某35kV变电所主变压器继电保护设计.pdf

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1、一、继电保护的概述.2 1、继电保护综述.2 2、继电保护装置组成.2 3、继电保护装置基本任务.2 4、对继电保护装置的基本要求：.2 二、任务要求：.2 三、估算计算负荷电流.3 四、短路电流及其计算.3 1、最小运行方式：.3 2、最大运行方式：.4 五、变压器的故障类型和不正常运行状态.5 六、电力变压器继电保护方案确定.6 七、瓦斯保护.6 1、瓦斯保护原理图.6 八、定时限过流保护.7 1、原理接线图：.7 2、整定计算：.7 3、灵敏度校验.8 4、各种继电器选型.9 九、变压器纵联差动保护.9 1、原理接线图.9 2、整定计算及灵敏度校验.9 3、电流互感器选择及差动继电器选型

2、.12 十、变压器过负荷保护.12 1、变压器过负荷保护原理图.12 2、过负荷保护整定计算.12 3、各种继电器选型.12 十一、以上保护原理接线全图（A3 号图纸 1 张）.13 参考文献：.13 2 一、继电保护的概述 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，或直接将故障部分隔离、切除的一种重要措施。2、继电保护装置组成 继电保护装置：就是指反应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部分组成:测量部分、逻辑部分和执行部分，其原理结构如下图所示。测 量部 分逻 辑部

3、 分执 行部 分故 障 参 数 量输 出 信 号整 定 值图 1 3继 电 保 护 装置 的 原 理 结构 图 3、继电保护装置基本任务 （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，使非故障部分继续运行。（2）反应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发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。4、对继电保护装置的基本要求：选择性 、速动性、灵敏

4、性 、可靠性 二、任务要求：电压等级 35/10kV，有甲、乙两个变电所提供电源，均采用单回路电源供电，距离待设计变电所分别为 15km 和 10km，采用 LGJ-50 架空导线供电，短路容量分别为 200MVA 和 250MVA。甲、乙两个变电所提供电源的定时限过电流保护动作时限均为 2.0s。35kV 出线共 2 回，所接负荷为化工厂。10kV 出线共 5 回，其中 3 回架空出线，每回输电容量为 1200kW，2 回电缆线路，每回输电容量为1700kW，以一、二级负荷为主，负荷线路长度为 10km。35kV 单母线分段接线，10kV 单母线分段接线。主变压器两台 S9-6300/35k

5、V，Y，d11 接线变压器。以两 3 个电源全投入运行，负荷全投，母线分段断路器合闸运行为最大运行方式；以乙电源停运，电缆停运，分段断路器断开运行为最小运行方式。甲系统乙系统35kVT1QF1QF2T2化工厂10kVSk=200MVASk=250MVALGJ-50LGJ-5015km10km 三、估算计算负荷电流 I30=USNN13=3536300A=103.9A 四、短路电流及其计算 1、最小运行方式：短路电流计算图 等效电路图 4 取基准值：Sd=100MVA，U1c=37KV，U2C=10.5KV I1d=13cdUS=373100=1.56KA I2d=23cdUS=5.103100

6、=5.50KA X*1=ocdSS=200100=0.5 X*2=0.415237100=0.44 X*3=X*4=NdkSSU10000=6300100101005.73=1.19 K-1点短路电流 X*)1(K=X*1+X*2=0.5+0.44=0.94 I)3(1K=*)1(1kdXI=94.056.1KA=1.66KA K-2 点短路电流 X*)2(K=X*1+X*2+X*3=0.94+1.19=2.13 I)3(2K=*)2(2kdXI=5.50/2.13KA=2.58KA 折算到 35KV 侧:Id21max=I1d/X*)2(K=1.56/2.13=0.73(KA)2、最大运行方

7、式：短路电流计算图 5 等效电路图 取基准值：Sd=100MVA，U1c=37KV，U2C=10.5KV I1d=13cdUS=373100KA=1.56KA I2d=23cdUS=5.103100KA=5.50KA X*1=ocdSS=200100=0.5 X*2=0.415237100=0.44 X*3=X*4=NdkSSU10000=6300100101005.73=1.19 X5=1ocdSS=250100=0.4 X6=0.410237100=0.29 K-1 点短路电流 92.365121131XXIXXIIddkKA K-2 点短路电流 )3(2KI=465232122121XX

8、XIXXXIdd=7.86KA 折算到 35KV 侧:Id21max=TkKI/32=7.8610.537=2.23KA 五、变压器的故障类型和不正常运行状态 电力变压器故障可分为油箱内部和油箱外部两种故障。油箱内部故障主要包 6 括变压器绕组的相间短路、匝间短路、单相接地短路和铁芯烧损等。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。油箱外部故障最常见的是绝缘套管引出线上发生相间短路或接地（对变压器外壳）短路故障，它可能引起变压器绝缘套管爆炸，从而影响电力系统的正常运行。因此，变压器发生故障时，必

9、须将其从电力系统中切除。变压器不正常运行状态有油箱漏油造成的油面降低，由于外部短路故障引起的过电流，变压器油温升高，由于负荷超过额定值引起的过负荷使变压器绕组过热加速绕组绝缘老化甚至引起内部故障等。六、电力变压器继电保护方案确定 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 5000KV 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

10、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）。七、瓦斯保护 1、瓦斯保护原理图 轻瓦斯保护的动作值按气体容积为2503003cm整定，本设计采用2803cm。重瓦斯保护的动作值按导油管的油流速度为 0.61.5 m/s整定本，本设计采用1 m/s。7 瓦斯继电器选用 QJ1-80 型。八、定时限过流保护 1、原理接线图：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 K

11、M 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。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则：应躲过变压器一次侧的最大工作电流，常取 Imax.L=（1.53）ITN。1 式中，ITN。1为变压器的一次额定电流。动作电流为：Iop=irewrelKKKKImax.L （3-1）式中 Imax.L为变压器一次侧的最大工作

12、电流;relK 为保护装置的可靠系数，对DL 型定时限，取 1.2；wK为保护装置的接线系数，对两相两继电器式接线取 1，对两相一继电器接线取 1.3；reK为电流继电器的返回系数，一般取 0.85；8 iK为电流互感器的变流比，本设计取200/5。Iop=.850402.91031.21=7.4A 可选取电流整定范围为2.5-10A的 DL 型电流继电器,并整定为8A。(因为 Iop只能为整数。)（2）定时限保护的时限整定 时限整定原则:应比变压器二次母线各馈出线定时限过流最大的时限大一个时限阶段（t=0.5s），即：t12t+t （3-2）式中 t1 在后一级保护的线路首段发生三相短路时，

13、前一级保护的动作时间；2t 后一级保护中最长的一个动作时间 t 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 2S,故时限整定为2t=t1-t=2S-0.5S=1.5S。可选时间继电器整定范围为 1.2-5S 的 DS 型时间继电器，并整定在 1.5S 上。3、灵敏度校验 灵敏度校验原则：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：pS=1.op2minkII）（1.5 （3-3）式中 )2(minkI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)2(minkI=)2(2kI/Tk=0

14、.8662.58KA/(37KV/10.5KV)=0.634KA 1.opI动作电流折算到一次电路的值:1.opI=opIik/wk=8A40/1=320A pS=634A/320A=1.981.5 满足灵敏系数要求。9 4、各种继电器选型 电流继电器的选择：DL-11/10 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-35C 中间继电器的选择：DZ-15 九、变压器纵联差动保护 1、原理接线图 如图，当变压器正常工作或差动保护区外（如：二次母线k-1点）短路时，流入KA的电流，差值很小，KA不动作。当在差动保护区内（如：变压器二次出口k-2点

15、短路时），所以继电器动作，使QF跳闸。2、整定计算及灵敏度校验 纵联差动保护：计算 Ie 及电流互感器变比，列表如下：名 称 各侧数据 Y（35KV）（10.5KV）额定电流 9.1033/11eeUSI AUSIee4.3463/22 变压器接线方式 Y CT 接线方式 Y CT 计算变比KTA 5/1805/31eI 5/4.3465/2eI 实选 CT 变比 nl 200/5 400/5 10 实际额定电流 AIe50.440/31 AIe33.480/2 不平衡电流Iunb 4.50-4.33=0.17A 确定基本侧 基本侧 非基本侧 确定基本侧一次动作电流：（1）躲过外部故障时的最大

16、不平衡电流 max.setunbII 利用实用计算式 max.max.%10kNstrelunbrelopIfUKKIKI）（式中：relK可靠系数，采用 1.3；stK 同型系数，CT 型号相同且处于同一情况时取 0.5，型号不同时取1，本设计取 1；10%电流互感器容许的最大相对误差；U变压器调压时所产生的相对误差，采用调压百分数的一半，本设计取 0.05；Nf继电器整定匝书数与计算匝数不等而产生的相对误差，暂无法求出，先采用中间值 0.05。代入数据得:opI=1.3(10.1+0.05+0.05)223021=289.9（A）（2）躲过变压器空载投入或外部故障后电压恢复时的励磁涌流 s

17、etI=relKeI （3-10）式中：relK为可靠系数，采用 1.3；eI为变压器额定电流。代入数据得 setI=1.3103.9=135.1A（3）躲过电流互感器二次回路短线时的最大负荷电流 max.relsetLIKI （3-11）式中：relK可靠系数，采用 1.3；max.LI变压器的最大负荷电流；采用变压器的额定电流的2 倍。代入数据得：setI=1.3103.9 2=270.14A 比较上述（1），（2），（3）式的动作电流，取最大值为计算值，即：setI=289.9（A）整定为 290A 11 确定二次动作电流：25.752001290KKIITAconopKDop （con

18、K基本侧电流互感器接线系数取 1）确定 BCH-2 型差动继电器基本侧（35KV 侧)各线圈匝数。该继电器在保持2/KKNN时其动作安匝为)40(600AN安匝。27.825.7)4(60.0.KDopcalopIANN(匝）实用匝数取为8.setopN匝。817.1.setbsetdsetopNNN（匝）二次实际动作电流：5.7860.0.setopKDopNANI（A）一次实际动作电流：300.KDopconTAopIKKI（A)非基本侧平衡线圈2bN的计算匝数:)()(.12.21setdbNsetdbNNNINNI 70.07)71(5.433.4)(.112.2setdsetdbNN

19、calbNNNIIN(匝)，实用匝数取 1 匝 相对误差:039.0770.0170.0.2.2.2setdcalbsetbcalbNNNNNf 05.0Nf ，结果有效 灵敏度校验：10.5KV侧母线两相短路时归算到35KV侧流入继电器的电流为 375.275200730323)3(233min.2.min.TAKKDKKII（A)35KV 侧继电器动作电流 5.77160.2.0.setbsetdKDopNNANI（A)差动保护装置的最小灵敏系数为 265.35.7375.27.2.min.KDopKDKsenIIK 灵敏度满足要求。12 3、电流互感器选择及差动继电器选型 本设计采用较经

20、济的 BCH-2 型带有速饱和变流器的差动继电器，以提高保护装置的励磁涌流的能力。电流继电器的选择：DL-11/10 电流互感器的选择：LQJ-10/160 信号继电器的选择：DX-17 中间继电器的选择：DZ-15 十、变压器过负荷保护 1、变压器过负荷保护原理图 TA 是电流互感器，KA 是电流继电器，当线路的电流大于额定值时，TA 输出到KA 的电流驱动电流继电器动作，电流继电器触点接通，时间继电器 KT 得电吸合。当过电流的持续时间长于时间继电器设定的延时以后，延时闭合触点接通，向外输出超负荷信号。相关的执行机构就会作出规定的动作。2、过负荷保护整定计算 过负荷保护：其动作电流按躲过变

21、压器额定电流来整定。动作带延时作用于信号。保护装置（一次侧）的动作电流：TNolopII.1.)3.12.1(继电器的动作电流：iTNKAolopKII/)3.12.1(.1).(iTNOLopKII.1)(3.1 38.3409.1033.1)(opOLIA 动作时限一般取 1015s。3、各种继电器选型 电流继电器的选择：DL-11/10 电流互感器的选择：LQJ-10/160 信号继电器的选择：DX-17 13 时间继电器的选择：DS-35C 十一、以上保护原理接线全图（A3 号图纸 1 张）参考文献：李晶，路文梅供电系统继电保护 孙丽华电力工程基础 张祥军供配电应用技术 器件名称 型号 数量 瓦斯继电器(KG)QJ1-80 1 电流互感器(TA)LQJ-10/160 4 电流继电器(KA)DL11/10 4 时间继电器(KT)DS-35C 2 信号继电器(KS)DX17 5 差动电流继电器（KD）BCH-2 1 中间继电器(KM)DZ-15 2