变压器设计

220KV北关一次降压变电所继电保护电气部分初步设计

摘 要

本文根据《继电保护及安全自动装置技术规程》对北关变电所做出了一套较为完善的保护配置方案，并配有详细的原理说明。这次设计的主要内容是北关变电所的主变压器的选择、主接线的选择、短路计算、保护配置，继电器整定计算等进行设计。通过对变压器的选择，来保证电力系统的安全运行。

其主要采用的保护有继电保护、瓦斯保护、变压器差动保护，零序保护，过负荷保护等。本次设计是我们学生全面运用所学基础理论、专业知识对实际问题进行设计（或研究）的综合性训练，同时还是我们将来走向工作岗位而奠定的基本实践。通过本次设计可以增强我们运用所学知识解释实际问题的能力和创新能力，以便更好地适应工作的需要。

电力系统继电保护的设计与配置是否合理，直接影响电力系统的安全运行，故选择保护方式时，满足继电保护的基本要求。选择保护方式和正确的计算，以保证电力系统的安全运行。

在此次设计中，我严格遵守设计规定，认真对待此次设计，最终完成了设计任务。由于新技术的不断发展，加之自己的专业水平还有待提高、巩固。所以设计中还存在不足，恳请老师批评指正。

关键词 电力系统，继电保护，保护配置，继电器整定计算

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Abstract

This important task of this design is protective relaying design of sabstation through the pootective distribution of the tramsformer and lines. Ensure the Electric power system’s safe operation.

Mainly uses the protection has the gas to protect, the transformer differential motion protection, the electric current, the load, the distance protection. This design is we in school period carries on last the count for much comprehensive practice teaching link, also is our student comprehensively utilizes studies the basic theory, the specialized knowledge carry on the design to the actual problem (or research) the comprehensive training, simultaneously or we future will move towards the basic practice which the work post will establish. May

strengthen us through this design to utilize studies the knowledge explanation actual problem the ability and the innovation ability, in order to meets the work need well.

The Electric power system’s protective relaying design and distribution whether is rational directly affect safe operation whon selecting protective duty. Should satisfy basic requires of protectivc relaying selecting protective detty and right calculated setting ensures the electric power system’s safe operation

Key Words electric power system, relay protection, setting(up) to compute,

sensitivity calibration

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220KV北关一次降压变电所继电保护电气部分初步设计

目录

摘 要 ------------------------------------------------------------------ 1 ABSTRACT ------------------------------------------------------------------ 2 目录 ---------------------------------------------------------------------- 3 引 言 ------------------------------------------------------------------ 6 第一篇 说明书 ------------------------------------------------------------- 7 1 变电所主变压器的选择 ---------------------------------------------------- 7 2 变电所电气主接线的选择 -------------------------------------------------- 9 2.1 电气主接线的设计原则 -----------------------------------------------------------------------------------9 2.2 电气主接线的基本要求 -----------------------------------------------------------------------------------9 2.3 电气主接线的设计程序 --------------------------------------------------------------------------------- 11 2.4 主接线的拟定方案及选择 ----------------------------------------------------------------------------- 11 3 短路电流计算 ----------------------------------------------------------- 13 3.1 短路电流计算的目的、规定和步骤 ---------------------------------------------------------------- 13 3.2 三相短路电流的计算 ----------------------------------------------------------------------------------- 14 4 继电保护及其自动装置的规划 --------------------------------------------- 16 4.1 继电保护及其设计 --------------------------------------------------------------------------------------- 16 4.1.1 220kV及中性点直接接地电网线路保护配置 -------------------------- 16 4.1.2 短线路纵差保护的整定计算 ----------------------------------------- 17 4.1.3 变压器保护的配置 ------------------------------------------------- 17 4.1.4变压器的保护配置方案 --------------------------------------------- 18 4.2 主保护部分 ------------------------------------------------------------------------------------------------- 20 4.2.1 气体保护(瓦斯保护) ----------------------------------------------- 20 4.2.2 纵差动保护或电流速断保护 ----------------------------------------- 20 4.2.3过负荷保护 ------------------------------------------------------- 20 4.2.4复合电压（包括负序电压及线电压）起动的过电流保护 ----------------- 21 4.2.5主变高压侧零序保护 ----------------------------------------------- 21 4.2.6其他保护：变压器温度、信号监测装置 ------------------------------- 21 5 各种继电保护原理 ------------------------------------------------------- 23 5.1 变压器的各种保护 --------------------------------------------------------------------------------------- 23 5.1.1 瓦斯保护工作原理 ------------------------------------------------- 23 5.1.2 瓦斯保护的原理接线图 --------------------------------------------- 24

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5.1.3 瓦斯保护评价 ----------------------------------------------------- 24 5.1.4 瓦斯保护的反事故措施 --------------------------------------------- 25 5.1.5 瓦斯保护原理电路 ------------------------------------------------- 25 5.2 变压器纵差动保护 --------------------------------------------------------------------------------------- 26 5.2.1 BCH－2型差动保护 ----------------------------------------------- 27 5.2.2 变压器差动保护的方式 --------------------------------------------- 28 5.3 复合电压起动的过电流保护 -------------------------------------------------------------------------- 29 5.4主变高压侧零序保护 ------------------------------------------------------------------------------------ 31 5.5过负荷保护 ------------------------------------------------------------------------------------------------- 32 5.5.1 过负荷保护 ------------------------------------------------------- 32 5.5.2 过负荷的整定 ----------------------------------------------------- 32 5.6过激磁保护 ------------------------------------------------------------------------------------------------- 33 5.7油温监测 ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 33 第二篇 计算书 ------------------------------------------------------------ 34 6主变压器选择的容量计算 -------------------------------------------------- 34 6.1变电所60KV的用户总容量 ---------------------------------------------------------------------------- 34 6.2折算到变压器的容量 ------------------------------------------------------------------------------------ 34 6.3据主变压器容量选择规则 ------------------------------------------------------------------------------ 34 8路电流计算 -------------------------------------------------------------- 35 8.1三相对称短路计算---------------------------------------------------------------------------------------- 35 8.2元件阻抗归算到系统的标幺值计算 ----------------------------------------------------------------- 35 8.3网络化简 ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 37 8.4短路点计算 ------------------------------------------------------------------------------------------------- 41 8.5 60KV侧最小运行方式下的短路电流 ---------------------------------------------------------------- 45 8整定计算部分 ------------------------------------------------------------ 47 8.1整定计算 ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 47

8.1.1变压器的整定计算原则及其整定计算 --------------------------------- 47 8.1.2变压器瓦斯保护整定 ----------------------------------------------- 47 8.1.3变压器差动保护整定 ----------------------------------------------- 47 8.1.4复合电压起动的过电流整定计算 ------------------------------------- 51 8.1.5零序电流保护 ----------------------------------------------------- 51 8.1.6过负荷保护的整定计算 --------------------------------------------- 52 8.2变压器油温监测 ------------------------------------------------------------------------------------------- 52 结 论 ------------------------------------------------------------------ 53 致 谢 ------------------------------------------------------------------- 54

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参 考 文 献 -------------------------------------------------------------- 55 附 录 ------------------------------------------------------------------- 56

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引 言

本设计书是根据2013年毕业生毕业设计任务书的要求所编写的，是为了让毕业生适应电力系统的发展需要，使毕业生能更深刻、实际的接触电力系统的个中相关知识。

本设计的设计课题是关于北关变电所1号主变的继电保护、选定进行设计。

继电保护是电力系统中最不可缺少的，电力系统在运行中不可避免的会出现各种故障或不正常运行状态，这些故障或不正常运行状态若不及时正确处理，都可能引发一系列的事故，造成电能质量降低到不能允许的程度，造成人身伤亡及电气设备损坏等，后果之严重是不可预示的，所以必须装设继电保护装置，尽量防止故障的发生。所以在毕业设计中，继电保护装置的选择是一个重要环节。

在设计前期，我对继电保护的作用及意义进行了较全面的分析，并在开题中进行了详尽的说明。在短路电流计算中，我对每一点发生短路都进行了细致的计算，对继电保护配置方案进行了具体的说明。此次设计中，我严格遵守设计规定，认定对待本次设计，最终完成了设计任务。本设计书编写过程中曾遇到过各种各样的问题和困难，指导老师李晶老师给予了宝贵的意见的精心指导，在此表示深切的谢意。

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第一篇 说明书

1 变电所主变压器的选择

主变选择的一般原则 1.主变台数的确定

为保证供电的可靠性，变电所一般应装设两台主变，但一般不超主变。当只有一个电源或变电所的一级负荷另有备用电源保证供电时，可装设一台主变。对大型枢纽变电所，根据工程的具体情况，应安装2～4台主变。

当变电所装设两台及以上主变时，每台容量的选择应按照其中任一台停运时其余容量至少能保证所供一级负荷或为变电所全部负荷的60～75%。通常一次变电所采用75%，二次变电所采用60%。

2、变压器形式的选择

（1）主变一般采用三相变压器，若因制造和运输条件限制，在220kv的边电所中，可采用单相变压器组。当装设一组单相变压时，应考率装设备用相，当主变超过一组，且各组容量满足全所负荷的75%时，可不装设备用相。

（2）当系统有调压要求时，应采用有载调压变压器。对新建的变电所，从网络经济运行的观点考虑，应注意选用有载调压变压器。其所附加的工程造价，通常在短期内是可以回收的。

（3）与两个中性点直接接地系统连接的变压器，除低压负荷较大或与高中压间潮流不定情况外，一般采用自耦变压器，但仍需作经济比较。

（4）具有三种电压的变电所，例如220kv、110kv、63kv，一般采用三绕组变压器 3、主变容量的确定

（1）为了正确的选择主变容量，要绘制变电所的年及日负荷曲线，并从该曲线得出变电所的年、日最高负荷和平均负荷。

（2）主变容量的确定应根据电力系统5～10年发展规划进行。 （3）变压器最大负荷按下式确定：

P?KO?P （1.1）

m式中 K0---负荷同时系数；

?P---按负荷等级统计的综合用电负荷。

对于两台主变的变电所，其变压器的额定容量可按下式确定：

Se?0.7PM （1.2）

总安装容量为：

?S?2??0.7PM??1.4PM （1.3）e这样，当一台变压器停运，考虑变压器的过负荷能力为40%，则可保证98%的负荷供电。

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根据计算，确定变压器型号为SFP7-50000/220 主要参数如下：

高 压：UN1=220±2×2.5%kV 低 压：UN2=46kV 额定容量：S=50000kVA 阻抗电压：Uk%=12 空载损耗：P0=61kW 空载电流：I0%=1.0 负载损耗：Pk=401kW 连接组标号：YN,d11 本次设计的220kV降压变电所采用2台主变并列运行的方式。

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2 变电所电气主接线的选择

电气主接线是指变电所的变压器、输电线路怎样与电力系统相连，从而完成输配电任务，它是变电所的重要组成部分。采用何种主接线形式，与电力系统原始资料，发电厂、变电所本身运行的可靠性、灵活性和经济性的要求等密切相关，并且对电气设备选择、配电装置布置、继电保护和控制方式的拟订都有较大的影响。

因此，主接线的设计必须根据电力系统、发电厂或变电所的具体情况，全面分析，正确处理好各方面的关系，通过技术经济比较，合理的选择主接线方案。

2.1 电气主接线的设计原则

设计变电所电气主接线时，所遵循的总原则：①符合设计任务书的要求；②符合有关的方针、政策和技术规范、规程；③结合具体工程特点，设计出经济合理的主接线。为此，应考虑下列情况：

明确变电所在电力系统中的地位和作用

变电所在电力系统中的地位和作用是决定主接线的主要因素。变电所是枢纽变电所、地区变电所、终端变电所、企业变电所还是分支变电所，由于它们在电力系统中的地位和作用不同，对主接线的可靠性、灵活性、经济性的要求也不同。考虑近期和远期的发展规模变电所主接线设计应根据5～10年电力系统发展规划进行。应根据负荷的大小和分布、负荷增长速度以及地区网络情况和潮流分布，来确定主接线的形式以及连接电源数和出线回数。

2.2 电气主接线的基本要求

1、可靠性

供电的可靠性是电力生产和分配的首要要求，停电会对国民经济各部门带来巨大的损失，往往比少发电的价值大几十倍，会导致产品报废、设备损坏、人身伤亡等。因此，主接线的接线形式必须保证供电可靠。因事故被迫中断供电的机会越小，影响范围越小，停电时间越短，主接线的可靠程度就越高。研究主接线可靠性应注意的问题如下：

（1）考虑变电所在电力系统中的地位和作用。变电所是电力系统的重要组成部分，其可靠性应与系统要求相适应。如：对于一个小型的终端变电所的主接线一般不要求过高的可靠性，而对于一个大型超高压变电所，由于它在电力系统中的地位很重要，供电容量大、范围广，发生事故可能使系统运行受到扰动，甚至失去稳定，造成巨大损失，因此其电气主接线应采用供电可靠性高的接线方式。

（2）变电所接入电力系统的方式。现代化的变电所都接入电力系统运行。其接入方式的选择与容量大小、电压等级、负荷性质以及地里位置和输送电能距离等因素有关。

（3）变电所的运行方式及负荷性质。电能生产的特点是发电、变电、输电、用电同一时刻完成。而负荷的性质按其重要意义又分为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类之分。当变电所设备

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利用率较高，年利用小时数在5000h以上，主要供应Ⅰ类、Ⅱ类负荷用电时，必须采用供电较为可靠的接线形式。

（4）设备的可靠程度直接影响着主接线的可靠性。电气主接线是由电气设备相互连接而成的，电气设备本身的质量及可靠程度直接影响着主接线的可靠性。因此，主接线设计必须同时考虑一次设备和二次设备的故障率及其对供电的影响。随着电力工业的不断发展大容量机组及新型设备投运、自动装置和先进技术的使用，都有利于提高主接线的可靠性，但不等于设备及其自动化元件使用得越多、越新、接线越复杂就越可靠。相反，不必要的接线设备，使接线复杂、运行不便，将会导致主接线可靠性降低。因此，电气主接线的可靠性是一次设备和二次设备在运行中可靠性的综合，采用高质量的元件和设备，不仅可以减小事故率，提高可靠性，而且还可以简化接线。此外，主接线可靠性还与运行管理水平和运行值班人员的素质有密切的关系。

2、灵活性

电气主接线应能适应各种运行状态，并能灵活的进行运行方式的转换。不仅正常运行时能安全可靠地供电，而且在系统故障或电气设备检修及故障时，也能适应调度的要求，并能灵活、简便、迅速地倒换运行方式，使停电时间最短，影响范围最小。同时设计主接线时应留有发展扩建的余地。对灵活性的要求如下：

（1）调度时，可以灵活地投入和切除变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式、检修运行方式以及特殊运行方式下的系统调度要求。

（2）检修时，可以方便的停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不致影响电力网的运行和对用户的供电。

（3）扩建时，可以容易地从初期接线过度到最终接线。在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入变压器或线路而不互相干扰，并对一次和二次部分的改建工作量最少。

3、经济性

在设计主接线时，主要矛盾往往发生在可靠性与经济性之间。与使主接线可靠、灵活，必然要选高质量的设备和现代化的自动装置，从而导致投资的增加。因此，主接线的设计应在满足可靠性和灵活性的前提下做到经济合理。一般从以下方面考虑：

（1）投资省。主接线应简单清晰，节省断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、避雷器等一次设备；②使继电保护和二次回路不过于复杂，节省二次设备和控制电缆；③限制短路电流，以便于选择价廉的电气设备或轻型电器；④如能满足系统安全运行及继电保护要求，110kv及以下终端或分支变电所可采用简易电器。

（2）占地面积小。主接线设计要为配电装置布置创造条件，尽量使占地面积减少。 （3）电能损失少。在变电所中，正常运行时，电能损耗主要来自变压器，应经济合理地选择变压器的型式、容量和台数，尽量避免两次变压器而增加电能损耗。

此外，在系统规划设计中，要避免建立复杂的操作枢纽，为简化主接线，变电所接入系统的电压等级一般不超过两回。

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2.3 电气主接线的设计程序

电气主接线的设计伴随着变电所的整体设计，即按照工程基本建设程序，历经可行性研究阶段、初步设计阶段、技术设计阶段和施工设计阶段等四个阶段。在各阶段中随要求、任务的不同，其深度、广度也有所差异，但总的设计思路、方法和骤相同。其具体设计步骤和内容如下。

（1）对原始资料进行分析，具体内容如下：

1）本工程情况。主要包括：变电所类型；设计规划容量；变压器容量及台数；运行方式等。

2）电力系统情况。电力系统近期及远期发展规划（5～10年）；变电所在电力系统中的位置（地理位置和容量位置）和作用；本期工程和远景与电力系统连接方式以及各级电压中性点地方式等。

3）负荷情况。负荷的性质及地理位置、电压等级、出线回路数及输送容量等。电力负荷在原始资料中虽已提供，但设计时尚应予以辨证地分析。因为负荷的发展和增长速度受政治、经济、工业水平和自然条件等方面影响。如果设计时，只依据负荷计划数字，而投产时实际负荷小了，就等于积压资金；否则电量供应不足，就会影响其他工业的发展。

4）环境条件。当地的气温、湿度、覆冰、污秽、风向、水文、地质、海拔、地震等因素对主接线中电器的选择和配电装置的实施均有影响。特别是我国土地辽阔，各地气象、地理条件相差甚大，应予以重视。对重型设备的运输条件也应充分考虑。

5）设备制造情况。为使所设计的主接线具有可行性，必须对各主要电器的性能、制造能力和供货情况、价格等资料汇集并分析比较，保证设计的先进性，经济性和可靠。

（2）拟定主接线方案。根据设计书任务书的要求，在原始资料分析的基础上，可拟定若干个主接线方案。因为对电源和出线回路数、电压等级、变压器台数、容量以及母线结构等考虑的不同，会出现多种接线方案（近期和远期）。应依据对主接线的基本要求，从技术上论证各方案的优点，淘汰一些明显不合理的方案，最终保留两个或三个技术上相当，又都能满足任务书要求的方案，再进行可靠性定量分析计算比较，最后获得最优秀的技术合理、经济可行的主接线方案。

（3）主接线经济比较。

（4）短路电流计算。对拟定的电气主接线，为了选择合理的电器，需进行短路电流计算。

（5）电器设备的选择。

2.4 主接线的拟定方案及选择

本变电所的电压等级为220kV/60kV，220kV侧有进线2回，60kV侧有出线12回。根据主接线设计必须满足供电可靠性，保证电能质量，满足灵活性和方便性，保证经济性的原则，初步在两侧各拟定两个主接线方案，进行选择：

220kV侧主接线采用单母线分段和双母线接线2种接线方案。

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60kV侧主接线采用单母线分段带旁路接线和双母线带旁路接线2种接线方案。 下面列表比较各种方案的特点，根据设计要求从中选出最佳方案.

表2.1 220kV侧母线接线比较方式 方案 项目 单母线分段接线 ①对重要用户可以从不同段引出两个回路。 可靠性 ②当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常母线不间断供电。 ①当出线为双回时，常使架空线灵活性 路出现交叉跨越。 ②扩建时需向两个方向均匀扩建。 ①调度灵活。 ②扩建方便。 ③便于试验。 ① 增加了母线的长度、隔离开关的数量和配电装置架构，占地面积增大，投资增经济性 ①接线简单清晰，设备较少。 多。 ② 隔离开关容易误操作，需在隔离开关和短路器之间装设联锁装置。

表2.2 60kV侧母线接线比较方式 方案 项目 双母线带旁路接线 1.可以轮流检修母线而不致使供电中断。 可靠性 2.检修任一母线的隔离开关时，只停该回路，旁路提高供靠性。 3.母线故障后，能迅速恢复供电。 1.调度灵活。 灵活性 经济性 2.扩建方便。 3.便于试验。 1.投资较小。 单母线分段带旁路接线 1.对重要用户可以从不同段引出两个回路。 2.当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常母线不间断供电，带旁路保证供电可靠性。 1.当出线为双回时，常使架空线路出现交叉跨越。 2.扩建时需向两个方向均匀扩建。 1.接线简单清晰，设备较少 ①可以轮流检修母线而不致使供电中断。 ②检修任一母线的隔离开关时，只停该路。 ③母线故障后，能迅速恢复供电。 双母线接线 根据以上几种方案的比较以及本次设计变电所的实际情况，一次侧为2回进线，而且根据负荷的不同变化需要经常改变主接线的运行方式，二次侧出线，有12回出线，并且用户基本都是有重要负荷的，因此决定主接线的一次侧采用双母线接线；二次侧采用双母线带旁路母线接线。

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3 短路电流计算

产生短路的主要原因是电气设备载流部分的绝缘损坏。绝缘损坏的原因多因设备过电压、直接遭受雷击、绝缘材料陈旧、绝缘缺陷未及时发现和消除。此外，如输电线路断线、线路杆塔也能造成短路事故。所谓短路是指相与相之间通过电弧或其他较小阻抗的一种非正常连接，在中性点直接接地系统中或三相四线制系统中，还指单相和多相接地。

3.1 短路电流计算的目的、规定和步骤

1.短路电流计算的主要目的: 1). 电气主接线的比较与选择。

2). 选择断路器等电器设备，或对这些设备提出技术要求。 3). 为继电保护的设计以及调试提供依据。

4). 评价并确定网络方案，研究限制短路电流的措施。 5). 分析计算送电线路对通讯设施的影响 2.短路电流计算一般规定 1).接线方式

计算短路电流所用的接线方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线方式（即最大运行方式），而不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。 2).计算容量

应按工程设计的规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划，一般取工程建成后的5～10年。

3).一般按三相短路计算 4).短路计算点

在正常接线方式时，通过设备的短路电流为最大的地点，称为短路计算点。 5).短路计算方法

在工程设计中，短路电流计算均应采用实用计算法。即在一定的假设条件下计算出短路电流的各个分量。

3.计算步骤----实用计算法 1). 选择计算短路点。

2). 绘出等值网络（次暂态网络图）。

3). 化简等值网络：将等值网络化简为以短路点为中心的辐射形等值网络，并求出

''

各电源与短路点之间的电抗，即转移电抗X?。

4). 求计算电抗Xjs。

5). 由运算曲线查出各电源提供给的短路电流周期分量的标幺值。 6). 计算无限大容量的电源提供给的短路电流周期分量的标幺值。 7). 计算短路电流周期分量有名值和短路容量。

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8). 计算短路电流冲击值。 9). 绘制短路电流计算结果表。

3.2 三相短路电流的计算

1.等值网络的绘制 1).网络模型的确定

计算短路电流所用的网络模型为简化模型，即忽略负荷电流；发电机用次暂态电抗表示；认为各发电机电势模值为1，相角为0。

2).网络参数的计算

短路电流的计算通常采用标幺值进行近似计算。常取基准容量SB为一整数100MW或1000MW而将各电压级的平均额定电压取为基准电压即UB=Uav=1.05UN，从而是计算大为简化。

2.化简等值网络

采用网络简化法将等值电路逐步化简，求出各电源与短路点之间的转移电抗。 在工程计算时，为进一步简化网络，减少工作量，长将短路电流变化规律相同或相近的同类型发电机可以合并；直接接于短路点的发电机一般予以单独考虑，无限大容量的电源应该单独计算。

3.三相短路电流周期分量任意时刻的计算

''进行网络简化时，求出各个等值电源与短路点之间的转移电抗X?i，再将其换算成以等值电源容量为基准的标幺值，即为该电源的计算电抗Xjsi。

''SNi （3.1） Xjsi=X?iSB式中 SNi---- 第i个等值电源的额定容量，MVA；i=1，2，?，n 。

1).无限大容量电源

当供电电源为无限大容量或计算电抗Xjs≥3.45时，则可以认为其周期分量不衰减，此时

I?I??''?1?''X????或?1? （3.2） ??Xjs??2).有限容量电源

当供电电源为有限容量时，其周期性分量是随时间衰减的。这时工程上常采用运算曲线法来求得任意时刻短路电流的周期分量。

3).总的短路电流周期分量的有名值

最后将得到的各电源在某同一时刻供出的短路电流的标幺值换算成有名值，然后相加，便得到短路点某一时刻的三相短路电流周期分量，即

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It??Iti?i?1nSNiSB?I??3UB3UB（3.3）

式中 Iti? ----有限容量供给的短路电流周期分量标幺值；

I??----无限大容量电源供给的短路电流的标幺值；

It ----短路点t秒短路电流周期性分量的有效值，kA 。

4.三相短路电流冲击值的计算

三相短路电流的最大峰值出现在短路后半个周期，当f=50Hz时，发生在短路后0.01s，此峰值被称为冲击电流ish。其计算式为 ish?2KsI'' 式中 Ks----冲击系数。（发电机出口1.9；其他地点1.8） 本次设计所选的短路点取为变电所两台主变高压侧的d1点和低压侧并列运行时的d2。计算结果如下： 表3.1 短路电流周期分量有效值 短路点 0/S 0.083kA 0.373kA 2/S 0.083kA 0.387kA 4/S 0.083kA 0.433kA d1 d2 d1点冲击电流： ish?1.8?2I\?2.55?6.38?16.27kA

d2点冲击电流： ish?1.8?2I\?2.55?7.99?20.4kA

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4 继电保护及其自动装置的规划

4.1 继电保护及其设计

4.1.1 220kV及中性点直接接地电网线路保护配置

在220kV中性点直接接地电网,线路得相间短路及单相接地短路保护均应动作于短路器跳闸.

在下列的情况下,应装设一套全线速动保护: (1) 根据系统稳定要求有必要时. (2) 线路发生三相短路时,如使发电厂厂用母线电压低于允许值(一般约为70%额定电压),且其他保护不能无时限和有选择地切除短路时.

(3) 如电力网的某些主要线路采用全线速动保护后,不仅改善本线路保护性能,而且能够改善整个电网保护的性能时.

对220kV线路,符合下面条件之一时,可装设二套全线速动保护: (1) 根据系统稳定要求.

(2) 复杂网络中,后备保护整定配合有困难时.

对于需要装设全线速动保护的电缆短线路及架空短线路,可采用倒引线保护或光纤通道的纵联保护作为主保护,另装设多段式电流电压保护或距离保护作为后备保护.

220kV线路宜采用近后备方式.但某些线路,如能实现远后备,则宜采用远后备,或同时采用远近结合的后备方式.

220kV线路保护可按下列原则配置: (1) 反映接地短路的保护配置

对220kV线路,当接地电阻不大于100?时,保护应能可靠地,有选择地切除故障.如已满足装设一套或二套全线速动保护的条件,则除装设全线速动保护外,还应装设接地后备保护,宜装设阶段式反时限零序电流保护;也可采用接地距离保护,并辅以阶段式或反时限零序电流保护.

(2) 反映相间短路的保护装置

对于220kV线路,首先考虑是否装设全线速动保护.如装设全线速动保护.则除此,还要装设相间短路后备保护(如相间距离后备保护)和辅助保护(如电流速短保护). 对单侧电源单回220kV线路,如不装设全线速动保护,可装设三相多段式电流电压保护作为本线路的主保护及后备保护,如不能满足灵敏性及速动性的要求时,则应装设相间距离保护作为本线路的主保护及后备保护.

对双侧电源单源单回,如不装设全线速动保护,应装设相间距离保护作为本线路的主保护及后备保护.

正常运行方式下,保护安装对短路,电路速短保护的灵敏系数在1.2以上时,可装设电流速短保护作为辅助保护.

对于平行线间的相间短路,一般可装设横差动电流方向保护或电流平衡保护作为主

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保护.当灵敏度和速动性不能满足要求时,应在每一回线路上装设纵联保护作主保护,装设带方向后不带方向元件的多段式电流保护或距离保护作后备保护,并作为单回线运行时的主保护和后备保护.当采用近后备保护方式时,后备保护分别接于每一回线路上;当采用远后备方式时,则应接入双回线路的电流.

对于平行线路的接地短路宜装设零序横差动保护作为主保护;装设接于每一回线路的带方向或不带方向的多段式零序电流保护作为后备保护,当作远后备保护时,可接两线路零序电流之和,以提高灵敏度.

4.1.2 短线路纵差保护的整定计算

3～4km及以下的短线路（包括110kV及以上电压等级），无论是采用电流电压保护还是采用距离保护，常常都不能满足选择性、灵敏性和速动性的要求。在这种线路上经常需要采用纵差保护以适应系统运行的需要。发电厂厂用电源线（包括带电抗器电源线），一般距离较短，宜装设纵差动保护。

4.1.3 变压器保护的配置

变压器是电力系统普遍使用的重要电气设备。它的安全运行直接关系到电力系统供电和稳定运行，特别是大容量变压器，一旦因故障损坏造成的损失就更大。因此必须真对变压器的故障和异常工作情况，根据其容量和重要程度，装设动作可靠，性能良好的继电保护装置。一般包括：

（1）反映内部短路和油面降低的非电量（气体）保护，又称瓦斯保护。 （2）反映变压器绕组和引出线的多相短路及绕组匝间短路的差动保护，或电流速断保护

（3）作为变压器外部相间短路和内部短路的后备保护的过电流保护（或带有复合电压起动的过电流保护或负序电流保护或阻抗保护）。

（4）反映中性点直接接地系统中外部接地短路的变压器零序电流保护。 （5）反映大型变压器过励磁的变压器过励磁保护及过电压保护。 （6）反映变压器过负荷的变压器过负荷。 （7）反映变压器非全相运行的非全相保护。 1、纵联差动保护

纵联差动保护是变压器的主保护之一。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，应装设纵联差动保护。对高压侧电压为330kV及以上变压器，可装设双重差动保护。

2、变压器相间短路的后备保护

为防止外部相间短路引起的变压器过电流及作为变压器主保护的后备，变压器配置相间短路的后备保护。保护动作后，应带时限动作于跳闸。

（1）相关的规程规定：

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1）过电流保护宜用于将压变压器。

2）复合电压（包括负序电压及线路电压）起动的过电流保护，宜用于升压变压器、系统联络变压器和过电流保护不符合灵敏性要求的降压变压器。

3）负序电流和单相式低压启动的过电流保护，可用于63MVA及以上升压变压器。 （2）外部相间短路保护应装于变压器下列各侧，各相保护的接线，宜考虑能反映电流互感器与断路器之间的故障。其中对双绕组变压器，应装于主电源侧，根据主接线情况，保护可带一段或两段时限，较短的时限用于缩小故障影响范围；较长的时限用于断开变压器各侧断路器。

3、变压器接地短路后备保护

在中性点直接接地系统中，接地短路是常见的故障形式，所以处于该系统中的变压器要装设接地保护，以反映变压器高压绕组、引出线上的接地短路，并作为变压器主保护和相邻母线、线路接地保护的后备保护。

电力系统接地保护时，国内，在220kV系统中，广泛采用中性点绝缘水平较高的分级绝缘变压器，其中性点可接地运行或不接地运行。如果中性点绝缘水平较低，则中性点必须直接接地运行。

4、变压器过负荷保护

对于6.3MVA及以上电力变压器，当数台并列运行或单独运行，并作为其他负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况，装设过负荷保护。对自耦变压器和多绕组变压器，保护应能反映公共绕组及各侧过负荷的情况。过负荷保护采用单项式，带时限作用于信号。在无经常值班人员的变电所，必要时，过负荷保护可动作于跳闸或断开部分负荷。 5、变压器非电量保护

变压器非电量保护主要包括瓦斯保护、温度及压力保护等。

由于非电量保护动作量不需电气量运算。通常根据运行经验、测试等方法获得。其配置原则为：

（1）瓦斯保护。瓦斯保护是油侵式变压器的主保护之一。当变压器壳内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，应瞬时动作于信号；当变压器壳内故障产生大量瓦斯时，应动作于断开变压器各侧断路器。

带负荷调压的油侵式变压器的调压装置，也应装设瓦斯保护。轻微瓦斯动作于信号，大量瓦斯动作于断开变压器各侧断路器。

（2）变压器温度及压力保护。对变压器温度及油箱内压力升高和冷却系统故障，应按现行电力变压器标准的要求，装设可作用于信号或动作于跳闸的装置。

4.1.4变压器的保护配置方案

电力变压器在电力系统中的地位非常重要，它的故障对供电可靠性和系统的正常运行带来严重后果。由于绝大部分安装在户外，受自然条件的影响较大，同时受到连接负荷的影响和电力系统短路故障的威胁，变压器在运行中有可能出现各种类型的故障和不正常运行状态。因此，必须根据变压器容量和重要程度装设性能良好、动作可靠的保护。

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变压器的故障分为内部故障和外部故障。内故障指的是变压器油箱内绕组之间发生相间短路、一相绕组中发生的匝间短路、绕组与铁芯或引出线与外壳发生的单项接地短路。外部故障指的是油箱外部引出线之间发生的各种相间短路、引出线因绝缘套管闪落或破碎通过油箱外壳发生的单项接地短路。变压器发生故障，必将对电网或变压器带来危险，特别是发生内部故障，短路电流产生发高温电弧不仅烧坏绕组绝缘和铁芯，而且使绝缘材料和变压器油受热分解产生大量气体，导致变压器外壳局部变形、破坏甚至引起爆炸。因此，变压器发生故障时，必须将其从电力系统中切除。

变压器不正常运行状态主要指过负荷、油箱漏油造成的油面降低以及外部短路引起的过电流。对于大容量变压器，因其铁芯额定工作磁通密度与饱和磁通密度比较接近，所以系统电压过高或系统频率降低时，容易过励磁。过励磁也是变压器的一种不正常运行状态，变压器处于不正常运行状态时，应发出信号。

为了保证电力系统安全稳定运行，并将故障或不正常运行状态的影响限制到最小范围，按照GB 14258—1993《继电保护和安装自动装置技术规程》的规定，变压器应装设以下保护装置。

对电力变压器的下列故障及异常运行状态，应按本节的规定装设相应的保护装置。 （1） 绕组及其引出线的相间短路和在中性点直接接地侧的单相接地短路; （2） 绕组的匝间短路；

（3） 外部相间短路引起的过电流；

（4） 中性点直接接地电力网中，外部接地短路引起的过电流及中性点过电压； （5） 过负荷； （6） 过励磁； （7） 油面降低；

（8） 变压器温度及油箱压力升高和冷却系统故障；

上述第一、第二款的保护装置应瞬时动作于跳闸，第三、第四的保护装置应带时限动作于跳闸，第五、第六款的保护装置一般作用于信号。

对变压器温度升高和冷却系统故障，应按现行电力变压器的标准规定，装设信号装置。

变压器保护部分：

初步装设方案（变压器B1﹑B2）：

主保护：变压器瓦斯保护﹑差动保护 主变高压侧零序保护 后备保护：复合电压起动的过电流保护﹑过负荷保护 其它保护：装设变压器油温监测

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4.2 主保护部分

4.2.1 气体保护(瓦斯保护)

对于0.8MVA及以上油侵式变压器和0.4MVA及以上车间内侵式变压器，均应装设气体保护。当壳内故障产生轻微气体或油面下降时，应瞬时动作于信号；当产生大量气体时，应动作于断开变压器各侧断路器。带负荷调压的油侵式变压器的调压装置，亦应装设气体保护。

查《继电保护和安装自动装置技术规程》的规定，第2.3.2条。 4.2.2 纵差动保护或电流速断保护

对变压器引出线、套管及内部的短路故障，应按下列规定，装设相应的保护作为主保护，保护瞬时动作于断开变压器的各侧断路器。

对6.3MVA以下厂用工作变压器和并列运行的变压器，以及10MVA以下厂用备用变压器和单独运行的变压器，当后备保护时限大于0.5s时，应装设电流速断保护。

对6.3MVA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性不负荷要求的变压器，应装设纵联差动保护。对于高压侧电压为330kV及以上的变压器，可装设双重差动保护。

用于10000千伏安以下的变压器，且其过电流保护时限大于0.5s时，2000千伏安及以上的变压器，如电流速断灵敏性不符合要求，则宜装设差动保护。

上述各种保护装置动作后，应断开变压器各电源侧的断路器。 查《继电保护和安装自动装置技术规程》的规定，第2.3.3条。 变压器后备保护：

后备保护方案：过电流保护、复合电压保护、 过负荷保护。

4.2.3过负荷保护

0.4MVA及以上变压器，当数台并列运行或单独运行，并作为其他负荷的电源时，应根据可能过负荷的情况，装设过负荷保护。对自耦变压器和多绕组变压器，保护应能反应公共绕组及各侧过负荷的情况。

过负荷保护应能反映变压器各绕组的过负荷情况。对双绕组升压变压器应装设发电机电压侧；对双绕组降压变压器应设在高压侧，当三侧都有电源时，则三侧都应装过负荷保护，对于单侧电源的三绕组降压变压器，若三侧绕组容量相同，则过负荷保护只装在电源侧；若三绕组容量不同，则在电源侧和容量较小的一侧分别装设过负荷保护；对于双侧电源的三绕组降压变压器或联络变压器，三侧均应装设过负荷保护。

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4.2.4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。外部相间短路保护应装于变压器下列各侧：

(1)双绕组变压器，应装设于主电源测；

(2)三绕组变压器及自耦变压器，一般装设于主电源侧（经常

不断开的电源侧）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性的要求性时，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)供电给分开运行母线段的降压变压器，除在电源侧装设保护装置外，还应在每个供电支路装设保护装置；

(4)对发电机－变压器组，在变压器低压侧不应另设保护装置，而利用发电机的外部短路过电流保护。但在厂用分两段时限，以便在外部短路时仍能保证厂用负荷的供电。

4.2.5主变高压侧零序保护

在中性点直接接地系统中，接地短路是常见的故障形式，所以处于该系统中的变压器要装设接地保护，以反映变压器高压绕组、引出线上的接地短路，并作为变压器主保护和相邻母线、线路接地保护的后背保护。

电力系统接地短路时，零序电流的大小和分布于变压器中性点接地数目和位置的关系及变压器中性点接地的原则已在前面讨论过。国内，在220kV系统中，广泛采用中性点绝缘水平较高的分级绝缘变压器，其中性点可接地运行或不接地运行。如果中性点绝缘水平较低，则中性点必须直接接地运行。

4.2.6其他保护：变压器温度、信号监测装置

对变压器温度及油箱内压力升高和冷却系统，应按现行电力变压器标准的要求，装设可作为用于信号或动作于跳闸的装置。所以外加设相应的保护来监控变压器自身的运行，包括油温和启动风扇的保护。

温度信号装置：变压器油温的监视采用温度信号装置，其基本元件是带电触点的压力式温度计。该温度计是按流体压力计原理制成的，由受热器连接管和温度指示器组成，当被测物温度升高时，受热器中液体膨胀，温度指示计中的流体压力计应部分所受压力增大，指针位置改变，当指针位置达到定位指针预先放置的位置时，使定时指针的一对触点接通，发出信号或采取变压器冷却风扇，温度计可以有两个定位针给定温度的上下限，而作为两位式调节

上述各种保护装置的接线宜考虑能保护电流互感器与断路器之间的故障。 本次变压器保护：

1. 气体保护(瓦斯保护)

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2. 纵差动保护 3. 复合电压保护

4. 主变高压侧零序保护 5. 过负荷保护

6. 变压器的温度信号装置

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5 各种继电保护原理

5.1 变压器的各种保护

5.1.1 瓦斯保护工作原理

瓦斯保护是反应变压器油箱内部气体的数量和流动的速度而动作的保护，保护变压器油箱内各种短路故障，特别是对绕组的相间短路和匝间短路。

由于短路点电弧的作用，将使变压器油和其他绝缘材料分解，产生气体。气体从油箱经连通管流向油枕，利用气体的数量及流速构成瓦斯保护。

瓦斯继电器是构成瓦斯保护的主要元件，它安装在油箱与油枕之间的连接管道上，如下图所示。

图5.1 瓦斯继电器安装位置图

为了不妨碍气体的流通，变压器安装时应使顶盖沿瓦斯继电器的方向与水平面具有1％～1.5％的升高坡度，通往继电器的连接管具有2％～4％的升高坡度。

开口杯挡板式瓦斯继电器，其内部结构如下图所示。正常运行时，上、下开口杯2和l都浸在油中，开口杯和附件在油内的重力所产生的力矩小于平衡锤4所产生的力矩，因此开口杯向上倾，干簧触点3断开。

油箱内部发生轻微故障时，少量的气体上升后逐渐聚集在继电器的上部，迫使油面下降。而使上开口杯露出油面，此时由于浮力的减小，开口杯和附件在空气中的重力加上杯内油重所产生的力矩大于平衡锤4所产生的力矩，于是上开口杯2顺时针方向转动，带动永久磁铁10靠近干簧触点3，使触点闭合，发生“轻瓦斯”保护.

油箱内部发生严重故障时，大量气体和油流直接冲击挡板8，使下开口杯l顺时针方向旋转，带动永久磁铁靠近下部干簧的触点3使之闭合，发出跳闸脉冲，表示“重瓦斯”保护动作。当变压器出现严重漏油而使油面逐渐降低时，首先是上开口杯露出油面，发出报警信号，继之下开口杯露出油面后亦能动作，发出跳闸脉冲。

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图5.2 瓦斯继电器结构图

5.1.2 瓦斯保护的原理接线图

上面的触点表示“轻瓦斯保护”，动作后经延的发出报警信号。下面的触点表示“重瓦斯保护”，动作后起动变压器保护的总出口继电器，使断路器跳闸。

图5.3 瓦斯保护原理接线图

5.1.3 瓦斯保护评价

主要优点：动作迅速、灵敏度高、安装接线简单、能反应油箱内部发生的各种故障。 主要缺点：不能反应油箱以外的套管及引出线等部位上发生的故障。

因此瓦斯保护可作为变压器的主保护之一，与纵差动保护相互配合、相互补充，实现快速而灵敏地切除变压器油箱内、外及引出线上发生的各种故障。

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5.1.4 瓦斯保护的反事故措施

瓦斯保护动作，轻者发出保护动作信号，提醒维修人员马上对变压器进行处理；重者跳开变压器开关，导致变压器马上停止运行，不能保证供电的可靠性，对此提出了瓦斯保护的反事故措施：

(1)将瓦斯继电器的下浮筒改为档板式，触点改为立式，以提高重瓦斯动作的可靠性。 (2)为防止瓦斯继电器漏水而短路，应在其端子和电缆引线端子箱上采取防雨措施。 (3)瓦斯继电器引出线应采用防油线。

(4)瓦斯继电器的引出线和电缆应分别连接在电缆引线端子箱内的端子上。

5.1.5 瓦斯保护原理电路

工作原理：1是瓦斯继电器；2是信号继电器；3是出口继电器；4是联片。当变压器内部发生轻微故障时，有轻瓦斯产生，瓦斯继电器的上触点闭合，作用于至延时信号；发生严重故障时，重瓦斯冲出，瓦斯继电器的下触点闭合，经信号继电器，发出报警信号，同时通过联片使出口继电器动作使断路器跳闸。瓦斯继电器的下触点闭合，也可以利用切换片XB切换位置，只给出报警信号。

为了消除复合式瓦斯继电器的下触点在发生重瓦斯时可能有跳动（接触不稳定）现象，出口继电器有自保持触点。只要瓦斯继电器的下触点一闭合，CKJ就动作并自保持。当断路器跳闸后，断路器的辅助触点断开自保持回路，使CKJ恢复起始位置。

至延时信号信号+2LP++3CKJ14R-由变压器其他保护来Rf

图5.4 变压器瓦斯保护原理图

瓦斯保护的整定：轻气体保护的动作值采用气体容积表示。通常气体容积的整定范围为250－300立方厘米。对于容量在10MVA以上变压器，多采用250－300立方厘米。

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气体容积的调整可通过改变重锤位置来实现。重气体保护的动作值采用油流流速表示。一般整定范围在0.6－1.5m/s，该流速指的是导油管中油流速度。

5.2 变压器纵差动保护

变压器纵联差动保护是一种比较完善的快速保护。它能反映变压器绕组的相间短路、匝间短路、引出线的相间短路以及中性点直接接地、系统侧绕组和引出线上的接地短路、是大、中型电力变压器的主要保护方式。

电力变压器纵联差动保护的基本原理用辅助导线或引出线将变压器两侧电流引入差动继电器，比较两端电流的大小和方向，从而判断被保护的变压器是否发生短路，以决定保护是否动作。变压器纵差动保护单相原理接线图所示。在变压器纵差动保护外部保护时一次侧流入的电流等于流出变压器的电流所以不平衡电流很小。差动继电器不动作。

??I?。此时电流大于差动继电器动作电流，当D2点短路时此时流过差动回路的电流为I12继电器动作跳闸。在实现变压器差动保护时，应考虑变压器高、低压两侧电流的大小和相位，一般讲它们都不同。故在实现变压器差动保护时，应先考虑对两侧电流进行相位补偿，再进行数值补偿，都能保证正常运行和外部短路时继电器中的电流等于零（理想）。此外，在实现差动保护时，还应考虑两个特点，一个是变压器励磁涌流，另一个是变压器差动保护的不平衡保护。

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16MVA，因此采用的是BCH-2型差动继电器。她主要是用于两绕组或三绕组电力变压器以及变流发电机的单相差动保护线路中作为主保护，继电器能预防在非故障状态时出现的暂态电流的作用。BCH-2型差动继电器由两部分组成：DL-11型电流继电器和中间速饱和变流器。

当变压器正常运行或外部故障时，注入差动继电器的电流为不平衡电流。由于预先选择好两侧电流互感器的变比和接线方式，故该不平衡电流值很小，注入电流继电器内的电流（为两侧电流互感器二次侧电流之差），保护不动作。当保护区内发生故障时，只要不平衡电流大雨继电器的启动电流，则继电器动作，瞬时使变压器的两侧断路器19DL和20DL跳闸。

由于变压器各侧额定电压和额定电流不同，故须适当选择两侧电流互感器的变比，使它们的变比等于变压器的变比。

此外，在实现变压器差动保护时，还应考虑变压器励磁涌流和变压器差动保护的不平衡电流。

变压器的励磁涌流只在电源侧流过，它反应倒变压器差动保护中，就构成不平衡电流不过正常运行时励磁电流只不过时额定电流的3％－5％。当外部短路时由于电压下降。则此时的励磁电流也相应的减少，其影响就变小。故可不考虑。

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图5.5 变压器纵差动保护原理接线

在变压器空载投入或外部故障切除后，电压恢复时的励磁电流很大。可达额定电流的5－10倍。所以。必须考虑励磁涌流的影响以便更好的躲过励磁涌流。

励磁涌流含有很大的非周期分量。并且偏向时间轴一侧。

励磁涌流中含有大量的高次谐波分量，其中2次谐波占较大比例，额短路电流中2次谐波成分很小。

有间断角。

变压器差动保护中不平衡电流主要由电流互感器误差不一致、电流互感器和自耦变压器变比标准化等因素产生。

注意：由于本设计变压器为两绕组变压器，接法为Y/D-11。所以变压器角型侧电流互感器为星型接法，变压器星型测侧电流互感器为角型接法。这样做可以补偿幅值和相位。

5.2.1 BCH－2型差动保护

BCH－2型差动继电器由一个执行元件DL－11/0.2型电流继电器和一个带短路绕组的三柱铁芯速饱和变流器组成。

平衡绕组的作用：由于差动保护中两侧电流互感器的磁路不可能完全相同，且计算变比与选用变比不相同，所以平时总有不平衡电流流过继电器，为了减少它的影响，可把平衡绕组接入差动保护的一臂中，起到电流数值的补偿作用。

有了短路绕组后，当差动绕组中通过含有非周期分量电流时，能自动增大继电器动作电流的程度将比没有短路绕组时更显著，这就是BCH－2型可靠地躲过外部短路时暂态不平衡电流或变压器空载投入时的励磁涌流的原因。

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5.2.2 变压器差动保护的方式

采用BCH――2型差动继电器的差动保护 变压器差动保护的整定计算

（一）差动继电器动作电流的整定计算 应考虑以下几种情况

（1）在正常运行时，防止电流互感器二次回路断线时引起差动保护误动作。所以保护装置的起动电流应大于变压器的最大负荷电流Il.max（当Il.max 不能确定时，用变压器的额定电流代替）。躲过变压器的励磁电流:

即： Ioper?KrelIN （5.1） 式中 Krel——可靠系数，取1.3；

IN——变压器基本侧的额定电流；

（2）躲过外部短路时的最大不平衡电流

Ioper?KrelIunb.max?Krel(Kstfer??U??fer)Ik.max （5.2）

式中 Krel——可靠系数，取1.3；

fer——电流互感器相对误差，取0.1； Kst——电流互感器同型系数，取1；

Ik.max——外部短路时流过基本侧的最大短路电流； ?U——变压器分接头改变而引起的误差；

?fer——继电器整定匝数与计算匝数不等而产生的相对误差。计算动作电流时，先用0.05进行计算。

(3)躲开电流互感器二次回路断线时变压器的最大负荷电流

Ioper?KrelI1.max （5.3）

式中 I1.ma——变压器正常时归算到基本侧的最大负荷电流。 x差动保护的灵敏度校验

按变压器内部短路故障时最小短路电路校验

Ksen?Ik.min（5.4） ?2

Ioper.b

式中 Ik.min——内部短路故障式流入继电器的最小短路电流，已归算到基本侧； Iope.br——基本侧保护一次动作电流；若为单侧电源变压器，应为电源侧保护一次动作电流。

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5.3 复合电压起动的过电流保护

复合电压起动的过电流保护宜用于升压变电器、系统联络变压器和过电流保护不满足灵敏度要求的降压变压器。保护的三相原理接线图如图：

复合电压起动的过电流保护由电流继电器 1KA、2KA、3KA，低电压继电器KVU、负序电压继电器KVN和中间继电器KM、时间继电器KT、信号继电器KS、出口继电器KCO组成。

图5.6 复合电压起动的过电流保护原理图

正常运行时，因为负序电压，所以负序电压继电器KVN不动作，动断触点闭合，将线电压Uac加在低电压继电器KVU上，其动断触点打开，保护装置不动作。

保护区内发生各种不对称短路故障时，负序电压滤过器Z有较高的输出电压，帮KVN动作，动断触点打开，低电压继电器KVU失压，KVU动作，其动断触点闭合，使中间继电器KM励磁。此时，电流继电器到少有两个动作，于是起动时间继电器KT，经预定延时，动作于跳闸。

保护区内发生三相短路故障时，因为负序电压，所以KVN不动作，同时三相电压均降低，低电压继电器处于动作状态，起动中间继电器KM。KM起动后，动作情况与不对称短路相同。应当指出，即使三相短路故障时出现负序电压，也不会影响保护的正确动作。

当电压互感器二次回路发生断线时，低电压继电器动作，而整套保护装置不会动作，故只通过中间继电器发出断线信号，由运行人员进行处理。 根据以下规定：

对由外部相间短路引起的变压器过电流应按规定装设相应的保护作为后备保护。保护动作后，应带时限动作于跳闸。

过电流保护宜用于降压变压器，保护的整定值应考虑事故时可能出现的过负荷。 外部相间短路保护应装于变压器下列各侧，各项保护的接线，宜考虑能反应电流互感器与断路器之间的故障。

双绕组变压器，应装于主电源侧。根据主接线情况，保护可带一段或两段时限，较

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短的时限用于缩小故障影响范围，较长的时限用于断开变压器各侧断路器。

和变压器后备保护设计原则：

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。但当为满足远后备而使接线大为复杂化时，允许缩短对相邻线路的后备保护范围。

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。

最终采用复合电压起动的过电流保护。因为过电流保护的动作电流按最大负荷电流整定，灵敏度往往满足不了要求。低电压起动的过电流，它的电流元件可按变压器额定电流整定，保护的灵敏度有所提高，但若低电压继电器只装在变压器一侧，当在另一侧发生相间短路时，低电压继电器的灵敏度往往不够，为此在变压器两侧都需要装设低电压继电器，这就使其接线复杂化了，这里也不采用。而负序过电流保护虽然也满足设计要求，但其整定计算比较复杂，一般只用于大容量升压变压器和系统联络变压器，不符合此次设计的具体要求，因此也不予以考虑。复合电压起动的过电流保护，其电压起动元件是由低电压继电器和负序电压继电器组成。当发生三相短路时，短路初瞬总会出现负序电压，负序电压继电器动作，断开加在低压继电器上的电压，从而使其动作。负序电压消失后，虽然低电压继电器重新接于线电压上，但由于三相短路电压较低，不能返回于动作状态。当发生不对称短路时，故障相电流继电器动作，负序电压继电器动作，致使低电压继电器动作，最终将变压器两侧断路器断开。这里的低电压继电器和负序电压继电器相当于接在一个或门上，然后再和相电流继电器相接于与门，形成了此逻辑关系，从而完成了对变压器相间故障的保护。依据以上的综合分析后，选择复合电压起动的过电流保护作为设计使用方案，它的电流元件可按变压器额定电流整定，保护的灵敏度也有所提高。

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5.4主变高压侧零序保护

图1—12

当系统发生接地短路时，在零序电流和零序电压的作用下，电流继电器动其常闭接点断开，从而将本变压器保护的电压继电器解除动作。电流继电器常开接点闭合后启动的时间继电器，它的瞬时接点闭合，于是小母线带电，并经中性点不接地变压器保护的电压继电器已经闭合的常开接点和电流继电器的常闭接点，直接加在时间继电器上，该继电器动作时将中性点不接地变压器首先切除，由于时间继电器的动作时限比时间继电器的动作时限大，因此中性点接地运行变压器晚一步才被切除。

为了防止由于继电器偶然动作而误切除变压器，应利用中性点接地的变压器的零序电流保护来启动中性点不接地变压器的保护。因此设有公用小母线，当全厂任一台中性点接地的变压器的零序电流保护动作时．即可通过小母线的正电源，从而使电压继电器获得正电源。

零序电流保护作为变压器中性点接地运行时的接地保护，零序电流从接地中性点回路的电流互感器TA二次侧取得。为提高动作的可靠性，保护设I，II两段，每段设有两个时限。保护动作后，以较小的时限t1、t3断开母联断路器QF：以较长的时限t2、t4断开高压侧断路器1QF。零序电压保护由零序电压元件3Uo和时间元件T组成，3Uo用来反应高压侧的接地短路故障，零序电流元件3Io用来反应放电间隙击穿情况。当变压器高压侧发生接地故障时，中性点接地运行变压器的零序电流保护动作，将中性点接地运行的变压器切除。如果故障点依然存在，在放电击穿时，3Io元件会立即动作，无时限的切除变压器。若放电间隙未击穿，则3Uo元件动作，经延时t将变压器切除

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5.5过负荷保护

5.5.1 过负荷保护

变压器长期处于过负荷运行状态，将会使绝缘老化，减短绕组寿命，因为还需要装设过负荷保护。变压器过负荷时三相电流一般情况下是对称的，所以过负荷保护只需在一相上装设一个电流继电器，为了防止外部短路或短时过负荷时发出不必要信号，过负荷保护要经过延时动作于信号。

过负荷保护安装侧的选择，应能反应所有绕组的过负荷情况，通常考虑如下：双绕组降压变压器的过负荷保护应装在高压侧。单侧电源的三绕组降压变压器，若三侧容量相同，过负荷保护仅装设在电源侧；若三侧容量不同，则在电源侧和容量较小侧分别装设过负荷保护。双侧电源的三绕组降压变压器或联络变压器三侧均应装设过负荷保护。

信号图5.8 过负荷保护原理图

过负荷保护的动作电流，按躲过变压器额定电流整定，即

Iper=Krel/ KresIN （5.5）

式中 KreL——可靠系数，取1.05； Kres——返回系数，取0.85；

IN——保护安装侧变压器的额定电流。

过负荷保护的动作时间，应比变压器后备保护的最大时限大1——2个时限级差。

5.5.2 过负荷的整定

变压器的过负荷电流，在大多数情况下都是三相对称的，所以过负荷保护只需在一 相上装一个电流继电器。为了防止在外部短路或在短时过负荷时发出不必要的信号，过负荷保护通常都经过延时作用于信号。

过负荷保护的动作电流，按躲过额定电流来整定。即

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Ioper?Krel IN （5.6）

Kres式中 Krel——可靠系数，取1.05； Kres——返回系数，取0.85； IN——保护安装侧的额定电流。

过负荷保护的动作时限，应大于过电流保护动作时限1—2个时限级差。 过负荷保护动作只发出信号。

过负荷保护与过电流保护合用一组电流互感器 5.6过激磁保护 因变压器低压侧额定电压等于发电机的额定电压，所以过激励保护的动作值按发电机的磁密整定，能保证发电机和变压器的安全报警降励磁动作于跳闸。 TU2RUCC整流滤波图1—14 电平测量执行元件跳闸或信号 当Uc的整流值大于整定电压Uset时，执行元件动作，发出过励磁信号或作用于跳闸。 5.7油温监测 变压器油的温度越高，劣化速度越快，使用年限减少。当油温达115—1200C时，油开尺劣化，而到140—1500C时劣化更明显，以致不能使用。油温越高将促使变压器绕组绝缘加速老化而影响其寿命。

运行中规定变压器上层油温度最高允许值为950C，正常情况下不应超过850C，因此运行中对变压器的上层油温要 进行监视。

变压器油温的监视采用温度信号装置。其基本元件是带电触点的压力式温度计，该温度计是流体压力原理工作的。由受热器、连接细管和温度指示表计组成。

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第二篇 计算书

6主变压器选择的容量计算

6.1变电所60KV的用户总容量

P=16000+11000+14500+15000+7500+6500=70500kW

6.2折算到变压器的容量

S=0.85×(1+5%)×70500/0.95=66232.89kW

6.3据主变压器容量选择规则

Se=70%*S=0.70×66232.89=46363.02kVA

（停一台主变后，余者能带75%的负荷）,若选两台容量为46363.02kVA的变压器,当一台停用时,可保证该所全部负荷的70%.满足设计要求。 （所选变压器的型号参数见表1.1）

表1.1 主变压器的型号参数 型号 额定容量（kVA） 额定电压（kV） 连接组别 SFP7-50000/220 50000 220?2×2.5% YN，d11 空载损耗（kW） 负载损耗（kW） 阻抗电压（%） 空载电流（%） 61 401 12 1.0

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8路电流计算

8.1三相对称短路计算

图2.1 系统电路图

8.2元件阻抗归算到系统的标幺值计算

各元件的阻抗标幺值计算如下：（SB?100MVA ， VB?Vav） 发电机:

''XdSB100?0.248 XG1*=XG2=XG3= =0.124?200/0.85SN''XdSBXG4=?0.03

SN -35-

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''XS100

变压器：

线路：

XG5= XG6dBS?0.1423?/0.85?0.071 N200XUK%SBT1?XT2?XT3?100?S?10.5?100?0.167N10063XUK%T4?XT5?100?SBS?18?100?0.075

N100240XUK%SB14.4100T6?XT7?100?S???0.2286N10063XSBL1?XL1U2?0.4?95?1002?0.071av230XSBL2?XL2U2?0.4?80?1002?0.06av230XSBL3?XL3U2?0.4?75?1002?0.056av230XSBL4?XL4U2?0.4?75?1002?0.056 av230XSB100L5?XL4U2?0.4?86?2?0.064av230XSB100L6?XL6U2?0.4?70?2?0.052av230-36-

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8.3网络化简

图 2.2 系统网络化简

X1?XG1??XB1??0.248?0.167?0.415 X1?XG1??XB1??0.248?0.167?0.415X2?0.071

X?XX3?XL3?//XL4??0.056//0.056?0.028 X4?XB4??XG4??0.07115?0.075?0.146

X5?0.06 X6?0.052 X7?0.064

X8?XB6?//XB7??0.2286//0.2286?0.1143

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图2.3 系统网络化简

0.415X9?X1//X1//X1??0.138

3

X10?0.071 X11?0.06 X12?0.028

X0.146X13?X4//X?4??0.073

22

X14?0.052

X15?0.064

X16?0.1143

图2.4 系统网络化简

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X17?X9?X10?0.138?0.071?0.209

X18?X11?0.06 X19?X12?0.028

X20?X13?0.073 X21?X14?0.052

X22?X15?0.064 X23?X16?0.1143

图2.5 系统网络化简

X17?0.209 X18?0.06 X20?0.073 X23?0.114 3

X24?X21?X190.052?0.028??0.01

X19?X21?X220.028?0.052?0.064.X19?X220.064?0.028??0.0124

X19?X21?X220.028?0.052?0.064.X21?X220.052?0.064??0.023

X19?X21?X220.028?0.052?0.064.X25?X26? -39-

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图2.6 系统网络化简

X26?0.023

X23?0.1143

X27?X17?X240.209?0.01?X17?X24?0.209?0.01??0.254 X180.06X18?X240.06?0.01?0.06?0.01??0.073 X170.209X28?X18?X24?X29?X25?X20?0.0124?0.073?0.0854

图 2.7 系统网络化简

X28?0.073 X26?0.023 X23?0.1143 X30?X27//X29?

X27?X290.254?0.0854??0.064

X27?X290.254?0.0854 -40-

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/6c23.html