发电厂6kV厂用IIIAIIIB段继电保配置及整定计算毕业设计论文.doc

毕业设计说明书 论文 发电厂 6kV 厂用 IIIA IIIB 段继电保配置及 整定计算 Undergraduate Design Thesis 6KV6KV FACTORYFACTORY WITHWITH POWERPOWER IIIA IIIBIIIA IIIB SECTIONSECTION RELAYRELAY THETHE CONFIGURATIONCONFIGURATION ANDAND SETTINGSETTING CALCULATIONCALCULATION BY LI Yin sheng Supervised by Associate professor WANG Zhong School of Electric Power Engineering Nanjing Institute of Technology June 2011 发电厂 6kV 厂用 IIIA IIIB 段继电保配置及整定计算 I 毕业设计 论文 原创性声明和使用授权说明毕业设计 论文 原创性声明和使用授权说明 原创性声明原创性声明 本人郑重承诺 所呈交的毕业设计 论文 是我个人在指导教 师的指导下进行的研究工作及取得的成果 尽我所知 除文中特别加 以标注和致谢的地方外 不包含其他人或组织已经发表或公布过的研 究成果 也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历 而使用过的材料 对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体 均已在文中作了明确的说明并表示了谢意 作 者 签 名 日 期 指导教师签名 日 期 使用授权说明使用授权说明 本人完全了解 大学关于收集 保存 使用毕业设计 论 文 的规定 即 按照学校要求提交毕业设计 论文 的印刷本和电 子版本 学校有权保存毕业设计 论文 的印刷本和电子版 并提供 目录检索与阅览服务 学校可以采用影印 缩印 数字化或其它复制 手段保存论文 在不以赢利为目的前提下 学校可以公布论文的部分 或全部内容 作者签名 日 期 II 摘要 随着电力工业的发展 机组容量的增大和自动化程度的提高 机组本身及 电网对继电保护与自动化装置提出了更高的要求 厂用电系统保护是发电厂继电 保护中的一个重要环节 厂用电系统运行正常与否 将直接影响到机组的安全运 行 因此 对发电厂厂用电进行合理的继电保护配置 对于今后的安全运行具有 重大意义 针对热电厂的实际情况 对 380V 主厂房进行了继电保护配置和整定 计算 在保护配置中主要采用了 KFM2E 和施耐德 MT 系列两种断路器 将主厂房 内部设备分为电源进线 母线联络 MCC 供电线和 PC 段电动机四种类型进行保护 配置 在保护中主要采用长延时 短延时 瞬时和接地保护四种保护 基本满足 了热电厂低压 380V 系统厂用电保护系统整定按照继电保护的可靠性 选择性 灵敏性和速动性的要求 关键词关键词 厂用电 继电保护 断路器 整定计算 南京工程学院电力工程学院毕业设计说明书 论文 III Abstract Protection of the power system has a great influence on the safe and effective operation to really ensure the normal use of power system then the measures to protect the job and relay protection is one of the most main the most effective way Therefore in order to ensure the safe operation of the power system it is necessary to have some knowledge of the relay protection can we effectively use The graduation design of the main content is 6kV factory with power IIIA IIIB section relay protection configuration design and setting calculation The principle of relay protection to understand thoroughly know how to limit each joined together the understanding of power and according to the principle of the relay protection the protection of choice for setting and sensitivity determine the protection scheme calibration Key Words Relay Protection Setting calculation sensitivity Protection configuration 南京工程学院电力工程学院毕业设计说明书 论文 IV 目录 摘要 I Abstract II 前言 1 第一章 继电保护概述 2 1 1 继电保护的作用与意义 2 1 2 继电保护装置使用条件和维护 2 1 3 电力系统继电保护技术发展的前景 6 第二章 厂用电 7 2 1 概 述 7 2 2 厂用负荷分类及厂用电电压等级 7 2 3 厂用电接线的基本形式 11 第三章 6KV 厂用电的保护配置 12 3 1 继电保护的基本知识 12 3 2 继电保护的任务是 12 3 3 继电保护装置的基本原理 13 3 4 对继电保护的基本要求 13 3 5 变压器的保护配置 14 3 6 母线的保护配置 15 3 7 输电线路保护配置 16 第四章 6kV 厂用 IIIA 段保护 19 4 0 继电保护整定计算概述 19 4 1 工作电源进线 19 4 2 备用电源进线 20 4 3 3 机凝结水泵 A 400kW 22 李寅生 发电厂 6kV 厂用 IIIA IIIB 段继电保配置及整定计算 V 4 4 3 机电动给水泵 A 4000kW 25 4 5 3 炉磨煤机 A 850kW 30 4 6 3 炉送风机 A 800kW 33 4 7 3 炉吸风机 A 900kW 36 4 8 3 炉排粉风机 A 500kW 39 4 9 3 机循环水泵 A 800kW 42 4 10 2 碎煤机 A 280kW 45 4 11 运煤 6kV 2 电源馈线 48 4 12 3 炉 1 等离子变 250kVA 50 结论 53 致谢 54 参考文献 54 附录 1 外文翻译资料 56 A1 1 Differential Protection 56 A1 2 差动保护 61 附录 2 定值单 68 李寅生 发电厂 6kV 厂用 IIIA IIIB 段继电保配置及整定计算 1 前言 电能是现代社会中最重要 也是最方便的能源 而发电厂正是把其他形式的能量转换成 电能 电能经过变压器和不同电压等级的输电线路输送并被分配给用户 再通过各种用电设 备转换成适合用户需要的其他形式的能量 在输送电能的过程中 电力系统希望线路有比较 好的可靠性 因此在电力系统受到外界干扰时 保护线路的各种继电装置应该有比较可靠的 及时的保护动作 从而切断故障点 极大限度的降低电力系统供电范围 电力系统继电保护 就是为达到这个目的而设置的 本次设计的任务主要包括了五大部分 电网各个元件参数及 负荷电流计算 短路电流计算 继电保护距离保护的整定计算和校验 继电保护零序电流保 护的整定计算和校验 对所选择的保护装置进行综合评价 其中短路电流的计算和电气设备 的选择是本设计的重点 电能是一种特殊的商品 为了远距离传送 需要提高电压实施高压输电 为了分配和使 用 需要降低电压实施低压配电 供电和用电 发电 输电 配电 用电构成了一个有机 系统 通常把由各种类型的发电厂输电设施以及用电设备组成的电能生产与消费系统称为电 力系统 电力系统在运行中 各种电气设备可能出现故障和不正常运行状态 不正常运行状 态是指电力系统中电气元件的正常工作遭到破坏 但是没有发生故障的运行状态 如 过负荷 过电压 频率降低 系统振荡等 故障主要包括各种类型的短路和断线 如 三相短路 两 相短路 两相接地短路 单相接地短路 单相断线和两相断线等 南京工程学院电力工程学院毕业设计说明书 论文 2 第一章 继电保护概述 1 1 继电保护的作用与意义 电力在现代社会各方面起着重大的作用 没有电力的支持 社会生活和生产根本就无法 正常进行 基于电力在现代社会中的重要性 对电力的维护就显得格外重要 而对电力维护 起重要作用的继电保护 则是电力系统能否正常工作的关键 继电设施的正常运转 技术运 用与发展对电力系统的运行影响重大 如何确保继电保护设施和技术的可靠性和有效性 是 电力系统应该着重关注的 也是社会各界所关注的问题 改革开放 30 年来 中国的市场经济得到快速的发展 我国的经济建设取得了举世瞩目 的成就 随着经济的发展 对电力的需求越来越大 电力供应开始出现紧张 在很多地方都 出现了供电危机 使其不得不采取限电 停电等措施 以缓解电力供应的紧张 在如此严峻 的形式下 加强对电力系统的安全维护至关重要 而继电保护正是其中主要的保护手段之一 继电保护对电力系统的维护有重大的意义 1 继电保护可以保障电力系统的安全 正常运转 因为当电力系统发生故障或异常时 继电保护可以实现在最短时间和最小区域内 自动 从系统中切除故障设备 也可以向电力监控警报系统发出信息 提醒电力维护人员及时解决 故障 这样继电保护不仅能有效的防止设备的损坏 还能降低相邻地区供电受连带故障的机 率 同时还可以有效的防止电力系统因种种原因 而产生时间长 面积广的停电事故 是电 力系统维护与保障最实用最有效的技术手段之一 2 继电保护的顺利开展在消除电力故障的同时 对社会生活秩序的正常化 经济 生产的正常化做出了贡献 不仅确保社会生活和经济的正常运转 还从一定程度上保证了社会的稳定 人们生命财 产的安全 前些年北美大规模停电断电事故 就造成了巨大的经济损失 引发了社会的动荡 严重的威胁到了人们生命财产的安全 可见 电力系统的安全与否 不仅仅是照明失效的问 题 更是社会安定 人们生命安全的问题 所以 继电保护的有效性就给社会各方面带来了 重大的影响 1 2 继电保护装置使用条件和维护 继电保护装置是实现继电保护的基本条件 要实现继电保护的作用 就必须要具备有科 李寅生 发电厂 6kV 厂用 IIIA IIIB 段继电保配置及整定计算 3 学先进 行之有效的继电保护装置 所谓 工欲善其事 必先利其器 有了设备的支持 才真正具备了维护电力系统的能力 因此 要做好继电保护的工作 就必须要重视被保护的 设备 而设备的质量问题 直接决定了继电保护的效果 因而必须对继电保护的装置提出较 高的要求 1 继电保护装置的灵敏性 即要求继电器保护装置 可以及时的把继电保护设备 因为 种种问题而出现的故障和运行异常的情况 灵敏的反映到保护装置上去 及时有效的反映其 保护范围内发生的故障 以便相关部门和人员采取及时有效的防治措施 2 可靠性 即要求继电器保护装置的正常 不能发生误动或拒动等不正常的现象 在继 电器接线和回路接点上要保证其简练有效 3 快速性 即要求继电设备能在最短时间内 消除故障和异常问题 以此保证系统运行 的稳定 同时可以把故障设备的损坏降到最低限度 以最快的速度启动正常设备的正常运转 避免出现由局部故障而造成全面故障的情况出现 4 选择性 即在要求继电器在系统发生故障后 可能选择性的断开离故障点最近的开关 或断路器 有目标的 有选择性的切除故障部分 在实现最小区间故障切除的同时 保证系 统其它正常部分最大限度地继续运行 5 重要性 不仅要在选用上考虑其是否达到基本运行条件的要求 还要在日常的检测和维 护上做好工作 1 首先 要全面了解设备的初始状态 继电保护设备的初始状态 影响其日后的正 常和有效运行 因此必须注意收集整理设备图纸 技术资料以及相关设备的运行和检测数据 的资料 对设备日常状态的检修 要对设备生命周期中各个环节都必须予以关注 进行全过 程的管理 一方面是保证设备正常的 安全有效的使用 避免投入具有缺陷的设备 同时在恰 当的时机进行状态检修 以便能真正的检测出问题的所在 并及时的找到应对方案 另一方 面 在设备使用投入前 要记录好设备的型式试验和特殊试验数据 各部件的出厂试验数据 出厂试验数据以及交接试验数据和运行记录等信息 2 其次 要对设备运行状态数据进行及时全面的统计分析 首先要了解设备出现故 障的特点和规律 进而通过对继电保护装置运行状态的日常数据的分析 预先判断分析故障 出现的部分和时间 在故障未发生时及时的排查 因此状态检修数据管理就显得非常重要 要把设备运行的记录 设备状态监测与诊断的数据等结合起来 通过正确的完整的技术数据 进行状态检修 通过数据的把握和设备运行规律的把握 可以科学地制定设备的检修方案 提高保护装置的安全系数和使用周期 保证电力系统的正常运行 3 再次 要了解继电设备技术发展趋势 采用新的技术对设备进行监管和维护 在 电力事业高度发展 继电保护日益严峻 继电保护设备不够完善的情况下 必须加强对新技 术的应用 唯此才能保证保护装置的科学有效 在电力系统的保护中发挥应有的贡献 4 而且 目前我国在线监测技术上 使用还不够成熟 在日常的状态检修工作中还 不能做出准确的判断 只能依靠在线数据与离线数据的相互配合 进行综合分析评价 因此 南京工程学院电力工程学院毕业设计说明书 论文 6 对各种新技术的使用是必要的 比如在离线监测装置和技术上的使用 运用红外热成像技术 变压器绕组变形测试等 进行日常的设备监测与维护 可以更有效的分析设备的状态 有利 于设备和系统的安全 南京工程学院电力工程学院毕业设计说明书 论文 II 1 211 21 6KV6KV 厂用电气主接线图厂用电气主接线图 6kV IVA段 6kV IVB段 24B 4F 4FLCB 4B3B 3FLCB 3F 23B 6kV IIIB段 6kV IIIA段 6kV IA段 6kV IB段 21B 1F 1FLCB 1B2B 2FLCB 2F 22B 6kV IIB段 6kV IIA段 20B 6kV 01段 6kV 02段 LB 220kV线路 110kV 辰伟 线辰创 线辰创线辰伟线 南京工程学院电力工程学院毕业设计说明书 论文 II 1 3 电力系统继电保护技术发展的前景 我国继电保护技术的发展是随着电力系统的发展而发展的 电力系统对运行可靠性和安 全性的要求不断提高 也就要求继电保护技术做出革新 以应对电力系统新的要求 熔断器 是我国最初使用的保护装置 随着电力事业的发展 这种装置已经不再适用 而继电保护装 置的使用 是继电保护技术发展的开始 我国的继电保护装置技术经历了机电式 整流式 晶体管式 集成电路式的发展历程 随着科技时代的来临 我国的继电保护技术 也开始 走向了科技时代 在未来的一段时间内 我国继电保护的技术主要是朝微机继电保护技术方 向发展 与传统的继电保护相比 微机保护有其新的特点 一是全面提高了继电保护的性能和有 效性 主要表现在其有很强的记忆力 可以更有效的采取故障分量保护 同时在自动控制等 技术 如自适应 状态预测上的使用 使其运行的正确率得到进一步提高 二是结构更合理 耗能低 三是其可靠性和灵活性得到提高 比如其数字元件不易受温度变化影响 具有自检 和巡检的能力 而且操作人性化 适宜人为操作 并且可以实现远距离的实效监控 微机继电保护技术的这些特点 使得这项技术在未来有着广阔的发展前途 特别是在计 算机高度发达的 21 世纪 微机继电保护技术将会有更大的拓展空间 在未来继电保护技术 将向计算机化 网络化 智能化 保护 控制 测量和数据通信一体化发展的趋向发展 我国应当在继电保护技术上增加投入 以便建立一套适应现代电力系统安全运行保障要 求的继电保护技术 在继电保护装置的使用上要注意及时的更新 适应我国各方面对电力安全 使用的要求 为在未来切实的做好继电保护工作提供最基本的设备支持 同时还应该掌握世界 继电保护技术的发展 在微机继电保护技术上进一步的增强研究引进的力度 使我国的电力系 统的安全系数达到世界先进水平 为我国强势的经济增长速度提供更完善的电力支持 李寅生 发电厂 6kV 厂用 IIIA IIIB 段继电保配置及整定计算 7 第二章 厂用电 2 1 概 述 1 厂用电 为发电厂的主机 锅炉 汽轮机 发电机等 和辅助设备服务的厂用机械以及 全厂的运行操作 热工和电气试验 机械修配 电气照明 电焊机等用电设备的总耗电量 统称为厂用电 厂用电绝大部分使用交流电 少量使用直流电 2 厂用电率 厂用电率是发电厂的一项重要的经济运行指标 其值的大小是机炉发电和供热所需的自用电能消耗量分别与同一时期对应机组发电量和 供热量的比值 厂用电率的大小取决于发电厂的类型 燃料的种类 燃烧方式 蒸汽参数 机械化和自 动化程度等因素 我国凝汽式火电厂的厂用电率为 5 8 热电厂为 8 10 3 影响厂用电供电的可靠性和经济性的因素 与发电厂的运行操作 维护检修和设备的质量等有着密切的关系 厂用电接线设计是否正确 厂用电动机的类型和容量选择是否合理 厂用电的电压等级和厂用电源的引接方式是否合适 是否采用新型的继电保护和自动化措施 以及对设备的使用和管理是否正确等 4 厂用电接线应满足的基本要求 1 安全可靠 运行灵活 2 投资少 接线简单 清晰 运行费用低 3 满足供电的对应性 4 满足系统的整体性 5 对于 200MW 及以上的大容量机组应设置具有足够容量的交流事故保安电源和电 能质量指标合格的交流不间断供电装置 2 2 厂用负荷分类及厂用电电压等级 一 厂用电负荷分类 类负荷 凡短时间 手动切换恢复供电所需的时间 内停止供电 将影响人身或设备安全 使机组停顿或发电量大幅度下降的厂用负荷 称为 I 类厂用负荷 例如给水泵电动机 凝结 南京工程学院电力工程学院毕业设计说明书 论文 8 水泵电动机等 类负荷 在较长时间内停止供电 会造成设备损坏或影响正常生产 但在允许的停电 时间内 如经值班人员操作后能恢复供电而不致造成生产混乱的负荷 称为 类厂用负荷 例如输煤系统机械用电动机 水处理设备和冲灰系统水泵用电动机等 类负荷 在较长时间内停止供电不致直接影响生产的负荷 称为 类厂用负荷 例如 中央修配厂 油处理室的电动机等 事故保安负荷 在主机事故停机过程中及停机后一段时间内 仍应保证供电 否则可能 引起主要设备损坏 重要的自动控制失灵或危及人身安全的负荷 称为事故保安负荷 根据对电源的不同要求 事故保安负荷分为下列三种 1 直流保安负荷 由蓄电池供电的负荷 2 交流不停电保安负荷 在机组起动 运行到停机过程中 甚至停机以后的一段时间内 需要连续供电并具有恒频恒压特性的负荷 3 允许短时停电的交流保安负荷 平时由交流厂用电供电 失去厂用工作或备用电源时 由交流保安电源供电的负荷 二 不同类型的厂用负荷对电源的要求 对于 类负荷 厂用电动机必须保证能够自起动 并且应由两个独立的电源供电 采用 备自投装置 对于 类负荷 应由两个独立电源供电 一般采用手动切换 对于 类厂用负荷 一般由一个电源供电 对于直流保安负荷 由蓄电池供电 对于交流不停电保安负荷 供电电源一般采用由蓄电池组供电的电动发电机组或配备静 态开关的静态逆变装置 对于允许短时停电的交流保安负荷 一般采用快速自起动的柴油发电机组做为交流保安 电源 三 厂用系统的电压等级确定原则 1 与异步电动机的技术规范相适应 2 解决好同容量的电动机电压低的价格较低 效率较高 但供电导线的截面较大 使铜 耗量和投资增加的矛盾 3 不同电压等级的短路电流不同 4 考虑对电动机自起动是否有利 厂用系统电压等级的选择 低压厂用电电压等级 380 220 李寅生 发电厂 6kV 厂用 IIIA IIIB 段继电保配置及整定计算 9 高压厂用电电压等级 一般采用 3kV 6kV 和 10kV 一般可按下列原则考虑 1 60MW 及以下机组 发电机电机压 10 5kV 时 采用 3kV 2 100 300MW 的机组宜采用 6kV 3 300MW 以上的机组 当技术经济合理时 也可采用两种高压厂用电电压 2 3厂用供电电源及其引接 发电厂的厂用电源除应具有正常工作电源外 还应设置备用电源 对单机容量在 200MW 及以上的发电厂 还应考虑设置起动电源 事故保安电源和交流 不停电电源 2 3 12 3 1 厂用工作电源及其引接方式厂用工作电源及其引接方式 是保证发电机正常运行的最基本电源 厂用高压电源的引接方式 1 当主接线具有发电机电压母线时 一般直接由发电机电压母线上引接 供给接在 该母线段机组的厂用负荷 2 当采用发电机 变压器组单元接线时 从发电机至主变压器的封闭母线上引接 厂用低压工作电源的引接 1 从高压厂用母线段上引接 2 无高压厂用母线段时 发电机电压母线或发电机出口经厂用变压器或电抗器引接 2 3 22 3 2 厂用备用或厂用起动 备用电源厂用备用或厂用起动 备用电源 厂用备用电源主要用于事故情况失去工作电源时起后备作用 所以又称事故备用电源 对于 200MW 及以上大容量机组 为了保证 机组的起动和停机的负荷用电 需设置起 动电源并兼做事故备用电源 所以又称起动 备用电源 起动 备用电源的设置对保证大容量机组的快速起动 提高电力系统运行的稳定性具有 重要作用 对厂用备用或起动 备用电源的要求 引接应保证其独立性 避免与厂用工作电源由同一电源处引接 引接点处电源数量应有两个以上 并且具有足够的电源容量 最好能与电力系统紧密联系 在全厂停电情况下仍能从电力系统获得厂用电源 厂用备用或起动 备用电源常用的引接方式 南京工程学院电力工程学院毕业设计说明书 论文 10 1 有发电机电压母线时 一般由该母线引接一个备用电源 2 采用发电机 变压器单元接线时 一般由升高电压母线中电源可靠的最低一级 电压母线或由联络变压器的第三 低压 绕组引接 厂用备用或起动 备用电源常用的引接方式 3 当技术经济合理时 也可由外部电网引接专用线路供给 4 对于 200MW 及以上大容量机组 为了强调低压厂用备用电源供电的可靠性和独 立性 低压厂用备用变压器宜由带公用负荷而经常带电运行的高压厂用起动 备用变压器引接 备用电源的设置方式 一般分为明备用和暗备用两种 明备用专门设置一台 O 备用变压器 其容量等于最大一台厂用工作变压器的容量 正常运行时 0 变压器不工作 当厂用工作变压器发生故障跳闸时 通过备用电源自动 投入装置将 0 备用变压器投入运行 迅速恢复对失电厂用母线的供电 暗备用不另设专用的备用变压器 而将每台工作变压器的容量加大 正常运行时 每台工作变压器在欠载状态下运行 分段断路器 QFf处于断开状态 当任 一台工作变压器因故障被断开后 在备自投的作用下 分段断路器接通 使两段母线上的厂 用负荷均由完好的厂用工作变压器供电 备用电源或起动 备用电源设置的数量 取决于发电厂的装机台数 单机容量及控制方式等 一般按表 4 3 1 的原则配置 当全厂有两个及以上高压厂用备用或起动 备用电源时 应尽量保持备用电源之间的相 对独立性 2 3 32 3 3 事故保安电源事故保安电源 厂用工作电源和备用电源都消失时 为确保在事故状态下主要设备和人身的安全 保证 主机安全停机 并在事故消除后又能及时恢复供电而设置电源 在大容量机组的发电厂中 事故保安电源有下列三种类型 1 快速起动的柴油发电机 2 可靠的外部独立电源 3 由蓄电池组供电的逆变装置 2 3 42 3 4 交流不停电电源交流不停电电源 简称简称 UPS UPS 向不允许间断供电的电子计算机 自动巡回检测装置 重要的热工仪表 自动调节装置 及通信系统中不允许交流电源中断的负荷等供电 李寅生 发电厂 6kV 厂用 IIIA IIIB 段继电保配置及整定计算 11 交流不停电电源系统包括稳定的不停电电源系统 配电系统和必要的控制系统及测试设 备 不停电电源系统 一般由厂用保安段母线经过不停电电源的整流器与逆变器供给正常工作电流 当厂用交流电源中断 不停电电源将自动地改为蓄电池组经逆变装置供电 交流不停电电源系统采用的逆变装置包括 1 可控硅逆变器 2 逆变机组 3 采用 KGBTA 系列可控硅逆变器的不停电电源系统 4 采用双台逆变器柜并联运行的方式 5 单台设备由整流柜 逆变器和静态开关柜组成 采用逆变机组的不停电电源系统接线 一台发电机设置两台逆变机组 并从 380V 事故保安电源引接备用电源 正常运行时 一台逆变机组投入作为工作电源 当工作的逆变机组故障时 备用电源自 动投入 2 3 厂用电接线的基本形式 采用单母线接线 按照按炉分段的接线原则 将厂用电母线按照锅炉的台数分成若干的独立段 各独立母线段分别由工作电源和备用电源供电 采用按炉分段接线的优点 1 同一台锅炉的厂用电动机接在同一段母线上 既便于管理又方便检修 2 可使厂用母线事故影响范围局限在一机一炉 不致过多干扰正常机组运行 3 厂用电回路故障时 短路电流较小 可使厂用电系统采用成套的高 低压开关柜或 配电箱 南京工程学院电力工程学院毕业设计说明书 论文 12 第三章 6KV 厂用电的保护配置 3 1 继电保护的基本知识 电能是一种特殊的商品 为了远距离传送 需要提高电压 实施高压输电 为了分配和 使用 需要降低电压实施低压配电 供电和用电 发电 输电 配电 用电构成了一个有 机系统 通常把由各种类型的发电厂 输电设施以及用电设备组成的电能生产与消费系统称 为电力系统 电力系统在运行中 各种电气设备可能出现故障和不正常运行状态 不正常运 行状态是指电力系统中电气元件的正常工作遭到破坏 但是没有发生故障的运行状态 如 过 负荷 过电压 频率降低 系统振荡等 故障主要包括各种类型的短路和断线 如 三相短 路 两相短路 两相接地短路 单相接地短路 单相断线和两相断线等 其中最常见且最危 险的是各种类型的短路 电力系统的短路故障会产生如下后果 1 故障点的电弧使故障设备损坏 2 比正常工作电流大许多的短路电流产生热效应和电动力效应 使故障回路中的设备 遭到破坏 3 部分电力系统的电压大幅度下降 使用户的正常工作遭到破坏 影响企业的经济效 益和人们的正常生活 4 破坏电力系统运行的稳定性 引起系统振荡 甚至使电力系统瓦解 造成大面积停 电的恶性循环 故障或不正常运行状态若不及时正确处理都可能引发事故 为了及时正确处理故障和不 正常运行状态 避免事故发生 就产生了继电保护 它是一种重要的反事故措施 继电保护 包括继电保护技术和继电保护装置 且继电保护装置是完成继电保护功能的核心 它是能反 应电力系统中电气元件发生故障和不正常运行状态 并动作于断路器跳闸或发出信号的一种 自动装置 3 2 继电保护的任务是 1 当电力系统中某电气元件发生故障时 能自动 迅速 有选择地将故障元件从电力 系统中切除 避免故障元件继续遭到破坏 使非故障元件迅速恢复正常运行 2 当电力系统中某电气元件出现不正常运行状态时 能及时反应并根据运行维护的条 件发出信号或跳闸 李寅生 发电厂 6kV 厂用 IIIA IIIB 段继电保配置及整定计算 13 3 3 继电保护装置的基本原理 我们知道在电力系统发生短路故障时 许多参量比正常时候都了变化 当然有的变化可 能明显 有的不够明显 而变化明显的参量就适合用来作为保护的判据 构成保护 比如 根据短路电流较正常电流升高的特点 可构成过电流保护 利用短路时母线电压降低的特点 可构成低电压保护 利用短路时线路始端测量阻抗降低可构成距离保护 利用电压与电流之 间相位差的改变可构成方向保护 除此之外 根据线路内部短路时 两侧电流相位差变化可 以构成差动原理的保护 当然还可以根据非电气量的变化来构成某些保护 如反应变压器油 在故障时分解产生的气体而构成的气体保护 原则上说 只要找出正常运行与故障时系统中电气量或非电气量的变化特征 差别 即可 形成某种判据 从而构成某种原理的保护 且差别越明显 保护性能越好 继电保护装置的组成 被测物理量 测量 逻辑 执行 跳闸或信号 整定值 测量元件 其作用是测量从被保护对象输入的有关物理量 如电流 电压 阻抗 功率 方向等 并与已给定的整定值进行比较 根据比较结果给出逻辑信号 从而判断保护是否 该起动 逻辑元件 其作用是根据测量部分输出量的大小 性质 输出的逻辑状态 出现的顺序 或它们的组合 使保护装置按一定逻辑关系工作 最后确定是否应跳闸或发信号 并将有关 命令传给执行元件 执行元件 其作用是根据逻辑元件传送的信号 最后完成保护装置所担负的任务 如 故障时跳闸 不正常运行时发信号 正常运行时不动作等 3 4 对继电保护的基本要求 1 选择性 是指电力系统发生故障时 保护装置仅将故障元件切除 而使非故障元 件仍能正常运行 以尽量减小停电范围 2 速动性 是指保护快速切除故障的性能 故障切除的时间包括继电保护动作时间 和断路器的跳闸时间 3 灵敏性 是指在规定的保护范围内 保护对故障情况的反应能力 满足灵敏性要 求的保护装置应在区内故障时 不论短路点的位置与短路的类型如何 都能灵敏地正确地反 南京工程学院电力工程学院毕业设计说明书 论文 14 应出来 4 可靠性 是指发生了属于它该动作的故障 它能可靠动作 而在不该动作时 它 能可靠不动 即不发生拒绝动作也不发生错误动作 3 5 变压器的保护配置 3 5 13 5 1 纵联差动保护纵联差动保护 本次设计所采用的变压器型号均分别为 SDL 31500 110 SFSL 31500 110 SFL 20000 110 SFL 20000 110 对于这种大型变压器而言 它都必需装设单独的变压器差动保 护 这是因为变压器差动保护通常采用三侧电流差动 其中高电压侧电流引自高压熔断器处 的电流互感器 中低压侧电流分别引自变压器中压侧电流互感器和低压侧电流互感器 这样 使差动保护的保护范围为三组电流互感器所限定的区域 从而可以更好地反映这些区域内相 间短路 高压侧接地短路以及主变压器绕组匝间短路故障 所以我们用纵联差动保护作为两 台变压器的主保护 其接线原理图如图 3 5 1 所示 正常情况下 即 2 I2 I 变压器变比 1112 21 1 1 nIII nT n nn I 所以这时 Ir 0 实际上 由于电流继电器接线方式 变压器励磁电流 变比误差等影响 导致不平衡电流的产生 故 Ir不等于 0 针对不平衡电流产生的原因不同可以采取相应的措 施来减小 尽管纵联差动保护有很多其它保护不具备的优点 但当大型变压器内 产生严重漏油或匝数很少的匝间短路故障以及绕组断线故障时 纵联差动 保护不能动作 这时我们还需对变压器装设另外一个主保护 瓦斯 保护 李寅生 发电厂 6kV 厂用 IIIA IIIB 段继电保配置及整定计算 15 图 3 5 1 纵联差动保护原理示意图 3 6 母线的保护配置 3 6 13 6 1 保护配置的原理保护配置的原理 电力系统中的母线是具有公共电气连接点 它起着汇总和分配电能的作用 所以发电厂 和变电站中的母线是电力系统中的一个重要组成元件 母线运行是否安全可靠 将直接影 响发电厂 变电站和用户工作的可靠性 在枢纽变电所的母线上发生故障时 甚至会破坏整 个系统的稳定 引起母线短路故障的主要原因有 由于空气污溃 导致断路器套管及母线绝缘子的闪络 母线电压和电流互感器的故障 运行人员的误操作 如带负荷拉隔离开关 带接地线合断路 器 母线故障的类型 主要是单相接地和相间短路故障 与输电线路故障相比较 母线故障 的几率虽较小 但造成的后果却十分严重 因此 必须采取措施来消除或减少母线故障所造 成的后果 由设计的已知条件可知 6kV 母线均是采用单母线接线 对于单母线我们可以采用母线完 全电流差动保护 母线完全差动保护的原理接线图如图 3 6 1 所示 和其它元件的差动保护一样 也是按环流 法的原理构成 在母线的所有连接元件上必须装设专用的电流互感器 而且这些电流互感器的 变比和特性完全相同 并将所有电流互感器的二次绕组在母线侧的端子互相连接 在外侧的端 南京工程学院电力工程学院毕业设计说明书 论文 16 子也互相连接 差动继电器则接于两连接线之间 差动电流继电器中流过的电流是所有电流互 感器二次电流的相量和 这样 在一次侧电流总和为零时 在理想的情况下 二次侧电流的总和 也为零 此图为母线外部 K 点短路的电流分布图 设电流流进母线的方向为正方向 图中线路 I II 接于系统电源 而线路 III 则接于负载 1 在正常和外部故障时 K 点 流入母线与流出母线的一次电流之和为零 即 0 IIIIII I III 而流入继电器的电流为 123 1 gIIIIII TA IIIIIII n 因电流互感器变比 nTA相同 在理想情况下流入差动继电器的电流为零 即 Ig 0 但实际上 由于电流互感器的励磁特性不完全一致和误差的存在 在正常运行或外部故障 时 流入差动继电器的电流为不平衡电流 即 gunbII 图 3 6 1 母线完全电流差动保护的原理接线图 其中 Iunb是电流互感器特性不一致而产生的不平衡电流 2 母线故障时 所有有电源的线路 都向故障点供给故障电流 即 11 gIIIK TATA IIII nn 其中 Ik是故障点的总短路电流 此电流数值很大 足以使差动继电器动作 3 7 输电线路保护配置 李寅生 发电厂 6kV 厂用 IIIA IIIB 段继电保配置及整定计算 17 3 7 13 7 1 距离保护距离保护 电流保护的主要优点是简单 可靠 经济 但它的灵敏性受系统运行方式变化的影响较 大 特别是在重负荷 长距离 电压等级高的复杂网络中 很难满足选择性 灵敏性以及快 速切除故障的要求 为此 必须采用性能完善的保护装置 因而就引入了 距离保护 距离保护是反馈故障点至保护安装点之间的距离或阻抗 并根据距离的远近而确定动作 时间的一种保护装置 该装置的主要元件为距离或阻抗继电器 它可根据其端子所加的电压 和电流侧知保护安装处至短路点之间的阻抗值 此阻抗称为阻抗继电器的测量阻抗 其主要 特点是 短路点距离保护安装点越近 其测量阻抗越小 相反地 短路点距离保护安装点越 远 其测量阻抗越大 动作时间就越长 这样就可保证有选择地切除故障线路 如图 3 7 1 所示 K 点短路时 保护 1 的测量阻抗是 Zk 保护 2 的测量阻抗是 ZAB ZK 由于保护 1 距离短路点较近 而保护 2 距离短路点较远 所以 保护 1 的动作时间就比保护 2 的短 这 样故障就由保护 1 动作切除 不会引起保护 2 的误动作 这种选择性的配合是靠适当的选择 各保护的整定阻抗值和动作时限来完成的 图 3 7 1 a 距离保护的基本原理 图 3 7 1 b 距离保护原理接线图 李寅生 发电厂 6kV 厂用 IIIA IIIB 段继电保配置及整定计算 18 第四章 6kV 厂用 IIIA 段保护 4 0 继电保护整定计算概述 继电保护装置属于二次系统 它是电力系统中的一个重要组成部分 它对电力系统安全 稳定运行起着极为重要的作用 没有继电保护的电力系统是不能运行的 继电保护要达到及 时切除故障 保证电力系统安全稳定运行的目的 需要进行多方面的工作 包括设计 制造 安装 整定计算 调试 运行维护等 继电保护整定计算是其中极其重要的一项工作 电力生产运行和电力工程设计工作都离不开整定计算 不同部门整定计算的目的是不同 的 电力运行部门整定计算的目的是对电力系统中已经配置安装好的各种继电保护按照具体 电力系统参数和运行要求 通过计算分析给出所南非的各项整定值 使全系统中的各种继电 保护有机协调地布置 正确地发挥作用 电力工程设计部门整定计算的目的是按照所设计的 电力系统进行分析计算 选择和论证继电保护装置的配置和选型的正确性 并最后确定其技 术规范 同时 根据短路计算结果选择一次设备的规范 4 1 工作电源进线 开关柜号 IIIA 3 保护型号 DWP211 一次回路工作电流 1237A TA 变比 2000 5 400 TA 二次工作电流 A09 3 400 1237 4 1 14 1 1 限时电流速断保护 限时电流速断保护 I I 段 段 1 动作电流 AIopI6800 AIopIJ17 400 6800 2 动作时限 与工作母线出线电流速断保护配合 取 t1 1 2s 3 动作出口 跳进线开关 并发事故分析信号 4 1 24 1 2 过电流保护 过电流保护 IIII 段 段 1 动作电流 南京工程学院电力工程学院毕业设计说明书 论文 19 4800 opI I AIopIIJ12 400 4800 2 动作时限 与工作母线出线过电流保护配合 取 t2 1 4s 3 动作出口 跳进线开关 并发事故分析信号 4 1 34 1 3 低电压闭锁定值低电压闭锁定值 上述 I 段和 II 段还可经低电压闭锁 实际上是低电压起动 低压闭锁的动作电压为 Uop 55V 线电压 4 1 44 1 4 过负荷保护过负荷保护 1 动作电流 AIop89 1511 AI jop 78 3 400 89 1511 2 动作时限 取 t 30s 信号 4 1 54 1 5 加速过流保护 退出 加速过流保护 退出 1 动作电流 取AI js 6000 AI jjs 15 400 6000 2 加速时间 tjs 1 2s 4 1 64 1 6 零序电流保护零序电流保护 1 动作电流 取 一次值 AI op 15 3 0 取 0 13A 自产 AI125 0 400 15 3 0 2 动作时限 取 t0 3s 信号 4 2 备用电源进线 开关柜号 IIIA 2 李寅生 发电厂 6kV 厂用 IIIA IIIB 段继电保配置及整定计算 20 保护型号 DWP211 一次回路工作电流 1237A TA 变比 2000 5 400 TA 二次工作电流 A09 3 400 1237 4 2 14 2 1 限时电流速断保护 限时电流速断保护 I I 段 段 1 动作电流 AIopI6800 AI jopI 17 400 6800 2 动作时限 与工作母线出线电流速断保护配合 取 t1 1 2s 3 动作出口 跳进线开关 并发事故分析信号 4 2 24 2 2 过电流保护 过电流保护 IIII 段 段 1 动作电流 AI IIop 4800 AI JIIop 12 400 4800 2 动作时限 与工作母线出线过电流保护配合 取 t2 1 4s 3 动作出口 跳进线开关 并发事故分析信号 4 2 34 2 3 低电压闭锁定值低电压闭锁定值 上述 I 段和 II 段还可经低电压闭锁 实际上是低电压起动 低压闭锁的动作电压为 Uop 55V 线电压 4 2 44 2 4 过负荷保护过负荷保护 1 动作电流 AIop89 1511 AI jop 78 3 400 89 1511 2 动作时限 取 t 30s 信号 4 2 54 2 5 加速过流保护 退出 加速过流保护 退出 1 动作电流 取AI js 6000 南京工程学院电力工程学院毕业设计说明书 论文 21 AI jjs 15 400 6000 2 加速时间 tjs 1 2s 4 2 64 2 6 零序电流保护零序电流保护 1 动作电流 取 一次值 AI op 15 3 0 取 0 13A 自产 AI125 0 400 15 3 0 2 动作时限 取 t0 3s 信号 4 3 3 机凝结水泵 A 400kW 开关柜号 IIIA 5 保护型号 DWP240 一次回路工作电流 50A TA 变比 100 5 20 TA 二次工作电流 A5 2 20 50 4 3 14 3 1 电流速断保护电流速断保护 1 动作电流 按躲过电动机起动电流整定 AIKKI Nstrelsd 525 507 5 1 AI jsd 25 26 20 525 2 动作时限 取 tsd 0 04s 3 灵敏度计算 设电缆长度为 1km 电缆末最小两相短路电流 电缆阻抗为 0 2016 见 2 3 3 节 110kV 最小运方阻抗 联络变断开 0 0495 AIK 6 8598 3 63 10100 1663 0 4773 0 0778 0 2016 0 1 2 3 3 2 李寅生 发电厂 6kV 厂用 IIIA IIIB 段继电保配置及整定计算 22 满足要求4 16 525 6 8598 sen K 4 3 24 3 2 定时限过电流保护定时限过电流保护 1 动作电流 在 DWP240 装置中 该保护在电动机起动完毕后投入 用作堵转保护 AIgl100502 AI jgl 5 20 100 2 动作时限 取 tgl 18s 4 3 34 3 3 负序过电流负序过电流 I I 段保护段保护 1 动作电流 AII NI 50 2 AI jI 5 2 2 2 动作时限 躲过外部两相短路后备保护动作时间整定 取 t1 1 4 0 3 1 7s 4 3 44 3 4 负序过电流负序过电流 IIII 段保护段保护 1 动作电流 AII NII 5 1750 35 35 2 AI jII 88 0 20 5 17 2 2 动作时限 取 t2 1 7s 4 3 54 3 5 过负荷保护过负荷保护 1 过负荷跳闸段动作电流 AII NIf 65503 13 1 AI jIf 25 3 20 65 2 过负荷报警段动作电流 AII NIIf 55501 11 1 AI jIIf 75 2 20 55 3 公用动作时限 南京工程学院电力工程学院毕业设计说明书 论文 23 取 tfh 25s 4 3 64 3 6 接地保护接地保护 1 零序起动电流 6kV 为不接地系统 3Io 应躲过电缆线电容电流 考虑灵敏度后 取 3Io 0 8A 一次值 注 二次零序电流倍数由现场调试时确定 2 零序过流时限 取 t 3s 发信号 3 零序起动电压 取 3Uo 25V 自产 4 零序过压时限 取 t 3s 发信号 4 3 74 3 7 反时限过流保护反时限过流保护 1 起动电流 取AII Np 5 575015 1 15 1 AI jp 88 2 20 5 57 2 反时限系数 选用极端反时限曲线 1 80 2 p p I I T t 外部短路故障时反时限过流保护不应误动作 设电动机反馈电流为 动作时间应大6 N I 于后备保护最长时限 令 t 3s 于是有 1 15 1 6 80 2 N N p I I tT s 7 781 15 1 6 3 2 曲线时间倍数 98 0 p T 机端两相短路时最大动作时间计算 李寅生 发电厂 6kV 厂用 IIIA IIIB 段继电保配置及整定计算 24 s I I T t N K p 003 0 1 5015 1 7 9010 7 78 1 15 1 80 22 2