某集团热电联产工程电气设计

1、摘 要由于国民经济的快速发展，因此带来的环境污染也日趋加重。正如我们所知道的，高能源产业也是高污染产业。就煤炭而言，开采煤矿及矿石加工利用时会有大量的废石，即煤矸石产生。煤矸石属于生产过程中的附属产物，没有市场价值，基本上是常年堆放，这不仅使资源浪费，而且对环境造成了很大的污染。根据现状，为解决低热值燃料的问题，建设以烧煤矸石为主的循环流化床锅炉和抽凝汽式发电机组及配套辅助设施是非常有必要的。该课题从实际出发完成了工程的电气主接线、厂用电接线及直流系统接线等方案的设计；在电气接线确定以后，研究了基于分布系数法的短路电流的计算；以断路器、电流互感器为例，对电气设备进行了动稳定性及热稳定性的校验；

2、研究了保护配置以及整定计算的原理，结合实际，分别对发电机变压器组的保护以及厂用电的保护进行了整定计算。关键词:继电保护；热电联产工程；分布系数法；电气设备选择；短路电流计算ABSTRACTDue to the rapid development of national economy, so the pollution to the environment also increasingly worse. As we know, the high energy industry is high pollution industry. In terms of coal, mining and o

3、re processing using when they have a lot of waste rock, coal gangue produce. Ancillary products of coal gangue is the process of production, there is no market value, is basically a perennial stacked, it not only makes the resource waste, and caused great pollution to the environment. According to t

4、he status quo, in order to solve the problems of the low calorific value of fuel, construction is given priority to with burning coal gangue of circulating fluidized bed boiler and condensing power generation units and related auxiliary equipment is necessary.The subject from set out actually finish

5、ed the project of the main electrical wiring, auxiliary power wiring and the design of the dc system wiring, etc; After the electrical wiring to determine, based on distribution coefficient method are studied the calculation of short-circuit current; Circuit breaker, current transformer, for example

6、, electrical equipment for the dynamic stability and thermal stability check; Studied the protection configuration and setting calculation principle, combined with the actual, respectively, the protection of generator transformer set as well as the auxiliary power protection setting calculation.Keyw

7、ords:Relay protectionCogeneration; project; Electrical equipment choice; Distribution coefficient method; Short circuit current calculation 目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc13924 1 绪论 PAGEREF _Toc13924 3 HYPERLINK l _Toc9365 1.1 课题的背景及意义 PAGEREF _Toc9365 3 HYPERLINK l _Toc4218 1.2 国内研究现状 PAGEREF _

8、Toc4218 3 HYPERLINK l _Toc31181 PAGEREF _Toc31181 4 HYPERLINK l _Toc1401 2 电气接线设计 PAGEREF _Toc1401 5 HYPERLINK l _Toc24441 2.1 主接线的设计 PAGEREF _Toc24441 5 HYPERLINK l _Toc7840 PAGEREF _Toc7840 5 HYPERLINK l _Toc27943 PAGEREF _Toc27943 5 HYPERLINK l _Toc17226 PAGEREF _Toc17226 5 HYPERLINK l _Toc2732 P

9、AGEREF _Toc2732 6 HYPERLINK l _Toc27221 2.2 厂用电的设计 PAGEREF _Toc27221 7 HYPERLINK l _Toc12382 2.2.1 厂用电接线的设计原则 PAGEREF _Toc12382 7 HYPERLINK l _Toc23528 PAGEREF _Toc23528 7 HYPERLINK l _Toc6729 PAGEREF _Toc6729 7 HYPERLINK l _Toc11864 PAGEREF _Toc11864 7 HYPERLINK l _Toc3585 PAGEREF _Toc3585 8 HYPERL

10、INK l _Toc16183 3 短路电流计算及主要设备的选择 PAGEREF _Toc16183 9 HYPERLINK l _Toc4085 PAGEREF _Toc4085 9 HYPERLINK l _Toc12751 3.1.1 三相短路电流计算 PAGEREF _Toc12751 9 HYPERLINK l _Toc3186 3.1.2 两相短路电流计算 PAGEREF _Toc3186 11 HYPERLINK l _Toc1697 3.1.3 单相接地电容电流的计算 PAGEREF _Toc1697 11 HYPERLINK l _Toc22975 3.1.4 本课题短路电流

11、计算 PAGEREF _Toc22975 12 HYPERLINK l _Toc15255 3.1.4 电抗标么值计算 PAGEREF _Toc15255 13 HYPERLINK l _Toc25578 3.1.5 d1点短路电流的计算 PAGEREF _Toc25578 14 HYPERLINK l _Toc8971 3.1.6 分布系数法求d2点短路电流的计算 PAGEREF _Toc8971 15 HYPERLINK l _Toc6217 PAGEREF _Toc6217 17 HYPERLINK l _Toc20441 PAGEREF _Toc20441 17 HYPERLINK l

12、 _Toc5565 PAGEREF _Toc5565 17 HYPERLINK l _Toc9992 4 保护配置及继电保护整定 PAGEREF _Toc9992 20 HYPERLINK l _Toc4141 PAGEREF _Toc4141 20 HYPERLINK l _Toc27614 PAGEREF _Toc27614 20 HYPERLINK l _Toc2272 4.2.1 发电机差动保护的基本原理 PAGEREF _Toc2272 20 HYPERLINK l _Toc333 PAGEREF _Toc333 21 HYPERLINK l _Toc19098 4.2.3 发电机定

13、子绕组的单相接地保护 PAGEREF _Toc19098 22 HYPERLINK l _Toc13348 4.2.4 发电机负荷电压过流保护 PAGEREF _Toc13348 22 HYPERLINK l _Toc20392 4.2.5 发电机过负荷保护 PAGEREF _Toc20392 23 HYPERLINK l _Toc15206 4.3 厂用电的保护配置及整定计算 PAGEREF _Toc15206 25 HYPERLINK l _Toc10558 PAGEREF _Toc10558 26 HYPERLINK l _Toc18609 4.3.2 变压器保护 PAGEREF _To

14、c18609 28 HYPERLINK l _Toc31444 4.4 2000kW以下电动机保护 PAGEREF _Toc31444 29 HYPERLINK l _Toc4263 4.4.1 电流速断保护 PAGEREF _Toc4263 29 HYPERLINK l _Toc29033 4.4.2 过负荷保护 PAGEREF _Toc29033 30 HYPERLINK l _Toc13223 4.4.3 接地保护 PAGEREF _Toc13223 30 HYPERLINK l _Toc7630 4.5 2000kW及以上电动机保护 PAGEREF _Toc7630 30 HYPERL

15、INK l _Toc29028 结束语 PAGEREF _Toc29028 32 HYPERLINK l _Toc4719 参考文献 PAGEREF _Toc4719 33 HYPERLINK l _Toc9753 致谢 PAGEREF _Toc9753 341 绪论1.1 课题的背景及意义我国正处于快速发展的阶段，对社会生产力有着很高的要求。现阶段我国综合国力的增强和人民生活水平的提高仍离不开电力事业的发展。电能是属于二次能源，是通过一次能源加工而成的。电能与其他能源相比，具有以下特点：（1）使用时污染少且噪音小；（2）容易转换成其他能源 且方便使用；（3）可以远距离传输和集中生产；（4）与

16、其他能源相比，传送时损耗小。生产电能的工厂为发电厂，从一次能源的不同来分，发电厂可以分为以煤炭为主的火力发电厂，以水资源为主的水力发电厂，以风力为主的风力发电厂，以核能为主的核能发电厂等。在我国最常见的是火力发电厂，它的发电量在全国总发电量中占七成以上。火电厂的建立可以生产出大量的电力来供居民及企业使用，但火电厂的建立及建立后也会对其所建地产生不同影响。由火电厂产生的环境问题包括厂内环境问题和厂外环境问题。火电厂以烧煤为主，因此在煤炭的堆放、传输、加工、燃烧工程中无可避免地会产生煤尘飞扬的问题。当使用的煤炭质量不过关时更加严重。火电厂中存在许多的大型机器，在其运行时会产生大量的噪音。煤炭的燃烧

17、产物中存在多种有机物，包括CO、SO2、氮氧化物和飞尘等有害物质。厂内的机器需要使用四氯甲烷、苯、石油类油剂等有毒性的物质来运行与维护。火电厂内的保温需要石棉制品，石棉纤维会诱发癌症和其他的多种疾病。发电厂的建立也给当地的环境带来了很大的影响。火电厂是以煤炭为一次能源的，有煤炭便存在环境污染的问题。煤炭在储存和燃烧过程中会产生很多的灰尘和污染的物质，这些物质严重地污染了当地的空气。其次，发电厂投入使用后会产生很多的废水、废渣。废水在排放的过程中无可避免地会造成当地的水污染。水污染对当地的土地造成的影响会使当地的农作物及植物受收到损伤。废渣的长期堆放会使污染物质进入大地，从而影响当地的地下水，使

18、当地的动植物受到影响，破坏当地的自然景观。1.2 国内研究现状在建国初期，热电联产在我国就很受重视，在1953 年开始第一个五年计划时，我国就重视发电量和供热量的增长，明确提出要建立热电厂用来供工业用热。因为此阶段工业用户占大多数，所以选择抽汽机组的热电厂占绝大多数。 1962 年为检验1953年以后的热电厂的经济效益，国家对已建的热电厂进行摸底排查，最后得出结论：热电厂所生产的热能仅有48%得到了利用，供热能力得到充分使用的机组只占15%左右；因为热负荷的不足，已在运行的热电厂机组的供热能力得不到充分利用，这也就使得热电联产事业走上了下坡路。 1981 年以后，在开发与节约相同重要的政策的指

19、引下，国家将热电联产事业节能政策的重点发展项目，加大了投资，促进了热电联产的发展。 为使环境得到保护，在火电厂的建设中非常重要的一点就是资源的利用。当资源得到利用时，火力发电厂对环境造成的影响就会得到减轻。目前循环流化床（CFB）锅炉是燃烧煤矸石的主要途径。因此在我国循环流化床锅炉是大力提倡的炉型。所以本课题拟采用的炉型也是循环流化床锅炉，使煤研石、煤泥得到利用。本课题本文根据工程实际对电厂进行电气设计。主要工作安排为:（1）对本课题的背景和国内研究现状进行了阐述，本课题现需要解决的主要问题包括低热值燃料的使用，电网供电的压力等。（2）本文提出双母线接线和单元接线两个方案对电气主接线进行设计，

20、对两种方案进行了比较后，根据实际情况确定了最后使用的接线方式。最后进行了厂用电接线的设计以及直流系统的设计。（3）介绍了短路电流的计算方法并根据上一级电网的运行情况及短路数据进行了该电厂的短路电流计算。根据短路电流计算结果，对电气设备进行了动稳定及热稳定的校验，并以断路器、电流互感器来举例说明。（4）对主要用电设备进行了保护配置并作了继电保护整定。在介绍了保护配置原理的基础上，根据实际情况，利用对主设备的保护及整定计算，支持了设备在理论上的可靠运行的可能性。2 电气接线设计2.1 主接线的设计电气主接线应根据实际要求，保证电能质量和供电的可靠性。我国的负荷类型一共分为三种。对于三类负荷使用一个

21、电源供电。对于一类和二类负荷应使用两个电源供电，一个电源不供电时另一个电源必须保证能像重要负荷供电。(2)电气主接线应具有灵活和方便的特点，以便对电气装置的不同运行状态做出反应。除了在正常运行时安全可靠的供电，在系统和设备发生故障时能作出相应的反应，变换不同的运行方式，将影响与停电时间降到最少。(3 )电气主接线应在完成技术要求后考虑经济性。应尽量减少设备所需费用和所占面积。(4)发展和扩建的可能性也在设计的考虑范围之内。电气主接线时不仅要以后发展的情况，同时还要考虑从初期接线到最终接线之间可能发生的情况，尽可能地在影响最小的情况下实施过度方案。根据要求，需装备50MW的汽轮机组和60MW的发

22、电机各两台，其出口电压为10.5kV。热电厂以110kV电缆接入110kV变电所。主要电气设备常用的连接方式被称为主接线。本工程的备选方案是双母线接线、单元接线。双母线接线形式的优点为:(1)检修母线时不影响正常供电。当一组运行、一组备用时，检修运行中的母线时可将其转变为备用母线，这样即可在不停电的情况下检修。(2)调度灵活。用倒闸操作可以切换成其他的运行方式。(3)当故障发生在工作中的母线时，所有回路能很快地恢复供电。(4)检修任何一个出线的断路器时都可以用母联断路器代替。图1 双母线接线两台机组利用2台发电机变压器组接入110kV变电站，主变变压器升压110kV。110kV出线两回接入变电

23、站110kV母线。本工程的单元接线如图2所示。单元接线时发电机的发电由启动电源启动厂用电来带动，等一台发电机并网稳定运行后将启动电源切出去，然后用同样的方法启动第二台发电机。单元接线方式的优点如下:(1)发电机与双绕组变压器单元连接，发电机出口不需要装断路器。(2)接线简化，操作简单，发生事故的可能性低。(3)各元件成组工作，使得继电保护得到简化，并且也使配电装置得到简化，投资得到减小。(4)短路电流小，容易选型，费用较低。图2 单元接线由上可知，由于发电机出口的短路电流大，10kV断路器的生产制造成本比较高，最终本工程的主接线设计方案定为方案二。2.2 厂用电的设计2.2.1 厂用电接线的设

24、计原则(1)保证对厂用负荷供电的可靠性、连续性。(2)接线方式要灵活，能够满足不同运行方式的要求。(3)各机组应满足独立性，当出现故障或停运时不会相互影响。(4)要使经济效益最大化，并要为以后的发展留有余地。是本课题高压厂用电系统，单母线分段为其接线方式。厂用分支线与高压厂用母线通过电抗器连接。厂用电接线方案如图3所示。其中1号厂用分支电抗器引接段，2号厂用分支电抗器引接段。10.5kV启动备用段(0段)由110kV变电站的10kV母线引接，其中两段厂用10kV工作母线与10kV备用段母线均设有联络开关。380/220V中性点接地是低压厂用电系统。各单元连接下的高压厂用母线上共设两台1600k

25、VA低压变压器。低压厂用备用段的设立是为了使供电更加可靠。其中备用变压器电源来自高压厂用备用段母线，备用变压器容量为1600kVA 。两段厂用低压工作母线与备用母线之间设有联络开关，并装有备用自投装置。当其中一台工作中的变压器发生故障时，备用变压器将开始供电，此时工作变压器所带的全部低压负荷由备用变压器负责。图3 厂用电接线方案目前，直流供电方发式可以承担电厂及变电站的事故照明。直流系统是完成对发电厂和变电所的控制回路、继电保护装置及其出口回路、信号回路、装置及动力设备供电的系统。直流馈电网络供电应遵循以下原则:铅酸蓄电池直流系统一般采用直流母线分段作为接线方式。福镍铅蓄电池直流系统一般采用直

26、流母线不分段作为接线方式。各级电压配电装置的断路器合闸回路，一般应单独构成双回线路环网供电，正常时开环运行。(3 )由设在主控制室的专用事故照明屏负责供电事故发生时的照明网络。本工程选用两套容量为1000Ah铅酸免维护蓄电池直流成套装置互为备用，采用220 V单母线分段接线方式布置在主控室内。主控室控制采用的接线方式为单母线分段接线，联络刀闸装设在直流母线之间，同时设有防止两组蓄电池并列运行的闭锁措施；蓄电池采用浮充电运行方式，不设端电池；直流供电网络则采用辐射与环状相结合的供电方式。蓄电池容量的选择:依据表1直流负荷容量选取工程所需的蓄电池。充电设备的选择:按事故放电后进行充电的要求计算:；

27、按最大充电电流计算:；蓄电池组设2套180(30 x6)A/230V高频开关型充电器互为备用，充电器及直流屏布置于主控室设备间。表1 直流负荷容量表序号 负荷名称 计算 经常 容量 负荷 (kW) (A)(Ij)事故负荷(A)事故 事故放 时间 电容量(h) (Ah)初期 持续 冲击 (Iso) (Is) (Ich)1经常负荷12热工经常负荷13热工事故负荷214直流油泵1715事故照明30301306断路器合闸电流57交流不停电电源151 8合计53 短路电流计算及主要设备的选择与复杂的供电网络相比，本课题的短路计算要简单许多，因为本课题只涉及到由区域变电所供电的电压母线上引来的联络线的阻抗

28、和热电站发电机系统的阻抗两者之间的计算问题。供电所会提供变电所供电电压母线上最大短路阻抗和最小短路阻抗的大小。本文对小型热电中主要的短路电流进行计算，方法是标么值计算法。短路电流计算分为三相短路电流计算、两相短路电流计算、单相接地电容电流计算三个部分。3.1.1 三相短路电流计算 (1)电源为无限大容量时在短路计算时，当系统的阻抗小于等于短路总阻抗的5%10% 系统阻抗可以忽略不计，此时系统电源就将被当作无限大容量。当电力网电源为无限大容量时，电网中某点发生短路的情况下，可以将电源母线电压当作没有发生改变，也就是说，短路周期分量不会发生变化。用标么制法计算时，三相短路电流周期分量有效值按下式计

29、算: （1） （2） （3） 其中，为短路电流周期分量有效值的标么值; 为短路容量标么值; 为短路电路中的总计算阻抗标么值; 为短路电流周期分量有效值，单位为kA ; 为短路容量，单位为MVA; 为基准电流，单位为kA ; 为基准容量，单位为MVA。(2)电源为有限容量时 当电源属于有限容量，电力网某点发生短路时，其电源母线电压会发生改变，所以短路电流周期分量发生变化，即，此时不能将电源内阻抗忽略。一般用运算曲线法来计算短路过程中某一时刻的短路电流周期分量。因为同步电机的转子绕组磁链在开始短路瞬间不能突变，超瞬变电势，在开始短路瞬间仍保持短路前的数值。对于汽轮发电机三相短路时，短路电流可按下式

30、计算。 （4）其中，为基准电流，单位为kA; 扩为发电机超瞬变电抗;为自发电机出口至短路点间的短路电抗的标么值。(3)电动机对短路计算的影响在下列情况下，可不考虑高压异步电动机对短路峰值电流的影响。第一，当异步电动机与短路点之间有一个变压器时，高压异步电动机对短路峰值电流的影响可以不予计算。第二，在计算不对称短路电流时，高压异步电动机对短路峰值电流的影响可以不予计算。异步电动机提供的反馈电流周期分量初始值: （5）由n台异步电动机提供的反馈电流周期分量初始值: （6）由n台异步电动机提供的反馈电流峰值: （7） 其中,为电动机反馈电流的有效值，单位为kA ;为电动机反馈电流倍数，可取起动电流倍

31、数值;为第台电动机的反馈电流倍数，可取起动电流倍数值;为电动机额定电流; 为第台电动机额定电流;为第台电动机反馈电流的峰值系数。根据短路电流变化可知，短路全电流峰值出现在短路发生后的半周期内的瞬间，其值可按下式计算 （8） 短路全电流最大有效值 （9）其中 ，为短路电流直流分量衰减时间常数，单位为s。当发电机机端发生短路时，取, ,; 当发电厂高压侧母线发生短路时, , , ; 当短路点与发电厂相隔较远时，短路电路的总电阻较小，总电抗较大()时，取，,;在电阻较大()的电路中，发生短路时，短路电流非周期分量衰减较快，可取, , 。3.1.2 两相短路电流计算第一，超瞬变两相短路电流、短路电流冲

32、击值和短路全电流有效值一般可按下式求得: （10） （11） （12）第二，短路发生在发电机出口处时，两相短路稳态电流可按下式计算。 （13） 在短路距离较远时，即时，因为，故有 （14）一般可按照下式对进行估算:时， （15）时， （16）时， （17）3.1.3 单相接地电容电流的计算电力网中的单相接地电容电流由电力线路和电力设备两部分的电容电流组成。但是因为电力设备的电容电流与线路的电容电流相比要小很多，所以一般不予考虑。第一，6kV电缆线路的电容电流: （18）第二，10kV电缆线路的电容电流: （19）其中，电缆线路的单相接地电容电流还可按估算。第三，无架空地线单回路的电容电流: （

33、20）第四，有架空地线单回路的电容电流: （21）其中，架空线路的单相接地电容电流还可以式（22）估算 （22）以上式中，s为电缆芯线的标称截面，单位为mm 2; 为线路额定线电压,单位为kV; 为线路长度，单位为km;3.1.4 本课题短路电流计算本工程短路电流计算相关的原始数据：表2 发电机参数发电机型号额定功率额定功率因数额定电压额定转速周波冷却方式励磁方式QF-60-260MW0.8(迟相)kV3000r/min50Hz空冷无刷励磁表3 变压器参数变压器型号容量额定电压联结组别电抗电压百分值SF11-75000/11075MW1212YN,d11Ud=12%SCB13-1250/101

34、250kVAD，yn11Ud=6%表4 母线参数母线规格电抗值/m母线长度/kmTMY-3x1(100X10)表5 电抗器参数电抗器型号额定电流/A电抗率联结组别额定电压/kVXKSGKL-10-800-48004%D，yn1110表6 用电设备参数设备名称给水泵一次风机二次风机引风机数量/台2224电动机功率/kW1600200011201000额定电压/kV10101010续表6设备名称给水泵一次风机二次风机引风机超瞬态电抗值功率因数额定电流/A178240123110启动电流/A11411536788704系统最大阻抗0.0808、最小阻抗0.1144、基准容量100MVA。短路电流计算

35、接线如图4所示。根据110kV侧运行方式得出两台机组不允许并列运行，其中由于启动或检修时的短时并列不予考虑。图3 短路电流接线计算图3.1.4 电抗标么值计算电网电抗: , 主变电抗: 母线电抗: 发电机电抗: 电抗器电抗: 电动机电抗: 。当各电动机接到同一母线，则有+ 3.1.5 d1点短路电流的计算电网支路电抗:最大运行方式下的电抗为最小运行方式下的电抗为系统提供d1点的短路电流为发电机支路电抗: 根据发电机的计算曲线可得: 则发电机支路对d1点提供的短路电流:异步电动机回路: 得出d1点的短路电流:由于d1点为发电机机端，则, ,短路电流全电流峰值短路全电流最大有效值: 该工程的等值阻

36、抗如图5所示: 图5 等值阻抗图3.1.6 分布系数法求d2点短路电流的计算电网和发电机同为电源，但属于不同的性质，先将, , 做分布系数变换是为了求出短路点到各电源的转移电抗及网络内电流分布，得出等值电抗，具体做法如下:(1)利用分布系数法求出电网侧等值阻抗，发电机侧等值阻抗第一，系统阻抗与发电机阻抗并联，即两总电源并联后的总阻抗:第二，求出电网支路的等值阻抗及发电机支路的等值阻抗: 电网支路的分布系数 发电机支路的分布系数 电网与发电机总阻抗之和与电抗器阻抗串联后的总阻抗:电网支路的等值阻抗 发电机支路的等值阻抗 (2)电网支路、发电机支路及异步电动机支路提供d2点的短路电流: 第一，电网

37、支路短路电流。第二，发电机支路短路电流。根据发电机的计算曲线可得: 则发电机支路提供的短路电流为第三，异步电动机回路短路电流。综上，得出d2点的短路电流:短路发生点d2在发电厂高压侧母线则取, ， 短路电流全电流峰值:短路全电流最大有效值: d2点的等值阻抗如图6所示: 图6 分布系数简化后的等值阻抗图表7 短路电流计算结果短路点短路稳态电流（kA）次暂态短路电流（kA）短路电流冲 击值（kA）全电流有效值(kA)d1d2根据实际情况，在安全、可靠得到保证的基础上，尽可能地使用新技术，并注意考虑经济性，基于上述观点选择电气设备。电气设备工作时要具有可靠性，选择时必须在正常工作条件下进行，校验时

38、必须按短路状态进行。 短路冲击电流及全电流有效值由上一节短路电流计算得出，以断路器和电流互感器为例，进行电器设备的动稳定性及热稳定性的校验，见表7及表8。断路器的短路稳定度校验如下： （1）动稳定校验条件 式中为动稳定电流，单位为kA；为短路电流冲击值，单位为kA。 （2）热稳定校验条件式中为热稳定电流，单位为kA；为热稳定时间，单位为s；三相短路电流稳态值，单位为kA；短路电流存在的等效时间，单位为s。电流互感器的短路稳定度校验： （1）动稳定校验条件式中为动稳定电流，单位为kA；为短路电流冲击值，单位为kA；为动稳定电流倍数；为一次额定电流。 （2）热稳定校验条件式中为热稳定电流倍数；为一

39、次额定电流；为三相短路稳态电流，单位为kA；短路电流存在的等效时间，单位为s。通过计算值与保证值的对较，断路器与电流互感器的选择满足要求。表7 断路器选择表序号123设备安装地点厂用电进线厂用电出线其他回路短路点编号d2d2d2计算值工作电压Vg(kV)周期分量有效值I(kA)短路电流冲击值ich(kA)设备型号YDDMB-SF12/DYDDMB-SF12/DYDDMB-SF12/D额定电压Ve(kV)121212额定电流Ie(kA)续表7序号123设备安装地点厂用电进线厂用电出线其他回路短路点编号d2d2d2证值额定短路开断电流Iek(kA)4040动稳定电流idf(kA)10010080热

40、稳定电流It(kA)4040热稳定时间t(s)444表8 电流互感器选择表序号1234设备安装地点发电机出口联络线厂用变高压侧厂用高压电机短路点编号d2d2d2d2计算值工作电压Vg(kV)热稳定电流值I(kA)短路电流冲击值ich(kA)设备型号TL-AS12/185h/4-0.2/TL-AS12/185h/2-2- TL-AS12/185h/2-20.5/5P20 6000/50.5/10P10 100/5-0.5/10P10 75/5保证值额定电压Ve(kV)额定电流Ie(kA)动稳定电流idf(kA)25025080热稳定电流It(kA)10010045热稳定时间t(s)11114 保

41、护配置及继电保护整定(1)选择性。当发生故障时，继电保护应有选择地切断故障部分，从而使没有问题的部分继续运行。(2)速动性。当发生故障时，继电保护需快速切除故障，减少故障带来的影响。(3)灵敏性。当发生故障时，不论短路点的位置及短路的类型如何，都能作出敏锐和正确的反应。 (4)可靠性。当发生故障时，继电保护不应拒动作，当保护范围之外发生故障时不应误动作。4.2.1 发电机差动保护的基本原理(1)发电机纵差保护的基本工作原理图如图7所示。图7 发电机纵差保护的原理图(2)两段折线式发电机纵差保护的动作特性，如图8所示，其中，为最小动作电流; 为动作电流; 为制动电流; 为拐点电流; 为比率制动系

42、数，其中。图8 发电机纵差保护的动作特性(3)发电机纵差保护的逻辑框图如下图所示。图9 发变组纵差保护逻辑框图单相出口方式电机整定计算的整定原则及取值建议发电机整定计算由纵差保护由比率制动系数，最小动作电流和拐点电流组成。(1)最小动作电流的整定计算可按式(23)进行计算: （23）式中，为可靠系数，通常取1.5 2; 为变比误差，10P级互感器误差为0.03，考虑两侧正、负误差，故可取0.06; 为保护装置通道传输变换及调整误差，可取2x0.05=0.1;为发电机额定电流，二次值。代入式（19），可得一般取。本课题取(2)为防止外部故障切除瞬间差动保护误动作，所以要进行拐点电流的整定计算并使

43、拐点电流相应地减小。实践表明取。工程中，大型机组经常取0.8，中小型机组经常取0.6，本设计中60MW发电机属于中小机组，所以取0.6。本课题(3)比率制动系数S的确定最大不平衡电流为 （24）式中为最大不平衡电流，即最大差流; 为出口三相最大短路电流; 为误差，一般按10%取; 为通道的变换及传输误差，一般取0.1 ; 为两侧暂态特性不一产生的误差，一般取0.1 。将以上各值代入式(20)得若不计拐点电流，对应于最大差流，当动作边界曲线过最大不平衡点时（纵坐标为，横坐标为），该动作特性曲线的斜率为:为使出口三相短时差动元件不误动，则差动元件动作特性的斜率为式中为可靠系数，一般取。代入上式，一

44、般建议取0.4，其中本工程比率制动系数取0.4 。4.2.3 发电机定子绕组的单相接地保护发电机定子绕组单相接地，不会引起很大的短路电流，不属于严重的短路故障。当机端单相金属性接地电容电流小于允许值时，可以采用发电机中性点不接地方式;当大于允许值时，应采用中性点经消弧线圈接地;当消弧线圈退出运行或由于其他原因使残余电流大于允许值时，保护应时限动作于停机。发电机定子绕组单相接地故障电流允许值按下表执行。表9 发电机定子绕组单相接地故障电流允许值发电机电压容量安全接地电流备注kV50MW及以下4AV50100MW3AV125200MW2AA18kV以上300600MW1A本工程，发电机出口电压10

45、.5kV，发电机容量60MW，故安全接地电流为3A。4.2.4 发电机负荷电压过流保护在中小型发电机上，通常设置负荷电压闭锁过电流保护，作为发电机相间短路故障的后备保护以及相邻设备相间短路保护的后备保护。(1)逻辑框图目前，发电机的励磁电源大多由自接在机端的励磁变来提供。这样的励磁系统被称为自并励系统。其中为低电压元件; 为负序电压元件; ,为三个过电流元件。图10 发电机负荷电压闭锁过电流保护逻辑框图由图可知，为防止机端或主变内部三相短路时因为励磁电源消失的原因而致使电流元件动作后快速返回，从而造成保护拒绝动作，电流元件动作后将延时返回，即将动作记忆(或保持)t时间。如果发电机由励磁机供电或

46、由它励系统供电，电流元件动作后不用加记忆时间。(2)整定计算第一，电流元件的动作电流电流元件的动作电流可按躲过正常工作最大负荷电流来整定，即 （25）式中为电流元件动作电流; 为可靠系数，取1.3; 为额定电流(二次值); 为返回系数，微机保护取0.95。以上各值代入式（21）得: (二次值)。一般大机组取1.4,中小型机组取1.35，本工程取1.35。所以。第二，低电压元件的动作电压低电压元件的整定原则为躲过发电机失磁或厂用电动机群自启动过程造成机端的最低电压，通常，实际取即可。第三，负序电压元件的整定。本课题取。4.2.5 发电机过负荷保护(1)构成原理发电机过负荷保护由定时限过负荷及反时

47、限过电流两部分组成。保护反映发电机定子电流的大小。其逻辑框图如下图所示。其中,为过负荷元件动作电流; 为下限启动元件动作电流;为上限定时限元件动作电流;,分别为定时限过负荷元件、下限定时限元件及上限定时限元件的动作延时。图11 发电机反时限对称过负荷及过电流保护逻辑框图(2)动作方程。第一定时限过负荷元件。第二，上限定时限及下限定时限过电流。第三，反时限过电流元件。其中为发电机定子电流标么值; 为定子绕组热值系数; 为于发电机散热有关的系数。(3)反时限过电流保护的动作特性保护的动作特性曲线包括三部分:上限定时限、反时限及下限定时限，其动作特性曲线如下图所示:图12 发电机反时限对称过电流保护

48、动作特性(4)定值整定第一，定时限过负荷保护。 （26） 式中，为可靠系数，取1.05；为发电机二次额定电流，单位；为返回系数，取0.90.95 。本案=, 动作于信号或动作于自动减负荷。第二，反时限过电流保护。可按下式整定为:式中，为配合系数，取1.1，反时限动作延时，通常取300600s。本案下限启动电流动作延时取300s。第三，上限启动电流按机端金属性三相短路的条件整定。 （27）式中，从为发电机次暂态电抗饱和值的标么值，上限动作延时ts，一般取0.30.5s。本案上限启动电流=动作延时取0.3s。发电机过负荷保护动作于解列。4.3 厂用电的保护配置及整定计算目前，在电力主设备上广泛采用

49、微机保护装置。微机继电保护整定计算书籍不少，但多缺少实用性，尤其是厂用电部分，由于设备比较小，容量有限，很多参考书仅一带而过。本文根据这几年的经验总结整理了本工程典型厂用电出线的微机继电保护整定。由于厂用电接线是对称的，故只做DL1DL4的保护整定，如图14所示:图13 厂用电短路电流计算简图由上一节短路电流计算得出:最大运行方式下，d2点三相短路电流为17.29kA，配电变压器低压侧三相短路时流过高压侧的电流为1.075kA。最小运行方式下，降压变电所母线两相短路电流为17.07kA，配电所母线两相短路电流为14.7826kA 。零序电流互感器变比为50/5 。断路器DL1的保护整定计算，其

50、中电流互感器变比为1000/5 。 =(1)瞬时电流速断保护=1.3,取113A一次电流：灵敏系数：=0.6542动作时间取0. 5秒。(3)过电流保护式中:为返回系数，取0.95 。为线路过负荷电流，本工程中考虑最大一台电机启动，而母线上其他负荷正常工作的情况。则线路过负荷电流为变压器正常工作电流、二次风机正常工作电流、引风机正常工作电流、之和。给水泵正常工作电流即 一次动电流：灵敏系数：保护动作延时t取0. 5秒。按相关规范，小于10A时动作于信号，大于10A时动作于跳闸。单相接地保护按躲过被保护线路最大非故障接地的线路电容电流整定并按最小灵敏系数1.25校验，其中需要注意一下三点。1、电

51、容电流通常用经验公式计算，即:对于架空线路：对于电缆线路: 其中式中: 为接地电容电流，单位为A; U为电网的线电压，单位为kV; L为线路长度，单位为km。2、如零序CT变比不明确，可以实测整定:从零序CT一次侧通入2.8A电流，测零序CT二次侧电流是多少，此电流即为微机保护零序定值。3、由于在很多情况下厂区电容电流分布情况不是很明确，在说明中注明请根据厂区电容电流分布情况，使单相接地保护在接地电流大于5 A，小于10A时动作于信号，大于10A时动作于跳闸。4. 变压器保护厂用变压器的保护DL2(电流互感器变比为150/5)，已知条件如下:表10 厂用变压器参数型号容量/kVA高压额定电流/

52、A最大过负荷系数正常过负荷系数低压侧零序CT变比干式变压器12504800/5最大运行方式下d3点的短路电流。最小运行方式下d3点两相短路电流，低压侧两相短路时流过高压侧的短路电流形认; 。根据上述已知条件进行整定计算:(1)高压侧电流速断保护,取47A保护动作一次电流：灵敏系数：=10.52电流速断保护动作时限取0 s。(2)高压侧过电流保护保护动作电流：A保护动作一次电流：灵敏系数：保护动作时限t=0. 5 s。若考虑反时限，过电流定值一般按变压器正常过载能力考虑，保护动作电流: ，取4A保护动作一次电流：校验灵敏度系数：反时限时间常数整定:按超过变压器正常过载能力1. 1倍过电流时，变压

53、器可运行600秒考虑，则：(3)高压侧不平衡电流保护对于不平衡故障，保护动作电流：,取2A保护一次动作电流：建议延时取2s。(4)过负荷保护动作电流：取2.7A，过负荷延时取5.0s 。4.4 2000kW以下电动机保护2000kW以下电动机，以给水泵为例，已知参数如表4-3。表11 给水泵参数电动机功率/kW额定电压/kV超瞬态电抗值功率因数额定电流/A启动电流/A启动时间/s电动机电容电流/ACT变比零序CT变比1600101781141约2515200/550/5根据上述已知条件进行整定计算:4.4.1 电流速断保护电流速断保护按躲过电动机起动电流来整定，起动时间内，可靠系数推荐取1.8,则动作电流为起动时间后，对非自起动电机，KK=22.82 A:对需自起动电机，则动作电流=37.08 A速断延时0s。4.4.2 过负荷保护动作电流：A为防止合闸不同期引起的负序电流，推荐延时不小于0. 5s。本例取0.6s。起动时间按电