中北大学信息商务学院某发电厂发电机组继电保护的配置及整定计算课程设计

1、中北大学信息商务学院电力系统继电保护课程设计说明书 学生姓名： 学号： 学 院： 中北大学信息商务学院 专 业： 电气工程及其自动化 指导教师： 2016年 12月20日电力系统继电保护课 程 设 计 任 务 书 2016/2017 学年第 一 学期系 ：自动控制专 业：电气工程及其自动化学 生 姓 名： 学 号：课程设计题目：某发电厂发电机组继电保护的配置及整定计算起 迄 日 期:2016年12月20日 01月04日课程设计地点:电气工程及其自动化专业教研室指 导 教 师:系主任： 下达任务书日期: 2016年 12 月 20日中北大学信息商务学院电力系统继电保护课程设计1设计目的： 通过本

2、课程设计，使学生掌握和应用电力系统继电保护的设计、整定计算、资料整理查询和电气绘图等使用方法。在此过程中培养学生对各门专业课程整体观的综合能力，通过较为完整的工程实践基本训练，为全面提高学生的综合素质及增强工作适应能力打下一定的基础。本课程主要设计发电机继电保护的原理、配置及整定计算，给今后继电保护的工作打下良好的基础。2设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：原始资料：某水电站（如下图）所示：已知：（1）水电站有 3200kW 水轮发电机 2 台，通过 7500KVA 变压器以 35kV 的电压与系统连接，当 35kV 母线短路时，系统供给的最大运行方式下的短路容量为 1

3、00MVA，最小运行方式下的短路容量为80MVA.（2） 厂用电、近区出线供电由发电机母线引出，出线为架空线，长度为 5km0.4/km。 （3）变压器参数为：容量 7500kVA、变比 35/6.3、Ud7.5，所用变容量为 100kVA、变比 6.3/0.4、Ud4.5。 （4）发电机参数为：容量 3200KW、功率因素 0.8、X d”0.2、X20.25。3设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等：(1) 选择发电机保护所需的电流互感器变比、计算短路电流。(2) 设置发电机保护并对其进行整定计算。(3) 绘制出发电机继电保护展开图。(4) 绘制出发电机

4、保护屏屏面布置图及设备表。(5) 写出说明书。(6) 选出所需继电器的规格 、型号。4主要参考文献：1 张保会，尹项根.电力系统继电保护（第二版）.中国电力出版社,20092 霍利民.电力系统继电保护.第一版.北京：中国电力出版社，2008.3 许建安.继电保护整定计算.北京：中国水利水电出版社，2003.5设计成果形式及要求： 提交课程设计说明书一份。6工作计划及进度：序号时间（天）内容安排10.5讲解设计目的、要求、方法，任务分工20.5借资料、熟悉用户任务要求32短路电流、残压计算；41查阅图书资料、产品手册和工具书进行设备校验查阅图书资料、产品手册和工具书进行设备校验51绘制继电保护二

5、次展开图61绘制继电保护二次展开图71查阅图书资料、产品手册绘制图继电保护屏面布置图81编写设计说明书91完善设计说明书总计10 天系主任审查意见： 签字： 年 月 日目录1 引言11.1发电机故障类型11.4 水轮发电机保护动作结果32.2 各短路点的短路电流52.2.1 系统供给个短路点的电流5表2-1各短路点的短路电流62.2.2 发电机供给各短路点的短路电流72.3 电流互感器的变比73 设置发电机保护并整定计算83.1发电机保护的设置83.2 发电机保护的整定计算83.2.1纵差动保护的整定83.2.3 过电压保护93.2.4 转子绕组一点接地104 发电机继电保护展开图105 发电

6、机保护屏屏面布置图12参 考 文 献13第 页 共 页1 引言水轮发电机的安全运行对保障电力系统的正常工作和电能质量起决定性的作用。水轮发电机发生故障后，如果继续运行，不仅使发电机遭到严重破坏，而且可能破坏系统的稳定性，扩大事故范围。为了使发电机的故障能够迅速切除，可靠地从系统中退出运行，而在异常情况下，能根据其对系统和机组本身安全所造成威胁的程度，将发电机切除或及时发出警告信号，必须针对各种不同的故障和异常情况，设置专门的、性能好的继电保护装置。1.1发电机故障类型（1）发电机定子绕组相间短路 定子绕组相间短路会产生很大的短路电流，严重损坏发电机，甚至引起火灾。（2）发电机定子一相绕组匝间短

7、路 定子绕组匝间短路会产生很大的环流，引起故障处温度升高，使绝缘老化，甚至击穿绝缘发展为单相接地或相间短路，扩大发电机损坏范围。（3）发电机定子绕组单相接地 定子绕组单相接地是发电机易发生的一种故障。单相接地后，其电容电流流过故障点的定子铁芯，当此电流较大或持续时间较长时，会使铁芯局部熔化。（4）发电机转子绕组一点接地和两点接地 转子绕组一点接地，对发电机没有直接危害。两点接地则转子绕组一部分被短接，不但会烧毁转子绕组，而且由于部分绕组短接会破坏磁路的对称性，造成磁势不平衡而引起机组剧烈振动，产生严重后果。水轮发电机组是凸极结构，机组剧烈振动后会破坏各轴承与轴瓦之间的间隙，造成“拉瓦”，排除故

8、障需要相当长的停机时间，故绝不允许转子绕组两点接地现象出现。（5）发电机转子励磁回路电流消失 由于转子绕组断线、励磁回路故障或灭磁开关误动等原因，将造成转子失磁，失磁故障不仅对发电机造成危害，而且对电力系统安全也会造成严重影响。发电机失去励磁后，运行状态将变为电动机运行。故不允许发电机失磁后继续运行。1.2 发电机的不正常工作状态（1） 由于外部短路、非周期合闸以及系统振荡等原因引起的过电流。（2） 由于负荷超过发电机额定容量而引起的三相对称过电流。（3） 由于外部不对称短路或不对称负荷（如单相负荷，非全相运行等）而引起的发电机负序过电流（4）过电压。特别是水轮发电机，因其调速系统惯性大，在突

9、然甩负荷时，将引起过电压。（5）逆功率。当汽轮发电机主汽门突然关闭而发电机断路器未断开时，发电机将过渡到同步电动机运行状态，引起发电机逆功率，对汽轮发电机叶片特别是尾叶，可能过热而损坏。1.3发电机的保护配置（1）纵差动保护反应发电机定子绕组及其引出线的相间短路故障，动作于瞬时跳开发电机开关、停机并灭磁。（2）横联差动保护当发电机定子绕组有2个以上的分支且连接成双星形，每个分支都有引出线时，应装设横联差动保护反应定子绕组匝间短路，动作结构同纵差动保护。当不满足该条件时，取消该保护，待故障发展为相间短时，用纵差动保护反应。（3）零序保护当发电机电压回路回路的接地电容电流（未经消弧线圈补偿）大于或

10、等于5A时，保护动作于跳闸、停机、灭磁。；当接地电容电流小于5A时，保护应动作信号。对单机容量为100MW及以上的发电机，应尽量装设保护范围为100%的接地保护。（4）过电流保护一般应配置低电压过流或复合电压过流保护反应外部短路引起的定子绕组过电流状态，并作为发电机的后备保护。对单机容量为50MW及以上的发电机，一般装设负序过流及单相低电压起动的过流保护。（5）过负荷保护由于发电机对称过负荷引起的定子绕组过流，应装设反应一相电流的过负荷保护，延时动作于信号。（6）过电压保护反应发电机突然甩负荷引起的定子绕组过电压现象，延时动作于跳开关、停机、灭磁。（7）转子绕组一点接地保护水轮发电机组一般装设

11、一点接地保护并动作于信号。汽轮机发电机采用定期检测装置，大容量机组才设一点接地保护和二点接地保护。一点接地保护动作于信号，二点接地保护动作于停机。（8）失磁保护当不允许失磁运行时，应在自动灭磁开关断开时，连跳发电机断路器。对单机容量100MW及以上或采用可控硅励磁方式时，应设专门的失磁保护。一般成套的可控硅励磁装置自身都设有失磁保护和转子回路过负荷保护，所以发电机上不再单独配置该保护。1.4 水轮发电机保护动作结果水轮发电机的继电保护应根据故障和异常运行方式的性质，分别动作于以下的结果：1） 停机：断开发电机的断路器、灭磁，关闭导水叶至机组停机状态；2） 解列灭磁：断开发电机断路器、灭磁、关闭

12、导水叶至机组空转；3） 解列：断开发电机断路器，关闭导水叶至空载；4） 减出力：将水轮发电机出力减到给定值；5） 缩小故障影响范围；6） 信号：发出光声信号。2 发电机的短路电流2.1 各元件阻抗参数的计算 基准值的选取：为各级平均额定电压，分别为37V和6.3V。 1）发电机： 2）主变压器： 3）所用变压器： 4）厂用架空线；2.2 各短路点的短路电流2.2.1 系统供给个短路点的电流（1） 最大运行方式：K1处的短路电流：线路的平均电压，则短路电流 K2处的短路电流：线路的平均电压，则短路电流 K3处的短路电流：线路的平均电压，则短路电流 （2） 最小运行方式： 表2-1各短路点的短路电

13、流短路容量/MVA短路电流/KAK1K2K3最大运行方式1482.32513.56213.62最小运行方式1282.0111.73184.752.2.2 发电机供给各短路点的短路电流 图2-1 系统等效图发电机G1和G2对K1点的转移阻抗是1.32，查水轮发电机运算曲线数字表，电流的标幺值是0.805，所以，短路电流发电机G1和G2对K2点的转移阻抗是0.32，查水轮发电机运算曲线数字表，电流的标幺值是3.494，所以短路电流发电机G1和G2对K3点的转移阻抗是50.32，查水轮发电机运算曲线数字表，电流的标幺值是3.494，所以短路电流2.3 电流互感器的变比发电机的额定电流：选择电流互感器

14、的变比：3 设置发电机保护并整定计算3.1发电机保护的设置针对故障类型以及不平衡运行状态，发电机自身参数等等，应装设一下继电保护装置：1) 由于发电机的功率为3.2MW，所以应装设纵差动保护。其原理是在发电机两侧（中性点侧与出口开关侧）装有两组变比相同的电流互感器，按环流法连接将该相的差流回路接入电流继电器，在正常或保护范围外发生短路故障时，中性点与出口侧的电流数值和相位都相同，差流回路没有电流或极小，继电器不会动作；而当保护范围内发生故障时，将产生一个回路差流，当其超过电流继电器整定值时即启动发电机纵差保护动作。2) 容量小于50MW的发电机定子绕组单相接地故障电流允许值为4A，装设接地保护

15、装置。3) 对于发电机定子绕组的匝间短路，当定子绕组星形接线时，每相由并联分支，且中性点侧有分支引出端，应装设横差保护。4) 装设复合电压（包括负序电压以及线电压）启动的过电流保护。5) 对于水轮发电机的定子绕组过电压，应装设带延时的过电压保护。6) 励磁回路一点接地保护。3.2 发电机保护的整定计算3.2.1纵差动保护的整定差动保护采用DCD-2型继电器。动作电流计算值：a.躲过区外短路故障时的最大不平衡电流：b.躲开电流互感器TA二次侧断线影响，流过差动保护的电流：故差动保护的继电器的动作电流暂定为5.98Ac.差动继电器的工作线圈匝数：取差动线圈10匝。d.差动线圈的实际动作电流6A。e

16、.灵敏度校验f.差动回路断线监视继电器的动作电流：图3-1发电机纵差保护原理接线图3.2.2 过电流保护的整定1） 过电流继电器的动作电流及灵敏系数： 2）负序电压继电器的动作电压： 3.2.3 过电压保护 防止定子绕组的绝缘遭受破坏，动作于发电机断路器，灭磁开关以及停机。图3-2 发电机过电压保护原理接线图3.2.4 转子绕组一点接地图3-3 转子绕组一点接地原理接线图4 发电机继电保护展开图4-1发电机继电保护展开图5 发电机保护屏屏面布置图3-5发电机保护屏屏面布置图图中，TA1和TA6构成了发电机两端的纵差动保护，TA5为过电流及过负荷保护，TA2为各种测量表计，PV2，PW2，PF2分别为电压表，功率表，频率表。KV1为过电压保护。6 结论 通过两周的继电保护课程设计，虽然时间不长，但期间有许多事情让我难忘，我从中学到了很多宝贵的经验和知识。对继电保护设计的过程有了一个很大程度了解，为以后的工作打下了一个坚实的基础。在实际