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电力变压器保护设计学士学位论文.doc
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1、 Xinjiang Institute of Engineering 毕 业 设 计设计题目 电力变压器保护设计 系(部) 电力工程系 学科专业 供用电技术 班 级 姓 名 学 号 指导教师 二一四年四月二十三日新疆工程学院毕业设计任务书学 生 姓 名杨志超专 业 班 级供用电技术11-3班设 计 题 目电力变压器保护设计接受任务日期2014-3.1完成任务日期2014-4.26指 导 教 师张尧指导教师单位新疆工程学院设计目标利用计算机控制技术实现对电力变压器的保护,了解三相电力系统电力变压器的保护方法,并分析电力变压器微机保护的特点,设计出保护装置的总原理图及模拟信号到数字信号的转换过程。
2、设计要求2014年3月1日选题2014年3月2日-16日 查找资料与搜集数据2014年3月17日-4月14日设计报告2014年4月15日-4月26日修改报告教师指导过程记录2014年3月1日讲解各报告大纲分组2014年3月14日解答各组所遇到的问题2014年3月27日学生教师会面查看进度2014年4月12日查看所有人员报告,并提出修改建议。2014年4月26日答辩参考资料【1】 贺家李 宋从距.电力系统继电保护原理.第三版【2】 刘介才.工厂供电设计指导.【3】 刘笙.电气工程基础.【4】 何仰赞 翁增银.电力系统分析.第三版新疆工程学院毕业设计成绩表学 生 姓 名杨志超专 业 班 级供用电技
3、术11-3班设 计 题 目电力变压器保护设计考 核 项 目考 核 内 容满分评分一、指导教师评分1、工作态度与纪律102、基本理论、基本知识、基本技能和外文水平103、独立工作能力、分析和解决问题能力104、完成任务的情况与水平(论文与实物硬件质量)10指导教师签字: 年 月 日二、评阅教师评分1、论文质量(正确性、条理性、创造性和实用性)152、成果技术水平(理论分析、计算、实验和实物性能)15评阅教师签字: 年 月 日三、答辩小组评分1、完成任务书所规定的内容和要求52、论文与实物的质量53、课题设计内容的讲述104、回答问题的正确性10答辩组长签字: 年 月 日四、答辩小组成绩评定:负责
4、人签字: 年 月 日五、答辩委员会意见:答辩委员会主任签字: 年 月 日 摘 要 电力变压器是电力系统中不可缺少的重要设备,他的故障给供电可靠性和系统的正常运行带来严重的后果,同时大容量变压器也是非常贵重的元件,因此,必须根据变压器的容量和重要程度装设性能良好的、动作可靠的保护元件。 本文是笔者在阅读了大量专业资料、咨询了很多的专家和老师的前提下,按照指导老师所给的原始资料,通过系统的原理分析、精确的整定计算。做出的一套电力变压器保护方案。关键词 电力系统故障,变压器,继电保护,整定计算ABSTRACT The transformer is the essential equipment in
5、 the electrical power system Its breakdown might bring the serious influence to the power supply reliability and the system safely operationAt the same time the large capacity power transformer is the extremely precious equipment ThereforeWe must install the reliable relay protection installment acc
6、ording to the transformer capacity rankand the important degree The article is about the relay protection of the transformer.I had consulted many experts and teachers before I finished the articleAt the same time the massive specialized materials was consulted by meIt is not diffcult to understand t
7、he logical organiztion of the article for readers And the article will bring the usful help to the comrades who is working as a electrical engineer.Keywords Power System Fault Condition, Power Transformer, Relay Protection, Setting CalculationII目录摘 要IABSTRACTII第一章 绪论11.2电力变压器的型号11.3电力变压器的故障类型和不正常工作状
8、态1第二章 电力变压器保护的类型32.1 电力变压器的保护类型32.1.1 变压器瓦斯保护32.1.2 变压器纵联差动保护32.1.3电流速断保护62.1.4过电流保护72.1.5零序电流保护72.1.6过负荷保护72.1.7过励磁保护8第三章 短路电流计算103.1 画出短路等值电路103.2 短路电流计算113.2.1 保护装置的配置12第四章 各保护装置的保护配置与整定计算134.1电力变压器保护配置134.2电力变压器的整定计算164.2.2 110kV侧复合电压启动过电流保护整定计算184.2.3 38.5kV侧方向过流保护194.2.4 110kV零序过电流保护194.2.5 变压
9、器气体保护的整定20致谢22参考文献23第一章 绪论1.电力变压器简要介绍及型号1.1电力变压器的简要介绍 在电力系统中广泛地用电力变压器来升高或降低电压,故电力变压器是电力系统中不可缺少的重要电气设备之一。它的安全运行是电力系统可靠工作的必要条件。电力变压器有别于发电机,它无旋转部件,是一种静止的电气设备,是连续运行的,停电机会很少,而且绝大部分安装在室外,受自然环境影响较大。另外,电力变压器时刻受到外接负荷的影响,特别是受电力系统短路故障的威胁较大。因此,电力变压器在运行中,仍然可能发生各种类型故障或出现不正常的工作状态。它的故障对电力系统的安全连续运行会带来严重影响,特别是大容量变压器的
10、损坏,对系统的影响更为严重。尤其是随着电力事业的发展,超高压输电线路在我国的建设越来越普遍,大容量超高压的大型电力变压器的应用也随之扩大,其运行正常直接关系到整个电网可靠性。因此必须根据电力变压器容量的大小、电压的高低和重要程度,设置性能良好、动作可靠的继电保护装置。要求电力变压器继电保护不仅可靠,而且要快速。1.2电力变压器的型号 电力变压器的型号有35kV级S9-系列油浸式电力变压器 S(B)H-M非晶合金卷铁芯电力变压器 20KV级SC(B)10系列环氧树脂浇注干式变压器 SGB11-R卷铁芯H级非包封线圈干式电力变压器 SG10型H级绝缘干式电力变压器 SC(B)9/10干式变压器 1
11、0KV级ZPSG系列干式整流变压器 SG-系列三相干式隔离变压器 KBSG矿用防爆干式变压器 QZB系列自耦变压器 双电压无励磁调压干式配电变压器 20KV级S11系列油浸式电力变压器 35KV级ZS系列油浸整流变压器 10kV级S9、S11系列油浸式电力变压器 10kv S13型级超低损耗三角形卷铁心无励磁调压油浸式配电变压器 CKSC系列串联电抗器等。1.3电力变压器的故障类型和不正常工作状态 要完成电力系统继电保护的基本任务,首先必须“区分”电力系统的正常、不正常工作和故障三种运行状态,“甄别”出发生故障和出现异常的元件。而要进行“区别和甄别”,必须寻找电力元件在这三种运行状态下的可测参
12、数量(继电保护主要测电气量)的“差异”,提取和利用这些可测参数量的“差异”,实现对正常、不正常工作和故障元件的快速“区分”。依据可测电气量的不同差异,可以构成不同原理的继电保护。(1)电力变压器的故障类型 电力变压器的故障通常可以分为油箱内部故障和油箱外部故障两种。油箱内部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芯的绕损等。变压器内部故障是很危险的,因为故障时产生的电弧,不仅会损坏绕组的绝缘、烧坏铁芯,而且由于绝缘材料和变压器油因受热分解而产生大量的气体,有可能引起变压器油箱的爆炸。所以,继电保护应快地切除这些故障。
13、油箱外部故障最常见的主要是变压器绕组引出线和绝缘套管上发生的相间短路和接地短路(直接接地系统侧)。(2)电力变压器的不正常工作状态 变压器的不正常运行状态主要有:变压器外部相问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;负荷长超过额定容量引起的过负荷:油箱漏油引起的油面降低或冷却系统故障引起的温度升高。此外,对大容量变压器,由于其额定工作时的磁通密度接近于铁芯的饱和磁通密度,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。这些不正常的运行状态会使绕组、铁芯和其他金属构件过热,威胁变压器绝缘。第二章 电力变压器保护的类型2.1 电力变压器的保护类型 针对电力变压
14、器的上述故障类型及不正常运行状态,应对变压器装设相应的继电保护装置。其任务就是反应上述故障或异常运行状态,并通过断路器切除故障变压器,或发出信号告知运行人员采取措施消除异常运行状态。同时,变压器保护还应能作相邻电气元件的后备保护故根据DL400-91继电保护和安全自动装置技术规程的规定,电力变压器应装设如下保护:瓦斯保护、纵连差动保护、电流速断保护、过电流保护、零序电流保护、过负荷保护、过励磁保护2.1.1 变压器瓦斯保护 变压器瓦斯保护是利用安装在变压器油箱与油枕间的瓦斯继电器来判别变压器内部故障;当变压器内部发生故障时,电弧使油及绝缘物分解产生气体。故障轻微时,油箱内气体缓慢的产生,气体上
15、升聚集在继电器里,使油面下降,继电器动作,接点闭合,这时让其作用于信号,称为轻瓦斯保护;故障严重时,油箱内产生大量的气体,在该气体作用下形成强烈的油流,冲击继电器,使继电器动作,接点闭合,这时作用于跳闸并发信,称为重瓦斯保护。2.1.2 变压器纵联差动保护1)构成变压器纵联差动保护的基本原则 所谓变压器的纵联差动保护,是指由变压器的一次和二次电流的数值和相位进行比较而构成的保护。纵联差动保护装置,一般用来保护变压器线圈及引出线上发生的相间短路和大电流接地系统中的单相接地短路。对于变压器线圈的匝间短路等内部故障,通常只作后备保护。纵联差动保护装置由变压器两侧的电流互感器和继电器等组成,两个电流互
16、感器串联形成环路,电流继电器并接在环路上。因此,电流继电器的电流等于两侧电流互感器二次侧电流之差。在正常情况下或保护范围外发生故障时,两侧电流互感器二次侧电流大小相等,相位相同,因此流经继电器的差电流为零,但如果在保护区内发生短路故障,流经继电器的差电流不再为零,因此继电器将动作,使断路器跳闸,从而起到保护作用。 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,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,就须适当
17、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。2)不平衡电流产生的原因和消除方法1.不平衡电流产生的原因: 不平衡电流产生的原因主要有:变压器的励磁涌流。变压器两侧电流相位不同。计算变比与实际变比的不同。两侧电流互感器型号不同。变压器带负荷调整分接头。2.对差动保护的影响和消除方法:由变压器励磁涌流所产生的不平衡电流 变压器的励磁涌流仅流经变压器的某一侧,因此,它通过电流互感器反应到差动回落中不能被平衡,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,励磁涌流减小,它的影响就很小。但是在变压器空载投入和外部故障切除恢复时,由于变压器的
18、铁芯严重饱和,励磁电流将剧烈增大,这时出现数值很大的励磁电流,可达额定电流的510倍。(通常称为励磁涌流)励磁涌流中含有大量的非周期分量和高次谐波分量(以二次谐波为主)它不是正弦波。而是尖顶波,往往使涌流偏于时间轴的一侧。励磁涌流的大小和衰减速度、合闸瞬时外加电压的相位铁芯中剩磁的大小和方向、电流容量的大小、回路的阻抗、变压器的容量和铁芯性质等有关系。例如,正好在电压瞬时值为最大时合闸,就不会出现励磁涌流,而只有正常时的励磁电流。对于三相变压器而言,无论在任何瞬间合闸,至少有两相要出现程度不同的励磁涌流。 变压器差动保护中减小励磁涌流影响的方法:防止励磁涌流的影响,采用BCH型具有速饱和变流器
19、的继电器是国内目前广泛采用的一种方法。当外部故障时,所含非周期分量的最大不平衡电流能使速饱和变流器的铁芯很快单方面的饱和,致使不平衡电流难以传变到差动继电器的差动线圈上,保证差动保护不会误动。内部故障时,速饱和变流器的一次线圈中虽然也有非周期分量,但它的衰减速度相当快,一般2个周期衰减完毕,以后变流器中通过的全是周期性的短路电流,所以继电器能灵敏动作。鉴别短路电流和励磁涌流波形的差别,它是利用整流后的波形在动作整定值下存在时间长短来判定是内部故障还是励磁涌流。利用二次谐波制动,差动保护在变压器空载投入和外部故障切除电压恢复时,利用二次谐波进行制动,内部故障时,利用比例制动回路躲过不平衡电流。由
20、变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流 由于变压器通常采用Y,d11的接线方式,因此,其两侧电流的相位相差30度,即使变压器两侧的电流大小相等,反映到差动继电器中也回出现不平衡电流。为了消除这种不平衡电流的影响,可用相位补偿法,通常将变压器的星形侧的三个电流互感器接成三角形,而将变压器三角形侧的三个电流互感器接成星形,并适当考虑联接方式后可把二次电流的相位校正过来。相位补偿后,在互感器接成三角形侧的差动一臂中,电流又增大了1.732倍。为了保证在正常运行及外部故障情况下差动回路中没有电流,就必须将该侧电流互感器的变比加大1.732倍(在微机保护中,通过程序中的平衡系数来平衡),以减小二次电流
21、,使之与另一侧的电流相等。由计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电流 由于变压器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,两侧互感器的变比与变压器的变比很难满足要求,此时差动回路中将有电流流过。在实际选择互感器时,通常是根据互感器的定型产品来确定一个比较接近的变比。 为了消除此不平衡电流,常采用具有速饱和铁芯的差动继电器利用它的平衡线圈来消除此差电流的影响。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平衡匝数,使它产生懂得磁势与差流在差动线圈中产生的磁势相抵消。因此在铁芯中没有磁通,继电器不可能动
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