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课程设计名称供电技术课程设计 题目煤矿地面变电所主变压器保护设计 专业电气工程及其自动化 班级电气10-3班 姓名 课程设计成绩评定表 学期2012/2013第一学期姓名 专业电气工程及其自动化班级电气10-3班课程名称供电技术 设计题目兴华煤矿地面变电所主变压器保护设计 评定标准 评定指标分值得分知识创新性20 理论正确性20 内容难易性15 结合实际性10 知识掌握程度15 书写规范性10 工作量10 总成绩100 评语 任课教师张国军时间年月日备注 设计任务书 一、设计题目兴华煤矿地面变电所主变压器保护设计 二、原始参数 1、变压器参数见附表 2、二次母线短路电流为最大运行方式16KA,最小运行方式13KA。 三、设计任务 1、实现主变压器保护,包括瓦斯保护、差动保护、过电流保护以及过负荷保护; 2、设计图纸一份。 四、设计计划 本设计共一周 第1天查阅资料; 第2-6天方案分析并按课程设计指导书具体进行设计及整理设计说明书; 第7天答辩。 五设计要求 设计工作量为完成设计说明书一份、设计图纸一份; 设计必须根据进度计划按期完成; 设计说明书必须经指导老师审查签字方可答辩。 指导教师 教研室主任 时间 摘要 变压器是电力系统的重要设备之一,它的正常运行对供电系统的可靠性意义重大。在面对变压器可能发生的内部故障、外部故障和不正常运行状态的影响,从而对变压器的可靠运行提出了更加严峻的挑战。这就要求装设的变压器不仅仅安全可靠,而且要迅速动作。因此变压器的保护尤为重要。变压器常用的保护装置有瓦斯保护、差动保护、过电流保护以及过负荷保护等。在煤矿电力系统中,由于用电等级为一级,这就要求供电系统的可靠,从而对变压器的保护意义及其重大。本课程设计就是是煤矿地面变电所主变压器的保护设计。 关键词变压器保护 目录 1.主保护介绍 1 1.1.瓦斯保护介绍 1 1.2.差动保护介绍 2 2.后备保护介绍 5 2.1过电流保护介绍 5 2.2过负荷保护介绍 6 3.保护的配合及整定计算 7 3.1主保护的整定计算 7 3.1.1差动保护的整定计算 7 3.2后备保护的整定计算 12 3.2.1过电流保护的整定计算 12 3.2.2过负荷保护的整定计算 12 4.对保护设计的评价 13 5.保护电路图 14 1.主保护介绍 为了满足电力系统稳定方面的要求,当变压器发生故障的时候,要求保护装置快速切除故障。主保护的跳闸动作时间极短,一般认为是0秒,包括瓦斯保护和差动保护。 1.1.瓦斯保护介绍 瓦斯保护主要用作变压器油箱内部故障的主保护以及油面过低保护。变压器的内部故障,如匝间或层间短路、单相接地短路等,有时故障电流较小,可能不会是反应电流的保护动作。对于油浸变压器,油箱内部故障时,由于短路电流和电弧的作用,变压器油和其他绝缘物会因为受热而分解出气体,这些气体上升到最上部的油枕。故障越严重,产气越多,形成强烈的气流。能反映此气体变化的保护装置,称为瓦斯保护。 瓦斯保护的主要优点是动作快,灵敏度高,稳定可靠,接线简单,能反应变压器油箱内部的各种类型故障,特别是短路杂匝数很少的匝间短路,其他保护可能不动作,对于这种故障,气体保护具有特别重要的意义。瓦斯保护的接线图如图1-1所示。 R 至信号 至信号QF2 TR2 TR1 QF1 3 6 5 4 图1-1 瓦斯保护的接线图 1.2.差动保护介绍 差动保护主要用作变压器内部绕组、绝缘套管及引出线相间短路的主保护。 在正常运行和外部故障时,流入继电器的电流为两侧电流之差,及IrI12-I220,其值很小,继电器不动作。当变压器内部放生故障时,若仅I 侧有电源,则IrI12,其值为短路电流,继电器动作,使两侧断路器跳闸。由于差动保护无需与其他保护配合,因此可瞬动切出故障。变压器差动保护原理如图1-2所示。 I I I1 I II1 I I2 I II2 I r 图1-2变压器差动保护原理 由于诸多因素影响,在正常运行和发生外部故障时,在继电器中会流过不平衡电流,影响差动保护的灵敏度。下面主要介绍变压器接线方式的影响。 对于Yd11接线方式的变压器,其两侧电流有30度相位差。为消除相位差造成的不平衡电流,通常采用相位补偿的方法,及变压器Y 侧的互感器接成d 形,d 侧的互感器接成Y 形,使相位得到矫正。差动保护接线图如图1-3所示。 I I A2 I B1 I C1 I I I A1 I B1 I C1 I CA2 I BC2 I AB2 A B C X Y Z x z y a b c I a1 I b1 I c1 I ab2 I ab1 I bc1I ca1 I bc2 I ca2 图1-3差动保护接线图 2.后备保护介绍 为了满足电力系统稳定方面的要求,当变压器发生故障的时候,要求保护装置切除故障。为保证故障能够切除,变压器还应装设后备保护。后备保护的跳闸动作时间一般认为是几秒,包括过电流保护和过负荷保护。 2.1过电流保护介绍 为了防止外部短路引起变压器绕组的过电流,并作为差动和瓦斯保护的后备,变压器还必须装设过电流保护。 对于单侧电源的变压器,过电流保护安装在电源侧,保护动作时切断变压器各侧开关。过电流保护的动作电流应按躲过变压器的最大工作电流整定,启动值比较大,往往不能满足灵敏度的要求。为此,可以采用低电压闭锁的过电流保护,以提高保护的灵敏度,其接线图如图2-1所示。 I t U U _ 信号 信号QF1 QF2 ___ 跳QF1跳QF2 接自低压侧电压互感器 接自高压侧电压互感器 图2-1低电压闭锁过电流保护 2.2过负荷保护介绍 变压器过负荷大都是三相对称的。所以过负荷的保护可采用单电流继电器的接线方式,经过一定延时作用于信号,在无人值班的变电所内,也可作用于跳闸或自动切除一部分负荷。变压器过负荷保护的动作时间通常取10s ,保护装置的动作电流,按躲过变压器额定电流整定。 3.保护的配合及整定计算 3.1主保护的整定计算 3.1.1差动保护的整定计算 1由变压器的额定容量及平均电压计算出变压器两侧的额定电流{EMBED Equation.KSEE3 \* MERGEAT |T N I.,按选择两侧电流互感器一次额定电流,然后按下式算出两侧电流互感器二次回来呀的额定电流 wc K.........接线系数,电流互感器为星形接线时,三角形接线时TA K.........电流互感器变比。 取二次额定电流最大的一侧为基本侧,表3-1为本课程设计的变压器的参数,根据以上公式计算得二次回路额定电流计算值,如表3-2 表3-1 型号额定容 量 /kV A 额定电压/kV 连接 组标 号 空载 电流 / 空载 损耗 /W 负载 损耗 /W 阻抗 电压 / 高低 SF9- 12500/63 12500 63 6.3 YN, d11 1.0 16800 59850 9 表3-2 名称各侧数值名称各侧数值 额定电 压kv 63 6.3 电流互感器计算变比 变压器额定电流A选择电流互感器变比 电流互 感器接 线方式 d y 电流互感器二次回路额定电流A 由表3-2可以看出,63kv侧电流互感器一次回路额定电流大于6.3kv侧。因此63kv侧为基本侧。 最大运行方式16KA,最小运行方式13KA。即,。由于所给的这两个数据是二次母线短路电流,且基本侧为一次侧。必须将其换算到一次侧。则, 2计算保护装置63kv侧的一次动作电流 按躲过外部最大不平衡电流,根据公式 式中...........可靠系数,取1.3; ...........最大不平衡电流 ..........外部故障时最大三相短路电流的周期分量 ............电流互感器同型系数,型号相同时取0.5,不同时取1; ...........电流互感器的容许最大相对误差,为0.1; ........变压器改变分接头调压引起的相对误差,一般采用调压范围一半,取5; ..........由于继电器的整定匝数与计算的不相等而产生的误差,初算时可取中间值0.05,最大值为0.91。则 A 按躲过励磁涌流 根据公式 式中.........可靠系数,取1.3; .........变压器额定电流。 则A 按躲过电流互感器二次断线。 根据公式 式中............可靠系数,取1.3; ..........变压器的最大工作电流,无法确定时,可采用变压器的额定电流。 则A 根据以上三个条件计算的结果,取其最大者最为基本侧的动作电流整定值,因此,选择63kv侧的一次动作电流A。 3确定线圈接线与匝数 平衡线圈I、II分别接于63kv侧和6.3kv侧。 计算基本侧继电器的动作电流为 根据公式 则,A 基本侧计算线圈计算匝数为 根据公式式中60 则匝 据BCH-2内部实际接线,选定实际整定匝数为6匝,其中取差动线圈匝数,平衡线圈II的匝数。 4确定6.3kV侧平衡线圈的匝数 匝 确定平衡线圈II实际匝数为匝。 5计算由于实际匝数与计算匝数不等产生的相对误差 因为,且相差很小,故不需要核算动作电流。 4灵敏系数校验 按最小运行方式下,63kV侧两相短路校验。因为基本侧互感器二次额定电流最大,故非基本侧灵敏系数最小。6.3kV侧通过继电器的电流为 A 继电器整定的电流为A 这最小灵敏系数为 2 满足要求。 当采用低电压闭锁的过电流保护时， 保护中电流元件的动作电流 大于变压器的额定电流来整定，即 式中 .......变压器额定电流，可靠系数取 1.2，返回系数取 0.85. 则 A 3.2.2 过负荷保护的整定计算 根据公式 式中 .......可靠系数，取 1.05； ........返回系数，一般为 0.85； ........变压器的额定电流。 则 3.对保护设计的评价 对于瓦斯保护，当变压器的内部发生故障，如匝间或层间短路、 12 单相接地短路等，有时故障电流较小，可能不会是反应电流的保护动 作，有一定优越性但也有其弊端。差动保护可以正确区分内外故障， 而且不需要与其它元件的保护配合，可以做到无延时的切除区内故 障，选择性好，具有很大优越性。但是差动保护一直存在励磁涌流的 问题，虽然随着技术的不断进步，但是瓦斯保护和差动保护的固有原 理性矛盾也很突出。后备保护的出现就大大缓解了这一矛盾。后备保 护可以防止由外部故障引起的变压器绕组过电流。 它与主保护构成了 一个完整的保护，共同保证变压器的正常运行，以及及时切除故障。 13 QF2 信号 III1 信号 _ II1 跳QF1 跳QF2 I I U U t _ II2 QF2 TR2 _ _ QF1 接自低压侧 接自高压侧 电压互感器 电压互感器 14 III2 Ir 3 QF1 TR1 至信号 至信号 6 5 4 R
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