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继电保护7
继电保护7
1设计原始资料
1.1具体题目
一台双绕组牵引变压器的容量为63MVA,电压比220±2×2.5%/27.5kV,Y,d11接线;已知:
27.5kV外部短路的最大短路电流为4800A、最小短路电流为4000A,可靠系数取
。
试对牵引变压器进行相关保护的设计。
1.2要完成的内容
本设计要完成的内容有:
对变压器进行主保护和后备保护的选择;根据给定的资料对所选择的保护进行整定及计算。
使之最终达到变压器在任何故障下都能迅速的切断故障,快速恢复运行。
2设计的课题内容
2.1主保护配置
为了满足电力系统稳定方面的要求,当变压器发生故障时,要求保护装置快速切除故障。
通常变压器的瓦斯保护和纵差动保护构成双重化快速保护。
(1)瓦斯保护
变压器通常是利用变压器油作为绝缘和冷却介质。
当变压器油箱内故障时,在故障电流和故障点电弧的作用下,变压器油和其他绝缘材料会因受热而分解,产生大量气体。
利用这种气体来实现保护的装置,称为瓦斯保护。
瓦斯保护的主要元件是气体继电器,它有两个输出触点:
一个反应变压器内部的不正常情况或轻微故障,称为轻瓦斯;另一个反应变压器的严重故障,称为重瓦斯。
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。
当变压器发生轻微故障时,油箱内产生的气体较少且速度慢,由于油枕处在油箱的上方,气体沿管道上升,使气体继电器内的油面下降,当下降到动作门槛时,轻瓦斯动作,发出警告信号。
发生严重故障时,故障点周围的温度剧增而迅速产生大量的气体,变压器内部压力升高,迫使变压器油从油箱经过管道向油枕方向冲去,气体继电器感受到油速达到动作门槛时,重瓦斯动作,瞬时作用于跳闸回路,切除变压器,以防事故扩大。
(2)纵差动保护
电流纵差动保护不但能正确区分区内外故障,而且不需要与其它元件的保护配合,可以无延时的切除区内各种故障,具有明显的独特的优点。
本设计中变压器的主保护主要选电流纵差动保护,它不需与其他保护配合,可无延时的切断内部短路,动作于变压器高低压两侧断路器跳闸。
为了保证动作的选择性,差动保护动作电流应躲开外部短路时的最大不平衡电流。
当变压器正常运行或外部短路时,如图1所示,流过差动继电器的电流为
,继电器不动作。
当变压器内部短路,如图2所示,流过差动继电器的电流为
,数值很大,继电器动作。
图1变压器正常运行
式中
——可靠系数,取1.3;
——外部短路故障时最大不平衡电流。
最大不平衡电流
(2)
式中
——变比差系数;
——外部短路故障时最大短路电流;
——非周期分量系数,采用加强型速饱和变流器时,取1;
——电流互感器同型系数,取1;
——由变压器分接头改变引起的相对误差,一般可取调整范围的一半,取0.05。
变比差系数
(3)
式中
——变压器变比,取8;
——变压器高压侧电流互感器变比;
——变压器低压侧电流互感器变比。
由式(3)得
由式
(2)得
由式
(1)得
(2)躲过变压器的最大励磁涌流
(4)
式中
——变压器的额定电流;
——可靠系数,取1.3~1.5;
——励磁涌流最大倍数,采用加强速饱和变流器差动保护,取1。
由式(4)得
(3)躲过电流互感器二次回路断线引起的差电流
(5)
式中
——可靠系数,取
;
——变压器的最大负荷电流,可取变压器的额定电流。
由式(5)得
按上面的三个条件计算纵差动保护的动作电流,并选取最大者,比较可知:
选一次动作电流
3.1.3灵敏度校验
27.5kV侧最小短路电流为
灵敏度校验
满足灵敏度要求。
3.2后备保护的整定计算
3.2.1过电流保护
(6)
式中
——可靠系数,取1.2~1.3;
——返回系数,取0.85~0.95;
——变压器可能出现的最大负荷电流,取变压器额定电流;
——综合负荷的自启动系数,取1.5。
由式(6)得
灵敏度校验
满足灵敏度要求。
3.2.2低电压启动的过电流保护
过电流保护按躲过可能出现的最大负荷电流整定,启动电流比较大,对于升压变压器或容量较大的降压变压器,灵敏度往往不能满足要求。
为此可以采用低电压启动的过电流保护。
低电压启动的电流整定
(7)
式中
——变压器的额定电流;
——可靠系数,取1.1~1.2;
——低电压继电器的返回系数,取1.15~1.25。
由式(7)得
低电压继电器的动作电压按以下条件整定,并取最小值。
(1)按躲过正常运行时可能出现的最低工作电压整定
(8)
式中
——最低工作电压,一般取0.9
。
由式(8)得
(2)按躲过电动机自启动时的电压整定
当低压继电器由变压器低压侧互感器供电时,计算式为
(9)
当低压继电器由变压器高压侧互感器供电时,计算式为
(10)
对于降压变压器,负荷在低压侧,电动机自启动时高压侧电压比低压侧高了一个变压器压降(标幺值)。
所以高压侧取值比较高,但仍按式整定,原因是发电机在失磁运行时低压母线电压会比较低。
由式(9)得
取两者中的较小者,则
灵敏度校验
式中
——灵敏度校验点发生三相金属性短路时,保护安装处感受到的最大残压。
27.5kV侧母线处短路时保护安装处的残压等于零,显然:
满足要求,可见用低电压启动的过电流保护可作为后备保护。
4原理图的绘制
牵引变压器差动保护原理如图3所示。
图3牵引变压器差动保护原理图
保护展开图如图4所示。
图4保护展开图
5结论
在设计中,选择瓦斯保护和电流纵差动保护作为变压器的主保护;过电流保护和低电压启动的过电流保护作为后备保护。
瓦斯保护能够保护变压器油箱内的各种轻微故障,但像变压器绝缘子闪络等油箱外面的故障,瓦斯保护不能反应。
电流纵差动保护不但能正确区分区内外故障,而且不需要与其它元件的保护配合,可以无延时的切除区内各种故障。
后备保护可以防止由外部故障引起的的变压器绕组过电流,并作为相邻元件保护的后备以及在可能的条件下变压器内部故障时主保护的后备,他与变压器的主保护一起构成变压器的完整保护。
从而使变压器在任何故障下都能迅速的切断故障,快速恢复运行。
参考文献
[1]张宝会,尹项根.电力系统继电保护[M].北京:
中国电力出社,2005.
[2]于永源,杨绮雯.电力系统分析(第三版)[M].北京:
中国水利水电出版社,2007.
[3]许建安.继电保护整定计算[M].北京:
中国水利水电出版社.2001.
[4]吕继绍.电力系统继电保护设计原理[M].北京:
中国水利水电出版社.1986.
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