毕业论文范文——电力变压器保护设计及整定计算.doc

1、SL7-800kVA/35kV 电力变压器保护设计及整定计算摘 要变压器是一种常见静止的电气设备，是电力部门中最关键的一次设备。变压器的保护是变压器发生非正常运行状态和不正常运行状态时采取的保护措施，是变压器安全运行的有力保证;变压器的整定计算是为满足电力系统选择性，速动性，灵敏性，可靠性基本要求，对电网参数，短路点的计算及灵敏度的校验，是电力系统正常运行的前提条件。关键词：变压器 保护 整定计算Take toSummary of transformer is a common static electrical equipment, in the electric power sector

2、is one of the most critical devices. Transformer protection is non-healthy state and not the normal operation of transformer protection measures taken by the State, is a guarantee of safe operation of transformer; setting calculation of transformers is to meet power system choice of liquid, sensitiv

3、ity, and reliability requirements, network parameters, sensitivity of short circuit calculation and verification, Is the precondition for the normal operation of the power system.Keywords: transformer protection setting calculation目录1.绪论1、1 本人叙述1、2 电力变压器的概述1、2、1 变压器的工作原理 1、2、2 电力变压器的额定容量和过负荷能力2.变压器保

4、护的配置方案2、1 电力变压器保护概述2、1、1 继电保护的发展史2、1、2 电力变压器保护的目的2、1、3 电力变压器保护设计的基本要求2、2 电力变压器的保护装置的配置原2、3 电力主变压器选择2、4 故障分析及应对措施2、4、1 故障分析2、4、2 应对措施2、4、3 注意事项2、5 电力变压器的保护措施3.参数及其短路计算3、1 短路的形式、原因及后果3、2 电网情况及参数计算3、3 短路计算4.电力变压器保护的整定计算4、1 继电保护整定计算4、1、1 继电保护整定计算的目的4、1、2 继电保护整定计算的基本任务4、1、3 整定计算运行方式的选择原则4、2 压器保护的整定计算方法4、

5、3 电力变压器保护装置的选择及整定计算4、3、1 电力变压器纵联差动保护4、3、2 电力变压器瓦斯保护4、3、3 电力变压器电流速断保护4、3、4 电力变压器后备保护5.变压器保护在应用中的问题分析5、1 电力变压器励磁涌流5、2 电力变压器 TA 二次回路异常对差动保护的影响结束语致谢参考文献1.绪 论1、1 本人叙述本设计为 SL7-800kVA/35kV 电力变压器保护设计及整定计算，毕业设计这是在全部的理论课程及完成各项实习的基础上进行的一项综合性训练环节，设计的目的有是：（1）巩固和扩大所学的专业理论知识，在毕业设计中得到灵活的应用；（2）学习和掌握变压器的保护设计的基本方法，树立正

6、确的设计思想；（3）培养分析和解决问题的工作能力及解决实际工程设计的基本技能；（4）学习查阅有关设计手册.规范及其他参考资料的技能。以下是所选变压器的相关数据：型号：SL7-800kVA/35kV 接线方式：Yyn0 阻抗电压：Uk%=6.5% 空载损耗：1540W 负载损耗：11000W1、2 电力变压器的概述变压器是一种常见静止的电气设备，是变电所中最关键的一次设备，其主要的功能是将电力系统中的电能电压升高或降低，以利于电能的合理输送、分布和使用。利用电磁感应原理，将一种交流电压的电能转换为同频率的另一种交流电压的电能，也可以改变交流电的数值及变换阻抗或改变相位。(1) 电力变压器的意义：

7、发电厂欲将 P=3UIcos 的电功率输送到用电的区域，在 P、cos 为一定值时，若采用的电压愈高，则输电线路中的电流愈小，因而可以减少输电线路上的损耗，节约导电材料。 所以远距离输电采用高电压是最为经济的。 目前，我国交流输电的电压目前最高已达 750Kv。这样高的电压，无论从发电机的安全运行方面或是从制造成本方面考虑，都不允许由发电机直接生产。 发电机的输出电压一般有 3.15kV、6.3kV 、10.5 kV、 15.75 kV等几种，因此必须用升压变压器将电压升高才能远距离输送。 电能输送到用电区域后，为了适应用电设备的电压要求，还需通过各级变电站（所）利用变压器将电压降低为各类电器

8、所需要的电压值。 在用电方面，多数用电器所需电压是 380V、220V 或 36 V，少数电机也采用 3kV、6kV 等。（2）电力变压器的基本结构 1.铁心 变压器绕组由套在一个闭合铁心上的两个或多个线圈（绕组）构成，铁心和线圈是变压器的基本组成部分。铁心构成了电磁感应所需的磁路。为了减少磁通变化时所引起的涡流损失，变压器的铁心要用厚度为0.350.5mm 的硅钢片叠成。片间用绝缘漆隔开。铁心分为心式和客式两种。2.线圈 变压器和电源相连的线圈称为原绕组，其匝数为 N 1 ，和负载相连的线圈称为副绕组，其匝数为 N 2 。绕组与绕组及绕组与铁心之间都是互相绝缘的。3.油箱除干式变压器以外，电

9、力变压器的器身都放在油箱中，箱内充满变压器油，其目的是提高绝缘强度（变压器油绝缘性能比空气好） ，加强散热。4.套管变压器的引线从邮箱内穿过油箱盖时，必须经过绝缘套管，使高压引线和接地的油箱绝缘。绝缘套管多为瓷质的，为增强爬电距离，套管外形做成多级伞形，10kv35kv 套管采用充油结构。（3）电力变压器的分类：1.电力变压器按功能分，有升压变压器和降压变压器两大类。工厂变电所都采用降压变压器。终端变电所的降压变压器，也称为配电变压器。2.电力变压器按相数分，有单相和三相两大类。工厂变电所通常采用三相电力变压器。3.电力变压器按调压方式分，有无载调压（又称无激磁调压）和有载调压两大类。工厂变电

10、所大多采用无载调压变压器。4.电力变压器按绕组导体材质分，有铜绕组变压器和铝绕组变压器两大类。工厂变电所过去大多采用铝绕组变压器(逐步减少)，但低损耗的铜绕组的变压器现在得到了越来越广泛的应用。5.电力变压器按绕组型式分，有双绕组变压器，三绕组变压器和自耦变压器。工厂变电所大多采用双绕组变压器。6.电力变压器按绕组绝缘及冷却方式分，有油浸式和充气式干式等变压器。其中油浸式变压器，又有油浸自冷式，油浸风冷式，油浸水冷式和强迫油循环冷却式等。工厂变电所大多采用油浸自冷式变压器。7.电力变压器按用途分，有普通电力变压器，全封闭变压器和防雷变压器等。工厂变电所大多采用普通电力变压器。（4）电力变压器的

11、主要功能1.升压功能:升压变压器,将低压变成高压,实现远距离输送.一般用于发电厂。2.降压功能:降压变压器,将高压变成低压,以适应各种用电设备的需要,用于各种客户。3.特种功能;特种变压器,如电炉变压器, 电焊变压器,整流变压器等;用于特殊用途。 4.测量功能:仪用变压器,用在测量设备。1、2、1 变压器的工作原理单相变压器的工作原理（见图 1-1）图 1-1 单相变压器原理图在原、副线圈上由于有交变电流而发生的互相感应现象，叫做互感现象，互感现象是变压器工作的基础。变压器是利用电磁感应原理，从一个电路向另一个电路传递电能或传输信号的一种电器，是电能传递或作为信号传输的重要元件。变压器是一种静

12、止电机，根据电磁感应的原理，能够将一种电压的电能转换为另一种电压的电能，以满足不同负荷的需要。变压器的主要部件是一个线圈和套在铁心上的两个绕组。其中，与电源相连的线圈，接收交流电能，称为一次绕组；与负载相连的线圈，送出交流电能，称为二次绕组。一次绕组和二次绕组是分别独立的。当一次绕组接至交流电源后，变化着的交流电便在铁心中产生作相应变化的交变磁通（称主磁通 ） ，通过铁心中的主磁通这个桥梁，传递到二次绕组，使灯泡点亮。由于该磁通通过原、副绕组，因此，每匝线圈中产生的感应电动势大小相等、方向相同。如果原绕组有 N1 匝，副绕组有 N2 匝，交流磁通的最大值为 m，根据电磁感应定律，则原、副绕组的

13、感应电动势为：（1-1 ）114.mEfN224.mEfN于是：E1/ E2= N1/ N2 如果略去内阻压降，则可认为端电压就等于感应电动势，即：U1E1，U2E2，所以：（1-2）12UN原、副绕组的电压之比等于原、副绕组的匝数比。原绕组的输入电压与副绕组的输出电压之比叫做变压器的变化，用 K 表示，即：（1-3）可见，只要适当选择原、副绕组的匝数，利用变压器就能把交流电从一种电压变换成同频率的另一种电压。三相变压器的工作原理同单相变压器是一样的，所谓三相变压器实际上就是三个同容量的单相变压器的组合。在同一个铁心的三个铁心柱上，分别套上三个的一、二次绕组来进行三相变压，一次绕组的三个相与电

14、源的三个相连接，二次绕组的连接构成三相供电回路，与负荷连接。1、2、2 电力变压器的额定容量和过负荷能力（1）电力变压器的额定电压和额定容量：a额定电压(Un)：变压器的一个作用就是改变电压，因此额定电压是重要数据之一。额定电压是指在多相变压器的线路端子间或单相变压器的端子间指定施加的电压，或当空载时产生的电压，即在空载时当某一绕组施加额定电压时，则变压器所有其它绕组同时都产生电压。 变压器的额定电压应与此连接的输变线路电压相符合。我国输变电线路电压等级（kV）为 0.38 、3、6、10、15（20） 、35、63、110、220、330、500、750 输变电线路电压等级就是线路中断的电压

15、值。变压器产品系列是以高压的电压等级而分的，现在电力变压器的系列分为 10kV 及以下系列，35kV 系列，63kV 系列，110kV 系列和 220kV 系列等。额定电压是指线电压，且均以有效值表示。b额定容量（Sn）：变压器的主要作用是传输电能，因此，额定容量是它的主要参数。额定容量是一个表现变压器视在功率的惯用值，它是表征传输电能的大小，以 kVA 或 MVA 表示，当对变压器施加额定电压时，根据它来确定在规定条件下不超过温升限值的额定电流。 变压器的容量大小与电压等级也是密切相关的。电压低，容量大时电流大， 损耗增大；电压高，容量小时绝缘比例过大，变压器尺寸相对增大，因此，电压低的容量

16、必小。电压高的容量必大。温升和冷却方式：温升，变压器温升，对于空气冷却变压器是指测量部分的温度与冷却空气温度之差；对于水冷却变压器是指测量部分的温度与冷却器入口处的水温之差油浸式变压器线圈和顶层油温升限值是这样得来的,（2）电力变压器的正常过负荷负荷的基本概念在电力系统中，电气设备所需用的电功率称为负荷或电力。由于电功率分为视在功率、有功功率和无功功率， 一般用电流表示的负荷，实际kNfEm2121214.上是对应视在功率而言。 目前供电部门所分配的负荷指标，主要是指小时平均的有功负荷指标，而不是视在功率和无功功率。 电量是指用电设备所需用电能的数量， 电量的单位是千瓦时(kWh)。电量也分为

17、有功电量和无功电量。电力负荷在某个时间间隔内必然出现一个最大值，称为最高负荷。在某一段时间范围内电力负荷的平均值， 称为平均负荷。平均有功负荷与最高负荷的比率，称为负荷率。2.变压器保护的配置方案2、1 电力变压器保护概述2、1、1 继电保护的发展史自 1901 年第一代机电型感应式过流继电器在电力系统应用以来，继电保护已经经历了一个多世纪的发展。经历了机电式、整流式、晶体管式、集成电路式、微处理机式等不同的发展阶段。机电整流年代 在最初的二十多年里，通过测量故障发生后的稳态工频量来检测故障的各种新的继电保护原理相继出现：1908 年差动保护；1910 年电流方向保护；1923 年距离保护；1

18、927 年高频保护。尽管以后的研究工作不断发展和完善了电力系统的保护，但是这些保护的基本原理并没有变，至今仍然在电力系统继电保护领域中起主导作用。晶体管集成电路年代 晶体管继电保护从 50 年代末开始研究。60 年代中到 80 年代中是晶体管继电保护蓬勃发展和广泛采用的时代。在此期间，从 70 年代中，基于集成运算放大器的集成电路保护已开始研究。到 80 年代末集成电路保护已形成完整系列，逐渐取代晶体管保护。微处理机年代1965 年，英国剑桥大学的 PGMclaran 及其同事就提出用计算机构成电力系统继电保护的设想。国内微机保护的研究开始于 70 年代末期，起步较晚，但发展很快, 经过了四个

19、标志性阶段的发展。第一阶段是以单 CPU 的 8 位微处理器构成的微机保护装置。其代表产品为 WXB01 微机高压线路保护装置。第二个阶段是以多个 8 位单片机组成的多微机系统。其代表产品为WXB11 系列微机保护装置。第三个阶段是以 16 位单片机构成的多微机系统。其代表产品为 CSL 系列微机保护装置和 LFP900 系列微机保护装置。第四个阶段是 32 位计算机组成分层分布式网络系统。其代表产品为ps6000 系列综合自动化系统。目前，高压线路、低压网络、各种主电气设备都有相应的微机保护装置在系统中运行，特别是线路保护已形成系列产品，并得到广泛应用。经过长期的研究和实践，现在人们已普遍认

20、可了微机保护在电网中无可替代的优势。至 2006 年底，220kV 及以上系统继电保护装置的微机化率为 91.41%。 目前，国内继电保护的发展不管在软硬件技术还是在保护原理方面，都已达到甚至超过国外同行业的水平。2、1、2 电力变压器保护的目的(1)当被保护的电力系统元件发生故障时，使故障元件自动、有选择性、快速地从电力系统中切除，使故障元件损坏程度尽可能降低，并保证非故障部分迅速恢复正常运行 。(2)反应电气设备的不正常工作情况，并根据运行维护的具体条件和设备的承受能力,发出信号、减负荷或延时跳闸。继电保护的基本原理和构成方式：继电保护主要利用电力系统中元件发生短路或异常情况时的电气量(电

21、流、电压、功率、频率等)的变化，构成继电保护动作的原理，也有其他的物理量，如变压器油箱内故障时伴随产生的大量瓦斯和油流速度的增大或油压强度的增高。大多数情况下，不管反应哪种物理量，继电保护装置都包括测量部分(和定值调整部分)、逻辑部分、执行部分。2、1、3 电力变压器保护设计的基本要求继电保护装置应满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求(1)可靠性是指保护该动体时应可靠动作。不该动作时应可靠不动作。可靠性是对继电保护装置性能的最根本的要求。(2)选择性是指保护装置动作时仅将故障元件从电力系统中切除,使停电范围尽量减小,以保证系统中非故障部分继续安全运行。(3)灵敏性是保护装置对其保护范围内的

22、故障或不正常运行状态的反映能力。保护装置应具有必要的灵敏系数，各类保护的最小灵敏系数在规程中有具体规定。(4)速动性是指保护装置应尽快地速度断开短路故障，其目的是提高系统稳定性，减轻故障设备和线路的损坏程度，缩小故障波及范围，提高自动重合闸和备用电源或备用设备自动投入的效果等。2、2 电力变压器的保护装置的配置原则电力变压器继电保护装置的配置原则一般为:(1) 针对变压器内部的各种短路及油面下降应装设瓦斯保护, 其中轻瓦斯瞬时动作于信号, 重瓦斯瞬时动作于断开各侧断路器。(2) 应装设反应变压器绕组和引出线的多相短路及绕组匝间短路的纵联差动保护或电流速断保护作为主保护, 瞬时动作于断开各侧断路

23、器。(3) 对由外部相间短路引起的变压器过电流, 根据变压器容量和运行情况的不同以及对变压器灵敏度的要求不同, 可采用过电流保护、复合电压起动的过电流保护、负序电流和单相式低电压起动的过电流保护或阻抗保护作为后备保护, 带时限动作于跳闸。(4) 对 110kV 及以上中性点直接接地的电力网, 应根据变压器中性点接地运行的具体情况和变压器的绝缘情况装设零序电流保护和零序电压保护, 带时限动作于跳闸。(5) 为防御长时间的过负荷对设备的损坏, 应根据可能的过负荷情况装设过负荷保护, 带时限动作于信号。(6) 对变压器温度升高和冷却系统的故障, 应按变压器标准的规定, 装设作用于信号或动作于跳闸的装

24、置。2、3 电力主变压器选择主变压器选择包括容量、台数和类型的选择。主变压器容量必须满足网络中各种可能运行方式时最大负荷的需要，考虑到负荷的发展，主变压器的容量应根据电力系统 510 年的发展规划进行选择，并考虑变压器允许的正常过负荷能力。因此首先计算变电所各用户的用电总负荷，然后计算变电所设计的用电负荷，最后计算负荷增长的变电所最大负荷，据此选择变压器的容量。 主变压器台数的选择可考虑如下：电力负荷季节性很强，适宜于采用经济运行方式的变电所，可装设两台等容量或不等容量的主变压器（其中包括一台备用变压器）；变电所有重要负荷，应采用两台变压器（一台为备用变压器）；除上述两种情况外，一般变电所设置

25、一台主变压器。 农村变电所一般多采用双绕组三相变压器。对于电压偏移较大的变电所可采用有载调压变压器。容量较大的 110kV 及以上电压等级的变电所，为满足不同电压等级用户的要求，可采用三绕组变压器。2、4 故障分析及应对措施变压器的继电保护是利用当变压器内外发生故障时，电流、电压、油温等随之发生变化，通过这些突然变化来发现、判断变压器故障性质和范围，继而作出相应的反应和处理。2、4、1 故障分析1、如果发现是瓦斯报警装置动作，初步判断变压器内部故障(1) 当变压器绕组匝间与层间局部短路、铁芯绝缘不良，以及变压器严重漏油，油面下降，少量瓦斯出现时报警装置均会动作；当变压器内部发生严重故障，如一次

26、绕组故障造成相间短路，故障电流使变压器产生强烈气流和油流，造成重度瓦斯继电器动作，断路器掉闸并发出信号。(2) 如当时变压器无明显异常，可收集变压器瓦斯气体，进一步分析、确定故障性质。 气体若无色、无味，且不可燃，说明瓦斯继电器动作的原因是油内排出的空气引起； 气体是黄色的，不易燃烧，说明是变压器木质部分故障； 气体是淡黄色带有强烈臭味并可燃的，则为绝缘纸或纸板故障； 气体为灰色或黑色易燃，则为绝缘油故障。 ；注意：取变压器瓦斯气体时应停电后进行。(3) 经过以上两步后瓦斯保护动作仍未查明原因，为了进一步证实变压器是否为良好状态，取出变压器油样作简化试验，看有无耐压降低和油闪点下降的现象。如仍

27、然没有问题，应进一步检查瓦斯保护二次回路，看是否因瓦斯保护误动作， 经以证实继电保护的可靠性。(4) 变压器重瓦斯动作时，断路器掉闸，如未进行故障处验理并未确实证明变压器无故障时，不可重新合闸送电。2、若发现是差动保护动作，需对动作原因进行判断要准确判断出是变压器套管等原因造成的，还是变压器内部故障的原因造成的。2、4、2 应对措施(1) 确认是速断保护动作，可暂时解除信号音响。(2) 瓦斯继电器保护，先检查瓦斯继电器保护是否动作，如未动作，说明故障点在变压器外部，重点检查变压器及高压断路器向变压器供电的线路，看电缆、母线是否有相间短路故障。(3) 重点检查变压器高压引线有无明显故障点和其他明

28、显异常现象，如变压器喷油、起火、温升过高等。2、4、3 注意事项(1) 继电保护装置应选用质量优良的继电器及保护元件，元件的接点尽量要少；安装质量要合格，保护盘、控制盘应牢固可靠，避免装在有振动的场所，接线端子质量要合格，接线要良好。继电器投入运行前，值班人员、运行人员应清楚地解读保护装置的工作原理等。(2) 继电保护装置运行中，发现异常现象应加强监视并立即报告主管负责人；运行人员对运行中的继电保护装置的投入或退出，须经调度员或主管负责人批准，并记入值班记录簿。如需要变更继电保护整定值或二次回路接线时，须经过继电保护专业人员的同意。(3) 在二次回路上的一切工作，应遵守电气安全工作规程 的有关

29、规定。(4) 运行值班人员倒闸操作时，涉及继电保护回路时，应根据继电保护装置性能和运行规程的规定，对继电保护进行必要处理。(5) 继电保护动作断路器跳闸后，应检查保护动作情况，并查明原因，在消除故障恢复送电前,不要随即将掉牌信号复归。2、5 电力变压器的保护措施（1）电力变压器的常见故障及非正常运行状态电力变压器的常见故障可分为变压器油箱内部故障和油箱外部故障两大类。内部故障，内 部 故 障 指 变 压 器 邮 箱 里 面 发 生 的 各 种 故 障 。主 要 故 障 类 型 有 ： 各 相 绕 组 之 间 发 生 的 相 间 短 路 ， 单 相 绕 组 部 分 线 匝之 间 发 生 的 匝 间 短 路 ， 单 相 绕 组 或 引 出 线 通 过 外 壳 发 生 的 单 相 接 地 故 障 等 。内 部 故 障 危 害 性 很 大 ， 因 为 短 路 电 流 产 生 的 高 温 电 弧 不 仅 会 烧 毁 绕 组 绝 缘和 铁 芯 ， 而 且 会 使 绝 缘 材 料 和 变 压 器 油 受 热 分 解 而 产 生 大 量 气 体 ， 有 可 能