水电站继电保护及二次回路设计

1、水电站继电保护及二次回路设计 目录摘要 .1 关键词 .1 前言 .1 一、继电保护的概述 .21. 继电保护的概述 .22. 基本原理 .23. 基本要求 .3二、水电站电气主接线图 .5三、发电机保护 .61. 发电机可能发生的故障及其相应的保护 .62. 发电机的不正常工作状态及其机器相应的保护 .7 四、主变保护 .71. 变压器可能发生的故障及其相应的保护 .82. 变压器纵联差动保护 .93. 构成变压器纵联差动保护的基本原则 .104. 变压器纵差保护的整定计算 .145. 过电流保护整定计算 .166. 低电压启动的过电流保护整定计算 .16 五、母线保护 .171. 母线保护

2、的概述 .172. 母线保护的类型 .183. 装设专用的母线保护的条件 .204. 对母线保护的基本要求 .20 六、二次回路设计 .201、二次回路的概述 .202. 主变压器二次保护回路全图 .23 结论 .26 致谢 .27 参考文献 .28水电站继电保护及二次回路设计 学生:刘明指导教师:王俊(三峡大学成人教育学院摘要 :本文阐述了继电保护的基本概念和继电保护的整定计算和灵敏度校验, 全 面的介绍了水电站中各种继电保护的作用以及分类。关键词 :继电保护、发电机、变压器、母线、整定计算、灵敏度校验前言 :由于大型水电站的母线、 发电机和变压器的结构比较复杂, 在运行过程中都 可能会发生

3、各种各样的故障和异常运行状态为了确保在保护范围内发生故障, 都 能有选择性的快速切除故障, 需要配置多种继电保护装置, 必要时进行多重化配 置,从而将水电站中重要设备的危害和损失降到最小,对电力系统的影响最小。 发电厂和变电所母线是电力系统中的中的一个重要组成部件, 发电机的安全 运行对保证电力系统的正常工作和电能质量起着决定性的作用; 而变压器是电力 系统十分重要的供电元件 , 再者发电机、变压器本身就是十分贵重的电气元件, 所以继电保护装置对大型水电站的正常运行起着至关重要的作用。根据水电站的接线图及相关资料。 本设计共包括六章分别对母线发电机变压 器的继电保护进行详细介绍并给出相关的整定

4、计算,画出部分二次接线图。 本文主要通过分析原始资料中主要设备的参数首先需要对电力系统保护原 理进行全面系统的复习、 查阅相关资料. 加深理解; 其次结合相关参数和各种继 电保护原理.确定适用于水电站的保护方案,最后.分别对母线处、发电机和变 压器进行整定计算和配置并且根据系统一次设计图给出部分二次设计及其配置 图和一般原理图。水电站继电保护及二次回路设计一、继电保护的概述1. 继电保护的概述研究电力系统故障和危及安全运行的异常工况, 以探讨其对策的反事故自动 化措施。因在其发展过程中曾主要用有触点的继电器来保护电力系统及其元件 (发电机、变压器、输电线路、母线等使之免遭损害,所以简称继电保护

5、。 基本任务是当电力系统发生故障或异常工况时, 在可能实现的最短时间和最 小区域内, 自动将故障设备从系统中切除, 或发出信号由值班人员消除异常工况 根源,以减轻或避免设备的损坏和对相邻地区供电的影响。2. 基本原理继电保护装置必须具有正确区分被保护元件是处于正常运行状态还是发生 了故障, 是保护区内故障还是区外故障的功能。 保护装置要实现这一功能, 需要 根据电力系统发生故障前后电气物理量变化的特征为基础来构成。电力系统发生故障后,工频电气量变化的主要特征是:电流增大。 短路时故障点与电源之间的电气设备和输电线路上的电流将由负 荷电流增大至大大超过负荷电流。电压降低。 当发生相间短路和接地短

6、路故障时, 系统各点的相间电压或相电 压值下降,且越靠近短路点,电压越低。电流与电压之间的相位角改变。 正常运行时电流与电压间的相位角是负荷的 功率因数角,一般约为 20°,三相短路时,电流与电压之间的相位角是由线路 的阻抗角决定的,一般为 60°85°,而在保护反方向三相短路时,电流与电 压之间的相位角则是 180°+(60°85° 。测量阻抗发生变化。 测量阻抗即测量点 (保护安装处 电压与电流之比值。 正 常运行时,测量阻抗为负荷阻抗;金属性短路时,测量阻抗转变为线路阻抗,故 障后测量阻抗显著减小,而阻抗角增大。不对称短路时,

7、出现相序分量, 如两相及单相接地短路时, 出现负序电流和 负序电压分量; 单相接地时, 出现负序和零序电流和电压分量。 这些分量在正常 运行时是不出现的。利用短路故障时电气量的变化,便可构成各种原理的继电保护。此外,除了上述反应工频电气量的保护外,还有反应非工频电气量的保护, 如瓦斯保护。3. 基本要求继电保护装置为了完成它的任务, 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。 对于作用于继电器跳闸的继电保护, 应同时满足四个 基本要求, 而对于作用于信号以及只反映不正常的运行情况的继电保护装置, 这 四个基本要求中有些要求可以降低。(1可靠性保护装置的可靠性是只在规定的

8、保护区内发生故障时, 保护装置不应该拒绝 动作,而在正常运行或保护区外发生故障是,在不应该误动作。可靠性主要是针对保护装置本身的质量和运行维护水平而言。 不可靠的保护 本身就成了事故的根源。因此,可靠性是对继电保护装置的最根本要求。 为保证可靠性, 一般来说, 宜选用尽可能简单的保护装置及有运行经验的微 机保护产品; 因采用有可靠的原件和简单的接线构成的性能良好的保护装置, 并 应采取必要的检测、 闭锁和双重化的措施。 当电力系统中发生故障而主保护拒动 时, 靠后备保护的动作切除故障, 有时不仅扩大了停电范围, 而且拖延了切除故 障的时间, 从而给电力系统的稳定运行带来很大的危害。 此外, 保

9、护装置应便于 整定、调试和运行维护,这对保证其可靠性也具有重要的作用。(2选择性选择性就是指当电力系统中的设备或线路发生短路时, 其继电保护仅将故障 的设备或线路从电力系统中切除, 当故障设备或线路的保护或断路器拒动时, 应 由相邻设备或线路的保护将故障切除。(3灵敏性灵敏性是指电气设备或线路在被保护范围内发生短路故障或不正常运行情 况时,保护装置的反应能力。能满足灵敏性要求的继电保护, 在规定的范围内故障时, 不论短路点的位置 和短路的类型如何, 以及短路点是否有过渡电阻, 都能正确反应动作, 即要求不 但在系统最大运行方式下三相短路时能可靠动作, 而且在系统最小运行方式下经过较大的过渡电阻

10、两相或单相短路故障时也能可靠动作。系统最大运行方式:被保护线路末端短路时, 系统等效阻抗最小, 通过保护 装置的短路电流为最大运行方式;系统最小运行方式:在同样短路故障情况下, 系统等效阻抗为最大, 通过保 护装置的短路电流为最小的运行方式。保护装置的灵敏性是用灵敏系数来衡量。(4速动性速动性是指继电保护装置应能尽快地切除故障,以减少设备及用户在大电 流、低电压运行的时间,降低设备的损坏程度,提高系统并列运行的稳定性。 一般必须快速切除的故障有:使发电厂或重要用户的母线电压低于有效值 (一般为 0.7倍额定电压 。 大容量的发电机、变压器和电动机内部故障。中、低压线路导线截面过小,为避免过热不

11、允许延时切除的故障。 可能危及人身安全、对通信系统造成强烈干扰的故障。故障切除时间包括保护装置和断路器动作时间, 一般快速保护的动作时间为 0.04s 0.08s ,最快的可达 0.01s 0.04s ,一般断路器的跳闸时间为 0.06s 0.15s ,最快的可达 0.02s 0.06s 。对于反应不正常运行情况的继电保护装置, 一般不要求快速动作, 而应按照 选择性的条件,带延时地发出信号。二、水电站电气主接线图 图 1该水电站的一次接线图设计参数如下:水轮发电机 G 1-G 4型号:SF75-68/11350;额定电压:13.8kV ; 额定功率:75MW ;功率因数 cos=0.85;

12、主变压器 T 1-T 4型号:SFP8-90000/220;接线方式:YN,d11 两侧电压:24222.5%/13.8KV水轮发电机 G 0型号:SF-J26-40/6400;额定电压:10.5kV ; 额定功率:24.5MW ;功率因数 cos=0.85; 主变压器 T 0型号:SF8-31500/220接线方式:YN,d11两侧电压:24222.5%/13.8KV三、发电机保护发电机是电力系统中十分重要和贵重的设备, 发电机的安全运行直接影响电 力系统的安全。 发电机由于结构复杂, 在运行中可能发生故障和不正常工作状态, 这会对发电机造成危害。 同时, 系统故障也可能损坏发电机, 特别是

13、现代的大中 型发电机的单机容量大对系统影响大, 损坏后的修复工作复杂且工期长, 所以对 继电保护提出了更高的要求。 针对发电机的故障和不正常工作状态, 应装设性能 完善的继电保护装置。1. 发电机可能发生的故障及其相应的保护(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 应装设纵联差动保护。(2发电机定子绕组匝间短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。 应装设定子绕组的 匝间短路保护。(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

14、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, 给 修复工作带来很大困难。 因此, 应装设灵敏反映全部绕组任一点接地故障的 100%定子绕组单相接地保护。(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, 由于没有构成通路, 对发电机没有直接危害, 但若再发 生另一点接地, 就造成两点接地, 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, 产生严重后果因此。 因此, 应装设转子绕组一点接地保护和两点接地保 护。(5发电机失磁由于转子绕组断线, 励磁回路故障或

15、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, 因此应装设失磁保护。2. 发电机的不正常工作状态及其机器相应的保护(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,应装 设过电流保护,作为外部短路和内部短路的后备保护。对于 50MW 及以上的发电 机,应装设负序过电流保护。(2由于负荷超过发电机额定值,或负序电流超过发电机长期允许值允许 值所造成的对称或不对称过负荷。 针对对称过负荷, 应装设只接于一相的过负荷 信号保护;针对不对称过负荷,一般在 50MW 及以上发电机应装设负序过负荷保 护。(3发电机突然甩负荷引起过电压

16、,特别是水轮发电机因其调速系统惯性 大和中间再热式大型汽轮发电机功频调节器的调节过程比较缓慢, 在突然甩负荷 时, 转速急剧上升从而引起过电压。 因此, 在水轮发电机和大型汽轮发电机上应 装设过电压保护。(4当汽轮发电机主汽门突然关闭而发电机断路器未断开时,发电机变为 从系统吸收无功而过渡到同步发电机运行状态,对汽轮发电机叶片特别是尾叶, 可能过热而损坏。因此应装设逆功率保护。为了消除发电机故障, 其保护动作跳开发电机断路器的同时还应作用于自动 灭磁开关断开发电机励磁电流。四、主变保护电力变压器是电力系统中非常重要的电气设备之一, 它的安全运行对于保证 电力系统的正常运行和供电的可靠性起着决定

17、性的作用, 同时大容量电力变压器 的造价也十分昂贵。 因此, 针对电力变压器可能发生的各种故障和不正常运行状 态应装设相应的继电保护装置,并合理进行整定计算。变压器的故障可分为油箱内故障和油箱外故障两类。 油箱内故障主要包括绕 组的相间短路、匝间短路、接地短路、铁芯烧毁等,油箱外故障主要是绕组引出 线及出线套管上发生的相间短路和接地短路。 变压器油箱内故障十分危险, 由于 油箱内充满了变压器油, 故障点的电弧将使变压器油急剧分解汽化, 产生大量的 可燃性气体(瓦斯 ,很容易引起油箱爆炸。油箱外故障所产生的短路电流若不及时切除将导致设备烧毁。 电力变压器不正常的运行状态主要有外部短路引起的 过电

18、流、 负荷超过其额定容量引起的过负荷、 油箱漏油引起的油面降低以及过电 压、过励磁等。1. 变压器可能发生的故障及其相应的保护(1瓦斯保护。 800KVA 及以上的油浸式变压器和 400KVA 以上的车间内油 浸式变压器, 均应装设瓦斯保护。 瓦斯保护用来反映变压器油箱内部的短路故障 及油面降低, 其中重瓦斯保护动作于跳开变压器各侧断路器, 轻瓦斯保护动作于 发出信号。(2纵差保护或电流速断保护。 6300kVA 及以上并列运行的变压器、 10000kVA 及以上单独运行的变压器、 发电厂厂用电变压器和工业企业中 630OkvA 及以上重要的变压器,应装设纵差保护。 10000kVA 及以下的

19、电力变压器,应装 设电流速断保护,其过电流保护的动作时限应大于 0.5s 。对于 2000kVA 以上的变 压器, 当电流速断保护灵敏度不能满足要求时, 也应装设纵差保护。 纵差保护或 电流速断保护用于反映电力变压器绕组、出线套管及引出线发生的相间短路故 障,保护动作于跳开变压器各侧断路器。(3相间短路的后备保护。相间短路的后备保护用于反映外部相间短路引 起的变压器过电流, 同时作为瓦斯保护和纵差保护 (或电流速断保护 的后备保 护, 其动作时限按电流保护的阶梯形原则来整定, 延时动作于跳开变压器各侧断 路器。 相间短路的后备保护的形式较多, 过电流保护和低电压启动的过电流保护, 宜用于中小容

20、量的降压变压器; 复合电压启动的过电流保护, 宜用于升压变压器 和系统联络变压器, 以及过电流保护灵敏度不能满足要求的降压变压器; 6300kVA 及以上的升压变压器,应采用负序电流保护及单相式低电压启动的过电流保护; 对大容量升压变压器或系统联络变压器, 为了满足灵敏度要求, 还可采用阻抗保 护。(4接地短路的零序保护。对于中性点直接接地系统中的变压器,应装设 零序电流保护, 用于反映变压器高压侧 (或中压侧 , 以及外部元件的接地短路; 变压器中性点可能接地或不接地运行时, 应装设零序电流、 电压保护。 零序电流 保护延时跳开变压器各侧断路器;零序电压保护延时动作于发出信号。(5过负荷保护

21、。对于 400kVA 以上的变压器,当数台并列运行或单独运行并作为其他负荷的备用电源时, 应装设过负荷保护。 过负荷保护通常只装在一相, 其动作时限较长,延时动作于发信号。(6其他保护。高压侧电压为 500kVA 及以上的变压器,对频率降低和电压 升高而引起的变压器励磁电流升高, 应装设变压器过励磁保护。 对变压器温度和 油箱内压力升高, 以及冷却系统故障, 按变压器现行标准要求应装设相应的保护 装置。2. 变压器纵联差动保护变压器纵联差动保护在正常运行和外部故障时, 理想情况下, 流入差动继电 器的电流等于零。 但实际上由于变压器的励磁电流、 接线方式和电流互感器误差 等因素的影响, 继电器

22、中有不平衡电流流过。 由于这些特殊因素的影响, 变压器 差动保护的不平衡电流远比发电机差动保护的大。 因此, 变压器差动保护需要解 决的主要问题之一是采取各种措施避免不平衡电流的影响。 在满足选择性的条件 下,还要保证在内部故障时有足够的灵敏系数和速动性。按照励磁涌流方法的不同,变压器差动继电器可按不同的工作原理来实现。 目前,国内广泛应用有以下几种类型继电器构成差动保护:带短路线匝的 BCH-2型差动继电器;带磁制动特性的 BCH-1型差动继电器;多侧磁制动特性的 BCH-4型差动继电器;鉴别涌流间断角的差动继电器;二次谐波制动的差动继电器。3. 构成变压器纵联差动保护的基本原则 图 2双绕

23、组单相变压器纵差动保护的原理接线图如图 2所示,其中:1I 、 2I 分别为变压器高压侧和低压侧的一次电流,参考方向为母线指向变压器;1I '、 2I '为相应的电流互感器二次电流; I I -差动继电器。 流入差动继电器的差动电流为12r I I I ''=+(2-1 纵差保护的动作判据为r set I I (2-2式中, set I 为纵差动保护的动作电流; 12r I I I ''=+为差动电流的有效值。 设变压器的变比为 12T U n U =,式(2-1可进一步表示为 2121r TA TA I I I n n =+ 变形为121122

24、11T TA Tr TA TA TA n I I n n I I n n n +=+- (2-3 式中, 1TA n 、 2TA n 分别为两侧电流互感器的变比。 若选择电流互感器的变比,使之满足21TA T TA n n n =(2-4这样式(2-3变为122T r TA n I I I n +=(2-5 忽略变压器的损耗,正常运行和区外故障时一次电流的关系为 210T I n I +=。 根据式(2-5 ,正常运行和变压器外部故障时,差动电流为零,保护不会动作; 变压器内部 (包括变压器与电流互感器之间的引线 任何一点故障时, 相当于变 压器内部多了一个故障支路, 流入差动继电器的差动电流

25、等于故障点电流 (变换 到电流互感器二次侧 ,只要故障电流大于差动继电器的动作电流,差动保护就 能迅速动作。因此,式(2-4成为变压器纵差动保护中电流互感器变比选择的 依据。实际电力系统都是三相变压器(或三相变压器组 ,并且通常采用 Y , d11接线方式,如图 2(a所示(假定一次电流从同名端流入,二次电流从同名端流 出 。这样的接线方式造成了变压器一、二次电流的不对应,以 A 相为例,正常 运行时,由于 dA da db I I I =-, dA I 超前 da I 30,如图 2(b 所示。若仍用上述针对单相变压器的差动继电器的接线方式, 将一、 二次电流直接 引入差动保护, 则会在继电

26、器中产生很大的差动电流。 可以通过改变纵差动保护 的接线方式消除这个电流, 就是将引入差动继电器的 Y 侧的电流也采用两相电流 差,即A r YA YB dA B r YB YC dB C rYC YA dC I I I I I I I I I I I I '''=-+ '''=-+ '''=-+ (2-6 式中, A r I 、 B r I 、 C r I 分别为流入三个差动继电器的差动电流(a 接线图 (b对称工况下的向量关系图 2双绕组三相变压器纵差动保护原理接线图这样就可以消除两侧电流不对应。 由于 Y 侧采用了两

27、相电流差, 该侧流入差 的选择应该满足 21TA TA n n =2-7 为了满足式 (2-6 , 变压器两侧电流互感器采用不同的接线方式, 如图 2(a 所示。 d 侧采用 Y , d12的接线方式,将各相电流直接接入差动继电器内; Y 侧采 用 Y , d11的接线方式,将两相电流差接入差动继电器内。模拟式的差动保护都 是采用图 2(a 所示的接线方式;对于数字式差动保护,一般将 Y 侧的三相电 流直接接入保护装置内,由计算机的软件实现式(2-6的功能,以简化接线。电力系统中常常采用三绕组变压器。 三绕组变压器的纵差动保护原理与双绕组变压器是一样的。图 3所示的是 Y , y,d11接线方

28、式三绕组变压器纵差动保护 单相示意图,接入纵差动继电器的差电流为 :123r I I I I '''=+(2-8 图 3三绕组变压器纵差动保护接线单相示意图三相变压器各侧电流互感器的接线方式和变比的选择也要参照 Y , d11双绕 组变压器的方式进行调整, 即 d 侧电流互感器用 Y 接线方式; 两个 Y 侧电流互感 器则采用 d 接线方式。 设变压器的高 -低侧 (1-3 和中 -低侧 (2-3 的变比为 13T n 和 23T n , 考 虑 到 正 常 运 行 和 区 外 故 障 时 变 压 器 各 侧 电 流 满 足13123230T T n I n I I +

29、=,电流互感器变比的选择应该满足3132TA TA TA TA n n n n =(2-9 4. 变压器纵差保护的整定计算(1 T 1-T 4变压器纵差保护整定计算当外部发生短路时,已知 =x *G 0.20u k =10%取 =U B 13.8KV S B=100WVA 则将发电机和变压器的电抗标幺值折算到变压器故障点的值为:X T 41*-=0.10751008. 138. 13=0.133X G 41*-=0.2075100=0.27 X D 41*-=X T 41*-+X T 41*-=0.27+0.13=0.40X T 0*=0.1010031.5=0.31 X G 0*=0.20&

30、#215;1000.8124.5= X D 0*=X T 0*+X T 0*=0.31+0.81=1.12=X D X D 41*-/X D 41*-/X D 41*-/X D 0*+0.13=0.25I k max . =U S B B X D1=25. 018. 13100=16.7 kA躲过电流互感器二次回路断线时引起的差动电I max . L =U S BB 3=8. 1390103=3.77kA I set =K rel I max . L =1.3×3.77kA=4.09kA躲过保护范围外部短路时的最大不平衡电流I max . unb =(K st ×10%+U

31、 +f K TAmax . k则 I max . unb =(1×0.1+0.025+0.05×16.7 kA=2.92kA躲过变压器的最大励磁涌流I K K I N u rel set =1.3×1×3.77kA=4.09kA取上述三个之中最大者作为纵差保护的动作电流,则I dz =4.09kA灵敏系数校验K sen =I dz min . k =I I dz max . k 3=kAkA09. 47. 163=3.53>2(2 T 0变压器总差保护整定计算同理得发电机 T 0:I k max . =13.4kA躲过电流互感器二次回路断线时引起的

32、差动电流I max . L =U S B B3=5. 1035. 31103=1.73kAI set =K rel I max . L =1.3×1.73kA=2.25kA躲过保护范围外部短路时的最大不平衡电流I max . unb =(K st ×10%+U +f K I TAmax. k根据前面计算可知 I max . k =234.9AI max . unb =(1×0.1+0.025+0.05×13.4kA=2.35kA躲过变压器的最大励磁涌流I K K I N u rel set =1.3×1×1.73kA=2.25kA取上

33、述三个之中最大者作为纵差保护的动作电流,则I dz =2.35kA灵敏系数校验 K sen =I dz min . k =I I dz max . k 3=kA kA35. 24. 133=4.8>25. 过电流保护整定计算保护的启动电流按躲过变压器可能出现的最大负荷电流来整定,即I max . L =1-n nI N =144-I N =34214.7A=286.2A式中 n 并联变压器的最少台数I N 每台变压器的额定电流I set =K K re rel =I max . L =90251. . 286.2A=397.5A式中 K rel 可靠系数。一般取 1.21.3K re 返

34、回系数,取为 0.850.95I max . L 变压器可能出现的最大负荷电流6. 低电压启动的过电流保护整定计算(1 T1T4的低电压启动的过电流保护整定计算低电压继电器动作的的动作电压按以下条件整定,并取最小值。按躲过正常运行时可能出现的最低电压整定,计算式为 :K K U U rerel min. L set =式中 U min . L 最低工作电压,一般取 0.9U NK rel 可靠系数,取 1.11.2K re 低电压继电器的反回系数,取 1.151.25则计算得 U set =150V按躲过电动机自启动时的电压整定:当低压继电器有变压器低压侧继电器供电时,计算式为:U set =

35、(0.50.6 U N 则 U set =133.9V当低压继电器有变压器高压侧继电器供电时,计算式为U set =0.7U N 则 U set =169.4V则低电压继电器的的动作电压为:U set =133.9V(2 T0的低电压启动的过电流保护整定计算同理, T0低电压继电器的的动作电压为:Uset=133.9V五、母线保护1. 母线保护的概述母线是电能集中和分配的重要场所, 是电力系统的重要组成元件之一。 母线 发生故障, 将使接于母线的所有元件被迫切除, 造成大面积用户停电, 电气设备 遭到严重破坏, 甚至使电力系统稳定运行破坏, 导致电力系统瓦解, 后果是十分 严重的。母线上可能发

36、生单相接地或者相间短路故障。 运行经验表明, 单相接地故障 占母线故障的绝大多数, 而相间短路则较少。 发生母线故障的原因很多, 其中主 要有:因空气污染损坏绝缘, 从而导致母线绝缘子、 断路器、 隔离开关套管闪络, 装于母线上的电压互感器和装在母线上和断路器之间的电流互感器的故障, 倒闸 操作时引起母线隔离开关和断路器的支持绝缘子损坏, 运行人员的误操作, 例如 带负荷拉隔离开关与带地线合闸等。 由于母线故障后果特别严重, 对重要母线应 装设专门的母线保护, 有选择地迅速切除母线故障。 按照差动原理构成的母线保 护,能够保证有较好的选择性和快速性,因此得到广泛的应用。对母线保护的基本要求是:

37、(1保护装置在动作原理和接线上必须十分可靠,母线故障时应有足够的 灵敏度,区外故障时及保护装置本身故障时保证不误动。(2保护装置应能快速、有选择地切除故障母线。(3大接地电流系统的母线保护,应采用三相式接线,以便反映相间故障 和接地故障; 小接地电流系统的母线保护, 应采用两相式接线, 只要求反映相间 故障。2. 母线保护的类型母线保护总的来说可以分为两大类型:利用供电元件的保护来保护母线 装设母线保护专用装置 图 4 利用发电机过的电流保护切除母线故障一般来说, 不用采用专门的母线保护, 而利用供电元件的保护装置就可以把 母线故障切除。例如:如图 4所示的发电厂采用单母线接线, 若接于母线的

38、线路对侧没有电源, 此 时母线的故障就可以利用发电机的过电流保护的断路器跳闸予以切除。如图 5所示的降压变电站, 其低压侧母线正常时分开运行, 若接于母线上的 电路为馈线电路, 低压侧目线上的故障就可以由相应变压器的过电流保护使变压 器断路器跳闸予以切除;如图 6所示的双侧电源网络 (或环形网络 , 当变压器 B 母线上 k 点短路时, 则可以有保护 1、 4的第 II 段动作予以切除,等等。 图 5 利用变压器过电流保护切除低压母线故障 图 6 在双侧电源网络上,利用电源侧的保护切除母线故障当利用供电元件的保护装置切除母线故障时, 故障切除时间一般较长。 此外, 当母线同时运行或母线为分段母

39、线时, 上述保护不能保证有选择性的切除母线故 障; 当超高压枢纽变电站和大型发电厂母线为分段母线时, 上述保护不能有选择 性的切除母线故障。 超高压枢纽变电站和大型发电厂的母线联系着各个地区系统 和各台大型发电机组, 母线发生短路直接破坏了各部分系统之间或各台机组之间 的同步运行, 严重影响了电力系统的安全供电。 虽然母线短路几率比输电线短路 低得多,但一旦发生,后果特别严重。因此,对那些威胁电力系统稳定运行、使 发电厂厂用电及重要负荷的供电电压低于允许值(一般为额定电压的 60%的母 线故障,必须有选择性的快速母线保护。因此,在下列情况下应装设专门的母线保护:(1 在 110kV 及以上的双

40、母线和分段母线上,为保证有选择性的切除一组 (或段母线上发生的故障,而另一组(或段无故障母线仍能继续运行,应装 设专门的母线保护。(2 110kV及以上的单母线上,重要发电厂的 35kV 母线或高压侧为 110kV 及以上的重要变电所的 35kV 母线,按照装设全线速动保护的要求必须快速切除 母线上故障时,应装设专门的母线保护。对 220500kV 母线,应装设能快速有选择地切除故障的母线保护。 对 3/2接线,每组母线宜装设两套相同原理的母线保护。对 220kV 母线 ,一般还是一套母差,重要母线可考虑两套。(3对变电所的 35110kV 电压的母线,在下列情况下应装设专用的母线 保护。 1

41、10kV 双母线 110kV 单母线,重要发电厂或 110kV 以上重要变电所的 35kV 母线,需快 速切除母线上的故障时。 35kV 电网中, 主要变电所的 35kV 双母线或分段母线需快速切除一段或一 组母线上的故障时。3. 装设专用的母线保护的条件(1在双母线同时运行或具有分断断路器的双母线或分断单母线,由于供 电可靠性要求较高, 要求快速而又有选择性地切除故障母线时, 应考虑装设专用 母线保护。(2由于电力系统稳定的要求,当母线上发生故障必需快速切除时,应考 虑装设专用母线保护。(3当母线发生故障,主要电站厂用电母线上的残余电压低于额定电压的 (50%60% 时, 为保证厂用电及其它

42、重要用户的供电质量时, 应考虑装设专 用母线保护。4. 对母线保护的基本要求应能快速、 灵敏而有选择地将故障部分切除。 对于中性点直接接地电网的母 线保护, 应采用三相式接线, 以便反应相间短路和单相接地短路; 对于中性点非 直接接地电网的母线保护, 可采用两相式接线, 因为此时不需要反应单相接地故 障。六、二次回路设计1、二次回路的概述二次回路是指用来控制、 指示、 监测和保护一次电路运行的电路。 二次回路 又称二次系统。按功能二次回路可分为断路器控制回路、信号回路、保护回路、 监测回路和自动化回路,为保证二次回路的用电,还有相应的操作电源回路等。 供电系统的二次回路功能示意图如下图所示。

43、二次回路功能示意图二次回路是一个具有多种功能的复杂网络, 其内容包括高压电气设备和输电 线路的控制、 调节、 信号、 测量与监察、 继电保护与自动装置、 操作电源等系统。 分析如下:(1控制系统由各种控制器具、控制对象和控制网络构成。其主要作用是 对变配电所的开关设备进行远方跳、 合闸操作, 以满足改变电力系统运行方式及 处理故障的要求。 控制系统按自动化程度的不同分为手动控制、 半自动控制和自 动控制; 按控制方式的不同分为分散控制和集中控制; 按控制距离的不同分为就 地控制和远方控制; 按操作电源的不同分为直流控制、 交流控制、 强电控制和弱 电控制等。强电控制采用直流 110V 或 22

44、0V ,交流额定值 100V 、 5A ;弱电控制采 用直流 60V 及以下,交流 50V 、 1A 及以下。(2信号系统由信号发送机构、接收显示原件及其网络构成。其作用是准 确、 及时地显示出相应一次设备的工作状态, 为运行人员提供操作、 调节和处理 故障的可靠依据。 信号系统按信号性质的不同分为事故信号、 预告信号、 指挥信 号、 位置信号、 继电保护及自动装置动作信号等; 按信号的显示方式不同分为灯 光信号、 音响信号和其他显示信号; 按信号的相应时间不同分为瞬时动作信号和延时动作信号;按信号的复归方式不同分为手动复归和自动复归信号。(3测量与监察系统由各种电气测量仪表、监测装置、切换开

45、关及其网络 构成。 其作用是指示或记录主要电气设备和输电线路的运行参数, 作为生产调度 和值班人员掌握电气一次系统的运行情况,进行经济核算和故障处理的主要依 据。(4继电保护与自动装置系统由互感器、变换器、各种继电保护及自动装 置、 选择开关及其网络构成。 其作用是监视电气一次系统的运行状况, 一旦出现 故障或不正常状态便自动进行处理,并发出信号。(5调节系统由测量机构、传送设备、执行元件及其网络构成。其作用是 调节某些一次设备的参数, 以保证一次设备和电力系统的安全、 经济、 稳定运行。 调节方式分手动、半自动和自动三种。(6操作电源系统由直流电源设备和供电电网构成。其作用是供给上述各 二次系统的工作电源,高压断路器的跳、合闸电源及其他重要设备的事故电源。 大型变电所主要采用蓄电池组操作电源; 中小型变配电所广泛采用整流型操作电 源。2. 主变压器二次保护回路全图(1变压器保护配置图 本设计的主变压器是