2×100+2×200MW供熱式火力發(fā)電廠

1、2×1002×200MW供熱式火力發(fā)電廠電氣部分及繼電保護(hù)設(shè)計(jì) 摘 要本文是根據(jù)原始資料（包括廠址概況，機(jī)組資料，電力系統(tǒng)接線圖）設(shè)計(jì)的，其中包括火力發(fā)電廠的電氣主接線的設(shè)計(jì)及發(fā)電機(jī)變壓器組保護(hù)方式的整定計(jì)算。依據(jù)實(shí)際情況及遠(yuǎn)景發(fā)展設(shè)計(jì)出火力發(fā)電廠的電氣主接線圖，共提出三種可行方案：雙母接線、雙母帶旁路母線和一臺(tái)半斷路器接線，通過對(duì)三種方案的可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性的比較后，再加以考慮了遠(yuǎn)景規(guī)劃和發(fā)電廠擴(kuò)建的可能性，最終確定了采用雙母帶旁路母線的接線方式，隨后又進(jìn)行了主變壓器及廠用高壓變壓器臺(tái)數(shù)及容量的選擇，并利用電力網(wǎng)絡(luò)等值電抗圖，應(yīng)用運(yùn)算曲線求各時(shí)刻短路點(diǎn)的短路電流。并用

2、短路電流的結(jié)果選擇了有關(guān)的電器設(shè)備（斷路器、隔離開關(guān)等）。在電氣主接線的方案確定以后，我們進(jìn)行了發(fā)電機(jī)變壓器組保護(hù)方式的選擇及整定計(jì)算。在所選用的保護(hù)方式中，共選用了十余種主要保護(hù)及其多種輔助保護(hù)，然后又對(duì)所選的保護(hù)進(jìn)行了整定計(jì)算，最后對(duì)繼電保護(hù)及自動(dòng)化裝置進(jìn)行了配置。 本設(shè)計(jì)的基本指導(dǎo)思想及理論來源于大量的相關(guān)資料，并通過對(duì)比進(jìn)行了優(yōu)化配置。所以，本設(shè)計(jì)涉及了大量電氣工程中的各個(gè)方面，對(duì)電力系統(tǒng)有個(gè)較全面、系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。關(guān)鍵詞：電氣主接線 短路電流 繼電保護(hù)目 錄第一章 緒 論··········

3、;···························（1）11 課題背景·····················&

4、#183;·············（1）12 原始資料··································

5、83;（1）13 設(shè)計(jì)內(nèi)容···································（2）第二章 發(fā)電廠電氣主接線方案確定·········

6、3;·········（3）21 主接線設(shè)計(jì)的基本要求·······················（3）22 電氣主接線方案的確定············&#

7、183;··········（4）23 變壓器的選擇·······························（5）第三章 短路電流的計(jì)算····

8、························（10）31 短路電流計(jì)算的目的及假定··················（10）32 短路電流計(jì)算的步驟及結(jié)果·

9、3;················（17）第四章 電氣設(shè)備的選擇····························（21）41 電氣設(shè)備選擇的要求

10、83;·······················（21）42 斷路器的選擇························&#

11、183;·····（22）43 隔離開關(guān)的選擇····························（33）44 其他相關(guān)設(shè)備的選擇···········&#

12、183;············（35）第五章 發(fā)電機(jī)和變壓器的保護(hù)配置··················（34）51 繼電保護(hù)設(shè)計(jì)原則·············

13、83;············（34）52 發(fā)電機(jī)的保護(hù)配置··························（34）53 變壓器的保護(hù)配置······

14、83;···················（50）54 發(fā)變組的保護(hù)配置······················（51）第六章 繼電保護(hù)及自動(dòng)化裝置的配置··

15、83;·············（66）第一章 緒 論11 課題背景12 原始資料121 廠址概況 廠址位于新建的大型煤礦內(nèi)，是一個(gè)坑口電廠，所用燃料又煤礦直接供給。電廠生產(chǎn)的電能用110KV電壓等級(jí)6回線向4各較大的負(fù)荷供電，其綜合最大負(fù)荷為200 MW；另外，220KV電壓等級(jí)有4回與電力系統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)線。礦區(qū)煤源充足，附近有河流經(jīng)過。并用大水庫，水量豐富。廠址地區(qū)交通方便，有鐵路干線經(jīng)過，地質(zhì)條件較好，地勢(shì)不大平坦，屬于6級(jí)地震區(qū)，凍土層深1.5米，最大風(fēng)速20米

16、/秒，年平均氣溫5，最高氣溫38，最低氣溫20。122 機(jī)組參數(shù)鍋爐： 2×HG-410/100；2×HG-670/140-1汽輪機(jī)：2×N100-90； 2×N200-130/535發(fā)電機(jī)：2×TQN-100-2； 2×QFQS-200-2123 電力系統(tǒng)接線圖110KV6回出線最大綜合負(fù)荷200MW 100Km150Km2×QFS30022×SFPL360/2202×TSS1264/250482×SFPL240/220發(fā)電廠 124 負(fù)荷資料 110KV電壓等級(jí)綜合最大負(fù)荷為200 MW序號(hào)

17、用戶名稱最大負(fù)荷KW距離Km線路數(shù)利用小時(shí)1變電所800025250002煤礦800020260003機(jī)械廠600015150004化工廠4000181550013 設(shè)計(jì)內(nèi)容 本課題的主要研究?jī)?nèi)容為：2×1002×200 MW供熱式火力發(fā)電廠的電氣主接線的選擇，發(fā)電機(jī)變壓器組繼電保護(hù)的配置以及全廠自動(dòng)化裝置的配置。第二章 發(fā)電廠電氣主接線方案的確定21 主接線設(shè)計(jì)的基本要求 電氣主接線是電力系統(tǒng)的主要部分之一，它表明了發(fā)電機(jī)、變壓器、輸電線、斷路器和隔離開關(guān)等電氣設(shè)備的數(shù)量，并指出怎樣去連接這些電氣設(shè)備，并與電力系統(tǒng)相連接，進(jìn)而完成發(fā)電、變電、輸電和配電任務(wù)。主接線的確定與

18、電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、靈活和經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，以及對(duì)電廠和變電所的電氣設(shè)備選擇、配電裝置的布置、繼電保護(hù)及控制方式的確定都有密切的聯(lián)系。由于發(fā)電、變電和輸配電是同時(shí)完成的，所以主接線的設(shè)計(jì)好壞對(duì)發(fā)電廠、變電所和負(fù)荷的正常運(yùn)行都有影響。因此主接線的設(shè)計(jì)必須滿足以下條件：（1） 保證必要的供電可靠性和電能質(zhì)量安全可靠是電力生產(chǎn)的首要任務(wù)，保證供電的可靠性和電能質(zhì)量是對(duì)主接線最基本的要求，包括：應(yīng)考慮在長(zhǎng)期運(yùn)行中說積累的經(jīng)驗(yàn)，并在設(shè)計(jì)中有所遵循。各個(gè)元件可靠地綜合在一起就是主接線地可靠性。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)要同時(shí)考慮一次設(shè)備和二次設(shè)備的故障率及其對(duì)供電可靠性的影響。評(píng)價(jià)可靠性時(shí)，應(yīng)具體問題具體分析，不能脫離發(fā)

19、電廠在系統(tǒng)中所處的地位。（2） 具有一定的靈活性和方便性。主接線應(yīng)該能適應(yīng)各種運(yùn)行狀態(tài)，并能靈活地進(jìn)行運(yùn)行方式的轉(zhuǎn)換，即：在正常運(yùn)行時(shí)安全可靠地供電。在系統(tǒng)故障或設(shè)備檢修及其故障時(shí)，也能適應(yīng)調(diào)度的要求，并能靈活、簡(jiǎn)便、迅速地倒換運(yùn)行方式，使停電時(shí)間最短，影響范圍最小。（3） 具有經(jīng)濟(jì)性在滿足技術(shù)要求地前提下，做到經(jīng)濟(jì)合理：投資少：主接線滿足簡(jiǎn)單清晰，節(jié)省斷路器和隔離開關(guān)等一次設(shè)備，并使二次設(shè)備不過于復(fù)雜。占地面積?。弘姎庵鹘泳€設(shè)計(jì)時(shí)要為配電裝置地布置創(chuàng)造條件。電能損耗?。航?jīng)濟(jì)合理地選擇主變壓器地形式。容量和臺(tái)數(shù)，避免多次變壓而增加地電能損耗。（4） 具有發(fā)展和擴(kuò)建地可能性隨著建設(shè)事業(yè)地高速發(fā)展

20、，往往需要對(duì)已投產(chǎn)地發(fā)電廠或變電所進(jìn)行擴(kuò)建，所以在設(shè)計(jì)主接線時(shí)應(yīng)留有發(fā)展地余地，不僅要考慮最終接線地實(shí)現(xiàn)，而且還要兼顧到分期過渡接線地可能和施工的方便。22 電氣主接線方案的確定221 對(duì)原始資料的分析該電廠為中型供熱式火電廠，其容量為2×1002×200600MW，最大機(jī)組容量為200MW，即具有中型容量的規(guī)模、大型機(jī)組的特點(diǎn)。該廠又為火電廠，在電力系統(tǒng)中將主要承擔(dān)基荷，從而該廠主接線的設(shè)計(jì)必須著重考慮其可靠性和靈活性。當(dāng)本電廠投產(chǎn)后，將占電力系統(tǒng)總?cè)萘康模?×1002×200）/（2×3002×2252×1002

21、5;200）36.36%（>15），超過了電力系統(tǒng)檢修備用容量和事故備用容量，說明該廠在未來電力系統(tǒng)中作用和地位是至關(guān)重要的。從負(fù)荷特點(diǎn)及電壓等級(jí)來看，它具有110、220KV兩級(jí)電壓和一級(jí)電壓負(fù)荷。220KV與系統(tǒng)又4回線路，呈強(qiáng)聯(lián)系形式并接受本廠剩余功率；110KV電壓等級(jí)出線回路為6回，供給重要負(fù)荷。222 主接線的分析（1）110 KV電壓級(jí) 由于出線為6回，且既有雙回路又有單回路，并且是向重要負(fù)荷供電。根據(jù)規(guī)程，“110KV側(cè)出線回路數(shù)為6回及以上時(shí)，宜采用雙母線帶旁路母線的主接線方式”。所以，110KV側(cè)采用雙母線帶旁路母線的接線方式。（2）220 KV電壓級(jí) 220KV電壓

22、等級(jí)有4回與系統(tǒng)相連，若220KV側(cè)發(fā)生故障，則有可能使系統(tǒng)解列，所以，主接線的選擇應(yīng)具有較高的可靠性。最大輸出功率為600200×0.7600×10400MW，根據(jù)規(guī)程，“220KV側(cè)出線回路數(shù)為4回及以上時(shí)，宜采用雙母線帶旁路母線的主接線方式”。但出現(xiàn)為4回，與系統(tǒng)呈雙回路聯(lián)系，檢修某個(gè)出線斷路器時(shí)只需將改回線停止供電，這樣不會(huì)造成該廠與系統(tǒng)解列，故采用雙母線即可滿足要求。220KV也可以采用雙母四分段和一臺(tái)半斷路器接線方式。三種可行方案見圖11、圖12、圖13所示。2×200MW6回廠備用2×100MW4回 圖11 方案一2200MW2×

23、100MW220KV110KV6回廠備用4回圖12 方案二2×200MW6回220KV廠備用110KV2×100MW圖13 方案三223 三種方案的技術(shù)（可靠性和靈活性）和經(jīng)濟(jì)比較比較結(jié)果見表11所示。方案一方案二方案三可靠性（1）簡(jiǎn)單清晰，設(shè)備較多。（2）母線檢修不致停電。（1）簡(jiǎn)單清晰，設(shè)備較少，設(shè)備本省故障率低。（2）可靠性高，每種電壓等級(jí)均有兩臺(tái)主變，保證檢修不致各級(jí)電壓解列。（3）聯(lián)絡(luò)自耦變實(shí)現(xiàn)功率交換及廠備用電源的要求。（1）可靠性高，無論是檢修母線或設(shè)備故障檢修，均不致停電。（2）220KV隔離開關(guān)不作為操作電器，減小誤動(dòng)幾率，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。（3）110KV與

24、220KV的聯(lián)絡(luò)自耦變實(shí)現(xiàn)功率交換 及廠備用電源要求。靈活性（1）運(yùn)行方式簡(jiǎn)單。（2）各種電壓等級(jí)接線都便于擴(kuò)建和發(fā)展。（1）運(yùn)行方式較多，從而運(yùn)行調(diào)度靈活。（2）易于擴(kuò)建和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。（1）110KV有多種運(yùn)行方式；220KV屬環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，從而運(yùn)行調(diào)度靈活，相應(yīng)保護(hù)裝置復(fù)雜。（2）易于擴(kuò)建和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。經(jīng)濟(jì)性（1）設(shè)備相對(duì)較多，投資多，年費(fèi)相對(duì)多。（2）占地面積相對(duì)少。（3）采用單元接線及分相封閉母線，從而避免了選擇大容量的出口斷路器，節(jié)省投資。（1）設(shè)備相對(duì)較少，投資少，年費(fèi)用小。（2）占地面極少。（3）采用單元接線和200MW機(jī)組分相封閉母線，從而避免了選擇大容量的出口斷路器。（1）設(shè)備投

25、資高，設(shè)備數(shù)量多，年費(fèi)用大。（2）220KV采用交叉接線，提高了可靠性，增大了占地面積。224 電氣主接線方案的最終確定通過定性地分析，在技術(shù)（可靠性和靈活性）上和經(jīng)濟(jì)上地綜合分析，最終采用方案二作為本火電廠的電氣主接線。23 變壓器的選擇231 主變及廠用高壓變的選擇 因主接線中采用發(fā)電機(jī)變壓器的單元接線，一般規(guī)定廠用高壓變的容量為發(fā)電機(jī)額定容量的10；而主變的容量是把發(fā)電機(jī)所能發(fā)出的最大功率（扣除廠用負(fù)荷外）傳遞到母線側(cè)，并留有10的裕度。因此，在本廠中100 MW及200 MW發(fā)電機(jī)及對(duì)應(yīng)的變壓器的參數(shù)如表21、表22所示：表21 主變壓器參數(shù)表型 號(hào)容量KVA額定電壓KV阻抗電壓連接組

26、別高壓低壓SFP-120000/11012000010.510.5Y0/-11SFPL-240000/22024000015.7513.0Y0/-11表22 廠用高壓變參數(shù)表型 號(hào)容 量MVA額定電壓KV阻抗電壓SFPFL-31500/15.7531.5/15.75-15.7515.75/6.3-6.318.0SFL1-16000/101610.5/6.310.5232 聯(lián)絡(luò)變的選擇（1） 當(dāng)綜合負(fù)荷為最大Pmax，且此時(shí)最大的一臺(tái)機(jī)組因故停機(jī)時(shí)，聯(lián)絡(luò)變能從系統(tǒng)吸收功率來滿足負(fù)荷和廠用負(fù)荷的需要，公式如下：P1=PmaxP廠用P發(fā)（2） 當(dāng)綜合負(fù)荷為最小Pmin時(shí)，發(fā)電機(jī)滿發(fā)且扣除廠用負(fù)荷后，

27、聯(lián)絡(luò)變應(yīng)將剩余功率送往系統(tǒng)，公式如下：P2PP廠用Pmin然后比較P1和P2，取大的才能滿足聯(lián)絡(luò)變的要求。P120020100120MWP22×10020200×0.740MW則聯(lián)絡(luò)變的容量為：Smax(P1,P2)/cos120/0.85141.2MW,考慮裕度取150MW。聯(lián)絡(luò)變的參數(shù)如表23所示：表23 聯(lián)絡(luò)變的參數(shù)表型 號(hào)容量MVA額定電壓KV阻抗電壓連接組別OSFPS7-150000/220150/150/75242/121/10512.92/5.88/8.89Y0/-11第三章 短路電流的計(jì)算31 短路電流計(jì)算的目的及基本假定311 短路電流計(jì)算的目的（1）電氣

28、主接線的比較選擇；（2）選擇導(dǎo)體和電器；（3）確定中性點(diǎn)接地方式；（4）驗(yàn)算接地裝置的接觸電壓和跨步電壓；（5）選擇繼電保護(hù)裝置和進(jìn)行整定計(jì)算；312 短路電流計(jì)算的基本假定（1）正常工作時(shí)，三相系統(tǒng)對(duì)稱運(yùn)行；（2）所有的電源電動(dòng)勢(shì)相位角相同；（3）系統(tǒng)中所以同步、異步電機(jī)為理想；（4）電力系統(tǒng)中各元件磁路不飽和，即帶鐵芯的電氣設(shè)備電抗值不隨電流大小變化；（5）電力系統(tǒng)中所以電源都在額定負(fù)荷條件下運(yùn)行；（6）同步電機(jī)都具有自動(dòng)調(diào)磁裝置（包括強(qiáng)行勵(lì)磁）；（7）短路發(fā)生在短路電流為最大的瞬間；（8）不考慮短路點(diǎn)電弧阻抗和變壓器的勵(lì)磁電流；（9）除計(jì)算短路電流衰減時(shí)間常數(shù)和低壓網(wǎng)絡(luò)短路電流外，元件電

29、阻不計(jì)；（10）元件計(jì)算參數(shù)均取額定值，不考慮參數(shù)誤差和調(diào)整范圍；（11）輸電線路電容略去不計(jì)；（12）用概率統(tǒng)計(jì)法制定短路電流運(yùn)算曲線。32 短路電流的計(jì)算步驟和結(jié)果321 短路電流的計(jì)算步驟在工程中，短路電路的計(jì)算通常采用實(shí)用曲線法?，F(xiàn)將其計(jì)算步驟簡(jiǎn)述如下：（1）選擇短路點(diǎn)；（2）畫等值網(wǎng)絡(luò)（次暫態(tài)電抗）圖； 去掉系統(tǒng)中的所以負(fù)荷分支，發(fā)電機(jī)電抗用次暫態(tài)電抗Xd; 選取基準(zhǔn)容量Sj和基準(zhǔn)電壓Uj（一般取各級(jí)電壓的平均值）； 將各元件電抗換算為同一基準(zhǔn)值下的標(biāo)么電抗； 繪出等值網(wǎng)絡(luò)圖，并將各元件電抗統(tǒng)一編號(hào)；（3） 化簡(jiǎn)等值電路。為了計(jì)算不同短路點(diǎn)的短路電流，需將等值網(wǎng)絡(luò)圖分別化簡(jiǎn)為以短路點(diǎn)

30、為中心的輻射形等值網(wǎng)絡(luò)圖，并求出各電源與短路點(diǎn)之間的電抗，即轉(zhuǎn)移電抗；（4） 求計(jì)算電抗Xjs； （5） 由運(yùn)算曲線查出各電源供給的短路電流周期分量標(biāo)么值（運(yùn)算曲線只作到Xjs3.5）； （6） 計(jì)算無窮大容量（Xjs>3）的電源供給的短路電流周期分量； （7） 計(jì)算短路電流周期分量有名值和短路容量； （8） 計(jì)算短路電流沖擊值； （9） 計(jì)算異步電動(dòng)機(jī)供給的短路電流； （10） 繪制短路電流計(jì)算結(jié)果表。本文短路電流計(jì)算采用分布系數(shù)法化簡(jiǎn)網(wǎng)絡(luò)，具體計(jì)算過程詳見計(jì)算書。322 短路電流計(jì)算結(jié)果表短路電流計(jì)算結(jié)果見表31所示。短路點(diǎn)編號(hào)短路點(diǎn)平均電壓（KV）基準(zhǔn)電流（KA）分支線名 稱分 支

31、電 抗分支額定電流（KA）短路電流標(biāo)么值短路電流值（KA）（KA）（KA）（KA）（KA）（KA）（MVA）（KA）d12300.25系統(tǒng)S1系統(tǒng)S2F1、F2F3、F4小 計(jì)0.099750.105750.05770.20781.771.291.180.591.482.013.952.151.391.833.371.961.331.823.121.841.732.392.3852.032.622.5934.6611.26911.1432.462.3613.9771.1569.9542.3522.3483.6821.0869.473.0623.0832.8141.19810.1574.0874

32、.0457.2711.9817.386.8646.79412.2123.32529.1951043.731032.981856.81505.534439.060.4570.4533.0070.8194.73d21150.502系統(tǒng)S1系統(tǒng)S2F1、F2F3、F4小 計(jì)0.41570.4410.2410.12153.542.582.361.180.3474.4120.763.8150.3383.290.723.20.3353.020.712.90.3473.010.802.361.22810.6861.7944.50218.211.1978.4881.6993.77615.161.1867.79

33、21.6763.44214.0761.2287.7661.8882.78513.6671.91616.672.7997.02328.4083.2227.9974.7011.79547.71244.62128.5357.34896.73627.170.2141.8631.1572.9046.138d36.39.16系統(tǒng)S1系統(tǒng)S2F1F2F3、F4小 計(jì)4.7275.0211.04575.499.9164.6948.5221.5621.5621.560.2120.1990.5140.1820.1010.2120.1990.400.1920.1010.2120.1990.3970.1920.101

34、0.2120.1990.4170.1920.10113.7149.6558.9473.9242.17538.4213.7149.6558.6243.9242.17538.0913.7149.6558.5593.9242.17538.0313.7149.6558.993.9242.17538.45821.39415.06213.9576.1213.39359.93535.9325.29623.4410.285.698100.66149.65105.3594.1042.8223.73419.242.391.685.770.6840.37910.903表31 短路電流計(jì)算結(jié)果表第四章 電氣設(shè)備的選擇

35、41 電器設(shè)備選擇的要求411 一般原則（1）應(yīng)滿足正常運(yùn)行、檢修、短路和過電壓情況下的要求，并考慮遠(yuǎn)景發(fā)展；（2）應(yīng)按當(dāng)?shù)丨h(huán)境校核；（3）應(yīng)力求技術(shù)先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)合理；（4）與整個(gè)工程的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)一致；（5）同類設(shè)備應(yīng)盡量減少品種；（6）選用的新產(chǎn)品均應(yīng)具有可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并經(jīng)正式鑒定合格。在特殊情況下，選用未經(jīng)正式鑒定的新產(chǎn)品，應(yīng)經(jīng)上級(jí)批準(zhǔn)。在6220KV的電網(wǎng)一般選用少油斷路器，在110KV330KV的電網(wǎng)中，當(dāng)少油斷路器技術(shù)條件下不能滿足要求時(shí)，可選用六氟化硫或空氣斷路器，大容量機(jī)組采用封閉母線時(shí)，如需裝設(shè)斷路器時(shí)，宜選用發(fā)電機(jī)專用斷路器。由于高壓開端電器沒有連續(xù)過載能力，在選擇其額定電流

36、時(shí)應(yīng)滿足可能運(yùn)行方式下回路持續(xù)工作電流的要求，即取最大持續(xù)工作電流Ig.max。當(dāng)電器安裝點(diǎn)的環(huán)境溫度高于40（但不高于60）時(shí)，每增加1，建議額定電流減少1.8%；當(dāng)?shù)陀?0時(shí)，每減少1，建議額定電流增加0.5，但總的增加值不超過額定電流的20。412 在正常運(yùn)行條件下各回路的最大持續(xù)工作電流（1） 發(fā)電機(jī)回路：Ig.max1.05；（2） 三相變壓器回路：Ig.max1.05 =；（3） 母聯(lián)斷路器回路，Ig.max一般為改母線上最大一臺(tái)發(fā)電機(jī)或一組變壓器的持續(xù)工作電流；（4） 出現(xiàn)斷路器Ig.max等于本線上的最大負(fù)荷電流加上事故時(shí)的轉(zhuǎn)移負(fù)荷電流。413 導(dǎo)體和電器的選擇及檢驗(yàn)項(xiàng)目項(xiàng)目電

37、器正常工作狀態(tài)短 路條 件環(huán) 境條 件其 他額定電壓（KV）額定電流（KA）開斷容量（KVA）準(zhǔn)確等級(jí)動(dòng)穩(wěn)定熱穩(wěn)定溫度海拔高度斷路器切斷長(zhǎng)線時(shí)應(yīng)檢驗(yàn)過電壓負(fù)荷開關(guān)隔離開關(guān)熔斷器選擇保護(hù)熔斷特性電抗器選擇電抗百分值電流互感器電壓互感器導(dǎo) 線電暈及允許電壓檢驗(yàn)注：表中“”代表選擇項(xiàng)目；“”代表校驗(yàn)項(xiàng)目。42 斷路器的選擇421 斷路器選擇的技術(shù)條件（1）電壓：Ug（電網(wǎng)電壓）UN（2）電流：Ig.max（最大持續(xù)工作電流）IN（3）開斷電流（或開斷容量）：Id.tIbr（或Sd.tSkd） Id.t斷路器實(shí)際開斷時(shí)間t秒的短路電流周期分量； Ibr斷路器的額定開斷電流； Sd.t斷路器t秒的開斷容

38、量； Skd斷路器的額定開斷容量。（4）動(dòng)穩(wěn)定：ichimax ich三相短路電流沖擊值； imax斷路器極限通過電流峰值。 （5）熱穩(wěn)定：422 斷路器的選擇結(jié)果 斷路器的選擇結(jié)果如表41所示。表41 斷路器選擇結(jié)果表電壓等級(jí)KV型號(hào)電壓KV額定電流KA額定閉合電流（峰值）KA4s熱穩(wěn)定電流（KA）額定動(dòng)穩(wěn)定電流（峰值）KA額定開斷時(shí)間（s）額定閉合時(shí)間（s）額定開斷電流KA固有分閘時(shí)間（s） 額定 最大220LW7-2202202523060.15400.043110LW11-1101101261.68031.58031.50.0443 隔離開關(guān)的選擇431 隔離

39、開關(guān)選擇的技術(shù)條件 隔離開關(guān)選擇的技術(shù)條件與斷路器選擇的技術(shù)條件中的（1）、（2）、（4）、（5）相同。432 隔離開關(guān)的選擇結(jié)果 隔離開關(guān)的選擇結(jié)果見表42所示。表42 隔離開關(guān)選擇結(jié)果表電壓等級(jí)（KV）型 號(hào)額定電壓（KV）額定電流（KA）動(dòng)穩(wěn)定電流峰值（KA）熱穩(wěn)定電流（KA）220GW4-220DW220210040(4s)110GW4-110DW11018025(4s)6GW1-6/20060.22510(5s)44 其他相關(guān)設(shè)備的選擇441 電流互感器的選擇（1）條件型式：應(yīng)根據(jù)使用環(huán)境條件和產(chǎn)品情況來選擇。對(duì)620KV屋內(nèi)配電裝置，可采用瓷絕緣結(jié)構(gòu)或樹脂澆注絕緣結(jié)構(gòu)；對(duì)35KV及

40、以上的，一般采用油浸瓷箱式絕緣結(jié)構(gòu)的獨(dú)立式，有條件的應(yīng)采用套管式電流互感器。一次回路電壓：UgUN Ug安裝處二次回路工作電壓；UN電流互感器額定電壓。一次回路電流：Ig.mamxI1N Ig.max安裝處的一次回路最大工作電流； I1N電流互感器一次回路額定電流。準(zhǔn)確等級(jí)：由電流互感器二次回路所接儀表的類型對(duì)準(zhǔn)確等級(jí)的要求，并按準(zhǔn)確等級(jí)最高的表計(jì)來選擇。二次負(fù)荷S2：S2SN SN電流互感器的額定容量。動(dòng)穩(wěn)定： 內(nèi)部動(dòng)穩(wěn)定：（電流互感器極限通過電流峰值）熱穩(wěn)定： Kt電流互感器的1秒鐘熱穩(wěn)定倍數(shù)。（2） 電流互感器選擇結(jié)果 電流互感器的選擇結(jié)果見表43所示。表43 電流互感器選擇結(jié)果表電壓等

41、級(jí)KV變 比發(fā)電機(jī)出口主變高壓側(cè)22012000/51200/511010000/51000/5442 電壓互感器的選擇（1） 條件 型式：電壓互感器的型式應(yīng)根據(jù)使用的條件來選擇。620KV屋內(nèi)配電裝置，一般采用油浸絕緣結(jié)構(gòu)，也可以采用樹脂澆注絕緣結(jié)構(gòu)；35110KV配電裝置，一般采用油浸絕緣結(jié)構(gòu)；220KV及以上配電裝置，要求高時(shí)采用電容式電壓互感器。 一次電壓U1：1.1 UN U1UNUN電壓互感器一次額定電壓。 二次電壓U2根據(jù)使用情況選擇。 準(zhǔn)確等級(jí)：根據(jù)接入的測(cè)量?jī)x表、繼電器和自動(dòng)裝置等設(shè)備對(duì)準(zhǔn)確等級(jí)的要求確定。 二次負(fù)荷S2：S2SNSN對(duì)應(yīng)于測(cè)量?jī)x表所要求的最高準(zhǔn)確等級(jí)下電壓互

42、感器的容量。（2） 電壓互感器的選擇結(jié)果 電壓互感器的選擇結(jié)果見表44所示。 電壓等級(jí)KV變 比發(fā)電機(jī)出口主變高壓側(cè)22015000/100/10011010000/100/100第五章 發(fā)電機(jī)和變壓器的保護(hù)配置51 繼電保護(hù)設(shè)計(jì)原則 511 設(shè)計(jì)原則及范圍 隨著電力系統(tǒng)的增大，大容量的發(fā)電機(jī)不斷增加，在電力設(shè)備上裝設(shè)完善的繼電保護(hù)裝置，不僅對(duì)電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行有重要意義，而且對(duì)重要且昂貴的設(shè)備養(yǎng)活在各種短路和異常運(yùn)行時(shí)造成的損害在經(jīng)濟(jì)效益上也有顯著的效果。因此，在主設(shè)備的保護(hù)設(shè)計(jì)中，應(yīng)要求保護(hù)在配置、原理接線和設(shè)備選型等方面根據(jù)主設(shè)備的運(yùn)行情況及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)達(dá)到可靠、靈敏、快速且有選擇性的要求。

43、512 設(shè)備選型目前廣泛采用的繼電保護(hù)裝置有電磁型、整流型和晶體管型三種。電磁型保護(hù)繼電器原理接線簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、容易掌握、有豐富的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，但有些保護(hù)裝置由于在原理判據(jù)、靈敏系數(shù)等方面不滿足大容量機(jī)組保護(hù)的要求，故在大容量機(jī)組中較少應(yīng)用。整流型和晶體管型保護(hù)裝置在靈敏系數(shù)、快速性、選擇性等方面都較優(yōu)越，而且有體積小、功率消耗小、防震性能較好等優(yōu)點(diǎn)，故目前用新原理判氫制造的大機(jī)組保護(hù)裝置多采用整流型和晶體管型。保護(hù)裝置選型在電廠或變電所設(shè)計(jì)中宜一致，但為了更好地滿足選用性能更完善更可靠地裝置等要求，也可選用不同類型地保護(hù)裝置，甚至可選用不同制造廠地產(chǎn)品，其原則是保護(hù)地設(shè)計(jì)方案應(yīng)優(yōu)越，如此也能促

44、進(jìn)各保護(hù)不斷發(fā)展和提高。513 保護(hù)出口（1）出口方式保護(hù)的出口是與相應(yīng)的斷路器跳閘回路聯(lián)系的紐帶。為此，保護(hù)裝置出口回路應(yīng)滿足以下要求：按保護(hù)配置的要求，不同的出口要分別設(shè)獨(dú)立的出口斷路器。出口斷路器的觸點(diǎn)數(shù)量與切斷容量應(yīng)滿足斷路器跳閘回路可靠動(dòng)作的要求。如要求出口繼電器具有自保持性能時(shí)，該繼電器的自保持線圈的參數(shù)應(yīng)按斷路器動(dòng)作線圈的動(dòng)作電流來選擇，靈敏系數(shù)要求大于2。由于主設(shè)備是多種保護(hù)裝置組成，為簡(jiǎn)化接線，一般每套保護(hù)裝置不單獨(dú)設(shè)出口回路，而按保護(hù)出口要求設(shè)公用的總出口回路。對(duì)發(fā)電機(jī)變壓器組，按保護(hù)要求可能動(dòng)作于一側(cè)斷路器跳閘，也可能使各側(cè)斷路器同時(shí)跳閘。因此，一般在斷路器各側(cè)分設(shè)出口回

45、路和總出口回路。保護(hù)出口有以下幾種：全停：斷開出口斷路器，變磁，斷開高壓廠用電源斷路器，關(guān)閉各汽門，鍋爐甩負(fù)荷。解列滅磁：斷開出口斷路器滅磁，斷開高壓廠用電源斷路器，關(guān)閉各汽門，汽輪機(jī)和鍋爐甩負(fù)荷。解列：雙繞組變壓器只斷開出口斷路器，三繞組變壓器高中壓側(cè)的保護(hù)只斷開本側(cè)斷路器。母線解列：對(duì)雙母線系統(tǒng)，斷開母線聯(lián)絡(luò)斷路器。程序跳閘：首先關(guān)閉汽輪機(jī)主汽門斷開汽輪機(jī)，再跳開發(fā)電機(jī)斷路器，并斷開勵(lì)磁。漸出力：減少汽輪機(jī)的輸出功率。信號(hào)：發(fā)出音響和光信號(hào)。（2）信號(hào)出口方式但保護(hù)裝置放在接地或控制室的后排時(shí)，一般均設(shè)接地信號(hào)和遠(yuǎn)方信號(hào)，遠(yuǎn)方信號(hào)包括動(dòng)作于中央裝置的音響信號(hào)及在控制室控制屏上的光字牌信號(hào)。

46、如果發(fā)電廠和變電所裝設(shè)計(jì)算機(jī)時(shí)，也應(yīng)向計(jì)算機(jī)接口裝置輸送觸電。信號(hào)回路應(yīng)滿足以下要求： 動(dòng)作可靠、準(zhǔn)確，不因外界干擾而誤動(dòng)。 信號(hào)觸點(diǎn)數(shù)量和切斷容量應(yīng)滿足中央信號(hào)回路的要求，接線力求簡(jiǎn)單。 信號(hào)回路動(dòng)作后，應(yīng)能自保持，待運(yùn)行人員處理后，通過人工手動(dòng)復(fù)位。514 保護(hù)電源主設(shè)備保護(hù)裝置的電源主要有三種類型：（1）由發(fā)電機(jī)和變電所的直流電源供電的方式，一般電磁型和整流型保護(hù)裝置都采用此種方式。 （2）由逆變電源裝置單獨(dú)供電的方式。抗干擾性能好，故一般晶體管和集成電路型保護(hù)裝置采用此方式。（3）電阻降壓或單獨(dú)小蓄電池供電方式。為分散供電和集中供電，此方式只用于消耗功率少的繼電器。電源裝置應(yīng)滿足以下要

47、求：（1）保證可靠供電，因整流型或晶體管型保護(hù)多為成套裝置，功率消耗較大，一般多由直流母線單獨(dú)供電，對(duì)供電回路應(yīng)設(shè)電源監(jiān)視裝置。（2）對(duì)大容量機(jī)組的保護(hù)，如電廠由兩組蓄電池，為了滿足雙重化要求，保護(hù)裝置應(yīng)由兩組蓄電池提供，保護(hù)出口分組要求分別供電。 （3）電源應(yīng)吸收好的抗干擾性能。515 保護(hù)及其出口方式 保護(hù)及其出口方式見表51所示。序號(hào)保 護(hù) 名 稱全停Q全停Q解列滅磁JM程序跳閘CS解列JL母線解列MJ跳廠用分支預(yù)報(bào)信號(hào)事故分析信號(hào)短 路 保 護(hù)1主變瓦斯保護(hù)2廠變瓦斯保護(hù)3發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)4主變縱差保護(hù)5廠變縱差保護(hù)6發(fā)變組縱差保護(hù)7定子匝間短路8阻抗保護(hù)9主變零序保護(hù)10廠變過電流保護(hù)

48、接 地 保 護(hù)1一點(diǎn)接地保護(hù)2兩點(diǎn)接地保護(hù)3定子接地異 常 保 護(hù)序號(hào)保護(hù)名稱QQJMCSJLCQLQJCJLCDMKYXHSXHSBH1定子對(duì)稱過負(fù)荷2非對(duì)稱過負(fù)荷3勵(lì)磁回路過負(fù)荷4失磁保護(hù)5過電壓保護(hù)6逆功率保護(hù)7非全相運(yùn)行保護(hù)8斷路器失靈保護(hù)注：表中“”表示動(dòng)作，“”表示可以切換到該狀態(tài)。兩表中的保護(hù)在結(jié)構(gòu)和配線方面彼此保持獨(dú)立，這在運(yùn)行期間進(jìn)行檢測(cè)或維修時(shí)，發(fā)電機(jī)變壓器組仍然保持有必要的保護(hù)。每套保護(hù)的出口回路均應(yīng)裝設(shè)切換或連接部件，用于切換解除或投入保護(hù)。下面以200MW發(fā)電機(jī)及對(duì)應(yīng)的變壓器來說明它們的繼電保護(hù)的具體配置。52 發(fā)電機(jī)的保護(hù)配置521 縱差保護(hù)（1）保護(hù)方式的選擇縱差

49、保護(hù)是發(fā)電機(jī)內(nèi)部相間短路的主保護(hù)，它應(yīng)能夠快速而靈敏地切除內(nèi)部所發(fā)生的一切故障，同時(shí)，在正常運(yùn)行及外部故障時(shí)，又能保證動(dòng)作的選擇性和工作的可靠性。因本設(shè)計(jì)的發(fā)電機(jī)的容量是200MW，所以發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)的保護(hù)繼電器采用比率制動(dòng)式差動(dòng)繼電器。因?yàn)樗膭?dòng)作電流隨外部短路電流的增大而增大，而且動(dòng)作電流的增大比不平衡電流的增大要快，這樣就能使外部故障時(shí)保護(hù)可靠而不誤動(dòng)，而在內(nèi)部故障時(shí)保護(hù)有效地動(dòng)作。在躲外部短路時(shí)地不平衡電流這一點(diǎn)上，BCH2型繼電器也有這種特性。但它適用于小容量地機(jī)組，而且它有直流助磁特性，在非周期分量時(shí)，其動(dòng)作電流增加，提高了躲外部短路時(shí)暫態(tài)不平衡電流地特性，但它必須等到非周期分量衰

50、減到一定程度后才會(huì)動(dòng)作，即保護(hù)速動(dòng)性差，這對(duì)大容量機(jī)組是不允許地，必須保證保護(hù)的速動(dòng)性和靈敏性。（2）比率制動(dòng)式差動(dòng)繼電器的原理比率制動(dòng)式差動(dòng)繼電器的原理如圖51所示。WzdWzdWcd圖51 比率制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)原理圖WzdWcd/2正常運(yùn)行時(shí)：動(dòng)作安匝為：（I1I2）×Wcd制動(dòng)安匝為：（I1I2）×Wzd（I1I2）×Wcd/2，顯然制動(dòng)安匝大于動(dòng)作安匝，保護(hù)不動(dòng)作；發(fā)電機(jī)內(nèi)部短路時(shí)（I2及I2反向）：動(dòng)作安匝為：（I1I2）×Wcd制動(dòng)安匝為：（I1I2）×Wzd（I1I2）×Wcd/2，顯然動(dòng)作安匝要大于制動(dòng)安匝，保護(hù)動(dòng)作。比

51、率制動(dòng)式縱差保護(hù)的最大特點(diǎn)是動(dòng)作電流不是固定值，而是隨外部短路電流的增多而增大的。正常運(yùn)行時(shí)，Wcd中流過的電流為Ibp,IbpI1I2（I1I2）/nTA，即使發(fā)電機(jī)兩側(cè)的電流互感器的型號(hào)都完全相同，但勵(lì)磁特性還是有差別的，故I1I2不為0；IbpKfzq*Ktx*fi*Id.max，Kfzq為非周期分量，取1；Ktx為電流互感器同型系數(shù)，取0.5；fi為電流互感器的誤差，取0.1；Id.max為外部短路時(shí)的最大短路電流。圖52為比率制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)制動(dòng)特性曲線。PIzd.minIzdP點(diǎn)為差動(dòng)保護(hù)的最小動(dòng)作電流，Idz（0.10.3）Ie.f，一般取0.2 Ie.f；A點(diǎn)為轉(zhuǎn)折點(diǎn)；S點(diǎn)的動(dòng)作

52、電流為 IdzKk*Ibp.max，Kk1.31.5。IdzIzd.maxS21Aba圖52 比率制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)制動(dòng)特性曲線 (3) 比率制動(dòng)式縱差保護(hù)的整定計(jì)算根據(jù)比率制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作特性，需要整定二個(gè)定值，既最小動(dòng)作電流和制動(dòng)系數(shù)。 最小動(dòng)作電流：由于保護(hù)裝置采用比率制動(dòng)特性，保護(hù)的動(dòng)作電流不必躲外部故障時(shí)的不平衡電流來整定，其整定值只需按躲外部最大負(fù)荷下差動(dòng)回路的不平衡電流，所以，繼電器的最小動(dòng)作電流為：Idz.j.minKk*IbpKk* Kfzq*Ktx*fi*Ie.2f式中，Kk可靠系數(shù)，取1.31.5； Kfzq非周期分量，取1； Ktx電流互感器同型系數(shù)，取0.5； fi

53、電流互感器的誤差，取0.1； Ie.2f發(fā)電機(jī)的二次額定電流。 制動(dòng)系數(shù)Kzd：比率制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)防止外部短路時(shí)誤動(dòng)的方法，主要是通過制動(dòng)系數(shù)Kzd的適當(dāng)選擇來加以保證。KzdIdz/Izd 式中，Idz繼電器的動(dòng)作電流； Izd繼電器的制動(dòng)電流。假定最大外部電流下流過繼電器的動(dòng)作電流為：IdzKk*Kfzq*Ktx*fi*Id.max制動(dòng)電流為： IzdId.max所以，比率制動(dòng)系數(shù)Kzd.jsKk*Kfzq*Ktx*fi （1.31.5）×0.5×0.1 0.0650.075根據(jù)上式計(jì)算得Kzd是一條過原點(diǎn)的直線，因此，對(duì)于制動(dòng)特性曲線具有一段水平線得比率制動(dòng)式差動(dòng)繼電

54、器（見圖52）還應(yīng)進(jìn)行制動(dòng)特性校驗(yàn)。一般可先從制動(dòng)特性曲線族中選取制動(dòng)系數(shù)大于計(jì)算值得一條曲線，作為整定得特性曲線。圖52中，直線1為計(jì)算得出制動(dòng)系數(shù)為Kzd.js的制動(dòng)特性曲線，折線2為選取的繼電器整定用的制動(dòng)特性曲線。從特性曲線的斜率來看，折線2的斜率大于直線1，但此時(shí)直線1與折線2相交與a.b兩點(diǎn)，因此在ab段范圍內(nèi)，外部故障時(shí)不平衡電流將大于繼電器的動(dòng)作電流Idz.j，繼電器將誤動(dòng)。從以上情況看，雖然制動(dòng)特性曲線的斜率大于制動(dòng)系數(shù)的計(jì)算值，但保護(hù)仍有發(fā)生誤動(dòng)的可能性。因此，為了兼顧靈敏系數(shù)和選擇性方面的要求，必須使選用繼電器的制動(dòng)特性曲線在折點(diǎn)A與計(jì)算直線1相交，其斜線段的斜率就是所選

55、的制動(dòng)系數(shù)。靈敏系數(shù)校驗(yàn) 靈敏系數(shù)為 KlmId.j.min/Idz.j式中，Id.j.min發(fā)電機(jī)出口兩相短路時(shí)流過保護(hù)的最小周期性短路電流； Idz.j對(duì)應(yīng)于校驗(yàn)的情況下繼電器的動(dòng)作電流。 要求Klm2。 由于這種差動(dòng)保護(hù)的整定值小，為0.10.3倍發(fā)電機(jī)額定電流，所以一般都滿足靈敏系數(shù)的要求。（4） 整定計(jì)算結(jié)果 最小動(dòng)作電流：Idz.j.min0.269A 制動(dòng)特性曲線拐點(diǎn)電流：Izd.min3.594.3A 比率制動(dòng)系數(shù)Kzd：Kzd.js0.0650.075，圖53是以差回路整定電流為1A時(shí)繼電器制動(dòng)特性曲線。以Kzd.js為斜率，在繼電器制動(dòng)特性曲線上作過原點(diǎn)的直線，從圖中可以看

56、出此直線不與其他折線相交。因此采用任何一折線作整定值均可，如取Kzd0.4，但當(dāng)制動(dòng)系數(shù)取得過大時(shí)會(huì)使保護(hù)的靈敏系數(shù)下降。 制動(dòng)線圈的接法：兩側(cè)各接制動(dòng)線圈的一半。 靈敏系數(shù)的校驗(yàn)：200MW發(fā)電機(jī)出口發(fā)生兩相短路時(shí)的短路電流為d.j.min22.08A，但此時(shí)只有半個(gè)制動(dòng)線圈流過此電流，所以，Izd11.04A，由圖53知，Kzd0.4時(shí)，對(duì)應(yīng)Izd11.04A的Idz.j3.4A，所以Klm22.08/3.46.492，滿足要求。 522 匝間短路保護(hù) （1）保護(hù)方式的選擇大型發(fā)電機(jī)的定子繞組每相都由兩個(gè)及以上的并聯(lián)分支，對(duì)于同一相定子繞組或分支間的短路，稱為定子繞組匝間短路。當(dāng)定子一相繞

57、組發(fā)生匝間短路時(shí)，發(fā)電機(jī)的對(duì)稱關(guān)系受到破壞，出現(xiàn)了負(fù)序分量，由于負(fù)序分量的存在，在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路感應(yīng)出二次諧波的信頻電流，所以可采用二次諧波匝間保護(hù)，為了防止外部故障時(shí)保護(hù)誤動(dòng)，引用負(fù)序功率閉鎖元件。因此，采用負(fù)序功率閉鎖的轉(zhuǎn)子二次諧波匝間短路保護(hù)。（2）負(fù)序功率閉鎖的轉(zhuǎn)子二次諧波匝間短路保護(hù)的原理 這種保護(hù)的原理圖如圖54所示。當(dāng)發(fā)電機(jī)定子繞組發(fā)生匝間短路時(shí)，短路電流中的負(fù)序分量會(huì)在轉(zhuǎn)子回路中感應(yīng)出二次諧波電流，繼電器I2n有動(dòng)作信號(hào)輸出，但此時(shí)負(fù)序功率方向元件P2不動(dòng)作，不送出閉鎖信號(hào)，保護(hù)裝置能夠無延時(shí)地送出跳閘脈沖。當(dāng)發(fā)電機(jī)外部發(fā)生故障時(shí)，轉(zhuǎn)子回路也會(huì)出現(xiàn)二次諧波，繼電器I2n有動(dòng)作信號(hào)輸出，但此時(shí)P2因所反應(yīng)的負(fù)序功率