中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院某發(fā)電廠發(fā)電機組繼電保護的配置及整定計算課程設(shè)計

1、中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院電力系統(tǒng)繼電保護課程設(shè)計說明書 學(xué)生姓名： 學(xué)號： 學(xué) 院： 中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 指導(dǎo)教師： 2016年 12月20日電力系統(tǒng)繼電保護課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書 2016/2017 學(xué)年第 一 學(xué)期系 ：自動控制專 業(yè)：電氣工程及其自動化學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號：課程設(shè)計題目：某發(fā)電廠發(fā)電機組繼電保護的配置及整定計算起 迄 日 期:2016年12月20日 01月04日課程設(shè)計地點:電氣工程及其自動化專業(yè)教研室指 導(dǎo) 教 師:系主任：   下達任務(wù)書日期: 2016年 12 月 20日1設(shè)計目的： 通過本課程設(shè)計，使學(xué)生掌握

2、和應(yīng)用電力系統(tǒng)繼電保護的設(shè)計、整定計算、資料整理查詢和電氣繪圖等使用方法。在此過程中培養(yǎng)學(xué)生對各門專業(yè)課程整體觀的綜合能力，通過較為完整的工程實踐基本訓(xùn)練，為全面提高學(xué)生的綜合素質(zhì)及增強工作適應(yīng)能力打下一定的基礎(chǔ)。本課程主要設(shè)計發(fā)電機繼電保護的原理、配置及整定計算，給今后繼電保護的工作打下良好的基礎(chǔ)。2設(shè)計內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計要求等）：原始資料：某水電站（如下圖）所示：已知：（1）水電站有 3200kW 水輪發(fā)電機 2 臺，通過 7500KVA 變壓器以 35kV 的電壓與系統(tǒng)連接，當(dāng) 35kV 母線短路時，系統(tǒng)供給的最大運行方式下的短路容量為 100MVA，最小運行

3、方式下的短路容量為80MVA.（2） 廠用電、近區(qū)出線供電由發(fā)電機母線引出，出線為架空線，長度為 5km0.4/km。 （3）變壓器參數(shù)為：容量 7500kVA、變比 35/6.3、Ud7.5，所用變?nèi)萘繛?100kVA、變比 6.3/0.4、Ud4.5。 （4）發(fā)電機參數(shù)為：容量 3200KW、功率因素 0.8、X d”0.2、X20.25。3設(shè)計工作任務(wù)及工作量的要求包括課程設(shè)計計算說明書(論文)、圖紙、實物樣品等：(1) 選擇發(fā)電機保護所需的電流互感器變比、計算短路電流。(2) 設(shè)置發(fā)電機保護并對其進行整定計算。(3) 繪制出發(fā)電機繼電保護展開圖。(4) 繪制出發(fā)電機保護屏屏面布置圖及設(shè)

4、備表。(5) 寫出說明書。(6) 選出所需繼電器的規(guī)格 、型號。4主要參考文獻：1 張保會，尹項根.電力系統(tǒng)繼電保護（第二版）.中國電力出版社,20092 霍利民.電力系統(tǒng)繼電保護.第一版.北京：中國電力出版社，2008.3 許建安.繼電保護整定計算. 北京：中國水利水電出版社，2003.5設(shè)計成果形式及要求：  提交課程設(shè)計說明書一份。 6工作計劃及進度：序號時間（天）內(nèi)容安排10.5講解設(shè)計目的、要求、方法，任務(wù)分工20.5借資料、熟悉用戶任務(wù)要求32短路電流、殘壓計算；41查閱圖書資料、產(chǎn)品手冊和工具書進行設(shè)備校驗查閱圖書資料、產(chǎn)品手冊和工具書進行設(shè)備校驗5

5、1繪制繼電保護二次展開圖61繪制繼電保護二次展開圖71查閱圖書資料、產(chǎn)品手冊繪制圖繼電保護屏面布置圖81編寫設(shè)計說明書91完善設(shè)計說明書總計10 天系主任審查意見： 簽字： 年 月 日目錄1 引言11.1發(fā)電機故障類型11.4 水輪發(fā)電機保護動作結(jié)果32.2 各短路點的短路電流52.2.1 系統(tǒng)供給個短路點的電流5表2-1各短路點的短路電流62.2.2 發(fā)電機供給各短路點的短路電流72.3 電流互感器的變比73 設(shè)置發(fā)電機保護并整定計算83.1發(fā)電機保護的設(shè)置83.2 發(fā)電機保護的整定計算83.2.1縱差動保護的整定83.2.3 過電壓保護93.2.4 轉(zhuǎn)子繞組一點接地104 發(fā)電機繼電保護展

6、開圖105 發(fā)電機保護屏屏面布置圖12參 考 文 獻131 引言水輪發(fā)電機的安全運行對保障電力系統(tǒng)的正常工作和電能質(zhì)量起決定性的作用。水輪發(fā)電機發(fā)生故障后，如果繼續(xù)運行，不僅使發(fā)電機遭到嚴重破壞，而且可能破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性，擴大事故范圍。為了使發(fā)電機的故障能夠迅速切除，可靠地從系統(tǒng)中退出運行，而在異常情況下，能根據(jù)其對系統(tǒng)和機組本身安全所造成威脅的程度，將發(fā)電機切除或及時發(fā)出警告信號，必須針對各種不同的故障和異常情況，設(shè)置專門的、性能好的繼電保護裝置。1.1發(fā)電機故障類型（1）發(fā)電機定子繞組相間短路   定子繞組相間短路會產(chǎn)生很大的短路電流，嚴重損壞發(fā)電機，甚至引起火災(zāi)。&#

7、160;（2）發(fā)電機定子一相繞組匝間短路   定子繞組匝間短路會產(chǎn)生很大的環(huán)流，引起故障處溫度升高，使絕緣老化，甚至擊穿絕緣發(fā)展為單相接地或相間短路，擴大發(fā)電機損壞范圍。  （3）發(fā)電機定子繞組單相接地   定子繞組單相接地是發(fā)電機易發(fā)生的一種故障。單相接地后，其電容電流流過故障點的定子鐵芯，當(dāng)此電流較大或持續(xù)時間較長時，會使鐵芯局部熔化。 （4）發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組一點接地和兩點接地   轉(zhuǎn)子繞組一點接地，對發(fā)電機沒有直接危害。兩點接地則轉(zhuǎn)子繞組一部分被短接，不但會燒毀轉(zhuǎn)子繞組，而且由于部分繞組短接會破壞磁路

8、的對稱性，造成磁勢不平衡而引起機組劇烈振動，產(chǎn)生嚴重后果。水輪發(fā)電機組是凸極結(jié)構(gòu)，機組劇烈振動后會破壞各軸承與軸瓦之間的間隙，造成“拉瓦”，排除故障需要相當(dāng)長的停機時間，故絕不允許轉(zhuǎn)子繞組兩點接地現(xiàn)象出現(xiàn)。  （5）發(fā)電機轉(zhuǎn)子勵磁回路電流消失   由于轉(zhuǎn)子繞組斷線、勵磁回路故障或滅磁開關(guān)誤動等原因，將造成轉(zhuǎn)子失磁，失磁故障不僅對發(fā)電機造成危害，而且對電力系統(tǒng)安全也會造成嚴重影響。發(fā)電機失去勵磁后，運行狀態(tài)將變?yōu)殡妱訖C運行。故不允許發(fā)電機失磁后繼續(xù)運行。1.2 發(fā)電機的不正常工作狀態(tài)（1） 由于外部短路、非周期合閘以及系統(tǒng)振蕩等原因引起的過電流。 

9、; （2） 由于負荷超過發(fā)電機額定容量而引起的三相對稱過電流。（3） 由于外部不對稱短路或不對稱負荷（如單相負荷，非全相運行等）而引起的發(fā)電機負序過電流  （4）過電壓。特別是水輪發(fā)電機，因其調(diào)速系統(tǒng)慣性大，在突然甩負荷時，將引起過電壓。  （5）逆功率。當(dāng)汽輪發(fā)電機主汽門突然關(guān)閉而發(fā)電機斷路器未斷開時，發(fā)電機將過渡到同步電動機運行狀態(tài)，引起發(fā)電機逆功率，對汽輪發(fā)電機葉片特別是尾葉，可能過熱而損壞。1.3發(fā)電機的保護配置（1）縱差動保護  反應(yīng)發(fā)電機定子繞組及其引出線的相間短路故障，動作于瞬時跳開發(fā)電機開關(guān)、停機并滅磁。&#

10、160; （2）橫聯(lián)差動保護  當(dāng)發(fā)電機定子繞組有2個以上的分支且連接成雙星形，每個分支都有引出線時，應(yīng)裝設(shè)橫聯(lián)差動保護反應(yīng)定子繞組匝間短路，動作結(jié)構(gòu)同縱差動保護。當(dāng)不滿足該條件時，取消該保護，待故障發(fā)展為相間短時，用縱差動保護反應(yīng)。  （3）零序保護  當(dāng)發(fā)電機電壓回路回路的接地電容電流（未經(jīng)消弧線圈補償）大于或等于5A時，保護動作于跳閘、停機、滅磁。；當(dāng)接地電容電流小于5A時，保護應(yīng)動作信號。對單機容量為100MW及以上的發(fā)電機，應(yīng)盡量裝設(shè)保護范圍為100%的接地保護。  （4）過電流保護 

11、 一般應(yīng)配置低電壓過流或復(fù)合電壓過流保護反應(yīng)外部短路引起的定子繞組過電流狀態(tài)，并作為發(fā)電機的后備保護。對單機容量為50MW及以上的發(fā)電機，一般裝設(shè)負序過流及單相低電壓起動的過流保護。  （5）過負荷保護  由于發(fā)電機對稱過負荷引起的定子繞組過流，應(yīng)裝設(shè)反應(yīng)一相電流的過負荷保護，延時動作于信號。 （6）過電壓保護  反應(yīng)發(fā)電機突然甩負荷引起的定子繞組過電壓現(xiàn)象，延時動作于跳開關(guān)、停機、滅磁。  （7）轉(zhuǎn)子繞組一點接地保護  水輪發(fā)電機組一般裝設(shè)一點接地保護并動作于信號。汽輪機發(fā)

12、電機采用定期檢測裝置，大容量機組才設(shè)一點接地保護和二點接地保護。一點接地保護動作于信號，二點接地保護動作于停機。  （8）失磁保護  當(dāng)不允許失磁運行時，應(yīng)在自動滅磁開關(guān)斷開時，連跳發(fā)電機斷路器。對單機容量100MW及以上或采用可控硅勵磁方式時，應(yīng)設(shè)專門的失磁保護。  一般成套的可控硅勵磁裝置自身都設(shè)有失磁保護和轉(zhuǎn)子回路過負荷保護，所以發(fā)電機上不再單獨配置該保護。1.4 水輪發(fā)電機保護動作結(jié)果水輪發(fā)電機的繼電保護應(yīng)根據(jù)故障和異常運行方式的性質(zhì)，分別動作于以下的結(jié)果：1） 停機：斷開發(fā)電機的斷路器、滅磁，關(guān)閉導(dǎo)水葉至機組停機狀態(tài)；2）

13、解列滅磁：斷開發(fā)電機斷路器、滅磁、關(guān)閉導(dǎo)水葉至機組空轉(zhuǎn)；3） 解列：斷開發(fā)電機斷路器，關(guān)閉導(dǎo)水葉至空載；4） 減出力：將水輪發(fā)電機出力減到給定值；5） 縮小故障影響范圍；6） 信號：發(fā)出光聲信號。2 發(fā)電機的短路電流2.1 各元件阻抗參數(shù)的計算 基準(zhǔn)值的選?。簽楦骷壠骄~定電壓，分別為37V和6.3V。 1）發(fā)電機： 2）主變壓器： 3）所用變壓器： 4）廠用架空線；2.2 各短路點的短路電流2.2.1 系統(tǒng)供給個短路點的電流（1） 最大運行方式：K1處的短路電流：線路的平均電壓，則短路電流 K2處的短路電流：線路的平均電壓，則短路電流 K3處的短路電流：線路的平均電壓，則短路電流 （2） 最

14、小運行方式： 表2-1各短路點的短路電流短路容量/MVA短路電流/KAK1K2K3最大運行方式1482.32513.56213.62最小運行方式1282.0111.73184.752.2.2 發(fā)電機供給各短路點的短路電流 圖2-1 系統(tǒng)等效圖發(fā)電機G1和G2對K1點的轉(zhuǎn)移阻抗是1.32，查水輪發(fā)電機運算曲線數(shù)字表，電流的標(biāo)幺值是0.805，所以，短路電流發(fā)電機G1和G2對K2點的轉(zhuǎn)移阻抗是0.32，查水輪發(fā)電機運算曲線數(shù)字表，電流的標(biāo)幺值是3.494，所以短路電流發(fā)電機G1和G2對K3點的轉(zhuǎn)移阻抗是50.32，查水輪發(fā)電機運算曲線數(shù)字表，電流的標(biāo)幺值是3.494，所以短路電流2.3 電流互感器

15、的變比發(fā)電機的額定電流：選擇電流互感器的變比：3 設(shè)置發(fā)電機保護并整定計算3.1發(fā)電機保護的設(shè)置針對故障類型以及不平衡運行狀態(tài)，發(fā)電機自身參數(shù)等等，應(yīng)裝設(shè)一下繼電保護裝置：1) 由于發(fā)電機的功率為3.2MW，所以應(yīng)裝設(shè)縱差動保護。其原理是在發(fā)電機兩側(cè)（中性點側(cè)與出口開關(guān)側(cè)）裝有兩組變比相同的電流互感器，按環(huán)流法連接將該相的差流回路接入電流繼電器，在正?；虮Ｗo范圍外發(fā)生短路故障時，中性點與出口側(cè)的電流數(shù)值和相位都相同，差流回路沒有電流或極小，繼電器不會動作；而當(dāng)保護范圍內(nèi)發(fā)生故障時，將產(chǎn)生一個回路差流，當(dāng)其超過電流繼電器整定值時即啟動發(fā)電機縱差保護動作。2) 容量小于50MW的發(fā)電機定子繞組單相

16、接地故障電流允許值為4A，裝設(shè)接地保護裝置。3) 對于發(fā)電機定子繞組的匝間短路，當(dāng)定子繞組星形接線時，每相由并聯(lián)分支，且中性點側(cè)有分支引出端，應(yīng)裝設(shè)橫差保護。4) 裝設(shè)復(fù)合電壓（包括負序電壓以及線電壓）啟動的過電流保護。5) 對于水輪發(fā)電機的定子繞組過電壓，應(yīng)裝設(shè)帶延時的過電壓保護。6) 勵磁回路一點接地保護。3.2 發(fā)電機保護的整定計算3.2.1縱差動保護的整定差動保護采用DCD-2型繼電器。動作電流計算值：a.躲過區(qū)外短路故障時的最大不平衡電流：b.躲開電流互感器TA二次側(cè)斷線影響，流過差動保護的電流：故差動保護的繼電器的動作電流暫定為5.98Ac.差動繼電器的工作線圈匝數(shù)：取差動線圈10

17、匝。d.差動線圈的實際動作電流6A。e.靈敏度校驗f.差動回路斷線監(jiān)視繼電器的動作電流：圖3-1發(fā)電機縱差保護原理接線圖3.2.2 過電流保護的整定1） 過電流繼電器的動作電流及靈敏系數(shù)： 2）負序電壓繼電器的動作電壓： 3.2.3 過電壓保護 防止定子繞組的絕緣遭受破壞，動作于發(fā)電機斷路器，滅磁開關(guān)以及停機。圖3-2 發(fā)電機過電壓保護原理接線圖3.2.4 轉(zhuǎn)子繞組一點接地圖3-3 轉(zhuǎn)子繞組一點接地原理接線圖4 發(fā)電機繼電保護展開圖4-1發(fā)電機繼電保護展開圖5 發(fā)電機保護屏屏面布置圖3-5發(fā)電機保護屏屏面布置圖圖中，TA1和TA6構(gòu)成了發(fā)電機兩端的縱差動保護，TA5為過電流及過負荷保護，TA2為各種測量表計，PV2，PW2，PF2分別為電壓表，功率表，頻率表。KV1為過電壓保護。6 結(jié)論 通過兩周的繼電保護課程設(shè)計，雖然時間不長，但期間有許多事情讓我難忘，我從中學(xué)到了很多寶貴的經(jīng)驗和知識。對繼電保護設(shè)計的過程有了一個很大程度了