10kv工厂电源变压器保护设计

毕业项目报告纸共22页第1页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊摘要电在我国经济发展和人民生活水平提高中起着不可或缺的作用，因此电力系统的安全和稳定是至关重要的。在电力系统中变压器是十分重要的电器元件，同时大容量的变压器也是十分贵重的电器元件，所以保证变压器的安全稳定，既是保证电力系统安全稳定运行的重要措施，也是保证电力系统经济运行的重要前提。变压器的保护类型很多，对于不同类型的变压器应选择合适的保护方案。关键词：电、电力系统、变压器、安全稳定毕业项目报告纸共22页第2页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊AbstractElectricityinChina'seconomicdevelopmentandimprovedlivingstandardsplaysanintegralrole,sothepowersystemsecurityandstabilityisessential.Powertransformerinthepowersystemisveryimportantelectricalcomponents,whilethelarge-capacitypowertransformerisalsoveryexpensiveelectricalcomponents,powertransformerssotoensurethesafetyandstability,notonlytoensurestableoperationofpowersystemsecuritymeasures,theimportantguaranteeofeconomicpowersystemAnimportantprerequisiteforrunning.Transformerprotectiontypemany,fordifferenttypesoftransformershouldchooseappropriateprotectionschemeKeywords:Power,PowerSystems,PowerTransformer,SecurityStable毕业项目报告纸共22页第3页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊目录1绪论……………………………………………………………………………………42变压器的简介…………………………………………………………………………52.1变压器的分类和原理……………………………………………………………52.2变压器的结构……………………………………………………………………73变压器保护的类型……………………………………………………………………103.1变压器过电流保护………………………………………………………………103.2变压器电流速断保护……………………………………………………………123.3变压器电流差动保护……………………………………………………………143.4变压器气体保护…………………………………………………………………163.5变压器过电压保护………………………………………………………………17410KV电源变压器保护的设计…………………………………………………………185结论……………………………………………………………………………………20致谢词……………………………………………………………………………………21参考文献…………………………………………………………………………………22毕业项目报告纸共22页第4页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊1绪论电在我国经济发展和人民生活水平提高中起着不可或缺的作用，因此电力系统的安全和稳定是至关重要的。在电力系统中变压器是十分重要的电器元件，同时大容量的变压器也是十分贵重的电器元件，所以保证变压器的安全稳定，既是保证电力系统安全稳定运行的重要措施，也是保证电力系统经济运行的重要前提。为了设计变压器合理的保护方式，首先需要了解变压器的类型、结构以及正常运行时的工作原理。其次还需要了解变压器一般具有哪些保护类型，并知道这些保护类型所对应的应用范围，应用场所。对于10KV电源变压器，其保护方式主要有断路器、负荷开关或负荷开关加熔断器配合等。负荷开关价格较低，但缺点是不能切断短路电流，因此很少采用。断路器的技术性较好，不过设备的价格偏高，并且用起来比较复杂，因此广泛使用是不太合理的。负荷开关加熔断器的组合配置保护方式，既可以避免使用价格较昂贵、操作较复杂的断路器，同时又很好的弥补了负荷开关不能切断短路电流的缺点，是可以满足实际运行需要的。本课题借鉴了常熟志春针纺织厂内配电变压器的保护类型。该变压器主要运用了过电流保护和电流速断保护。然而对于处于雷雨多发地区的变压器而言，除了上述的两种保护外，还应该选用过电压保护。以防止因为雷击引起的过电压对变压器产生损害。毕业项目报告纸共22页第5页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊2变压器的简介2.1变压器的分类和原理2.1.1变压器的分类(1)按相数分：1)单相变压器用于单相负荷或组成三相变压器组。2)三相变压器用于三相系统的升、降压。(2)按冷却方式分：1)干式变压器依靠空气进行冷却，冷却性较差。一般用于容量较小的变压器。2)油浸式变压器依靠油作冷却介质，冷却性较好。一般用于容量较大的变压器。(3)按用途分：1)电力变压器用于输配电系统的升、降压。2)仪用变压器如电压互感器、电流互感器，用于测量和保护的装置。3)特种变压器如电炉变压器、整流变压器、调整变压器等，特殊用途的变压器。(4)按绕组形式分：1)双绕组变压器用于连接电力系统中的两个电压等级。2)三绕组变压器用于连接电力系统中的三个电压等级。3)自耦变电器用于连接电力系统中的不同电压等级。也可做为普通的升、降压变压器使用。2.1.2变压器的原理在电力系统中，变压器是一种静止的电气设备。它利用电磁感应原理将一种电压等级的交流电能转变成另一种电压等级的交流电能。图2-1是单相变压器的原理图。图中在闭合的铁芯上，有两个相互绝缘的绕组。其中，左侧绕组接入电源端是一次侧绕组，右侧绕组接入输出端是二次侧绕组。当交流电压U•1加到一次侧后，一次侧绕组中就有交流电流I•1通过，因此可以在铁芯中产生交变的磁通Φ•。交变磁通Φ•同时穿过一次侧绕组和二次侧绕组，使得两个绕组分别产生相应的感应电势E•1和E•2。此时当二次侧绕组与负荷相连接时，便有电流I•2流入负荷，也就是说在二次侧绕组上有电能输出。毕业项目报告纸共22页第6页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊图2-1单相变压器原理图根据电磁感应定律可以得出：一次侧（电源侧）绕组的感应电势为：E1=4.44fN1Φm（2-1）二次侧（负荷侧）绕组的感应电势为：E2=4.44fN2Φm（2-2）公式（2-1）、（2-2）中：f是电源频率；N1是一次侧绕组的匝数；N2是二次侧绕组的匝数；Φm是铁芯中交流磁通的大小。由（2-1）、（2-2）式可以得出：E1——N1（2-3）E2N2由（2-3）式可以知道，变压器一、二次侧绕组的感应电动势之比等于一、二次侧绕组的匝数之比。由于变压器一、二次侧的电阻及漏电抗比较小，一般可以忽略不计，因此可以认为：一次侧电压的有效值：U1=E1，二次侧电压的有效值：U2=E2。于是可以得出：U1——E1——N1——K（2-4）U2E2N2公式（2-4）中：K称为变压器的变比。因为变压器一、二次侧绕组的匝数不相同，所以变压器一、二次侧绕组的电压也毕业项目报告纸共22页第7页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊不相等，匝数比较多的一侧电压就较高，匝数比较少的一侧电压就较低。忽略变压器产生的内部损耗，一般可以认为变压器的输出功率等于变压器的输入功率，即：U1I1=U2I2（2-5）公式（2-5）中I1、I2分别为变压器一次侧、二次侧的有效电流。由此就可以得出：I1——N1——I（2-6）I2N2K根据公式（2-6）可以知道，变压器一、二次侧电流的大小之比与变压器一、二次侧绕组的匝数之比成反比。也就是说变压器匝数比较多的一侧电流较小，匝数比较少的一侧电流较大。2.2变压器的结构图2-2是中小型油浸式变压器的典型结构。图2-2变压器结构示意图1.高压套管2.分接开关3.低压套管4.气体继电器5.安全气道（防爆管）6.油枕7.油表8.吸湿器9.散热片10.铭牌11.接地螺栓12.油样阀门13.放油阀门14.阀门毕业项目报告纸共22页第8页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊15.绕组（线圈）16.信号温度计17.铁芯18.净油器19.油箱20.变压器油(1)铁芯1）铁芯结构变压器的铁芯是变压器的磁路部分。由铁芯柱和铁轭两部分组成。绕组缠绕在铁芯柱上，而铁轭是用来使整个磁路闭合。铁芯的结构一般分为心式和壳式两类。心式铁芯的特点是铁轭靠着绕组的顶面和底面，但不包围绕组的侧面。壳式铁芯的特点是铁轭不仅包围绕组的顶面和底面，而且还包围绕组的侧面。由于心式铁芯结构比较简单，绕组的布置和绝缘也比较容易，因此我国变压器主要采用心式铁芯。2）铁芯材料由于铁芯是变压器的磁路，所以要求其材料导磁性能要好。一般采用硅钢片叠压而成。硅钢片的表面需要涂一层绝缘漆使得片与片之间绝缘。(2)绕组绕组是变压器的电路部分，一般用绝缘纸包的铝线或铜线烧制而成。根据高、低压绕组排列方式的不同，绕组分为同心式和交叠式两种。对于同心式绕组，为了便于绕组和铁芯绝缘，通常将低压绕组靠近铁芯柱。对于交叠式绕组，为了减小绝缘距离，通常将低压绕组靠近铁轭。(3)绝缘变压器内部主要绝缘材料有变压器油、绝缘纸板、电缆纸、皱纹纸等。(4)油箱油箱是油浸式变压器的外壳，变压器的器身置于油箱内，油箱内灌满变压器油。油箱结构根据变压器的大小分为吊器身式油箱和吊箱壳式油箱两种。1）吊器身式油箱一般用于6300KVA及以下的变压器，其箱沿设在顶部，箱盖是平的，由于变压器的容量较小，因此重量较轻，检修时可以将器身吊起。2）吊箱壳式油箱一般用于8000KVA及以上的变压器，其箱沿设在下部，上节箱身做成钟罩形。检修时不需要将整个器身吊起，只要吊起上节油箱就行。(5)冷却装置变压器运行时，绕组和铁芯产生损耗，发出热量。为了避免变压器过热造成事故必须及时散热。变压器的冷却装置是起散热的作用。对于小容量的变压器，绕组和铁芯所产生的热量经过变压器油箱内壁的散热就足够了。若变压器容量大，可以在油箱外壁上焊接散热管，以增大散热面积，提高散热的效果。(6)储油柜储油柜又称作油枕，安装在变压器油箱的上方，通过气体继电器与油箱连通。当变压器的油温发生变化时，由于热胀冷缩它的体积会增大或减小。储油柜的作用就是保证油箱内总是充满油。毕业项目报告纸共22页第9页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊(7)气体继电器气体继电器位于储油柜与箱盖的联管之间。当变压器内部发生故障时（如绝缘击穿、相间短路等）或变压器油箱漏油使油面下降时，接通跳闸回路并发出信号，保护变压器。(8)高、低压绝缘套管变压器内部的高、低压引线是经过绝缘套管引到变压器油箱外面的，它主要起着固定引线和对地绝缘的作用。套管由带点部分和绝缘部分组成。带点部分包括导电杆、导电管、电缆或铜排。绝缘部分分外绝缘和内绝缘。外绝缘为瓷管，内绝缘为变压器油、附加绝缘和电容性绝缘。毕业项目报告纸共22页第10页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊3变压器保护的类型3.1变压器过电流保护变压器的过电流保护是用来防止由于发生过载而引起的过电流以及短路，属于变压器保护类型中的后备保护。变压器的过电流保护是根据躲过被保护变压器的最大工作电流来整定它的动