電力系統(tǒng)繼電保護課程設計報告(共17頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上電力系統(tǒng)繼電保護課程設計報告（20122013學年 第一學期）題 目 100MW發(fā)電機組繼電保護自動裝置的整定計算系 別 電子與電氣工程系 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 班 級 學 號 姓 名 指導教師 黃新 完成時間 2012.11.26 評定成績 專心-專注-專業(yè)目 錄第一章 緒 論1.1繼電保繼電保護概述電力系統(tǒng)在運行中，由于電氣設備的絕緣老化、損壞、雷擊、鳥害、設備缺陷或誤操作等原因，可能發(fā)生各種故障和不正常運行狀態(tài)。最常見的而且也是最危險的故障是各種類型的短路，最常見的不正常運行狀態(tài)是過負荷，最常見的短路故障是單相接地。這些故障和不正常運行狀態(tài)嚴重危及電力系統(tǒng)

2、的安全和可靠運行，這就需要繼電保護裝置來反應設備的這些不正常運行狀態(tài)。 所謂繼電保護裝置，就是指能反應電力系統(tǒng)中電氣設備所發(fā)生的故障或不正常狀態(tài)，并動作于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種自動裝置。它的基本作用是： 當電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，能自動地、迅速地、有選擇性地將故障設備從電力系統(tǒng)中切除，以保證系統(tǒng)其余部分迅速恢復正常運行，并使故障設備不再繼續(xù)遭受損壞。 當系統(tǒng)發(fā)生不正常狀態(tài)時，能自動地、及時地、有選擇性地發(fā)出信號通知運行人員進行處理，或者切除那些繼續(xù)運行會引起故障的電氣設備?？梢姡^電保護裝置是電力系統(tǒng)必不可少的重要組成部分，對保障系統(tǒng)安全運行、保證電能質(zhì)量、防止故障的擴大和事故的發(fā)生，都有極其

3、重要的作用。為完成繼電保護的基本任務，對于動作于斷路器跳閘的繼電保護裝置，必須滿足以下四項基本要求： 選擇性選擇性是指電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，繼電保護僅將故障部分切除，保障其他無故障部分繼續(xù)運行，以盡量縮小停電范圍。繼電保護裝置的選擇性，是依靠采用合適類型的繼電保護裝置和正確選擇其整定值，使各級保護相互配合而實現(xiàn)的。 快速性 為了保證電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和對用戶可靠供電，以及避免和減輕電氣設備在事故時所遭受的損害，要求繼電保護裝置盡快地動作，盡快地切除故障部分。但是，并不是對所有的故障情況，都要求快速切除故障，應根據(jù)被保護對象在電力系統(tǒng)中的地位和作用，來確定其保護的動作速度。 （3）靈敏性 靈敏性

4、是繼電保護裝置對其保護范圍內(nèi)發(fā)生的故障或不正常工作狀態(tài)的反應能力，一般以靈敏系數(shù)K表示。靈敏系數(shù)K越大，說明保護的靈敏度越高。每種繼電保護均有特定的保護區(qū)(發(fā)電機、變壓器、母線、線路等)，各保護區(qū)的范圍是通過設計計算后人為確定的，保護區(qū)的邊界值稱為該保護的整定值。 可靠性可靠性是指當保護范圍內(nèi)發(fā)生故障或不正常工作狀態(tài)時，保護裝置能夠可靠動作而不致拒絕動作，而在電氣設備無故障或在保護范圍以外發(fā)生故障時，保護裝置不發(fā)生誤動。保護裝置拒絕動作或誤動作，都將使保護裝置成為擴大事故或直接產(chǎn)生事故的根源。因此，提高保護裝置的可靠性是非常重要的 以上對繼電保護裝置所提出的四項基本要求是互相緊密聯(lián)系的，有時是

5、相互矛盾的。例如，為了滿足選擇性，有時就要求保護動作必須具有一定的延時，為了保證靈敏度，有時就允許保護裝置無選擇地動作，再采用自動重合閘裝置進行糾正，為了保證快速性和靈敏性，有時就采用比較復雜和可靠性稍差的保護?？傊?，要根據(jù)具體情況 (被保護對象、電力系統(tǒng)條件、運行經(jīng)驗等)，分清主要矛盾和次要矛盾，統(tǒng)籌兼顧，力求相對最優(yōu)。1.2 課程設計的主要內(nèi)容及基本思想 本次設計的主要內(nèi)容是一個100MW火力發(fā)電廠的電氣二次部分設計。在這次設計中一共分通過以下幾個步驟來完成成本次的設計任務。1.2.1畢業(yè)設計的主要內(nèi)容、功能及技術指標1、電廠規(guī)模與主要技術指標：（1）裝機容量: 裝機3臺，容量分別為 2X

6、25+50=100MW, UN=10.5KV（2） 保證供電安全、可靠、經(jīng)濟；2、主要內(nèi)容：（1）確定保護配置：根據(jù)設計任務書，分析原始資料與數(shù)據(jù)，對電廠擴建發(fā)變機組進行保護配置的選?。?）整定計算：選擇發(fā)電機變壓器的保護配置對其進行整定計算。（3）繪制保護配置圖：根據(jù)電氣主接線發(fā)變機組的保護要求，繪制保護配置圖1.2.2課程設計的基本思想及設計工作步驟1.主變壓器的選擇 發(fā)電廠100MW及以上機組為發(fā)電機變壓器組接線時的主變壓器應滿足DL50002000火力發(fā)電廠設計技術規(guī)程的規(guī)定：“變壓器容量可按發(fā)電機的最大連續(xù)容量扣除一臺廠用變壓器的計算負荷和變壓器繞組的平均溫度或冷卻水溫度不超過650

7、C的條件進行選擇”。2.保護配置 發(fā)變機組的保護是保證電網(wǎng)的安全可靠、經(jīng)濟運行的關鍵，是提高供電可靠性的基礎。 發(fā)變機組的保護配置選取原則是：確定保護配置方案時應遵照現(xiàn)行有關繼電保護的國標GB/T15145-94發(fā)電機變壓器保護裝置通用技術條件、行標DL/T587-1996微機繼電保護運行管理規(guī)定、反事故措施要求等規(guī)定；配置的保護性能完善、動作快速、功耗小、便于運行、維護；配置的保護應為具有相應電壓等級系統(tǒng)成功運行經(jīng)驗的微機保護；保護選型同時要有利于標準化和規(guī)范化管理。應可靠性、靈活性和經(jīng)濟性的要求。3、繼電保護整定計算短路就是指不同電位的導電部分包括導電部分對地之間的低阻性短接。繼電保護整定

8、計算是發(fā)電廠和變電所電氣二次設計的主要計算項目，它涉及接線方式及保護設備選擇。保護整定的計算對保護方式的選擇起到驗證的作用，能夠更合理的對發(fā)變機組的保護配置進行選擇，保證系統(tǒng)的安全可靠性。第二章 發(fā)電機變壓器組參數(shù)及系統(tǒng)運行方式 2.1 100MW發(fā)電機組一次電氣主接線方式該電廠兩臺100MW汽機發(fā)電機組采取發(fā)電機-主變壓器-110kV線路組單元制接線方式接入系統(tǒng)，本發(fā)電廠內(nèi)不設升壓站（母線），即發(fā)電機發(fā)出10.5kV的電經(jīng)主變壓器升壓至110kV后經(jīng)110kV線路（4×LGJ-400四分裂導線）直接輸送到上級電網(wǎng)上的變電站110kV母線（雙母線分段接線），發(fā)電機出口不設開關；(1)

9、 各變電站、發(fā)電廠的操作直流電源電壓U=220V；(2) 發(fā)電廠最大發(fā)電容量2×25+50=100MW，最小發(fā)電容量為50MW，正常運行方式為發(fā)電廠發(fā)電容量最大，即100MW； (3) 線路X1=0.4/km, X0=0.4/km； (4) 變壓器均為YN，D11，110±2.5%/10.5KV, UK=10.5%； (5) t=0.5S,負荷側(cè)后備保護動作時間tdz=1.5S, 允許的最大故障切除時間為0.85S，變壓器和母線均配置有差動保護； (6) 發(fā)電廠升壓變中性點直接接地，其他變壓器不接地；(7) 110KV斷路器跳閘時間為0.07S，(8) 線路AC、BC、AB

10、、CD的最大負荷電流分別為：230、150、230、140A，負荷自啟動系數(shù)Kss=1.5；由于廠內(nèi)不設母線，廠用電系統(tǒng)所需的啟動備用電源必須從廠外電網(wǎng)引入，本廠啟動備用電源可采用從電網(wǎng)購電方式，從附近熱電公司110kV母線上引接一路電源，經(jīng)110kV線路送電至啟備變壓。2.2 主要設備型號及參數(shù)2.2.1發(fā)電機的選型（一）汽輪發(fā)電機由汽輪機直接耦合傳動。勵磁機是向汽輪發(fā)電機提供勵磁的設備。1. 冷卻方式采用的冷卻方式，定子繞組和轉(zhuǎn)子有空冷、水內(nèi)冷和氫冷等。在轉(zhuǎn)子氫內(nèi)冷系統(tǒng)中，又有軸向通風等多種方式。 2. 勵磁方式發(fā)電機容量在100MW以上的普遍采用同軸交流勵磁機經(jīng)靜止半導體整流勵磁方式。（

11、二）選型1.選擇型號 QFSN100-2型號含義； 22極 100額定容量 N氫內(nèi)冷 F發(fā)電機 Q汽輪機 S水內(nèi)冷 2.QFSN1002型汽輪發(fā)電機主要參數(shù)視在功率（MVA）有功功率（MW）電壓（KV）電流（A）功率因數(shù)xdxd、xd、13510010.543250.8513.2%13.2%12.9 %額定勵磁電壓1 r6 G# D9 V4 m) t6 Y4 n$ q3 i5 （V）. 勵磁電流（A）: y, B- O+ T7 發(fā)電機絕緣暫態(tài)電抗效率（）& f" n' n3 c$ I&   c9 k  C$ Z23585

12、9F0.18374 A" X498.5本次設計題目為2×25+50MW的火力發(fā)電廠電氣部分的設計。由于裝機容量: 裝機3臺，容量分別為2X25+50MW, UN=10.5KV，所以可以選取的發(fā)電機臺數(shù)有二臺?？紤]到汽輪機的最大連續(xù)進汽量工況出力系制造廠為補償制造偏差和汽輪機等老化所留的余度，也即汽輪機不宜在此工況下長期連續(xù)運行，所以，發(fā)電機的最大連續(xù)出力在功率因數(shù)和氫壓為額定值時與汽輪機的最大連續(xù)出力配合即可。2.2.2變壓器的選型單元接線的主變壓器發(fā)電機與主變壓器為單元接線時，發(fā)電機和變壓器成為一個單元組，電能經(jīng)升壓后直接進入高壓電網(wǎng)。這種接線由于發(fā)電機和變壓器都不能單獨

13、運行，因此，二者的容量應當相等。所以這個雙繞組變壓器的容量等于所選發(fā)電機的額定容量，即所選型號為：SSP326000型Se=246mw,Ud=0.105,接線Y/-11,分接頭1102.5%/10.5KV,分級絕緣。2.3系統(tǒng)運行主變壓器和發(fā)電機中性點接地方式選擇電力網(wǎng)中性點接地方式是一個綜合性問題。它與電壓等級、單相接地短路電流、過電壓水平、保護配置等有關，直接影響電網(wǎng)的絕緣水平、系統(tǒng)供電的可靠性和連續(xù)性、主變壓器和發(fā)電機的運行安全以及對通信線路的干擾等。2.3.1變壓器中性點接地方式電力網(wǎng)中性點接地方式，決定了主變壓器中性點接地方式。 主變壓器的110KV側(cè)采用中性點直接接地方式。 2.3

14、.2發(fā)電機中性點采用非直接接地方式 發(fā)電機釘子繞組發(fā)生單相接地故障時，接地點流過的電流后是發(fā)電機本身及其引出回路所連接元件的對地電容電流。 本次設計采用發(fā)電機中性點經(jīng)消弧線圈接地方式。由于它適應于單相接地電流大于允許值的中小機組或100MW及以上大機組。消弧線圈可接在直配線發(fā)電機的中性點上。當發(fā)電機為單元接線時，則應接在發(fā)電機的中性點上。2.4相關短路點及短路方式的選擇2.4.1基準值選擇基準功率：SB=100MV·A，基準電壓：VB=115V?；鶞孰娏鳎篒B=SB/1.732 VB=100×103/1.732×115=0.502KA；基準電抗：ZB=VB/1.7

15、32 IB=115×103/1.732×502=132.25；電壓標幺值：E=E(2)=1.052.4.2線路等值電抗計算(1) 線路L1等值電抗計算正序以及負序電抗：XL1= X1L1=0.4×60=24XL1*= XL1/ ZB=24/132.25=0.1814零序電抗： XL10= X0L1= 3X1L1=3×0.4×60=72XL10*= XL10/ ZB=72/132.25=0.5444(2) 線路L3等值電抗計算正序以及負序電抗： XL3= X1L3=0.4×90=36XL3*= XL3/ ZB=36/132.25=0.2

16、722零序電抗： XL30= X0L3= 3X1L3=3×0.4×90=108XL30*= XL30/ ZB=108/132.25=0.81662.4.3變壓器等值電抗計算(1) 變壓器T1、T2等值電抗計算XT1= XT2=(UK%/100)×(VN2×103/ SN)40.333XT1*= XT2*=XT1/ ZB=40.333/132.25=0.3050(2) 變壓器T3等值電抗計算XT3=(UK%/100)×(VN2×103/ SN)21.175XT3*=XT3/ ZB=21.175/132.25=0.16012.5 短路計算

17、點的選擇2.5.1電網(wǎng)等效電路圖 由于短路電流計算是電網(wǎng)繼電保護配置設計的基礎,因此分別考慮最大運行方式(三臺發(fā)電機全部投入,系統(tǒng)環(huán)網(wǎng)取開網(wǎng)運行)時各線路未端短路的情況,最小運行方下(三臺中最小的一臺投入,系統(tǒng)按環(huán)網(wǎng)計算)時各線路未端短路的情況。電網(wǎng)等效電路圖如圖3.1所示 圖3-1電網(wǎng)等效電路圖由于本設計只考慮E母線和F母線之前的部分，所以短路計算只選擇d6和d3，這樣能保證流過母線A的電流為最大短路電流2.5.2 系統(tǒng)阻抗計算 Zs .max=(G1+T1)|( G2+T2) |( G3+T3)= (0.4224+0.3050)|( 0.4224+0.3050) |( 0.2064+0.1

18、601)=0.18252.5.3 d6點短路計算正序短路電流其中：Xff6= Zs .max +XL3 =0.1825+0.2722=0.4547Id6·max*=E/Xff7=1.05/0.45472.3092KAId6·max=Id6·max*IB=2.3092×0.5021.1592KA2.5.4 d3點短路計算 (1) 最大運行方式正序短路電流Xff3= Zs .max +XL1=0.1825+0.1814=0.3639Id3·max*=E/Xff3=1.05/0.36392.8463KAId3·max=Id3·ma

19、x*IB=2.8463×0.5021.4288KA2.5.5 整定電流選擇 由2.5.3和2.5.4分別算出各路短路電流，由于Id6·max < Id3·max，所以最大短路電流取Ik.max= Id3·max=1.4288KA，因此之后的整定都依據(jù)此短路電流進行計算。第三章 發(fā)電機變壓器組保護配置的選取及整定原則本設計是對電廠擴建的發(fā)電機變壓器的保護配置的選取與整定，按照國際標準，本保護的保護配置選取，應該包含下表的保護配置。發(fā)電機保護主變壓器保護發(fā)電機縱差保護調(diào)相失壓保護發(fā)變組差動保護發(fā)電機裂相橫差保護定時限過勵磁保護主變差動保護主變中壓側(cè)零序

20、過流保護縱向零序電壓匝間保護定時限過勵磁保護主變工頻變化量差動保護主變中壓側(cè)零序方向過流保護發(fā)電機相間阻抗保護逆功率保護主變高壓側(cè)阻抗保護主變中壓側(cè)間隙零序電壓保護發(fā)電機復合電壓過流保護程序跳閘逆功率主變高壓側(cè)復合電壓過流保護主變中壓側(cè)間隙零序電流保護定子接地基波零序電壓保護低頻保護主變高壓側(cè)復合電壓方向過流保護主變低壓側(cè)接地零序報警定子接地三次諧波電壓保護過頻保護主變高壓側(cè)零序過流保護主變定、反時限過勵磁保護轉(zhuǎn)子一點接地保護起停機保護主變高壓側(cè)零序方向過流保護主變過負荷信號轉(zhuǎn)子兩點接地保護誤上電保護主變高壓側(cè)間隙零序電壓保護TV 斷線定、反時限定子過負荷保護非全相保護主變高壓側(cè)間隙零序電流保

21、護TA 斷線定、反時限轉(zhuǎn)子表層負序過電壓平衡功能主變高壓側(cè)阻抗保護瓦斯保護失磁保護TV 斷線判別主變中壓側(cè)復合電壓過流保護失步保護TA 斷線判別主變中壓側(cè)復合電壓方向過流保護過電壓保護應設計的要求，并通過對保護配置的選取，可以采用南瑞繼保電氣有限公司生產(chǎn)的RCS-985 系列發(fā)電機變壓器成套保護裝置。它可以提供30多種保護功能和非電量保護接口，分布于若干個相互獨立的CPU系統(tǒng)，可以滿足各種容量的發(fā)變機組的保護要求，其保護配置靈活，設計合理，滿足電力系統(tǒng)反事故措施的要求，保證裝置的使用安全性。保護配置按屏柜設計，一個機組單元成套保護可有13個柜組成，有一臺工控機通過串行通訊口進行管理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的

22、交換，從而對機組和保護運行狀況進行監(jiān)控和記錄，也可進行時鐘校對和定值管理。RCS985 提供一個發(fā)電機變壓器單元所需要的全部電量保護，保護范圍：主變壓器、發(fā)電機、高廠變、勵磁變（勵磁機）。根據(jù)實際工程需要，配置相應的保護功能。對于一個大型發(fā)變組單元或一臺大型發(fā)電機，配置兩套RCS-985 保護裝置，可以實現(xiàn)主保護、異常運行保護、后備保護的全套雙重化，操作回路和非電量保護裝置獨立組屏。3.1發(fā)電機部分發(fā)電機縱差保護整定縱差動保護的整定，具有比率制動特性的縱差動保護的動作特性可由A、B、C三點決定。對縱差動保護的整定計算，實質(zhì)上就是對Id.min、Ires.min及K的整定計算。1啟動電流Id.m

23、in的整定。Id.min=Krel(Irel+Ier2)式中Krel-可靠系數(shù)，取1.52； Irel-保護兩側(cè)的TA變比誤差產(chǎn)生的差流，取0.06Ign(Ign為發(fā)電機額定電流)； Ier2-保護兩側(cè)的二次誤差(包括二次回路引線差異以及縱差動保護輸入通道變換系數(shù)調(diào)整不一致)產(chǎn)生的差流，取0.1Ign。代入式得Id.min=(0.24 0.32)Ign,通常取0.3Ign。2拐點電流Ires.min的整定 Ires.min=（0.51.0）Ign3比率制動特性的制動系數(shù)Kres和制動線斜率K的整定 Kres=Iunb.max/Ik.max K=Iunb.max-Id.min/Ik.max-Ir

24、es.min外部故障時，為躲過差動回路中的最大不平衡電流，C點的縱坐標電流應取為Id.max=Krel(0.1+0.1+Kf)Ik.max式中Krel-可靠系數(shù)，取1.3 1.5； Kf-暫態(tài)特性系數(shù)，當兩側(cè)TA變比、型號完全相同且二次回路參數(shù)相同時，Kf0，當兩側(cè)TA變比、型號不同時，Kf取0.05 0.1。 Id.max-最大動作電流。將以上數(shù)據(jù)代入式中得Id,max(0.026 0.45)Ik,max。令Id.max=Iunb.max,代入上式，可得Kres(0.26 0.45)3.2變壓器部分-瓦斯保護發(fā)電機-變壓器組非電量保護,主要有變壓器的瓦斯保護、壓力釋放保護、繞組溫度保護、油溫

25、和油位保護，發(fā)電機的斷水保護等，而每一種非電量保護對于發(fā)電機-變壓器組都是缺一不可的，若不重視非電量故障，讓它發(fā)展的話，那么對于發(fā)電機和變壓器將是致命的危害，甚至危及電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。所以，要做好非電量的保護工作，下面主要介紹的變壓器的瓦斯保護。3.2.1 變壓器瓦斯保護的作用變壓器的瓦斯保護可用來反應油浸式變壓器油箱內(nèi)的各種故障。當變壓器油箱內(nèi)故障時，瓦斯保護有著獨特的、其他保護所不具備的優(yōu)點。如變壓器發(fā)生嚴重漏油、繞組斷線故障或繞組匝間短路產(chǎn)生的短路電流值不足以使其他保護動作時，只有瓦斯保護能夠靈敏的動作發(fā)出信號或跳閘。所以變壓器的瓦斯保護是大型變壓器內(nèi)部故障的重要保護。當變壓器油箱內(nèi)發(fā)

26、生故障時，在故障點電流和電弧的作用下，變壓器油及其他絕緣材料因局部受熱而分解產(chǎn)生氣體，這些氣體將從油箱流向油枕的上部。當故障嚴重時，變壓器油會迅速膨脹并產(chǎn)生大量的氣體，此時將有劇烈的氣體夾雜著油流沖向油枕的上部。根據(jù)油箱內(nèi)部故障的這一特點，構(gòu)成變壓器的瓦斯保護。由于變壓器的瓦斯保護是反應上述氣流、油流而動作的，所以它是變壓器的非電量保護。變壓器的瓦斯保護分為重瓦斯保護和輕瓦斯保護兩部分。當變壓器油箱內(nèi)輕微故障或嚴重漏油時，輕瓦斯保護動作延時作用于信號；當變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴重故障時，重瓦斯保護動作，瞬時動作跳開變壓器的各側(cè)斷路器。氣體繼電器變壓器瓦斯保護的主要元件。它安裝在變壓器油箱與油枕之間的連

27、接管道上。為使氣體能順利進入氣體繼電器和油枕，變壓器安裝時，應使頂蓋與水平面之間有11.5的坡度，連接管有24的升高坡度。3.2.2 變壓器輕瓦斯保護的原理當變壓器內(nèi)部發(fā)生輕微故障時，變壓器油分解產(chǎn)生的氣體匯集在氣體繼電器上部迫使繼電器內(nèi)的油面下降，開口杯露出油面，因其受到的浮力減小失去平衡而下沉，帶動永久磁鐵4下降，當永久磁鐵4靠近干簧觸點15時，干簧觸點15接通，發(fā)出輕瓦斯動作信號。當變壓器漏油嚴重時，同樣由于油面下降而發(fā)出輕瓦斯信號。3.2.3 輕瓦斯保護的整定氣體繼電器使用時，通過移動重錘6的位置，可調(diào)整輕瓦斯保護的動作值。其動作值采用氣體容積的大小表示，整定范圍通常為250300。氣

28、體繼電器安裝完畢，從排氣口17打進空氣，檢查輕瓦斯保護動作的可靠性。第四章 繼電保護整定計算4.1發(fā)電機部分發(fā)電機縱差保護整定1）啟動電流Id.min的整定Id.minG1G2=Krel(Irel+Ier2)=0.3Ign=0.3×2380.9=714.27（A）Id.minG3=Krel(Irel+Ier2)=0.3Ign=0.3×4761.9=1428.57（A）2）拐點電流Ires.min的整定 Ires.minG1G2=（0.51.0）Ign=（0.51.0）*2380.9=（1190.452380.9） Ires.minG3=（0.51.0）Ign=（0.51.0

29、）*4761.9=（2380.954761.9）3）比率制動特性的制動系數(shù)Kres和制動線斜率K的整定 Kres=Iunb.max/Ik.max=(2380.9×10%)/1428.80.167 K=(Iunb.max-Id.min）/（Ik.max-Ires.min）=（2380.9×10%- Id.minG1G2)/（1428.8- Ires.minG1G2）=（2380.9×10%- 714.27)/（1428.8- 1190.45）-1.998K=(Iunb.max-Id.min）/（Ik.max-Ires.min） =(2380.9×10%-Id.minG3）/（1428.8-Ires.min G3） =(2380.9×10%-1428.57