山东电力高等专科学校毕业设计论文.docx
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山东电力高等专科学校毕业设计论文
山东电力高等专科学校毕业设计论文
2×150MW发电机--变压器组继电保护设计
姓名：
班级：
发电05-2
学号：
06
前言
本设计为山东电力高等专科学校2008级电气工程及自动化专业的《电力系统继电保护》课程设计，设计题目为：
2×150MW发电机变压器组继电保护设计。
一、毕业设计的目的：
毕业设计是学校教育中的最后一个教学环节，学生在完成了基础理论课和专业课学习及校内外实习之后，通过毕业设计，能使学生将理论与实践有机地结合起来，进一步巩固所学知识，综合运用所学理论和技能解决实际工程问题的能力得到锻炼。
通过继电保护毕业设计加深学生对继电保护知识的理解和掌握，增强识图和绘图能力，提高独立分析问题、解决问题的能力，培养学生对待工程技术问题严肃认真的科学态度，为尽快适应将采所从事的工作打下良好的基础。
二、继电保护设计要求：
电力系统继电保护设计是根据系统接线图及要求选择保护方式，进行整定计算，电力系统继电保护的设计与配置是否合理直接影响到电力系统的安全运行。
如果设计与配置不当，保护将不能正确工作，会扩大事故停电范围，造成人身和设备事故，给国民经济带来严重的恶果，因此，合理地选择保护方式和正确地整定计算，对保证电力系统的安全运行有非常重要的意义。
选择保护和自动装置时应符合可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求，还应综合考虑：
a、电力设备和电力网的结构特点和运行特点。
b、故障出现的概率和可能造成的后果。
c、电力系统近期发展情况。
d、经济上的合理性。
e、国内外的经验。
应力求采用最简单的保护装置，保护方式要满足电力网结构和厂站主接线的要求，并考虑电力网和厂站运行方式的灵活性。
三、设计内容：
根据设计任务书的要求，综合运用所学专业知识，查阅参考资料，配置继电保护及自动装置，并整定计算，具体内容加下：
1、配置发电机-变压器组的保护装置及自动装置.
2、选择保护装置型号及整定方法。
3、计算保护装置整定所需短路电流。
4、保护装置的整定计算。
5、绘制保护配置图及原理展开图。
6、整理说明书计算书.
7、毕业答辩
第一部分设计任务书
一、设计题目
2×150MW发电机-变压器组继电保护设计。
二、设计要求
为某电厂2×150MW发电机-变压器组继电保护装置进行整定计算。
三、原始资料
1、电气主接线见附图。
2、基准值设定
⑴、基准容量：
Sj=1000MVA
⑵、基准电压：
选择平均额定电压
⑶、基准电流：
220kV：
Ij=1000∕
*230=2.51KA
35kV：
Ij=1000∕
*37=15.6KA
13.8kV：
Ij=1000∕
*13.8=41.8KA
6.3kV：
Ij=1000∕
*6.3=91.6KA
0.4kV：
Ij=1000∕
*0.4=1443KA
3、系统参数表
电压等级
运行方式
X1
X0
220kV
最大运行方式
0.1468
0.30
最小运行方式
0.4650
0.435
35kV
最大运行方式
1.138
最小运行方式
1.517
注：
SB＝1000MVA
4、#1、2发电机参数表：
额定容量
176.5MVA
型式
QF-150-2-13.8
额定功率
150MW
功率因数
0.85
投产日期
#1
#2
制造厂
哈尔滨电机厂
03.3
03.11
定
子
额定电压
13.8kV
转
子
额定电压
243V
额定电流
7386A
额定电流
1476.8A
接线型式
2-Y
电极对数
P=1
冷却方式
绕组
空冷
励磁方式
机端变压器静态可控硅励磁
铁芯
空冷
接地方式
中性点经电压互感器接地
冷却方式
空冷
强励倍数
≥2
次暂态电抗xd”
21.78%
负序电抗x2
20.67%
暂态电抗xd’
27.43%
零序电抗x0
9.64%
同步电抗xd
203%
并联支路数
2
备注
Sn=176.5MVA,Sb=1000MVA，
计
算
采
用
值
XFn标么值（Sn）
计算公式
XF*标么值（Sb）
Xd”
21.78%
XF*=0.2178×1000/176.5
1.234
Xd’
27.43%
XF*=0.2743×1000/176.5
1.554
Xd
203%
XF*=2.03×1000/176.5
11.501
X2
20.67%
XF*=0.2067×1000/176.5
1.171
X0
9.64%
XF*=0.0964×1000/176.5
0.546
5、#1、2主变参数表：
容量
170MVA
容量比
170/170
相数
3相
电压比
242±2.5%∕13.8kV
接线
YNd11
电流
446/7112A
调压方式
无激磁调压
型式
SFP10-170000/220
制造厂
山东电力设备厂
冷却方式
ODAF
结构特点
双绕组
短路电压
#1主变12.9%
#2主变12.89%
空载电流
0.248%
0.23%
铁损
102.76kW
104.20kW
零序阻抗
#1主变43.92Ω
#2主变45Ω
铜损
413.73kW
412.84kW
备注
Sn=170MVASb=1000MVA
计
算
采
用
值
短路电压
标幺值
Xb1
12.9%
0.759
Xb0
#2主变：
0.83
#1主变：
0.85
计算过程：
Xb1=
=0.759
6、#1高厂变：
容量
20MVA
容量比
20/20
相数
3相
电压比
13.8±2×2.5%∕6.3kV
接线
Dd0
电流
836.74/1832.86A
调压方式
无载调压
型式
SF9-20000/15
制造厂
山东电力设备厂
冷却方式
ONAN（自循环风冷）
空载电流
0.352%
铜损
80.74kW
铁损
17.5kW
短路电压
8.34%
备注
Sn=20MVASb=1000MVA
计算
采用
值
标幺值（Sn）
标幺值（Sb）
X1*
8.34%
4.17
计算过程：
Xb1=
=4.17
7、#2高厂变：
容量
16MVA
容量比
16/16
相数
3相
电压比
13.8±2×2.5%∕6.3kV
接线
Dd0
电流
669.39/1466.29A
调压方式
无载调压
型式
SF9-16000/15
制造厂
山东电力设备厂
冷却方式
ONAN（自循环风冷）
空载电流
0.46%
铁损
14.25kW
铜损
68.39kW
短路电压
7.91%
备注
Sn=16MVASb=1000MVA
计算
采用
值
标幺值（Sn）
标幺值（Sb）
X1*
7.91%
4.94
计算过程：
Xb1=
=4.94
8、本厂运行方式
最大运行方式：
#1、#2机组与系统并网运行，高厂变带6kV母线运行。
最小运行方式：
单台机组与系统并网运行。
四、设计成品：
1、设计说明书
2、设计计算书
3、发—变组保护配置图
4、发—变组保护原理展开图
第二部分设计说明书
第一章2×150MW发电机—变压器继电保护装置
a）概述：
150MW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。
异常运行是用以反应各种可能给机组造成危害的异常情况，不设后备保护。
b）保护配置依据——《继电保护和安全自动装置技术规程》（DL400-91）
2.2.3.4对发电机—变压器组当发电机与变压器之间没有断路器时，100MW以上发电机，除发电机—变压器组共用纵联差动保护外，发电机还应装设单独的纵联差动保护。
2.2.4.3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。
2.2.5.1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。
2.2.6.350MW及以上发电机应装设负序过电流保护和单元件低电压启动的过电流保护，当灵敏度不满足要求时，看阻抗保护。
2.2.8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。
2.2.9发电机转子承受负序电流的能力，以I2*t≤A为判断依据，其中I为以额定电流为基准的负序电流的标幺值；t为时间（s）A为常数，对于不对称负荷，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。
2.2.9.2100MW及以上A10的发电机，应装设由定时限和反时限两部分组成的转子表层过负荷保护。
2.2.10对励磁系统故障或强励磁时间长引起的励磁绕组过负荷，在100MW及以上，采用半导体励磁系统的发电机上，应装设励磁回路过负荷保护，对于300MW以下，采用半导体励磁系统的发电机上，应装设定时限励磁绕组过负荷保护，保护装置带时限动作与信号和动作于降低励磁电流。
2.2.11.3转子水冷汽轮发电机和100MW及以上的汽轮发电机，应装设励磁回路一点接地保护，并可装设两点接地保护。
2.2.12失磁对电力系统有重大影响的发电机及100MW及以上的发电机应装设专用的失磁保护。
2.2.14对于发电机变电动机运行的异常运行方式，燃气轮机发电机应装设逆功率保护。
保护由灵敏的功率继电器构成，带时限动作于信号，经长时限动作于解列。
2.3.20.8MVA及以上油浸式变压器和0.4MVA及以上车间内的油浸式变压器，均装设瓦斯保护。
2.3.8110KV及以上中性点直接接地的电网中，如变压器中性点直接接地运行，对外部单相接地引起的过电流，应装设零序电流保护。
2.8.7.3发电机—变压器组的保护，宜启动断路器失灵保护。
c）保护配置方案
表I:
150MW发电机—变压器的保护配置
保护类型
保护名称
配置依据
所选继电器
短路保护
发电机纵差保护
发电机横差保护
变压器纵差保护
发电机—变压器组纵差保护
变压器瓦斯保护
变压器零序保护
阻抗保护
2.2.3.4
2.2.5.1
2.2.3.4
2.2.3.4
2.3.2
2.3.8
2.2.6.3
2B-4522（LCD-7）
2B-1521（LCD-1）
2B-4524（LCD-5）
2B-4524（LCD-5）
2B-4524
2B-2514
2B-4528（L2-B）
发电机接地保护
发电机定子一点接地保护
励磁回路一点接地保护
励磁回路两点接地保护
2.2.4.3
2.2.11.3
2.2.11.3
2B-2537（LD-1A）
2B-2536（2B2-2A）
2B-2532（LD-2A）
异常运行保护
对称过负荷保护
不对称过负荷保护
励磁回路过负荷保护
失磁保护
逆功率保护
过电压保护
过激磁保护
2.2.8
2.2.8
2.2.10
2.2.12.1
2.2.14
2.2.7.2
2.3.12
2B-1536
2B-1536
2B-4540（LZ-1）
LN6-3
其他保护
非全相运行保护
断路器失灵保护
500kv闭环差动保护
发电机冷却水中断保护
主变冷却器全停保护
2.8.9
2.8.7.3
表Ⅱ:
150MW发电机—变压器组保护配置方案反应的故障类型
保护类型
保护名称
反应故障类型
短路保护
发电机纵差保护
发电机横差保护
变压器纵差保护
发电机—变压器组纵差保护
变压器瓦斯保护
变压器零序保护
阻抗保护
定子绕组及相间短路
定子匝间或开焊故障
绕组、套管及引出线的短路故障
同步发电机--变压器纵差保护
油箱内部故障及油面降低
高压绕组、引出线及其邻元件接地
相间短路、瓦斯和纵差保护的后备保护
发电机接地保护
发电机定子—总接地保护
励磁回路一点接地保护
励磁回路两点接地保护
发电机定子绕组的接地
励磁回路接地
励磁回路接地
异常运行保护
对称过负荷保护
不对称过负荷保护
励磁回路过负荷保护
失磁保护
逆功率保护
过电压保护
过激励保护
定子绕组过电流
转子绕组过电流
励磁绕组过电流
励磁回路的失磁
反应逆功率
定子绕组过电压
变压器铁芯的过激磁
其他保护
非全相行保护
断路器失灵保护
500kv闭环差动保护
发电机冷却水中断保护
主变压器冷却器全停保护
反应非全相运行
反应断路器故障
母线故障
发电机断水故障
变压器冷却器故障
第二章自动装置的配置
a）概述
随着单机容量的提高和电流系统容量的不断扩大，现代化大型电力系统将逐步形成，系统的网络结构更加复杂，对运行水平的要求也越来越高。
为了保证电力网的安全、经济、可靠的运行，除了配备必要的几点的继电保护外，还应配备必要的自动调节和操作装置。
b）配置依据——《继电保护和暗渠自动装置技术规程》（DL400-91）
2.7.4作为自动调节励磁装置强行励磁作用的后备措施，并作为某些不能满足强行励磁要求的自动调节要求的自动调节励磁装置的补充措施，汽轮发电机和调相机，均应装设继电器强行励磁装置。
3.2.1.4母线故障可采用母线自动重合闸。
3.6.4.1对单机容量为60MW以上的发电厂，应装设自动准同步装置和相位闭锁的手动准同步装置。
3.8.1.2大中型汽轮发电机，励磁机励磁回路，可采用对电子放电逆变灭磁，非线性电阻灭磁等灭磁方式。
3.9.1为了分析电流系统事故及几点保护和安全自动装置在事故过程中的动作情况，在主要发电厂，220kv及以上变电所和110kv重要变电所，应装设故障滤波器或其他类型的自动故障记录装置。
c）自动装置配置
装置
配置依据DL400—91
自动重合闸
综合自动重合闸
准同步装置
自动灭磁装置
自动故障记录装置
自动调节励磁装置
自动按负荷减率装置
自动调节频率装置
3.2.1.4
3.2.7
3.6.4.1
3.8.2
3.9.1
2.7.4
第三章互感器的配置
a）电压互感器
1、配置依据——《电力工程电器技术手册》
<1>母线:
除旁路母线外,一般工作及备用母线都装有一组电压互感器,用于同步.测量仪表和保护装置。
<2>发电机：
仪表装设2~3组电压互感器。
一组供自动调节励磁装置。
另一组供测量仪表.同步及保护装置使用。
<3>变压器：
变压器低压侧有时为了满足同步或几点保护的要求，没有一组电压互感器。
2、电压互感器的配置
1F、2F出口PT选用JD2-20型，变比为18/√3/0.1/√3KV
b）电流互感器
1、配置依据——《电力工程电气设计手册》
<1>为了满足测量和保护装置的要求，在发电机、变压器、出线、母线分段及母联断路器、旁路断路器等回路中均设有电流互感器。
对于中性点、直接接地系统，一般按三相配置，对于中性点非直接接地系统，依据情况（如负荷是否对称、保护灵敏度是否满足等）按二相或三相配置。
<2>对于保护用电流互感器的装设地点，应尽量消除主保护的不保护区来设置。
例如：
若有两组电流互感器，且位置允许时，应设在断路器两侧，使断路器处于交叉保护范围之中。
<3>为了防止支持式电流互感器套管闪络造成母线故障，电力互感器通常布置在断路器的出线或变压器侧。
<4>为了减轻内部故障时发电机的损伤，用于自动调节励磁装置的电流互感器应布置在发电机定子绕组的出线侧。
为了便于分析和发电机并入系统前发现内部故障，用于测量仪表的电流互感器宜装在发电机中性点侧。
2、电流互感器的配置
<1>发电机CT选用LM2D-20型，变比为12000/5A.
<2>发电机横差保护用CT选用LRBV—35型，变比为600/5A。
<3>主变中性点处选用LRB—35型，变比为600/5A.
<4>主变零序保护用CT选用600/5A型。
第四章保护配置型号及整定计算
发电机—变压器组保护的配置及整定计算结果
序号
保护名称
保护代号
继电器型号
动作值
制动系数
灵敏系数
1
发电机纵差保护
2B—4522
LCD—7
Id2=1A
0.2
2
发电机横差保护
2B—1521
LCD—6
Id2=4A
3
主变纵联差动保护
2B—4524
LCD—5
Id2j=79.2A
0.5
2.38
4
变压器瓦斯保护
2B—4524
5
变压器零序保护
2B—2514
6
组抗保护
2B—4538
7
发电机定子单相接地保护
2B—2537
8
励磁回路接地保护
2B—2532
9
发电机对称过负荷保护
2B—1536
10
发电机非对称过负荷保护
2B—1536
11
励磁回路过负荷保护
12
发电机失磁保护
2B—4540
13
逆功率
14
发电机过电压保护
15
过激磁保护
16
发电机非全相保护
第三部分设计计算书
第一章短路电流计算
a）最大运行方式下短路电流计算
1、最大运行方式下阻抗图及短路点设定：
最大运行方式：
#1、#2机组与系统并网运行，高厂变带6kV母线运行。
阻抗图如下图1-1所示：
图1-1：
d1～220kV母线短路
d2～发电机出口短路
d3～#1高厂变低压侧6kV母线短路
d4～#2高厂变低压侧6kV母线短路
d5～#01高备变35kV侧短路
d6～#01高备变低压侧6kV母线短路
2、d1～220kV母线短路电流计算：
由图知，发电机的转移电抗为：
X8=X1＋X3=1.234＋0.759=1.993
X9=X2＋X4=1.234＋0.759=1.993
求各元件对短路d1的计算电抗，
#1、2机的计算电抗：
XjS=Xzy×Se∕Sj=1.993×176.5/1000=0.352
查运算曲线数字表得出电流标幺值：
ts=0〞I*=2.975
ts=4〞I*=2.250
#1、2发电机送至d1点的短路电流：
ts=0〞I（3）K..F=I**Ie=2.975×176.5/
*230=1.318KA
ts=4〞I（3）K..F=I**Ie=2.250×176.5/
*230=0.997KA
220KV送至d1点的短路电流：
I（3）K..=2.51×1/0.1468=17.10KA
总电流：
I（3）K.Σ0〞=1.318×2＋17.1=19.736KA
I（3）K.Σ4〞=0.997×2＋17.1=19.1KA
d1点三相短路各电源供给的短路电流标幺值（I*）
时间t（s）
支路
0
0.1
0.2
1
4
F1、F2
2.975
2.614
2.403
2.149
2.25
Sc
17.1
③由标幺值求出有名值，填入表中；
④求出短路点的总短路电流，填入表中。
d1点三相短路各电源供给的短路电流周期分量有效值（Iz）
额定电流（kA）
短路电流Ik（3）（kA）
计算式
电流值
计算式
0
0.1
0.2
1
4
发电机
Se/（
×230）
0.443
0.4432×I*
1.318
1.158
1.065
0.952
0.997
系统Sc
Sb/（
×230）
2.5103
2.5103×I*
17.1
流入故障点的总电流：
合计（kA）
19.736
19.416
19.23
19.004
19.094
3、220KV母线短路时，流经发电机的短路电流:
Id（3）=2.975×176.5/1.732/13.8=21.97kA
4、d2～发电机出口13.8kV侧短路电流计算
<1>、求各电源的转移阻抗：
由图1-1知，系统C和发电机2的转移阻抗用等值变换公式计算，分别为：
XF2=1.993+0.759+1.993*0.759/0.1468=13.06
Xc=0.1468+0.759+0.1468*0.759/1.993=0.962
<2>、由转移电抗求各电源的计算电抗：
XF2.js=13.06×176.5/1000=2.305
Xc.js=0.962
XF1.js=1.234×176.5/1000=0.218
<3>、任意时间t秒三相短路电流周期分量标幺值和有名值的计算：
①由计算电抗查运算曲线得各电源t秒短路电流标幺值，填入下表；
②系统S的周期分量标幺值直接由转移阻抗计算：
IFC*=1/XF2.js=1/0.962=1.04
d2点三相短路各电源供给的短路电流标幺值（I*）
时间t（s）
支路
0
0.1
0.2
1
4
F1
4.938
3.988
3.487
2.729
2.444
F2
0.445
0.428
0.424
0.448
0.448
XC
1.04
③由标幺值求出有名值，填入表中；
④求出短路点的总短路电流，填入表中。
D2点三相短路各电源供给的短路电流周期分量有效值（Iz）
额定电流（kA）
短路电流Ik（3）（kA）
计算式
电流值
计算式
0
0.1
0.2
1
4
发电机
Se/（
×13.8）
7.386
7.386×I*
36.472
29.455
25.755
20.156
18.051
3.287
3.161
3.132
3.309
3.309
系统Sc
Sb/（
×13.8）
41.84
41.84×I*
43.51
流入故障点的总电流：
合计（kA）
83.269
76.126
72.397
66.975
64.87
<4>、13.8KV短路时,发电机送至短路点的短路电流:
Id（3）=4.94×176.5/1.732/13.8=36.47kA
5、d3～#1高厂变低压侧6.3kV侧短路电流计算：
求各电源的转移阻抗：
把发电机和系统看成是无穷大电网,由图1-1和上面的计算可知，另一台发电机与系统对d3点的等效阻抗：
则
Xd3=[1.993∥0.1468+0.759]∥1.234+4.17=4.689
d3点短路电流：
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