电力系统继电保护课程设计

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1、课 题： 发电机继电保护设计专 业： 电气工程及其自动化班 级： 姓 名： 指导教师： 设计日期： 2016.6.142016.6.25成 绩： 目 录1.绪论11.1继电保护概述11.2继电保护基本要求12.发电机变压器参数22.1 原始资料22.2发电厂规模52.3主接线（一机组一出线）52.4课程设计的主要内容53.短路电流计算63.1相关短路点及短路方式的选择63.2 短路计算点的选择73.3 整定电流选择94.发电机保护配置的选取及整定原则94.1发电机的保护配置94.2发电机纵差保护整定104.3发电机的定子单相接地保护114.4发电机的负序过电流和转子接地保护114.5发电机的失

2、磁保护124.6发电机的其他保护125.继电保护整定计算135.1发电机纵差保护整定135.2过电流保护整定145.3过负荷保护整定156.仿真图167.总结178.参考文献189.附录191.绪论1.1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

3、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。1.2继电保护基本要求可见，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：

4、（1）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正确选择其整定值，使各级保护相互配合而实现的。 （2）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。

5、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。 （4）可靠性 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

6、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、运行经验等)，分清主要矛盾和次要矛盾，统筹兼顾，力求相对最优。2.发电机变压器参数2.1 原始资料 （1）发电机表1发电机参数型号QFSN6002额定功率 600MW额定电压22kV额定电流17495A额定功率因数0.9(滞后)励磁方式自并激静止可控硅励磁18.26%(饱和值); 19.85%(非饱和值)24.21%(饱和值); 27.51%(非饱和值)189.29%(饱和值); 189.29%(非饱和值) （2

7、）主变压器表2主变压器参数型号DFP240000/500（单相）额定容量240000kVA额定电压550/3-22.5%/22kV联结组标号YNd11短路阻抗14.0%空载电流0.17%空载损耗98.7kW负载损耗408.0kW （3）厂用变压器1A表3厂用变压器1A参数型号SF934000/22额定容量34000 kVA额定电压（2222.5%）/6.3kV联结组标号Dyn1短路阻抗10.64%空载电流0.16%空载损耗20.85kW负载损耗152.16kW （4）厂用变压器1B表4厂用变压器1B参数型号SF931500/22额定容量31500kVA额定电压（2222.5%）/6.3kV联结

8、组标号Dyn1短路阻抗10.67%空载电流0.16%空载损耗20.09kW负载损耗142.86kW （5）励磁变压器表5励磁变压器参数型号RESIBLOC额定容量6000kVA额定电压22000/840V联结组标号Dy11短路阻抗8.95% （6）脱硫变压器表6脱硫变压器参数型号SF1025000/22额定容量25000kVA额定电压（2222.5%）/6.3kV联结组标号Dyn1短路阻抗10.41%空载电流0.13%空载损耗17.7kW负载损耗97.5kW （7）系统参数（2008年04月15日南方电网电力调度通信中心提供）在系统基大、丰小、枯小方式下，断开电厂发变组，将南方电网等值到500

9、kV母线，以下列出各种方式下的最小及最大等值电抗表7系统参数 等值支路盘南500kV地对应方式最小等值电抗系统基大，断开盘南电厂内发变组。0.08420.2246最大等值电抗系统丰小，断开盘南电厂内发变组及盘换甲线。0.13530.3392备注：以上所列均为标么值，基准容量1000MVA。2.2发电厂规模按盘南电厂4600MW机组投运考虑，最大运行方式为四台机组并网运行，最小运行方式为一台机组并网运行。1、2号机组出口分别增加了一台脱硫变，3、4号机组不增加脱硫变。2.3主接线（一机组一出线）图1 发电厂电气主接线图2.4课程设计的主要内容要求： 1）用仿真软件画出全厂升压站的主接线图； 2）

10、计算各元件参数并画出等值电路； 3）选择短路点、计算短路电流，（先手算并写出计算过程表达式然后用软件校验），列出短路计算结果汇总表； 4）拟出保护配置方案； 5）对配置的保护逐一进行整定计算，列出整定计算步骤和结果汇总表； 6）按要求编制课程设计说明书。3.短路电流计算3.1相关短路点及短路方式的选择 (1)基准值选择基准功率：SB=1000MVA，基准电压：VB=23.1kV。基准电流：IB=24.99kA；电压标幺值：E=1 (2)发电机等值电抗计算1) #1发电机等值电抗计算 (3)变压器等值电抗计算1) #1主变压器T1等值电抗计算 2) #1脱硫变压器T5等值电抗计算 3) #1励磁

11、变压器T2等值电抗计算 4) 厂用变压器1A T3等值电抗计算 5) 厂用变压器1B T4等值电抗计算电抗计算表(标么值) 表8 各设备电抗值设备名称发电机主变压器厂变压器A厂变压器B励磁变压器脱硫变压器系统最小等值电抗系统最大等值电抗电抗值0.27390.5833.1293.38714.9174.160.08420.13533.2 短路计算点的选择 (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(四台发电机全部投入)时各线路未端短路的情况,最小运行方下(一台投入)时各线路未端短路的情况。电网等效电路图如图2所示图2电网等效电路图 (2)点短路计算最

12、大运行方式短路电流 (3)点短路计算最大运行方式短路电流 (4)点短路计算 最大运行方式短路电流 (5) 点短路计算 最大运行方式短路电流短路电流表表9 各短路点短路电流短路点短路电流（KA）26.55541.64437.34466.82733.3 整定电流选择分别算出各路短路电流，最大短路电流取，因此之后的整定都依据此短路电流进行计算。4.发电机保护配置的选取及整定原则4.1发电机的保护配置某火电厂发变组继电保护设计保护设计，按照国际标准，本保护的保护配置选取，应该包含下表的保护配置：表10发电机配置图发电机保护发电机纵差保护调相失压保护发电机裂相横差保护定时限过励磁保护纵向零序电压匝间保护

13、定时限过励磁保护发电机相间阻抗保护逆功率保护发电机复合电压过流保护程序跳闸逆功率定子接地基波零序电压保护低频保护定子接地三次谐波电压保护过频保护转子一点接地保护起停机保护转子两点接地保护误上电保护定、反时限定子过负荷保护非全相保护定、反时限转子表层负序过电压平衡功能失磁保护TV 断线判别失步保护TA 断线判别过电压保护4.2发电机纵差保护整定纵差动保护的整定，具有比率制动特性的纵差动保护的动作特性可由A、B、C三点决定。对纵差动保护的整定计算，实质上就是对、及K的整定计算。 (1)启动电流的整定=(+)式中-可靠系数，取1.52； -保护两侧的TA变比误差产生的差流，取0.06 (为发电机额定

14、电流)。 -保护两侧的二次误差(包括二次回路引线差异以及纵差动保护输入通道变换系数调整不一致)产生的差流，取0.1。代入式得=(0.24 0.32)通常取0.3。(2)拐点电流的整定=（0.51.0）(3)比率制动特性的制动系数和制动线斜率K的整定=K=-外部故障时，为躲过差动回路中的最大不平衡电流，C点的纵坐标电流应取为=(0.1+0.1+)式中-可靠系数，取1.3 1.5； -暂态特性系数，当两侧TA变比、型号完全相同且二次回路参数相同时，0，当两侧TA变比、型号不同时，取0.05 0.1。 -最大动作电流。将以上数据代入式中得(0.0260.45)令=,代入上式，可得=(0.260.45

15、)。4.3发电机的定子单相接地保护根据安全要求，发电机的外壳都是接地的，因此，定子绕组因绝缘破坏而引起的单相接地故障比较普遍。当接地电流比较大，能在故障点引起电弧时，将使绕组的绝缘和定子铁心烧坏，并且也容易发展成相间短路，造成更大的危害。我国规定，当接地电容电流等于或大于5A时，应装设动作于跳闸的接地保护，当接地电流小于5A时，一般装设作用于信号的接地保护。4.4发电机的负序过电流和转子接地保护当电力系统中发生不对称短路或正常运行情况下三项负荷不平衡时，在发电机定子绕组中将发现负序电流。负序电流在转子中所引起的发热量，发电机转子过热保护实际上是对定子绕组电流不平衡而引起的负序过流保护，是发电机

16、的主保护之一。此外，由于大容量机组的额定电流很大，而在相邻元件末端发生两相短路时的短路电流可能较小，此时采用复合电流启动的过电流保护往往不能满足作为相邻原件后备保护时对灵敏系数的要求。在这种情况下，采用负序电流作为后备保护，就可以提高不对称短路时的灵敏性。4.5发电机的失磁保护(1)发电机失磁运行的影响发电机失磁故障是指发电机的励磁突然全部消失或部分消失。引起失磁的原因有转子绕组故障，励磁机故障，自动灭磁开关误跳闸，半导体励磁系统中某些元件损坏或回路发生故障，以及误操作等。为此，在发电机上，尤其是在大型发电机上应装设失磁保护，以便及时发现失磁故障，并采取必要措施，例如，发出信号由运行人员及时处

17、理，自动减少负荷或动作与跳闸等，以保证电力系统和发电机的安全。 (2)整定原则1) 静稳阻抗按发电机端到无穷大系统间的等值系统电抗Xs和Xd整定；2) 静稳阻抗动作延时一般为0.52s；3) 异步阻抗按发电机的参数Xd/2和Xd整定；4) 系统三相低电压整定按（0.850.9）Un取值。4.6发电机的其他保护(1)逆功率保护1) 逆功率保护是当发电机出现有功功率倒送，发电机变为电动机运行时异常工况的保护。2) 逆功率的整定整定功率的计算：= (+)式子中，为可靠系数，取0.50.8；为汽轮机在逆功率运行时的最小损耗，一般取额定功率的2%4%；为发电机在逆功率运行时的最小功率，一般取，其中表示发

18、电机效率；表示发电机额定功率。(2)突加压保护1）突加压保护作为发电机盘车状态下的主断路器误合闸时的保护。2）定值整定计算低频元件f小于启动频率，一般可选取4050Hz；返回延时t一般可取为0.30.5s；电流动作值应大于或等于盘车状态下误合闸最小电流的50%。（3）起停机保护1）起停机保护可作为发电机升速升励磁尚未并网前的定子接地短路故障的保护。2）定值整定原则零序电压动作值一般可取为100V及其以下；延时t一般可取为25s。 （4）其他保护对发电机来讲的保护除以上介绍的以外还有很多，例如零序方向、零序电压保护、TV和TA断线保护、过流保护等等。5.继电保护整定计算5.1发电机纵差保护整定

19、（1）启动电流的整定=(+)=0.3=0.317459=5237.7（A） （2）拐点电流的整定=（0.51.0）=（0.51.0）*17459=（8729.517459）（A） （3）比率制动特性的制动系数Kres和制动线斜率K的整定=(1745910%)/265540.066 =（11949.3- 5237.7)/（26554- 8729.5）=0.377外部故障时,为躲过差动回路中的最大不平衡电流，C点（如下图）的纵坐标电流应取为 =(0.1+0.1+)=1.5（0.1+0.1+0.1）26.5554=1.195（kA） 图3 比率制动特性（4）继电保护整定计算结果一览表表11发电机纵差

20、保护整定值名称制动系数启动电流（A）拐点电流(A)制动线斜率最大启动电流(A)最大制动电流(A)代号KresIop.minIr.minKIop.maxIr.max整定值0.0665237.78729.50.37711949.3265545.2过电流保护整定 （1）动作电流按发电机额定负荷下条件整定= (取1.1；取0.85) 所以 =（kA）（2）灵敏度校验灵敏系数按主变压器高压侧母线两相短路的条件校验，则=所以 (满足要求)5.3过负荷保护整定（1）过负荷保护对于发电机因过负荷或外部故障引起的定子绕组过电流，装设定子绕组对称过负荷保护，通常由定时限过负荷及反时限过电流两部分组成。（2）定时限

21、过负荷保护动作电流按发电机长期允许的负荷电流的条件整定则 = （取1.05；取0.95） 所以 =19.3（kA）（3）反时限过电流保护按机端金属性三相短路的条件整定，则=所以 =95.6（kA） （4）反时限按与过负荷保护配合的条件整定则= (取1.05)所以 =1.0519.3=20.27（kA）6.仿真图图4 短路电流仿真图7.总结 在本次课程设计过程中，我们发现了自己在实践方面的不足,所以协助画图及编写报告。以前所学的都是书本上的理论知识，而这次课程设计实验则让我学会了把理论知识和实践知识相结合，让我们对电力系统继电保护知识有了更深刻的理解，让我们对以前所学的知识应用到了实践当中。我们

22、也跟别的班级做过这个课题的同学进行交流，参考他们的思路，总结发现他们不足之处，在整合成自己的东西，通过线路图制作和软件仿真，实践出真知。本次课程设计我们最终在和同组其他成员的共同协作下，圆满的完成了本次的课程设计任务。我们分工明确，相互帮助，在老师的监督指导之下，我们在本次课程设计中获得较大进步，感谢老师的孜孜教诲！8.参考文献1李佑光.电力系统继电保护原理及新技术.科学出版社 20032 王维俭 .发电机变压器继电保护整定算例.中国电力出版社 20003何仰赞 .电力系统分析(第二版).华中理工大学出版社 19964傅知兰. 电力系统电气设备选择与实用计算M.中国电力出版社 20045刘学军. 继电保护原理（第二版）. 中国电力出版社 20076许建安. 继电保护整定计算 .中国水利水电出版社 20017牟道槐. 发电厂变电站电气部分M. 重庆大学出版社 20038陈生贵. 电力系统继电保护M. 重庆大学出版社20039西北电力设计院. 电力工程电气设备手册M. 中国电力出版社9.附录19