4X300MW火电厂继电保护及防雷设计

2016 年度本科生毕业论文 设计 4X300MW 火电厂继电保护及防雷设计 院 系 工学院 自动化系 专 业 电气工程及其自动化 年 级 2012 级 学生姓名 陶 林 学 号 9 导师及职称 雷竞业 副教授 2016 年 6 月 2016 Annual Graduation Thesis Project of the College Undergraduate 4X300MW Relay protection and lightning protection design of thermal power plant Department Colleg of Engineering Major Electrical Engineering and Automation Grade 2012 Student s Name Tao Lin Student No 9 Tutor Lei Jing Ye associate proessor June 2016 毕业论文 设计 原创性声明 本人所呈交的毕业论文 设计 是我在导师的指导下进行的研究工作及取 得的研究成果 据我所知 除文中已经注明引用的内容外 本论文 设计 不 包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果 对本论文 设计 的研究做出重 要贡献的个人和集体 均已在文中作了明确说明并表示谢意 作者签名 陶林 日期 2016 5 4 毕业论文 设计 授权使用说明 本论文 设计 作者完全了解红河学院有关保留 使用毕业论文 设计 的规定 学校有权保留论文 设计 并向相关部门送交论文 设计 的电子版 和纸质版 有权将论文 设计 用于非赢利目的的少量复制并允许论文 设计 进入学校图书馆被查阅 学校可以公布论文 设计 的全部或部分内容 保密 的论文 设计 在解密后适用本规定 作者签名 陶林 指导教师签名 雷竞业 日期 2016 5 4 日期 2016 5 4 陶林陶林 毕业论文 设计 答辩委员会毕业论文 设计 答辩委员会 答辩小组答辩小组 成员名单成员名单 姓名职称单位备注 华静讲师工学院组长 雷竞业副教授工学院组员 刘玉福副教授工学院组员 谢鸿龄助教工学院组员 摘摘 要要 此次的毕业论文是对 4X300MW 火力发电厂的继电保护及防雷的保护进行的 设计 通过对火电厂提供的原始资料进行阅读 研究和根据实际情况下 根据 电力系统分析 电力系统继电保护等相关知识 在合理的选择短路点后准确的 计算出火电厂内非常重要部分的短路电流和火电厂所送电系统中重要部分的短 路电流 接着分析清楚整个系统中每个重要部分的故障 正常工作及其不正常 工作的状态 最后再根据之前所求得的短路电流对火力发电厂内的重要电气设 备配置相应的保护 在给电力系统继配置相应的保护时 必须满足基本的四性即 选择上的严格 性 要求上的速动性 灵敏度的较高性 必保上的可靠性 根据配置保护必须 满足的要求 本次毕业设计给发电机 电力变压器 母线重要的电气设备配置 了保护装置 防雷保护也是每个发电厂所必须设计的 在雷雨天电厂的很多设 备会因为雷击而被损坏 所以防雷保护也是每个发电厂所必须设计的 为了使 此火力发电厂能可靠 长久的运行和降低因厂内各种设备的损坏而造成的不必 要的经济损失 因此必须要分析和完善好整个系统的继电保护配置和防雷设计 关键词 关键词 短路电流计算 重要电气设备 保护配置 防雷设计 ABSTRACT The thesis is the design of the power plant protection and lightning protection 4X300MW conducted Based on the raw data provided by thermal power plants reading research and according to the actual situation according to the power system analysis power system protection and other related knowledge after reasonable alternative short circuit point accurately calculate the short circuit within the very important part of the Thermal Power Plant electrical short circuit current system is an important part of the current and the thermal power plant sent then analyzes the entire system for each fault clearly an important part of the normal work and its status is not working Finally based on the obtained before the short circuit current on fire important electrical equipment within the plant configuration corresponding protection When the power system to configure the following protection must meet four basic properties namely strict selectivity speed and mobility requirements high sensitivity a necessary reliability Depending on the configuration protection must meet the requirements of this graduation project to generators power transformers bus important electrical equipment protection device is configured Lightning protection is also necessary for each power plant designed in many devices will plant a thunderstorm because lightning is damaged so lightning protection is also necessary for each power plant design For this power plant reliable long term operation and reduce unnecessary economic losses due to damage to the plant caused by various devices It is necessary to analyze and improve the good relay protection and lightning protection design of the entire system Key words Short circuit calculation important electrical equipment protection configuration mine design 目目 录录 绪论 1 1 设计任务书 2 1 1 原始资料 2 1 2 设计任务 3 1 3 提交成果 3 2 短路电流的计算 4 2 1 短路电流计算的意义 4 2 2 短路电流计算的步骤 4 2 2 1 必须在同一基准容量下计算各元件的电抗标幺值 4 2 2 2 合理的选取短路点 5 2 2 3 火力发电厂内 d1 点发生了短路 6 2 2 4 火电厂内 d2 点发生了短时 系统中 7 2 2 5 火电厂内 d2 点发生了短路时 火电厂的内部 9 2 2 6 火力发电厂 d3 点发生短路时 9 3 发电机的继电保护 12 3 1 发电机保护的配置 12 3 2 发电机的差动保护 13 3 2 1 发电机相关参数 13 3 2 2 发电机的纵差保护 13 3 3 横联差动保护 17 3 3 1 整定计算 17 3 4 发电机的失磁保护 18 3 4 1 发电机的失磁原因及其危害 18 3 4 2 发电机失磁保护的要求及其保护原理 19 3 4 3 发电机失磁保护转子的判剧 20 第四章 母线的继电保护 22 4 1 母线的故障和继电保护类型 22 4 1 1 母线的故障 22 4 1 2 母线的保护类型 22 4 2 母线的差动保护 24 4 2 1 母线差动保护的原则 24 4 2 2 母线差动保护的整定计算 24 5 变压器的继电保护 27 5 1 变压器的故障类型 不正常运行状态及保护方式 27 5 1 1 油箱的内部故障 27 5 1 2 油箱的外部故障 27 5 1 3 变压器的异常状态 27 5 1 4 变压器的保护方式 27 5 2 变压器相应的保护原理及其整定计算 27 5 2 1 变压器的瓦斯保护 28 5 2 2 变压器纵差动保护 29 5 2 3 变压器复合电压启动的过电流保护 32 6 防雷保护的设计 35 6 1 雷电过电压的形成过程及其危害 35 6 2 电气设备的防雷保护 35 6 2 1 发电厂的保护 35 6 2 2 架空线路的保护 35 6 2 3 直配旋转电机的保护 35 6 3 防雷保护的措施 36 6 3 1 220kv 架空线路的防雷配置 36 6 3 2 变压器的防雷配置 36 6 3 3 机组厂房的防雷配置 37 6 4 架空输电线路的避雷线选择 38 6 5 非直配电机避雷器的选择 38 6 6 母线避雷器的选择 39 6 7 变压器避雷器的选择 40 总 结 42 参考文献 43 致 谢 44 绪 论 0 绪绪 论论 电力系统运行的要求是必须安全可靠 然而 电力系统的原件的数量是非 常之多 结构不相同 运行又非常复杂 覆盖的地域广泛 所以 受自然的条 件 设备以及人为的因素的影响 电力系统的在运行中 会发生多种故障和不 正常运行的情况 最常见的同时也是最危险的就是各种形式的短路故障 1 通过短路点的很大的短路电流产生的电弧 使元件遭受到的破坏 2 短路的电流流过非故障的元件 会由于发热造成其绝缘降低或者缩短 其使用寿命 3 部分地区电压降低的程度非常大 影响了其产品的质量 4 毁坏了电力系统并列运行的稳定性 引起了系统振荡 故障和不正常运行状态常常是难以避免的 但事故却是可以防止 继电保 护装置就是装设在每一个电气设备上 用来反映它们发生的故障和不正常运行 情况的区别 从而动作于断路器是跳闸或发出信号反映事故的自动装置 继电 保护装置的基本任务如下有 1 当电力系统发生了故障时 必须能自动 迅速 有选择地将有故障的 设备切除 保证系统中的其余部分迅速的恢复正常运行 防止故障进一步的扩 大 2 当发生了不正常的工作情况时 可以自动有选择的将信号上传给运行 的人员进行处理 或者切除那些继续运行会引起故障的电气设备 由此可见继电保护是任何电力系统中不可或缺的部分 所以在设计电气设 备的保护装置时 需要需要综合考虑以下几方面的因素 1 故障可能出现的几率及其产生的后果 2 电力系统的结构和运行的特性 3 经济上的合理性 4 电力系统近期的发展情况 5 国内外先进的成熟经验 红河学院本科毕业论文 设计 1 1 设计任务书设计任务书 1 11 1 原始资料原始资料 在某地区建有一个火电厂 该火电厂总共有 4 台发电机 单台发电机是装 机容量为 300MW 的汽轮发电机 此工程共有两期 前期的投入容量为 2X300MW 后期的投入容量为 2X300MW 电厂的所有功率 除去厂用电功率 使 用用长度为 150km 的 220KV 的双回的输电线路输送入到整个系统中 整个系统 的接线如图 1 1 所示 图 1 1 系统接线图 待设计的火电厂的母线所用的接线的方式是为 双母线的接线 详细的接 线如下图 1 2 所示 各元件的相关参数 火电站中的相关参数 MWG10041 85 0 cos 0138 d X 运放系统 X 0 18 待设计电厂中的有关参数 4X300MW 发电机的型号是为 QFSN 300 2 20 KVUN20 MWPN300 85 0 cos 156 0 d X 四台变压器 T1 T2 T3 T4 完全相同且的型号为 SFP10 24000 220 15 0 IKWP119 0 8 13 k U 系统中的所有输电线线路的单位阻抗均为 0 4 km 待 待设 设计 计火 火电 电厂 厂 4 4X X3 30 00 0M MW W 2 22 20 0k kv v L L1 1 6 60 0k km m 远 远方 方系 系统 统 X X 0 0 0 01 18 8 L L5 5 1 16 60 0k km m 火 火电 电站 站 4 4X X1 10 00 0M MW W L L4 4 1 10 00 0k km m L L2 2 1 15 50 0k km m L L6 6 1 12 20 0k km m T T1 1 L L3 3 8 80 0k km m 1 设计任务书 2 T T1 1 G G1 1 T T4 4 T T3 3T T2 2 G G4 4G G3 3 G G2 2 母联断路器 接 系 统 图 1 2 火电厂电气一次主接线图 1 2 设计任务设计任务 经过对发电厂厂内短路电流的的整定计算后 完成对火力发电厂中的 发 电机 变压器 母线进行继电保护的配置 还有对整个火力发电厂进行防雷的 设计 1 3 提交成果提交成果 提交最终的短路电流计算结果 论文 相应的图 红河学院本科毕业论文 设计 3 2 短路电流的计算短路电流的计算 2 1 短路电流计算的意义短路电流计算的意义 所谓短路 就是某相与大地发生了连接 或者是它们相与相之间发生了连 接 造成短路的原因主要是由于元件自身的老化 自然气象条件的恶化 在设 计 安装存在一些不合理的地方以及技术人员的操作不合理 一般的短路类型 有好几种单相接地 两相接地 两相相间短路 三相短路 其中电力系统中罪恶 力的短路为三相对称短路 我们在对系统进行保护设计时只要满足了发生三相 短路时的情况 那么其他的短路情况也同时满足了保护的条件 电力系统中导致电气设备毁坏的原因之一是由于短路 同时 还会破坏系 统的稳定性 导致片区停电给人们的生活造成影响以及会对通信造成干扰让我 们做出错误的判断从而可能对我们的人身安全有威胁 短路的计算给我们在对 配置保护的整定计算 接线的设计 系统的稳定性方面有了选择的依据 2 2 短路电流计算的步骤短路电流计算的步骤 2 2 1 必须在同一基准容量下计算各元件的电抗标幺值 取基准容量 基准电压 MVASB1000 KVUU avB 230 由原始资料可得 系统中的变压器 T1 火电站中的发电机 L1 线路 L2 线路 L3 线路 L4 线路 167 1 120 1000 100 14 1 N B kT S S UX 227 0 230 1000 604 0 2 1 2 1 22 10 1 av B L U S LxX 567 0 230 1000 1504 0 2 1 2 1 22 20 12 av B L U S LxX 378 0 230 1000 1004 0 2 1 2 1 22 40 4 av B L U S LxX 38 1 100 1000 138 0 4321 N B d GGGG S S XXXXX 302 0 230 1000 804 0 2 1 2 1 22 30 3 av B L U S LxX 2 短路电流的计算 4 L5 线路 L6 线路 火电厂中发电机 火电厂中的变压器 2 2 2 合理的选取短路点 此次共选取的三个短路点分别为 d1 d2 d3 各自的具体位置如下图 2 1 2 2 所示 图 2 1 系统中的短路点 605 0 230 1000 1604 0 2 1 2 1 22 50 5 av B L U S LxX 454 0 230 1000 1204 0 2 1 2 1 22 60 6 av B L U S LxX 52 0 300 1000 156 0 4321 N B d GGGG S S XXXXX 575 0 240 1000 100 8 13 100 4321 N BK TTTT S SU XXXX 待设计火电厂 4X300MW 220KV L1 60km 远方系统 X 0 018 L5 160km 火电站 4X100MW L4 100km L2 150km L6 120km T T1 1 L L3 3 8 80 0k km m d d1 1 d2 红河学院本科毕业论文 设计 5 图 2 2 电气主接线中的短路点 2 2 3 火力发电厂内 d1 点发生了短路 1 画出 d1 短路点的等值网络图及最简图 图 2 3 d1 点的等值网络图及最简图 2 进行短路电流计算 G1 0 520 575 G2 0 520 5750 52 G4 0 520 575 G3 0 520 575 d1 G G1 G2 G3 G4 0 501 d1 化简 T T1 1 G G1 1 T T4 4 T T3 3T T2 2 G G4 4G G3 3 G G2 2 母联断路器 接 系 统 3d 2 短路电流的计算 6 1 求出电抗值 2 经查 电力系统分析 附表中的运算曲线表可得 在 0 2s 时短路电 流的标幺值 3 d1 点的短路电流为 4 由于是双回线路 因此每条线路的短路电流为 2 2 4 火电厂内 d2 点发生了短时 系统中 1 画出 d2 短路点等值网络图及最简图 图 2 4 系统中 d2 点的等值网络图 图 2 5 系统中 d2 点的等值网络化简图 733 0 1000 85 0 300 4 501 0 sc X 230 1 70 0 75 0 253 1 336 1 73 0 75 0 253 1 G I KAIG359 4 2303 85 0 300 4 230 1 2 0 KAIII G 180 2 359 4 2 1 2 1 2 021 0 018 0 605 0 454 0 567 0 378 0 227 0 302 0 637 d2 0 623 0 454 0 567 0 378 0 227 0 939d2 红河学院本科毕业论文 设计 7 图 2 6 系统中 d2 点的最简图 2 进行短路电流的计算 1 求出电抗值 2 经查 电力系统分析 附表中的运算曲线表可得 在 0 2s 时短路电 流的标幺值 3 系统中 d2 发生了短路的短路总电流 KAIII G 850 3845 1015 2 s1 总 4 由于是双回线路 因此每条线路的短路电流为 514 0 1000 85 0 100 4 092 1 sc X 340 1 746 0 1 s I 735 0 30 135 1 713 0 740 0 34 1 35 1 740 0 s I 706 1 50 0 55 0 665 1813 1 514 0 55 0 813 1 1 G I KAIG015 2 2303 85 0 100 4 706 1 1 KAIs845 1 2303 1000 735 0 KAIII925 1 850 3 2 1 2 1 21 总 系统 火电站 0 7461 092 d2 2 短路电流的计算 8 2 2 5 火电厂内 d2 点发生了短路时 火电厂的内部 1 画出 d2 短路点等值网络图及最简图 图 2 7 火电厂内 d2 点的等值网络图及最简图 2 进行短路电流的计算 1 求出电抗值 2 经查 电力系统分析 附表中的运算曲线表可得 在 0 2s 时短路电 流的标幺值 3 火电厂内部 d2 点短路时的总电流为 4 由于是有 4 台发电机 所以每台发电机的短路电流为 2 2 6 火力发电厂 d3 点发生短路时 1 画出 d3 短路点等值网络图及最简图 397 0 1000 85 0 300 4 274 0 sc X 282 2 38 0 40 0 199 2297 2 397 0 40 0 297 2 总 I KAI520 14 2303 85 0 300 4 282 2 总 KAIIG630 3520 14 4 1 4 1 1 总 化简 G1 0 52 0 575 G2 0 52 0 575 G3 0 52 0 575 G4 0 52 0 575 d2 G G1 G2 G3 G4 0 274 d2 红河学院本科毕业论文 设计 9 图 2 8 d3 点的等值网络图 图 2 9 d3 点的最简图 2 进行短路电流的计算 1 求出电抗值 2 经查 电力系统分析 附表中的运算曲线表可得 在 0 2s 时短路电 流的标幺值 995 0 1000 85 0 300 3 940 0 1 sc X 0 0 9 94 40 0 0 0 5 52 20 0 G G4 4 G G G G1 1 G G 2 2G G3 3 1 1 3 32 21 1 系系统统 1 1 6 66 67 7 火火电电站站 d d3 3 184 0 1000 85 0 300 520 0 4 G X 784 0 1000 85 0 100 4 667 1 2 sc X 997 0 95 0 1 954 0 002 1 995 01 002 1 1 sc I 系统火电站 0 746 1 092 G1 0 575 0 52 G2 0 575 0 52 G3 0 575 0 52 G4 0 575 0 52 d3 2 短路电流的计算 10 3 火电厂内 d3 点短路时的电流为 4 d3 点短路时的总电流为 KAIIII scscs 087 7452 1 650 2 985 2 21 总 229 1 75 0 80 0 179 1 253 1 784 0 80 0 253 1 2 sc I 724 1 50 0 55 0 665 1 813 1 52 0 55 0 813 1 4 G I 757 0 321 1 1 s I 189 1 75 0 80 0 179 1253 1 757 0 80 0 253 1 s I KAIs985 2 2303 1000 189 1 KAI sc 650 2 2303 85 0 300 3 997 0 1 KAI sc 452 1 2303 85 0 100 4 229 1 2 红河学院本科毕业论文 设计 11 3 发电机的继电保护发电机的继电保护 3 1 发电机保护的配置发电机保护的配置 电力系统所占地位非常重要的设备之一就是发电机 它相当于人的心脏 同时发电机也是系统中十分昂贵的设备 系统的正常运行 用户的不间断的供 电以及在保证电能的质量等方面 都受到发电机是否能正常稳定的工作的影响 1 纵差保护 在发电机容量大于 1MW 的发电机的定子的绕组及其引出线也 会发生的相间的短路 故要装设纵差保护 2 定子绕组接地保护 直接的连接在母线上的发电机 定子的绕组单相的 接地故障 在单相接地的故障情况下 若短路后的电流在可能会大于允许值时 要配备在发生了接地时有良好的选择性 像这样的发电机 变压器组 容量 在 100MW 以下的 根据要求保护区不能小于 90 的定子的接地的保护 而容量 在 100MW 以上的 保护区为 100 的定子的接地保护 保护要有时限的动作信号 并动作于跳闸 表 3 1 发电机定子绕组发生单相接地时的故障电流的许可值 发电机额定电压 KV 发电机额定功率 MW 接地电容许可值 A 6 350 4 汽轮发电机50 10010 5 水轮发电机10 100 3 汽轮发电机125 20013 8 15 75 水轮发电机40 225 2 18 20300 6001 3 发电机的外部 发生了外部的短路时的相间的短路的保护 4 横差保护 能反映发电机定子绕组之间所发生匝间短路情况 横差保护适用于 定子的绕组是采用了星型连接 每相都有并联分支同时中性点侧又是有分支的引出端 300MW 的发电机 在条件允许的情况下一定要装设双重化的横差保护 5 定子绕组的过负荷保护 对于对称的负荷所造成的定子绕组电流过大的 应要 3 发电机的继电保护 12 装设接于 一相电流的定的子绕组的过负荷的保护 6 失磁保护 因励磁不足或励磁消失引起的不正常状态 它一般都是不允许失磁 运行 所以要在自动灭磁开关 连锁的时候断开断路器 采用半导体励磁和 100MW 及 其以上 采用电动机来产生励磁的发电机 都必须要增设能够直接反应出 在发电机 出现了失磁的情况下各相关的电气的参数变化的专用的失磁的保护 3 2 发电机的差动保护发电机的差动保护 3 2 1 发电机相关参数 表 3 2 300MW 汽轮发电机的主要参数 型号QFSN 300 2 20 型 额定功率 MW 300 额定电压 KV 20 额定电流 A 10190 额定功率因数0 85 额度转速 r min 3000 额定励磁电压 V 426 额定励磁电流 A 2030 空载励磁电压 V 180 发电机零序阻抗的标幺值 fo X0 095 发电机的视在功率 M N SVA 352 3 定子接线Y Y 3 2 2 发电机的纵差保护 纵差保护是发电机定子绕组及引出线相间短路的主保护 它除了要能够迅速和灵 敏度地切断内部的故障之外 与此同时还需要能在电动机在正常的运行 保护范围之 外的情况下 确保能选择性动作及工作上的可靠 在保护的范围之内发生了相间的短 路时 要能够很快的把断路器断开及切断自动的灭磁开关 在正常情况及电动机外部 短路的时候差动继电器中没有电流通过 差动继电器不会动作 其一相差动保护原理 图 3 1 所示 红河学院本科毕业论文 设计 13 图 3 1 发电机单相差动保护原理图 比率制动式差动保护原理 如果是在保护范围外发生短路时 制动的电流所发生 的大小变化 是根据其在外部短路的电流大小的变化而相应进行变化 原理如图 3 2 所示 图 3 2 比率制动式纵差保护原理图 比率制动式纵差保护的动作的区域如图 3 3 所示 1 I 2 I 1I 2I d I 1 I 2 I d I 1 W 2 W 3 W 动作 制动 2TX 1TX 3 发电机的继电保护 14 图 3 3 比率制动式差动保护特性曲线 启动电流 拐点电流 制动电流 mind I minres I res I 从图我们可以看此种保护 相较于一般类型的差动保护相比较而言 它引入了拐 点的电流和其启动的电流这两种 它的制动已经不是过在一有微小的差动电流就会启 动差动继电器 而是要必须达到它的启动电流后 它才会根据电流的大学开始判别是 否动作于跳闸 这样也就可以避免因 TA 误差而导致的不正确动作的情况 它的灵敏度 和一般了差动保护的比较有了进一步的提高 然而 对于在外部发生短路的这种情况 继电器制动电流又是可以随外部短路短路电流的变化而发生相应的变化 来保证继电 器总不会误动 3 2 3 进行整定值的计算 通过上面的分析可知需要对 进行整定计算 mind I minres IK 1 的整定 按躲开发电机在额定状态下 流过差动继电器中的不平衡电流来 mind I 进行整定 3 min12 II drelerer IK 1 式子中 可靠系数 取 rel K1 5 2 保护发电机两侧的 TA 变比误差产生的差流 取 1er I0 06 gn I 保护两侧的二次误差产生的差流 取 2er I0 1 gn I 发电机额定电流 gn I 一般取为 res I d I 动作区 制动区 d min I minres I AB C tanK 红河学院本科毕业论文 设计 15 3 min 0 3 dgn II 2 min 10190 0 30 31273 75 2400 dgn IIA 2 的整定计算 minres I min 0 5 1 0 I 10190 0 5 1 0 2400 636 88 1273 75 resgn I A 3 制动系数 和制动线的斜率的整定计算 发电机外部不正常运行时所产生 res KK 的与差动继电器中的可以确定特性曲线 C 点 并可以近似为 maxk I maxunb I 3 max max max max 0 1 0 1 npnpstk unb resnpst kk K K K I I KK K II 3 式子中 非周期分量 取 np K1 5 2 TA 的同型系数 取 0 5 st K 在 0 260 45 之间 对于完全差动保护 可以取 0 3 而不完全差动保 res K res K 护 可以取 res K4 0 3 0 特性曲线的斜率 3 max min min min unbd kres II K II 4 在发电机发生了外部故障时 为了躲过 此时 C 点的电流值为 maxunb I 3 max max 0 1 0 1K drelfk IKI 5 式子中 可靠系数 取 rel K5 1 3 1 暂态特性系数 取值 f K1 0 05 0 最大动作电流 maxd I 则有 max 105180 43 285 2400 k IA 在实际的计算一般的取值范围是 在这里我们取 res K4 0 3 03 0 res K 3 发电机的继电保护 16 则 0 3 43 82512 96 set IA 4 灵敏度系数的校验 85810 2 75 12 986 2400 sen K 3 3 横联差动保护横联差动保护 在定子绕组一相的匝间发生了短路的情况时 然而 一般的纵差动保护是 反应不了的 但对于这样的短路如过没有快速处理 就会使得故障点的温度就 会上升很多 破坏绝缘受损 这样就很有可能发展成了相间的短路或单相之间 的接地故障 造成发电机的严重的损坏 所以 在对于大型的发电机上 都要 求必须装设定子的匝间的短路保护 若采用的是双星形的接线 而中性点又是 引出了 6 个端子的方式 一般都是要求装设单元件式的横联差动保护 可是在转子回路的两点接地时 横联的差动保护有可能是会误动作的 但 不必在转子回路发生了两点的接地时就去闭锁保护 在投入了两点的接地保护 的同时 保护应该切换至带 0 5 1S 的延时后再去动作于跳闸 这样就可以防 止转子回轮因为偶然性的两点的接地时引起的横联的差动保护误动作情况 在双星型的中性点间加装 TA 作为横联差动电流继电器的电流源 发电机的 正常运行或是保护以外的短路情形 差动的继电器中是没有电流的流过的 因 此是不会动作的 但是 在定子的绕组的同一分支的匝间发生了短路的情况时 短路的分支的三相的电流有了偏移 于是在两中性点之间就有了电流的流过 在当差动的继电器中的电流值大于了设定的动作的电流值时 就会动作与跳闸 红河学院本科毕业论文 设计 17 图 3 4 单元件横差保护原理图 3 3 1 整定计算 动作值应按躲过外部短路时的最大的不平衡电流和装置对高次谐波的滤过 比来进行整定 1 三次谐波的滤过比在大于等于 10 时 继电器的整定电流值为 3 TA N act n I I 3 0 2 0 6 式子中 发电机额定电流 N I 电流互感器变比 TA n 所以 0 2 0 3 10190 2400 0 0 849 1 274A act I 2 进行灵敏系数的校验 灵敏系数的大小 用保护的动作死区占整个绕组 的百分比的多少来进行表示 3 7 0 0 3 f I X 式子中 发电机零序电抗 fo X 发电机动作的死区所占的比例 0 3 act II 3 8 B f0 0 S X X f S KD 信号 A B C a1a2 b1b2c1c2 3 发电机的继电保护 18 式子中 S 发电机的视在功率为 352 3MV A 100 B SMV A A 所以 100 a1 274 0 095100 34 4 352 3 可以看出 死区的大小关系与动作值得大小成正比 所以要使保护死区变 小 需要降低 3 次谐波中的不平衡的电流 3 动作时间整定 在励磁回路还没有发展为接地故障的的情况时 横联差 动保护就会瞬间跳闸 倘若在励磁回路中发生了一点的接地时 需要要将横联 差动的保护延时 0 51 0s 之后才可以跳闸 以预防励磁回路由于偶然性的瞬 间的两点的接地时而发生的不正确动作的情况 3 4 发电机的失磁保护发电机的失磁保护 3 4 1 发电机的失磁原因及其危害 发电机在运行过程中 会出现全部的或部的份失去励磁的这两种情况 其 原因大致的可分为下面几个原因 1 励磁的回路是处于断开 励磁的绕组出现了断线情况 如 灭磁的开 关 接触器的不正确的跳闸 磁场的变阻器的接头是接触不良 励磁的回路出 现了开路 以及其中的一部份元件出现了老化 开焊等情况 2 励磁的绕组的持续的发热 造成了绝缘的损坏从而导致了接地短路 3 系统振荡 功率发生了严重的不平衡的现象 系统不但没有发出来无 功 还吸收了大量的无功的负荷 在静稳定遭到了破坏后 发电机的机组就将 会抢无功 原动机的系统的失灵也是会所引起发电机失去了平衡 进而引起振 荡 失磁跳闸 4 运行人员的不正确调整 如 调节器的运行方式的不合理 在投退操 作开关的过程中的失误 调整的得不够及时等等 发电机在出现失磁后 向电网送出的有功减小 而转速在迅速的提高 它 会从电网中吸取大量的无功 造成电网的电压有所下降 而在电压降低得比较 过大的时候 系统就会变得不在是稳定的 引起了电网的振荡 电压的崩溃这 些等从而导致大范围的停电现象 发电机本身来说 其端部的铁芯温度过高时 铁芯会被损坏 轴瓦会因为振动过大而被破坏 红河学院本科毕业论文 设计 19 3 4 2 发电机失磁保护的要求及其保护原理 发电机的失磁保护的要求应该满足以下几点要求 1 发电机尽管失磁 但是 失磁后在未对发电机和电力系统尚未形成危害 的情况下 也要能够即时的发出相应的信号 2 若是发电机发生了失磁后 对发电机和电力系统安全运行有了威胁时 保护要能即时动作于跳闸 3 在发电机的外部故障或是电力系统震荡 自同期并列等这些不正常运行 状态下 保护要能够不误动作 发电机的失磁保护的原理接线图如下图 3 5 所 示 根据保护原理图可知 阻抗元件 母线低电压元件和闭锁元件 构成了发 电机的失磁保护 组成元件各自的作用分别是 阻抗元件用是用于失磁故障 母线低电压元件的作用是用于监视母线的电压变化 来保证系统的安全 闭锁 元件的作用是用于保护装置在外部短路 系统震荡的情况 在自同步和电压的 回路断线等情况下保护要能正确的动作 在失磁后母线的电压低于整定值时 失磁保护要带有时限的动作于断路器跳闸 当母线的电压未不大于等于给定的 许可值时 保护要带时限地动作于信号 同时还要动作于切换励磁回路和自动 减出力 图 3 5 发电机失磁保护原理图 3 4 3 发电机失磁保护转子的判剧 只要是发电机出现了失磁 就会出现励磁绕组的电压的的变小 由于失 f u G KZ KS KV KTKCO TA 信号 QF跳 灭磁 TV 3 发电机的继电保护 20 磁方式的有所不同 所以励磁绕组的电压降低的幅值也是不相同 发电机的 f u 励磁绕组的电压的变化是对失磁保护整定计算的主要依据 其整定方式主要 f u 有两种 1 如果发电机的转子的整定值在不变时 就可以根据转子欠电压继电器来 对发电机的失磁保护进行整定计算 即 3 0 0 8 f setf uu 9 式子中 空载励磁电压 0f u 根据发电机的参数得 0 150 f uV 所以 0 0 80 8 150120 f setf uuV 在整定值不变的情况下 当发电机所输出的有功功率值比较大的时候下发 生了部分失磁时 其测量阻抗可能已经不在静稳边界 然而 此时的还是大 f u 于其动作值 故在这样的情况下保护不会动作 基于这种原因现目前一般都是 采用以有功负荷下静稳边界下所对应的励磁电压来进行整定值得确定 1 根据整定值随着有功功率发生相应的变化 来进行整定值的计算 如果在某一时刻发电机出现了失磁的情况 并且此时的有功又是为 P 这 时会有一个与之相对应的达到静稳态的边界 所胃的整定值随有功功率的改 f u 变的转子判据 就是在有功功率 P 发生变化的同时 整定值以会随着发生相适 应的变化 发电机有功功率 P 为 3 sin qs d E U P X 10 式子中 跟发电机相连接的无穷大的电源的母线电压 S U dds XXX 发电机的同步电抗 d X 发电机与母线之间的连接阻抗 s X 在发电机出现了失去励磁后 会使得发电机的变低 正是由于的变小 f u f u 所以会引起励磁电流的变小 同时它的感应电动势也是会随着降低 在静 f i q E 红河学院本科毕业论文 设计 21 稳极限时 度 此时 表示极限的意思 用其标幺值90 lim d q s PX E U lim 时则有 所相对应的静稳态的极限的励磁电压 则 1 s U limq E lim limfq uE 3 limfd uPX 11 4 母线的继电保护 22 4 母线的继电保护母线的继电保护 4 14 1 母线的故障和继电保护类型母线的故障和继电保护类型 4 1 1 母线的故障 母线上的短路的故障可能是接地的故障 相间的短路故障以及多种类型的 故障的混合 输电线路的故障的类型的比例与母线的有所不同 在输电线的短 路故障中 最容易发生而且发生得最多的是单相间的接地短路 根据相关的统 计了解到单相的接地短路大约占了总的故障的百分之八十以上 母线故障的发 生 绝大部分都是因为绝缘子的绝缘受到了破坏后像大地发生了放电 一般母 线故障的初始时期其大部分都是表现为单相的接地故障 但是 由于短路的电 弧的会不断的移动 这样原来的单相接地故障就可能会发展成为两相的接地短 路或者是三相的接地短路 究其原因母线故障的主要有两点 1 母线的绝缘子 断路器的套管以及电流互感器 电压互感器的套管的绝 缘子的闪络或其损坏 2 运行人员的一些不合理操作 比如 带地线进行了错误的合闸 在带负 荷的情况下就断开隔离开关等 4 1 2 母线的保护类型 通常我们一般都不会去给母线单独的去配置保护 而用向它供电的元件的 保护装置去切除母线上所发生的一些故障情况 1 利用发电机的过电流保护来切除其母线的相应故障 在母线与系统的电气距离比较远 并且就算母线发生了故障也不至于对整 个系统的稳定性 供电的可靠性带来非常大的威胁时 一般可以不用配备专用 的母线的保护 而是例如一些供电元件的后备保护来切除母线上的故障 1 当发电厂的接线是其采用的单母线的接线方式 且线路的对侧又是没有 电源的时候 我们就可以利用其发电机的过电流保护 使发电机的两旁的断路 器跳闸以此来达到将故障切除的目的 下图4 1为用发电机的过电流保护来切除 其母线上的故障的原理图 红河学院本科毕业论文 设计 23 图4 1 利用发电机的过电流保护切除故障 2 对于降压的变压所 低压侧的线路是为其反馈的线路时 母线正常运行 时又是期分开运行的 对于这样的母线的故障 就可由相应的变压器的过电流 保护 利用其变压器的两旁的断路器跳闸来达到切除故障的目的 下图4 2是用 变压器的过电流保护切除其母线的故障原理图 图4 2 利用变压器的过电流保护切除故障 2 利用系统中的其他的电气设备所配置的保护的后备保护来切除其故障 如下图所示的双侧电源网络中 我们就可以利用保护1或者2的限时电流速 断保护 来切除母线在K点所发生的短路 I KT k I KT k 电源 4 母线的继电保护 24 图4 3 利用其他保护的过流保护切除故障 以上这些保护方式简单 经济 但是 切除故障的时间一般都是较长的 对于单母线的分段接线 或者采用的是双母线接线的 以上这些方式都不是绝 对的可靠 因为他们在这样的情况下不能有选择性地切除故障的母线 对于高 压的电网来说更有可能满足不了 系统在稳定性和运行上的要求 因此本次设 计是需要配置专用的母线的保护 4 24 2 母线的差动保护母线的差动保护 4 2 1 母线差动保护的原则 一般情况下都是采用其差动保护来对母线进行的保护 因为差动保护是可 以快速且有选择地切除母线所发生的故障 母线上都是会连接上一些基本的电 气元件 所以我们在给母线配置保护时 母线所连接的基本元件都需要考虑进 去 进行整定时需要满足以下三点 1 在母线没有故障的情况下 在母线上所有的连接元件中均满足 流入的 电流等于流出的电流 0 pi I 2 在母线出现了故障时 全部能提供短路电流的元件都会向故障点提供其 相应的短路电流 或者是流出残余的负荷电流 即 pik II 3 当从每个连接的元件的电流的相位来看 在正常运行 外部发生了故障 的情况下 电流流入的元件与电流流出的元件中电流相位是相反的 而母线发 生故障的时候 除去为零的元件外 其他元件中的电流基本是同相位 4 2 2 母线差动保护的整定计算 1 动作的电流要大于外部故障的情况下 所产生的最大的不平衡的电流 在全部的TA都是按10 的误差曲线来进行选择的 同时是差动的继电器是用速饱 1QF 2QFI k 12I 红河学院本科毕业论文 设计 25 的铁芯的继电器时 则其动作电流为 4 1 max max 0 1 k r setrelunbrel TA I IKIK n 上式中的 可靠系数 取值1 3 rel K 在母线范围外的任何一个连接元件上发生短路时 maxk I 流过差动保护的TA一次侧的最大的短路电流 母线保护作用TA的变比 TA n 由式 4 1 所以 0 1 3 8500 501 1 3 r set TATA I nn 2 因为在其母线的差动的保护中 电流的回路中所连接的元件是非常之多 的 而且接线又是其特别的复杂 所以TA的二次回路出现其断线的概率是很大 的 基于这样的原因以避免在其正常运行的情况下 因任一TA的二次回路的断 线所引起的保护的装置的不会发生误动作的情况 故动作电流值需要按躲开任 一连接的元件中的最大的负荷电流 即 max L I 4 TA L relsetr n I KI max 2 由于最大负荷电流为 KA U P I N N L 926 0 85 0 2203 300 cos3 max 由式 4 2 所以 TATA setr nn I 204 1 926 0 3 1 3 进行灵敏度校验 在保护的范围发生了其内部的故障的情况下 需要采用下式来其进行灵敏 的度系数的校验 即 4 TAsetr k sen nI I K min 4 母线的继电保护 26 3 式中 母线上发生故障的时候 最小的短路的电流的门槛值 故 min k I 158 4 926 0 850 3 min TAsetr k sen nI I K 因为 4 158 2 所以满足灵敏度要求 红河学院本科毕业论文 设计 27 5 变压器的继