发电厂的继电保护设计

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1、毕业设计（论文）题 目系（院）专 业班 级学生姓名发电厂的继电保护设计电气工程系电气工程与自动化2010级3班石毅指导教师何芳助教二o四年六月二十日独创声明本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文），是本人在指导老师的指 导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。据 我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他 个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献 的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本声明的法律后果由本人承担。作者签名:年 1日毕业设计（论文）使用授权声明本人完全了解滨州学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的 规定。本人愿意按照

2、学校要求提交学位论文的印刷本和电子版，同意学校 保存学位论文的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它复制手段 保存设计（论文）；同意学校在不以营利为目的的前提下，建立目录检 索与阅览服务系统，公布设计（论文）的部分或全部内容，允许他人依 法合理使用。（保密论文在解密后遵守此规定）作者签名:年 月 日发电厂的继电保护设计摘要当今社会电厂是生产电能的主要基地 ,每年产生大量的电能为社会 各界使用,以维持正常的社会电量需求。为了避免设备故障所带来的不利 影响,电厂设备都需要配备继电保护装置。本文先对单独电气主接线进行了简述，然后着重针对电气设备的选 择及布置特点进行了论述。在本次设计中，主要针对继

3、电保护的设计， 从发电机的继电保护的确定到线路的继电保护，都做了较为详尽的阐 述。二次接线则以发电机、变压器、输电线路的继电保护的设计为重点， 对继电保护的整定计算做了深入细致的介绍。设计过程中，综合考虑了经济性、可靠性和可发展性等多方面因素， 在确保可靠性的前提下，力争经济性。关键词：继电保护，发电机，变压器，输电线路Relay Protection of Power PlantsAbstractThe power plant is the production base of electricity each year a large number of electric energy u

4、se to the society from all walks of life today, in order to maintain the normal social demand. In order to avoid the adverse effect brought by the equipment failure, equipment of power plant need to be equipped with relay protection devices.This article first has carried on the brief to separate the

5、 main electrical wiring and emphatically according to the characteristics of the electrical equipment selection and arrangement are discussed. In this design, the design of main relay protection, from the definition of relay protection of generator to the line relay protection, to do a more detailed

6、 description. Secondary connection of generators, transformers and focuses on the design of transmission line protective relaying, the setting calculation of relay protection makes a thorough introduction.During in the design process, various factors such as economy, reliability and expansibility ha

7、s been considered. In ensuring the reliability of the premise, we strive for efficiency.Key words： relay protection, generator, transformers, transmission line目录第一章 绪论 11.1 原始资料 1第二章 短路计算中的标幺值 32.1 短路电流计算的规定 32.2 短路电流计算的目的 32.3 电路元件参数的计算 3第三章 发电机保护 63.1 发电机的保护方式 63.2 发电机的短路计算 73.3 发电机的纵差保护 83.3.1 发电

8、机纵差保护的构成 83.3.2 采用差动继电器构成纵差保护 83.4 纵差动保护的整定计算 93.4.1 最小动作电流的整定 93.4.2 差动继电器的动作电流 103.4.3 灵敏度检验 103.5 低电压启动的过电流保护 103.6发电机保护接线图 12第四章 主变压器保护 134.1 变压器的故障、异常运行方式和应装设的保护装置 134.2 主变压器短路计算 134.3 变压器的瓦斯保护 154.4变压器的差动保护 164.5差动保护的整定计算 174.5.1 额定参数的计算 174.5.2 整定计算 184.5.3 基本侧工作线圈匝数的计算 184.5.4 非基本侧线圈匝数计算 194

9、.5.5 计算整定匝数于计算匝数不等而产生的相对误差 194.5.6 灵敏的校验 194.6 变压器的过电流保护 20第五章 线路保护 215.1 电网的接地保护 215.1.1 接地电流电网的零序电流保护 215.2 电网的距离保护 225.2.1 距离保护的作用和基本原理 225.2.2 三段式距离保护的组成 23第六章 总结 25参考文献 26谢 辞 27附 录 28第一章 绪论现今，国内外继电保护技术发展的趋势为：计算机化，网络化，智能化，保护、 控制、测量、数据通信一体化1。本设计主要针对大型发电厂中的发电机、变压器、 线路的继电保护配置问题进行了论述。继电保护装置，就是指能反应电力

10、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2。其广泛应用于电力系统、农网 和小型发电系统，是电网及电气设备安全可靠运行的保证。但实践也表明，发电机、 变压器保护在运行中的正确动作率长期偏低。如何对发电厂进行继电保护配置，关 系着这些大型发电厂的安全、可靠、灵活、经济的运行，也关系着大电力系统的安 全经济运行，乃至国民经济生活的发展。继电保护装置的基本任务是：（1）自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于 继续遭到破坏，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行。（2）反应电气元件的异常运行状态，并根据运行维护的条件（如有无经常值班 人员

11、）而动作于信号，以便值班员及时处理，或由装置自动进行调整，或将那些继 续运行就会引起损坏或发展成为事故的电气设备予以切除3。为了完成它的任务，必须在技术上满足选择性、速动性、灵敏性和可靠性四个 基本要求。在对发电厂进行继电保护配置时，应尽量满足和协调好这四个基本要求。1.1原始资料（1）.两台参数相同的发电机：型号： QFS-125-2 额定电流 6150A 额定电压 13.8kV，功率因数0.85次暂态电抗18%。（2）接线:该发电厂向地方变电所供电，电压220kV，共有2回出线，不设母 线，单元制接线。（3）备用电源:电厂的启动/备用电源由系统110kV变电所引入电厂。（4）主变压器：型号

12、：SFP9-150000/220；变比：2362X2.5%/13.8kV ；连接 组别：Yn， d11； Uk1%=13，Uk0%=12.8；高压侧额定电流367A，低压侧额定电流6275A。(5) 高压厂用变压器型号：SF9-CY-22000/13.8；变比：13.88X 1.25%/6.3kV ；, 连接组别：Y/Y-12 ； Uk1%=10.5, Uk0%=9.5。(6) 高压备用电压器：型号：SFZ9-CY-22000/110；变比：1102X2.5%/6.3kV ； 连接组别：YN， d11； Uk1%=10.5, Uk0%=10.28；高压侧额定电流920A，低压侧额 定电流 20

13、16A。(7) 机组年利用小时:TMAX=6500h/a(8) 厂用电率:按 8%考虑(9) 气象条件:发电厂所在地最高温度38C，年平均温度25C。气象条件一般 无特殊要求(台风、地震、海拔等)第二章 短路计算中的标幺值2.1 短路电流计算的规定短路电流计算的条件和基本假设为：（1）正常工作时，三相系统对称运行；（2）所有电源的电动势相位角相同；（3）不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流；（4）元件的电阻略去，输电线路的电容略去不计，及不计负荷的影响；（5）系统中的同步电机为理想电机，都具有自动调整励磁装置；（6）变压器的励磁电流略去不计，相当于励磁阻抗回路断开；（7）短路发生在其中电流

14、为最大值的瞬时。2.2 短路电流计算的目的（1）电气设备选择和校验。（2）选择继电保护装置和进行整定计算。（3）在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案或确定某一接线是否需要采 取限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。（4）在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可 靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。（5）在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件检验软导线的相间和相对地的 安全距离。（6）在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依 据。（7）按接地装置的设计，也需用短路电流4。2.3 电路元件参数的计算高压短路电

15、流计算一般只计算各元件的电抗，采用标幺值进行计算，为了使电 力系统中的电器设备在最严重的短路状态下也能可靠的工作，短路计算中选取三相短路计算为主5。为了计算方便选取如下基准值：基准容量Sb二100MV-A, Ub二Uc （ Uc为元件所在处的短路计算电压），则基准电流如下：基准电抗:发电机的有名值:变压器有名值：电抗器有名值：I_ Sb -V3UbSb3Uc2-1)U=bb*NU 2cSbU2NSNU %U 2X 二一kNT100 SNx % UpXN1003IN标幺值的一般数学表达式为标幺值（相对值）二有名值（有单位的物理量）基准值（与有名值同单位的物理量）各元件电抗标幺值计算如下：发电机：

16、变压器电抗器线路：2-2)2-3)2-4)2-5)2-6)ffU % S=dXb100 P COS 申nnU % S=TXb-100 SNX % USX P XX bP 100、2lU 2N b2-7)2-8)2-9)LSb2-10)P 发电机的额定容量，单位为MV- A ；NX %发电机次暂态电抗百分值；dcos申发电机的功率因数；NS 变压器的额定容量，单位为MV-A；NS 系统基准容量，单位为MV- A ；but % 变压器短路电压百分值；XL 短路线路的总电抗；X %电抗器短路电压百分值；pU 线路额定电压；NI线路额定电流；N第三章 发电机保护3.1 发电机的保护方式（1）纵差动保护

17、：对 1MW 以上发电机定子绕组及其引出线的相间短路。（2）单相接地保护：对直接连于母线的发电机定子绕组单相接地短路。在不装 设单相接地保护时，应利用绝缘监视装置发出接地故障信号。（3）横差保护：用于反应发电机定子绕组的匝间短路，当定子绕组星形接线、 每相有并联分支且中性点侧有分支引出端。（4）过电流保护：用于切除发电机外部短路引起的过电流，并作为发电机内部 故障的后被保护。（5）负序过电流保护：对于有不对称负荷或外部不对称短路而引起的负序电流， 一般在50MW及以上的发电机应装设此保护，动作与信号。（6）过负荷保护：对于对称过负荷引起的发电机定子绕组过电流，应装设接于 一相电流的过负荷保护。

18、（7）过电压保护：对于水轮发电机定子绕组的过电压所需的保护。（8）励磁回路的接地保护：对于发电机励磁回路的一点接地故障，对1MW及 以下的小型发电机可装设定期检查装置；对1MW以上的发电机应装设专用的励磁 回路一点接地保护。（9）失磁保护：对于发电机励磁消失故障，在发电机不允许失磁运行时应在自 动灭磁开关断开时连锁断开发电机的断路器；对采用半导体历次以及100MW机以 上采用电机历次的发电机，应装设直接反应发电机失磁时电力采纳数变化的专用失 磁保护。（10）转子过负荷保护：对于转子回路上的过负荷， 100MW 机以上，并且半 导体励磁系统的发电机上的保护。（11）过励磁保护：对于300MW及以

19、上的发电机应装设。（12）其他保护：如当电力系统震荡影响机组安全运行时，在300MW机组上， 宜装设失步保护;当汽轮机低频运行会造成机械振动，叶片损伤，对汽轮机危害极大 时，可装设低频保护；当水冷发电机断水时，可装设断水保护等。为了快速消除发电机故障，在保护动作与发电机断路器跳闸的同时，还必须动 作于自动灭磁开关，将发电机励磁回路断开，使定子回路不再感应出电动势，继续 供给短路电流7。3.2 发电机的短路计算当发电机端短路时，次暂态电流I的一般计算式为 k E “/= fkXd3-1)但是也可以近似计算为：U /= Unk Xd给定额定电压U = 13.8kV , x = 18% 次暂态短路电

20、流得出I = 76666.66A，冲Ndk击电流 i 的计算式为ch3-2)i 二 K 2Ichchk3-3)当巨型发电机直接供电的母线上短路时，一般应取冲击系数K 为1.9则 chi = 1.9 chk一般计I = 76666.66A代入得i = 206003.75A，稳态短路电流I其一般计算kch式为：E=gkxd3-4)x 为稳态直轴（同步）电抗； d根据汽轮发电机稳态电动势的曲线x f 二 0.05, I = 5 查得b k 0E 二 4.0。 g所以EX =g-d f Ik 0 e二 40 二 1.70.47 x 5因而稳态短路电流的标幺值E4I = g = 4.7kAg1* x /

21、21.7/2d稳态短路电流的实际值I = 4.7 x 1?5MV A = 5.229kA幻3 xl3.8kV3.3 发电机的纵差保护发电机定子绕组相间短路是发电机内部最严重的故障，因此，要求装设快速动 作的保护装置，当发电机中性点侧每相有引出线时，可装设纵联差动（简称纵差） 保护作为发电机定子绕组相间短路的主保护。3.3.1 发电机纵差保护的构成发电机纵差保护的工作原理，是根据比较被保护元件始端和末端电流相位和幅 值的原理而构成的。为了实现此种保护，在发电机中性点侧与靠近出口端断路器处应装设同一型号 和变化的两组电流互感器1LH和2LH,两组电流互感器之间，即为纵差保护的保护 区。电流互感器二

22、次侧按循环电流法接线，设两端电流互感器的同极性端子朝向同 一方向，则两个互感器的二次侧异极性相连，并在两接线之间并联接入电流继电器， 在继电器线圈中流过的电流是两侧电流互感器二次电流I2与12/之差，故称它为差 动回路，该继电器是反映两侧（同一相）电流互感器二次电流之差而动作的，故称 它为差动继电器（CJ）。由于纵差保护不反应负荷电流与外部短路电流，只反应两侧电流互感器之间故 障时的电流，故保护不必与其它保护作时限上的配合，可瞬时动作8。3.3.2 采用差动继电器构成纵差保护采用差动继电器构成的纵差保护单相原理接线如图。由于它能较好地躲过暂态 不平衡电流的影响，因此，被广泛地用在发电机的差动保

23、护中。在实际应用中可把 差动线圈和平衡线圈串联起来作为一个线圈使用，以增加匝数的调整范围。1图3-1 发电机纵差保护单相原理接线图纵差动保护的作用，主要是保护发电机内部及引出线端各种类型的相见故障。 保护动作后，瞬时跳开发电机出口断路器和灭磁开关，并发出差动保护动作的信号 6。3.4 纵差动保护的整定计算3.4.1 最小动作电流的整定为了避免保护在电流互感器二次回路断线时误动作，保护的动作电流应大于发 电机的额定电流。I 二 K I 二 1.3 x 6150 二 7995Ad -bK F-e式中K为可靠系数，采用1.3, I为发电机的额定电流。KF -eI 二 K I 二 1.3 x 6150

24、 二 7995Ad-bK F-e躲过外部故障时的最大不平衡电流。式中 K 为可靠系数，采用 1.3。K3-5)I = K Id-bK b- p式中 I 为外部故障时的最大不平衡电流，一般可按下式计算b- pI 二 K K f I（3-6）b- pfzq tx i dl-zd式中 K 为考虑非周期分量影响的系数。当保护采用 BCH-2A 型差动继电器时 fzq取1；式中 K 为电流互感器的同型系数。若两侧互感器型号相同时取 0.5，不同时取 tx1；式中 f 电流互感器的最大相对误差，当按 10%误差曲线选择时采用 0.1； i式中 I 在发电机外部三相短路时，流经保护的最大周期性短路电流。 d

25、l-zd可得出I 二 K K fI= 1x 0.5 x 0.1x 5229 二 261.45b- pfzq tx i dl - zdI = K I =1.3x5229 = 4.855kAd -bK b - p4.855kA 279953.5 低电压启动的过电流保护发电机的过流保护，用来作发电机外部短路故障的后被保护，并作为定子绕组 相间短路主保护（差动保护）的后备保护。如图 3-2 所示为发电机低电压启动过电流保护的接线图，该保护的电流继电器 接在中性点侧的电流互感器上，采用三相星形连接，地电压继电器则接在发电机出 口端电压互感器二次侧的相间电压上，这样在发电机投入前发生故障时，保护装置 也能

26、动作9。从图中可知，该保护时受低电压继电器控制的中间继电器 BZJ 来实现闭锁的。 该保护的接线有下述特点：第一，当外部短路时，可以采用电流继电器的接点去闭 锁接地保护；第二，当电压互感器二次回路断线二低电压继电器单独动作时，整套 保护不误动，并可通过BZJ发生断线信号；第三，该断线信号时通过发电机断路器 的辅助接点接至延时信号，以便在发电机断开时把信号推出。保护装置动作后，通过出口中间继电器BCJ将发电机的主断路器和自动灭磁开 关跳开。当发电机电压母线有分段断路器时，保护装置应有两个时限，如图，以较 小的时限跳开主变压器断路器和分段断路器，如故障仍未消除，则以较大的时限跳 开发电机主断路器和

27、自动灭磁开关。当相邻发电机电压母线段或高压母线发生故障 且相应的保护拒绝动作时，本段发电机低电压起动的过流保护先将主变断路器、分 段断路器和母联断路器跳开，使本段母线与故障部分分开u随后保护装置返回， 以保证本段母线可靠供电。DL-TQ_DL2至MKBCJ至母线开关至主变YH至过负荷信号1J1LP IIixj占1SJ2LPI3LP 113XJ2XJL_匚3SJTT电压回路断线2SJI1LJ2LJ3LJ4LJBZJ由YH来1YJ2YJ3YJca)YHaYHbYHc（b）图3-2 发电机低电压起动过电流保护接线图控制电源小母线熔断器低电压闭过流保护锁保 护 回 路过负荷主断路器跳闸跳 闸 回 路M

28、K跳闸母线跳闸主变跳闸3.6 发电机保护接线图为了便于分析事故，在每套保护装置接至出口中间继电器BCJ的回路中，都串 接有信号继电器，当保护装置动作后，相应的信号继电器一方面指出该保护已动作， 另一方面发出“掉牌未复归”信号。出口中间继电器BCJ动作后接点闭合，作用于 发电机断路器和灭磁开关跳闸，并关闭汽轮机的主汽门。当发电机电压母线保护动 作时，也可惜出口中间继电器BCJ将发电机切除。在出口中间继电器线圈上并联附 加电阻的作用是当几套保护同时动作时，保证它们的信号继电器都能可靠动作。每套保护的出口处都装有联接片（1LP4LP）,在过电流保护动作于母联断 路器和分段断路器的跳闸回路中，也装有联

29、接片（5LP7LP），以便在运行中有 可能将上述回路解除工作。为了便于维护人员在现场作实验，在差动保护回路中装 有实验盒SH。展开图见附录B发电机保护接线全图。第四章 主变压器保护4.1 变压器的故障、异常运行方式和应装设的保护装置变压器是电力系统中重要设备，数量很多，由于它是静止设备，结构上较可靠，故障机会比较少。但在实际运行中仍有可能发生故障，它的故障将给系统的正常供 电和安全运行带来严重的影响。为了保证电力系统的安全运行，必须根据变压器的 容量及重要性装设性能良好的、动作可靠的保护装置。变压器的故障可分为油箱内部故障和外部故障：（1）油箱内部故障主要有：相相间短路、单相匝间短路、单相接地

30、短路等。上 述短路故障电流将产生电弧，会烧坏线圈的绝缘和变压器的铁芯，甚至引起绝缘材 料、变压器油的强烈气话，而导致油箱爆炸等严重后果。（2）油箱外部的故障：主要是绝缘套管和引出线上的相见短路、单相接地短路 等。变压器异常运行方式主要有：（1）由于外部短路引起的过电流。（2）由于电动机的自启动过并联运行的变压器被断开以后，处于高峰负荷等原 因引起的过负荷。（3）油箱内部的油面降低。根据变压器的故障种类及异常运行方式应装设如下保护装置：（1）防御变压器油箱内部短路和油面降低的瓦斯保护。（2）赋予变压器绕组和引出线的多相短路、大接地电流电网侧绕组和引出线的 接地短路以及绕组匝间短路的纵差保护或电流

31、速断保护。（3）防御外部相间短路并作瓦斯保护和纵差保护后备的过电流保护。（4）防御大接地电流电网中外部接地短路的零序电流保护。（5）防御对称过负荷的过负荷保护7。4.2 主变压器短路计算确定基准值：Sb=1MV Ad1 Sc1d2SU = 220kV U = 13.8kV c1c 2100MV-A0.262kAv3x220kV100MV- A4.184 kAv;3 x 13.8kV发电机的电抗标幺值：X %SX = dX b d*100 P / CospN变压器的电抗标幺值：0.122。AG1x % U 2T X10018%100MV-A100=x=0.18 x100 125MV - A/0.

32、85147.05N旦 x 100MA 二 0.086。100 150MV - A图 4-1 K1 点简化后的等值电路图当K点短路时,短路电流：即主变压器的低压侧：XV* K1VK1k1dlX*X V乙K1=X = 0.122。d0.262-=2.147kA0.122三相短路容量：SSS 二一bk 1Xd100MV A 二 819.67 MV-A0.122短路冲击电流：i = 1.9 X、辽 x 2.147kA = 5.768kAsh220kVG1图 4-2 K2 点简化后的等值电路图K 2点短路电流计算即主变压器高压侧短路时,短路电流：XV* 2Vk2=X + X = 0.086 + 0.12

33、2 = 0.208dT4.184kAI = 20.11kAk2 0.208三相短路容量：S =k1SbX*X V乙k 2=100MV A = 48076MV - A0.208冲击电流：i = 1.8 x 迈 x 20.11 = 51.183kAsh4.3 变压器的瓦斯保护在变压器油箱内常有的故障有绕组匝间或层间绝缘破坏造成的短路，或高压绕 组对地绝缘破坏引起的单相接地。对上述故障，若短路匝数很少或经电弧电阻短路 时，反应到变压器纵差保护或接地保护装置中的电流很少，可能不会使保护动作。 但在变压器油箱内发生任何一种故障时，由于短路电流和短路点电弧的作用，将使 变压器及其它绝缘材料因受热而分解产生

34、气体，因气体比较轻，它们就要从油箱流向油枕的上部，当故障严重时，油会迅速膨胀并由大量气体发生，此时，会有强烈的油流和气流冲向油枕的上部。利用油箱内部故障时的这一特点，可以构成反应气体变化来实现的保护装置，称之为瓦斯保护8。b)重瓦斯保护回路 跳闸回路1DL跳闸2DL跳闸轻瓦斯掉牌未复不图 4-3 瓦斯保护原理图及展开图瓦斯保护的主要优点是：动作迅速、灵敏度高、接线和安装简单、能反应变压 器油箱内部各种类型的故障。特别是当线圈匝间短路的匝数很少时，故障回路的电流虽然很大，可能造成严重过热，但反应在外部电源电流的变化却很小，这时具有 灵敏度高的差动保护都可能不动作，因此，瓦斯保护对于切除这类故障具

35、有特别重 要的意义。此外改进后的瓦斯继电器运行性能比较稳定，可能性也比较高，所以瓦 斯保护是变压器内部故障的主要保护之一。瓦斯保护的缺点是：不能反应变压器油箱外的套管和断路器之间连接线上的故 障，因此，它不能作为防御变压器各种故障的唯一保护，此外，由于保护装置在运 行中正确动作率仍然不够满意。4.4 变压器的差动保护变压器纵差保护主要用来防御变压器的内部、套管及引出线上的各种短路故障。 它的基本工作原理与输电线路和发电机的纵差保护是一样的。保护的原理接线图如 图所示。变压器两侧装设有电流互感器1LH和2LH,按循环电流法接线。若变压器 高压侧是采用户外多由式 DW 型断路器时，纵差保护的电流互

36、感器应选用该断路器 1DL在母线侧的套管电流互感器，其保护范围1DL和2DL之间的变压器高、低压绕组、套管及引出线和高压侧断路器。保护动作后，瞬时将变压器两侧断路器 1DL 和 2DL 断开。图4-4 变压器纵差保护单线原理图4.5 差动保护的整定计算变压器纵差保护主要是用来反应变压器绕组、引出线及套管上的各种短路故障 是变压器的主保护。按避越励磁涌流的方法不同，变压器差动继电器可按不同工作 原理来实现，本文中采用带短路线匝的继电器用作变压器的差动保护10。4.5.1 额定参数的计算表6-1 变压器额定参数名称变压器各侧数值额定电压（kV）22013.8额定电流（A）3676275互感器变比忑

37、 x 3671000U557000/5二次回路额定电流忑 X 367=3.17200羽 x 6275二 7.761400差动保护臂中的电流（A）忑 X 41333=3.582006729.356A Q 3921.45Ad -bK B-e取8157.5A为整定电流。即：I 二 8157Ad -b- jb- js4.5.3 基本侧工作线圈匝数的计算K I1x 8157I二J d存Jb八 二二 40.78Ad- j-jb-jsn200L式中，K 接线系数取 1 。Jn 互感器变比取 200 。 L工作线圈匝数为：AW0Id-jb-js6040.78二 1.47匝选用基本侧整定工作线圈匝数：W =1

38、g- jb- js 差动线圈整定匝数为 1。4.5.4 非基本侧线圈匝数计算W= lx 776 -1 = 2.44 匝ph-fj- js3.17选定平衡线圈的定匝数：W 二 3ph-2- fj - z非基本侧工作线圈匝数：W 二 W + W 二 3 +1 二 4g- fj-zpg-2- fj-zcd-z4.5.5 计算整定匝数于计算匝数不等而产生的相对误差W-W2.44 - 3Af =ph-2.力-jsph2f z = -0.16 0.05za W + W 2.44 +1ph.2. fj. jscd.zI (2) dl. zxId .b . jb4-3)4.5.6 灵敏的校验式中，I 为基本侧

39、保护装置的动作电流；d .b . jbI (2) 为变压器差动保护范围内短路时，归算到基本侧的最小短路电流。 dl.zx13.8kV侧两相短路电流为：313800I 二 x二 80232Adl.zx(13.8)归算到 220kV 侧：13.8I =80232 x= 4814Adl.zx(220)220在13.8kV侧两相短路时，从220kV侧继电器的最小电流为 2l I15d-b- jbL(220)220kV 侧继电器动作电流为：故满足要求10。4.6 变压器的过电流保护为了防止外部短路引起的过电流，并作变压器本身故障的后备保护，一般在变 压器上都应装设过电流保护。保护装置安装在变压器电源侧，

40、这样在发生内部故障 时，若差动等快速动作的保护拒动作时，应由过电流保护经过整定时限后，动作于 断开变压器各侧的断路器。过电流保护应根据变压器容量的大小和保护装置对灵敏度的要求，采用下述接 线方式之一：不带低电压启动的过电流保护；带低电压启动的过电流保护；复合电 压启动的过电流保护；对于大容量的变压器，则装设福电流和单项式低电压启动的 过电流保护10。图4-3 变压器过电流保护单相原理接线图第五章 线路保护5.1 电网的接地保护电力系统中性点接地方式，是根据供电的可靠性、系统过电压的情况，系统绝 缘水平，对继电保护的要求、对弱电流通讯线路的干扰和系统稳定的要求等而确定 的。在这里的电网采用中性点

41、直接接地方式。中性点直接接地电网发生单相接地故障时，通过中性接地点，就构成单相接地 短路，在故障相中流过很大的单相接地短路电流，所以，这种电网又称为大接地电 流电网。根据实际运行中的统计，电网发生单相接地短路的机会是很多的，约占总 故障的 7080%，所以，中性点直接接地电网的接地保护就显得十分重要。5.1.1 接地电流电网的零序电流保护 零序电流保护与相间电流保护一样，也采用阶段是保护，通常采用三阶段。图5-1 中所示是三阶段零序电流保护的接线图。第一段为瞬时零序电流速断，有电流继 电器 3、中间继电器4、信号继电器9构成，该段只能保护本线路的部分长度。第二 段为带时限零序电流速断，由电流继

42、电器 5、时间继电器6、信号继电器 10 构成， 它可以保护本线路的全长，其动作时限一般为 0.5 秒。第三段为零序过电流保护， 由电流继电器 7、时间继电器 8、信号继电器 11 构成，它可以作为本线路和相邻线 路的后备保护11。5.2电网的距离保护 5.2.1距离保护的作用和基本原理在远距离重负荷的输电线路上，线路的最大负荷电流有时可能接近线路末端的 短路电流，所以在这种线路上过电流保护时不能满足灵敏度的要求的。另外，过电 流保护的动作时限是按阶梯原则来整定的，往往具有较长的动作时限，因此，满足 不了系统快速切除故障的要求；至于电流或电压速断虽然能快速切除故障，但是它 们的保护区受系统运行

43、方式改变的影响大，在某些情况下，这些保护的保护区可能 变得很小；对瞬时电流速断，有时甚至保护区缩为零。所谓距离保护，就是指反应保护安装处至故障点的距离，并根据这距离远近而 确定动作时限的一种保护装置。保护感受的距离越近，保护的动作时限越短，泛指, 感受距离越远，则保护的动作时限越长，这样就可以保证在任何形状的电网中有选 择性地切除故障线路。三段式距离保护第一段的保护范围一般为线路全长的8085%,动作时限为各继 电器的固有动作时间。约为0.1秒左右。第二段的保护范围为被保护线路的全长及 下一线路的3040%,其动作时限要与下一线路保护第一段的动作时限相配合，一般 为0.5秒左右。第三段为后备保

44、护，一般其保护范围较长，包括本线路和下一线路 的全长乃至更远，其动作时限是按阶梯原则来整定12。5.2.2 三段式距离保护的组成图 5-2 是用电流继电器作启动元件的距离保护装着的单相原理接线图。它是按 三段式时限特性构成的。图5-2 三段式距离保护单相原理接线图一般情况下，距离保护由启动元件、测量元件、时间元件及方向元件四个主要 元件组成，并且：（1）启动元件 3的作用是在发生短路瞬间启动保护装置，通常用电流继电器或 阻抗继电器作气动元件，有时为了提高灵敏度，也可用反应负序分量和零序分量的 元件。（2）测量元件 5 和 6 的作用是测量保护安装处至短路点的距离（阻抗），一般 用阻抗继电器作测

45、量元件。（3）时间元件 11和 12 的作用是建立相应与各段的动作时限。通常用时间继电 器作时间元件。（4）方向元件 4 的作用是判别短路功率的方向。距离保护中的方向元件可以采 用普通的功率继电器，或者采用本身带有方向性的阻抗继电器方向阻抗继电器。（5）保护区无论哪一段发生短路，启动元件电流继电器 3 及功率继电器 4 瞬时 动作，闭合其接点，把操作回路的正电源加到阻抗继电器5、6 的接点上，同时加到 时间继电器 12 的线圈上使其起动。（6）如果短路发生在第I段保护范围内，阻抗继电器5动作（阻抗继电器6也 动作），于是通过信号继电器7的线圈立即使出口中间继电器的动作，整套保护的动 作时限仅为

46、各继电器动作的固有时间，因不用事件原件，故常称“瞬时”跳闸。(7) 如果短路发生在第II段保护范围内，阻抗继电器5感受的阻抗比它的动作 阻抗大，故不动作，而阻抗继电器6动作，使建立第II段延时的时间继电器11动作, 并通过信号继电器8使出口中间继电器10动作，发出跳闸脉冲。当故障发生在第III 段保护范围内时，距离元件5、6均不动作，但起动元件3、方向元件4仍动作，使 时间继电器12动作，经延时后，发出跳闸脉冲。第六章 总结本设计主要针对大型发电厂中的电气主接线设计、短路电流计算、电气设备选 择及布置设计的继电保护配置问题进行了论述。文章先对单独电气主接线进行了简述，然后着重针对电气设备的选择

47、及布置特 点进行了论述。在本次设计中，主要针对了一次接线的设计。从主接线方案的确定 到厂用电的设计，从短路电流的计算到电气设备的选择以及配电装置的布置，都做 了较为详尽的阐述。二次接线则以发电机的继电保护的设计为专题，对继电保护的 整定计算做了深入细致的介绍。厂用电系统是发电厂中比较复杂的一部分，其所涉及设备比较繁多，保护的配 置也是千差万别。目前，也没有统一的规程和导则供参考。因此，厂用电系统的保 护配置相对是个难点。本设计根据设计手册和以往的工程实践，总结了厂用电系统 的主要设备保护的一般配置原则及整定计算原则。除根据这些原则对厂用电系统配 置可靠的保护装置外，我们也要注意各保护间的配合，

48、保证并协调好保护的可靠性、 灵敏性、速动性和选择性，从而保证能反应各设备、元件的任何故障和异常运行工 况。厂用电系统的保护配合主要是指电流保护间的配合。保护的选择性配合，主要 包括上、下级保护的电流配合和时限配合两个方面。保护配置应“加强主保护，简化 后备保护”，尽量简化保护的接线。除要尽量满足、协调好选择性、速动性、灵敏性、 可靠性这四性外，在进行方案设计时也要考虑其经济上的可行性。这样才能保证发 电厂乃至整个电力系统的安全、可靠、经济运行。参考文献1 张保会，尹项根电力系统继电保护,2版M.北京:中国电力出版社,2009:4-7.2 刘介才工厂供电,5版M.北京:机械工业出版社,2009:

49、49-63.3 李光琦.电力系统暂态分析,3版M.北京:中国电力出版社,2007:3-10.4 何永华发电厂及变电站的二次回路M.北京:中国电力出版社,2007:4-7.5 水利电力部西北电力设计院.电力工程设计手册（3）上海：上海人民出版社,1974:30-94.李晓明.现代高压电网继电保护原理M.北京:中国电力出版社,2007:35-43.7 尹项根，曾克娥电力系统继电保护原理与应用M.北京:中国电力出版社,2007:53-60.8 陈跃.电气工程专业毕业设计指南电力系统分册M.北京:中国水利水电出版社,2003:12-16.9 范绍彭.电气运行,2版M.北京:中国电力出版社,2007:4

50、0-56.10 马永翔,王世荣.电力系统继电保护.北京:中国林业出版社,北京出版社,2006:33-56.11 王春生,卓乐友,艾素兰.母线保护.北京:水利电力出版社,1987:9-11.12 熊信银.发电厂电气部分（第三版）北京:中国电力出版社,2004:19-34.13 梁世康,徐光一.厂用电系统保护.北京:水利电力出版社,1986:6-25.14 陶然,熊群力继电保护自动装置及二次回路,2版M.北京:中国电力出版社,2007:23-25.15 Guo Wei,Wang Li. Integrated Automation of Power Plant Electrical System.

51、Department of Electrical Engineering,Southeast University,Nanjing 210096,China.16 Huang Jian,Zhu Daxin. The Configuration and Communication of Integrated Substation Automation Systems. Nanjing Automation Research Institute.17 Fang Ding,Li Baojin,Ding Shunan. AC 500 kV Substation Design in China. Tra

52、nsmission and Substation Department, CPECC.谢辞经过半年的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个本科生的毕业 设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导， 以及任课老师、同学和一起工作的同事们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。在这里首先要感谢我的导师何芳老师。何老师平日里工作繁多，但在我做毕业 设计的过程中，给予了我极大的帮助，由于我这个学期在外面实习，忙于工作，在 毕业设计前期，待在学校的时间很少，正是由于何老师对我的悉心指导，耐心的帮 我解答各种问题，我的毕业设计才能得以顺利进行；特别是在最后一个月来，由于

53、 工作关系，在我放弃原来的毕业设计题目申请更换题目的时候，何老师非但没有责 怪我，并给了我很大的帮助来支持我完成新的毕业设计。在整个毕业设计过程中， 何老师不断对我得到的结论进行总结，并提出新的问题，使得我的毕业设计课题能 够深入地进行下去，也使我接触到了许多理论和实际上的新问题，使我做了许多有 益的思考。在此表示诚挚的感谢和由衷的敬意。最后，我还要感谢我的母校-滨州学院，感谢学校四年来对我的栽培和教育，正 是有了这四年，我的知识和思想才能得到了质的飞跃。附录a b c 至1YH图a）交流回路过负荷信差动断号电压回回断线路差动出口过流横差绝缘检 查电压表复合 电压图10直流回路差动复合电压启动过电流保护过负荷横差接地励磁母线保护M联动跳1L跳闸MK兆闸母线和相 邻分段断 路器跳闸至汽机保图c）信号回路图 1 发电机保护接线图