200mw发电机变压器组继电保护设计

沈阳工程学院毕业设计（论文）引言电力系统继电保护的设计与配置是否合理会直接影响到电力系统的安全运行，所以必须合理地选择保护配置和进行正确的整定计算。本次设计要求为200MW发电机变压器组配置继电保护和自动装置，目的为通过本次设计，进一步加深对所学知识的理解，以及理解保护与保护之间的配合问题。大型发电机的造价昂贵，结构复杂，一旦发生故障遭到破坏，其检修难度大，检修时间长，要造成很大的经济损失。例：一台200MW汽轮发电机，因励磁回路两点接地使大轴和汽缸磁化，为退磁停机一个月以上，姑且不论检修费用和对国民经济造成的间接损失，仅电能损耗就近千万元，大机组在电力系统内占有重要地位，特别是单机容量占系统容量很大比例的情况下，大机组的突然切除，会对电力系统造成很大的扰动。另外，大型汽轮发电机的起停特别费时、费钱，以停机78小时的热起动为例：200MW发电机组就得需要7小时。因此，非必需的情况下，不要使大型发电机组频繁起动，更不要轻易紧急突然停机，这就对继电保护提出了更高的要求，所以在配置继电保护和自动装置时，要充分考虑各方面的因素，力求继电保护和自动装置准确、可靠、灵敏。 第1章 继电保护的配置1.1 概述200MW发电机组造价昂贵，结构复杂，一旦发生故障，其检修难度大，时间长，将造成较大的经济损失。因此，在考虑200MW机组继电保护的总体配置时，应最大限度地保证机组安全和缩小故障破坏范围，尽可能避免不必要的突然停机，对某些异常工况采用自动处理装置，特别要避免保护装置的误动和拒动，这样不仅要求有足够的的可靠性、灵敏性、选择性和快速性，还要求继电保护在总体配置上尽量做到完善、合理，避免繁琐、复杂。200MW机组保护装置可分为短路保护和异常运行保护两类。短路保护是用以反应被保护区域内发生的各种类型的短路故障，为了防止保护拒动或断路器拒动，设主保护和后备保护。异常运行保护是用以反应各种可能给机组造成危害的异常工况，不设后备保护。为了满足电力系统稳定方面的要求，对于200MW发电机变压器组故障要求快速切除。为了确保正确快速切除故障，要求对200MW发电机变压器组设置双重快速保护。各保护装置动作后所控制的对象，依保护装置的性质、选择性要求和故障处理方式的不同而不同，对于发电机双绕组变压器，通常有以下几种处理方式：全停：停汽机、停锅炉、断开高压侧断路器、灭磁、断开高压厂用变压器低压侧断路器、使机炉及其辅机停止工作。解列灭磁：断开高压侧断路器、灭磁、断开高压厂用变压器低压侧断路器。解列：断开高压侧断路器。减出力：减少原动机的输出功率。发信号：发出声光信号或光信号。母线解列：对双母线系统，断开母线联络断路器，缩小故障波及范围。1.2保护配置依据继电保护和安全自动装置技术规程 1. 对300MW及以上的汽轮发电机组，应装设双重快速保护， 即装设发电机纵联差动保护、变压器纵差动保护和发电机、变压器共用纵联差动保护。2. 发电机变压器组：对100MW及以上的发电机，应装设保护区为100的定子接地保护。3. 对于定子绕组为星形联接，每相有并联分支且中性点有分支引出端子的发电机，应装设单继电器式横差保护。4. 200MW及以上的发电机应装设负序过电流保护和单元件低电压起动的过电流保护，当灵敏度不满足要求时，可采用阻抗保护。5. 对于200MW及以上汽轮发电机宜装设过电压保护。6. 对过负荷引起的发电机定子绕组过电流，应装设定子绕组 过负荷保护。7. 发电机转子承受负序电流的能力，以I2tA为判据，其中I为以额定电流为基准的负序电流标么值；t为时间(s)，A为常数。对不对称负荷，非全相运行及外部不对称短路引起的负序电流，应装设转子表层过负荷保护。8. 100MW及以上A0.35A2、比率制动系数的选择：以最大外部短路电流下流过继电器的动作电流Idz=KkKzqKtXfiIdmaX计算，此时，制动电流：Izd=IdmaX又因为：Kzd=Idz/Izd所以Kzd= KkKfzqKtXfi =1.310.50.1=0.065LCD-7制动系数有0.2、0.3、0.4 选Kzq=0.20.0653、灵敏系数校验：Klm=Idjmin/Idzj=2.037/0.8492.42灵敏度满足要求。6.2 发电机横差保护(LCD-6)1、继电器的动作电流：保护动作电流按躲过外部短路故障时最大不平衡电流及装置对高次谐波滤过比的大小整定。在本设计中根据经验公式整定计算。Idzj=0.2Ief/nl nl一般取用于发电机横差保护的电流互感器的变比，取0.25Ief/5。 则：Idzj=0.25/0.25=4继电器的动作电流档有1A、2A、4A、8A 取Idz=4A2、灵敏系数校验：=3I04Xf0=0.2548.81%=8.81%其中3I0Idzj，取0.25。另外，因为保护死区随着整定值的增大而增大，所以为了减小保护死区，应经过3次谐波滤过器，尽量减小3次谐波不平衡电流。6.3 主变压器纵差保护1、保护整定原则：具有谐波制动的变压器纵差保护的整定计算，主要是确定防止外部短路时误动作的比率制动特性，即最小动作电流Idzjmin时制动曲线的转折点Idz0和制动系数Kzd。2、最小动作电流：在最大负荷下，差动保护不应误动作，即继电器的最小动作电流Idzjmin必须大于最大负荷时的差动回路的不平衡电流Ibpfh，即IdzjminIbpfh最大负荷条件下差动回路的不平衡电流Ibpfh取0.2Ie则Idzjmin=0.2Ie=0.2395.9=79.18A3、制动系数的选择：外部故障时的制动电流Izd=2Idmax外部故障时,变压器差动回路中的不平衡电流即为继电器的动作电流Ibp=Idz=(Ktxfi+U+fph)Idmax，考虑一定的裕度，则Kzd=Kk(Ktxfi+U+fph) /2=1.3(10.1+0.05+0.05)/2=0.13继电器的制动系数有0.4、0.5、0.6取Kzd=0.44、灵敏度校验：Klm=Id(2)min/Id25、制动线圈的接法：用和差变流器的一个线圈接于负荷侧，外部故障时有制动的作用，内部故障时无制动作用，使保护具有较高的灵敏度。6、保护参数的计算结果如下表所示：表3-1保护参数的计算结果变压器容量(MVA)360额定电压(KV)52518一次额定电流(A)395.511547电流互感器的变比600/512000/5电流互感器的接线Y二次额定电流(A)5.7144.81自耦变流器变比1.19自耦变流器FY-1装于高压侧6.4 变压器的瓦斯保护1、轻瓦斯继电器按气体的容积整定，动作于发信号。将轻瓦斯的动作值整定为：Vdz=250cm32、重瓦斯继电器按导油管中的油的流速整定，动作于跳闸。为了消除变压器外部故障时穿越故障电流的影响，将重瓦斯的动作值整定为：Vdz=1.1m/s6.5 变压器高压侧零序保护零序电流互感器接于变压器中性点上，零序电流保护的整定值为：Idz=IeB/3=359.5/3=119.8A能满足100%误差要求。互感器取变比为200/5Idz=119.8/(200/5)=3A灵敏度校验合格6.6 阻抗保护Zdz=Kk(ZB+KzZdzl)Zdzl不知所以没法计算。6.7 发电机定子单相接地保护(LD-1A)取基波电压为15V即满足要求。6.8 励磁回路接地保护一点接地保护带时限动作于发信号，两点接地保护带时限动作于停机。6.9 发电机定子绕组对称过负荷保护1、定时限部分对称过负荷保护的动作电流：Idz=KkIef/Kh=1.0511.32/0.85=13.98KA继电器的动作电流：Idzj=Idz/nl=13980/(12000/5)=5.825At=315s动作于信号2、反时限部分：反时限部分的动作时间由发电机的过负荷能力确定的。其整定公式为：t=K/It*2-(1+)6.10 发电机定子非对称过负荷保护1、定时限部分：定时限部分的动作电流：Idz=KkI2/Kh保护动作延时59s动作于发信号。2、反时限部分：按发电机允许负序电流的能力整定，满足I2*2t6即可。其中I2*为定子绕组负序电流标么值。6.11励磁回路过负荷保护1、定时限部分：定时限部分的动作电流：Idz=KkIlL/Kh=1.051.11850/0.85=2513.8AIlL是正常运行最大励磁电流，取1.1倍额定励磁电流。(2)、反时限部分：反时限部分的励磁时限按发电机励磁绕组的过负荷能力确定，其整定公式：t=K/Il*-(1+)6.12 发电机的失磁保护(LZ-1A)1、阻抗元件整定计算：按异步边界圆整定Xa=-XdUe2nl/(2Senyf)=-26182120000.1/(2100353185)=-1.59Xd=-Kk XdUe2nl/(Senyf)=-1.2224182120000.1/(100353185)=-329电流互感器变比取12000/5电压互感器变比取18/0.1高压侧母线电压互感器变比取500/0.12、电压元件整定：保护动作电压：Udz=0.75Ueh/nyh0.755000.1/500=0.075KV3、励磁低电压闭锁元件整定：Udzfl=Px(Xs+Xd)Ufd0由于Ufd0未知所以无法计算。4、负序电压闭锁元件的整定：Udz2=0.5518=0.99KV时间延时返回时间为810s。5、保护动作时间：阻抗元件和母线低电压元件均动作，经t=0.5s动作于解列灭磁。阻抗元件动作，并经过t2动作于励磁切换或减少出力，经t3动作于解列灭磁。t2按躲过系统振荡的要求整定，t3按发电机允许的异步运行时间整定。6.13 逆功率保护1、保护的动作功率：Pdz=0.2Pe0.02200=4MW2、时限整定：保护的动作时限经t1=1.5s动作于发信号，经t2100180s动作于解列灭磁，t2按汽轮机允许的断汽运行时间整定。6.14 发电机过电压保护对于200MW及以上汽轮发电机，宜装过电压保护，其整定值根据定子绕组的绝缘状况而定。1、保护动作的电压整定：Udz=1.3Ue1.318=23.4KV2、动作时限：t=0.5s6.15 过激磁保护U*/f*=1.051.2时，动作于发出信号；U*/f*=1.251.3时，经5s后动作于跳闸。其中U*为变压器工作电压标么值，f*为率频标么值。6.16 发电机的非全相运行1、动作电流：负序电流元件的动作电流Idz按发电机允许的持续负序电流下能可靠返回的条件整定。Idz2=If2/Kh=0.0711.32/0.9=0.88KA If2取0.07Ief。2、动作时限：经t=0.5s后动作于解列。结 论本次设计主要包括电厂的大型发电机保护、变压器保护、短路电流计算、整定计算。概括来说，首先根据设备的容量、型号等相关资料分析可能出现的故障问题；其次根据保护的配置原则，确定该设备所需要的保护；然后通过查询电气工程设计手册进行整定计算；最后根据计算结果选择最具可靠性、安全性、动作最灵敏的保护继电器。继电保护整定计算是电力系统生产运行中一项重要的工作。随着电网规模的不断扩大，电网结构日趋复杂，电力系统整定计算的工作量和复杂程度也越来越大。在本次毕业设计的过程中，通过查阅相关书籍，使我对保护的原理有了更深的理解，扩充了我的知识；在画系统图时，通过请教同学和老师，使我更加熟练的运用AutoCAD软件画出了规范的系统总图。从总体上来说，我对自己的成果还是比较满意的，基本上达到了老师的要求。这段时间我翻阅了许多的书籍，从对电厂的生疏，到了解，再到深入研究，使我第一次完成了一件实际应用的设计。不过由于本人经验、阅历、实际操作能力有限，难免存在一些不尽人意的地方请各位老师指点。 致 谢本次毕业设计论文是在我的辅导老师郭永树的悉心指导下完成的。他严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到论文的最终完成，郭老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持，在此谨向郭老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。经过近两个月的忙碌，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以及同学们的支持，想要完成这个设计是很困难的。 在这里首先要感谢我的指导老师郭老师。他平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从查阅资料，设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计等整个过程中都给予了我悉心的指导。其次要感谢和我一起作毕业设计的同学，他们在本次设计中帮我解决了很多困难。最后还要感谢大学三年来所有的老师，为我们打下专业知识的基础；同时还要感谢所有的同学们，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们！参考文献1 韩笑、宋丽群.电气工程专业毕业设计指南 (继电保护分册)、第二版，北京：中国水利水电出版社，20082 李光琦.电力系统暂态分析、第三版，北京：中国电力出版社20073 张保会、尹项根.电力系统继电保护，北京：中国电力出版社，20054 刘增良、刘国亭.电气工程CAD、第二版，北京：中国水利水电出版社，20075 卓乐友.电气工程设计手册，北京：中国电力出版社，19896 崔家佩等.电力系统继电保护与安全自动装置整定计算，北京：中国电力出版社，19937 为群、陶然.继电保护自动装置及二次回路、第二版，北京：中国电力出版社，20068 周秉功.继电器选型手册，机械工业出版社，19989 于永源、杨绮雯.电力系统分析（第三版），北京：中国水利水电出版社，200710许建安.继电保护整定计算,北京：中国水利水电出版社,200111吕继