中间变电所线路主变压器保护设计1 2.docx

中间变电所线路主变压器保护设计1 2.docx

《中间变电所线路主变压器保护设计1 2.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《中间变电所线路主变压器保护设计1 2.docx（39页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

中间变电所线路主变压器保护设计12

摘要

中间变电所主变压器保护设计，此设计任务旨在体现自己对本专业各科知识的掌握程度，培养自己对本专业各科知识进行综合运用的能力，同时检验本专业学习三年以来的学习结果,是毕业前的一次综合性训练，是对在大学几年所学知识的全面检查。

本次毕业设计，主要是针对变压器容量的选择，对三相短路和不对称短路电流的计算，对变压器保护的配置与计算；各电压等级的线路的保护配置；以及对于变压器保护图的绘制。

变电所的保护设计是对该变电所二次设备的配置及整定，关系到其主要一次设备的安全可靠运行，从而间接影响该变电站的配，送电水平，保证对用户和电网的可靠供电。

关键词：

变压器；继电器；短路保护

第一章概述

第一节、国内外现状和发展趋势

近年来，随着电网运行水平的提高，各级调度中心要求更多的信息，以便及时掌握电网及变电站的运行情况，提高变电站的可控性，进而要求更多地采用远方集中控制，操作，反事故措施等，即采用无人值班的管理模式，以提高劳动生产率，减少人为误操作的可能，提高运行的可靠性。

另一方面，当代计算机技术，通讯技术等先进技术手段的应用，已改变了传统二次设备的模式，为简化系统，信息共享，减少电缆，减少占地面积，降低造价等方面已改变了变电站运行的面貌。

随着我国经济的蓬勃发展，电网的规模越来越大，电压越来越高，电网调度、安全可靠供电要求以及经济运行和管理水平都形成了一种新的格局。

利用微机实施监控取代常规的控制保护方式，实现变电所的综合自动化，进而施行无人值班，已成为各级电力部门的共识。

根据国家电力公司对农村电网建设与改造技术原则的总体要求，电网建设与改造要同调度自动化、配电自动化、变电所无人值班、无功优化结合起来，以逐步实现电网自动化。

变电所综合自动化已成为当前变电所设计应用中的热门课题和发展的必然趋势。

当今世界各方面因素正冲击着全球电力工业，在国外变电所技术有十分剧烈的竞争，而世界范围内的变电所都采用了新技术;其次，不同的环境要求给所有的电力供应商增加了额外的责任，使电力自动化设备尤其是高压大功率变电站的市场开发空间大大拓展。

另外高压变电所的最终用户对变电站的安全，可靠节能、环保意识越来越强烈，迫使其上游提供者尤其是系统集成商更加重视地区性电能分配技术方面的需要，所以变电所在世界上飞速的发展，从而要求我国变电技术上也要加入世界先进的变电技术行业。

总体上来说，我国变电所主攻方向是老设备向新型设备转变，有人值班向无人值班变电所转变，交流传输向直流输出转变，国外主要是交流输出向直流输出转变。

第二节、技术要求和解决思路

一、技术要求

（1）变压器容量的选择

（2）三相短路和不对称短路电流的计算

（3）主变压器保护的配置、计算

（4）各电压等级线路的保护配置

（5）主变压器保护图

需重点研究的关键问题是短路计算及主变压器保护的配置，计算。

二、解决思路

首先根据任务书上所给系统与线路及所有负荷的参数，选主变容量。

然后，根据三相短路及不对称短路计算的计算结果，，确定主变压器保护的配置，从而完成中间变电站主变保护的设计。

准备采取的措施：

本次中间变电站主变保护的设计，经过三年的专业课程学习，在已有专业知识的基础上，了解了当前我国变电站技术的发展现状及技术发展趋向，按照现代电力系统《电力工程电气设计手册》电气一次部分、电气二次部分、《电力工程电气设备手册》上册、下册、《变电所技术标准及规程规范应用手册》要求，确定一个中间变电站主变保护设计。

工作条件和解决办法：

一台计算机,windowsXP系统，AutoCAD绘图软件。

第二章主变压器的选择

在发电厂和变电站中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器。

第一节、变压器容量的确定原则

主变压器的容量的确定除依据传递容量基本原始资料外，还应根据电力系统5～10年发展规划、输送功率大小、馈线回路数、电压等级以及接入系统的紧密程度等因素，进行综合分析和合理选择。

如果变压器容量选择过大，不仅增加投资，增加占地面积，而且也增加了运行电能损耗，设备未能充分发挥效益；若容量选得过小，将可能“封锁”发电机剩余功率的输出或者满足不了变电站负荷的需要。

这在技术上是

不合理的，为此，在选择变电站主变压器时，应遵循以下原则。

变电站主变压器容量一般应按5～10年规划负荷来选择。

根据城市规划、负荷性质、电网结构等综合考虑确定其容量。

对重要变电站，需考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力允许时间内，应满足Ⅰ类及Ⅱ类负荷的供电

（1）；对一般性变电站，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应能满足全部负荷的70％～80％

（2）。

故110KV侧总容量为S110×cos&1=S35×cos&2+S10×cos&3；

其中cos&1，cos&2,cos&分别为110KV,35KV,10KV侧的平均功率因数，且cos&1=0.85,cos&2=0.85,cos&3=0.8；

S110，S35，S10分别表示110KV,35KV,10KV侧的最大负荷，且S35=40MVA，S10=22MVA,S110未知待求。

求得S110=（40×0.85+22×0.8）／0.85=60.71MVA；

该变电站为中间变电站，35KV侧重要负荷占70％，视为重要变电站。

故其应满足当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力允许时间内，满足Ⅰ类及Ⅱ类负荷的供电。

Ⅰ类及Ⅱ类负荷S=70%×40×0.85÷0.85=28MVA；

该变电站有两台主变，故选择每台容量为31.5MVA；

第二节、变压器型式和结构的选择原则

选择主变压器型式时应考虑以下问题。

一、相数

容量为300MVA及以下机组单元接线的主变压器和330KV及以下电力系统中，一般都应选用三相变压器。

因为单相变压器组相对投资大、占地多、运行损耗也较大，同时配电装置结构复杂，也增加了维修工作量。

二、绕组数和结构

电力变压器按其每相的绕组数分为双绕组、三绕组或更多绕组等型式；按电磁结构分为普通双绕组、三绕组、自耦式及低压绕组分裂式等型式。

该中间变电所有三个电压等级，即110/35/10KV,故选用三绕组变压器，三绕组变压器根据三个绕组布置方式的不同，分为升压变压器和降压变压器。

升压变压器用于功率流向由低压绕组传送到高压电网和中压电网，用于发电厂主变压器；降压变压器用于功率流向由高压传送到中压和低压，常用于变电所主变压器。

三、绕组联结组号

变压器三相绕组的联结组号必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。

电力系统采用的绕组联结方式只有星形“Y”和三角形“d”两种。

因此变压器三相绕组的联结方式应根据具体工程来确定。

在发电厂和变电站中，一般考虑系统或机组的同步并列要求以及限制3次谐波对电源的影响等因素，三绕组主变压器联结组号一般都选用YNd11常规接线。

四、阻抗和调压方式

变压器阻抗实质是绕组之间的漏抗，当变压器的电压比、型式、结构和材料确定之后，其阻抗大小一般和变压器容量关系不大，对于三绕组普通型和自耦型变压器各侧阻抗，按用途即升压型或降压型确定。

110KV及以下变压器应至少有一级电压的变压器采用有载调压。

五、冷却方式

油浸式电力变压器的冷却方式随其型式和容量不同而异，一般有自然风冷却、强迫风冷却、强迫油循环水冷却、强迫油循环风冷却强迫油循环导向冷却。

容量在31.5

MVA及以上的大容量变压器一般采用强迫油循环风冷却方式。

综上所述，由原始条件选择的主变压器型号为SFSZ-31500/110.该设备的技术数据表如下：

表格2-1主变压器参数

型号

电压

接线方式

损耗（KW）

空载电流（%）

短路电压（%）

SFSZ11-31500/110

高110±8×1.25%

中38.5±5%

低11

YNyn0d11

空载

50.3

负载

175

1.4

高-中

10.5

高-低

17～18

中-低

6.5

第三章短路计算

第一节、短路的原因、类型及后果

短路是电力系统的严重故障，所谓短路，是指一切不正常的相与相之间或相与地（对中性点接地的系统）发生通路的情况。

产生短路的原因很多，主要有如下几个方面：

（1）元件损坏，例如绝缘材料的自然老化，设计、安装及维护不良所带来的设备缺陷发展成短路等；

（2）气象条件恶化，例如雷击造成的闪络放电或避雷器动作，架空线路由于大风或导线覆冰引起的电杆倒塌等；（3）违规操作，例如运行人员带负荷拉刀闸，线路或设备检修后未拆除接地线就加上电压等；（4）其他，例如挖沟损伤电缆，鸟兽跨接在裸露的载流部分等。

在三相系统中，可能发生的短路有：

三相短路，两相短路，两相短路接地和单相接地短路。

三相短路也称为对称短路，系统各相与正常运行时一样仍处于对称状态。

其他类型的短路都是不对称短路。

电力系统的运行经验表明，在各种类型的短路中，单相短路占大多数，两相短路较少，三相短路的机会最少，三相短路虽然很少发生，但情况较严重，应给予足够的重视。

而且，从短路计算方法来看，一切不对称短路的计算，在采用对称分量法后，都归结为对称短路的计算。

随着短路类型、发生地点和持续时间的不同，短路的后果可能只破坏局部地区的

正常供电，也可能威胁整个系统的安全运行。

短路的危险后果一般有以下的几个方面：

（1）短路故障使短路点附近的支路中出现比正常值大许多倍的电流，由于短路电流的电动力效应，导体间将产生很大的机械应力，可能使导体和它们的支架遭到破坏。

（2）短路电流使设备发热增加，短路持续时间较长时，设备可能过热以致损坏。

（3）短路时系统电压大幅度下降，对用户影响很大。

系统中最主要的电力负荷是异步电动机，它的电磁转矩同端电压的平方成正比，电压下降时，电动机的电磁转矩显著减小，转速随之下降。

当电压大幅度下降时，电动机甚至可能停转，造成产品报废，设备损坏等严重后果。

当短路发生地点离电源不远而持续时间又较长时，并列运行的发电厂可能失去同步，破坏系统稳定，造成大面积停电，这是短路故障的最严重后果。

（4）发生不对称短路时，不平衡电流能产生足够的磁通在邻近的电路内感应出很大的电动势，这对于架设在高压电力线路附近的通讯线路或铁道讯号系统等会产生严重的影响。

第二节、短路计算的目的

在电力系统和电气设备的设计和运行中，短路计算是解决一系列技术问题所不可缺少的基本计算，这些问题主要有：

（1）选择有足够机械稳定度和热稳定度的电气设备。

这里包括计算冲击电流以校验设备的点动力稳定度；计算若干时刻的短路电流周期分量以校验设备的热稳定度；计算指定时刻的短路电流有效值以校验断路器的断流能力等。

（2）为了合理地配置各种继电保护和自动装置并正确整定其参数，必须对电力网中发生的各种短路进行计算和分析。

在这些计算中不但要知道故障支路中的电流值，还必须知道电流在网络中的分布情况。

有时还要知道系统中某些节点的电压值。

（3）在设计和选择发电厂和电力系统电气主接线时，确定是否需要采取限制短路电流的措施等，都要进行必要的短路电流计算。

（4）进行电力系统暂态稳定计算，研究短路对用户工作的影响等，也包含有一部分短路计算的内容。

第3节、制定系统等值网络及进行参数计算

一、等值参数计算

图3-1变压器等值网络图

选取SB=100MVA，UB=Uav计算各元件参数的标幺值；

变压器：

已知U1-2%=10.5,U1-3%=17.5,U2-3%=6.5；

得U1%=1／2（U1-2%+U1-3%-U2-3%）

=1／2（10.5+17.5-6.5）

=10.75

U2%=1／2（U1-2%+U2-3%-U1-3%）

=1／2（10.5+6.5-17.5）

U3%=1／2（U1-3%+U2-3%-U1-2%）

=1／2（17.5+6.5-10.5）

=6.75

X110=（U1%×SB）／（100×SN）

=（10.75×100）／（100×31.5）

=0.341

X35=（U2%×SB）／（100×SN）≈0

X10=（U3%×SB）／（100×SN）

=（6.75×100）／（100×31.5）

=0.214

其中：

SB------------------基准容量；

UB-----------------基准电压；

Uav----------------平均额定电压；

U1%---------------主变压器110KV侧空载电压百分比；

U2%---------------主变压器35KV侧空载电压百分比；

U3%---------------主变压器10KV侧空载电压百分比；

X110---------------主变压器110KV侧等值电抗的标幺值；

X35----------------主变压器35KV侧等值电抗的标幺值；

X10----------------主变压器10KV侧等值电抗的标幺值；

二、最大外部短路电流

最大运行方式下，短路电流最大，即最大外部电流指当系统电抗取最小Xmin时，各短路点取得的最大短路电流（考虑一回断线时的最大短路电流）。

图3-2最大运行方式下短路等值计算网络图

1）110KV侧母线三相短路及两相短路的计算

X∑*=X1min／X2min=（0.092×0.076）／（0.092+0.076）=0.0416

I*=1／X∑*=1／0.0416=24.038

Id1（3）=I*×SB／（√3×UN）=24.038×100÷（√3×110）=12.617KA

Id1

（2）=Id1（3）×√3／2=12.617×√3／2=10.926KA

2）35KV侧母线三相短路及两相短路的计算（考虑一台主变故障停运）

X∑*=X1min／X2min+X110=0.0416+0.341=0.3826

I*=1／X∑*=1／0.3826=2.614

Id2（3）=I*×SB／（√3×UN）=2.614×100÷（√3×110）=1.372KA

Id2

（2）=Id2（3）×√3／2=1.372×√3／2=1.188KA

3）10KV侧母线三相短路及两相短路的计算（考虑一台主变故障停运）

X∑*=X1min／X2min+X110+X10=0.0416+0.341+0.214=0.5966

I*=1／X∑*=1／0.5966=1.676

Id3（3）=I*×SB／（√3×UN）=1.676×100÷（√3×110）=0.88KA

Id3

（2）=Id3（3）×√3／2=0.88×√3／2=0.762KA

三、最小外部短路电流

最小运行方式下，短路电流最小，即最小外部电流指当系统电抗取最大Xmax（X1max和X2max取大者）时，各短路点取得的最小短路电流（考虑一回断线时的最小短路电流）。

图3-3最小运行方式下短路计算等值网络图

1）110KV侧母线三相短路及两相短路的计算

X∑*=X2max=0.165

I*=1／X∑*=6.06

Id1（3）=I*×SB／（√3×UN）=6.06×100÷（√3×110）=3.181KA

Id1

（2）=Id1（3）×√3／2=3.181×√3／2=2.755KA

2）35KV侧母线三相短路及两相短路的计算（考虑一台主变故障停运）

X∑*=X2min+X110=0.165+0.341=0.506

I*=1／X∑*=1／0.506=1.976

Id2（3）=I*×SB／（√3×UN）=1.976×100÷（√3×110）=1.037KA

Id2（3）=Id2（3）×√3／2=1.037×√3／2=0.898KA

3）10KV侧母线三相短路及两相短路的计算（考虑一台主变故障停运）

X∑*=X2min+X110+X10=0.165+0.341+0.214=0.72

I*=1／X∑*=1／0.72=1.389

Id3（3）=I*×SB／（√3×UN）=1.389×100÷（√3×110）=0.729KA

Id3

（2）=Id3（3）×√3／2=0.729×√3／2=0.631KA

4）110KV侧出口单相接地短路电流的计算

1.画出该侧各序等值网络图（考虑一回断线的情况）

图3-4正序网络图

图3-5负序网络图

图3-6零序网络图

2.短路计算

XO∑*=4Xmax／（X110+X10）

=4×0.165×（0.341+0.214）／（4×0.165+0.341+0.214）=0.3

X1∑*=X2∑*=Xmax=0.165

Iao*=E∑*／（X1∑*+X2∑*+X0∑*）=1／（0.165+0.165+0.3）=1.58

Iao=Iao*×SB÷（√3×UN）=1.58×100÷（√3×110）=0.833KA

Iao=Ia1=Ia2

If（d）

（1）=3Iao=3×0.833=2.499KA

5）10KV侧单相接地短路电流

1.画出该侧各序等值网络图（考虑一回断线的情况）

图3-7正序网络图

图3-8负序网络图

图3-9零序网络图

2.短路计算

XO∑*=4Xmax+X110+X10=4×0.165+0.341+0.214=1.215

X1∑*=X2∑*=Xmax+X110+X10=0.165+0.341+0.214=0.72

Iao*=E∑*／（X1∑*+X2∑*+X0∑*）=1／（0.72+0.72+1.215）=0.3766

Iao=Iao*×SB÷（√3×UN）=0.3766×100÷（√3×110）=0.1977KA

Iao=Ia1=Ia2

If（d）

（1）=3Iao=3×0.1977=0.593KA

6）110KV侧两相短路接地时的短路电流的计算

1.画出该侧各序等值网络图（考虑一回断线的情况），见图3-4，图3-5，图3-6。

2.短路计算

XO∑*=4Xmax／（X110+X10）

=4×0.165×（0.341+0.214）／（4×0.165+0.341+0.214）=0.3

X1∑*=X2∑*=Xmax=0.165

Ia1*=E∑*／（X1∑*+X2∑*／X0∑*）=1／（0.165+0.165／0.3）=3.684

Ia1=Ia1*×SB÷（√3×UN）=3.684×100÷（√3×110）=1.934KA

Ia0*=﹛X2∑*／（X2∑*+X0∑*）﹜×Ia1*=0.72×0.853÷（0.72+1.215）=0.317

Iao=Iao*×SB÷（√3×UN）=1.307×100÷（√3×110）=0.686KA

7）10KV侧两相短路接地时的短路电流的计算

1.画出该侧各序等值网络图（考虑一回断线的情况），见图3-7，图3-8，图3-9。

XO∑*=4Xmax+X110+X10=4×0.165+0.341+0.214=1.215

X1∑*=X2∑*=Xmax+X110+X10=0.165+0.341+0.214）=0.72

Ia1*=E∑*／（X1∑*+X2∑*／X0∑*）=1／（0.72+0.721／1.215）=0.853

Ia1=Ia1*×SB÷（√3×UN）=0.853×100÷（√3×110）=0.448KA

Ia0*=﹛X2∑*／（X2∑*+X0∑*）﹜×Ia1*=0.72×0.853÷（0.72+1.215）=0.317

Iao=Iao*×SB÷（√3×UN）=0.317×100÷（√3×110）=0.167KA

X∑*-----------------系统对短路点的总电抗标幺值；

XO∑----------------系统对短路点的零序电抗标幺值；

X1∑*----------------系统对短路点的正序电抗标幺值；

X2∑*----------------系统对短路点的负序电抗标幺值；

I1*--------------------三相短路电流标幺值；

Ia1*-----------------短路点的正序短路电流标幺值；

Ia2*-----------------短路点的负序短路电流标幺值；

Ia0*-----------------短路点的零序短路电流标幺值；

Ia1------------------短路点的正序短路电流有名值；

Ia2------------------短路点的负序短路电流有名值；

Ia0------------------短路点的零序短路电流有名值；

各类短路情况短路电流结果列于表3-2中：

表格3-2最大运行方式下的短路计算

表格3-3最小运行方式下的短路电流计算

第四章主变压器保护

现代生产的变压器，虽然结构可靠，故障机会较少，但在实际运行中，仍有可能发生各种类型故障和异常运行，为了保证电力系统安全连续地运行，并将故障和异常运行对电力系统的影响限制到最小范围，必须根据变压器容量大小、电压等级等因素装设必要的、动作可靠性高的继电保护装置。

第一节、变压器保护的配置原则

变压器一般装设下列继电保护装置：

一、反应变压器油箱内部故障和油面降低的瓦斯保护

容量为800KVA及以上的油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。

当油箱内部故障产生轻微瓦斯或油面下降时，保护装置应瞬时动作于信号，当产生大量瓦斯时，瓦斯保护宜动作于断开变压器各电源侧断路器。

对于高压侧未装设断路器的线路-变压器组，未采取使瓦斯保护能切除变压器内部故障的技术措施时，瓦斯保护可仅动作于信号。

对于容量为400KVA及以上的车间内油浸式变压器，也应装设瓦斯保护。

二、相间短路保护

反应变压器绕组和引出线的相间短路的纵联差动保护或电流速断保护，对其中性

点直接接地侧绕组和引出线的接地短路以及绕组匝间短路也能起保护作用。

容量为6300KVA以下并列运行的变压器以及10000KVA以下单独运行的变压器，当后备保护时限大于0.5S时，应装设电流速断保护。

容量为6300KVA及以上、厂用工作变压器和并列运行的变压器、10000KVA及以上、厂用工作变压器和单独运行的变压器、以及2000KVA及以上用电流速断保护灵敏性不符合要求的变压器，应装设纵联差动保护。

对高压侧电压为330KV及以上的变压器，可装设双重差动保护。

对于发电机变压器组，当发电机与变压器之间有断路器时，变压器应装设单独的纵联差动保护，当发电机与变压器之间没有断路器时，100MV及以下的发电机，可只装设发电机变压器组共用的纵联差动保护。

100MV以上的发电机，除发电机变

器组共用纵联差动保护外，发电机还应装设单独的纵联差动保护。

对于200MV及以上的轮发电机，为提高快速性，在机端还宜增设复合电流速断保护，或在变压器上设单独的纵联差动保护，即采用双重快速保护方式。

如果变压器的纵联差动保护对单相接地短路灵敏性不符合要求，可增设零序差动保护。

三、后备保护

对于由外部相间短路引起的变压器过电流，可采用下列保护作为后备保护。

（1）过电流保护，宜用于降压变压器，保护装置的整定值应考虑事故时可能出现的过负荷。

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

（3）负序电流保护和单相式低电压起动的过电流保护，可用于63000KVA