机组发电机保护及自动装置设计设计word版.docx
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机组发电机保护及自动装置设计设计word版
摘要
电能的使用已经渗透到社会、经济、生活的各个领域，而在我国电源结构中火电设备容量占总装机容量的75%。
本文是对配有2台600MW汽轮发电机的大型火电厂的初步设计，主要完成了电气主接线的设计、发电机变压器组保护及自动装置进行设计。
电气主接线的设计包括电气主接线的形式、短路计算。
发电机变压器组的保护设计介绍了保护配置原则和发变组纵差动保护、发电机纵差动保护、发电机定子接地保护等几种主要保护。
最后对全厂的自动装置进行简单的配置。
电力系统继电保护的设计与配置是否合理，直接影响电力系统的安全运行，故选择保护方式时，满足继电保护的基本要求。
选择保护方式和正确的计算，以保证电力系统的安全运行。
关键词：
电气主接线；发电机变压器组保护;自动装置
Abstract
Theuseofpowerenergyhasappliesineveryfieldofsocial、economicsandlife,andinthestructureofpowerenergyofourcountry,thecapacityofpowerequipmentcountfor75%ofthetotalinstallationcapacity.Thispaperisthepreliminarydesignofamiddlethermalpowerplant,equippedwithtwoturbo-generatorsof600MW.Thispapercarriesonmainlythedesignofmainelectricalconnectionandgenerator–transformerprotection.Thedesignofmainelectricalconnectionincludesthecomparisonandselectionofelectricmainconnectionmode;theselectionofmaintransformer、andstartup/standbytransformers;thecalculationofshortcircuitcurrentandtheselectionandtestofhighvoltageequipment.Thepartofgenerator–transformerprotectiondesignintroduceconfigurationrulesofgenerator-ransformerprotectionand severalmainlyprotectionsuchasgenerator-ransformerdifferentialprotection、generatordifferentialprotection、statorearthingprotection.Thelastitsimplydesigntheplanningofdefendingthethunderandgroundprotection.
Keywords:
turbo-generator；mainelectricalconnection；generator–transformerunitprotection
第一篇说明书
引言
继电保护技术是一个完整的体系，它主要由电力系统故障分析、继电保护原理及实现、继电保护配置设计、继电保护运行及维护等技术构成。
继电保护装置是完成继电保护功能的核心。
继电保护装置就是能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。
继电保护和安全自动装置应符合可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求。
继电保护在发电、供电和用电中处于极为重要的地位，是保证电网安全可靠运行和人们生产生活用电的关键技术。
继电保护的设置、整定、维护和试验水平将直接影响供电的可靠性、质量及用电设备的安全。
我根据题目的要求，仔细分析其运行分析和系统所给的参数。
在设计前期中，我对继电保护的作用及意义针对600MW发电机组进行了较全面的分析。
面对电力改革的日新月异，对继电保护的要求业越来越完善，国内的继电保护也在向国际化水平发展着。
我对自己在设计中思路有了清晰的认识。
并对自己在设计中可能遇到的问题进行了归纳。
在短路电流计算中，我对每一点发生短路都进行了细致的计算，对继电保护配置方案进行了具体的说明。
在对设备进行选择保护时，更是严格遵照计算结果和规程规定，并对其进行整定计算和灵敏度校验。
在此次设计中，我严格遵守设计规定，认定对待此次设计，最终完成了设计任务。
由于新技术的不断发展，加之自己的专业水平还有待提高。
所以设计中还存在不足，恳请老师批评指正。
第一篇说明书
1继电保护的作用及原理
1.1电力系统继电保护的作用
电力系统在运行过程中，可能会遇到各种类型的故障和不正常运行方式，这些都可能在电力系统中引起事故，从而破坏电力系统的正常运行，降低电力设备的使用寿命，严重的将直接破坏系统的稳定性，造成大面积的停电事故。
为此，在电力系统运行中，一方面要采取一切积极有效的措施来消除或减小故障发生的可能性:
另一方面，当故障一旦发生时，应该迅速而有选择地切除故障元件，使故障的影响范围尽可能缩小，这一任务是由继电保护与安全自动装置来完成的。
电力系统继电保护的基本任务在于:
（1）有选择地将故障元件从电力系统中快速、自动切除，使其损坏程度减至最轻，并保证最大限度地迅速恢复无故障部分的正常运行。
（2）反应电气元件的异常运行工况，根据运行维护的具体条件和设备的承受能力，发出报警信号、减负荷或延时跳闸。
（3）根据实际情况，尽快自动恢复停电部分的供电。
由此可见，继电保护实际上是一种电力系统反映事故的自动装置。
它是电力系统的一个重要组成部分，尤其对于超高压、超大容量的电力系统，继电保护对保持电力系统的安全稳定运行起着极其重要的作用。
1.2继电保护的原理和构成
电力系统发生故障时，通常伴有电流增大、电压降低、电流与电压之间的相位角改变以及出现负序和零序分量等现象。
因此，利用故障是这些电气量的改变特征，可以构成各种不同原理的继电保护装置。
以上原理的保护，可以由一个或若干个继电器连接在一起组成继电保护装置来实现。
继电保护装置一般由测量部分、逻辑部分和执行部分组成，如图所示。
测量部分是测量从被保护对象输入的有关电气量，并与已给定的整定值进行比较，从而判断保护装置是否应该起动；逻辑部分是根据测量部分各输出量的大小、性质、输出的逻辑状态、出现的顺序或它们的组合，进行逻辑判断，以确定保护装置是否应该动作；执行部分是根据逻辑部分做出的判断，执行保护装置所负担的任务跳闸或发信号。
输入信号输出信号
整定值
继电保护在技术上一般应该满足四个基本要求：
1.选择性
选择性是指保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，最大限度地保证系统中的非故障部分继续运行。
2.速动性
速动性是指继电保护装置应以尽可能快的速度将故障元件从电网中切除。
这样既能降低故障设备的损坏程度，减少用户在低电压情况下工作的时间，更重要的是能提高电力系统运行的稳定性。
故障切除时间等于保护装置和断路器动作时间之和。
目前保护动作速度最快的约0.02s，加上快断路器的动作时间，故障可在0.1s内切除。
3.灵敏性
灵敏性是指保护装置对其保护范围内的故障或不正常运行状态的反应能力。
满足灵敏性要求的保护装置是在规定的保护范围内发生故障时，不论短路点的位置及短路的类型如何，都能感觉灵敏，正确反应。
保护装置的灵敏性，通常用灵敏系数Ks来衡量，越大，说明保护的灵敏度越高。
各类保护的灵敏系数应满足有关规程规定的标准。
对于故障状态下保护输入量增大时动作的继电保护，其灵敏系数为
Ks=
对于故障状态下保护输入量降低时动作的继电保护，其灵敏系数为
Ks=
按上述定义，保护装置的灵敏系数应大于1。
4.可靠性
可靠性是指是在保护装置规定的保护范围之内发生了它不应该动作的故障时，它不应该拒绝动作；而在其它任何情况下发生了该保护装置不应该动作的故障时，则不应该错误动作。
一般说来，保护装置组成元件的质量越接线越简回路中继电器的触点数量越少，可靠性就越高。
同时，正确的调整试验，良好的运行维护以及丰富的运行经验，对于提高保护运行的可靠性也具有重要的作用。
继电保护装的四个基本要求之间经常是矛盾的。
因此，必须从被保护对象的实际情况出发，明确主次，采取必要的措施，使得继电保护能全面地满足这四个要求。
保护装置的出口回路和信号回路
1.保护装置的出口回路
出口回路是继电保护的最后一个环节，它主要用来实现断路器跳闸，其性能的好坏直接影响保护装置的可靠性。
因此，对出口回路的设计和选择应特别慎重。
出口回路应满足下列要求：
（1）有足够的输出功率，以保证断路器可靠跳闸；
（2）动作时间应尽可能小；
（3）静态保护的出口回路应有较好的抗干扰能力，拉合操作电源时不应误动作。
对于输电线路和非旋转性电气元件，保护装置的出口回路仅作用于断路器跳闸。
对于旋转性电气元件，保护装置的出口回路除作用于断路器跳闸，为了保证电气元件的安全，出口回路还应动作于：
（1）对汽轮发电机，关闭主汽门；对水轮发电机，关闭导水翼，以使它们逐步停止运行；
（2）跳灭磁开关。
当发生内部短路时，虽然采取了停机措施，但由于电机转速高，从额定转速降至零速，还需要经历较长的时间，应立即跳灭磁开关以灭磁，从而使短路电流也很快消失，以保证电机安全。
2.保护装置的信号回路
信号回路是分析事故和统计继电保护工作情况所必需的。
因此，在保护装置内应设置指示信号。
信号回路应满足下列要求：
（1）动作后能自保持，由值班人员手动复归，使之不受操作电源消失的影响；
（2）动作可靠，抗干扰能力强，不误发信号；
（3）能分别显示各保护装置的动作情况；
（4）在由若干部分组成的保护装置中，能分别显示各部分及各段保护的动作情况。
1.3大型发电机组对继电保护的要求
（1）由于单机容量增大，发电机保护的拒动或误动将造成十分严重的损失，因此，对大型机组的继电保护的可靠性，灵敏性，选择性和快速性有更高的要求。
（2）大型汽轮发电机的起停特别费时、费钱，以停机7~8h的热启动为例：
100MW机组约2h；300MW机组就得需要7h。
因此，在非必需的情况下，不使大型机组频繁起停，更不轻易使它紧急突然停机，这也是继电保护应该考虑的问题。
2电气主接线
电气主接线是指电力系统中发电机、变压器、母线、断路器、隔离开关、线路等设备的连接。
电气主接线的连接方式对供电可靠性、运行灵活、检修方便、经济合理以及未来发展等起着决定性的作用。
它们反映出电厂的整个供电系统全貌和其选用的电气设备、元件型号、规格和数量以及它们之间的相互关系。
它不仅是初步设计审查的重要内容之一，同时也是将来电气值班运行人员进行各种操作的重要依据。
所以电气主接线的设计是否合理，将直接影响到电厂基本建设和安全及运行
2.1电气主接线设计原则
电气主接线发电厂电气设计的首要部分，是电气运行人员进行各种操作和事故处理的重要依据，也是构成电力系统的重要环节。
电气主接线的确定对电力系统整体及发电厂本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。
1．电力系统中的发电厂有大型主力电厂，中，小型地区电厂及企业自备电厂三种，地区电厂靠近城镇，一般接入100~220kv系统。
2．负荷大小和重要性：
（1）对于一级负荷必须有俩个独立的电源供电，而当任何一个电源失去后，能保证对全部一级负荷不间断供电。
（2）对于二级负荷一般要有俩个独立的电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证全部或大部分二级负荷仍供电。
（3）对于三级负荷一般只需要一个电源供电。
2.2电气主接线设计的基本要求
主接线应满足可靠性，灵活性和经济性三种要求。
（1）根据电力系统和用户的要求，确保运行的可靠性和供电质量；
（2）运行操作的灵活性；
（3）热电站建设的技术经济指标先进；
（4）维护和检修方便、安全；
（5）具有发展和扩建的可能性；
（6）接线尽可能简单、可靠.
2.2.1可靠性
供电可靠性是电力生产和分配的首要要求，主接线应该首先满足这个要求。
可靠性原则应体现在以下诸方面：
1.采用可靠性高的电气设备，以便简化电气主接线；
2.断路器检修时，不影响对系统的供电；
3.设备或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运的时间，并保证系统的稳定性和对重要用户的供电；
4.尽量避免全停电的可能性。
2.2.2灵活性
主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。
1.调度时，应可以灵活地投入和切除发电机、变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式、检修运行方式以及特殊运行方式下的系统调度要求。
2.检修时，可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不至于影响电力网的运行和对用户的供电。
3.扩建时，可以容易地从初期接线过渡到最终接线。
在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入新装机组、变压器或线路而不互相干扰，并且对一次和二次部分的改建工作量最少。
2.2.3经济性
主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下做到经济合理。
1.投资省
①主接线应力求简单，以节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备。
②要能使继电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备和控制电缆。
③要能限制短路电流，以便于选择价廉的电气设备或轻型电器。
④如能满足系统安全运行及继电保护要求，110KV及以下终端或分支变电所可采用简易回路。
2.占地面积小
主接线设计要为配电装置布置创造条件，尽量使占地面积减小。
3.电能损失小
经济合理地选择主变压器的种类、容量、数量，要避免因两次变压而增加电能损失。
此外，在系统规划设计中，要避免建立复杂的操作枢纽，为简化主接线，发电厂接入系统的电压等级一般不超过两种。
2.3主接线的基本接线形式
电气主接线的基本接线形式，按照有无汇流母线可以分为有汇流母线和无汇流母线接线。
有汇流母线的接线形式有：
单母线、单母线分段，双母线、双母线分段、双母线带旁路母线接线，一台半断路器接线，变压器母线组接线等。
无汇流母线的接线形式有：
单元接线、桥形接线、角形接线等。
上述接线形式适用于6~220KV高压配电装置。
对于330~500KV超高压配电装置采用的接线有：
双母线三分段（或四分段）带旁路母线接线，一台半断路器接线，发电机-变压器-线路单元接线和3~5角形接线等。
下面简要地介绍几种主要的接线形式及其特点。
2.3.1有母线的基本接线形式
1.单母线接线
只有一组母线的接线称为单母线接线。
图2-1是典型的单母线接线图。
这种接线的特点是电源和供电线路都连在同一母线上。
为了便于投入或切除任何一条进、出引线，在每条引出线上都装一样可以切除负荷电流和故障电流的断路器（如图中的QF1）。
当需要检修断路器而又要保证其他线路正常供电时，则应使被检修的断路器和电源隔离。
为此，又在每个断路器的两侧装有隔离开关（QS11、QS12等），它的作用只是保证检修断路器时使其和电源隔离，而不能用来断开电路。
从图2-1可以看出，如果不设置隔离开关QS11和QS12。
那么，在检修断路器QF1时必须使母线完全停电，这显然是不合理的。
单母线接线的主要优点是：
接线简单、清新，采用设备少，投资省，操作方便，便于扩建和采用成套配电装置。
单母线接线一般只适用于一台发电机或一台变压器的以下三种情况：
（1）6~10KV配电装置的出线回路数不超过5回；
（2）35~63KV配电装置的出线回路数不超过3回；
（3）110~220KV配电装置的出线回路数不超过2回。
其主要缺点是：
不够灵活可靠，当母线或母线隔离开关发生故障时，均需断开电源，造成整个厂、站停电。
图2-1不分段的单母线接线
2.单母线分段接线
单母线接线的缺点可以通过将母线分段的办法来克服。
如图2-2所示，当母线的中间装设一个断路器QFd后，即把母线分为两段，这样对重要用户可以分别接于两段母线的两条线路供电，当任一段母线故障时能保证重要用户不停电。
另外，对两段母线可分别进行检修而不致于对用户停电。
由于单母线分段接线既保留了单母线接线本身的简单、经济、方便的等基本优点，又在一定程度上克服了她的缺点，故这种接线目前仍被广泛应用。
单母线接线适用范围：
（1）6~10KV配电装置出线回路数为6回及以上时；
（2）35~63KV配电装置出线回路数为4～8回时；
（3）110~220KV配电装置出线回路数为3～4回时。
但是单母线接线也有较显著的缺点，这就是当一段母线或母线隔离开关发生故障或检修时，该段母线上所连接的全部引线都要在检修期间停电。
显然，对于大容量发电厂来说，这都是不能容许的。
因此，还需要加以改进。
图2-2单母分段接线
3.双母线接线
双母线接线是针对单母线分段的缺点提出来的。
如图2-3所示为单断路器的双母线接线的基本形式。
这种接线有两组母线、即母线1和母线2。
两组母线之间用母线联络断路器QFd连接起来，每一个回路都通过一只断路器和两只隔离开关接到两组母线上。
当母联断路器QFd断开时，一组母线带电、另一组母线不带电。
带电的称为工作母线，不带电的称为备用母线。
正常运行时，接至工作母线上的隔离开关断开。
图2-3双母接线
双母线接线的优点：
（1）运行方式灵活；
（2）检修母线时不中断供电；
（3）任一组母线故障时仅短时停电。
双母线接线的主要缺点：
（1）变更运行方式是，都是用各回路母线侧的隔离开关进行倒闸操作，操作步骤较为复杂，容易出现误操作。
（2）检修任一回路断路器时，该回路仍需停电或短时停电。
（3）任一母线故障仍会短时停电。
（4）由于增加了大量的母线隔离开关和母线长度，双母线的配电装置结构较复杂，占地面积大，投资大。
双母线接线广泛应用于对可靠性要求较高、出线回路数较多的6~220KV配电装置。
4.双母线分段接线
不分段的双母线接线在母线联络断路器故障或一组母线检修时，另一组运行母线故障时，有可能造成严重的或全厂停电事故，难以满足大型电厂对主接线可靠性的要求。
为了提高大型电厂主接线的可靠性，防止全厂停电事故的发生，减小母线故障的停电范围，大型电厂的220KV主接线可采用双母线分段接线。
如图2-4所示。
图2-4双母分段接线
5.双母线带旁路母线
为了保证采用单母线分线或双母线的配电装置，在进出线断路器检修时，不中断对用户的供电，增设旁路母线和旁路隔离开关。
双母线带旁路母线如图2-5所示，wp即为旁路母线，qep为旁路断路器，为了节省投资，可用旁路断路器兼做断路器，或以母联断路器兼做旁路断路器，但这样操作复杂化，增加了误操作的可能性，而且运行不够灵活，而兼用的断路器或作为母联断路器、或作为旁路断路器，两种功能同时兼得。
图2-5双母线带旁路母线接线
6.一台半断路器接线
一台半断路器接线，又称为3/2接线，如图2-6所示，即每回路都用三台断路器接至两组母线，处于两回路中间的断路器称为联络断路器。
由于平均每回路装设一台半断路器，故称为一台半断路器接线。
一台半断路器接线的特点是具有较高的供电可靠性和运行调度灵活性。
当母线发生故障时，与此母线相连的所有断路器跳闸，而全部回路仍保留在另一组母线继续工作，可以不停电地检修任一台半断路器，隔离开关不作为操作电器，只用于隔离电源，减少了误操作的概率，操作检修方便。
图2-6一台半断路器接线
2.3.2无母线的基本接线形式
1.桥形接线
当只有两台变压器和两回线路时，可采用桥形接线。
桥形接线分内桥接线和外桥接线两种，图2-7a所示是内桥接线，图2-7b所示是外桥接线，断路器QF3称为联络断路器。
a）内桥接线b）外桥接线
图2-7桥形接线
内桥接线的特点是联络断路器QF3靠近变压器侧，在线路正常投切或故障切除时，不影响其它回路运行。
而投切变压器时则需要操作两台断路器及相的隔离开关，相应线路要短时停电。
这种接线适用于变压器不需要经常切换、输电线路较长、电力系统穿越功率较少的场合。
外桥接线的特点是联络断路器QF3靠近线路侧，与内桥接线相反，它便于变压器的正常投切和故障切除，而线路的正常投切和故障切除都比较复杂。
这种接线适用于线路较短、主变压器需经常投切、以及电力系统有较大的穿越功率通过联桥回路的场合。
2.多角形接线
图2-8所示是多角形接线，其中图2-8a为三角形接线，图2-8b为四角形接线。
a）三角形接线b）四角形接线
图2-8多角形接线
多角形接线的断路器与回路数相同，每个边中含有一台断路器和两台隔离开关，各个边互相连接成闭合的环行，各进出线回路中装设隔离开关，每个回路都接在两台断路器之间。
多角形接线的主要优点是：
断路器台数等于进出线回路数，平均每回路只需装设一台断路器，除桥形接线外，该接线比其他接线方式使用的断路器少，占地小，投资省，经济性好；闭环运行，可靠性与灵活性较高；没有汇流主母线和相应的母线故障；任一回路故障或停运时，只需要断开与其相连的两台断路器，不影响其他回路的正常工作；任一断路器检修时，只需断开其两侧的隔离开关，所有回路都不会中断供电；所有的隔离开关仅用于在停运和检修是隔离电压，而不作倒闸操作作用，不会发生负荷拉隔离开关的误操作。
多角形接线的主要缺点是：
检修任一断路器时，多角形将变成开环运行，可靠性显著降低，若再发生故障，可能造成两个及以上回路停电，多角形接线将被分割成两个互相独立的部分，功率平衡遭到严重破坏，且多角形接线的角数越多，断路器检修的机会也越多，开环时间越长，此缺点也越突出；运行方式变化时，各支路的工作电流可能变化较大，使相应的继电保护整定较复杂；多角形接线的配电装置难于扩建发展。
3.单元接线
发电机与变压器直接连接，中间不设母线的接线方式，称为单元接线。
单元接线主要类型如图2-9和图2-10所示。
图2-9a为发电机—双绕组变压器单元接线，发电机出口处不设置母线，只接有厂用电分支，输出的电能均经过主变压器升高电压送至电网。
由于发电机和变压器不可能单独运行，故发电机出口不装断路器，但为调试发电机方便，可装一组隔离开关，但应有可拆的连接片。
图2-9b为发电机—三绕组变压器单元接线，为了在发电机停运时，不影响高、中压侧电网间的功率交换，在发电机出口应装设断路器及隔离开关。
为保证在断路器检修时不停电，高中压侧均应装隔离开关。
为保证在断路器检修时不停电，高中压侧
断路器两侧均应装隔离开关。
由于200MW的发电机出口断路器制造很困难，造价也很高，故200MW的机组一般采用发电机—双绕组变压器单元接线而不是发电机—三绕组变压器单元接线，当发电机具有两种升高电压时，则在两种升高电压母线间装设联络变压器。
图2-9c所示为发电机-变压器-线路单元接线，这种接线最简单，发电机的电能直接由变压器升压后经高压输电线路送入系统，它用于附近有变电所的大型区域发电厂，这种发电厂不用建升压变电站，不仅减少了电厂的维护工作量，也节省了投资与占地。
（a）（b）（c）
图2-9单元接线
图2-10所示是发电机—变压器扩大单元接线，当发电机的容量不大时，可由两台发电机
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