35KV变电站继电保护设计与整定

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本 科 生 毕 业 论 文（设 计）

题 目： 35KV变电站继电保护设计与整定

学习中心： 层 次： 专科起点本科 专 业： 年 级： 年 春/秋 季 学 号： 学 生： 指导教师： 完成日期： 年 月 日

内容摘要

电力系统的不断发展和安全稳定运行，给国民经济和社会发展带来了巨大动力和效益。但是，电力系统一旦发生自然或人为故障，如果不能及时有效控制，就会失去稳定运行，使电网瓦解，并造成大面积停电，给社会带来灾难性的后果。继电保护（包括安全自动装置）是保障电力设备安全和防止及限制电力系统长时间大面积停电的最基本、最重要、最有效的技术手段。许多实例表明，继电保护装置一旦不能正确动作，就会扩大事故，酿成严重后果。因此，加强继电保护的设计和整定计算，是保证电网安全稳定运行的重要工作。

为满足电网对继电保护提出的可靠性、选择性、灵敏性、速动性的要求，充分发挥继电保护装置的效能，必须合理的选择保护的定值，以保持各保护之间的相互配合关系。做好电网继电保护定值的整定计算工作是保证电力系统安全运行的必要条件。

本文详细地讲述了如何分析选定35kV电网的继电保护（相间短路和接地短路保护）和自动重合闸方式，以及变压器相间短路主保护和后备保护，并通过整定计算和校验分析是否满足规程和规范的要求。本次设计不对变电站的一、二次设备进行选择。

关键词：继电保护、整定、校验

前 言

对于一个大电网，故障发生的几率和故障带来的扰动是相当大的，如果没有切除故障的保护装置，电网是不允许运行的，这就是继电保护在实际应用中的重要程度，正确安装保护装置的必要性是显而易见的，但在系统复杂的内部连接和与电厂的关系致使很难检查正确与否，因此有必要采取检验手段，保护是分区域布置的，这样整个电力系统都得到了保护 ，而不存在保护死区，当故障发生时，保护应有选择的动作，跳开距离故障点最近开关。

电力系统运行要求安全可靠。但是，电力系统的组成元件数量多，结构各异，运行情况复杂，覆盖的地域辽阔。因此，受自然条件，设备及人为因素的影响（如雷击，倒塌，内部过电压或者运行人员误操作等），电力系统会发生各种故障和不正常运行状态。最常见，危害最大的故障是各种形式的短路故障。

电力生产系统发、送、变、用电的同时性，决定了它的一个过程重要性，电力系统要通过设计，组织，以使电力能够可靠，经济的送到用户，对供电系统最大的威胁就是短路故障，它给系统带来了巨大的破坏作用，因此我们必须采取措施来防范它。

继电保护装置的基本任务是：自动，迅速，有选择性将系统中故障部分切除，使故障元件损坏程度尽量可能降低，并保证该系统无故障部分迅速恢复正常运行。反映电器元件的不正常运行状态，并根据运行维护的具体条件和设备的承受能力，发出信号，减负荷或者延时跳闸。

1 绪论

1.1 电力系统对继电保护的基本要求

研究电力系统故障和危及安全运行的异常工况，以探讨其对策和反事故自动化措施。因在其发展过程中曾主要用有触点的继电器来保护电力系统及其元件（发电机、变压器、输电线路等），使之免遭损害，所以沿称继电保护。 1.1.1 继电保护的任务

当电力系统发生故障或异常工况时，在可能实现的最短时间和最小区域内，自动将故障设备从系统中切除，或发出信号由值班人员消除异常工况根源，以减轻或避免设备的损坏和对相邻地区供电的影响。 1.1.2继电保护装置具备的基本性能

继电保护装置必须具备以下5项基本性能：①安全性。在不该动作时，不发生误动作。②可靠性。在该动作时，不发生拒动作。③快速性。能以最短时限将故障或异常消除。④选择性。在可能的最小区间切除故障，保证最大限度地向无故障部分继续供电。⑤灵敏性。反映故障的能力，通常以灵敏系数表示。选择继电保护方案时，除设置需满足以上5 项基本性能外，还应注意其经济性。即不仅考虑保护装置的投资和运行维护费，还必须考虑因装置不完善而发生拒动或误动对国民经济和社会生活造成的损失。

1.2 微机型继电保护装置硬件的基本原理

继电保护装置要求能反应电气设备的故障和不正常工作状态并自动迅速地，有选择性地动作于断路器将故障设备从系统中切除，保证无故障设备继续正常运行，将事故限制在最小范围，提高系统运行的可靠性，最大限度地保证向用户安全连接供电。 继电保护装置的作用是起到反事故的自动装置的作用，必须正确地区分“正常”与“不正常”运行状态、被保护元件的“外部故障”与“内部故障”，以实现继电保护的功能。因此，通过检测各种状态下被保护元件所反映的各种物理量的变化并予以鉴别。依据反映的物理量的不同，保护装置可以构成下述各种原理的保护： (1)反映电气量的保护

电力系统发生故障时，通常伴有电流增大、电压降低以及电流与电压的比值(阻抗)和它们之间的相位角改变等现象。因此，在被保护元件的一端装设的种种变换器可以检测、比较并鉴别出发生故障时这些基本参数与正常运行时的差别．就可以构成各种不同

原理的继电保护装置。

例如: 反映电流增大构成过电流保护；

反映电压降低(或升高)构成低电压(或过电压)保护； 反映电流与电压间的相位角变化构成方向保护； 反映电压与电流的比值的变化构成距离保护。

除此以外．还可根据在被保护元件内部和外部短路时，被保护元件两端电流相位或功率方向的差别，分别构成差动保护、高频保护等。 同理，由于序分量保护灵敏度高，也得到广泛应用。

新出现的反映故障分量、突变量以及自适应原理的保护也在应用中。 (2)反映非电气量的保护

如反应温度、压力、流量等非电气量变化的可以构成电力变压器的温度、瓦斯保护保护等。

继电保护相当于一种在线的开环的自动控制装置，根据控制过程信号性质的不同，可以分模拟型(它又分为机电型和静态型)和数字型两大类。对于常规的模拟继电保护装置，一般包括测量部分、逻辑部分和执行部分。测量部分从被保护对象输入有关信号，再与给定的整定值比较，以判断是否发生故障或不正常运行状态；逻辑部分依据测量部分输出量的性质、出现的顺序或其组合，进行逻辑判断，以确定保护是否应该动作；执行部分依据前面环节判断得出的结果子以执行：跳闸或发信号。

2 35KV变电站系统简介 2.1 站内主要设备简介

该站内有35KV主变四台，分别为1#主变、2#主变、3#主变，4#主变35kv配电柜24面。

2.2 35kV变电站设备布置情况说明

本站有35KV配电室三个，分别为：Ⅰ王化、Ⅱ王化、Ⅰ丰化，分别来自供电局35KV的三条母线；35KV主变四台，其中1#主变、2#主变在Ⅰ丰化35KV母线上，3#主变在Ⅰ王化35KV母线上，4#主变在Ⅱ王化35KV母线上，正常情况下运行1#主变、3#主变，检修或故障时可以投入2#主变或4#主变，其余回路均为35KV大功率整流变压器回路。 2.3 35kV变电站主接线图

2 变电所继电保护和自动装置规划

2.1系统分析及继电保护要求

本设计系统为双电源35KV单母线分段接线，所接负荷多为化工型，属一二类负荷居多。

为保证安全供电和电能质量，继电保护应满足四项基本要求，即选择性、速动性、

灵敏性和可靠性。

2.2本系统故障分析

本设计中的电力系统具有非直接接地的架空线路及中性点不接地的电力变压器等主要设备。就线路来讲，其主要故障为单相接地、两相接地和三相接地。

电力变压器的故障，分为外部故障和内部故障两类。

·变压器的外部故障常见的是高低压套管及引线故障，它可能引起变压器出线端的相间短路或引出线碰接外壳。

·变压器的内部故障有相间短路、绕组的匝间短路和绝缘损坏。

变压器的不正常运行过负荷、由于外部短路引起的过电流、油温上升及不允许的油面下降。

2.3 35KV线路继电保护装置

根据线路的故障类型，按不同的出线回路数，设置相应的继电保护装置如下： 1.单回出线保护：适用于织布厂和胶木厂出线。采用两段式电流保护，即电流速断保护和过电流保护。其中电流速断保护为主保护，不带时限，0S跳闸。

2.双回路出线保护：适用于印染厂、配电所和炼铁厂出线。采用平行双回线路横联方向差动保护加电流保护。其中横联方向差动保护为主保护。电流保护作为横联方向差动保护的后备保护。

2.4主变压器继电保护装置设置

变压器为变电所的核心设备，根据其故障和不正常运行的情况，从反应各种不同故障的可靠、快速、灵敏及提高系统的安全性出发，设置相应的主保护、异常运行保护和必要的辅助保护如下：

1.主保护：瓦斯保护（以防御变压器内部故障和油面降低）、纵联差动保护（以防御变压器绕组、套管和引出线的相间短路）。

2.后备保护：过电流保护（以反应变压器外部相间故障）、过负荷保护（反应由于过负荷而引起的过电流）。

3.异常运行保护和必要的辅助保护：温度保护（以检测变压器的油温，防止变压器油劣化加速）和冷却风机自启动（用变压器一相电流的70%来启动冷却风机，防止变压器油温过高）。

2.5 变电所的自动装置

针对架空线路的故障多系雷击、鸟害、树枝或其它飞行物等引起的瞬时性短路，其特点是当线路断路器跳闸而电压消失后，随着电弧的熄灭，短路即自行消除。若运行人员试行强送，随可以恢复供电，但速度较慢，用户的大多设备（电动机）已停运，这样就干扰破坏了设备的正常工作，因此本设计在35KV各出线上设置三相自动重合闸装置（CHZ），即当线路断路器因事故跳闸后，立即使线路断路器自动再次重合闸，以减少因线路瞬时性短路故障停电所造成的损失。

针对变电所负荷性质，缩短备用电源的切换时间，提高供电的不间断性，保证人身设备的安全等，本设计在35KV母联断路器（DL1）处装设备用电源自动投入装置（BZT）。

频率是电能质量的基本指标之一,正常情况下,系统的频率应保持在50Hz，运行频率和它的额定值的允许差值限制在0.5Hz内，频率降低会导致用电企业的机械生产率下降，产品质量降低，更为严重的是给电力系统工作带来危害，而有功功率的缺额会导致频率的降低，因此，为保证系统频率恒定和重要用户的生产稳定，本设计35KV出线设置自动频率减负荷装置（ZPJH），按用户负荷的重要性顺序切除。

2.6 本设计继电保护装置原理概述

2.6.1 35KV线路电流速断保护

是根据短路时通过保护装置的电流来选择动作电流的，以动作电流的大小来控制保护装置的保护范围；有无时限电流速断和延时电流速断，采用二相二电流继电器的不完全星形接线方式，本设计选用无时限电流速断保护。 2.6.2 35KV线路过电流保护

是利用短路时的电流比正常运行时大的特征来鉴别线路发生了短路故障，其动作的选择性由过电流保护装置的动作具有适当的延时来保证，有定时限过电流保护和反时限过电流保护；本设计与电流速断保护装置共用两组电流互感器，采用二相二继电器的不完全星形接线方式，选用定时限过电流保护，作为电流速断保护的后备保护，来切除电流速断保护范围以外的故障，其保护范围为本线路全部和下段线路的一部分。 2.6.3 平行双回线路横联方向差动保护

是通过比较两线路的电流相位和数值相同与否鉴别发生的故障;由电流起动元件、功率方向元件和出口执行元件组成，电流起动元件用以判断线路是否发生故障，功率方向元件用以判断哪回线路发生故障，双回线路运行时能保证有选择的动作。该保护动作时间0S，由于横联保护在相继动作区内短路时，切除故障的时间将延长一倍，故加装一套三段式电流保护，作为后备保护。

2.6.4 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。

2.6.5变压器纵联差动保护

是按照循环电流的原理构成。在变压器两侧都装设电流互感器，其二次绕组按环流原则串联，差动继电器并接在回路臂中，在正常运行和外部短路时，二次电流在臂中环流，使差动保护在正常运行和外部短路时不动作，由电流互感器流入继电器的电流应大小相等，相位相反，使得流过继电器的电流为零；在变压器内部发生相间短路时，从电流互感器流入继电器的电流大小不等，相位相同，使继电器内有电流流过。但实际上由于变压器的励磁涌流、接线方式及电流互感器误差等因素的影响，继电器中存在不平衡电流，变压器差动保护需解决这些问题，方法有： ·靠整定值躲过不平衡电流 ·采用比例制动差动保护。 ·采用二次谐波制动。 ·采用间歇角原理。 ·采用速饱和变流器。

本设计采用较经济的BCH-2型带有速饱和变流器的继电器，以提高保护装置的励磁涌流的能力。

3 主进线柜继电保护方案的选择

3.1 主进线柜继电保护装置的配置

主进线柜采用了DPL-100型线路保护测控装置，该微机型继电保护装置通过网线与高压后台监控系统相连，具有测量数据实时上传，后台控制信息及时执行的“四遥”功能，能满足变电站综合自动化运行的要求。

3.2 主进线柜继电保护方式的选择

该35KV进线柜根据系统特点主要选择了如下保护：电流速断保护、过电流保护、过负荷保护、PT断线报警、复合电压保护、一次变比设定，并具有故障录波功能。

3.3 主进线柜继电保护装置的整定计算

3.3.1 系统等效电路图

SⅡ SⅠ

1 2 0.45 0.67

5 6 3 4 0.292 0.292 0.380 0.380 DL1 d1 7 8 1.19 1.19 DL6 d2 XL=3.628 D3

图1 系统等效电路图 （各阻抗计算见3.3）

3.3.2基准参数选定

SB=100MVA，UB=Uav即：35kV侧UB=37KV。 3.3.3阻抗计算（均为标幺值）

1） 系统：X1=100/150=0.667 X2=100/250=0.438

2) 线路：L1，L2：X3=X4=l1X1SB/VB2=0.4×13×100/352=0.380. L3，L4：X5=X6=l3X1SB/VB2=0.4×10×100/352=0.292 3) 变压器：B1，B2：X7=X8=（Uk%/100）SB/S=0.075×100/6.3=1.19 3.3.4 短路电流计算 1）最大运行方式： 系统化简如图2所示 其中：

X9=X2+X3∥X4＝0.851 X10= X1+X5∥X6＝0.546 X11=X10∥X9＝0.642 X12=X11+X7＝1.832

故知35KV母线上短路电流： Id1max=IB1/X11=1.56/0.642=2.430(KA) Id21max=IB1/X12=1.56/1.832=0.852(KA)

对于d3点以炼铁厂计算

Id3max=5.5/(1.832+3.628)=1.007(KA)

SII SI 10 9 0.546 0.851 35KV d1 7（8） 1.19 35KV d2 XL=3.628 d3 图2 11 35KV 0.32 d1 7(8) 1.19 35KV d 2 XL=3.628 d3 图3

2) 最小运行方式下:系统化简如图4所示。

因SⅡ停运,所以仅考虑SⅠ单独运行的结果； X13=X9+X7=0.667+1.19=1.86 所以35KV母线上短路电流：

Id1min=IB1/X9=1.56/0.851=1.83(kA) Id2min=IB2/X13=5.5/1.857=2.96(kA) Id2lmin = IB1/X13=1.56/1.857=0.84(kA) 对于d3以炼铁厂进行计算

Id3min=5.5/ (1.857+3.628)=1.003(kA) 折算到35KV侧：

Id3lmin = 1.56/(1.857+3.628)=0.285(kA SⅠ

9 0.669

35KV

d1

7(8)

35KV 1.19 d2 XL=3.628 图4

4 主变柜继电保护方案的选择

4.1 变压器保护整定原则及对主变保护的要求

根据变压器故障类型和不正常运行状态，对变压器应装设如下保护。 (1)主保护：瓦斯保护、纵连差动保护、电流速断保护。

(2)用于变压器外部相间短路的后备保护：过流保护 (3)过负荷保护

(4)对于变压器温度及箱体内压力升高故障，应装设相应的可动作于信号或跳闸的保护。

4.2 主变保护的选型及装置介绍

针对35KV主变在运行中的需要选择了DPT-135型变压器后备保护测控装置和DPT810型微机双卷差动保护测控装置

4.3瓦斯保护

轻瓦斯保护的动作值按气体容积为250~300cm整定，本设计采用280 cm。 重瓦斯保护的动作值按导油管的油流速度为0.6~1.5 cm2整定本，本设计采用0.9 cm2。

瓦斯继电器选用FJ3-80型 。

2

2

4.4纵联差动保护：选用BCH-2型差动继电器。

4.4.1 计算Ie及电流互感器变比

名 称 额定电流 变压器接线方式 CT接线方式 CT计算变比 实选CT变比nl 实际额定电流 不平衡电流Ibp 确定基本侧 4.4.2 确定基本侧动作电流

1） 躲过外部故障时的最大不平衡电流 Idz1≥KKIbp

(1)

基本侧 各侧数据 Y（35KV） I1e=S/ 3 U1e=103.9A Y Δ 3 I1e/5=180/5 200/5 3 I1e/5=4.50A Δ（35KV） I2E=S/ 3 U2e=346.4A Δ Y I2e/5=346.4/5 400/5 I2e/5=4.33A 4.50-4.33=0.17A 非基本侧 利用实用计算式： Idz1=KK（KfzqKtxfi+U+fza）Id2lmax 式中：KK—可靠系数，采用1.3；

Kfzq—非同期分量引起的误差，采用1；

Ktx— 同型系数，CT型号相同且处于同一情况时取0.5，型号不同时取1，本设计取1。

ΔU—变压器调压时所产生的相对误差，采用调压百分数的一半，本设计取0.05。

Δfza—继电器整定匝书数与计算匝数不等而产生的相对误差，暂无法求出，先采用中间值0.05。

代入数据得 Idz1=1.3×(1×1×0.1+0.05+0.05) ×1.04=270.4（A） 2） 躲过变压器空载投入或外部故障后电压恢复时的励磁涌流 Idz1= KK Ie （2） 式中：KK—可靠系数，采用1.3； Ie—变压器额定电流：

代入数据得 Idz1= 1.3×103.9=135.1(A) 3) 躲过电流互感器二次回路短线时的最大负荷电流

Idz1= KKTfhmax

（3）

式中： KK—可靠系数，采用1.3；

Idz1—正常运行时变压器的最大负荷电流；采用变压器的额定电流。 代入数据得

Idz1=1.3×103.9=135.1(A)

比较上述（1），（2），（3）式的动作电流，取最大值为计算值，

即： Idz1=270.4（A）

4.4.3确定基本侧差动线圈的匝数和继电器的动作电流

将两侧电流互感器分别结于继电器的两组平衡线圈，再接入差动线圈，使继电器的实用匝数和动作电流更接近于计算值；以二次回路额定电流最大侧作为基本侧，基本侧的继电器动作电流及线圈匝数计算如下：

基本侧（35KV）继电器动作值 IdzjsI=KJXIdzI/nl

代入数据得 IdzjsI= 3 ×270.4/40=11.71（A） 基本侧继电器差动线圈匝数 WcdjsI=Awo/ IdzjsI

式中：Awo为继电器动作安匝，应采用实际值，本设计中采用额定值，取得60安

匝。

代入数据得 WcdjsI=60/11.71=5.12(匝)

选用差动线圈与一组平衡线圈匝数之和较WcdjsI小而相近的数值，作为差动线圈整

定匝数WcdZ。

即：实际整定匝数WcdZ=5（匝）

继电器的实际动作电流 IdzjI=Awo/ WcdZ=60/5=12（A） 保护装置的实际动作电流 IdzI= IdzjINl/Kjx=12×40/3 =277.1A

4.4.4确定非基本侧平衡线圈和工作线圈的匝数

平衡线圈计算匝数 WphjsⅡ =Wcdz/Ie2JI-Wcdz

=5×(4.5/4.33-1)=0.19(匝)

故，取平衡线圈实际匝数WphzⅡ=0 工作线圈计算匝数WgzⅡ= WphzⅡ+Wcdz=5(匝)

4.4.5计算由于整定匝数与计算匝数不等而产生的相对误差Δfza

Δfza= (WphjsⅡ- WphzⅡ)/( WphjsⅡ+ Wcdz)

=(0.19-0)/(0.19+5)=0.04

此值小于原定值0.05，取法合适，不需重新计算。 4.4.6初步确定短路线圈的抽头

根据前面对BCH-2差动继电器的分析，考虑到本系统主变压器容量较小，励磁涌流较大，故选用较大匝数的“C-C”抽头，实际应用中，还应考虑继电器所接的电流互感器的型号、性能等，抽头是否合适，应经过变压器空载投入试验最后确定。 4.4.7保护装置灵敏度校验

差动保护灵敏度要求值Klm≮2

本系统在最小运行方式下，35KV侧出口发生两相短路时，保护装置的灵敏度最低。 本装置灵敏度 Klm=0.866KjxIdlmin/Idzl

=0.866×1×0.817/0.2771=2.55>2

满足要求。

4.5过电流保护

4.5.1过电流继电器的整定及继电器选择 1） 保护动作电流按躲过变压器额定电流来整定

Idz=KkIe1/Kh

式中：Kk—可靠系数，采用1.2； Kh—返回系数，采用0.85；

代入数据得 Idz=1.2×103.9/0.85=146.7(A)

继电器的动作电流 Idzj=Idz/nl=146.7/(40/ 3 )=6.35(A) 电流继电器的选择：DL-21C/10

2） 灵敏度按保护范围末端短路进行校验，灵敏系数不小于1.2。

灵敏系数：Klm=0.866KjxId3lmin/Idz

=0.866×1×0.282/0.1467=1.66>1.2

满足要求。

4.6 过负荷保护

其动作电流按躲过变压器额定电流来整定。动作带延时作用于信号。

Idz=KkIe1/Kf=1.05×103.9/0.85=128.4(A) IdzJ= Idz/nl=128.4×3 /40=5.56(A)

延时时限取10s，以躲过电动机的自起动。

当过负荷保护起动后，在达到时限后仍未返回，则动作ZDJH装置。

4.7 冷却风扇自起动

Idz=0.7Iel=0.7×103.9=72.74(A)

IdzJ=Idz/nl=72.74/(40/ 3 )=3.15(A)

即，当继电器电流达到3.15A时，冷却风扇自起动。

35KV

d1

7(8)

35KV 1.19 d2

XL=3.628

图6

4.8变压器保护配置及整定计算

4.8.1变压器保护配置

电力变压器是电力系统中十分重要的供电元件，它的故障将对供电可靠性和系统的正常运行带来严重的影响。因此，我们必须研究变压器有哪些故障和不正常运行状态，以便采取相应的保护措施。

变压器的故障可以分为油箱外和油箱内两种故障。油箱外的故障，主要是套管和引出线上发生相间短路以及中性点直接接地侧的接地短路。这些故障的发生会危害电力系统的安全连续供电。油箱内的故障包括绕组的相间短路、接地短路、匝间短路以及铁心的烧损等。油箱内故障时产生的电弧，不仅会损坏绕组的绝缘、烧毁铁芯，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。

变压器外部短路引起的过电流、负荷长时间超过额定容量引起的过负荷、风扇故障或漏油等原因引起冷却能力的下降等，这些运行状态会使绕组和铁芯过热。此外，对于中性点不接地运行的星形接线方式变压器，外部接地短路时有可能造成变压器中性点过电压，威胁变压器的绝缘；大容量变压器在过电压或低频率等异常运行方式下会发生变压器的过励磁，引起铁芯和其它金属构件的过热。

主保护：电流差动保护、瓦斯保护

后备保护：过电流保护/低压闭锁过电流保护/复合电压闭锁过流保护/阻抗保护/零序过电流保护/零序过电压保护/过负荷保护/过激磁保护。

两种配置模式：

（1）主保护、后备保护分开设置

（2）成套保护装置，重要变压器双重化配置 4.8.2 纵联差动保护

以双绕组变压器为例来说明实现纵差动保护的原理，如图7所示。 ?1′ ?2′ nl 1 nB nl 2 ?2′′ ?1′′

?2′- ?2′′ I- I

图7 变压器纵差动保护的原理接线

由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不同，因此，为了保证纵差动保护的正确工作，就必须适当选择两侧电流互感器的变比，使得在正常运行和外部故障时，两个二次电流相等，亦即在正常运行和外部故障时，差动回路的电流等于零。例如在图7中，应使

I2=I2'''I1I''1== nl1nl2'

nl2I''1或?'=nB nl1I1式中nl1—高压侧电流互感器的变比；

nl2—低压侧电流互感器的变比；

nB—变压器的变比（即高、低压侧额定电压之比）。

由此可知，要实现变压器的纵差动保护， 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nB，这是与前述送电线路的纵差动保护不同的。这个区别是由于线路的纵差动保护可以直接比较两侧电流的幅值和相位，而变压器的纵差动保护则必须考虑变压器变比的影响。

本次设计所采用的变压器型号为：S11-8000/35。对于这种大型变压器而言，它都必需装设单独的变压器差动保护，这是因为变压器差动保护通常采用两侧电流差动，其中高电压侧电流引自高压侧电流互感器，低压侧电流引自变压器低压侧电流互感器，这样使差动保护的保护范围为二组电流互感器所限定的区域，从而可以更好地反映这些区域内相间短路，高压侧接地短路以及主变压器绕组匝间短路故障。所以我们用纵联差动保护作为变压器的主保护，其接线原理图如图8所示。正常情况下,I'2=I''2即：

'I1''''n2I1I1??????nT（变压器变比）

'n1n1n2I1所以这时Ir=0，实际上，由于电流继电器接线方式，变压器励磁电流，变比误差等影响导致不平衡电流的产生，故Ir不等于0 ，针对不平衡电流产生的原因不同可以采取相应的措施来减小。

尽管纵联差动保护有很多其它保护不具备的优点，但当大型变压器内部产生严重漏油或匝数很少的匝间短路故障以及绕组断线故障时，纵联差动保护不能动作，这时我们还需对变压器装设另外一个主保护——瓦斯保护。

图8 纵联差动保护原理示意图

4.8.3瓦斯保护

瓦斯保护主要用来保护变压器的内部故障，它由于一方面简单，灵敏，经济；另一方面动作速度慢，且仅能反映变压器油箱内部故障，就注定了它只有与差动保护配合使用才能做到优势互补，效果更佳。

瓦斯保护的工作原理：

当变压器内部发生轻微故障时，有轻瓦斯产生，瓦斯继电器KG的上触点闭合，作用于预告信号；当发生严重故障时，重瓦斯冲出，瓦斯继电器的下触点闭合，经中间继电器KC作用于信号继电器KS，发出警报信号，同时断路器跳闸。瓦斯继电器的下触点闭合，也可利用切换片XB切换位置，只给出报警信号。

瓦斯保护的整定：

瓦斯保护有重瓦斯和轻瓦斯之分，它们装设于油箱与油枕之间的连接导管上。其中轻瓦斯按气体容积进行整定，整定范围为：250～300cm3,一般整定在250cm3 。重瓦斯按油流速度进行整定，整定范围为：0.6～1.5m/s,一般整定在1m/s 。瓦斯保护原理如图9所示。

图9 瓦斯保护原理示意图

4.8.4保护配置的整定

对于本次设计来说，变压器的主保护有纵联差动保护和瓦斯保护，其中瓦斯保护一般不需要进行整定计算，所以仅对纵联差动保护进行整定如下： (1)避越变压器的励磁涌流： Idz?krel?Ie?1.3?165?214?A?

其中krel为可靠系数，取1.3，而

Ie?se3ue?31500?165?A?为变压器的额定电流。

3?110(2)避越外部短路时的最大不平衡电流：

Idz?krel?ktxkfzqfi??u110??fza?Idz.max(3)?1.3?1?1?0.1?0.1?0.05??995?323.38

?1.3?1?1?0.1?0.1?0.05??995?323.38

其中Ie.jb?Ie?165?A?为电流互感器的一次侧额定电流；

Ie2.jb?3Ie3?165??2.38?A?为电流互感器的二次额定电流。 60060055cd.js?Aw0Idz.j,jb.js?120?6.4?t? 18.7差动线圈匝数： w实际整定匝数选用： wcd.z?6?t?

所以继电器的实际动作电流为： Idz.j.jb?120?20?A?

wcd.z保护装置的实际动作电流为： Idz.jb?Ie.jb?Idz.j.jbIez.jb?20?165?1389?A? 2.38变压器 额定电压/kV

额定电流 Ie/A 互感器的接线

方式 互感器的计算

变比 互感器的选择

变比 电流互感器 二次额定电流

B1 35

2000?185 3?115B2 35

2000?185 3?115B3 35

2000?185 3?115B4 35

2000?185 3?115D d y y

3?16558 ?553?16558 ?553?185320 ?553?185320 ?55100/5 58/20=2.9

100/5 58/20=2.9

400/5 320/80=4

400/5 320/80=4

变压器差动保护参数计算结果如下表5-1： (5) 校验保护的灵敏系数:

当系统在最小运行方式下,线路L4处开环运行发生两相短路时,保护装置灵敏系数最低,即:

kjxId.?.minIdz.jb3?3?kjxI2f1.minIdz.jb1??3?103262?6.3?2 1385kim??显然灵敏度满足要求。其中Id.?.min是变压器差动保护范围内短路时总的最小短路电流有名值(归算到基本侧)。kjx是保护的接线系数,这里取1。

5 整流变压器柜继电保护方案的选择

5.1 整流变柜继电保护装置的配置

1. 采用高频逆变、输出波形平直、纹波小。

2. 采用了先进的软开关技术，节能省电、效率高，实现了电源的“绿色化”，并且大幅度延长了机器的使用寿命。

3. 采用了电流型控制及高可靠的优质功率元件，具有抗干扰能力强、控制精度高、稳定性好、运行可靠等特点。

4. 具有用户可自动设置的软启动功能、设有三级定时功能等，每级的电流、电压可分别设定并可根据工艺要求选择：稳压或稳流方式。

5. 保护功能完善。具有限流、过压、过热、缺相及短路等完善保护系统及报警系统。体积小，为用户有效利用空间创造了有利的条件。

5.2 整流变柜继电保护的选择

1. 采用高性能LC滤波器，有效地抑制了整流输出电压的谐波成分，满足了电泳涂漆生产工艺中必须低波纹输出的要求。

2. 具有0~999秒可调的软启动功能、设有三级定时功能等，每级的电流、电压可分别设定并可根据工艺要求选择稳压或稳流方式。

3. 由于主控板采用了高可靠的控制系统，具有抗干扰能力强、控制精度高、稳定性好、运行可靠等特点。

4. 保护功能完善。具有过流、过热、缺相，错相序及短路等完善的保护功能以及报警系统。

5.3 整流变柜继电保护装置的整定计算

动作电流按两个条件整定： 1、躲开TA二次侧断线影响：

2、躲开二次侧不平衡电流：

式中：短路电流非周期分量影响系数，电流继电器取1.5～2，BCH-2继电器取1；可靠系数一般取1.3。

取1、2两项中的最大值为保护动作整定值。 3、断线监视继电器的整定： 根据经验：

4、灵敏度校验

注意：在发电机中性点附近短路，当过渡电阻不为零时，短路电流很小，保护存在动作死区。

6 PT及避雷器柜继电保护整定计算及元件选择

6.1 概述

PT是Private Tracker（私用种子服务器）的简称，可以统计用户的上传和下载量，计算用户的分享率。你可以简单将它理解为BT的升级版，在拥有BT所有功能的同时，需要达到一定的分享率才能不被删除帐号。PT其实也是Bt下载的一种，但有两个明显的改进：一是私密的小范围下载，二是进行流量统计，根据上载量决定你的权限。其通过禁用DHT有要求地选择并控制用户数量，这样，在有限的范围内，下载的用户基本上都可以达到自己的宽带上限，PT下载还通过论坛等方式的约束机制将BT下载的理念现实化，真正让用户做到下载的过程中努力上传.

6.2 35KV中性点直接接地电网零序保护原理

6.2.1 系统接线示意图与各线路的零序电流

通过对系统的分析，得到系统的零序电网接线图如图6-1，另各母线在每种短路方式下分别故障时，通过系统各线路的短路电流计算得出表6-1。

E4189C23131011B112AF35191411585D76151151617115

图6-1 系统接线示意简图

表4-1 各母线故障时流过电网的零序电流

线路 运行故障类型 A母故障 (A) ddMin ddBC L230 Min Max ddddBC L250 Min Max ddddCD Max d（1）B母故障 (A) 0 0 0 0 82 111 69 100 75 102 64 92 9 C母故障 (A) 0 0 0 0 81 107 65 94 74 98 59 86 97 D母故障 (A) 0 0 0 0 10 12 8 11 9 11 7 10 133 E母故障 (A) 0 0 0 0 34 41 28 36 32 37 26 34 26 (长度) 方式 AB L60 Max 558 523 515 507 38 35 35 34 35 32 32 31 4 （1，1）（1） （1，1）（1） （1，1）（1） （1，1）（1） （1，1）（1） （1，1）（1） L185 Min ddd（1，1） 4 4 12 8 11 33 45 28 40 4 5 3 5 129 78 113 359 475 286 416 43 56 34 49 163 112 148 34 42 29 38 139 169 117 154 31 21 28 626 739 511 666 139 164 114 148 （1） （1，1）4 15 CE L30 Max dd（1） （1，1）14 14 Min dd（1） （1，1）14 2 DE L170 Max dd（1） （1，1）2 2 Min dd（1） （1，1）2

6.2.2 各保护装置的零序电流保护整定计算

1、保护1零序保护的整定 （1）Ⅰ段保护

1）躲开下一条线路出口处单相或两相接地时出现的最大零序电流3I0.max，查表得1674A，引入可靠系数Krel，取1.3，根据公式（4.1），即有

' Iact .1?Krel3I0.max?1.3?1674?2176(A)??起动时间

t?0S

' 2）选定2176A，0S。

由于本线路处于系统的末端，没有下一线路可以配合，故不需要设零序Ⅱ段保护，直接设零序Ⅲ段保护。 （2）Ⅲ段保护

1）末端变压器中性点不接地运行，只按躲开变压器低压侧母线相间短路的最大不平衡电流整定，根据公式（4.11）有

'''(3) Iact?KKKI.1relbpfzqd.max?1.3?0.1?2?1959?509(A)

起动时间

t'''?t'??t?0.5S

计算选定509A, 0 S 。

2）效验灵敏度，查表得最小电流为1521A，则 Ksen?Ik.min1521??3 '''Iact.15092．保护2零序保护的整定 （1）Ⅰ段保护

1）躲开下一条线路出口处单相或两相接地时出现的最大零序电流3I0.max，查表得306A，引入可靠系数Krel，取1.3，即有

' Iact.2?Krel3I0.max?1.3?306?397(A)

起动时间

t?0S

' 2）选定397A，0 S。

（2）Ⅱ段保护

因为B侧只有一台变压器中性点接地，故可选正常最小方式的数据，当A母线故障时，根据公式（4.4）查表得计算为

Kfz?Ik.BC.min31??0.06

Ik.AB.min507 1）按与相邻下一级线路的零序电流保护1Ⅰ段保护0S配合整定。

'' IaKI'fz.1?1.?0.0?621?76c.t2?Krelact15''' 50()A1 t?t??t?0.5S

选定150A，0.5S

2）效验灵敏度，查表得最小电流为192A 根据式子（4.8），有 Ksen?Ik.mi192?n?1.53 ''Iact.2150（3）Ⅲ段保护

因为相邻下一级线路的零序电流保护1段没设Ⅱ段保护，故考虑跟Ⅲ段配合整定。

1）按与相邻下一级线路的零序电流保护1Ⅲ段保护0.5S配合整定。

''' Ia 39()KIf'z'.'1?1.?0.0?65?09Ac.t2?Krelact15''''' t?t??t?1.0S

选定39A，1.0S

2）效验灵敏度，则

Ksen?3．保护3零序保护的整定 （1）Ⅰ段保护

1）躲开下一条线路出口处单相或两相接地时出现的最大零序电流3I0.max，查表得333A，引入可靠系数Krel，取1.3，即有

' Ia3?x1.3?333?c.t3?KrelI0.maIk.min192??4.9 ''Iact.239 ()43A2起动时间

t?0S

' 2）选定432A，0 S。

（2）Ⅱ段保护

因为B侧只有一台变压器中性点接地，故可选正常最小方式的数据，当A母线故障时，有表得数据计算为

Kfz?Ik.BC.min34??0.067

Ik.AB.min507 1）按与相邻下一级线路的零序电流保护1Ⅰ段保护0S配合整定。

'' Ia 167()KI'fz1.?0.0?672?176Ac.t3?Krel.1a1ct5''' t?t??t?0.5S

选定167A，0.5S

2）效验灵敏度，查表得最小电流为207A，则 Ksen?（3）Ⅲ段保护

因为相邻下一级线路的零序电流保护1段没设Ⅱ段保护，故考虑跟Ⅲ段配合整定。

1）按与相邻下一级线路的零序电流保护1Ⅲ段保护0.5S配合整定。

''' Ia 44()KIf'z'.'1?1.?0.06?75?09Ac.t3?Krelact15'''''Ik.min207??1.52 ''Iact167.3 t?t??t?1.0S

选定44A，1.0S

2）效验灵敏度，则 Ksen?4．保护4零序保护的整定 （1）Ⅰ段保护

1）躲开下一条线路出口处单相或两相接地时出现的最大零序电流3I0.max，查表得1425A，引入可靠系数Krel，取1.3，即有

' Iact.4?Krel3I0.max?1.3?1425?1852(A)

Ik.min207??4.7 '''Iact.344起动时间

t?0S

' 2）选定1852A，0 S。

（2）Ⅱ段保护

按躲开下一条线路末端时流过的最大零序电流值整定，故选择与230kmBC线路保护3配合整定。因为C侧有三台变压器中性点接地，故可选正常最小方式的数据，当B母线故障时，有表得数据计算为

Kfz?Ik.CE.min28??0.44

Ik.BC.min169 1）按与相邻下一级线路的零序电流保护3Ⅰ段保护0S配合整定。

''' Ia?KKI?1.?0.4?44?32c.t4relfz.3act15''' 18()2A t?t??t?0.5S

2）按不伸出本线路末端母线上变压器的另一侧母线接地短路时流过的最大零序电流整定，即

'' Iact.4?Krel3I0.max?1.3?153?198(A)

选定218A，0.5S

3）效验灵敏度，查表得最小电流858A，则 Ksen?（3）Ⅲ段保护

1）按与相邻下一级线路的零序电流保护3的Ⅱ段保护0.5S配合整定。

''' Ia 84()KIf'z'.3?1.?0.4?41?67Ac.t4?Krelact15'''''Ik.min858??3.9 ''Iact.4218 t?t??t?1.0S

2）按不伸出本线路末端母线上变压器的另一侧母线接地短路时流过的最大

零序电流整定，即

''' Iact.4?198(A)

3）比较上述两条件，由于2）的整定电流值与本线Ⅱ段保护非常接近，对灵敏度没有改善，故选定84A，1.0S

4）效验灵敏度，则

Ksen?5．保护5零序保护的整定 （1）Ⅰ段保护

1）躲开下一条线路出口处单相或两相接地时出现的最大零序电流3I0.max，查表得492A，引入可靠系数Krel，取1.3，即有

Iac.t5?Kr3?x1.3?192?elI0.ma'Ik.min858??9.5 '''Iact.484 ()63A9起动时间

t?0S

' 2）选定639A，0 S。

（2）Ⅱ段保护

因为E侧有两台变压器中性点接地，故可选正常最小方式的数据，当C母线故障时，有表得数据计算为

Kfz?Ik.DE.min34??0.12

Ik.CE.min286 1）按与相邻下一级线路的零序电流保护4Ⅰ段保护0S配合整定。

''' Ia?KKI?1.?0.1?218?52c.t5relfz.4act15''' 55()A2 t?t??t?0.5S

2）按不伸出本线路末端母线上变压器的另一侧母线接地短路时流过的最大零序电流整定，即

'' Iact.5?Krel3I0.max?1.3?141?183(A)

选定255A，0.5S

3）效验灵敏度，查表得最小电流342A，则 Ksen?（3） Ⅲ段保护

1）按与相邻下一级线路的零序电流保护4的Ⅱ段保护0.5S配合整定。

''' Ia 30()KIf'z'.4?1.?0.1?22?18Ac.t5?Krelact15'''''Ik.min342??1.54 ''Iact.5255 t?t??t?1.0S

2）按不伸出本线路末端母线上变压器的另一侧母线接地短路时流过的最大

零序电流整定，即

''' Iact.5?183(A)

3）比较上述两条件，由于1）的整定电流值太小，对灵敏度过高，故选定183A，1.0S

4）效验灵敏度，则

Ksen?Ik.mi342n?1.9 '''Iact.5183

6.3 本供电系统的零序保护方案及元件配置和整定

（1）Ⅰ段保护

1）躲开下一条线路出口处单相或两相接地时出现的最大零序电流3I0.max，查表得489A，引入可靠系数Krel，取1.3，即有

' Ia3?x1.3?489?c.t6?KrelI0.ma ()63A5起动时间

t?0S

' 2）选定635A，0 S。

（2）Ⅱ段保护

因为D侧有两台变压器中性点接地，故可选正常最小方式的数据，当E母线故障时，有表得数据计算为

Kfz?Ik.CD.min21??0.18

Ik.DE.min114 1）按与相邻下一级线路的零序电流保护5Ⅰ段保护0S配合整定。

'' IaKI'fz.5?1.?0.1?86?39c.t6?Krelact15''' 32()1A t?t??t?0.5S

2）按不伸出本线路末端母线上变压器的另一侧母线接地短路时流过的最大零序电流整定，即

'' Iact.6?Krel3I0.max?1.3?78?101(A)

选定132A，0.5S

3）效验灵敏度，查表得最小电流336A，则 Ksen?Ik.min336??2.5 ''Iact132.6（3）Ⅲ段保护

1）按与相邻下一级线路的零序电流保护5的Ⅱ段保护0.5S配合整定。

''' Ia 52()KIf'z'.5?1.?0.1?82?55Ac.t6?Krelact15''''' t?t??t?1.0S

2）按不伸出本线路末端母线上变压器的另一侧母线接地短路时流过的最

大零序电流整定，即

''' Iact.6?101(A)

3）比较上述两条件，由于1）的整定电流值太小，对灵敏度过高，故选定101A，1.5S

4）效验灵敏度，则 Ksen?

Ik.min336??3.3 '''Iact101.66.4 谐波抑制方式的选择（二次消谐）

1. 计算步骤

如前所述，变频器的谐波电流很难直接通过解析公式计算。下面推荐一种计算方法，供大家参考。

步骤1：根据国家标准和实际变压器的短路容量计算所允许的各次谐波电流，具体公式为 Ih=IGB（Sr/Sj）

式中：Ih为各次谐波电流允许限值；IGB为基准短路容量下各次谐波电流限值；Sr为实际短路容量，MVA；Sj为基准短路容量，380V时取10MVA。 同一公共连接点的每个用户向电网注入的谐波电流允许值按此用户在该点的协议容量或最大负荷容量与其供电设备容量之比进行分配。如果简单地用谐波电流算术和的方法，得到的结果往往过于保守，会造成资源的浪费。推荐使用伪平方求和的方法，即有

Ihi=Ih（Si/St）1/a

式中：Si为用户的用电协议容量或最大负荷容量，MVA；St为供电设备容量，MVA；Ihi为折算后的各次谐波电流允许值；a为相位叠加系数，按表5进行取值。各次谐波的相位叠加系数如表5所示。

表5 各次谐波的相位叠加系数

步骤2：额定电流折算 I’e=Ie×（0.38标准电压）

式中：I’e为折算后的额定电流；Ie为变频器的额定电流。

步骤3：根据表4以及变频器的电路形式来确定各次谐波电流的大小，并和步骤1的结果相比较，判断是否符合国标。计算公式如下： Ih=I’e×谐波含量（%）×负载率

如果不符合国标，则应采用其他的对策，如使用电抗器、添加谐波补偿设备等。

6.5 过电压吸收装置的选择及元件配置

1. 系统发生单相弧光接地时，不仅使故障点的电弧立即熄灭，同时也有效地限制了弧光接地过电压可将各类过电压限制到较低的电压水平，使因过电压引起的绝缘事故及连发事故大为减少。 2. 具有完善的过电压保护功能

可保护大气过电压，操作过电压以及弧光接地过电压，其限制弧光接地过电压的功能比装设消弧线圈更好、更完善，安装本装置后，原来按设计规范要求应装设弧线圈的系统可以不再装设。装置动作后，允许系统电容电流连续通过2小时以便用户可以在完成转移负荷的倒操作之后再处理故障线路 3. 改善电网的运行条件

由于消除了这类电网中原作用时间长的弧光接地过电压，使金属氧化锌避雷器（ MOA ）发生事故的几率大为降低。 系统中各类相对地，相与相之间的过电压均被限制到较低的电压水平，原来由此引发的绝缘击穿短路事帮大大减少。 4. 选型简单，使用方便

本装置消弧和过电压保护的机理与电网的单相接地电容电流大小无关，因而其保护性能不受电网运行方式的改变和电网扩大的影响，在大网小网中均可使用。

5. 结构简洁、安装方便

整个装置组成一台高压开关柜可替代原电压互感器柜，结构简单，体积小，安装、调试方便，不再另外占地，既适用于变电站，也适用于发电厂的高压厂用系统，既适用于新建站，也适用于老站的改造，原装有消弧线圈的系统，加装本装置，保护更完善。

6. 安全可靠、寿命长 能够快速有效地限制各种谐振过电压，防止长时间的谐振过电压对系统绝缘结构的加速老化，防止谐振电压对电网中闭市的无间隙金属氧化物避雷器以及小感性负载的影响，增加系统运行的安全可靠性，延长系统的使用寿命。

参考文 献

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/7bi3.html