【正文】 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)說(shuō)明書220KV變壓器保護(hù)畢業(yè)設(shè)計(jì)目錄1 緒論 1 1 變壓器保護(hù)的發(fā)展趨勢(shì) 2 設(shè)計(jì)的原始資料 3 電氣一次部分基本情況 3 220KV系統(tǒng)阻抗 32 變壓器保護(hù)配置 4 變壓器的故障類型及保護(hù)措施 4 變壓器故障及不正常運(yùn)行狀態(tài) 4 變壓器繼電保護(hù)的配置 4 220kV變壓器微機(jī)型保護(hù)雙重化 5 220kV 變電站主變保護(hù)雙重化保護(hù)技術(shù)配置原則 6 變電所主變各側(cè)TA 的設(shè)置 6 雙主雙后主變保護(hù)電流回路接入方式 7 針對(duì)220kV主變壓器保護(hù)的配置 9 220kV變壓器保護(hù)配置的原則 9 主保護(hù) 9 后備保護(hù) 9 非電量保護(hù) 10 電源 11 其他技術(shù)要求 11 兩套主保護(hù)裝置的特點(diǎn) 11 變壓器保護(hù)的二次接線 12 兩套保護(hù)采用獨(dú)立的交流電流和電壓回路 12 電流互感器二次繞組的保護(hù)配置 13 失靈啟動(dòng)回路 13 變壓器跳閘出口 13 非全相保護(hù) 14 變壓器保護(hù)原理 14 瓦斯保護(hù) 14 氣體繼電器構(gòu)成和動(dòng)作原理 14 瓦斯保護(hù)的原理及接線 16 變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù) 16 變壓器相間短路的后備保護(hù) 19 過電流保護(hù) 20 21 復(fù)合電壓起動(dòng)的過電流保護(hù) 22 變壓器接地短路的后備保護(hù) 24 24 多臺(tái)變壓器并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的接地后備保護(hù) 25 過負(fù)荷保護(hù) 27 變壓器的溫度保護(hù) 273 短路電流計(jì)算與整定 29 短路電流計(jì)算 29 變壓器保護(hù)的整定計(jì)算原則 31 變壓器主保護(hù) 31 220kV側(cè)后備保護(hù) 31 220kV側(cè)相間后備保護(hù) 31 220kV側(cè)零序后備保護(hù) 32 220kV側(cè)零序過電壓保護(hù)和間隙零序電流保護(hù) 32 110kV側(cè)后備保護(hù) 32 110kV側(cè)相間后備保護(hù) 32 110kV側(cè)零序后備保護(hù) 32 110kV側(cè)零序過電壓保護(hù)和間隙零序電流保護(hù) 33 10kV側(cè)后備保護(hù) 33 220kV主變壓器保護(hù)整定計(jì)算過程 33 變壓器瓦斯保護(hù) 33 變壓器縱差保護(hù) 34 對(duì)220kV變壓器縱差保護(hù)的技術(shù)要求 34 縱差保護(hù)整定計(jì)算內(nèi)容 35 縱差保護(hù)的整定計(jì)算 35 變壓器相間短路后備保護(hù) 40 電流繼電器的整定 40 低電壓繼電器的整定計(jì)算 41 負(fù)序電壓繼電器的整定 42 相間故障后備保護(hù)方向元件的整定 43 相間故障后備保護(hù)動(dòng)作時(shí)間的整定 43 變壓器接地短路的后備保護(hù) 43 零序電流 43 變壓器不接地運(yùn)行時(shí)的后備保護(hù) 44 變壓器過負(fù)荷保護(hù) 45總結(jié) 46致謝 47參考文獻(xiàn) 48附錄 49III1 緒論追溯變壓器保護(hù)的發(fā)展歷史，以1931年 。電流差動(dòng)保護(hù)也以其原理簡(jiǎn)單、選擇性好、可靠性高的特點(diǎn)在變壓器保護(hù)中獲得了極其成功的應(yīng)用。但由此帶來(lái)的技術(shù)難題是如何將變壓器的勵(lì)磁涌流與內(nèi)部故障區(qū)分開來(lái)。變壓器保護(hù)的發(fā)展史也自此成為一部變壓器勵(lì)磁涌流鑒別技術(shù)發(fā)展史。1941年， 首次提出了利用諧波制動(dòng)的差動(dòng)保護(hù)，將諧波分析引入到變壓器差動(dòng)保護(hù)中，并逐漸成為國(guó)外研究勵(lì)磁涌流制動(dòng)方法的主要方向。1958 年， 和 提出了利用二次諧波鑒別變壓器勵(lì)磁涌流的方法，并在模擬式保護(hù)中加以實(shí)現(xiàn)，同時(shí)，還提出了差動(dòng)加速的方案，以差動(dòng)加速、比率差動(dòng)、二次諧波制動(dòng)來(lái)構(gòu)成整個(gè)諧波制動(dòng)式保護(hù)的主體，并一直延續(xù)至今。微機(jī)變壓器保護(hù)的研究開始于60年代末70年代初。1969年，Rockerfelter首次提出數(shù)字式變壓器保護(hù)的概念，揭開了數(shù)字式變壓器保護(hù)研究的序幕，之后，[9]和 Degens對(duì)變壓器保護(hù)的數(shù)字處理和數(shù)字濾波做出了研究；1972年，Skyes 發(fā)表了計(jì)算機(jī)變壓器諧波制動(dòng)保護(hù)方案，使得微機(jī)式變壓器保護(hù)的發(fā)展向?qū)嵱没较蜻~進(jìn)。變壓器保護(hù)在進(jìn)入數(shù)字微機(jī)時(shí)代后，利用微機(jī)強(qiáng)大的運(yùn)算和處理能力，不斷提出新的勵(lì)磁涌流鑒別方法，在國(guó)內(nèi)外形成研究熱潮。間斷角原理從分析勵(lì)磁涌流波形本質(zhì)出發(fā)，為勵(lì)磁涌流的鑒別提供了新思路，沿著這個(gè)思路，波形比較法、波形對(duì)稱法和積分型波形對(duì)稱法相繼被提出?，F(xiàn)在實(shí)用的微機(jī)變壓器保護(hù)中識(shí)別勵(lì)磁通流的方法也主要是：二次諧波閉鎖、間斷角閉鎖、波形對(duì)稱原理等。實(shí)踐表明，在過去幾十年間，上述原理基本上能達(dá)到繼電保護(hù)要求。然而，隨著電力系統(tǒng)以及變壓器制造技術(shù)的日益發(fā)展，利用涌流特征的各種判據(jù)在實(shí)用中均遇到了一些無(wú)法協(xié)調(diào)的矛盾。在高壓電力系統(tǒng)中，由于 TA 飽和、補(bǔ)償電容或長(zhǎng)線分布電容等因素的影響，內(nèi)部故障時(shí)差流中的二次諧波分量顯著增大，造成保護(hù)誤閉鎖和延時(shí)動(dòng)作。另一方面，現(xiàn)代大型變壓器多采用冷軋硅鋼片，飽和磁密較低而剩磁可能較小，使得變壓器勵(lì)磁涌流中的二次諧波和間斷角均明顯變小。不斷出現(xiàn)的問題推動(dòng)了研究的不斷深入，文獻(xiàn)[13]提出的“虛擬三次諧波制動(dòng)法”從理論上可在半周的時(shí)間使保護(hù)動(dòng)作，而且采用奇次諧波鑒別使其對(duì)對(duì)稱性勵(lì)磁涌流的鑒別能力大大強(qiáng)于二次諧波制動(dòng)。文獻(xiàn)[14]提出的采樣值差動(dòng)原理與勵(lì)磁涌流波形無(wú)關(guān)，減少了計(jì)算量，提高了保護(hù)速度。近年來(lái)，新器件、新技術(shù)的應(yīng)用為變壓器保護(hù)的研究與發(fā)展提供了一個(gè)廣闊的天地。數(shù)字信號(hào)處理器 DSP（Digital Signal Processor）的出現(xiàn)，不但可以提高微機(jī)保護(hù)數(shù)據(jù)采樣與計(jì)算的速度和精度，甚至可能改變往常微機(jī)保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)思想，使得復(fù)雜的算法得以在保護(hù)裝置中實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)代數(shù)學(xué)工具如：模糊控制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)，小波分析等開始越來(lái)越多的融入到變壓器保護(hù)的研究領(lǐng)域，一方面為傳統(tǒng)的變壓器保護(hù)方法提供了更有效的工具，另一方面，采用多個(gè)信息量，可提高變壓器保護(hù)的“智能化”程度，改善可靠性和適應(yīng)性。隨著新的傳感元件和測(cè)量元件的出現(xiàn)，故障診斷及預(yù)測(cè)充分利用各種現(xiàn)代數(shù)學(xué)分析手段對(duì)變壓器的各個(gè)運(yùn)行狀態(tài)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)與分析，越來(lái)越融入到變壓器保護(hù)中。它實(shí)質(zhì)上是傳統(tǒng)變壓器保護(hù)中電量與非電量保護(hù)的一個(gè)擴(kuò)展，它的研究與發(fā)展，為變壓器保護(hù)的研究與發(fā)展提供了一個(gè)新的思路。對(duì)于變壓器后備保護(hù)，以前的觀點(diǎn)是認(rèn)為其原理相對(duì)簡(jiǎn)單、應(yīng)用比較成熟，因此學(xué)者更為關(guān)注其在實(shí)現(xiàn)技術(shù)方面的研究。但是近年來(lái)，隨著越來(lái)越多的電力變壓器投入使用以及電網(wǎng)電壓等級(jí)的不斷提高，實(shí)際運(yùn)行中由變壓器后備保護(hù)配置不合理引起的事故已不少見。目前，已經(jīng)有部分學(xué)者對(duì)變壓器相間后備保護(hù)配置的合理性以及變壓器零序過流保護(hù)整定計(jì)算中的特殊問題進(jìn)行了分析和探討，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)方法。變壓器后備保護(hù)作為主保護(hù)的有益補(bǔ)充，為有效地保護(hù)變壓器設(shè)備及電網(wǎng)運(yùn)行安全發(fā)揮了巨大的作用，對(duì)變壓器后備保護(hù)的進(jìn)一步研究已經(jīng)引起了人們的重視。 變壓器保護(hù)的發(fā)展趨勢(shì)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，新的保護(hù)原理和方案不斷被應(yīng)用到計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)中。不少學(xué)者把以模糊理論、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)等非線性科學(xué)為主導(dǎo)的智能技術(shù)引入到電力系統(tǒng)中，在電力變壓器的繼電保護(hù)中得到應(yīng)用。智能技術(shù)發(fā)展迅速，分支眾多，除了模糊邏輯、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)等技術(shù)被應(yīng)用于繼電保護(hù)中，更有吸引力的研究是將具有不同特性的智能技術(shù)結(jié)合起來(lái)應(yīng)用到繼電保護(hù)中，例如：模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊專家系統(tǒng)等，這些結(jié)合使得保護(hù)的性能得到了有意義的提高。大型電力變壓器的繼電保護(hù)已經(jīng)從電磁型、整流型、晶體管型、集成電路型發(fā)展到了微機(jī)時(shí)代。計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的功能日益加強(qiáng)，為微機(jī)保護(hù)的進(jìn)一步發(fā)展提供了廣闊的空間。信號(hào)處理、人工智能等相關(guān)科學(xué)的不斷進(jìn)步、新的測(cè)試手段、測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用，將不斷提高電力變壓器的保護(hù)水平。國(guó)內(nèi)的變壓器保護(hù)領(lǐng)域應(yīng)當(dāng)及時(shí)加強(qiáng)新原理和新技術(shù)的吸收和應(yīng)用，并在實(shí)踐中不斷總結(jié)和發(fā)展變壓器保護(hù)的實(shí)用技術(shù)，以提高防范變壓器事故的能力。 設(shè)計(jì)的原始資料 電氣一次部分基本情況工程規(guī)模：本變電站220kV側(cè)及110kV側(cè)均采用雙母接線的方式，10KV側(cè)則采用單母線分段。該變電站有6回220kV架空進(jìn)線，10回110kV出線。該變電站主變壓器為兩臺(tái)額定容量為120MVA的變壓器，可帶負(fù)荷調(diào)壓的三繞組變壓器。變壓器的主要參數(shù)如下表11所示：表11 變電站主變型號(hào)型號(hào)SFPSZ7SFPSZ7額定容量120/120/120MVA120/120/60MVA額定電壓2208%/ 121/ 2208%/ 121/ 額定電流315/315/冷卻方式強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷連接組別號(hào) 負(fù)載損耗高中高低 中低空載電流%%空載損耗短路阻抗高中%%高低%%中低%% 220KV系統(tǒng)阻抗（1） 最大運(yùn)行方式： 。（2） 最小運(yùn)行方式：。 2 變壓器保護(hù)配置 變壓器的故障類型及保護(hù)措施 變壓器故障及不正常運(yùn)行狀態(tài) 電力變壓器是電力系統(tǒng)中非常重要的供電元件，它的安全運(yùn)行對(duì)于保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行和對(duì)供電的可靠性，以及電能質(zhì)量起著決定性的作用。由于大容量電力變壓器的造價(jià)十分昂貴，因此，必須根據(jù)變壓器的容量和重要程度來(lái)考慮裝設(shè)性能的良好、工作可靠地繼電保護(hù)裝置。本節(jié)針對(duì)電力變壓器可能發(fā)生的故障和不正常的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析，然后重點(diǎn)研究應(yīng)裝設(shè)的繼電保護(hù)裝置，以及保護(hù)裝置的整定計(jì)算。變壓器的內(nèi)部故障可分為油箱內(nèi)故障和油箱外故障兩類。油箱內(nèi)故障主要包括繞組的相間短路、匝間短路、接地短路及經(jīng)鐵芯燒毀等。對(duì)變壓器來(lái)講，這些故障都是十分危險(xiǎn)，因?yàn)樽儔浩鲀?nèi)充滿了變壓器油，故障時(shí)的短路電流使變壓器油急劇的分解氣化，可能產(chǎn)生大量的可燃性氣體，很容易引起油箱爆炸。因此，這些故障應(yīng)該盡快切除。油箱外故障主要是套管和引出線上發(fā)生的相間短路和接地短路。電力變壓器不正常和運(yùn)行狀態(tài)主要有：外部相間短路、接地短路引起的相間過電流和零序過電流，負(fù)荷超過其額定容量引起的過負(fù)荷、油箱漏油引起的油面降低，此外，對(duì)大容量變壓器，由于其額定工作時(shí)的磁通密度相當(dāng)接近于鐵心的飽和磁通密度，因此在過電壓或低頻率等異常運(yùn)行方式下，還會(huì)發(fā)生變壓器的過礪磁故障等。 變壓器繼電保護(hù)的配置 為了保證電力變壓器的安全運(yùn)行，根據(jù)《繼電保護(hù)與安全自動(dòng)裝置的運(yùn)行條例》，針對(duì)變壓器的上述故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)，電力變壓器應(yīng)裝設(shè)以下保護(hù)： (1)瓦斯保護(hù)。800kVA及以上的油浸式變壓器的400kVA以上的車間內(nèi)油浸式變壓器，均應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)。瓦斯保護(hù)用來(lái)反映變壓器油箱內(nèi)部的短路故障以及油面降低，其中重瓦斯保護(hù)動(dòng)作于跳開變壓器各電源側(cè)斷路器輕瓦斯動(dòng)作于發(fā)出信號(hào)。 (2)縱差保護(hù)或電流速斷保護(hù)。6300kVA及以上并列運(yùn)行的變壓器，10000kVA及以上單獨(dú)運(yùn)行的變壓器，發(fā)電廠廠用工作變壓器和工業(yè)企業(yè)中6300kVA及以上重要的變壓器，應(yīng)裝設(shè)縱差保護(hù)。10000kVA及以下的電力變壓器，應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護(hù)。對(duì)于2000kVA以上的變壓器,當(dāng)電流速斷保護(hù)靈敏度不能滿足要求時(shí)，也應(yīng)裝設(shè)縱差保護(hù)?？v差保護(hù)或電流速斷保護(hù)用于反映電力變壓器繞組、套管及引出線發(fā)生的故障，其保護(hù)動(dòng)作于跳開變壓器各電源側(cè)斷路器相間短路的后備保護(hù)。相間短路的后備保護(hù)用于反映外部相間短路引起的變壓器過電流，同時(shí)作為瓦斯保護(hù)和縱差保護(hù)的后備保護(hù)，其動(dòng)作時(shí)限按電流保護(hù)的階梯形原則來(lái)整定，延時(shí)動(dòng)作于跳開變壓器各電源側(cè)斷路器。 (3)外部相間短路時(shí)的保護(hù)。對(duì)于外部相間短路引起的變壓器過電流，應(yīng)采用以下保護(hù)： a過電流保護(hù)，一般用于降壓變壓器，保護(hù)裝置的整定值應(yīng)考慮事故狀態(tài)下可能出現(xiàn)的過負(fù)荷電流； b復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)的過電流保護(hù)，一般用于升壓變壓器及過電流保護(hù)靈敏性不滿足要求的降壓變壓器上； c負(fù)序電流及單項(xiàng)式低電壓?jiǎn)?dòng)的過電流保護(hù)，一般用于大容量升壓變壓器和系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器； d阻抗保護(hù)，對(duì)于升壓變壓器和系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器，當(dāng)采用b、c的保護(hù)不能滿足靈敏性和選擇性要求時(shí)，可采用阻抗保護(hù)。 (4)外部接地短路時(shí)的保護(hù)。對(duì)于中性點(diǎn)直接接地電力網(wǎng)，由于外部接地短路引起過電流時(shí)，如變壓器變壓器中性點(diǎn)接地運(yùn)行應(yīng)該設(shè)零序電流保護(hù)。對(duì)自耦變壓器和高、中低側(cè)中性點(diǎn)都直接接地的三繞組變壓器，當(dāng)有選擇性要求時(shí)，應(yīng)增設(shè)零序方向元件。當(dāng)電力網(wǎng)中部分變壓器中性點(diǎn)接地運(yùn)行，為防止發(fā)生接地短路時(shí)，中性點(diǎn)接地的變壓器跳開后，中性點(diǎn)不接地的變壓器（低壓側(cè)有電源）仍帶接地故障繼續(xù)運(yùn)行，應(yīng)根據(jù)具體情況，設(shè)置專用的保護(hù)裝置，如零序過壓保護(hù)、中性點(diǎn)裝放電間隙加零序電流保護(hù)。 (5)過負(fù)荷保護(hù)。對(duì)于400kVA以上的變壓器，當(dāng)數(shù)臺(tái)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)裝高過負(fù)荷保護(hù)。過負(fù)荷保護(hù)通常只裝設(shè)在一相其動(dòng)作進(jìn)限較長(zhǎng)。延時(shí)動(dòng)作于發(fā)出信號(hào)。 (6)其他保護(hù)。高壓側(cè)電壓為500kV及以上的變壓器，對(duì)頻率降低和電壓升高而引起的變壓器礪磁電流升高，應(yīng)裝設(shè)變壓器過礪磁保護(hù)。對(duì)變壓器溫度和油箱內(nèi)壓力升高，以及冷卻系統(tǒng)故障，按變壓器現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)要求，應(yīng)裝設(shè)相應(yīng)的保護(hù)裝置。 220kV變壓器微機(jī)型保護(hù)雙重化 在220kV 變電站主變保護(hù)系統(tǒng)中，雙重化保護(hù)有著重大的作用,如果雙重化保護(hù)一旦出現(xiàn)技術(shù)問題影響將非常大。由于后備保護(hù)原理上的缺陷難以實(shí)施有效保護(hù)，因此，必須要高度重視變電站的主變保護(hù)。所以，必須對(duì)220kV變電站進(jìn)行主變保護(hù)雙重化保護(hù),以確保220kV 變電站主變保護(hù)雙重化保護(hù)系統(tǒng)安全高效、平穩(wěn)運(yùn)行，確保電力系統(tǒng)的萬(wàn)無(wú)一失。 目前，在新建或改建的220kV主變壓器保護(hù)的配置均按雙重化配置，并均采用微機(jī)保護(hù)；220kV主變保護(hù)的每套微機(jī)保護(hù)也均采用主、后一體化配置，即在一套保護(hù)中包含的主保護(hù)、各側(cè)全部后背保護(hù)的新一代主變微機(jī)型保護(hù)。 220kV 變電站主變保護(hù)雙重化保護(hù)技術(shù)配置原則在選擇可靠的主變保護(hù)運(yùn)行方式方面，在實(shí)際使用中可根據(jù)電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行情況,除非電量保護(hù)必須投跳外,應(yīng)選擇合理、可靠的主變保護(hù)運(yùn)行方式。要嚴(yán)格執(zhí)行《繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置反事故措施要點(diǎn)實(shí)施細(xì)則》中有關(guān)保護(hù)規(guī)定,提高保護(hù)抗干擾能力。提供大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并可和多種控制裝置構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，協(xié)助科研人員