发电厂主变压器保护继电保护设计

发电厂主变压器保护继电保护设计

一、 发电厂主变压器保护装置配置及说明

根据《继电保护和安全自动装置技术规程》选择主变压器的保护如下： 1、 1）

主保护：

反映变压器油箱内部故障和油面降低的瓦斯保护 根据规程“2.3.2 0.8MVA及以上油浸式变压器和0.4MVA及以上车间内油浸式变压器，均应装设瓦斯保护：当壳内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，应瞬时动作于信号，当产生大量瓦斯时，应动作于断开变压器各侧断路器。”装设瓦斯保护 2）

相间短路保护

根据“2.3.3对变压器引出线，套管及内部的短路故障，应按以下规定，装设相应的保护作为主保护，保护瞬时动作于断开变压器的各侧断路器。”

根据“2.3.3.2 对6.3MVA 及以上厂用工作变压器和并列运行变压器。10MVA及以上厂用备用变压器和单独运行的变压器，以及2MVA及以上用电流速断保护灵敏性不符合要求的变压器，应装设纵联差动保护。”装设纵联差动保护

2、 后备保护：

根据“2.3.5 对于由外部相间短路引出的变电器

过电流，应按下列规定装设相应的保护作为后备保护，保护动作后，应带时限动作于跳闸。” 1）过电流保护

根据“2.3.5.2 复合电压（包括负序电压及线电压）启动的过流保护，宜用于升压变压器、系统联络变压器和过电流保护不符合灵敏性要求的降压变压器。”装设复合电压启动的过电流保护。 2）

中性点直接接地电网中的变压器外部接地短路

时的零序电流保护

根据“2.3.8.1 对于110KV及以上中性点直接接地电网中，如果变压器中性点可能接地运行，对于两侧或三侧电源的升压变压器或降压变压器上应装设零序电流保护，作为变压器主保护的后备保护，并作为相邻元件的后备保护。” 3）过负荷保护

根据“2.3.11 0.4MVA及以上变压器，当数台并列运行或单独运行，并作为其它负荷的备用电源是

应根据可能的过负荷情况，装设过负荷保护。过负荷保护采用单相式，带时限动作于信号。 3、保护装置图

二、 发电厂主变压器所配保护基本原理及说明 1、变压器瓦斯保护装置

瓦斯继电器是构成瓦斯保护的主要元件，它安装在变压器油箱与油枕之间的连接管道中，有箱内的气体通过瓦斯继电器流向油枕。

瓦斯保护的原理接线如图一所示，

上面的触点表示“轻瓦斯保护”，动作后经延时，发出信号。下面触点表示“重瓦斯保护”，动作后启动变压器保护的总出口继电器,使断路器跳闸。当油箱内部发生严重故障时，由于电流的不稳定可能造成干簧点的抖动，此时为使断路器能可靠跳闸，应选用具有电流自保持线圈的出口中间继电器BCJ，动作后由断路器的辅助触点来切除出口回路的自保持。此外，为防止变压器换油或进行试验时引起重瓦斯保护误动作跳闸，可利用切换片QP将跳闸回路切换到信号回路。

2、变压器纵联差动保护装置 1）构成变压器纵联差动保护的基本原则

双绕组变压器实现纵差保护的原理接线如图二所

示

在正常运行以及保护范围外部故障时，实际上是同一个电流I1从变压器的一端流入，又从另一端流出，如不计电流互感器的励磁电流的影响，则二次侧也流过

'I相同的电流2，此电流在引导线中成环流，而流入继

'电器回路的电流Ij0，继电器不动作。但由于电流互感器的误差和励磁电流的影响，在正常运行和外部故障情况下，仍将有电流流入差动回路，此电流成为不平衡电流（下面将详述）。

当保护范围内部（变压器引出线，套管及内部的短路故障）故障时，两侧均有电流流向短路点，此时

'\"III11，短路点的总电流为d因此流入继电器回路

1极差动回路的电流为IjId，当IjIdzj时，继电

n器及动作于跳闸。

由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不同，因此，为了保证纵差保护的正确工作，就必须适当选择两侧电流互感器的变比，使得在正常运行和外部故障时，两个二次电流相等。 2）变压器纵联差动保护的特点

变压器的纵联差动保护需要躲开流过差动回路中的不平衡电流。

产生不平衡电流的原因：

①. 由变压器励磁涌流ILY所产生的不平衡电流 ②. 由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流 ③. 由计算变比与实际边币不同而产生的不平衡电流 ④. 由两侧电流互感器型号不同而产生的不平衡电流 ⑤. 由变压器带负荷调整分接头而产生的不平衡电流

上述2、3项不平衡电流可用适当地选择电路互感器二次线圈的接法和变比、以及采用平衡线圈的方法，使其降到最小。但1、4、5各项不平衡电流，实

际上是不能消除的，而变压器的纵差保护必须躲开这些不平衡电流的影响，就需另作考虑：一是采用具有速饱和铁心的差动继电器利用励磁涌流中的非周期分量使铁心饱和，来避越励磁涌流的影响；二是采用短路线圈，以使继电器避越非周期分量的作用得到加强，从而更易于躲开暂态过程中的不平衡电流以及变压器空载合闸时的励磁涌流，所以采用BCH-2型差动继电器构成主变压器的差动保护。 3、复合电压启动的过电流保护

该保护是低电压启动过电流保护的一个发展，其原理接线如图三所示。

当发生各种不对称短路时，由于出现负序电压，因此继电器4动作，其长闭触点打开，于是加于低电压继电器5上的电压被迫变为零，则5一定动作，这是电流继电器1～3中至少应由两个动作，于是就可以启动继电器7，经过预定的时限后动作于跳闸。

当发生三相短路时，由于在短路开始瞬间一般会短时出现一个负序电压，使继电器4动作，因此，低电压继电器5也随之动作，待负 序电压消失后，继电器4返回，这时继电器5又接于线电压Uca上。由于三

相短路时，三相电压均降低，故继电器5仍将处于动作状态，此时，保护装置的工作情况就相当于一个低电压启动的过电流保护。 4、变压器的零序电流保护

保护接于中性点引出线的电流互感器上。保护的原理接线如图四所示。保护的动作电流按照与母线上引出线的零序后备保护灵敏系数相配合的条件来整定，即

I0dzkphkfzI0dzi

式中I0dz----------------变压器零序保护的动作电流

kph----------------配合系数

kfz----------------零序电流分支系数

I0dzi--------引出线零序电流后备保护的动作电流

5、过负荷保护

过负荷保护用于反映变压器的对称过负荷引起的过电流，可知用一个电流继电器接于一相电流上。保护动作后，经一定延时作用于信号或跳闸。保护装于电源侧，其起动电流按下式整定

IdzKKIe

Kh式中KK------------------------可靠系数，取1.05

Kh------------------------返回系数，取0.85

三、主变压器保护装置的整定计算和详细说明

对双绕组变压器纵联差动保护采用BCH-2型差

动继电器，正定计算步骤如下：

1、计算变压器两侧一次电流，选择电路互感器变比，确定两侧额定电流

名 称 额定电压(KV) 额定电流(A) 38.5 12.5338.5187.5 12.536.3各侧数值 6.3 1145.5 电流互感器接线方式 电流互感器计算变比 3187.5325 55 1145.5 51500300 5选用电流互感器变比 37575 5二次侧额定电流(A) 3254.33 751145.53.8 30038.5KV侧的二次额定电流最大，选该侧为基本侧。 2、短路电流计算

1） 发电机侧最大运行方式电抗22.8Ω

发电机侧最小运行方式电抗68.5Ω 系统侧最大运行方式电抗6Ω 系统侧最小运行方式电抗10Ω

*Xmax0.072 发电机侧

X*min0.217

系统侧

X*max0.714

X*min1.19

*Xmax0.0720.7140.786 *Xmin0.2171.191.407

2）三相短路时最大运行方式下

I*f11.272 0.0720.71412.5338.5当d2点短路时

I1.272当d1点短路时

238(A)

12.5I1.27236.31457.2(A)

3）三相短路时最小运行方式下

I*f10.2171.190.711 当d2点短路时

I0.71112.5338.5133(A)

当d1点短路时

I0.71112.536.3815(A)

4）两相短路时最大运行方式下

I*f3120.7861.1

当d2点短路时

I1.112.5338.5207(A)

当d1点短路时

I1.112.536.31260(A)

4）两相短路时最小运行方式下

I*f130.615

21.407当d2点短路时

12.5I0.615115(A)

338.5当d1点短路时

12.5I0.615705(A)

36.33、确定保护装置的动作电流 1）躲过变压器的励磁涌流

IdzKKIe1.3187.45243.69(A)

2）躲过6.3KV侧外部短路时的最大不平衡电流

IdzKK(KfzqKtxfcUfp)I(3)dmax1.3(110.10.0250.05)1457.2331.5(A)3）躲过电流互感器二次回路断线的最大复合电流

IdzKKIe1.3187.45243.69(A)

取38.5KV侧的动作电流Idz331.5(A)

4、确定差动继电器的动作电流和基本侧差动线圈的匝数 差动继电器的动作电流

Idzjjbjs3Idz3331.57.67(A) nLH75差动线圈的计算匝数

WcdjsAW0Idzjjbjs607.82(t) 7.67取差动线圈的整定匝数 Wcd.z7(t) 继电器的实际动作电流

IdzjjbAW0608.57(A) Wcdz7保护装置的实际动作电流

Idzjb8.57753371.6(A)

5、确定平衡线圈匝数和工作线圈匝数 1）平衡线圈匝数

WpjsIejb4.33Wcdjbz1811.094(t)

3.81Ie取平衡线圈匝数Wpjsz1(t) 2）工作线圈匝数

WgWpzWcdz178(t)

6、校验fp

fpWpjsWpzWpjsWcdz1.09410.01160.051.09477、灵敏度校验

当系统运行在最小方式下，6.3KV侧出口发生两相短路时，保护装置灵敏系数最低

Klm满足要求。

KjxIdminIdzjb7051.892 371.61四、主变压器保护的动作情况分析

1、当变压器内部轻微短路油面降低时，瓦斯保护中轻瓦斯保护动作于信号;当变压器内部严重短路时，重瓦斯保护动作于跳开两侧断路器1DL、2DL。

2、当变压器线圈和引出线发生相间短路、引出线发生接地短路及线圈匝间断路时纵联差动保护动作跳断路器

1DL、2DL。

3、变压器外部相间短路时，复合电压启动的过电流保护动作，跳断路器2DL。

4、变压器外部接地短路时产生零序电流，零序电流保护

动作跳断路器2DL.

5、当变压器由于对称过负荷引起过电流时，过负荷保护发出警告信号。 五、参考文献：

1、《电力工程设计手册》，电气二次部分，西北电力设计院编，水利电力出版社

2、《电力系统继电保护原理》，贺家李，中国电力出版社 3、《火电厂机电保护及自动装置》，河南省电力工业局，中国电力出版社

4、《电力系统机电保护设计原理》，吕继绍，水利电力出版社

5、《电力系统继电保护》，山东工学院、山东省电力工业局《电力系统继电保护》编写组，电力工业出版社 6、《继电保护和安全自动装置技术规程》，1991-03-04发布，1991-08-01实施，中华人民共和国能源部发布 7、《电力系统规划》，何仰赞、温增银，华中科技大学出版社

设计总结

一周的继电保护实习已经过去了，收获很大，学到了很多的东西。通过实习对以前学过的知识有了一个比较系统的梳理和总结，并且有了一个更深刻的理解。每个组一个题目，针对性也比较强

设计任务是配置升压变压器的相关保护。通过对书本的学习和电力系统设计规程，配置了差动保护，瓦斯保护，过电流保护，零序电流和过负荷保护。并对每一项保护进行了具体的分析和设计。特别是差动保护，其特性和原理较其他四项保护复杂，整定计算表繁琐，要求也很高，并且要进行灵敏度的校验。当灵敏度不满足设计要求时，重新整定动作电流，动作电流的整定是通过电流互感器的变比调整来实现的，我在整定计算中，遇到的了这种情况。

通过这次实习，我对继电保护设计的具体环节有了一定的掌握，思路上比较清晰，为我们以后进行相

关专业的设计打下了一个良好的基础。设计也培养了我们务实的精神，这对我们以后走上工作岗位有很大的帮助。

感谢梁老师的指导和帮助！，同组同学的共同努力！

王业强