继保课程设计 2

课程设计（实训）报告

题 目 专 业 班 级 学 号 姓 名 指导教师

110kV三卷变压器继电保护设计

电气工程及其自动化

电气工程学院

二〇一二年 十一月 至 二〇一二 年 十二 月

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目录

第一章：概述 ................................................................................................................................... 3

1.1继电保护的概述 ................................................................................................................ 3 1.2 继电保护的要求 ............................................................................................................... 3 1.3 继电保护装置的组成 ..................................................................................................... 3 第二章：短路计算 ........................................................................................................................... 4

2.1等效网络图 ........................................................................................................................ 4 2.2 短路电流计算 .................................................................................................................. 6 第三章：保护整定设计 ................................................................................................................... 7

3.1主保护 ................................................................................................................................ 7

3.1.1——变压器瓦斯保护 .............................................. 7 3.1.2——纵联差动保护 ................................................ 8 3.3 复合电压启动的过电流保护 ........................................... 11

3.3.1 110kv侧的低压启动过电流保护 .................................. 12 3.4 变压器中性点直接接地零序电流保护 ................................... 13 3.5设备选型 ............................................................ 14 附录一： 变压器瓦斯保护接线图 ............................................................................................... 15 附录二：三绕组变压器差动保护单相原理图 ............................................................................. 15 附录三：复合电压启动的过电流保护原理图 ............................................................................. 16

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第一章：概述

1.1继电保护的概述

当电力系统发生故障或异常工况时，保护装置在最短时间和最小区域内，自动将故障设备从系统中切除，或发出信号，避免故障区域扩大，最快地恢复供电。

1.2 继电保护的要求

（1）选择性

选择性就是指当电力系统中的设备或线路发生短路时，其继电保护仅将故障的设备或线路从电力系统中切除，当故障设备或线路的保护或断路器拒动时，应由相邻设备或线路的保护将故障切除。

（2）速动性

速动性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。

（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短路故障或不正常运行情况时，保护装置的反应能力。保护装置的灵敏性是用灵敏系数来衡量。

能满足灵敏性要求的继电保护，在规定的范围内故障时，不论短路点的位置和短路的类型如何，以及短路点是否有过渡电阻，都能正确反应动作，即要求不但在系统最大运行方式下三相短路时能可靠动作，而且在系统最小运行方式下经过较大的过渡电阻两相或单相短路故障时也能可靠动作。

（4）可靠性

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。 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。

1.3 继电保护装置的组成

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一般情况而言，整套继电保护装置由测量元件、逻辑环节和执行输出三部分组成 。

（1）测量比较部分：测量比较部分是测量通过被保护的电气元件的物理参量，并与给定的值进行比较，根据比较的结果，给出“是”“非”性质的一组逻辑信号，从而判断保护装置是否应该启动。

（2）逻辑部分：逻辑部分使保护装置按一定的逻辑关系判定故障的类型和范围，最后确定是应该使断路器跳闸、发出信号或是否动作及是否延时等，并将对应的指令传给执行输出部分。

（3）执行输出部分：执行输出部分根据逻辑传过来的指令，最后完成保护装置所承担的任务。如在故障时动作于跳闸，不正常运行时发出信号，而在正常运行时不动作等。

第二章：短路计算

2.1等效网络图

某变电所的电气主接线如图2.1所示。

其参数均为:S=31.5MVA，电压：110±4*2.5%/38.5±2*2.5%/11kV，接线：YNY0d11

短路电压Uk1-2%=10.5%，Uk1-3%=17%，Uk2-3%=6%

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图2.1

根据电气主接线画出等效正序如图2.2所示。

图2.2 短路等值电路图

计算各元件电抗参数，取基准容量SB100MVA，基准电压为UBUav。

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（1）变压器标幺值计算

11Uk10010.517610.75，Uk20010.51760.25

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1Uk30010.51766.252

高中低压侧阻抗标幺值分别为：

XTGUk100SB10.751000.3413 100SN10031.5Uk200SB0.251000.007937 100SN10031.5Uk300SB6.251000.1984 100SN10031.5XTZXTD（线路的基准电抗标幺值

Xl1Xl2X2l2SB1000.4155.442 22Uav10.5SB1000.4151.023 22Uav37Xl3Xl4X1l3 2.2 短路电流计算

由主接线分析可知，变压器的主保护为一台变压器单独运行为保护的计算方式，保护时，变压器后备保护作保护线路的远后备保护时，要校验k3、k4两点的灵敏系数，因此，除需要计算k1、k2两点最大、最小运行方式短路电流外，还需计算k3、k4两点的最小短路电流。

（1）k3点短路电流计算

)Ik(33.maxSB3UavX(k3).minSB3UavX(k3)max100000310.58465A

0.110.34130.1984100000310.57435A

0.200.34130.1984)Ik(33min 6

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)Ik(23.min33Ik3.min0.86674356439A 2（2）求k1点短路电流

3)Ik(1.maxSB3UavX(k1).minSB3UavX(k1)max1000003373599A

0.110.34130.1984100000310.52533A

0.200.34130.00793)Ik(1min2)Ik(1min33Ik1min0.86674356439A 2（3）求k2点短路电流

)Ik(22min3SB23Uav868A

X(k2)max（4）求k4点短路电流

)Ik(24min3SB23Uav596AX(k4)max

（5）求K5点短路电流

)Ik(25min3SB23Uav783AX(k5)max

第三章：保护整定设计

3.1主保护

3.1.1——变压器瓦斯保护

变压器瓦斯保护的主要元件就是瓦斯继电器，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

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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。

图3.1.1 变压器瓦斯保护接线图

采用QJ—80型开口杯挡板式气体继电器，轻瓦斯按气体容量整定 Vset250cm3 重瓦斯按汽油流的流速整定：

Vset1.1ms（对导油管直径80mm）

3.1.2——纵联差动保护

三绕组变压器差动保护的动作原理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和第三侧电流相比较，就构成三绕组变压器的纵差动保护。

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图3.2.1 三绕组变压器差动保护单相原理图

（1）计算变压器差动臂中电流，由表3.1计算可知，110kV侧差动臂中的电流最大，故110kV侧为计算的基本侧。

表3.1 计 算 结 果

名称 额定电压（kV） 变压器的额定电流(A) TA接线方式 选择TA的标准变比 110 315003110165 变压器各侧数据 38.5 31500338.5473 11 315003111650 d11 3165300=55d11 34731000=55y0y0 20005 =400 16504.12 40060 差动臂中的电流（A） 31654.75 60200 34734.12 200（2）确定制动绕组的接线方式，制动绕组接入38.5kV侧，因为，该侧的外部发生故障时，穿越变压器的短路电流很大。

（3）计算差动保护的一侧动作电流。

1）按躲过110kV外部故障的最大不平衡电流整定，即

3'IopKrelKstKerrUmIkl10.10.10.057850.325785255A .max1.3 9

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Ikl.max3'3'Ikl85978597.max785A Kav11510.510.952）按躲过变压器励磁涌流计算，即

IopKrelITN.H1.5165248A

3）按躲过电流互感器二次回路断线，即

IopKrelITN.H1.3165214.5A

4）取上述各条件中最大的作为基本侧一次动作电流即Iop255A,差动继电器基本侧动作电流为

Iop.rKconIopKTA.H32557.36A 60确定差动绕组匝数：WopAN6048.15匝 Iop.r7.36607.5A，保护装置8取整定匝数Wop.set8匝，则继电器动作电流为Iop.r实际动作电流为：Iop7.5360259.8A。

5）其他各侧工作绕组和平衡绕组的匝数。 38.5kV侧的平衡绕组为

IN2110In238.54.754.12Wop.set Wb38.581.22匝 IN238.54.1211kV侧的平衡绕组为 Wb11IN2110In2114.754.1Wop.set81.27匝 I4.1N211取平衡绕组整定匝数：Wb38.5setWb11set1匝 取工作绕组匝数:Ww38.5setWw11set819匝 6）整定匝数与计算匝数不等引起的相对误差为 m11Wb11Wb11.setWb11Wop.set1.2210.0240.05

1.228 10

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m38.5Wb38.5Wb38.5.setWb38.5Wop.set1.2710.0290.05

1.2787）制动系数和制动绕组匝数计算。由于系单侧电源，故制动系数计算为 KresKrelKstKerrU110U38.5m38.5 =1.3(10.10.10.050.029)0.363 制动绕组的计算匝数:WresKres 取整定匝数：Wres.set4匝 8）校验灵敏系数

k1点最小短路电流折算到110kV基本侧为

Ik1.min22Ik16439.min588A KTV10.952'3Ik1.minKTA.HWw0.36393.63匝 tg0.9对11kV侧工作安匝 AWW113588135.2匝 60 AWW38.533004010.38匝 200由继电器特性曲线查得AW11135.2匝，AWres10.38安匝时，动作安匝整定为AWop66安匝，则灵敏性Ks.min135.22.052满足要求。 66

3.3 复合电压启动的过电流保护

当保护区内发生不对称故障，系统出现负序电压，负序过滤器13有电压输出使继电器7常闭触点打开，欠压继电器8失压，常闭触点闭合，接通中间继电器9，若电流继电器4、5、6任何一个动作，则启动时间继电器10，经过整定时限后，跳开两侧断路器。在对称短路情况下，电压继电器7不启动，但欠压继电器8因电压降低，常闭触点接通，保护启动。

负序电压整定值，可取额定电压的6%；电流整定值，可取大于变压器额定电流，但不必大于最大电流。

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图4.3 复合电压启动的过电流保护原理图

3.3.1 110kv侧的低压启动过电流保护 （1） 电流元件的动作电流 IKrelsetKI1.3TN85165252.35A re0. I252.35op.r604.2A （2）按躲过电动机自启动的电压整定

当低压继电器由变压器低压侧互感器供电时，计算式为

Uset0.50.6UN20.50.6110KV55KV66kV，取60KV当低压继电器由变压器高压侧互感器供电时，计算式为

Uset0.7UN277KV

（3）按躲过正常运行时可能出现的最低工作电压整定

低电压继电器的动作电压按（2）（3）条件整定，并取最小值。 （4）负序电压元件的动作电压

U2.op0.061.2UN2612KV，取10KV （5）校验灵敏系数

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Ks.min2Ik1588.min2.331.5 Iop252.35作11kV线路后备保护Ks.minIk25964.min2.31.3 满足要求。

Iop252.35电压元件装设在11kV侧，故仅需校验作为线路的后备保护即可

Ks.min70110000100770001.641.3，满足要求。

150.47831101146980需要说明，若

Iop110kV侧仅采用单独过电流保护，则

1.32588则灵敏系数Ks.min不满足要求，165504.7A，1.171.3，

0.85504.7这正说明采用复合电压启动过流保护可提高保护的灵敏性。 3.3.2 38.5kv侧低压启动过电流保护

功率方向元件的动作方向，为自变压器指向35kV母线方向，方向元件的动作电流为

Iop.rKrelKSS1.31.3ITN4734.7A

KreKTA0.85200Ik2253325332.min2.691.5

Iop4.7200940Ik28683.min1.3 不合要求。

Iop940 Ks.min作线路l3后备保护灵敏系数Ks.min3.4 变压器中性点直接接地零序电流保护

中性点直接接地零序电流保护：中性点直接接地零序电流保护一般分为两段，第一段由电流继电器1、时间继电器2、信号继电器3及压板4组成，其定值与出线的接地保护第一段相配合，0.5s切母联断路器。第二段由电流继电器5、时间继电器6、信号继电器7和8压板9和10等元件组成，。定值与出线接地保护的最后一段相配合，以短延时切除母联断路器及主变压器高压侧断路器，长延时切除主变压器三侧断路器。

中性点间隙接地保护：当变电站的母线或线路发生接地短路，若故障元件的保护拒动，则中性点接地变压器的零序电流保护动作将母联断路器断开，此时中性点的电位将升至相电压，分级绝缘变压器的绝缘会遭到破坏，中性点间隙接地

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保护的任务就是在中性点电压升高至危及中性点绝缘之前，可靠地将变压器切除，以保证变压器的绝缘不受破坏。间隙接地保护包括零序电流保护和零序过电压保护，两种保护互为备用。

大电流接地系统普遍采用分级绝缘的变压器，当变电站有两台及以上的分级绝缘的变压器并列运行时，通常只考虑一部分变压器中性点接地，而另一部分变压器的中性点则经间隙接地运行，以防止故障过程中所产生的过电压破坏变压器的绝缘。为保证接地点数目的稳定，当接地变压器退出运行时，应将经间隙接地的变压器转为接地运行。由此可见并列运行的分级绝缘的变压器同时存在接地和经间隙接地两种运行方式。为此应配置中性点直接接地零序电流保护和中性点间隙接地保护。

由主接线图可知，该变电所为终端变电所，接地保护不需要与下级配合，故零序过电流保护的动作值按躲开最大不平衡电流，即

Iop.rKrelKstKerrIk3359935992.max1.50.50.10.754.4984.5A KTA.H6060电压元件的动作电压为

Uop.r0.050.013UON20V KTV338.5103320.53180.539714.8

270 Ks.min3Eph2Z1Z04.56066.68103270280027010.41.5 23.732Ud38.5214.82 XdSd100动作时限整定：①以0.5s跳中性点不接地运行的变压器；②以1s跳中性点接地运行的变压器。

3.5设备选型

根据以上整定计算结果，查询设计手册选得设备表格3.5.1所示。

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表3.5.1设备型号表

序号 1 2 3 4 5

附录一： 变压器瓦斯保护接线图

保护名称 纵差保护 110kV侧复合电压启动的过流保护 35kV侧方向过流保护 110kV侧零序过电流保护 瓦斯保护 选择继电器型号 BCH—1 DY—4，DL—11，DY—25 LG—11，DL—11 DL—13 QJ—80

附录二：三绕组变压器差动保护单相原理图

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附录三：复合电压启动的过电流保护原理图

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