变电站主变保护设计完美毕业设计文档格式.docx
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變壓器的油溫越高,油的劣化速度越快,使用年限少。
當油溫達115~150℃時劣化更明顯,以致不能使用。
油溫越高將促使變壓器繞組絕緣加速老化影香其壽命。
電力變壓器相間短路的後備保護可根據變壓器容量的大小和保護裝置對靈敏度的要求,採用過電流保護、低電壓起動的過電流保護、複合電壓起動的過電流保護等方式。
對於單側電源的變壓器保護裝置安裝在變壓器電源側,即作為變壓器本身故障的後備保護,又反映變壓器外部短路引起的過電流。
熟練的掌握這些繼電保護裝置及保護裝置的整定計算是十分重要的。
因此,需要有專門的技術為電力系統建立一個安全保障體系,其中最重要的專門技術就是繼電保護技術。
這樣就可能保證電力系統的正常運行。
第1章電力變壓器的繼電保護
1.1電力變壓器的故障類型及保護措施
1.1.1電力變壓器故障及不正常運行狀態
電力變壓器是電力系統中非常重要的電力設備之一,它的安全運行對於保證電力系統的正常運行和對供電的可靠性,以及電能品質起著決定性的作用,同時大容量電力變壓器的造價也是十分昂貴。
因此本節針對電力變壓器可能發生的故障和不正常的運行狀態進行分析,然後重點研究應裝設的繼電保護裝置,以及保護裝置的整定計算。
變壓器的內部故障可分為油箱內故障和油箱外故障兩類,油箱內故障主要包括繞組的相間短路、匝間短路、接地短路及經鐵芯燒毀等。
變壓器油箱內的故障十分危險,由於變壓器內充滿了變壓器油,故障時的短路電流使變壓器油急劇的分解氣化,可能產生大量的可燃性氣體(瓦斯),很容易引起油箱爆炸。
油箱外故障主要是套管和引出線上發生的相間短路和接地短路。
電力變壓器不正常和運行狀態主要有外部相間短路、接地短路引起的相間過電流和零序過電流,負荷超過其額定容量引起的過負荷、油箱漏油引起的油面降低,以及過電壓、過礪磁等。
1.1.2電力變壓器繼電保護的配置
為了保證電力變壓器的安全運行,根據《繼電保護與安全自動裝置的運行條例》,針對變壓器的上述故障和不正常運行狀態,電力變壓器應裝設以下保護:
1.瓦斯保護。
800KVA及以上的油浸式變壓器的400KVA以上的車間內油浸式變壓器,均應裝設瓦斯保護。
瓦斯保護用來反映變壓器油箱內部的短路故障以及油面降低,其中重瓦斯保護動作於跳開變壓器各電源側斷路器輕瓦斯動作於發出信號。
2.縱差保護或電流速斷保護。
6300KVA及以上並列運行的變壓器,10000KVA及以上單獨運行的變壓器,發電廠廠用工作變壓器和工業企業中6300KVA及以上重要的變壓器,應裝設縱差保護。
10000KVA及以下的電力變壓器,應裝設電流速斷保護,其過電流保護的動作時限應大於0.5S。
對於2000KVA以上的變壓器,當電流速斷保護靈敏度不能滿足要求時,也應裝設縱差保護。
縱差保護或電流速斷保護用於反映電力變壓器繞組、套管及引出線發生的故障,其保護動作於跳開變壓器各電源側斷路器相間短路的後備保護。
3.相間短路的後備保護的形式較多,過電流保護和低電壓起動的過電流保護,宜用於中、小容量的降壓變壓器;
複合電壓起動的過電流保護,宜用於升壓變壓器和系統聯絡變壓器,以及過電流保護靈敏度不能滿足要求的降壓變壓器;
6300KVA及以上的升壓變壓器,應採用負序電流保護及單相式低電壓起動的過電流保護;
對大容量升壓變壓器或系統聯絡變壓器,為了滿足靈敏度要求,還可以採用阻抗保護。
4.過負荷保護。
對於400KVA以上的變壓器,當數臺並列運行或單獨運行並作為其他負荷的備用電源時,應裝高過負荷保護。
過負荷保護通常只裝設在一相其動作進限較長。
延時動作於發出信號。
5.其他保護。
高壓側電壓為500KV及以上的變壓器,對頻率降低和電壓升高而引起的變壓器勵磁電流升高,應裝設變壓器過勵磁保護。
對變壓器溫度和油箱內壓力升高,以及冷卻系統故障,按變壓器現行標準要求,應裝設相應的保護裝置。
1.2電力變壓器的瓦斯保護
利用油箱內部的故障時的這一特點,可以構成反映氣體變化的保護裝置,稱之為瓦斯保護.
1.3電力變壓器的縱差保護
變壓器的縱聯差動保護用來反映變壓器繞組、引出線及套管上的各種短路保護故障,是變壓器的主保護。
縱聯差動保護是按比較被保護的變壓器兩側電流的大小和相位的原理實現的。
為了實現這種比較,在變壓器兩側各裝設一組電流互感TA1、TA2,其二次側按環流法連接,即若變壓器兩端的電流互感器一次側的正極性端子均置於靠近母線的一側,則將它們二次側的同極性端子相連接,再將差動繼電器的線圈按環流法接入,構成縱聯差動保護,見圖1-3。
變壓器的縱差保護與輸電線的縱聯差動相似,工作原理相同,但由於變壓器高壓側和低壓側的額定電流不同,為了保證變壓器縱差保護的正常運行,必須選擇好適應變壓器兩側電流互感器的變比和接線方式,保證變壓器在正常運行和外部短路時兩側的二次電流等。
其保護範圍為兩側電流互感TA1、TA2之間的全部區域,包括變壓器的高、低壓繞組、套管及引出線等。
從圖1-3可見,正常運行和外部短路時,流過差動繼電器的電流為
,在理想的情況下,其值等於零。
但實際上由於電流互感器特性、變比等因素,流過繼電器的電流為不平穩電流。
變壓器內部故障時,流入差動繼電器的電流為
,即為短路點的短路電流。
當該電流大於KD的動作電流時,KD動作。
由於變壓器各側額定電壓和額定電流不同,因此,為了保護其縱聯差動保護正確動作,必須適當選擇各側電流互感器的變比,使得正常運行和外部短路時,差動回路內沒有電流。
如圖1-3中,應使
(1-1)
式中
——高壓側電流互感器的變比;
——低壓側電流互感器的變比。
式(1-1)說明,要實現雙繞組變壓器的縱聯差動保護,必須適當選擇兩側電流互感器的變比。
因此,在變壓器縱聯差動保護中,要實現兩側電流的正確比較,必須先考慮變壓器變比的影響。
實際上,由於電流互感器的誤差、變壓器的接線方式及勵磁湧流等因素的影響,即使滿足式(1-1)條件,差動回路中仍回流過一定的不平衡電流
越大,差動繼電器的動作電流也越大,差動保護靈敏度就越低。
因此,要提高變壓器縱聯差動保護的靈敏度,關鍵問題是減小或消除不平衡電流的影響。
1.3.1變壓器縱聯差動保護的特點
變壓器縱聯差動保護最明顯的特點是不平衡電流的因素很多。
現對不平衡電流產生的原因及減少或消除其影響的措施分別討論如下:
1.兩側電流互感器型號不同而產生的不平衡電流
由於變壓器兩側的額定電壓不同,所以,其兩側電流互感器的型號也不會相同。
它們的飽和特性和勵磁電流(歸算到同一側)都是不相同的。
因此,在變壓器的差動保護中將引起比較大的不平衡電流。
在外部短路時,這種不平衡電流可能會很大。
為了解決這個問題,一方面,應按10%誤差的要求選擇兩側的電流互感器,以保證在外部短路的情況下,其二次電流的誤差不超過10%。
另外一方面,在確定差動保護的動作電流時,引入一個同型係數Kst來消除互感器不同的影響。
當兩側電流互感器的型號相同時,取
=0.5,當兩側電流互感器的型號不同時,取
=1。
這樣,當兩側電流互感器的型號不同時,實際上是採用較大的
值來提高縱聯差動保護的動作電流,以躲開不平衡電流的影響。
2.電流互感器實際變比與計算變比不同時的影響及其平衡辦法
由於電流互感器選用的是定型產品,而定型產品的變比都是標準化的,這就出現電流互感器的計算變比與實際變比不完全相符的問題,以致在差動回路中產生不平衡電流。
為了減少不平衡電流對縱差動保護的影響,一般採用自耦變流器或利用差動繼電器的平衡線圈予以補償,自耦變流器通常是接在二次電流較小的一側,如圖1-4(a)所示,改變自耦變流器TBL的變比,使得在正常運行狀態下接入差動回路的二次電流相等,從而補償了不平衡電流。
磁勢平衡法接線如圖1-4(b)所示,通過選擇兩側的平衡繞組Wb1,Wb2匝數,並使之滿足關係
(1-2)
式中
——差動繞組;
、
——平衡繞組。
滿足式(1-2),則差動繼電器鐵芯的磁化力為零,從而補償了不平衡電流。
實際上,差動繼電器平衡線圈只有整數匝可供選擇,因而其鐵芯的磁化力不會等於零,仍有不平衡電流,這可以保護的整定計算中引入相對誤差係數加以解決。
3變壓器帶負荷調整分接頭而產生的不平衡電流
電力系統中常用帶負荷調整變壓器分接頭的方法來調整系統電壓。
調整分接頭實際上就是改變變壓器的變比,起結果必然將破壞電流互感器二次電流的平衡關係,產生了不平衡電流。
由於變壓器分接頭的調整是根據系統運行的要求隨時都可能進行的,所以在縱聯差動保護中不可能採用改變平衡繞組匝數的方法來加以平衡。
因此,在帶負荷調壓的變壓器差動保護中,應在整定計算中加以考慮,即用提高保護動作電流的方法來躲過這種不平衡電流的影響。
4.變壓器接線組別的影響及補償措施
(1)常規保護相位補償方法。
三相變壓器的接線組別不同時,其二側的電流相位關係也不同。
以常用的Y,d11接線的電力變壓器為例,它們兩側的電流之間就存在著300的相位差。
這時,即使變壓器兩側電流互感器二次電流大小相等,也會在差動回路中產生不平衡電流IUNB。
為了消除這種不平衡電流的影響,就是必須消除縱聯差動保護中兩臂電流的相位差。
通常都是採用相位補償的方法,即將變壓器星型接線一側電流互感器的二次的繞組接成三角形,而將變壓器的三角形側電流互感器的二次繞組接成星型,以便將電流互感器二次電流的相位校正過來。
採用了這樣的相位補償後,Y,d11接線變壓器差動保護的接線方式及其有關電流的相量圖,如圖1-5所示。
圖1-5中
分別表
示變壓器星形側的三個線電流,和它們對應的電流互感器二次電流為
.由於電流互感器的二次繞組為三角形接線,所
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