量不同，装设纵差保护或电 流速断保护。保护瞬时动作，断开变压器各侧断路器。1）对6.3MVA及以上并列运行的变压器和10MVA单独运行的变压器以及 6.3MVA以上厂用变压器应装设纵差保护。2）对10MVA以下厂用备用电压器和单独运行的变压器，当后备保护时 间大于0.5S时，应装设电流速断保护。3）对2MVA及以上用电流速断保护灵敏性不符合要求的变压器，应装设 纵差保护。4）对高压侧电压为

18、330KV及以上的变压器，可装设双差动保护。（2）外部相间短路时，应采用的保护对于外部相间短路引起的变压器过电流，应采用下列保护作为后备保护。1）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。2）复合电压起动的过电流保护。一般用于升压变压器、系统联络变压 器及过电流保护灵敏度不满足要求的降压变压器上。3）负序电流及单相式低电压起动的过电流保护，一般用于容量为63MVA 及以上的升压变压器。4） 阻抗保护，对于升压变压器和系统联络变压器，当采用第 2）、3） 的保护不能满足灵敏度和选择性要求时， 可采用阻抗保护。对500kV系统联络变 压器高、中压侧均应

19、装设阻抗保护。保护可带两段时限，以较短的时限用于缩小 故障影响范围；较长的时限用于断开变压器各侧断路器。（3）外部接地短路时，应采用的保护对中性点直接接地电力网内，由外部接地短路引起过电流时，如变压器中性 点接地运行，应装设零序电流保护。零序电流保护可由两段组成，每段可各带两 个时限，并均以较短的时限动作于缩小故障影响范围， 或动作于本侧断路器，以 较长的时限动作于断开变压器各侧断路器。对自耦变压器和高、中压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

20、压侧有电源）仍带接地故障继续 运行，应根据具体情况，装设专用的保护装置，如零序过电压保护，中性点装放 电间隙加零序电流保护等。（4）过负荷保护即电力系统中用电负荷超出发电机的实际功率或变压器的额定功率引起设 备过载。由于短时过负荷不会引起系统或电力设备的安全问题但长时间会引起系 统或电力设备本身的安全或稳定问题或用电设备的安全故过负荷一般保护延时 作用于信号和跳闸。高压过负荷保护本质上针对于设备本身的热容量对于高压输电线路还是要 针对系统稳定的。一般的哇就相当于低压系统里的长延时保护即低压系统的过载 保护一般变压器过负荷保护的整定时间也是 915秒动作电流要略大于变压器额定电流。此外高压电容器

21、和电动机也可能用到过负荷保护。 对线路而言一般不用。 在选择性配合及动作出口上它与设备的热载能力进行配合一般不会启动重合闸 有时可能还有有联切的设计。高压过电流保护一般是针对于短路故障的保护线路 出现了故障但又不在速断的保护范围内而设置的如单相接地等要求在一定的时 间内跳闸。类似于低压系统里的短延时保护。在选择性配合及动作出口上它要与 相邻装置中针对短路故障的保护段进行配合最终出口是把保护范围隔离出来对 于线路有时还会启动重合闸。一般而言低压系统不谈“过电流保护”而经常说“短路保护”咼压系统不提“过载保护”而代之以“过负荷保护”。过负荷保护的定值比过流保护的定值要低得多但要大于正常负荷防止设备

22、过载运行而且为 了躲过设备起动电流还要加入一定的延时。 当某种原因使过流保护拒动时过负荷 保护还可作为过流保护的后备。对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。对于无经常值班人员的变电站，必要时过负荷保护 可动作于自动减负荷或跳闸。(5) 过励磁保护过励磁保护应按变压器厂家提供的变压器满载情况下的过励磁曲线整定，其整定原则为尽量使所调整的励磁保护继电器的励磁曲线在变压器过励磁曲线的 下方，即变压器运行在过励磁条件下时，励磁保护继电器应能以比它所能承受的 更短时间可靠跳

23、开主变各侧断路器。 同时，应该保证在正常运行条件下，变压器 应有一定的耐受励磁强度的水平，所以励磁保护继电器的启动值一般整定到略大 于正常的最高运行值。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 器励磁电流的升高，应装设过励磁保护。在变压器允许的过励磁范围内， 保护作 用于信号，当过励磁超过允许值时，可动作于跳闸。过励磁保护反应于实际工作 磁密和额定工作磁密之比(称为过励磁倍数)而动作。(6) 其他保护对变压器温度及油箱内压力升高和冷却系统故障，应按现行变压器标准的要 求，装设可作用于信号或动作于跳闸的装置。2.4电力变压器的保护方案确定变压器为变电所的核心设备，根

24、据其故障和不正常运行的情况，从反应各种 不同故障的可靠、快速、灵敏及提高系统的安全性出发，设置相应的主保护、异 常运行保护和必要的辅助保护。于本设计而言，因为容量关系不采用速断保护， 采用瓦斯保护，过电流保护采用定时限过流保护，高压侧电压没有500KV故不采 用励磁保护。具体情况如下：（1）主保护：瓦斯保护（以防御变压器内部故障和油面降低）、纵差动保护 （以防御变压器绕组、套管和引出线的相间短路）。（2）后备保护：过电流保护（以反应变压器外部相间故障）、过负荷保护（反 应由于过负荷而引起的过电流）。第3章 变压器保护装置中继电器的选择3.1电力变压器的保护原理分析通过瓦斯继电器、信号继电器、中

25、间继电器、高压断路器、断路器跳闸等实 现电力变压器的保护。3.2瓦斯保护原理KS-信号继电器T-电力变压器 KG-瓦斯继电器KW中间继电器 QF高压断路器YR断路器跳闸线圈XB-连接片R-限流电阻图3-1变压器瓦斯保护原理电路图3.2.1瓦斯保护的分析（1）工作原理瓦斯保护是变压器内部故障主要保护元件， 对变压器匝间和层间短路、铁芯 故障、套管内部故障、绕组内部断线及绝缘劣化和油面下降等故障均能灵敏动作。 当油浸式变压器内部发生故障时，电弧将使绝缘材料分解并产生大量气体， 其强 烈程度随故障严重程度不同而不同。瓦斯保护就是利用反应气体状态瓦斯继电器（又称气体继电器）来保护变压器内部故障。瓦斯保

26、护继电器内，上部是一个密封浮筒，下部是一块金属档板，两者都装 有密封水银接点。浮筒和挡板可以围绕各自轴旋转。 正常运行时，继电器内充满 油，浮筒浸油内，处于上浮位置，水银接点断开；挡板因本身重量而下垂，其水 银接点也是断开。当变压器内部发生轻微故障时，气体产生速度较缓慢，气体上 升至储油柜途中首先积存于瓦斯继电器上部空间，使油面下降，浮筒随之下降而使水银接点闭合，接通延时信号，这就是所谓“轻瓦斯”；当变压器内部发生严 重故障时，则产生强烈瓦斯气体，油箱内压力瞬时突增，产生很大油流向油枕方 向冲击，因油流冲击挡板，挡板克服弹簧阻力，带动磁铁向干簧触点方向移动， 使水银触点闭合，接通跳闸回路，使断路器跳闸，这就是所谓“重瓦斯”