【正文】 ..................................................................................................... 44 長 沙 航 空 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 6 第一章 主變壓器的保護(hù)系統(tǒng)的概述 、概述 電力變壓器是供電系統(tǒng)中的重要設(shè)備，它的故障對你供電的可靠性和用戶的生產(chǎn)、生活將產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。因此，必須根據(jù)變壓器的容量和重要程度裝設(shè)適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)裝置。 變壓器的故障一 般分為內(nèi)部故障和外部故障兩種。 變壓器油箱內(nèi)部故障 ： （ 1） 各項繞組之間的相間短路； （ 2） 單項繞組部分線匝之間的匝間短路； （ 3） 單項繞組或引出線通過外殼發(fā)生的單項接地故障。 變壓器油箱外部故障： （ 1）引出線的相間短路； （ 2）絕緣套管閃爍或破、引出線通過外殼發(fā)生的單相接地短路。 按 GB50062— 92《電力裝置的繼電保護(hù)和自動裝置設(shè)計規(guī)范》規(guī)定：對電力變壓器的下列故障及異常運(yùn)行方式，應(yīng)裝設(shè)相應(yīng)的保護(hù)裝置： （ 1）繞組及其引出線的相間短路和在中性點直接接地側(cè)的單相接地短路； （ 2）繞組的匝間短路； （ 3）外部相 間短路引過的過電流； （ 4）中性點直接接地電力網(wǎng)中外部接地短路引起的過電流及中性點過電壓； （ 5）過負(fù)荷； （ 6）油面降低； （ 7）變壓器溫度升高或油箱壓力升高或冷卻系統(tǒng)故障。 對于高壓側(cè)為 6～ 10KV 的車間變電所主變壓器來說，通常裝設(shè)有帶時限的過電流保護(hù)；如過電流保護(hù)動作時間大于 ～ 時，還應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護(hù)。容量在 800KV A 及以上的油浸式變壓器和 400KV A 及以上的車間內(nèi)油浸式變壓器，按規(guī)定應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)（又稱氣體繼電保護(hù)）。容量在 400KV A 及以上的變壓器，當(dāng)數(shù)臺并列運(yùn)行或單臺運(yùn)行并 作為其它負(fù)荷的備用電源時，應(yīng)根據(jù)可能過負(fù)荷的情況裝設(shè)過負(fù)荷保護(hù)。過負(fù)荷保護(hù)及瓦斯保護(hù)在輕微故障時（通稱“輕瓦斯”），動作于信號，而其它保護(hù)包括瓦斯保護(hù)在嚴(yán)重故障時（通稱“重瓦斯”），一般均動作于跳閘。 對于高壓側(cè)為 35KV 及以上的工廠總降壓變電所主變壓器來說，也應(yīng)裝設(shè)過電流保護(hù)、電流速斷保護(hù)和瓦斯保護(hù)；在有可能過負(fù)荷時，也需裝設(shè)過負(fù)荷保護(hù)。但是如果單臺運(yùn)行的變壓器容量在 10000KV A 及以上和并列運(yùn)行的變壓器每臺容量在 6300KV A 及以上時，則要求裝設(shè)縱聯(lián)差動保護(hù)來取代電流速斷保護(hù)。 、變壓器保護(hù) 裝設(shè)的一般原則 （ 1）防御變壓器鐵殼內(nèi)部短路和油面降低的瓦斯保護(hù)。 長 沙 航 空 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 7 （ 2）防御變壓器線圈和引出線的多相短路、大接地電流電網(wǎng)側(cè)線圈和引出線的接地短路以及線圈匝間短路的縱聯(lián)差動保護(hù)或電流速斷保護(hù)。 （ 3）防御外部相間短路并作瓦斯保護(hù)和縱聯(lián)差動保護(hù)（或電流速斷保護(hù)）后備的過電流保護(hù)（或復(fù)合電壓起動的過電流保護(hù)、或負(fù)序電流保護(hù)）。 （ 4）防御大接地電流電網(wǎng)中外部接地短路的零序電流保護(hù)。 （ 5）防御對稱過負(fù)荷的過負(fù)荷保護(hù)。 以上第 第 第 4 項的保護(hù)及第 1 項中的重瓦斯保護(hù)均動作于跳閘；第 5 項及第 1 項中的輕瓦斯保護(hù)僅 動作于信號。 對于容量為 1000kVA 及以上的變壓器應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)。 、主變壓器的保護(hù)類型 （ 1）、縱聯(lián)差動保護(hù) 所謂變壓器的縱聯(lián)差動保護(hù)，是指由變壓器的一次和二次電流的數(shù)值和相位進(jìn)行比較而構(gòu)成的保護(hù)?？v聯(lián)差動保護(hù)裝置，一般用來保護(hù)變壓器線圈及引出線上發(fā)生的相間短路和大電流接地系統(tǒng)中的單相接地短路。對于變壓器線圈的匝間短路等內(nèi)部故障，通常只作后備保護(hù)。（考試大注冊安全工程師） 縱聯(lián)差動保護(hù)裝置由變壓器兩側(cè)的電流互感器和繼電器等組成，兩個電流互感器串聯(lián)形成環(huán)路，電流繼電器并接在環(huán)路上。因此 ，流經(jīng)繼電器的電流等于兩側(cè)電流互感器二次側(cè)電流之差。在正常情況下或保護(hù)范圍外發(fā)生故障時，兩側(cè)電流互感器二次側(cè)電流大小相等，相位相同，因此流經(jīng)繼電器的差電流為零，但如果在保護(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)生短路故障，流經(jīng)繼電器的差電流不再為零，因此繼電器將動作，使斷路器跳閘，從而起到保護(hù)作用。 （ 2）、電流速斷保護(hù) 電流速斷保護(hù)分為無時限電流速斷和帶時限電流速斷，當(dāng)線路出現(xiàn)故障時，無時限速斷保護(hù)能瞬時動作，但它只能保護(hù)線路的一部分，帶時限電流速斷保護(hù)能保護(hù)全線路，另外帶時限速斷保護(hù)比下一級線路無時限保護(hù)大了一個時限差，因此下 一段線路首端發(fā)生短路時，保護(hù)不會誤動 （ 3）、相間后備保護(hù) 反映因外部相間短路引起的變壓器過電流、并作為瓦斯保護(hù)和縱聯(lián)差動保護(hù)的后備， 35kV—— 66kV 及以下中小容量降壓變壓器宜采用過電流保護(hù)， 110KV—— 500KV 的降壓、升壓和系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器宜采用復(fù)合電壓起動的過電流保護(hù)或復(fù)合電流保護(hù)。 （ 4）、零序后備保護(hù) 對兩側(cè)或三側(cè)電源的升壓或降壓變壓器，當(dāng)其與大接地電流電網(wǎng)連接時，一般需在變壓器上裝設(shè)零序后備保護(hù)。該保護(hù)作為相鄰元件及變壓器本身主保護(hù)的后備，但在為了滿足完全后備接線大為復(fù)雜化時，允 許縮短對相鄰線路的后備作用范圍，并在某些個別情況下可不考慮變壓器主保護(hù)拒絕動作的情況。此保護(hù)，一般應(yīng)接于變壓器中性點處的電流互感器上。 （ 5）、過負(fù)荷保護(hù) 變壓器的過負(fù)荷保護(hù)是用來反應(yīng)變壓器正常運(yùn)行時出現(xiàn)的過負(fù)荷情況，只在變壓器的確有過負(fù)荷可能的情況下才予以裝設(shè)，一般動作于信號。 長 沙 航 空 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 8 第二章 系統(tǒng)運(yùn)行方式及選擇 任務(wù)與要求 、任務(wù) 根據(jù) 工廠主變壓器的實際情況設(shè)計主變壓器的保護(hù)系統(tǒng)。本設(shè)計針對工廠 主變壓器 為例采用縱聯(lián)差動保護(hù)、電流保護(hù)、接地保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)和瓦斯保護(hù)為一體的保護(hù)系統(tǒng)。 要求 繼電保護(hù)裝置的基本要求 ： 1）選擇性：當(dāng)供電系統(tǒng)中發(fā)生故障時，繼電保護(hù)除。首先斷開距離故障點最近的斷路器，以保證系統(tǒng)中其它非故障部分能繼續(xù)正常運(yùn)行。 2）靈敏性：保護(hù)裝置靈敏與否一般用靈敏系數(shù)來衡量。在繼電保護(hù)裝置的保護(hù)范圍內(nèi)，不管短路點的位置如何、不論短路的性質(zhì)怎樣，保護(hù)裝置均不應(yīng)產(chǎn)生拒絕動作；但在保護(hù)區(qū)外發(fā)生故障時，又不應(yīng)該產(chǎn)生錯誤動作。靈敏系數(shù)公式如下： Sp1*min*pokIIdef 式中 I mink —— 繼電保護(hù)裝置保護(hù)區(qū)內(nèi)在電力系統(tǒng)最小運(yùn)行下的最小短路電流。 I 1*op —— 繼電保護(hù)裝置動作電流換算到一次電路的值，稱為其一次動作電流。 3）速動性：是指保護(hù)裝置應(yīng)盡可能快地切除短路故障?？s短切除故障的時間以減輕短路電流對電氣設(shè)備的損壞程度，加快系統(tǒng)電壓的恢復(fù)，從而為電氣設(shè)備的自啟動創(chuàng)造了有利條件，同時還提高了發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行的穩(wěn)定眭。 4）可靠性：保護(hù)裝置如能滿足可靠性的要求，反而會成為擴(kuò)大事故或直接 造成故障的根源。為確保保護(hù)裝置動作的可靠性，必須確保保護(hù)裝置的設(shè)計原理、整定訓(xùn)算、安裝調(diào)試正確無誤；同時要求組成保護(hù)裝置的各元件的質(zhì)量可靠、運(yùn)行維護(hù)得當(dāng)、系統(tǒng)簡化有效，以提高保護(hù)的可靠性。 對于由外部相間短路引起的過電流，保護(hù)應(yīng)裝于下列各側(cè)： 1）、對于雙線圈變壓器，裝于主電源側(cè) 2）、對三線圈變壓器，一般裝于主電源的保護(hù)應(yīng)帶兩段時限，以較小的時限斷開未裝保護(hù)的斷路器。當(dāng)以上方式滿足靈敏性要求時，則允許在各側(cè)裝設(shè)保護(hù)。長 沙 航 空 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 9 各側(cè)保護(hù)應(yīng)根據(jù)選擇性的要求裝設(shè)方向元件。 3）、對于供電給分開運(yùn)行的母線段的降壓變壓器，除 在電源側(cè)裝設(shè)保護(hù)外，還應(yīng)在每個供電支路上裝設(shè)保護(hù)。 4）、除主電源側(cè)外，其他各側(cè)保護(hù)只要求作為相鄰元件的后備保護(hù)，而不要求作為變壓器內(nèi)部故障的后備保護(hù)。 5）、保護(hù)裝置對各側(cè)母線的各類短路應(yīng)具有足夠的靈敏性。相鄰線路由變壓器作遠(yuǎn)后備時，一般要求對線路不對稱短路具有足夠的靈敏性。相鄰線路大量瓦斯時，一般動作于斷開的各側(cè)斷路器。如變壓器高采用遠(yuǎn)后備時，不作具體規(guī)定。 6）、對某些稀有的故障類型（例如 110KV 及其以上電力網(wǎng)的三相短路）允許保護(hù)裝置無選擇性動作。 系統(tǒng)保護(hù)原理接線圖 圖 1 長 沙 航 空 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 10 圖 2 中性點的運(yùn)行方式與選擇： 三相交流電力系統(tǒng)中性點與大地之間的電氣連接方式，稱為電網(wǎng)中性點接地方式。中性點接地方式涉及電網(wǎng)的安全可靠性、經(jīng)濟(jì)性；同時直接影響系統(tǒng)設(shè)備絕緣水平的選擇、過電壓水平及繼電保護(hù)方式、通訊干擾等。一般來說，電網(wǎng)中性點接地方式也就是變電所中變壓器的各級電壓中性點接地方式。因此，在變電所的規(guī)劃設(shè)計時選擇變壓器中性點接地方式中應(yīng)進(jìn)行具體分析、全面考慮。 我國 110kV 及以上電網(wǎng)一般采用大電流接地方式， 即中性點有效接地方式（在實際運(yùn)行中，為降低單相接地電流，可使部分變壓器采用不接地方式），這樣中性點電位固定為地電位，發(fā)生單相接地故障時，非故障相電壓升高不會超過 倍運(yùn)行相電壓；暫態(tài)過電壓水平也較低；故障電流很大，繼電保護(hù)能迅速動作于跳閘，切除故障，系統(tǒng)設(shè)備承受過電壓時間較短。因此，大電流接地系統(tǒng)可使整個系統(tǒng)設(shè)備絕緣水平降低，從而大幅降低造價。 6～ 35kV 配電網(wǎng)一般采用小電流接地方式，即中性點非有效接地方式。近幾年來兩網(wǎng)改造，使中、小城市 6～ 35kV 配電網(wǎng)電容電流有很大的增加，如不采取有效措施，將危及 配電網(wǎng)的安全運(yùn)行。 長 沙 航 空 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 11 中性點接地方式的類型 中性點非有效接地方式主要可分為以下三種：不接地、經(jīng)消弧線圈接地及經(jīng)電阻接地。 中性點不接地方式 適用于單相接地故障電容電流 IC 10A，以架空線路為主，尤其是農(nóng)村10kV 配電網(wǎng)。此類型電網(wǎng)瞬間單相接地故障率占 60%～ 70%，希望瞬間接地故障不動作于跳閘。 其特點為： 單相接地故障電容電流 IC 10A，故障點電弧可以自熄，熄弧后故障點絕緣自行恢復(fù)； 單相接地不破壞系統(tǒng)對稱性，可帶故障運(yùn)行一段時間，保證供電連續(xù)性； 通訊干擾??； 單相接地故障時，非故障相對地工頻電壓升高 31/2UC，此系統(tǒng)中電氣設(shè)備絕緣要求按線電壓的設(shè)計； 當(dāng) IC 10A 時，接地點電弧難以自熄，可能產(chǎn)生過電壓等級相當(dāng)高的間歇性弧光接地過電壓，且持續(xù)時間較長，危及網(wǎng)內(nèi)絕緣薄弱設(shè)備，繼而引發(fā)兩相接地故障，引起停電 事故 ； 系統(tǒng)內(nèi)諧振過電壓引起電壓互感器熔斷器熔斷，燒毀 TV，甚至燒壞主設(shè)備的 事故 時有發(fā)生。 中性點經(jīng)消弧線圈接地 適用于單相接地故障電容電流 IC 10A，瞬間性單相接地故障較多的架空線路為 主的配電網(wǎng)。 其特點為： 長 沙 航 空 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 12 利用消弧線圈的感性電流補(bǔ)償接地點流過的電網(wǎng)容性電流，使故障電流 10A，電弧自熄，熄弧后故障點絕緣自行恢復(fù)； 減少系統(tǒng)弧光接地過電壓的概率； 系統(tǒng)可帶故障運(yùn)行一段時間； 降 低了接地工頻電流 (即殘流 )和地電位升高，減少了跨步電壓和接地電位差，減少了對低壓設(shè)備的反擊以及對信息系統(tǒng)的干擾。 目前國內(nèi)運(yùn)行的消弧線圈分手動調(diào)節(jié)和自動跟蹤補(bǔ)償兩類：前一種手動調(diào)節(jié)時，消弧線圈需退出運(yùn)行，且人為估算電容電流值，誤差較大，現(xiàn)已較少使用；后一種能自動進(jìn)行電容電流測量并自動調(diào)整消弧線圈，使補(bǔ)償電流適應(yīng)系統(tǒng)的變化，現(xiàn)一般都選擇該種消弧線圈。 自動跟蹤補(bǔ)償消弧線圈分調(diào)匝式、調(diào)氣隙式、直流助磁式和調(diào)容式等。根據(jù)我局變電所運(yùn)行情況顯示，調(diào)匝式價格較底，但調(diào)整級數(shù)較少，不能完全適應(yīng)系統(tǒng)變化。調(diào)氣隙式補(bǔ)償 線性度較好，但震動噪音極大，運(yùn)行人員反映強(qiáng)烈，有待改進(jìn)。調(diào)容式反應(yīng)迅速可靠，運(yùn)行安靜平穩(wěn)，運(yùn)行人員反映較好。 中性點經(jīng)電阻接地 中性點經(jīng)電阻接地適于瞬間性單相接地故障較少的電力電纜線路。 中性點經(jīng)電阻接地運(yùn)行方式的特點： 降低操作過電壓。中性點經(jīng)電阻接地的配網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時，零序保護(hù)動作，可準(zhǔn)確判斷并快速切斷故障線路； 可有效降低工頻過電壓，單相接地故障時非故障相電壓為 31/2UC，且持續(xù)時間短； 中性點電阻為耗能元件，也是阻尼元件 (消弧線圈是諧振元件 )； 有效地限制弧 光接地過電壓，當(dāng)電弧熄滅后，系統(tǒng)對地電容中的殘余電荷將通過接地電阻泄放掉，下次電弧重燃時，不會疊加形成過電壓； 長 沙 航 空 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 13 可有效消除系統(tǒng)內(nèi)諧振過電壓， 中性點電阻接地相當(dāng)于在諧振回路中并接阻尼電阻，試驗表明，只要中性點電阻 1500Ω，就可以消除各種諧振過電壓，電阻