变压器保护及其整定计算（已处理）

变压器保护及其整定计算（已处理） 变压器保护及其整定计算 摘 要 变压器是一种常见静止的电气设备,是电力部门中最关键的一次设备。变 压器的保护是变压器发生非正常运行状态和不正常运行状态时采取的保护措施, 是变压器安全运行的有力保证;变压器的整定计算是为满足电力系统选择性,速 动性,灵敏性,可靠性基本要求,对电网参数,短路点的计算及灵敏度的校验,是电 力系统正常运行的前提条件。 关键词:变压器 保护 整定计算 Take to Summary of transformer is a common static electrical equipment, in the electric power sector is one of the most critical devicesTransformer protection is non-healthy state and not the normal operation of transformer protection measures taken by the State, is a guarantee of safe operation of transformer; setting calculation of transformers is to meet power system choice of liquid, sensitivity, and reliability requirements, network parameters, sensitivity of short circuit calculation and verification, Is the precondition for the normal operation of the power system. Keywords: transformer protectionsetting calculation 目录 1.绪论 1、1本人叙述 1、2 电力变压器的概述 1、2、1 变压器的工作原理 1、2、2电力变压器的额定容量和过负荷能力 2.变压器保护的配置 2、1电力变压器保护概述 2、1、1继电保护的发展史 2、1、2电力变压器保护的目的 2、1、3电力变压器保护的基本要求 2、2电力变压器的保护装置的配置原 2、3电力主变压器选择 2、4故障分析及应对措施 2、4、1故障分析 2、4、2应对措施 2、4、3注意事项 2、5电力变压器的保护措施 3.参数及其短路计算 3、1短路的形式、原因及后果 3、2电网情况及参数计算 3、3短路计算 4.电力变压器保护的整定计算 4、1继电保护整定计算 4、1、1继电保护整定计算的目的 4、1、2继电保护整定计算的基本任务 4、1、3整定计算运行方式的选择原则 4、2压器保护的整定计算方法 4、3电力变压器保护装置的选择及整定计算 4、3、1电力变压器纵联差动保护 4、3、2电力变压器瓦斯保护 4、3、3电力变压器电流速断保护 4、3、4电力变压器后备保护 5.变压器保护在应用中的问题分析 5、1电力变压器励磁涌流 5、2电力变压器TA二次回路异常对差动保护的影响 结束语 致谢 参考文献 1.绪 论 1、1本人叙述 本设计为SL7-800kVA/35kV电力变压器保护设计及整定计算,毕业设计 这是在全部的理论课程及完成各项实习的基础上进行的一项综合性训练环节,设 计的目的有是: (1)巩固和扩大所学的专业理论知识,在毕业设计中得到灵活的应用; (2)学习和掌握变压器的保护设计的基本方法,树立正确的设计思想; (3)培养分析和解决问题的工作能力及解决实际工程设计的基本技能; (4)学习查阅有关设计手册.及其他参考资料的技能。 以下是所选变压器的相关数据: 型号:SL7-800kVA/35kV接线方式:Yyn0 阻抗电压:Uk%6.5% 空载损耗:1540W负载损耗:11000W 1、2 电力变压器的概述 变压器是一种常见静止的电气设备,是变电所中最关键的一次设备,其主要的功能是将电力系统中的电能电压升高或降低,以利于电能的合理输送、分布和使用。利用电磁感应原理,将一种交流电压的电能转换为同频率的另一种交流电压的电能,也可以改变交流电的数值及变换阻抗或改变相位。 1 电力变压器的意义: 发电厂欲将P3UIcosφ的电功率输送到用电的区域,在P、cosφ为一定值时,若采用的电压愈高,则输电线路中的电流愈小,因而可以减少输电线路上的损耗,节约导电材料。 所以远距离输电采用高电压是最为经济的。 目前,我国交流输电的电压目前最高已达750Kv。这样高的电压,无论从发电机的安全运行方面或是从制造成本方面考虑,都不允许由发电机直接生产。 发电机的输出电压一般有3.15kV、6.3kV、10.5 kV、 15.75 kV等几种,因此必须用升压变压器将电压升高才能远距离输送。 电能输送到用电区域后,为了适应用电设备的电压要求,还需通过各级变电站(所)利用变压器将电压降低为各类电器所需要的电压值。 在用电方面,多数用电器所需电压是380V、220V或36 V,少数电机也采用3kV、6kV等。 (2)电力变压器的基本结构 1.铁心 变压器绕组由套在一个闭合铁心上的两个或多个线圈(绕组)构成,铁心和线圈是变压器的基本组成部分。铁心构成了电磁感应所需的磁路。为了减少磁通变化时所引起的涡流损失,变压器的铁心要用厚度为0.35~0.5mm的硅钢片叠成。片间用绝缘漆隔开。铁心分为心式和客式两种。 2.线圈 变压器和电源相连的线圈称为原绕组,其匝数为N 1 ,和负载相连的线圈称为副绕组,其匝数为N 2 。绕组与绕组及绕组与铁心之间都是互相绝缘的。 3.油箱 除干式变压器以外,电力变压器的器身都放在油箱中,箱内充满变压器油,其目的是提高绝缘强度(变压器油绝缘性能比空气好),加强散热。 4.套管 变压器的引线从邮箱内穿过油箱盖时,必须经过绝缘套管,使高压引线和接地的油箱绝缘。绝缘套管多为瓷质的,为增强爬电距离,套管外形做成多级伞形,10kv?35kv套管采用充油结构。 (3)电力变压器的分类: 1.电力变压器按功能分,有升压变压器和降压变压器两大类。工厂变电所都采用降压变压器。终端变电所的降压变压器,也称为配电变压器。 2.电力变压器按相数分,有单相和三相两大类。工厂变电所通常采用三相电力变压器。 3.电力变压器按调压方式分,有无载调压(又称无激磁调压)和有载调压两大类。工厂变电所大多采用无载调压变压器。 4.电力变压器按绕组导体材质分,有铜绕组变压器和铝绕组变压器两大类。工厂变电所过去大多采用铝绕组变压器逐步减少,但低损耗的铜绕组的变压器现在得到了越来越广泛的应用。 5.电力变压器按绕组型式分,有双绕组变压器,三绕组变压器和自耦变压器。工厂变电所大多采用双绕组变压器。 6.电力变压器按绕组绝缘及冷却方式分,有油浸式和充气式干式等变压器。其中油浸式变压器,又有油浸自冷式,油浸风冷式,油浸水冷式和强迫油循环冷却式等。工厂变电所大多采用油浸自冷式变压器。 7.电力变压器按用途分,有普通电力变压器,全封闭变压器和防雷变压器等。工厂变电所大多采用普通电力变压器。 (4)电力变压器的主要功能 1.升压功能:升压变压器,将低压变成高压,实现远距离输送.一般用于发电厂。 2.降压功能:降压变压器,将高压变成低压,以适应各种用电设备的需要,用于各种客户。 3.特种功能;特种变压器,如电炉变压器, 电焊变压器,整流变压器等;用于特殊用途。 4.测量功能:仪用变压器,用在测量设备。 1、2、1 变压器的工作原理 单相变压器的工作原理(见图 1-1) 图1-1单相变压器原理图 在原、副线圈上由于有交变电流而发生的互相感应现象,叫做互感现象,互感现象是变压器工作的基础。变压器是利用电磁感应原理,从一个电路向另一个电路传递电能或传输信号的一种电器,是电能传递或作为信号传输的重要元件。变压器是一种静止电机,根据电磁感应的原理,能够将一种电压的电能转换为另一种电压的电能,以满足不同负荷的需要。变压器的主要部件是一个线圈和套在铁心上的两个绕组。其中,与电源相连的线圈,接收交流电能,称为一次绕组;与负载相连的线圈,送出交流电能,称为二次绕组。一次绕组和二次绕组是分别独立的。 当一次绕组接至交流电源后,变化着的交流电便在铁心中产生作相应变化的交变磁通(称主磁通 Φ),通过铁心中的主磁通这个桥梁,传递到二次绕组,使灯泡点亮。由于该磁通通过原、副绕组,因此,每匝线圈中产生的感应电动势大小相等、方向相同。如果原绕组有N1匝,副绕组有 N2 匝,交流磁通的最大值为 Φm,根据电磁感应定律,则原、副绕组的感应电动势为: (1-1) 于是:E1/ E2 N1/ N2如果略去内阻压降,则可认为端电压就等于感应电动势,即:U1?E1,U2?E2,所以: (1-2) 原、副绕组的电压之比等于原、副绕组的匝数比。原绕组的输入电压与副绕组的输出电压之比叫做变压器的变化,用 K 表示,即: (1-3) 可见,只要适当选择原、副绕组的匝数,利用变压器就能把交流电从一种电压变换成同频率的另一种电压。 三相变压器的工作原理同单相变压器是一样的,所谓三相变压器实际上就是三个同容量的单相变压器的组合。在同一个铁心的三个铁心柱上,分别套上三个的一、二次绕组来进行三相变压,一次绕组的三个相与电源的三个相连接,二次绕组的连接构成三相供电回路,与负荷连接。 1、2、2电力变压器的额定容量和过负荷能力 (1)电力变压器的额定电压和额定容量: a.额定电压Un:变压器的一个作用就是改变电压,因此额定电压是重要数据之一。 额定电压是指在多相变压器的线路端子间或单相变压器的端子间指定施加的电压,或当空载时产生的电压,即在空载时当某一绕组施加额定电压时,则变压器所有其它绕组同时都产生电压。变压器的额定电压应与此连接的输变线路电压相符合。我国输变电线路电压等级(kV)为0.38 、3、6、10、15(20)、35、63、 110、220、330、500、750 输变电线路电压等级就是线路中断的电压值。 变压器产品系列是以高压的电压等级而分的,现在电力变压器的系列分为10kV及以下系列,35kV系列,63kV系列,110kV系列和220kV系列等。额定电压是指线电压,且均以有效值表示。 b.额定容量(Sn):变压器的主要作用是传输电能,因此,额定容量是它的主要参数。 额定容量是一个表现变压器视在功率的惯用值,它是表征传输电能的大小,以kVA或MVA表示,当对变压器施加额定电压时,根据它来确定在规定条件下不超过温升限值的额定电流。变压器的容量大小与电压等级也是密切相关的。电压低,容量大时电流大, 损耗增大;电压高,容量小时绝缘比例过大,变压器尺寸相对增大,因此,电压低的容量必小。电压高的容量必大。 温升和冷却方式:温升,变压器温升,对于空气冷却变压器是指测量部分的温度与冷却空气温度之差;对于水冷却变压器是指测量部分的温度与冷却器入口处的水温之差.油浸式变压器线圈和顶层油温升限值是这样得来的, (2)电力变压器的正常过负荷 负荷的基本概念 在电力系统中,电气设备所需用的电功率称为负荷或电力。由于电功率分为视在功率、有功功率和无功功率, 一般用电流表示的负荷,实际上是对应视在功率而言。目前供电部门所分配的负荷指标,主要是指小时平均的有功负荷指标, 而不是视在功率和无功功率。电量是指用电设备所需用电能的数量, 电量的单位是千瓦?时kW?h。电量也分为有功电量和无功电量。 电力负荷在某个时间间隔内必然出现一个最大值,称为最高负荷。在某一段时间范围内电力负荷的平均值, 称为平均负荷。平均有功负荷与最高负荷的比率,称为负荷率。 2.变压器保护的配置方案 2、1电力变压器保护概述 2、1、1继电保护的发展史 自1901年第一代机电型感应式过流继电器在电力系统应用以来,继电保护已经经历了一个多世纪的发展。经历了机电式、整流式、晶体管式、集成电路式、微处理机式等不同的发展阶段。 机电整流年代 在最初的二十多年里,通过测量故障发生后的稳态工频量来检测故障的各种新的继电保护原理相继出现: 1908年差动保护; 1910年电流方向保护; 1923年距离保护; 1927年高频保护。 尽管以后的研究工作不断发展和完善了电力系统的保护,但是这些保护的基本原理并没有变,至今仍然在电力系统继电保护领域中起主导作用。 晶体管集成电路年代 晶体管继电保护从50年代末开始研究。 60年代中到80年代中是晶体管继电保护蓬勃发展和广泛采用的时代。在此期间,从70年代中,基于集成运算放大器的集成电路保护已开始研究。到80年代末集成电路保护已形成完整系列,逐渐取代晶体管保护。 微处理机年代 1965年,英国剑桥大学的P.G.Mclaran及其同事就提出用计算机构成电 力系统继电保护的设想。 国内微机保护的研究开始于70年代末期,起步较晚,但发展很快, 经过了四个标志性阶段的发展。 第一阶段是以单CPU的8位微处理器构成的微机保护装置。其代表产品为WXB?01微机高压线路保护装置。 第二个阶段是以多个8位单片机组成的多微机系统。其代表产品为WXB?11系列微机保护装置。 第三个阶段是以16位单片机构成的多微机系统。其代表产品为CSL系列微机保护装置和LFP?900系列微机保护装置。 第四个阶段是32位计算机组成分层分布式网络系统。其代表产品为ps6000系列综合自动化系统。 目前,高压线路、低压网络、各种主电气设备都有相应的微机保护装置在系统中运行,特别是线路保护已形成系列产品,并得到广泛应用。 经过长期的研究和实践,现在人们已普遍认可了微机保护在电网中无可替代的优势。至 2006 年底,220kV 及以上系统继电保护装置的微机化率为 91.41%。目前,国内继电保护的发展不管在软硬件技术还是在保护原理方面,都已达到甚至超过国外同行业的水平。 2、1、2电力变压器保护的目的 1当被保护的电力系统元件发生故障时,使故障元件自动、有选择性、快速地从电力系统中切除,使故障元件损坏程度尽可能降低,并保证非故障部分迅速恢复正常运行 。 2反应电气设备的不正常工作情况,并根据运行维护的具体 条件和设备的承受能力,发出信号、减负荷或延时跳闸。 继电保护的基本原理和构成方式: 继电保护主要利用电力系统中元件发生短路或异常情况时的电气量电流、电压、功率、频率等的变化,构成继电保护动作的原理,也有其他的物理量,如变压器油箱内故障时伴随产生的大量瓦斯和油流速度的增大或油压强度的增高。大多数情况下,不管反应哪种物理量,继电保护装置都包括测量部分和定值调整部分、逻辑部分、执行部分。 2、1、3电力变压器保护设计的基本要求 继电保护装置应满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求 1可靠性是指保护该动体时应可靠动作。不该动作时应可靠不动作。可靠性是对继电保护装置性能的最根本的要求。 2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,使停电范围尽量减小,以保证系统中非故障部分继续安全运行。 3灵敏性是保护装置对其保护范围内的故障或不正常运行状态的反映能力。保护装置应具有必要的灵敏系数,各类保护的最小灵敏系数在规程中有具体规定。 4速动性是指保护装置应尽快地速度断开短路故障,其目的是提高系统稳定性,减轻故障设备和线路的损坏程度,缩小故障波及范围,提高自动重合闸和备用电源或备用设备自动投入的效果等。 2、2电力变压器的保护装置的配置原则 电力变压器继电保护装置的配置原则一般为: 1 针对变压器内部的各种短路及油面下降应装设瓦斯保护, 其中轻瓦斯瞬时动作于信号, 重瓦斯瞬时动作于断开各侧断路器。 2 应装设反应变压器绕组和引出线的多相短路及绕组匝间短路的纵联差 动保护或电流速断保护作为主保护, 瞬时动作于断开各侧断路器。 3 对由外部相间短路引起的变压器过电流, 根据变压器容量和运行情况的不同以及对变压器灵敏度的要求不同, 可采用过电流保护、复合电压起动的过电流保护、负序电流和单相式低电压起动的过电流保护或阻抗保护作为后备保护, 带时限动作于跳闸。 4 对110kV及以上中性点直接接地的电力网, 应根据变压器中性点接地运行的具体情况和变压器的绝缘情况装设零序电流保护和零序电压保护, 带时限动作于跳闸。 5 为防御长时间的过负荷对设备的损坏, 应根据可能的过负荷情况装设过负荷保护, 带时限动作于信号。 6 对变压器温度升高和冷却系统的故障, 应按变压器的规定, 装设作用于信号或动作于跳闸的装置。 2、3电力主变压器选择 主变压器选择包括容量、台数和类型的选择。 主变压器容量必须满足网络中各种可能运行方式时最大负荷的需要,考虑到负荷的发展,主变压器的容量应根据电力系统5~10年的发展规划进行选择,并考虑变压器允许的正常过负荷能力。因此首先计算变电所各用户的用电总负荷,然后计算变电所设计的用电负荷,最后计算负荷增长的变电所最大负荷,据此选择变压器的容量。 主变压器台数的选择可考虑如下:电力负荷季节性很强,适宜于采用经济运行方式的变电所,可装设两台等容量或不等容量的主变压器(其中包括一台备用变压器);变电所有重要负荷,应采用两台变压器(一台为备用变压器);除上述两种情况外,一般变电所设置一台主变压器。 农村变电所一般多采用双绕组三相变压器。对于电压偏移较大的变电所 可采用有载调压变压器。容量较大的110kV及以上电压等级的变电所,为满足不同电压等级用户的要求,可采用三绕组变压器。 2、4故障分析及应对措施 变压器的继电保护是利用当变压器内外发生故障时,电流、电压、油温等随之发生变化,通过这些突然变化来发现、判断变压器故障性质和范围,继而作出相应的反应和处理。 2、4、1故障分析 1、如果发现是瓦斯报警装置动作,初步判断变压器内部故障 1 当变压器绕组匝间与层间局部短路、铁芯绝缘不良,以及变压器严重漏油,油面下降,少量瓦斯出现时报警装置均会动作;当变压器内部发生严重故障,如一次绕组故障造成相间短路,故障电流使变压器产生强烈气流和油流,造成重度瓦斯继电器动作,断路器掉闸并发出信号。 2 如当时变压器无明显异常,可收集变压器瓦斯气体,进一步分析、确定故障性质。 ? 气体若无色、无味,且不可燃,说明瓦斯继电器动作的原因是油内排出的空气引起; ? 气体是黄色的,不易燃烧,说明是变压器木质部分故障; ? 气体是淡黄色带有强烈臭味并可燃的,则为绝缘纸或纸板故障; ? 气体为灰色或黑色易燃,则为绝缘油故障。; 注意:取变压器瓦斯气体时应停电后进行。 3 经过以上两步后瓦斯保护动作仍未查明原因,为了进一步证实变压器是否为良好状态,取出变压器油样作简化试验,看有无耐压降低和油闪点下降的 现象。如仍然没有问题,应进一步检查瓦斯保护二次回路,看是否因瓦斯保护误动作, 经以证实继电保护的可靠性。 4 变压器重瓦斯动作时,断路器掉闸,如未进行故障处验理并未确实证明变压器无故障时,不可重新合闸送电。 2、若发现是差动保护动作,需对动作原因进行判断要准确判断出是变压器套管等原因造成的,还是变压器内部故障的原因造成的。 2、4、2应对措施 1 确认是速断保护动作,可暂时解除信号音响。 2 瓦斯继电器保护,先检查瓦斯继电器保护是否动作,如未动作,说明故障点在变压器外部,重点检查变压器及高压断路器向变压器供电的线路,看电缆、母线是否有相间短路故障。 3 重点检查变压器高压引线有无明显故障点和其他明显异常现象,如变压器喷油、起火、温升过高等。 2、4、3注意事项 1 继电保护装置应选用质量优良的继电器及保护元件,元件的接点尽量要少;安装质量要合格,保护盘、控制盘应牢固可靠,避免装在有振动的场所,接线端子质量要合格,接线要良好。继电器投入运行前,值班人员、运行人员应清楚地解读保护装置的工作原理等。 2 继电保护装置运行中,发现异常现象应加强监视并立即报告主管负责人;运行人员对运行中的继电保护装置的投入或退出,须经调度员或主管负责人批准,并记入值班簿。如需要变更继电保护整定值或二次回路接线时,须经过 继电保护专业人员的同意。 3 在二次回路上的一切工作,应遵守《电气安全工作规程》 的有关规定。 4 运行值班人员倒闸操作时,涉及继电保护回路时,应根据继电保护装置性能和运行规程的规定,对继电保护进行必要处理。 5 继电保护动作断路器跳闸后,应检查保护动作情况,并查明原因,在消除故障恢复送电前,不要随即将掉牌信号复归。 2、5电力变压器的保护措施 (1)电力变压器的常见故障及非正常运行状态 电力变压器的常见故障可分为变压器油箱内部故障和油箱外部故障两大类。 内部故障,内部故障指变压器邮箱里面发生的各种故障 。 主要故障类型有:各相绕组之间发生的相间短路,单相绕组部分线匝之间发生的匝间短路,单相绕组或引出线通过外壳发生的单相接地故障等。内部故障危害性很大,因为短路电流产生的高温电弧不仅会烧毁绕组绝缘和铁芯,而且会使绝缘材料和变压器油受热分解而产生大量气体,有可能使变压器外壳局部变形破裂,甚至发生油箱爆炸事故。 外部故障指引出线绝缘套管间的相间短路和单相接地故障等。 主要故障类型有:绝缘套管闪络或破碎而发生的单相接地短路,引出线之间发生的相间故障等。 (2) 变压器的不正常运行状态 ?由于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。 ?由于负荷超过额定容量引起的过负荷。 ?由于漏油等原因引起的油面降低。 ?变压器中性点电压升高或由于外加电压过高而引起的过励磁等 3 参数及其短路计算 3.1短路的形式、原因及后果 在三相系统中,可能发生三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路。 三相短路,用文字符号k(3)表示,两相短路,用k(2)表示,单相短路,用k(1)表示,两相接地短路用,k(1.1)表示。三相短路,属对称性短路;其它形式的短路,属非对称性短路。电力系统中,发生单相短路的可能行最大,而发生三相短路的可能行最小。但一般三相短路的电流最大,造成的危害最严重。为了使电力系统中的电气设备在最严重的短路状态下也能可靠地工作,因此作为选择检验电气设备用的短路计算中,以三相短路计算为主。实际上,非对称短路也可按对称分量法分解为对称的正序、负序和零序分量来研究,所以对称的三相短路分析研究非对称短路的基础。 3.2电网情况及参数计算 图3-1电网电路图 取基准容量,各元件电抗标幺值求得如下: 发电机 次暂态电抗 标幺值 (3-1) 恰普其海变电站 短路阻抗正序: 标幺值 正序: (3-2) 硅铁变 (3-3) 青年变 (3-4) 输电线 (3-5) 3.3短路计算 12号点短路计算 序网图 两相短路 12点: (3-6) 查表得: (3-7) 两相接地短路 12点:(3-8) (3-9) 查表得: (3-10) (3-11) 三相短路 12点: 查表得: (3-12) 单相短路 12点: 所以单向短路时,短路电流为0. 20号点短路计算 序网图 两相短路 20点: 查表得: (3-13) 归算之高压侧: (3-14) 三相短路 20点: 查表得: (3-15) 归算之高压侧: (3-16) 两相接地短路 20点: 查表得: (3-17) 归算之高压侧: (3-18) 单相短路 20点:(3-19) 所以单向短路时,短路电流为0A. 4、电力变压器保护的整定计算 4、1继电保护整定计算 4、1、1继电保护整定计算的目的 继电保护装置与安全自动装置(以下简称继电保护)属于二次系统,但是, 它是电力系统中的一个重要组成部分。它对电力系统安全稳定的运行起着极为重 要的作用,特别是在现代的超高压、大容量的电力系统中,对继电保护提出了更高 的要求,重点是提高其速动性。总之,电力系统一时一刻也不能离开继电保护,没 有继电保护的电力系统是不能运行的 继电保护工作类别多种多样,诸如设计、制造、调试、安装、运行等等。继电保护整定计算是继电保护工作中的一项重要工作。在电力生产运行工作和电力工程设计工作中,继电保护整定计算是一项必不可少的内容。不同的部门其整定计算的目的是不同的。 电力生产的运行部门,例如电力系统的各级调度部门,其整定计算的目的是对电力系统中已经配置安装好的各种继电保护,按照具体电力系统的参数和运行要求,通过计算分析给出所需的各项整定值,使全系统中各种继电保护有机协调的布置,正确的发挥作用。 电力工程的设计部门,其整定计算的目的是按照所设计的电力系统进行计算分析,选择和论证继电保护的配置及选型的正确性,并最后确定其技术规范等等,正确圆满的完成设计任务。 继电保护是建立在电力系统基础之上的,它的构成原则和作用必须符合电力系统的内在规律;同时,继电保护自身在电力系统中也构成一个严密配合关系的整体,从而形成了继电保护的系统性。因之,继电保护的整定计算是一种系统工程。 4、1、2继电保护整定计算的基本任务 继电保护整定计算的基本任务,就是要对各种继电保护给出整定值;而对电力系统中的全部继电保护来说,则需编制出一个整定方案。整定方案通常可按电力系统的电压等级或设备来编制,并且还可按继电保护的功能划分成小的方案分别进行。例如,一个220KV电网的继电保护整定方案,可分为相间距离保护方 案、接地零序电流保护方案、重合闸方案、高频保护方案、设备保护方案等等。这些方案之间既有相对的独立性,又有一定的配合关系。 各种继电保护适应电力系统运行变化的能力是有限的,继电保护整定方案也不是一成不变的。随着电力系统运行情况的变化(包括基本建设发展和运行方式变化),当其超出预定的适应范围时,就需要对全部或部分继电保护重新进行整定,以满足新的运行需要。 对继电保护整定方案的评价,是以整体保护效果的优劣来衡量的,而不着眼于某一套继电保护的保护效果。有时以降低某一个保护装置的保护效果来改善整体保护的保护效果,也是可取的。一个整定方案由于整定配合的方法不同,会有不同的保护效果。因此,如何获得一个最佳的整定方案,将是从事继电保护整定计算工作的工程技术人员的研究课题,这是个整定技巧问题。经过不断实践,若能比较熟练的运用各种整定原则和熟知所保护的电力系统运行特征时,就能做出比较满意的整定方案。 必须指出,任何一种保护装置的性能都是有限的,或者说任何一种保护装置对电力系统的适应能力都是有限的,当电力系统的要求超出该种拨户装置所能承担的最大变化限度时,该保护装置便不能完成保护任务。 继电保护的基本任务是: (1)当被保护的电力系统元件发生故障时,应该由该元件的继电保护装置迅速准确地给距离故障元件最近的短路器发出跳闸命令,使故障元件及时从电力系统中断开,以满足电力系统的某些特定要求(如保持电力系统的暂态稳定性等)。 (2)反应电气设备的不正常工作情况,并根据不正常情况和设备运行维护 条件的不同(例如有无经常值班人员)发出信号,以便值班人员进行处理,或由装置自动地进行调整,或将那些继续运行而会引起故障的电气设备予以切除。反应不正常情况的继电保护装置容许带一定的延时动作。 4、1、3整定计算运行方式的选择原则 继电保护整定计算用的运行方式,是在电力系统确定好运行方式的基础上,在不影响继电保护的保护效果的前提下,为提高继电保护对运行方式变化的适应能力而进一步选择的,特别是有些问题主要是由继电保护方面考虑决定的。例如,确定变压器中性点是否接地运行,当变压器绝缘性能没有特殊规定是,则应以考虑改善零序电流保护性能来决定。整定计算用的运行方式选择合理与否,不仅影响继电保护的保护效果,也会影响继电保护配置和选型的正确性。 确定运行方式变化的限度,就是确定最大和最小运行方式,它应以满足常见运行方式为基础,在不影响保护效果的前提下,适当加大变化范围。其一般原则如下: (1)必须考虑检修与故障两种状态的重迭出现,但不考虑多种重迭。 (2)不考虑极少见的特殊方式。因为出现特殊方式的机率较小,不能因此恶化了绝大部分时间的保护效果。必要时,可采取临时的特殊措施加以解决。 4、2变压器保护的整定计算方法 一、变压器的继电保护配置 1、瓦斯保护 用来反应变压器内部故障和油面降低。它反应于油箱内部故障所产生的气体或者油箱漏油而动作,其中重瓦斯保护动作跳开变压器各电源侧断路器;轻 瓦斯保护动作于信号。 2、纵差保护或电流速断保护 用来反应变压器绕组和引出线上的相间短路、中性点直接接地系统中系统侧绕组和引出线的单相接地短路以及绕组匝间短路。根据变压器容量的不同,装设纵差动保护或电流速断保护。 3、变压器相间短路的后备保护 用作变压器外部短路故障的后备保护,并作为变压器瓦斯保护和纵差动保护的后备保护。按变压器的容量和它在系统中的作用,可采用以下方式动作于跳闸的过电流保护。过电流保护,通常用于降压变压器。复合电压起动的过电流保护,通常用于升压变压器、系统联络变压器和过电流保护灵敏度不满足要求的降压变压器。负序电流保护,通常用于容量在63MVA 及以上的升压变压器。阻抗保护,当复合电压起动的过电流保护或负序电流保护不能满足灵敏度和选择性要求时,对于升压变压器和系统联络变压器,可采用阻抗保护。 4、变压器接地故障的后备保护 当变压器中性点直接接地时,装设的零序电流保护可用作变压器外部接地短路时的后备保护。保护直接动作于跳闸。 5、过负荷保护 用作反应容量在0. 4MVA 及以上变压器的对称过负荷。过负荷保护只需取用一相电流,延时作用于信号。 6、过励磁保护 反应变压器的过励磁,对于500kV 变压器,应装设过励磁保护,保护动作于信号或跳闸。 二、变压器纵联差动保护 1 、纵差保护动作特性参数的计算 与发电机的比率制动特性纵差动保护相似,需要整定计算以下三个参数: 1)差动保护的最小动作电流。最小动作电流应大于变压器额定负载时的不平衡电流,即 (4-1) 式中Krel??可靠系数, 取1. 5; In??变压器额定电流; Ker ??电流互感器的比误差; ?U ??变压器调压引起的误差,取调压范围中偏离额定值的最大值; ?m ??由于电流互感器变比未完全匹配产生的误差,初设时取0. 05。在工程实用整定计算中可选取Iset0.2-0.5In, 一般宜选用不小于0. 3 In 的整定值。 2)制动特性的拐点电流。起始制动电流宜取 (4-2) 3)动作特性折线斜率S 的整定。纵差保护的动作电流应大于外部短路时流过差回路的不平衡电流。对于双绕组变压器有 (4-3) 式中Ker取值为0.1; Kcc-电流互感器的同型系数,Kcc 0.1; Kap-周期分量系数,两侧同为TP级电流互感器取1. 0;两侧同为P级电流互感器取1.5-2.0。 差动保护的动作电流 (4-4) 该比率制动特性的斜率S 为 (4-5) 2、灵敏系数的计算 纵差保护的灵敏系数应按最小运行方式下差动保护区内变压器引出线上两相金属性短路计算。根据计算最小短路电流Ik.min和相应的制动电流Ires,在动作特性曲线上查得对应的动作电流Iop', 则灵敏系数为: (4-6) 要求Ksen? 2.0。 三、变压器瓦斯保护 瓦斯保护动作于信号的轻瓦斯部分,通常按产生气体的容积整定。对于容量为10MVA 以上的变压器,整定容积为250-300ml。瓦斯保护动作于跳闸的重瓦斯部分,通常按通过气体继电器的油流速整定。流速的整定与变压器的容量、接气体继电器导管的直径、变压器冷却方式、气体继电器的型式等有关。 四、变压器相间短路后备保护 1、过电流保护 1)动作电流的计算。 为了保证选择性,过电流保护的动作电流应能躲过可能流过变压器的最大负荷电流,即(4-7) 式中Krel--可靠系数, 取1.2--1.3; Kr--返回系数, 取0.85--0.95; IL.--最大负荷电流。 2)灵敏系数校验。 保护的灵敏系数可按下式校验 (4-8) 式中 --后备保护区末端两相金属性短路时流过保护的最小短路电流。要 求 ?1.3近后备或1. 2远后备。 2、复合电压起动的过电流保护 1)电流继电器的整定原则 电流继电器的动作电流应按躲过变压器的额定电流整定 (4-9) 2 )低电压继电器动作电压的整定原则按躲过电动机自起动时的电压整 定。当低电压继电器由变压器低压侧电压互感器供电时 (4-10) 当低电压继电器由变压器高压侧电压互感器供电时 (4-11) 3 )负序电压继电器动作电压的整定原则 按躲过正常运行时出现的不平衡电压整定,不平衡电压可通过实测确定, 当无实测值时,根据现行规程的规定取 (4-12) 4)灵敏系数校验 电流继电器的灵敏系数校验同过电流保护。相间电压的低电压继电器的 的灵敏系数可按下式校验 (4-13) 式中Uk.-- 计算运行方式下,灵敏系数校验点发生金属性相间短路时,保护安装处的最高残压。 要求Ksen ?1.3近后备或1. 2远后备。 负序电压继电器的的灵敏系数可按下式校验 (4-14) 式中Uk.2.min-后备保护区末端两相金属性短路时,保护安装处最小负序电压值。 要求Ksen ?2.0(近后备)或1. 5(远后备)。 3、动作时间的整定 1 )双绕组升压变压器,相间故障后备保护装设在变压器的低压侧。以t1t0+?t(t0为与之配合的保护动作时间)断开变压器的两侧断路器。 2 )三侧均有电源的三绕组升压变压器,相间故障后备保护装于低压侧及高压侧部分的方向指向本侧母线,以t1t0+?tt0为与之配合的保护动作时间 断开本侧断路器; 不带方向部分以t2t1+?t断开中压侧或高压侧断路器。低压侧保护以t3t2+?t断开变压器各侧断路器。 4、低阻抗保护 1 )升压变压器低压侧全阻抗继电器的整定原则按高压母线短路灵敏度要求的条件计算 (4-15) 按与之配合的高压侧引出线路距离保护段配合 (4-16) 式中-- 助增系数,取各种运行方式之下的最小值: --与之配合的高压侧引出线路距离保护段动作阻抗。 灵敏系数校验,按高压母线三相短路校验。 (4-17) 要求Ksen ?1.3 。 2)升压变压器220kV--500kV 侧全阻抗继电器的整定原则,阻抗继电器的动作阻抗计算阻抗继电器的动作值与母线上与之配合的引出线阻抗保护段相配合,其值按下式计算 (4-18) 灵敏系数校验,按指定的保护区末端相间短路校验灵敏系数。 (4-19) 式中Z?是指定的保护区对应的阻抗值。 要求Ksen ?1.3 。 3阻抗保护的动作时间整定 变压器低压侧阻抗保护设两段时限,第一段大于与之配合的保护动作时间一个?t, t1t0+?tt0为与之配合的保护动作时间动作于母线解列;第二段以t2t1+?t动作于发电机解列灭磁。变压器高压侧阻抗保护带两段时限,第一段时限t1t0+ ?t,当方向指向变压器时动作于断开中压或低压断路器,当方向指向线路时断开本侧断路器。第二段时限t2t1+?t动作于断开变压器各侧断路器。 5、变压器零序电流保护 1)I段动作电流的整定 I 段零序过电流继电器的动作电流应与相邻线路零序过电流保护第I 段或第II 段或快速主保护配合。 2)工段动作时间的整定 110kV及220kV变压器I段零序过电流保护以t1t0+?tt0为与之配合的保护动作时间断开母联或分段断路器;以按系统配合要求整定的延时t2断开变压器各侧断路器。330kV 及500kV 变压器高压侧I段零序过电流保护只设一个时限,即t1t0+?t断开变压器本侧断路器。 3)II 段动作电流的整定 II 段零序过电流继电器的动作电流应与相邻线路零序过电流保护的后备段相配合。 4 II段动作时间的整定 110kV及220kV变压器II段零序过电流保护以t3t1+?t断开母联或本侧断路器:以t4t3+?t断开变压器各侧断路器。330kV及500kV 变压器高压侧 II 段零序过电流保护只设一个时限,即t3t1+?t断开变压器各侧断路器。 5)灵敏系数校验。 (4-20) 式中 --I段或II段 对端母线接地短路时流过保护安装处的最小零序电流; --I段或II段 零序过电流保护的动作电流。 要求Ksen?1.5。 4、3电力变压器保护装置的选择及整定计算 4、3、1电力变压器纵联差动保护 1、变压器的纵差保护工作原理 ?、对于电力系统的大多数电气设备与一般输电线路的长度相比,实际尺寸都比-较小,因此利用导线直接连接就可以使设备两端之间的联络变得非常经济和可靠,保护配置就可采 用简单而又非常有效的差动保护。从概念上讲,流入设备的电流可以很简单地与流出的电 流进行比较。如果在流入、流出电流之间有差异,设备就被断开,如无差异,设备‘正常运 行。这种保护原理可设计为对于设备内部故障相当灵敏,对于外部故障则非常不敏感。因 此采用差动原理的保护本身具有继电保护的选择性。 差动保护最简单的应用见图4-1,图中变压器就是采用差动继电器保护 的。该继电器通常由三个线圈组成,其一检测差电流并起动跳闸回路,我们称之为工作线 圈,在图中用符号O表示。另外两个线圈是制动线圈,在图中用符号R表示。在实际中,由 于制造和其他一些原因,两侧电流互感器的特性不可能完全一致,存在一些差异,制动线 圈能防止由此而产生的误动,而在理论上,制动线圈是不起作用的。图4-1给出了在外部 故障时,继电器不动作跳闸情况下的电流流向。电流I1进入电力回路后,在离开回路时并 未改变,为了简单起见,设电流互感器的变比为121,两侧电流互感器的二次绕组连接后, 使Il仅通过差动继电器的制动线圈循环流动。如果在两个电流互感器之间,电流同时离开 或进入电力回路内部故障,两个电流互感器中的电流将不同,差电流将通过继电器的工作线圈。 图4-1纵差保护工作原理图 图4-1中的电力回路被简化了,只用了变压器表示,它也可用在导线、变 压器或其他电气设备替代。 ?、变压器的纵差保护的特点: (1)由变压器励磁涌流所产生的不平衡电流 (2)由变压器两侧电流的相位不同而长生的不平衡电流 (3)由计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电流 (4)由两侧电流互感器类型不同而产生的不平衡电流 (5)由变压器带负荷调整分接头而产生的不平衡电流 2、电流互感器选择 电压 35KV 400V 变压器一次侧额定电流(A) 电流互感器接线方式 电流互感器一次侧计算值 选用电流互感器变比 30/56 2000/5400 电流互感器二次侧额定电流 3、整定计算 ?、按躲过外部最大不平衡电流整定 (4-21) (4-22) 式中:取 ??非周期分量系数,取为1.5。 ??电流互感器同型系数,取为1。 ??外部故障时的最大短路电流。 ??外部故障时的最大不平衡电流。 ?U ??变压器调压引起的误差,取调压范围中偏离额定值的最大值。 (4-23) 式中:Ker??可靠系数,取1. 3 ?、按躲过变压器最大的励磁涌流整定 (4-24) 式中:??可靠系数,取1. 3。 ??变压器额定电流。 ??励磁涌流的最大倍数,取1。 ?、按躲过电流互感器二次回路断线引起的差电流。 (4-25) 式中:??可靠系数,取1. 3。 ??变压器的最大负荷电流(取额定电流)。 按上面三个条件,可以看出按躲过外部最大不平衡电流整定的电流最大, 所以整定值取它,则: ?、纵差保护的灵敏度校验为: (4-26) 灵敏度满足要求 式中:??为末端最小短路电流。 一般不应低于2. 4、差动保护动作处理分析 (1)差动保护动作跳闸时,若系统无冲击现象,瓦斯保护未动作,或是由于外部故障所引起,则应对差动保护范围内设备作全面检查,同时应检查瓦斯继电器内有无气体,油位、油色、油温是否正常,防爆隔膜是否完整和喷油,经检查未发现异常情况应汇报值长并通知继电保护人员检查保护及二次回路。 (2)若变压器在送电过程中差动保护动作,则应对变压器进行绝缘测量和直流电阻测量,经上述检查未发现异常情况,应作发电机-变压器组零起升压试验检查,升压中注意测量三相电压是否平衡,升至额定值无异常时,可将变压器重新投入运行。 (3)由于人为原因使差动保护或开关误跳闸,可不经内部检查立即试送电运行。 (4)若为保护二次回路问题,应退出差动保护,变压器是否送电由系统调度决定。 差动保护动作跳闸同时伴有瓦斯保护动作信号或检查发现有明显的故障象征,此时不允许再将变压器送电。应将变压器停电,汇报处理,等故障找出并消除后方可送电。以上阐述了变压器差动保护中电流互感器T