某集團熱電聯(lián)產(chǎn)工程電氣設(shè)計

1、摘 要由于國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，因此帶來的環(huán)境污染也日趨加重。正如我們所知道的，高能源產(chǎn)業(yè)也是高污染產(chǎn)業(yè)。就煤炭而言，開采煤礦及礦石加工利用時會有大量的廢石，即煤矸石產(chǎn)生。煤矸石屬于生產(chǎn)過程中的附屬產(chǎn)物，沒有市場價值，基本上是常年堆放，這不僅使資源浪費，而且對環(huán)境造成了很大的污染。根據(jù)現(xiàn)狀，為解決低熱值燃料的問題，建設(shè)以燒煤矸石為主的循環(huán)流化床鍋爐和抽凝汽式發(fā)電機組及配套輔助設(shè)施是非常有必要的。該課題從實際出發(fā)完成了工程的電氣主接線、廠用電接線及直流系統(tǒng)接線等方案的設(shè)計；在電氣接線確定以后，研究了基于分布系數(shù)法的短路電流的計算；以斷路器、電流互感器為例，對電氣設(shè)備進(jìn)行了動穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性的校驗；

2、研究了保護(hù)配置以及整定計算的原理，結(jié)合實際，分別對發(fā)電機變壓器組的保護(hù)以及廠用電的保護(hù)進(jìn)行了整定計算。關(guān)鍵詞:繼電保護(hù)；熱電聯(lián)產(chǎn)工程；分布系數(shù)法；電氣設(shè)備選擇；短路電流計算ABSTRACTDue to the rapid development of national economy, so the pollution to the environment also increasingly worse. As we know, the high energy industry is high pollution industry. In terms of coal, mining and o

3、re processing using when they have a lot of waste rock, coal gangue produce. Ancillary products of coal gangue is the process of production, there is no market value, is basically a perennial stacked, it not only makes the resource waste, and caused great pollution to the environment. According to t

4、he status quo, in order to solve the problems of the low calorific value of fuel, construction is given priority to with burning coal gangue of circulating fluidized bed boiler and condensing power generation units and related auxiliary equipment is necessary.The subject from set out actually finish

5、ed the project of the main electrical wiring, auxiliary power wiring and the design of the dc system wiring, etc; After the electrical wiring to determine, based on distribution coefficient method are studied the calculation of short-circuit current; Circuit breaker, current transformer, for example

6、, electrical equipment for the dynamic stability and thermal stability check; Studied the protection configuration and setting calculation principle, combined with the actual, respectively, the protection of generator transformer set as well as the auxiliary power protection setting calculation.Keyw

7、ords:Relay protectionCogeneration; project; Electrical equipment choice; Distribution coefficient method; Short circuit current calculation 目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc13924 1 緒論 PAGEREF _Toc13924 3 HYPERLINK l _Toc9365 1.1 課題的背景及意義 PAGEREF _Toc9365 3 HYPERLINK l _Toc4218 1.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 PAGEREF _

8、Toc4218 3 HYPERLINK l _Toc31181 PAGEREF _Toc31181 4 HYPERLINK l _Toc1401 2 電氣接線設(shè)計 PAGEREF _Toc1401 5 HYPERLINK l _Toc24441 2.1 主接線的設(shè)計 PAGEREF _Toc24441 5 HYPERLINK l _Toc7840 PAGEREF _Toc7840 5 HYPERLINK l _Toc27943 PAGEREF _Toc27943 5 HYPERLINK l _Toc17226 PAGEREF _Toc17226 5 HYPERLINK l _Toc2732 P

9、AGEREF _Toc2732 6 HYPERLINK l _Toc27221 2.2 廠用電的設(shè)計 PAGEREF _Toc27221 7 HYPERLINK l _Toc12382 2.2.1 廠用電接線的設(shè)計原則 PAGEREF _Toc12382 7 HYPERLINK l _Toc23528 PAGEREF _Toc23528 7 HYPERLINK l _Toc6729 PAGEREF _Toc6729 7 HYPERLINK l _Toc11864 PAGEREF _Toc11864 7 HYPERLINK l _Toc3585 PAGEREF _Toc3585 8 HYPERL

10、INK l _Toc16183 3 短路電流計算及主要設(shè)備的選擇 PAGEREF _Toc16183 9 HYPERLINK l _Toc4085 PAGEREF _Toc4085 9 HYPERLINK l _Toc12751 3.1.1 三相短路電流計算 PAGEREF _Toc12751 9 HYPERLINK l _Toc3186 3.1.2 兩相短路電流計算 PAGEREF _Toc3186 11 HYPERLINK l _Toc1697 3.1.3 單相接地電容電流的計算 PAGEREF _Toc1697 11 HYPERLINK l _Toc22975 3.1.4 本課題短路電流

11、計算 PAGEREF _Toc22975 12 HYPERLINK l _Toc15255 3.1.4 電抗標(biāo)么值計算 PAGEREF _Toc15255 13 HYPERLINK l _Toc25578 3.1.5 d1點短路電流的計算 PAGEREF _Toc25578 14 HYPERLINK l _Toc8971 3.1.6 分布系數(shù)法求d2點短路電流的計算 PAGEREF _Toc8971 15 HYPERLINK l _Toc6217 PAGEREF _Toc6217 17 HYPERLINK l _Toc20441 PAGEREF _Toc20441 17 HYPERLINK l

12、 _Toc5565 PAGEREF _Toc5565 17 HYPERLINK l _Toc9992 4 保護(hù)配置及繼電保護(hù)整定 PAGEREF _Toc9992 20 HYPERLINK l _Toc4141 PAGEREF _Toc4141 20 HYPERLINK l _Toc27614 PAGEREF _Toc27614 20 HYPERLINK l _Toc2272 4.2.1 發(fā)電機差動保護(hù)的基本原理 PAGEREF _Toc2272 20 HYPERLINK l _Toc333 PAGEREF _Toc333 21 HYPERLINK l _Toc19098 4.2.3 發(fā)電機定

13、子繞組的單相接地保護(hù) PAGEREF _Toc19098 22 HYPERLINK l _Toc13348 4.2.4 發(fā)電機負(fù)荷電壓過流保護(hù) PAGEREF _Toc13348 22 HYPERLINK l _Toc20392 4.2.5 發(fā)電機過負(fù)荷保護(hù) PAGEREF _Toc20392 23 HYPERLINK l _Toc15206 4.3 廠用電的保護(hù)配置及整定計算 PAGEREF _Toc15206 25 HYPERLINK l _Toc10558 PAGEREF _Toc10558 26 HYPERLINK l _Toc18609 4.3.2 變壓器保護(hù) PAGEREF _To

14、c18609 28 HYPERLINK l _Toc31444 4.4 2000kW以下電動機保護(hù) PAGEREF _Toc31444 29 HYPERLINK l _Toc4263 4.4.1 電流速斷保護(hù) PAGEREF _Toc4263 29 HYPERLINK l _Toc29033 4.4.2 過負(fù)荷保護(hù) PAGEREF _Toc29033 30 HYPERLINK l _Toc13223 4.4.3 接地保護(hù) PAGEREF _Toc13223 30 HYPERLINK l _Toc7630 4.5 2000kW及以上電動機保護(hù) PAGEREF _Toc7630 30 HYPERL

15、INK l _Toc29028 結(jié)束語 PAGEREF _Toc29028 32 HYPERLINK l _Toc4719 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc4719 33 HYPERLINK l _Toc9753 致謝 PAGEREF _Toc9753 341 緒論1.1 課題的背景及意義我國正處于快速發(fā)展的階段，對社會生產(chǎn)力有著很高的要求。現(xiàn)階段我國綜合國力的增強和人民生活水平的提高仍離不開電力事業(yè)的發(fā)展。電能是屬于二次能源，是通過一次能源加工而成的。電能與其他能源相比，具有以下特點：（1）使用時污染少且噪音??；（2）容易轉(zhuǎn)換成其他能源 且方便使用；（3）可以遠(yuǎn)距離傳輸和集中生產(chǎn)；（4）與

16、其他能源相比，傳送時損耗小。生產(chǎn)電能的工廠為發(fā)電廠，從一次能源的不同來分，發(fā)電廠可以分為以煤炭為主的火力發(fā)電廠，以水資源為主的水力發(fā)電廠，以風(fēng)力為主的風(fēng)力發(fā)電廠，以核能為主的核能發(fā)電廠等。在我國最常見的是火力發(fā)電廠，它的發(fā)電量在全國總發(fā)電量中占七成以上?；痣姀S的建立可以生產(chǎn)出大量的電力來供居民及企業(yè)使用，但火電廠的建立及建立后也會對其所建地產(chǎn)生不同影響。由火電廠產(chǎn)生的環(huán)境問題包括廠內(nèi)環(huán)境問題和廠外環(huán)境問題。火電廠以燒煤為主，因此在煤炭的堆放、傳輸、加工、燃燒工程中無可避免地會產(chǎn)生煤塵飛揚的問題。當(dāng)使用的煤炭質(zhì)量不過關(guān)時更加嚴(yán)重。火電廠中存在許多的大型機器，在其運行時會產(chǎn)生大量的噪音。煤炭的燃燒

17、產(chǎn)物中存在多種有機物，包括CO、SO2、氮氧化物和飛塵等有害物質(zhì)。廠內(nèi)的機器需要使用四氯甲烷、苯、石油類油劑等有毒性的物質(zhì)來運行與維護(hù)?；痣姀S內(nèi)的保溫需要石棉制品，石棉纖維會誘發(fā)癌癥和其他的多種疾病。發(fā)電廠的建立也給當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境帶來了很大的影響?；痣姀S是以煤炭為一次能源的，有煤炭便存在環(huán)境污染的問題。煤炭在儲存和燃燒過程中會產(chǎn)生很多的灰塵和污染的物質(zhì)，這些物質(zhì)嚴(yán)重地污染了當(dāng)?shù)氐目諝?。其次，發(fā)電廠投入使用后會產(chǎn)生很多的廢水、廢渣。廢水在排放的過程中無可避免地會造成當(dāng)?shù)氐乃廴尽Ｋ廴緦Ξ?dāng)?shù)氐耐恋卦斐傻挠绊憰巩?dāng)?shù)氐霓r(nóng)作物及植物受收到損傷。廢渣的長期堆放會使污染物質(zhì)進(jìn)入大地，從而影響當(dāng)?shù)氐牡叵滤?，?/p>

18、當(dāng)?shù)氐膭又参锸艿接绊?，破壞?dāng)?shù)氐淖匀痪坝^。1.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀在建國初期，熱電聯(lián)產(chǎn)在我國就很受重視，在1953 年開始第一個五年計劃時，我國就重視發(fā)電量和供熱量的增長，明確提出要建立熱電廠用來供工業(yè)用熱。因為此階段工業(yè)用戶占大多數(shù)，所以選擇抽汽機組的熱電廠占絕大多數(shù)。 1962 年為檢驗1953年以后的熱電廠的經(jīng)濟效益，國家對已建的熱電廠進(jìn)行摸底排查，最后得出結(jié)論：熱電廠所生產(chǎn)的熱能僅有48%得到了利用，供熱能力得到充分使用的機組只占15%左右；因為熱負(fù)荷的不足，已在運行的熱電廠機組的供熱能力得不到充分利用，這也就使得熱電聯(lián)產(chǎn)事業(yè)走上了下坡路。 1981 年以后，在開發(fā)與節(jié)約相同重要的政策的指

19、引下，國家將熱電聯(lián)產(chǎn)事業(yè)節(jié)能政策的重點發(fā)展項目，加大了投資，促進(jìn)了熱電聯(lián)產(chǎn)的發(fā)展。 為使環(huán)境得到保護(hù)，在火電廠的建設(shè)中非常重要的一點就是資源的利用。當(dāng)資源得到利用時，火力發(fā)電廠對環(huán)境造成的影響就會得到減輕。目前循環(huán)流化床（CFB）鍋爐是燃燒煤矸石的主要途徑。因此在我國循環(huán)流化床鍋爐是大力提倡的爐型。所以本課題擬采用的爐型也是循環(huán)流化床鍋爐，使煤研石、煤泥得到利用。本課題本文根據(jù)工程實際對電廠進(jìn)行電氣設(shè)計。主要工作安排為:（1）對本課題的背景和國內(nèi)研究現(xiàn)狀進(jìn)行了闡述，本課題現(xiàn)需要解決的主要問題包括低熱值燃料的使用，電網(wǎng)供電的壓力等。（2）本文提出雙母線接線和單元接線兩個方案對電氣主接線進(jìn)行設(shè)計，

20、對兩種方案進(jìn)行了比較后，根據(jù)實際情況確定了最后使用的接線方式。最后進(jìn)行了廠用電接線的設(shè)計以及直流系統(tǒng)的設(shè)計。（3）介紹了短路電流的計算方法并根據(jù)上一級電網(wǎng)的運行情況及短路數(shù)據(jù)進(jìn)行了該電廠的短路電流計算。根據(jù)短路電流計算結(jié)果，對電氣設(shè)備進(jìn)行了動穩(wěn)定及熱穩(wěn)定的校驗，并以斷路器、電流互感器來舉例說明。（4）對主要用電設(shè)備進(jìn)行了保護(hù)配置并作了繼電保護(hù)整定。在介紹了保護(hù)配置原理的基礎(chǔ)上，根據(jù)實際情況，利用對主設(shè)備的保護(hù)及整定計算，支持了設(shè)備在理論上的可靠運行的可能性。2 電氣接線設(shè)計2.1 主接線的設(shè)計電氣主接線應(yīng)根據(jù)實際要求，保證電能質(zhì)量和供電的可靠性。我國的負(fù)荷類型一共分為三種。對于三類負(fù)荷使用一個

21、電源供電。對于一類和二類負(fù)荷應(yīng)使用兩個電源供電，一個電源不供電時另一個電源必須保證能像重要負(fù)荷供電。(2)電氣主接線應(yīng)具有靈活和方便的特點，以便對電氣裝置的不同運行狀態(tài)做出反應(yīng)。除了在正常運行時安全可靠的供電，在系統(tǒng)和設(shè)備發(fā)生故障時能作出相應(yīng)的反應(yīng)，變換不同的運行方式，將影響與停電時間降到最少。(3 )電氣主接線應(yīng)在完成技術(shù)要求后考慮經(jīng)濟性。應(yīng)盡量減少設(shè)備所需費用和所占面積。(4)發(fā)展和擴建的可能性也在設(shè)計的考慮范圍之內(nèi)。電氣主接線時不僅要以后發(fā)展的情況，同時還要考慮從初期接線到最終接線之間可能發(fā)生的情況，盡可能地在影響最小的情況下實施過度方案。根據(jù)要求，需裝備50MW的汽輪機組和60MW的發(fā)

22、電機各兩臺，其出口電壓為10.5kV。熱電廠以110kV電纜接入110kV變電所。主要電氣設(shè)備常用的連接方式被稱為主接線。本工程的備選方案是雙母線接線、單元接線。雙母線接線形式的優(yōu)點為:(1)檢修母線時不影響正常供電。當(dāng)一組運行、一組備用時，檢修運行中的母線時可將其轉(zhuǎn)變?yōu)閭溆媚妇€，這樣即可在不停電的情況下檢修。(2)調(diào)度靈活。用倒閘操作可以切換成其他的運行方式。(3)當(dāng)故障發(fā)生在工作中的母線時，所有回路能很快地恢復(fù)供電。(4)檢修任何一個出線的斷路器時都可以用母聯(lián)斷路器代替。圖1 雙母線接線兩臺機組利用2臺發(fā)電機變壓器組接入110kV變電站，主變變壓器升壓110kV。110kV出線兩回接入變電

23、站110kV母線。本工程的單元接線如圖2所示。單元接線時發(fā)電機的發(fā)電由啟動電源啟動廠用電來帶動，等一臺發(fā)電機并網(wǎng)穩(wěn)定運行后將啟動電源切出去，然后用同樣的方法啟動第二臺發(fā)電機。單元接線方式的優(yōu)點如下:(1)發(fā)電機與雙繞組變壓器單元連接，發(fā)電機出口不需要裝斷路器。(2)接線簡化，操作簡單，發(fā)生事故的可能性低。(3)各元件成組工作，使得繼電保護(hù)得到簡化，并且也使配電裝置得到簡化，投資得到減小。(4)短路電流小，容易選型，費用較低。圖2 單元接線由上可知，由于發(fā)電機出口的短路電流大，10kV斷路器的生產(chǎn)制造成本比較高，最終本工程的主接線設(shè)計方案定為方案二。2.2 廠用電的設(shè)計2.2.1 廠用電接線的設(shè)

24、計原則(1)保證對廠用負(fù)荷供電的可靠性、連續(xù)性。(2)接線方式要靈活，能夠滿足不同運行方式的要求。(3)各機組應(yīng)滿足獨立性，當(dāng)出現(xiàn)故障或停運時不會相互影響。(4)要使經(jīng)濟效益最大化，并要為以后的發(fā)展留有余地。是本課題高壓廠用電系統(tǒng)，單母線分段為其接線方式。廠用分支線與高壓廠用母線通過電抗器連接。廠用電接線方案如圖3所示。其中1號廠用分支電抗器引接段，2號廠用分支電抗器引接段。10.5kV啟動備用段(0段)由110kV變電站的10kV母線引接，其中兩段廠用10kV工作母線與10kV備用段母線均設(shè)有聯(lián)絡(luò)開關(guān)。380/220V中性點接地是低壓廠用電系統(tǒng)。各單元連接下的高壓廠用母線上共設(shè)兩臺1600k

25、VA低壓變壓器。低壓廠用備用段的設(shè)立是為了使供電更加可靠。其中備用變壓器電源來自高壓廠用備用段母線，備用變壓器容量為1600kVA 。兩段廠用低壓工作母線與備用母線之間設(shè)有聯(lián)絡(luò)開關(guān)，并裝有備用自投裝置。當(dāng)其中一臺工作中的變壓器發(fā)生故障時，備用變壓器將開始供電，此時工作變壓器所帶的全部低壓負(fù)荷由備用變壓器負(fù)責(zé)。圖3 廠用電接線方案目前，直流供電方發(fā)式可以承擔(dān)電廠及變電站的事故照明。直流系統(tǒng)是完成對發(fā)電廠和變電所的控制回路、繼電保護(hù)裝置及其出口回路、信號回路、裝置及動力設(shè)備供電的系統(tǒng)。直流饋電網(wǎng)絡(luò)供電應(yīng)遵循以下原則:鉛酸蓄電池直流系統(tǒng)一般采用直流母線分段作為接線方式。福鎳鉛蓄電池直流系統(tǒng)一般采用直

26、流母線不分段作為接線方式。各級電壓配電裝置的斷路器合閘回路，一般應(yīng)單獨構(gòu)成雙回線路環(huán)網(wǎng)供電，正常時開環(huán)運行。(3 )由設(shè)在主控制室的專用事故照明屏負(fù)責(zé)供電事故發(fā)生時的照明網(wǎng)絡(luò)。本工程選用兩套容量為1000Ah鉛酸免維護(hù)蓄電池直流成套裝置互為備用，采用220 V單母線分段接線方式布置在主控室內(nèi)。主控室控制采用的接線方式為單母線分段接線，聯(lián)絡(luò)刀閘裝設(shè)在直流母線之間，同時設(shè)有防止兩組蓄電池并列運行的閉鎖措施；蓄電池采用浮充電運行方式，不設(shè)端電池；直流供電網(wǎng)絡(luò)則采用輻射與環(huán)狀相結(jié)合的供電方式。蓄電池容量的選擇:依據(jù)表1直流負(fù)荷容量選取工程所需的蓄電池。充電設(shè)備的選擇:按事故放電后進(jìn)行充電的要求計算:；

27、按最大充電電流計算:；蓄電池組設(shè)2套180(30 x6)A/230V高頻開關(guān)型充電器互為備用，充電器及直流屏布置于主控室設(shè)備間。表1 直流負(fù)荷容量表序號 負(fù)荷名稱 計算 經(jīng)常 容量 負(fù)荷 (kW) (A)(Ij)事故負(fù)荷(A)事故 事故放 時間 電容量(h) (Ah)初期 持續(xù) 沖擊 (Iso) (Is) (Ich)1經(jīng)常負(fù)荷12熱工經(jīng)常負(fù)荷13熱工事故負(fù)荷214直流油泵1715事故照明30301306斷路器合閘電流57交流不停電電源151 8合計53 短路電流計算及主要設(shè)備的選擇與復(fù)雜的供電網(wǎng)絡(luò)相比，本課題的短路計算要簡單許多，因為本課題只涉及到由區(qū)域變電所供電的電壓母線上引來的聯(lián)絡(luò)線的阻抗

28、和熱電站發(fā)電機系統(tǒng)的阻抗兩者之間的計算問題。供電所會提供變電所供電電壓母線上最大短路阻抗和最小短路阻抗的大小。本文對小型熱電中主要的短路電流進(jìn)行計算，方法是標(biāo)么值計算法。短路電流計算分為三相短路電流計算、兩相短路電流計算、單相接地電容電流計算三個部分。3.1.1 三相短路電流計算 (1)電源為無限大容量時在短路計算時，當(dāng)系統(tǒng)的阻抗小于等于短路總阻抗的5%10% 系統(tǒng)阻抗可以忽略不計，此時系統(tǒng)電源就將被當(dāng)作無限大容量。當(dāng)電力網(wǎng)電源為無限大容量時，電網(wǎng)中某點發(fā)生短路的情況下，可以將電源母線電壓當(dāng)作沒有發(fā)生改變，也就是說，短路周期分量不會發(fā)生變化。用標(biāo)么制法計算時，三相短路電流周期分量有效值按下式計

29、算: （1） （2） （3） 其中，為短路電流周期分量有效值的標(biāo)么值; 為短路容量標(biāo)么值; 為短路電路中的總計算阻抗標(biāo)么值; 為短路電流周期分量有效值，單位為kA ; 為短路容量，單位為MVA; 為基準(zhǔn)電流，單位為kA ; 為基準(zhǔn)容量，單位為MVA。(2)電源為有限容量時 當(dāng)電源屬于有限容量，電力網(wǎng)某點發(fā)生短路時，其電源母線電壓會發(fā)生改變，所以短路電流周期分量發(fā)生變化，即，此時不能將電源內(nèi)阻抗忽略。一般用運算曲線法來計算短路過程中某一時刻的短路電流周期分量。因為同步電機的轉(zhuǎn)子繞組磁鏈在開始短路瞬間不能突變，超瞬變電勢，在開始短路瞬間仍保持短路前的數(shù)值。對于汽輪發(fā)電機三相短路時，短路電流可按下式

30、計算。 （4）其中，為基準(zhǔn)電流，單位為kA; 擴為發(fā)電機超瞬變電抗;為自發(fā)電機出口至短路點間的短路電抗的標(biāo)么值。(3)電動機對短路計算的影響在下列情況下，可不考慮高壓異步電動機對短路峰值電流的影響。第一，當(dāng)異步電動機與短路點之間有一個變壓器時，高壓異步電動機對短路峰值電流的影響可以不予計算。第二，在計算不對稱短路電流時，高壓異步電動機對短路峰值電流的影響可以不予計算。異步電動機提供的反饋電流周期分量初始值: （5）由n臺異步電動機提供的反饋電流周期分量初始值: （6）由n臺異步電動機提供的反饋電流峰值: （7） 其中,為電動機反饋電流的有效值，單位為kA ;為電動機反饋電流倍數(shù)，可取起動電流倍

31、數(shù)值;為第臺電動機的反饋電流倍數(shù)，可取起動電流倍數(shù)值;為電動機額定電流; 為第臺電動機額定電流;為第臺電動機反饋電流的峰值系數(shù)。根據(jù)短路電流變化可知，短路全電流峰值出現(xiàn)在短路發(fā)生后的半周期內(nèi)的瞬間，其值可按下式計算 （8） 短路全電流最大有效值 （9）其中 ，為短路電流直流分量衰減時間常數(shù)，單位為s。當(dāng)發(fā)電機機端發(fā)生短路時，取, ,; 當(dāng)發(fā)電廠高壓側(cè)母線發(fā)生短路時, , , ; 當(dāng)短路點與發(fā)電廠相隔較遠(yuǎn)時，短路電路的總電阻較小，總電抗較大()時，取，,;在電阻較大()的電路中，發(fā)生短路時，短路電流非周期分量衰減較快，可取, , 。3.1.2 兩相短路電流計算第一，超瞬變兩相短路電流、短路電流沖

32、擊值和短路全電流有效值一般可按下式求得: （10） （11） （12）第二，短路發(fā)生在發(fā)電機出口處時，兩相短路穩(wěn)態(tài)電流可按下式計算。 （13） 在短路距離較遠(yuǎn)時，即時，因為，故有 （14）一般可按照下式對進(jìn)行估算:時， （15）時， （16）時， （17）3.1.3 單相接地電容電流的計算電力網(wǎng)中的單相接地電容電流由電力線路和電力設(shè)備兩部分的電容電流組成。但是因為電力設(shè)備的電容電流與線路的電容電流相比要小很多，所以一般不予考慮。第一，6kV電纜線路的電容電流: （18）第二，10kV電纜線路的電容電流: （19）其中，電纜線路的單相接地電容電流還可按估算。第三，無架空地線單回路的電容電流: （

33、20）第四，有架空地線單回路的電容電流: （21）其中，架空線路的單相接地電容電流還可以式（22）估算 （22）以上式中，s為電纜芯線的標(biāo)稱截面，單位為mm 2; 為線路額定線電壓,單位為kV; 為線路長度，單位為km;3.1.4 本課題短路電流計算本工程短路電流計算相關(guān)的原始數(shù)據(jù)：表2 發(fā)電機參數(shù)發(fā)電機型號額定功率額定功率因數(shù)額定電壓額定轉(zhuǎn)速周波冷卻方式勵磁方式QF-60-260MW0.8(遲相)kV3000r/min50Hz空冷無刷勵磁表3 變壓器參數(shù)變壓器型號容量額定電壓聯(lián)結(jié)組別電抗電壓百分值SF11-75000/11075MW1212YN,d11Ud=12%SCB13-1250/101

34、250kVAD，yn11Ud=6%表4 母線參數(shù)母線規(guī)格電抗值/m母線長度/kmTMY-3x1(100X10)表5 電抗器參數(shù)電抗器型號額定電流/A電抗率聯(lián)結(jié)組別額定電壓/kVXKSGKL-10-800-48004%D，yn1110表6 用電設(shè)備參數(shù)設(shè)備名稱給水泵一次風(fēng)機二次風(fēng)機引風(fēng)機數(shù)量/臺2224電動機功率/kW1600200011201000額定電壓/kV10101010續(xù)表6設(shè)備名稱給水泵一次風(fēng)機二次風(fēng)機引風(fēng)機超瞬態(tài)電抗值功率因數(shù)額定電流/A178240123110啟動電流/A11411536788704系統(tǒng)最大阻抗0.0808、最小阻抗0.1144、基準(zhǔn)容量100MVA。短路電流計算

35、接線如圖4所示。根據(jù)110kV側(cè)運行方式得出兩臺機組不允許并列運行，其中由于啟動或檢修時的短時并列不予考慮。圖3 短路電流接線計算圖3.1.4 電抗標(biāo)么值計算電網(wǎng)電抗: , 主變電抗: 母線電抗: 發(fā)電機電抗: 電抗器電抗: 電動機電抗: 。當(dāng)各電動機接到同一母線，則有+ 3.1.5 d1點短路電流的計算電網(wǎng)支路電抗:最大運行方式下的電抗為最小運行方式下的電抗為系統(tǒng)提供d1點的短路電流為發(fā)電機支路電抗: 根據(jù)發(fā)電機的計算曲線可得: 則發(fā)電機支路對d1點提供的短路電流:異步電動機回路: 得出d1點的短路電流:由于d1點為發(fā)電機機端，則, ,短路電流全電流峰值短路全電流最大有效值: 該工程的等值阻

36、抗如圖5所示: 圖5 等值阻抗圖3.1.6 分布系數(shù)法求d2點短路電流的計算電網(wǎng)和發(fā)電機同為電源，但屬于不同的性質(zhì)，先將, , 做分布系數(shù)變換是為了求出短路點到各電源的轉(zhuǎn)移電抗及網(wǎng)絡(luò)內(nèi)電流分布，得出等值電抗，具體做法如下:(1)利用分布系數(shù)法求出電網(wǎng)側(cè)等值阻抗，發(fā)電機側(cè)等值阻抗第一，系統(tǒng)阻抗與發(fā)電機阻抗并聯(lián)，即兩總電源并聯(lián)后的總阻抗:第二，求出電網(wǎng)支路的等值阻抗及發(fā)電機支路的等值阻抗: 電網(wǎng)支路的分布系數(shù) 發(fā)電機支路的分布系數(shù) 電網(wǎng)與發(fā)電機總阻抗之和與電抗器阻抗串聯(lián)后的總阻抗:電網(wǎng)支路的等值阻抗 發(fā)電機支路的等值阻抗 (2)電網(wǎng)支路、發(fā)電機支路及異步電動機支路提供d2點的短路電流: 第一，電網(wǎng)

37、支路短路電流。第二，發(fā)電機支路短路電流。根據(jù)發(fā)電機的計算曲線可得: 則發(fā)電機支路提供的短路電流為第三，異步電動機回路短路電流。綜上，得出d2點的短路電流:短路發(fā)生點d2在發(fā)電廠高壓側(cè)母線則取, ， 短路電流全電流峰值:短路全電流最大有效值: d2點的等值阻抗如圖6所示: 圖6 分布系數(shù)簡化后的等值阻抗圖表7 短路電流計算結(jié)果短路點短路穩(wěn)態(tài)電流（kA）次暫態(tài)短路電流（kA）短路電流沖 擊值（kA）全電流有效值(kA)d1d2根據(jù)實際情況，在安全、可靠得到保證的基礎(chǔ)上，盡可能地使用新技術(shù)，并注意考慮經(jīng)濟性，基于上述觀點選擇電氣設(shè)備。電氣設(shè)備工作時要具有可靠性，選擇時必須在正常工作條件下進(jìn)行，校驗時

38、必須按短路狀態(tài)進(jìn)行。 短路沖擊電流及全電流有效值由上一節(jié)短路電流計算得出，以斷路器和電流互感器為例，進(jìn)行電器設(shè)備的動穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性的校驗，見表7及表8。斷路器的短路穩(wěn)定度校驗如下： （1）動穩(wěn)定校驗條件 式中為動穩(wěn)定電流，單位為kA；為短路電流沖擊值，單位為kA。 （2）熱穩(wěn)定校驗條件式中為熱穩(wěn)定電流，單位為kA；為熱穩(wěn)定時間，單位為s；三相短路電流穩(wěn)態(tài)值，單位為kA；短路電流存在的等效時間，單位為s。電流互感器的短路穩(wěn)定度校驗： （1）動穩(wěn)定校驗條件式中為動穩(wěn)定電流，單位為kA；為短路電流沖擊值，單位為kA；為動穩(wěn)定電流倍數(shù)；為一次額定電流。 （2）熱穩(wěn)定校驗條件式中為熱穩(wěn)定電流倍數(shù)；為一

39、次額定電流；為三相短路穩(wěn)態(tài)電流，單位為kA；短路電流存在的等效時間，單位為s。通過計算值與保證值的對較，斷路器與電流互感器的選擇滿足要求。表7 斷路器選擇表序號123設(shè)備安裝地點廠用電進(jìn)線廠用電出線其他回路短路點編號d2d2d2計算值工作電壓Vg(kV)周期分量有效值I(kA)短路電流沖擊值ich(kA)設(shè)備型號YDDMB-SF12/DYDDMB-SF12/DYDDMB-SF12/D額定電壓Ve(kV)121212額定電流Ie(kA)續(xù)表7序號123設(shè)備安裝地點廠用電進(jìn)線廠用電出線其他回路短路點編號d2d2d2證值額定短路開斷電流Iek(kA)4040動穩(wěn)定電流idf(kA)10010080熱

40、穩(wěn)定電流It(kA)4040熱穩(wěn)定時間t(s)444表8 電流互感器選擇表序號1234設(shè)備安裝地點發(fā)電機出口聯(lián)絡(luò)線廠用變高壓側(cè)廠用高壓電機短路點編號d2d2d2d2計算值工作電壓Vg(kV)熱穩(wěn)定電流值I(kA)短路電流沖擊值ich(kA)設(shè)備型號TL-AS12/185h/4-0.2/TL-AS12/185h/2-2- TL-AS12/185h/2-20.5/5P20 6000/50.5/10P10 100/5-0.5/10P10 75/5保證值額定電壓Ve(kV)額定電流Ie(kA)動穩(wěn)定電流idf(kA)25025080熱穩(wěn)定電流It(kA)10010045熱穩(wěn)定時間t(s)11114 保

41、護(hù)配置及繼電保護(hù)整定(1)選擇性。當(dāng)發(fā)生故障時，繼電保護(hù)應(yīng)有選擇地切斷故障部分，從而使沒有問題的部分繼續(xù)運行。(2)速動性。當(dāng)發(fā)生故障時，繼電保護(hù)需快速切除故障，減少故障帶來的影響。(3)靈敏性。當(dāng)發(fā)生故障時，不論短路點的位置及短路的類型如何，都能作出敏銳和正確的反應(yīng)。 (4)可靠性。當(dāng)發(fā)生故障時，繼電保護(hù)不應(yīng)拒動作，當(dāng)保護(hù)范圍之外發(fā)生故障時不應(yīng)誤動作。4.2.1 發(fā)電機差動保護(hù)的基本原理(1)發(fā)電機縱差保護(hù)的基本工作原理圖如圖7所示。圖7 發(fā)電機縱差保護(hù)的原理圖(2)兩段折線式發(fā)電機縱差保護(hù)的動作特性，如圖8所示，其中，為最小動作電流; 為動作電流; 為制動電流; 為拐點電流; 為比率制動系

42、數(shù)，其中。圖8 發(fā)電機縱差保護(hù)的動作特性(3)發(fā)電機縱差保護(hù)的邏輯框圖如下圖所示。圖9 發(fā)變組縱差保護(hù)邏輯框圖單相出口方式電機整定計算的整定原則及取值建議發(fā)電機整定計算由縱差保護(hù)由比率制動系數(shù)，最小動作電流和拐點電流組成。(1)最小動作電流的整定計算可按式(23)進(jìn)行計算: （23）式中，為可靠系數(shù)，通常取1.5 2; 為變比誤差，10P級互感器誤差為0.03，考慮兩側(cè)正、負(fù)誤差，故可取0.06; 為保護(hù)裝置通道傳輸變換及調(diào)整誤差，可取2x0.05=0.1;為發(fā)電機額定電流，二次值。代入式（19），可得一般取。本課題取(2)為防止外部故障切除瞬間差動保護(hù)誤動作，所以要進(jìn)行拐點電流的整定計算并使

43、拐點電流相應(yīng)地減小。實踐表明取。工程中，大型機組經(jīng)常取0.8，中小型機組經(jīng)常取0.6，本設(shè)計中60MW發(fā)電機屬于中小機組，所以取0.6。本課題(3)比率制動系數(shù)S的確定最大不平衡電流為 （24）式中為最大不平衡電流，即最大差流; 為出口三相最大短路電流; 為誤差，一般按10%取; 為通道的變換及傳輸誤差，一般取0.1 ; 為兩側(cè)暫態(tài)特性不一產(chǎn)生的誤差，一般取0.1 。將以上各值代入式(20)得若不計拐點電流，對應(yīng)于最大差流，當(dāng)動作邊界曲線過最大不平衡點時（縱坐標(biāo)為，橫坐標(biāo)為），該動作特性曲線的斜率為:為使出口三相短時差動元件不誤動，則差動元件動作特性的斜率為式中為可靠系數(shù)，一般取。代入上式，一

44、般建議取0.4，其中本工程比率制動系數(shù)取0.4 。4.2.3 發(fā)電機定子繞組的單相接地保護(hù)發(fā)電機定子繞組單相接地，不會引起很大的短路電流，不屬于嚴(yán)重的短路故障。當(dāng)機端單相金屬性接地電容電流小于允許值時，可以采用發(fā)電機中性點不接地方式;當(dāng)大于允許值時，應(yīng)采用中性點經(jīng)消弧線圈接地;當(dāng)消弧線圈退出運行或由于其他原因使殘余電流大于允許值時，保護(hù)應(yīng)時限動作于停機。發(fā)電機定子繞組單相接地故障電流允許值按下表執(zhí)行。表9 發(fā)電機定子繞組單相接地故障電流允許值發(fā)電機電壓容量安全接地電流備注kV50MW及以下4AV50100MW3AV125200MW2AA18kV以上300600MW1A本工程，發(fā)電機出口電壓10

45、.5kV，發(fā)電機容量60MW，故安全接地電流為3A。4.2.4 發(fā)電機負(fù)荷電壓過流保護(hù)在中小型發(fā)電機上，通常設(shè)置負(fù)荷電壓閉鎖過電流保護(hù)，作為發(fā)電機相間短路故障的后備保護(hù)以及相鄰設(shè)備相間短路保護(hù)的后備保護(hù)。(1)邏輯框圖目前，發(fā)電機的勵磁電源大多由自接在機端的勵磁變來提供。這樣的勵磁系統(tǒng)被稱為自并勵系統(tǒng)。其中為低電壓元件; 為負(fù)序電壓元件; ,為三個過電流元件。圖10 發(fā)電機負(fù)荷電壓閉鎖過電流保護(hù)邏輯框圖由圖可知，為防止機端或主變內(nèi)部三相短路時因為勵磁電源消失的原因而致使電流元件動作后快速返回，從而造成保護(hù)拒絕動作，電流元件動作后將延時返回，即將動作記憶(或保持)t時間。如果發(fā)電機由勵磁機供電或

46、由它勵系統(tǒng)供電，電流元件動作后不用加記憶時間。(2)整定計算第一，電流元件的動作電流電流元件的動作電流可按躲過正常工作最大負(fù)荷電流來整定，即 （25）式中為電流元件動作電流; 為可靠系數(shù)，取1.3; 為額定電流(二次值); 為返回系數(shù)，微機保護(hù)取0.95。以上各值代入式（21）得: (二次值)。一般大機組取1.4,中小型機組取1.35，本工程取1.35。所以。第二，低電壓元件的動作電壓低電壓元件的整定原則為躲過發(fā)電機失磁或廠用電動機群自啟動過程造成機端的最低電壓，通常，實際取即可。第三，負(fù)序電壓元件的整定。本課題取。4.2.5 發(fā)電機過負(fù)荷保護(hù)(1)構(gòu)成原理發(fā)電機過負(fù)荷保護(hù)由定時限過負(fù)荷及反時

47、限過電流兩部分組成。保護(hù)反映發(fā)電機定子電流的大小。其邏輯框圖如下圖所示。其中,為過負(fù)荷元件動作電流; 為下限啟動元件動作電流;為上限定時限元件動作電流;,分別為定時限過負(fù)荷元件、下限定時限元件及上限定時限元件的動作延時。圖11 發(fā)電機反時限對稱過負(fù)荷及過電流保護(hù)邏輯框圖(2)動作方程。第一定時限過負(fù)荷元件。第二，上限定時限及下限定時限過電流。第三，反時限過電流元件。其中為發(fā)電機定子電流標(biāo)么值; 為定子繞組熱值系數(shù); 為于發(fā)電機散熱有關(guān)的系數(shù)。(3)反時限過電流保護(hù)的動作特性保護(hù)的動作特性曲線包括三部分:上限定時限、反時限及下限定時限，其動作特性曲線如下圖所示:圖12 發(fā)電機反時限對稱過電流保護(hù)

48、動作特性(4)定值整定第一，定時限過負(fù)荷保護(hù)。 （26） 式中，為可靠系數(shù)，取1.05；為發(fā)電機二次額定電流，單位；為返回系數(shù)，取0.90.95 。本案=, 動作于信號或動作于自動減負(fù)荷。第二，反時限過電流保護(hù)?？砂聪率秸?式中，為配合系數(shù)，取1.1，反時限動作延時，通常取300600s。本案下限啟動電流動作延時取300s。第三，上限啟動電流按機端金屬性三相短路的條件整定。 （27）式中，從為發(fā)電機次暫態(tài)電抗飽和值的標(biāo)么值，上限動作延時ts，一般取0.30.5s。本案上限啟動電流=動作延時取0.3s。發(fā)電機過負(fù)荷保護(hù)動作于解列。4.3 廠用電的保護(hù)配置及整定計算目前，在電力主設(shè)備上廣泛采用

49、微機保護(hù)裝置。微機繼電保護(hù)整定計算書籍不少，但多缺少實用性，尤其是廠用電部分，由于設(shè)備比較小，容量有限，很多參考書僅一帶而過。本文根據(jù)這幾年的經(jīng)驗總結(jié)整理了本工程典型廠用電出線的微機繼電保護(hù)整定。由于廠用電接線是對稱的，故只做DL1DL4的保護(hù)整定，如圖14所示:圖13 廠用電短路電流計算簡圖由上一節(jié)短路電流計算得出:最大運行方式下，d2點三相短路電流為17.29kA，配電變壓器低壓側(cè)三相短路時流過高壓側(cè)的電流為1.075kA。最小運行方式下，降壓變電所母線兩相短路電流為17.07kA，配電所母線兩相短路電流為14.7826kA 。零序電流互感器變比為50/5 。斷路器DL1的保護(hù)整定計算，其

50、中電流互感器變比為1000/5 。 =(1)瞬時電流速斷保護(hù)=1.3,取113A一次電流：靈敏系數(shù)：=0.6542動作時間取0. 5秒。(3)過電流保護(hù)式中:為返回系數(shù)，取0.95 。為線路過負(fù)荷電流，本工程中考慮最大一臺電機啟動，而母線上其他負(fù)荷正常工作的情況。則線路過負(fù)荷電流為變壓器正常工作電流、二次風(fēng)機正常工作電流、引風(fēng)機正常工作電流、之和。給水泵正常工作電流即 一次動電流：靈敏系數(shù)：保護(hù)動作延時t取0. 5秒。按相關(guān)規(guī)范，小于10A時動作于信號，大于10A時動作于跳閘。單相接地保護(hù)按躲過被保護(hù)線路最大非故障接地的線路電容電流整定并按最小靈敏系數(shù)1.25校驗，其中需要注意一下三點。1、電

51、容電流通常用經(jīng)驗公式計算，即:對于架空線路：對于電纜線路: 其中式中: 為接地電容電流，單位為A; U為電網(wǎng)的線電壓，單位為kV; L為線路長度，單位為km。2、如零序CT變比不明確，可以實測整定:從零序CT一次側(cè)通入2.8A電流，測零序CT二次側(cè)電流是多少，此電流即為微機保護(hù)零序定值。3、由于在很多情況下廠區(qū)電容電流分布情況不是很明確，在說明中注明請根據(jù)廠區(qū)電容電流分布情況，使單相接地保護(hù)在接地電流大于5 A，小于10A時動作于信號，大于10A時動作于跳閘。4. 變壓器保護(hù)廠用變壓器的保護(hù)DL2(電流互感器變比為150/5)，已知條件如下:表10 廠用變壓器參數(shù)型號容量/kVA高壓額定電流/

52、A最大過負(fù)荷系數(shù)正常過負(fù)荷系數(shù)低壓側(cè)零序CT變比干式變壓器12504800/5最大運行方式下d3點的短路電流。最小運行方式下d3點兩相短路電流，低壓側(cè)兩相短路時流過高壓側(cè)的短路電流形認(rèn); 。根據(jù)上述已知條件進(jìn)行整定計算:(1)高壓側(cè)電流速斷保護(hù),取47A保護(hù)動作一次電流：靈敏系數(shù)：=10.52電流速斷保護(hù)動作時限取0 s。(2)高壓側(cè)過電流保護(hù)保護(hù)動作電流：A保護(hù)動作一次電流：靈敏系數(shù)：保護(hù)動作時限t=0. 5 s。若考慮反時限，過電流定值一般按變壓器正常過載能力考慮，保護(hù)動作電流: ，取4A保護(hù)動作一次電流：校驗靈敏度系數(shù)：反時限時間常數(shù)整定:按超過變壓器正常過載能力1. 1倍過電流時，變壓

53、器可運行600秒考慮，則：(3)高壓側(cè)不平衡電流保護(hù)對于不平衡故障，保護(hù)動作電流：,取2A保護(hù)一次動作電流：建議延時取2s。(4)過負(fù)荷保護(hù)動作電流：取2.7A，過負(fù)荷延時取5.0s 。4.4 2000kW以下電動機保護(hù)2000kW以下電動機，以給水泵為例，已知參數(shù)如表4-3。表11 給水泵參數(shù)電動機功率/kW額定電壓/kV超瞬態(tài)電抗值功率因數(shù)額定電流/A啟動電流/A啟動時間/s電動機電容電流/ACT變比零序CT變比1600101781141約2515200/550/5根據(jù)上述已知條件進(jìn)行整定計算:4.4.1 電流速斷保護(hù)電流速斷保護(hù)按躲過電動機起動電流來整定，起動時間內(nèi)，可靠系數(shù)推薦取1.8,則動作電流為起動時間后，對非自起動電機，KK=22.82 A:對需自起動電機，則動作電流=37.08 A速斷延時0s。4.4.2 過負(fù)荷保護(hù)動作電流：A為防止合閘不同期引起的負(fù)序電流，推薦延時不小于0. 5s。本例取0.6s。起動時間按電