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电力变压器继电保护


电 气 工 程 学 院
《电力工程》课程设计
设计题目: 学生姓名: 专 班 业: 级: 自动化 自动化 111 2014 年 1 月 9 日 电力变压器的继电保护设计

完成日期: 指导教师评语:











引言????????????????????????????????1 1 确定变压器的型号及类型 ?????????????????? 2 1.1 变电所变压器容量、 台数、型号选择??????????????? 2 1.1.1 变压器容量 ???????????????????????? 2 1.1.2 主变压器台数和型号???????????????????? 2 1.1.3 主变压器确定??????????????????3 1.2 干式变压器的结构???????????????????3 1.3 干式变压器的特点???????????????????4 1.4 干式变压器的使用注意事项?????????????????4 2 设计变压器的保护措施 ??????????????????????5 2 . 1 电力变压器的故障类型及保护措施????????????? 5 2.1.1 电力变压器故障及不正常运行状态???????????????5 2.1.2 电力变压器继电保护的配置????????????????5 2.2 电力变压器相间短路的后备保护????????????????6 2.2.1 过电流保护????????????????????6 2.2.2 低电压起动的过电流保护??????????????????7 2.2.3 复合电压起动的过电流保护??????????????????7 2.3 电力变压器过负荷保护????????????????????10 3 设计并画出变压器继电保护原理图及展开图?????????????11 3.1.1 继电保护的基本原理???????????????????11 3.1.2 过电流保护???????????????????????12 3.1.3 过负荷保护???????????????????????12 3.1.4 零序过电流保护?????????????????????13 3.1.5 变压器各个保护动作时限配合???????????????13 4 进行高压断路器的继电保护整定计算 ????????????????14 4.1 计算公式中所涉及到的符号说明????????????????14 4.2 涉及到的计算公式?????????????????????14 4.2.1 变压器的额定容量计算公式????????????????15 4.2.2 变压器低压侧三相短路电流经验计算公式???????????15 4.2.3 过电流保护整定值计算公式????????????????15 4.2.4 电流速断保护整定值计算公式????????????????16 4.2.5 电力变压器低压侧短路时流过高压侧的最大一相电流??????17 4.2.6 低压三相和二相短路电流的计算???????????????17 4.2.7 高压三相短路电流与短路容量的计算?????????????18 4.3 整定计算如下???????????????????????18 4.3.1 计算过电流保护整定值???????????????????19 4.3.2 计算电流速断保护整定值??????????????????20 参 考 文献 ?????????? ???????????????? 21 附录 ???????????????????????????????

引言

继电保护是保障电力设备安全和防止及限制电力系统长时间大面积停电的最基 本、最重要、最有效的技术手段。许多实例表明,继电保护装置一旦不能正确动 作,就会扩大事故,酿成严重后果。因此,加强继电保护的设计和整定计算,是 保证电网安全稳定运行的重要工作。实现继电保护功能的设备称为继电保护装 置。本次设计的任务主要包括了六大部分,分别为运行方式的选择、电网各个元 件参数及负荷电流计算、短路电流计算、继电保护距离保护的整定计算和校验、 继电保护零序电流保护的整定计算和校验、对所选择的保护装置进行综合评价。 其中短路电流的计算和电气设备的选择是本设计的重点。通过分析,找到符合电 网要求的继电保护方案。 继电保护技术的不断发展和安全稳定运行,给国民经 济和社会发展带来了巨大动力和效益。 但是, 电力系统一旦发生自然或人为故障, 如果不能及时有效控制,就会失去稳定运行,使电网瓦解,并造成大面积停电, 给社会带来灾难性的后果。 因此电网继电保护和安全自动装置应符合可靠性、安 全性、灵敏性、速动性的要求。要结合具体条件和要求,本设计从装置的选型、 配置、整定、实验等方面采取综合措施,突出重点,统筹兼顾,妥善处理,以达 到保证电网安全经济运行的目的。 在电力系统发生故障中,继电保护装置能够 及时地将故障部分从系统中切除,从而保证电力设备安全和限制故障波及范围, 最大限度地减少电力元件本身的损坏,降低对电力系统安全供电的影响,从而满 足电力系统稳定性的要求, 改善继电保护装置的性能,提高电力系统的安全水平

第 1 章 确定变压器的型号及类型
在发电厂和变电站中,用来向电力系统或用户输送功率的变压器,称为主变 压器。在输配电系统中,变压器起到桥梁作用,变压器是借助电磁感应原理,
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以相同的频率,交换交流电压和电流而传输交流电能的一种静止电器。

1.1 变电所变压器容量、台数、型号选择
1.1.1 变压器容量 变压器空载运行时需用较大的无功功率,这些无功功率需由供电系统供 给,变压器容量如选的过大,不但增加投资,而且使变压器长期处于轻载运 行,出现“大马拉小车”现象,使空载的损耗增加,功率因数降低,网络损 耗增加。若容量选的小,会使变压器长期过负载,易损坏设备。 变压器的最佳负载率在 40%-70%之间,负载过高,损耗明显增加,另一 方面,由于变压器容量裕度小,负载稍有增长,便需要增容,更换大容量的 变压器,势必增加投资,且影响供电。总之选择变压器的容量,要以现有的 负荷为依据. 1.1.2 主变压器台数和型号 1.台数 变压器的台数应根据负荷的特点和经济运行进行选择,要由负荷大小, 对供电的可靠性和电能质量的要求来决定, 并兼顾节约电能、 降低运行造价、 维护设备等因素,确定变压器台数应综合考虑,进行认真的技术经济比较。 按负荷的等级和大小来说,对于带一、二级负荷的变电所,当一、二级 负荷较多时,应选两台或两台以上变压器,如只有少量的一、二级负荷并能 从相邻的变电所取得低压备用电源,可以只采用一台变压器。 2.型号 主变压器的型号选择主要考虑以下因素:1).变电所的所址选择;2). 建筑物的防火等级;3).建筑物的使用功能;4).主要用电设备对供电的要 求;5).当地供电部门对变电所的管理体制等。 设置在一类高、低压主体建筑中的变压器,应选择干式、气体绝缘或非 可燃性液体绝缘的变压器;二类高、低压主体建筑也宜如此,否则应采取相 应的防火措施。 主变压器安装在地下时,根据消防要求,不得选用可燃性油变压器,地 下层一般比较潮湿,通风条件不好,也不宜选用空气绝缘的干式变压器,而 宜采用环氧树脂浇注型或者六氟化硫型变压器,综合所述结合校的具体情况 选型为 SCB9-1000/10KV 变压器。

1.1.3 主变压器确定

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型号
SCB9-1000/1 0

表 1-1 SCB9-1000/10 变压器技术参数 额定 额定电压 (kV) 空载 负 载 短 路 空载 容 量 高压 低压 损 耗 损耗 阻抗 电流 ( KVA (W) (W) (%) (%) )
1250 10.5 0.4 1660 8550 6 1.0

变压器连接 组
D, yn11

1.2 干式变压器的结构
为了确保供电安全, 迫切需要即可深入负荷中心又无燃烧危险的变压器, 而当今,随着社会进步,干式变压器得到了广泛的应用,根据国家标准《干 式变压器》定义,所谓干式变压器,就是指铁心和绕组不浸入液体中的变压 器。 干式变压器的结构与油浸式变压器的差别不大, 采用晶粒取向电工钢片, 轭和柱采用 45? 全斜接缝,心柱用钢带或自干型绝缘粘带绑扎,也有用粘结 剂将铁心胶合,铁心为防止因凝结而引起锈蚀,在铁心表面涂有耐热的防锈 覆盖漆或树脂,容量较大时,铁芯中要有气道,气道尺寸为 15-20mm,而干 式变压器的绕组材料是铜箔或铝箔,有时也采用铜线绕制,而低压线圈 (1000V 及以下) ,用铜箔(或铝箔)与预浸环氧树脂的绝缘材料紧密绕制, 采用缠绕玻璃纤维加强树脂包封,经过工艺处理后,使高低压线圈各自成为 一个坚固的整体,不但具有很强的承受短路能力,而且经过冷热循环试验, 证明了线圈具有耐潮、耐裂、阻燃和自熄功能。 由于干式变压器的适用材料不同,其绝缘等级也不同,绝缘材料等级与 绝缘材料最高允许温度见表 1-2。 表 1-2 绝缘等级 绝缘材料最高允许温度( ? C ) 绝缘等级与最高允许温度
Y 95 A 105 E 120 B 130 F 155 H 180 C 220

1.3 干式变压器的特点
1. 占地面积小,不必单独建设变压器室,它可以和 10kV 的高压柜, 380/220V 的低压配电柜装在一个室内。 2. 运行、维修量小。 3. 具有耐热、防尘、耐潮的特点,适合于安装负荷中心,对系统经济运 行节电起到了一定作用。 4. 损耗小、噪声小。
3

5. 绝缘性好,局部放电量小,耐雷电冲击力强。 6. 机械强度高,抗温度变化,抗短路能力强。 7. 寿命期后,不易回收,污染环境。

1.4 干式变压器的使用注意事项
1. 干式变压器选择不同的外壳,是由所处的环境和防护要求而定。 2. 干式变压器绕组的绝缘,很大程度影响变压器的安全和使用寿命。 3. 自然空气冷却和强迫空气冷却。 4.干式变压器的过载能力与环境温度、载前的负荷情况、变压器的绝缘 散热情况和发热时间常数有关。

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第 2 章 设计变压器的保护措施 2.1 电力变压器的故障类型及保护措施
2.1.1 电力变压器故障及不正常运行状态 电力变压器是电力系统中非常重要的电力设备之一,它的安全运行对于 保证电力系统的正常运行和对供电的可靠性,以及电能质量起着决定性的作 用,同时大容量电力变压器的造价也是十分昂贵。因此本节针对电力变压器 可能发生的故障和不正常的运行状态进行分析,然后重点研究应装设的继电 保护装置,以及保护装置的整定计算。

2.1.2 电力变压器继电保护的配置 为了保证电力变压器的安全运行,根据《继电保护与安全自动装置的运 行条例》 ,针对变压器的上述故障和不正常运行状态,电力变压器应装设以 下保护: 1. 纵 差 保 护 或 电 流 速 断 保 护 。 6300KVA 及 以 上 并 列 运 行 的 变压 器 , 10000KVA 及以上单独运行的变压器,发电厂厂用工作变压器和工业企业中 6300KVA 及以上重要的变压器,应装设纵差保护。10000KVA 及以下的电力变 压器,应装设电流速断保护,其过电流保护的动作时限应大于 0.5S。对于 2000KVA 以上的变压器,当电流速断保护灵敏度不能满足要求时,也应装设纵 差保护。纵差保护或电流速断保护用于反映电力变压器绕组、套管及引出线 发生的故障,其保护动作于跳开变压器各电源侧断路器相间短路的后备保 护。相间短路的后备保护用于反映外部相间短路引起的变压器过电流,同时 作为瓦斯保护和纵差保护(或电流速断保护)的后备保护,其动作时限按电 流保护的阶梯形原则来整定,延时动作于跳开变压器各电源侧断路器。 4.相间短路的后备保护的形式较多,过电流保护和低电压起动的过电 流保护,宜用于中、小容量的降压变压器;复合电压起动的过电流保护,宜 用于升压变压器和系统联络变压器,以及过电流保护灵敏度不能满足要求的 降压变压器;6300KVA 及以上的升压变压器,应采用负序电流保护及单相式 低电压起动的过电流保护;对大容量升压变压器或系统联络变压器,为了满 足灵敏度要求,还可以采用阻抗保护。 5.过负荷保护。对于 400KVA 以上的变压器,当数台并列运行或单独运 行并作为其他负荷的备用电源时,应装高过负荷保护。过负荷保护通常只装 设在一相其动作进限较长。延时动作于发出信号。 6.其他保护。高压侧电压为 500KV 及以上的变压器,对频率降低和电压
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升高而引起的变压器励磁电流升高,应装设变压器过励磁保护。对变压器温 度和油箱内压力升高,以及冷却系统故障,按变压器现行标准要求,应装设 相应的保护装置。

2.2 电力变压器相间短路的后备保护
电力变压器相间短路的后备保护可根据变压器容量的大小和保护装置 对灵敏度的要求,采用过电流保护、低电压起动的过电流保护、复合电压起 动的过电流保护等方式。对于单侧电源的变压器保护装置安装在变压器电源 侧,即作为变压器本身故障的后备保护,又反映变压器外部短路引起的过电 流。

2.2.1 过电流保护 过电流保护一般用于容量较小的降压变压器上,其单相原理接线如图 1 —8 所示。 保护装置的动作电流应按躲过变压器 可能出现的最大负荷电流 IL。 max 来整定,即 Krel I op= I L.max Kre 式中 Krel—可靠系数,一般采用 1.2~1.3; Kre—返回系数,一般采用 0.85; I L.max—变压器的最大负荷电流。 I L.max 可按下述两种情况来考虑: (1) 对并列运行的变压器, 应考虑切除一台变 压器以后所产生的过负荷。 若各变压器的 容量相等时,可按下式计算为 m I L.max = I N。 B m ?1 式中 m—并列运行的变压器的台数; I NB—变压器的额定电流。 (2) 对降压变压器, 应考虑负荷中电动机起动 时的最大电流,即 I L.max=K ssI’ L。 max 式中 Kss——自起动系数,其值与负荷性质及用户与电源间的电气距离有关, 在 110KV 降压变电站,对 6~ 10KV 侧,KSS=1.5~ 2.5;35KV 侧,KSS=1.5~ 2.0。 IL,max——正常运行时的最大负荷电流。 保护装置的灵敏校验

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Ksen =

I k.min I op

式中 Ik.min——最小运行方式下,在灵敏度校验发生两相短路时,流过保 护装置的最小短路电流。 在被保护变压器受电侧母线上短路时,要求 K se n =1.5-2.0;在后备保护 范围末端短路时,要求 K sen ? 1.2 保护装置的动作时限 应与下一级过电流保护配 合,要比下一级保护中最 大动作时限大一个时限级 差 Δ t。 2.2.2 低电压起动的过 电流保护 低电压起动的过电流 保护单相原理接线如图 1-9 所示。保护的起动元 件包括电流继电器和低电 压继电器。 电流继电器的动作电 流按躲过变压器的额定电 流整定。即

Krel (1-8) I N。 B Kre 故其动作电流比过电流保护的起动电流小,提高了保护的灵敏性。 低电压继电器的动作电压 Uop=0.7U N.B 电流元件的灵敏系数按式(1-8)校验,电压元件的灵敏系数按下式校验, 即

I op=

Ksen =

U op U k.max

式中 Uk.max——最大运行方式下,灵敏系数校验点短路时,保护安装处的 最大电压。 对装设在变压器低压侧的低电压继电器,若在变压器高压侧短路,其灵 敏系数不能满足要求时,可在变压器高压侧再装一套低电压继电器,两套低 电压继电器的接点并联。 2.2.3 复合电压起动的过电流保护

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若低电压起动的过电流保护的低电压继电器灵敏系数不满足要求,可采 用复合电压起动的过电流保护。 电压起动的过电流保护的过电流保护的原理图与低电压起动的过电流 保护基本相同,不同的是用一个低电压继电器和一个负序电压继电器代替了 低电压起动的过电流保护中的三个低电压继电器,使得保护的灵敏度提高了 很多。负序电压继电器由负序电压滤过器和一个低电压继电器构成。 1. 负序电压滤过器 负序电压滤过器从三相电压中取出负序电压分量。由电阻、电容构成的 单相式负序电压滤过器应用广泛,其原理接线如图所示。滤过器的输入端接 UABY 与 UBC。由于线电压不包含零序分量,所以,从输入端即避免了零序分量 电压进入滤过器,为了避免正序电压通过滤过器,两个阻抗臂的参数应取为

R1 ? 3X cl , R2 ?

1 3

X C 2 , R1 ? X C 2

滤过器的输出电压为
U mn ? U R1 ? U C 2
. . .

当输入正序电压时,滤过器的相量图如图所示。因为 R1 ? 3X cl ,电流 I AB 超 前 U AB.1 30 0 。因为 R2 ?
.
.
.

1 3
.

X C 2 ,电流 I BC 超前 U BC .1 60 0 。U C 2 滞后 I BC 900 ,U R1

.

.

.

.

.

与 I AB 同相。因 U R1 ? ? U C 2 ,故
.

U mn .1 ? U R1 ? U C 2 ? 0
当输入负序电压时, U AB.2 滞后 U BC.2 120 0 ,由图可见, U C 2 ? U R1 e j 60 ,故
0

.

.

.

.

.

.

U mn .2 ? U R1 ? U C 2 ? U R1 (1 ? e j 60 )
0

.

.

.

.

(1-9)
.
j 90 0

由于 U AB.2 ? U R1 ? U C 2 , U R1 ? 3 U C1 且 以此代入(1-9)得
U mn .2 ? U AB.2 cos300 (1 ? e j 60 )e j 30
0

.

.

.

.

, 因此,U R1 ? U AB.2 cos 30 0 e j 30 ,
0

.

.

.

.

0

? 1.5U AB.2 e j 60 ? 1.5 3 U A2 e j 30
0

.

.

0

(1-10)

由式(1-10)可见,滤过器的输出电压与输入的负序电压成正比,相位超前 输入 A 相负序电压 U A 2 30 0 。 实际上, 当系统正常运行时, 负序电压滤过器仍有一个不平衡电压 U unb 输 出。产生不平衡电压的原因主要是各阻抗元件参数的误差及输入电压中有谐 波分量。由于 5 次谐波属负序性质,它可以通过滤过器。通常在滤过器的输
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.
.

出端加设 5 次谐波滤过器,消除 5 次谐波的影响。 2. 复合电压起动的过电流保护的工作原理

在正常运行时,由于电压没有负序分量,所以负序电压继电器 KVZ 的动 断触点闭合,将线电压加入低电压继电器 KV 的线圈上,KV 动断触点断开, 保护装置不动作。 当外部发生不对称短路时,故障相电流起动元件 KA 动作,负序电压继 电器中的负序电压滤过器 KUG 输出负序电压,负序电压继电器 KVZ 动作,其 动断触点断开,低电压继电器 KV 线圈失磁,其动断触点闭合,起动中间继 电器 KC 的线圈,其动合触点闭合,使时间继电器 KT 动作,经过其整定时限 后, 的延时触点闭合, KT 起动出口中间继电器 KCO, 将变压器两侧断路器 1QF、 2QF 跳闸,切断故障电流。 当发生三相短路时, 低电压继电器 KV 线圈失磁而返回, 其动断触点闭合, 同时, 电流继电器 KA 动作, 按低电压起动的过电流保护的方式, 作用于 1QF、 2QF 跳闸。 3. 复合电压起动的过电流保护的整定计算 (1)电流元件的动作电流与低压起动的过电流保护中的电流元件的动作 整定值相同。 低电压元件的动作电流为

U op ? 0.7U N .B
式中 U N .B ——变压器额定电压。 低压元件的灵敏度为

K sen ?

U op K re U k .max

? 1.2

式中 U k . ma x ——相邻元件末端三相金属性短路时,保护安装处的最大线电压;

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K re ——低压元件的返回系数。

(2) 负序电压元件的动作元件的动作电压按避开正常 运行的不平衡负 序电压整定。其起动电压 U2op 取 为

U 2.op ? ?0.06 ~ 0.12?U N .B
负 序 电 压 元 件 灵 敏 度 为

K sen ?

U K 2. min U 2.op

式中 Uk2.min ——相邻元件末端 不对称短路故障时的最小负序 电压。 (3)方向元件的整定: ①三侧有电源的三绕组生 压变压器,在高压侧和中压侧加 功率方向元件,其方向可指向该侧母线; ②高压及中压侧有电源或三侧均有电源的三绕组降压变压器的联络变 压器,在高压侧和中压侧加功率方向元件,其方向宜指向变压器。 (4)动作时限按大于相邻主变压器后备保护的动作时限整定。 (5)相间方向元件的电压可取本侧或对侧的,取对侧的,两侧绕组接线 方式应一样。 (6)复合电压元件可取本侧的,也可取变压器各侧“或”的方式。

2.3 电力变压器过负荷保护
变压器过负荷保护反映变压器对称过负荷引起的过电流。 保护用一个电 流继电器接于一相电流,经延时动作于信号。 过负荷保护的安装侧,应根据保护能反映变压器各侧绕组可能过负荷情 况来选择: (1)对于双绕组升压变压器,装于发电机侧。 (2)对一侧无电源的三绕组升压变压器,装于发电机电压侧和无电源侧。 (3)对三侧有电源侧电源的三绕组升压变压器,三侧均装。 (4)对于双绕组降压变压器,装于高压侧。 (5)对两侧有电源的三绕组降压变压器,三侧均应装设。 过电流保护的动作电流。应按躲开变压器的额定电流整定,即

I op ?

K re l I N .B K re
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式中 K re l —可靠系数,取 1.05

K re —返回系数;取 0.85
变压器过负荷保护的动作时限比变压器的后备保护动作时限大一个Δ t。

第 3 章 设计并画出变压器继电保护原理图及展开图 3.1 变电所继电保护原理图及展开图

3.1.1 继电保护的基本原理 继电保护装置为了完成它的任务,继电保护就必须能够区别是正常运行还是 非正常运行或故障,要想区别这些状态,关键就是要寻找这些状态下的参量 情况,找出其间的差别,从而构成各种不同原理的保护。电力系统发生故障 后,会引起电流的增加和电压的降低,以及电流与电压间相位的变化。因此
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电力系统中所用的各种继电保护,大多数是利用故障时物理量与正常运行时 物理量的差别来构成的。例如,反应电流增加的过电流保护反应电流与电压 间的相位角变化的方向保护等,反应降低(或升高)的低压(或过电压)保 护等。除此之外,根据线路内、外部短路时,两侧电流相位差变化的特点, 可以构成差动原理的保护。当然还可以根据非电气量的变化来构成某些保 护,如反应变压器油在故障时分解产生的气体而构成的瓦斯保护。继电保护 原理如图 1 所示:

图 1 继电保护原理结构方框图

3.1.2 过电流保护:

图 3.1.2 过电流保护

3.1.3 过负荷保护:

图 3.1.3 过负荷保护的原理接线图

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3.1.4 零序过电流保护:

图 3.1.4 零序过电流保护的原理图

3.1.5 变压器各个保护动作时限配合:

图 3.1.5 变压器各个保护动作时限配合图 变压器保护及其安装位置如表所示:

3.1.5 变压器保护及其安装位置表: 项目 保护类型 相间后备保护过电流保护 后备保护 安装地点 变压器两侧

中性点直接接地电网中的变压器 变压器中性点接地侧 外部接地短路时的零序电流保护 过负荷保护 高压侧

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第 4 章进行高压断路器的继电保护整定计算
4.1 计算公式中所涉及到的符号说明 在继电保护整定计算中,一般要考虑电力系统的最大与最小运行方式。 最大运行方式—是指在被保护对象末端短路时,系统等值阻抗最小,通过保护装 置的 短路电流为最大的运行方式。 最小运行方式—是指在上述同样短路情况下, 系统等值阻抗最大,通过保护装 置的 短路电流为最小的运行方式。 (1) S r ?T ——变压器的额定容量,kVA; (2)(2) U1r ?T ——变压器的高压侧额定电压,kV (3) U 2 r ?T ——变压器的低压侧额定电压,kV; (4) I1r ?T ——变压器的高压侧额定电流,A; (5) I 2 r ?T ——变压器的低压侧额定电流,A; (6)(6) u k
0 0

—— 变压器的短路电压(即阻抗电压) ;

(7) K rel ——可靠系数,用于过电流保护时,DL 型继电器取 1.2 和 GL 型继 电器取 1.3 ; 用于电流速断保护时, 型继电器取 1.3 和 GL 型继电器取 1.5.用于低 DL 压侧单相接地保护时(在变压器中性线上装设的)取 1.2,用于过负荷 保护时取 1.05~1.1,而微机保护的可靠系数大约为 1.05~1.2 注:继电保护整定可靠系数 K rel 的选取应考虑的因素 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 按照短路电流整定的无时限保护,应选用较小的系数。 按照与相邻保护的整定值配合整定的保护,应选用较小的系数。 保护动作速度较快时,应选用较大的系数。 不同原理或不同类型的保护之间整定配合时,应选用较大的系数。 运行中设备参数有变化或难以准确计算时,应选用较大的系数。 在短路计算中,当有零序互感时,因为难以精确计算,故应选用较大的 系数。 ⑦ 在整定计算中有误差因素时,应选用较大的系数。 (8) K jx ——接线系数,接于相电流时取 1,接于相电流差时取 3 。 (9) K r ——继电器返回系数,取 0.85(动作电流)
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注:返回系数 K r 是指返回量与动作量的比值。因此对于用于过量动作的继电器
K r <1;对于用于欠量动作的继电器 K r >1.

返回系数 K r 与继电器的类型有关。电磁型继电器的返回系数大约 为 0.85;而微机保护的返回系数大约为 0.9~0.95. (10) K gh ——过负荷保护系数,包括电动机自起动引起的过电流倍数,一般 取 2~3,当无自起动电动机时取 1.3~1.5;而微机保护的过负荷保护系 数(工业配电)取 3,民用配电取 1.5~2 (11) K T ——变压器的高、低压侧额定电压比(线电压)(12) K sen ——灵 。 敏系数 (13) nTA ——电流互感器变比(14) I op ——保护装置一次动作电流 (15) I op?k ——保护装置动作电流(16) I 2 k 2?min ——最小运行方式下,变压器

? 低压侧两相短路时流过高压侧(保护安装处)的稳态电流(17) I k?3?max ——三相

? 对称短路电流初始值(超瞬态短路电流) (18) I 2?k 3?max ——最大运行方式下,变

?k 压器低压侧三相短路时流过高压侧(保护安装处)的超瞬态电流(19) I1? 2?min —
—最小运行方式下,保护装置安装处两相短路时的超瞬态电流

4.2 涉及到的计算公式: 4.2.1 变压器的额定容量计算公式

Sr?T ? 3 *U1r?T * I1r?T
100 ? I 2 r?T uk 0 0

Sr?T ? 3 *U 2r?T * I 2r?T

4.2.2 变压器低压侧三相短路电流经验计算公式

I k??3?max ?

4.2.3 过电流保护整定值计算公式 保护装置的动作电流 I op?k : 应躲过可能出现的过负荷电流,其计算公式为

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I op?k ? K rel ? K jx ?

K gh ? I1r ?T K r ? nTA

保护装置的灵敏系数 K sen : 按电力系统最小运行方式下,低压侧两相短路时流过高压侧(保护安装处) 的短路电流校验,其校验公式为

K sen ?

I 2 k 2 ?min ? 1.5 I op

其中保护装置一次动作电流为 I op ,其计算公式为

I op

nTA ? I op?k ? K jx

保护装置的动作时限: 应与下一级保护动作时限相配合,一般取 0.5~0.7s 4.2.4 电流速断保护整定值计算公式 保护装置的动作电流 I op?k : 应躲过低压侧短路时,流过保护装置的最大短路电流,其计算公式为

I op?k ? K rel ? K jx ?
保护装置的灵敏系数 K sen :

? I 2?k 3?max nTA

按电力系统最小运行方式下,保护装置安装处两相短路电流校验,其校验公 式为

K sen ?

? I1?k 2 ?min ?2 I op

其中保护装置一次动作电流为 I op ,其计算公式为

I op ? I op?k ?
保护装置的动作时限:

nTA K jx

16

变压器电流速断保护装置动作时限分为 t=0s(速断跳闸)和 t=0.5s(延时速断跳闸)两种。 4.2.5 电力变压器低压侧短路时流过高压侧的最大一相电流值 (采用三相式保护) 计算 三相短路电流(A) 二相短路电流(A) 点 低 压 ? I k?3?max k 2?min 侧 短 路 时 的 实 际值 流 过 1 1 ?? ?? ? I k 3?max I 2k 2?min ? ? I k 2?min 高 压 I 2k 3?max ? KT KT 侧 (保 护 安 ( 变压器组别 Yyn0 ) ( 变压器组别 Yyn0 ) 装处) 2 1 ?? ?? ? I k 2?min ? I k 3?max I 2 k 2?min ? 的 折 I 2k 3?max ? KT 3 ? KT 算值 ( 变压器组别 Dyn11 ) ( 变压器组别 Dyn11 )

单相(接地)短路电流(A)

I

I k1?min

I 2k1?min ?

2 ? I k ?min 3K T
1 3 ? KT ? I k ?min

( 变压器组别 Yyn0 )
I 2k1?min ?

( 变压器组别 Dyn11 ) ————

?? I 2k 3?max ?

1 ?? ? I k 3?max I 2 k 2?min ? KT

( 变压器组别 Yd11 )

2 ? I k 2?min 3 ? KT

( 变压器组别 Yd11 ) 4.2.6 低压三相和二相短路电流的计算 序 物理量名称 号 1 三相对称短路电 流初始值(kA) ?? Ik3 ? 2 3

计算公式

说明 ※ U n —短路计算点所在 电网的标称电压(380V) ※ K p —峰值系数

c ?U n

3 ? ( R 2? ? X 2? )

三相对称开断电 ?? I ? Ik3 流(有效值) (kA) 对远离发电机端短路, b3 三相短路电流峰 ?? 值(kA) i p3 ? 2 ? K p ? I k 3

K p ? 1 ? e ?? ?R? / X ?

4 5

※ c —短路计算电压系 三相稳态短路电 ?? I ? Ik3 数,取平均值 1.05 流(有效值) (kA) 对远离发电机端短路, k 3 两相稳态短路电 对 远 离 发 电 机 端 短 路 , 流(有效值) (kA) I k 2 ? 0.866? I k 3
17

4.2.7 高压三相短路电流与短路容量的计算 序 号 1 物理量名称 三相对称短路 电 流 初 始 值 (kA) 计算公式 说明 ※ U n —短路计算点所在电网 的标称电压(kV)

?? Ik3 ?

Id X *?

2

3

三相对称开断 I 电流(有效值) 对远离发电机端短路, b3 (kA) 三相短路电流 ?? 峰值(kA) i p3 ? 2 ? K p ? I k 3

?? ? Ik3

※ K p —峰值系数

K p ? 1 ? e ?? ? R? / X ?
对高压电路:

4

5

6

三相稳态短路 ?? I ? Ik3 电流(有效值) 对远离发电机端短路, k 3 可 取 K p ? 1.8 , 则 (kA) 两相稳态短路 对 远 离 发 电 机 端 短 路 , i ?? p3 ? 2.55 ? I k 3 电流(有效值) I k 2 ? 0.866? I k 3 (kA) ※ I d —短路计算点基电流 对称短路容量 初始值(MVA) ?? ?? Sk 3 ? 3 ? c ?U n?I k 3

1 R? 远远小于 ? X ? , 3

4.3.整定计算如下: (进行如下约定选择)
(1)已知变压器参数为:SCB9-1000/10 变压器的短路电压(即阻抗电压) u k 10/0.4 kV
0 0

额定容量 S r?T =1250 kVA

?6
变比 100/5

接线组别 Dyn11 (2)高压电流互感器参数为:3 只 LZZJB12-10A 额定输出 20/15 VA 准确级 0.5/10P15 (3)微机保护装置 DMR201 (4) 过流继电器 GL-15/10 (5) 过流继电器 DL试概略计算过电流保护与电流速断保护整定值

解: (1)根据变压器额定容量可计算出低压侧额定电流

I 2 r ?T

S r ?T ? 3 *U 2r ?T * I 2r ?T
18

?

I 2 r ?T ?

Sr ?T 1250 kVA ? ? 18043 A . 3 ?U 2 r ?T 3 ? 0.4kV

(2)根据变压器额定容量可计算出高压侧额定电流 1r ?T

I

S r ?T ? 3 *U1r ?T * I1r ?T

?

I1r ?T ?

Sr ?T 1250 kVA ? ? 72.17A 3 ?U1r ?T 3 ?10kV

(3)计算变压器低压侧三相短路电流

?
? I k?3?max ? 100 ? I 2 r ?T 100 ? 1804 .3 ? ? 30.07 kA 0 6 uk 0

(4)计算变压器低压侧三相短路时流过高压侧的超瞬态电流的折算值

?
? I 2?k 3?max ? 1 1 ? ? I k?3?max ? ? 30.07kA ? 1202 8 A . 10kV KT 0.4kV
K jx ? 1
K r ? 0.95
K gh ? 3

(5)以微机保护装置 DMR201 为例,概略计算过电流保护与电流速断保护 整定值,其中参数取值如下:

K rel ? 1.05

4.3.1 计算过电流保护整定值 (a)计算过电流保护动作电流整定值(二次电流)

?
I op ? k ? K rel ? K jx ? K gh ? I1r ?T K r ? nTA ? 1.05 ? 1 ? 3 ? 72 .17 ? 11 .97 A 100 0.95 ? 5

(b)验算保护装置的灵敏系数 K sen
19

保护装置一次动作电流为

?

I op ? I op ?k ?

nTA K jx

100 ? 11.97 ? 5 ? 239.4 A 1

变压器组别为 Dyn11,对远离发电机端短路则

? I k 3 ? I k?3 , I
?

k2

? 0.866 ? I k 3

I 2 k 2?min ?

2 ? I k 2?min ? 3 ? KT

2 ? 0.866? I K 3 ? 3 ?K T

2 ? 0.86 3 ? KT

?

2 ? 0.866? 30070? 0.046189 0.866? 30070? 12028 A ? . 10kV 3? 0.4kV

验算灵敏系数

K sen ?

I 2 k 2?min 1202 8 A . ? ? 5.02> .5 1 I op 239.4 A

经验算 K sen 满足要求。 (c)保护装置的动作时限 应与下一级保护动作时限相配合,一般取 t=0.5~0.7s 4.3.2 计算电流速断保护整定值 (a)计算电流速断保护动作电流整定值(二次电流)

I op?k ? Krel ? K jx ?

? I 2?k 3?max 1202 8 . ? 1.05?1? ? 63.15A 100 nTA 5

(b)验算保护装置的灵敏系数 K sen 保护装置一次动作电流为

20

?

100 n I op ? I op ?k ? TA ? 63.15 ? 5 ? 1263A K jx 1

因上一级主变系统参数不能确定,故无法验算灵敏系数是否满足要求。 (c)保护装置的动作时限 取无动作时限 t=0s 注:上述概略(无准确的系统参数)计算出的过电流保护与电流速断保护 整定值要适当偏小取值 如:上述过电流保护整定值为 11.97A,可适当偏小取值为 9~11A; 保护装置的动作时限约为 0.6s 电流速断保护整定值为 63.15A, 可适当偏小取值为 55~60A; 保护装动作时限取 0s (6)以过流继电器以 GL 为例,概略计算过电流保护与电流速断保护 整定值,其中参数取值如下: 过流继电器 GL

Krel ? 1.3 (过电流保护)
K jx ? 1

Krel ? 1.5 (电流速断保护)
K gh ? 3

K r ? 0.85

计算方法同上(详解略去) 注: 电流速断保护瞬动电流倍数(电流速断保护装置动作电流与过电流保护装 置动作电流之比) ,取整数倍如:4 倍,6 倍等。

瞬动电流倍数?

速断I op?k 过流I op?k

21

参考文献:
[1] 刘介才 工厂供电简明设计手册 机械工业出版社 2004

[2] 李宗纲

工厂供电设计

吉林科技出版

1985

[3] 苏文成

工厂供电. 中国建筑工业出版社 1981

[4] 芮静康

工业与民用配电设计手册

中国水利水电出版社

2004

[5] 王荣潘

工厂供电设计与实验

天津大学出版社

2002

[6] 周乐挺

工厂供配电技术

高等教育出版社 2007

*其余资料及公式来自网络——百度文库及搜狐网 特别鸣谢:赵克刚老师,对我们课程作业的指导及答疑解惑

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