武汉理工大学《电力系统继电保护及其自动化》课程设计说明书
摘要
继电保护装置就是指能反应电力系统中电气元件发生故障或者不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。继电保护装置是保障电网可靠运行的重要组成部分。一般由感受元件、比较元件和执行元件组成。电网、变压器等对继电保护的基本要求是可靠性、选择性、快速性、灵敏性，即通常所说的“四性”，这些要求之间，有的相辅相成、有的相互制约，需要对不同的使用条件分别进行协调。
本次课程设计的题目是电网变压器的保护设计，要求通过计算确定各项参数，并得出
最终的整体的保护设计。
关键词：继电保护装置 电网变压器 保护设计
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目录
摘要 ........................................................................ I 1.设计规划 .................................................................. 1 2.保护配置 .................................................................. 3
2.1主保护配置 ........................................................... 3 2.2后备保护配置 ......................................................... 4 2.3纵联差动保护或电流速断保护 ........................................... 4 3.保护的配合以及整定计算 .................................................... 6
3.1主保护整定计算公式 ................................................... 6
3.1.1纵差保护的整定计算原则 ......................................... 6 3.1.2基本侧线圈的匝数 ............................................... 7 3.1.3确定非基本侧平衡线圈匝数 ....................................... 7 3.1.4确定相对误差 ................................................... 8 3.1.5校验灵敏度 ..................................................... 8 3.2后备保护整定计算公式 ................................................. 8
3.2.1变压器过电流保护 ............................................... 8 3.2.2变压器低电压闭锁的过电流保护 ................................... 9 3.3变压器纵联差动保护整定计算 .......................................... 11
3.3.1动作电流计算 .................................................. 11 3.3.2主保护动作时间 ................................................ 13 3.3.3灵敏度校验 .................................................... 13 3.3.4后备保护动作电流计算 .......................................... 13 3.3.5后备保护动作时间 .............................................. 14
4继电保护设备的选择 ....................................................... 15
4.1互感器的选择 ........................................................ 15 4.2继电器的选择 ........................................................ 16 5二次展开原理图的绘制 ..................................................... 17
5.1保护测量电路 ........................................................ 17 5.2保护跳闸电路 ........................................................ 18 6保护的评价 ............................................................... 19 心得与体会 ................................................................. 20 参考文献 ................................................................... 21
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电网变压器的保护设计
1.设计规划
在电力系统中广泛地用电力变压器来升高或降低电压， 故电力变压器是电力系统中不可缺少的重要电气设备之一。它的安全运行是电力系统可靠工作的必要条件。电力变压器有别于发电机，它无旋转部件，是一种静止的电气设备，是连续运行的，停电机会很少，而且绝大部分安装在室外，受自然环境影响较大。另外，电力变压器时刻受到外接负荷的影响，特别是受电力系统短路故障的威胁较大。因此，电力变压器在运行中，仍然可能发生各种类型故障或出现不正常的工作状态。它的故障对电力系统的安全连续运行会带来严重影响，特别是大容量变压器的损坏，对系统的影响更为严重。尤其是随着电力事业的发展，超高压输电线路在我国的建设越来越普遍，大容量超高压的大型电力变压器的应用也随之扩大，其运行正常直接关系到整个电网可靠性 。因此必须根据电力变压器容量的大小、电压的高低和重要程度，设置性能 良好、动作可靠的继电保护装置。要求电力变压器继电保护不仅可靠 ，而且要快速 。
由于变压器发生故障时造成的影响很大，因此应加强其继电保护装置的功能，以提高电力系统的安全运行。按技术规程的规定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与信号，重瓦斯瞬时动作于断开各侧断路器。
（3）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，瞬时动作与断开各侧断路器。
（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变压器灵敏度的要求不同，可以采用过电流保护、复合电压启动的过电流保护、负序电流和单相式低电压启动的过电流保护或阻抗保护作为后备保护，带时限动作与跳闸。
（4）对110kV以上中性点直接接地的电网，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）为防止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。
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（6）对变压器温度升高和冷却系统的故障，应按变压器标中的规定，装设作用于信号或动作于跳闸装置。
（7）为了防止变压器外部故障引起的过电流即作为变压器之后备保护，在变压器上装设带低压或不带低电压闭锁的过电压保护装置。
（8）对于单侧电源的变压器。后备保护装设于电源侧，作为差动保护，瓦斯保护的后备或相邻元件的后备保护
（9）对于多测电源的变压器。后备保护应装设于变压器各侧。其作用为作为差动保护的后备。要求它动作后启动总出口继电器。对于零序过电流保护，由于变压器中性点接地而是零序电流分布发生变化，往往会使零序电流保护的灵敏度降低，因此需要在变压器的两侧均装设能动作于总出口的零序电流保护段。对于相间过电流保护，则一般只在主电源侧装设动作与总出口的保护段，但该保护段对变压器各电压侧的故障均能满足灵敏度要求。
（10）变压器各侧装设的后备保护，主要作为各侧母线和线路的后备保护，故要求只动作于跳开本侧的断路器。
（11）作为变压器断路器与其电流互感器之间死区故障的后备保护。
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2.保护配置
2.1主保护配置
瓦斯保护是变压器的主保护。当在变压器油箱内部发生故障( 包括轻微的匝间短路和绝缘破坏 引起的经电弧 电阻的接地短路) 时，由于故障点电流和电弧的作用， 将使变压器油及其它绝缘材料因局部受热而分解产生气体，因气体比较轻，它们将从油箱流向油枕的上部。当故障严重时，油会迅速膨胀并产生大量的气体，此时将有剧烈的气体夹杂着油流冲向油枕的上部。 利用油箱内部故障时的这一特点，构成反应于上述气体而动作的保护称为瓦斯保护。轻瓦斯继电器由开口杯、干簧触点等组成，作用于信号。重瓦斯继电器由挡板、弹簧、干簧触点等组成，作用于跳闸。正常运行时，瓦斯继电器充满油，开口杯浸在油内，处于上浮位置，干簧触点断开。当变压器内部故障时，故障点局部发生高热，引起附近的变压器油膨胀，油内溶解的空气被逐出，形成气泡上升，同时油和其他材料在电弧和放电等的作用下电离而产生瓦斯。当故障轻微时，排出的瓦斯缓慢地上升而进入瓦斯继电器，使油面下降，开口杯产生的支点为轴逆时针方向的转动，使干簧触点接通，发出信号。当变压器内部故障严重时，产生强烈的瓦斯，使变压器内部压力突增，产生很大的油流向油枕方向冲击，因油流冲击挡板，挡板克服弹簧的阻力，带动磁铁向弹簧触点方向移动，使弹簧触点接通，作用于跳闸。变压器的主保护，电力变压器的主保护均采用瓦斯保护，当壳内故障产生轻瓦斯或油面下降时，应瞬时动作与信号；当产生大量瓦斯时，应动作于断开变压器各侧断路器。
对于6.3MVA及以上变压器和并列运行的变压器，应装设纵联差动保护。变压器纵联差动保护的特点变压器纵联差动保护最明显的特点是产生不平衡电流的因素很多。不平衡电流及消除方法：
（1）两侧电流互感器型号不同而产生不平衡电流，应按10%的误差要求选择两侧的电流互感器；引入一个同型系数侧电流互感器的型号不相同时取
KKst，当侧侧电流互感器的型号相同时，取=1。
Kst=0.5，当两
st（2）电流互感器实际变比与计算变比不同时产生不平衡电流，电流互感器实际变比与计算变比不同时产生的不平衡电流，可以通过自耦变流器或利用差动继电器的平衡线圈补偿。
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