35KV主变压器保护初步设计说明书

可编辑版/35kV主变压器保护初步设计姓名：愣愣专业：供用电技术学号：摘要电力变压器是电力系统中非常重要的电力设备之一,它的安全运行对于保证电力系统的正常运行和对供电的可靠性,以及电能质量起着决定性的作用。电力变压器是电力系统中十分重要的元件,它的主保护主要包括瓦斯保护、纵差动保护。瓦斯保护主要保护变压器内部各种故障。纵联差动保护主要是对变压器的绕组,套管及引出线上的故障。电气测量仪表是测量电力系统中主要电气设备运行的二次设备。变电所的运行人员要通过测量仪表和监察装置掌握主系统和主设备的运行情况,分析电能质量和计算经济指标。二次回路是电力系统安全、经济、稳定运行的重要保障,是变配电所电气系统的重要组成部分。二次回路是一个具有多种功能的复杂网络,其内容包括高压电气设备和输电线路的控制、调节、信号、测量与监察、继电保护与自动装置、操作电源等系统。第一章设计的要求与分析1.1主变压器设计技术要求1．该35kV变电所变压器是单独运行的降压变压器,容量为15兆安伏,35±2*2.5%/6.3千伏,Y/△-11,Uk=0.08。2.35千伏母线归算至平均电压37千伏的三相短路电流：最大运行方式为3570安,最小运行方式为2140安。3.6.3千伏最大负荷电流为1000安。4.二次直流电源220伏。1.2主变保护简要分析电力系统继电保护装置应满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的基本要求。这些要求之间,需要针对不同使用条件,分别进行综合考虑。这四"性"之间紧密联系,既矛盾又统一。<1>可靠性是指保护该动体时应可靠动作。不该动作时应可靠不动作。可靠性是对继电保护装置性能的最根本的要求。<2>选择性是指首先由故障设备或线路本身的保护切除故障,当故障设备或线路本身的保护或断路器拒动时,才允许由相邻设备保护、线路保护或断路器失灵保护切除故障。为保证对相邻设备和线路有配合要求的保护和同一保护内有配合要求的两元件〔如启动与跳闸元件或闭锁与动作元件的选择性,其灵敏系数及动作时间,在一般情况下应相互配合。<3>灵敏性是指在设备或线路的被保护范围内发生金属性短路时,保护装置应具有必要的灵敏系数,各类保护的最小灵敏系数在规程中有具体规定。选择性和灵敏性的要求,通过继电保护的整定实现。<4>速动性是指保护装置应尽快地切除短路故障,其目的是提高系统稳定性,减轻故障设备和线路的损坏程度,缩小故障波及范围,提高自动重合闸和备用电源或备用设备自动投入的效果等。一般从装设速动保护<如高频保护、差动保护>、充分发挥零序接地瞬时段保护及相间速断保护的作用、减少继电器固有动作时间和断路器跳闸时间等方面入手来提高速动性。第二章主变保护的配置电力变压器是电力系统中非常重要的电气设备之一。它具有故障小,结构可靠的特点,但是在实际的运行过程中,还是会产生一定的故障和异常情况。因此,为了减少故障对电力系统造成的影响,保护电力系统的安全运行,必须根据电力变电站的容量,电压的等级情况,安装可靠性较高的继电保护装置。随着电力电子技术的不断发展,微机已在电力变压器的继电保护中起到至关重要的作用,就此对电力变压器保护进行简要的分析。2.1主变压器的保护瓦斯保护：800kVA及以上的油浸式变压器和400kVA及以上的车间内油浸式变压器,应装设瓦斯保护。瓦斯保护是变压器的主要保护,它可以反映油箱内的一切故障。纵差保护或电流速断保护：6300kVA及以上并列运行的变压器,10000kVA及以上单独运行的变压器,发电厂用工作变压器和工业企业中6300kVA及以上重要的变压器,应装设纵差保护。10000kVA及以下的电力变压器,应装设电流速断保护,其过电流保护的动作时限应大于0.5s。对于2000kVA以上的变压器,当电流速断保护灵敏度不能满足要求的,也应装设纵差保护。纵差保护或电流速断保护用于反映电力变压器绕阻,套管及出线发生的短路故障,其保护动作于跳开各电源侧断路器。相间短路的后备保护：相间短路的后备保护用于反映外部相间短路引起的变压器过电流,同时作为瓦斯保护和纵差保护的后备保护。变压器短路故障后备保护应主要作为相邻元件及变压器内部故障的后备保护。主电源侧的变压器相间短路后备保护主要作为变压器内部故障的后备保护。其它各侧的后备保护主要作为本侧引线、本侧母线和相邻线路的后备保护,并尽可能当变压器内部故障时起后备作用。以较短时限动作于缩小故障影响范围,以较长时限动作于断开变压器各侧断路器。接地短路的零序保护：对于中性点直接接地系统中的变压器,应装设零序保护,零序保护用于反映变压器高压侧,以及外部元件的接地短路。变压器中性点直接接地运行,应装设零序电流保护；变压器中性点可能接地或不接地运行,应装设零序电流,电压保护。零序电流保护延时跳开变压器各电源侧断路器；零序电压保护延时动作于发出信号。过负荷保护：对于400kVA以上的变压器,当台数并列运行或单独运行并作为其他负荷的备用电源时,应装设过负荷保护。过负荷保护通常只装在一相,其动作时限较长,延时动作于发信号。其他保护：高压侧电压为500kVA及以上变压器,对频率降低和电压升高而引起的变压器励磁电流上升,应装设变压器过励磁保护。对变压器温度和油箱内压力升高,以及冷却系统故障,安变压器现行标准要求,应装相应的保护装置。2.2主变压器的瓦斯保护瓦斯保护是变压器的主要保护,能有效地反应变压器内部故障。轻瓦斯继电器由开口杯、干簧触点等组成,作用于信号。重瓦斯继电器由挡板、弹簧、干簧触点等组成,作用于跳闸。正常运行时,瓦斯继电器充满油,开口杯浸在油内,处于上浮位置,干簧触点断开。当变压器内部故障时,故障点局部发生过热,引起附近的变压器油膨胀,油内溶解的空气被逐出,形成气泡上升,同时油和其它材料在电弧和放电等的作用下电离而产生瓦斯。当故障轻微时,排出的瓦斯气体缓慢地上升而进入瓦斯继电器,使油面下降,开口杯产生的支点为轴逆时针方向的转动,使干簧触点接通,发出信号。当变压器内部故障严重时,产生强烈的瓦斯气体,使变压器内部压力突增,产生很大的油流向油枕方向冲击,因油流冲击档板,档板克服弹簧的阻力,带动磁铁向干簧触点方向移劝,使干簧触点接通,作用于跳闸。瓦斯保护能反应变压器油箱内的内部故障,包括铁芯过热烧伤、油面降低等,但差动保护对此无反应。又如变压器绕组产生少数线匝的匝间短路,虽然短路匝内短路电流很大会造成局部绕组严重过热产生强烈的油流向油枕方向冲击,但表现在相电流上却并不大,因此差动保护没有反应,但瓦斯保护对此却能灵敏地加以反应,这就是差动保护不能代替瓦斯保护的原因。2.2.1瓦斯保护的特点瓦斯保护是变压器特有的保护装置。是利用变压器内部各种故障时会产生或分解气体,来反映气体数量和油流速度的保护。它不仅能反映变压器油箱内部各种故障,而且还能反映出差动保护反映不出来的匝间短路、铁芯故障和内部进入空气。具有灵敏度高,结构简单,动作迅速的优点,但无法反映外部故障、瓦斯继电器抗干扰能力较差、保护回路因漏油进水易误动的缺点。它不能作为变压器唯一的主保护,而是与差动保护相互配合来保护变压器。2.3主变压器的纵差保护变压器差动保护是变压器的主保护之一。通常其保护范围包括了各侧电流互感器以内区域,可以保护变压器绕组的相间短路、匝间短路、各侧引出线短路和中性点接地侧变压器绕组和引出线上的单相接地短路。然而与线路、发电机差动保护不同,变压器一般具有两个或更多个电压等级,变压器原副边电气量反映的是变压器各侧磁耦合关系,因此变压器差动保护不平衡电流产生的因素更多,特别是变压器励磁涌流、过励磁均对保护有影响,需要采取相应措施防止保护误动。差动保护原理基于基尔霍夫电流定律,下图为变压器纵差动保护原理接线图。图3-1变压器纵差动保护原理接线图2.3.1主变压器纵差保护特点两侧电流互感器型号不同产生的不平衡电流解决问题的方法:整定计算时,引入同型系数。产生不平衡电流原因变压器两侧的额定电压不同两侧电流互感器的型号不同饱和特性和励磁电流也不同。计算变比与标准变比不同产生的不平衡电流原因电流互感器选用的是标准化变比,电流互感器的计算变比与实际变比同。解决办法采用自耦变流器,或利用差动继电器的平衡线圈予以补偿。变压器带负荷调整接头产生的不平衡电流调整分接头实际上就是改变变压器的变比,其结果破坏了电流互感器二次电流的平衡关系,产生了新的不平衡电流.解决办法调压系数取值提高保护动作电流,即在整定计算时,引入调压系数.取调压范围的一半。变压器接线组别的影响相位补偿方法:1>通过电流互感器二次接线进行相位补偿。解决办法:通过选择电流互感器变比解决。2.3.2变压器带负荷调整分接头而产生不平衡电流由电流互感器计算变比与实际变比不同而产生。正常运行时变压器各侧电流的大小是不相等的。为了满足正常运行或外部短路时流入继电器差动回路的电流为零,则应使高、低压两侧流入继电器的电流相等,即高、低侧电流互感器变比的比值应等于变压器的变比。但是,实际上由于电流互感器的变比都是根据产品目录选取的标准变比,而变压器的变比是一定的,因此上述条件是不能得到满足的,因而会产生不平衡电流。由变压器两侧电流相位不同而产生。变压器经常采用两侧电流的相位相差30°的接线方式。此时,假如两侧的电流互感器仍采用通常的接线方式,则二次电流由于相位不同,也会在纵差保护回路产不平衡电流。由变压器带负荷调整分接头产生。在电力系统中,经常采用有载调压变压器,在变压器带负荷运行时利用改变变压器的分接头位置来调整系统的运行电压。改变变压器的分接头位置,实际上就是改变变压器的变化。假如纵差保护已经按某一运行方式下的变压器变比调整好,则当变压器带负荷调压时,其变比会改变,此时,纵差保护就得重新进行调整才能满足要求,但这在运行中是不可能的。因此,变压器分接头位置的改变,就会在差动继电器中产生不平衡电流,它与电压调节范围有关,也随一次电流的增大而增大。2.3.3电流互感器实际变比与计算变比不同似的影响、平衡办法由于变压器各侧额定电压不同,装设在各侧的电流互感器型号也就不同,所以他们的饱和特性和励磁电流〔归算到同一侧也不相同。因此,在外部短路时也会引起较大的不平衡电流,对这种情况可以采用适当增大保护动作电流的办法来解决。另一方面,由于电流互感器都是标准化的定型产品,所以实际选用的变比,与计算变比不可能完全一致,而且各变压器的变比也不可能完全相同,这是在差动保护回路引起不平衡电流的又一原因。这种由于变比选择不完全合适而引起的不平衡电流,可利用磁平衡原理在差动继电器中设置平衡线圈加以消除,一般平衡线圈接于保护臂电流小的一侧,因为平衡线圈和差动线圈共同绕在继电器的中间磁柱上,适当选择平衡线圈的匝数,使它产生的磁势与差流在差动线圈中产生的磁势相抵消,这样,在二次绕阻就不会感应电势了,流经差动继电器的执行元件的电流为0。不过接线时要注意极性,应使小电流侧在平衡线圈与差流在差动线圈产生的磁势相反。对于由多微机实现的变压器差动保护,这部分功能也可以由程序软件来实现,即通过调整平衡系数Kb来控制。具体计算时,只需根据变压器各侧一次额定电流、差动互感器变比求出电流平衡调整系数Kb,将Kb值当作定值输入微机保护,由保护软件实现电流自动平衡调整,消除不平衡电流。计算步骤可参照以下方式。2.3.4变压器接线组别影响的防范措施消除由变压器Y,d11接线而引起的不平衡电流的措施,我们采用相位补偿法,也就是通常所说的Y/△转换。即将变压器星形侧的电流互感器二次侧接成三角形,而将变压器三角形侧的电流互感器二次侧接成星形,从而把电流互感器二次电流的相位校正过来。相位补偿后,为了使每相两差动臂的电流数值近似相等,三角形,而将变压器三角形侧的电流互感器二次侧接成星形,从而把电流互感器二次电流的相位校正过来。相位补偿后,为了使每相两差动臂的电流数值近似相等,在选择电流互感器的变比Kn时,应考虑电流互感器的接线系数Kjx,即差动臂的电流为I2C=Kjx*I1n/Kn其中,I1N为一次额定电流值,I2c为二次电流,电流互感器按星形接线时则Kjx=1,按三角形接线时Kjx=√3,如电流互感器的二次电流为5A时,则两侧电流互感器的变比按以下两式选择：①变压器星形侧的电流互感器变比按Kn〔Y=√3I1n〔Y/5计算；②变压器三角形侧的电流互感器变比按Kn〔△=I1n〔△/5计算。式中I1N<Y>变压器绕组接成星形侧的额定电流；I1N<△>变压器绕组接成三角形侧的额定电流。实际上选择电流互感器时,是根据电流互感器定型产品变比确定一个接近并稍大于计算值的标准变比。对于由多微机实现的变压器差动保护,由于软件计算的灵活性,允许变压器的各侧互感器二次都按Y型接线,在进行差动计算时由软件对变压器Y型侧电流进行相位校准及电流补偿。即Y/△转换可由程序软件实现。整定人员可以通过对接线方式定值的整定〔置1或置0来选择是否需要进行Y/△转换。2.4变压器后备保护主保护设备或断路器拒动时,用于切除故障或结束异常情况的保护。当回路发生故障时,回路上的保护将在瞬间发出信号断开回路的开断元件<如断路器,这个立即动作的保护就是主保护。当主保护因为各种原因没有动作,在延时很短时间后〔延时时间根据各回路的要求,另一个保护将启动并动作,将故障回路跳开。这个保护就是后备保护。第三章主变保护整定计算3.1差动保护的整定计算已知本次设计所给的变压器的参数为：该35kV变电所变压器是单独运行的降压变压器,容量为15兆伏安,35±2×2.5%／6.3千伏,Y／△-11,UK=0.08。35千伏母线归算至平均电压37千伏的三相短路电流：最大运行方式为3570安,最小运行方式为2140安。6.3千伏最大负荷电流为1000安。二次直流电源220伏。〔1基本侧的确定计算变压器一次侧,二次侧额定电流,选出电流互感器的变比,计算电流互感器二次连接臂中的电流,其计算结果如下数据表3.1所示：表3.1变压器各侧有关计算数据数据名称各侧数据35kV6.3kV变压器额定电流电流互感器的接线方式△Y电流互感器变比计算值选择电力互感器标准变比电流互感器二次连接臂电流从表3.1可知,I2>I1,所以选较大者6.3kV侧为基本侧。平衡绕组Wb1接于6.3kV的基本侧,平衡绕组Wb2接于35kV侧。〔2低压母线三相短路归算到基本侧的短路电流变压器阻抗为：37kV侧归算到6.3kV侧的最大和最小短路阻抗：则系统的最大阻抗和最小阻抗为：则6.3kV侧即〔基本侧的最大和最小三相短路电流为：〔3计算差动保护基本侧的动作电流1躲过变压器励磁涌流的条件代入数据可得：2躲过电流互感器二次断线不应误动作的条件代入数据可得：3躲过外部穿越性短路最大不平衡电流的条件6.3kV侧〔即基本侧在最大运行方式下的三相短路电流为：.代入数据可得：式中KrelKst—可靠系数与电流互感器的同型系数,Kre取1.3,Kst取1；—变压器于基本侧的额定电流与最大负荷电流；—改变变压器分接头调压引起的相对误差与整定匝数不同于计算匝数引起的相对误差。取0.1,取初步0.05计算。—在最大运行方式下,变压器二次母线上短路,归算于基本侧的三相短路电流次暂态值。选取上述条件计算值中最大的作为基本侧的一次动作电流,即取。二次侧继电器的动作电流为：式中—基本侧的电流互感器变比与其接线系数。<4>确定基本侧差动线圈匝数该差动继电器在保持时其动作安匝数为：取.二次侧继电器实际动作电流为：为了平衡的更精确,是不平衡电流影响最小,可将接于基本平衡绕组Wb1作为基本侧动作匝数的一部分,选取差动绕组Wd与平衡绕组Wb1的整定匝数,即。<5>确定非基本侧平衡绕组Wb2的匝数非基本侧平衡绕组Wb2的匝数：选整定匝数=3匝；1>相对误差因为,故不必重新计算动作电流值。<6>灵敏性校验该35kV变电所主变压器为单电源供电,故灵敏性校验应以最小运行方式下6.3kV两相短路反应到电源侧进行校验。6.3kV侧母线最小两相短路电流为：归算至35kV侧〔即电源侧的两相短路电流为：35kV侧流入继电器的电流为：35kV电源侧BCH-2型继电器的动作电流为：则差动保护装置的最小灵敏系数为：可见,本设计装设的差动保护装置的灵敏系数满足要求。3.2后备保护的过电流整定计算〔1动作电流整定保护装置的动作电流按躲开变压器的最大负荷电流整定,即式中—可靠系数,取1.2~1.3；—返回系数,取0.85；由原始资料可知6.3kV侧最大负荷电流为：将35kV变电站主变压器的最大负荷电流代入,得：即变压器过电流保护装置的动作电流为：〔2灵敏系数校验保护装置的灵敏系数按下式进行校验：6.3kV侧最小三相短路电流为：6.3kV侧最小两相短路电流为：灵敏性校验：过电流保护的灵敏性满足要求。第四章设备选择4.1设备清单符号名称型号技术特性数量1KD~3KD差动继电器BCH~231KA电流继电器DL~31/6A10A34KA、5KA电流继电器DL~31/6A10A3KAZ电流继电器DL-31/6A10A11KOM出口中间继电器DZ-207220V11KV电压继电器DY-36/1601KVZ电压继电器LY-111KT-2KT时间继电器DS-33/2220V23KT时间继电器DS-33C220V1KM中间继电器DZ-207220V11XB-4XB连接片8XB切换片1KG气体继电器11KS-4KS信号继电器DX-31B0.025A45KS-6KS信号继电器DX-31B1A7KS信号继电器DX-31B1A1第五章：主保护回路接线图5.1变压器保护回路接线图35KV容量在15MVA及以上的双绕组变压器保护回路接线图,其中包括以下保护。〔1差动保护由BCH-1型差动继电器1KD-3KD和信号继电器1KS组成,作为变压器的主保护之一,瞬间动作于变压器两侧断路器跳闸。〔2变压器瓦斯保护由气体继电器KG、信号继电器2KS组成,作为反应变压器油箱内部故障的主保护之一,瞬间动作于变压器两侧断路器跳闸,也可由切换片XB改为动作于发信号有载调压变压器重瓦斯保护由气体继电器LKG、信号继电器7KS组成,作为反应变压器有载调压部分故障的保护,在需要时,接通连接片5XB,瞬时动作于变压器两侧断路器跳闸〔3复合电压启动的过电流保护由电流继电器1KA-3KA及电压继电器1KV、负序电压继电器1KVN、中间继电器KVN、时间继电器1KT、信号继电器3KS等元件组成,作为变压器的后备保护,反应变压器内部及外部的相间短路故障,延时动作于跳闸。〔4过载保护主要用来反应变压器对称过载,由电流继电器4KA、时间继电器3KT、信号继电器4KS组成。保护延时发信。参考资料1、《继电保护整定计算》中国水利电力出版社许建安2、《电力系统继电保护》中国电力出版社张保会3、《电力工程电气设计手册》〔电气二次部分能源部西北电力设计院编4、《电气工程专业毕业设计指南继电保护分册》中国水利电力出版社陈跃5、《电力系统继电保护与安全自动装置整定计算》中国水利电力出版社崔家佩编6、《继电保护》中国电力出版社李金英编7、《电力系统继电保护》中国电力出版社齐云秋编8、《继电保护原理》中国电力出版社刘学军编目录摘要····························································1第一章设计的要求与分析········································21.1主变压器设计技术要求···································21.2主变保护简要分析·······································2第二章主变保护的配置··