100MW发电机变压器继电保护1.docx

1、100MW发电机变压器继电保护1电力系统继电保护课程设计报告（20122013学年 第一学期）题 目100MW发电机组继电保护自动装置的整定计算系 别 电子与电气工程系 专 业 电气自动化 班 级 学 号 姓 名 指导教师 黄新 完成时间 2012年12月6日 评定成绩 目录 第一章 绪 论 1第一节 继电保继电保护概述 1第二节 课程设计的主要内容及基本思想 22.1毕业设计的主要内容、功能及技术指标 2第二章 短路计算 3第一节 运行方式选择 3第二节 线路参数计算 32.1基准值选择 32.2线路等值电抗计算 32.3变压器等值电抗计算 3第三节 短路计算点的选择 43.1电网等效电路图

2、 43.2 系统阻抗计算 43.3 d6点短路计算 43.4 d3点短路计算 43.4 整定电流选择 4第三章 发变组保护配置 5第一节 发电机主保护配置 51.1发电机变压器电流互感器的选择： 51.2发电机纵差保护（主保护） 51.3 发电机定子匝间短路保护原理 6第二节 变压器主保护配置 82.1不完全纵差保护 82.2 变压器纵差保护与发电机纵差保护的不同 92.3变压器纵差保护整定与灵敏度 9第四章 发变组单元后备保护 10第一节 阻抗保护 101.1起动元件 101.2 阻抗元件 101.3 TV断线检测元件 10第二节 转子一点接地保护 112.1 保护原理： 112.2 保护的

3、整定计算： 12第三节 转子两点接地保护 123.1原理分析 123.2 定值整定 12第五章 发变组单元异常运行保护配置 13第一节 反时限定子绕组过负荷保护 13第二节 转子绕组的过负荷保护 13第三节 转子表层的过负荷保护 13第四节 励磁绕组过负荷保护 14第五节 失磁保护 145.1 保护原理 155.2 保护的逻辑框图 16第六节 失步保护 166.1 失步保护的基本原理 166.2 失步保护逻辑框图 17第七节 发电机低频保护 187.1 保护原理 187.2 保护的逻辑框图 18第八节 发电机逆功率保护原理 188.1 保护原理 188.2 保护逻辑图见图 19第九节 发电机起

4、停机保护原理 199.1 构成原理及逻辑框图 199.2 保护的逻辑框图 20第十节 发电机意外突加电压保护原理 2010.1保护原理 2010.2 保护逻辑框图 20第十一节 非全相保护 21第六章 发变组非电量保护 22第一节 主变轻瓦斯保护 221.1 变压器瓦斯保护的作用 221.2 变压器轻瓦斯保护的原理 231.3 轻瓦斯保护的整定 23第二节 主变重瓦斯保护 232.1 变压器重瓦斯保护的原理 232.2重瓦斯保护的整定 23第七章 发变组微机保护 241.1 发电机变压器组微机保护装置的选择 24第八章 发变组配置说明 241.1 100MW汽轮发电机变压器组保护动作行为表 2

5、4小结 26参考文献 26第一章 绪 论第一节 继电保继电保护概述电力系统在运行中，由于电气设备的绝缘老化、损坏、雷击、鸟害、设备缺陷或误操作等原因，可能发生各种故障和不正常运行状态。最常见的而且也是最危险的故障是各种类型的短路，最常见的不正常运行状态是过负荷，最常见的短路故障是单相接地。这些故障和不正常运行状态严重危及电力系统的安全和可靠运行，这就需要继电保护装置来反应设备的这些不正常运行状态。 所谓继电保护装置，就是指能反应电力系统中电气设备所发生的故障或不正常状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。它的基本作用是： 当电力系统发生故障时，能自动地、迅速地、有选择性地将故障设备从

6、电力系统中切除，以保证系统其余部分迅速恢复正常运行，并使故障设备不再继续遭受损坏。 当系统发生不正常状态时，能自动地、及时地、有选择性地发出信号通知运行人员进行处理，或者切除那些继续运行会引起故障的电气设备。可见，继电保护装置是电力系统必不可少的重要组成部分，对保障系统安全运行、保证电能质量、防止故障的扩大和事故的发生，都有极其重要的作用。为完成继电保护的基本任务，对于动作于断路器跳闸的继电保护装置，必须满足以下四项基本要求： 选择性 选择性是指电力系统发生故障时，继电保护仅将故障部分切除，保障其他无故障部分继续运行，以尽量缩小停电范围。继电保护装置的选择性，是依靠采用合适类型的继电保护装置和

7、正确选择其整定值，使各级保护相互配合而实现的。 快速性 为了保证电力系统运行的稳定性和对用户可靠供电，以及避免和减轻电气设备在事故时所遭受的损害，要求继电保护装置尽快地动作，尽快地切除故障部分。但是，并不是对所有的故障情况，都要求快速切除故障，应根据被保护对象在电力系统中的地位和作用，来确定其保护的动作速度。 （3）灵敏性 灵敏性是继电保护装置对其保护范围内发生的故障或不正常工作状态的反应能力，一般以灵敏系数K表示。灵敏系数K越大，说明保护的灵敏度越高。每种继电保护均有特定的保护区(发电机、变压器、母线、线路等)，各保护区的范围是通过设计计算后人为确定的，保护区的边界值称为该保护的整定值。 可

8、靠性 可靠性是指当保护范围内发生故障或不正常工作状态时，保护装置能够可靠动作而不致拒绝动作，而在电气设备无故障或在保护范围以外发生故障时，保护装置不发生误动。保护装置拒绝动作或误动作，都将使保护装置成为扩大事故或直接产生事故的根源。因此，提高保护装置的可靠性是非常重要的 以上对继电保护装置所提出的四项基本要求是互相紧密联系的，有时是相互矛盾的。例如，为了满足选择性，有时就要求保护动作必须具有一定的延时，为了保证灵敏度，有时就允许保护装置无选择地动作，再采用自动重合闸装置进行纠正，为了保证快速性和灵敏性，有时就采用比较复杂和可靠性稍差的保护。总之，要根据具体情况 (被保护对象、电力系统条件、运行

9、经验等)，分清主要矛盾和次要矛盾，统筹兼顾，力求相对最优。护概述第二节 课程设计的主要内容及基本思想 本次设计的主要内容是一个2*200MW火力发电厂的电气二次部分设计。在这次设计中一共分通过以下几个步骤来完成成本次的设计任务。2.1毕业设计的主要内容、功能及技术指标1、电厂规模与主要技术指标：（1）装机容量: 装机2台，容量分别为 2X200MW, UN=15.75KV（2） 保证供电安全、可靠、经济；2、主要内容：（1）确定保护配置：根据设计任务书，分析原始资料与数据，对电厂扩建发变机组进行保护配置的选取（2）整定计算：选择发电机变压器的保护配置对其进行整定计算。（3）绘制保护配置图：根据

10、电气主接线发变机组的保护要求，绘制保护配置图3、原始资料1.1 发电厂及110kv电网接线图(1) 各变电站、发电厂的操作直流电源电压U=220V；(2) 发电厂最大发电容量225+50=100MW，最小发电容量为50MW，正常运行方式为发电厂发电容量最大，即100MW； (3) 线路X1=0.4/km, X0=0.4/km； (4) 变压器均为YN，D11，1102.5%/10.5KV, UK=10.5%； (5) t=0.5S,负荷侧后备保护动作时间tdz=1.5S, 允许的最大故障切除时间为0.85S，变压器和母线均配置有差动保护； (6) 发电厂升压变中性点直接接地，其他变压器不接地；

11、(7) 110KV断路器跳闸时间为0.07S，(8) 线路AC、BC、AB、CD的最大负荷电流分别为：230、150、230、140A，负荷自启动系数Kss=1.5；第二章 短路计算第一节 运行方式选择 电力系统运行方式的变化，直接影响保护的性能。因此，在对继电保护进行整定计弊之前，首先应该分析运行方式。这里要着重说明继电保护的最大运行方式是指电网在某种连接情况下通过保护的电流值最大，继电保护的最小运行方式是指电网在某种连接情况下通过保护的电流值最小。因此，系统的最大运行方式不一定就是保护的最大运行方式；系统的最小运行方式也不一定就是保护的最小运行方式。由原始资料得发电厂最大发电容量225+5

12、0=100MW，最小发电容量为50MW，正常运行方式为发电厂发电容量最大，即G1 G2 G3同时并列运行；所以该发电机组运行方式为最大运行方式，短路计算以此为依据。第二节 线路参数计算 2.1基准值选择基准功率：SB=100MVA，基准电压：VB=115V。基准电流：IB=SB/1.732 VB=100103/1.732115=0.502KA；基准电抗：ZB=VB/1.732 IB=115103/1.732502=132.25；电压标幺值：E=E(2)=1.052.2线路等值电抗计算(1) 线路L1等值电抗计算正序以及负序电抗：XL1= X1L1=0.460=24XL1*= XL1/ ZB=2

13、4/132.25=0.1814零序电抗： XL10= X0L1= 3X1L1=30.460=72XL10*= XL10/ ZB=72/132.25=0.5444(2) 线路L3等值电抗计算正序以及负序电抗： XL3= X1L3=0.490=36XL3*= XL3/ ZB=36/132.25=0.2722零序电抗： XL30= X0L3= 3X1L3=30.490=108XL30*= XL30/ ZB=108/132.25=0.81662.3变压器等值电抗计算(1) 变压器T1、T2等值电抗计算XT1= XT2=(UK%/100)(VN2103/ SN)40.333XT1*= XT2*=XT1/

14、 ZB=40.333/132.25=0.3050(2) 变压器T3等值电抗计算XT3=(UK%/100)(VN2103/ SN)21.175XT3*=XT3/ ZB=21.175/132.25=0.1601第三节 短路计算点的选择 3.1电网等效电路图 由于短路电流计算是电网继电保护配置设计的基础,因此分别考虑最大运行方式(三台发电机全部投入,系统环网取开网运行)时各线路未端短路的情况,最小运行方下(三台中最小的一台投入,系统按环网计算)时各线路未端短路的情况。电网等效电路图如图3.1所示图3-1电网等效电路图由于本设计只考虑E母线和F母线之前的部分，所以短路计算只选择d6和d3，这样能保证流

15、过母线A的电流为最大短路电流3.2 系统阻抗计算 Zs .max=(G1+T1)|( G2+T2) |( G3+T3)= (0.4224+0.3050)|( 0.4224+0.3050) |( 0.2064+0.1601)=0.18253.3 d6点短路计算正序短路电流其中：Xff6= Zs .max +XL3 =0.1825+0.2722=0.4547Id6max*=E/Xff7=1.05/0.45472.3092Id6max=Id6max*IB=2.30920.5021.1592KA3.4 d3点短路计算 (1)最大运行方式正序短路电流Xff3= Zs .max +XL1=0.1825+0

16、.1814=0.3639Id3max*=E/Xff3=1.05/0.36392.8463Id3max=Id3max*IB=2.84630.5021.4288KA3.4 整定电流选择 由3.3和3.4分别算出各路短路电流，由于Id6max I_(set,2)式中：i_为相电流突变量；I_2为负序电流；I_set、I_(set,2)分别为相电流突变量起动元件和负序电流起动元件的动作整定值，通常均取电流互感器二次额定电流的0.2倍。 1.2 阻抗元件阻抗元件时变压器阻抗保护的测量元件，用于测量相间短路阻抗值，构成变压器相间短路的后备保护。阻抗元件采用00接线方式，其动作特性可根据需要整定为全阻抗圆特

17、性或偏移阻抗圆特性，动作的正方向可以指向变压器，也可以指向母线，由保护的控制字控制。 1.3 TV断线检测元件TV断线检测元件的作用是防止TV断线时，变压器阻抗保护误动作。当该元件检测到TV二次回路断线时，将阻抗保护闭锁，并发出告警信息。图4-1 保护逻辑图第二节 转子一点接地保护发电机正常运行时，转子回路对地之间有一定的绝缘电容和分布电阻。当转子回路发生一点接地故障时，由于没有形成电流回路，对发电机运行没有直接影响；一旦发电机发生转子两点接地后，励磁绕组将形成短路，使转子磁场畸变，引起机体强烈震动，严重损坏发电机。因此，有关规程要求发电机必须装有转子回路一点接地保护，动作于信号；装设转子回路

18、两点接地保护，动作于跳闸。 2.1 保护原理： 切换采样式转子一点接地保护采用开关切换采样原理，通过求解两个不同的接地回路方程，实时计算转子接地电阻和接地位置。 当设S1闭合，S2断开时，在上测得电压；当S2闭合，S1断开时，在上测得电压。，则： 正常运行时：4个电阻R对称，；转子一点接地时，,当接地电阻小于或等于接地电阻整定值 时，经延时发信号。2.2 保护的整定计算：保护的接地电阻整定值取决于正常运行时转子回路的绝缘水平。当接地电阻的高整定值整定为10K时，延时（410 s）东方工作于发信号；当接地电阻低整定值整定为10K时，延时（14s）动作与跳闸。3.保护逻辑框图：第三节 转子两点接地

19、保护当发电机发生励磁绕组两点接地时，故障电流过的短路电流数值很大，会烧坏转子；当部分转子被短接，励磁绕组电流增加，转子有可能因过热而损坏；部分绕组被短接时气隙磁通失去平衡，会引起机组剧烈振动，可能因此造成灾难性破坏；转子两点接地短路时还会使轴系和汽机磁化。因此对于发电机很有必要装设转子两点接地保护。3.1原理分析转子两点接地保护共享转子一点接地时测得接地位置的数据。所以，在一点接地故障后，保护装置继续测量接地电阻的位置，若再发生转子一点接地故障，则以测得的值将变化。当其变化值超过整定值时，保护装置就认为已发生转子两点接地故障，发电机应立即停机。3.2 定值整定式中转子连点接地时位置变化的整定值接地位置变化动作值一般可以整定为（5%10%）（为发电机励磁电压）；动作时限避开瞬时出现的两点接地故障整定，一般为0.51.0s。第五章 发变组单元异常运行保护配置第一节 反时限定子绕组过负荷保护对于非直吹冷却方式的中小型发电机定子绕组的过负荷保护，采用单相式定时限电流保护，经延时动作与信号。保护的电流按在发电机长期允许的负荷电流下能可靠返回的条件整定，即：式中 发电机额定电流 可靠系数，取1.5