电力系统继电保护课程设计
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电力系统继电保护课程设计
专 业： 电气工程及其自动化
班 级： 电气091
姓 名： 王庆荣
学 号： 200909042
指导教师： 张廷荣
兰州交通大学自动化与电气工程学院
2012 年 6月 30日 指导教师评语
平时（30） 报告（30） 修改（40） 总成绩 h
h 1 设计原始材料
1.1 具体题目
一台双绕组降压变压器的容量为20MVA，电压比为35±2×2.5%/6.6kV，Y，d11接线；采用BCH-2型继电器。求差动保护的动作电流。已知：6.6kV外部短路的最大三相短路电流为10536A；35kV侧电流互感器变比为600/5，35kV侧电流互感器变比为1500/5；可靠系数取Krel=1.3。
试对变压器进行相关保护的设计。
1.2 要完成的内容
对变压器进行主保护和后备保护的设计、配置、整定计算和校验。
2 分析要设计的课题内容（保护方式的确定）
2.1 设计规程
根据设计技术规范的规定，针对变压器的各种故障、不正常工作状态和变压器容量，应装设相应的保护装置。
（1）对800kVA以上的油侵式变压器：应装设瓦斯保护做为变压器内部故障的保护。
（2）对于变压器的引出线、套管和内部故障：
①并联运行、容量为6300kVA及以上,单台运行、容量为10000kVA及以上的变压器，应装设纵差动保护。
②并联运行、容量为6300kVA及以下，单台运行、容量为10000kVA及以下的变压器，应装设电流速断保护。2000kVA及以上的变压器，如果电流速断保护的灵敏度不能满足要求，应装设纵差动保护。
（3）对于由外部相同短路引起的遍野器过电流，应装设过电流保护。如果h
h 灵敏度不能满足要求，可以装设低电压启动的过电流保护。
（4）对于一项接地故障，应装设零序电流保护。
（5）对于400kVA及以上的变压器，应根据其过负荷的能力，装设过负荷保护。
（6）对于过热应装设温度信号保护。
2.2 本设计的保护配置
2.2.1 主保护配置
电流纵差动保护不但能区分区内外故障，而且不需要与其他元件的保护配合，可以无延时的切除区内各种故障，具有明显的优点。本设计中变压器主保护主要h
h 选电流纵差动保护，差动保护是变压器内部、套管及引出线上发生相间短路的主保护，同时也可以保护单相层间短路和接地短路，不需与其他保护配合，可无延时的切断内部短路，动作于变压器高低压两侧断路器跳闸。为了保证动作的选择性，差动保护动作电流应躲开外部短路电流时的最大不平衡电流。
2.2.2 后备保护设置
变压器的后备保护选择过电流保护和低电压启动的过电流保护以及过负荷保护。
低电压启动的过电流保护主要是为了保护外部短路引起的变压器过电流，同时也可以作为变压器差动保护以及馈线保护的后备保护。
变压器的不正常工作包括过负荷运行，对此配置过负荷保护。正常时，变压器不过负荷，电流小于整定值，过负荷保护不动作。当三相负荷对称时，可仅在一相装设过电流。
3.主保护的整定计算
3.1差动保护的动作电流
（一）计算变压器各侧的一次及二次电流值（在额定容量下）并选择电流互感器的变比
可按表1计算。
由于6.6kV侧二次电流大，因此以6.6kV侧为基本侧。
表1 变压器各侧一、二次电流
名称
各侧数值
额定电压（kV）
35
6.6 h
h
额定电流（kA） 32935320000 17506.6320000
电流互感器接线
△
Y
电流互感器变比
600/5
1500/5 h
h
二次电流（A） 74.41203293 83.53001750
(二) 计算差动保护一次动作电流
按6.6kV侧（基本侧）计算。
（1）按躲过变压器空投和当外部故障切除后电压恢复时，变压器的励磁涌流计算为
IKIekbhdz..
(3.1)
=1.3×1750=2275(A)
（2）按躲过外部短路时的最大不平衡电流计算，变压器6.6kV侧母线故障，在系统最大运行方式下的最大三相短路电流为
)(9389533.04.08760)3(maxAId (6.6kV级)
(3.2)
(3.3)
=1.3×(1×0.1+0.05+0.05)×9389=2441(A)
上式中的△f按0.05计算。
（3）按躲过电流互感器二次回路断线计算，即
IIfhdzmax.3.1
(3.4)
=1.3×1750=2275（A） IfKKIKIditxkbpkbhdzfU)3(max..)(h
h )(2441.AIbhdz
(3.5)
按上面的三个条件计算纵差动保护的动作电流，并选取最大者，比较可知：选一次动作电流
)(2441AIdz (3.6)
（三）确定继电器基本侧线圈匝数及各线圈接法h
h 对于双绕组变压器，平衡线圈Ⅰ、Ⅱ分别接入6.6kV及35kV侧。
计算基本侧继电器动作电流为
nKIIjbLHjxjsjbdzjsjbjdz....../)( (3.7)
=2441×1/300=8.13(A)
基本侧继电器线圈匝数为
)(38.713.8600..匝IWWdzjsjbgA (3.8)
选取匝7..Wzjbg。
确定基本侧线圈之接入匝数为
617..1...WWWzcdzphzjbg (3.9)
即平衡线圈Ⅰ取1匝，差动线圈取6匝。
（四）非基本侧工作线圈匝数和平衡线圈匝数计算
对于双绕组变压器
(3.10)
确定平衡线圈Ⅱ实用匝数为
)(3...2.匝WWzfjphzph (3.11)
（计算由于实用匝数与计算匝数不等引起的相对误差）
其相对误差计算为
0465.066.236.2..2..2..2.WWWWfzcdjsphzphjsphzd
(3.12) )(6.2675.338.47..2.2....匝WIIWWzcdfjejbezjbgjsfjphh
h 因05.0fzd，故不需核算动作电流定植。
(六)选取短路线圈匝数
对于一般变压器差动保护，可选用较多的短路线圈匝数，故取“C-C”抽头。
3.2灵敏度校验
计算最小运行方式下6.6kV侧两相短路的最小短路电流为
(3.13) )(6010533.073.0866.08760)2(min.AIdh
h 折算至35kV侧时
)(1082)2(min.AId (3.14)
二次侧电流为
(3.15)
35kV侧的保护动作电流为
)(67.663602.0AAWWWIcdphdz
(3.16)
则 233.267.66.15min.IIKdzdlm (3.17)
满足灵敏度要求。
4.后备保护的整定计算
4.1过电流保护
Krel————可靠系数，取1.3；
Kre————返回系数，取0.85～0.95；
IL.-max————变压器可能出现的最大负荷电流，取变压器额定电流IN=1315 ( A)；
Kss————综合负荷的自启动系数，取Kss =1.5 。
灵敏度校验：
(4.18)
满足要求。
4.2低电压启动的过电流保护
过电流保护按躲过可能出现的最大负荷电流整定，启动电流比较大，对于升)(6.155/60010823min.2AId5.146.224416010min.IIKsetksenh
h 压变压器或容量较大的降压变压器，灵敏度往往不能满足要求。为此可以采用低电压启动的过电流保护。
电流继电器的整定：h
h Krel————可靠系数，取1.1～1.2；
Kre————低电压继电器的返回系数，取1.15～1.25。
采用低电压继电器后，电流继电器的整定值就可以不再考虑并联运行变压器切除或电动机自启动时可能出现的最大负荷，而是按大于变压器的额定电流整定，即
(4.19)
则有
(4.20)
低电压继电器的动作电压按以下条件整定，并取最小值。
（1）按躲过正常运行时可能出现的最低工作电压整定，
(4.21)
（2）按躲过电动机自启动时的电压整定：
当低压继电器由变压器低压侧 互感器供电时，计算式为
(4.22)
当低压继电器由变压器高压侧互感器供电时，计算式为
(4.23)
对于降压变压器，负荷在低压侧，电动机自启动时高压侧电压比低压侧高了一个变压器压降（标幺值）。所以高压侧取值比较高，但仍按式(3.21)整定，原因是发电机在失磁运行时低压母线电压会比较低。
Uset=0.66.6=3.96(kV)
Uset=3.96 (kV)
(4.24) 电流继电器灵敏度的校验方法与不带低压启动的过电流保护相同。低电压继电器的灵敏系数按下式校验IKKINrerelset)(99.685.06.69.0kVUsetUUNset)6.0~5.0(UUNset7.0) ( 2058 1750 85 . 0 2 . 1 A I set
