40MVA三绕组变压器纵差动保护设计21

40MVA三绕组变压器纵差动保护设计240MVA三绕组变压器纵差动保护设计2/40MVA三绕组变压器纵差动保护设计2电力系统继电保护课程设计（论文）题目：40MVA三绕组变压器纵差动保护设计（2）院（系）：专业班级：学号：学生姓名：指导教师：（签字）起止时间：课程设计（论文）任务与评语院（系）：教研室：电气工程与其自动化学号学生姓名专业班级课程设计（论文）题目40MVA三绕组变压器纵差动保护设计（2）课程设计（论文）任务系统110kV系统110kVT1T210kV35kV课程设计的内容与技术参数参见下表设计技术参数工作量系统接线如上图所示，参数如下：系统：最大短路容量Smax=1269MVA,最小短路容量Smin=811MVA变压器T1和T2型号：SFSL-40000/121kVY0/Y/Δ-11接线，短路电压百分数为Ud(1-2)%=18.25%Ud(1-3)%=10.36%Ud(2-3)%=6.5%输电线路线路电抗为0.4Ω/km，110KV线路2条，长度分别为42km、60km。35KV线路6条，长度分别为16km、14.2km、10.6km、15km、16km、10.6km。10KV线路6条，长度分别为2.5km、3.8km、3.4km、2.5km、3.6km、4.7km。1．计算各元件的等值模型，确定该电力系统的等值电路。2．短路电流计算。3．确定系统的最大运行方式和最小运行方式。4．对变压器T1进行保护配置，说明都设置哪些保护形式。5．整定计算变压器T1的纵差动电流保护的整定电流值。6．整定计算变压器T1的纵差动保护动作线圈的匝数，校验相对误差和灵敏度。7．绘制变压器保护的原理接线图。并分析动作过程。8.采用MATLAB建立系统模型进行仿真分析。续表进度计划第一天：收集资料，确定设计方案。第二天：计算短路电流。第三天：确定系统的运行方式第四天：保护规划配置。第五天：整定动作电流值。第六天：整定动作线圈的匝数并校验。第七天：绘制保护原理图。第八天：MATLAB建模仿真分析。第九天：撰写说明书。第十天：课设总结，迎接答辩。指导教师评语与成绩平时：论文质量：答辩：总成绩：指导教师签字：年月日注：成绩：平时20%论文质量60%答辩20%以百分制计算摘要电力变压器是电力系统中十分重要的供电元件，同时大容量的电力变压器也是十分贵重的元件，因此，必须根据变压器的容量和重要程度考虑装设性能良好，工作可靠的继电保护装置。本次课程设计就是有关于变压器的纵差动保护整定计算，涉与到正序、负序、零序网络的建立、保护原理图的绘制与动作过程分析，变压器在最大与最小运行方式下短路电流的计算以与对变压器纵差保护继电器的整定、计算与校验，紧扣电力系统继电保护课程的重点内容，阐述了差动回路中的不平衡电流对变压器差动保护的影响，重点在于最大最小运行系统的确定，以单相变压器为例，分析了变压器励磁涌流的产生机理，进行了短路电流的计算，以与对变压器纵差保护继电器的整定与计算与校验，最后运用MATLAB建立了仿真模型，在不同工作条件下对变压器进行了大量的仿真，分析得到最后结果。关键词：变压器；纵差动保护；灵敏度；AbstractPowertransformersisanimportantpowerinthepowersystemcomponents,andlarge-capacitypowertransformerarealsoveryexpensivecomponents,therefore,mustbebasedontransformercapacityandtheimportanceoftakingintoaccounttheinstallationofhighperformance,reliableprotectivedevice.Thistimescoursesdesignishasontransformeroflongitudinalpoormovingprotectionwholesetcalculation,involvesaresequence,andnegativesequence,and0sequencenetworkofestablished,andprotectionprinciplefigureofdrawsandactionprocessanalysis,transformerinmaximumandtheminimumrunwayXiashort-circuitcurrentofcalculationandontransformerlongitudinalpoorprotectionfollowingelectricalofwholeset,andcalculationandthecheck,tightbucklepowersystemfollowingelectricprotectioncoursesoffocuscontent,describedhaspoormovingloopintheofnotbalancecurrentontransformerpoormovingprotectionofeffect,focusismaximumminimumrunsystemofdetermine,Insinglephasetransformers,forexample,analyzesthemechanismoftransformermagnetizinginrushcurrent,short-circuitcurrentcalculationiscarriedout,andthetransformerlongitudinaldifferentialprotectionrelaysettingcalculationandcalibration,usingMATLABsimulationmodelisestablished,workingindifferentconditionsforalargenumberofsimulationoftransformer,finalresultsoftheanalysis.Keywords:transformer；longitudinaldifferentialprotection；sensitivity

目录第1章绪论 4第2章变压器纵差动保护整定计算 62.1系统标幺值计算 62.2系统最大运行方式和最小运行方式等值电路图 72.3动作电流整定计算与校验 8第3章保护原理图的绘制与动作过程分析 11第4章MATLAB建模仿真分析 14第5章课程设计总结 16参考文献 17

第1章绪论电力系统继电保护是反映电力系统中电气设备发生故障或不正常运行状态而动作于断路器跳闸或发生信号的一种自动装置。

继电保护的基本任务是：电力系统发生故障时，自动、快速、有选择地将故障设备从电力系统中切除，保证非故障设备继续运行，尽量缩小停电范围;电力系统出现异常运行状态时，根据运行维护的要求能自动、与时、有选择地发出告警信号或者减负荷、跳闸。三绕组变压器差动保护的动作原理和双绕组变压器差动保护的动作原理是一样的，也是按循环电流原理构成的。正常运行和外部短路时，三绕组变压器三侧电流向量和（折算至同一电压等级）为零。它可能是一侧流入另两侧流出，也可能由两侧流入，而从第三侧流出。所以，若将任何两侧电流相加再去和第三侧电流相比较，就构成三绕组变压器的差动保护。1、纵差动保护适用于：（1）并列运行的变压器，容量为6300千伏安以上时。（2）单独运行的变压器，容量为10000千伏安以上时。（3）发电厂厂用工作变压器和工业企业中的重要变压器，容量为6300千伏安以上时。2、纵差动保护的基本原则：它用以保护变压器绕组和引出线的相间短路，中性点直接接地电网侧绕组和引出线的接地短路以与绕组的匝间短路。由于变压器高压倒和低压侧的额定电流不同，因此，为了保证纵差动保护的正确工作，就必须适当的选择两侧电流互感器的变比，使得在正常运行和外部故障时，两个二次电流相等。要实现变压器的纵差动保护，就必须适当地选择两侧电流互感器的变比，使其比值等于变压器的变比，这个不同是由于发电机的纵差动保护比较的是两侧电流的幅值和相位，而变压器纵差动保护比较的则是两侧磁势的幅值和相位。3、稳态情况下的不平衡电流(1)变压器两侧的电流相位不同而产生的不平衡电流。当变压器采用两侧电流相位差为30度的接线方式时，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，会有一个差电流流入继电器。(2)计算变比与实际变比不同而引起的不平衡电流。因为两侧的电流互感器都是根据产品目录选取标准的变比，而变压器的变比也是一定的。因此，三者的关系很难满足nl2/nl1=nB的要求，此时差动回路中将有电流流过。(3)变压器带负荷调整分接头而产生的不平衡电流。带负荷调整变压器的分接头，是电力系统中采用带负荷调压的变压器来调整电压的方法，实际上改变分接头就是改变变压器的变比。如果差动保护已按照某一变比调整好（如利用平衡线圈）则当分接头改换时，就会产生一个不平衡电流流入继电器。4、暂态情况下的不平衡电流（1）变压器的励磁涌流所产生的不平衡电流。变压器的励磁电流仅流经变压器接入电源的一侧，因此，通过电流互感器反应到差动回路中不能被平衡，在正常运行情况下，此电流很小，一般不超过额定电流的2～10%。在外部故障时，由于电压降低，励磁电流减小，它的影响就更小。（2）两侧电流互感器型号不同而产生的不平衡电流。由于两侧电流互感器的型号不同，它们的饱和特性、励磁电流（归算至同一侧）也就不同，因此，在差动回路中所产生的不平衡电流也就较大。

第2章变压器纵差动保护整定计算2.1系统标幺值计算变压器T1、T2的标幺值计算：110KV线路标幺值计算：35KV线路标幺值计算：10KV线路标幺值计算：2.2系统最大运行方式和最小运行方式等值电路图系统最大运行方式如图2.1所示：图2.1系统最大运行方式等值电路图系统最小运行方式如图2.2所示：图2.2系统最小运行方式等值电路图2.3动作电流整定计算与校验1、由短路电流计算结果比较可得：最大外部短路电流为三相外部短路时点的短路电流：A最小内部短路电流为最小方式1时在点发生的两相短路时的短路电流：A2、确定保护的动作电流（1）躲开变压器投入，切除外部短路后与电压恢复时的励磁涌流：A（2）躲开电流互感器二次回路断线时变压器的最大负荷：A（3）躲开变压器外部短路时的最大不平衡电流：=1.3（）为可靠系数，取1.3电流互感器的误差引起的不平衡电流变压器电压分接头改变引起的不平衡电流平衡线圈不能对变压器Ⅰ与Ⅱ侧电流差值进行完全补偿引起的不平衡电流非同期分量引起的误差，取1电流互感器的同型系数当电流互感器型号相同且处于同一情况下，当电流互感器型号不同时，电流互感器容许最大相对误差，取0.1继电器整定匝数与计算匝数不等而引起的相对误差∴1.3（）=1.3（1×1×0.1+0.05+0.05）×1070.7=278.38A因此，保护的基本侧的动作电流取上述三者中最大值：∴=278.38A3、确定继电器基本侧线圈匝数与各线圈接法（1）基本侧继电器动作电流A（2）基本侧线圈匝数（差动线圈匝数）匝取匝（3）确定基本侧线圈接入匝数继电器实际动作电流：A保护一次动作电流为：A（4）确定非基本侧平衡线圈与工作线圈匝数匝确定平衡线圈Ⅱ实用匝数为匝（5）计算由实用线圈与计算匝数不等引起的相对误差＜0.05∴动作电流满足要求。（6）灵敏度：＞2第3章保护原理图的绘制与动作过程分析变压器各侧功率因数角相等；变压器与电流互感器的角误差为0，这样虽与设备实际情况和运行条件存在差异，但不影响对差动保护的具体结线作出正确的分析和判断。图3.1变压器纵差动保护的原理接线图变压器在正常运行和区外故障时，任一侧CT流入差动回路的电流与其他两侧（或一侧）电流的相位差为180度，继差动继电器工作在“差”工作状态下，或此时任一侧的二次电流的大小又恰巧等于其它两侧（或一侧）的二次电流相量（或相量）的大小，从而使差动回路的电流为零即Ijz=∑I2≈0（电平衡）(1）正常运行和区外故障时，流入继电器的电流为继电器不动作。（2）区内故障时，流入继电器的电流为此时为两侧电源提供的短路电流之和，电流很大，故继电器动作，跳开两侧的断路器。由上分析可知，纵联差动保护的范围就是两侧电流互感器所包围的全部区域，即被保护元件的全部，而在保护范围外故障时，保护不动作。变压器在正常负荷状态下，差动回路中的不平衡电流很小，但当发生区外短路故障时，由于电流互感器可能饱和等等因素，会使不平衡电流增大，当不平衡电流超过了保护动作电流时，差动保护就会误动。比率差动保护就是用来区分差流是由内部故障还是不平衡输出（特别是外部故障）引起的，它引入了外部短路电流作为制动电流，当外部短路电流增大时，制动电流随之增大，使得继电器的动作电流也相应增大，这样就可以有效的躲过不平衡电流，避免误动的出现。比率差动元件采用初始带制动的变斜率比率制动特性，由低值比率差动（灵敏）和高值比率差动（不灵敏）两个元件构成。为了保证区内故障的快速切除，只有低值比率差动元件（灵敏）设有TA饱和判据，高值比率差动元件（不灵敏）不设TA饱和判据。三折线比率差动保护的动作特性如图所示。

图3.2三折线比率差动保护的动作特性式中：为变压器额定电流；分别为变压器各侧电流；为稳态比率差动起动电流；为差动电流；为制动电流；为比率制动系数整定值。比率差动保护按相判别，满足以上条件时动作。但是保护出口必须还要经过TA的饱和判别，TA断线判别（可选），励磁涌流判别。可知，具有比率制动特性差动元件的动作特性主要由起动电流，拐点电流，比率制动系数（即特性曲线的斜率）决定，而动作特性又决定了差动元件的动作灵敏度和躲区外故障的能力，当这三个量中的两个固定以后，比率制动系数越小，或拐点电流越大，或初始动作电流越小，差动元件的动作灵敏度越高，而此时躲区外故障的能力越差。第4章MATLAB建模仿真分析基于MATLAB的一次系统暂态计算结果通过互感器模型后送入四种电流纵差保护模块中来仿真当前运行方式、运行情况下全电流差动、故障分量相量差动、故障分量瞬时值差动和零序差动的动作情况，保护的响应信号还可以迸一步反馈给一次系统来控制一次系统的运行，这样也可实现闭环仿真，但鉴于更好地观察判据的响应信号的目的，本文所做的大部分仿真都是在开环状态下进行的，闭环仿真仅在特殊分析时使用。以下是对纵差动保护的影响因素进行MATLAB仿真图a无电容电流补偿图b有电容电流补偿图4.1正常情况下全电流差动保护的差动制动电流图图c无电容电流补偿图d有电容电流补偿图4.2区外故障下全电流差动保护的差动制动电流图本文进行了大量的仿真，发现备用变压器次边励磁涌流中二次谐波的含量比较大，会引起差动保护误动作。图4.3备用变压器次边励磁涌流波形图4.4主变压器波形 图4.5备用变压器次边励磁涌流波形谐波分析 可以看出，真空断路器的间隙击穿，备用变压器产生了励磁涌流，从其谐波分析的结果可得，此时励磁涌流中的二次谐波含量低于15%，可能使备变压器的差动保护误动，但此种情况下得到的主变压器的差流却很小，小于主变压器差动保护的动作电流，主变压器的差动保护不会动作。综合来看，利用二次谐波电流来鉴别励磁涌流的方法是有缺陷的，有可能导致变压器差动保护的误动作，有必要研究新的鉴别励磁涌流的方法。

第5章课程设计总结电力变压器是电力系统中十分重要的供电元件，同时大容量的电力变压器也是十分贵重的元件，因此，必须根据变压器的容量和重要程度考虑装设性能良好，工作可靠的继电保护装置。而变压器一直采用差动保护作为内部故障的主保护，因此差动保护的好坏直接关系到系统的安全可靠运行和供电的可靠性。对于2000KVA以上的变压器