【導讀】電力系統(tǒng)繼電保護的設(shè)計與配置是否合理，直接影響電力系統(tǒng)的安全運行，故選擇。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整定計算，以保證電力系。本次設(shè)計是針對220kV大理變電所的繼電保護而進行設(shè)計的。設(shè)計中涉及主要內(nèi)容主。每個電氣設(shè)備的保護都由主繼電保護和后備繼電保護（包括近后備保護和。本次設(shè)計中主要采用的保護有瓦斯保護、變壓器縱聯(lián)差動保護、低電壓起。動的過電流保護、過負荷保護、橫聯(lián)差動保護、距離保護。

　　

【正文】 動保護、距離保護 大西線 橫聯(lián)差動保護、距離保護 220kV 母線 差動保護 66kV 母線 差動保護 沈陽工程學院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 22 6 變電所繼電保護方案及其原理說明 變壓器保護方案說明 在供配電系統(tǒng)中，電力變壓器是十分重要的電器元件。雖然變壓器是靜止設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，但是它的故障將對供電可靠性和系統(tǒng)的正常運行帶來嚴重的影響。同時大容量的電力變壓器也是十分貴重的元件，因此，必須根據(jù)變壓器容量和重要程度 考慮裝設(shè)性能良好，工作可靠的繼電保護裝置。 變壓器故障種類 變壓器的內(nèi)部故障可分為油箱內(nèi)和油箱外故障兩種。 油箱內(nèi)的故障包括繞組的相間短路、接地短路、匝間短路以及鐵心的燒損等，對變壓器來講，這些故障都是十分危險的，因為油箱內(nèi)故障時產(chǎn)生的電弧，將引起絕緣物質(zhì)的劇烈汽化，從而可能引起爆炸，因此，這些故障應該盡快加以切除。 油箱外的故障，主要是套管和引出線上發(fā)生相間短路和接地短路。上述接地短路均系對中性點直接接地電力網(wǎng)的一側(cè)而言。 變壓器的不正常運行狀態(tài)主要有：由于變壓器外部相間短路引起的過電流和 外部接地短路引起的過電流和中性點過電壓；由于負荷超過額定容量引起的過負荷以及由于漏油等原因引起的油面降低。 變壓器瓦斯保護 變壓器瓦斯保護的相關(guān)概念 變壓器瓦斯保護是用來反應變壓器內(nèi)部的故障，當變壓器油箱內(nèi)部發(fā)生故障，油分解產(chǎn)生氣體或當變壓器油面降低時，瓦斯保護應動作。 油浸式變壓器是利用變壓器油作為絕緣和冷卻介質(zhì)的，當變壓器油箱內(nèi)部發(fā)生故障，由于短路電流所產(chǎn)生的電弧使變壓器的絕緣材料和變壓器油分解而產(chǎn)生大量氣體。這些大量氣體形成氣流并與油流混合沖向油枕的上部。故障愈 嚴重，產(chǎn)生的氣體越多，油流速度越快。利用這種氣體來實現(xiàn)的保護，稱為瓦斯保護。 瓦斯保護的原理 反應變壓器內(nèi)部故障的各種保護裝置除瓦斯保護外，由于受靈敏度的限制，都不能反應變壓器內(nèi)部一切形式的故障，特別是匝間短路和嚴重漏油等故障。如變壓器繞組的匝間短路，將在短路的線匝內(nèi)產(chǎn)生環(huán)流，局部過熱，損壞絕緣，并可能發(fā)展成為單相接地故障或相間短路故障，但在變壓器外部電路中的電流值還不足以使變壓器的差動保護或過電流保護動作，但瓦斯保護卻能動作并發(fā)出信號，使運行人員及時處理，從而避免事故的擴大。因此，瓦斯保護 時反應變壓器內(nèi)部故障最有效、最靈敏的保護裝置。瓦斯保護只反應變壓器油箱內(nèi)的故障，不能反應油箱外套管與引出線上的故障，因此，它不能單獨作為變壓器大理變電所繼電保護設(shè)計（論文） 23 的主保護，通常它與縱聯(lián)差動保護或電流速斷保護配合共同作為變壓器的主保護。 瓦斯保護的組成 瓦斯保護的主要元件是氣體繼電器（原稱瓦斯繼電器），它安裝在油箱與油枕之間的連接管道中。變壓器內(nèi)部發(fā)生故障，絕緣物和油分解時油箱內(nèi)產(chǎn)生大量氣體都要通過氣體繼電器流向油枕，為保證氣體順利進入油枕，變壓器頂蓋與水平面之間應有 1%%的坡度，連接管道應有 2%4%的 坡度。氣體繼電器安裝方向是由箭頭指向油枕。 瓦斯保護主要是有瓦斯繼電器組成 ,它安裝在油箱與油枕之間的管道上 ,如下圖所示 .FJ380 型復合式瓦斯繼電器有較好的防震性能 .它是由擋板和開口杯復合而成的，上下方各有一個帶干簧觸點的開口杯 ,正常時 ,上下開口杯都浸在油內(nèi) .由于開口杯及附件在油內(nèi)的策略所產(chǎn)生的力矩比平衡錘 4 產(chǎn)生的力矩小 ,因此 ,開口杯處于上升位置 ,干簧觸點 3斷開 ..當發(fā)生輕微故障時 ,分解出少量氣體 ,此氣體上升并聚集在瓦斯繼電器上部 ,使瓦斯繼電器中油面下降 ,上開口杯露出油面 .此時 ,開口杯及附件在空氣中的重力 加上杯中油的重量 ,所產(chǎn)生的力矩大于在油中平衡錘所產(chǎn)生的力矩 ,因此 ,開口杯順時針方向轉(zhuǎn)動 ,帶動磁鐵靠近 ,使上方的干簧觸點閉合 ,發(fā)出輕瓦斯動作信號 .當發(fā)生嚴重故障時 ,產(chǎn)生大量氣體 ,在氣流和油流的沖擊下 ,擋板帶動下開口杯轉(zhuǎn)動 ,使下干簧觸點閉合 ,發(fā)生跳閘脈沖 .當嚴重漏油時 ,油面極度下降 ,與上開口杯動作原理相同 ,也可是下開口杯動作于跳閘 . 至 延 時 信號+34R++由 變 壓 器 其 他保 護 來信 號K C OR bX BK SK G 圖 瓦斯保原理電路 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是連片。當變壓器沈陽工程學院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 24 內(nèi)部發(fā)生輕微故障時，有輕瓦 斯產(chǎn)生 ,瓦斯繼電器的上觸點閉合，作用于延時信號；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(jīng)信號繼電器，發(fā)出報警信號，同時通過連片使出口繼電器動作使短路器跳閘，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和 ,KCO 就動作并自保持。當短路器跳閘后，短路器的輔助觸點斷開自保持回路，使 KCO 恢復起始位置。 變壓器瓦斯保護的優(yōu)點和缺點 瓦 斯保護的優(yōu)點是不僅能反映變壓器油箱內(nèi)部的各種故障，而且還能反映差動保護所不能反映的不嚴重的匝間短路和鐵心故障。此外，當變壓器內(nèi)部進入空氣時也有所反映。因此，是靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單、動作迅速的一種保護。 其缺點是不能反映變壓器外部故障（套管和引出線），因此瓦斯保護不能作為變壓器各種故障的唯一保護。瓦斯保護抵抗外界干擾的性能較差，例如劇烈的震動就容易誤動作。如果在安裝瓦斯繼電器時未能很好地解決防油問題或瓦斯繼電器不能很好地防水，就有可能漏油腐蝕電纜絕緣或繼電器進水而造成誤動作。 變壓器瓦斯保護的動 作過程 （ 1）輕瓦斯 動作過程，當變壓器內(nèi)部發(fā)生匝間短路時，產(chǎn)生少量的瓦斯氣體，輕瓦斯繼電器 WST2動作，接點 WST2 接通給信號繼電器 KS3 勵磁，接通信號回路，進行報警。 （ 2）重瓦斯動作過程，當變壓器內(nèi)部發(fā)生相間短路時，產(chǎn)生大量的瓦斯氣體，重瓦斯繼電器 WST1動作，接點 WST1 接通給信號繼電器 KS2 勵磁，接通信號回路，進行報警；并給中間繼電器 KM1勵磁接通斷路器的出口跳閘回路，使斷路器跳閘，切除故障變壓器。 變壓器的縱聯(lián)差動保護 變壓器差動保護能正確區(qū)分被保護元件的保護區(qū)內(nèi)、外故障，并能瞬時 切除保護區(qū)內(nèi)的短路故障。變壓器的縱聯(lián)差動保護用來反應變壓器繞組、套管及引出線上的各種短路故障，是變壓器的主保護。應用輸電線路縱聯(lián)差動保護原理，可以實現(xiàn)變壓器的縱聯(lián)差動保護，對于變壓器縱聯(lián)差動保護，比較兩側(cè)有關(guān)電氣量更容易實現(xiàn)，所以變壓器的縱聯(lián)差動保護得到了廣泛的應用。 變壓器縱聯(lián)差動保護的原理 變壓器縱聯(lián)差動保護通常采用環(huán)流法接線，如上圖所示，為雙繞組變壓器縱聯(lián)差動保護的單相原理接線圖。它是將被保護元件兩側(cè)的電流互感器一次側(cè)，靠近被保護元件端連在一起。然后，將差動繼電器并聯(lián)到兩電流互感器上。 雙繞組變壓器實現(xiàn)縱聯(lián)差動保護的原理接線圖： 大理變電所繼電保護設(shè)計（論文） 25 K DI II I II 1I 2I K DK 2K 1Q F 1Q F 2 圖 縱聯(lián)差動保護的原理接線圖 但是要實現(xiàn)變壓器的縱聯(lián)差動保護，就必須適當?shù)剡x擇兩側(cè)電流互感器的變比，使其比值等于變壓器的變比。此時變壓器兩側(cè)電流互感器的二次側(cè)電流 21II? 。 正常運行和外部短路時，流過差動繼電器的電流為： 210KDI I I? ? ? 差動繼電器 KD 不動作。 當變壓器內(nèi)部發(fā)生相間短路時，在差動回路中由于 2I 改變了方向或等于零（無電源側(cè)），這時流過差動繼電器的電流為 21KDI I I??，該電流為流過短路點的短路電流，使差動繼電器 KD可靠動作，并動作于變壓器兩側(cè)斷路器跳閘。 由此可知，變壓器縱聯(lián)差動保護的保護范圍是構(gòu)成變壓器差動保護的兩側(cè)電 流互感器之間的范圍。在保護范圍之外發(fā)生故障時，保護不動作，一側(cè) 不需要與保護區(qū)外相鄰元件的保護在整定和整定時限上相互配合，所以在區(qū)內(nèi)故障時，可瞬時動作。 變壓器縱聯(lián)差動保護的特殊問題 以上分析的縱 聯(lián)差動保護的工作原理，只認為是理想情況，并未考慮到不平衡電流，實際上在正常運行和外部短路的情況下會產(chǎn)生很大的不平衡電流流過差動繼電器，使 KDI不等于零。為防止變壓器縱聯(lián)差動保護的誤動作，必須設(shè)法減小和躲過不平衡電流。 沈陽工程學院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 26 （ 1）穩(wěn)態(tài)情況下的不平衡電流 ，該電流只流過變壓器的電源側(cè)，通過電流互感器反映到差動回路形成不平衡電流。變壓器正常運行時，勵磁電流為其額定電流的 3%5%。當外部短路時由于變壓器電壓降低，此時的勵磁電 流更小，在整定計算中可以不予考慮。 。在電力系統(tǒng)中大、中型變壓器大多采用 Yd11 接線，變壓器一、二次側(cè)線電流相位差為 30176。，如果兩側(cè)電流互感器采用相同的接線方式，即使 1I 和 2I 的數(shù)值相等，其也存在不平衡電流，即112 sin 15 0. 51 8unbI I I??。因此，必須補償由于兩側(cè)電流相位不同而引起的不平衡電流。具體方法是將 Yd11 接線變壓器星形接線側(cè)的電流 互感器接成三角形接線，三角形接線側(cè)的電流互感器接成星形接線。如下圖所示： 圖 變壓器電流互感器的接線圖 。變壓器另冊電流經(jīng)過相位補償后，為使差動回路中不平衡電流為零，則兩側(cè)電流互感器流入連接比重電流必須相等，而且在正常運行時應等于二次額定電流 5A，于是可按下式求出電流互感器的變比： 變壓器 Y 型側(cè)（高壓側(cè)）的電流互感器變比 ? ?1()3 5NYTA dIK ? （ 12） 變壓器 D 型側(cè)（低壓側(cè)）的電流互感器變比 ? ?2() 5NdTA YIK ? （ 13） 按上兩式 計算值選取的相鄰較大的標準變比。這樣，在正常運行時電流互感器的二次電流不會超過 5A。必須指出，由于實際所選電流互感器的變比不同于計算值，勢必會在差動回路中出現(xiàn)不平衡電流。 大理變電所繼電保護設(shè)計（論文） 27 。當系統(tǒng)運行方式改變時，需要調(diào)節(jié)變壓器調(diào)壓分接頭以保證系統(tǒng)電壓水平。當調(diào)壓分接頭位置改變時，在差動回路中引起很大的不平衡電流。該不平衡電流的大小與調(diào)壓范圍及變壓器一次電流成正比，對于不帶負載調(diào)壓的變壓器 5%U? ?? ；對于有載調(diào)壓的變壓器調(diào)壓范圍更大一些。所以在整定計 算時要考慮躲過其影響。 。變壓器兩側(cè)電壓等級和額定電流不同，因而采用的電流互感器型號不同，它們的特性差別很大，故引起較大的不平衡電流。因此，選用高飽和倍數(shù)差動保護專用的電流互感器、采用鐵心具有小氣隙的電流互感器、在整定計算時引入同型系數(shù)等措施減小不平衡電流的影響。 （ 2）另外差動保護要躲過外部短路時暫態(tài)過程中的不平衡電流。具體措施是在變壓器縱聯(lián)差動回路中接入速飽和變流器。 變壓器縱聯(lián)差動保護的動作過程 變壓器外部發(fā)生接地或相間短路時，經(jīng)電流 互感器流入差動繼電器的電流不同，差動繼電器動作 給信號繼電器 KS1 勵磁，接通信號回路，進行報警；并給中間繼電器 KM1勵磁接通斷路器的出口跳閘回路，使斷路器跳閘，切除故障變壓器。 變壓器過電流保護 ++ +++信 號跳 1 Q F跳 2 Q FI t1 Q F2 Q F 圖 變壓器過電流保護單相原理接線圖 沈陽工程學院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 28 變壓器的過電流保護主要是裝設(shè)在降壓變壓器的高壓側(cè)。過電流保護的測量元件為電流繼電器，延時元件時間繼電器，其保護單相原理如圖所示：當短路電流達到或超過電流繼電器的動 作定值時，電流繼電器動作并起動時間繼電器，經(jīng)給定的延時后時間繼電器的動合觸點閉合，出口繼電器將變壓器從運行的設(shè)備中切除保證電網(wǎng)的正常運行。 低電壓起動的過電流保護 過電流保護的動作電流通常較高，往往不能滿足升壓變壓器或較大容量的降壓變壓器對靈敏度的要求，這時，可采用低電壓起動的過電流保護。 下圖為低電壓啟動的過電流保護接線圖，只有當電流繼電器和低電壓繼電器同時動作后，才能起動時間繼電器，經(jīng)預定延時，起動出口中間繼電器動作于跳閘。 I I I tU U U 3 K A1 K A 2 K AT V2 Q FK C OK SK TK CUaUbUc1KVU2KVU3KVU++ ++信 號跳 1 Q F跳 2 Q F電 壓 回 路斷 線 信 號1 Q F+T A 圖 低 電壓起動過電流保護原理接線圖 因為并列運行變壓器突然切除一臺或異步電動機自起動時母線電壓并不降低很多，因此低電壓繼電器不會動作，電流繼電器的動作電流就可不考慮可能出現(xiàn)的最大負荷電流而是按大于變壓器額定電流來整定，可見，其動作電流比過流保護動作電流小，因此提高了保護的靈敏性。 低電壓繼電器的動作電壓應低于正常運行情況下母線上可能出現(xiàn)的最低工作電壓，同大理變電所繼電保護設(shè)計（論文） 29 時繼電