海里水电站继电保护方案的研究与设计

1、海里水电站继电保护方案的研究与设计1 课题来源本课题为海里水电站继电保护方案的研究与设计课题，来源于2011年11月24日下达的三峡大学2012届毕业设计课题任务书。2 研究的目的和意义随着我国经济的不断发展，在国民经济持续快速增长、工业现代化进程加快的同时，资源和环境制约趋紧，能源供应出现紧张局面，生态环境压力持续增大，能源的不足与需求之间的矛盾在近几年不断恶化，国家急需电力事业的发展，为我国经济的发展提供保障。就我国目前的电力能源结构来看，我国主要是以火电为主，但是火电由于运行过程中污染大，在煤炭价格高涨的今天，火电的运行成本也较高，受锅炉和其他火电厂用电设备的影响，其资源利用率较低，一般

2、热效率只有30%-50%左右。与之相比水电就有很多明显的优势。因此，大力发展水电事业将有利于缩小城乡差距、改善农村生产生活条件，对于推进地方农业生产、提高农民收入，加快脱贫步伐、促进民族团结、维护社会稳定，具有不可替代的作用，关于电力系统水电站设计方面的论文研究也就显得格外重要。作为电力专业学生，我被分配完成海里水电站继电保护方案的研究与设计这个课题，通过从原始资料分析水电站发电机变压器输电线路保护的实现策略，到保护装置的配置，到保护原理分析及原理图，再到最后接线图的绘制，我相信这个过程能够帮助我巩固所学的基础理论、专业知识，并提高我们利用所学理论知识解决实际工程问题的能力，从而为以后的工作打

3、下坚实的基础。3 国内外继电保护的发展现状近年来，电网继电保护设计是我国继电保护学科、继电保护设计、继电器制造工业和继电保护技术队伍从无到有，我国工程技术人员创造性地吸收、消化、掌握了国外先进的继电保护设备性能和运行技术，建成了一支具有深厚继电保护理论造诣和丰富运行经验的继电保护技术队伍，对全国继电保护技术队伍的建立和成长起了指导作用。继电器引进消化了当时国外先进的继电器制造技术，建立了我国自己的继电器制造业。我国已建成了继电保护研究、设计、制造、运行和教学的完整体系。这是机电式继电保护繁荣的时代，为我国继电保护技术的发展奠定了坚实基础。4 电力系统继电保护发展趋势4.1计算机化由著名的摩尔定

4、律,芯片上的集成度每隔18 24 个月增长一倍。导致不仅计算机硬件的性能成倍增加以及价格在迅速降低。单片化及相关功能的极大增强、片内硬件资源得到很大扩充、单片机与DSP 芯片二者技术上的融合、运算能力的显著提高以及嵌入式网络通信芯片的出现及应用等方面体现了微处理机的发展。这些发展使硬件设计更加方便,高性价比使冗余设计成为可能,为实现灵活化、高可靠性和模块化的通用软硬件平台创造了条件。继电保护装置的计算机化成为了不可逆转的发展趋势，同时电力系统对微机保护的要求也不断提高。4.2 网络化网络保护是通过计算机网络来实现各种保护功能的一种保护，它最大好处是数据共享,可实现本来由高频保护、光纤保护才能实

5、现的纵联保护，而且很容易就可实现母线保护,而不需要另外的母线保护装置。电力系统网络型继电保护建立在计算机技术、网络技术、通信技术以及微机保护技术发展的基础上，其中分站保护系统在整个网络保护系统中是最重要的一个环节。由于继电保护在电网中的重要性,必须采取有针对性的网络安全控制策略,以确保网络保护系统的安全。这一种新型的继电保护,是微机保护技术发展的必然趋势。4.3 智能化人工智能技术的出现和在电力系统各个领域都得到了应用,使继电保护的研究向更高的层次发展,出现了引人注目的新趋势。将不同的人工智能技术结合在一起,分析不确定因素对保护系统的影响,从而提高保护动作的可靠性,是今后智能保护的发展方向。但

6、是，上述智能方法理论本身还不是很成熟, 在电力系统继电保护中应用取还需要进一步完善。随着电力系统的高速发展和计算机、通信等各种技术的进步和发展,人工智能技术近年来如人工智能技术如专家系统、人工神经网络、遗传算法、模糊逻辑、小波理论等应用在继电保护领域已得到应用，且必将发挥更大的作用。4.4 综合自动化继电保护和综合自动化的紧密结合高是压、超高压变电站正面临着一场技术创新，它表现在集成与资源共享、远方控制与信息共享。以远方终端单元(RTU) 、微机保护装置为核心,将变电所的控制、信号、测量、计费等回路纳入计算机系统,取代传统的控制保护屏,能够降低变电所的占地面积和设备投资,提高二次系统的可靠性。

7、综合自动化系统打破了传统二次系统各专业界限和设备划分原则,改变了常规保护装置不能与调度(控制) 中心通信的缺陷,将把电网的安全、稳定和经济运行推上一个新的台阶。5 研究的主要内容及设计成果的应用价值5.1继电保护方案设计理论体系的研究包括从水电站发电机变压器输电线路保护策略的实现、保护装置配置的设计、保护原理分析及原理图的设计、接线图的绘制等。5.2基于海里水电站继电保护方案的研究海里水电站位于贵州省黔南布依族、苗族自治州的惠水县境内，系蒙江梯级规划中第二级电站。该电站装机2×8000kW，保证出力3670kW。电站以一回110kV的出线至距电站约40km的龙岗变电站接入系统（系统短

8、路容量约为3500MV.A），与国家电网并网。最大输送容量15000 kW，两回10kV的出线分别为近区和坝区用电。电站以发电为主，不作调相，担负基荷运行。电气主接线为：发电机出口6.3kV母线侧接线为单母线接线，1、2号机组接于6.3kV母线上，1、2号主变及近区变的低压侧接于6.3kV侧母线上。1、2号主变容量均为10000kV.A，近区变容量为1250 kV.A。110kV电压级为单母线接线，110kV线路出线一回至龙岗变电站。10kV电压级为单母线接线，10kV线路出线两回，一回至近区，另一回至坝区。本毕业设计论文主要针对海里水电站的各方面特性，仔细分析任务书所给电气主接线图，查找、阅

9、读指定的参考资料，了解设计电站基本概况，拟定设计总体方案：对发电机变压器输电线路进行短路电流的计算，分别完成发电机继电保护的设计及整定、主变压器与馈电线路保护装置的设计及整定，最后完成继保方案的确定及绘制原理图、接线图。发电机的故障类型主要有定子绕组相间短路、定子一相绕组内的匝间短路、定子绕组单相接地、转子绕组一点接地或两点接地、转子励磁回路励磁电流消失等。发电机的不正常运行状态主要有：由于外部短路引起的定子绕组过电流；由于负荷超过发电机额定容量而引起的三相对称过负荷；由于外部不对称短路或不对称负荷引起的发电机负序过电流；由于突然甩电荷引起的定子绕组过电压；由于励磁回路故障或强励时间过长引起的

10、转子绕组过负荷；由于汽轮机主汽门突然关闭而引起的发电机逆功率等。根据这些故障以及不正常运行状态，应用所学的知识采用发电机定子绕组短路故障的保护、定子绕组单相接地保护、负序电流保护、失磁保护、失步保护以及励磁回路接地保护等。变压器的故障可以分为油箱外和油箱内两种故障。油箱外的故障主要是管套和引出线上发生相间短路以及接地短路。油箱内的故障包括绕组的相间短路、接地短路、匝间短路以及铁芯的烧损等。变压器的不正常运行状态主要有：变压器外部短路引起的过电流、负荷长时间超过额定容量引起的过负荷，风扇故障或漏油等原因引起的冷却能力的下降等。根据这些故障及不正常运行状态，应用所学知识采用变压器纵差动保护、相间短

11、路的后备保护、接地短路的后备保护以及零序电流的差动保护等。输电线路一般采用纵联保护，利用线路两侧的电气量快速、可靠地区分本线路内部任意点短路与外部短路，达到有选择、快速地切除全线路任意点短路的目的。为此需要将线路一侧电气量信息传到另一侧去，安装于线路两侧的保护对两侧的电气量同时比较、联合工作，也就是说在线路两侧之间发生纵向的联系。在这些设计过程中需要用到各种电力工程设计手册，并且用AutoCAD辅助工具画出各保护的原理图、接线图。故本论文属于典型的针对某工程进行的工程设计类论文。5.3应用价值通过课题的研究与实践，总结并形成基于水电站继电保护方案设计的理论与方法，提高水电站电力系统安全性。通过

12、课题的研究与实践，探索水电站发电机变压器输电线路保护的实现策略、保护装置的配置、保护原理分析及原理图、接线图的绘制的方法，提高和完善自身的工程设计能力。通过课题的研究与实践，培养高效高质地研究设计水电站继电保护方案、大力发展水电事业的理念，致力于缓解资源和环境制约趋紧的局面。6 工作的主要阶段、进度（1）2011年秋季学期第12周（2011年11月18日前）：接受毕业设计任务书，学习毕业设计（论文）要求及有关规定。（2）2011年秋季学期第1318周：阅读指定的参考资料及文献（包括5-10万个印刷符号与课题或本专业相关的外文资料），基本完成开题报告、外文翻译等任务。（3）2011年秋季学期第1

13、9周（2012年1月13日前）： 上交开题报告、外文翻译，指导教师批阅。（4）2012年春季学期第14周： 查找、阅读指定的参考资料，拟定设计总体方案。（5）2012年春季学期第56周： 完成短路电流计算。（6）2012年春季学期第78周： 完成发电机继电保护的设计与整定。（7）2012年春季学期第9周： 完成主变压器保护装置的设计及整定。（8）2012年春季学期第10周： 完成馈电线路保护装置的设计及整定。（9）2012年春季学期第10周（2012年4月23日前）： 绘图、提交毕业设计中期报告（完成继保方案的确定）。（10）2012年春季学期第14周（2012年5月17日前）： 完成毕业设计

14、，全部成果交指导老师批阅，准备毕业答辩。（11）2012年春季学期第15周（2012年5月26日至27日）： 毕业答辩。7 最终目标及完成时间完成海里水电站继电保护方案的研究与设计，达到运用继电保护专业知识和实践能力实现从水电站到发电及变压器输电线路保护策略，完成保护原理分析及绘制出相关原理图和接线图的目标，从而完善自身的工程设计能力。完成时间：2012年春季学期第14周.8 现有条件及必须采取的措施现有AutoCAD工程制图软件，用AutoCAD辅助工具画出各保护的原理图、接线图。现还有学校继电保护仿真设备，可以完成继电保护仿真实验。在设计中必须采取借鉴国内外大量文献，了解相关的研究现状，在

15、此基础上进行相关方案的分析与论证，在多套优化方案的基础上选择最适合这次课题的方案的措施。9 协助单位及要解决的主要问题 本课题的完成应解决继电保护设备研究技术问题，同时，需要得到全国各水电厂和电网单位的大力支持和帮助。参 考 文 献1 王维俭.发电机变压器继电保护应用.中国电力出版社.2005；2 强尧臣.小型水电站机电设计手册.电气一次.中国电力出版社.1996；3 西北电力设计院.电力工程电气设计手册：电气二次部分.水利电力出版社.2006；4 姚春球.发电厂电气部分.中国电力出版社.2004；5 张保会.电力系统继电保护.中国电力出版社.2004；6 电力设备选型手册编写组. 电力设备选

16、型手册.中国水利水电出版社.2007；7 刘振亚.国家电网公司输变电工程典型设计.110kV变电站分册.中国电力出版社.2005；8 水利水电电气信息网组织编写.水电站电气主接线图册.中国水利电力出版社.2004；9 王晋生.新标准电气制图.中国电力出版社.2003；10 刘宝贵.发电厂电气部分.中国电力出版社.2008；11 国家机械工业局.国家机电产品目录.12.机械工业出版社.2000；12 毛慧和.中小型水电站电气设备.中国电力出版社.2006；13 许正亚.发电厂继电保护整定计算及其运行技术.中国水利水电出版社.2009；14 傅知兰.电力系统电气设备选择与实用计算.中国电力出版社.2004；15 Turan