2×100+2×200MW供热式火力发电厂

1、2×1002×200MW供热式火力发电厂电气部分及继电保护设计 摘 要本文是根据原始资料（包括厂址概况，机组资料，电力系统接线图）设计的，其中包括火力发电厂的电气主接线的设计及发电机变压器组保护方式的整定计算。依据实际情况及远景发展设计出火力发电厂的电气主接线图，共提出三种可行方案：双母接线、双母带旁路母线和一台半断路器接线，通过对三种方案的可靠性、灵活性和经济性的比较后，再加以考虑了远景规划和发电厂扩建的可能性，最终确定了采用双母带旁路母线的接线方式，随后又进行了主变压器及厂用高压变压器台数及容量的选择，并利用电力网络等值电抗图，应用运算曲线求各时刻短路点的短路电流。并用

2、短路电流的结果选择了有关的电器设备（断路器、隔离开关等）。在电气主接线的方案确定以后，我们进行了发电机变压器组保护方式的选择及整定计算。在所选用的保护方式中，共选用了十余种主要保护及其多种辅助保护，然后又对所选的保护进行了整定计算，最后对继电保护及自动化装置进行了配置。 本设计的基本指导思想及理论来源于大量的相关资料，并通过对比进行了优化配置。所以，本设计涉及了大量电气工程中的各个方面，对电力系统有个较全面、系统的认识。关键词：电气主接线 短路电流 继电保护目 录第一章 绪 论··········

3、;···························（1）11 课题背景·····················&

4、#183;·············（1）12 原始资料··································

5、83;（1）13 设计内容···································（2）第二章 发电厂电气主接线方案确定·········

6、3;·········（3）21 主接线设计的基本要求·······················（3）22 电气主接线方案的确定············&#

7、183;··········（4）23 变压器的选择·······························（5）第三章 短路电流的计算····

8、························（10）31 短路电流计算的目的及假定··················（10）32 短路电流计算的步骤及结果·

9、3;················（17）第四章 电气设备的选择····························（21）41 电气设备选择的要求

10、83;·······················（21）42 断路器的选择························&#

11、183;·····（22）43 隔离开关的选择····························（33）44 其他相关设备的选择···········&#

12、183;············（35）第五章 发电机和变压器的保护配置··················（34）51 继电保护设计原则·············

13、83;············（34）52 发电机的保护配置··························（34）53 变压器的保护配置······

14、83;···················（50）54 发变组的保护配置······················（51）第六章 继电保护及自动化装置的配置··

15、83;·············（66）第一章 绪 论11 课题背景12 原始资料121 厂址概况 厂址位于新建的大型煤矿内，是一个坑口电厂，所用燃料又煤矿直接供给。电厂生产的电能用110KV电压等级6回线向4各较大的负荷供电，其综合最大负荷为200 MW；另外，220KV电压等级有4回与电力系统的联络线。矿区煤源充足，附近有河流经过。并用大水库，水量丰富。厂址地区交通方便，有铁路干线经过，地质条件较好，地势不大平坦，属于6级地震区，冻土层深1.5米，最大风速20米

16、/秒，年平均气温5，最高气温38，最低气温20。122 机组参数锅炉： 2×HG-410/100；2×HG-670/140-1汽轮机：2×N100-90； 2×N200-130/535发电机：2×TQN-100-2； 2×QFQS-200-2123 电力系统接线图110KV6回出线最大综合负荷200MW 100Km150Km2×QFS30022×SFPL360/2202×TSS1264/250482×SFPL240/220发电厂 124 负荷资料 110KV电压等级综合最大负荷为200 MW序号

17、用户名称最大负荷KW距离Km线路数利用小时1变电所800025250002煤矿800020260003机械厂600015150004化工厂4000181550013 设计内容 本课题的主要研究内容为：2×1002×200 MW供热式火力发电厂的电气主接线的选择，发电机变压器组继电保护的配置以及全厂自动化装置的配置。第二章 发电厂电气主接线方案的确定21 主接线设计的基本要求 电气主接线是电力系统的主要部分之一，它表明了发电机、变压器、输电线、断路器和隔离开关等电气设备的数量，并指出怎样去连接这些电气设备，并与电力系统相连接，进而完成发电、变电、输电和配电任务。主接线的确定与

18、电力系统的安全、稳定、灵活和经济地运行，以及对电厂和变电所的电气设备选择、配电装置的布置、继电保护及控制方式的确定都有密切的联系。由于发电、变电和输配电是同时完成的，所以主接线的设计好坏对发电厂、变电所和负荷的正常运行都有影响。因此主接线的设计必须满足以下条件：（1） 保证必要的供电可靠性和电能质量安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电的可靠性和电能质量是对主接线最基本的要求，包括：应考虑在长期运行中说积累的经验，并在设计中有所遵循。各个元件可靠地综合在一起就是主接线地可靠性。因此，在设计时要同时考虑一次设备和二次设备的故障率及其对供电可靠性的影响。评价可靠性时，应具体问题具体分析，不能脱离发

19、电厂在系统中所处的地位。（2） 具有一定的灵活性和方便性。主接线应该能适应各种运行状态，并能灵活地进行运行方式的转换，即：在正常运行时安全可靠地供电。在系统故障或设备检修及其故障时，也能适应调度的要求，并能灵活、简便、迅速地倒换运行方式，使停电时间最短，影响范围最小。（3） 具有经济性在满足技术要求地前提下，做到经济合理：投资少：主接线满足简单清晰，节省断路器和隔离开关等一次设备，并使二次设备不过于复杂。占地面积小：电气主接线设计时要为配电装置地布置创造条件。电能损耗小：经济合理地选择主变压器地形式。容量和台数，避免多次变压而增加地电能损耗。（4） 具有发展和扩建地可能性随着建设事业地高速发展

20、，往往需要对已投产地发电厂或变电所进行扩建，所以在设计主接线时应留有发展地余地，不仅要考虑最终接线地实现，而且还要兼顾到分期过渡接线地可能和施工的方便。22 电气主接线方案的确定221 对原始资料的分析该电厂为中型供热式火电厂，其容量为2×1002×200600MW，最大机组容量为200MW，即具有中型容量的规模、大型机组的特点。该厂又为火电厂，在电力系统中将主要承担基荷，从而该厂主接线的设计必须着重考虑其可靠性和灵活性。当本电厂投产后，将占电力系统总容量的（2×1002×200）/（2×3002×2252×1002

21、5;200）36.36%（>15），超过了电力系统检修备用容量和事故备用容量，说明该厂在未来电力系统中作用和地位是至关重要的。从负荷特点及电压等级来看，它具有110、220KV两级电压和一级电压负荷。220KV与系统又4回线路，呈强联系形式并接受本厂剩余功率；110KV电压等级出线回路为6回，供给重要负荷。222 主接线的分析（1）110 KV电压级 由于出线为6回，且既有双回路又有单回路，并且是向重要负荷供电。根据规程，“110KV侧出线回路数为6回及以上时，宜采用双母线带旁路母线的主接线方式”。所以，110KV侧采用双母线带旁路母线的接线方式。（2）220 KV电压级 220KV电压

22、等级有4回与系统相连，若220KV侧发生故障，则有可能使系统解列，所以，主接线的选择应具有较高的可靠性。最大输出功率为600200×0.7600×10400MW，根据规程，“220KV侧出线回路数为4回及以上时，宜采用双母线带旁路母线的主接线方式”。但出现为4回，与系统呈双回路联系，检修某个出线断路器时只需将改回线停止供电，这样不会造成该厂与系统解列，故采用双母线即可满足要求。220KV也可以采用双母四分段和一台半断路器接线方式。三种可行方案见图11、图12、图13所示。2×200MW6回厂备用2×100MW4回 图11 方案一2200MW2×

23、100MW220KV110KV6回厂备用4回图12 方案二2×200MW6回220KV厂备用110KV2×100MW图13 方案三223 三种方案的技术（可靠性和灵活性）和经济比较比较结果见表11所示。方案一方案二方案三可靠性（1）简单清晰，设备较多。（2）母线检修不致停电。（1）简单清晰，设备较少，设备本省故障率低。（2）可靠性高，每种电压等级均有两台主变，保证检修不致各级电压解列。（3）联络自耦变实现功率交换及厂备用电源的要求。（1）可靠性高，无论是检修母线或设备故障检修，均不致停电。（2）220KV隔离开关不作为操作电器，减小误动几率，易实现自动化。（3）110KV与

24、220KV的联络自耦变实现功率交换 及厂备用电源要求。灵活性（1）运行方式简单。（2）各种电压等级接线都便于扩建和发展。（1）运行方式较多，从而运行调度灵活。（2）易于扩建和实现自动化。（1）110KV有多种运行方式；220KV属环网结构，从而运行调度灵活，相应保护装置复杂。（2）易于扩建和实现自动化。经济性（1）设备相对较多，投资多，年费相对多。（2）占地面积相对少。（3）采用单元接线及分相封闭母线，从而避免了选择大容量的出口断路器，节省投资。（1）设备相对较少，投资少，年费用小。（2）占地面极少。（3）采用单元接线和200MW机组分相封闭母线，从而避免了选择大容量的出口断路器。（1）设备投

25、资高，设备数量多，年费用大。（2）220KV采用交叉接线，提高了可靠性，增大了占地面积。224 电气主接线方案的最终确定通过定性地分析，在技术（可靠性和灵活性）上和经济上地综合分析，最终采用方案二作为本火电厂的电气主接线。23 变压器的选择231 主变及厂用高压变的选择 因主接线中采用发电机变压器的单元接线，一般规定厂用高压变的容量为发电机额定容量的10；而主变的容量是把发电机所能发出的最大功率（扣除厂用负荷外）传递到母线侧，并留有10的裕度。因此，在本厂中100 MW及200 MW发电机及对应的变压器的参数如表21、表22所示：表21 主变压器参数表型 号容量KVA额定电压KV阻抗电压连接组

26、别高压低压SFP-120000/11012000010.510.5Y0/-11SFPL-240000/22024000015.7513.0Y0/-11表22 厂用高压变参数表型 号容 量MVA额定电压KV阻抗电压SFPFL-31500/15.7531.5/15.75-15.7515.75/6.3-6.318.0SFL1-16000/101610.5/6.310.5232 联络变的选择（1） 当综合负荷为最大Pmax，且此时最大的一台机组因故停机时，联络变能从系统吸收功率来满足负荷和厂用负荷的需要，公式如下：P1=PmaxP厂用P发（2） 当综合负荷为最小Pmin时，发电机满发且扣除厂用负荷后，

27、联络变应将剩余功率送往系统，公式如下：P2PP厂用Pmin然后比较P1和P2，取大的才能满足联络变的要求。P120020100120MWP22×10020200×0.740MW则联络变的容量为：Smax(P1,P2)/cos120/0.85141.2MW,考虑裕度取150MW。联络变的参数如表23所示：表23 联络变的参数表型 号容量MVA额定电压KV阻抗电压连接组别OSFPS7-150000/220150/150/75242/121/10512.92/5.88/8.89Y0/-11第三章 短路电流的计算31 短路电流计算的目的及基本假定311 短路电流计算的目的（1）电气

28、主接线的比较选择；（2）选择导体和电器；（3）确定中性点接地方式；（4）验算接地装置的接触电压和跨步电压；（5）选择继电保护装置和进行整定计算；312 短路电流计算的基本假定（1）正常工作时，三相系统对称运行；（2）所有的电源电动势相位角相同；（3）系统中所以同步、异步电机为理想；（4）电力系统中各元件磁路不饱和，即带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小变化；（5）电力系统中所以电源都在额定负荷条件下运行；（6）同步电机都具有自动调磁装置（包括强行励磁）；（7）短路发生在短路电流为最大的瞬间；（8）不考虑短路点电弧阻抗和变压器的励磁电流；（9）除计算短路电流衰减时间常数和低压网络短路电流外，元件电

29、阻不计；（10）元件计算参数均取额定值，不考虑参数误差和调整范围；（11）输电线路电容略去不计；（12）用概率统计法制定短路电流运算曲线。32 短路电流的计算步骤和结果321 短路电流的计算步骤在工程中，短路电路的计算通常采用实用曲线法。现将其计算步骤简述如下：（1）选择短路点；（2）画等值网络（次暂态电抗）图； 去掉系统中的所以负荷分支，发电机电抗用次暂态电抗Xd; 选取基准容量Sj和基准电压Uj（一般取各级电压的平均值）； 将各元件电抗换算为同一基准值下的标么电抗； 绘出等值网络图，并将各元件电抗统一编号；（3） 化简等值电路。为了计算不同短路点的短路电流，需将等值网络图分别化简为以短路点

30、为中心的辐射形等值网络图，并求出各电源与短路点之间的电抗，即转移电抗；（4） 求计算电抗Xjs； （5） 由运算曲线查出各电源供给的短路电流周期分量标么值（运算曲线只作到Xjs3.5）； （6） 计算无穷大容量（Xjs>3）的电源供给的短路电流周期分量； （7） 计算短路电流周期分量有名值和短路容量； （8） 计算短路电流冲击值； （9） 计算异步电动机供给的短路电流； （10） 绘制短路电流计算结果表。本文短路电流计算采用分布系数法化简网络，具体计算过程详见计算书。322 短路电流计算结果表短路电流计算结果见表31所示。短路点编号短路点平均电压（KV）基准电流（KA）分支线名 称分 支

31、电 抗分支额定电流（KA）短路电流标么值短路电流值（KA）（KA）（KA）（KA）（KA）（KA）（MVA）（KA）d12300.25系统S1系统S2F1、F2F3、F4小 计0.099750.105750.05770.20781.771.291.180.591.482.013.952.151.391.833.371.961.331.823.121.841.732.392.3852.032.622.5934.6611.26911.1432.462.3613.9771.1569.9542.3522.3483.6821.0869.473.0623.0832.8141.19810.1574.0874

32、.0457.2711.9817.386.8646.79412.2123.32529.1951043.731032.981856.81505.534439.060.4570.4533.0070.8194.73d21150.502系统S1系统S2F1、F2F3、F4小 计0.41570.4410.2410.12153.542.582.361.180.3474.4120.763.8150.3383.290.723.20.3353.020.712.90.3473.010.802.361.22810.6861.7944.50218.211.1978.4881.6993.77615.161.1867.79

33、21.6763.44214.0761.2287.7661.8882.78513.6671.91616.672.7997.02328.4083.2227.9974.7011.79547.71244.62128.5357.34896.73627.170.2141.8631.1572.9046.138d36.39.16系统S1系统S2F1F2F3、F4小 计4.7275.0211.04575.499.9164.6948.5221.5621.5621.560.2120.1990.5140.1820.1010.2120.1990.400.1920.1010.2120.1990.3970.1920.101

34、0.2120.1990.4170.1920.10113.7149.6558.9473.9242.17538.4213.7149.6558.6243.9242.17538.0913.7149.6558.5593.9242.17538.0313.7149.6558.993.9242.17538.45821.39415.06213.9576.1213.39359.93535.9325.29623.4410.285.698100.66149.65105.3594.1042.8223.73419.242.391.685.770.6840.37910.903表31 短路电流计算结果表第四章 电气设备的选择

35、41 电器设备选择的要求411 一般原则（1）应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展；（2）应按当地环境校核；（3）应力求技术先进和经济合理；（4）与整个工程的建设标准应一致；（5）同类设备应尽量减少品种；（6）选用的新产品均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。在特殊情况下，选用未经正式鉴定的新产品，应经上级批准。在6220KV的电网一般选用少油断路器，在110KV330KV的电网中，当少油断路器技术条件下不能满足要求时，可选用六氟化硫或空气断路器，大容量机组采用封闭母线时，如需装设断路器时，宜选用发电机专用断路器。由于高压开端电器没有连续过载能力，在选择其额定电流

36、时应满足可能运行方式下回路持续工作电流的要求，即取最大持续工作电流Ig.max。当电器安装点的环境温度高于40（但不高于60）时，每增加1，建议额定电流减少1.8%；当低于40时，每减少1，建议额定电流增加0.5，但总的增加值不超过额定电流的20。412 在正常运行条件下各回路的最大持续工作电流（1） 发电机回路：Ig.max1.05；（2） 三相变压器回路：Ig.max1.05 =；（3） 母联断路器回路，Ig.max一般为改母线上最大一台发电机或一组变压器的持续工作电流；（4） 出现断路器Ig.max等于本线上的最大负荷电流加上事故时的转移负荷电流。413 导体和电器的选择及检验项目项目电

37、器正常工作状态短 路条 件环 境条 件其 他额定电压（KV）额定电流（KA）开断容量（KVA）准确等级动稳定热稳定温度海拔高度断路器切断长线时应检验过电压负荷开关隔离开关熔断器选择保护熔断特性电抗器选择电抗百分值电流互感器电压互感器导 线电晕及允许电压检验注：表中“”代表选择项目；“”代表校验项目。42 断路器的选择421 断路器选择的技术条件（1）电压：Ug（电网电压）UN（2）电流：Ig.max（最大持续工作电流）IN（3）开断电流（或开断容量）：Id.tIbr（或Sd.tSkd） Id.t断路器实际开断时间t秒的短路电流周期分量； Ibr断路器的额定开断电流； Sd.t断路器t秒的开断容

38、量； Skd断路器的额定开断容量。（4）动稳定：ichimax ich三相短路电流冲击值； imax断路器极限通过电流峰值。 （5）热稳定：422 断路器的选择结果 断路器的选择结果如表41所示。表41 断路器选择结果表电压等级KV型号电压KV额定电流KA额定闭合电流（峰值）KA4s热稳定电流（KA）额定动稳定电流（峰值）KA额定开断时间（s）额定闭合时间（s）额定开断电流KA固有分闸时间（s） 额定 最大220LW7-2202202523060.15400.043110LW11-1101101261.68031.58031.50.0443 隔离开关的选择431 隔离

39、开关选择的技术条件 隔离开关选择的技术条件与断路器选择的技术条件中的（1）、（2）、（4）、（5）相同。432 隔离开关的选择结果 隔离开关的选择结果见表42所示。表42 隔离开关选择结果表电压等级（KV）型 号额定电压（KV）额定电流（KA）动稳定电流峰值（KA）热稳定电流（KA）220GW4-220DW220210040(4s)110GW4-110DW11018025(4s)6GW1-6/20060.22510(5s)44 其他相关设备的选择441 电流互感器的选择（1）条件型式：应根据使用环境条件和产品情况来选择。对620KV屋内配电装置，可采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构；对35KV及

40、以上的，一般采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式，有条件的应采用套管式电流互感器。一次回路电压：UgUN Ug安装处二次回路工作电压；UN电流互感器额定电压。一次回路电流：Ig.mamxI1N Ig.max安装处的一次回路最大工作电流； I1N电流互感器一次回路额定电流。准确等级：由电流互感器二次回路所接仪表的类型对准确等级的要求，并按准确等级最高的表计来选择。二次负荷S2：S2SN SN电流互感器的额定容量。动稳定： 内部动稳定：（电流互感器极限通过电流峰值）热稳定： Kt电流互感器的1秒钟热稳定倍数。（2） 电流互感器选择结果 电流互感器的选择结果见表43所示。表43 电流互感器选择结果表电压等

41、级KV变 比发电机出口主变高压侧22012000/51200/511010000/51000/5442 电压互感器的选择（1） 条件 型式：电压互感器的型式应根据使用的条件来选择。620KV屋内配电装置，一般采用油浸绝缘结构，也可以采用树脂浇注绝缘结构；35110KV配电装置，一般采用油浸绝缘结构；220KV及以上配电装置，要求高时采用电容式电压互感器。 一次电压U1：1.1 UN U1UNUN电压互感器一次额定电压。 二次电压U2根据使用情况选择。 准确等级：根据接入的测量仪表、继电器和自动装置等设备对准确等级的要求确定。 二次负荷S2：S2SNSN对应于测量仪表所要求的最高准确等级下电压互

42、感器的容量。（2） 电压互感器的选择结果 电压互感器的选择结果见表44所示。 电压等级KV变 比发电机出口主变高压侧22015000/100/10011010000/100/100第五章 发电机和变压器的保护配置51 继电保护设计原则 511 设计原则及范围 随着电力系统的增大，大容量的发电机不断增加，在电力设备上装设完善的继电保护装置，不仅对电力系统的可靠运行有重要意义，而且对重要且昂贵的设备养活在各种短路和异常运行时造成的损害在经济效益上也有显著的效果。因此，在主设备的保护设计中，应要求保护在配置、原理接线和设备选型等方面根据主设备的运行情况及结构特点达到可靠、灵敏、快速且有选择性的要求。

43、512 设备选型目前广泛采用的继电保护装置有电磁型、整流型和晶体管型三种。电磁型保护继电器原理接线简单、维护方便、容易掌握、有丰富的运行经验，但有些保护装置由于在原理判据、灵敏系数等方面不满足大容量机组保护的要求，故在大容量机组中较少应用。整流型和晶体管型保护装置在灵敏系数、快速性、选择性等方面都较优越，而且有体积小、功率消耗小、防震性能较好等优点，故目前用新原理判氢制造的大机组保护装置多采用整流型和晶体管型。保护装置选型在电厂或变电所设计中宜一致，但为了更好地满足选用性能更完善更可靠地装置等要求，也可选用不同类型地保护装置，甚至可选用不同制造厂地产品，其原则是保护地设计方案应优越，如此也能促

44、进各保护不断发展和提高。513 保护出口（1）出口方式保护的出口是与相应的断路器跳闸回路联系的纽带。为此，保护装置出口回路应满足以下要求：按保护配置的要求，不同的出口要分别设独立的出口断路器。出口断路器的触点数量与切断容量应满足断路器跳闸回路可靠动作的要求。如要求出口继电器具有自保持性能时，该继电器的自保持线圈的参数应按断路器动作线圈的动作电流来选择，灵敏系数要求大于2。由于主设备是多种保护装置组成，为简化接线，一般每套保护装置不单独设出口回路，而按保护出口要求设公用的总出口回路。对发电机变压器组，按保护要求可能动作于一侧断路器跳闸，也可能使各侧断路器同时跳闸。因此，一般在断路器各侧分设出口回

45、路和总出口回路。保护出口有以下几种：全停：断开出口断路器，变磁，断开高压厂用电源断路器，关闭各汽门，锅炉甩负荷。解列灭磁：断开出口断路器灭磁，断开高压厂用电源断路器，关闭各汽门，汽轮机和锅炉甩负荷。解列：双绕组变压器只断开出口断路器，三绕组变压器高中压侧的保护只断开本侧断路器。母线解列：对双母线系统，断开母线联络断路器。程序跳闸：首先关闭汽轮机主汽门断开汽轮机，再跳开发电机断路器，并断开励磁。渐出力：减少汽轮机的输出功率。信号：发出音响和光信号。（2）信号出口方式但保护装置放在接地或控制室的后排时，一般均设接地信号和远方信号，远方信号包括动作于中央装置的音响信号及在控制室控制屏上的光字牌信号。

46、如果发电厂和变电所装设计算机时，也应向计算机接口装置输送触电。信号回路应满足以下要求： 动作可靠、准确，不因外界干扰而误动。 信号触点数量和切断容量应满足中央信号回路的要求，接线力求简单。 信号回路动作后，应能自保持，待运行人员处理后，通过人工手动复位。514 保护电源主设备保护装置的电源主要有三种类型：（1）由发电机和变电所的直流电源供电的方式，一般电磁型和整流型保护装置都采用此种方式。 （2）由逆变电源装置单独供电的方式。抗干扰性能好，故一般晶体管和集成电路型保护装置采用此方式。（3）电阻降压或单独小蓄电池供电方式。为分散供电和集中供电，此方式只用于消耗功率少的继电器。电源装置应满足以下要

47、求：（1）保证可靠供电，因整流型或晶体管型保护多为成套装置，功率消耗较大，一般多由直流母线单独供电，对供电回路应设电源监视装置。（2）对大容量机组的保护，如电厂由两组蓄电池，为了满足双重化要求，保护装置应由两组蓄电池提供，保护出口分组要求分别供电。 （3）电源应吸收好的抗干扰性能。515 保护及其出口方式 保护及其出口方式见表51所示。序号保 护 名 称全停Q全停Q解列灭磁JM程序跳闸CS解列JL母线解列MJ跳厂用分支预报信号事故分析信号短 路 保 护1主变瓦斯保护2厂变瓦斯保护3发电机纵差保护4主变纵差保护5厂变纵差保护6发变组纵差保护7定子匝间短路8阻抗保护9主变零序保护10厂变过电流保护

48、接 地 保 护1一点接地保护2两点接地保护3定子接地异 常 保 护序号保护名称QQJMCSJLCQLQJCJLCDMKYXHSXHSBH1定子对称过负荷2非对称过负荷3励磁回路过负荷4失磁保护5过电压保护6逆功率保护7非全相运行保护8断路器失灵保护注：表中“”表示动作，“”表示可以切换到该状态。两表中的保护在结构和配线方面彼此保持独立，这在运行期间进行检测或维修时，发电机变压器组仍然保持有必要的保护。每套保护的出口回路均应装设切换或连接部件，用于切换解除或投入保护。下面以200MW发电机及对应的变压器来说明它们的继电保护的具体配置。52 发电机的保护配置521 纵差保护（1）保护方式的选择纵差

49、保护是发电机内部相间短路的主保护，它应能够快速而灵敏地切除内部所发生的一切故障，同时，在正常运行及外部故障时，又能保证动作的选择性和工作的可靠性。因本设计的发电机的容量是200MW，所以发电机纵差保护的保护继电器采用比率制动式差动继电器。因为它的动作电流随外部短路电流的增大而增大，而且动作电流的增大比不平衡电流的增大要快，这样就能使外部故障时保护可靠而不误动，而在内部故障时保护有效地动作。在躲外部短路时地不平衡电流这一点上，BCH2型继电器也有这种特性。但它适用于小容量地机组，而且它有直流助磁特性，在非周期分量时，其动作电流增加，提高了躲外部短路时暂态不平衡电流地特性，但它必须等到非周期分量衰

50、减到一定程度后才会动作，即保护速动性差，这对大容量机组是不允许地，必须保证保护的速动性和灵敏性。（2）比率制动式差动继电器的原理比率制动式差动继电器的原理如图51所示。WzdWzdWcd图51 比率制动式差动保护原理图WzdWcd/2正常运行时：动作安匝为：（I1I2）×Wcd制动安匝为：（I1I2）×Wzd（I1I2）×Wcd/2，显然制动安匝大于动作安匝，保护不动作；发电机内部短路时（I2及I2反向）：动作安匝为：（I1I2）×Wcd制动安匝为：（I1I2）×Wzd（I1I2）×Wcd/2，显然动作安匝要大于制动安匝，保护动作。比

51、率制动式纵差保护的最大特点是动作电流不是固定值，而是随外部短路电流的增多而增大的。正常运行时，Wcd中流过的电流为Ibp,IbpI1I2（I1I2）/nTA，即使发电机两侧的电流互感器的型号都完全相同，但励磁特性还是有差别的，故I1I2不为0；IbpKfzq*Ktx*fi*Id.max，Kfzq为非周期分量，取1；Ktx为电流互感器同型系数，取0.5；fi为电流互感器的误差，取0.1；Id.max为外部短路时的最大短路电流。图52为比率制动式差动保护制动特性曲线。PIzd.minIzdP点为差动保护的最小动作电流，Idz（0.10.3）Ie.f，一般取0.2 Ie.f；A点为转折点；S点的动作

52、电流为 IdzKk*Ibp.max，Kk1.31.5。IdzIzd.maxS21Aba图52 比率制动式差动保护制动特性曲线 (3) 比率制动式纵差保护的整定计算根据比率制动式差动保护的动作特性，需要整定二个定值，既最小动作电流和制动系数。 最小动作电流：由于保护装置采用比率制动特性，保护的动作电流不必躲外部故障时的不平衡电流来整定，其整定值只需按躲外部最大负荷下差动回路的不平衡电流，所以，继电器的最小动作电流为：Idz.j.minKk*IbpKk* Kfzq*Ktx*fi*Ie.2f式中，Kk可靠系数，取1.31.5； Kfzq非周期分量，取1； Ktx电流互感器同型系数，取0.5； fi

53、电流互感器的误差，取0.1； Ie.2f发电机的二次额定电流。 制动系数Kzd：比率制动式差动保护防止外部短路时误动的方法，主要是通过制动系数Kzd的适当选择来加以保证。KzdIdz/Izd 式中，Idz继电器的动作电流； Izd继电器的制动电流。假定最大外部电流下流过继电器的动作电流为：IdzKk*Kfzq*Ktx*fi*Id.max制动电流为： IzdId.max所以，比率制动系数Kzd.jsKk*Kfzq*Ktx*fi （1.31.5）×0.5×0.1 0.0650.075根据上式计算得Kzd是一条过原点的直线，因此，对于制动特性曲线具有一段水平线得比率制动式差动继电

54、器（见图52）还应进行制动特性校验。一般可先从制动特性曲线族中选取制动系数大于计算值得一条曲线，作为整定得特性曲线。图52中，直线1为计算得出制动系数为Kzd.js的制动特性曲线，折线2为选取的继电器整定用的制动特性曲线。从特性曲线的斜率来看，折线2的斜率大于直线1，但此时直线1与折线2相交与a.b两点，因此在ab段范围内，外部故障时不平衡电流将大于继电器的动作电流Idz.j，继电器将误动。从以上情况看，虽然制动特性曲线的斜率大于制动系数的计算值，但保护仍有发生误动的可能性。因此，为了兼顾灵敏系数和选择性方面的要求，必须使选用继电器的制动特性曲线在折点A与计算直线1相交，其斜线段的斜率就是所选

55、的制动系数。灵敏系数校验 灵敏系数为 KlmId.j.min/Idz.j式中，Id.j.min发电机出口两相短路时流过保护的最小周期性短路电流； Idz.j对应于校验的情况下继电器的动作电流。 要求Klm2。 由于这种差动保护的整定值小，为0.10.3倍发电机额定电流，所以一般都满足灵敏系数的要求。（4） 整定计算结果 最小动作电流：Idz.j.min0.269A 制动特性曲线拐点电流：Izd.min3.594.3A 比率制动系数Kzd：Kzd.js0.0650.075，图53是以差回路整定电流为1A时继电器制动特性曲线。以Kzd.js为斜率，在继电器制动特性曲线上作过原点的直线，从图中可以看

56、出此直线不与其他折线相交。因此采用任何一折线作整定值均可，如取Kzd0.4，但当制动系数取得过大时会使保护的灵敏系数下降。 制动线圈的接法：两侧各接制动线圈的一半。 灵敏系数的校验：200MW发电机出口发生两相短路时的短路电流为d.j.min22.08A，但此时只有半个制动线圈流过此电流，所以，Izd11.04A，由图53知，Kzd0.4时，对应Izd11.04A的Idz.j3.4A，所以Klm22.08/3.46.492，满足要求。 522 匝间短路保护 （1）保护方式的选择大型发电机的定子绕组每相都由两个及以上的并联分支，对于同一相定子绕组或分支间的短路，称为定子绕组匝间短路。当定子一相绕

57、组发生匝间短路时，发电机的对称关系受到破坏，出现了负序分量，由于负序分量的存在，在发电机转子回路感应出二次谐波的信频电流，所以可采用二次谐波匝间保护，为了防止外部故障时保护误动，引用负序功率闭锁元件。因此，采用负序功率闭锁的转子二次谐波匝间短路保护。（2）负序功率闭锁的转子二次谐波匝间短路保护的原理 这种保护的原理图如图54所示。当发电机定子绕组发生匝间短路时，短路电流中的负序分量会在转子回路中感应出二次谐波电流，继电器I2n有动作信号输出，但此时负序功率方向元件P2不动作，不送出闭锁信号，保护装置能够无延时地送出跳闸脉冲。当发电机外部发生故障时，转子回路也会出现二次谐波，继电器I2n有动作信号输出，但此时P2因所反应的负序功率