1、電力系統繼電保護課程設計報告（20122013學年 第一學期）題 目100MW發電機組繼電保護自動裝置的整定計算系另H專 業電氣工程及其自動化班級0920325學號092032512姓 名指導教師黃新完成時間2012.11.26評定成績第一章緒論11.1繼電保繼電保護概述 11.2課程設計的主要內容及基本思想 21.2.1畢業設計的主要內容、功能及技術指標 21.2.2課程設計的基本思想及設計工作步驟 3第二章發電機變壓器組參數及系統運行方式42.1100MW發電機組一次電氣主接線方式 42.2主要設備型號及參數 52.2.1發電機的選型5QFSN100-2 52.2.2變壓器的選型單元接線的

2、主變壓器 62.3系統運行主變壓器和發電機中性點接地方式 62.3.1變壓器中性點接地方式 62.3.2發電機中性點采用非直接接地方式 72.4相關短路點及短路方式的選擇 72.4.1基準值選擇 72.4.2線路等值電抗計算 72.4.3變壓器等值電抗計算 72.5短路計算點的選擇82.5.1電網等效電路圖 82.5.2系統阻抗計算82.5.3 d6點短路計算 82.5.4 d3點短路計算 92.5.5整定電流選擇9第三章發電機變壓器組保護配置的選取及整定原則 93.1發電機部分一發電機縱差保護整定 103.2變壓器部分-瓦斯保護 113.2.1變壓器瓦斯保護的作用 113.2.2變壓器輕瓦斯

3、保護的原理 123.2.3輕瓦斯保護的整定 12第四章繼電保護整定計算 124.1發電機部分發電機縱差保護整定 124.2繼電保護整定計算結果一覽表 13第五章實訓總結14第六章參考文獻14第一章 緒論1.1繼電保繼電保護概述電力系統在運行中，由于電氣設備的絕緣老化、損壞、雷擊、鳥害、設備缺 陷或誤操作等原因，可能發生各種故障和不正常運行狀態。最常見的而且也是最 危險的故障是各種類型的短路，最常見的不正常運行狀態是過負荷，最常見的短 路故障是單相接地。這些故障和不正常運行狀態嚴重危及電力系統的安全和可靠 運行，這就需要繼電保護裝置來反應設備的這些不正常運行狀態。所謂繼電保護裝置，就是指能反應電

4、力系統中電氣設備所發生的故障或不正 常狀態，并動作于斷路器跳閘或發出信號的一種自動裝置。它的基本作用是： 當電力系統發生故障時，能自動地、迅速地、有選擇性地將故障設備從電力 系統中切除，以保證系統其余部分迅速恢復正常運行，并使故障設備不再繼續遭 受損壞。 當系統發生不正常狀態時，能自動地、及時地、有選擇性地發出信號通知運 行人員進行處理，或者切除那些繼續運行會引起故障的電氣設備?？梢?，繼電保護裝置是電力系統必不可少的重要組成部分， 對保障系統安全運行、 保證電能質量、防止故障的擴大和事故的發生，都有極其重要的作用。為完成繼 電保護的基本任務，對于動作于斷路器跳閘的繼電保護裝置， 必須滿足以下四

5、項 基本要求：選擇性選擇性是指電力系統發生故障時，繼電保護僅將故障部分切除，保障其他無故障 部分繼續運行，以盡量縮小停電范圍。繼電保護裝置的選擇性，是依靠采用合適 類型的繼電保護裝置和正確選擇其整定值，使各級保護相互配合而實現的?？焖傩詾榱吮ＷC電力系統運行的穩定性和對用戶可靠供電，以及避免和減輕電氣設 備在事故時所遭受的損害，要求繼電保護裝置盡快地動作，盡快地切除故障部分。 但是，并不是對所有的故障情況，都要求快速切除故障，應根據被保護對象在電 力系統中的地位和作用，來確定其保護的動作速度。（3）靈敏性靈敏性是繼電保護裝置對其保護范圍內發生的故障或不正常工作狀態的反 應能力，一般以靈敏系數K表

6、示。靈敏系數K越大，說明保護的靈敏度越高。每 種繼電保護均有特定的保護區（發電機、變壓器、母線、線路等），各保護區的范 圍是通過設計計算后人為確定的，保護區的邊界值稱為該保護的整定值。可靠性可靠性是指當保護范圍內發生故障或不正常工作狀態時， 保護裝置能夠可靠動作 而不致拒絕動作，而在電氣設備無故障或在保護范圍以外發生故障時， 保護裝置 不發生誤動。保護裝置拒絕動作或誤動作，都將使保護裝置成為擴大事故或直接產生事故的根源。因此，提高保護裝置的可靠性是非常重要的以上對繼電保護裝置所提出的四項基本要求是互相緊密聯系的，有時是相互矛盾的。例如，為了滿足選擇性，有時就要求保護動作必須具有一定的延時， 為

7、了保證靈敏度，有時就允許保護裝置無選擇地動作，再采用自動重合閘裝置進 行糾正，為了保證快速性和靈敏性，有時就采用比較復雜和可靠性稍差的保護?？傊?，要根據具體情況（被保護對象、電力系統條件、運行經驗等），分清主要 矛盾和次要矛盾，統籌兼顧，力求相對最優。1.2 課程設計的主要內容及基本思想本次設計的主要內容是一個100MW火力發電廠的電氣二次部分設計。在 這次設計中一共分通過以下幾個步驟來完成成本次的設計任務。1.2.1畢業設計的主要內容、功能及技術指標1、電廠規模與主要技術指標：（1）裝機容量： 裝機3臺，容量分別為 2X25+50=100MW, Un=10.5KV（2）保證供電安全、可靠、經

8、濟；2、主要內容：(1確定保護配置：根據設計任務書，分析原始資料與數據，對電廠擴建發 變機組進行保護配置的選取(2整定計算：選擇發電機變壓器的保護配置對其進行整定計算。(3) 繪制保護配置圖：根據電氣主接線發變機組的保護要求，繪制保護配置圖1.2.2課程設計的基本思想及設計工作步驟1. 主變壓器的選擇發電廠100MW及以上機組為發電機變壓器組接線時的主變壓器應滿足 DL5000-2000火力發電廠設計技術規程的規定：“變壓器容量可按發電機 的最大連續容量扣除一臺廠用變壓器的計算負荷和變壓器繞組的平均溫度或 冷卻水溫度不超過650C的條件進行選擇”。2. 保護配置發變機組的保護是保證電網的安全可

9、靠、經濟運行的關鍵，是提高供電可 靠性的基礎。發變機組的保護配置選取原則是：確定保護配置方案時應遵照現行有關繼電保護的國標 GB/T15145-94發電機變壓器保護裝置通用技術條件、行標DL/T587-1996微機繼電保護運行管理規定、反事故措施要求等規定；配置的 保護性能完善、動作快速、功耗小、便于運行、維護；配置的保護應為具有相應 電壓等級系統成功運行經驗的微機保護；保護選型同時要有利于標準化和規范化 管理。應可靠性、靈活性和經濟性的要求。3、繼電保護整定計算短路就是指不同電位的導電部分包括導電部分對地之間的低阻性短接。繼電保護整定計算是發電廠和變電所電氣二次設計的主要計算項目，它涉及 接

10、線方式及保護設備選擇。保護整定的計算對保護方式的選擇起到驗證的作 用，能夠更合理的對發變機組的保護配置進行選擇，保證系統的安全可靠性。第二章發電機變壓器組參數及系統運行方式2.1 100MW發電機組一次電氣主接線方式該電廠兩臺100MV汽機發電機組采取發電機-主變壓器-110kV線路組單元 制接線方式接入系統，本發電廠內不設升壓站(母線)，即發電機發出10.5kV的電經主變壓器升壓至110kV后經110kV線路(4X LGJ400四分裂導線)直接 輸送到上級電網上的變電站110kV母線(雙母線分段接線)，發電機出口不設 開關；L3=eokrallOkVL4=25kmCl G2 G3G2Xd=O

11、. 132 cos= . 85T1 理 31 5VA T4 T5 20MVA TS 20MVA関 50MW XdP. 139 COS= . 8&T3 60MVAT6 T7 31. 5MVA(1)各變電站、發電廠的操作直流電源電壓U=220V 發電廠最大發電容量2X 25+50=100M,最小發電容量為50MW，正常運行方式為發電廠發電容量最大，即100MW(3)線路 X1=0.4 Q/km, X 0=0.4 Q/km； 變壓器均為 Yn，D11，110 2.5%/10.5KV, U k=10.5%;(5) t=0.5S,負荷側后備保護動作時間tdz=1.5S,允許的最大故障切除時間為0.85S

12、，變壓器和母線均配置有差動保護；(6) 發電廠升壓變中性點直接接地，其他變壓器不接地；(7) 110KV斷路器跳閘時間為0.07S，(8) 線路AC、BC、AB、CD的最大負荷電流分別為：230、150、230、140A，負荷自啟動系數Kss=1.5;由于廠內不設母線，廠用電系統所需的啟動備用電源必須從廠外電網引入，本廠啟動備用電源可采用從電網購電方式，從附近熱電公司110kV母線上引接一路電源，經 110kV線路送電至啟備變壓。2.2主要設備型號及參數2.2.1發電機的選型（一）汽輪發電機由汽輪機直接耦合傳動。勵磁機是向汽輪發電機提供勵磁 的設備。1. 冷卻方式采用的冷卻方式，定子繞組和轉子

13、有空冷、水內冷和氫冷等。在轉子氫內 冷系統中，又有軸向通風等多種方式。2. 勵磁方式發電機容量在100MW以上的普遍采用同軸交流勵磁機經靜止半導體整流勵 磁方式。（二）選型1選擇型號QFSN100-2型號含義；2 -2極100額疋容量N-氫內冷F-發電機Q-汽輪機S-水內冷2.QFSN 100-2型汽輪發電機主要參數視在功率（MVA有功功率（MVVF電壓（KV電流（A）功率因cosXd數Xd、Xd、13510010.543250.8513.2%13.2%12.9 %額定勵 磁電壓（V）.勵磁電流（A）發電機絕緣暫態電抗效率（）235859F0.18374 AX498.5 %本次設計題目為2X2

14、5+50MW的火力發電廠電氣部分的設計。由于裝機容量： 裝機3臺，容量分別為2X25+50MW, N=10.5KV，所以可以選取的發電機臺數有 二臺?？紤]到汽輪機的最大連續進汽量工況出力系制造廠為補償制造偏差和汽 輪機等老化所留的余度，也即汽輪機不宜在此工況下長期連續運行，所以，發 電機的最大連續出力在功率因數和氫壓為額定值時與汽輪機的最大連續出力配 合即可。222變壓器的選型單元接線的主變壓器發電機與主變壓器為單元接線時，發電機和變壓器成為一個單元組，電能 經升壓后直接進入高壓電網。這種接線由于發電機和變壓器都不能單獨運行， 因此，二者的容量應當相等。所以這個雙繞組變壓器的容量等于所選發電機

15、的 額定容量，即所選型號為：SSP26000型Se=246mw,Ud=0.105,接線Y/ -11,分接頭110錯誤！未找到引用源。 2.5%/10.5KV,分級絕緣。2.3系統運行主變壓器和發電機中性點接地方式選擇電力網中性點接地方式是一個綜合性問題。它與電壓等級、單相接地短路 電流、過電壓水平、保護配置等有關，直接影響電網的絕緣水平、系統供電的可靠 性和連續性、主變壓器和發電機的運行安全以及對通信線路的干擾等。2.3.1變壓器中性點接地方式電力網中性點接地方式，決定了主變壓器中性點接地方式。 主變壓器的110KV側采用中性點直接接地方式。2.3.2發電機中性點采用非直接接地方式發電機釘子繞

16、組發生單相接地故障時，接地點流過的電流后是發電機本身 及其引出回路所連接元件的對地電容電流。本次設計采用發電機中性點經消弧線圈接地方式。由于它適應于單相接地電流大于允許值的中小機組或100MV及以上大機組。消弧線圈可接在直配線發電機的中性點上。當發電機為單元接線時，則應接在發電機的中性點上。2.4相關短路點及短路方式的選擇2.4.1基準值選擇基準功率：Sb=100MV A，基準電壓：Vb=115V?；鶞孰娏鳎篒b=Sb/1. 73233Vb=100X 10/1.732X 115=0.502KA;基準電抗：Zb=Vb/1.732 Ib=115X 10/1.732 X 502=132.25 Q ;

17、電壓標幺值：E=E(2)=1. 052.4.2線路等值電抗計算(1)線路L1等值電抗計算正序以及負序電抗：Xl1= X 讓1=0.4 X 60=24QXl1*= Xl1/ Zb=24/132.25=0.1814零序電抗：Xl10= XoL1= 3X1L1=3X 0.4X 60=72QXl1o*= Xl1o/ Zb=72/132.25=0.5444線路L3等值電抗計算正序以及負序電抗：Xl3= X1 L3=0.4X 90=36QXl3*= Xl3/ Zb=36/132.25=0.2722零序電抗：Xl30= XoL3= 3X1L3=3X 0.4X 90=108QXl30*= X l30/ Zb=

18、108/132.25=0.81662.4.3變壓器等值電抗計算(1)變壓器T1、T2等值電抗計算23Xt1= Xt2=(Uk%/100)X (Vn2X 103/ Sn)40.333 QXT1*= XT2*=XT1/ Zb=40. 333/132.25=0.3050(2)變壓器T3等值電抗計算23Xt3=(Uk%/100)X (Vn2X 103/ Sn) 21.175 QXT3*=XT3/ Zb=21. 175/132.25=0.16012.5短路計算點的選擇2.5.1電網等效電路圖由于短路電流計算是電網繼電保護配置設計的基礎，因此分別考慮最大運行方式（三臺發電機全部投入,系統環網取開網運行）時

19、各線路未端短路的情況，最 小運行方下（三臺中最小的一臺投入，系統按環網計算）時各線路未端短路的情 況。電網等效電路圖如圖3.1所示圖3-1電網等效電路圖由于本設計只考慮E母線和F母線之前的部分，所以短路計算只選擇d6和d3, 這樣能保證流過母線A的電流為最大短路電流2.5.2系統阻抗計算Zs .max=(G1+T1)|( G2+T2) |( G3+T3)=(0.4224+0.3050)|( 0.4224+0.3050) |( 0.2064+0.1601) =0.18252.5.3 d6點短路計算 正序短路電流其中：Xff6=Zs .max +Xl3 =0.1825+0.2722=0.4547I

20、 d6 max*=E/Xff7=1. 05/0.4547 2.3092KAI d6 ma=l d6 max* I b=2.3092 X 0.502 1.1592KA2.5.4 d3點短路計算(1)最大運行方式正序短路電流Xff3= Zs .max +Xli=O. 1825+0.1814=0.3639I d3max*=E/Xff3=1.05/0.36392.8463KAI d3 maX=I d3 max*I B=2.8463 X 0.502 1.4288KA2.5.5整定電流選擇由2.5.3和2.5.4分別算出各路短路電流，由于Id6. max I d3. max所以最大短路電流取Ik.max=

21、 I d3max=1.4288KA，因此之后的整定都依據此短路電流進行計算。第三章發電機變壓器組保護配置的選取及整定原則本設計是對電廠擴建的發電機變壓器的保護配置的選取與整定，按照國際 標準，本保護的保護配置選取，應該包含下表的保護配置。發電機保護主變壓器保護發電機縱差保護調相失壓保護發變組差動保護發電機裂相橫差保護定時限過勵磁保護主變差動保護主變中壓側零序過流保護縱向零序電壓匝間保護定時限過勵磁保護主變工頻變化量差動保護主變中壓側零序方向過流保護發電機相間阻抗保護逆功率保護主變高壓側阻抗保護主變中壓側間隙零序電壓保護發電機復合電壓過流保護程序跳閘逆功率主變高壓側復合電壓過流保護主變中壓側間隙

22、零序電流保護定子接地基波零序電壓保護低頻保護主變高壓側復合電壓方向過流保護主變低壓側接地零序報警定子接地三次諧波電壓保護過頻保護主變高壓側零序過流保護主變定、反時限過勵磁保護轉子一點接地保護起停機保護主變高壓側零序方向過流保護主變過負荷信號轉子兩點接地保護誤上電保護主變高壓側間隙零序電壓保護TV斷線定、反時限定子過負荷保護非全相保護主變高壓側間隙零序電流保護TA斷線定、反時限轉子表層負序過電壓平衡功能主變高壓側阻抗保護瓦斯保護失磁保護TV斷線判別主變中壓側復合電壓過流保護失步保護TA斷線判別主變中壓側復合電壓方向過流保護過電壓保護應設計的要求，并通過對保護配置的選取，可以采用南瑞繼保電氣有限公

23、司 生產的RCS-985系列發電機變壓器成套保護裝置。 它可以提供30多種保護功能 和非電量保護接口，分布于若干個相互獨立的CPU系統，可以滿足各種容量的發 變機組的保護要求，其保護配置靈活，設計合理，滿足電力系統反事故措施的要 求，保證裝置的使用安全性。保護配置按屏柜設計，一個機組單元成套保護可有13個柜組成，有一臺工控機通過串行通訊口進行管理，實現數據的交換，從 而對機組和保護運行狀況進行監控和記錄，也可進行時鐘校對和定值管理。RCS-985提供一個發電機變壓器單元所需要的全部電量保護，保護范圍：主變壓器、發電機、高廠變、勵磁變(勵磁機)。根據實際工程需要，配置相應的保護功能。 對于一個大

24、型發變組單元或一臺大型發電機，配置兩套RCS-985保護裝置，可以實現主保護、異常運行保護、后備保護的全套雙重化，操作回路和非電量保護 裝置獨立組屏。3.1發電機部分一發電機縱差保護整定縱差動保護的整定，具有比率制動特性的縱差動保護的動作特性可由A、B、C三點決定。對縱差動保護的整定計算，實質上就是對 Id.min、Ires.min及K 的整定計算。1啟動電流Id.min的整定。Id.mi n=Krel(lrel+ler2)式中Krel-可靠系數，取1.52 ;Irel-保護兩側的TA變比誤差產生的差流，取 0.06Ign(Ign為發電機額定電流)；Ier2-保護兩側的二次誤差(包括二次回路引

25、線差異以及縱差動保護輸入通道變換系數調整不一致)產生的差流，取0.1Ign。代入式得 Id.min=(0.24 0.32)Ign,通常取 0.3Ign。2拐點電流Ires.min的整定Ires.min=(0.5 1.0 ) Ign3比率制動特性的制動系數 Kres和制動線斜率K的整定Kres=lun b.max/lk.maxK=Iu nb.max-ld.mi n/lk.max-lres.min外部故障時，為躲過差動回路中的最大不平衡電流，C點的縱坐標電流應取為Id.max=Krel(0.1+0.1+Kf)Ik.max式中Krel-可靠系數，取1.3 1.5 ;Kf-暫態特性系數，當兩側TA變比

26、、型號完全相同且二次回路參數相同時，Kf 0,當兩側TA變比、型號不同時，Kf取0.05 0.1。Id.max-最大動作電流。將以上數據代入式中得 Id,max (0.026 0.45)lk,max。令 Id.max=Iunb.max,代 入上式，可得 Kres(0.26 0.45)3.2變壓器部分-瓦斯保護發電機-變壓器組非電量保護，主要有變壓器的瓦斯保護、壓力釋 放保護、繞組溫度保護、油溫和油位保護，發電機的斷水保護等，而 每一種非電量保護對于發電機-變壓器組都是缺一不可的，若不重視 非電量故障，讓它發展的話，那么對于發電機和變壓器將是致命的危 害，甚至危及電力系統的穩定運行。所以，要做好

27、非電量的保護工作， 下面主要介紹的變壓器的瓦斯保護。3.2.1變壓器瓦斯保護的作用變壓器的瓦斯保護可用來反應油浸式變壓器油箱內的各種故障。當變壓器油箱內故障時，瓦斯保護有著獨特的、其他保護所不具備的優點。如變壓器發生嚴重漏油、繞組斷線故障或繞組匝間短路產生的短路電流值不足以使其他保護動作時，只有瓦斯保護能夠靈敏的動作發出信號或跳閘。所以變壓器的瓦斯保護是大型變壓器內部故障 的重要保護。當變壓器油箱內發生故障時，在故障點電流和電弧的作用下，變 壓器油及其他絕緣材料因局部受熱而分解產生氣體，這些氣體將從油 箱流向油枕的上部。當故障嚴重時，變壓器油會迅速膨脹并產生大量 的氣體，此時將有劇烈的氣體夾雜

28、著油流沖向油枕的上部。根據油箱 內部故障的這一特點，構成變壓器的瓦斯保護。由于變壓器的瓦斯保 護是反應上述氣流、油流而動作的，所以它是變壓器的非電量保護。變壓器的瓦斯保護分為重瓦斯保護和輕瓦斯保護兩部分。當變壓 器油箱內輕微故障或嚴重漏油時，輕瓦斯保護動作延時作用于信號； 當變壓器內部發生嚴重故障時，重瓦斯保護動作，瞬時動作跳開變壓 器的各側斷路器。氣體繼電器變壓器瓦斯保護的主要元件。它安裝在變壓器油箱與 油枕之間的連接管道上。為使氣體能順利進入氣體繼電器和油枕，變 壓器安裝時，應使頂蓋與水平面之間有 1% 1.5 %的坡度，連接管有 2% 4%的升高坡度。322變壓器輕瓦斯保護的原理當變壓器

29、內部發生輕微故障時，變壓器油分解產生的氣體匯集在氣體繼電器 上部迫使繼電器內的油面下降，開口杯露出油面，因其受到的浮力減小失去平 衡而下沉，帶動永久磁鐵4下降，當永久磁鐵4靠近干簧觸點15時，干簧觸點 15接通，發出輕瓦斯動作信號。當變壓器漏油嚴重時，同樣由于油面下降而發 出輕瓦斯信號。3.2.3輕瓦斯保護的整定氣體繼電器使用時，通過移動重錘 6的位置，可調整輕瓦斯保護 的動作值。其動作值采用氣體容積的大小表示，整定范圍通常為250 300口1。氣體繼電器安裝完畢，從排氣口 17打進空氣，檢查輕瓦斯 保護動作的可靠性。第四章繼電保護整定計算4.1發電機部分發電機縱差保護整定1) 啟動電流Id.

30、min的整定Id.minG1G2=Krel(lrel+ler2)=0.3lgn=0.3x 2380.9=714.27 (A)Id.minG3=Krel(lrel+le=0.3lgn=0.3x 4761.9=1428.57 (A)2) 拐點電流Ires.min 的整定Ires.minG1G2=(0.5 1.0 ) Ign= (0.5 1.0 ) *2380.9= (1190.452380.9 )Ires.minG3=(0.5 1.0 ) Ign= (0.5 1.0 ) *4761.9= (2380.954761.9 )3) 比率制動特性的制動系數 Kres和制動線斜率K的整定Kres=lunb.max/lk.max=(2380.9x 10%)/1428.8 0.167K=(lunb.max-ld.min ) / (lk.max-lres.min )= (2380.9 x 10%- Id.minG1G2)/ (1428.8- Ires.minG1G2 )= (2380.9 x 10%- 714.27)/(1428.8- 1190.45 ) -1.998K=(Iunb.max-ld.min ) / (Ik.max-Ires.min )=(2380.9 x 10%-