大型發(fā)電機-變壓器組的繼電保護設計課程設計

1、電力系統(tǒng)繼電保護課程設計題目 大型發(fā)電機 變壓器組地繼電保護設計姓名：所在學院：工學院電氣與電子工程系所學專業(yè)：電氣工程及其自動化班級：電氣工程班學號：指導教師：完成時間： 2015-7-31繼電保護課程設計要求繼電保護課程設計是學生在學完繼電保護課程之后地實踐性教案環(huán)節(jié)，是學生運用所學專業(yè)知識對實際問題進行設計（研究）地綜合性訓練，通過課程設計可以培養(yǎng)學生運用所學知識解決實際問題地能力和創(chuàng)新精神，培養(yǎng)工程觀念，以便更好地適應工作需要.一、基本情況學時： 1 周 學分： 1 學分 適應班級：電氣工程 1204 二、課程設計地目地要求1、熟悉國家能源開發(fā)地策略和有關技術規(guī)程、規(guī)定.2、鞏固和充實

2、所學專業(yè)知識，能做到靈活運用，解決實際問題.3、工程繪圖、編寫工程技術文件等相關設計任務.4、培養(yǎng)嚴肅認真、實事求是和刻苦鉆研地工作作風，鍛煉學生自主學習地能力、獨立工作地能力 .5、培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神，創(chuàng)新精神和科學態(tài)度相結合，設計構思、方案確定，盡量運用新技術新理論，設計內容有一定地新穎性.利用計算機繪圖.三、課程設計地依據(jù)課程設計應根據(jù)“設計任務書 ”和國家有關政策以及有關技術規(guī)程、規(guī)定進行四、進度安排課程設計共安排1 周，具體時間分配如下：原始資料分析半天確定保護方案半天電流互感器地選擇半天根據(jù)原始資料進行保護地整定計算2 天畫出保護地原理圖和展開圖1 天撰寫設計說明書半天.五、考核方法

3、課程設計地考核方式為考查.出勤 10%，過程考核20%，說明書質量70%.90100 分 優(yōu)秀8089 分良好7079 分中等6069 分及格60 分以下不合格六、設計成品設計說明書一份（含計算）， 0.3 萬字以上，格式符合要求，圖形和符號符合標準， A4 紙打印，裝訂成冊，設計說明書內容應包括：封面繼電保護課程設計要求設計任務書摘要目錄正文第一章緒論1.1 繼電保護國內外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1.2 對原始資料地分析第二章 對繼電保護地基本要求第三章 發(fā)電機常見故障和繼電保護配置第四章 發(fā)電機繼電保護整定計算, 原理圖第五章 電流互感器地選擇，繼電器選擇.總結參考文獻附錄：繼電保護展開圖課程設計任

4、務書一、題目31.5MV A 三繞組電力變壓器繼電保護設計二、原始資料1.變電所電氣主接線圖2.技術數(shù)據(jù)（ 1） 110KV 母線短路容量S k max1000MVASk min500MVA（2）變壓器參數(shù)T1， T2：SN31.5MVA.電壓為110 4 2.5% 38.5 2 2.5%，聯(lián) 結11kv組YNy0 D11，UK高中%10.5% ，U K高中 %17%，U K中低 %6.5 %（ 3）線路參數(shù)0.4? km（ 4）中性點接地方式1 ， T 2 同時運行， 110KV 側地中性點只有一臺直接接地；只有一臺運行，運行變必須直接接地 .三、設計內容1）短路電流計算2）變壓器保護地增益

5、3）保護裝置地整定計算4）繪出變壓器保護裝置原理展開圖摘要現(xiàn)今我國大容量發(fā)電廠不斷增多，它們在電力系統(tǒng)中地位更顯重要.因此我們應對電廠配置可靠性、靈敏性、選擇性和速動性都很好地保護裝置.為實現(xiàn)配置方案地優(yōu)化，還應充分考慮到大型發(fā)電廠地特點.本次設計選擇了大型發(fā)電機 變壓器組地繼電保護設計，介紹了現(xiàn)代繼電保護地現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 .為保證整個電力系統(tǒng)地安全經(jīng)濟運行，我們應對電廠配置可靠性、靈敏性、選擇性和速動性都很好地保護裝置.本次設計地題目是大型發(fā)電機-變壓器組繼電保護設計其主要內容包括大型發(fā)電機和變壓器地故障、異常運行及其保護方式地闡述.進行了短路電流地整定計算，計算并畫出了等值電抗圖，對主變壓

6、器和發(fā)電機選擇了縱聯(lián)差動保護，以及選擇了繼電器地型號和電流互感器地型號，發(fā)電機縱聯(lián)差動保護選擇了BCD-25型差動繼電器，主變壓器繼電保護選擇BCD-24型差動繼電器，電流互感器選擇型號LMC-10，并且主要敘述了發(fā)電機-變壓器組配置地部分保護地原理和相應地邏輯框圖.關鍵詞繼電保護發(fā)電機變壓器組目錄第 1 章 緒論11.1 繼電保護國內外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢11.2 對原始資料地分析1第 2章對繼電保護地基本要求 .2第 3章 發(fā)電機常見故障和繼電保護配置 .3第 4章 發(fā)電機繼電保護整定計算 ,原理圖 .34.1參數(shù)計算 .44.2保護地配置 .54.3各保護裝置地整定計算 .6第 5章 電流互感

7、器和繼電器地選擇.125.1電流互感器地選擇 .135.2繼電器地選擇 .13總結 .13參考文獻 .14附錄 .15第一章緒論1.1 繼電保護國內外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢隨著電力工業(yè)地迅速發(fā)展，我國發(fā)電機、變壓器單機容量不斷增大，600MW 地機組已比較普遍， 1000MW 地機組也在不斷增多.特別是國內大型發(fā)電工程（三峽、二灘、龍灘、秦山二期、嶺澳二期等）均已完成設計并已經(jīng)或即將投入運行.電力系統(tǒng)正朝著“大機組、超高壓、大電網(wǎng) ”地方向發(fā)展 .與此同時繼電保護技術亦不斷進步.現(xiàn)今，國內外繼電保護技術發(fā)展地趨勢為：計算機化，網(wǎng)絡化，智能化，保護、控制、測量、數(shù)據(jù)通信一體化1.2 對原始資料地分析（1

8、）系統(tǒng)電抗X s0.0348（2）變壓器參數(shù)T1,T2 : SN=360MV A, 變比為24222.5% / kV,U k % =14 ，聯(lián)接組YNd11.T4, T5: SN=40MV A, 變比為2022.5% / 6.3kV,Uk.%15,聯(lián)接組Dd10d10T3: SN=40MV A, 變比為230681.4% / 6.3kV,Uk .%18，聯(lián)接組YNd11d11（3）發(fā)電機參數(shù)G1, G 2 : PN =300MW.U N=20Kv,I N =10189A,cos=0.85,X d =182.2%,X d22.9% ,X d23.5% , X 2 =23.39%.在短路電流計算地

9、基礎上，發(fā)電機采用BCD 25 型繼電器、主變壓器采用BCD 24 型差動繼電器、發(fā)電機 變壓器組采用BCD 24 型差動繼電器、定子繞組單相接地保護采用BD 10 型、定子繞組匝間短路保護采用BLY 2 型零序電壓繼電器.第二章對繼電保護地基本要求可靠性 :指保護該動作時動作，不該動作時不動作.確保切除地是故障設備或線路.選擇性：指首先由故障設備或線路本身地保護切除故障，當故障設備或線路本身地保護或斷路器拒動時，才允許由相鄰設備、線路地保護或斷路器失靈保護切除故障.避免大面積停電.靈敏性：指在設備或線路地被保護范圍內發(fā)生金屬性短路時，保護裝置應具有必要地靈敏系數(shù).保證有故障就切除.速動性：指

10、保護裝置應能盡快地切除短路故障.其目地是提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，減輕故障設備和線路地損壞程度，縮小故障波及范圍，提高自動重合閘和備用電源或備用設備自動投入地效果等 .電力系統(tǒng)地飛速發(fā)展，對繼電保護不斷提出了新地要求，電子技術、計算機技術與通信技術地飛速發(fā)展，又為繼電保護技術不斷地注入了新地活力.在設計、結構和工藝方面，大型發(fā)電機組不同于中小型機組地地方有：（ 1）大容量機組地體積不隨容量成比例增大，即有效材料利用率高，但卻直接影響了機組地慣性常數(shù)明顯降低，使發(fā)電機容易失步，因此很有必要裝設失步保護4.2）發(fā)電機熱容量與銅損、鐵損之比明顯下降，使定子繞組及轉子表面過負荷能力降低，為了確保大型發(fā)電機組在安

11、全運行條件下充分發(fā)揮過負荷地能力，應裝設具有反時限特性地過負荷保護及過電流保護 .3）電機參數(shù) X k 、 X k 、 X k 增大 .由于 X k 增大，發(fā)電機由滿載突然甩負荷引起地過電壓就較嚴重 .（ 4）由于大型機組地材料利用率高，就必須采用復雜地冷卻方式，故障幾率增加.單機容量地增大，汽輪發(fā)電機軸向長度與直徑之比明顯加大，從而使機組振蕩加劇，匝間絕緣磨損加快，有時候可能引起冷卻系統(tǒng)故障.第三章 發(fā)電機常見故障和繼電保護配置發(fā)電機地安全運行對保證電力系統(tǒng)地正常工作和電能質量起著決定性地作用.同時發(fā)電機本身也是一個十分貴重地電氣元件，因此，應該針對各種不同地故障和不正常運行狀態(tài)，裝設性能完

12、善地繼電保護裝置.發(fā)電機地故障類型主要有：定子繞組相間短路；定子繞組一相地匝間短路；定子繞組單相接地；轉子繞組一點接地或兩點接地；轉子勵磁回路勵磁電流消失.發(fā)電機地不正常運行狀態(tài)主要有：由于外部短路引起地定子繞組過流；由于負荷超過發(fā)電機額定容量而引起地三相對稱過負荷；由外部不對稱短路或不對稱負荷而引起地發(fā)電機負序過電流和過負荷；由于突然甩負荷而引起地定子繞組過電壓；由于勵磁回路故障或強勵時間過長而引起地轉子繞組過負荷，由于汽輪機主汽門突然關閉而引起地發(fā)電機逆功率等.大型機組地保護裝置可以分為短路保護和異常運行保護兩類.短路保護，用以反應被保護區(qū)域內發(fā)生地各種類型地短路故障，這些故障將造成機組地

13、直接破壞 .因此，這類保護很重要，所以為防止保護裝置或斷路器拒動，又有主保護和后備保護之分 .異常運行保護，用以反應各種可能給機組造成危害地異常工況，但這些工況不會或不能很快造成機組地直接破壞.這類保護裝置，一般都裝設一套專用地繼電器，不設后備保護.發(fā)電機 - 變壓器組地保護與發(fā)電機、變壓器單獨工作時地保護類型選擇基本相同.但其保護對象，除了發(fā)電機、變壓器之外，還包括高壓廠用變壓器、勵磁變壓器等廠用分支.第四章 發(fā)電機繼電保護整定計算, 原理圖4.1 參數(shù)計算1、計算發(fā)電機及主變壓器地額定電流（ 1）發(fā)電機G1、 G2 地額定電流I NGSNG30010189(A)3U NG cos3200.

14、85（ 2）主變壓器T1、 T2 地額定電流低壓側：SNT36000010392()I NT.13U NT .2320A高壓側：SNT360858.9()INT.23U NT.13242A（ 3）廠用變壓器T3 地額定電流高壓側：低壓側：II40103100.4()NT .1A3U NT .2401033665.7()NT .26.3A32、等值電路地等值阻抗地計算圖 4.1 等效阻抗（ 1）選取基準值，計算基準電抗標幺值.基準容量 Sd100MVA ,基準電壓U d 1230kV , U d 220kV ,U d 36.3kV ; 基準電流100100100I d12300.25( kA),

15、 I d 22.887(kA), I d 339.164( kV ).33206.3變壓器電抗X T1U k %Sd14100XT 2SNT1000.0397100353XXT 3181000.4510040X T 515100T 41000.37540發(fā)電機電抗X G1XG2 X dSd23.51000.0666SNG100352.9（ 2）選擇短路計算點，計算各短路電流值.k1 點：X c*(0.06663000.3740.0397)0.85100查 t0 s曲線得： I z*2.8I zj3000.886kA32300.85I k12.80.8862.48kAk2 點：X c*0.066

16、6300=0.2341000.85查 t0s曲線得： I z*4.3I zj30010kA3200.85I k 24.31043kA4.2 保護地配置發(fā)電機 變壓器組繼電保護地總配置見表序號123456789101112131415161718表 4.1 發(fā)電機 變壓器組繼電保護地總配置保護名稱所選擇地保護裝置型號發(fā)動機縱聯(lián)差動保護BCD-25主變壓器地縱聯(lián)差動保護BCD-24發(fā)電機 變壓器組地縱聯(lián)差動保護BCD-24定子繞組接電保護BCD-10定子繞組匝間保護BLY-2失磁保護BZ-9,BY-25,BFL-8,BB-6過勵磁保護BGC-3過電壓保護BY-8逆功率保護BG-3對稱過負荷保護BL

17、-24不對稱過負荷保護BFL-9阻抗保護BZ-33主變壓器零序保護BL-52非全相保護BFL-9主變壓器瓦斯保護Q.J-80斷路器失靈保護BL-17/8發(fā)電機斷水保護BS-7A轉子一點接地保護BD-134.3 各保護裝置地整定計算1、發(fā)電機采用BCD-25 型差動繼電器構成縱聯(lián)差動保護（1）繼電器最小動作電流地整定，即I op. r K rel K np K st K err I NG / K TA 1.3 1.3 0.50.1 10189/(12000/ 5) 0.3587( A)繼電器動作電流檔有 0.5、1.0、 1.5A 等，取 I I op.r0.5A 0.3587A2）制動特性拐點

18、取縱坐標 0.5A ，橫坐標為 10189/2400=4.2454 （A ） .（3）制動系數(shù)地選擇.外部故障時流過制動回路地電流為I res.r . maxI k. max / K TA ,外部故障時流過差動回路地電流為I op.r.max K rel K np K st K err I k. max / K TA ,則制動系數(shù)為IK res. maxIop.r . maxK relK np K st K err1.3 1.3 0.5 0.1 0.085res.k .max繼電器地制動系數(shù)整定范圍有0.2、 0.35、 0.6，實取 K res0.20.085（4）制動繞組地接法 .兩個制動

19、繞組非別接于兩差動臂中.（5）靈敏系數(shù)校驗 .按發(fā)電機獨立運行時出口兩相短路時校驗. I k(32). min43 A ，I k(2.min)3 I k(3.min)0.8664337.238(kA) ,通過差動回路電流為37238/2400=15.51 （ A） ,同2時此電流通過制動繞組為其一半，即I res.r0.515.51 7.7( A)由制動特性曲線可計算對應I res6.67 A 時地動作電流為I op.r0.5(7.7 4.2)0.21.19( A)則 K s. min 13.34 /1.1911.22，滿足靈敏性要求 .圖 4.2 發(fā)電機縱差保護制動特性曲線發(fā)電機縱差保護原理

20、：發(fā)電機縱聯(lián)差動保護地基本原理是比較發(fā)電機兩側地電流幅值大小和相位，它反映發(fā)電機及其引出線地相間短路故障.將發(fā)電機兩側電流比和型號相同地電流互感器二次側同極性連接，差動繼電器KD 與二次繞組并聯(lián).保護采用三相式接線.由于裝在發(fā)電機中性點側地電流互感器受發(fā)電機運轉時地振動影響，接線端子容易松動而造成二次回路斷線.因此在差動回路中線上裝設斷線監(jiān)視電流繼電器KA ，當任何一相電流互感器賄賂斷線時，它都能運動，經(jīng)過時間繼電器KT 延時發(fā)出信號.為使差動保護范圍包括發(fā)電機引出線（或電纜）在內.所使用地電流互感器應裝設在靠近斷路器地地方.圖 4.3 具有斷線監(jiān)視裝置地發(fā)電機縱差保護原理接線圖2.主變壓器采

21、用BCD-24 型差動繼電器構成縱聯(lián)差動保護地整定計算（1）計算基本參數(shù)，并將及計算結果列入表表 4.2 縱聯(lián)差動保護地整定計算額定電壓（ kv ）24220電流互感器接線方式一次額定電流（ A）858.910392電流互感器變比1250 / 5 25012000 / 5 2400二次額定電流 (A)3 858.9 / 250 5.950410392 / 2400 4.3303自藕變流器變比1.3741自藕變流器一次側端子113自藕變流器型式選 FY-1自藕變流器二次側端子15由表可知，要變壓器縱差保護差動回路地電流正常運行時為零，則自藕變流器地變比應選為 5.9504 / 4.33031.3

22、74 ，但實際選取地變比為6.97 / 51.394 ，這樣變壓器高壓側地二次計算電流為I set 5.9504 /1.3944.2686（ A）相對誤差4.33034.26860.0142 0.05，m 是一個很小地數(shù)值，滿足要求 .m4.3303(2) 最小動作電流地整定.按在最大負荷條件下差動回路不平衡，即I op.r.o1.3(1.31 0.10.05 0.0142) 4.3304 1.0932 （ A）繼電器地整定范圍位0.5、 1.0、1.5、 2.0A ，取 I op.r .o =1.5A1.09A(3)確定制動特性曲線拐點坐標.取縱坐標1.5A, 與橫坐標 4.33A, 交點如

23、圖所示 .(4)制動系數(shù) K res 地計算式為K res =Iop .r .max=K rel （ K np +K st K err+ Um ）Ires.r . max=1.3(1.310.10.050.0142)=0.2525繼電器制動系數(shù)地整定范圍為0.2、 0.35、 0.6；取 K res =0.35 0.2525（5）制動繞組地接入.發(fā)電機側、高壓側及廠用分支側均接入制動繞組.（6）差用速斷地整定.在 BCD-24中，增設了差動速斷保護.一般取動作電流I opr =（ 58）I NG ，在此取 I opr =84.330334.64（A）.（7）兩次諧波制動比.制動比范圍在15%2

24、0% ，取二次諧波制動比為 17%.（8）校驗靈敏性 .按高壓側斷路器斷開，變壓器高壓側出口發(fā)生兩相短路校驗.低壓側流入繼電器地動作電流為2330.2242/ 20 / 2400 11.748( ) ，同時半個制動繞組中也流過I op.rA11.748A ，故制動電流為I res.r0.511.748 8.874( A)根據(jù)制動特性曲線可求出I op.r1.5(5.8744.3303)0.352.04()A則靈敏系數(shù) K s. min11.8485.762 ，滿足要求 .2.04圖 4.4 變壓器縱差保護制動曲線變壓器縱聯(lián)差動保護原理：圖 4.5 變壓器縱聯(lián)差動保護原理圖3.發(fā)電機 變壓器組采

25、用BCD-24 型差動變壓器構成縱聯(lián)差動保護地整定計算為滿足可靠性要求，在發(fā)電機和主變壓器分別裝設縱差保護地同時，在增設一套發(fā)電機變壓器組縱差保護，其保護范圍見圖，其整定計算同變壓器縱差保護.4.采用 BD-10 型定子繞組單相接地保護地整定計算該保護有 100% 地保護區(qū)，動作電壓按經(jīng)驗值整定，對基波零序電壓UV ，對三次0.op.r5諧波電壓 U 3.op.r0.2V ，保護經(jīng)1S 延時動作于發(fā)信號，也可切換于解列滅磁.發(fā)電機定子繞組單相接地原理：變壓器地縱聯(lián)差動保護地工作原理同線路縱差保護相似，變壓器差動保護二次側采用環(huán)流法連接并廣泛用在雙繞組或三繞組變壓器上.發(fā)電機能實現(xiàn)100定子接地

26、保護，采用了基波零序電壓式定子接地保護和三次諧波電壓構成地定子接地保護.，前者可反應發(fā)電機地機端向機內不少于85定子繞組單相接地故障（ 85 95），后者反應發(fā)電機中性點向機端20左右定子繞組單相接地故障（0 50） .通過這兩種保護地相互配合，達到了大容量機組100定子接地保護地要求.發(fā)電機定子單相接地后，接地電流經(jīng)故障點、三相對地電容、三相定子繞組而構成通路.當接地電流較大能在故障點引起電弧時，將使定子繞組地絕緣和定子鐵芯燒壞，也容易發(fā)展成危害更大地定了繞組相間或匝間短路 .圖 4.6 發(fā)電機零序電壓和三次諧波電壓相結合構成100%定子繞組單相接地保護接線圖5.采用 BLY-2 型零序電壓

27、繼電器構成定子繞組匝間短路保護地整定計算按躲過正常運行時發(fā)電機出口電壓互感器地開口三角形繞組基波不平衡電壓整定.根據(jù)運行經(jīng)驗取Uop.r2.5BB-6 型斷線閉鎖裝置將匝間短路保V .裝置在電壓互感器二次回路斷線時由護閉鎖 .發(fā)電機定子繞組匝間短路保護原理：零序電壓匝間短路保護原理接線圖中，把發(fā)電機中性點與發(fā)電機出口端電壓互感器地中性點連在一起，當發(fā)電機內部發(fā)生匝間短路或者中性點不對稱地相間短路時，破壞了三相中性點地對稱，產生了對中興點地零序電壓，即3U00,使零序電壓匝間短路保護正常動作.當發(fā)電機內部或外部發(fā)生單相接地時，雖然電壓互感器TV 地一次系統(tǒng)出現(xiàn)了零序電壓，中性點電位升高U0 ，但

28、 TV 一次側地中性點并不接地，因此即使它地中性點電位升高，三相對地中性點地電壓仍對稱，所以開口三角形繞組輸出電壓3U0=0，保護不會動作.為防止 1TV 一次熔斷器熔斷引起保護誤動作，設置了電壓閉鎖裝置，為防止低壓值零序電壓匝間短路保護在外部短路時誤動作，設置了負序功率方向閉鎖元件.圖 4.7 零序電壓匝間短路保護原理接線圖第五章 電流互感器和繼電器地選擇5.1 電流互感器地選擇根據(jù)安裝地點、安裝使用條件等選擇電流互感器地型式.6-20kV 屋內配電裝置，可選用瓷絕緣結構或樹脂澆注絕緣結構地電流互感器；35KV 及以上配電裝置，一般選用油脂絕緣結構地電流互感器，有條件應選用套管式電流互感器.一次額定電流選擇欲要注意地問題：（ 1）當電流互感器用于測量時，其一次額定電流應盡量選擇比回路中正常電流大1/3保證測量儀表地最佳工作，并在過負荷時使儀表有適當?shù)刂甘?（ 2）電力系統(tǒng)變壓器中性點電流互感器地一次額定電流應大于變壓器允許地不平衡電流選擇左右，一.3）為保證自耦變壓器零序差動保護裝置各臂正常電流平衡，供該保護用地高、中壓側和中性點電流互感器，變