31.5MW变压器纵差动保护设计

辽宁工业大学电力系统继电保护课程设计（论文）题目：31.5MW变压器纵差动保护设计（1）院（系）：电气工程学院专业班级：电学号：学生姓名：指导教师：（签字）起止时间：2012.12.26-2013.1.11本科生课程设计（论文）课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院教研室：电气工程及其自动化学号学生姓名专业班级电气班课程设计（论文）题目31.5MW变压器纵差动保护设计（1）课程设计（论文）任务系统接线图如图：课程设计的内容及技术参数参见下表设计技术参数工作量系统接线如上图所示，参数如下：系统：短路容量Sn=800MVA发电机F1和F2%13%dXSn=25MWcosφ=0.8变压器T1型号：SFL1-31500/121kV，Y0/Δ-11接线，短路电压百分数为Ud%=10.5%变压器T2型号：SFSL-31500/121kVY0/Y/Δ-11接线，短路电压百分数为Ud(1-2)%=17%，Ud(1-3)%=10.5%Ud(2-3)%=6.0%变压器T3和T4型号：SFL1-20000/121kVY0/Δ-11接线，短路电压百分数为Ud%=10.5%输电线路线路电抗为0.4Ω/km，L1、L2、L3、L4的长度分别为100km、50km、30km、60km。1．计算各元件的等值模型，确定该电力系统的等值电路。2．短路电流计算。3．确定系统的最大运行方式和最小运行方式。4．对变压器T1进行保护配置，说明都设置哪些保护形式。5．整定计算变压器T1的纵差动电流保护的整定电流值。6．整定计算变压器T1的纵差动保护动作线圈的匝数，校验相对误差和灵敏度。7．绘制变压器保护的原理接线图。并分析动作过程。8.采用MATLAB建立系统模型进行仿真分析。系统L1L2L3L4T1T2F1F2T3T4本科生课程设计（论文）1续表进度计划第一天：收集资料，确定设计方案。第二天：计算短路电流。第三天：确定系统的运行方式第四天：保护规划配置。第五天：整定动作电流值。第六天：整定动作线圈的匝数并校验。第七天：绘制保护原理图。第八天：MATLAB建模仿真分析。第九天：撰写说明书。第十天：课设总结，迎接答辩。指导教师评语及成绩平时：论文质量：答辩：总成绩：指导教师签字：年月日注：成绩：平时20%论文质量60%答辩20%以百分制计算本科生课程设计（论文）2摘要电力系统中的变压器，它利用电磁感应原理，把输入的交流电升高或降低为同一频率的交流输出电压。譬如通过变压器升压，可以降低输送的电能损失，把电能送到远方。通过变压器把高压电降为适用的电压供用户使用。变压器在电力系统中是十分重要的电气设备，而对变压器的继电保护在整个系统中占有重要的地位，长期以来变压器一直采用差动保护作为内部故障的主保护，因此差动保护的性能好坏将直接影响到系统安全稳定运行和能否安全、稳定地供电。本次课程设计就是有关于变压器的纵差动保护整定计算，紧密贴合电气专业的课程主要重点知识，可以对变压器保护的知识有更深入的了解和学习，并且融合了其他课程知识，涉及到正序、负序、零序网络的建立、保护原理图的绘制与动作过程分析，变压器在最大及最小运行方式下短路电流的计算以及对变压器纵差保护继电器的整定、计算及校验，利用MATLAB建立了仿真模型，对变压器在不同工作条件下进行了大量的仿真，仿真结果表明，阻抗继电器与变压器纵差动保护相配合的方式在检测变压器内部故障时有很高的灵敏度，在外部故障时又有很强的制动作用，具有一定的实用价值，最后分析动作过程并采用MATLAB建立系统模型进行仿真分析输出系统正常状态和故障状态下的电流和电压波形，判断系统是否会出现继电器的误动作并分析其动作，用准确的数据来验证计算的准确性和实用性。关键词：变压器；差动保护；MATLAB；阻抗继电器本科生课程设计（论文）3目录第1章绪论.........................................................4第2章变压器纵差动保护整定计算.....................................52.1变压器保护规划配置............................................52.2确定系统运行方式..............................................62.3动作电流整定计算及校验.........................................6第3章保护原理图的绘制与动作过程分析..............................14第4章MATLAB建模仿真分析..........................................17第5章课程设计总结................................................19参考文献...........................................................20本科生课程设计（论文）4第1章绪论1、变压器纵差保护基本原理纵差保护作为变压器内部故障的主保护将有许多特点和困难。变压器具有两个或更多个电压等级，构成纵差保护所用电流互感器的额定参数各不相同，由此产生的纵差保护不平衡电流将比发电机的大得多，纵差保护是利用比较被保护元件各端电流的幅值和相位的原理构成。由于纵差保护的构成原理是基于比较变压器各侧电流的大小和相位，受变压器各侧电流互感器以及诸多因素影响，变压器在正常运行和外部故障时，其动差保护回路中有不平衡电流，使纵差保护处于不利的工作条件下。2.纵差保护不平衡电流分析2.1稳态情况下的不平衡电流变压器在正常运行时纵差保护回路中不平衡电流主要是由电流互感器、变压器接线方式及变压器带负荷调压引起。（1）由电流互感器计算变比与实际变比不同而产生。正常运行时变压器各侧电流的大小是不相等的。为了满足正常运行或外部短路时流入继电器差动回路的电流为零，则应使高、低压两侧流入继电器的电流相等，即高、低侧电流互感器变比的比值应等于变压器的变比。（2）由变压器两侧电流相位不同而产生。变压器常常采用两侧电流的相位相差30°的接线方式（对双绕组变压器而言）。（3）由变压器带负荷调整分接头产生。在电力系统中，经常采用有载调压变压器，在变压器带负荷运行时利用改变变压器的分接头位置来调整系统的运行电压。改变变压器的分接头位置，实际上就是改变变压器的变化。2.2暂态情况下的不平衡电流（1）由变压器励磁涌流产生。变压器的励磁电流仅流经变压器接通电源的某一侧，对差动回路来说，励磁电流的存在就相当于变压器内部故障时的短路电流[3]。因此，它必然给纵差保护的正确工作带来不利影响。正常情况下，变压器的励磁电流很小，故纵差保护回路的不平衡电流也很小。在外部短路时，由于系统电压降低，励磁电流也将减小。（2）由变压器外部故障暂态穿越性短路电流产生纵差保护是瞬动保护，它是在一次系统短路暂态过程中发出跳闸脉冲。本科生课程设计（论文）5第2章变压器纵差动保护整定计算2.1变压器保护规划配置系统等值网络图2.1正序网络.图2.2负序网络本科生课程设计（论文）6参数如下：系统：短路容量Sx=800MVA发电机F1和F2%13%dXSn=25MWcosφ=0.8变压器T1型号：SFL1-31500/121kVY0/Δ-11接线短路电压百分数为Ud%=10.5%变压器T2型号：SFSL-31500/121kVY0/Y/Δ-11接线，短路电压百分数为Ud(1-2)%=17%，Ud(1-3)%=10.5%Ud(2-3)%=6.0%变压器T3和T4型号：SFL1-20000/121kVY0/Δ-11接线短路电压百分数为Ud%=10.5%输电线路：线路电抗为0.4Ω/kmL1、L2、L3、L4的长度分别为100km、50km、30km、60km。2.2确定系统运行方式最大方式：A厂、B厂发电机、变压器全部投入，双回线运行。最小方式1：A厂停一台25MW发电机和31.5MVA变压器，双回线运行。最小方式2：B厂停一台25MW发电机，单回线运行。最小方式3：A厂停一台50MW发电机和63MVA变压器，双回线运行。2.3动作电流整定计算及校验2.3.1元件标幺值计算：发电机：50MW：*dX=0.124×1984.08.0501002448.08.050100153.0*2X25MW：*dX=0.13×416.08.025100本科生课程设计（论文）7512.08.02510016.0*2X变压器：31.5MVA：3333.05.311001005.10*X63MVA：1667.0631001005.10*X40MVA：2625.0401001005.10*X31.5MVA：75.10)5.65.105.17(21%1KU75.6)5.105.65.17(21%2KU25.0)5.175.65.10(21%3KU3413.05.3110010075.10*1X2143.05.3110010075.6*2X0079.05.3110010025.0*3X输电线：单回：1815.0115100604.02*1X5445.01815.033*1*0XX双回：1512.0115100504.02*1X756.01512.055*1*0XX2.3.2短路电流计算〈1〉最大方式本科生课程设计（论文）8图2.3最大方式原理图外部短路：1d短路：6372.1211387.01667.011I2d短路：6540.1211667.01356.012I内部短路：1d短路：649.101356.0//)1387.01667.0(11I2d短路：518.101387.0//)1356.01667.0(12I〈2〉最小方式1图2.4最小方式原理图外部短路：1d短路：8474.1208.03333.011I2d短路：13265.23333.01356.012I内部短路：1d短路：2220.91356.0//)208.03333.0(11I本科生课程设计（论文）92d短路：940.6208.0//)3333.01356.0(12I3〉最小方式2图2.5最小方式2原理图外部短路：1d短路：6372.1211387.01667.011I2d短路：6202.1211667.01419.012I内部短路：1d短路：3216.101419.0//)1387.01667.0(11I2d短路：4502.101387.0//)1419.01667.0(12I〈4〉最小方式3本科生课程设计（论文）10图2.6最小方式3原理图外部短路：1d短路：6372.1211387.01667.011I2d短路：3072.1211667.02158.012I内部短路：1d短路：9083.72158.0//)1387.01667.0(11I2d短路：8242.91387.0//)2158.01667.0(12I2.3.3短路电流计算结果表短路点短路运行情况情况外部短路内部短路1d最大方式1.637210.649最小方式11.84749.2220最小方式21.637210.3216最小方式31.63727.90832d最大方式1.654010.518最小方式12.132656.940最小方式21.620210.4502最小方式31.30729.8242本科生课程设计（论文）112.3.4基本侧的选择数值名称各侧数值110kV11kV变压器一次侧额定电流8.200115340A2199.55.10340A电流互感器接线方式电流互感器一次电流200.8A5.38092199.53A电流互感器变比60530080054000电流互感器二次额定电流3