供电技术-(煤矿)变压器的保护设计 WPS文字 文档

1、课程设计名称:供电技术课程设计题目:煤矿地面变电所主变压器保护设计专业:电气工程及其自动化班级:电气10-3班姓名:课程设计成绩评定表学期2012/2013第一学期姓名专业电气工程及其自动化班级电气10-3班课程名称供电技术设计题目兴华煤矿地面变电所主变压器保护设计评定标准评定指标分值得分知识创新性20理论正确性20内容难易性15结合实际性10知识掌握程度15书写规范性10工作量10总成绩100评语:任课教师张国军时间年月日备注设计任务书一、设计题目:兴华煤矿地面变电所主变压器保护设计二、原始参数:1、变压器(参数见附表2、二次母线短路电流为:最大运行方式16KA,最小运行方式13KA。三、设

2、计任务1、实现主变压器保护,包括瓦斯保护、差动保护、过电流保护以及过负荷保护;2、设计图纸一份。四、设计计划本设计共一周:第1天查阅资料;第2-6天方案分析并按课程设计指导书具体进行设计及整理设计说明书;第7天答辩。五设计要求设计工作量为完成设计说明书一份、设计图纸一份;设计必须根据进度计划按期完成;设计说明书必须经指导老师审查签字方可答辩。指导教师:教研室主任:时间:摘要变压器是电力系统的重要设备之一,它的正常运行对供电系统的可靠性意义重大。在面对变压器可能发生的内部故障、外部故障和不正常运行状态的影响,从而对变压器的可靠运行提出了更加严峻的挑战。这就要求装设的变压器不仅仅安全可靠,而且要迅

3、速动作。因此变压器的保护尤为重要。变压器常用的保护装置有瓦斯保护、差动保护、过电流保护以及过负荷保护等。在煤矿电力系统中,由于用电等级为一级,这就要求供电系统的可靠,从而对变压器的保护意义及其重大。本课程设计就是是煤矿地面变电所主变压器的保护设计。关键词:变压器保护目录1.主保护介绍 (12.后备保护介绍 (52.1过电流保护介绍 (52.2过负荷保护介绍 (63.保护的配合及整定计算 (73.1主保护的整定计算 (73.2后备保护的整定计算 (124.对保护设计的评价 (135.保护电路图 (141.主保护介绍为了满足电力系统稳定方面的要求,当变压器发生故障的时候,要求保护装置快速切除故障。

4、主保护的跳闸动作时间极短,一般认为是0秒,包括瓦斯保护和差动保护。瓦斯保护主要用作变压器油箱内部故障的主保护以及油面过低保护。变压器的内部故障,如匝间或层间短路、单相接地短路等,有时故障电流较小,可能不会是反应电流的保护动作。对于油浸变压器,油箱内部故障时,由于短路电流和电弧的作用,变压器油和其他绝缘物会因为受热而分解出气体,这些气体上升到最上部的油枕。故障越严重,产气越多,形成强烈的气流。能反映此气体变化的保护装置,称为瓦斯保护。瓦斯保护的主要优点是动作快,灵敏度高,稳定可靠,接线简单,能反应变压器油箱内部的各种类型故障,特别是短路杂匝数很少的匝间短路,其他保护可能不动作,对于这种故障,气体

5、保护具有特别重要的意义。瓦斯保护的接线图如图1-1所示。R+至信号至信号QF2TR2TR1QF1365 4图1-1 瓦斯保护的接线图差动保护主要用作变压器内部绕组、绝缘套管及引出线相间短路的主保护。在正常运行和外部故障时,流入继电器的电流为两侧电流之差,及Ir=I12-I22=0,其值很小,继电器不动作。当变压器内部放生故障时,若仅I 侧有电源,则Ir=I12,其值为短路电流,继电器动作,使两侧断路器跳闸。由于差动保护无需与其他保护配合,因此可瞬动切出故障。变压器差动保护原理如图1-2所示。II I1I II1I I2I II2I r图1-2变压器差动保护原理由于诸多因素影响,在正常运行和发生

6、外部故障时,在继电器中会流过不平衡电流,影响差动保护的灵敏度。下面主要介绍变压器接线方式的影响。对于Yd11接线方式的变压器,其两侧电流有30度相位差。为消除相位差造成的不平衡电流,通常采用相位补偿的方法,及变压器Y 侧的互感器接成d 形,d 侧的互感器接成Y 形,使相位得到矫正。差动保护接线图如图1-3所示。I I A2I B1I C1I II A1I B1I C1I CA2I BC2I AB2A BCX Y Z x z y ab c I a1I b1I c1I ab2I ab1I bc1I ca1I bc2I ca2图1-3差动保护接线图2.后备保护介绍为了满足电力系统稳定方面的要求,当变

7、压器发生故障的时候,要求保护装置切除故障。为保证故障能够切除,变压器还应装设后备保护。后备保护的跳闸动作时间一般认为是几秒,包括过电流保护和过负荷保护。2.1过电流保护介绍为了防止外部短路引起变压器绕组的过电流,并作为差动和瓦斯保护的后备,变压器还必须装设过电流保护。对于单侧电源的变压器,过电流保护安装在电源侧,保护动作时切断变压器各侧开关。过电流保护的动作电流应按躲过变压器的最大工作电流整定,启动值比较大,往往不能满足灵敏度的要求。为此,可以采用低电压闭锁的过电流保护,以提高保护的灵敏度,其接线图如图2-1所示。I tU U +_+信号信号QF1QF2_跳QF1跳QF2接自低压侧电压互感器接

8、自高压侧电压互感器图2-1低电压闭锁过电流保护2.2过负荷保护介绍变压器过负荷大都是三相对称的。所以过负荷的保护可采用单电流继电器的接线方式,经过一定延时作用于信号,在无人值班的变电所内,也可作用于跳闸或自动切除一部分负荷。变压器过负荷保护的动作时间通常取10s ,保护装置的动作电流,按躲过变压器额定电流整定。3.保护的配合及整定计算3.1主保护的整定计算(1由变压器的额定容量及平均电压计算出变压器两侧的额定电流EMBED Equation.KSEE3 * MERGEFORMAT |T N I.,按选择两侧电流互感器一次额定电流,然后按下式算出两侧电流互感器二次回来呀的额定电流:wcK.接线系

9、数,电流互感器为星形接线时,三角形接线时TAK.电流互感器变比。取二次额定电流最大的一侧为基本侧,表3-1为本课程设计的变压器的参数,根据以上公式计算得二次回路额定电流计算值,如表3-2表3-1型号额定容量/kV A额定电压/kV 连接组标号空载电流/%空载损耗/W负载损耗/W阻抗电压/% 高低SF9-12500/63 12500 63 6.3YN,d111.0 16800 59850 9表3-2名称各侧数值名称各侧数值额定电压(kv 63 6.3 电流互感器计算变比变压器额定电流(A选择电流互感器变比电流互感器接线方式 d y 电流互感器二次回路额定电流(A由表3-2可以看出,63kv侧电流

10、互感器一次回路额定电流大于6.3kv侧。因此63kv侧为基本侧。最大运行方式16KA,最小运行方式13KA。即,。由于所给的这两个数据是二次母线短路电流,且基本侧为一次侧。必须将其换算到一次侧。则,(2计算保护装置63kv侧的一次动作电流按躲过外部最大不平衡电流,根据公式:式中.可靠系数,取1.3;.最大不平衡电流.外部故障时最大三相短路电流的周期分量.电流互感器同型系数,型号相同时取0.5,不同时取1;.电流互感器的容许最大相对误差,为0.1;.变压器改变分接头调压引起的相对误差,一般采用调压范围一半,取5%;.由于继电器的整定匝数与计算的不相等而产生的误差,初算时可取中间值0.05,最大值

11、为0.91。则:(A按躲过励磁涌流根据公式:式中.可靠系数,取1.3;.变压器额定电流。则(A按躲过电流互感器二次断线。根据公式:式中.可靠系数,取1.3;.变压器的最大工作电流,无法确定时,可采用变压器的额定电流。则(A根据以上三个条件计算的结果,取其最大者最为基本侧的动作电流整定值,因此,选择63kv侧的一次动作电流(A。(3确定线圈接线与匝数平衡线圈I、II分别接于63kv侧和6.3kv侧。计算基本侧继电器的动作电流为根据公式:则,(A基本侧计算线圈计算匝数为根据公式:式中=60则(匝据BCH-2内部实际接线,选定实际整定匝数为6匝,其中取差动线圈匝数,平衡线圈II的匝数。(4确定6.3

12、kV侧平衡线圈的匝数(匝确定平衡线圈II实际匝数为匝。(5计算由于实际匝数与计算匝数不等产生的相对误差因为,且相差很小,故不需要核算动作电流。(4灵敏系数校验按最小运行方式下,63kV侧两相短路校验。因为基本侧互感器二次额定电流最大,故非基本侧灵敏系数最小。6.3kV侧通过继电器的电流为:(A继电器整定的电流为(A这最小灵敏系数为 <2 不满足要求，故应重新计算校验。 3.2 后备保护的整定计算 11 单相接地短路等，有时故障电流较小，可能不会是反应电流的保护动 作，有一定优越性但也有其弊端。差动保护可以正确区分内外故障， 而且不需要与其它元件的保护配合，可以做到无延时的切除区内故 障，选择性好，具有很大优越性。但是差动保护一直存在励磁涌流的 问题，虽然随着技术的不断进步，但是瓦斯保护和差动保护的固有原 理性矛盾也很突出。后备保护的出现就大大缓解了这一矛盾。后备保 护可以防止由外部故障引起的变压器绕组