60MW汽輪發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)設(shè)計

1、摘要本次設(shè)計的課題是60MW汽輪發(fā)電機(jī)變壓器二次保護(hù)設(shè)計，本次設(shè)計內(nèi)容通過計算出短路電流選擇發(fā)電機(jī)以及變壓器的保護(hù)類型，以及整定計算。從保證發(fā)電機(jī)變壓器能夠在出現(xiàn)故障及不正常運行情況下可以使設(shè)備跳出運行或發(fā)出信號考慮設(shè)計方案，從而完成60MW汽輪發(fā)電機(jī)及變壓器保護(hù)設(shè)計。根據(jù)本電廠主接線的型式和容量需要對發(fā)電機(jī)和變壓器分別設(shè)置主保護(hù)和后備保護(hù)，使得保護(hù)范圍縮小，保護(hù)能夠相互配合，最大程度讓電廠供電和輸電的可靠性提高，保證供電的穩(wěn)定。關(guān)鍵詞發(fā)電廠變壓器發(fā)電機(jī)短路電流計算保護(hù)裝置AbstractThedesignofthesubjectis60MWturbinegeneratortransforme

2、rprotectiondesign,thedesigncontentthroughthecalculatedshortcircuitcurrenttransformerprotectionandchoosegeneratortypes,andsettingcalculation,.Fromensuringgeneratortransformercanappearinfaultandnotthenormaloperationconditionscanmaketheequipmentrunningorjumpouttosignalconsideredthedesignscheme,thuscomp

3、leting60MWturbinegeneratorandtransformerprotectiondesign.Accordingtothepowerplanttypeandcapacityoftheconnectiontogeneratorsandtransformerssetrespectivelymainprotectionandbackupprotection,makingthescopeofprotection,theprotectioncancooperatewitheachother,thegreatestdegreetothereliabilityofpowersupplya

4、ndpowertransmissionimprove,guaranteethestabilityofthepowersupply.KeywordsPowerplantTransformerGeneratorCalculationofshort-circuitcurrentProtector目錄TOC o 1-5 h z摘要0Abstract1 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 第1章緒論8 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 設(shè)計背景8 HYPERLINK l bookmark8 o Current

5、Document 設(shè)計意義9 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 國內(nèi)外發(fā)展情況9 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 第2章原始數(shù)據(jù)分析11 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 2.1系統(tǒng)主接線和發(fā)電機(jī)變壓器參數(shù)11 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 2.1二次回路設(shè)計方案的擬定12 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 第3章系統(tǒng)參數(shù)及短路電流計算15

6、HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 3.1系統(tǒng)參數(shù)計算15 HYPERLINK l bookmark64 o Current Document 電流互感器的選擇15電壓互感器的選擇17 HYPERLINK l bookmark68 o Current Document 短路電流計算的目的和意義17 HYPERLINK l bookmark70 o Current Document 短路電流的計算18 HYPERLINK l bookmark72 o Current Document d點短路電流計算181 HYPERLINK l bookmark

7、86 o Current Document d點短路電流計算192第4章發(fā)電機(jī)保護(hù)21 HYPERLINK l bookmark98 o Current Document 發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)21 HYPERLINK l bookmark100 o Current Document 4.1.1發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)的配置21 HYPERLINK l bookmark114 o Current Document 4.1.2發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)的整定計算23 HYPERLINK l bookmark128 o Current Document 反應(yīng)發(fā)電機(jī)零序電壓的匝間短路保護(hù)24 HYPERLINK l bookma

8、rk130 o Current Document 發(fā)電機(jī)零序電壓匝間短路保護(hù)的配置24 HYPERLINK l bookmark132 o Current Document 4.2.2發(fā)電機(jī)零序電壓匝間短路保護(hù)的整定25 HYPERLINK l bookmark138 o Current Document 發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)25 HYPERLINK l bookmark140 o Current Document 4.3.1發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)的配置25 HYPERLINK l bookmark142 o Current Document 4.3.2發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)的整

9、定計算26 HYPERLINK l bookmark146 o Current Document 發(fā)電機(jī)勵磁回路接地保護(hù)27 HYPERLINK l bookmark148 o Current Document 發(fā)電機(jī)勵磁回路接地保護(hù)27 HYPERLINK l bookmark150 o Current Document 發(fā)電機(jī)定子繞組定時限過負(fù)荷保護(hù)28 HYPERLINK l bookmark152 o Current Document 4.5.1發(fā)電機(jī)定子繞組定時限過負(fù)荷保護(hù)的配置28 HYPERLINK l bookmark154 o Current Document 發(fā)電機(jī)定子繞組

10、定時限過負(fù)荷保護(hù)的整定計算29 HYPERLINK l bookmark156 o Current Document 發(fā)電機(jī)過電壓保護(hù)29 HYPERLINK l bookmark158 o Current Document 發(fā)電機(jī)過電壓保護(hù)的配置29 HYPERLINK l bookmark160 o Current Document 發(fā)電機(jī)過電壓保護(hù)的整定計算30 HYPERLINK l bookmark166 o Current Document 發(fā)電機(jī)復(fù)合電壓起動過電流保護(hù)30 HYPERLINK l bookmark168 o Current Document 發(fā)電機(jī)復(fù)合電壓起動過電

11、流保護(hù)的配置30 HYPERLINK l bookmark170 o Current Document 4.7.2發(fā)電機(jī)復(fù)合電壓起動過電流保護(hù)的整定計算31 HYPERLINK l bookmark186 o Current Document 發(fā)電機(jī)定時限負(fù)序電流保護(hù)32 HYPERLINK l bookmark188 o Current Document 發(fā)電機(jī)定時限負(fù)序電流保護(hù)的配置32 HYPERLINK l bookmark190 o Current Document 發(fā)電機(jī)定時限負(fù)序電流保護(hù)的整定計算33 HYPERLINK l bookmark196 o Current Docum

12、ent 第5章變壓器保護(hù)34 HYPERLINK l bookmark198 o Current Document 變壓器電流速斷保護(hù)34 HYPERLINK l bookmark200 o Current Document 5.1.1變壓器電流速斷保護(hù)的配置34 HYPERLINK l bookmark202 o Current Document 5.1.2變壓器電流速斷保護(hù)的整定計算35 HYPERLINK l bookmark206 o Current Document 變壓器縱差保護(hù)35 HYPERLINK l bookmark208 o Current Document 5.2.1變

13、壓器縱差保護(hù)的配置35 HYPERLINK l bookmark210 o Current Document 5.2.2變壓器縱差保護(hù)的整定計算36 HYPERLINK l bookmark224 o Current Document 變壓器零序電流保護(hù)37 HYPERLINK l bookmark226 o Current Document 5.3.1變壓器零序電流保護(hù)的配置37 HYPERLINK l bookmark228 o Current Document 5.3.2變壓器零序電流保護(hù)的整定計算38 HYPERLINK l bookmark232 o Current Document

14、 變壓器過負(fù)荷保護(hù)39 HYPERLINK l bookmark234 o Current Document 5.4.1變壓器過負(fù)荷保護(hù)的配置39 HYPERLINK l bookmark260 o Current Document 5.4.2變壓器過負(fù)荷保護(hù)的整定計算39 HYPERLINK l bookmark264 o Current Document 變壓器復(fù)合電壓起動過電流保護(hù)40 HYPERLINK l bookmark266 o Current Document 5.5.1變壓器復(fù)合電壓起動過電流保護(hù)的配置40 HYPERLINK l bookmark268 o Current

15、Document 5.5.2變壓器復(fù)合電壓起動過電流保護(hù)的整定計算41 HYPERLINK l bookmark280 o Current Document 變壓器非電量保護(hù)42 HYPERLINK l bookmark282 o Current Document 瓦斯保護(hù)42 HYPERLINK l bookmark284 o Current Document 瓦斯保護(hù)整定值44 HYPERLINK l bookmark286 o Current Document 第6章發(fā)變組保護(hù)45 HYPERLINK l bookmark288 o Current Document 發(fā)變組縱聯(lián)差動保護(hù)的

16、配置45 HYPERLINK l bookmark290 o Current Document 發(fā)變組縱聯(lián)差動保護(hù)的整定計算46 HYPERLINK l bookmark304 o Current Document 第7章斷路器的控制回路47 HYPERLINK l bookmark306 o Current Document 控制回路47 HYPERLINK l bookmark308 o Current Document 7.1.1控制開關(guān)47 HYPERLINK l bookmark310 o Current Document 控制回路47 HYPERLINK l bookmark312

17、 o Current Document 第8章指揮信號51 HYPERLINK l bookmark314 o Current Document 發(fā)電機(jī)指揮信號介紹51發(fā)電機(jī)指揮信號回路圖52結(jié)論53致謝54 HYPERLINK l bookmark322 o Current Document 參考文獻(xiàn)55ContentsTOC o 1-5 h zAbstract(chinese)0Abstract1Chapter1Preface8Designbackground8Designsignificance9Thedomesticandforeigndevelopmentsituation9Chap

18、ter2Theoriginaldataanalysis11Systemparameters11Thesecondarycircuitscheme12Chapter3Systemparametersandshort-circuitcurrentcalculation15Systemparametercalculation15Currenttransformerchoice15Thevoltagetransformerchoice17Shortcircuitcurrentsignificance17Thecalculationofshort-circuitcurrent18d1pointtheca

19、lculationofshort-circuitcurrent18d2pointthecalculationofshort-circuitcurrent19Chapter4Generatorprotection21Generatorlongitudinaldifferentialprotection21Protectionconfiguration21Settingvaluecalculation23Zerosequencevoltagegeneratorturn-to-turnprotection24Protectionconfiguration24Settingvaluecalculati

20、on25Generatorstatorwindingsinglegroundingprotection25Protectionconfiguration25Settingvaluecalculation26Thegeneratorexcitationloopgroundingprotection27Thegeneratorexcitationloopgroundingprotection27Generatorstatorwindingsettimeloadprotection28Protectionconfiguration28Settingvaluecalculation29Generato

21、rovervoltageprotection29Protectionconfiguration29Settingvaluecalculation30Generatorcompositevoltagestartingovercurrentprotection30Protectionconfiguration30Settingvaluecalculation31Generatorstatortimelimitnegativesequencecurrentprotection32Protectionconfiguration32Settingvaluecalculation33Chapter5Tra

22、nsformerprotection34Transformerelectricityflowvelocitybrokenprotection34Protectionconfiguration34Settingvaluecalculation35Transformerdifferentialprotection35Protectionconfiguration35Settingvaluecalculation365.3Transformerzerosequencevoltageprotection37Protectionconfiguration37Settingvaluecalculation

23、38Transformeroverloadprotection39Protectionconfiguration39Settingvaluecalculation39Transformercompositevoltagestartingovercurrentprotection40Protectionconfiguration40Settingvaluecalculation41Thepowertransformerprotection42Gasprotection42Thegasprotectionsettingcalculation44Chapter6Generatortransforme

24、rprotectiongroup45Generatortransformerprotectionconfigurationgroup45Generatortransformerprotectiongroupsettingcalculation46Chapter7Thecontrolcircuitbreaker47Chapter7Thecontrolcircuitbreaker47Controlswitch47Controlcircuit47Chapter7Commandsignal51Commandsignalgeneratorareintroduced51Commandsignalgener

25、atorcircuit52Conclusions53Acknowledgements54References55第1章緒論設(shè)計背景電力系統(tǒng)飛速發(fā)展的同時對繼電保護(hù)不斷提出新的要求，而電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)的飛速發(fā)展又為繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展注入了新的活力。因此，繼電保護(hù)技術(shù)得天獨厚，在40余年的時間里完成了發(fā)展的4個階段。即從電磁式保護(hù)裝置到晶體管式繼電保護(hù)裝置、到集成電路繼電保護(hù)裝置、再到微機(jī)繼電保護(hù)裝置。隨著電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)的飛速發(fā)展，人工智能技術(shù)如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、進(jìn)化規(guī)模、模糊邏輯等相繼在繼電保護(hù)領(lǐng)域的研究應(yīng)用，繼電保護(hù)技術(shù)向計算機(jī)化、網(wǎng)絡(luò)化、一體化、智能化方向

26、發(fā)展。19世紀(jì)的最后25年里，作為最早的繼電保護(hù)裝置熔斷器已開始應(yīng)用。電力系統(tǒng)的發(fā)展，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，短路容量不斷增大，到20世紀(jì)初期產(chǎn)生了作用于斷路器的電磁型繼電保護(hù)裝置。雖然在1928年電子器件已開始被應(yīng)用于保護(hù)裝置，但電子型靜態(tài)繼電器的大量推廣和生產(chǎn)，只是在50年代晶體管和其他固態(tài)元器件迅速發(fā)展之后才得以實現(xiàn)。靜態(tài)繼電器有較高的靈敏度和動作速度、維護(hù)簡單、壽命長、體積小、消耗功率小等優(yōu)點，但較易受環(huán)境溫度和外界干擾的影響。1965年出現(xiàn)了應(yīng)用計算機(jī)的數(shù)字式繼電保護(hù)。大規(guī)模集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展,微處理機(jī)和微型計算機(jī)的普遍應(yīng)用，極大地推動了數(shù)字式繼電保護(hù)技術(shù)的開發(fā)，目前微機(jī)數(shù)字保護(hù)正處于

27、日新月異的研究試驗階段，并已有少量裝置正式運行。目前隨著電力系統(tǒng)容量日益增大，范圍越來越廣，僅設(shè)置系統(tǒng)各元件的繼電保護(hù)裝置，遠(yuǎn)不能防止發(fā)生全電力系統(tǒng)長期大面積停電的嚴(yán)重事故。為此必須從電力系統(tǒng)全局出發(fā)，研究故障元件被相應(yīng)繼電保護(hù)裝置的動作切除后，系統(tǒng)將呈現(xiàn)何種工況，系統(tǒng)失去穩(wěn)定時將出現(xiàn)何種特征，如何盡快恢復(fù)其正常運行等。系統(tǒng)保護(hù)的任務(wù)就是當(dāng)大電力系統(tǒng)正常運行被破壞時，盡可能將其影響范圍限制到最小，負(fù)荷停電時間減到最短。此外，機(jī)、爐、電任一部分的故障均影響電能的安全生產(chǎn)，特別是大機(jī)組和大電力系統(tǒng)的相互影響和協(xié)調(diào)正成為電能安全生產(chǎn)的重大課題。設(shè)計意義電力系統(tǒng)在生產(chǎn)過程中，有可能發(fā)生各類故障和各種不

28、正常運行狀態(tài)。其中故障一般可分為兩類：橫向故障和縱向故障。橫向故障包括兩相短路、單相接地短路、兩相接地短路、三相短路四種，縱向?qū)ΨQ故障包括單相斷相和兩相斷相，又稱非全相運行。電網(wǎng)在發(fā)生故障后會造成很嚴(yán)重的后果：1、電力系統(tǒng)電壓大幅度下降，廣大用戶負(fù)荷的正常工作遭到破壞。2、故障處有很大的短路電流，產(chǎn)生的電弧會燒壞電氣設(shè)備。3、破壞發(fā)電機(jī)的并列運行的穩(wěn)定性，引起電力系統(tǒng)振蕩甚至使整個系統(tǒng)失去穩(wěn)定而解列瓦解。4、電氣設(shè)備中流過強(qiáng)大的電流產(chǎn)生的發(fā)熱和電動力，使設(shè)備的壽命減少，甚至遭到破壞。不正常情況有過負(fù)荷、過電壓、電力系統(tǒng)振蕩等。電氣設(shè)備的過負(fù)荷會發(fā)生發(fā)熱現(xiàn)象，會使絕緣材料加速老化，影響壽命，容易

29、引起短路故障。繼電保護(hù)被稱為是電力系統(tǒng)的衛(wèi)士，它的基本任務(wù)有:1、當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，自動迅速、有選擇地將故障設(shè)備從電力系統(tǒng)中切除，保證系統(tǒng)其余部分迅速恢復(fù)正常運行，防止故障進(jìn)一步擴(kuò)大。2、當(dāng)發(fā)生不正常工作情況時，能自動有選擇將信號上傳給運行人員進(jìn)行處理，或者切除那些繼續(xù)運行會引起故障的電氣設(shè)備。可見繼電保護(hù)是任何電力系統(tǒng)中二次系統(tǒng)必不可少的組成部分，對保證系統(tǒng)安全運行、保證電能質(zhì)量、防止故障的擴(kuò)大和事故的發(fā)生，都有極其重要的作用。國內(nèi)外發(fā)展情況國內(nèi)外發(fā)展情況（文獻(xiàn)綜述）著重繼電保護(hù)裝置的國內(nèi)外發(fā)展情況，繼電器它起源于20世紀(jì)60年代中后期，是在英國、澳大利亞和美國的一些學(xué)者的倡導(dǎo)下開始進(jìn)行

30、研究的。計算機(jī)技術(shù)在70年代初期和中期出現(xiàn)了重大突破，大規(guī)模集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，使得微型處理器和微型計算機(jī)進(jìn)入了實用階段。價格的大幅度下降，可靠性、運算速度的大幅度提高，促使計算機(jī)繼電保護(hù)的研究出現(xiàn)了垃圾。在70年代后期，出現(xiàn)了比較完善的微機(jī)保護(hù)樣機(jī)，并投入到電力系統(tǒng)中試運行。80年代，微機(jī)保護(hù)在硬件結(jié)構(gòu)和軟件技術(shù)方面日趨成熟，并已在一些國家推廣應(yīng)用。90年代，電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展到了微機(jī)保護(hù)時代，它是繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展歷史過程中的第四代。我國的微機(jī)保護(hù)研究起步于20世紀(jì)70年代末期、80年代初期，盡管起步晚，但是由于我國繼電保護(hù)工作者的努力，進(jìn)展卻很快。經(jīng)過10年左右的奮斗，到了80年

31、代末，計算機(jī)繼電保護(hù)，特別是輸電線路微機(jī)保護(hù)已達(dá)到了大量實用的程度。我國對計算機(jī)繼電保護(hù)的研究過程中，高等院校和科研院所起著先導(dǎo)的作用。從70年代開始，華中、理工大學(xué)、東南大學(xué)、華北電力學(xué)院、西安交通大力自動化研究院都相繼研制了不同原理、不同型式的微機(jī)保護(hù)裝置。到了90年代，我國繼電保護(hù)進(jìn)入了微機(jī)時代。隨著微機(jī)保護(hù)裝置的研究，在微機(jī)保護(hù)軟件、算法等方面也取得了很多理論成果，并且應(yīng)用于實際之中。第2章原始數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)主接線和發(fā)電機(jī)變壓器參數(shù)EOKV圖1-160MW汽輪機(jī)主接線本系統(tǒng)選用60MW汽輪機(jī)作為系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)，對于本系統(tǒng)所選用的汽機(jī)QFS-50-2的參數(shù)見下表。圖2-1發(fā)電機(jī)主要參數(shù)汽輪

32、發(fā)電機(jī)型號QFS-60-2額定功率(最大連續(xù)功率)60MW額定電壓10.5kV額定電流4124A額定功率因數(shù)(cos)0.85額定頻率50Hz繞組連接方式Y(jié)次暫態(tài)電抗Xd0.168額定轉(zhuǎn)速3000r/min根據(jù)所選擇的發(fā)電機(jī)參數(shù)，計算主變壓器容量：S=110%x5x(1-6%)=110%x-x(1-6%)=75MVANcos0.85主變壓器選擇容量為75MVA的變壓器，下面給出主變壓器的參數(shù)表。表2-2主變壓器主要參數(shù)額定容量75MVA變比2362X2.5%/10.5kV短路阻抗14%接線組別YN,d11二次回路設(shè)計方案的擬定1、運行中的發(fā)電機(jī)，定子繞組和勵磁繞組回路都有可能發(fā)生故障，在電氣方

33、面常見的故障如下。定子繞組相間短路定子繞組發(fā)生三相或兩相短路時，引起很大的短路電流，造成繞組過熱，故障點產(chǎn)生的電弧使得繞組絕緣損壞，甚至?xí)?dǎo)致發(fā)電機(jī)著火。這是發(fā)電機(jī)內(nèi)部最嚴(yán)重的故障。（2）定子繞組單相匝間短路通常見到的發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地故障是由于絕緣損壞而引起的繞組一相碰殼。發(fā)電機(jī)是在非直接接地系統(tǒng)中運行的，單相接地后，發(fā)電機(jī)電壓系統(tǒng)電容電流的總和和流經(jīng)定子鐵心，當(dāng)此電流較大時，如果超過5A，可能使繞組接地處鐵心局部融化，還有可能擴(kuò)大成為相間短路。給發(fā)電機(jī)的檢修帶來極大的困難。（3）定子繞組單相接地定子繞組，某一項發(fā)生匝間短路時，被短路的各匝將有短路電流流過，產(chǎn)生局部過熱，破壞繞組的絕緣，

34、并可能發(fā)展為單相接地故障或相間接地故障。（4）轉(zhuǎn)子繞組一點接地或兩點接地當(dāng)發(fā)電機(jī)勵磁回路發(fā)生一點接地時、由于沒有構(gòu)成接地電流通路，故對發(fā)電機(jī)沒有直接的危害。但是如果在一點接地故障未消除時，另一點又接地，則形成兩點接地故障。發(fā)電機(jī)不正常工作狀態(tài)：（1）外部短路引起的定子繞組過電流（2）由于外部不對稱短路或不對稱負(fù)荷引起的發(fā)電機(jī)負(fù)序過電流（3）為了反映發(fā)電機(jī)突然甩負(fù)荷時出現(xiàn)的過電壓。因上述原因，本發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)回路系統(tǒng)設(shè)計包含如下內(nèi)容：為了反映發(fā)電機(jī)定子繞組及其引出線的相間短路，而且本設(shè)計中的中性點側(cè)有分相的引出線，應(yīng)該設(shè)置縱差動保護(hù)。本設(shè)計發(fā)電機(jī)容量為60MW，而且定子繞組為星形接線，中性點側(cè)只

35、有三個引出線，裝設(shè)了反映零序電壓的匝間短路保護(hù)。對于單相接地保護(hù)，本設(shè)計采用了發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)。相間保護(hù)應(yīng)設(shè)置后被保護(hù)，根據(jù)要求本設(shè)計的相間后備保護(hù)有，發(fā)電機(jī)復(fù)合電壓啟動過流保護(hù)。還有發(fā)電機(jī)定子繞組定時限過負(fù)荷保護(hù)，發(fā)電機(jī)定時限負(fù)序電流保護(hù)【9】。2、變壓器的故障可分為油箱內(nèi)故障和油箱外故障。油箱內(nèi)故障有，繞組的相間短路匝間短路，變壓器油箱內(nèi)故障不僅會燒壞變壓器，而且由于絕緣物和油在電弧作用下急劇氣化，容易導(dǎo)致變壓器油箱的爆炸。油箱外的故障有套管及引出線上的相間短路。變壓器的不正常工作狀態(tài)：外部故障引起的過電流、過負(fù)荷、過電壓等本設(shè)中變壓器繼電保護(hù)回路的設(shè)計包含如下內(nèi)容：油箱內(nèi)保護(hù)有

36、變壓器的縱差動保護(hù)利用電流速斷保護(hù)與之相配合，相間短路的后備保護(hù)裝設(shè)變壓器復(fù)合電壓啟動過流保護(hù)。發(fā)電機(jī)的電抗：PN發(fā)電機(jī)的電抗：PNcos08=75mva第3章系統(tǒng)參數(shù)及短路電流計算系統(tǒng)參數(shù)計算設(shè)基準(zhǔn)功率S=100MVA,基準(zhǔn)電壓U=U根據(jù)個電壓等級不同，選取不同BBav的值，本次設(shè)計中含有兩個電壓等級分別為242kV和10.5kV,基準(zhǔn)電流SUTOC o 1-5 h zB，基準(zhǔn)電抗z=B3UBBB系統(tǒng)電抗為：X*=0.033S變壓器短路電壓百分比等于短路阻抗百分比為Us%=14%：U%S14100 x“*=SxB=x=0.187M100S10075NS100=0.168x=0.168x=0.

37、224S75N3.2電流互感器的選擇3.2電流互感器的選擇為了保證電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運行，必須對電力設(shè)備的運行情況進(jìn)行監(jiān)視和測量。但一般的測量和保護(hù)裝置不能直接接入一次高壓設(shè)備，而需要將一次系統(tǒng)的大電流按比例變換成小電流，供給測量儀表和保護(hù)裝置使用。在測量交變電流的大電流時，為便于二次儀表測量需要轉(zhuǎn)換為比較統(tǒng)一的電流（我國規(guī)定電流互感器的二次額定為5A或1A）,另外線路上的電壓都比較高如直接測量是非常危險的。電流互感器就起到變流和電氣隔離作用。它是電力系統(tǒng)中測量儀表、繼電保護(hù)等二次設(shè)備獲取電氣一次回路電流信息的傳感器，電流互感器將高電流按比例轉(zhuǎn)換成低電流，電流互感器一次側(cè)接式中式中naT.h為高

38、壓側(cè)電流互感器變比在一次系統(tǒng)，二次側(cè)接測量儀表、繼電保護(hù)等。所以電流互感器會分為測量用電流互感器和保護(hù)用電流互感器。測量用電流互感器的作用是用來計量（計費）和測量運行設(shè)備電流的，保護(hù)用電流互感器主要與繼電裝置配合，在線路發(fā)生短路過載等故障時，向繼電裝置提供信號切斷故障電路，以保護(hù)供電系統(tǒng)的安全。（1）本設(shè)計中由于發(fā)電機(jī)一次側(cè)電流為：60000PNcoso60000Gn=4124AGN3U3X10.5X0.8I4124II4124I=n二二3.44Agnn1200a發(fā)電機(jī)額定電為發(fā)電機(jī)二次側(cè)額定電流式中IGNgnna為電流互感器變比2）計算得電流互感器變比為：60001200n=1200a5故選

39、用的電流互感器標(biāo)準(zhǔn)變比為1200，電流互感器的型號選擇為LMZB5-20（3）本設(shè)計變壓器高、低壓側(cè)額定電流計算：N產(chǎn)兀3X242=0.18kAN產(chǎn)兀3X242=0.18kA”Sn75iNl=4.124kAN.laNlJ3x10.5式中sn為變壓器額定容量uN.h變壓器高壓側(cè)額定電壓uNl變壓器低壓側(cè)額定電壓4）計算變壓器電流互感器變比：n=型=60aT.h560001200naT.1=丁=1200naT.i為低壓側(cè)電流互感器變比故選用的低壓側(cè)電流互感器標(biāo)準(zhǔn)變比為1200，電流互感器的型號選擇為LMZB5-20。高壓側(cè)電流互感器變比為60，電流互感器的型號選擇為LJW1-10。電壓互感器的選擇

40、電壓互感器是把高電壓按比例關(guān)系變換成100V或更低等級的標(biāo)準(zhǔn)二次電壓，供保護(hù)、計量、儀表裝置使用。同時，使用電壓互感器可以將高電壓與電氣工作人員隔離。電壓互感器雖然也是按照電磁感應(yīng)原理工作的設(shè)備，但它的電磁結(jié)構(gòu)關(guān)系與電流互感器相比正好相反。電壓互感器二次回路是高阻抗回路，二次電流的大小由回路的阻抗決定。當(dāng)二次負(fù)載阻抗減小時，二次電流增大，使得一次電流自動增大一個分量來滿足一、二次側(cè)之間的電磁平衡關(guān)系。可以說，電壓互感器是一個被限定結(jié)構(gòu)和使用形式的特殊變壓器。電壓互感器是發(fā)電廠、變電所等輸電和供電系統(tǒng)不可缺少的一種電器設(shè)備。（1）電壓互感器的變比為：U0.10.1100.10.1%十忑：T忑忑忑

41、故選擇的電壓互感器標(biāo)準(zhǔn)變比為100，電壓互感器選擇的型號為JSJW-10。短路電流計算的目的和意義短路是電力系統(tǒng)的嚴(yán)重故障，產(chǎn)生短路的主要原因是電氣設(shè)備載流部分的相間絕緣或相對地絕緣被破壞。包括自然因素和人為因素。人為因素主要是由于設(shè)計、安裝及維護(hù)不良所帶來的設(shè)備缺陷發(fā)展成短路，還有就是人為事故12。短路所引起的后果是破壞性的主要表現(xiàn)在以下幾方面：1、短路時，系統(tǒng)電壓大幅度下降，對用戶影響很大。2、當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生短路時，有可能使并列運行的發(fā)電機(jī)失去同步，破壞系統(tǒng)穩(wěn)性，是整個系統(tǒng)遭到破壞，引起大片停電，這是短路最嚴(yán)重的后果。3、不對稱接地短路所造成的不平衡電流，產(chǎn)生零序不平衡磁通，對臨近的通訊產(chǎn)

42、生干擾，并危及設(shè)備和人身的安全。在電力系統(tǒng)和電氣設(shè)備的設(shè)計和運行中，短路計算是解決一系列技術(shù)問題所不可缺少的基本計算，主要有以下幾方面：1、為了合理地配置各種繼電保護(hù)裝置并正確整定其參數(shù)，必須對電力網(wǎng)中發(fā)生的各種短路進(jìn)行計算和分析。2、在設(shè)計保護(hù)回路時，為了整定計算時出現(xiàn)的個點的短路電流，采取限制短路電流的措施等，都要進(jìn)行必要的短路電流計算。短路電流的計算根據(jù)下圖給出的系統(tǒng)60MW發(fā)變組等效電路圖來對電路點進(jìn)行計算，圖中在最小運行方式下選取了三個個短路點分別為d、d點，后文會根據(jù)這兩個12短路點進(jìn)行計算。圖3-1發(fā)電機(jī)和變壓器變等效電路d/點短路電流計算如下圖，當(dāng)d點發(fā)生三相短路時。1圖3-2

43、d點短路等效電路圖242kV電壓等級時的基準(zhǔn)電流為:S100=.b=0.238kAB3U1.732242BMSMS短路電流標(biāo)幺值為：I*(3)d1.min=2.433X*+X*-0.187+0.224MI*(3)d1.min=2.433X*+X*-0.187+0.224MG1*(2)d1.min二2.1072X*+2X*2x0.187+0.224x2MG1=2.97di.min3X*+2X*3x0.187+0.224x2M故電路點短路電流的有名值為:*(1)=G1*(3)xIB0.58kAd1.minB*(2)xIB0.501kAd1.minB(1)I*(1)xIB0.707kAd1.mind

44、1.minB(3)d1.min(2)d1.min3.5.2d2點短路電流計算如下圖，當(dāng)d2點發(fā)生三相短路時。圖3-3d2點短路等效電路圖尸斗.-KVftXS=0.O3310.5kV10.5kV電壓等級時的基準(zhǔn)電流為:SB船05=SB船05=5町人短路電流標(biāo)幺值為:3匸)短路電流標(biāo)幺值為:2滿足條件式中I（2）d2min為發(fā)電機(jī)提供給高壓側(cè)母線的兩相短路電流。3）發(fā)電機(jī)低壓元件Uact0如Uact0如0.7x10500=6.125V靈敏系數(shù)：Uop*0.7=1.1senX*xI*0.187x3.4senMd2.minKsen1.0-1.3，滿足條件。式中Uop*為低壓元件的動作電壓，取0.7XM

45、*為變壓器的標(biāo)幺值阻抗Id2max*（2）由發(fā)電機(jī)提供的高壓側(cè)母線的最大短路電流表幺值（4）動作時間整定。取t=1.7s跳母線斷路器。發(fā)電機(jī)定時限負(fù)序電流保護(hù)發(fā)電機(jī)定時限負(fù)序電流保護(hù)的配置對于60MW及以上的發(fā)電機(jī)，通常應(yīng)裝設(shè)負(fù)序電流保護(hù)，作為外部相間短路的遠(yuǎn)后備保護(hù)以及內(nèi)部相間短路的近后備保護(hù)。圖4-8發(fā)電機(jī)定時限負(fù)序電流保護(hù)原理圖目前對于汽輪發(fā)電機(jī)，大都采用兩段式負(fù)序定時限過電流保護(hù)。一段定值較大，延時動作與發(fā)電機(jī)跳閘，以作為防止轉(zhuǎn)子過熱和后備保護(hù)之用。另一段定值較低，延時發(fā)出不對稱過負(fù)荷信號。發(fā)電機(jī)定時限負(fù)序電流保護(hù)的整定計算1）動作電流整定：I=I=I%(8%x=03AactK0.95

46、r式中Krel為可靠系數(shù)取1.05Kr為返回系數(shù)取，0.952）動作時間整定動作時間為t=10+0.5=10.5s。第5章變壓器保護(hù)變壓器電流速斷保護(hù)變壓器電流速斷保護(hù)的配置電流速斷保護(hù)的主要優(yōu)點是簡單可靠、動作迅速，因而獲得了廣泛的應(yīng)用。根據(jù)如下變壓器電流速斷保護(hù)的原理圖:圖5-1變壓器電流速斷保護(hù)原理圖電流繼電器KA,當(dāng)電流過大時電流繼電器KA勵磁動作，觸點閉合后中間繼電器KH勵磁動作發(fā)出信號，出口繼電器KOF勵磁動作，斷開QF。變壓器電流速斷保護(hù)的整定計算保護(hù)的動作電流按躲過變壓器負(fù)荷側(cè)母線d點短路時的最大短路電流整1定，即：=10.425AI0.5x25020=10.425A=Kd2.

47、min=actreln1200a式中Krel可靠系數(shù)，為0.5-1.0I(3)d2.mind點三相短路時的短路電流，在面前已經(jīng)計算過，此時的三相短路電流值為25020A保護(hù)的靈敏系數(shù)按d點最小短路電流整定:2I(2)KI(2)K=d2minsennxIaact216701200 xlO.425=1.73AK21.5T.7sen式中Id2.価d1點兩相短路電流，I如in前面已經(jīng)計算為508A所以動作電流和靈敏系數(shù)都符合電流速斷保護(hù)的要求。變壓器縱差保護(hù)變壓器縱差保護(hù)的配置電流縱聯(lián)差動保護(hù)原理基于基爾霍夫電流定律，反應(yīng)于被保護(hù)元件的流入電流與流出電流之差而動作。電流總差動保護(hù)不但能夠正確區(qū)分區(qū)內(nèi)外

48、故障，而且不需要與其他元件的保護(hù)配合，可以無延時地切除區(qū)內(nèi)各種短路故障，因而被廣泛地用作變壓器主保護(hù)。變壓器縱差動保護(hù)主要是用來反應(yīng)變壓器繞組套管、引出線上的相間短路，同時也可以反應(yīng)變壓器繞組匝間短路及中性點直接接地系統(tǒng)側(cè)繞組、套管、引出線的單相接地短路。圖5-2變壓器縱差保護(hù)原理圖護(hù)采用三相式接線，KD1-KD3差動繼電器，此外，還有保護(hù)跳閘出口中間繼電器KOF，信號繼電器KH，當(dāng)變壓器外部短路時，相應(yīng)的差動繼電器動作,立即啟動保護(hù)的出口中間繼電器KOF,跳開發(fā)電機(jī)出口斷路器，瞬時切除故障;同時，信號繼電器KH動作，發(fā)出信號，斷開線路。變壓器縱差保護(hù)的整定計算(1)縱差動保護(hù)的最小動作電流應(yīng)

49、大于變壓器額定負(fù)載時的不平衡電流，既【act.min-Krel(Ker+U+m)In.haT.h=1.4x(0.95+0.14+0.05)x18060=4.78A式中IN.h為變壓器高壓側(cè)額定電流naT.h高壓側(cè)電流互感器的變比Krel可靠系數(shù)，取1.3-1.5Ker電流互感器誤差,取0.95AU變壓器調(diào)壓引起的誤差，取0.95Am由于電流互感器變比未完全匹配產(chǎn)生的誤差，取0.05(2)起始制動電流Ires的整定：!res=(，51)心九.h二，6%3二18A3)動作特性曲線斜率S的整定：r,二(KKK+AU+Am)I，n卄unb.maxxapccerd1mmal.h=(1.6x1x1+0.1

50、4+.5)x51,6式中Kcccc式中Kccccd.maxKop=14.9A電流互感器的同型系數(shù)，取1.0外部短路時，最大穿越短路電流周期分量，為501A非周期分量系數(shù)，取值1.5-2.0I,I14.94.78S=unb.maxact.min154【d.max-I8-35-】8nal.hres4)靈敏系數(shù)的計算：I(2)d2minnxIaactKI(2)d2minnxIaactK=sen120 x4.78Ks定2要求滿足要求。5.3變壓器零序電流保護(hù)變壓器零序電流保護(hù)的配置在大電流接地系統(tǒng)中發(fā)生接地故障后，就有零序電壓出現(xiàn)，利用零序不平衡構(gòu)成保護(hù)接地短路的繼電保護(hù)裝置稱為零序電流保護(hù)。在本設(shè)計

51、中為變壓器中性直接接地運行的變壓器接地保護(hù)。KAIA交囘IAKTKAEKIIKHn/BijFKTKAIA交囘IAKTKAEKIIKHn/BijFKTKUF圖5-3變壓器零序電流保護(hù)原理圖零丿宇電流保扌毎電流信卑和路零序電流取自變壓器中性點，KV為電壓繼電器。還有時間繼電器KT,信號繼電器KH等，當(dāng)單相接地時，相應(yīng)的電壓繼電器勵磁動作，后動合觸電閉合,立即啟動時間繼電器KT,信號繼電器KH動作，發(fā)出信號，運行人員可以知道發(fā)生故障。變壓器零序電壓保護(hù)的整定計算（1）與線路零序電流保護(hù)配合，其零序一次動作電流可歸納為按下式整定：I0.opT=KcoK0.brIop.0.1=0，8A式中T變壓器零序過

52、電流保護(hù)動作電流K0.br線路零序電流與本保護(hù)零序電流的比，給定值0.8Kco配合系數(shù)，取1.1爲(wèi)與之相配合的相鄰線路保護(hù)相應(yīng)段最大一次動作電流1A（2）動作時間整定：t=t+At=5s+0.3=5.3s變壓器過負(fù)荷保護(hù)變壓器過負(fù)荷保護(hù)的配置對400kVA以上的變壓器，當(dāng)數(shù)臺變壓器并列運行，或單獨運行并作為其他負(fù)荷的備用電源時，應(yīng)根據(jù)可能過負(fù)荷的情況裝設(shè)過負(fù)荷保護(hù)。過負(fù)荷經(jīng)延時作用于信號。域荷保護(hù)流回址負(fù)荷保護(hù)域荷保護(hù)流回址負(fù)荷保護(hù)直沆回H回酩圖5-4變壓器過負(fù)荷保護(hù)原理圖變壓器過負(fù)荷保護(hù)的整定計算1）動作電流按躲過額定電流進(jìn)行整定：actKrelKrnactKrelKrnaT.hraT.h1

53、.05xl800.95x60=3.31A式中KrelKr可靠系數(shù)，采用1.05返回系數(shù),0.85-0.95SN.式中KrelKr可靠系數(shù)，采用1.05返回系數(shù),0.85-0.95SN.comK札UN.com百UNN.com3UnN.comN.com0.98x753.5s,t取4s大于復(fù)合電壓啟動過電流保護(hù)最大整定時間變壓器復(fù)合電壓起動過電流保護(hù)變壓器復(fù)合電壓起動過電流保護(hù)的配置這種保護(hù)是一種變壓器相間短路的后備保護(hù),是低電壓起動過電流保護(hù)的發(fā)展,它將原來的三個低電壓繼電器改由一個負(fù)序過電壓繼電器,與一個接于線電壓上的低電壓繼電器組成9當(dāng)發(fā)生各種不對稱短路時由于出現(xiàn)負(fù)序電壓,負(fù)序過電壓繼電器一定

54、動作,與過電流繼電器配合可作為不對稱故障的保護(hù),當(dāng)發(fā)生三相短路時,可由低電壓繼電器與過電流繼電器配合,作為三相短路故障的保護(hù)。._ri匚圖5-5變壓器復(fù)合電壓起動過電流保護(hù)的原理圖._ri匚圖5-5變壓器復(fù)合電壓起動過電流保護(hù)的原理圖J噸國變壓器復(fù)合電壓起動過電流保護(hù)的整定計算1）242kV復(fù)合電壓閉鎖方向過流保護(hù)動作電流:,KIh1.3x180aI,=reTnh4.7Aact1K0.95式中KrelKrr可靠系數(shù)，取1.式中KrelKrHh-變壓器高壓側(cè)二次額定電流。高壓側(cè)低電動作電壓:Uact.10.7Un=70V式中Uact。1電壓互感器二次繞組額定電壓（2）242kV側(cè)保護(hù)靈敏系數(shù)校驗

55、:K=sen/50117K=sendl.min1./門xn4.7x60act1aThKsen1.5-1.7,滿足要求。保護(hù)動作時間整定:ti=t01+At=3.2+0.3=3.5sact.10.1其中tact1線路相間后備的動作時限10.5kV側(cè)復(fù)合電壓閉鎖過流保護(hù)動作電流n.lact.2N.InaTn.lact.2N.InaT.l41241200Krel.1=3.43A1.3x3.430.95=4.7A式中Krel可靠系數(shù)，取值1.3Kr保護(hù)返回系數(shù)，取值0.95h變壓器低壓側(cè)二次額定電流低壓側(cè)低電壓動作電壓U=0.6U=60Vact2n式中uact2為電壓互感器二次繞組額定電壓4)靈敏系數(shù)

56、校驗:I216703K=d2min=3.84senI2xn4.7x1200act.2aT.lKsen2,滿足條件保護(hù)時間整定:第一級時限t1二tO1+At二2+0.3二2.3s第二級時限act.10.1第二級時限t2=t1+At二2.3+0.3二2.6sact.2act.1變壓器非電量保護(hù)瓦斯保護(hù)變壓器非電量保護(hù)為變壓器瓦斯保護(hù)，瓦斯保護(hù)是在容量800KVA以上的變壓器油箱內(nèi)發(fā)生故障時，故障點的電弧會使變壓器油及其它絕緣物分解產(chǎn)生氣體，反應(yīng)油箱內(nèi)出現(xiàn)氣體而動作的保護(hù)。瓦斯保護(hù)靈敏、快速、接線簡單，可以有效地反應(yīng)變壓器郵箱內(nèi)的故障及油面降低，它不能反應(yīng)油箱外套管及引出線上的故障，因此本設(shè)計與電流

57、速斷保護(hù)構(gòu)成變壓器的主保護(hù)。瓦斯保護(hù)有重、輕之分，一般重瓦斯保護(hù)動作于跳開變壓器各電源側(cè)的斷路器，輕瓦斯保護(hù)動作于信號。圖5-6變壓器瓦斯保護(hù)的原理圖用非電量繼電器瓦斯繼電器，當(dāng)變壓器運行時油箱內(nèi)任何一種故障，使變壓器油及其它絕緣材料因受熱而分解產(chǎn)生氣體，使瓦斯繼電器動作，KG-2閉合、KG-1閉合，信號繼電器KH勵磁動作，發(fā)送瓦斯保護(hù)信號。同時，出口動作繼電器KOF勵磁動作，跳開QF，看到發(fā)出信號后，轉(zhuǎn)換連接片使保護(hù)終止，檢查維修線路。瓦斯保護(hù)的主要優(yōu)點是動作迅速、靈敏度高、安裝接線簡單、能反應(yīng)油箱內(nèi)部發(fā)生的各種故障，包括變壓器繞組輕微的匝間短路和局部放電等。因此瓦斯保護(hù)可作為變壓器的主保護(hù)

58、之一，與縱差保護(hù)相互配合、相互補(bǔ)充，實現(xiàn)快速而靈敏地切除變壓器油箱內(nèi)外及引出線上發(fā)生的各種故障。瓦斯保護(hù)整定值1、輕瓦斯保護(hù)輕瓦斯保護(hù)通常按氣體容積整定，對于10MVA以上的變壓器整定容積為250mL-300Ml。2、重瓦斯保護(hù)用QJ-80氣體繼電器，動作電流整定值為0.7s。第6章發(fā)變組保護(hù)發(fā)變組縱聯(lián)差動保護(hù)的配置隨著大容量機(jī)組和大型發(fā)電廠的出現(xiàn)，發(fā)電機(jī)變壓器組的單元式接線方式在電力系統(tǒng)中獲得了廣泛的應(yīng)用。在發(fā)電機(jī)和變壓器上可能出現(xiàn)的故障和不正常運行狀態(tài)，在發(fā)電機(jī)變壓器組上也都有可能發(fā)生，因此，其繼電保護(hù)裝置也應(yīng)能反應(yīng)發(fā)電機(jī)和變壓器單獨運行時所應(yīng)該反應(yīng)的那些故障和不正常運行狀態(tài)3。但由于發(fā)電

59、機(jī)和變壓器的成組連接，相當(dāng)于一個工作元件，因此，就能夠把發(fā)電機(jī)和變壓器中某些性能相同的保護(hù)合并成一個對全組公用的保護(hù)。當(dāng)發(fā)電機(jī)和變壓器之間無斷路器時，容量在100MW及以下者一般裝設(shè)整組共用的縱聯(lián)差動保護(hù)。圖6-1發(fā)變組縱聯(lián)差動保護(hù)原理圖發(fā)變組保護(hù)各側(cè)的額定電流計算:”Sn75=發(fā)變組保護(hù)各側(cè)的額定電流計算:”Sn75=0.18kA-3UN.h242x啟SN75I,=4.124kAn：-3Un|10.5xj3各側(cè)二次電流計算：=N.h.廠%.hI4124I,二皿=3.44AnlnTl1200aT.l保護(hù)最小動作電流的整定及最小動作電流應(yīng)大于變壓器額定負(fù)荷時的不平衡電流：I.=0.5I=0.5x

60、3.44二1.72Aact.minn.l起始制動電流Ires的整定：I二1.01嚴(yán)3.44Aresn.l比率動作系數(shù)的整定：起始斜率S一般為0.3-0.5，現(xiàn)取0.3差動速斷保護(hù)：I=5I=5x3.44=17.2Ad.inn.l第7章斷路器的控制回路控制回路發(fā)電廠的斷路器，大部分采用遠(yuǎn)方控制。所謂遠(yuǎn)方控制，就是與主控制室相隔幾十米甚至近百米距離的戶內(nèi)和戶外配電裝置中的斷路器，都在控制室內(nèi)集中進(jìn)行控制。為了實現(xiàn)遠(yuǎn)方控制，在控制室內(nèi)必須有發(fā)出斷路分、合閘操作命令的控制機(jī)構(gòu)，既控制開關(guān)。斷路器必須有執(zhí)行操作命令的操動機(jī)構(gòu)?？刂茩C(jī)構(gòu)與操動機(jī)構(gòu)之間的電氣連接電路稱為控制回路?？刂崎_關(guān)控制開關(guān)又稱萬能開關(guān)