100MW发电机变压器继电保护课程设计.docx

1、100MW发电机变压器继电保护课程设计课程设计100MW发电机变压器继电保护课程设计任务书学生姓名学号专业方向电气工程及其自动化班级08（1）班题目名称100MW发电机变压器组保护设计一、 设计内容及技术要求：1.对电网运行方式进行分析，选择所有电压互感器和电流互感器的变比，2.根据发电机、变压器的型号和容量以及出线电压等级确定发电机、变压器组的保护方案，并进行相应保护的整定计算；3.设计出变压器保护的展开式原理图(包括设备表)。二、课程设计说明书撰写要求：1.说明书要求书写规范，条理分明，表达准确； 2.计算书内容包括：技术方案的论证、相关量的定量计算、最终成果；3.计算书要求：分析论证简单

2、明了，计算准确无误；4.绘图要求：用标准电气符号绘图、比例合适、清晰美观；5.完成设计说明书（包括封面、目录、设计任务书、设计思路、继电保护回路展开式原理图（含设备表）、所用器件型号、总结体会、参考文献等）。 三、设计进度第一周星期一上午 熟悉论文题目、设计任务及背景资料星期一下午 查阅相关文献资料星期二至星期五 分析资料，确定发电机变压器组保护装置配置方案第二周星期一至星期二 完成设计说明书星期三至星期四 绘出发电机变压器组回路展开式原理图星期五 答辩 四、参考文献 指导老师签字: 1 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)

3、 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；(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Ks

4、s=1.5；第一章 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+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

5、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=24/132.25=0.1814零序电抗： XL10= X0L1= 3X1L1=30.460=72XL10*= XL10/ ZB=72/132.25=0.5

6、444(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/ 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*=XT

7、3/ 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)

8、|( 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+0.1814=0.3639Id3max*=E/Xff3=1.05/0.36392.8463Id3max=Id3max*IB=2.84630.5021.42

9、88KA3.4 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

10、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

11、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

12、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

13、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 返回系数，取0.85保护的动作时限应与发电机在过负荷条件下允许的时间相配合，并大于相间短路后备保护最大延时。对于直接冷却的大中型发电机，定子绕组的过负荷保护，由定时限电流保护和反时限电流保护两部分组成。定时限部分，经延时动作与信号，有条件时可动作于自动减负荷；反时限部分按反时限特性动作与跳闸。第二节 转子绕组的过负荷保护转子绕组过负荷保护的配置与整

14、定原则和定子绕组过负荷保护相似。对于30MW及以上的发电机，转子绕组过负荷保护由定时限电流保护和反时限电流保护两部分组成，定时限部分经延时动作与信号，反时限部分动作于解列灭磁。定时限过负荷保护的动作电流，按发电机正常运行最大励磁电流下能可靠返回的条件整定计算公式与定子绕组过负荷保护计算公式相同。反时限过负荷保护按：进行整定。第三节 转子表层的过负荷保护当发电机三相负荷不对称或系统发生不对称短路时，定子绕组中的负序电流产生旋转磁场，该磁场旋转的方向与转子运动方向相反，以两倍同步速度切割转子，转子中感应出100HZ交变电流，该电流使转子本体、端部、护环内表面等处因电流密度过大而过热灼伤，甚至引起护

15、环松脱导致发生重大事故。另外，在定子转子之间产生的100HZ交变电磁力矩的作用下，机组会发生振动。为防止以上事故的发生，发电机应装设转子表层负序过负荷保护，即反时限负序电流保护。同时，该保护还可以兼作系统不对称故障的后备保护。对于中小型的发电机转子表层的负序过负荷保护，通常采用两段式定时限负序电流保护。段动作电流按与相邻元件后备保护配合的条件整定，一般取，经35s延时后动作于跳闸。段动作电流按躲过发电机长期允许的负序电流，一般取，经510s延时后动作于信号。大型发电机组转子表层负序过负荷保护，一般由定时限负序电流保护反时限负序电流保护两部分组成。定时限负序电流保护动作与信号，反时限负序电流保护

16、动作于跳闸。定时限负序电流保护的动作电流，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。反时限负序电流保护的动作电流应与发电机承受负序电流的能力相配合。第四节 励磁绕组过负荷保护励磁绕组过负荷保护与定子绕组过负荷保护类似，也由定时限电流保护和反时限电流保护两部分组成。定时限部分的动作电流按在正常励磁电流下能够可靠返回的条件整定。反时限部分的动作特性按：进行整定，动作于解列灭磁。发电机的励磁系统，有的用交流励磁电源经可控或不可控整流装置组成。对于这种励磁系统，发电机励磁绕组过负荷保护可以配置在直流侧，也可以配置在交流侧。当由备用励磁机时，保护装置配置在直流侧可以在使用备用励磁机时励磁绕组不

17、失去保护，但此时需要装设比较昂贵的直流变换设备。为了使励磁绕组过负荷保护能兼作励磁机、整流装置及其引出线的短路保护，长装设在中性点侧，当中性点没有引出端子时，则配置在励磁机的机端。此时，保护装置的动作电流要计及整流系数换算到交流侧。第五节 失磁保护发电机失磁通常是指发电机励磁异常下降或励磁完全消失的故障。励磁异常下降指发电机励磁电流的降低超过了静态稳定极限所允许的程度，使发电机稳定运行遭到破坏。造成励磁异常下降的原因通常是由于主励磁机故障；误操作的过量调整等。完全励磁消失就是发电机失去励磁电源，通常由于自动灭磁开关误跳闸、励磁调节器整流装置中自动开关误跳闸、励磁绕组断线或端口短路等原因引起。对

18、于不允许失磁后继续运行的发电机，失磁保护应动作于跳闸。当发电机允许失磁运行时保护可动作于信号，并要求失磁保护与切换励磁、自动减负荷等自动控制相结合，以取得发电机失磁后的最好处理效果。发电机失磁对发电机本身的影响主要有: 1、由于发动机失磁后出现转差,在发电机转子回路中出现差频电流,差频电流在转子回路中产生损耗,如果超出允许值,将使转子过热。特别是直接冷却的高力率大型机组,其热容量裕度相对降低,转子更容易过热。而转子表层的差频电流,还可能使转子本体槽楔、护环的接触面上发生严重的局部过热甚至灼伤； 2、失磁发电机进入异步运行之后,发电机的等效电抗降低,从电力系统中吸收无功功率,失磁前带的有功功率越

19、大,转差就越大,等效电抗就越小,所吸收的无功功率就越大。在重负荷下失磁后,由于过电流,将使发电机定子过热；3、对于直接冷却高力率的大型汽轮发电机,其平均异步转矩的最大值较小,惯性常数也相对降低,转子在纵轴和横轴方面,也呈较明显的不对称。由于这些原因, 在重负荷下失磁后,这种发电机转矩、有功功率要发生剧烈的周期性摆动，将有很大甚至超过额定值的电机转矩周期性地作用到发电机的轴系上,并通过定子传递到机座上。此时,转差也作周期性变化,其最大值可能达到4%5%, 发电机周期性地严重超速。这些情况,都直接威胁着机组的安全；4、失磁运行时,定子端部漏磁增强,将使端部的部件和边段铁芯过热。5.1 保护原理对于大型发电机通常装设专门的失磁保护，动作于信号、减负荷或停机。大型机组突然跳闸会给机组本身造成大的冲击，对系统也会加重扰动，因此一般汽轮发电机的诗词保护仅动作于减负荷，转入低负荷异步运行。若不能在允许的异步时间内消除失磁因素，保护在动作于跳闸。若大型机组失磁而危及电力系统安全时，保护应尽快断开失磁的发电机。以静稳态边界为动作判据，采用变励磁电压（P）原理，即得动作电压随P变化，对于隐极机，动作判据为式中，整定系数，单位“伏/瓦”，即为平面上动作特性直线的斜率；发电机有功功率，单位“瓦”；发电机额定功率，单位“瓦”；发电机励磁电压，单位“伏”；5.2 保护的逻辑框图