供电技术煤矿变压器的保护设计精Word格式文档下载.docx

1、 变压器常用的保护装置有瓦斯保护、 差动保 护、过电流保护以及过负荷保护等。在煤矿电力系统中,由于用电等 级为一级, 这就要求供电系统的可靠, 从而对变压器的保护意义及其 重大。本课程设计就是是煤矿地面变电所主变压器的保护设计。关键词:变压器 保护目 录1. 主保护介绍 .1 1.1. 瓦斯保护介绍 . 11.2. 差动保护介绍 . 22. 后备保护介绍 .5 2.1过电流保护介绍 . 52.2过负荷保护介绍 . 63. 保护的配合及整定计算 .7 3.1主保护的整定计算 . 7 3.1.1差动保护的整定计算 . 7 3.2后备保护的整定计算 . 12 3.2.1过电流保护的整定计算 . 12

2、3.2.2过负荷保护的整定计算 . 124. 对保护设计的评价 .135. 保护电路图 .141. 主保护介绍为了满足电力系统稳定方面的要求,当变压器发生故障的时候, 要求保护装置快速切除故障。 主保护的跳闸动作时间极短, 一般认为 是 0秒,包括瓦斯保护和差动保护。1.1. 瓦斯保护介绍瓦斯保护主要用作变压器油箱内部故障的主保护以及油面过低 保护。变压器的内部故障,如匝间或层间短路、单相接地短路等,有 时故障电流较小, 可能不会是反应电流的保护动作。 对于油浸变压器, 油箱内部故障时, 由于短路电流和电弧的作用, 变压器油和其他绝缘 物会因为受热而分解出气体, 这些气体上升到最上部的油枕。

3、故障越 严重,产气越多,形成强烈的气流。能反映此气体变化的保护装置, 称为瓦斯保护。瓦斯保护的主要优点是动作快, 灵敏度高, 稳定可靠, 接线简单, 能反应变压器油箱内部的各种类型故障, 特别是短路杂匝数很少的匝 间短路,其他保护可能不动作,对于这种故障,气体保护具有特别重 要的意义。瓦斯保护的接线图如图 1-1所示。图 1-1 瓦斯保护的接线图1.2. 差动保护介绍差动保护主要用作变压器内部绕组、 绝缘套管及引出线相间短路 的主保护。在正常运行和外部故障时,流入继电器的电流为两侧电流之差, 及 Ir=I12-I22=0,其值很小,继电器不动作。当变压器内部放生故障 时,若仅 I 侧有电源,则

4、 Ir=I12,其值为短路电流,继电器动作,使两 侧断路器跳闸。 由于差动保护无需与其他保护配合, 因此可瞬动切出 故障。变压器差动保护原理如图 1-2所示。2I I1I II1图 1-2变压器差动保护原理由于诸多因素影响, 在正常运行和发生外部故障时, 在继电器中 会流过不平衡电流, 影响差动保护的灵敏度。 下面主要介绍变压器接 线方式的影响。对于 Yd11接线方式的变压器,其两侧电流有 30度相位差。为 消除相位差造成的不平衡电流, 通常采用相位补偿的方法, 及变压器 Y 侧的互感器接成 d 形, d 侧的互感器接成 Y 形,使相位得到矫正。 差动保护接线图如图 1-3所示。34I A1I

5、 B1I C1I I ab1I bc1I ca1图 1-3差动保护接线图2. 后备保护介绍为了满足电力系统稳定方面的要求,当变压器发生故障的时候, 要求保护装置切除故障。 为保证故障能够切除, 变压器还应装设后备 保护。 后备保护的跳闸动作时间一般认为是几秒, 包括过电流保护和 过负荷保护。2.1过电流保护介绍为了防止外部短路引起变压器绕组的过电流, 并作为差动和瓦斯 保护的后备,变压器还必须装设过电流保护。对于单侧电源的变压器, 过电流保护安装在电源侧, 保护动作时 切断变压器各侧开关。 过电流保护的动作电流应按躲过变压器的最大 工作电流整定,启动值比较大,往往不能满足灵敏度的要求。为此,

6、可以采用低电压闭锁的过电流保护, 以提高保护的灵敏度, 其接线图 如图 2-1所示。5QF1 QF2图 2-1低电压闭锁过电流保护2.2过负荷保护介绍变压器过负荷大都是三相对称的。 所以过负荷的保护可采用单电 流继电器的接线方式, 经过一定延时作用于信号, 在无人值班的变电 所内, 也可作用于跳闸或自动切除一部分负荷。 变压器过负荷保护的 动作时间通常取 10s ,保护装置的动作电流,按躲过变压器额定电流 整定。3. 保护的配合及整定计算3.1主保护的整定计算3.1.1差动保护的整定计算（1 由变压器的额定容量及平均电压计算出变压器两侧的额定电 流 EMBED Equation.KSEE3 *

7、 MERGEFORMAT |T N I . ,按选择两 侧电流互感器一次额定电流, 然后按下式算出两侧电流互感器二次回 来呀的额定电流:wcK . 接线系数,电流互感器为星形接线时,三角形接线时 TAK . 电流互感器变比。取二次额定电流最大的一侧为基本侧, 表 3-1为本课程设计的变 压器的参数,根据以上公式计算得二次回路额定电流计算值,如表 3-2由表 3-2可以看出, 63kv 侧电流互感器一次回路额定电流大于 6.3kv 侧。因此 63kv 侧为基本侧。最大运行方式 16KA ,最小运行方式 13KA 。即, 。由于所给的这两 个数据是二次母线短路电流, 且基本侧为一次侧。 必须将其换

8、算到一 次侧。则 ,（2计算保护装置 63kv 侧的一次动作电流按躲过外部最大不平衡电流,根据公式:式中 . 可靠系数,取 1.3;. 最大不平衡电流. 外部故障时最大三相短路电流的周期分量. 电流互感器同型系数,型号相同时取 0.5,不同时取 1; . 电流互感器的容许最大相对误差,为 0.1;. 变压器改变分接头调压引起的相对误差, 一般采用调压范围 一半,取 5%;. 由于继电器的整定匝数与计算的不相等而产生的误差,初 算时可取中间值 0.05,最大值为 0.91。则:（A 按躲过励磁涌流根据公式:式中 . 可靠系数,取 1.3;. 变压器额定电流。则 （A按躲过电流互感器二次断线。式中

9、 . 可靠系数,取 1.3;. 变压器的最大工作电流,无法确定时,可采用变压器的 额定电流。根据以上三个条件计算的结果, 取其最大者最为基本侧的动作电 流整定值,因此,选择 63kv 侧的一次动作电流 （A。（3确定线圈接线与匝数平衡线圈 I 、 II 分别接于 63kv 侧和 6.3kv 侧。计算基本侧继电器的动作电流为则, （A基本侧计算线圈计算匝数为式中 =60则 （匝据 BCH-2内部实际接线,选定实际整定匝数为 6匝,其中取差动线 圈匝数 , 平衡线圈 II 的匝数。（4确定 6.3kV 侧平衡线圈的匝数（匝确定平衡线圈 II 实际匝数为匝。（5计算由于实际匝数与计算匝数不等产生的相

10、对误差因为,且相差很小,故不需要核算动作电流。（4灵敏系数校验按最小运行方式下, 63kV 侧两相短路校验。因为基本侧互感器二次 额定电流最大,故非基本侧灵敏系数最小。 6.3kV 侧通过继电器的电 流为:（A继电器整定的电流为 （A这最小灵敏系数为 2 满足要求。 当采用低电压闭锁的过电流保护时， 保护中电流元件的动作电流 大于变压器的额定电流来整定，即 式中 .变压器额定电流，可靠系数取 1.2，返回系数取 0.85. 则 （A 3.2.2 过负荷保护的整定计算 根据公式： 式中 .可靠系数，取 1.05； .返回系数，一般为 0.85； .变压器的额定电流。 则 3.对保护设计的评价 对

11、于瓦斯保护，当变压器的内部发生故障，如匝间或层间短路、 12 单相接地短路等，有时故障电流较小，可能不会是反应电流的保护动 作，有一定优越性但也有其弊端。差动保护可以正确区分内外故障， 而且不需要与其它元件的保护配合，可以做到无延时的切除区内故 障，选择性好，具有很大优越性。但是差动保护一直存在励磁涌流的 问题，虽然随着技术的不断进步，但是瓦斯保护和差动保护的固有原 理性矛盾也很突出。后备保护的出现就大大缓解了这一矛盾。后备保 护可以防止由外部故障引起的变压器绕组过电流。 它与主保护构成了 一个完整的保护，共同保证变压器的正常运行，以及及时切除故障。 13 QF2 信号 III1 + + + + + + 信号 _ II1 + 跳QF1 跳QF2 I I U U t _ II2 QF2 TR2 _ _ QF1 接自低压侧 接自高压侧 电压互感器 电压互感器 14 III2 Ir 3 QF1 TR1 + + 至信号 至信号 6 + 5 4 R + +