10kV变电站继电保护设计—课程设计论文

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1、110/10kV变电站继电保护课程设计姓 名： 学 号： 系 部： 专业班级： 指导教师： 完成日期： 目 录1 设计目的- 1 -2 设计内容- 1 -2.1 继电保护的分类- 1 -2.2 继电保护的基本要求- 1 -2.3 设计方案的要求- 2 -3 设计步骤- 2 -3.1 电力变压器故障及不正常运行状态- 2 -3.2 电力变压器继电保护的配置原则- 2 -3.3 设计选用的继电保护装置- 3 -3.3.1 变压器的差动保护- 3 -3.3.2 变压器的瓦斯保护- 5 -3.3.3 变压器的后备过电流流保护- 7 -3.3.4 变压器的过负荷保护- 9 -3.3.5 变压器的零序电流

2、保护- 9 -3.3.6 变压器的温度保护- 10 -4 各保护装置的整定计算- 11 -4.1变压器纵差保护整定计算及其校验- 11 -4.1.1 差动继电器的选型- 11 -4.1.2 纵差动保护的整定计算- 12 -4.1.3 纵差动保护灵敏系数的校验- 13 -4.2 变压器过电流保护的整定计算- 14 -4.2.1 DL-21CE型电流继电器- 14 -4.2.2 过电流保护整定原则- 14 -4.2.3 过电流保护整定的动作时限- 15 -4.2.4 保护装置的灵敏校验- 15 -4.2.5 过电流保护整定计算- 16 -4.3 过负荷保护的整定计算- 17 -4.3.1 DX-8

3、E型信号继电器- 17 -4.3.2 过负荷保护整定计算- 17 -4.4 变压器一次侧零序过电流保护的整定计算- 18 -4.4.1 DS-26E型时间继电器- 18 -4.4.2 零序电流的整定计算- 19 -5 心得体会- 21 -谢 辞- 22 -参考文献- 23 -110kV变电站继电保护课程设计1 设计目的 课程设计是本课程的重要实践环节，通过设计、使学生掌握电力系统继电保护的方案设计、保护配置、整定计算、资料整理查询和电气绘图等方法，安排在理论教学结束后进行。做好课程设计，对巩固所学知识，提高实际工作能力具有重要作用。通过本课程设计，使学生掌握电力系统继电保护的设计内容、步骤、方

4、法，熟悉常见电气保护设备，提高学生编写技术文件的能力，锻炼学生独立思考、运用所学知识分析和解决生产实际问题的能力。2 设计内容2.1 继电保护的分类（1）按被保护的对象分类：输电线路保护、发电机保护、变压器保护、电动机保护、母线保护等；（2）按保护原理分类：电流保护、电压保护、距离保护、差动保护、方向保护、零序保护等；（3）按保护所反应故障类型分类：相间短路保护、接地故障保护、匝间短路保护、断线保护、失步保护、失磁保护及过励磁保护等；（4） 按继电保护装置的实现技术分类：机电型保护（如电磁型保护和感应型保护）、整流型保护、晶体管型保护、集成电路型保护及微机型保护等；（5）按保护所起的作用分类：

5、主保护、后备保护、辅助保护等；主保护 ：满足系统稳定和设备安全要求，能以最快速度有选择地切除被保护设 备和线路故障的保护； 后备保护：主保护或断路器拒动时用来切除故障的保护。又分为远后备保护和近后备保护两种；远后备保护：当主保护或断路器拒动时，由相邻电力设备或线路的保护来实现的后备保护；近后备保护：当主保护拒动时，由本电力设备或线路的另一套保护来实现后备的保护；当断路器拒动时，由断路器失灵保护来实现后备保护；辅助保护：为补充主保护和后备保护的性能或当主保护和后备保护退出运行而增设的简单保护。2.2 继电保护的基本要求继电保护技术上一般应满足可靠性、选择性、速动性、灵敏性四个基本要求。(1)可靠

6、性;要求保护装置动作可靠，既不误动也不拒动。宜选择最简单的保护方式，应采用由可靠的元件和尽可能简单的回路构成的性能良好的装置，便于检测调试、整定和维护。(2)选择性;首先由故障设备或线路本身的保护（本级保护）切除故障。当本级保护拒动时，才允许由相邻元件保护（上一级保护）切除故障。为保证选择性，相邻元件的动作电流和动作时间应相互配合。(3)速动性; 保护装置应尽快地切除故障，以提高系统稳定性、减轻故障设备或线路的损坏程度、缩小故障波及范围。(4)灵敏性;在设备或线路保护区内发生故障时，保护装置反应故障能力，保护装置应具有必要的灵敏系数。各类短路保护的灵敏系数应不小于GB50062-1992电力装

7、置的继电保护和自动装置设计规范的要求。2.3 设计方案的要求 根据所给变电站的基本数据（如表2-1），并结合一次回路的数据，选择相应的继电保护装置。表2-1 变电站基本数据序号容量（MVA）电压等级(kV)负荷类型负荷功率因数3250110/10二类0.6，三类0.4COS=0.8给出各保护装置的控制回路图、保护回路图、测量回路图、信号回路图，了解各回路图的工作原理，结合一次回路数据对各保护装置进行整定计算。3 设计步骤3.1 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

8、容量电力变压器的造价也是十分昂贵。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。变压器的内部故障可分为油箱内故障和油箱外故障两类，油箱内故障主要包括绕组的相间短路、匝间短路、接地短路及经铁芯烧毁等。变压器油箱内的故障十分危险，由于变压器内充满了变压器油，故障时的短路电流使变压器油急剧的分解气化，可能产生大量的可燃性气体（瓦斯），很容易引起油箱爆炸。油箱外故障主要是套管和引出线上发生的相间短路和接地短路。电力变压器不正常和运行状态主要有外部相间短路、接地短路引起的相间过电流和零序过电流，负荷超过其额定容量引起的过负荷、油箱漏油引

9、起的油面降低，以及过电压、过砺磁等。3.2 电力变压器继电保护的配置原则针对电力变压器的故障类型及不正常运行状态，应对变压器装设相应的继电保护装置，其任务就是反映上述故障或异常运行状态，并通过 断路器切除故障变压器，或发出信号告知运行 人员采取措施消除异常运行状态。同时，变压器 保护还应能作相邻电气元件的后备保护。故根据 DL4001991继电保护和安全自动装置技术规程的规定，电力变压器应装设如下保护。(1)瓦斯保护 为反映变压器油箱内部各种短路故障和油面降低，对于0.8 MV.A及以上的油浸式变压器和0.4 MV.A及以上的车间内油浸式变压器均应装设瓦斯保护。(2) 纵联差动保护或电流速断保

10、护 为反映电力变压器引出线、套管及内部短路 故障。对于6.3 MV.A以下厂用工作变压器和并列 运行的变压器，以及10MV.A以下厂用备用变压器 和单独运行的变压器，当后备保护时限大于0.5s 时，应装设电流速断保护。对于6.3 MV.A及以上的厂用工作变压器和并列运行的变压器，10MVA及以上厂用备用变压器和单独运行的变压器，以及2 MV.A及以上用电流速断保护灵敏性不满足要求的变压器，应装设纵联差动保护(以下简称差动保护)。对高压侧电压为330kV及以上的变压器，可装设双重差动保护。对于发电机变压器组，当发电机与变压器之间有断路器时，发电机装设单独的差动保护。当发电机与变压器之间没有断路器

11、时，100MW及以下发电机与变压器组共用差动保护；100MW以上发电机，除发电机变压器组共用差动保护外，发电机还应单独装设差动保护；对200300MW的发电机变压器组亦可在变压器上增设单独的差动保护，即采用双重快速保护。(3) 过电流保护 为反映外部相间短路引起的过电流并作为瓦斯保护和差动保护(或电流速断保护)的后备，应采用下列保护。过电流保护，一般用于降压变压器。复合电压起动的过电流保护，一般用于升压变压器及过电流保护灵敏性不满足要求的降压变压器。负序电流及单相式低电压起动的过电流保护，一般用于63MVA及以上大容量升压变压器和系统联络变压器。阻抗保护，对于升压变压器和系统联络变压器，当采用

12、第的保护不能满足灵敏性和选择性要求时，可采用阻抗保护。(4) 零序电流保护 为变压器外部接地短路时零序电流设的保护。(5) 过负荷保护 为反映变压器对称过负荷引起的过电流。对于400kV.A及以上的变压器，当数台并列运行或 单独运行并作为其他符合的备用电源时，应根据过负荷的情况装设过负荷保护。(6) 过励磁保护 为反映变压器的过励磁引起的过电流。对于高压侧为500kV的变压器的额定磁密近于饱和密度，频率降低或电压升高时容易引起变压器过励磁，导致铁心饱和，励磁电流剧增，铁心温度上升，严重过热会使变压器绝缘劣化，寿命降低，最终造成变压器损坏，故需装设过励磁保护。(7) 其他保护对变压器温度及油箱内

13、压力升高和冷却系统故障，应按现行变压器标准的要求，装设可作用于信号或动作于跳闸的保护，如温度保护等。3.3 设计选用的继电保护装置3.3.1 变压器的差动保护变压器的纵联差动保护用来反映变压器绕组、引出线及套管上的各种短路保护故障，是变压器的主保护。原理接线图如图3-1所示图3-1 变压器差动保护单相原理接线图纵联差动保护是按比较被保护的变压器两侧电流的大小和相位的原理实现的。为了实现这种比较，在变压器两侧各装设一组电流互感TA1、TA2，其二次侧按环流法连接，即若变压器两端的电流互感器一次侧的正极性端子均置于靠近母线的一侧，则将它们二次侧的同极性端子相连接，再将差动继电器的线圈按环流法接入，

14、构成纵联差动保护。变压器的纵差保护与输电线的纵联差动相似，工作原理相同，但由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不同，为了保证变压器纵差保护的正常运行，必须选择好适应变压器两侧电流互感器的变比和接线方式，保证变压器在正常运行和外部短路时两侧的二次电流不同。其保护范围为两侧电流互感TA1、TA2之间的全部区域，包括变压器的高、低压绕组、套管及引出线等。从3-1可见，正常运行和外部短路时，流过差动继电器的电流为Ir=I1+I2，在理想的情况下，其值等于零。但实际上由于电流互感器特性、变比等因素，流过继电器的电流为不平稳电流。变压器内部故障时，流入差动继电器的电流为Ir=I1+I2，即为短路点的短路电流

15、。当该电流大于KD的动作电流时，KD动作。由于变压器各侧额定电压和额定电流不同，因此，为了保护其纵联差动保护正确动作，必须适当选择各侧电流互感器的变比，使得正常运行和外部短路时，差动回路内没有电流。如图1中，应使 (3-1)式3-1中nTA1高压侧电流互感器的变比； nTA2低压侧电流互感器的变比。式（3-1）说明，要实现双绕组变压器的纵联差动保护，必须适当选择两侧电流互感器的变比。因此，在变压器纵联差动保护中，要实现两侧电流的正确比较，必须先考虑变压器变比的影响。实际上，由于电流互感器的误差、变压器的接线方式及励磁涌流等因素的影响，即使满足式（3-1）条件，差动回路中仍回流过一定的不平衡电流

16、Iunb, Iunb越大，差动继电器的动作电流也越大，差动保护灵敏度就越低。因此，要提高变压器纵联差动保护的灵敏度，关键问题是减小或消除不平衡电流的影响。励磁涌流就是变压器空载合闸时的暂态励磁电流。由于在稳态工作时，变压器铁心中的磁通应滞后于外加电压900。所以，如果空载合闸正好在电压瞬间值u=0的瞬间接通，则铁心中就具有一个相应的磁通-max,而铁心中的磁通又是不能突变的，所以在合闸时必将出现一个+max磁通分量。此分量的磁通将按指数规律自由衰减，故称为非周期性的磁通分量。如果这个非周期性的磁通分量的衰减比较慢，那么，在最严重的情况下，经过半个周期后，它与稳态磁通相叠加的结果，将使铁心中的总

17、磁通达到2max的数值，如果铁心中还有方向相同的剩余磁通res，则总磁通将为2max +res。此时由于铁心高度饱和，使励磁电流剧烈增加，从而形成的励磁涌流。该图中与max对应的为变压器的额定电流的最大值I，与2max +res对应的则为励磁涌流的最大值。随着铁心中非周期磁通的不断衰减，励磁电流也逐渐衰减至稳态值。以上分析是在电压瞬时值u=0时合闸的情况。当然，当变压器在电压瞬时值为最大的瞬间合闸时，因对应的稳态磁通等于零，故不会出现励磁涌流，合闸后变压器将立即进入稳态工作。但是，对于三相式变压器，因三相电压相位差1200，空载合闸时出现励磁涌流是不可避免的。根据以上分析可以看出，励磁涌流的大

18、小与合闸瞬间电压的相位、变压器容量的大小、铁心中剩磁的大小和方向及铁心的特性等因素有关。而励磁涌流的衰减速度则随铁心的饱和程度及导磁性能的不同而变化。由于变压器的励磁电流只流经它的电源侧，故造成变压器两侧电流不平衡，从而在差动回路中产生不平衡电流。在正常运行时，此励磁电流很小，一般不超过变压器额定电流的3%5%。外部故障时，由于电压降低，励磁电流也相应减小，其影响就更小。因此由于正常励磁电流引起的不平衡电流不大，可以忽略不计。但是，当变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时，可能出现很大的励磁涌流，其值可以达到变压器额定电流的68倍。因此，励磁涌流将在差动回路中产生很大的不平衡电流，可能导致保

19、护的误动作。差动保护是一切电气主设备的主保护，它以其灵敏度高，选择性好，实现简单而广泛地应用在发电机、电抗器、电动机和母线等主设备上。鉴于差动保护在以上设备中应用的成功，以及过去技术水平的限制，人们别无选择地在变压器保 护上同样采用差动保护作为主保护。它不但能 正确区分区内外故障，而且不需要与其他元件配合，可以无延时地切除区内各种故障，具有独特的优点。 3.3.2 变压器的瓦斯保护如果变压器内部发生严重漏油或匝间短路、铁心局部烧损、线圈断线、绝缘劣化和油面下降等故障时，往往差动保护及其他保护均不能动作，而瓦斯保护却能动作。因此，瓦斯保护是变压器油箱内部故障最有效的一种主保护。瓦斯保护主要由气体

20、继电器来实现，安装在变压器油箱与油枕之间的连接导油管中。气体继 电器有两个输出触点：一个反映变压器内部不正常情况或轻微故障的“轻瓦斯”；另一个反映变压器严重故障的“重瓦斯”。轻瓦斯动作于信号，使运行人员能够迅速发现故障并及时处理；重瓦斯动作于跳开变压器各侧断路器。瓦斯保护 动作后，应从气体继电器上部排气口收集气体，进行分析。根据气体的数量、颜色、化学成分和可燃性等，判断保护的原因和故障性质瓦斯继电器只能反映变压器内部的故障，包括漏油、漏气、油内有气、匝间故障、绕组相间短路等。而对变压器外部端子上的故障情况则无法反映。因此，除设置瓦斯保护外，还要设置过电流，差动等保护。常用的瓦斯继电器有两种：一

21、是浮子式；二是挡板式。挡板式瓦斯继电器是将浮子式的下浮子改为挡板结构。两者的区别是，挡板式的挡板结构不随油面下降而动作，而是在油的流速达到0.61.0m/s时才动作，所以挡板式瓦斯继电器遇到油面下降或严重缺油时，不会造成重瓦斯误动跳闸。瓦斯继电器收集气体判别故障,瓦斯继电器动作后，如果不能明确判别是不是变压器内部故障所致，就应立即收集瓦斯继电器内聚积的气体，通过鉴别气体的性质，做进一步判别。3.3.2.1 瓦斯保护的原理及接线瓦斯保护的原理接线如图3-2所示。气体继电器的轻瓦斯触点由开口杯控制，构成轻瓦斯保护，其动作后发出警报信号，重瓦斯触点由挡板控制，构成重瓦斯保护，其动作或经信号发生器启动

22、出口中间继电器，两端触点分别使断路器1QF、2QF跳闸，从而切断故障电流。为了防止变压器内严重故障时因油速不稳定，造成重瓦斯触点时通时断的不可靠动作，必须选用带自保持电流线圈的出口中间继电器。在保护动作后，借助于断路器的辅助触点1QF1和2QF1来接触出口回路的自保持。在变压器加油或换油后及气体继电器试验时，为了防止重瓦斯误动作，可以利用切片，使重瓦斯暂时改接到信号位置，只发信号。瓦斯保护具有灵敏度高，动作迅速，接线简单等优点。但由于瓦斯保护不能单独作为变压器的主保护，所以通常是将瓦斯保护与纵联差动保护配合作为变压器的主保护。 图3-2 变压器瓦斯保护原理接线图3.3.2.2 气体继电器构成和

23、动作原理 瓦斯保护是利用安装在变压器油箱与油枕之间的连接管道中的气体继电器构成的，如图3-3所示。为了不妨碍气体的流动，在安装具有气体继电器的变压器时，变压器顶盖与水平面应具有1%1.5%的坡度，通往气体继电器的连接管具有2%4%的坡度，安装油枕一侧方向向上倾斜。这样，当变压器发生内部故障时，可使气流容易进入油枕，并能防止气泡积聚在变压器的顶盖内。在瓦斯保护继电器内，上部是一个密封的浮筒，下部是一块金属档板,两者都装有密封的水银接点。浮筒和档板可以围绕各自的轴旋转。在正常运行时，继电器内充满油，浮筒浸在油内，处于上浮位置，水银接点断开；档板则由于本身重量而下垂，其水银接点也是断开的。当变压器内

24、部发生轻微故障时，气体产生的速度较缓慢，气体上升至储油柜途中首先积存于瓦斯继电器的上部空间，使油面下降，浮筒随之下降而使水银接点闭合，接通延时信号，这就是所谓的“轻瓦斯”；当变压器内部发生严重故障时，则产生强烈的瓦斯气体，油箱内压力瞬时突增，产生很大的油流向油枕方向冲击，因油流冲击档板，档板克服弹簧的阻力，带动磁铁向干簧触点方向移动，使水银触点闭合，接通跳闸回路，使断路器跳闸，这就是所谓的“重瓦斯”。重瓦斯动作，立即切断与变压器连接的所有电源，从而避免事故扩大，起到保护变压器的作用。瓦斯继电器有浮筒式、档板式、开口杯式等不同型号。目前大多采用QJ-80型继电器，其信号回路接上开口杯，跳闸回路接

25、下档板。所谓瓦斯保护信号动作，即指因各种原因造成继电器内上开口杯的信号回路接点闭合，光字牌灯亮。QJ180型气体继电器分轻瓦斯和重瓦斯两部分。轻瓦斯部分主要是由开口杯、固定在开口杯上的永磁铁、干簧触点构成的。重瓦斯部分主要有挡板、固定在挡板的磁铁、重瓦斯干簧触点及流速整定螺杆构成。 图3-3 瓦斯继电器在变压器上的安装示意图 1-变压器油箱 2-联通管 3-瓦斯继电器 4-油枕瓦斯保护的主要优点是动作迅速，灵敏度高，安装接线简单且能反映油箱内发生的各种故障。缺点是不能反映油箱以外的套管以及引出线等部位发生的故障。故不能作为变压器唯一的主保护，需与差动保护配合共同作为变压器主保护3.3.3 变压

26、器的后备过电流流保护变压器后备保护作为变压器自身的近后备和各侧母线及线路的远后备。双绕组变压器，后备保护应装在主电源侧，根据主接线情况，保护可带一段或两段时限，以较短的时限缩小故障影响范围，跳母联或分段断路器；较长的时限断开变压器各侧的断路器。过电流保护为电力变压器相间短路的后备保护, 当流过被保护元件中的电流超过预先整定的某个数值时，保护装置启动，并用时限保证动作的选择性，使断路器跳闸或给出报警信号，这种继电保护称为过电流保护。该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3-4所示。图3-4 变压器过电流保护单相原理接地图定时限过电流保护作为下级线路主保护拒动和断路器拒动时的远后

27、备保护，同时作为本线路主保护拒动时的近后备保护，也作为过负荷时的保护，一般采用过电流保护。过电流保护通常是指其启动电流按照躲开最大负荷电流来整定的保护，当电流的幅值超过最大负荷电流值时启动。过电流保护有两种：一种是保护启动后出口动作时间是固定的整定时间，称为定时限过电流保护；另一种是出口动作时间与过电流的倍数相关，电流越大，出口动作越快，称为反时限过电流保护。过电流保护在正常运行时不启动，而在电网发生故障时，则能反应与电流的增大而动作。在一般情况下，它不仅能够保护本线路的全长，而且保护相邻线路的全长，可以起到远后备保护的作用。定时限过电流保护由电流继电器1KA与2KA、时间继电器KT和信号继电

28、器KS组成。其中，1KA、2KA是测量元件，用来判断通过线路电流是否超过预设值；KT为延时元件，它以适当的延时来保证装置动作有选择性；KS用来发出保护动作的信号。图3-5为定时限过电流保护的原理图和展开图。 图3-5 定时限过电流保护的原理图和展开图（a） 原理图 （b）展开图正常情况下，断路器QF闭合，保持正常供电，线路中流过正常电流，此时电流继电器不会启动。当线路发生相间短路故障时，线路中流过的电流迅速增加，使电流继电器KA瞬时动作，启动时间继电器KT，经过延时，KT延时触点闭合，使串联的信号继电器（电流型）KS和中间继电器KM动作，KS触点闭合接通报警线路，KM触点闭合，接通跳闸线圈YR

29、回路，使断路器QF跳闸，切除短路故障。在短路故障切除后，继电保护装置除KS外的其他所有继电器都自动返回起始状态，而KS需手动复位。3.3.4 变压器的过负荷保护在大多数情况下，变压器过负荷是三相对称的，故保护装置只采用一只电流继电器接于一相上，并经一定延时动作于信号。双绕组变压器，过负荷保护应装在主电源侧。单侧电源三绕组降压变压器，若三侧绕组容量相同，过负荷保护装 在电源侧；若三侧绕组容量不相同，则只有电源 侧和绕组容量较小的一侧装设过负荷保护。两侧电源的三绕组降压变压器或联络变压器，三侧均装设过负荷保护。一侧无电源的三绕组升压变压器，过负荷保护应装于发电机侧和无电源侧；当三侧都有电源时，各侧

30、均装设过负荷保护。变压器的过负荷保护原理如图3-6图3-6 变压器的过负荷保护原理图运行中的变压器如果过负荷，可能出现电流指示超过额定值，有功、无功功率表指示增大，或出现变压器“过负荷”信号、“温度高”信号和音响报警等信号。值班人员发现上述异常现象或信号，应按下述原则处理：(1)恢复警报，汇报班长、值长，并作好记录。(2)及时调整变压器的运行方式，若有备用变压器，应立即投入。(3)及时调整负荷的分配，与用户协商转移负荷。(4)如属正常过负荷，要可根据正常过负荷的倍数确定允许时间，若超过时间，应立即减小负荷；同时，要加强对变压器温度的监视，不得超过允许温度值。(5)如属事故过负荷，则过负荷的允许

31、倍数和时间，应据制造厂规定执行。(6)对变压器及有关系统进行全面检查，若发现异常，应立即汇报领导并进行处理。3.3.5 变压器的零序电流保护中性点直接接地运行的变压器毫无例外地都采用零序过电流保护作为变压器接地后备保护。零序过电流保护通常采用两段式。零序电流保护段与相邻元件零序电流保护段相配合；零序电流；零序电流保护段与相邻元件零序电流保护后备段(注意，不是段)相配合。与三绕组变压器相间后备保护类似，零序电流保护在配置要考虑缩小故障影响范围的问题。根据需要，每段零序电流保护可设两个时限，并以较短的时限动作于缩小故障影响范围，以较长的时限断开变压器各侧断路器。图3-7所示的为双绕组变压器零序过电

32、流保护的原理接线和保护逻辑电路。零序过电流取自变压器中性点电流互感器的二次侧。由于是双母线运行，在另一条母线故障时，零序电流保护应该跳开母线断路器QF，是变压器能够继续运行。所以零序电流保护段和段均采用两个时限，短时限t1、t3跳开母联断路器QF，长时限t2、t4跳开变压器两侧断路器。 图3-7零序过电流保护的原理接线和保护逻辑电路3.3.6 变压器的温度保护当变压器的冷却系统发生故障或发生外部短路和过负荷时，变压器的油温将升高。变压器的油温越高，油的劣化速度越快，使用年限减少。当油温达115150时劣化更明显，以致不能使用。油温越高将促使变压器绕组绝缘加速老化影香其寿命。因此，变压器运行规程

33、规定：上层油温最高允许值为95，正常情况下不应超过85，所以运行中对变压器的上层油温要进行监视。凡是容量在1000kVA及以上的油侵式变压器均要装设温度保护，监视上层油温的情况；对于变电所，凡是容量在315kVA及以上的变压器，通常都要装设温度保护；对于少数用户变电站，凡是容量在800kVA左右的变压器，都应装设温度保护，但温度保护只作用于信号。温度继电器的工作原理：当变压器油温升高时，受热元件发热升高使连接管中的液体膨胀，温度计中的压力增大，可动指针向指示温度升高的方向转动。当可动指针与事先定位的黄色指针接触时，发出预告信号并开启变压器冷却风扇。如经强风冷后变压器的油温降低，则可动指针逆时针

34、转动，信号和电风扇工作停止；反之，如变压器油温继续升高，可动指针顺时针转动到与红色定位指针接触，这是未避免事故发生而接通短路器跳闸线圈回路，使短路器跳闸，切除变压器，并发出声响灯光信号。温度继电器的结构：变压器油温的监视采用温度继电器K，它由变压器生产厂成套提供。它是一种非电量继电器。常用的电触头压力式温度继电器的结构图，它由受热元件、温度计及附件组成，是按流体压力原理工作的。温度计是一只灵敏的流体压力表，他有一支可动指针和两支定位指针分别为黄色和红色。铜质连接管内充有乙醚液体或氯甲烷、丙酮等,受热元件插在变压器油箱定盖的温度测孔内。4 各保护装置的整定计算4.1变压器纵差保护整定计算及其校验

35、4.1.1 差动继电器的选型所选用的差动继电器的型号为BCH-2E型，其参数如下所示：(1)额定值（输入激励量）交流频率为50Hz；交流额定电流为5A。(2)动作值无直流分量时，继电器的动作安匝AW0=604。(3)电流整定有效范围当继电器用于保护三绕组电力变压器时，其动作电流可在3-12A的范围内进行整定（AW0=60）。当用于保护两绕组电力变压器或交流发电机时，其动作电流可以在1.55-12A的范围内进行整定。(4)动作特性继电器直流助磁特性e=f(k)可以用改变短路绕组匝数的方法进行分阶调整。当K=0.4时，所有e值均应小于2.5；当K=0.6时，e值应不低于下表4-1的规定表4-1 不

36、同分接头的直流助磁特性短路绕组A-AB-BCCD-De1.6-0.133-0.245-0.47-0.56(5)可靠系数 五倍动作电流时的可靠系数不小于1.35； 二倍动作电流时的可靠系数不小于1.2。(6)动作时间 三倍动作电流时，继电器的动作时间不大于35ms。(7)功率消耗 工作绕组和一个平衡绕组全部串联接入，当在保护区内发生故障，且电流等于5A时，继电器的单相功率消耗不超过16vA。(8)触电断开容量 220V/1A/50W(9)介质强度 2kV/50Hz/1min(10)绝缘电阻不小于300M（在交变湿热条件下不小于4M）。(11)重量约为4kg。4.1.2 纵差动保护的整定计算（1）

37、选出电流互感器变比，求出电流互感器二次额定电流，计算结果如表4-2所示表4-2 计算结果列表参数变压器高压侧计算数值变压器低压侧计算数值额定电压（kV）一次侧额定电流（kA）电流互感器接线方式选用电流互感器变比电流互感器二次额定电流（A）1100.704D1500/52.3106.275Y6000/55.0从上表中可以看出，所以选择较大者10kV侧为基本侧。计算变压器差动保护的动作电流，并将其归算到基本侧。 （2）确定保护装置的一次动作电流。(1) 躲过变压器的励磁电流为： (4-1)式中 Krel：可靠系数，查阅工程手册选用1.3。(2) 外部短路故障时的最大不平衡电流： (4-2)式中 ：

38、电流互感器同型系数，取为1；：由变压器调压引起的误差，取为0.05；：平衡线圈实际匝数与计算匝数不同引起的误差，取为0.05；：外部短路流过基本侧的最大短路电流，一次小组给的电流值为71.388kA。躲过外部短路故障时的最大不平衡电流为： (4-3)式中 ：可靠系数，取为1.3。(3) 躲过电流互感器二次回路断线时变压器的最大负荷电流(用代替) (4-4)式中 ：变压器的最大负荷电流，在最大负荷电流不确定时，可取变压器的额定电流；：可靠系数，查阅工程手册选用1.3。综上所述，选取10kV侧一次动作电流（3）确定继电器基本侧线圈匝数及各线圈接法110kV和10kV侧电流互感器分别接平衡线圈。(1

39、)基本侧继电器动作电流为： (4-5)式中 Kw：三相对称情况下电流互感器的接线系数，星形接线时为=1，三角形接线时； Ki：电流互感器的变比。(2)基本侧差动线圈计算匝数为： 匝 (4-6)故选择继电器实际整定匝数为Wd.c=4匝，其中取差动线圈匝数Wd为3匝,平衡绕组线圈匝数Weq1为1匝。(3)继电器实际动作电流： (4-7) (4)确定330kV侧平衡线圈2的匝数为： 匝 (4-8)故确定平衡线圈2的实用匝数为：匝 (5)计算由实用线圈与计算匝数不等引起的相对误差为： (4-9)所以动作电流满足要求。4.1.3 纵差动保护灵敏系数的校验纵差动保护的灵敏系数校验式为 (4-10)式中 I

40、k.min.r：各种运行方式下变压器区内端部故障时，流动差动继电器的最小差动电流； K2N：基本侧电流互感器变比。4.2 变压器过电流保护的整定计算4.2.1 DL-21CE型电流继电器DL-20CE系列电流继电器用于电机、变压器及输电线路的过负荷与短路保护线路中，作为起动元件。（1）DL-21CE型电流继电器有一个动合触点，动作于过电流。（2）动作值极限误差为6%。（3）动作时间1.1倍实测动作值时不大于0.12s；2倍实测动作值时不大于0.04s。（4）动作一致性不大于5%。（5）环境温度引起的变差不大于5%。（6）过载能力 电流继电器测定最大整定值和最小整定值两点，测最小整定值时，继电器

41、线圈串联；测最大整定值时，继电器线圈并联，输入电流分别从最小和最大整定值上升到表4所列的相应试验电流，经5次试验，继电器的动合触点不应有不能工作的抖动，取出输入电流时不应有不返回现象，每次试验时间不大于5s。附加电阻表面温度不超过150。（7）绝缘电阻不小于300 M。（8）介质强度为2kV/50Hz/1min。（9）动作可靠性a.当对线圈突然施加整定值的1.75倍激励量时，继电器的动合触点应无抖动地闭合；b.当无外来的碰撞和振动，继电器的整定值在刻度盘的中值时，过电流继电器激励量为整定值的0.6倍时，继电器的动断触点应可靠闭合，动合触点应可靠断开。c.在动作值或返回值下，继电器动作过程中的可

42、动系统不应当停滞在中间位置。4.2.2 过电流保护整定原则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41 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来整定，即 (4-11)式中： Krel可靠系数，一般采用1.21.3；Kre返回系数，一般采用0.85；Il.max 变压器的最大负荷电流。可靠系数Krel的引入可按其字面意思理解就可以了，一般电流保护按一定的原则计算，再乘以一定的可靠系数防止保护在计算值边缘时误动，可靠系数大小的选取一般都是经验值，没有很严格的规定，大多都是1.2或1.3左右,计算准确可靠的就选小点，估算成分或不确定因素比较多的就选大点。公式

43、中引入返回系数Krs的意义在于：可提高可靠性和灵敏度。因为当在最大负荷时若出现瞬时故障（时间小于保护装置的动作时限），电流达到了整定值，继电器动作。在这种情况下若考虑到了返回系数，则当瞬时故障消失后继电器会可靠返回而不至于跳闸；若不考虑返回系数，则继电器会由最大负荷电流的存在而不能反回，导致跳闸。Il.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 (4-12)式中：m并列运行的变压器的台数；IN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 (4-13)式中KSS自起动系

44、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610kV侧，低压KSS=1.52.5；中压35kV侧，KSS=1.52.0。4.2.3 过电流保护整定的动作时限 动作时限由变压器供电的线路保护装置的最大时限大一时限阶段，一般取0.5s0.7s，这里取0.5s(当过电流保护的动作时限大于0.5s时，增设电流速断保护。4.2.4 保护装置的灵敏校验 (4-14) 式中Imin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Ksen=1.5-2.0；在后备保护范围末端短路时，要求 保护装置的动作时限应与下一级过

45、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 t。4.2.5 过电流保护整定计算保护的启动电流按照躲过变压器可能出现的最大负荷电流来整定，即 (4-15)考虑切除一台变压器后产生的过负荷，各台变压器容量相同时计算式为 (4-16)又因为 (4-17)所以 (4-18) (4-19)对降压变压器，应考虑负荷中电动机起动时的最大电流，即 (4-20)应选 (4-21)应选Iop=17.719kA10kV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为61.8238kA (4-22)故选用的保护装置满足要求 4.3 过负荷保护的整定计算4.3.1 DX-8E型信号

46、继电器DX-8E型信号继电器用于直流操作的保护和自动控制装置中，作为实现机械保持手动复归的动作指示器。（1）动作值电压型不大于70%额定电压；电流型不大于90%额定电流。（2）动作时间电压型继电器施加额定电压，电流型继电器施加120%额定电流时，继电器的动作时间不大于30ms。（3）触点的断开容量DC 250V/2A/50WAC 250V/2A/200VA（4）触点的长期允许闭合电流为2A。（5）功率消耗电压型不大于3W，电流型不大于0.3W。（6）触点形式为三副动合触点。（7）电寿命为103次。（8）机械寿命为104次。（9）介质强度2kV/50Hz/1min(10)重量约为0.4kg。4.

47、3.2 过负荷保护整定计算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。根据变压器各侧绕组及自耦变压器的公共绕组可能出现过负荷情况，应装设过负荷保护。大型变压器的过负荷，通常是对称过负荷，故过负荷保护只接一相电流。过负

48、荷保护的动作电流应按躲过绕组的额定电流整定，按下式计算 (4-23)式中：Krel可靠系数，采用1.05；Kr返回系数，0.850.95；IN被保护绕组的额定电流。过负荷保护动作于信号。保护的动作时间应与变压器允许的过负荷时间相配合，同时应大于相间故障后备保护的最大动作时间(通常可大2个时间阶段)。4.4 变压器一次侧零序过电流保护的整定计算4.4.1 DS-26E型时间继电器DS-20系列时间继电器作为辅助元件用于各种保护盒和动控制线路中，使被控制元件的动作可得到调节的延时。（1）时间整定范围1.2-5s，额定电压220V。（2）触点形式一副瞬时转换触点、一副滑动动合触点和一副终止动合主触点

49、。（3）动作值和返回值在基准条件下，继电器的可靠动作电压，对于DS-26E不大于85%额定电压。继电器的可靠返回电压不小于5%额定电压。（4）整定误差在基准条件下，继电器延时主触点整定误差1.05。（5）延时一致性在基准条件下，继电器延时主触点延时一致性见下表。 表4-3 时间继电器延时整定时间/s延时一致性/s1.5510200.070.160.260.5（6）温度变化对性能的影响环境温度为标称范围极限值时，继电器应可靠动作，且应满足以下要求:a.任一延时整定点的变差，对于前两点刻度整定值，应不超过最大延时整定值的5%（可换算成绝对值），其余各点刻度整定值，应不超过最大延时整定值的10%（可

50、换算成绝对值）；b.此时继电器的动作电压，直流继电器不大于80%额定电压，交流继电器不大于95%额定电压；c.继电器的延时一致性不大于上表规定值的1.5倍。（7）功率消耗在额定电压下，继电器的功率消耗为35VA。（8）绝缘电阻不小于300M。（9）介质强度2kV/50Hz/1min（10）冲击电压为5kV.（11）触点断开容量DC 250V/1A/50WAC 250V/1A/250VA（12）继电器延时主触点长期允许接通电流为5A，瞬时触点长期接通电流为5A。（13）电寿命为5103次。（14）机械寿命为104次。（15）重量约为1kg。4.4.2 零序电流的整定计算（1）零序电流保护的一次动

51、作电流的整定计算 (4-24) (4-25) (4-26)其中： I0.OP主变压器零序过电流保护动作电流I0.op.max零序过电流保护相关段最大一次动作电流（一般为额定电流）Krel可靠系数，一般取1.15-1.2K0.bra.max系统最小运行方式时主变压器零序电流的最大分支系数nTAO主变压器零序电流互感器TA0的变比，其值为160（2）零序过电流保护灵敏系数校验 (4-27)其中：线路出口单相接地时保护安装处零序电流最小值（A）K0.sen其值应大于等于2（3）动作时间的整定值: (4-28)其中：t0.op.max出线配合相关段零序过电流保护最长动作时间0.5S动作时间级差，微机保

52、护取0.3-0.4s故保护装置满足整定要求5 心得体会经过三周的努力，本次课程设计使我受益匪浅:第一、课程设计为我们提供了良好的实践平台。它不仅仅是让我们把所学的理论知识与实践相结合起来，更重要的是提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。第二、更加了解了变电站在国民经济中的重要位置，全面了解了变电站的设计规范、设计要求。对变压器继电保护的配置及各保护的原理图和整定计算有了深刻的了解。认识了各种配电设备及其所独有的功能。第三、学会了坚持、耐心和努力。作为一名即将投入毕业实习的学生，更应该体会到理论与实践相结合的重要性。这次课程设计使我得到了一次用专业知识、专业技能来分析解决问题的机会。另外在本次

53、课程设计中也遇到过不少困难。首先，我们刚开始不了解老师给我们要求的控制回路、测量回路、信号回路等回路图的意义，经过一个多星期在网上、图书馆的大量查阅，最后在老师的讲解下才终于了解了各回路的工作过程及其功能，让接下的工作才得以进行下去。其次，我们在整定计算中也出现了不少问题，对整定的要求没有了解透彻，整定计算也花费了大量的时间。这次课程是我们小组各个成员共同努力的结果，在做的过程中，我们也和另一小组由着紧密的接触，我们需要的短路电流等数据全是第一小组所提供的，正是在这种精诚合作的环境下我们才得以圆满完成这次课程设计任务，当然这和李春兰老师、艾海提老师、石砦老师对我们指导教诲是分不开的。谢 辞值此

54、变电站继电保护论文完成之际，首先要感谢我的导师：石砦老师、艾海提老师和李春兰老师。他们从一开始的论文方向的选定，到最后的整篇文论的完成，都非常耐心的对我们进行指导。给我提供了大量数据资料和建议，告诉我应该注意的细节问题，细心的给我指出错误。他们对电压器的专业研究和对该课题深刻的见解，使我受益匪浅。艾海提老师、李春兰老师，一丝不苟的工作态度，诲人不倦的工作作风，严肃认真的治学风格给我留下深刻的影响，值得我永远学习。在此，谨向他们致以崇高的敬意和衷心的感谢！参考文献1张宝会，尹项根.电力系统继电保护.中国电力出版社.2005.52唐志平.供配电技术.电子工业出版.2005.13卓乐友.电力工程电气设计200例.中国电力出版社.2004.64刘学军.继电保护远离学习指导.中国电力出版社.2006.15张希泰，陈康龙.二次回路识图及故障查找与处理.中国水利水电出版设.2005.2- 23 -