发电机变压器继电保护设计.doc

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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date发电机变压器继电保护设计摘 要发电机变压器组继电保护设计第1章 电力系统继电保护的设计与配置是否合理会直接影响到电力系统的安全运行，所以必须合理地选择保护配置和进行正确的整定计算。本次设计要求为2300MW发电机变压器组配置继电保护和自动装置，目的为通过本次设计，进一步加深对所学知识的理解，以及理解保护与保护之间的配合问题。大型发电机的造价昂贵，结构复杂，一旦发生故障

2、遭到破坏，其检修难度大，检修时间长，要造成很大的经济损失。例：一台300MW汽轮发电机，因励磁回路两点接地使大轴和汽缸磁化，为退磁停机一个月以上，姑且不论检修费用和对国民经济造成的间接损失，仅电能损耗就近千万元，大机组在电力系统内占有重要地位，特别是单机容量占系统容量很大比例的情况下，大机组的突然切除，会对电力系统造成很大的扰动。另外，大型汽轮发电机的起停特别费时、费钱，以停机78小时的热起动为例：300MW发电机组就得需要7小时。因此，非必需的情况下，不要使大型发电机组频繁起动，更不要轻易紧急突然停机，这就对继电保护提出了更高的要求，所以在配置继电保护和自动装置时，要充分考虑各方面的因素，力

3、求继电保护和自动装置准确、可靠、灵敏。第2章 设计说明2.1继电保护的配置2.1.1 概述300MW发电机组造价昂贵，结构复杂，一旦发生故障，其检修难度大，时间长，将造成较大的经济损失。因此，在考虑300MW机组继电保护的总体配置时，应最大限度地保证机组安全和缩小故障破坏范围，尽可能避免不必要的突然停机，对某些异常工况采用自动处理装置，特别要避免保护装置的误动和拒动，这样不仅要求有足够的的可靠性、灵敏性、选择性和快速性，还要求继电保护在总体配置上尽量做到完善、合理，避免繁琐、复杂。300MW机组保护装置可分为短路保护和异常运行保护两类。短路保护是用以反应被保护区域内发生的各种类型的短路故障，为

4、了防止保护拒动或断路器拒动，设主保护和后备保护。异常运行保护是用以反应各种可能给机组造成危害的异常工况，不设后备保护。为了满足电力系统稳定方面的要求，对于300MW发电机变压器组故障要求快速切除。为了确保正确快速切除故障，要求对300MW发电机变压器组设置双重快速保护。各保护装置动作后所控制的对象，依保护装置的性质、选择性要求和故障处理方式的不同而不同，对于发电机双绕组变压器，通常有以下几种处理方式：全停：停汽机、停锅炉、断开高压侧断路器、灭磁、断开高压厂用变压器低压侧断路器、使机炉及其辅机停止工作。解列灭磁：断开高压侧断路器、灭磁、断开高压厂用变压器低压侧断路器。解列：断开高压侧断路器。减出

5、力：减少原动机的输出功率。发信号：发出声光信号或光信号。母线解列：对双母线系统，断开母线联络断路器，缩小故障波及范围。2.1.2保护配置依据继电保护和安全自动装置技术规程 1. 对300MW及以上的汽轮发电机组，应装设双重快速保护， 即装设发电机纵联差动保护、变压器纵差动保护和发电机、变压器共用纵联差动保护。2. 发电机变压器组：对100MW及以上的发电机，应装设保护区为100的定子接地保护。3. 对于定子绕组为星形联接，每相有并联分支且中性点有分支引出端子的发电机，应装设单继电器式横差保护。4. 200MW及以上的发电机应装设负序过电流保护和单元件低电压起动的过电流保护，当灵敏度不满足要求时

6、，可采用阻抗保护。5. 对于200MW及以上汽轮发电机宜装设过电压保护。6. 对过负荷引起的发电机定子绕组过电流，应装设定子绕组 过负荷保护。7. 发电机转子承受负序电流的能力，以I2tA为判据，其中I为以额定电流为基准的负序电流标么值；t为时间(s)，A为常数。对不对称负荷，非全相运行及外部不对称短路引起的负序电流，应装设转子表层过负荷保护。8. 100MW及以上A0.35A2、比率制动系数的选择：以最大外部短路电流下流过继电器的动作电流Idz=KkKzqKtXfiIdmaX计算，此时，制动电流：Izd=IdmaX又因为：Kzd=Idz/Izd所以Kzd= KkKfzqKtXfi =1.31

7、0.50.1=0.065LCD-7制动系数有0.2、0.3、0.4 选Kzq=0.20.0653、灵敏系数校验：Klm=Idjmin/Idzj=2.037/0.8492.42灵敏度满足要求。3.2.2 发电机横差保护(LCD-6)1、继电器的动作电流：保护动作电流按躲过外部短路故障时最大不平衡电流及装置对高次谐波滤过比的大小整定。在本设计中根据经验公式整定计算。Idzj=0.2Ief/nl nl一般取用于发电机横差保护的电流互感器的变比，取0.25Ief/5。 则：Idzj=0.25/0.25=4继电器的动作电流档有1A、2A、4A、8A 取Idz=4A2、灵敏系数校验：=3I04Xf0=0.

8、2548.81%=8.81%其中3I0Idzj，取0.25。 另外，因为保护死区随着整定值的增大而增大，所以为了减小保护死区，应经过3次谐波滤过器，尽量减小3次谐波不平衡电流。3.2.3 主变压器纵差保护1、保护整定原则：具有谐波制动的变压器纵差保护的整定计算，主要是确定防止外部短路时误动作的比率制动特性，即最小动作电流Idzjmin时制动曲线的转折点Idz0和制动系数Kzd。2、最小动作电流：在最大负荷下，差动保护不应误动作，即继电器的最小动作电流Idzjmin必须大于最大负荷时的差动回路的不平衡电流Ibpfh，即IdzjminIbpfh最大负荷条件下差动回路的不平衡电流Ibpfh取0.2I

9、e则Idzjmin=0.2Ie=0.2395.9=79.18A3、制动系数的选择：外部故障时的制动电流Izd=2Idmax外部故障时,变压器差动回路中的不平衡电流即为继电器的动作电流Ibp=Idz=(Ktxfi+U+fph)Idmax，考虑一定的裕度，则Kzd=Kk(Ktxfi+U+fph) /2=1.3(10.1+0.05+0.05)/2=0.13继电器的制动系数有0.4、0.5、0.6取Kzd=0.44、灵敏度校验：Klm=Id(2)min/Id25、制动线圈的接法：用和差变流器的一个线圈接于负荷侧，外部故障时有制动的作用，内部故障时无制动作用，使保护具有较高的灵敏度。6、保护参数的计算结

10、果如下表所示：表3-1保护参数的计算结果变压器容量(MVA)360额定电压(KV)52518一次额定电流(A)395.511547电流互感器的变比600/512000/5电流互感器的接线Y二次额定电流(A)5.7144.81自耦变流器变比1.19自耦变流器FY-1装于高压侧3.2.4 变压器的瓦斯保护：1、轻瓦斯继电器按气体的容积整定，动作于发信号。将轻瓦斯的动作值整定为：Vdz=250cm32、重瓦斯继电器按导油管中的油的流速整定，动作于跳闸。为了消除变压器外部故障时穿越故障电流的影响，将重瓦斯的动作值整定为：Vdz=1.1m/s3.2.5 变压器高压侧零序保护零序电流互感器接于变压器中性点

11、上，零序电流保护的整定值为：Idz=IeB/3=359.5/3=119.8A能满足100%误差要求。互感器取变比为200/5Idz=119.8/(200/5)=3A灵敏度校验合格3.2.6 阻抗保护Zdz=Kk(ZB+KzZdzl)Zdzl不知所以没法计算。3.2.7 发电机定子单相接地保护(LD-1A)取基波电压为15V即满足要求。3.2.8 励磁回路接地保护一点接地保护带时限动作于发信号，两点接地保护带时限动作于停机。3.2.9 发电机定子绕组对称过负荷保护1、定时限部分对称过负荷保护的动作电流：Idz=KkIef/Kh=1.0511.32/0.85=13.98KA继电器的动作电流：Idz

12、j=Idz/nl=13980/(12000/5)=5.825At=315s动作于信号2、反时限部分：反时限部分的动作时间由发电机的过负荷能力确定的。其整定公式为：t=K/It*2-(1+)3.2.10 发电机定子非对称过负荷保护：1、定时限部分：定时限部分的动作电流：Idz=KkI2/Kh保护动作延时59s动作于发信号。2、反时限部分：按发电机允许负序电流的能力整定，满足I2*2t6即可。其中I2*为定子绕组负序电流标么值。3.2.11励磁回路过负荷保护1、定时限部分：定时限部分的动作电流：Idz=KkIlL/Kh=1.051.11850/0.85=2513.8AIlL是正常运行最大励磁电流，

13、取1.1倍额定励磁电流。(2)、反时限部分：反时限部分的励磁时限按发电机励磁绕组的过负荷能力确定，其整定公式：t=K/Il*-(1+)3.2.12 发电机的失磁保护(LZ-1A)1、阻抗元件整定计算：按异步边界圆整定Xa=-XdUe2nl/(2Senyf)=-26182120000.1/(2100353185)=-1.59Xd=-Kk XdUe2nl/(Senyf)=-1.2224182120000.1/(100353185)=-329电流互感器变比取12000/5电压互感器变比取18/0.1高压侧母线电压互感器变比取500/0.12、电压元件整定：保护动作电压：Udz=0.75Ueh/nyh

14、0.755000.1/500=0.075KV3、励磁低电压闭锁元件整定：Udzfl=Px(Xs+Xd)Ufd0由于Ufd0未知所以无法计算。4、负序电压闭锁元件的整定：Udz2=0.5518=0.99KV时间延时返回时间为810s。5、保护动作时间：阻抗元件和母线低电压元件均动作，经t=0.5s动作于解列灭磁。阻抗元件动作，并经过t2动作于励磁切换或减少出力，经t3动作于解列灭磁。t2按躲过系统振荡的要求整定，t3按发电机允许的异步运行时间整定。3.2.13 逆功率保护1、保护的动作功率：Pdz=0.2Pe0.02300=6MW2、时限整定：保护的动作时限经t1=1.5s动作于发信号，经t21

15、00180s动作于解列灭磁，t2按汽轮机允许的断汽运行时间整定。3.2.14 发电机过电压保护对于200MW及以上汽轮发电机，宜装过电压保护，其整定值根据定子绕组的绝缘状况而定。1、保护动作的电压整定：Udz=1.3Ue1.318=23.4KV2、动作时限：t=0.5s3.2.15 过激磁保护U*/f*=1.051.2时，动作于发出信号；U*/f*=1.251.3时，经5s后动作于跳闸。其中U*为变压器工作电压标么值，f*为率频标么值。3.2.16 发电机的非全相运行1、动作电流：负序电流元件的动作电流Idz按发电机允许的持续负序电流下能可靠返回的条件整定。Idz2=If2/Kh=0.0711

16、.32/0.9=0.88KA If2取0.07Ief。2、动作时限：经t=0.5s后动作于解列。参 考 文 献1、继电保护和安全自动装置技术规程DL400-912、电力工程电气设计手册能源部西北电力设计院编1990年9月3、电力工程电气设备手册能源部西北电力设计院编1994年12月4、电力系统继电保护原理天津大学贺家李 宋从矩编1991年12月5、电力系统自动装置南京电力专科学校许正亚编1989年6月6、电力系统分析华中理工大学何仰赞等编1984年4月7、电力系统继电保护水利电力出版社1992年4月8、电力工程电气设计手册2水利电力出版社出版，西北电力设计院编 1990年9、输电线路距离保护水利电力出版社 许正亚 洪佩荪编 1986年10、电力系统继电保护原理与运行电力工业出版社 华中工学院编 198111、500KV输电线路集成电路保护装置许昌继电器厂12、反映单相接地短路与两相短路的距离继电器李晓明 199213、零序电流横差保护在双回线中应用分析王春 199214全线速动距离保护新原理及其分析电力系统自动化 陈建国 1993-