110KV變電站電氣二次設(shè)計(jì).doc

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1、洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)洛南開元110KV變電站電氣二次設(shè)計(jì)變壓器保護(hù)摘 要本次設(shè)計(jì)為110kV變電站的初步設(shè)計(jì)書，共分為任務(wù)書、計(jì)算書、二部分，同時(shí)還附有 6張圖紙加以說明。該變電站有3臺主變壓器，初期上2臺，分為二個(gè)電壓等級：110kV、10kV，各個(gè)電壓等級均采用單母線分段的主接線方式供電。本次設(shè)計(jì)中進(jìn)行了短路電流計(jì)算，主要設(shè)備選擇及校驗(yàn)（包括斷路器、隔離開關(guān)、電流互感器、電壓互感器等），主要介紹變電站的二次保護(hù)繼電保護(hù)，包括電力變壓器保護(hù)，電力電容器保護(hù)，母線保護(hù)等。因在變電站中變壓器起著傳輸分配電能的作用，它的故障將對供電可靠性和系統(tǒng)的正常運(yùn)行帶來嚴(yán)重的影響，本次設(shè)計(jì)主要針對變壓

2、器的保護(hù)，包括瓦斯保護(hù)，縱差保護(hù)等。并同時(shí)略帶介紹其它一次設(shè)備的保護(hù)及其所用電和遠(yuǎn)動(dòng)裝置。關(guān)鍵詞： 變壓器，電氣二次，瓦斯保護(hù)，整定 ，遠(yuǎn)動(dòng)Luonan kaiyuan，Second 110KV electrical substation designTransformer ProtectionABSTRACTThe 110kV substation is designed to the preliminary design of the book, the book is divided into tasks, computing books, manuals of three parts,

3、 but also with 6 Zhang drawings to illustrate my point. There are 3 of the substation main transformer, 2 early on, is divided into two voltage levels: 110kV, 10kV, all voltage levels are the main sub-single-mother power supply connection mode. The design of a short-circuit current calculation, majo

4、r equipment selection and validation (including circuit breakers, isolating switches, current transformers, voltage transformers, etc.), mainly secondary substation protection - relay, including the power transformer protection, power capacitor protection, busbar protection. Transformer in the subst

5、ation in the transmission plays a role in the distribution of power, it will be the fault of power system reliability and uptime have serious impact on the design of the main protection for the transformer, including the gas protection, differential protection, etc.KEY WORDS: Transformer，Electric Se

6、condary，Gas protection, Setting，Telecontrol目錄前 言I第1章 電氣一次設(shè)計(jì)31.1 110KV/10 KV電氣主接線的選擇31.2 短路電流計(jì)算及電器設(shè)備的選擇41.2.1 短路電流計(jì)算目的51.2.2短路電流計(jì)算的一般規(guī)定及基本假設(shè)51.2.3 短路電流計(jì)算的基準(zhǔn)值61.2.4 短路電流計(jì)算的步驟61.3電氣主設(shè)備的選擇71.3.1 主變壓器的選擇71.3.2 110KV設(shè)備71.3.3 10KV設(shè)備71.3.4 10KV無功補(bǔ)償裝置及其消弧裝置71.3.5電壓互感器的配置和電流互感器的配置81.3.6 主控室布置8第2章 電氣二次的任務(wù)及要求92

7、.1 繼電保護(hù)的作用92.2 繼電保護(hù)裝置的任務(wù)102.3 繼電保護(hù)的基本要求112.3. 1 選擇性112.3. 2 速動(dòng)性112.3. 3 靈敏性及其可靠性122.4 繼電保護(hù)的分類12第3章 電力變壓器保護(hù)143.1 變壓器的保護(hù)方式143.2變壓器的縱差動(dòng)保護(hù)153.2.1變壓器縱差動(dòng)保護(hù)的基本原理153.2.2 保護(hù)中要解決的幾個(gè)關(guān)鍵問題183.3 變壓器的瓦斯保護(hù)193.3.1瓦斯保護(hù)的動(dòng)作原理193.3.2 瓦斯繼電器的安裝調(diào)試213.3.3 瓦斯保護(hù)的主要特點(diǎn)223.4 相間短路保護(hù)223.5 后備保護(hù)233.5.1 復(fù)合電壓閉鎖方向過流保護(hù)233.5.2過負(fù)荷保護(hù)243.5.

8、3 過激磁保護(hù)24第4章 變壓器繼電保護(hù)的整定計(jì)算254.1 縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的整定計(jì)算254.2 過電流保護(hù)的整定計(jì)算294.2.1 變壓器相間后備保護(hù)的配置原則294.2.2 過電流保護(hù)裝置的動(dòng)作電流的計(jì)算294.2.3過電流保護(hù)裝置的靈敏系數(shù)30第5章 其他電力一次設(shè)備的保護(hù)315.1 母線保護(hù)315.2、線路保護(hù)325.3 電力電容器的保護(hù)325.4 自動(dòng)裝置32第6章 變電站的遠(yuǎn)動(dòng)裝置及所用電346.1 變電站的遠(yuǎn)動(dòng)裝置346.1.1 調(diào)度關(guān)系346.1.2 洛陽地調(diào)346.1.3遠(yuǎn)動(dòng)信息范圍346.2 遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)具體技術(shù)356.2.1 遙測設(shè)備366.2.2 遙信設(shè)備366.3 所用電系

9、統(tǒng)及照明36結(jié)論37謝詞39參考文獻(xiàn)40附 錄41外文翻譯46 38前 言隨著工業(yè)時(shí)代的不斷發(fā)展，人們對電力供應(yīng)的要求越來越高，特別是供電的穩(wěn)固性、可靠性和持續(xù)性。然而電網(wǎng)的穩(wěn)固性、可靠性和持續(xù)性往往取決于變電站的合理設(shè)計(jì)和配置。一個(gè)典型的變電站要求變電設(shè)備運(yùn)行可靠、操作靈活、經(jīng)濟(jì)合理、擴(kuò)建方便1.變電站的設(shè)計(jì)規(guī)模（1） 主變?nèi)萘浚鹤罱K340MVA，本期240MVA，電壓等級110KV/10KV，有載調(diào)壓。（2）110KV/10KV配電裝置：110KV配電裝置最終規(guī)劃3回進(jìn)出線，分別由九門線 TT接，九門線T接，本期2回進(jìn)出線，由九門線 TT；采用單母線分段接線。10KV配電裝置最終30回出線

10、，本期出線20回，采用單母線四分段接線。（3） 無功補(bǔ)償：最終24200+22100Kvar，本期14200+22100Kvar。（4） 所用變：最終2100KVA，本期2100KVA。（5） 消弧裝置：消弧線圈最終3700KVA，本期2700KVA。2.站址的選擇根據(jù)負(fù)荷分布狀況并結(jié)合城市總體規(guī)劃，商務(wù)110KV變電站站址的確定位于規(guī)劃的湖南路與西市路交叉路口東北角（新大明渠北側(cè)），該地段交通便利、進(jìn)出線方便，無壓礦產(chǎn)、文物，地勢較高，無水害危險(xiǎn)，地勢平坦，基礎(chǔ)環(huán)境條件良好，靠近負(fù)荷中心，適于建站。3.變電站建設(shè)的必要性及其作用洛南新區(qū)北至洛河南岸，南至規(guī)劃快速客運(yùn)專線（現(xiàn)洛宜鐵路），東至焦

11、枝鐵路線，西至西南環(huán)高速路，是國務(wù)院批準(zhǔn)的第三期新城區(qū)，是新時(shí)期洛陽跨過洛河南岸向南發(fā)展，完善城市功能，合理配置城市基礎(chǔ)設(shè)施，高起點(diǎn)，高標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃的新城區(qū)，也是經(jīng)省政府批準(zhǔn)，在“十五”期間重點(diǎn)建設(shè)的新城區(qū)。目前該區(qū)域僅有古城變一座110KV變電站，位于古城路北側(cè)，主變?nèi)萘?31.5MVA ,為區(qū)域變電站，雙回線路T接于龍門220KV站，與洛熱之間110KV雙回網(wǎng)架上，2004年最大負(fù)荷30MW，中心區(qū)，大學(xué)區(qū)內(nèi)項(xiàng)目投入使用后，該站已不能滿足該我區(qū)域的用電需求，因此根據(jù)總體規(guī)劃的變電站布點(diǎn)及目前建設(shè)項(xiàng)目情況，在中心建設(shè)110KV商務(wù)變電站，以滿足該區(qū)域的用電需求是相當(dāng)有必要的。4.本次設(shè)計(jì)的主要工

12、作和章節(jié)安排隨著電力負(fù)荷的逐漸增大，僅憑一座古城變已不能滿足當(dāng)時(shí)負(fù)荷的需要，根據(jù)建設(shè)變電站的實(shí)際要求出發(fā)，在中心區(qū)建設(shè)一座洛南開元110KV變電站已不可缺少，本次論文設(shè)計(jì)也主要圍繞建站的站內(nèi)設(shè)施選擇及保護(hù)展開論述，論文的各章節(jié)安排上，共分為六章，各章的主要內(nèi)容介紹如下：前言主要論述建站的規(guī)模及建站的必要性及其作用，第1章介紹該站的主接線的選擇，最終確立一個(gè)經(jīng)濟(jì)簡單的電氣主接線方式，無論是110KV還是10KV電氣主接線均采用單母線分段形式、短路電流計(jì)算及主要設(shè)備的選擇。第2章介紹電氣二次及其繼電保護(hù)的概述作用及任務(wù)。第3章 著重介紹變壓器保護(hù)，因?yàn)樽儔浩魇请娏ο到y(tǒng)的重要設(shè)備之一，它的故障將對供

13、電可靠性和系統(tǒng)的正常運(yùn)行帶來嚴(yán)重的影響，在這章節(jié)里主要介紹瓦斯保護(hù)、縱差保護(hù)、后備保護(hù)等。第4章介紹了變壓器保護(hù)的整定計(jì)算，具體介紹的了瓦斯保護(hù)、縱差保護(hù)、過電流保護(hù)等。第5章 簡單介紹其他電氣一次設(shè)備的保護(hù)，包括電力電容器保護(hù)、母線保護(hù)自動(dòng)裝置等。第6章 簡單介紹了變電所的遠(yuǎn)動(dòng)裝置及其所用電。本設(shè)計(jì)只是初步的設(shè)計(jì)了洛南開元110KV變電站的主接線及其設(shè)備選擇，針對變電站的主要變送電設(shè)備變壓器，做了一些必要保護(hù)的分析和計(jì)算。 第1章 電氣一次設(shè)計(jì) 主接線是變電所電氣設(shè)計(jì)的首要部分，它是由高壓電器設(shè)備通過連接線組成的接受和分配電能的電路，也是構(gòu)成電力系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。主接線的確定對電力系統(tǒng)整體及變

14、電所本身運(yùn)行的可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性密切相關(guān)，并且對電氣設(shè)備選擇、配電裝置、繼電保護(hù)和控制方式的擬定有較大影響。因此，必須正確處理好各方面的關(guān)系。我國變電所設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程SDJ2-79規(guī)定：變電所的主接線應(yīng)根據(jù)變電所在電力系統(tǒng)中的地位、回路數(shù)、設(shè)備特點(diǎn)及負(fù)荷性質(zhì)等條件確定，并且滿足運(yùn)行可靠，簡單靈活、操作方便和節(jié)約投資等要求，便于擴(kuò)建。1在選擇一次接線的形式時(shí)，要滿足電路的可靠性、靈活性、經(jīng)濟(jì)性，滿足這三方面還要考慮的廠址的擴(kuò)建及升級改造。1.1 110KV/10 KV電氣主接線的選擇電氣主接線是根據(jù)電力系統(tǒng)和變電所具體條件確定的，它以電源和出線為主體，在進(jìn)出線路多時(shí)（一般超過四回）為便于電能的

15、匯集和分配，常設(shè)置母線作為中間環(huán)節(jié)，使接線簡單清晰、運(yùn)行方便，有利于安裝和擴(kuò)建。而本所各電壓等級進(jìn)出線均超過四回，采用有母線連接，此變電站是為了某地區(qū)電力系統(tǒng)的發(fā)展和負(fù)荷增長而擬建的。那么其負(fù)荷為地區(qū)性負(fù)荷。變電站110kV側(cè)和10kV側(cè)，均為單母線分段接線。110kV220kV出線數(shù)目為5回及以上或者在系統(tǒng)中居重要地位，出線數(shù)目為4回及以上的配電裝置。在采用單母線、分段單母線或雙母線的35kV110kV系統(tǒng)中，當(dāng)不允許停電檢修斷路器時(shí)，可設(shè)置旁路母線，根據(jù)變電所的綜合特點(diǎn)及其投入成本等其他因素，本變電站采用單母線三分段方式，每段母線上接一回線路及一臺主變;設(shè)置兩個(gè)母聯(lián)間隔、母聯(lián)裝設(shè)分段開關(guān)。

16、本期站內(nèi)的兩個(gè)進(jìn)出線間隔裝設(shè)斷路器并設(shè)保護(hù)（由110KV I九門線路TT接）;遠(yuǎn)期擴(kuò)建110KV II九門線路T接時(shí)，僅考慮裝設(shè)斷路器而不設(shè)保護(hù)。#1、#3 主變進(jìn)線間隔不裝設(shè)斷路器，#2 主變進(jìn)線間隔裝設(shè)斷路器。（見圖1-1和圖1-2）圖1-1 單母線三分段接線本期10 KV采用單母線四分段接線，最終30回，本期20回，出線全部采用電纜出線。圖1-2 單母線四分段接線因本站110KV及10KV進(jìn)出線全部采用電纜，遠(yuǎn)期在擴(kuò)建110KV II九門線路T接進(jìn)出線時(shí)，110KV電纜在線路上T接比較困難，故在布置110KV GIS時(shí)，考慮遠(yuǎn)期II九門線路在變電站內(nèi)進(jìn)行T接的方式。1.2 短路電流計(jì)算及

17、電器設(shè)備的選擇短路是電力系統(tǒng)最常見的故障。所謂短路，是指一切不正常的相與相或中性點(diǎn)接地系統(tǒng)中相與地之間的短路。短路故障對電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行會(huì)帶來嚴(yán)重后果，主要表現(xiàn)在如下幾方面：(1) 短路故障使短路點(diǎn)附近的某些支路中流過巨大的短路電流（大容量系統(tǒng)中可達(dá)數(shù)萬或數(shù)十萬安培），產(chǎn)生的電動(dòng)力效應(yīng)可能使電氣設(shè)備變形或損壞。(2) 巨大短路電流的熱效應(yīng)可能燒壞設(shè)備。(3) 短路時(shí)短路點(diǎn)的電壓比正常運(yùn)行時(shí)低，如果是三相短路，則短路點(diǎn)的電壓為零。這必然導(dǎo)致整個(gè)電網(wǎng)電壓大幅度的下降，可能使部分用戶的供電受到破壞，接在網(wǎng)絡(luò)中的用電設(shè)備不能正常工作。如在用電設(shè)備中占有很大比重的異步電動(dòng)機(jī)，其電磁轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正

18、比，當(dāng)電壓下降幅度較大時(shí)，電動(dòng)機(jī)將停止轉(zhuǎn)動(dòng)，在離短路點(diǎn)較遠(yuǎn)的電動(dòng)機(jī)，因電壓下降幅度較小而能繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，但它的轉(zhuǎn)速將降低，導(dǎo)致產(chǎn)生廢，次產(chǎn)品。此外，由于電壓下降，轉(zhuǎn)速降低，而電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的機(jī)械負(fù)載又未變化，電動(dòng)機(jī)繞組將流過較大的電流，如果短路持續(xù)時(shí)間較長，電動(dòng)機(jī)必然過熱，使絕緣迅速老化，縮短電動(dòng)機(jī)的壽命。(4) 對通信造成干擾。1.2.1 短路電流計(jì)算目的（1）在選擇電氣主接線時(shí)，為了比較各種接線方案或確定某一接線是否需要采取限制短路電流的措施等，均需進(jìn)行必要的短路電流計(jì)算。（2）在選擇電氣設(shè)備時(shí)，為了保證設(shè)備在正常運(yùn)行和故障情況下都能安全、可靠地工作，同時(shí)又力求節(jié)約資金，這就需要進(jìn)行全面的短路電流

19、計(jì)算。（3）在設(shè)計(jì)屋外高壓配電裝置時(shí)，需按短路條件檢驗(yàn)軟導(dǎo)線的相間和相對地的安全距離。（4）在選擇繼電保護(hù)方式和進(jìn)行整定計(jì)算時(shí)，需以各種短路時(shí)的短路電流為依據(jù)。（5）按接地裝置的設(shè)計(jì)，也需用短路電流。1.2.2 短路電流計(jì)算的一般規(guī)定及基本假設(shè)1. 短路電流計(jì)算的一般規(guī)定驗(yàn)算導(dǎo)體和電器動(dòng)穩(wěn)定、熱穩(wěn)定以及電器開斷電流所用的短路電流，應(yīng)按工程的設(shè)計(jì)規(guī)劃容量計(jì)算，并考慮電力系統(tǒng)的遠(yuǎn)景發(fā)展規(guī)劃（一般為本期工程建成后510年）。確定短路電流計(jì)算時(shí)，應(yīng)按可能發(fā)生最大2短路電流的正常接線方式，而不應(yīng)按僅在切換過程中可能并列運(yùn)行的接線方式。選擇導(dǎo)體和電器用的短路電流，在電氣連接的網(wǎng)絡(luò)中，應(yīng)考慮具有反饋?zhàn)饔玫漠?/p>

20、步電機(jī)的影響和電容補(bǔ)償裝置放電電流的影響。選擇導(dǎo)體和電器時(shí)，對不帶電抗器回路的計(jì)算短路點(diǎn)，應(yīng)按選擇在正常接線方式時(shí)短路電流為最大的地點(diǎn)。導(dǎo)體和電器的動(dòng)穩(wěn)定、熱穩(wěn)定以及電器的開斷電流一般按三相短路驗(yàn)算。2. 短路計(jì)算的基本假設(shè)(1）正常工作時(shí)，三相系統(tǒng)對稱運(yùn)行；(2）所有電源的電動(dòng)勢相位角相同；(3）電力系統(tǒng)中各元件的磁路不飽和，即帶鐵芯的電氣設(shè)備電抗值不隨電流大小發(fā)生變化；(4）不考慮短路點(diǎn)的電弧阻抗和變壓器的勵(lì)磁電流；(5）元件的電阻略去，輸電線路的電容略去不計(jì)，及不計(jì)負(fù)荷的影響；(6）系統(tǒng)短路時(shí)是金屬性短路。1.2.3 短路電流計(jì)算的基準(zhǔn)值高壓短路電流計(jì)算一般只計(jì)算各元件的電抗，采用標(biāo)幺值

21、進(jìn)行計(jì)算，為了計(jì)算方便選取如下基準(zhǔn)值：基準(zhǔn)容量：Sj = 100MVA基準(zhǔn)電壓：Vg（KV） 10.5 115 2301.2.4 短路電流計(jì)算的步驟（1）計(jì)算各元件電抗標(biāo)幺值，并折算為同一基準(zhǔn)容量下；（2）給系統(tǒng)制訂等值網(wǎng)絡(luò)圖；（3）選擇短路點(diǎn)；（4）對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行化簡，把供電系統(tǒng)看為無限大系統(tǒng)，不考慮短路電流周期分量的衰減求出電流對短路點(diǎn)的電抗標(biāo)幺值，并計(jì)算短路電流標(biāo)幺值、有名值。標(biāo)幺值：Id* = 有名值：Idi = Id*Ij（5）計(jì)算短路容量，短路電流沖擊值短路容量：S = VjI短路電流沖擊值：Icj = 2.55I（6）列出短路電流計(jì)算結(jié)果。（具體短路電流計(jì)算值詳見附表一）1.3電氣主

22、設(shè)備的選擇1.3.1 主變壓器的選擇該變電所根據(jù)當(dāng)?shù)赜秒娯?fù)荷情況,選用SZ9-40000/110型三相雙繞組節(jié)能自冷,有載調(diào)壓,低損耗,中性點(diǎn)半絕緣的變壓器。主變壓器分接頭選用110土81.25%/10.5KV ,聯(lián)結(jié)組標(biāo)號YN d11，阻抗電壓為=14%。為了保證電壓質(zhì)量選用性能可靠的有載調(diào)壓開關(guān)。1.3.2 110KV設(shè)備110KV設(shè)備：選用SF6全封閉組合電器（GIS）型 號：ZF5T-110/1600(彈簧操作機(jī)構(gòu))額定電壓：110KV額定電流：1600A額定開斷電流：40KA母線額定電流：1600A1.3.3 10KV設(shè)備10KV設(shè)備：選用金屬鎧裝抽出開關(guān)柜（中置柜）型 號：KYN2

23、8A-12額定電壓：10KV額定電流：進(jìn)線柜3150A，出線柜31.5KA其中主進(jìn)、母聯(lián)柜配、出線柜均配VS1真空斷路器。1.3.4 10KV無功補(bǔ)償裝置及其消弧裝置1. 選用積木式并聯(lián)電容器成套裝置，配1%串聯(lián)電抗器。由于10KV 電氣主接線采用單母線分段接線，10KV I 、IV段母線裝設(shè)補(bǔ)償容量4200Kvar， II、III段母線每段裝設(shè)補(bǔ)償容量2100Kvar.為了防止干式空芯串聯(lián)電抗器漏磁干擾控制室設(shè)備，串聯(lián)電抗器選用磁屏蔽干式電抗器或鐵心電抗器。2. 10KV系統(tǒng)為小電流接地系統(tǒng)，按目前規(guī)程規(guī)定10KV接地電容電流應(yīng)控制在15A以內(nèi)，較以前規(guī)定更為嚴(yán)格，接地電容電流增大使接地電弧

24、難以自行熄滅，造成間歇弧光接地過電壓，3損壞設(shè)備擴(kuò)大停電范圍，城區(qū)變壓器由于電纜線路多，往往經(jīng)過一段時(shí)間發(fā)展，接地電容電流超過15A，應(yīng)裝設(shè)消弧裝置，限制10KV接地電容電流在規(guī)定的范圍之內(nèi)。本站設(shè)計(jì)每臺主變低壓10KV側(cè)裝設(shè)一套消弧裝置。消弧裝置容量700KVA，最大補(bǔ)償電容電流115A.1.3.5電壓互感器的配置和電流互感器的配置1電壓互感器的配置 110KV母線三相帶三個(gè)二次繞組的PT，用于保護(hù)、測量、計(jì)算、計(jì)量。準(zhǔn)確級容量為3P：300VA; 0.5: 150VA; 0.2: 75VA。110KV母線三相帶三個(gè)二次繞組的PT，用于保護(hù)、測量、計(jì)算、計(jì)量。準(zhǔn)確級容量為6P: 50VA;

25、0.5: 40VA; 0.2: 30VA。2電流互感器的配置110KV進(jìn)出線設(shè)置5個(gè)二次繞組的CT，用于保護(hù)、測量、計(jì)算、計(jì)量。準(zhǔn)確級容量為5P: 40VA; 5P: 40VA; 5P: 40VA; 0.5: 30VA；0.2S: 30VA。 10KV進(jìn)線設(shè)置4個(gè)二次繞組的CT，用于保護(hù)、測量、計(jì)算、計(jì)量。準(zhǔn)確級容量為5P: 30VA; 5P: 30VA;0.5: 20VA；0.2S: 20VA。 10KV出線設(shè)置3個(gè)二次繞組的CT，用于保護(hù)、測量、計(jì)算、計(jì)量。準(zhǔn)確級容量為5P: 30VA; 0.5: 20VA；0.2S: 20VA。 1.3.6 主控室布置本變電站采用無人值班方式，主控室布置

26、在配電樓三層，設(shè)有24個(gè)屛位，包括主變壓器保護(hù)柜，110KV線路保護(hù)柜，監(jiān)控匯集柜、公用設(shè)備柜、電度表柜、直流電源柜、交流柜等，滿足本期要求并留有備用。為保證變電所的安全可靠運(yùn)行，保護(hù)、交直流和其他柜體均采用防護(hù)型柜式結(jié)構(gòu)，屏柜外形尺寸為：2260 800 600 mm，色調(diào)一致，柜后加門。室內(nèi)設(shè)置計(jì)算機(jī)操作臺，布置計(jì)算機(jī)監(jiān)控操作設(shè)備，CRT打印機(jī)。（某些電力系統(tǒng)的主設(shè)備選擇依據(jù)詳見附錄二、三）。 第2章 電氣二次的任務(wù)及要求變電站的二次回路（即二次電路），是指用來控制、指示、監(jiān)測和保護(hù)一次電路運(yùn)行的電路也就是說對一次設(shè)備工作進(jìn)行監(jiān)測和控制保護(hù)的輔助設(shè)備，也稱為電氣二次系統(tǒng)，包括控制系統(tǒng)、信號

27、系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)及繼電保護(hù)和自動(dòng)化系統(tǒng)等。概括起來可分為以下幾類：（1）二次回路按電源性質(zhì)分，有直流回路和交流回路。交流回路又分為交流電流回路和交流電壓回路。交流電流回路由電流互感器供電，交流電壓回路由電壓互感器供電。（2）二次回路按其用途分，有斷路器控制（操作）回路、信號回路、測量回路、繼電保護(hù)回路和自動(dòng)裝置回路等。（3）二次回路在供電系統(tǒng)中雖是其一次電路的輔助系統(tǒng)，但它對一次電路的安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行有著十分重要的作用，因此必須予以充分的重視。在變電所中，電氣二次的保護(hù)主要以繼電保護(hù)為主要保護(hù)途徑，繼電保護(hù)技術(shù)是隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展而發(fā)展的，它與電力系統(tǒng)對運(yùn)行可靠性要求的不斷提高密切相

28、關(guān)。熔斷器就是最初出現(xiàn)的簡單過電流保護(hù)，時(shí)至今日仍廣泛 應(yīng)用 于低壓線路和用電設(shè)備。由于電力系統(tǒng)的發(fā)展，用電設(shè)備的功率、發(fā)電機(jī)的容量不斷增大，發(fā)電廠、變電站和供電網(wǎng)的結(jié)線不斷復(fù)雜化，電力系統(tǒng)中正常工作電流和短路電流都不斷增大，熔斷器已不能滿足選擇性和快速性的要求，于是出現(xiàn)了作用于專門的斷流裝置的過電流繼電器。繼電保護(hù)裝置是保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要設(shè)備，滿足電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的要求是繼電保護(hù)發(fā)展的基本動(dòng)力。2.1 繼電保護(hù)的作用企業(yè)供配電系統(tǒng)和電氣設(shè)備在生產(chǎn)運(yùn)行中，由于絕緣老化，機(jī)械損傷等原因發(fā)生各種事故和不正常的工作狀態(tài)是不可能完全避免的。常見的也是最危險(xiǎn)的故障就是各種類型的短路，它使系統(tǒng)電壓

29、降低，并產(chǎn)生很大的短路電流。從而造成嚴(yán)重后果。不正常工作狀態(tài)是指使電氣設(shè)備或系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)偏離規(guī)定容許值的情況，比如過負(fù)荷，溫度過高等。就其性質(zhì)，危險(xiǎn)性而言，不正常工作狀態(tài)不同于故障，但如不及時(shí)處理，也會(huì)發(fā)展成故障。繼電保護(hù)在電力系統(tǒng)安全運(yùn)行中的作用可概述為以下三點(diǎn)：（1）保障電力系統(tǒng)的安全性。當(dāng)被保護(hù)的電力系統(tǒng)元件發(fā)生故障時(shí), 應(yīng)該由該元件的繼電保護(hù)裝置迅速準(zhǔn)確地給脫離故障元件最近的斷路器發(fā)出跳閘命令, 使故障元件及時(shí)從電力系統(tǒng)中斷開, 以最大限度地減少對電力系統(tǒng)元件本身的損壞, 降低對電力系統(tǒng)安全供電的影響, 并滿足電力系統(tǒng)的某些特定要求（如保持電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性等）。（2）對電力系統(tǒng)的不

30、正常工作進(jìn)行提示。反應(yīng)電氣設(shè)備的不正常工作情況, 并根據(jù)不正常工作情況和設(shè)備運(yùn)行維護(hù)條件的不同（例如有無經(jīng)常值班人員）發(fā)出信號, 以便值班人員進(jìn)行處理, 或由裝置自動(dòng)地進(jìn)行調(diào)整, 或?qū)⒛切├^續(xù)運(yùn)行會(huì)引起事故的電氣設(shè)備予以切除反應(yīng)不正常工作情況的繼電保護(hù)裝置允許帶一定的延時(shí)動(dòng)作。（3）對電力系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控。繼電保護(hù)不僅僅是一個(gè)事故處理與反應(yīng)裝置, 同時(shí)也是監(jiān)控電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的裝置。就是因?yàn)橄到y(tǒng)中存在著發(fā)生故障和不正常工作狀態(tài)的可能，并造成嚴(yán)重后果，因此要求能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，采取有效措施，以減少損失。具體方法就是：一旦發(fā)生故障，立即將故障設(shè)備從電網(wǎng)中切除。顯然這個(gè)任務(wù)靠值班員直接操作來完成是不現(xiàn)實(shí)

31、的事情，只有借助專門的反事故裝來實(shí)現(xiàn)，這就是所謂的繼電保護(hù)。繼電保護(hù)裝置，就是一種能反映電氣設(shè)備4的故障和不正常工作狀態(tài)，并及時(shí)的作用于斷路器跳閘或發(fā)出信號的自動(dòng)裝置，繼電保護(hù)的作用就是防止系統(tǒng)事故的發(fā)生和發(fā)展，限制事故范圍，保證電能質(zhì)量并提高供電的可靠性。所以，繼電保護(hù)是供電系統(tǒng)安全運(yùn)行不可缺少的重要組成部分。2.2 繼電保護(hù)裝置的任務(wù)1.在正常運(yùn)行情況下繼電保護(hù)通過高壓測量元件；接入電路，流過被保護(hù)件的的負(fù)荷電流，同時(shí)監(jiān)視發(fā)電、變電、輸電、配電、用電等環(huán)節(jié)電氣元件的正常運(yùn)行。2.當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生種種不正常運(yùn)行方式時(shí)，繼電保護(hù)應(yīng)可以動(dòng)作瞬時(shí)或延時(shí)發(fā)出預(yù)告信號告訴值班人員盡快處理。3.當(dāng)電力系統(tǒng)

32、發(fā)生各種故障時(shí)，繼電保護(hù)可靠動(dòng)作使故障元件的斷路器跳閘切除故障點(diǎn)，防止事故擴(kuò)大，確保變壓器正常運(yùn)行。 4.為了使故障切除后，盡快使變壓器投入運(yùn)行 ，可借助繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)重合閘。5.繼電保護(hù)裝置可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)化電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)化、遙訊、遙測、遙控等。2.3 繼電保護(hù)的基本要求動(dòng)作于跳閘的繼電保護(hù)，在技術(shù)上一般應(yīng)滿足四個(gè)基本要求，即選擇性、速動(dòng)性、靈敏性和可靠性。2.3. 1 選擇性所謂繼電保護(hù)裝置動(dòng)作的選擇性就是指當(dāng)電力系統(tǒng)中的設(shè)備或線路發(fā)生短路時(shí)，其繼電保護(hù)僅將故障的設(shè)備或線路從電力系統(tǒng)中切除，當(dāng)故障設(shè)備或線路的保護(hù)或斷路器拒絕動(dòng)作時(shí)，應(yīng)由相鄰設(shè)備或線路的保護(hù)將其故障切除?？傊罄^電保

33、護(hù)裝置有選擇地動(dòng)作，是提高電力系統(tǒng)供電可靠性的基本條件，保護(hù)裝置無選擇性的動(dòng)作，又沒有采取措施（如線路的自動(dòng)重合閘）予以糾正，是不允許的。2.3. 2 速動(dòng)性所謂速動(dòng)性就是指繼電保護(hù)裝置應(yīng)能盡快地切除故障。對于反應(yīng)短路故障的繼電保護(hù)，要求快速動(dòng)作的主要理由和必要性在于：（1）快速切除故障可以提高電力系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性。因此，快速切除故障是提高系統(tǒng)并列運(yùn)行穩(wěn)定性，防止系統(tǒng)事故的一項(xiàng)重要措施。5（2）快速切除故障可以減少發(fā)電廠廠用電及用戶電壓降低的時(shí)間，加速恢復(fù)正常運(yùn)行的過程，保證廠用電及用戶工作的穩(wěn)定性。因此，快速切除短路故障，所有電動(dòng)機(jī)在故障切除后都可以繼續(xù)正常運(yùn)行，因而保證發(fā)電廠和用戶工作

34、的穩(wěn)定性。通常要求在發(fā)電廠母線上的引出線上發(fā)生短路故障，機(jī)端母線電壓下降到額定電壓60%以下時(shí)，必須無時(shí)限地切除故障。（3） 快速切除故障可以減輕電氣設(shè)備和線路的損壞程度。（4） 快速切除故障可以防止故障的擴(kuò)大，提高自動(dòng)重合閘和備用電源或設(shè)備自動(dòng)投入成功率。從上述理由可知，快速切除故障，對提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性具有重大的意義。切除故障的時(shí)間是指從發(fā)生短路故障的時(shí)刻起到斷路器跳閘電弧熄滅為止的時(shí)間，它等于繼電保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)間與斷路器跳閘時(shí)間之和。所以，為了保證快速切除故障，除了加快保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)間之外，還必須采用快速跳閘斷路器。2.3. 3 靈敏性及其可靠性所謂繼電保護(hù)裝置的靈敏性是指電氣

35、設(shè)備或線路在被保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生短路故障或不正常運(yùn)行情況時(shí)，保護(hù)裝置的反映能力。所謂保護(hù)裝置的可靠性是指在保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生的故障該保護(hù)應(yīng)該動(dòng)作時(shí)，不應(yīng)該由于它本身的缺陷而拒絕動(dòng)作；而在不屬于它動(dòng)作的任何情況下，則應(yīng)該可靠不動(dòng)作。要求繼電保護(hù)裝置有很高的可靠性是非常重要的。因?yàn)?，繼電保護(hù)裝置的拒絕動(dòng)作或誤動(dòng)作，都將給電力系統(tǒng)和用戶帶來嚴(yán)重的損失。所以，在設(shè)計(jì)、安裝和維護(hù)繼電保護(hù)裝置時(shí)，必須滿足可靠性的要求。以上四個(gè)基本要求是設(shè)計(jì)和維護(hù)繼電保護(hù)的依據(jù)，又是分析評價(jià)繼電保護(hù)的基礎(chǔ)。這四個(gè)基本要求之間，是相互聯(lián)系的，但往往由存在著矛盾。因此，在實(shí)際工作中，要根據(jù)電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和用戶的性質(zhì)，辯證地進(jìn)行統(tǒng)一。2.4

36、 繼電保護(hù)的分類1. 按被保護(hù)的對象分類：輸電線路保護(hù)、發(fā)電機(jī)保護(hù)、變壓器保護(hù)、電動(dòng)機(jī)保護(hù)、母線保護(hù)等； 2. 按保護(hù)原理分類：電流保護(hù)、電壓保護(hù)、距離保護(hù)、差動(dòng)保護(hù)、方向保護(hù)、零序保護(hù)等； 3. 按保護(hù)所反應(yīng)故障類型分類：相間短路保護(hù)、接地故障保護(hù)、匝間短路保護(hù)、斷線保護(hù)、失步保護(hù)、失磁保護(hù)及過勵(lì)磁保護(hù)等； 4. 按保護(hù)所起的作用分類：主保護(hù)、后備保護(hù)、輔助保護(hù)等。主保護(hù)滿足系統(tǒng)穩(wěn)定和設(shè)備安全要求，能以最快速度有選擇地切除被保護(hù)設(shè)備和線路故障的保護(hù)。 后備保護(hù)主保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)用來切除故障的保護(hù)。又分為遠(yuǎn)后備保護(hù)和近后備保護(hù)兩種。 （1）遠(yuǎn)后備保護(hù)：當(dāng)主保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)，由相鄰電力設(shè)備或

37、線路的保護(hù)來實(shí)現(xiàn)的后備保護(hù)。 （2）近后備保護(hù)：當(dāng)主保護(hù)拒動(dòng)時(shí)，由本電力設(shè)備或線路的另一套保護(hù)來實(shí)現(xiàn)后備的保護(hù)；當(dāng)斷路器拒動(dòng)時(shí)，由斷路器失靈保護(hù)來實(shí)現(xiàn)后備保護(hù)。 繼電保護(hù)技術(shù)是一個(gè)完整的體系，它主要由電力系統(tǒng)故障分析、繼電保護(hù)原理及實(shí)現(xiàn)、配置設(shè)計(jì)、繼電保護(hù)運(yùn)行及維護(hù)等技術(shù)構(gòu)成。第3章 電力變壓器保護(hù)電力變壓器（簡稱變壓器）是電力系統(tǒng)的重要設(shè)備之一，它的故障將對供電可靠性和系統(tǒng)的正常運(yùn)行帶來嚴(yán)重的影響，同時(shí)大容量的變壓器也是非常貴重的設(shè)備。因此，必須根據(jù)變壓器的容量和重要程度，裝設(shè)性能良好、動(dòng)作可靠的保護(hù)裝置。變壓器大多為油浸式的，其高低壓繞組均在油箱內(nèi)，故變壓器的故障可分為油箱內(nèi)部故障和油箱外

38、部故障。內(nèi)部故障主要有繞組的相間短路、匝間短路和單相接地故障等；外部故障主要是絕緣套管和引出線上的相間短路6以及在中性點(diǎn)直接接地側(cè)的單相接地短路等。變壓器發(fā)生內(nèi)部故障是很危險(xiǎn)的，因?yàn)楣收想娏鳟a(chǎn)生的電弧不僅會(huì)破壞繞組的絕緣，燒毀繞組，而且將引起絕緣材料和變壓器油的急劇氣化，從而可能導(dǎo)致變壓器油箱的爆炸。變壓器的不正常工作狀態(tài)主要有外部故障引起的過電流、過負(fù)荷、油面降低及因?yàn)檫^電壓或頻率降低引起的過勵(lì)磁等。它將使變壓器繞組溫度升高，絕緣加速老化，縮短使用壽命，甚至引起變壓器內(nèi)部故障，因此必須采取某些措施加以排除。3.1 變壓器的保護(hù)方式根據(jù)上述故障和不正常工作狀態(tài)，變壓器通常裝設(shè)的保護(hù)裝置如下：（

39、1）瓦斯保護(hù)。 它是變壓器內(nèi)部保護(hù)。瓦斯保護(hù)分兩種，一種輕瓦斯保護(hù)動(dòng)作于信號，當(dāng)變壓器高壓側(cè)采用負(fù)荷開關(guān)保護(hù)時(shí)重瓦斯可以動(dòng)作于信號。瓦斯保護(hù)是一種氣體保護(hù)與電力系統(tǒng)電壓無關(guān)。所以可用于直流操作回路，也可以用交流操作回路。它裝設(shè)在油浸式變壓器的油箱與油枕之間的聯(lián)通管中部。，（2）過電流保護(hù)。 對于由外部相間短路引起變壓器的過電流，應(yīng)裝設(shè)過電流保護(hù)裝置，保護(hù)裝與主電源側(cè)，同時(shí)也作為主保護(hù)7的后備保護(hù)。根據(jù)主接線情況，保護(hù)裝置可帶一段或兩段時(shí)限，動(dòng)作后，以較短時(shí)限動(dòng)作于縮小故障范圍，以較長的時(shí)限動(dòng)作與變壓器兩側(cè)開關(guān)。（3）過負(fù)荷保護(hù)。 容量400KVA及以上的變壓器，當(dāng)數(shù)臺并聯(lián)運(yùn)行或單獨(dú)運(yùn)行并作為其

40、他負(fù)荷的備用電源時(shí)，應(yīng)根據(jù)可能出現(xiàn)過負(fù)荷的情況，裝設(shè)過負(fù)荷保護(hù)。變壓器過負(fù)荷，大多數(shù)情況下是三相對稱的，因此，保護(hù)可接與一相電流上，延時(shí)作用于信號。對于無人值班的變壓器，必要時(shí)過負(fù)荷保護(hù)可動(dòng)作于切除一些次要負(fù)荷或跳閘。（4） 電流速斷保護(hù)。 容量在10000KVA及以上（并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，容量在6500KVA及以上）的變壓器應(yīng)裝設(shè)縱差動(dòng)保護(hù)，用以反應(yīng)變壓器繞組，套管及引出線相間短路，直接接地系統(tǒng)側(cè)繞組、套管和引出線的接地短路，以及繞組匝間短路。對于容量為10MVA以下的變壓器，且當(dāng)其過電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限大于0.5s時(shí)，可裝設(shè)電流速斷保護(hù)，以代替縱差動(dòng)保護(hù)3.2變壓器的差動(dòng)保護(hù)3.2.1變壓器縱差動(dòng)保

41、護(hù)的基本原理 圖3-1 雙繞組變壓器縱差動(dòng)保護(hù)的原理接線 先以如圖(3-1)所示的雙繞組單相變壓器為例介紹縱差動(dòng)保護(hù)的基本原理。 、 為變壓器兩側(cè)的一次電流，、為相應(yīng)的電流互感器二次電流。的參考方向?yàn)槟妇€指向變壓器，電流互感器的正極性(標(biāo)*號者為正極性)置于靠近母線的一側(cè): 的參考方向?yàn)樽儔浩髦赶蚰妇€，電流互感器的正極性置于靠近變壓器的一側(cè)。將電流互感器不同極性的端子相連接。差動(dòng)繼電器則并聯(lián)在電流互感器的二次端子上。流入差動(dòng)繼電器I-I的電流為 = - （3-1）稱為差電流。最基本的差動(dòng)繼電器就是一個(gè)過流繼電器，電流超過動(dòng)作電流時(shí)繼電器動(dòng)作。因此縱差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)為 （3-2）式中為縱差動(dòng)保

42、護(hù)的動(dòng)作電流，= - 為差電流的有效值。設(shè)變壓器的變比為=/，忽略變壓器的損耗，正常運(yùn)行和區(qū)外故障時(shí)有=。式(3-1)可進(jìn)一步表示為 （3-3）式中， 、分別為兩側(cè)電流互感器的變比。若選擇電流互感器的變比，使之滿足 （3-4） 這樣式(3-5)就變?yōu)?（3-5）根據(jù)式(3-5)，正常運(yùn)行和變壓器外部故障時(shí)，差電流為零，保護(hù)不會(huì)動(dòng)作；變壓器內(nèi)部(包括變壓器與電流互感器之間的引線)任何一點(diǎn)故障時(shí)，相對于變壓器內(nèi)部多了一個(gè)故障支路，流入差動(dòng)繼電器的差電流等于故障點(diǎn)電流(折算到電流互感器二次側(cè))，只要故障電流大于差動(dòng)繼電器的動(dòng)作電流，8差動(dòng)保護(hù)就能迅速動(dòng)作。由此可見，縱差動(dòng)保護(hù)不但能夠正確區(qū)分區(qū)內(nèi)外故

43、障，而且不需要與其它元件的保護(hù)配合，可以無延時(shí)地切除各種故障，因而被廣泛地用作變壓器的主保護(hù)。式(3-4)是縱差動(dòng)保護(hù)中電流互感器變比選擇的依據(jù)。 (a)原理接線圖 (b)電流矢量圖 圖3-2 三相雙繞組變壓器縱差動(dòng)保護(hù)的原理接線和電流矢量圖 實(shí)際電力系統(tǒng)都是三相變壓器(或三相變壓器組)，并且通常采用Y/-11的接線方式，如圖3-2(a)所示。這樣的接線方式造成了變壓器兩側(cè)電流的相位不一致。以A相為例，有=-。正常運(yùn)行或區(qū)外故障時(shí)、與、是同相的，但超前 50，如圖3-2(b)所示，若仍用單相變壓器的接線方式，將會(huì)在繼電器中產(chǎn)生很大的差電流。要通過改變縱差動(dòng)保護(hù)的接線方式消除這個(gè)電流。解決的方法

44、實(shí)際上就是將引入差動(dòng)繼電器的Y側(cè)的電流也用兩相電流差的方法，即 （3-6）式中、是流入三個(gè)差動(dòng)繼電器的差電流。這樣就可以消除兩側(cè)電流相位不一致的影響。由于Y側(cè)采用了兩相電流差，相當(dāng)于變壓器的變比增加了 倍，因此電流互感器變比的選擇應(yīng)該滿足 （3-7）為了滿足式(3-6)，變壓器兩側(cè)電流互感器采取不同的接線方式，如圖3-2(a)所示。側(cè)采用Y/Y-12的接線方式，將各相電流直接接入差動(dòng)繼電器內(nèi)；Y側(cè)采用Y/-11的接線方式，將兩相電流差接入差動(dòng)繼電器內(nèi)。模擬式的差動(dòng)保護(hù)都是采用圖3-2(a)的方式，而對于數(shù)字式差動(dòng)保護(hù)，也可以將Y側(cè)的三相電流直接接入保護(hù)裝置內(nèi)，由計(jì)算機(jī)的軟件實(shí)現(xiàn)式(3-6)的功

45、能，以簡化接線。 圖3-5 三繞組變壓器縱差動(dòng)保護(hù)原理接線電力系統(tǒng)中常常采用三繞組變壓器。三繞組變壓器的縱差動(dòng)保護(hù)原理與雙繞組變壓器是一樣的。圖3-5所示的是Y/Y/-11接線方式三繞組單相變壓器縱差動(dòng)保護(hù)的接線圖，接入縱差動(dòng)繼電器的差電流為 （3-8） 變壓器各側(cè)電流互感器的接線方式和變比的選擇也要參照Y/-11雙繞組變壓器的方式進(jìn)行調(diào)整，即側(cè)互感器用Y接線方式；兩個(gè)Y側(cè)互感器則采用按線方式。設(shè)變壓器的1-5側(cè)和2-5側(cè)的變比為，和，考慮到正常運(yùn)行和區(qū)外故障時(shí)變壓器各側(cè)電流滿足，電流互感器變比的選擇應(yīng)該滿足： （3-9）3.2.2 保護(hù)中要解決的幾個(gè)關(guān)鍵問題當(dāng)前的器正常運(yùn)行時(shí)，對變壓器差動(dòng)保

46、護(hù)動(dòng)作影響的最主要的原因是不平衡電流。產(chǎn)生不平衡電流的因素主要有:（1）兩側(cè)CT變比不匹配，CT特性的差異以及變壓器分接頭位置的改變等。（2）變壓器發(fā)生輕微的匝間短路時(shí)，高低壓側(cè)差流變化小，容易拒動(dòng)。（3）在變壓器故障時(shí)，因?yàn)楣收想娏魍ǔ：休^大的直流分量，容易引起CT飽和。CT飽和時(shí)無法線性傳變一次側(cè)的電流，從而引起差流不平衡，無法準(zhǔn)確判定區(qū)分內(nèi)外故障，引起誤判。3.3 變壓器的瓦斯保護(hù)瓦斯保護(hù)作為變壓器內(nèi)部故障時(shí)的主要保護(hù),比縱差保護(hù)有著較高的靈敏度。在變壓器油箱內(nèi),常見的故障有繞組的匝間短路或?qū)娱g短路。對于上述短路,由于反應(yīng)到變壓器差動(dòng)保護(hù)中的電流值很小,不足以使它動(dòng)作,但在以上情況下瓦

47、斯保護(hù)卻能動(dòng)作。近些年，變壓器特別是大型變壓器事故較多，往往出現(xiàn)瓦斯保護(hù)信號動(dòng)作或開關(guān)跳閘。9 變壓器在運(yùn)行中，由于內(nèi)部故障，有時(shí)候我們無法及時(shí)辨別和采取措施，容易引起一些事故，瓦斯保護(hù)具有動(dòng)作快、靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單，能反映變壓器油箱內(nèi)部各種類型的故障，采取瓦斯繼電器保護(hù)后，一定程度上避免了類似事件的發(fā)生。因此,瓦斯保護(hù)是變壓器內(nèi)部故障最有效的一種保護(hù)。3.3.1瓦斯保護(hù)的動(dòng)作原理瓦斯保護(hù)的主要元件是瓦斯繼電器,又稱為氣體繼電器,它安裝在油箱與油枕之間的聯(lián)接管中,油箱內(nèi)的氣體可通過瓦斯繼電器流向油枕。為了保證瓦斯繼電器能可靠、靈敏地動(dòng)作,可把變壓器油枕一側(cè)的滾輪墊高,使變壓器、頂蓋與水平面間具

48、有1%1.5%的坡度,聯(lián)接管道有2%4%的坡度。目前,國內(nèi)采用的瓦斯繼電器有3種形式:浮筒式(GR-3型和FJ-22型)、擋板式(一般系使用單位在FJ-22型基礎(chǔ)上自行改制)和復(fù)合式(FJ3-80和QJ-80型)。1. 擋板式瓦斯繼電器是將浮筒式瓦斯繼電器的下浮筒換成擋板,而上浮筒仍保留,經(jīng)這樣改進(jìn)后,耐震性提高,且克服了下浮筒滲油的缺點(diǎn),可靠性大為提高,因而得到廣泛的應(yīng)用。目前越來越多的發(fā)展為用開口杯代替浮筒,用干簧接點(diǎn)代替水銀接點(diǎn),如FJ3-80、QJ1-80型復(fù)合式瓦斯繼電器就是這樣的。現(xiàn)以FJ3-80型復(fù)合式瓦斯繼電器為例,正常運(yùn)行時(shí),繼電器內(nèi)充滿了油,上、下開口杯都浸在油內(nèi)。由于開口

49、杯及附件在油內(nèi)的重力所產(chǎn)生的力矩比平衡錘產(chǎn)生的力矩小,因此,開口杯處于上升位置,磁力接點(diǎn)斷開。2. 當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生輕微故障時(shí),產(chǎn)生較少的氣體(稱輕瓦斯),此氣體上升到油面并聚集在繼電器上方,使油面下降,上開口杯露出油面。上開口杯及附件在空氣中的重力加上杯內(nèi)油的重量,所產(chǎn)生的力矩大于平衡錘所產(chǎn)生的力矩,因此開口杯順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng),帶動(dòng)磁鐵,使上方的磁力接點(diǎn)接通,發(fā)出延時(shí)輕瓦斯信號。3. 變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí),產(chǎn)生大量的氣體(稱重瓦斯),由于這些氣體的膨脹使油面上升,因油箱與油枕的聯(lián)接管道較油箱細(xì)得多,故其中油的流速將很大,形成強(qiáng)烈的油流,沖擊擋板帶動(dòng)下開口杯轉(zhuǎn)動(dòng),使下磁力接點(diǎn)接通,發(fā)出斷路器

50、跳閘脈沖。4. 當(dāng)變壓器嚴(yán)重漏油而使油面極低時(shí),造成瓦斯繼電器儲油器內(nèi)的油面不斷下降,先形成上開口杯轉(zhuǎn)動(dòng),發(fā)生輕瓦斯信號,隨后,油面繼續(xù)下降,下開口杯轉(zhuǎn)動(dòng),發(fā)生斷路器跳閘脈沖。在發(fā)生外部短路時(shí),在短路電流熱效應(yīng)的作用下,分解出來的氣體可能使瓦斯繼電器動(dòng)作于信號,同時(shí),也可能由于油的溫度上升,其體積也增加而動(dòng)作于跳閘。所以,瓦斯繼電器應(yīng)調(diào)整到在發(fā)生外部短路時(shí)不動(dòng)作。變壓器在充油或因修理而重新灌油時(shí),有可能在變壓器油中混入了少量空氣,在變壓器投入運(yùn)行后,這些氣體逐漸聚集在瓦斯繼電器內(nèi),可能使輕瓦斯動(dòng)作;當(dāng)流速較快時(shí),甚至可能使重瓦斯動(dòng)作。為此,在變壓器灌油或新變壓器投入運(yùn)行時(shí),一般先將重瓦斯切換到

51、信號回路,72 h后保護(hù)投用。5. 雙卷變壓器瓦斯保護(hù)的原理接線圖。瓦斯繼電器1的上接點(diǎn)動(dòng)作于信號;其下接點(diǎn)動(dòng)作后經(jīng)信號繼電器2起動(dòng)出口中間繼電器3,跳開斷路器1DL，2DL。重瓦斯保護(hù)是按照油流速大小而動(dòng)作的,而油的流速在故障時(shí)往往是不穩(wěn)定的,由此可能會(huì)引起下接點(diǎn)抖動(dòng)。為了使斷路器可靠地跳閘,瓦斯保護(hù)的出口回路通常采用自保持回路,即借助于具有串聯(lián)電流線圈(自保持線圈)的中間繼電器來實(shí)現(xiàn)。斷路器跳閘后,出口回路的自保持狀態(tài)可借助于斷路器的輔助接點(diǎn)來解除。圖3-6雙卷變壓器瓦斯保護(hù)的原理接線圖 為防止瓦斯保護(hù)在變壓器換油或作瓦斯繼電器試驗(yàn)時(shí)誤動(dòng)作,在出口回路中裝設(shè)了切換片4,使重瓦斯暫時(shí)改接到信

52、號回路運(yùn)行。附加電阻5的數(shù)值應(yīng)選擇得使串聯(lián)信號繼電器2能可靠地動(dòng)作。（自左向右依次為繼電器1、2、3，最下為附加電阻）3.3.2 瓦斯繼電器的安裝調(diào)試1. 重瓦斯流速的整定:一般的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)為0615 m/s。對于自然油冷卻的變壓器整定為0710 m/s。對于強(qiáng)迫油循環(huán)的變壓器整定為1114 m/s。瓦斯繼電器實(shí)際的連接管內(nèi)徑與試驗(yàn)設(shè)備上裝設(shè)的連接管內(nèi)徑不一致時(shí),將影響瓦斯繼電器流速的整定,可引入管徑校正系數(shù)K。若用80 mm管徑在流速試驗(yàn)設(shè)備上試驗(yàn),以1 m/s為依據(jù),則在引入管徑校正系數(shù)K后,對于其它管徑,瓦斯繼電器的試驗(yàn)流速為1/K整定流速。K值與瓦斯繼電器的形式有關(guān),也和擋板面積、整定流

53、速有關(guān),最好從流速試驗(yàn)中求得。流速的調(diào)整:對于浮筒式瓦斯繼電器,調(diào)整其下浮筒的重錘位置即可改變動(dòng)作流速;對于擋板式瓦斯繼電器,可用改變其重錘重量和力臂來求得所需的整定流速;對于開口杯式瓦斯繼電器,可利用調(diào)節(jié)平衡錘、擋板和進(jìn)油擋板的位置改變動(dòng)作流速。2. 輕瓦斯氣體容積的整定:一般瓦斯繼電器氣體容積的整定范圍為250300 cm3。當(dāng)變壓器容量小于1 000 kVA時(shí),為20010% cm3;1 00015 000 kVA時(shí),為25010% cm3;15 000100 000 kVA時(shí),為30010% cm3;大于100 000kVA時(shí),為35010% cm3。氣體容積是利用調(diào)節(jié)重錘的位置來改變

54、的,必要時(shí)也可調(diào)整水銀接點(diǎn)的安裝角度。對于開口杯的瓦斯繼電器,可通過調(diào)整平衡錘的位置來達(dá)到。3.3.3 瓦斯保護(hù)的主要特點(diǎn)1. 瓦斯保護(hù)的主要優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)作迅速、靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單、并能反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)的一切短路。此外,經(jīng)改進(jìn)后的瓦斯保護(hù),其運(yùn)行性能比較穩(wěn)定,可靠性也較高。所以,瓦斯保護(hù)是變壓器內(nèi)部短路的主要保護(hù)之一。2. 瓦斯保護(hù)也存在一些缺點(diǎn),它不能反應(yīng)變壓器油箱外套管及連接線上的故障,因此,瓦斯保護(hù)不能取代差動(dòng)保護(hù)。一般是與差動(dòng)保護(hù)共同使用,構(gòu)成變壓器的主要保護(hù)。3. 瓦斯保護(hù)是采用浮筒式瓦斯繼電器,正確動(dòng)作率一直是很低的。一些運(yùn)行單位往往將其閑置不用,或者將重瓦斯切換到動(dòng)作于信號位置。積極

55、的措施是從制造上改進(jìn)繼電器的結(jié)構(gòu),同時(shí)從調(diào)試、安裝、運(yùn)行等方面采取措施來消除誤動(dòng)作的原因,以使瓦斯保護(hù)的作用日趨完善。3.4 相間短路保護(hù)反映變壓器繞組和引出線的相間短路的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)或電流速斷保護(hù)，對其中性點(diǎn)直接接地側(cè)繞組的接地短路以及繞組匝間短路也能起保護(hù)作用。容量為6300 KVA級以下并列運(yùn)行的變壓器以及10000 KVA級以下單獨(dú)運(yùn)行的變壓器，當(dāng)后備保護(hù)時(shí)限大于0.5s 時(shí)，應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護(hù)。容量為6300 KVA級以上，廠用工作變壓器和并列運(yùn)行的變壓器。10000 KVA級以上廠用備用變壓器和單獨(dú)運(yùn)行的變壓器以及2000KVA級以上用電流速斷保護(hù)靈敏性不符合要求的變壓器，應(yīng)裝設(shè)縱

56、聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。對高壓側(cè)電壓為330KV及以上的變壓器，可裝設(shè)雙重差動(dòng)保護(hù)。如果變壓器的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)對單相接地短路靈敏性不符合要求，可增設(shè)零序差動(dòng)保護(hù)。3.5 后備保護(hù)對于由外部相間短路引起的變壓器過點(diǎn)電流，可采用下列保護(hù)作為后備保護(hù)：（1）過電流保護(hù)，宜用于降壓變壓器，保護(hù)裝置的整定值應(yīng)考慮事故時(shí)可能出現(xiàn)的過負(fù)荷。（2）復(fù)合電壓（包括撫恤電壓及線電壓）啟動(dòng)的過電流保護(hù)，宜用于升壓變壓器和系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器及過電流保護(hù)不符合靈敏性要求的降壓變壓器。（3）負(fù)序電流保護(hù)和單相式低電壓啟動(dòng)的過電流保護(hù)，可用于63000 KVA級以上的升壓變壓器。（4）對于升壓變壓器和系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器，當(dāng)采用上述（2）、（3）

57、保護(hù)不能滿足系統(tǒng)靈敏性和選擇性的要求時(shí)，可采用阻抗保護(hù)。在上述各種保護(hù)動(dòng)作后，應(yīng)帶時(shí)限動(dòng)作于跳閘。3.5.1 復(fù)合電壓閉鎖方向過流保護(hù)為反應(yīng)變壓器外部故障而引起的變壓器繞組過電流，以及在變壓器內(nèi)部故障時(shí)，作為差動(dòng)保護(hù)和瓦斯保護(hù)的后備，變壓器應(yīng)裝設(shè)過電流保護(hù)。根據(jù)變壓器容量和系統(tǒng)短路電流的水平不同，實(shí)現(xiàn)保護(hù)的方式有:過電流保護(hù)、低電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)、復(fù)合電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)以及負(fù)序過電流保護(hù)等。下面介紹一下復(fù)合電壓起動(dòng)的過電流,復(fù)合電壓閉鎖元件是利用正序低電壓和負(fù)序過電壓反映系統(tǒng)故障，防止保護(hù)誤動(dòng)作的對稱序電壓測量元件。復(fù)合電壓閉鎖過流保護(hù)的靈敏度比低電壓啟動(dòng)的過流保護(hù)靈敏度高。這兩種保護(hù)的動(dòng)

58、作電流都是按躲過變壓器額定電流整定，低電壓元件是按變壓器額定電壓UN的0.7倍整定的，復(fù)合電壓閉鎖元件中的負(fù)序電壓是按變壓器額定電壓UN的0.06-0.12倍來整定的。在常規(guī)的變壓器保護(hù)中，要實(shí)現(xiàn)復(fù)合電壓閉鎖過流保護(hù)，需增加三只低電壓繼電器和負(fù)序電壓濾過器及其過電壓繼電器，還需增加不少硬件，接線復(fù)雜,因此過去大型高壓變壓器才配置這類后備保護(hù)，中小型變壓器一般只配置低電壓啟動(dòng)過電流保護(hù)。微機(jī)保護(hù)中復(fù)合電壓閉鎖元件靠軟件構(gòu)成，不增加任何硬件情況下實(shí)現(xiàn)，故一般變壓器即使是35KV，容量不很大的變壓器后備保護(hù)也都配置復(fù)合電壓閉鎖過流保護(hù)。本保護(hù)是作主變的后備保護(hù)。復(fù)合電壓閉鎖元件是利用低電壓和負(fù)序高電

59、壓來閉鎖過流保護(hù)。采用了如下的動(dòng)作判據(jù)：Umin Ude 或U2 U2dzIMAX Idzt tfdz其中：Umin =min(Ua，Ub，Uc )Ude 低電壓門限值U2dz 負(fù)序電壓門限值Idz 過流動(dòng)作定值tfdz 動(dòng)作時(shí)限t 動(dòng)作延時(shí)3.5.2過負(fù)荷保護(hù) 對于400 KVA及以上的變壓器，當(dāng)數(shù)臺并列運(yùn)行或單獨(dú)運(yùn)行并作為其他負(fù)荷的備用電源時(shí)，應(yīng)根據(jù)可能過負(fù)荷的情況裝設(shè)過負(fù)荷保護(hù)。對自耦變壓器和多繞組的變壓器，保護(hù)裝置應(yīng)能反映公共繞組以及各側(cè)過負(fù)荷的情況。過負(fù)荷保護(hù)應(yīng)接于一相電流上，帶時(shí)限動(dòng)作于信號。在無經(jīng)常值班人員的變電所，必要時(shí)過負(fù)荷保護(hù)可動(dòng)作于跳閘和斷開部分負(fù)荷。3.5.3 過激磁保護(hù)為降低材料消耗，現(xiàn)代大型變壓器鐵心一般都用新型電工硅酮片制成。其額定磁密接近于飽和磁密，過電壓或低頻率時(shí)容易引起過激磁，500KV及以上的大容量變壓器以裝設(shè)過激磁保護(hù)。10本變電站采用400MVA的變壓器需考慮過激磁保護(hù)第4章 變壓器繼電保護(hù)的整定計(jì)算變壓器整定計(jì)算的目的是對電力系統(tǒng)中已經(jīng)配置安裝好的各種繼電保護(hù)按照具體電力系統(tǒng)參數(shù)和運(yùn)行要求，通過計(jì)算分析給出所需的各項(xiàng)整定值，使全系統(tǒng)中各種繼電保