毕业论文变电站35KV变压器保护装置的设计

35KV变压器保护装置的设计摘 要随着经济的开展和现代工业建设的迅速崛起，供电系统的设计越来越全面、系统，工厂用电量迅速增长，对电能质量、技术经济状况、供电的可靠性也日渐提高，因此对供电系统的设计也有了更高、更完善的要求。设计是否合理，不仅直接影响投资、运行费用和有色金属的消耗量，也反映在供电的可靠性和平安生产方面，它和企业的经济效益、设备人生平安密切相关。变电站是电力系统中的一个重要组局部，由电气设备及配电网络按一定的连接方式所构成，它从电力系统中取得电能，通过变换、分配、运输与保护等功能，然后将电能平安、可靠、经济的输送到每一个用电设备的专设场所。变压器是电力系统中较为重要的电气原件, 且作为变电所的核心设备，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，保护电力系统的平安运行，必须根据电力变电站的容量、电压的等级情况，从反响各种不同故障的可靠、快速、灵敏及提高系统的平安性出发，安装可靠性较高的继电保护装置。 关键词:设计，方案，变压器，继电保护ABSTRACTWith the development of economy and the rapid rise of the modern industrial construction, design of power supply system is more and more comprehensive, system, factory power consumption increased rapidly, the power quality, technical and economic conditions, the reliability of the power supply is also rising, so the design of power supply system has a higher and more complete requirements. Design is reasonable, not only directly affect the investment, operating cost and the consumption of non-ferrous metal, is also reflected in terms of power supply reliability and safety in production, it and enterprise economic benefits, equipment safety is closely related to the life.Substation is an important group of part of power system, the electrical equipment and power distribution network in a certain way of connection, it obtained from power system electric energy, through the transformation, distribution, transportation and protection function, and then to transfer electrical energy safe, reliable and economical to each place to set up electrical equipment.Transformer is more important in power system, electrical originals, and as the core equipment of substation, it has a small fault, structure and reliable features, but in the actual operation process, will produce certain faults and anomalies. Therefore, in order to reduce the influence of fault on power system, and protect the safe operation of power system, must according to the electric power substation capacity, voltage level, from the reaction a variety of different fault of reliable, rapid, sensitive and improve the security of the system, install a high reliable relay protection devices.KEY WORDS: design, plan, transformer, relay protection目 录第 1 章绪 论11.1 继电保护综述11.2 继电保护装置组成11.3 继电保护装置根本任务11.4 对继电保护装置的根本要求31.5 继电保护技术开展简介41.6 本文的主要工作5第 2 章电力变压器保护方案62.1 短路电流及其计算6 短路的原因6 短路的危害后果6 短路计算的目的7 短路电流计算的方法72.2 变压器的故障和不正常运行状态分析222.3 电力变压器的保护方案分析232.4 电力变压器的保护方案确定25第 3 章变压器保护装置中继电器的选择273.1 电力变压器的保护原理分析273.2 瓦斯保护原理27 瓦斯保护的分析28 瓦斯继电器选型323.3 定时限过流保护原理及整定计算32 保护原理32 整定计算33 各种继电器选型353.4 变压器的纵差动保护其原理及计算35 根本原理35 整定计算36 构成变压器纵差动保护根本原那么373.5 不平衡电流产生的原因与消除方法37 不平衡电流产生的原因37 对差动保护的影响和消除方法383.6 躲过励磁涌流423.7 整定计算及灵敏度校验42 纵联差动保护42 确定根本侧动作电流43 电流互感器选择及差动继电器选型443.8 过负荷保护原理44 过负荷保护整定计算45 各种继电器选型45第 4 章电力变压器保护及主接线图464.1 所有保护接线配置图464.2 变电所主接线图46结 论48致 谢49参考文献50附录I51附录II55第 1 章 绪 论 1.1 继电保护综述对电力系统中发生的故障或异常情况进行检测，从而发出报警信号，或直接将故障局部隔离、切除的一种重要措施。 1.2 继电保护装置组成 继电保护装置：就是指反响电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。继电保护装置的组成:继电保护一般由三个局部组成:测量局部、逻辑局部和执行局部，其原理结构如图1-1。图1-1继电保护装置图 1.3 继电保护装置根本任务1发生故障时，自动、迅速、有选择地将故障元件从电力系统中切除，使非故障局部继续运行。2反响电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件而动作于信号，以便值班员及时处理，或由装置自动进行调整，或将那些继续运行就会引起损坏或开展成为事故的电气设备予以切除。 3继电保护装置还可以与电力系统中的其他自动化装置配合，在条件允许时，采取预定措施，缩短事故停电时间，尽快恢复供电，从而提高电力系统运行的可靠性。 继电保护的根本原理：继电保护的原理是利用被保护线路或设备故障前后某些突变的物理量为信息量，当突变量到达一定值时，起动逻辑控制环节，发出相应的跳闸脉冲或信号。故障后，工频电气量变化的主要特征及可以构成的保护 1电流增大，构成电流保护。2电压降低，构成低电压保护。3电流与电压之间的相位角改变 ，构成功率方向保护。4测量阻抗发生变化，构成距离保护。5故障时被保护元件两端电流相位和大小的变化 ，构成差动保护 。6不对称短路时，出现相序分量，构成零序电流保护、负序电流保护和负序功率方向保护 。电力系统的继电保护根据被保护对象不同，分为发电厂、变电所电气设备的继电保护和输电线路的继电保护。前者是指发电机、变压器、母线和电动机等元件的继电保护，简称为元件保护；后者是指电力网及电力系统中输电线路的继电保护，简称线路保护。 按作用的不同继电保护又可分为主保护、后备保护和辅助保护。主保护是指被保护元件内部发生的各种短路故障时，能满足系统稳定及设备平安要求的、有选择地切除被保护设备或线路故障的保护。后备保护是指当主保护或断路器拒绝动作时，用以将故障切除的保护。后备保护可分为远后备和近后备保护两种。远后备是指主保护或断路器拒绝时，由相邻元件的保护局部实现的后备；近后备是指当主保护拒绝动作时，由本元件的另一套保护来实现的后备，当断路器拒绝动作时，由断路器失灵保护实现后备。 继电保护装置需有操作电源供应保护回路，断路器跳、合闸及信号等二次回路。按操作电源性质的不同，可以分为直流操作电源和交流操作电源。通常在发电厂和变电所中继电保护的操作电源是由蓄电池直流系统供电，因蓄电池是一种独立电源，最大的优点是工作可靠，但缺点是投资较大、维护麻烦。交流操作电源的优点是投资少、维护简便，但缺点是可靠性差。因此，交流操作电源的继电保护适合于小型变电所使用。 1.4 对继电保护装置的根本要求 1选择性 选择性是指保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，以保证系统中的无故障局部仍能继续平安运行。 当d1点发生短路故障时，应由故障线路上的保护P1和P2动作，将故障线路WL1切除，这时变电所B那么仍可由非故障线路WL2继续供电。当d2点发生短路故障时，应由线路的保护P6动作，使断路器6QF跳闸，将故障线路WL4切除，这时只有变电所D停电。由此可见，继电保护有选择性的动作可将停电范围限制到最小，甚至可以做到不中断对用户的供电。 图1-2保护装置原理图考虑后备保护的问题。当的d2点发生短路故障时，距短路点最近的保护P6应动作切除故障，但由于某种原因，该处的保护或断路器拒动，故障便不能消除，此时如其前面一条线路(靠近电源测)的保护P5动作，故障也可消除。此时保护P5所起的作用就称为相邻元件的后备保护。同理保护P1和P3又应该作为保护P5的后备保护。 2速动性速动性就是指继电保护装置应能尽快地切除故障，以减少设备及用户在大电流、低电压运行的时间，降低设备的损坏程度，提高系统并列运行的稳定性。 故障切除时间包括保护装置和断路器动作时间，一般快速保护的动作时间为0.04s0.08s，最快的可达 0.01s0.04s，一般断路器的跳闸时间为 0.06s0.15s，最快的可达0.02s0.06s。 3灵敏性灵敏性是指电气设备或线路在被保护范围内发生故障或不正常运行情况时，保护装置的反响能力。保护装置的灵敏性，通常用灵敏系数来衡量，灵敏系数越大，那么保护的灵敏度就越高，反之就越低。 4可靠性可靠性包括平安性和信赖性，是对继电保护最根本的要求。所谓平安性是要求继电保护在不需要它动作时可靠不动作，即不发生误动。所谓信赖性是要求继电保护在规定的保护范围内发生了应该动作的故障时可靠动作，即不拒动。 以上四个根本要求是设计、配置和维护继电保护的依据，又是分析评价继电保护的根底。这四个根本要求之间是相互联系的，但往往又存在着矛盾。因此，在实际工作中，要根据电网的结构和用户的性质，辩证地进行统一。 1.5 继电保护技术开展简介继电保护的开展是随着电力系统和自动化技术的开展而开展的。熔断器就是最早的、最简单的过电流保护。1890年后出现了电磁型过电流继电器。1901年出现了感应型过电流继电器。1908年提出了电流差动保护原理。1910年方向电流保护开始得到应用，1920年后距离保护装置出现。在1927年前后，出现了高频保护装置。20世纪70年代诞生了行波保护装置。显然，随着光纤通信将在电力系统中的大量采用，利用光纤通道的继电保护必将得到广泛的应用。继电保护装置的元件、材料、保护装置的结构形式和制造工艺也发生了巨大的变革。经历了机电式保护装置、静态保护装置和数字式保护装置三个开展阶段。 20世纪50年代，随着晶体管的开展，出现了晶体管保护装置。20世纪70年代，晶体管保护在我国被大量采用。随着集成电路的开展，出现了体积更小、工作更可靠的集成电路保护。在20世纪70年代后期，便出现了性能比拟完善的微机保护样机并投入运行。进入 90年代，微机保护已在我国大量应用，主运算器由8位机、16位机开展到目前的32位机；数据转换与处理器件由A/D转换器、压频转换器(VFC)，开展到数字信号处理器(DSP)。这种由计算机技术构成的继电保护称为数字式继电保护。 这种保护可用相同的硬件实现不同原理的保护，使制造大为简化，生产标准化、批量化，硬件可靠性高；具有强大的存储、记忆和运算功能，可以实现复杂原理的保护，为新原理保护的开展提高了实现条件。除了实现保护功能外，还可兼有故障录波、故障测距、事件顺序记录和保护管理中心计算机及调度自动化系统通信等功能，这对于保护的运行管理、电网事故分析及事故后的处理等均有重要意义。另外它可以不断地对本身的硬件和软件自检，发现装置的异常情况并通知运行维护中心。由于网络的开展与电力系统中的大量采用，微机硬件和软件功能的空前强大并成为维护电力系统整体平安稳定运行的计算机自动控制系统的根本组成单元。微机保护不仅要能实现被保护设备的切除、或自动重合，还可作为自动控制系统的终端，接收调度命令实现跳、合闸等操作，以及故障诊断、稳定预测、平安监视、无功调节、负荷控制等功能。此外，由于计算机网络提供数据信息共享的优越性，微机保护可以占有全系统的运行数据和信息，应用自适应原理和人工智能方法使保护原理、性能和可靠性得到进一步的开展和提高，使继电保护技术沿着网络化、智能化、自适应和保护、测量、控制、数据通信于一体的方向不断开展。 1.6 本文的主要工作在本次毕业设计中,我主要做了关于35kV变电站的继电保护, 充分利用自己所学的知识，严格按照任务书的要求，围绕所要设计的主接线图的可靠性，灵活性，经济性进行研究，包括：负荷计算、主接线的选择、短路电流计算、主变压器继电保护的配置以及线路继电保护的计算与校验的研究等等。第 2 章 电力变压器保护方案 2.1 短路电流及其计算短路：是指一切不正常的相与相之间或相与地对于中性点接地的系统发生通路的情况。2.1.1 短路的原因1 元件损坏 如绝缘材料的自然老化，设计、安装及维护不良等所造成的设备缺陷开展成短路。2 气象条件恶化如雷击造成的闪络放电或避雷器动作，大风造成架空线断线或导线覆冰引起电杆倒塌等。3 违规操作如运行人员带负荷拉刀闸，线路或设备检修后未撤除接地线就加电压。4 其他原因 如挖沟损伤电缆,鸟兽跨接在裸露的载流局部等。2.1.2 短路的危害后果随着短路类型、发生地点和持续时间的不同，短路的后果可能只破坏局部地区的正常供电，也可能威胁整个系统的平安运行。短路的危险后果一般有以下几个方面。1电动力效应短路点附近支路中出现比正常值大许多倍的电流，在导体间产生很大的机械应力，可能使导体和它们的支架遭到破坏。2发热短路电流使设备发热增加，短路持续时间较长时，设备可能过热以致损坏。3故障点往往有电弧产生，可能烧坏故障元件，也可能殃及周围设备。4电压大幅下降，对用户影响很大。5如果短路发生地点离电源不远而又持续时间较长，那么可能使并列运行的发电厂失去同步，破坏系统的稳定，造成大片停电。这是短路故障的最严重后果。6不对称短路会对附近的通讯系统产生影响。2.1.3 短路计算的目的1选择电气设备的依据。2继电保护的设计和整定。3电气主接线方案确实定。4进行电力系统暂态稳定计算，研究短路对用户工作的影响。2.1.4 短路电流计算的方法常用的有欧姆法和标幺值法。本设计采用标幺值法。以下是本设计的短路电流计算。115KM 200MVA1最大运行方式：图2-1短路电流计算图图2-2等效电路图取基准值：S=100MVA ，U=37KV ，U=10.5KV I= =KA=1.56KA I= =KA=5.50KAX= =0.5 X=0.415=0.44 X= X=1.19K-1 X= X+ X=0.5+0.44=0.94 I=KA=1.66KAI=I=I=1.66KAi=2.55 I=4.23KAI=1.51 I=2.51KAS=MVA=106.38MVAK-2 X= X+ X+ X/ X=0.94+1.19/2=1.54 I= =5.50/1.54KA=3.57KAI=I=I=3.57KAi=2.55 I=9.10KAI=1.51 I=5.39KAS=MVA=64.94MVA折算到35KV侧:Id21max= I/X=1.56/1.54=1.01(KA)2最小运行方式：图2-3 短路电流计算图图2-4等效电路图取基准值：S=100MVA ，U=37KV ，U=10.5KV I= =1.56KA I= =5.50KAX= =0.5 X=0.415=0.44 X= X=1.19K-1 X= X+ X=0.5+0.44=0.94 I=KA=1.66KAI=I=I=1.66KAi=2.55 I=4.23KAI=1.51 I=2.51KAS=MVA=106.38MVAK-2 X= X+ X+ X=0.94+1.19=2.13I=5.50/2.13KA=2.58KAI=I=I=2.58KAi=2.55 I=6.58AI=1.51 I=3.90KAS=MVA=46.95MVA折算到35KV侧:Id21max= I/X=1.56/2.13=0.73(KA)215KM 250MVA1最大运行方式：图2-5短路电流计算图图2-6等效电路图取基准值：S=100MVA ，U=37KV ，U=10.5KV I= =1.56KA I= =5.50KAX= =0.4 X=0.415=0.44 X= X=1.19K-1 X= X+ X=0.4+0.44=0.84 I=KA=1.86KA I=I=I=1.86KAi=2.55 I=4.74KAI=1.51 I=2.81KAS=MVA=119.05MVAK-2 X= X+ X+ X/ X=0.84+1.19/2=1.44 I= =5.50/1.44KA=3.82KAI=I=I=3.82KAi=2.55 I=9.74KAI=1.51 I=5.77KAS=MVA=69.44MVA折算到35KV侧:Id21max= I/X=1.56/1.44=1.08(KA)2最小运行方式：图2-7 短路电流计算图图2-8 等效电路图取基准值：S=100MVA ，U=37KV ，U=10.5KV I= =1.56KA I= =5.50KAX= =0.4 X=0.415=0.44 X= X=1.19K-1 X= X+ X=0.4+0.44=0.84 I=KA=1.86KAI=I=I=1.86KAi=2.55 I=4.74KAI=1.51 I=2.81KAS=MVA=119.05MVAK-2 X= X+ X+ X=0.84+1.19=2.03I=5.50/2.03KA=2.71KAI=I=I=2.71KAi=2.55 I=6.91AI=1.51 I=4.09KAS=MVA=49.26MVA折算到35KV侧:Id21max= I/X=1.56/2.03=0.77(KA)310KM 200MVA1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：S=100MVA ，U=37KV ，U=10.5KV I= =1.56KA I= =5.50KAX= =0.5 X=0.410=0.29 X= X=1.19K-1 X= X+ X=0.5+0.29=0.79 I=KA=1.97KAI=I=I=1.97KAi=2.55 I=5.02KAI=1.51 I=2.97KAS=MVA=126.58MVAK-2 X= X+ X+ X/ X=0.79+1.19/2=1.39 I= =5.50/1.39KA=3.96KA I=I=I=3.96KAi=2.55 I=10.10KAI=1.51 I=5.98KAS=MVA=71.94MVA折算到35KV侧:Id21max= I/X=1.56/1.39=1.12(KA)2最小运行方式：图2-11短路电流计算图图2-12 等效电路图取基准值：S=100MVA ，U=37KV ，U=10.5KV I= =1.56KA I= =5.50KAX= =0.5 X=0.410=0.29 X= X=1.19K-1 X= X+ X=0.5+0.29=0.79 I=KA=1.97KAI=I=I=1.97KAi=2.55 I=5.02KAI=1.51 I=2.97KAS=MVA=126.58MVAK-2 X= X+ X+ X=0.79+1.19=1.98I=5.50/1.98KA=2.78KAI=I=I=2.78KAi=2.55 I=7.09AI=1.51 I=4.20KAS=MVA=50.51MVA折算到35KV侧:Id21max= I/X=1.56/1.98=0.79(KA)410KM 250MVA1最大运行方式：图2-13 短路电流计算图图2-14 等效电路图取基准值：S=100MVA ，U=37KV ，U=10.5KV I= =1.56KA I= =5.50KAX= =0.4 X=0.410=0.29 X= X=1.19K-1 X= X+ X=0.4+0.29=0.69 I=KA=2.26KAI=I=I=2.26KAi=2.55 I=5.76KAI=1.51 I=3.41KAS=MVA=144.93MVAK-2 X= X+ X+ X/ X=0.69+1.19/2=1.29 I= =5.50/1.29KA=4.26KAI=I=I=4.26KAi=2.55 I=10.86KAI=1.51 I=6.43KAS=MVA=77.52MVA折算到35KV侧:Id21max= I/X=1.56/1.29=1.21(KA)2最小运行方式：图2-15短路电流计算图图2-16 等效电路图取基准值：S=100MVA ，U=37KV ，U=10.5KV I= =1.56KA I= =5.50KAX= =0.4 X=0.410=0.29 X= X=1.19K-1 X= X+ X=0.4+0.29=0.69 I=KA=2.26KA I=I=I=2.26KAi=2.55 I=5.76KAI=1.51 I=3.41KAS=MVA=144.93MVAK-2 X= X+ X+ X=0.69+1.19=1.88 I= =5.50/1.88KA=2.93KAI=I=I=2.93KAi=2.55 I=7.47AI=1.51 I=4.42KAS=MVA=53.19MVA折算到35KV侧:Id21max= I/X=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拟少。 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，以确保变压器平安。 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，对变压器应装设以下保护。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，应采用以下保护作为后备保护。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。当电力网中局部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平安问题但长时间会引起系统或电力设备本身的平安或稳定问题或用电设备的平安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“短路保护高压系统不提“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过载运行而且为了躲过设备起动电流还要参加一定的延时。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，其整定原那么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。过励磁保护反响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，根据其故障和不正常运行的情况，从反响各种不同故障的可靠、快速、灵敏及提高系统的平安性出发，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：过电流保护以反响变压器外部相间故障、过负荷保护反响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T-电力变压器 KG-瓦斯继电器 KS-信号继电器KM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响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，那么产生强烈瓦斯气体，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。重瓦斯动作，立即切断与变压器连接所有电源，防止事故扩大，起到保护变压器作用。 2种类瓦斯继电器有浮筒式、挡板式、开口杯式等不同型号。目前大多采用QJ-80型继电器，其信号回路接上开口杯，跳闸回路接下挡板。所谓瓦斯保护信号动作，即指因各种原因造成继电器内上开口杯信号回路接点闭合，光字牌灯亮。 3保护范围 瓦斯保护是变压器主要保护，它可以反映油箱内一切故障。包括：油箱内多相短路、绕组匝间短路、绕组与铁芯或与外壳间短路、铁芯故障、油面下降或漏油、分接开关接触不良或导线焊接不良等。瓦斯保护动作迅速、灵敏可靠结构简单。它不能反映油箱外部电路如引出线上故障，不能作为保护变压器内部故障唯一保护装置。另外，瓦斯保护也易在一些外界因素如震干扰下误动作，对此必须采取相应措施。4安装方式 瓦斯继电器安装变压器到储油柜连接管路上，安装时应注意： 1首先将气体继电器管道上碟阀关严。如碟阀关不严或有其他情况，必要时可放掉油枕中油，工作中大量油溢出。 2新气体继电器安装前，应检查有无检验合格证明，口径、流速是否正确，内外部件有无损坏，内部如有临时绑扎要拆开，最后检查浮筒、挡板、信号和跳闸接点动作是否可靠，并关好放气阀门。 3气体继电器应水平安装，顶盖上标示箭头方向指向油枕，工程中允许继电器管路轴线方向往油枕方向一端稍高，但与水平面倾斜不应超过4%。 4翻开碟阀向气体继电器充油，充满油后从放气阀门放气。如油枕带有胶囊，应注意充油放气方法，尽量减少和防止气体进入油枕。 5进行保护接线时，应防止接错和短路，防止带电操作，同时要防止使导电杆转动和小瓷头漏油。 6投入运行前，应进行绝缘摇测及传动试验。 5试验工程 气体继电器安装使用前应作如下一些检验工程和试验工程： 1一般性检验工程玻璃窗、放气阀、控针处和引出线端子等完整不渗油，浮筒、开口杯、玻璃窗等完整无裂纹。 2试验工程 密封试验：整体加油压压力为20mPa，持续时间为1h试漏，应无渗透漏。 端子绝缘强度试验：出线端子及出线端子间耐受工频电压2000v，持续1min，也可用2500v兆欧表摇测绝缘电阻，摇测1min代替工频耐压，绝缘电阻应300m以上。 轻瓦斯动作容积试验：当壳内聚积250300cm3空气时，轻瓦斯应可靠动作。 重瓦斯动作流速试验。 6日常巡视工程 电力变压器运行规程DL/T572-95以下简称“规程规定变压器日常巡视工程中首先应检查气体继电器内有无气体，对气体巡视应注意以下几点： 1气体继电器连接管上阀门应翻开位置。 2变压器呼吸器应正常工作状态。 3瓦斯保护连接片投入应正确。 4油枕油位应位于适宜位置，继电器内充满油。 5气体继电器防水罩一定牢固。 6继电器接线端子处不应渗油，且应能防止雨、雪、灰尘侵入，电源及其二次回路要有防水、防油和防冻措施，并要春秋二季进行防水、防油和防冻检查。 7运行 变压器正常运行时，瓦斯继电器工作无任何异常。瓦斯继电器运行状态，规程中对其有如下规定： 1变压器运行时瓦斯保护应接于信号和跳闸，有载分接开关瓦斯保护接于跳闸。 2变压器运行中进行如下工作时应将重瓦斯保护改接信号： 用一台断路器控制两台变压器时，当其中一台转入备用，那么应将备用变压器重瓦斯改接信号。 滤油、补油、换潜油泵或更换净油器吸附剂和开闭瓦斯继电器连接管上阀门时。 瓦斯保护及其二次回路上进行工作时。 除采油样和瓦斯继电器上部放气阀放气处，其他所有方翻开放气、放油和进油阀门时。 当油位计油面异常升高或吸吸系统有异常现象，需要翻开放气或放油阀门时。 3震预报期间，应变压器具体情况和气体继电器抗震性能确定重瓦斯保护运行方式。震引起重瓦斯保护动作停运变压器，投运前应对变压器及瓦斯保护进行检查试验，确认无异常后，方可投入。 8瓦斯保护信号动作主要原因 1轻瓦斯动作原因： 因滤油、加油或冷却系统不严密空气进入变压器。 因温度下降或漏油致使油面低于气体继电器轻瓦斯浮筒以下 。变压器故障产生少量气体。 变压器发生穿越性短路故障。穿越性故障电流作用下，油隙间油流速度加快，当油隙内和绕组外侧产生压力差变化大时，气体继电器就可能误动作。穿越性故障电流使绕组动作发热，当故障电流倍数很大时，绕组温度上升很快，使油体积膨胀，造成气体继电器误动作。 气体继电器或二次回路故障。 以上所述因素均可能引起瓦斯保护信号动作。 9瓦斯保护装置动作处理 变压器瓦斯保护装置动作后，应马上对其进行认真检查、仔细分析、正确判断，立即采取处理措施。 1瓦斯保护信号动作时，立即对变压器进行检查，查明动作原因，上否因积聚空气、油面降低、二次回路故障或上变压器内部邦联造成。如气体继电器内有气休，那么应记录气体量，观察气体颜色及试验上否可燃，并取气样及油样做色谱分析，可关规程和导那么判断变压器故障性质。色谱分析是指对对收集到气体用色谱仪对其所含氢气、氧气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等气体进行定性和定量分析，所含组分名称和含量准确判断邦联性质，开展趋势、和严重程度。 假设气体继电器内气体无色、无臭且不可燃，色谱分析判断为空气，那么变压器可继续运行，并及时消除进气缺陷。 2瓦斯继电器动作跳闸时，查明原因消除故障前不将变压器投入运行。为查明原因应重点考虑以下因素，做出综合判断。 a.是否呼吸不畅或排气未尽； b.保护及直流等二次回路是否正常； c.变压器外观有无明显反映故障性质异常现象； d.气体继电器中积聚气体是否可燃； e.气体继电器中气体和油中溶解气体色谱分析结果； f.必要电气试验结果； g.变压器其它继电保护装置动作情况。 10瓦斯保护反事故措施 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，不能保证供电可靠性，对此提出了瓦斯保护反事故措施： 1将瓦斯继电器下浮筒改为挡板式，触点改为立式，以提高重瓦斯动作可靠性。 2为防止瓦斯继电器因漏水而短路，应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瓦斯继电器引出线和电缆应分别连接电缆引线端子箱内端子上。 11结论 变压器瓦斯信号动作后，运行人员必须对变压器进行检查，查明动作原因，并立即向上级调度和主管领导汇报，上级主管领导应立即派人去现场提取继电器气样、油样和本体油样，分别作色谱分析。有关导那么及现场分析结论采取相应对策，防止事故发生，以保 变压器平安运行。3.2.2 瓦斯继电器选型轻瓦斯保护的动作值按气体容积为250300整定，本设计采用280。重瓦斯保护的动作值按导油管的油流速度为0.61.5整定本，本设计采用0.9。 瓦斯继电器选用FJ-80型。 3.3 定时限过流保护原理及整定计算3.3.1 保护原理当一次电路发生短路时，电流继电器KA瞬时动作，闭合其触点，使时间继电器KT动作。KT经过整定时限后，其延时触点闭合，使串联的信号继电器电流型KS和中间继电器KM动作。KS动作后，其指示牌掉下，同时接通信号回路，给出灯光信号和音响信号。KM动作后，接通跳闸线圈YR回路，使断路器QF跳闸，切除短路故障。QF跳闸后，其辅助触点随之切断跳闸回路。在短路故障被切除后，继电保护装置除KS外的其他所有继电器均自动返回起始状态，而KS可以手动复位。图3-2限过流保护原理图3.3.2 整定计算1定时限保护动作电流整定定时限保护动作电流整定原那么：应躲过变压器一次侧的最大工作电流，常取I=1.53I式中，I为变压器的一次额定电流。动作电流为：I=I 3-1式中I为变压器一次侧的最大工作电流； 为保护装置的可靠系数，对定时限，取1.2；为保护装置的接线系数，对两相两继电器式接线取1，对两相继电器接线取1.3；为电流继电器的返回系数，一般取0.85；为电流互感器的变流比200/5。I=7.4A 整定为8A (因为I只能为整数)。2定时限保护的时限整定时限整定原那么:应比变压器二次母线各馈线定时限过流最大的时限大一个时限阶段t=0.5s，即： t+ 3-2式中 t 在后一级保护的线路首段发生三相短路时，前一级保护的动作时间； 后一级保护中最长的一个动作时间 前后两级保护装置的时间级差，对定时限过电流保护取0.5S。 本设计题目给出电源的定时限过流保护动作时限均为1.5S,故时限整定为= t-=1.5-0.5S=1S。3灵敏度校验灵敏度校验原那么：应以系统在最小运行方式下，变压器二次母线发生两相短路流经一次侧的电流来校验，即： =1.5 3-3式中 在电力系统最小运行方式下，变压器二次母线发生两相短路电流=/=0.8662.58KA/(35KV/10.5KV)=0.67KA动作电流折算到一次电路的值:=/=8A40/1=320A =670A/320A=2.091.5 满足灵敏系数要求。3.3.3 各种继电器选型电流继电器的选择：DL-11/20电流互感器的选择：LQJ-10/160信号继电器的选择：DX-17时间继电器的选择：DS-111C/Q中间继电器的选择：DZ-15 3.4 变压器的纵差动保护其原理及计算差动保护是一种依据被保护电气设备进出线两端电流差值的变化构成的对电气设备的保护装置，一般分为纵联差动保护和横联差动保护。变压器的差动保护属纵联差动保护，横联差动保护那么常用于变电所母线等设备的保护。3.4.1 根本原理变压器纵差保护是按照循环电流原理构成的 变压器纵差保护的原理要求变压器在正常运行和纵差保护区纵差保护区为电流互感器TA1、TA2之间的范围外故障时，流入差动继电器中的电流为零，即0，保证纵差保护不动作。但由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不同，因此，为了保证纵差保护的正确工作，就须适中选择两侧电流互感器的变比，使得正常运行和外部故障时，两个电流相等。3.4.2 整定计算图3-3双绕组变压器正常运行时的电流分布 图3-4三绕组变压器内部故障时的电流分布在图3-3双绕组变压器中，变压器两侧电流、同相位，所以电流互感器TA1、TA2的二次电流、同相位，那么0的条件是，即 3-4 即 3-5式中，、分别为TA1、TA2的变比；变压器的变比。假设上述条件满足，那么当变压器正常运行或纵差保护区外故障以下简称“区外故障或“区内故障时，流入差动继电器的电流为 0 3-6 当区内故障时，反向流出，那么流入