继电保护设计

摘要电力变压器是电力系统中十分重要的供电元件，为了供电的可靠性和系统正常运行，就必须视其容量的大小、电压的高低和重要程度，设置相应的继电保护装置。

本设计结合电力变压器运行中的故障，分析了电力变压器纵联差动保护、瓦斯保护及过电流保护等继电保护装置配置原则和设计方案。

关键词：电力变压器继电保护装置保护配置AbstractPower transformer is very important in power system,power components in order to power supply reliability and system normal operation,you must see the size of its capacity,voltage and important degree of on any account,set up corresponding relay protection device.This paper according to the operation of power transformer fault and analyzed the power transformer longitudinal differential peotection,gas protection and over-current protection rely protection device configuration principle and design scheme.Keywords: Power transformer Relay protection device Protection configuration目录1 概述 (1)1.1变压器的基本概念 (1)1.2变压器的故障和不正常运行状态 (1)1.3变压器的保护配置 (1)2 110/35/10KV电力变压器继电保护设计 (3)2.1设计基本资料 (3)2.2本系统故障分析 (3)2.3本设计继电保护装置原理概述 (4)3短路电流计算和继电保护设计整定 (9)3.1初始数据 (9)3.2设计计算 (9)3.3 保护配置图 (16)总结 ................................................. 错误！未定义书签。

致谢 ................................................. 错误！未定义书签。

参考文献 . (18)1 概述1.1变压器的基本概念电力变压器是一种静止的电气设备，是用来将某一数值的交流电压（电流）变成频率相同的另一种或几种数值不同的电压（电流）的设备。

当一次绕组通以交流电时，就产生交变的磁通，交变的磁通通过铁芯导磁作用，就在二次绕组中感应出交流电动势。

二次感应电动势的高低与一二次绕组匝数的多少有关，即电压大小与匝数成正比。

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。

1.2变压器的故障和不正常运行状态电力变压器是电力系统中的重要电气设备，在发电、输电、配电环节中起着提高电压以便于远距离输送电能以及降低电压给负荷供电等关键作用。

其故障对供电可靠性和系统安全运行带来严重影响，同时大容量的电力变压器本身也是十分贵重的设备。

因此应根据变压器容量和电压等级及其重要程度，装设性能良好、动作可靠的继电保护装置。

电力变压器主要由铁心及绕在铁心上的绕组构成。

为保证各绕组之间的绝缘，以及铁心、绕组的散热需要，将铁心及绕组置于装有变压器油的油箱中。

而变压器各绕组的两端则通过绝缘套管引到变压器的壳体之外。

1.变压器的故障变压器的故障可分为油箱内部故障和油箱外部故障两类。

油箱内的故障包括各相绕组之间发生的相间短路、单相绕组通过外壳发生的单相接地短路、单相绕组部分线匝之间发生的匝间短路以及铁心烧损等故障。

变压器油箱内的故障产生的电弧，将引起绝缘物质的剧烈汽化，从而可能引起油箱的爆炸，因此，这些故障应该尽快加以切除。

油箱外部故障指的是绝缘套管及其引出线上发生的相间短路和接地短路故障等。

2.变压器的不正常运行状态变压器的不正常运行状态主要包括变压器外部短路故障引起的过电流、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。

对于中性点非直接接地运行的变压器，外部接地短路时可能造成变压器中性点过电压，威胁变压器的绝缘。

对于大容量变压器，因铁心额定工作磁通密度与饱和磁通密度比较接近，所以当外部电压过高或频率降低时容易发生过励磁。

1.3变压器的保护配置根据上述故障类型和不正常运行状态，变压器应装设下列保护。

1.瓦斯保护瓦斯保护反应于油箱内部所产生的气体或油流而动作，它可防御变压器油箱内的各种短路故障和油面的降低，且具有很高的灵敏度。

瓦斯保护有重、轻之分，一般重瓦斯保护动作于跳开变压器各电源侧的断路器，轻瓦斯保护动作于信号。

容量在800kVA及以上的油浸式变压器和400kVA及以上的车间内油浸式变压器应装设瓦斯保护。

同样对带负荷调压的油浸式变压器的调压装置也应装设瓦斯保护。

2.纵联差动保护和电流保护纵联差动保护和电流保护可用于防御变压器绕组和引出线的各种相间短路故障、绕组匝间短路故障以及中性点直接接地系统侧绕组和引出线的单相接地故障。

纵联差动保护不能反映绕组匝数很少的匝间短路故障，油面降低等，因此存在一定的保护死区。

而瓦斯保护不能反映油箱外部的短路故障。

因此，纵联差动保护和瓦斯保护共同构成变压器的主保护。

当上述保护动作后，均应跳开变压器各电源侧断路器。

3.反映外部相间短路故障的后备保护对于外部相间短路引起的变压器过电流，同时作为变压器瓦斯保护、纵差动保护的后备保护，可采用的保护有过电流保护、低电压起动的过电流保护、复合电压起动的过电流保护、负序电流及单相式低电压起动的过电流保护以及阻抗保护等。

4.反映外部接地短路故障的后备保护对中性点直接接地电力网内，由外部接地短路引起过电流时，如变压器中性点接地运行应装设零序电流保护。

零序电流保护可由两端组成，每段可各带两个时限，并均以较短的时限动作于缩小故障影响范围，或动作于本侧断路器，以较长的时限动作于断开变压器各侧断路器。

5.过负荷保护对400kVA以上的变压器，当数台变压器并列运行，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。

过负荷保护经延时作用于信号。

对于无人值守的变电站，必要时过负荷保护可动作于自动减负荷或跳闸。

6.过励磁保护超高压大型变压器需要装设过励磁保护，由于变压器铁心中的磁通密度B与电压和频率内的比值U/f成正比，因此当电压升高和频率降低时会引起变压器过励磁，使得励磁电流增大，造成铁损耗增加，铁心和绕组温度升高，严重时要造成局部变形和损伤周围的绝缘介质。

过励磁保护反映于实际工作磁密和额定工作磁密之比而动作。

在变压器允许的过励磁范围内，过励磁保护作用于信号，当过励磁超过允许值时可动作于跳闸。

7.其他非电量保护除了上述反应电气量特征的保护之外，变压器通常还装设反应油箱内油、气、温度等特征的非电量保护，主要包括变压器本体和有载调压部分的油温保护、变压器的压力释放保护、变压器带负荷后起动风冷的保护、过载闭锁带负荷调压的保护等。

2 110/35/10KV 电力变压器继电保护设计2.1设计基本资料某变电所的电气主接线如图所示。

已知两台变压器均为三绕组、油浸式、强迫风冷、分级绝缘，其参数：MVA S N 5.31=，电压：kV 11/%5.225.38/%5.24110⨯±⨯±，接线：)1211//(//011--∆y Y d y Y N 。

短路电压：5.10(%)=HM U ；6(%);17(%),==ML L H U U 。

两台变压器同时运行，110kV 侧的中性点只有一台接地；若只有一台运行，则运行变压器中性点必须接地，其余参数如图所示。

图2.1 变电所电气主接线图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高压侧中性点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、油温上升及油面下降、产生气体等故障都有可能会让继电保护动作。

2.3本设计继电保护装置原理概述2.3.1纵差动保护三绕组变压器差动保护的动作原理是按循环电流原理构成的。

正常运行和外部短路时，三绕组变压器三侧电流向量和（折算至同一电压等级）为零。

它可能是一侧流入另两侧流出，也可能由两侧流入，而从第三侧流出。

所以，若将任何两侧电流相加再和第三侧电流相比较，就构成三绕组变压器的纵差动保护。

其原理接线如图2-1所示。

当正常运行和外部短路时，若不平衡电流忽略不计，则流入继电器的电流为零。

可见在正常及区外短路时，保护不会动作，而发生内部故障时，保护将灵敏动作。

为保证三绕组变压器差动保护的可靠性和灵敏性，应注意以下几点（1）各侧电流互感器的变比应统一按变压器最大额定容量来选择。

（2）外部短路时的三绕组变压器比双绕组变压器的不平衡电流大，宜采用带制动特性的BCH-1型差动继电器，若BCH-1型仍不满足灵敏度要求，可采用二次谐波制动的差动保护。

（3）为解决实际变比与计算变比不一致而引起的不平衡电流，以保证每两侧线圈之间的平衡，对BCH-1型差动保护，应将两组平衡线圈分别接在二次电流较小的两侧。

图2.2 三绕组变压器差动保护单相原理图本设计采用较经济的BCH-1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。

2.3.2 变压器瓦斯保护变压器瓦斯保护的主要元件就是瓦斯继电器，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。

其原理接线图如图3-2.图中：瓦斯继电器KG的上触点接至信号，为轻瓦斯保护；下触点为重瓦斯保护，经信号继电器KS、连接片XE起动出口中间继电器KOM，KOM的两对触点闭合后，分别使断路器QF1、QF2、跳闸线圈励磁。