发电站电气一次部分设计的初步研究.doc

电子与信息工程学院课 程 论 文论文题目 发电厂电气一次设计部分的初步研究 课程名称 电气工程基础 指导老师 孟鹏老师 学生姓名 吴远超 学 号 093521029 2012年6月目录一.绪论1.前言2.课题背景3.设计内容二.电气主接线的设计1.电气主接线的设计原则及要求2. 方案设计3.选择最优方案三.短路电流的计算1.短路的原因、后果及形式2.短路的物理过程及计算方法3.短路电流的计算结果（没有代入数值计算）四.电气设备的选择1.主变压器和发电机的选择2.高低压电气设备的选择3.导体的设计和选择五.配电装置1.发电机、变压器主保护的配置2.发电机变压器备用保护的配置3.母线及其他保护配置4.电力变压器5.高压断路器6.避雷器7.隔离开关和互感器六.各种保护设计1.发电机的保护2.变压器的保护3.母线保护4.防直击雷保护七.总结八、参考文献一.绪论1.前言众所周知，发电厂是电力系统的重要组成部分，也直接影响整个电力系统的安全与运行。在发电厂中，一次接线和二次接线都是其电气部分的重要组成部分。发电厂的设计需要考虑诸多复杂的条件因素，本设计是一种简单的整体设计，严格依照设计步骤，即对原始资料分析、主接线方案的拟定与选择、短路电流计算和主要电气选择、绘制电气主接线图、编制工程预算，其中工程预算在本设计中仅作估计处理，不作严格计算，而短路电流的计算是基于变压器，发电机的选择之上且影响到后面电气设备的选择，起着承前启后的作用。设计工作是工程建设的关键环节，是工程建设的灵魂。做好设计工作，对工程建设的工期、质量、投资费用和建成投产后的运行安全可靠性和生产的综合经济效益，起着决定性的作用。它是一门涉及科学、技术、经济和方针政策等各方面的综合性的应用技术科学。设计工作的基本任务是，在工程建设中贯彻国家的基本建设方针和技术经济政策，做出切合实际、安全适用、技术先进、综合经济效益好的设计，有效地为电力建设服务。因此做好设计工作对工程的建设的工期、质量、投资费用和建成投产后的运行安全可靠性和生产的综合经济效益，起着决定性的作用。由于个人所学知识有限，故本论文仅针对发电站电气一次部分进行设计，并不涉及具体的参数计算。论文包括了五大部分，分别为电气主接线的选择、短路电流的计算、电气设备的选择、配电装置的选择、保护装置的选择。2.课题背景电力工业是国民经济的重要部门之一，是一种将煤，石油，天然气，水能，核能，风能等一次能源转换成电能这个二次能源的工业，作为国民经济的其他各部门的快速，稳定发展提供足够的动力，其发展水平是反映国家经济发达程度的重要标志，又和广大人民群众的日常生活有着密切的关系。电力是工业的先行，电力工业的发展必须优先于其他的工业部门，整个国民经济才能不断前进。近几年随着我国工业的高速发现，我国电力工业超常规发展，每年装机容量超过6000万千瓦，30万千瓦、60万千瓦亚临界火电机组成为我国电网的主力机组。目前，我国30万千瓦、60万千瓦的火力发电机组，70万千瓦的水力发电机组，在国际招标中中标成功率大于90%以上。这几年电力工业之所以能飞速发展，其重要原因是，为中国电力市场提供的火力发电设备主要立足于国内生产。这一观点得到国内各发电公司以及电厂老总们的认同。今天电气制造企业的国内用户率已达到75%以上。随着近年来我国国民经济的高速发展与人民生活用电的急剧增长，电力工业的发展仍不能瞒足整个社会发展的需要。另外，由于我国人口众多，因此在按人口平均用电方面，仍只处于中等水平，尚不能及全世界平均人口用电量的一半。2008年人均用电量2596kWh，人均占用发电装机容量仅为0.6kW；我国第二产业用电比重为76.49%，第三产业为9.78%，生活用电比重为11%。由此可见，我国人均用电水平远低于发达国家，与完成其工业化进程国家的电力指标相比，我国经济发展正处于工业化进程的中后期，我国用电远低于国际水平。本课题设计基于使电力系统安全运行以及如何排除其不正常运行故障的知识，能运用电机，发电厂、变电所电气部分，高电压技术，电力系统自动化，电力系统继电保护等专业知识解决实际问题，模拟发电站电气一次部分的设计。3.设计内容电气主接线的方案：确定主接线、主变形式、设计经济比较并确定最佳方案、合理的选择各侧的接线方式、确定所用电接线方式。计算短路电流：选择计算短路点、计算各点的短路电流、并列出计算结果表。合理地选择主要的电气设备：选择220KV、500KV电气的主接线、主变双侧的断路器和刀闸、限流电抗器、避雷针、避雷器、避雷线和各个电压等级主母线上的电压互感器。配置主要的电气设备：配置各级电压互感器、配置避雷器和各个支路的电流互感器和屋内屋外配电装置。合理设计各种保护：防直击雷保护、主变的继电保护、发电机的继电保护和发电厂出线的线路的保护。二.电气主接线的设计1.电气主接线的设计原则及要求发电厂和变电所的电气主接线是保证电网安全可靠经济运行的关键,是电气设备布置选择自动化水平和二次回路设计的原则和基础。电气主接线的设计原则是：应根据发电厂和变电所在电力系统的地位和作用，首先应满足电力系统的可靠运行和经济调度的要求。根据规划容量、本期建设规模、输送电压等级、进出线回路数、供电负荷的重要性、保证供需平衡、电力系统的线路容量、电气设备性能和周围环境及自动化规划与要求等条件确定。应满足可靠性、灵活性和经济性的要求5。电气主接线的主要要求为：（1）可靠性：衡量可靠性的指标，一般根据主接线的型式及主要设备操作的可能方式，按一定的规律计算出“不允许”事件发生的规律，对几种主接线型式中择优。（2）灵活性：投切发电机、变压器、线路断路器的操作要可靠方便、调度灵活。（3）经济性：通过优化比选，工程设计应尽力做到投资省、占地面积小、电能损耗少。2. 方案设计根据对原始资料的分析,现将各电压级可能采用的较佳方案列出，进而以优化组合方式,组成最佳的方案。（1）10KV电压级。由于10KV出线回路多，而且发电机的单机容量为50MW，远大于有关设计规程对选用单母线分段接线不得超过24MW的规定，应确定为双母线分段接线的形式，2台50MW发电机分别接在两段母线上，剩余功率通过主变压器送往高一级电压220KV。考虑到50MW机组为供热式机组，通常“以热定电”，机组的年负荷最大小时数较低，即10KV电压级与220KV电压级之间按弱联系考虑，只设1台主变压器；同时，由于10KV电压最大负荷20MW，远远小于2*50MW发电机组装机容量，即使在发电机检修或升压变压器检修的情况下，也可以保证该电压等级负荷的要求。由于2台50MW机组均接于10KV母线上，有较大的短路电流，为了选择合适的电气设备，应在分段处加装母线电抗器，同时各条电缆馈线上装设线路电抗器。（2）220KV电压级。出线回路数为4回，为了使其出线断路器检修时不停电，应采用单母线分段带旁路母线接线或双母线带旁路母线接线，以保证供电的可靠性和灵活性。其进线仅从10KV送来剩余容量2*50（100*6%）+20=74MW，并不能够满足220KV最大负荷250MW的要求。为此，拟采用以1台300MW机组按照发电机变压器单元接线形式接至220KV母线上，其剩余容量或机组检修时不足容量由联络变压器与500KV接线连接，彼此之间相互交换功率。（3）500KV电压级。500KV负荷容量大，其主接线是本厂向系统输送功率的主要接线方式，为保证可靠性，可能有多种接线方式，经过定性分析筛选后，可以选用的方案为双母线带旁路母线接线和一台半断路器接线，通过联络变压器与220KV连接，并通过一台三绕组变压器联系220KV和10KV电压，以提高可靠性，一台300MW机组与变压器构成单元接线，直接将功率送到500KV电力系统。根据以上分析、筛选、组合，可以保留两种可能的接线方案：方案如图2.1所示:方案为500KV侧采用双母线带旁路母线接线，220KV侧采用单母线分段带旁路母线接线，示意图略。3.选择最优方案采用最小费用法，对拟订的两方案进行经济比较，上述两方案中的相同部分不参与比较计算，只是对相异部分进行计算。计算内容包括一次投资、年运行费用。若图2.1所示方案参与比较部分的设备折算到施工年限的总投资为6954.7万元，折算年的运行费用为1016.29万元，火电厂使用年限按照n=25年计算，电力行业预期投资回报率i=0.1,则方案的费用为： 同理，在计算出方案的折算年总投资和年运行费用之后，可得到方案的年费用低于方案I。通常，经过经济比较计算，求得的年费用AC最小方案者，即为经济上的最优方案；然而，住接线最终方案的确定还必须从可靠性、灵活性等多方面综合评估，包括大型电厂、变电站对主接线可靠性若干指标的计算，最后确定最终方案。通过定性分析和可靠性及经济计算，在技术上（可靠性、灵活性）方案明显占优势，这主要是由于一台半断路器接线方式的高可靠性指标，但在经济上则不如方案。鉴于大、中型发电厂大机组应以可靠性和灵活性为主，所以，经过综合的分析，决定选用图2.1所示的方案作为设计的最佳方案。三.短路电流的计算1.短路的原因、后果及形式在电力系统中，出现次数比较多的严重故障就是短路。所谓短路是指电力系统中不等电位的导体在电气上被短接。产生短路的主要原因，是由于电气设备载流部分绝缘损坏所造成。而绝缘损坏主要是因为绝缘老化、过电压、机械性损伤等引起。人为误操作及鸟兽跨越裸导体等也能引起短路。发生短路时，由于系统中总阻抗大大减少，因而短路电流可能达到很大数值（几万安至十几万安）。这样大的电流所产生的热效应和机械效应会使电气设备受到破坏；同时短路点的电压降到零，短路点附近的电压也相应地显著降低，使此处的电力系统受到严重影响或被迫中断；若在发电厂附近发生短路，还可能使整个电力系统运行解列，引起严重后果。在三相供电系统中，可能发生的主要短路类型有三相短路、二相短路、两相接地短路和单相接地短路，三相短路属对称短路，其余三种为不对称短路。在四种短路故障中，出现单相短路故障的机率最大，三相短路故障的机率最小。但在电力系统中，用三相短路作为最严重的故障方式，来验算电器设备的运行能力。2.短路的物理过程及计算方法当突然发生短路时，系统总是由工作状态经过一个暂态过程进入短路稳定状态。暂态过程中的短路电流比其稳态短路电流大的多，虽历时很短，但对电器设备的危害性远比稳态短路电流严重得多。有限电源容量系统的暂态过程要比无限大电源容量系统的暂态过程复杂的多，在计算建筑配电工程三相短路电流时，都按无限大电源容量系统来考虑。短路全电流ik由两部分组成(ik=izif)：一部分短路电流随时间按正弦规律变化，称为周期分量iz；另一部分因回路中存在电感而引起的自感电流，称为非周期分量if。短路电流的实用计算法：）三相短路电流周期分量的起始值 式中 短路电流周期分量的起始有效值（KA）; 厂用电源短路电流周期分量的起始有效值（KA）; 电动机反馈电流周期分量的起始有效值（KA）; 基准电流（KA），当取基准容量=100MVA、基准电压=6.3KV时, =9.16KA; 系统电抗（标幺值）； 厂用电源引接点的短路容量（MVA）; 厂用变压器（电抗值）的电抗（标幺值）； 以厂用变压器额定容量为基准的阻抗电压百分值； 电抗器的百分电抗值；电抗器的额定电压（KV）；电抗器的额定电流（KA）；电动机平均的反馈电流倍数，100MW及以上机组为5，125MW及以上机组取5.56.0；计及反馈的电动机额定电流之和（A）；计及反馈的电动机额定功率之和（KW）；电动机的额定电压（KV）；2)短路冲击电流： 式中: 短路冲击电流(KA) 厂用电源的短路峰值电流(KA) 电动机的反馈峰值电流(KA) 厂用电源短路电流的峰值系数 电动机反馈电流的峰值系数，100MW及以上机组为1.41.6，125MW及以上机组取1.7。3)t瞬间三相短路电流： 式中 ： t瞬间短路电流的周期分量有效值（KA） t瞬间短路电流的非周期分量值（KA） t瞬间厂用电源短路电流的周期分量有效值（KA） t瞬间厂用电源短路电流的非周期分量值（KA） t瞬间电动机反馈电流的周期分量有效值（KA） t瞬间电动机反馈电流的非周期分量值（KA） 电动机反馈电流的衰减系数 厂用电源非周期分量的衰减系数 电动机反馈电流的衰减时间常数（S），125MW及以上机组为0.062主保护装置动作时间(S)断路器固有跳闸时间 3.短路电流的计算结果（没有代入数值计算）500KV三相短路电流电流计算及其正序阻抗图如图3.1： 500KV三相短路电流电流计算及其正序阻抗图500KV电气主接线及其设备规范500KV电气主接线及其设备规范四.电气设备的选择为了满足电力生产和保证电力系统运行的安全稳定性和经济性，发电厂和变电所中安装有各种电气设备，其主要的任务是启停机组、调整负荷、切换设备和线路、监视主要设备的运行状态、发生异常故障时及时处理。根据电气设备的作用不同，可以将电气设备分为一次设备和二次设备。（1）一次设备 通常把生产、变换、输送、分配和使用电能的设备，如发电机、变压器和断路器等称为一次设备。它们包括：生产和转换电能的设备、接通或断开电路的开关电器、限制故障电流和防御过电压的保护电器、载流导体、接地装置。（2）二次设备 对一次设备和系统的运行状态进行测量、控制、监视和保护的设备，成为二次设备。它们包括：使用的互感器、测量表计、 继电保护及自动装置、直流电源设备、操作电器。由于各种电气设备的具体工作条件并不完全相同，所以，它们的具体选择方法也不完全相同，但基本要求是相同的。即，要保证电气设备可靠的工作，必须按正常工作条件选择，并按短路情况校验其热稳定和动稳定。1.主变压器和发电机的选择1.1主变压器的选择（1）台数分析：为了保证供电的可靠性，选两台主变压器。（2）主变压器容量：额定容量为360MV.A，额定电压为2202*2.5%/20kv、5002*2.5%/20kv，连接组别为YN,d11，。（3）绕组分析：拟采用双绕组变压器。1.2发电机的选择此次设计的发电机拟采用2台上海汽轮发电机有限公司生产的型号为QFSN-300-2d的水氢式机组。额定功率300MW,最大连续出力338MW,额定功率因数（滞后）0.85，额定电压20KV,额定电流10189A,额定转速3000rmin。2.高低压电气设备的选择2.1断路器的选择室内高压断路器是开关电器中结构最为复杂的一类。在正常运行时，可用它来将用电负荷或某线路接入或退出电网，起倒换运行方式的作用；当设备或线路上发生故障时，可通过继电保护装置联动断路器迅速切除故障用电设备或线路，保证无故障部分仍正常运行。由此可见，高压断路器在电力系统中担负着控制和保护电气设备或线路的双重作用。高压断路器具有分断能力强、性能稳定、工作可靠和运行维护方便的特点，其核心部件是灭弧装置和触头。按使用不同的灭弧介质而生产了各类高压断路器，目前我国电力系统中应用的断路器有如下几种：（1）高压空气断路器是以压缩空气为灭弧介质和弧隙绝缘介质。并兼作操作机构的动力，操作机构与断路器合为一体。目前我国生产的KW4、KW5系列高压空气断路器的空气压力在2兆帕以上，多用于是10KV及以上的电力系统中。（2）六氟化硫（SF6）高压断路器则采用SF6气体作为灭弧介质，与其它高压元件组成全封闭式高压断路器，因此不受环境条件影响，运行安全可靠，在电力系统中，尤其是在110KV及以上电力系统中得到越来越广泛的采用。（3）真空高压断路器是利用真空作为绝缘介质，其绝缘强度最高，而且绝缘强度恢复快。其真空灭弧室是高强度的真空玻璃泡构成，真空度可达到汞柱，多用10KV及以上的电力系统中。（4）油高压断路器是利用变压器油作为灭弧和弧隙绝缘介质。按其绝缘结构及变压器油所起的作用不同，分为多油式和少油式两种高压断路器。多油高压断路器的变压器油除了作为灭弧介质外，还作为弧隙绝缘及带电部分与接地外壳（油箱）之间的绝缘。少油高压断路器的变压器油只作为灭弧介质和弧隙绝缘介质，其油箱带电，油箱对地绝缘则通过瓷介质（支持瓷套）来实现。少油高压断路器的灭弧能力较强，工作安全可靠，维护方便，而且体积小，用油量少、重量轻，价格便宜，所以在电力系统中获得最为广泛的采用。在20KV及以下电压等级的供配电系统中广泛采用SN10系列（户内式）断路器，在 20KV以上则大量使用SW4和SW6（户外式）断路器。2.2隔离开关的选择隔离开关是一种没有专门灭弧装置的开关设备，主要用来断开无负荷电流的电路，隔离高压电流，在分闸状态时有明显的断开点，以保证其他电气设备的安全检修。在合闸状态时能可靠地通过正常负荷电流及短路故障电流。因它未有专门的灭弧装置，不能切断负荷电流及短路电流。因此，隔离开关只能在电路已被断路器断开的情况下才能进行操作，严禁带负荷操作，以免造成严重的设备和人身事故。只有电压互感器、避雷器、励磁电流不超过2A的空载变压器及电流不超过5A的空载线路，才能用隔离开关进行直接操作。高压隔离开关一般可分为户内式和户外式两种。（1）户外式高压隔离开关GW435G型高压隔离开关也是目前应用较广泛的设备。它为双柱式结构，制成单极型式，借助于交叉连杆组成三极联动的隔离开关，也可作单极使用。主要用于220KV及以下各型配电装置，系列全，可以高型布置，重量较轻，可以手动，电动操作。GW6型高压隔离开关的特点为220500KV，单柱、钳夹、可以分相布置，220KV为偏折，330KV为对称折，多用于硬母线布置或做为母线隔离开关 。GW7型高压隔离开关的特点为220500KV，三柱式、中间水平转动，单相或三相操作，可以分相布置，多用于330KV及以上的屋外中型配电装置。（2）户内式高压隔离开关GN6、GN10的特点为三级，可以前后连接，可以立装、平装和斜装，价格比较便宜，主要用于屋外配电装置，成套的高压开关柜；GN10的特点为单极，大电流300013000A，可以手动、电动操作，用于大电流和发电机回路；GN18和GN22的特点为三级，10KV，大电流20003000A,机械锁紧，用于大电流回路和发电机回路15 2.3互感器的选择互感器的作用主要是与测量仪表配合，对线路的电压、电流、电能进行测量；与继电保护装置配合，对电力系统和设备进行保护；使测量仪表、继电保护装置与线路高电压隔离，以保证运行人员和二次装置的安全；将线路电压与电流变换成统一的标准值，以利仪表和继电保护装置的标准化。 1.电压互感器电压互感器是一种电压的变换装置，可将高电压变换为低电压，以便用低压量值反映高压量值的变化可以直接用普通电气仪表进行测量。由于电压互感器二次侧均为100V，使测量仪表和继电器电压线圈标准化，因此电压互感器在电力系统中得到了广泛应用。电压互感器的形式选择如下:（1）10KV的配电装置一般采用油浸绝缘结构;在高压开关柜中或在布置地方比较狭窄的地方,可采用树脂浇注绝缘结构。当需要零序电压时，一般采用三相五株式电压互感器。（2）220KV及其以上的配电装置，当容量和准确度等级满足要求时，一般采用电容式电压互感器。（3）接在110KV及其以上线路侧的电压互感器，当线路上装有载波通讯时，应尽量与耦合电容器结合，统一选用电容式电压互感器。（4）兼作为泄能用的电压互感器，应选用电磁式电压互感器。2.电流互感器电流互感器是一种电流变换装置，可将高压电流和低压大电流变换成电压较低的小电流，供给仪表和继电器保护装置，并将仪表和保护装置与高压隔离电路隔开。电流互感器的二次电流均为5A，使测量仪表和继电保护装置使用安全、方便。因此，电流互感器在电力系统中得到了广泛应用。（1）选择标准如下：电流互感器的额定电压与电网的额定电压应相符。电流互感器一次额定电流的选择，应使运行电流为其20%100% ;10KV继电保护用的电流互感器一次侧电流一般应不大于设备额定电流的1.5倍。所选用电流互感器应符合规定的准确度等级。根据被测电流的大小选择电流互感器的变比，要使一次线圈额定电流大于被测电流。电流互感器二次负载所消耗的功率或阻抗应不超过所选用的准确度等级相应的额定容量，以免影响准确度。根据系统运行方式和电流互感器的接线方式来选择电流互感器的台数。电流互感器选择之后，应根据装设地点的系统短路电流校验其动稳定和热稳定。（2）形式选择如下：35KV以下屋内配电装置的电流互感器，根据安装使用条件和产品的情况，采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构。一般常用的形式为：低压配电屏和配电设备中LQ线圈式，LM母线式；620KV屋内配电装置和高压开关柜中LD单匝贯穿式，LF复匝贯穿式；发电机回路和2000A以上的回路，LMC、LMZ型，LAJ、LBJ型，LRD、LRZD型。35KV及其以上的配电装置一般采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器，常常采用LC系列16。2.4熔断器的选择高压熔断器是一种保护电器，当其所在电路的电流超过规定值并经一定时间后，它的熔体熔化而分断电流、断开电路。熔断器主要用来进行短路保护，但有的也具有过负荷保护功能。按安装环境，高压熔断器也有户内式和户外式两大类。我国生产的户内式熔断器有RN1、RN2、RN3、RN5和RN6等;户外式有RW310（G）、RW410（G）、RW535、RW710、RW1035等。（1）户内管式熔断器：RN1、RN2 两者结构基本相同，都是充有石英砂填料的密闭管式熔断器。RN2的尺寸较小。RN1主要用作335KV电力线路和电气设备的短路保护；RN2用作335KV电压互感器的短路保护。（2）户外跌落式熔断器：RW310（G）型额定电压为10KV，额定电流50200A，断流容量50200MVA；RW41（G）型，除外形尺寸稍小于RW310（G）外，其它性能与RW310（G）相同。它们灭弧速度不高，因而没有限流作用；RW535型，额定电压为35KV，额定电流为50200A，断流容量为200800MVA，熔管采用钢纸管 环氧玻璃布复合管制成，有较高机械强度并能保证连续三次顺利开断额定断流容量；RW710型是有统一支架的跌落式熔断器，在条件变更时，只需用钩棒更换不同的熔管即可。熔管有较高机械强度，具有多次开断能力，可免除熔断一次即更换熔管的麻烦；RW1035型，额定电压35KV ，额定电流为0.5A 者是专用于保护电压互感器的，额定电流为210A 者用于保护线路或设备过载与短路，它具有限流作用，可代替RW235及其附加电阻，但安装时要注意熔体电流与被保护对象的电流一致方可投入运行；RW1110型是10KV防污型跌落式熔断器，适用于工业污秽和沿海地区的输电线路及变压器的保护。除RW110型外其它型式只适用于周围空气没有导电尘埃和腐蚀性气体、没有易燃易爆及剧烈震动的户外场所16。2.5限流电抗器的选择（1）电抗器几乎没有过负荷的能力，所以主变压器或出线回路的电抗器，应按照回路最大工作电流选择，而不能用正常持续工作电流选择。（2）对于发电厂母线分段回路的电抗器，应根据母线上事故切断最大一台发电机时，可能通过电抗器的电流选择。一般取该台发电机额定电流的50%80%。（3）变电所母线分段回路的电抗器应满足用户的一级负荷和大部分二级负荷的要求。2.6避雷器的选择选择原则：（1）避雷器灭弧电压不得低于安装地点可能出现的最大对地工频电压。（2）仅用于保护大气过电压的普通阀型避雷器的工频放电电压下限，应高于安装地点预期操作过电压；既保护大气过电压，又保护操作过电压的磁吹避雷器的工频放电电压上限，在适当增加裕度后，不得大于电网内过电压水平。（3）避雷器冲击过电压和残压在增加适当裕度后，应低于电网冲击电压水平。（4）保护操作过电压的避雷器的额定通断容量，不得小于系统操作时通过的冲击电流。（5）中性点直接接地系统中，保护变压器中性点绝缘的阀型避雷器。3.导体的设计和选择3.1分相封闭母线分相封闭母线在大型发电厂中的使用范围是：从发电机出线端子开始，到主变压器低压侧引出端子的主回路母线，自主回路母线引出至厂用高压变压器和电压互感器、避雷器等设备的各个分支线。 采用全连分相封闭母线，与敞露母线相比，有以下的优点：（1）供电可靠。封闭母线有效地防止了绝缘遭受灰尘、潮气等污秽和外物造成的短路。（2）运行安全。由于母线封闭在外壳内，且外壳接地，使工作人员不会触及带电导体。（3）由于外壳的屏蔽作用，母线的电动力大大减少，而且基本消除了母线周围钢构体的发热。（4）运行维护工作量小。五.配电装置1.发电机、变压器主保护的配置 按DL/T 684-1999 规定，主保护的配置应能保证在保护范围内任一点发生各种故障均有双重或多重的主保护，故障应有选择性地、快速地、灵敏地被切除，使机组受到的损伤最轻、对电力系统的影响最小。为满足电力系统稳定方面的要求，当在升压变压器高压侧发生短路故障时，通常要求切除故障的时间不大于0.1s，扣除断路器跳闸时间和中间继电器的动作时间，要求保护的动作时间不大于0.030.05s。从机组发热方面考虑，为不损坏电机，当机端发生两相短路时，要求在十分之几秒内切除故障。为了确保快速切除故障，对发电机变压器组配置了发电机差动保护、升压变压器差动保护和发电机变压器组差动保护，对发电机变压器组构成了双重快速保护。对于发电机内部故障，如果发电机中型点侧引出四或六个端子，则发电机和发电机变压器组差动保护均为不完全纵差方式，而且还可以装有单元件式的高灵敏横差保护，这就使发电机定子绕组的所有故障(相间短路、匝间短路和分支开焊)具有三重主保护；对于变压器内部故障将有变压器差动保护、瓦斯保护和发电机变压器组不完全差动保护，也具有三重主保护。因此这样的发电机变压器组无需再设后备保护，只是有时为了高压母线的需要，才有必要装设后备保护。由于200MW发电机的中线点侧一般只引出三个端子，所以发电机和变压器组差动保护都是传统的完全纵差方式，它们对发电机定子绕组匝间短路和分支开焊无保护功能，为此必须增设发电机定子绕组匝间短路保护，但后者目前尚无性能完善的解决方案。发电机变压器组在配置了双重快速保护的情况下，就本发电机变压器组而言，已不需要其他反应相间短路的后备保护。2.发电机变压器备用保护的配置 既然200MW机组中没有采用不完全纵差保护和单元件式高灵敏横差保护，所以发电机变压器组本身就有必要装设后备保护，用来反映匝间短路、分支开焊等故障。 主变压器高压侧相间短路后备保护，以高压母线两相金属性短路的灵敏度大于或等于1.2为整定条件，首先考虑采用过电流保护。如灵敏度不够，则改用一段简易阻抗保护，不设震荡闭锁环节，以0.51.0s延时取得选择性和避越震荡，但应有电压回路断线闭锁和电流启动元件（200MW机组多不采用）。在切实加强主保护的前提下，同时注意后备保护的简化。过于复杂的后备保护配置方案，不仅是不必要的，而运行实践表明是有害的。具体地说，发电机侧即主变压器低压侧不再装设后备保护，仅在主变压器高压侧配置放应相间短路和单相接地的后备保护，作为主变压器高压母线故障和主变压器引线部分故障的后备，同时为提高安全性，这些后备保护可具体情况设为联跳或均不联锁跳高压母线上的联络断路器和分段断路器。对于升压变压器高压侧的零序电流电压保护配置问题，由于升压变压器高压侧，一般都是220KV及以上中性点直接接地系统，当在高压侧发生单相接地短路时，如果双重差动保护的灵敏度都能满足要求，按照近后备的原则，对变压器高压侧绕组及起引出线而言，则不需要装设其他反应零序电流的后备保护。零序电流保护简单可靠，正确动作率高，而超高压电网中，单相接地短路故障最多，在各种短路故障中，有80%90%是单相接地短路故障。为了在某些特殊的情况下，不致使电网失去保护，所以尽管相邻线路上配置了完善的近后备保护，一般还是要求在变压器中性点装设零序电流保护，对相邻线路构成元后备。对于相临母线，由于与相间短路保护相同的理由，也要求在变压器中性点装设作为母线后备保护的零序电流保护。因此，一般在变压器中性点装设两段零序电流保护，一段作为母线后备，与相邻线路主保护相配合；一段作相邻线路的远后备，与相邻线路的后备保护相配合。此外，零序电流保护还用于消除电流互感器与短路器之间的保护死区。 综上所述，发电机变压器需要配置的保护为： 发电机配置的保护有：发电机差动保护；过流保护；发电机-变压器差动保护。 变压器配置的保护有：变压器差动保护；发电机-变压器差动保护；过流保护；零序保护；瓦斯保护。 3.母线及其他保护配置母线要配置母线差动保护，线路要配置方向过电流保护，断路器要配置断路器失灵保护。 屋外配电装置的母线有软母线和硬母线两种。软母线为钢芯铝绞线，软管母线和分裂导线，三相呈水平布置，用悬式绝缘子悬挂在母线构架上。软母线可选用较大的档距，但一般不超过三个间距宽度，档距越大，导线弧垂越大，因而导线相间及对地距离就要增加，母线及跨越线构架的宽度和高度均需要加大。屋外配电装置的构架，可用型钢或钢筋混凝土制成。4.电力变压器电力变压器外壳不带电，故采用落地布置，安装在变压器基础上。5.高压断路器按照断路器在配电装置中所占的地位，可分为单列，双列和三列布置。断路器的排列方式，必须根据主接线，场地地形条件，总体布置和出线方向等多种因素合理选择。6.避雷器避雷器也有高式和低式两种布置。110KV及以上的阀型避雷器由于器身细长，多落地安装在0.4m的基础上。7.隔离开关和互感器隔离开关和互感器均采用高式布置，其要求与断路器相同。六.各种保护设计1.发电机的保护发电机的安全运行对保证电力系统的正常工作和电能质量起着决定性作用，同时发电机本身也是十分重要的电气设备，因此，应针对各种不同的故障和不正常运行状态，装设性能完善的继电保护装置。发电机的故障类型主要有定子绕组相间短路、定子一相绕组内的匝间短路、定子绕组单相接地、转子绕组一点或两点接地、转子励磁回路励磁电流消失等。发电机的不正常运行状态主要有：由于外部短路引起的定子绕组过电流；由于负荷超过发电机额定容量而引起的三相对称过负荷；由于外不对称短路或不对称负荷(如单相负荷，非全相运行等)而引起的发电机负序过电流；由于突然甩负荷而引起的绕组过电压；由于励磁回路故障或强励时间过长而引起的转子绕组过负荷；由于汽轮机主汽门突然关闭而引起的发电机逆功率等。1.1发电机纵差动保护该保护是发电机内部相间短路的主保护，根据起动电流的不同有两种选取原则，与其相对应的接线方式也有一些差别。因为该保护可以无延时的切除保护范围内的各种故障，同时又不反应发电机的过负荷和系统振荡，且灵敏系数一般较高，所以纵差动保护毫无例外的用作容量在1MW以上发电机的主保护。带断线监视的发电机纵差动保护接线图见下图： 带断线监视的发电机纵差动保护接线图(1)在正常运行情况下，电流互感器的二次回路断线时保护不应误动。为防止差动保护误动作，应整定保护装置的起动电流大于发电机的额定电流。引入可靠系数Kk,则保护装置和继电器的起动电流分别为： 如在断线后又发生了外部短路，则继电器回路中要流过短路电流，保护仍要误动作故差动保护中一般装设断线监视装置，使得纵差动保护在此情况下能及时退出工作。(2)保护装置的起动电流按躲开外部故障时的最大不平衡电流整定，此时，继电器的起动电流应为： 根据对不平衡电流的分析，代入上式，则： 当采用具有速饱和铁心的差动继电器时，Kfzq=1;当电流互感器型号相同时Ktx=0.5;可靠系数一般取为Kk=1.3。对于汽轮发电机，其出口处发生三相短路的最大短路电流约为Id.max=8Ie.f,代入上式，则差动继电器的起动电流为： 综上可见，按躲开不平衡电流条件整定的差动保护，其起动值都远较按躲开电流互二次回路断线的条件为小，因此，保护的灵敏性就高。1.2电机横差动保护利用反应两个支路电流之差的原理，实现对发电机定子绕组匝间短路的保护即为横差动保护。它有两种接线方式：(1)每相装设两个电流互感器和一个继电器做成单独的保护。这样三相总共需要六个互感器和三个继电器。由于接线复杂，保护中的不平衡电流也大，因此实际上已经很少采用。(2)目前广泛应用的接线方式实质上是把一半绕组的三相电之和去与另一半绕组三相电流之和进行比较，当发生前述各种匝间短路时，此中性点联线上照样有环流通过，因此，继电器3可以动作。由于只使用了一个互感器，也就不存在由于互感器的误差所产生的不平衡电流，因此，起动电流较小，灵敏度较高。此外，这种接线方式也比第一种接线方式简单。运行经验表明，当励磁回路发生永久性的两点接地时，由于发电机励磁磁势的畸变而引起空气隙磁通发生较大的畸变，发电机将产生异常的振动，此时励磁回路两点接地保护应动作于跳闸。在这种情况下，虽然按照横差动保护的工作原理来看它不应该动作，但由于发电机已有切除的必要，因此横差动保护动作于跳闸也是允许的。基于上述考虑，目前已不采用励磁回路两点接地保护动作时闭锁横差动保护的措施。为了防止在励磁回路中发生偶然性的瞬间两点接地时引起的误动作，因此，当励磁回路发生一点接地后，在投入两点接地保护的同时，也应将横差动保护切换至0.5-1s的延时动作于跳闸23 2.变压器的保护2.1变压器主保护设计电力变压器在整个系统中起着至关重要的作用，因此必须为它装设合适的继电保护装置。本文提出一种基于负序差动原理的变压器保护方案，它利用体现不对称故障本质的负序电流来实现差动保护，能够以较高的灵敏度反映变压器内部匝间故障，同时给出了附加判据和正序电流制动判据来提高保护的抗饱和能力，从而有效防止误动作发生。论文还从励磁涌流、转换性故障、振荡等方面进行了研究，探讨了负序差动保护在实现中可能遇到的问题，进而证明保护原理的可行性。此次设计发电厂的主变为双绕组三相变压器，并且采用Y，d11的接线方式，如下图所示。图中一次电流从同名端流入，二次电流从同名端流出。 主变压器纵差动保护原理图此种接线方式造成了变压器一、二次电流的不对应，若采用针对单相变压器的差动继电器的接线方式，将一、二次电流直接引入差动保护，则回在继电器中产生很大的差动电流。将因入差动继电器的Y侧的电流也采用两相电流差就可以消除这个差动电流。公式如下 ） 式中，、分别为流入三个差动继电器的差动电流。2.2纵差动保护的整定计算原则（1）躲过外部短路故障时的最大不平衡电流，整定式为： 式中，-可靠系数，取1.3-外部短路故障时的最大不平衡电流 （2）躲过变压器最大的励磁涌流，整定式为： -可靠系数，取1.31.5-变压器的额定电流-励磁涌流的最大倍数3.母线保护发电厂母线是电力系统中的一个重要组成元件，当母线上发生故障时，将使连接在故障母线上的所有元件在修复故障母线期间，或转换到另一组无故障的母线上运行以前被迫停电。在母线故障中，大部分故障是由绝缘子对地放电引起的，母线故障开始阶段大多表现为单相接地故障，而随着短路电弧的移动，故障往往发展为两相或三相接地短路。3.1装设母线保护的几种情况（1）310KV分段母线及其并列运行的双母线，一般可由发电机和变压器的后备保护实现对母线的保护，下列情况应当装设母线保护：需要快速有选择性地切除一段或一组母线上的故障，以保障发电厂及其电力网安全运行和重要负荷的可靠供电时；当线路的断路器不允许切除线路的电抗器前的线路发生短路性故障时。（2）3566KV电力网当中，主要变电所的3566KV双母线或分段单母线，需快速而有选择地切除一段或者一组母线故障，以保证系统规定运行和可靠供电时，应当装设母线保护。 （3）110KV母线中，下列情况应装设母线保护：110KV双母线装设专用母线保护；110KV单母线、重要发电厂或110KV以上重要变电所的110KV单母线，需要快切除母线上的故障时，应装设母线保护。 （4）220500KV母线，对双母线接线，应装设能快速有选择性切除故障的母线保护。3.2目前国内110KV及其以上母线保护装置的原理有以下几种（1）完全电流保护。由母线内部或外部故障时流入母线电流之差或和电流作为判据，采用速饱和变流器防止区外故障一次电流中的直流分量导致TA饱和引起的母线差动误动。（2）母联电流相位比较式母线保护。比较母线差动电流