简介面向电力系统继电保护课程设计的学习者一份以双绕组降压变压器保护设计为题的DOC格式课程设计资料完整覆盖主保护与后备保护的设计、配置、整定计算和校验流程适合电气工程专业学生作为课程设计或毕业设计的参考。资料以15MVA、35±2×2.5%/6.6kV、Yd11接线双绕组降压变压器为对象从设计原始资料、保护方式确定入手详细阐述瓦斯保护、纵差动保护、过电流保护、低电压启动过电流保护及过负荷保护的动作原理、整定条件和计算方法并给出变压器各侧一二次电流、电流互感器变比、差动保护动作电流等具体算例。包体为单个doc文档约585KB便于直接阅读和修改使用。已有359人学习下载对正在完成相关课程设计的学生具有较强的借鉴价值可帮助理解变压器继电保护配置思路与整定计算步骤。1. 一台 15MVA 双绕组变压器的保护设计为什么要从差动整定开始电力系统继电保护课程设计里变压器保护设计是绕不开的一题而 15MVA、35±2×2.5%/6.6kV、Yd11 接线这个配置恰好卡在规程要求装设纵差动保护的容量门槛上。整套设计拆开看就是三条线主保护选瓦斯加纵差动后备保护用过电流、低电压启动过电流和过负荷最后把所有定值落到 BCH-2 型继电器上做整定计算与灵敏度校验。这个题目最值得动手的地方是把 2441A 的动作电流、7 匝继电器线圈、C-C 短路线圈抽头这些数字一步步走通走通了电磁式差动保护的整定方法也就吃透了。2. 差动保护整定计算三个条件取最大与 BCH-2 的线圈匝数怎么配合2.1 先亮出两侧电流水平为什么基本侧选 6.6kV变压器额定容量 15MVA高压侧 35kV、低压侧 6.6kV额定电流分别为 248A 和 1315A。35kV 侧电流互感器变比 600/5二次接成三角形6.6kV 侧电流互感器变比 1500/5二次接成星形。这里第一次出现容易绕晕的地方高压侧 TA 二次是 Δ 接线电流要乘以 √3 再除以变比所以二次电流是 248×√3/120 ≈ 3.58A低压侧 TA 二次是 Y 接线二次电流直接是 1315/300 ≈ 4.38A。参数35kV 侧6.6kV 侧额定电压35kV6.6kV额定电流248A1315ATA 变比600/51500/5TA 二次接线ΔY二次电流3.58A4.38A基本侧选二次电流大的那侧也就是 6.6kV 侧。这样做的理由是BCH-2 的平衡线圈匝数有限基本侧工作匝数多非基本侧才有足够的调节余量去配平两侧安匝。如果选错基本侧后面非基本侧平衡线圈可能凑不出合适的整数匝相对误差很容易超过 0.05 的允许值。2.2 差动动作电流的三个条件差动保护动作电流要同时满足三个条件取最大者作为一次动作电流。第一个条件是躲变压器空载合闸和外部故障切除后的励磁涌流按可靠系数 1.3 乘以变压器额定电流计算得到 1.3×1315 1700A。第二个条件是躲外部短路时的最大不平衡电流这是三个条件里最关键也最容易算错的一个因为不平衡电流由四部分组成。最大不平衡电流按 6.6kV 侧母线处最大三相短路电流 9389A 计算公式里 TA 同型系数取 1TA 变比误差取 0.1变压器调压分接头引起的误差取 0.05平衡线圈整定误差先按 0.05 估算于是动作电流为 1.3×(1×0.10.050.05)×9389 2441A。第三个条件是躲 TA 二次回路断线此时差动回路流过的是负荷电流按可靠系数 1.3 乘以最大负荷电流计算同样得到 1.3×1315 1709A。三者比较取最大者 2441A 作为差动保护一次动作电流。提示第二个条件中 0.1 是 TA 变比误差0.05 是分接头误差0.05 是平衡线圈误差。实际工程中如果平衡线圈误差算出来超过 0.05需要把真实误差代回去重新核算动作电流这一步不能省。2.3 基本侧继电器动作电流与线圈匝数基本侧继电器动作电流等于一次动作电流除以基本侧 TA 变比6.6kV 侧 TA 变比 1500/5 300接线系数为 1所以 2441/300 ≈ 8.13A。BCH-2 型继电器的动作安匝为 60继电器线圈匝数等于 60 除以动作电流得到 60/8.13 ≈ 7.38 匝取整为 7 匝。这 7 匝由差动线圈和平衡线圈 I 共同组成其中差动线圈取 6 匝平衡线圈 I 取 1 匝。非基本侧是 35kV 侧其平衡线圈 II 的计算匝数约 2.6 匝实用匝数取整数 2 匝。此时需要校验实用匝数与计算匝数不等带来的相对误差计算得到约 0.047小于 0.05因此不必重新核算动作电流定值。短路线圈抽头取 C-C这是变压器差动保护最常用的档位C-C 的短路线圈匝数适中兼顾躲励磁涌流能力和内部故障动作速度。下面这段脚本把上述过程串起来方便换参数复算。# 双绕组变压器 BCH-2 差动整定速算 S 15e3 # 额定容量 kVA U_g, U_d 35.0, 6.6 # 高/低压侧额定电压 kV n_g, n_d 600/5, 1500/5 # 高/低压侧 TA 变比 Krel 1.3 # 可靠系数 I_Nd S / (1.732 * U_d) # 低压侧额定电流约 1315 A I_k_max 9389 # 低压侧最大三相短路电流 A # 条件1躲励磁涌流 act_1 Krel * I_Nd # 条件2躲区外短路最大不平衡电流 act_2 Krel * (0.1 0.05 0.05) * I_k_max # 条件3躲 TA 二次回路断线 act_3 Krel * I_Nd I_dz max(act_1, act_2, act_3) I_dzj I_dz / n_d # 基本侧继电器动作电流 W_calc 60 / I_dzj # 计算匝数 print(f动作电流: {I_dz:.0f} A) print(f基本侧继电器动作电流: {I_dzj:.2f} A) print(f计算匝数: {W_calc:.2f} 匝)这段代码的三个条件与手算完全一致最后输出 2441A、8.13A、7.38 匝。换变压器容量或短路电流时只需要修改开头的几个参数就能快速得到新定值。注意条件 2 里的 0.1、0.05、0.05在实际工程中分别来自 TA 变比误差、有载调压分接头范围和平衡线圈整定误差后两个值要按变压器的实际参数修正。2.4 BCH-2 与微机型差动保护的整定差异BCH-2 是电磁式比率制动差动继电器靠速饱和变流器削弱励磁涌流中的非周期分量短路线圈抽头决定涌流制动强度。它与微机型差动保护最大的区别在于线圈匝数必须取整数平衡误差只能靠抽头硬凑凑不出来就要重新核算动作电流。微机型差动保护可以靠软件里的平衡系数和二次谐波制动来解决问题定值连续可调平衡误差通常在 0.01 以内。而 BCH-2 的平衡线圈每匝对应的电流增量很大所以整定计算时对基本侧的选取、匝数的取整方向都更敏感。理解了这一点再看课程设计里那些看似繁琐的匝数计算就能明白每一步都是在为“整数匝”这个约束服务。3. 后备保护整定过电流、低电压启动过流与过负荷按什么思路取定值3.1 过电流保护先按躲最大负荷算再看灵敏度够不够过电流保护作为外部相间短路的后备保护定值按躲过变压器可能出现的最大负荷电流整定。可靠系数 Krel 取 1.3返回系数 Kre 取 0.95综合负荷自启动系数 Kss 取 1.5最大负荷电流按变压器额定电流 1315A 计算于是整定值为 1.3×1.5×1315/0.95 ≈ 2699A。灵敏度校验用最小运行方式下低压侧两相短路电流。6.6kV 侧最小方式两相短路电流约 5.4kA折算到保护安装处后灵敏度约 2.0满足近后备灵敏度不低于 1.5 的要求。但如果变压器容量更大、系统阻抗更高过电流保护的启动电流会进一步抬高灵敏度很容易掉到 1.5 以下这时就要考虑低电压启动的过电流保护。3.2 低电压启动的过电流保护电压元件把关电流定值降下来低电压启动的过电流保护思路是用低电压元件闭锁过电流元件电流定值不再按躲最大负荷电流整定而是按大于变压器额定电流整定。电流继电器的可靠系数 Krel 取 1.2返回系数 Kre 取 0.85整定值为 1.2×1315/0.85 ≈ 1856A比过电流保护的 2699A 明显降低灵敏度相应提高。低电压继电器的动作电压按两个条件取最小值。第一个条件是躲正常运行时可能出现的最低工作电压取 0.9 倍额定电压除以返回系数即 0.9×6.6/0.85 ≈ 6.99kV第二个条件是躲电动机自启动时的电压降低取 0.6 倍额定电压即 0.6×6.6 3.96kV。取最小值 3.96kV 作为低电压定值。电压元件灵敏度校验时如果高压侧母线短路保护安装处的残压为零电压元件必然动作满足要求。后备保护整定公式计算值出口方式过电流保护Krel×Kss×I_L.max/Kre2699A延时跳闸低电压启动过电流电流元件Krel×I_N/Kre1856A经低电压开放后跳闸低电压启动过电流电压元件(0.5~0.6)U_N3.96kV低电压开放条件过负荷保护(1.05~1.1)I_N/Kre约 1624A延时 9s 发信号低电压启动的过电流保护有一类典型隐患电压互感器二次回路断线时低电压继电器会误动作。低电压继电器正常运行时处于励磁状态触点断开电压消失后触点闭合如果没有断线闭锁会把电流元件开放导致保护误跳闸。所以实际装置中必须配置电压回路断线闭锁功能这也是这个保护方案里最容易在现场出问题的点。3.3 过负荷保护动作于信号别让它去跳闸过负荷保护针对变压器长期过负荷运行引起的绕组发热对 400kVA 以上的变压器都应装设。它是辅助保护接于一相电流上延时动作于信号。整定值按 1.05~1.1 倍额定电流除以返回系数计算返回系数取 0.85得到约 1624A动作延时取 9s 左右躲过电动机自启动时间和外部故障切除后的负荷恢复过程。过负荷保护的定值比过电流保护低因为它的任务是反映变压器是否超出额定容量运行而不是区分故障与正常负荷。它与过电流保护在定值上的差距恰好说明了“故障保护”和“异常运行保护”在整定逻辑上的本质区别。多绕组变压器还要在公共绕组和各侧分别装设本设计是双绕组变压器所以只需要在单相上装一套即可。4. 二次展开图瓦斯跳闸、差动出口与低电压闭锁的回路要点4.1 瓦斯保护回路重瓦斯跳闸为什么需要自保持瓦斯保护主要由瓦斯继电器、信号继电器、出口中间继电器组成瓦斯继电器装在变压器油箱与油枕的连接管上。轻瓦斯保护由上部开口杯控制当继电器内积聚 250~300cm³ 气体时动作发出轻瓦斯信号重瓦斯保护由下部开口杯控制当油流速度达到 0.6~1.0m/s 时动作作用于跳闸。展开图中重瓦斯回路的接法是瓦斯继电器下触点闭合后启动出口中间继电器 BCJBCJ 的一对常开触点并联在自身线圈回路中形成自保持。自保持的作用是保证重瓦斯触点即使因油流扰动而瞬时抖动跳闸命令也能持续输出直到变压器各侧断路器全部跳闸、断路器辅助触点断开后才会复归。如果去掉这个自保持回路重瓦斯触点抖动一次就可能造成断路器重合闸后果是灾难性的。4.2 纵差动保护回路BCH-2 触点出口的展开逻辑电流纵差动保护回路在展开图中分成测量回路和跳闸回路两部分。测量回路里6.6kV 侧和 35kV 侧 TA 二次电流分别接入 BCH-2 继电器的差动线圈和平衡线圈两组电流在继电器内部按安匝平衡关系进行比较。正常运行时两侧安匝互相抵消差动线圈中只有不平衡电流内部故障时差动线圈流过动作电流BCH-2 触点闭合。跳闸回路上BCH-2 的触点与瓦斯保护的重瓦斯触点并联共同作用于出口中间继电器跳开变压器两侧断路器。这样设计的好处是任一主保护动作都能启动出口回路不会因为单个继电器失效而失去主保护功能。展开图里还要画出信号继电器的串联位置差动动作和重瓦斯动作对应不同的信号继电器方便故障后区分是哪套保护动作。4.3 低电压启动过流回路与门逻辑和 TV 断线闭锁低电压启动的过电流保护展开图由三部分组成电流元件、低电压元件和时间元件。电流继电器 I 的触点与低电压继电器 U 的触点串联构成“与门”逻辑只有电流超过定值且电压低于定值同时成立才启动时间继电器。时间继电器的延时触点闭合后经出口中间继电器跳开两侧断路器。展开图中的低电压元件有个容易被忽视的细节低电压继电器正常时励磁欠压时触点闭合所以电压互感器二次回路断线会直接导致低电压元件误开放。解决方法是加入电压回路断线闭锁继电器该继电器通常接在 TV 二次开口三角形绕组上断线时其触点串联在跳闸回路中将其断开或者闭锁低电压元件的出口。注意低电压启动过流保护的 TV 断线闭锁不是保护装置的辅助功能而是保证不误动的必要环节。课程设计里可以只画原理图但现场实施时漏掉这个闭锁等于是给保护埋了一个误动隐患。5. 拿到定值单先反向验算三步找出 BCH-2 整定里的隐患拿到一份别人算好的 BCH-2 差动定值单不要急着照抄先按下面三步反向验算一遍。第一步看动作电流是否满足躲励磁涌流的最低要求。方法是把动作电流除以变压器额定电流如果倍数小于 1.3说明没有可靠躲开涌流空载合闸时差动保护很可能误动。本设计 2441/1315 ≈ 1.86 倍满足要求。第二步算平衡线圈误差。用非基本侧计算匝数和实用匝数代入 f (W_js - W_sy)/(W_js W_cd)如果结果大于 0.05必须把真实误差代回不平衡电流公式重新核算动作电流。本设计约 0.047勉强在边界内如果误差再大一点动作电流就要从 2441A 往上抬。第三步也是最容易踩坑的一步灵敏度校验必须把 TA 接线系数算进去。本设计中最小运行方式下 6.6kV 侧两相短路电流约 5.4kA折算到 35kV 侧约 1082A此时 35kV 侧 TA 是 Δ 接线二次电流不是 1082/120 ≈ 9A而是 1082×√3/120 ≈ 15.6A。非基本侧动作电流为 60/(612) 6.67A灵敏度 15.6/6.67 ≈ 2.34大于 2 才能满足要求。如果粗心漏乘 √3灵敏度会算成 9/6.67 ≈ 1.35得出“不满足要求”的错误结论然后去改定值把整定方案带偏。现场遇到灵敏度临界的情况优先检查 TA 接线方向和接线系数是否漏算而不是急着调定值。BCH-2 的线圈匝数取下限、平衡抽头换一档都可能让灵敏度明显变化但这些调整会影响躲涌流能力属于需要通盘考虑的联动操作。把这三个反向验算步骤走完定值单里的问题基本都能在动手调试前暴露出来。本文还有配套的精品资源点击获取