孟加拉国电站电气主系统控制及保护设计

1、晨风电气有限公司见习论文设计题目：孟加拉国电站电气主系统控制及保护设计见 习 生：指导老师：完成日期：目 录摘要10引言11孟加拉国电站电气系统的控制论述12设备的选型62.1电气设备的一般选型条件62.2系统母线的选型92.3变压器的选型102.4断路器的选型122.5电流互感器的选型142.6电压互感器的选型162.7 避雷器、隔离开关、熔断器以及电力电缆173总结18参考文献19孟加拉国电站电气主系统控制及保护设计晨风电气公司研发处摘 要：对孟加拉国电站电气主系统控制部分作一个具体分析，包括从发电机组出线到最终并网之间的电气部分，经过系统分析后再对各元器件及特定部分电路的特点进行具体的有

2、选择性的保护，如主变差动保护、过压保护、温度保护、过负荷保护等等。关键词：系统控制 继电保护 设备选型0 引言孟加拉国电站项目是我们晨风电气公司继生产国内黄白茨乌海电站电气部分之后引进的一个国外电站电气部分生产项目，经过对乌海电站的设计与生产现在我们公司在电站的设计及生产技术上已经逐渐成熟，为了得到电站用户更加满意的回馈，我们还是从用户的需求出发，对整个电气系统进行控制分析和保护设计，希望经过不断研讨，能在时间与质量上可以更好的把握，为公司以后类似项目的引入与生产增加一定的实力。1 孟加拉国电站电气系统的控制论述电力系统中一般可根据系统的网络结构、设备类型等分成几个层次的模块。孟加拉国电站电气

3、部分总的控制系统可大致的分为4个部分，分别为：1、 机组到母线的机组出线部分，该部分是电气主接线的根源，由发电机组发出的电能经断路器汇流入系统母线；2、 母线到厂内的厂用电的线路部分，该部分由母线降压后主要传输厂内各设备所需的电能供应；3、 母线到主变之间的出线部分，本部分将母线的稳定电压传输到系统主变压器进行升压输电；4、 主变到并网之间的高压部分，从主变压器升压后经限流电抗器以及电容补偿装置进行并网。主要包括设备介绍，控制及保护原理和其用途等进行分析，下面分别对上述四部分控制系统进行论述：机组到母线间主要设备包括发电机、电压调整器、断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、中性点接地变压器

4、以及熔断器等。该部分首先是由厂内的直流蓄电池对黑启动柴油发电机供电进行启动，接着由该电机提供源动力来启动机组发电进而使机组进入发电阶段。因为发电机的输出电压受多种因素影响，所以发电机组并联一电压调整器AVR来对电机的输出电压进行校正，在对发电机的保护和监测方面则有中性点接地变压器、互感器、熔断器以及断路器。互感器可以监测进母线前的电压电流值，还可以起一定的保护作用。接地变压器和熔断器则主要起保护作用。断路器的主要用途就是在检修电机时能够消弧断电以保证设备的安全。母线到厂内的厂用的线路部分的主要设备包括断路器、隔离开关、变压器、电流互感器以及线缆等。由母线出来经电流互感器到站用变压器到低压侧电流

5、互感器到断路器，其作用主要是站用变压器将母线11KV的电压等级降为0.415KV的厂用电，两套电流互感器则是为了监测和保护站用变压器两侧的设备，两断路器能够使该部分回路跳出故障和安全检修，断路器两端的隔离开关则是为了对断路器的安全检修而设置的。母线到主变之间的出线部分的主要设备包括断路器、电压互感器、电流互感器、避雷器、接地开关、隔离开关以及线缆等。该部分的断路器属主变进线侧的断路器，主要对主变起保护作用（包括故障保护与检修保护），隔离开关的作用同上，避雷器和接地开关则是为了保护线路防止遭受雷击和短路，电流互感器和电压互感器则对进入主变前的电流及电压进行监测和对线路及设备起一定的保护作用。主变

6、到并网之间的高压部分的主要设备包括主变压器、电流互感器、断路器、电压互感器、接地开关、避雷器以及线缆等。主变内主要包括零序电流保护、避雷保护、气隙保护等，主变高压侧包含有电压与电流互感器的各保护，还有断路器两侧的接地保护。断路器出线侧经电抗器并网，相当于在进网前连入了一个大电感，从而起到限制短路电流的作用，相当于限流电抗器，在并网后的每相均增加电容补偿与避雷保护，能够起维持线路电压，改善线路参数，提高线路的静态稳定的作用。2 设备的选型2.1 电气设备的一般选型条件由于各种电气设备的具体工作条件并不完全相同，所以，它们的具体选择方法也不完全相同，但基本要求是相同的。即，要保证电气设备可靠的工作

7、，必须按正常工作条件选择，并按短路情况校验其热稳定和动稳定。1按额定电压选择电气设备的额定电压就是其铭牌上标出的线电压，另外还规定有允许最高工作电压。由于电力系统负荷的变化，调压及接线方式的改变而引起功率分布和网络阻抗变化等原因，往往使得电网某些部分的实际运行电压高于电网的额定电压，因此，所选电气设备的允许最高工作电压不得低于所在电网的最高运行电压，即对于电缆和一般电器，较高10%15%，即=(1.11.15) 而对于电网，由于电力系统采取各种调压措施，电网的最高运行电压通常不超过电网额定电压的10%，即1.1可见，只要不低于，就能满足，所以，一般可按下式选择2按额定电流选择电气设备的额定电流

8、是指在额定环境条件下（环境温度，日照，海拔，安装条件等）下，电气设备的长期允许电流。经综合各种条件修正后的长期允许电流不得低于所在回路在各种可能运行方式下的最大持续工作电流，即=式中 综合修正系数，为有关修正系数的乘积；电气设备所在回路的最大持续工作电流，可按参考原则数据进行。当仅计及环境温度修正时，K值的计算如下。对于裸导体和电缆对于电器时，时， 时， 式中 实际环境温度，按统计可得； 裸导体或电缆芯正常最高允许温度，裸导体的一般为70；电缆芯的与电缆结构有关，其值在间。3选择设备的种类和型式（1）应按电器的装置地点，使用条件，检修和运行等要求，对设备进行种类（如户内或户外型电器）和型式的选

9、择。（2）除上述考虑海拔，当地实际环境温度的影响外，尚需考虑日照，风速，履冰厚度等环境条件的影响。当超过一般电气设备的使用条件时，应向制造部门提出特殊订货要求，并采取相应措施。 4短路电流的计算条件 为使所选电器具有足够的可靠性，经济性和合理性，并在一定时期内能适应系统发展的需要，作为校验用的短路电流应按下述条件确定。（1） 容量和接线；（2） 短路种类；（3） 短路计算点。 5短路计算时间 校验电气设备的热稳定和开断能力时，必须合理的确定短路计算时间。（1）校验热稳定的短路计算时间。即计算短路电流热效应的时间，由下式确定式中 后备继电保护动作时间； 断路器全开断时间； 断路器固有分闸时间；

10、断路器开断时电弧持续时间。（2）校验开断电器开断能力的短路计算时间。开断电器应能在最严重的情况下开断短路电流，故由下式确定式中 主继电保护动作时间。6热稳定和动稳定校验 （1）热稳定校验。热稳定就是要求所选的电气设备能承受短路电流所产生的热效应，在短路电流通过时，电气设备各部分的温度（或发热效应）应不超过允许值。1）导体和电缆满足热稳定的条件为式中 S按正常工作条件选择的导体或电缆的截面积； 按热稳定确定的导体或电缆的最小截面积。2）电器满足热稳定的条件为式中 制造厂规定的允许通过电器的热稳定电流； 制造厂规定的允许通过电器的热稳定时间； 短路电流通过电器时所产生的热效应。（2）动稳定效应。动

11、稳定就是要求电气设备能承受短路冲击电流所产生的电动力效应。1）硬导体满足动稳定的条件为式中 导体材料最大允许应力； 导体最大计算应力。2）电器满足动稳定的条件为式中 电器允许通过的动稳定电流幅值； 短路冲击电流幅值。2.2系统母线的选型1母线材料，截面形状和布置方式的选择（1）材料一般情况下采用铝母线；在持续工作电流较大且位置特别狭窄的发电机和变压器出口处，以及污秽对铝有严重腐蚀而对铜腐蚀较轻的场所，采用铜母线。（2） 截面形状在35KV及以下持续工作电流在4000A及以下的屋内配电装置中，一般采用矩形母线，当电路的工作电流超过最大截面的单条母线的允许截流量时，每相可用24条并列使用；在35K

12、V及以下持续工作电流为40008000A的屋内配电装置中，一般采用槽型母线；矩形和槽型母线也常用于是10KV及以下的屋外母线桥；35KV及以上的屋外配电装置，可采用钢芯铝绞线；110KV及以上持续工作电流在8000A以上的屋内，外配电装置，可采用管型母线。（3） 布置方式钢芯铝绞线和管型母线一般采用三相水平布置。矩形和双槽型母线常见布置方式有三相水平布置和三相垂直布置。2母线的截面选择各种配电装置中的主母线及长度在20米以下的母线，一般均按所在回路的最大持续工作电流选择。其中K为与母线长期发热允许最高温度、实际环境温度、海拔等因素有关的综合修正系数。如果仅计及环境温度修正，当=+70并且不计日

13、照时可得：母线所在回路的最大持续工作电流，需计及可能的过负荷及检修或故障时由别的回路转移过来的负荷。 3电晕电压校验导体的电晕会产生如下不利的影响：使周围空气强烈游离，降低空气的绝缘强度，使绝缘子容易发生闪络，过电压时相间容易被击穿；在电晕的范围内进行着化学反应，形成臭氧和氮的氧化物。臭氧会使配电装置中的金属结构氧化，氮的氧化物与水合成硝酸，对有机绝缘材料和金属有侵蚀作用；电晕引起电能损失(消耗在使带电空气质点的运动上和发光上)；电晕有特殊的噪音和破裂声，使运行人员难以用视觉检查设备的工作情况；电晕会产生无线电干扰。63KV及以下的系统，因电压较低一般不会出现全面电晕，所以不必校验。对110K

14、V及以上系统的裸导体，应按当地晴天不发生全面电晕的条件校验，使裸导体的临界电晕电压大于最高工作电压，即当所选导体型号及外径大于、等于下列数值时，可不进行电晕校验：软导线型号，110KV、LGJ-70,220KV/LGJ-300；管型导线外径，110KV、20mm，220KV、30mm。 4热稳定校验当分别取与短路时母线最高允许发热温度及正常运行时母线最高发热温度相对应的值时，可得到按热稳定的母线最小截面为式中 C热稳定系数，与母线材料及其正常运行最高工作温度有关。其中：式中 母线通过持续工作电流时的温度； 实际环境温度；母线正常最高允许温度，一般为70；母线对应于的允许电流。5硬母线的动稳定校

15、验如果每相为两条及以上导体，当短路冲击电流通过母线时，导体的横截面同时受到相间弯矩和条间弯矩的作用，即同时存在相间应力和条间应力。设和方向相同，则最大应力为式中 、导体所受到的相间和条间的最大弯矩； 、导体相间和条间抗弯截面系数。经过比较各厂家的产品销售及回馈情况最终选定为天津电缆厂的GLGJ-80型钢新铝绞线。2.3变压器的选型发电厂和变电所中，用于向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器；只用于两种升高电压等级之间交换功率的变压器，称为联络变压器。1变压器容量和台数的选择变压器容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。它的选择除依据基础数据外，主要取决于输送功率的大小、与系统联

16、系的紧密程度、运行方式及负荷的增长速度等因素，并至少要考虑5年内负荷的发展需要。（1）变电所主变压器容量、台数的选择变电所主变压器的容量一般按变电所建成后5至10年的规划负荷考虑，并应该按照其中一台停用时其余变压器能满足变电所最大负荷的6070%（35-110KV变电所为60%，220-500KV变电所为70%）或全部重要负荷（当一二类负荷超过上述比例时）选择。即式中 n变电所主变压器台数。为了保证供电的可靠性，变电所一般装设2台主变压器；枢纽变电所装设24台；地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所，可装设3台。（2）联络变压器容量的选择1）联络变压器的容量应满足所联络的两种电压网络之间在

17、各种运行方式下的功率交换。2）联络变压器的容量一般不应小于所联络的两种电压母线上最大一台机组的容量，以保证最大一台机组故障或检修时，通过联络变压器来满足本侧负荷的需要；同时也可在线路检修或故障时，通过联络变压器将剩余功率送入另一侧系统。3）联络变压器一般只装设一台。2变压器形式的选择（1）相数的确定在330KV及以下的发电厂和变电所中，一般都选用三相式变压器。因为一台三相式变压器较同容量的三台单相式投资小、占地少、损耗小，同时配电装置结构较简单，运行维护较方便。（2）绕组数的确定 1）只有一种升高电压向用户供电或与系统连接的发电厂，以及只有两种电压的变电所，采用双绕组变压器。 2）有两种升高电

18、压向用户供电或与系统连接的发电厂，以及有三种电压的变电所，可以采用双绕组变压器或三绕组变压器。（3）绕组接线组别的确定变压器的绕组连接方式必须使得其线电压与系统线电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统变压器采用的绕组连接方式有星形“Y”和三角形“D”两种。我国电力变压器的三相绕组所采用的连接方式为：110KV及以上电压侧均为“YN”，即有中性点引出并直接接地；35KV作为高、中压侧时都可能采用“Y”，其中性点不接地或经消弧线圈接地，作为低压侧时可能用“Y”或“D”；35KV以下电压侧（不含0.4KV及以下）一般为“D”，也有“Y”方式。（4）调压方式的确定变压器的电压调整是用分接开关切换变压

19、器的分接头，从而改变其变比来实现。无励磁调压变压器的分接头较少，调压范围只有10%（），且分接头必须在停电的情况下才能调节；有载调压变压器的分接头较多，调压范围可达30%，且分接头可在带负荷的情况下调节，但其结构复杂、价格贵，在下述情况下采用较为合理。1）出力变化大，或发电机经常在低功率因子运行的发电厂的主变压器。2）具有可逆工作特点的联络变压器。3）电网电压可能有较大变化的220KV及以上的降压变压器。4）电力潮流变化大和电压偏移大的110KV变电所的主变压器。 （5）冷却方式的选择电力变压器的冷却方式，随其形式和容量不同而异，冷却方式有以下几种类型：自然风冷却、强迫空气冷却、强迫油循环风冷

20、却、强迫油循环水冷却、强迫油循环导向冷却、水冷却等等。 经过综合考虑最终厂用的两台变压器选定为天津变压器厂的S6-2500/10，其变比为11/0.433；主变压器选定为北京ABB公司的三台单相WDL-2500/132变比为132/11的变压器。2.4断路器的选型断路器是电力系统最重要的控制和保护设备，其功能是接通和断开正常工作电流、过负荷电流和故障电流，它是开关电气中最为完善的一种设备，所以对其正确选型就尤为主要。1种类和形式的选择种类和形式的选择，即根据环境条件、使用技术条件及各种断路器的不同特点进行选择。一般断路器在实用中的选型参考如下表：安装使用场所可选择的主要形式参考型号规范发电机回

21、路中小型机组少油断路器SN10-10，SN4-10G大型机组专用、空气断路器配电装置610KV少油、真空、断路器SN10-10、ZN-10、LN-10系列、SN4-10G35KV多油、少油、真空、断路器DW-35、SN10-35、SW2-35、ZN-35、LN-35、LW-35系列110330KV少油、空气、断路器SW-100330、KW-110330、LW-110330系列500KV断路器LW-500系列真空断路器、断路器在技术性能和运行维护方面有明显优势，深受用户欢迎，是发展方向。高压断路器的操动机构，大多是由制造厂配套供应，仅部分断路器有电磁式（CD型）、弹簧式（CT型）或液压式（CY型

22、）等几种形式的操动机构可供选择。2按额定电压选择按额定电压应满足下式要求，即3按额定电流选择按额定电流应满足下式要求，即式中 K温度修正系数。4额定开断电流选择为保证断路器能可靠的开断短路电流，一般情况下，原则上额定开断电流不应小于实际开断瞬时间的短路全电流有效值，即而 式中 短路电流周期分量的起始值，KA； 开断瞬间短路电流周期分量的有效值；开断计算时间；短路电流非周期分量的衰减时间常数愈靠近电源愈大。最严重的短路类型一般是三相短路。但在中性点直接接地系统中，单相短路电流可能超过三相短路电流。由于断路器开断单相短路的能力比开断三相短路大15%，所以，只有在单相短路电流比三相短路电流大15%时

23、，才用单相短路电流作为选择条件。5额定关合电流的选择为了保证断路器在关合短路电流的安全，不会引起触头熔接和遭受电动力的损坏，应满足6热稳定校验热稳定校验应满足下式，即7动稳定校验动稳定校验应满足下式，即 根据需求三种电压等级断路器最终选定分别为：145KV选为西门子的LW25-145型SF6断路器；11KV的母线侧选为AREVA公司的FP1250D型SF6断路器，其额定电压为12KV；厂用电的0.145KV用断路器选为苏州阿尔斯通的ZN3-0.45型真空断路器。2.5电流互感器的选型1一次回路额定电压和电流的选择应满足下式，即式中 K温度修正系数； 电流互感器一次额定电流。2额定二次电流的选择

24、额定二次电流有5A和1A两种，一般弱电系统用1A，强电系统用5A。当配电装置距离控制室较远时，为能使电流互感器能多带二次负荷或减小电缆截面，提高准确度，应尽量采用1A。3种类和型式选择应根据安装地点（如屋内、屋外）、安装方式（如穿墙式、支持式、装入式等）及产品情况来选择电流互感器的种类和类型。620KV屋内配电装置和高压开关柜，一般用LA、LDZ、LFZ型；发电机回路和2000A以上回路一般用LMZ、LAJ、LBJ型等；35KV及 配电装置一般用油浸瓷箱式结构的独立式电流互感器，常用LCW系列，在有条件时，如回路中有变压器套管、穿墙套管，应优先采用套管电流互感器，以节约投资和占地。选择母线时，

25、应校核其窗口允许穿过的母线尺寸。当继电保护有特殊要求时，应采用专用的电流互感器。4准确级选择准确级是根据所供仪表和继电器的用途考虑。互感器的准确级不得低于所供仪表的准确级；当所供仪表要求不同准确级时，应按其中要求准确级最高的仪表来确定电流互感器的准确级。（1）用于测量精度要求较高的大容量发电机、变压器、系统干线和500KV电压级的电流互感器，易用0.2级；（2）供重要回路（如发电机、调相机、变压器、厂用馈线、出线等）中的电能表和所有计费用的电能表的电流互感器，不应低于0.5级；（3）供运行监视的电流表、功率表、电能表的电流互感器，用0.51级；（4）供估计被测数值的仪表的电流互感器，可用3级；

26、（5）供继电保护用的电流互感器，应用D级或B级（或新型号P级、TPY级）。至此，可初选出电流互感器的型号，由产品目录或手册差得其在相应准确级下的二次负荷额定阻抗，热稳定倍数和热稳定倍数。5热稳定校验热稳定校验只需对本身带有一次回路导体的电流互感器进行。电流互感器的热稳定能力，常以1s允许通过的热稳定电流或对一次侧额定电流的倍数表示，故有：6动稳定校验短路电流流过电流互感器内部绕组时，在其内部产生电动力；同时，由于零相之间短路电流的相互作用，使电流互感器的绝缘瓷冒上受到外部作用力。因此，对各型电流互感器均应校验内部动稳定，对瓷绝缘型电流互感器增加校验外部动稳定。（1）内部动稳定校验。电流互感器的

27、内部动稳定能力，常以允许通过的动稳定电流或对一次额定电流最大值的倍数表示，故有：（2）外部动稳定校验。瓷绝缘型电流互感器的外部动稳定有两种校验方法。1）当产品目录给出其瓷冒端部的允许力时，其校验方法与穿墙套管类似有：式中 电流互感器的计算跨距； 电流互感器出线端至最近一个母线支柱绝缘子之间的跨距；电流互感器两端瓷冒的距离，对非母线型电流互感器；对母线型电流互感器为其长度。2）有的产品目录未标明，而只给出。一般是在相间距离a=0.4m，计算跨距的条件下取得。所以，当未标明时，可按下式校验： 根据各参数要求所有电流互感器的厂家均定为西安西电高压开关有限责任公司生产的LYQB系列SF6电流互感器。2

28、.6 电压互感器的选型1额定电压的选择电压互感器的一次绕组的额定电压必须与实际承受的电压相符，由于电压互感器接入电网方式的不同，在同一电压等级中，电压互感器一次绕组的额定电压也不尽相同；电压互感器二次绕组的额定电压应能使所接表计承受100V电压，根据测量目的的不同，其二次侧额定电压也不相同。三相式电流互感器（用于315KV系统），其一、二次绕组均接成星形，一次绕组三个引出端跨接于电网线电压上，额定电压均以线电压表示，分别为和100V。单相式电压互感器，其一、二次绕组的额定电压的表示有两种情况：单台使用或两台接成不完全星形，一次绕组两个引出端跨接于电网线电压上（用于315KV系统），一、二次绕组

29、额定电压均以线电压表示，分别为和100V；三台单相互感器的一、二次绕组分别接成星形，每台一次绕组接于电网相电压上，单台的一、二次绕组的额定电压均以相电压表示。2种类和型式的选择电压互感器的种类和型式应根据安装地点（如屋内、屋外）和使用技术条件来选择。（1）320KV屋内配电装置，宜采用油浸绝缘结构，也可采用树脂浇注绝缘结构的电磁式电压互感器（2）35KV配电装置，宜采用油浸绝缘结构的电磁式电压互感器。（3）110220KV配电装置，用电容式或串级电磁式电压互感器。为避免铁磁谐振，当容量和准确度级满足要求时，宜优先采用电容式电压互感器。（4）330KV及以上配电装置，宜采用电容式电压互感器。（5）全封闭组合电器应采用电磁式电压互感器。3准确级选择电压互感器准确级的选择原则，可参照电流互感器准确级选择。用于继电保护的电压互感器不应低于3级。至此，可初选出电压互感器