发电厂二次系统设计

完成日期2011年5月25日学生姓名学号班级方0710-2电气工程及其自动化毕业设计题目发电厂二次系统设计指导教师姓名指导教师职称指导教师答辩小组组长成绩：院长(主任)签字：发电厂二次系统设计学号班级方0710-2电气工程及其自动化院电气工程系导师姓名导师一、设计内容根据发电厂的实际情况，按照安全可靠、优质、行设计。通过设计使学生巩固所学电力系统识对供电配电系统进行较为合理的设计。二、基本要求1.发电机保护，主变保护，线路保护2.短路电流的计算.保护整定计算.3.保护设备选型.4.绘制系统图5.设计说明书型号：QFS-125-2额定电流6150A额定电压13.8kV,功率因数0.85次暂态电抗12.该发电厂向地方变电所供电，电压220kV,共有2回出线，不设母线，单元制接3.电厂的启动/备用电源由系统110kV变电所4.主变压器：型号：SFP9-150000/220;变比：236±2×2.5%/13.8kV;连接组别：YN,d;Uki%=13,Uk⁰%=12.8;高压侧额定电流367A,低压侧额定电流6275A。5.高压厂用变压器型号：SF9-CY-22000/13.8;变比：13.8±8×1.25%/6.3kV;,连接组别：Y/Y-12;Uki%=10.5,Uko%=9.5。6.高压备用电压器：型号：SFZ9-CY-22000/110;变比：110±2×2.组别：Yn,d;Uki%=10.5,Uko%=10.28;高压侧额定电流920A,低压侧额定电流四、参考文献2.《电力系统课程设计及毕业设计参考资料》曹绳敏中国电力出版社3.《电气工程专业毕业设计指南——电力系统分册》陈跃中国电力出版社4.《电力工程》尹克宁中国电力出版社5.《发电厂电气部分》熊信银主编中国电力出版社五、进度计划2.第3-4周分析、确定方案3.第5-13周设计、计算、绘图4.第14-15周写设计说明书5.第16周答辩毕业设计开题报告发电厂二次系统设计学生姓名电气工程及其自动化的认识。关键词：二次系统设备选择继电保护runningattentionimportantcomponent,totheelectricalreliabilityservicehastheextremelyvitalrole.Thepracticeprovedthatthetechnologicaladvancetheelectricaltwosubsystemscarryonthemoniforecastandtheexcisioeconomicalnewstotransportthemerittheimptherelayprotectionandtheinsuladividesintothegeneratorprotection,thehostchantheprotectionwithequipment'sparameter,dtheverticalassociationdifferentialmotionprotection,theturn-to-turnprotection,thesingle-phasegroundprotection,thecurrprotection,theexcitationretprotection;Thehostchangestheprotectiodifferenceprotection,thecurKeywords:QuadraticsystemEquipmentselectionRelayprote 11.1系统发生短路可能引起的后果 11.2二次系统的基本任务 11.3二次系统装置基本要求 11.4二次系统的基本原理 2 42.1短路电流计算的目的 42.2短路电流计算的条件 42.3电路元件参数的计算 42.4发电机短路电流 52.5主变压器短路计算 6第3章发电机保护 93.1发电机的保护方式 93.2发电机的纵差保护 93.2.1发电机纵差保护的构成 9 最小动作电流的整定 3.3发电机定子绕组匝间短路保护(发电机横差保护) 3.4发电机的过电流及过负荷保护 3.4.1低电压保护的过电流保护 3.4.2复合电压起动的过电流保护 3.4.3负序电流保护 3.4.4过负荷保护 3.5发电机定子绕组的接地保护 3.6发电机转子回路接地保护 3.7发电机的失磁保护 3.7.1发电机失磁后的后果 3.7.2发电机失磁保护方式 3.8发电机的过电压保护 第4章主变压器保护 4.1变压器的故障、异常运行方式和应装设的保护装置 4.2变压器的瓦斯保护 4.3变压器的电流速断保护 214.4变压器的差动保护 214.4.1变压器纵差保护的工作原理 21图4-2变压器纵差保护单线原理图 2 4.5变压器的过电流保护 25第5章线路保护 5.1电网的接地保护 图5-1三段式零序方向电流保护原理接线图 5.1.1大接地电流电网的零序电流保护 275.1.2大接地电流电网的零序方向电流保护 5.2电网的距离保护 5.2.1距离保护的作用和基本原理 285.2.2三段式距离保护的组成 29 6.1断路器和隔离开关的选择 6.1.1220kV侧高压断路器的选择 6.1.2220kV侧隔离开关的选择 6.2电流互感器的选择 6.2.1220kV侧电流互感器的选择 6.2.213.8kV侧电流互感器的选择 6.3电压互感器的选择 6.3.1220kV侧PT的选择 第7章结论与展望 41 47 附录D主变压器保护全接线图 短路和接地短路。接地短路的机会最多，三相短路的后果最为严重1。(1)短路点通过很大的短路电流，此电流引起的电弧可能烧毁故障设备。(2)电力系统中部分地区的电压大量下降，用户的正常工作遭到破坏。(3)故障设备和某些无故障设备由于通过很大的短路电流而产生热效应和(4)电力系统中各发电厂之间并列运行的稳定性遭到破坏，使系统产生振二次系统装置就是能反映电力系统中各电器设备发生故障或不正常工作状(2)能反应电器设备的不正常工作状态，并根据运行维护的条件作用于信(3)反应不正常工作状态的继电保护，通常都不需要立即动作，即可带一 功率通常由其线圈额定状态(额定电流或电压)的功率消耗表示，电流(电压)2.1短路电流计算的目的(1)电气设备选择和校验。(2)选择继电保护装置和进行整定计算。2.2短路电流计算的条件短路电流计算的条件和基本假设为：(1)电力系统在正常工作时是三相对称的；(2)电力系统中所有电源均在额定负荷下运行；(3)电力系统中所有发电机的电势相位在短路过程中都相同；(4)系统中的同步电机为理想电机，都具有自动调整励磁装置；(5)变压器的励磁电流略去不及，相当于励磁阻抗回路断开；(6)短路发生在其中电流为最大值的瞬时(4)。2.3电路元件参数的计算高压短路电流计算一般只计及各元件(即发电机、变压器、电抗器、线路等)的电抗，采用标幺值计算。为了使电力系统中的电器设备在最严重的短路状态下也能可靠的工作，短路计算中选取三相短路计算为主。为了计算方便，通常取基各元件电抗标幺值计算如下：变压器：发电机的有名值：变压器有名值：电抗器有名值：——发电机的额定容量，单位为MV·A;——变压器的额定容量，单位为MV·A;——系统基准容量，单位为MV·A;U,%——变压器短路电压百分值；——短路线路的总电抗；——线路额定电流；2.4发电机短路电流次暂态短路电流，当发电机端短路时，其一般计算式为但是也可以近似计算为：2.5主变压器短路计算=100MV·AU=220kVU₂=13.8kV发电机的电抗标幺值变压器的电抗标幺值当点短路时，即主变压器的低压侧短路电流三相短路容量短路冲击电流点短路电流计算，即主变压器高压侧短路时短路电流三相短路容量冲击电流第3章发电机保护3.2.1发电机纵差保护的构成号和变化的两组电流互感器1LH和2LH,两组电流互感器之间，即为纵差保护电流继电器，在继电器线圈中流过的电流是两侧电流互感器二次电流I2与I2’之差，故称它为差动回路，该继电器是反映两侧(同一相)电流互感器二次电流之差而动作的，故称它为差动继电器(CJ3.2.2采用BCH-2型差动继电器构成纵差保护带有断线监视装置的发电机纵差保护三相接线见附录B发电机差纵差动保护的作用，主要是保护发电机内部及引出线端各种类型的相见故保护装置由1CJ、2CJ、3CJ三个差动继电器(BCH-2压板LP、出口中间继电器BCJ、附加电阻Rr以及电流继电器CJJ和实验盒SH信号继电器XJ动作后，一方面调牌致命纵差保护动作，另一方面其接点闭合将+XM与PM接通，使“掉牌未复归”的光字牌亮。为了在运行中便于测量保护中的差电流，在差动继电器与中性线之间装设有实验盒SH。装在发电机中性点侧电流互感器二次侧回路，由于受到发电机运转时的振上接入一个DL-11型电流继电器，作为纵差保护二次回路断线监视装置，该继常取Idj=0.2IF.e。为了防止短线监视装置在外部故障时不平衡电流的影响而误发信号，其动作应嗲有一定得延时，动作时限整定值应大于发电机后备保护的时限。如二次回路断线后，它动作于发出延时信号，运行人员根据此信号，应将差动保护退出运行。3.2.3由BCH-2差动继电器构成的纵差动保护的整定计算最小动作电流的整定为了避免保护在电流互感器二次回路断线时误动作，保护的动作电流应大于发电机的额定电流。I=KkIre=1.3×6150=7995A式中为可靠系数，采用1.3,为发电机的额定电流躲过外部故障时的最大不平衡电流。式中为可靠系数，采用1.3I=KxIbp式中I为外部故障时的最大不平衡电流，一般可按下式计算I=KKfId式中K为考虑非周期分量影响的系数。当保护采用BCH-2行差动继电器时取1式中为电流互感器的同型系数。若两侧互感器型号相同时取0.5,不同时取1式中电流互感器的最大相对误差，当按10%误差曲线选择时采用0.1Ip=KKfIia=1×0.5×0.1×522I=KKfiIana=1×0.5×0.1×524Ia=KkIbp选取较大数值为保护的动作电流的整定值。差动继电器的动作电流为式中为接线系数取1为电流互感器变比：取灵敏度检验按发电机独立运行是两相短路时校验3.3发电机定子绕组匝间短路保护(发电机横差保护)大型发电机的定子绕组，每相都有两组并联分支，对于同一相定子绕组匝间或分支间的短路，称为定子绕组匝间短路故障。由于定子绕组在实际布置中，同槽线棒一般均属不同相别的，仅有少数槽中有同相线棒，它们是全绝缘的，故匝间短路可能性是少的，但仍有可能发生，一旦发生将引起严重后果，会使发电机遭受严重破坏。特别对大型发电机，停电后对国民经济影响大，机组本身投资大，因此更应开率这种情况。另外，根据我国的运行经验，发电机定子绕组还出现过开焊事故，且其可能性比匝间短路故障还多，开焊事故对机组的影响也是十分严重的，而此类故障差动保护是不能反应的，但匝间短路的保护能反应，若省去了匝间短路保护，则开焊事故便不能及时发现，将要靠带延时的负序过电流等后备保护来动作，造成事故扩大，使机组严重烧伤。因此，对大型发电机应装设定子绕组的匝间短路保护，兼作定子绕组开焊事故的保护。3.4发电机的过电流及过负荷保护发电机的过流保护，用来作发电机外部短路故障的后被保护，并作为定子绕组相间短路主保护(差动保护)的后备保护。由于发电机外部故障时(如升压变压器后短路),流过发电机的稳态短路电流不大，有时甚至接近于发电机的负荷电流，所以采用简单的过电流保护，在许多情况下都不能满足灵敏度的要求，故目前发电机的过流保护主要采用三种接线3.4.1低电压保护的过电流保护如图3-2所示为发电机低电压启动过电流从图中可知，该保护时受低电压继电器控制的中间继电器BZJ来实现闭锁时，整套保护不误动，并可通过BZJ发生断线信号；第三，该断线信号时通过保护装置动作后，通过出口中间继电器BCJ将发电机的主断路器和自动灭断路器、分段断路器和母联断路器跳开，使本段母线与故障部分分开u,随后保--KM控制电源小母线2RD熔断器母线跳闸主变跳闸电流回路ZJ12XJ2LP至母联保护回路跳闸回主断路器跳闸低电压闭过流保护锁继电器至主变路压元件是由反应对称短路的低电压继电器YJ和反应不对称短路的负序电压继电器。这套保护装置的工作原理为：当发生对称短路时，由于机端(保护安装处附动作，由此整套保护动作，经过保护动作时限后，使发电机断路器和灭磁开关跳过器的出口端有负序电压输出，继电器FYJ动作(常闭接点打开),低电压继电3.4.3负序电流保护3.4.4过负荷保护3.5发电机定子绕组的接地保护3.6发电机转子回路接地保护3.7发电机的失磁保护3.7.1发电机失磁后的后果3.7.2发电机失磁保护方式3.8发电机的过电压保护已动作，另一方面发出“掉牌未复归”信号。出口中间继电器BCJ动作后接点电压母线保护动作时，也可惜出口中间继电器BCJ将发电机切除。在出口中间每套保护的出口处都装有联接片(1LP——4LP),在过电流保护动作于母联断路器和分段断路器的跳闸回路中，也装有联接片(5LP——7LP),以便在运行路中装有实验盒SH。展开图见附录B发电机保护接线全图。第4章主变压器保护4.1变压器的故障、异常运行方式和应装设的保护装置4.2变压器的瓦斯保护瓦斯保护是利用安装在变压器油箱与油枕之间的联接管道中的瓦斯继电器盖与水平面间具有1~1.5%的坡度，通往继电器的连接管应具有2~4%的坡度，这越多地用开口杯代替密封浮筒，用干簧接点代替—80、QJ1—80型复合式瓦斯继电器。重瓦斯R轻瓦斯保护回路跳闸回路掉牌未复归R2DL跳间十十Pb-图4-1瓦斯保护接线图(a)原理图(b)展开图有特别重要的意义。此外改进后的瓦斯继电器运行性能比较稳定，可能性也比较4.3变压器的电流速断保护4.4变压器的差动保护4.4.1变压器纵差保护的工作原理4.4.2采用BCH—2型继电器构成的差动保护的整定计算变压器纵差保护主要是用来反应变压器绕组、引出线及套管上的各种短路故障，是变压器的主保护。按避越励磁涌流的方法不同，变压器差动继电器可按不同工作原理来实现，本文中采用带短路线匝的BCH-2型继电器用作变压器的差动保护。额定参数的计算(如下表4-1)变压器各侧数值额定电压(kV)220额定电流(A)367互感器变比二次回路额定电流差动保护臂中的电流(A)由计算结果可知，13.8kV侧差动保护臂中的电流为最大，故选13.8kV侧为计算的基本侧。整定计算(1)躲过外部短路时的最大不平衡电流Iab=KkIp=Kk(KKf,+△U+△f2a)I式中=1.3为可靠系数I——外部最大短路的电流的周期分量K——非周期分量引起的误差取1——电流互感器的同型系数取0.5——电流互感器容许对大相对误差取0.1△U——变压器改变分接头调压引起的相对误差取0.05△f2——继电器整定匝数于计算匝数不等而产生的相对误差取0.05Iab=KkIp=Kk(KKf,+△U+(2)躲过变压器空载合闸和外部短路切除后，电压恢复时的历次涌流Iab=KkIBe式中为可靠系数取1.3为变压器的额定电流，取高压侧额定电流367AIb=KkIpe=1.3×6275=8157.5A取8157.5A为整定电流即Iabibjs=8157A基本侧工作线圈匝数的计算式中接线系数取1互感器变比取200工作线圈匝数为选用基本侧整定工作线圈匝数差动线圈整定匝数为1非基本侧线圈匝数计算选定平衡线圈的定匝数非基本侧工作线圈匝数计算整定匝数于计算匝数不等而产生的相对误差灵敏的校验13.8kV侧两相短路电流为归算到220kV侧在13.8kV侧两相短路时，从220kA侧六日继电器的最小电流为220kV侧继电器动作电流为220kV侧灵敏系数为了防止外部短路引起的过电流，并作变压器本身故障的后备保护，一般在变压器上都应装设过电流保护。保护装置安装在变压器电源侧，这样在发生内部故障时，若差动等快速动作的保护拒动作时，应由过电流保护经过整定时限后，动作于断开变压器各侧的断路器。过电流保护应根据变压器容量的大小和保护装置对灵敏度的要求，采用下述接线方式之一：不带低电压启动的过电流保护；带低电压启动的过电流保护；复合电压启动的过电流保护；对于大容量的变压器，则装设福电流和单项式低电压启动的过电流保护。变压器的过负荷保护主要是为了防御变压器异常运行时，由于过负荷而引起的过电流。在经常有人值班的情况下，保护装置作用于信号，由于过负荷在大多数情况下都是三相对称的，故保护装置只采用一个电流继电器接于一相电流上，并经过一定的延时作用于信号，保护装设的动作时限，一般整定为9~10秒如图4-4等继电器构成，保护用的电流互感器应装在隔离开关G与接地点之间，在此情第5章线路保护5.1电网的接地保护5.1.1大接地电流电网的零序电流保护5.1.2大接地电流电网的零序方向电流保护零序电流继电器4、6、8的线圈接入零序电流过滤器，零序功率方向继电器35.2电网的距离保护5.2.1距离保护的作用和基本原理5.2.2三段式距离保护的组成(2)测量元件5和6的作用是测量保护安装处至短路点的距离(阻抗),一(3)时间元件11和12的作用是建立相应与各段的动作时限。通常用时间(5)保护区无论哪一段发生短路，启动元件电流继电器3及功率继电器4(6)如果短路发生在第I段保护范围内，阻抗继电器5动作(阻抗继电器6也动作),于是通过信号继电器7的线圈立即使出口中间继电器的动作，整套第6章电气设备的选择6.1断路器和隔离开关的选择断路器的选择，除满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑到要便于安装调试和运行维护，并经济技术方面都比较后才能确定。根据目前我国断路器的生产情况，电压等级在10kV~220kV的电网一般选用少油断路器，而当少油断路器不能满足要求时，可以选用SF6断路器。断路器选择的具体技术条件如下：(1)额定电压校验：Im(工作电流=1.05In)≤In(3)开断电流(或开断容量):(4)动稳定：<(5)热稳定：隔离开关的选择校验条件与断路器相同，并可以适当降低要求6.1.1220kV侧高压断路器的选择流过断路器的最大持续工作电流：(1)计算数据表：(2)为了满足计算的各项条件，查《电力系统课程设计及毕业设计》参考资料附表1-41,选择高压断路器技术参数如下：表6-2SW6-220型高压断路器参数表号号型额定电压额定电压最高工作电压额定电流额定开断电流动稳定电流峰值热稳定电流固有分闸时间全开断时间(3)开断电流校验：开断电流校验合格。(4)动稳定校验：=51.18kA动稳定校验合格。即选用SW₆-220/1200型少油断路器。6.1.2220kV侧隔离开关的选择流过断路器的最大持续工作电流(1)计算数据表：(2)为了满足计算的各项条件，查《发电厂电气部分》附表7,选择隔离型号峰值(kA)(3)动稳定校验：6.2电流互感器的选择(1)型式：电流互感器的型式应根据使用环境条件和产品情况选择。对于对于35kV及以上配电装置，一般采用油浸式瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感(2)一次回路电压：Uns≤UN(3)一次回路电流：(4)准确等级：要先知道电流互感器二次回路所接测量仪表的类型及对准确等级的要求，并按准确等级要求高的表计来选择。(5)二次负荷：(6)动稳定：与一次绕组额定电流峰值之比，即6.2.1220kV侧电流互感器的选择主变220kV侧CT的选择(1)一次回路电压：(2)一次回路电流：由此可得，初选LB-220(600/5)户外独立式电流互感器，其参数如表：表6-5电流互感器技术参数动稳定校验：满足动稳定要求。综上所述，所选LB-220(600/5)满足要求。kV侧电流互感器的选择发电机端CT的选择(1)一次回路电压：(2)二次回路电流：根据以上两项，初选LMZD-10(7000/5)户外独立式电流互感器，其参数如额定电流比准确级次二次负荷1S热稳定倍数动稳定倍数(3)动稳定校验：ish≤√2IwK。√2I₁nK=√2×7×90=890.956.3电压互感器的选择电压互感器的选择和配置应按下列条件：(1)型式：6~20kV屋内互感器的型式应根据使用条件可以采用树脂胶主绝缘结构的电压互感器；35kV~110kV配电装置一般采用油浸式结构的电压互感器220kV级以上的配电装置，当容量和准确等级满足要求：一般采用电容式电压互(2)一次电压：绕组附加二次绕组高压侧接电压上压上用于中性点直用于中性点不接地或经消弧线圈接地二次额定电压为1级。为3级即可。(5)二次负荷:S₂≤Sn6.3.1220kV侧PT的选择(3)准确等级：额定电压(kV)一次绕组二次绕组辅助绕组U断路器隔离开关电流互感器电压互感器GW4-220D/1000-50LB-220(600/5)JCC2—220GW4-220D/1000-50LMZD-10(7000/5)第7章结论与展望本次毕业设计将是对我三年来学习的一次综合测试。通过这次设计时间工[11]GuoWei,WangLi.IntegratedAutomationDepartmentofElectricalEngineering,SoutheastUniversity,Nanjing210096,[12]HuangJian,ZhuDaxin.TheConf[13]FangDing,LiBaojin,DiTransmissionandSubstIntegratedAutomationofPowerPlantElectricalSystemAbstract:Electricalsystemforpowuseoffieldbustechnology,newideasanddecentralizedanddistributedtechnoautomationsystem.Comparedtothecentralizedtechnolinstallationandlowcostofmaintenance.However,integrhasnotbeenwidelyusedinpowerplantelectricalsystem.Protectiverelayandmaintaininglevelhangbehind.Latterlymoreandmorepowerplants,especiallythosenewlyconstructedareintsystemanditsrelationshipwithtraditionaldispaperanalyzestheactualityofpowerplantelectricalsystem,bringsoutanewidealofapplicationofmicrocomputer9-basedintegratedautoelectricalsystem,andgivesconcreterealizationofTheelectricalsystemdiscussedinthispaperismainlyreferremeasurement,controlandautomatdevicesincludegeneratorprobytransformerprotection.Automaticdevicesincludeautomaticregulatorvoltage(AVR),automatictransferswitch(ATS),faultkymographigh-voltagemotorlow-volcharacteristicsofelectricalsystemmicrocomputerandlarge-adopted.mainlyonofpowerplantelectricalsystemautonecessityandsomekeypointsoftheapplicationofintegratedautomispresented.Thispaperalsogivessynchronizationsystem(ASS).6kVauxiliarypowerintegrativeprotectiondevice,auxiliarytransformerintegrativeprotectiondevice,feederprotectiondevicVchangeoverdevice,intelligent.Allthesebelongtothethatelectricalequipmentshavelesscontrolobjects;lowersystemdevideviceshavehighreliabsignalprocessarealsowidelyDCSiswidelyusedinpowerplants,operationandcontrolfunctions.DCSconcernsboilerTraditionally,controlandsignalexthroughthisconnectionmodeneedsmanycables,andthecostishigh.Besides,theDCSisthemostimportant3FeasibilityAnalysisofElectricalSystemIntegratedautomationandfieldbusorindustrialEtherMicrocomputer9-basedprotepowerplantelectricalsystem.Themeasure,logicjudge,action,recordmachineinterfacefunctioncanbedeviceshavecommunicationinterface,theycanandithasbeenpaidcommunicationrate,comSiemens,FFbyABB,CANoriginatedfromautomobileandappliedinindustryautomationareaTheapplicationofmicrocomputer-baseddevicesosystembringpowerfulsupportfortheintegratedautomationofpowerplantelectrical(possible)electricalworkstationthroughcommunicamaintenancefunction,