畢業(yè)設計83熱式火力發(fā)電廠電氣部分及繼電保護設計

熱式火力發(fā)電廠電氣部分及繼電保護設計 2009-07-13 15:03:27 來源 : 作者 : 【 大 中 小 】 瀏覽 :99 次 評論 :0 條 此欄目為免費論文 ,可自行復制獲取 ,如需要其他完整論文 ,可點擊 論文范文 查找 .推廣本站，免費獲取論文 摘 要 本設計是大型機組的電部分及全網的繼電保護配置設計，使發(fā)電廠達到最優(yōu)化運行和安全運行。 本論文在編寫上分為幾個部分，首先由原始資料分析開始，確定全廠與系統的電氣主接線，然后在主接線的基礎上進行短路電流計算，選擇出最適合的全廠電器，使其最經濟合理，最后，為了 使電廠能安全可靠的運行，對全廠配置最完善的繼電保護。 電器主接線是構成電力系統的重要環(huán)節(jié)，關系到系統供電的可靠性，運行調度的靈活性和經濟性，首先根據規(guī)程規(guī)定及原始資料條件的合理方案，然后經過各方面的比較選擇出幾種方案中最好的一種作為設計方案。 短路電流計算是為了在選擇電氣設備時，保證設備在正常運行和故障情況下都能安全、可靠的工作，同時又力求節(jié)約資金，短路電流計算是把電抗歸算到同一基準值下通過轉移電抗與計算電抗的轉換來計算。 繼電保護的配置是考慮到發(fā)電機變壓器、發(fā)電機變壓器組及母線出線出現各種短路故障或 異常情況可能有幾種不同的保護方式，通過比較選出既接線簡單又安全可靠的保護。 關 鍵 詞： 目錄 緒論 4 設計題目 5 原始資料 5 對原始資料的分析 6 草擬主接線的方案 7 方案可靠性及經濟性分析 10 主變容量及聯絡變容量的確定 12 短路電流的計算及主要電氣設備的選擇 13 發(fā)電機 變壓器組保護方式的選擇及整定 24 全廠繼電保護及自動裝置的配置 40 結論 42 參考文獻 42 緒論 一、設計的目的和要求： 畢業(yè)設計是學生在校學習的最后一個環(huán)節(jié)，對所學基本理論專業(yè)知識起著鞏固總結和發(fā)展提高的作用，擴大了知識面，是一次綜合性的訓練。 通過一個具體的課題，綜合運用所學知識，解決具體工程實際問題，學習工程設計的基本技能，基本程序和基本方法，培養(yǎng)學生具有初步的科學研究和設計計算方面的能力，培 養(yǎng)學生關于工業(yè)建設中的政策觀念和經濟技術觀念，培養(yǎng)學生理論聯系實踐進一步了解和熟悉與課題有關的技術成就和技術規(guī)范，擴大知識領域，提高學生分析問題和解決問題的能力。 二、設計內容： 1.發(fā)電廠主接線方案的選擇，包括主變容量及臺數選擇 2.短路電流的計算及有關設備的選擇 3.元件保護的設計 4.繪圖 5.整理說明書及計算書 6.答辯 設計題目 2100MW+2200MW 供熱式火力發(fā)電廠的電氣部分及繼電保護設計 原始資料 廠址概況 廠址位于新建的大型煤礦區(qū)內，為一坑口電站，所用燃煤由煤礦直接供給。 電廠生產的電力用 110KV電壓等級 8回線向 4個較大的負荷供電，綜合最大負荷 200MW，另外 220KV電壓等級有 4回和系統聯絡。 廠址地區(qū)條件較好，地勢較為平坦，屬于 5級地震區(qū)，凍土層深 1.5m，復冰厚 10mm,最大風速 18m/s,年平均氣溫 +5 ，最高氣溫 +35 ，最低 -25 。 機組參數 鍋 爐： 2HG 410/100 2HG 670T/140-1 汽輪機： 2N100 -90 2N200 -130/535 發(fā)電機： 2TQN -100-2 2Q FQS-200-2 電力系統接線圖： 4.負荷資料： 110KV電壓等級負荷：綜合最大負荷 200MW 序號 用戶名稱 最大負荷 距離 線路數 利用小時 KW Km 1 變電所 9000 50 2 6000 2 機械廠 5000 20 2 4000 3 化工廠 6000 15 2 5500 4 煤 礦 8000 30 2 6000 對原始資料的分析： 設計電廠為大、中型凝汽式火電廠，其容量為： 2100+2200=600MW 最大單機容量為 200MW，即具有中型容量的規(guī)模，大型機組的 特點，當本電廠投產后，在電力系統中將主要承擔基荷，其占電力系統總容量為 600/（ 2200+2300+600 ） 100%=37.5% （ 15%）超過了電力系統的檢修備用容量，說明該廠在未來電力系統中的作用和地位是至關重要的，從負荷特點及電壓等級可知，它具有 10.5KV、 15.75KV、 110KV、 220KV四級電壓， 110KV容量較大，與其相連的負荷利用小時數都在 5000h以上，所以對其供電應依可靠性為主，為保證檢修出線斷路器不致對該回路停電，擬采取雙母帶旁路的接線形式為宜，而 220KV 線路接受本廠送出的 電力將其送入系統，最大可能接受本廠送出的電力為 600-2000.7 -6006%=424MW ，可見，該廠 220KV線的接線對可靠性要求應當較高，但又考慮到運行中的靈活性，故對其擬采取雙母線接線形式為宜， 15.75KV和 10.5KV電壓為發(fā)電機出口電壓，既無直配負荷，又無特殊要求，擬采用單元接線形式，可節(jié)省價格昂貴的發(fā)電機出口短路器，又利于配電裝置的布局。 草擬主接線方案 在對原始資料分析的基礎上，結合對電氣主接線的可靠性，靈活性及經濟性等基本要求，綜合考慮，在滿足技術、經濟政策的前提下，力爭使其為技術選 供電安全可靠，經濟合理的主接線方案。 發(fā)電、供電可靠性是發(fā)電廠生產的首要問題，主接線的設計首先應保證其滿發(fā)、滿供，不積壓發(fā)電能力，同時應盡可能減少傳輸能量過程中的損失，以保證供電連續(xù)性，為此，對大中型發(fā)電廠的主接線的可靠性，擬從以下幾方面考慮： 斷路器檢修時，是否影響連續(xù)供電。 線路斷路器或母線故障，以及在母線檢修時，造成饋線停運的回路數多少和停電時間長短，能否滿足重要的 、 類負荷對供電的要求。 本發(fā)電廠有無全廠停電的可能性。 大型機組突然停電對電力系統穩(wěn)定運行的影響與生產的后果等因素。 主接線還應其 有足夠的靈活性，能適應多種運行方式的變化，且在檢修，事故等級特殊狀態(tài)下操作方便，調度靈活，檢修安全，擴建發(fā)展方便。 主接線的可靠性與經濟性應綜合考慮，辨證統一，在滿足技術要求前提下，盡可能投資省，占地面積少，電能損耗少，年費用為最小。 根據以上分析，初步確定以下幾種方案： 方案可靠性及經濟性分析 以上三種方案的共同點是向系統送電都采用雙母線，而向負荷供電則采取雙母線帶旁路，雙母供電有以下幾種優(yōu)點： 供電可靠，通過兩組母線隔離開關的倒換操作可以輪流檢修一組母線而不致使供電中斷，一組母線故障后，能迅速 恢復供電，檢修任一回路的母線隔離開關，只停該回路。 調度靈活，各個電源可以任意分配到某一組母線上，能靈活地適應系統中各種運行方式調度和潮流變化的需要。 擴建方便，向雙母線的左右任何一個方向擴建，均不影響兩組母線的電源和負荷均勻分配，不會引起原有回路的停電，當有雙回架空線路時，可以順序布置，以致連接不同的母線段時，不會如單母線分為那樣導致出線交叉跨越。 便于試驗，當個別回路要單獨進行試驗時，可將該回路分開，單獨接至一組母線上。 雙母帶旁路除具有以上優(yōu)點外，還具有以下特點，就是在進出線斷路器檢修時（包括其保護 裝置的檢修和調試）不中斷對用戶的供電。 以下對三種方案中的不同部分進行分析比較： 方案一中， 2臺 200MW的機組通過發(fā)電機 變壓器單元接線接在 200KV 線路上，2臺 100MW的機組也通過單元接線接在 110KV線路上，兩種電壓等級的線路通過聯絡變連接起來，這種接線方式可保證連續(xù)向負荷供電；同時，每臺發(fā)電機的出口省去價格比較昂貴的斷路器，因此，比較可靠和經濟。 方案二中， 2臺 100MW的發(fā)電機通過三繞變接在 110KV線路和 220KV線路，這種接線雖可省去 聯絡變，但由于主變采用三繞變，故帶來以下主要問題： 發(fā) 電機出口要求裝設斷路器，但由于很大的額定電流和短路電流，使得斷路器制造困難。 三繞變的中壓側往往只能制造死抽頭，這對高、中壓側調壓及負荷分配不利。 布置在主廠房前的主變壓器，廠用高壓變壓器和備用變壓器的數量較多，若主變?yōu)槿@變時，增加中壓側引線的架構，并且主變可能為單相，將造成布置的復雜與困難， 三繞變中會有較大的穿越功率 方案三中， 1臺 200MW的機組采用雙繞變單元接線接在 110KV線路上向負荷供電，由于 200MW機組為大型機組，而其升高電壓等級只有 110KV，這就使得發(fā)電機出口的額定電流和短路電流較大 ，相應的對電氣設備的要求就較高，另外，當該機組檢修時，系統只能通過聯絡變向負荷倒送電，這樣電能就會在升壓變壓器和降壓變壓器中通過，其中損耗就相當大，這就很不經濟的。 綜合以上分析，在技術上方案一明顯合理，故決定選用方案一為設計的最終方案。 主變容量及聯絡變容量的確定 單元接線的主變壓器容量的確定原則。 單元接線時變壓器容量應按發(fā)電機的額定容量扣除，本機組的廠用負荷后，留有10%的裕度來考慮。 按發(fā)電機的最大連續(xù)輸出容量扣除本機組的廠用負荷取以上原則的較大者。 連續(xù)兩種升高電壓母線的聯絡變容量的確定原則。 聯絡變容量應能滿足兩種電壓網絡在各種不同運行方式下，網絡間的有功功率和無功功率交換。 聯絡變容量一般不應小于接在兩種電壓母線上最大一臺機組的容量，以保證最大一臺機組故障或檢修時，通過聯絡變來滿足本側負荷的要求，同時也可以在線路檢修或故障時，通過聯絡變將剩余容量送入另一系統。 聯絡變?yōu)榱瞬贾煤鸵€方便，通常只選一臺，在中性點接地方式允許條件下，以選自耦變?yōu)橐耍涞谌@組即低壓繞組兼作廠用備用電源或引線無功補償裝置。 根據以上原則，主變容量和聯絡變容量分別取為以下各職： 200MW的發(fā)電機 主變容量取 240MVA 100MW的發(fā)電機 主變容量取 120MVA 聯絡變的容量取為 120MVA 短路電流的計算及主要電氣設備的選擇 短路電流計算的目的 在選擇電氣主接線時，為了比較各種接線方案或確定某一接線是否需要采取限制短路電流的措施等均要進行必要的短路電流計算。 在選擇電氣設備時，為了保證設備在正常運行和故障情況下都能安全可靠地工作，同時又力求節(jié)約資金，這就要進行全面的短路電流計算。 在設計屋外高壓配電裝置時，需按短路條件校驗軟導線的相同和相對地的安全距離。 在選擇繼電保護 方式和進行整定計算時，需以各種短路時的短路電流為依據。 接地裝置的設計，也需要用短路電流。 短路電流計算的一般規(guī)定 計算的基本情況 電力系統中所有電源均為在額定負荷下運行 所有同步電機都具有自動調整勵磁裝置 短路發(fā)生在短路電流為最大值的瞬間 所有電源的電動勢相位角相同 接線方式 計算時所用的接線方式，應是可能發(fā)生最大短路電流的正常接線方式（即最大運行方式）而不能用僅在切換過程中可能并列運行的接線方式。 短路的種類 一般按三相短路計算，若發(fā)電機出口的兩相短路，或中性點直接接地系統以及自耦變壓器等回路中 的單相（或兩相）接地短路較三相短路情況嚴重時，則應按嚴重情況的進行校驗。 短路計算點 在正常接線方式時，通過電氣設備的短路電流為最大的地點稱為短路計算點 計算步驟： 在工程設計中，短路電流的計算通常采用實用曲線法現將其計算步驟簡述如下： 選擇計算短路點 畫等值網絡（次暫態(tài)網絡）圖 首先去掉系統中的所有負荷分支，線路電容，各元件的電阻，發(fā)電機電抗用次暫態(tài)電抗 Xd 選取基準容量 Sb和基準電壓 Ub（一般取各級的平均電壓） 將各元件電抗換算為同一基準值的標么電抗 繪出等值網絡圖，并將各元件電抗統一編號 3)化簡等值網絡： 為計算短路點的短路電流值，需將等值網絡分別化簡為以短路點為中心輻射性等值網絡，并求出各電源與短路點之間的電抗，即轉移電抗 Xnd 4)求計算電抗 Xjs 5)由運算曲線查出各電源供給的短路電流同期分量標么值 6）計算無限大容量（或 Xjs3 ）的電源供給的短路電流周期分量 7）計算短路電流周期分量有名值和短路容量 8）計算短路電流沖擊值 9）繪制短路電流計算結果表，以下給出具體的求解過程： 短路點的選擇，在本系統圖中，將選取 220KV 母線和 110KV母線上的一點作為短路點，再選發(fā)電機出口和 廠用高壓母線上一點作為短路點。 畫等值網絡（次暫態(tài)網絡）圖 各元件的參數如下： Xd （ %） 發(fā)電機 F1， F2 14.13 發(fā)電機 F3， F4 18.3 發(fā)電機 F5， F6 20.04 變壓器 T1， T2， UK%=13 變壓器 T3， T4， UK%=10.5 變壓器 T5， T6， UK%=13 變壓器 T7， T8， UK%=14 線路阻抗取為 0.4/Km 取基準值 Sb=100 Ub=Uav 將各元件電抗換算為同一基準值的標么電抗 Xd1=0.1413100/200=0.0707= Xd2 Xd3=0.183100/100=0.183= Xd4 Xd5=0.2004100/225=0.0891= Xd6 Xd7=0.167100/300=0.0557= Xd8 XT1=0.13100/240=0.0542= XT2=XT5=XT6 XT3=0.105100/120=0.0875= XT4 XT7=0.14100/360=0.0389= XT8 X1=1500 .41/2100/2302=0.0567 X2=1000.41/2100/2302=0.0378 聯絡變中各阻抗電壓（ %） U1-2%=10.26 U1-3%=17.85 U2-3%=11.4， 則換算后的標么值為： X3=1/2（ 10.26+17.85-11.4） 100/120/100=0.0696 X4=1/2（ 10.26+11.4-17.85） 100/120/100=0.0159 X5=1/2（ 11.4+17.85-10.26） 100/120/100=0.0791 將等值網 絡進行化簡，然后再求轉移電抗和計算電抗，最后在運算曲線上查出各電源供給的短路電流周期分量標么值再將其化為有名值，并計算短路容量和短路電流沖擊值。 各短路點短路電流計算結果參見表一，具體求解過程見計算書中的短路電流計算。 主要電氣設備的選擇 導體和電氣的選擇，必須執(zhí)行國家的有關技術經濟政策并應做到技術先進，經濟合理，安全可靠，運行方便和適當地留有發(fā)展余地，以滿足電力系統安全經濟運行的需要。 根據水電部 1980年頒發(fā)的設計規(guī)程，對于導體和電器選擇設計的規(guī)定簡述如下： 1）一般原則 應滿足正常運行、 檢修、短路和過電壓情況下的要求，并考慮遠景的發(fā)展的需要。 應按當地環(huán)境條件校核。 應力求技術先進和經濟合理。 選擇導體時應盡量減少品種。 擴建工程應盡量使新老電器型號一致。 選用的新產品，均應具有可靠的試驗數據，并經正式鑒定合格。 2）有關的幾項規(guī)定 導體和電氣應按正常運行情況選擇，按短路條件驗算其動熱穩(wěn)定，并按環(huán)境條件校核電器的基本使用條件： 在正常運行條件下，各回路的持續(xù)工作電流應按有關規(guī)定計算。 驗算導體和電器時，所用短路電流按有關規(guī)定執(zhí)行。 驗算導體和 110KV以下電纜短路熱穩(wěn)定時 ，所用的計算時間，一般采用主保護的動作時間加相應的斷路器全分閘時間。 驗算短路熱穩(wěn)定時，導體的最高允許溫度可參照有關數值。 驗算動穩(wěn)定時，硬導體的最大應力應不大于有關規(guī)定，重要回路的硬導體應力計算，還應考慮共振影響。 環(huán)境條件，選擇導體和電器時，應按當地環(huán)境條件校核。 短路器和負荷開關及隔離開關選擇的技術條件和設計計算。 斷路器 斷路器型式的選擇，除滿足各項技術條件和環(huán)境條件外，還 便于安裝調試和運行維護，并經技術經濟比較后才能確定，根據當前我國生產制造情況，電壓6 220KV的電網一般選用少油斷 路器，電壓 110 330KV的電網，當少油斷路器技術條件不能滿足要求時，可選用 SF6或空氣斷路器，宜選用發(fā)電機專用斷路器。 斷路器選擇的具體技術條件如下： 電壓 Ug(電網工作電壓 )Un 電流 Ig.max（最大持續(xù)工作電流） In 由于高壓開斷路器沒有持續(xù)過載的能力，在選擇其額定電流時，應滿足各種可能運行方式下回路持續(xù)工作電流的要求，即最大持續(xù)工作電流。 開斷電流（或 Sd.tSb.d ） 式中： Id.t 斷路器實際開斷時間 t秒的短路電流周期分量 Sd.t 斷路器的額定開斷電流 Sb.d 斷路器額定開斷容量 動穩(wěn)定： ichimax 式中： imax 斷路器極限通過電流峰值 ich 三相短路電流沖擊值 熱穩(wěn)定： I2td2It2t 式中： I2 穩(wěn)態(tài)三相短路電流的平方 td2 短路電流發(fā)熱等值時間 It 短路器 t秒熱穩(wěn)定電流 下面根據以上條件對斷路器進行選擇 主變容量為 240MVA的高壓側斷路器的選擇： 計算數據： 電壓 UNS=220V 最大工作電流 Imax=1.05 （ 240103 ） /（ 3220 ） =661A 額定開斷電流 IPtI=11.329 KA 沖擊電流 iSh=29.682KA 熱穩(wěn) QK=I2t=10.15624=412.58 （ KA） 2.S 根據以上數據選擇型號為 LW-220的 SF6斷路器其相應的各項數據為 UN=220KV； IN=3150A； Ibr=40KA； imax=100KA； It2t=4800（ KA） 2.S可見各項均能滿足要求，故所選斷路器合格， 220KV母線的母聯斷路器一般與主變高壓側斷路器的型號是一樣的，故也選用 LW-220型號的六氟化硫斷路器。 容量為 120MVA的主變高壓側斷路器的選擇 計算數據： Ug=110KV 最大工作電流 Ig.max=1.05 （ 120103 ） /（ 3110 ） =662A 開斷電流 Id.tI=9.102KA 動穩(wěn) ich=23.846KA 熱穩(wěn) QK=I2t=7.58624=230.19 （ KA） 2.S 由以上數據選擇型號為 SW4-110的少油式斷路器，其相應的數據Un=110KV, In=1000A Ibr=18.4KA, imax=55KA It2t=2125=2205 （ KA） 2.S 由選擇結果可見各項均滿足要求，故所選斷路 器 SW4-110合格， 110KV 母線的母聯斷路器也選用型號為 SW4-110的斷路器， 110KV的負荷線路上的斷路器選擇： 計算數據：電網工作電壓 Ug=110KV 4個負荷都采用雙回線供電，其中最大的負荷為 90MW，故最大持續(xù)工作電流：Ig.max=（ 90103 ） /（ 31100.85 ） =556A 開斷電流：Id.tI=9.102KA 動穩(wěn)： ich=23.846KA 熱穩(wěn) QK=I2t=7.58624=230.19 （ KA） 2.S 由以上數據可知，選擇型號為 SW4-110的斷路器可滿 足要求。 220KV母線的出線斷路器的選擇與母聯斷路器的選擇一樣，故選用型號為 LW-220的六氟化硫斷路器。 聯絡變兩側的短路器的選擇： 高壓側： 最大工作電流 Ig.max=1.05 （ 120103 ） /（ 3220 ） =331A 其它數據與母聯斷路器計算數據一樣，故也選用型號為 LW-220的六氟化硫斷路器。 中壓側： 最大工作電流 Ig.max=1.05 （ 120103 ） /（ 3110 ） =662A 其它數據與母聯斷路器計算數據一樣，故也選用型號為 SW4-110的少油斷路器。 隔離開關 隔離開關型式的選 擇，應根據配電裝置的布置特點和使用要求等因素進行綜合的技術經濟比較后確定，其選擇的技術條件與斷路器選擇的技術條件 相同。 容量為 240MVA的主變高壓側隔離開關的選擇： 計算數據中，電網電壓 Un，最大持續(xù)工作電流 Ig.max 動穩(wěn) ich，熱穩(wěn) I2t 均與高壓側的斷路器數值相同，故可選用型號為 GW6-220G的隔離開關，其有關參數為額定電壓 Un=220KV額定電流 In=1000A，動穩(wěn)imax=50KA，熱穩(wěn) It2t=2125=2205 （ KA） 2.S，由此可見所選隔離開關各項均滿足要求，故其合 格，母聯隔離開關出級及聯絡變高壓側的隔離開關與斷路器的選擇一樣，均選用型號為 GW6-220G的隔離開關。 容量為 120MVA的主變高壓側隔離開關的選擇計算數據與斷路器的計算數據相同，故選用型號為 GW4-110的隔離開關，其有關參數為額定電壓 Un=110KV,額定電流 In=1000A，動穩(wěn) imax=80KA， 熱穩(wěn) It2t=23.724=2246.76（ KA） 2.S，各項均滿足要求故合格。母聯開關，出線開關及聯絡變中壓側的隔離開關均選用型號為 GW4-110的隔離開關。 發(fā)電機 變壓器組保護 方式的選擇及整定 （做最大一臺機組的保護設計） 大 型發(fā)電機組的特點及其對繼電保護的要求 1）機組設計特點 材料有效利用率的提高，造成機組的慣性常數 H明顯下降和發(fā)電機的熱容量與銅損、鐵損之比顯著下降。 機組電機參數的變化，主要是 Xd, XdXd 等電抗的普遍增大，而定子繞組的電阻相對減少，這是一種普遍現象。 2）運行方面對大機組保護提出的要求 由于單機容量增大，發(fā)電機保護的拒動或誤動將造成十分嚴重的損失，因此，對大機組的繼電保護的可靠性、靈敏性、選擇性和快速性有更高的要求。 大型汽輪機的起、停特別費時、費錢，因此，非必要的情況下，不使大型機組頻繁啟停，更不輕易使它緊急突然停機，這也是繼電保護應當考慮的問題。 大型發(fā)電機變壓器組單元接線繼電保護配置 1）一般配置要求 在設計大機組繼電保護的總體配置時，要強調最大限度地保證機組安全，強調最大限度地縮小故障破壞范圍，強調避免不必要的突然停機，以及某處異常工況的自動處理，大機組保護裝置可分為短路保護和異常運行保護兩類，短路保護兩類，是用以反應被保護區(qū)域內發(fā)生的各種類型的短路故障，這些故障將造成機組的直接破壞，這類保護很重要，為防止保護 拒動或斷路器拒動，設主保護和后備保護，異常運行不能很快造成機組的直接破壞，這類保護一般都是各裝一套專用繼電器，不設后備保護。 2）雙重快速保護設置 為了滿足電力系統穩(wěn)定方面的要求，對于大機組故障要求快速切除，為此，要求對發(fā)電機變壓器組設置雙重快速保護，目前普遍采用的方案如下： 裝設發(fā)電機差動保護，升壓變壓器差動保護和發(fā)電機變壓器組差動保護，構成雙重快速保護，保護區(qū)只伸至高壓母線側電流互感器，為消除變壓器高壓側電流互感器與斷路器之間的死區(qū)和作為母線保護的后備在升壓變壓器高壓側裝設一套全阻抗保護。 裝設發(fā) 電機差動保護和發(fā)電機變壓器組差動保護再在發(fā)電機中性點側裝設一套復合電流速斷保護，對發(fā)電機、發(fā)電機到變壓器的引線及變壓器的一部分裝設雙重快速保護，在變壓器高壓側裝設一套全阻抗保護作為高壓側高壓線組的一部分和變壓器高壓引線及高壓母線的后備保護。 3） 200 300MW發(fā)電機雙繞組變壓器組的保護配置 短路保護 升壓變壓器瓦斯保護 發(fā)電機差動保護 發(fā)電機變壓器組差動保護 升壓變差動保護 阻抗保護 發(fā)電機匝間保護 升壓變壓器高壓側零序保護 發(fā)電機接地保護 定子一點接地保護 勵磁回路一點接地保護 勵磁回路二點接地保護 異常運行保護 對稱過負荷保護 不對稱過負荷保護 勵磁回路過負荷保護 失磁保護 過電壓保護 逆功率保護 其它幾種保護 發(fā)電機失步保護 低頻保護 過激磁保護 保護及其接線 1）發(fā)電機縱聯差動保護 該保護采用新型帶比率制動特性的整流型或晶體管型差動繼電器，比率制動特性就是繼電器的動作 電流，隨外部短路電流的增大而自動增大，且動作電流增大比不平衡電流的增大還要快，這樣可避免由于外部短路電流的增大而造成電流互感器飽和引起不平衡電流的增大，即可避免繼電器誤動。 實現這種動作特性的縱差繼電器以差動電流作為動作電流，引入外部短路電流作為制動電流，其接線原理圖和制動特性圖見電氣設計手冊 2圖 29-4 2）變壓器縱聯差動保護 該保護采用二次諧波制動帶比率制動特性的差動保護，變壓器勵磁涌流中含有很大比例的二次諧波分量，而在其內部故障電流中，二次諧波的比例很小，因此利用二次諧波制動原理為判據的差動繼 電器具有防止涌流的功能，為了避越正常運行和外部故障時穿越短路電流的影響，該繼電器還有比率制動回路，為防止在變壓器內部故障時，由于短路電流過大而在電流互感器或電抗互感器飽和時差動繼電器可能出現拒動，在繼電器中加裝了差動速斷元件，其動作電流為額定電流的 8-15倍。 3）發(fā)電機變壓器組差動保護 該保護采用二次諧波制動帶比率制動特性的差動保護，其接線方式為總差動的一臂由廠用變壓器低壓分支的電流互感器經降流的輔助變流器接入，分支變流器的變比按廠用變壓器的容量選擇，此接線方式投資省，封閉母線較簡單，總差動保護范 圍可擴大到廠用變壓器，但二次電纜較長二次接線較復雜。 4）阻抗保護 因發(fā)電機變壓器組的主保護均為雙重保護，而發(fā)電機變壓器組母線接線，其母線差動保護接線較復雜且可靠性較低，又沒有雙重化母線保護，故阻抗保護主要做為母線保護的后備裝在高壓側，其接線為三相式，采用全阻抗繼電器或偏移阻抗繼電器，沒有電壓回路斷線閉鎖措施，一般不裝設振蕩閉鎖裝置，而用延時躲過振蕩。 5）發(fā)電機匝間短路保護 該保護采用零序電壓式匝間保護，其原理接線圖如下圖： 把發(fā)電機中性點與發(fā)電機出口端電壓互感器的中性點用電纜連接起 來，該電壓互感器一次側中性點不能接地。這樣，當定子繞組發(fā)生匝間短路時，就有零序電壓加到電壓互感器一次側，于是在其二次側開口三角形出口處有零序電壓輸出使電壓繼電器 YJ動作。 當發(fā)電機定子繞組發(fā)生單相接地故障時，雖然一次系統也出現零序電壓，但發(fā)電機輸出端每相對中性點的電壓相同是完全對稱的，因此電壓互感器的一次側三相對中性點的電壓相同是完全對稱的，它的開口三角形繞組輸出電壓仍為零，故保護不會動作。 當外部相間短路時，零序電壓保護也不反應平衡電壓，為保證動作有足夠靈敏系數，在外部短路時，又不誤動作，可增 設防止誤動作的閉鎖元件。 6）發(fā)電機定子接地保護 該保護采用基波零序電壓與 3次諧波電壓定子接地保護的配合可構成 100%定子接地保護基波零序電壓可取自發(fā)電機中性點單相電壓互感器二次側或接地消弧線圈的二次電壓，也可取自機端三相電壓互感器的第三繞組的電壓，基波零序電壓接地保護原理接線見電氣設計手冊 2圖 29-38 由于 YH制造上不可能三相完全平衡，正常運行時，其二次側開口三角形輸出不平衡電壓，由于發(fā)電機制造上的原因在發(fā)電機相電勢中含有 3次諧波， YH的開口三角形有 3次諧波電壓輸出，另外，當變壓器高壓側 發(fā)生接地故障時，高壓系統中的零序電壓通過變壓器高、低壓繞組間的電容耦合也會傳到發(fā)電機電壓側，為了保證保護動作的選擇性和靈敏性，發(fā)電機定子繞組保護裝置的動作電壓應避開上述不平衡電壓，但保護動作死區(qū)較大，為了減少死區(qū)，提高靈敏性，常采取以下措施； 減少三次諧波電壓值，在 YH與 YJ之間加裝了 3次諧波過濾器去 YH開口三角形出口處的 3次諧波電壓 當高壓系統發(fā)生單相接地故障時，若通過耦合電容傳遞給發(fā)電機的零序電壓超過定子接地保護的動作電壓，則必須使定子接地保護的時限大于系統接地保護的時限， 3次諧波電壓定子接地保護是 利用正常運行發(fā)電機中性點 3次諧波電壓比機端 3次諧波電壓大，而靠近中性點附近定子接地時則正好相反的原理構成保護裝置。 7）發(fā)電機勵磁回路接地保護 勵磁回路一點接地保護 該保護采用測量轉子繞組對地導納的勵磁回路一點接地保護，它是以直接測量轉子繞組對地絕緣電導為動作判據的保護裝置，此種保護可以反應勵磁回路中任一點發(fā)生的接地故障沒有死區(qū)，并且受轉子繞組對地電容的影響，靈敏系數較高。 勵磁回路兩點接地保護 該保護采用定子二次諧波電壓原理的勵磁回路兩點接地保護這種保護的判據是利用轉子繞組發(fā)生兩點接地故障或匝 間短路時，轉子磁勢對稱性受到破壞，氣隙磁密波形中出現偶次諧波，感應到定子電壓中也就相應出現了二次諧波分量而構成的。 8）發(fā)電機過負荷保護 大型發(fā)電機的對稱過負荷保護，一般由定時限和反時限兩部分組成，定時限的動作電流按發(fā)電機長期允許的負荷電流下，可能靠返回的條件整定，經延時動作于信號，并可動作于減出力，反時限部分是發(fā)電機定子繞組在發(fā)熱方面的安全保護，其動作特性按發(fā)電機定子繞組的過負荷能力確定，動作于解列，保護應能反應電流變比時，發(fā)電機定子繞組的熱積累過程。 非對稱過負荷保護 發(fā)電機轉子承受負序電流能力的 判據為： I2*2tA I2* 以額定電流為基準的負序電流標么值 t 時間（ S） A 發(fā)電機允許過熱的時間常數 該保護應裝設由定時限和反時限兩部分組成的非對稱過負荷保護，定時限部分動作電流按躲過發(fā)電機長期運行的負序電流值和躲過最大負荷時負序電流濾過器的不平衡電流值整定，帶時限動作于信號，反時限部分特性按發(fā)電機承受負序電流的能力確定，動作于解列，保護裝置應能反應電流變化時發(fā)電機轉子的熱積累過程，且不故慮在靈敏系數和時限方面與其他相間短路保護相配合。 勵磁回路過負荷保護 該保護由定時限和 反時限兩部分組成，定時限部分的動作電流按正常最大勵磁電流下能夠可靠返回的條件整定，帶時限動作于解列和滅磁，保護裝置應能反應電流變化時勵磁繞組的熱積累過程。 大型發(fā)電機的勵磁系統通常由交流勵磁電源經可控或不可控整流裝置組成，對這種勵磁 ，保護可以配置在直流側，也可以配置在交流側。為了使保護能兼作勵磁機整流裝置及其引出線的短路保護，一般保護配置在勵磁機中性點的電流互感器上，當中性點沒有引出線時，則配置在勵磁機的機端。 9）失磁保護 對失磁保護的要求主要有三點： 發(fā)電機雖然失磁，但對失磁發(fā)電機和電力系 統尚未形成危害時，應能及時發(fā)出信號。 在發(fā)電機失磁后備威脅到發(fā)電機及電力系統安全運行時，失磁保護應能及時動作，切除失磁發(fā)電機 在發(fā)電機外部故障，電力系統振蕩，發(fā)電機自同期并列等非正常運行狀態(tài)下，失磁保護不應誤動作。 失磁保護由阻抗元件，母線低電壓元件和閉鎖元件組成，阻抗元件用于失磁故障，母線低電壓元件用于監(jiān)視母線電壓，以保證系統安全，閉鎖元件用于保證保護裝置在外部短路，系統振蕩。自同步及電壓回路斷線等情況下不誤動作，當失磁后母線電壓低于允許值時，失磁保護帶時限動作于斷路器跳閘，當母線電壓未低于允許值時 ，保護帶時限動作于信號，同時動作于切換勵磁回路和自動減出力，可作為失磁保護的判據有： 無功功率改變方向 機端測量阻抗超越靜穩(wěn)邊界阻抗圓的邊界 機端測量阻抗進入異步邊界阻抗圓。 失磁保護的輔助判據有： 勵磁電壓下降 不出現負序分量 用延時躲過振蕩。失磁保護用上述一個或幾個主要判據與輔助判據一起組合而成有關失磁保護的構成方案可參閱繼電保護原理與運行分析（下冊） P276-277 10）逆功率保護 該保護由靈敏的功率繼電器構成，帶時限動作于信號，經長時限動作于解列，用晶體管型構成的保護方案框圖見 E圖，為防止晶 體管元件損壞引起保護誤動作，裝置中增設了閉鎖元件： 11）發(fā)電機的過電壓保護 在運行實踐中，大型汽輪發(fā)電機出現危及絕緣安全的過電壓是比較常見的現象，為此，對于 200MW及以上的汽輪發(fā)電機宜裝設過電壓保護，由于過電壓是三相對稱出現的，故過電壓保護可由接在發(fā)電機機端互感器上的一個過電壓繼電器和時間繼電器組成，保護動作后，經延時動作于解列滅磁。 發(fā)電機 變壓器組保護整定計算 1）發(fā)電機差動保護（比率制動式） Ief=200103/3 15.750.85=8625 （ A） 電流互感器的變比 nL=1000/5=2000 最小動作電流的選擇 保護的整定值只需躲過最大負荷條件下差回路的不平衡電流：Idz.J.min=KKIbp=KKKFZqKtxfiIef =1.310.50.18625/2000=0.28 （ A） 比率制動系數的選擇 Kzd.js=KKKFZqKtxfi=(1.3 1.5)10.50.1 =0.065 0.075 制動特性曲線拐點電流 Izd.min=(1 1.2)Ief2 制動線圈接法 :兩側各接制動線圈的一半 下圖為差回路整定電 流為 1A時繼電器制動特性曲線 ,以 Kzd.js為斜率在繼電器制動特性曲線上作一過坐標原點的直線 ,從圖中可以看到此直線不與其他折線相交 ,因此采用任何一折線作為整定值均可 .如 Kzd=0.4 靈敏系數 Klm 發(fā)電機出口二相短路電流 Id.min.J Id.min.J=3/21/0.14148625/2000=26.41 （ A） 此時只有半個制動線圈流過此電流，所以 Iid=1/2 Id.min.J=1/226.41=13.21 （ A） 從上圖查出 Kzd=0.4時，對應于 I zd=13.21（ A）的 Idz.J=4（ A） 所以， Klm= Id.min.J/Idz.J=26.41/4=6.6 2)發(fā)電機失磁保護 阻抗元件整定 按異步邊界圓整定 Xa=-1.61 Xb=-31 按靜穩(wěn)邊界圓整定 Xa=0.4 Xb=-31 電壓元件整定 保護動作電壓 Udz=70 80（ V） 閉鎖元件 勵磁低電壓元件和延時元件整定 勵磁低電壓繼電器的動作電壓 UNZ.Fl=167.1(V) 延時元件按異步邊界整定： t=0.5 1.0S 按靜穩(wěn)邊界整定： t=1.0 1.5S 閉鎖元件 負序電流（或電壓）元件 和延時元件整定 負序電流元件動作電流 Idz.2=0.22 0.26（ A） 負序電壓元件動作電壓 U dz.2=5 6（ V） 延時元件，延時返回時間為 8 10S （以上整定的詳細過程見計算書） 3）阻抗保護整定（保護裝于變壓器高壓側） 保護動作阻抗與線路距離保護 I段配合 Ud2=76.8() 歸算到保護安裝處的歐姆值 Zdz.j=6.98() （詳細過程見計算書） 4）發(fā)電機過負荷保護整定 對稱過負荷保護 保護分定時限和反時限兩部分 定時限部分 按發(fā)電機長期允許的負荷電流條件下能可靠返回的條件整定： Id2=10654(A)經延時 3 15S動作于信號。 反時限部分 動作時間 t=120S 非對稱過負荷保護 定時限部分 動作電流 Id2=603.75(A)動作延時 5 9S 反時限部分 動作時間 t=120S 勵磁回路過負荷保護 定時限部分 動作電流 Id2=2180.91(A) 反時限部分 動作時間 t=120S 5）過電壓保護整定 保護動作電壓整定值 Udz=1.3Ue Ue 發(fā)電機額定相間電壓 Udz=1.315.75=20.48 （ KV） 繼電器的動作電壓 Udz.j=Udz/nye=130(V) t=0.5S 6)匝間短路保護（轉子二次諧波電流原理） 動作電流 Idz.2=5%Ief Ief 發(fā)電機額定電流 Idz.2=0.058625=431.25 （ A） 靈敏系數 Klm=2IK2/KKI2 7）逆功率保護動作值的整定 保護的動作功率 Pdz=（ 0.01 0.03） Pe Pe 發(fā)電機的額定功率 Pdz=（ 0.01 0.03） 200=2 6（ MW） 動作時限 t1=1.5S 動作于信號 t2按汽輪機允許的斷汽運行時間整定，一般取 100 180S 動作于解 列滅磁 8）發(fā)電機及發(fā)電機變壓器組的接地保護 發(fā)電機的 100%定子接地保護由兩部分組成，第一部分是帶三次諧波濾過器的零序過電壓保護，用它作為定子繞組的 90%的保護，其動作電壓 Udz.j=5（ V）第二部分是利用三次諧波原理構成的定子接地保護，兩者共同組成 100%定子接地保護，兩者共同組成 100%定子接地保護，動作時間 tdz.0=1 2S 第一部分同時作為發(fā)電機變壓器組的接地保護。 9）勵磁回路一、二點接地保護 一點接地保護采用測量轉子繞組對地導納的勵磁回路一點接地保護，二點接地保護采用定子二 次諧波電壓原理的勵磁回路兩點接地保護。 10）主變瓦斯保護的整定 選擇自耦變流器變比及抽頭 自耦變流器的變比選過 1.185，選初級抽頭的 1-9次級抽頭為 1-4 最小動作電流的選擇 按躲過最大負荷電流條件下流入保護裝置的不平衡電流來整定 Idz.jminIbp.fh Ibp.fh 一般由實測決定，常?。?0.2 0.4） Ie即可選用。 LCD-5型差動繼電器，整定電流分為 1A、 2A 兩檔。 制動系數選擇 KZh=0.1 制動線圈的和差變流器的兩個制動繞組分別接于兩側。 靈敏系數檢驗 Klm=Id.min/Idz=12.9/5.9=2.18 2.0（詳細過程見計算書） 12）主變零序保護的整定 因變壓器中性點可能接地運行也可能