发电厂课程设计-变电所继电保护方案及其原理说明.doc
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1、新疆农业大学机械交通学院课程设计课程名称: 发电厂课程设计 专业班级: 电气082 班 学 号: 学生姓名: 指导教师: 时 间: 12月 目录1 绪论12 继电保护的基本原理13 变压器的继电保护13.1变压器故障种类13.2 变压器瓦斯保护23.2.1变压器瓦斯保护的相关概念23.2.2瓦斯保护的原理23.2.3瓦斯保护的组成23.2.4瓦斯保护整定范围33.3 变压器的纵联差动保护33.3.1 变压器纵联差动保护的原理33.3,2变压器纵联差动保护的动作过程43.3,3产生不平衡电流的原因43.3.4差动保护的整定53.3.5纵联差动保护的整定计算53.4 变压器过电流保护63.4.1过
2、电流保护的原理63.4.2过电流保护的整定73.5 电力变压器的过负荷保护及整定83.5.1过负荷保护的工作原理83.5.2过负荷保护整定83.6电力变压器的零序过电流保护93.7 电力变压器的温度保护94 变压器各个保护动作时限配合105 变压器保护及其安装位置106 各种继电器原理106.1电流继电器106.2时间继电器106.3中间继电器116.4信号继电器116.5斯继电器117变压器保护用继电器选型结果117总结12致谢13参考文献14 变电所继电保护方案及其原理说明1 绪论在供配电系统中,电力变压器是十分重要的电器元件。虽然变压器是静止设备,结构简单,运行可靠,但是它的故障将对供电
3、可靠性和系统的正常运行带来严重的影响。同时大容量的电力变压器也是十分贵重的元件,因此,必须根据变压器容量和重要程度考虑装设性能良好,工作可靠的继电保护装置。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,选择保护方式时,要满足继电保护的基本要求。选择保护方式和正确的整定计算,是电力系统安全运行的重要保证。继电保护在发电、供电和用电中处于极为重要的地位,是保证电网安全可靠运行和人们生产生活用电的关键技术。继电保护的设置、整定、维护和试验水平将直接影响供电的可靠性、质量及用电设备的安全。故障和不正常运行情况常常是难以避免的,但事故却可以防止。电力系统继电保护装置就是装设在每一个电
4、气设备上,用来反映它们发生的故障和不正常运行情况,从而动作于断路器跳闸或发出信号的一种有效的反事故的自动装置。它的基本任务是:自动、有选择性、快速地将故障元件从电力系统中切除,使故障元件损坏程度尽可能降低,并保证该系统中非故障部分迅速恢复正常运行。反映电气元件的不正常运行状态,并依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。电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求,电子技术、计算机技术与通信技术的飞速发展又为继电保护技术的发展不断地注入了新的活力,因此,继电保护技术的发展得天独厚。2 继电保护的基本原理继电保护装置为了完成它的任务,继电保护就必须能够区别是正常运行还是
5、非正常运行或故障,要想区别这些状态,关键就是要寻找这些状态下的参量情况,找出其间的差别,从而构成各种不同原理的保护。电力系统发生故障后,会引起电流的增加和电压的降低,以及电流与电压间相位的变化。因此电力系统中所用的各种继电保护,大多数是利用故障时物理量与正常运行时物理量的差别来构成的。例如,反应电流增加的过电流保护反应电流与电压间的相位角变化的方向保护等,反应降低(或升高)的低压(或过电压)保护等。除此之外,根据线路内、外部短路时,两侧电流相位差变化的特点,可以构成差动原理的保护。当然还可以根据非电气量的变化来构成某些保护,如反应变压器油在故障时分解产生的气体而构成的瓦斯保护。继电保护原理如图
6、1所示:图1 继电保护原理结构方框图3 本次设计一次部分相关信息4 变压器的继电保护4.1变压器故障种类变压器的内部故障可分为油箱内和油箱外故障两种。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,对变压器来讲,这些故障都是十分危险的,因为油箱内故障时产生的电弧,将引起绝缘物质的剧烈汽化,从而可能引起爆炸,因此,这些故障应该尽快加以切除。油箱外的故障,主要是套管和引出线上发生相间短路和接地短路。上述接地短路均系对中性点直接接地电力网的一侧而言。变压器的不正常运行状态主要有: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
7、过负荷以及由于漏油等原因引起的油面降低。根据上述电力变压器的常见故障,按GB50062-92规定,变压器应装设过电流保护来保护互相间短路;800kV以上的有油浸式变压器和400kV以上的车间内油浸式变压器,因装设气体保护装置,用于保护变压器的内部故障和油面降低;单台运行的变压器在10000kV及以上并列运行的变压器每台容量在6300kV及以上,或者电流速断的保护灵敏不满足要求时,应设差动保护装置,用于保护内部故障和引出线相间短路;装设过负荷保护和温度保护装置,分别用于保护变压器的过负荷和温度升高;变压器中性点直接接地系统发生接地短路,将产生很大的零序电流,零序过电流保护可作为一种接地保护来保护
8、变压器。 通过以上的规定和我们本次设计的已知条件,通过判断,我们可知本次变压器保护装置应设以下几种保护,它们分别是变压器瓦斯保护,变压器过电流保护,变压器零序电流保护,变压器过负荷保护,变压器差动保护以及变压器温度保护。4.2 变压器瓦斯保护4.2.1变压器瓦斯保护的相关概念 变压器瓦斯保护是用来反应变压器内部的故障,当变压器油箱内部发生故障,油分解产生气体或当变压器油面降低时,瓦斯保护应动作。油浸式变压器是利用变压器油作为绝缘和冷却介质的,当变压器油箱内部发生故障,由于短路电流所产生的电弧使变压器的绝缘材料和变压器油分解而产生大量气体。这些大量气体形成气流并与油流混合冲向油枕的上部。故障愈严
9、重,产生的气体越多,油流速度越快。利用这种气体来实现的保护,称为瓦斯保护。4.2.2瓦斯保护的原理反应变压器内部故障的各种保护装置除瓦斯保护外,由于受灵敏度的限制,都不能反应变压器内部一切形式的故障,特别是匝间短路和严重漏油等故障。如变压器绕组的匝间短路,将在短路的线匝内产生环流,局部过热,损坏绝缘,并可能发展成为单相接地故障或相间短路故障,但在变压器外部电路中的电流值还不足以使变压器的差动保护或过电流保护动作,但瓦斯保护却能动作并发出信号,使运行人员及时处理,从而避免事故的扩大。因此,瓦斯保护时反应变压器内部故障最有效、最灵敏的保护装置。瓦斯保护只反应变压器油箱内的故障,不能反应油箱外套管与
10、引出线上的故障,因此,它不能单独作为变压器的主保护,通常它与纵联差动保护或电流速断保护配合共同作为变压器的主保护。4.2,3瓦斯保护的组成瓦斯保护的主要元件是气体继电器(原称瓦斯继电器),它安装在油箱与油枕之间的连接管道中。变压器内部发生故障,绝缘物和油分解时油箱内产生大量气体都要通过气体继电器流向油枕,为保证气体顺利进入油枕,变压器顶盖与水平面之间应有1%-1.5%的坡度,连接管道应有2%-4%的坡度。气体继电器安装方向是由箭头指向油枕。瓦斯保护主要是有瓦斯继电器组成,它安装在油箱与油枕之间的管道上,瓦斯保护的原理图如图2:图2 瓦斯保原理电路工作原理:1是瓦斯继电器;2是信号继电器;3是出
11、口继电器;4是连片。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,同时通过连片使出口继电器动作使短路器跳闸,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和,KM就动作并自保持。当短路器跳闸后,短路器的辅助触点断开自保持回路,使KM恢复起始位置。4.2.4瓦斯保护整定范围轻瓦斯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2
12、50-300cm。对于容量在10兆伏安以上的变压器,多采用250-300cm 。气体容积的调整可通过改变重锤位置来实现。重瓦斯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的速度。对FJ3-80型复合继电器进行油速调整时,可先松动调节螺杆,在改变弹簧的长度即可,一般整定在1m/s左右。4.3 变压器的纵联差动保护何谓差动保护:用比较被保护元件两端电流大小和方向(相位)的方法,而构成的保护称差动保护。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
13、,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。4.3.1 变压器纵联差动保护的原理纵联差动保护是变压器的主保护之一,装设在变压器的高、中、低三侧。纵联差动保护是反映被保护变压器各端流入和流出电流的向量差。变压器差动保护,主要用来保护变压器内部以及出线和绝缘套管的相间短路故障,并且也可以用于保护变压器内部的匝间短路,其保护区在变压器一、二次侧所装电流胡刚拿起之间。差动保护分纵联差动和横联差动,纵联差动保护用于保护单回路,横联差动用于保护双回路。变压器差动保护的工作原理
14、是:正常工作或外部故障时流入差动继电器的电流为不平衡的电流在适当选择好两侧电流互感器的变压比和接线方式的条件下,该不平衡电流值很小,并小于差动保护电流,故保护不动作;在保护范围内发生故障,流入继电器的电流不大于差动保护的动作电流,差动保护动作跳闸。因此它不需要与相邻元件的保护在整定值值和动作时间上进行配合,可以构成无延时速动保护。变压器纵联差动保护通常采用环流法接线。环流法接线:当元件两端的TA1和TA2的同极性端子顺着同一个方向安装的情况下,用辅助导线将它们的异性端子连接起来,再将差动继器的线圈并联接入,继电器线圈接入的回路,通常称为差动回路,这样,在正常运行及外部短路时,TA1的二次电流将
15、通过辅助导线在二次线圈中环流,故称环流法。如图3所示,为双绕组变压器纵联差动保护的单相原理接线图:图3 纵联差动保护的原理接线图4.3,2变压器纵联差动保护的动作过程变压器外部发生接地或相间短路时,经电流互感器流入差动继电器的电流不同,差动继电器动作给信号继电器励磁,接通信号回路,进行报警;并给中间继电器励磁接通断路器的出口跳闸回路,使断路器跳闸,切除故障变压器。4.3,3产生不平衡电流的原因 为了提高差动保护的灵敏度,在变压器正常运行或保护区外部短路时,希望流入的继电器的不平衡电流尽量的小,甚至为零,但由于变压器的连接组和电流互感器的变比等原因,不平衡电流不可能为零,而产生不平衡电流的的主要
16、原因如下所示: (1)变压器正常运行时的励磁电流。(2)变压器的励磁涌流。(3)变压器两侧电流的相位不同。(4)TA的变比不能理想匹配。(5)变压器两侧TA的型号差别。(6)有载跳压变压器在运行中需要改变分接头。4.3.4差动保护的整定 在进行整定变压器差动保护的时候,应当注意以下几个方面:(1)躲开激磁涌流。由于保护出口中间继电器具有一定的固有动作时间,有可能不按躲过激磁涌流最大值来整定。(2)躲过变压器外部短路时所引起的最大不平衡电流。考虑三个因素之和:、TA误差引起的不平衡电流。、变压器调压分接头改变引起的不平衡电流。、不平衡线圈不能对变压器两侧电流差完全补偿引起的不平衡电流。 3.3.
17、5纵联差动保护的整定计算 表1 计算结果列表参数变压器两侧的计算数值额定电压(kV)22010.5一次侧额定电流(kA)0.31496.598电流互感器接线方式DY选用电流互感器变比340/57000/5从上表中可以看出,所以选择较大者10.5kV侧为基本侧,平衡线圈接于10.5kV基本侧,平衡线圈接于220kV侧。计算变压器差动保护的动作电流,并将其归算到基本侧。(1)确定保护装置的一次动作电流。a.躲过变压器的励磁电流为: 式中 可靠系数,查阅工程手册选用1.3b.躲过外部短路最大不平衡电流 1.3(0.11+0.05+0.05)33.33kA=8.666KA 式中 可靠系数,查阅工程手册
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