【導讀】們學生全面運用所學基礎理論、專業(yè)知識對實際問題進行設計（或研究）的綜合性訓練，同時還是我們將來走向工作崗位而奠定的基本實踐。通過本次設計可以增強我們運用所。學知識解釋實際問題的能力和創(chuàng)新能力，以便更好地適應工作的需要。保護方式時，滿足繼電保護的基本要求。選擇保護方式和正確的計算，以保證電力系統(tǒng)

　　

【正文】 共繞組及各側過負荷的情況。 過負荷保護應能反映變壓器各繞組的過負荷情況。對雙繞組升壓變壓器應裝設發(fā)電機電壓側；對雙繞組降壓變壓器應設在高壓側，當三側都有電源時，則三側都應裝過負荷保護，對于單側電源的三繞組降壓變壓器，若三側繞組容量相同，則過負荷保護只裝在電源側；若三繞組容量不同，則在電源側和容量較小 的一側分別裝設過負荷保護；對于雙側電源的三繞組降壓變壓器或聯(lián)絡變壓器，三側均應裝設過負荷保護。 220KV 北關一次降壓變電所繼電保護電氣部分初步設計 19 復合電壓（包括負序電壓及線電壓）起動的過電流保護 一般用于升壓變壓器和過電流保護不符合靈敏性要求的降壓變壓器。外部相間短路保護應裝于變壓器下列各側： (1)雙繞組變壓器，應裝設于主電源測； (2)三繞組變壓器及自耦變壓器，一般裝設于主電源側（經常 不斷開的電源側）及另一側，主電源側的保護應帶兩段時限，以較小的時限斷開未裝保護側的斷路器。當上述方式不符合靈敏性的要求性時，則可在所有各側均裝設保護裝置 。各側保護裝置應根據(jù)選擇性的要求裝設方向元件； (3)供電給分開運行母線段的降壓變壓器，除在電源側裝設保護裝置外，還應在每個供電支路裝設保護裝置； (4)對發(fā)電機－變壓器組，在變壓器低壓側不應另設保護裝置，而利用發(fā)電機的外部短路過電流保護。但在廠用分兩段時限，以便在外部短路時仍能保證廠用負荷的供電。 其他保護：變壓器溫度、信號監(jiān)測裝置 對變壓器溫度及油箱內壓力升高和冷卻系統(tǒng)，應按現(xiàn)行電力變壓器標準的要求，裝設可作為用于信號或動作于跳閘的裝置。所以外加設相應的保護來監(jiān)控變壓器自 身的運行，包括油溫和啟動風扇的保護 。 溫度信號裝置：變壓器油溫的監(jiān)視采用溫度信號裝置，其基本元件是帶電觸點的壓力式溫度計。該溫度計是按流體壓力計原理制成的，由受熱器連接管和溫度指示器組成，當被測物溫度升高時，受熱器中液體膨脹，溫度指示計中的流體壓力計應部分所受壓力增大，指針位置改變，當指針位置達到定位指針預先放置的位置時，使定時指針的一對觸點接通，發(fā)出信號或采取變壓器冷卻風扇，溫度計可以有兩個定位針給定溫度的上下限，而作為兩位式調節(jié) 上述各種保護裝置的接線宜考慮能保護電流互感器與斷路器之間的故障。 本次變壓 器保護： 1. 氣體保護 (瓦斯保護 ) 2. 縱差動保護 3. 過電流保護 4. 復合電壓保護 5. 過負荷保護 6. 變壓器的溫度信號裝置 沈陽工程學院畢業(yè)設計 20 5 各種繼電保護原理 變壓器的各種保護 瓦斯保護工作原理 瓦斯保護是反應變壓器油箱內部氣體的數(shù)量和流動的速度而動作的保護，保護變壓器油箱內各種短路故障，特別是對繞組的相間短路和匝間短路。 由于短路點電弧的作用，將使變壓器油和其他絕緣材料分解，產生氣體。氣體從油箱經連通管流向油枕，利用氣體的數(shù)量及流速構成瓦斯保護。 瓦斯繼電器是構成瓦斯 保護的主要元件，它安裝在油箱與油枕之間的連接管道上，如下圖所示。 圖 瓦斯繼電器安裝位置圖 為了不妨礙氣體的流通，變壓器安裝時應使頂蓋沿瓦斯繼電器的方向與水平面具有1％～ ％的升高坡度，通往繼電器的連接管具有 2％～ 4％的升高坡度。 開口杯擋板式瓦斯繼電器，其內部結構如下圖所示。正常運行時，上、下開口杯 2和 l都浸在油中，開口杯和附件在油內的重力所產生的力矩小于平衡錘 4 所產生的力矩，因此開口杯向上傾，干簧觸點 3 斷開 。 油箱內部發(fā)生輕微故障時，少量的氣體上升后逐漸聚集在繼電器的上部，迫使油面下降。而使上開口杯露出油面，此時由于浮力的減小，開口杯和附件在空氣中的重力加上杯內油重所產生的力矩大于平衡錘 4所產生的力矩，于是上開口杯 2順時針方向轉動，帶動永久磁鐵 10 靠近干簧觸點 3，使觸點閉合，發(fā)生“輕瓦斯”保護 . 油箱內部發(fā)生嚴重故障時，大量氣體和油流直接沖擊擋板 8，使下開口杯 l順時針方向旋轉，帶動永久磁鐵靠近下部干簧的觸點 3使之閉合，發(fā)出跳閘脈沖，表示“重瓦220KV 北關一次降壓變電所繼電保護電氣部分初步設計 21 斯”保護動作。當變壓器出現(xiàn)嚴重漏油而使油面逐漸降低時，首先是上開口杯露出油面，發(fā)出報警信號，繼之下開口杯露出油面后亦能動作，發(fā)出跳閘脈沖 。 圖 瓦斯繼電器結構圖 瓦斯保護的原理接線圖 上面的觸點表示“輕瓦斯保護”，動作后經延的發(fā)出報警信號。下面的觸點表示“重瓦斯保護”，動作后起動變壓器保護的總出口繼電器，使斷路器跳閘。 圖 瓦斯保護原理接線圖 瓦斯保護評價 主要優(yōu)點：動作迅速、靈敏度高、安裝接線簡單、能反應油箱內部發(fā)生的各種故障。 主要缺點：不能反應油箱以外的套管及引出線等部位上發(fā)生的故障。 沈陽工程學院畢業(yè)設計 22 因此瓦斯保護可作為變壓器的主保護之一，與縱差 動保護相互配合、相互補充，實現(xiàn)快速而靈敏地切除變壓器油箱內、外及引出線上發(fā)生的各種故障。 瓦斯保護的反事故措施 瓦斯保護動作，輕者發(fā)出保護動作信號，提醒維修人員馬上對變壓器進行處理；重者跳開變壓器開關，導致變壓器馬上停止運行，不能保證供電的可靠性，對此提出了瓦斯保護的反事故措施： (1)將瓦斯繼電器的下浮筒改為檔板式，觸點改為立式，以提高重瓦斯動作的可靠性。 (2)為防止瓦斯繼電器漏水而短路，應在其端子和電纜引線端子箱上采取防雨措施。 (3)瓦斯繼電器引出線應采用防油線。 (4)瓦斯繼電器的引出線和電纜應分別連接在電纜引線端子箱內的端子上。 瓦斯保護原理電路 工作原理： 1 是瓦斯繼電器； 2 是信號繼電器； 3是出口繼電器； 4是聯(lián)片。當變壓器內部發(fā)生輕微故障時，有輕瓦斯產生，瓦斯繼電器的上觸點閉合，作用于至延時信號；發(fā)生嚴重故障時，重瓦斯沖出，瓦斯繼電器的下觸點閉合，經信號繼電器，發(fā)出報警信號，同時通過聯(lián)片使出口繼電器動作使斷路器跳閘。瓦斯繼電器的下觸點閉合，也可以利用切換片 XB切換位置，只給出報警信號。 為了消除復合式瓦斯繼電器的下觸點在發(fā)生重瓦斯時可能有跳動（接觸不穩(wěn)定 ）現(xiàn)象，出口繼電器有自保持觸點。只要瓦斯繼電器的下觸點一閉合， CKJ 就動作并自保持。當斷路器跳閘后，斷路器的輔助觸點斷開自保持回路，使 CKJ 恢復起始位置。 至 延 時 信號+12 34R++C K JL P由 變 壓 器 其 他保 護 來R f信 號 圖 變壓器瓦斯保護原理圖 220KV 北關一次降壓變電所繼電保護電氣部分初步設計 23 瓦斯保護的整定：輕氣體保護的動作值采用氣體容積表示。通常氣體容積的整定范圍為 250－ 300 立方厘米。對于容量在 10MVA 以上變壓器，多采用 250－ 300 立方厘米。氣體容積的調整可通過改變重錘位置來實現(xiàn)。重氣體保護的動作值采用油流流速表示。一 般整定范圍在 － ，該流速指的是導油管中油流速度。 變壓器縱差動保護 變壓器縱聯(lián)差動保護是一種比較完善的快速保護。它能反映變壓器繞組的相間短路、匝間短路、引出線的相間短路以及中性點直接接地、系統(tǒng)側繞組和引出線上的接地短路、是大、中型電力變壓器的主要保護方式。 電力變壓器縱聯(lián)差動保護的基本原理用輔助導線或引出線將變壓器兩側電流引入差動繼電器，比較兩端電流的大小和方向，從而判斷被保護的變壓器是否發(fā)生短路，以決定保護是否動作。變壓器縱差動保護單相原理接線圖所示。在變壓器縱差動保護外部保護 時一次側流入的電流等于流出變壓器的電流所以不平衡電流很小。差動繼電器不動作。當 D2點短路時此時流過差動回路的電流為 21 II ??? 。此時電流大于差動繼電器動作電流，繼電器動作跳閘。在實現(xiàn)變壓器差動保護時，應考慮變壓器高、低壓兩側電流的大小和相位，一般講它們都不同。故在實現(xiàn)變壓器差動保護時，應先考慮對兩側電流進行相位補償，再進行數(shù)值補償，都能保證正常運行和外部短路時繼電器中的電流等于零（理想）。此外，在實現(xiàn)差動保護時，還應考慮兩個特點，一個是變壓器勵磁涌流，另一個是變壓器差動保護 的不平衡保護。 按環(huán)流法接線變壓器縱差是利用比較變壓器的高壓側和低壓側的電流和幅值和相位的原理構成的。它主要是由接于差動回路的三個差動繼電器組成。為了擴大縱差保護范圍，電流互感器應盡量靠近斷路器。本設計的變壓器容量為 16MVA，因此采用的是 BCH2型差動繼電器。她主要是用于兩繞組或三繞組電力變壓器以及變流發(fā)電機的單相差動保護線路中作為主保護，繼電器能預防在非故障狀態(tài)時出現(xiàn)的暫態(tài)電流的作用。 BCH2型差動繼電器由兩部分組成： DL11型電流繼電器和中間速飽和變流器。 當變壓器正常運行或外部故障時，注入差動 繼電器的電流為不平衡電流。由于預先選擇好兩側電流互感器的變比和接線方式，故該不平衡電流值很小，注入電流繼電器內的電流（為兩側電流互感器二次側電流之差），保護不動作。當保護區(qū)內發(fā)生故障時，只要不平衡電流大雨繼電器的啟動電流，則繼電器動作，瞬時使變壓器的兩側斷路器 19DL和 20DL 跳閘。 由于變壓器各側額定電壓和額定電流不同，故須適當選擇兩側電流互感器的變比，使它們的變比等于變壓器的變比。 此外，在實現(xiàn)變壓器差動保護時，還應考慮變壓器勵磁涌流和變壓器差動保護的不平衡電流。 變壓器的勵磁涌流只在電源側流過，它反應 倒變壓器差動保護中，就構成不平衡電流不過正常運行時勵磁電流只不過時額定電流的 3％－ 5％。當外部短路時由于電壓下降。則此時的勵磁電流也相應的減少，其影響就變小。故可不考慮。 沈陽工程學院畢業(yè)設計 24 圖 變壓器縱差動保護原理接線 在變壓器空載投入或外部故障切除后，電壓恢復時的勵磁電流很大?？蛇_額定電流的 5－ 10 倍。所以。必須考慮勵磁涌流的影響以便更好的躲過勵磁涌流。 勵磁涌流含有很大的非周期分量。并且偏向時間軸一側。 勵磁涌流中含有大量的高次諧波分量，其中 2 次諧波占較大比例，額短路電流中 2次諧波成分很小。 有間斷角。 變壓 器差動保護中不平衡電流主要由電流互感器誤差不一致、電流互感器和自耦變壓器變比標準化等因素產生。 注意：由于本設計變壓器為兩繞組變壓器，接法為 Y/D11。所以變壓器角型側電流互感器為星型接法，變壓器星型測側電流互感器為角型接法。這樣做可以補償幅值和相位。 BCH－ 2 型差動保護 BCH－ 2 型差動繼電器由一個執(zhí)行元件 DL－ 11/ 型電流繼電器和一個帶短路繞組的三柱鐵芯速飽和變流器組成。 平衡繞組的作用：由于差動保護中兩側電流互感器的磁路不可能完全相同，且計算變比與選用變比不相同，所以平時總 有不平衡電流流過繼電器，為了減少它的影響，可把平衡繞組接入差動保護的一臂中，起到電流數(shù)值的補償作用。 有了短路繞組后，當差動繞組中通過含有非周期分量電流時，能自動增大繼電器動作電流的程度將比沒有短路繞組時更顯著，這就是 BCH－ 2型可靠地躲過外部短路時暫態(tài)不平衡電流或變壓器空載投入時的勵磁涌流的原因。 220KV 北關一次降壓變電所繼電保護電氣部分初步設計 25 變壓器差動保護的方式 采用 BCH―― 2型差動繼電器的差動保護 變壓器差動保護的整定計算 （一）差動繼電器動作電流的整定計算 應考慮以下幾種情況 （ 1）在正常運行時，防止電流互感器二次回路斷線時引 起差動保護誤動作。所以保護裝置的起動電流應大于變壓器的最大負荷電流 （當 不能確定時，用變壓器的額定電流代替）。躲過變壓器的勵磁電流 : 即： Nreloper IKI ? （ ） 式中 relK —— 可靠系數(shù)，取 ； NI —— 變壓器基本側的額定電流； （ 2）躲過外部短路時的最大不平衡電流 m a a x. )( kererstr e lunbr e lope r IfUfKKIKI ?????? （ ） 式中 relK —— 可靠系數(shù)，取 ； erf —— 電流互感器相對誤差，取 ； stK —— 電流互感器同型系數(shù)，取 1； —— 外部短路時流過基本側的最大短路電流； U? —— 變壓器分接頭改變而引起的誤差； erf? —— 繼電器整定匝數(shù)與計算匝數(shù)不等而產生的相對誤差。計算動作電流時，先用 進行計算。 (3)躲開電流互感器二次回路斷線時變壓器的最大負荷電流 reloper ? （ ） 式中 —— 變壓器正常時歸算到基本側的最大負荷電流。 差動保護的靈敏度校驗 按變壓器內部短路故障時最小短路電路校驗 2.min. ??boperksen IIK