發(fā)電廠的繼電保護(hù)設(shè)計說明

1、 畢業(yè)設(shè)計（論文）題 目發(fā)電廠的繼電保護(hù)設(shè)計 系 （院）電氣工程系專 業(yè)電氣工程與自動化班 級2010級3班學(xué)生石毅學(xué) 號1014090314指導(dǎo)教師何芳職 稱助教二一四年六月二十日獨 創(chuàng) 聲 明本人重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(論文)，是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，獨立進(jìn)行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產(chǎn)權(quán)爭議。據(jù)我所知，除文中已經(jīng)注明引用的容外，本設(shè)計（論文）不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體均已在文中以明確方式標(biāo)明。本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名: 年 月 日畢業(yè)設(shè)計（論文）使用授權(quán)聲明本人完全了解濱州學(xué)院關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)

2、計（論文）的規(guī)定。本人愿意按照學(xué)校要求提交學(xué)位論文的印刷本和電子版，同意學(xué)校保存學(xué)位論文的印刷本和電子版，或采用影印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存設(shè)計（論文）；同意學(xué)校在不以營利為目的的前提下，建立目錄檢索與閱覽服務(wù)系統(tǒng)，公布設(shè)計（論文）的部分或全部容，允許他人依法合理使用。（論文在解密后遵守此規(guī)定）作者簽名: 年 月 日 發(fā)電廠的繼電保護(hù)設(shè)計摘 要當(dāng)今社會電廠是生產(chǎn)電能的主要基地,每年產(chǎn)生大量的電能為社會各界使用,以維持正常的社會電量需求。為了避免設(shè)備故障所帶來的不利影響,電廠設(shè)備都需要配備繼電保護(hù)裝置。本文先對單獨電氣主接線進(jìn)行了簡述，然后著重針對電氣設(shè)備的選擇及布置特點進(jìn)行了論述。在本次設(shè)計

3、中，主要針對繼電保護(hù)的設(shè)計，從發(fā)電機(jī)的繼電保護(hù)的確定到線路的繼電保護(hù)，都做了較為詳盡的闡述。二次接線則以發(fā)電機(jī)、變壓器、輸電線路的繼電保護(hù)的設(shè)計為重點，對繼電保護(hù)的整定計算做了深入細(xì)致的介紹。設(shè)計過程中，綜合考慮了經(jīng)濟(jì)性、可靠性和可發(fā)展性等多方面因素，在確?？煽啃缘那疤嵯拢幗?jīng)濟(jì)性。關(guān)鍵詞：繼電保護(hù)，發(fā)電機(jī)，變壓器，輸電線路Relay Protection of Power PlantsAbstractThe power plant is the production base of electricity each year a large number of electric energ

4、y use to the society from all walks of life today, in order to maintain the normal social demand. In order to avoid the adverse effect brought by the equipment failure, equipment of power plant need to be equipped with relay protection devices.This article first has carried on the brief to separate

5、the main electrical wiring and emphatically according to the characteristics of the electrical equipment selection and arrangement are discussed. In this design, the design of main relay protection, from the definition of relay protection of generator to the line relay protection, to do a more detai

6、led description. Secondary connection of generators, transformers and focuses on the design of transmission line protective relaying, the setting calculation of relay protection makes a thorough introduction.During in the design process, various factors such as economy, reliability and expansibility

7、 has been considered. In ensuring the reliability of the premise, we strive for efficiency. Key words：relay protection, generator, transformers, transmission line目 錄第一章 緒論11.1原始資料1第二章 短路計算中的標(biāo)幺值32.1短路電流計算的規(guī)定32.2 短路電流計算的目的32.3 電路元件參數(shù)的計算3第三章 發(fā)電機(jī)保護(hù)63.1 發(fā)電機(jī)的保護(hù)方式63.2 發(fā)電機(jī)的短路計算73.3 發(fā)電機(jī)的縱差保護(hù)83.3.1 發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)的構(gòu)成

8、83.3.2 采用差動繼電器構(gòu)成縱差保護(hù)83.4 縱差動保護(hù)的整定計算93.4.1 最小動作電流的整定93.4.2 差動繼電器的動作電流103.4.3 靈敏度檢驗103.5 低電壓啟動的過電流保護(hù)103.6 發(fā)電機(jī)保護(hù)接線圖12第四章 主變壓器保護(hù)134.1 變壓器的故障、異常運行方式和應(yīng)裝設(shè)的保護(hù)裝置134.2 主變壓器短路計算134.3 變壓器的瓦斯保護(hù)154.4 變壓器的差動保護(hù)164.5 差動保護(hù)的整定計算174.5.1 額定參數(shù)的計算174.5.2 整定計算184.5.3 基本側(cè)工作線圈匝數(shù)的計算184.5.4 非基本側(cè)線圈匝數(shù)計算194.5.5 計算整定匝數(shù)于計算匝數(shù)不等而產(chǎn)生的相

9、對誤差194.5.6 靈敏的校驗194.6 變壓器的過電流保護(hù)20第五章 線路保護(hù)215.1 電網(wǎng)的接地保護(hù)215.1.1 接地電流電網(wǎng)的零序電流保護(hù)215.2 電網(wǎng)的距離保護(hù)225.2.1 距離保護(hù)的作用和基本原理225.2.2 三段式距離保護(hù)的組成23第六章 總結(jié)25參考文獻(xiàn)26 辭27附錄28第一章 緒論現(xiàn)今，國外繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展的趨勢為：計算機(jī)化，網(wǎng)絡(luò)化，智能化，保護(hù)、控制、測量、數(shù)據(jù)通信一體化1。本設(shè)計主要針對大型發(fā)電廠中的發(fā)電機(jī)、變壓器、線路的繼電保護(hù)配置問題進(jìn)行了論述。 繼電保護(hù)裝置，就是指能反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)，并動作于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種自動裝

10、置2。其廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)、農(nóng)網(wǎng)和小型發(fā)電系統(tǒng)，是電網(wǎng)及電氣設(shè)備安全可靠運行的保證。但實踐也表明，發(fā)電機(jī)、變壓器保護(hù)在運行中的正確動作率長期偏低。如何對發(fā)電廠進(jìn)行繼電保護(hù)配置，關(guān)系著這些大型發(fā)電廠的安全、可靠、靈活、經(jīng)濟(jì)的運行，也關(guān)系著大電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運行，乃至國民經(jīng)濟(jì)生活的發(fā)展。繼電保護(hù)裝置的基本任務(wù)是：（1）自動、迅速、有選擇性地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使故障元件免于繼續(xù)遭到破壞，保證其他無故障部分迅速恢復(fù)正常運行。（2）反應(yīng)電氣元件的異常運行狀態(tài)，并根據(jù)運行維護(hù)的條件（如有無經(jīng)常值班人員）而動作于信號，以便值班員及時處理，或由裝置自動進(jìn)行調(diào)整，或?qū)⒛切├^續(xù)運行就會引起損壞或發(fā)展成

11、為事故的電氣設(shè)備予以切除3。為了完成它的任務(wù)，必須在技術(shù)上滿足選擇性、速動性、靈敏性和可靠性四個基本要求。在對發(fā)電廠進(jìn)行繼電保護(hù)配置時，應(yīng)盡量滿足和協(xié)調(diào)好這四個基本要求。1.1原始資料（1）.兩臺參數(shù)相同的發(fā)電機(jī)：型號：QFS-125-2額定電流6150A額定電壓13.8kV，功率因數(shù)0.85次暫態(tài)電抗18%。（2）接線:該發(fā)電廠向地方變電所供電，電壓220kV，共有2回出線，不設(shè)母線，單元制接線。（3）備用電源:電廠的啟動/備用電源由系統(tǒng)110kV變電所引入電廠。（4）主變壓器：型號：SFP9-150000/220；變比：236±2×2.5%/13.8kV ；連接組別：Y

12、N， d11；Uk1%=13 ，Uk0%=12.8；高壓側(cè)額定電流367A，低壓側(cè)額定電流6275A。（5）高壓廠用變壓器型號：SF9-CY-22000/13.8；變比：13.8±8×1.25%/6.3kV ；，連接組別：Y/Y-12 ；Uk1%=10.5，Uk0%=9.5。（6）高壓備用電壓器：型號：SFZ9-CY-22000/110；變比：110±2×2.5%/6.3kV ；連接組別：YN， d11；Uk1%=10.5，Uk0%=10.28；高壓側(cè)額定電流920A，低壓側(cè)額定電流2016A。（7）機(jī)組年利用小時:TMAX=6500h/a（8）廠用電率

13、:按8%考慮（9）氣象條件:發(fā)電廠所在地最高溫度38，年平均溫度25。氣象條件一般無特殊要求（臺風(fēng)、地震、海拔等）第二章 短路計算中的標(biāo)幺值2.1短路電流計算的規(guī)定 短路電流計算的條件和基本假設(shè)為： （1）正常工作時，三相系統(tǒng)對稱運行；（2）所有電源的電動勢相位角相同；（3）不考慮短路點的電弧阻抗和變壓器的勵磁電流；（4）元件的電阻略去，輸電線路的電容略去不計，及不計負(fù)荷的影響；（5）系統(tǒng)中的同步電機(jī)為理想電機(jī)，都具有自動調(diào)整勵磁裝置；（6）變壓器的勵磁電流略去不計，相當(dāng)于勵磁阻抗回路斷開；（7）短路發(fā)生在其中電流為最大值的瞬時。2.2 短路電流計算的目的（1）電氣設(shè)備選擇和校驗。（2）選擇繼

14、電保護(hù)裝置和進(jìn)行整定計算。（3）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，均需進(jìn)行必要的短路電流計算。（4） 在選擇電氣設(shè)備時，為了保證設(shè)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，這就需要進(jìn)行全面的短路電流計算。（5） 在設(shè)計屋外高壓配電裝置時，需按短路條件檢驗軟導(dǎo)線的相間和相對地的安全距離。（6）在選擇繼電保護(hù)方式和進(jìn)行整定計算時，需以各種短路時的短路電流為依據(jù)。（7） 按接地裝置的設(shè)計，也需用短路電流4。2.3 電路元件參數(shù)的計算高壓短路電流計算一般只計算各元件的電抗，采用標(biāo)幺值進(jìn)行計算，為了使電力系統(tǒng)中的電器設(shè)備在最嚴(yán)

15、重的短路狀態(tài)下也能可靠的工作，短路計算中選取三相短路計算為主5。為了計算方便選取如下基準(zhǔn)值：基準(zhǔn)容量, （為元件所在處的短路計算電壓），則基準(zhǔn)電流如下： （2-1） 基準(zhǔn)電抗: （2-2） 發(fā)電機(jī)的有名值: （2-3） 變壓器有名值： （2-4） 電抗器有名值： （2-5） 標(biāo)幺值的一般數(shù)學(xué)表達(dá)式為 （2-6） 各元件電抗標(biāo)幺值計算如下： 發(fā)電機(jī)： （2-7） 變壓器： （2-8）電抗器： （2-9）線路： （2-10）發(fā)電機(jī)的額定容量，單位為；發(fā)電機(jī)次暫態(tài)電抗百分值；發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)；變壓器的額定容量，單位為；系統(tǒng)基準(zhǔn)容量，單位為；變壓器短路電壓百分值；短路線路的總電抗；電抗器短路電壓百分值

16、；線路額定電壓；線路額定電流6；第三章 發(fā)電機(jī)保護(hù)3.1 發(fā)電機(jī)的保護(hù)方式（1）縱差動保護(hù)：對1MW以上發(fā)電機(jī)定子繞組及其引出線的相間短路。 （2）單相接地保護(hù)：對直接連于母線的發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地短路。在不裝設(shè)單相接地保護(hù)時，應(yīng)利用絕緣監(jiān)視裝置發(fā)出接地故障信號。（3）橫差保護(hù)：用于反應(yīng)發(fā)電機(jī)定子繞組的匝間短路，當(dāng)定子繞組星形接線、每相有并聯(lián)分支且中性點側(cè)有分支引出端。（4）過電流保護(hù)：用于切除發(fā)電機(jī)外部短路引起的過電流，并作為發(fā)電機(jī)部故障的后被保護(hù)。 （5）負(fù)序過電流保護(hù)：對于有不對稱負(fù)荷或外部不對稱短路而引起的負(fù)序電流，一般在50MW及以上的發(fā)電機(jī)應(yīng)裝設(shè)此保護(hù)，動作與信號。 （6）過負(fù)荷

17、保護(hù)：對于對稱過負(fù)荷引起的發(fā)電機(jī)定子繞組過電流，應(yīng)裝設(shè)接于一相電流的過負(fù)荷保護(hù)。 （7）過電壓保護(hù)：對于水輪發(fā)電機(jī)定子繞組的過電壓所需的保護(hù)。 （8）勵磁回路的接地保護(hù)：對于發(fā)電機(jī)勵磁回路的一點接地故障，對1MW及以下的小型發(fā)電機(jī)可裝設(shè)定期檢查裝置；對1MW以上的發(fā)電機(jī)應(yīng)裝設(shè)專用的勵磁回路一點接地保護(hù)。（9）失磁保護(hù)：對于發(fā)電機(jī)勵磁消失故障，在發(fā)電機(jī)不允許失磁運行時應(yīng)在自動滅磁開關(guān)斷開時連鎖斷開發(fā)電機(jī)的斷路器；對采用半導(dǎo)體歷次以及100MW機(jī)以上采用電機(jī)歷次的發(fā)電機(jī)，應(yīng)裝設(shè)直接反應(yīng)發(fā)電機(jī)失磁時電力采納數(shù)變化的專用失磁保護(hù)。（10）轉(zhuǎn)子過負(fù)荷保護(hù)：對于轉(zhuǎn)子回路上的過負(fù)荷，100MW機(jī)以上，并且半

18、導(dǎo)體勵磁系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)上的保護(hù)。（11）過勵磁保護(hù)：對于300MW及以上的發(fā)電機(jī)應(yīng)裝設(shè)。（12）其他保護(hù)：如當(dāng)電力系統(tǒng)震蕩影響機(jī)組安全運行時，在300MW機(jī)組上，宜裝設(shè)失步保護(hù);當(dāng)汽輪機(jī)低頻運行會造成機(jī)械振動，葉片損傷，對汽輪機(jī)危害極大時，可裝設(shè)低頻保護(hù)；當(dāng)水冷發(fā)電機(jī)斷水時，可裝設(shè)斷水保護(hù)等。為了快速消除發(fā)電機(jī)故障，在保護(hù)動作與發(fā)電機(jī)斷路器跳閘的同時，還必須動作于自動滅磁開關(guān)，將發(fā)電機(jī)勵磁回路斷開，使定子回路不再感應(yīng)出電動勢，繼續(xù)供給短路電流7。3.2 發(fā)電機(jī)的短路計算當(dāng)發(fā)電機(jī)端短路時，次暫態(tài)電流的一般計算式為 （3-1）但是也可以近似計算為： （3-2）給定額定電壓, 次暫態(tài)短路電流得出,沖擊

19、電流的計算式為： （3-3）當(dāng)巨型發(fā)電機(jī)直接供電的母線上短路時，一般應(yīng)取沖擊系數(shù)為1.9則一般計代入得 ，穩(wěn)態(tài)短路電流其一般計算式為： （3-4）為穩(wěn)態(tài)直軸（同步）電抗；根據(jù)汽輪發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)電動勢的曲線 , 查得 。所以因而穩(wěn)態(tài)短路電流的標(biāo)幺值穩(wěn)態(tài)短路電流的實際值3.3 發(fā)電機(jī)的縱差保護(hù)發(fā)電機(jī)定子繞組相間短路是發(fā)電機(jī)部最嚴(yán)重的故障，因此，要求裝設(shè)快速動作的保護(hù)裝置，當(dāng)發(fā)電機(jī)中性點側(cè)每相有引出線時，可裝設(shè)縱聯(lián)差動（簡稱縱差）保護(hù)作為發(fā)電機(jī)定子繞組相間短路的主保護(hù)。3.3.1 發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)的構(gòu)成發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)的工作原理，是根據(jù)比較被保護(hù)元件始端和末端電流相位和幅值的原理而構(gòu)成的。為了實現(xiàn)此種保護(hù)，

20、在發(fā)電機(jī)中性點側(cè)與靠近出口端斷路器處應(yīng)裝設(shè)同一型號和變化的兩組電流互感器1LH和2LH，兩組電流互感器之間，即為縱差保護(hù)的保護(hù)區(qū)。電流互感器二次側(cè)按循環(huán)電流法接線，設(shè)兩端電流互感器的同極性端子朝向同一方向，則兩個互感器的二次側(cè)異極性相連，并在兩接線之間并聯(lián)接入電流繼電器，在繼電器線圈中流過的電流是兩側(cè)電流互感器二次電流I2與I2之差，故稱它為差動回路，該繼電器是反映兩側(cè)（同一相）電流互感器二次電流之差而動作的，故稱它為差動繼電器（CJ）。由于縱差保護(hù)不反應(yīng)負(fù)荷電流與外部短路電流，只反應(yīng)兩側(cè)電流互感器之間故障時的電流，故保護(hù)不必與其它保護(hù)作時限上的配合，可瞬時動作8。3.3.2 采用差動繼電器構(gòu)

21、成縱差保護(hù)采用差動繼電器構(gòu)成的縱差保護(hù)單相原理接線如圖。由于它能較好地躲過暫態(tài)不平衡電流的影響，因此，被廣泛地用在發(fā)電機(jī)的差動保護(hù)中。在實際應(yīng)用中可把差動線圈和平衡線圈串聯(lián)起來作為一個線圈使用，以增加匝數(shù)的調(diào)整圍。圖3-1發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)單相原理接線圖縱差動保護(hù)的作用，主要是保護(hù)發(fā)電機(jī)部及引出線端各種類型的相見故障。保護(hù)動作后，瞬時跳開發(fā)電機(jī)出口斷路器和滅磁開關(guān)，并發(fā)出差動保護(hù)動作的信號6。3.4 縱差動保護(hù)的整定計算3.4.1 最小動作電流的整定為了避免保護(hù)在電流互感器二次回路斷線時誤動作，保護(hù)的動作電流應(yīng)大于發(fā)電機(jī)的額定電流。 式中為可靠系數(shù)，采用1.3，為發(fā)電機(jī)的額定電流。躲過外部故障時的

22、最大不平衡電流。式中為可靠系數(shù)，采用1.3。 （3-5）式中為外部故障時的最大不平衡電流，一般可按下式計算 （3-6）式中 為考慮非周期分量影響的系數(shù)。當(dāng)保護(hù)采用BCH-2A型差動繼電器時取1；式中為電流互感器的同型系數(shù)。若兩側(cè)互感器型號相同時取0.5，不同時取1；式中電流互感器的最大相對誤差，當(dāng)按10%誤差曲線選擇時采用0.1；式中在發(fā)電機(jī)外部三相短路時，流經(jīng)保護(hù)的最大周期性短路電流?？傻贸?選取較大數(shù)值作為保護(hù)的動作電流的整定值。3.4.2 差動繼電器的動作電流式中為接線系數(shù) 取1 3.4.3 靈敏度檢驗按發(fā)電機(jī)獨立運行是兩相短路時校驗3.5 低電壓啟動的過電流保護(hù)發(fā)電機(jī)的過流保護(hù)，用來作

23、發(fā)電機(jī)外部短路故障的后被保護(hù)，并作為定子繞組相間短路主保護(hù)（差動保護(hù)）的后備保護(hù)。如圖3-2所示為發(fā)電機(jī)低電壓啟動過電流保護(hù)的接線圖，該保護(hù)的電流繼電器接在中性點側(cè)的電流互感器上，采用三相星形連接，地電壓繼電器則接在發(fā)電機(jī)出口端電壓互感器二次側(cè)的相間電壓上，這樣在發(fā)電機(jī)投入前發(fā)生故障時，保護(hù)裝置也能動作9。從圖中可知，該保護(hù)時受低電壓繼電器控制的中間繼電器BZJ來實現(xiàn)閉鎖的。該保護(hù)的接線有下述特點：第一，當(dāng)外部短路時，可以采用電流繼電器的接點去閉鎖接地保護(hù)；第二，當(dāng)電壓互感器二次回路斷線二低電壓繼電器單獨動作時，整套保護(hù)不誤動，并可通過BZJ發(fā)生斷線信號；第三，該斷線信號時通過發(fā)電機(jī)斷路器的輔

24、助接點接至延時信號，以便在發(fā)電機(jī)斷開時把信號推出。保護(hù)裝置動作后，通過出口中間繼電器BCJ將發(fā)電機(jī)的主斷路器和自動滅磁開關(guān)跳開。當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓母線有分段斷路器時，保護(hù)裝置應(yīng)有兩個時限，如圖，以較小的時限跳開主變壓器斷路器和分段斷路器，如故障仍未消除，則以較大的時限跳開發(fā)電機(jī)主斷路器和自動滅磁開關(guān)。當(dāng)相鄰發(fā)電機(jī)電壓母線段或高壓母線發(fā)生故障且相應(yīng)的保護(hù)拒絕動作時，本段發(fā)電機(jī)低電壓起動的過流保護(hù)先將主變斷路器、分段斷路器和母聯(lián)斷路器跳開，使本段母線與故障部分分開u，隨后保護(hù)裝置返回，以保證本段母線可靠供電。（a）（b）圖3-2發(fā)電機(jī)低電壓起動過電流保護(hù)接線圖3.6 發(fā)電機(jī)保護(hù)接線圖為了便于分析事故，在

25、每套保護(hù)裝置接至出口中間繼電器BCJ的回路中，都串接有信號繼電器，當(dāng)保護(hù)裝置動作后，相應(yīng)的信號繼電器一方面指出該保護(hù)已動作，另一方面發(fā)出“掉牌未復(fù)歸”信號。出口中間繼電器BCJ動作后接點閉合，作用于發(fā)電機(jī)斷路器和滅磁開關(guān)跳閘，并關(guān)閉汽輪機(jī)的主汽門。當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓母線保護(hù)動作時，也可惜出口中間繼電器BCJ將發(fā)電機(jī)切除。在出口中間繼電器線圈上并聯(lián)附加電阻的作用是當(dāng)幾套保護(hù)同時動作時，保證它們的信號繼電器都能可靠動作。每套保護(hù)的出口處都裝有聯(lián)接片（1LP4LP），在過電流保護(hù)動作于母聯(lián)斷路器和分段斷路器的跳閘回路中，也裝有聯(lián)接片（5LP7LP），以便在運行中有可能將上述回路解除工作。為了便于維護(hù)人員在

26、現(xiàn)場作實驗，在差動保護(hù)回路中裝有實驗盒SH。展開圖見附錄B發(fā)電機(jī)保護(hù)接線全圖。第四章 主變壓器保護(hù)4.1 變壓器的故障、異常運行方式和應(yīng)裝設(shè)的保護(hù)裝置變壓器是電力系統(tǒng)中重要設(shè)備，數(shù)量很多，由于它是靜止設(shè)備，結(jié)構(gòu)上較可靠，故障機(jī)會比較少。但在實際運行中仍有可能發(fā)生故障，它的故障將給系統(tǒng)的正常供電和安全運行帶來嚴(yán)重的影響。為了保證電力系統(tǒng)的安全運行，必須根據(jù)變壓器的容量及重要性裝設(shè)性能良好的、動作可靠的保護(hù)裝置。 變壓器的故障可分為油箱部故障和外部故障：（1）油箱部故障主要有：相相間短路、單相匝間短路、單相接地短路等。上述短路故障電流將產(chǎn)生電弧，會燒壞線圈的絕緣和變壓器的鐵芯，甚至引起絕緣材料、變

27、壓器油的強(qiáng)烈氣話，而導(dǎo)致油箱爆炸等嚴(yán)重后果。（2）油箱外部的故障：主要是絕緣套管和引出線上的相見短路、單相接地短路等。變壓器異常運行方式主要有：（1）由于外部短路引起的過電流。（2）由于電動機(jī)的自啟動過并聯(lián)運行的變壓器被斷開以后，處于高峰負(fù)荷等原因引起的過負(fù)荷。（3）油箱部的油面降低。 根據(jù)變壓器的故障種類及異常運行方式應(yīng)裝設(shè)如下保護(hù)裝置：（1）防御變壓器油箱部短路和油面降低的瓦斯保護(hù)。（2）賦予變壓器繞組和引出線的多相短路、大接地電流電網(wǎng)側(cè)繞組和引出線的接地短路以及繞組匝間短路的縱差保護(hù)或電流速斷保護(hù)。（3）防御外部相間短路并作瓦斯保護(hù)和縱差保護(hù)后備的過電流保護(hù)。（4）防御大接地電流電網(wǎng)中外

28、部接地短路的零序電流保護(hù)。（5）防御對稱過負(fù)荷的過負(fù)荷保護(hù)7。4.2 主變壓器短路計算確定基準(zhǔn)值：=100 發(fā)電機(jī)的電抗標(biāo)幺值：變壓器的電抗標(biāo)幺值：圖4-1 K1點簡化后的等值電路圖當(dāng)點短路時，即主變壓器的低壓側(cè)：短路電流：三相短路容量：短路沖擊電流： 圖4-2K2點簡化后的等值電路圖點短路電流計算，即主變壓器高壓側(cè)短路時，短路電流：三相短路容量：沖擊電流： 4.3 變壓器的瓦斯保護(hù)在變壓器油箱常有的故障有繞組匝間或?qū)娱g絕緣破壞造成的短路，或高壓繞組對地絕緣破壞引起的單相接地。對上述故障，若短路匝數(shù)很少或經(jīng)電弧電阻短路時，反應(yīng)到變壓器縱差保護(hù)或接地保護(hù)裝置中的電流很少，可能不會使保護(hù)動作。但在

29、變壓器油箱發(fā)生任何一種故障時，由于短路電流和短路點電弧的作用，將使變壓器及其它絕緣材料因受熱而分解產(chǎn)生氣體，因氣體比較輕，它們就要從油箱流向油枕的上部，當(dāng)故障嚴(yán)重時，油會迅速膨脹并由大量氣體發(fā)生，此時，會有強(qiáng)烈的油流和氣流沖向油枕的上部。利用油箱部故障時的這一特點，可以構(gòu)成反應(yīng)氣體變化來實現(xiàn)的保護(hù)裝置，稱之為瓦斯保護(hù)8。圖4-3瓦斯保護(hù)原理圖及展開圖瓦斯保護(hù)的主要優(yōu)點是：動作迅速、靈敏度高、接線和安裝簡單、能反應(yīng)變壓器油箱部各種類型的故障。特別是當(dāng)線圈匝間短路的匝數(shù)很少時，故障回路的電流雖然很大，可能造成嚴(yán)重過熱，但反應(yīng)在外部電源電流的變化卻很小，這時具有靈敏度高的差動保護(hù)都可能不動作，因此，

30、瓦斯保護(hù)對于切除這類故障具有特別重要的意義。此外改進(jìn)后的瓦斯繼電器運行性能比較穩(wěn)定，可能性也比較高，所以瓦斯保護(hù)是變壓器部故障的主要保護(hù)之一。瓦斯保護(hù)的缺點是：不能反應(yīng)變壓器油箱外的套管和斷路器之間連接線上的故障，因此，它不能作為防御變壓器各種故障的唯一保護(hù)，此外，由于保護(hù)裝置在運行中正確動作率仍然不夠滿意。4.4 變壓器的差動保護(hù)變壓器縱差保護(hù)主要用來防御變壓器的部、套管及引出線上的各種短路故障。它的基本工作原理與輸電線路和發(fā)電機(jī)的縱差保護(hù)是一樣的。保護(hù)的原理接線圖如圖所示。變壓器兩側(cè)裝設(shè)有電流互感器1LH和2LH，按循環(huán)電流法接線。若變壓器高壓側(cè)是采用戶外多由式DW型斷路器時，縱差保護(hù)的電

31、流互感器應(yīng)選用該斷路器1DL在母線側(cè)的套管電流互感器，其保護(hù)圍1DL和2DL之間的變壓器高、低壓繞組、套管及引出線和高壓側(cè)斷路器。保護(hù)動作后，瞬時將變壓器兩側(cè)斷路器1DL和2DL斷開。圖4-4變壓器縱差保護(hù)單線原理圖4.5 差動保護(hù)的整定計算變壓器縱差保護(hù)主要是用來反應(yīng)變壓器繞組、引出線及套管上的各種短路故障，是變壓器的主保護(hù)。按避越勵磁涌流的方法不同，變壓器差動繼電器可按不同工作原理來實現(xiàn)，本文中采用帶短路線匝的繼電器用作變壓器的差動保護(hù)10。4.5.1 額定參數(shù)的計算表6-1變壓器額定參數(shù)名 稱變 壓 器 各 側(cè) 數(shù) 值額定電壓（kV）額定電流（A）互感器變比二次回路額定電流差動保護(hù)臂中的

32、電流（A）由計算結(jié)果可知，13.8kV側(cè)差動保護(hù)臂中的電流為最大，故選13.8kV側(cè)為計算的基本側(cè)。4.5.2 整定計算 （1）躲過外部短路時的最大不平衡電流 （4-1）式中，=1.3為可靠系數(shù)；外部最大短路的電流的周期分量；非周期分量引起的誤差 取1；電流互感器的同型系數(shù) 取0.5；電流互感器容許對大相對誤差 取0.1；變壓器改變分接頭調(diào)壓引起的相對誤差 取0.05；繼電器整定匝數(shù)于計算匝數(shù)不等而產(chǎn)生的相對誤差 取0.05。（2）躲過變壓器空載合閘和外部短路切除后，電壓恢復(fù)時的歷次涌流： （4-2）式中，為可靠系數(shù)取1.3；為變壓器的額定電流，取低壓側(cè)額定電流6275A。取8157.5A為整

33、定電流。即：4.5.3 基本側(cè)工作線圈匝數(shù)的計算式中，接線系數(shù)取1?；ジ衅髯儽热?00。工作線圈匝數(shù)為：選用基本側(cè)整定工作線圈匝數(shù)：=1差動線圈整定匝數(shù)為1。 4.5.4 非基本側(cè)線圈匝數(shù)計算選定平衡線圈的定匝數(shù)：非基本側(cè)工作線圈匝數(shù)：4.5.5 計算整定匝數(shù)于計算匝數(shù)不等而產(chǎn)生的相對誤差4.5.6 靈敏的校驗 （4-3）式中，為基本側(cè)保護(hù)裝置的動作電流；為變壓器差動保護(hù)圍短路時，歸算到基本側(cè)的最小短路電流。13.8kV側(cè)兩相短路電流為：歸算到220kV側(cè)：在13.8kV側(cè)兩相短路時，從220kV側(cè)繼電器的最小電流為220kV側(cè)繼電器動作電流為：220kV側(cè)靈敏系數(shù)：故滿足要求10。4.6 變

34、壓器的過電流保護(hù)為了防止外部短路引起的過電流，并作變壓器本身故障的后備保護(hù)，一般在變壓器上都應(yīng)裝設(shè)過電流保護(hù)。保護(hù)裝置安裝在變壓器電源側(cè)，這樣在發(fā)生部故障時，若差動等快速動作的保護(hù)拒動作時，應(yīng)由過電流保護(hù)經(jīng)過整定時限后，動作于斷開變壓器各側(cè)的斷路器。過電流保護(hù)應(yīng)根據(jù)變壓器容量的大小和保護(hù)裝置對靈敏度的要求，采用下述接線方式之一：不帶低電壓啟動的過電流保護(hù)；帶低電壓啟動的過電流保護(hù)；復(fù)合電壓啟動的過電流保護(hù)；對于大容量的變壓器，則裝設(shè)福電流和單項式低電壓啟動的過電流保護(hù)10。圖4-3變壓器過電流保護(hù)單相原理接線圖第五章 線路保護(hù)5.1 電網(wǎng)的接地保護(hù)電力系統(tǒng)中性點接地方式，是根據(jù)供電的可靠性、系

35、統(tǒng)過電壓的情況，系統(tǒng)絕緣水平，對繼電保護(hù)的要求、對弱電流通訊線路的干擾和系統(tǒng)穩(wěn)定的要求等而確定的。在這里的電網(wǎng)采用中性點直接接地方式。中性點直接接地電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時，通過中性接地點，就構(gòu)成單相接地短路，在故障相中流過很大的單相接地短路電流，所以，這種電網(wǎng)又稱為大接地電流電網(wǎng)。根據(jù)實際運行中的統(tǒng)計，電網(wǎng)發(fā)生單相接地短路的機(jī)會是很多的，約占總故障的7080%，所以，中性點直接接地電網(wǎng)的接地保護(hù)就顯得十分重要。5.1.1 接地電流電網(wǎng)的零序電流保護(hù)零序電流保護(hù)與相間電流保護(hù)一樣，也采用階段是保護(hù)，通常采用三階段。圖5-1中所示是三階段零序電流保護(hù)的接線圖。第一段為瞬時零序電流速斷，有電流繼電器

36、3、中間繼電器4、信號繼電器9構(gòu)成，該段只能保護(hù)本線路的部分長度。第二段為帶時限零序電流速斷，由電流繼電器5、時間繼電器6、信號繼電器10構(gòu)成，它可以保護(hù)本線路的全長，其動作時限一般為0.5秒。第三段為零序過電流保護(hù)，由電流繼電器7、時間繼電器8、信號繼電器11構(gòu)成，它可以作為本線路和相鄰線路的后備保護(hù)11。圖5-1三段式零序電流保護(hù)原理接線圖5.2 電網(wǎng)的距離保護(hù)5.2.1 距離保護(hù)的作用和基本原理在遠(yuǎn)距離重負(fù)荷的輸電線路上，線路的最大負(fù)荷電流有時可能接近線路末端的短路電流，所以在這種線路上過電流保護(hù)時不能滿足靈敏度的要求的。另外，過電流保護(hù)的動作時限是按階梯原則來整定的，往往具有較長的動作

37、時限，因此，滿足不了系統(tǒng)快速切除故障的要求；至于電流或電壓速斷雖然能快速切除故障，但是它們的保護(hù)區(qū)受系統(tǒng)運行方式改變的影響大，在某些情況下，這些保護(hù)的保護(hù)區(qū)可能變得很??；對瞬時電流速斷，有時甚至保護(hù)區(qū)縮為零。所謂距離保護(hù)，就是指反應(yīng)保護(hù)安裝處至故障點的距離，并根據(jù)這距離遠(yuǎn)近而確定動作時限的一種保護(hù)裝置。保護(hù)感受的距離越近，保護(hù)的動作時限越短，泛指，感受距離越遠(yuǎn)，則保護(hù)的動作時限越長，這樣就可以保證在任何形狀的電網(wǎng)中有選擇性地切除故障線路。三段式距離保護(hù)第一段的保護(hù)圍一般為線路全長的8085%，動作時限為各繼電器的固有動作時間。約為0.1秒左右。第二段的保護(hù)圍為被保護(hù)線路的全長及下一線路的304

38、0%，其動作時限要與下一線路保護(hù)第一段的動作時限相配合，一般為0.5秒左右。第三段為后備保護(hù)，一般其保護(hù)圍較長，包括本線路和下一線路的全長乃至更遠(yuǎn)，其動作時限是按階梯原則來整定12。5.2.2 三段式距離保護(hù)的組成圖5-2是用電流繼電器作啟動元件的距離保護(hù)裝著的單相原理接線圖。它是按三段式時限特性構(gòu)成的。 圖5-2三段式距離保護(hù)單相原理接線圖一般情況下，距離保護(hù)由啟動元件、測量元件、時間元件及方向元件四個主要元件組成，并且：（1）啟動元件3的作用是在發(fā)生短路瞬間啟動保護(hù)裝置，通常用電流繼電器或阻抗繼電器作氣動元件，有時為了提高靈敏度，也可用反應(yīng)負(fù)序分量和零序分量的元件。（2）測量元件5和6的作

39、用是測量保護(hù)安裝處至短路點的距離（阻抗），一般用阻抗繼電器作測量元件。（3）時間元件11和12的作用是建立相應(yīng)與各段的動作時限。通常用時間繼電器作時間元件。（4）方向元件4的作用是判別短路功率的方向。距離保護(hù)中的方向元件可以采用普通的功率繼電器，或者采用本身帶有方向性的阻抗繼電器方向阻抗繼電器。（5）保護(hù)區(qū)無論哪一段發(fā)生短路，啟動元件電流繼電器3及功率繼電器4瞬時動作，閉合其接點，把操作回路的正電源加到阻抗繼電器5、6的接點上，同時加到時間繼電器12的線圈上使其起動。（6）如果短路發(fā)生在第段保護(hù)圍，阻抗繼電器5動作（阻抗繼電器6也動作），于是通過信號繼電器7的線圈立即使出口中間繼電器的動作，整

40、套保護(hù)的動作時限僅為各繼電器動作的固有時間，因不用事件原件，故常稱“瞬時”跳閘。（7）如果短路發(fā)生在第段保護(hù)圍，阻抗繼電器5感受的阻抗比它的動作阻抗大，故不動作，而阻抗繼電器6動作，使建立第段延時的時間繼電器11動作，并通過信號繼電器8使出口中間繼電器10動作，發(fā)出跳閘脈沖。當(dāng)故障發(fā)生在第段保護(hù)圍時，距離元件5、6均不動作，但起動元件3、方向元件4仍動作，使時間繼電器12動作，經(jīng)延時后，發(fā)出跳閘脈沖。第六章 總結(jié)本設(shè)計主要針對大型發(fā)電廠中的電氣主接線設(shè)計、短路電流計算、電氣設(shè)備選擇及布置設(shè)計的繼電保護(hù)配置問題進(jìn)行了論述。文章先對單獨電氣主接線進(jìn)行了簡述，然后著重針對電氣設(shè)備的選擇及布置特點進(jìn)行

41、了論述。在本次設(shè)計中，主要針對了一次接線的設(shè)計。從主接線方案的確定到廠用電的設(shè)計，從短路電流的計算到電氣設(shè)備的選擇以及配電裝置的布置，都做了較為詳盡的闡述。二次接線則以發(fā)電機(jī)的繼電保護(hù)的設(shè)計為專題，對繼電保護(hù)的整定計算做了深入細(xì)致的介紹。廠用電系統(tǒng)是發(fā)電廠中比較復(fù)雜的一部分，其所涉及設(shè)備比較繁多，保護(hù)的配置也是千差萬別。目前，也沒有統(tǒng)一的規(guī)程和導(dǎo)則供參考。因此，廠用電系統(tǒng)的保護(hù)配置相對是個難點。本設(shè)計根據(jù)設(shè)計手冊和以往的工程實踐，總結(jié)了廠用電系統(tǒng)的主要設(shè)備保護(hù)的一般配置原則及整定計算原則。除根據(jù)這些原則對廠用電系統(tǒng)配置可靠的保護(hù)裝置外，我們也要注意各保護(hù)間的配合，保證并協(xié)調(diào)好保護(hù)的可靠性、靈敏性、速動性和選擇性，從而保證能反應(yīng)各設(shè)備、元件的任何故障和異常運行工況。廠用電系統(tǒng)的保護(hù)配合主要是指電流保護(hù)間的配合。保護(hù)的選擇性配合，主要包括上、下級保護(hù)的電流配合和時限配合兩個方面。保護(hù)配置應(yīng)“加強(qiáng)主保護(hù)，簡化后備保護(hù)”，盡量簡化保護(hù)的接線。除要盡量滿足、協(xié)調(diào)好選擇性、速動性、靈敏性、可靠性這四性外，在進(jìn)行方案設(shè)計時也要考慮其經(jīng)濟(jì)上的可行性。這樣才能保證發(fā)電廠乃至整個電力系統(tǒng)的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運行。參考文獻(xiàn) 1 保會,項根.電力系統(tǒng)繼電保護(hù),2版M.: