220kV变电所变压器差动保护设计.doc

课程设计（论文）一、 设计题目 ：220kV变电所变压器差动保护设计二、 原始资料某降压变压器采用差动保护，系统等值网络图如图所示。图1 网络结构示意图三、 设计内容：1. 对变压器T1进行继电保护配置；2. 结合变压器差动保护装置选型，对其工作原理进行分析；3.对差动保护进行整定计算；4.线路保护均采用微机保护装置 。四、 设计成品要求： 1、保护装置配置说明 2、所配保护基本原理说明 3、保护整定计算详细计算说明 4、按要求绘制的有关图纸五、编写设计说明书1 格式 1）参考教材（前言、目录、正文、结论、参考文献等）2）格式规范（参看毕业设计（论文）撰写规范）2内容：设计内容全面，说明部分条理清晰，计算过程详略得当。1）原始资料分析2）保护配置方案3）保护原理说明4）保护整定计算方案5）整定计算过程6）画出保护的原理图、交流展开图、直流展开图。3 课程设计说明书装订顺序为：封面、任务书、成绩评审意见表、前言、目录、正文、结论、参考文献、附录。六、时间进度安排顺序阶段日期计 划 完 成 内 容备注11月12日熟悉题目、学习规程及相关保护原理21月13日确定保护配置方案，保护原理说明及保护整定计算方案31月14日整定计算31月15日绘制图纸及整理41月16日完成、提交设计成品七、参考书目录1 电力系统继电保护 谷水清 中国电力出版社2 电网继电保护装置运行整定规程3 电力工程设计手册（一） 中国电力出版社4 电力工程设计手册（二） 中国电力出版社5继电保护和安全自动装置技术规程 GB/T 142852006III前言 继电保护的发展是随着电力系统和自动化技术的发展而发展的.几十年来,随着我国电力系统向高电压、大机组、现代化大电网发展，继电保护技术及其装置应用水平获得很大提高。在20世纪50年代及以前，差不多都是用电磁型的机械元件构成。随着半导体器件的发展，陆续推广了利用整流二极管构成的整流型元件和半导体分立元件组成的装置。 在电力系统中，由于雷击或鸟兽跨接电气设备、设备制造上的缺陷、设计和安装的错误、检修质量不高或运行维护不当等原因，往往发生各种事故。为了保证电力系统安全可靠地运行，电力系统中的各个设备必须装设性能完善的继电保护装置。 继电保护虽然种类很多，但是一般由测量部分、逻辑部分、执行部分三部分组成。测量部分是测量被保护元件工作状态的一个或几个物理量，并和已给的整定值进行比较，从而判断保护是否应该起动。逻辑部分是根据测量部分输出量的大小、性质、出现的顺序或它们的组合、使保护装置按一定的逻辑程序工作，最后传到执行部分。执行部分是根据逻辑部分送的信号，最后完成保护装置所担负的任务。如发生信号，跳闸或不动作等。 继电保护的基本性能要求是选择性、速动性、灵敏性、可靠性。随着新技术、新工艺的采用，继电保护硬件设备的可靠性、运行维护方便性也不断得到提高。继电保护技术将达到更高的水平。目录 原始资料分析11保护的配置原则1 变压器保护概述 12 变压器继电保护装置选型及其工作原理分析5 2.1 变压器的纵联差动保护5 2.2 变压器的纵联差动保护装置选型.6 3短路计算11 3.1 参数计算11 3.2 短路计算12 4变压器差动保护整定计算.14 4.1 整定计算.15 5结论.16 6参考文献.17V原始资料分析某降压变电所的一个变压器T1需要进行保护，并且采用差动保护。再结合差动保护装置选型，对其工作原理进行分析，整定计算。任务书中已给出各元件参数，再考虑变电站所处位置，给变压器做出最后的配置方案和保护。1保护的配置原则变压器保护概述  随着电力系统的出现，继电保护技术就相伴而生。与当代新兴科学技术相比，电力系统继电保护是相当古老了，然而电力系统继电保护作为一门综合性科学又总是充满青春活力，处于蓬勃发展中。之所以如此，是因为它特别注重理论与实践并重，与基础理论、新理论、新技术的发展紧密联系在一起，同时也与电力系统的运行和发展息息相关。电力系统自身的发展是促进继电保护发展的内因，是继电保护发展的源泉和动力，而相关新理论、新技术、新材料的发展是促进继电保护发展的外因，是电力系统继电保护发展的客观条件和技术基础。1.1变压器的保护原则1.1.1 变压器常见故障及其处理方法 变压器的故障类型  变压器故障包括变压器油箱内部故障和油箱外部故障。  变压器油箱内部故障包括绕组的相间短路、匝间短路和中性点接地系统侧的接地短路。这些故障由于短路电流产生的高温电弧不仅烧坏绕组绝缘和铁芯，而且将绝缘材料和变压器油分解产生大量气体，使变压器油箱局部变形，甚至引起爆炸。  变压器油箱外部故障主要是变压器绝缘套管和引出线上发生的相间短路和接地短路。   变压器的异常工作情况      变压器的异常工作情况由外部短路引起的过电流、过负荷；油箱漏油造成的油面降低或冷却系统故障引起的油温升高；外部接地短路引起的中性点过电压；过电压或系统频率降低引起的过励磁等。   变压器继电保护方式  变压器保护的任务就是反应上述故障和异常工作情况，通过断路器切除故障变压器或发出信号采取措施消除异常情况，并能作为相邻元件(如母线、线路)的后备保护。根据有关规定，变压器应该装设以下继电保护装置。  (1) 反应变压器油箱内部各种短路故障和油面降低的瓦斯保护。对容量在0.4MVA及以上油浸式变压器应该装设瓦斯保护。  (2)反应变压器绕组或引出线相间短路、中性点直接接地系统侧绕组或引出线的单相接地以及绕组匝间短路的纵差动保护。对6.3MVA及以上厂用工作变压器和并列运行的变压器，10MVA及以上厂用备用变压器和单独运行的变压器以及2MVA及以上用电流速断保护灵敏系数不能满足要求的变压器，应装设纵差保护。对高压侧电压为330kV以上的变压器，可以装设双重差动保护。  (3)反应变压器外部相间短路并作为瓦斯保护和纵差动保护后备的过电流保护。当过电流保护灵敏系数不满足要求时，可采用低电压和复合电压起动的过电流保护、复序电流保护、低阻抗保护等。  (4)反应中性点直接接地系统中变压器外部接地短路的零序电流保护。该保护同时作为变压器内部接地的后备保护。对于中性点可接地或不接地运行地变压器需增设零序过电压保护。  (5)反应变压器对称过负荷地过负荷保护。  (6)反应高压测电压为500KV的变压器由于工作磁通量密度过高引起过励磁的过励磁保护。   变压器保护的基本要求  对变压器保护的基本要求有三个方面:  (1) 在变压器发生故障时应将它与所有的电源断开；  (2) 在母线或其它变压器相连的元件发生故障，而故障元件由于某种原因(保护拒动或断路器失灵等)其本身短路器未能断开情况下，应使变压器与故障部分分开；  (3) 当变压器过负荷、油面降低、油温过高时，应发出报警信号；      对于变压器本身和各侧引线、套管的故障，为了限制故障扩大，通常采用电流速断、差动及重气体保护，快速将变压器的电源切断。 1.1.2 变压器各种保护及其装设条件变压器的主要保护有以下几种（1） 瓦斯保护800千伏安及以下的油浸式变压器，应装设瓦斯保护。当壳内故障产生轻微瓦斯或油面降低时应瞬时作用于信号；当产生大量瓦斯时，宜动作于断开变压器各电源侧的断路器，如降压变压器高压侧无断路器且未采用第50条所列的措施时，则可作用于信号。400千伏安及以下的车间内油浸式变压器，也应装瓦斯保护。对于变压器引出线，套管及内部的故障，应采用下列保护方式。（2）纵差动保护用于6300千伏安及以上并列运行的变压器；用于10000千伏安及以上单独运行的变压器； 用于6300千伏安及以上的厂用工作变压器，对厂用备用变压器可装设电流速断保护代替差动保护。如变压器的纵差保护对单相接地短路灵敏性不符合要求，可增设零序差动保护。纵联差动保护的整定值可小于额定电流。纵联差动保护应符合以下要求：应能躲过励磁涌流和外部短路产生的不平衡电流；应在变压器过励磁时不误动。差动保护范围一般包括变压器套管以其引出线，但在某种情况下，如母线上进，出线回路较少的发电厂和变电所，差动保护可利用变压器套管内部的电流互感器。(3) 电流速断保护用于10000千伏安以下的变压器，且其过电流保护时限大于0.5秒时。2000千伏安及以下的变压器，如电流速断保护灵敏性不符合要求，则装设纵差动保护。以上各种保护装置动作后，应断开变压器各电源侧的断路器。对由外部相间短路引起的变压器过电流，一般采用下列保护方式：(4)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时可能出现的过负荷。(5)复合电压（包括负序电压及线电压）起动的过电流保护一般用于升压变压器和过电流保护不符合灵敏性要求的降压变压器。(6) 负序电流和单相式低压起动的过电流保护一般用于大容量升压变压器和系统联络变压器。上述各种保护装置的接线宜考虑保护电流互感器与断路器之间的故障。(7)过负荷保护400千伏安及以上变压器，当台数并列运行或单独运行并作为其他复合的备用电源时，应根据可能过负荷的情况下装设过负荷保护。过负荷保护应接于一相电流上，带时限作用于信号。在经常无值班人员的变电所，必要时，过负荷保护可动作于跳闸或断开部分负荷。(8) 零序保护中性点直接接地电力网中，如变压器中性点可能接地运行时，对外部接地引起的过电流，应装设零序保护。(9) 温度保护 当变压器的冷却系统发生故障或发生外部短路和过负荷时，变压器的油温将升高。变压器油的温度越高，油的劣化速度越快，实用年限减少。当油温达115-120时，油开始劣化，而到140-150时劣化更明显，以致不能使用。油温高将促使变压器绕组绝缘加速老化影响寿命。因此变压器运行规程（DLT572-1995）规定：上层油温要进行监视。凡是容量在1000kVA及以上的油浸式变压器均要装设温度保护，监视上层油温的情况；对于车间内变电所，凡是容量在315kVA及以上的变压器，通常都要装设温度保护；对于少数用户变电所，凡是容量在800kVA左右的变压器，都应装设温度保护，但温度保护只动作于信号。1.1.3 变压器后备保护设计原则（1）变压器后备保护应作为相邻元件及变压器本身主保护的后备，但满足远后备而使接线大为复杂时，允许缩短对临线路的后备保护范围；（2）变压器后备保护对各侧母线上的三相短路应具有必要的灵敏系数；（3）变压器后备保护应尽可能独立，而不由发电机的后备保护代替；（4）变压器后备保护应能保护电流互感器与断路器之间的故障。1.1.4 外部相间短路保护安装位置（1）双绕组变压器，应装于主电源侧；（2）三绕组变压器及自耦变压器，一般装设于主电源侧及另一侧，主电源侧的保护应带两段时限，以较小的时限断开未装保护侧的断路器。当上述方式不符合灵敏度时则可在所有各侧均装设保护装置。各侧保护装置应根据选择性的要求装设方向元件；（3）供电分开运行母线段的降压变压器，除在电源侧装设保护外，还应在每个供电支路装设保护装置。（4）双绕组及三绕组变压器的保护装置应接于中性点引出线上的电流互感器。1.1.5 其他原则变压器高压侧未装设断路器的线路变压器组，为了使变压器的差动或瓦斯保护能切除变压器内部故障，可采用下列措施：（1）在变压器高压侧未装设带副管及操动机构的高压熔断器；（2）利用远方跳闸装置断开线路对侧断路器，或采用包括整个线路变压器的共用纵联差动保护；（3）在变压器高压侧装设接地开关或短路开关，即在中性点直接接地电网中，可装设单相接地开关，在中性点非直接接地电力网中，可装设两相短路开关。2 变压器继电保护装置选型及其工作原理分析2.1 变压器的纵联差动保护变压器差动保护能正确区分被保护元件的保护区内、外故障，并能瞬时切除保护区内的短路故障。变压器的纵联差动保护用来反应变压器绕组、套管及引出线上的各种短路故障，是变压器的主保护。应用输电线路纵联差动保护原理，可以实现变压器的纵联差动保护，对于变压器纵联差动保护，比较两侧有关电气量更容易实现，所以变压器的纵联差动保护得到了广泛的应用。2.1.1 变压器纵联差动保护的原理变压器纵联差动保护通常采用环流法接线，如上图所示，为双绕组变压器纵联差动保护的单相原理接线图。它是将被保护元件两侧的电流互感器一次侧，靠近被保护元件端连在一起。然后，将差动继电器并联到两电流互感器上。双绕组变压器实现纵联差动保护的原理接线图：图3.1 纵联差动保护的原理接线图但是要实现变压器的纵联差动保护，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。此时变压器两侧电流互感器的二次侧电流。正常运行和外部短路时，流过差动继电器的电流为：差动继电器KD不动作。当变压器内部发生相间短路时，在差动回路中由于改变了方向或等于零（无电源侧），这时流过差动继电器的电流为，该电流为流过短路点的短路电流，使差动继电器KD可靠动作，并动作于变压器两侧断路器跳闸。由此可知，变压器纵联差动保护的保护范围是构成变压器差动保护的两侧电流互感器之间的范围。在保护范围之外发生故障时，保护不动作，一侧不需要与保护区外相邻元件的保护在整定和整定时限上相互配合，所以在区内故障时，可瞬时动作。2.2 变压器的纵联差动保护装置选型 按环流法接线变压器纵差是利用比较变压器的高压侧和低压侧的电流和幅值和相位的原理构成的。它主要是由接于差动回路的三个差动继电器组成。为了扩大纵差保护范围,电流互感器应尽量靠近断路器。本设计的变压器容量为90MVA，选择适合的变压器纵联差动保护装置型号为CSC300的数字式发电机变压器组保护装置。2.2.1 变压器纵联差动保护的原理CSC300数字式发电机变压器组保护装置是基于DSP和MCU合一的32位单片机，一体化设计思想，适合于各种容量等级、各种类型的发电机变压器（包括发电机变压器组、发电机、调相机、主变压器、厂用变压器、启动/备用变压器、励磁变等）的数字式继电保护装置。其中，CSC306为发电机和励磁保护装置，CSC316M为主变压器保护装置，CSC316A为高压厂用变压器保护装置，CSC316B为启动/备用变压器变压器保护装置，CSC300为发电机变压器组保护装置，该装置最大包含一套完整的发电机、励磁机/励磁变、主变、两台高厂变的电气量保护。2.2.2 变压器差动保护变压器差动保护提供有差动电流速断保护、比率差动保护、高值比率差动保护、励磁涌流鉴别、过激磁鉴别、TA二次回路断线/异常检测、TA饱和检测等功能。装置提供二次谐波制动和模糊识别原理的涌流闭锁方案可选。TA断线后可发出告警信号，TA断线后是否闭锁差动保护可由用户通过整定定值单中功能位实现。(1)比率差动原理差动保护最大反应五侧的电流采用比率制动特性。比率制动差动特性如图3.2所示图3.2比率制动的差动保护特性(2)励磁涌流闭锁原理(3)变压器各侧电流相位差与平衡补偿(4)变压器过激磁闭锁差动保护(5)异常检测和一些判别(6)整定内容和取值建议3短路计算系统接线图3.1 参数计算取S=100MVA U=Uav X=0.4根据电力系统短路电流计算条件：220KV侧 取;60KV 侧 取（1） 发电机参数(2) 1# 2#变压器参数：型号：SFPS90000/220S=90MVA U%=16% 1# 2#升压变压器参数：型号：SFPS120000/220S=120MVA U%=13% (3) 线路参数部分：(4) 系统参数部分：3.2 短路计算为了校验差动保护是否合格，需要计算出流过变压器的两相短路电流（最小运行状态下的，即只有一台发电机、一台升压变压器、1T和系统的一半功率投入运行状态。），短路点在1T和5M之间。左侧为发电机到短路点的转移电抗，右侧为系统到短路点的转移电抗。转移电抗转换为计算电抗：根据计算电抗查取短路电流周期分量曲线表得： 发电机： KA KA KA 系统： KA KA KA三相短路电流：KAKA两相短路电流： KA4变压器差动保护整定计算4.1 整定计算4.1.1 选择电流互感器变比根据CSC300数字式发电机变压器组保护装置的使用说明书选择的电流互感器变比。4.1.2 计算最小动作电流4.1.3 选取折点制动电流4.1.4确定制动系数式中 同型系数，取1；非周期分量系数，取1.52；带负荷调压变压器调压引起的相对误差，取调压范围的一半；变比误差、取实际计算值；可靠系数，取1.3。4.1.5校验灵敏度式中 变压器内部最小两相短路电流；当有制动电流时的动作电流。灵敏度校验合格，选择的纵联差动保护装置合格。5结论变压器保护是一门综合性的科学，它既古老又年轻，它有着己近百年的历史同时又像一些新兴科学一样处于不断发展中。而变压器保护的发展经历了机电式、晶体管式、集成电路式保护以及目前的微机保护四个阶段。回顾保护技术的发展史可以清楚地看出相邻科学技术的重大进展都将引起保护技术的巨大变革，当前我们正面临继电保护技术由模拟式向数字式发展的新时期，微机保护的实现为继电保护装置智能化展现了广阔的前景。本次设计的题目是220KV变电站变压器差动保护设计，在变电所当中最重要的就是关于继电保护的设计，所以我在设计当中对遇到的问题和故障进行仔细的分析、研究并设计了保护方案。保证供电可靠性、安全性使变电所能够正常的运行从而保障电力系统运行安全和人员设备安全。在确定变压器的继电保护方案时，首先我考虑的是瓦斯保护，然后是纵联差动保护、过负荷、过电流等。为了满足电力系统继电保护的可靠性、经济性、速动性、灵敏性、选择性的要求。通过这次课程设计，让我对以前所学知识有了新的理解和认识，也让我对继电保护这门学科有了了解，能完成这次设计是和张瑛老师的帮助和仔细讲解分不开的。6参考文献1变电站电气设备接线设计（第二册）宋继成 中国电力出版社2电力系统继电保护 谷水清 中国电力出版社3电网继电保护装置运行整定规程4电力工程设计手册（一） 西北电力设计院 中国电力出版社5电力工程设计手册（二） 西北电力设计院 中国电力出版社6.继电保护和安全自动装置技术规程 GB/T 1428520067变电所继电保护及自动装置 河南电力工业局 中国电力出版社8电力系统分析 何仰赞 中国电力出版社9CSC300数字式发电机变压器组保护 四方集团 15