電氣自動化專業(yè)畢業(yè)論文

1、畢業(yè)論文（設(shè)計）2017屆 專業(yè)題 目發(fā)電機變壓器組的保護設(shè)計 姓 名學(xué)號 指導(dǎo)教師職稱站 別年月日頁腳XXXXX學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）評審表專業(yè)論文（設(shè)計）題目指導(dǎo)教師評語：指導(dǎo)教師簽名：年月日主答教師評語：主答教師簽名:年月日論文（設(shè)計）成績答辯組成員簽名答辯成績注：1論文及成績采用五級分制：“優(yōu).良.中.及格.不及格2. 論文（設(shè)計）成績僅供評定答辯成績時參考；答辯成績記入學(xué)生成績單中的論文及答辯成績欄目3. 此表須與論文（設(shè)計）一起裝訂，申請學(xué)位者另外復(fù)印1份。頁腳容提要在電力系統(tǒng)中，由于雷擊或鳥獸跨接電氣設(shè)備、設(shè)備制造上的缺 陷、設(shè)計和安裝的錯誤、檢修質(zhì)量不高或運行維護不當(dāng)?shù)仍颍?/p>

2、往往 發(fā)生各種事故。最常見的同時也是最危險的故障是各種形式的短路。 其中以單相接地短路最為常見，而三相短路是比較少見的。此外，輸 電線路有時可能發(fā)生斷線故障或幾種故障同時發(fā)生的復(fù)合故障。發(fā)生 故障可能引起的后果是：1.故障點通過很大的短路電流和所燃起的電 弧，使故障設(shè)備燒壞。2.系統(tǒng)中設(shè)備，在通過短路電流時所產(chǎn)生的熱 和電動力使設(shè)備縮短使用壽命。3.因電壓降低，破壞用戶工作的穩(wěn)定 性或影響產(chǎn)品質(zhì)量。4.破壞系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性，產(chǎn)生振蕩，甚至 使整個系統(tǒng)瓦解。最常見的不正常工作狀態(tài)是過負荷。所謂過負荷就 是電氣設(shè)備的負荷電流超過了額定電流。此外，發(fā)電機有功功率不足 所引起的頻率降低，水輪發(fā)電機

3、突然甩負荷所引起的過電壓，系統(tǒng)發(fā) 生振蕩等都屬于不正常運行狀態(tài)。由于過負荷，加速了設(shè)備絕緣材料 的老化和損壞，甚至引起事故擴大造成嚴重故障?？傊徽９ぷ?狀態(tài)往往影響電能的質(zhì)量、設(shè)備的壽命、用戶生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量等。關(guān)鍵詞繼電保護；發(fā)電機；變壓器組；后備保護；縱差保護頁腳1緒論71.1電力系統(tǒng)繼電保護的作用71. 1. 1電力系統(tǒng)的故障和不正常運行狀態(tài)及引起的后果71.1.2繼電保護裝置及任務(wù)71.2繼電保護的基本原理和保護裝置的組成81.2. 1繼電保護的基本原理81.2.2繼電保護裝置的組成81.3對繼電保護的要求91.3. 1選擇性91.3.2速動性91.3.3靈敏性101.3.4可靠性

4、101.4繼電保護技術(shù)的發(fā)展史112發(fā)電機變壓器組的后備保護122. 1概述122. 2相間短路后備保護132. 2.1發(fā)電機變壓器部和外部相間短路132.2.2對廠用變壓器部及低壓側(cè)短路142. 2. 3外部相間短路后備保護的特點15頁腳2. 2. 4相間短路后備保護的整定計算152.2.5相間短路后備保護方向元件的設(shè)置162. 3單相接地保護162.3.1接地保護的特點162. 3. 2單相接地保護的整定計算163發(fā)電機變壓器組的縱差保護193. 1縱差保護的特點193.2變壓器縱差保護與發(fā)電機縱差保護的不同193. 3縱差動作保護的整定計算204發(fā)電機變壓器組保護的改進224.1目前的機

5、組保護存在的主要問題224.2改進方案225保護配置及整定計算245.1 題目簡介245.2保護配置245. 2. 1 概述245.2.2保護配置分析245. 2.3幾種保護配置問題的探討265. 3整定計算285. 3. 1采用髙靈敏度接線的發(fā)電機縱差保護(BCH-2) .285.3.2變壓器差動保護(擬采用BCH-1型繼電器)295. 3. 3發(fā)電機變壓器組大差動保護(BCH-4)32頁腳5. 3. 4負序過電流保護395.3.5失磁保護405. 3.6低電壓起動的過電流保護435. 3.7過負荷保護435. 3.8匝間短路保護445. 3.9發(fā)電機定子電壓保護445.3.10變壓器的接地

6、保護445.3.11發(fā)電機及發(fā)電機變壓器組的接地保護456保護配置圖47頁腳發(fā)電機變壓器組的保護設(shè)計1緒論1.1電力系統(tǒng)繼電保護的作用1.1.1電力系統(tǒng)的故障和不正常運行狀態(tài)及引起的后果在電力系統(tǒng)中，山于靂擊或鳥獸跨接電氣設(shè)備、設(shè)備制造上的缺陷、設(shè)計和 安裝的錯誤、檢修質(zhì)量不高或運行維護不當(dāng)?shù)仍?，往往發(fā)生各種事故。最常見 的同時也是最危險的故障是各種形式的短路。其中以單相接地短路最為常見，而 三相短路是比較少見的。此外，輸電線路有時可能發(fā)生斷線故障或兒種故障同時 發(fā)生的復(fù)合故障。發(fā)生故障可能引起的后果是：(1) 故障點通過很大的短路電流和所燃起的電弧，使故障設(shè)備燒壞。(2) 系統(tǒng)中設(shè)備，在通

7、過短路電流時所產(chǎn)生的熱和電動力使設(shè)備縮短使用壽 命。(3) 因電壓降低，破壞用戶工作的穩(wěn)定性或影響產(chǎn)品質(zhì)量。(4) 破壞系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性，產(chǎn)生振蕩，其至使整個系統(tǒng)瓦解。最常見的不正常工作狀態(tài)是過負荷。所謂過負荷就是電氣設(shè)備的負荷電流超 過了額定電流。此外，發(fā)電機有功功率不足所引起的頻率降低，水輪發(fā)電機突然 甩負荷所引起的過電壓，系統(tǒng)發(fā)生振蕩等都屬于不正常運行狀態(tài)。山于過負荷，加速了設(shè)備絕緣材料的老化和損壞，其至引起事故擴大造成嚴 重故障。總之，不正常工作狀態(tài)往往影響電能的質(zhì)量、設(shè)備的壽命、用戶生產(chǎn)產(chǎn) 品的質(zhì)量等。1.1.2繼電保護裝置及任務(wù)為防止電力系統(tǒng)中發(fā)生事故一般釆取如下對策：(1)

8、改進設(shè)計制造，加強維護檢修，提高運行水平和工作質(zhì)量。采取各項積極措施消除或減少發(fā)生故障的可能性。(2) 一旦發(fā)生故障，迅速而有選擇地切除故障元件，保證無故障部分正常頁腳運行。繼電保護裝置，就是指反映電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生故障或不正常運行狀 態(tài)，并動作于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種制動裝置。它的基本任務(wù)是：（1）發(fā)生故障時，自動、迅速、有選擇地將故障元件（設(shè)備）從電力系統(tǒng) 中切除，使非故障部分繼續(xù)運行。（2）對不正常運行狀態(tài)，為保證選擇性，一般要求保護經(jīng)過一定的延時， 并根據(jù)運行維護條件（如有無經(jīng)常值班人員），而動作于發(fā)出信號（減負荷跳閘）, 且能與自動重合閘相配合。1.2繼電保護的基本原理和保護

9、裝置的組成1.2.1繼電保護的基本原理繼電保護的原理是利用被保護線路或設(shè)備故障詢后某些突變的物理量為信 息量，當(dāng)突變量達到一定值時，起動邏輯控制環(huán)節(jié)，發(fā)出相應(yīng)的跳閘脈沖或信號。（1）利用基本電氣參數(shù)的區(qū)別發(fā)生短路后，利用電流、電壓、線路測量阻抗等的變化，可以構(gòu)成如下保護: a.過電流保護；b.低電壓保護；c.距離保護（或低阻抗保護）（2）利用部故障和外部故障時被保護元件兩側(cè)電流相位（或功率方向）的差 別。（3）對稱量是否出現(xiàn)電氣元件在正常運行（或發(fā)生對稱短路）時，負序分量和零序分量為零；在發(fā) 生不對稱短路時，一般負序和零序都較大。因此，根據(jù)這些分量的是否存在可以 構(gòu)成零序保護和負序保護。此種保

10、護裝置都具有良好的選擇性和靈敏性。（4）反應(yīng)非電氣量的保護反應(yīng)變壓器油箱部故障時所產(chǎn)生的氣體而構(gòu)成瓦斯保護；反應(yīng)于電動機繞組 的溫度升高而構(gòu)成過負荷保護等。1.2.2繼電保護裝置的組成繼電保護的種類雖然很多，但是在一般1W況下，都是由三個部分組成的，即頁腳測量部分、邏輯部分和執(zhí)行部分，其原理結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。圖1-1(1) 測量部分測量部分是測量被保護元件工作狀態(tài)(正常工作、非正常工作或故障狀態(tài)) 的一個或兒個物理量，并和以給的整定值進行比較，從而判斷保護是否應(yīng)該起動。(2) 邏輯部分邏輯部分的作用是根據(jù)測量部分各輸出量的大小、性質(zhì)、出現(xiàn)的順序或它們 的組合，使保護裝置按一定的邏輯程序丄作，

11、最后傳到執(zhí)行部分。(3) 執(zhí)行部分執(zhí)行部分的作用是根據(jù)邏輯部分送的信號，最后完成保護裝置所擔(dān)負的任 務(wù)。如發(fā)出信號，跳閘或不動作等。1.3對繼電保護的要求對電力系統(tǒng)繼電保護的基本性能要有選擇性，速動性，靈敬性，可靠性。這 些要求之間，有的相互制約，需要針對不同的使用條件，分別地進行協(xié)調(diào)。1.3. 1選擇性選擇性是指保護裝置動作時，僅將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使停電圉盡 量縮小，以保證系統(tǒng)中的無故障部分仍能繼續(xù)安全運行。在要求繼電保護動作有 選擇性的同時，還必須考慮繼電保護或斷路器有拒絕動作的可能性。在復(fù)雜的高 壓電網(wǎng)中，當(dāng)實現(xiàn)遠后備保護有困難時，在每一元件上應(yīng)裝設(shè)單獨的主保護和后 備保護。1

12、.3.2速動性短路時快速切除故障，可以縮小故障圍，減輕短路引起的破壞程度，減小對頁腳 用戶工作的影響，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，在發(fā)生故障時，應(yīng)力求保護裝 置能迅速動作切除故障。由于速動性與選擇性在一般情況下是矛盾的，為兼顧兩者，一般允許保護帶 有一定的延時切除故障。故障切除的總時間等于保護裝置和斷路器動作時間之 和。對于不同的電壓等級和不同結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，故障切除的最小時間有不同的要求。 一般對400500KV以上的網(wǎng)絡(luò)，約為0.02O.O-ls,對220230KV的網(wǎng)絡(luò)為 0. 040. Is；對110KV的網(wǎng)絡(luò)為0. 10. 7so對配電網(wǎng)絡(luò)，切除短路的最小時間 取決于不允許電壓長時間降低

13、的用戶，一般為0.5l.Oso有些故障不僅要滿足選擇性的要求，同時要求快速切除故障，例如：（1）為保證系統(tǒng)穩(wěn)定性，必須快速切除高壓輸電線路上的故障。（2）發(fā)電廠或重要用戶的母線電壓低于允許值（一般0.6倍額定電壓）的故障。（3）大容量的發(fā)電機，變壓器及電動機部發(fā)生故障。（4）110KV線路導(dǎo)線截面過小，不允許延時切除的故障。1.3.3靈敏性是指對保護圍發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)的反應(yīng)能力。滿足要求的保護裝置 是在規(guī)定的保護圍故障時，無論短路點的位置以及短路的類型如何，都能敬銳感 覺，正確反應(yīng)。保護裝置的靈敏性，通常用靈墩度系數(shù)來衡量，靈墩度系數(shù)越大, 則保護的靈敬度就越高，反之就越低。1.3.4

14、可靠性是指在規(guī)定的保護圍發(fā)生了屬于它應(yīng)該動作的故障時，它不應(yīng)該拒絕動作， 而在其他不屬于它應(yīng)該動作的情況下，則不應(yīng)該誤動作。保證繼電保護裝置能有足夠的可靠性，應(yīng)注意以下兒點：（1）選用質(zhì)量好，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠的繼電器和元件。（2）設(shè)訃接線時，力求簡單，使用繼電器和繼電器觸點最少。（3）正確選定繼電保護的整定值。頁腳（4）對保護裝置要提高安裝和調(diào)整實驗的質(zhì)量，加強經(jīng)常的維護管理。以上四個基本要分析研究繼電保護的基礎(chǔ)，也是貫穿論文的一個基本線 索。根據(jù)被保護元件在電力系統(tǒng)中的地位和作用來確定具體的保護方式，以 滿足其相應(yīng)的要求。1.4繼電保護技術(shù)的發(fā)展史繼電保護的發(fā)展是隨著電力系統(tǒng)和自動化技術(shù)的

15、發(fā)展而發(fā)展的。兒十年 來，隨著我國電力系統(tǒng)想高電壓、大機組、現(xiàn)代化大電網(wǎng)發(fā)展，繼電保護技 術(shù)及其裝置應(yīng)用水平獲得很大提高。在20世紀50年代以前，查不獨都是用 電磁型的機械元件構(gòu)成。隨著半導(dǎo)體器件的發(fā)展，陸續(xù)推廣了利用整流二極 管構(gòu)成的整流型元件和山半導(dǎo)體分立元件組成的裝置。70年代以后，利用 集成電路構(gòu)成的裝置在電力系統(tǒng)繼電保護中得到廣泛運用。到80年代，微 型機在安全自動裝置和繼電保護裝置中逐漸應(yīng)用。隨著新技術(shù)、新工藝的采 用，繼電保護硬件設(shè)備的可靠性、運行維護方便性也不斷得到提高。繼電保 護技術(shù)將達到更高的水平。頁腳2發(fā)電機變壓器組的后備保護2.1概述按照繼電保護的配置原則，中、小型發(fā)電

16、機、變壓器只裝設(shè)一套主保護, 當(dāng)主保護或有關(guān)斷路器拒動時，應(yīng)裝設(shè)近后備和/或遠后備保護，為被保護 設(shè)備或相鄰元件提供后備保護作用。對于200300MW及以上的發(fā)電機或發(fā)一變組，現(xiàn)在一般釆用微機保護, 其主保護將包含完全或不完全縱差、完全或不完全裂相橫差，一組或二組零 序電流型橫差，對于任一部鼓掌具有兩套或以上的主保護靈敬動作，即雙重 化主保護配置，因此從近后備保護來說，大型發(fā)電機或發(fā)電機一變壓器組 已經(jīng)沒有必要再裝設(shè)。特別是比較復(fù)雜的、容易誤動的后備阻抗保護，更是 弊多利少，因為發(fā)一變組部任一點發(fā)生短路，已有多重高速、靈敬、選擇性 好的差動保護，后備保護實在用不上；相反，在發(fā)一變組外部短路時，

17、由于 后備保護在選擇性上不及縱差保護，易于造成誤動，其結(jié)果是發(fā)一變組上裝 設(shè)的后備保護（特別是后備阻抗保護），誤動作率極高，對機組的安全運行 不利。再者，通常裝設(shè)的后備保護，其保護區(qū)比主保護大、靈敬度比主保護 高，動作速度較慢，但是結(jié)合發(fā)電機和變壓器的保護，其主保護為各種差動 保護，后備保護（包括后備阻抗保護）在靈敬度和選擇性上遠不及主保護， 可以說現(xiàn)有的各種后備保護在技術(shù)性能上“沒有資格”充當(dāng)后備作用。根本 原因是發(fā)電機和變壓器部短路時，端口三相電流可能不大，三相電壓可能不 低，相應(yīng)的測量阻抗就可能較大，這明顯表現(xiàn)出主設(shè)備保護和線路保護的不頁腳同。作為大容量發(fā)一變組的高壓輸電線路，電壓在22

18、0KV及以上，均裝有雙 重高頻主保護，多段相間距離和接地距離保護，還有多段零序電流保護和斷 路器失靈保護，因此超高壓輸電線路沒有要求發(fā)一變組提供遠后備保護。220KV及以上的母線不一定總有兩套母線保護，因此發(fā)一變組有必要為 這種超高壓母線提供后備保護，這使大型發(fā)一變組裝設(shè)后備保護的唯一必 要，為此裝設(shè)的后備阻抗保護應(yīng)該使最簡單的一段距離元件，動作圓很小， 無需振蕩閉鎖環(huán)節(jié)。2. 2相間短路后備保護2. 2. 1發(fā)電機變壓器部和外部相間短路(1) 對發(fā)電機、變壓器部相間短路的后備保護：(a) 發(fā)電機、變壓器各自單設(shè)差動保護，再加后備總差動保護，使差動保護 完全雙重化，這樣可以保證快速切除故障并防

19、止相鄰元件保護無選擇性動作，保 護裝置較復(fù)雜。(b) 用反時限負序過電流保護和定子過負荷保護作為發(fā)電機和變壓器的后備 保護。并利用這兩種反時限保護裝置兼作相間短路的后備保護，因充分發(fā)揮了反 時限電流保護的作用，從而簡化了保護裝置。存在不足之處，即在靠近發(fā)電機一 變壓器的相鄰區(qū)域中發(fā)生短路故障時，延長了切除故障的時間而三相短路的動作 時限較兩相短路動作時限長的多。為此可增加一套負序電流及相電流速斷保護， 按躲過高壓母線相間短路來整定，以便在發(fā)電機一變壓器組及廠用變壓器引出線 和主變壓器低圧側(cè)短路時，快速切除故障。這一保護可與已有反時限負序電流和 相電流保護結(jié)合起來，實現(xiàn)比較簡單。(c) 裝設(shè)有電

20、流、電壓元件構(gòu)成反應(yīng)三相短路的后備保護裝置，對不對稱短 路故障，仍有反時限負序過電流保護裝置作為后備保護。反應(yīng)對稱故障的電流， 電壓保護分為兩段，I段反應(yīng)高壓母線以的故障，按躲過高壓母線三相短路的條 件整定，延時取0.5s, % = (0.45 0.5)5 , 1業(yè)=(1415兒，II段反應(yīng)相鄰頁腳 元件上的三相短路，電壓元件按躲過最低工作電壓整定，取=0.7,動作 電流按躲過最大負荷電流整定，取Idz=(1.4-1.5)Ic,其延時與相鄰元件后備保 護相配合。如后備保護的動作時間超過允許值時，可采用后備接線，在相鄰元件 斷路器拒動時，以較短延時斷開發(fā)電機，變壓器。(2) 對于220千伏母線及

21、相鄰線路的相間短路故障時，如采用反時限負序過 電流保護及相電流保護作為后備保護，當(dāng)延時過長時，為加速切除故障可采用如 下方案：(a) 釆用低阻抗保護設(shè)置，作為相鄰元件的后備。(b) 采用帶時賢的電流速段保護裝置，作為相鄰元件的后備。(c) 當(dāng)主變?yōu)?20/110千伏的二繞組變壓器或自藕變壓器時，220千伏側(cè)可 采用低阻抗保護或帶時限的電流速斷保護，但保護用不宜延伸到110千伏母線， 否則要加裝方向元件，而110千伏側(cè)可采用復(fù)合電壓起動的過電流保護，并與相 鄰線路的后備段相配合。2. 2. 2對廠用變壓器部及低壓側(cè)短路廠用變壓器后備保護決定于發(fā)電機、變圧器組保護的配置，特別與總后備的 差動保護圍

22、有關(guān)?？偤髠洳顒颖Ｗo有如下兩種方案：(1) 當(dāng)總差動保護用不包括廠用變壓器時，即總差動保護接于廠用變壓 器低壓側(cè)的電流互感器上，此時廠用變壓器有雙重差動保護。(2) 當(dāng)總差動保護圍不包括廠用變壓器時，總差動保護接于廠用變壓器 高圧側(cè)的電流互感器上，此時廠用變壓器高壓側(cè)應(yīng)裝設(shè)過電流保護，作為廠用 變壓器部及其低壓側(cè)短路的后備保護。為了有選擇性地切除低壓側(cè)各分支的故 障，每個分支還應(yīng)單獨裝設(shè)過電流保護。對以上保護方案，要求保護裝置簡單、可靠，盡量縮短后備動作時限。由 差動保護裝置和阻抗保護裝置構(gòu)成的后備保護方案比較完善，但后備差動保護 方案較復(fù)雜。為了簡化保護起見，可在反時限電流保護的基礎(chǔ)上，增設(shè)

23、負序電 流速段和相電流速段保護作為部故障后備；低阻抗保護或帶時限的電流速段保頁腳護作為相鄰元件故障的后備保護。2. 2. 3外部相間短路后備保護的特點發(fā)電機變壓器組有廠用分支時，在廠用分支上應(yīng)裝設(shè)單獨的后備保護，在低 壓側(cè)下不另設(shè)保護，而是利用發(fā)電機的外部短路保護作為后備保護。該保護應(yīng)帶 兩段時限，以便在外部短路時，仍能保證常用負荷的供電。對于200MW及以上的發(fā)電機變壓器組，當(dāng)裝有雙重快速保護，且在發(fā)電機側(cè) 沒有帶時限的后備保護時，應(yīng)在變圧器高壓側(cè)裝設(shè)后備保護，作為相鄰元件保護 的后備。2. 2. 4相間短路后備保護的整定計算發(fā)電機變壓器組的后備保護，也作為相鄰元件的后備保護，但在不同情況下

24、, 后備保護的整定方法是不同的。（1）發(fā)電機對于發(fā)電機雙繞組變壓器組，可利用發(fā)電機的后備保護作為整組的 后備保護，在變壓器低壓側(cè)不再裝設(shè)后備保護。如果發(fā)電機電壓母線上有廠用分 支時，廠用分支線上應(yīng)裝設(shè)單獨的后備保護，而發(fā)電機的后備保護則應(yīng)有兩個不 同的時限，以較小的時限跳開變壓器高壓側(cè)的斷路器，以較大的時限跳開所有的 斷路器和發(fā)電機的滅磁開關(guān)。動作參數(shù)的整定計算按有關(guān)保護的整定公式計算。動作時間的整定應(yīng)與所有出線的保護中動作時限最大者相配合，即比出線保 護的最大時限還大一個A/。（2）發(fā)電機三繞組變壓器組后備保護的配置原則及整定訃算方法，與三繞組變 壓器的后備保護相同。（3）對于大型發(fā)電機變壓

25、器組，為了防止發(fā)電機出口發(fā)生不對稱短路時，出現(xiàn) 較大的負序電流而使轉(zhuǎn)子表面過熱，多數(shù)都采用反時限特性的負序過電流保護， 動作特性應(yīng)滿足I?.t Ubp這里的Ubp為基波不平衡電壓，其值較小。通常取56V頁腳對于沒有專用匝間短路保護的大容量發(fā)電機，要求及時將接地的發(fā)電機切除，可以另外加一個繼電器2V,經(jīng)延時動作于跳閘。圖2-2電機變圧器組帶三次諧波濾過器的接地保護接線圖頁腳3發(fā)電機變壓器組的縱差保護3. 1縱差保護的特點在發(fā)電機和變壓器上可能發(fā)生的故障和異常運行情況，在發(fā)電機變壓器組上 都可能出現(xiàn)。因此，發(fā)電機變壓器組的保護應(yīng)能反應(yīng)發(fā)電機和變壓器的故障和異 常運行情況。即發(fā)電機變壓器組裝設(shè)的保護

26、應(yīng)與發(fā)電機和變壓器分別裝設(shè)山保護 相似，但有下面所述的特點。(1) 當(dāng)發(fā)電機與變壓器之間沒有斷路器時，對100MW及以下的發(fā)電機變壓器組， 為了簡化保護，可只裝設(shè)整組共用的縱差動保護；對100MW以上的發(fā)電機變壓器 組，除裝設(shè)整組共用助縱差動保護外，發(fā)電機還應(yīng)裝設(shè)單獨的差動保護；對200MW 及以上的汽輪發(fā)電機變壓器組，在變壓器上也宜裝設(shè)單獨的縱差動保護，即實現(xiàn) 雙重快速保護方式。(2) 當(dāng)發(fā)電機與變壓器之間有斷路器時，不管機組容量大小，發(fā)電機和變壓器均 應(yīng)裝設(shè)單獨的縱差動保護，發(fā)電機的縱差動保護動作于發(fā)電機與變壓器之間的斷 路器跳閘，使變壓器繼續(xù)運行，供給廠用電(圖3-1 (a)。當(dāng)廠用分支

27、接在發(fā)電 機與斷路器之間時。變壓器的縱差動保護動作于變壓器高、低壓側(cè)斷路器跳閘， 使發(fā)電機繼續(xù)運行，供給廠用電(圖3-1 (b)。3.2變壓器縱差保護與發(fā)電機縱差保護的不同變壓器縱差保護與發(fā)電機縱差保護一樣，也可采用比率制動方式或標積制 動方式達到外部短路不誤動和部短路靈敬動作的U的。但是變壓器縱差保護在以 下方面顯著不同于發(fā)電機縱差保護：(1) 變壓器各側(cè)額定電壓和額定電流各不相等，因此各側(cè)電流互感器的型號一 定不同，而且各側(cè)三相接線方式不盡相同，所以各側(cè)相電流的相位也可能不一致， 這將使外部短路使不平衡電流增大，所以變壓器縱差保護的最大制動系數(shù)比發(fā)電 機大，靈墩度相對較低。(2) 變壓器高

28、壓繞組常有調(diào)壓分接頭，有的還要求帶負荷調(diào)節(jié)，使變壓器縱差頁腳(b)廠用分支接在發(fā)電機側(cè)(a)廠用分支接在變壓器側(cè)圖3-1發(fā)電機變壓器組接線圖保護已調(diào)整平衡的二次電流乂被破壞，不平衡電流增大，這將使變壓器縱差保護 的最小動作電流和制動系數(shù)都要相應(yīng)加大。(3) 對于定子繞組的匝間短路，發(fā)電機縱差保護完全沒有作用。變壓器各側(cè)繞 組的匝間短路，通過變壓器鐵心磁路的耦合，改變了各側(cè)電流的大小和相位，使 變壓器縱差保護對匝間短路有作用(匝間短路可視為變壓器的一個新繞組發(fā)生單 相短路)。(4) 無論變壓器繞組還是發(fā)電機定子繞組的開焊故障，它們的完全縱差保護均 不能動作，但變壓器還可依靠瓦斯保護或壓力保護。3

29、. 3縱差動作保護的整定計算頁腳肖發(fā)電機變壓器組的縱差動保護的整定計算與發(fā)電機和變壓器同類型保護 的整定計算相同。當(dāng)發(fā)電機裝設(shè)有獨立的縱差保護并釆用靈敬接線時，只要能滿 足選擇性的要求，保護的動作電流應(yīng)盡可能地圧低。變壓器的縱差動保護和發(fā)電 機變圧器組公用的差動保護的動作電流，除了按一般差動保護的整定原則進行整 定外，當(dāng)有未接入差動回路地廠用電分支時，差動保護的動作電流還應(yīng)按躲過廠 用變壓器或電抗器后面發(fā)生短路時，流過保護的最大短路電流的條件整定，即Idz= Kkldmax o式中Kk一可靠系數(shù)，取1.3； Id-max一一廠用變壓器或電抗器發(fā)生短路時，流過保護的最大短路電流。出采用帶只動特性

30、的BCH-1型繼電器時，制動線圈的接入方式要分別不同 情況加以考慮，其U的是保護部短路時，保護具有較大的靈敬度，外部短路時保 護具有較大的制動作用。當(dāng)發(fā)電機變壓器組的高圧側(cè)有電源，而發(fā)電機側(cè)沒有斷路器但有廠用分支線 路時，通常為保證外部短路是制動作用最大，部短路時乂無制動作用，對發(fā)電機 雙繞組變壓器組其制動線圈應(yīng)接在廠用分支回路的電流互感器上。對于發(fā)電機三 繞組變壓器組，為了保證高圧側(cè)或中圧側(cè)外部短路時都有制動作用，有時可將制 動線圈接在發(fā)電機和廠用分支回路的電流互感器的并聯(lián)回路上。出電機回路裝有斷路器時，制動線圈應(yīng)接線發(fā)電機引出線和廠用分支回路的 電流互感器的并聯(lián)回路上。當(dāng)采用BCHJ型差動

31、繼電器時，制動線圈匝數(shù)的選擇必須保證在廠用分支 回路上發(fā)生短路時，保護可靠不許動作，匝數(shù)按下確定，即W Kk【cd jWyZ _式中：Icd.j在廠用分支線上發(fā)生短路時，流入差動線圈的最大短路電流值（歸 算到基本側(cè)）;Iz-流過制動線圈的電流；Wed基本側(cè)的差動線圈匝數(shù)；Kk可 幕系數(shù)，取15； tga最小制動特性曲線的切線斜率，tga=0.9o頁腳4發(fā)電機變壓器組保護的改進4.1目前的機組保護存在的主要問題U前機組主要存在下面兒個主要問題：(1) 機組部輕微故障保護靈敬度低；(2) 匝間保護誤動率高；(3) 差動保護TA特性不一致及飽和問題未能解決；(4) 大機組部故障保護方案不盡完善。4.

32、 2改進方案針對發(fā)一變組保護的實際運行情況及出現(xiàn)的問題，一方面應(yīng)釆取有效的措 施，對保護不斷的改進和完善，克服繼電器本身存在的不足及保護交流回路的不 合理狀況，使保護能真實的反映一次設(shè)備的運行情況，實現(xiàn)二次為一次服務(wù)的U 的。另一方面，隨著微機保護的推廣應(yīng)用，在成本核算許可的條件下，盡量將原 備品成本高、機械故障概率高、電磁特性差的電磁型繼電器保護更換成微機保護。 在微機保護中，可采用標積制動或三段折線式比率制動特性的基波向量算法或故 障分量算法來實現(xiàn)變壓器的差動保護，當(dāng)差動電流大于可能出現(xiàn)的勵磁涌流時， 通過差動速斷或低電壓加速判據(jù)使得差動保護立即動作于跳閘。微機保護中電壓平衡保護的靈敬度根

33、據(jù)保護要求可以設(shè)定的很高，而且III于 TV二次電壓回路三相負載平衡，當(dāng)發(fā)生TV二次斷線時斷線相電壓為額定電壓 的0.5倍，電壓平衡保護可靠動作，閉鎖與TV斷線有關(guān)的保護，同時對于TV 二次斷線造成回路過電壓的現(xiàn)象也可迎刃而解。另外，利用危急保護裝置計算功 能，直接算出發(fā)電機3Uo和三次諧波電壓大小，無須再接星型開口三角形輔助 TV,避免了接地后備繼電器和三次諧波繼電器負載對電壓回路的影響。微機保護有許多傳統(tǒng)保護無法比擬的優(yōu)點，但在抗干擾方面存在許多問題。 干擾對微機保護的影響主要表現(xiàn)在運算或邏輯出錯、運行程序出軌和損壞微機芯 片，直接后果是導(dǎo)致危機系統(tǒng)出現(xiàn)故障或功能障礙及保護誤動。盡管微機保

34、護的頁腳研究和使用是發(fā)展方向，具體選用時應(yīng)充分考慮生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)備運行環(huán)境，盡可能提高設(shè)備運行的可黑性，避免干擾對裝置產(chǎn)生的不良影響。頁腳5保護配置及整定計算5. 1題目簡介某發(fā)電廠要擴建一個新廠，安裝兩臺發(fā)電機變圧器組，主接線如圖5-1 (a) 所示。已知參數(shù)如下：發(fā)電機 Pe=200MW, cos0=O. 85, Ue=15. 75, xd=195%, xd=24%, xd=14. 5%； 變壓器Se=240MVA, Ud=0. 105接線Y/A-ll,分接頭 1212X2. 5%/15. 75KV, 分級絕緣。相間短路后備保護圉末端兩相短路時，流經(jīng)發(fā)電機的最小短路電流為 1490

35、0Ao110KV母線上出線后備保護動作時間為6S。出線的零序后備保護最大動作電 流為3250A,最大動作時間為5S。在最大運行方式下，出線的零序后備保護圍 末端接地短路時流經(jīng)變壓器的零序電流為620A,故障線路上的零序電流為903Ao 在最小運行方式下，出線末端金屬接地短路時，流經(jīng)變壓器的最小零序電流為 llOOAo保護設(shè)計所需的最大三相短路電流的計算結(jié)果如圖5-1 (b) (c)所示。它 們是歸算到115KY的安數(shù)(括號為最小三相短路電流值)。試選擇發(fā)電機變壓器組的保護方式，并訃算各種保護的整定值。5.2保護配置5. 2. 1概述根據(jù)規(guī)程規(guī)定，該發(fā)電機變圧器組應(yīng)裝設(shè)下列兒種保護：發(fā)電機差動保

36、護， 變壓器差動保護，發(fā)電機變壓器組公用差動保護(大差動保護)；發(fā)電機還裝設(shè) 定時限負序過電流保護和反時限負序過電流保護，負序過負荷保護，失磁保護， 低電壓起動的過電流保護，過電壓保護，過負荷保護，定子接地保護，匝間短路 保護；變壓器還裝設(shè)有瓦斯保護，零療;過電流保護。5. 2. 2保護配置分析(1) 保護配置滿足國家現(xiàn)行規(guī)，并在很多地方超過了標準的要求，如定子單頁腳相接地保護已達到100%定子單相接地保護。(2) 發(fā)電機保護除了本身一套縱聯(lián)差動主保護外，還裝設(shè)有發(fā)電機-變壓器組(9910)20253I (5147)15490110kv110KV4763(4460)6880110KV(a)15

37、.75KV廠用電15.75KV(b)(c)圖5-1發(fā)電機變壓器組保護設(shè)汁圖(a)主接線圖：(b) 110KV母線短路時.短路電流分布圖：(c) 15. 75KV 線短路時，短路電流分布圖大差保護，構(gòu)成雙重主保護，裝設(shè)帶電流記憶的低電圧過電流保護作為發(fā)電機- 變壓器組的后備保護，保護帶兩段時限，以較小的時限斷開變壓器高壓側(cè)斷路器, 以較大時限停機,能保證變壓器故障時，確保廠用供電。(3) 變壓器保護山瓦斯、壓力和變壓器大差動構(gòu)成主保護，III發(fā)電機后備保護作 為變壓器的后備保護，變圧器復(fù)合電壓過電流保護配置在高壓側(cè)作為母線保護的 后備保護,使整體保護相互配置，完整可靠。頁腳 （4）將主保護和后備

38、保護分開配置于兩個模塊，并在兩個模塊中都配置發(fā)電機過 電壓保護，這樣能在單個模塊故障的情況下，發(fā)電機不至失去應(yīng)有的保護。5. 2. 3幾種保護配置問題的探討（1）發(fā)電機失磁保護 發(fā)電機失磁是常見的故障形式。特別是大型機組勵磁 系統(tǒng)的環(huán)節(jié)多，增加了發(fā)生低勵磁或失磁的機會。發(fā)電機低勵或失磁后，將過度 到異步運行，轉(zhuǎn)子出現(xiàn)轉(zhuǎn)差，定子電流增大，定子電壓下降，有功功率下降，無 功功率反向（原為過勵磁運行時）增大；在轉(zhuǎn)子回路中出現(xiàn)差頻電流，電力系統(tǒng) 的電壓下降及某些電源支路過電流。所有這些電氣量的變化，都伴有一定程度的 擺動，在一定條件下，將破壞電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，威脅發(fā)電機本身安全。從故障特性分析，構(gòu)成

39、失磁保護的主判據(jù)：系統(tǒng)側(cè)主判據(jù)為高壓母線三相同 時低電壓，以防止機組失磁時引發(fā)無功儲備不足的系統(tǒng)電壓崩潰；發(fā)電機側(cè)主判 據(jù)為異步邊界阻抗（靜穩(wěn)極限阻抗）。輔助判據(jù)：負序電壓（電流）元件，當(dāng)機 組發(fā)生失磁時，不存在負序電壓（電流），只有發(fā)生不對稱故障時，負序電壓（電 流）元件動作，閉鎖失磁保護；無功功率方向，當(dāng)機組失磁時，無功反向，朝向 機組，II前作為無功調(diào)節(jié)手段要求機組能無功進相運行，因此該判據(jù)已不適用。 轉(zhuǎn)子低電壓元件（包括定勵磁低電壓判據(jù)和變勵磁電壓判據(jù)），該元件是比較好 的判據(jù)，除自保護裝設(shè)點到發(fā)電機勵磁繞組這一區(qū)域開路引起的失磁外，該元件 都能夠正確動作。隨著系統(tǒng)容量的不斷增大及網(wǎng)架

40、結(jié)構(gòu)的增強，系統(tǒng)的無功儲備也增強了很 多，而且快速微機勵磁調(diào)節(jié)器也在系統(tǒng)量使用。這樣，對于兒個并聯(lián)連接的發(fā)電 機，當(dāng)某臺發(fā)電機失磁期間，系統(tǒng)電壓變化較小，系統(tǒng)側(cè)三相低電壓可能拒動； 但是一機失磁故障可能使故障機組的機端電壓過低，危及廠用輔機的正常工作， 為此失磁保護的三相現(xiàn)時低電壓可以接在機端。（2）發(fā)電機定子匝間短路條件允許的情況下優(yōu)先采用橫差保護，一般采用縱向零序電壓繼電器（三次 諧波電壓濾過比大于80）+負序方向繼電器+PT斷線閉鎖。保護宜延時50100ms頁腳 動作于全停?？v向零序電壓型匝間保護的主判據(jù)是縱向零序電壓取自專用電壓互感器的 三角開口電壓回路，電圧互感器一次側(cè)的中性點與發(fā)電

41、機中性點直接連接（通過 高壓電纜）而不能直接接地。、發(fā)電機部或外部發(fā)生單相接地故障時，即使發(fā)電 機的中性點電位升高，三相對中性點的電壓仍然完全對稱，開口三角輸出電壓仍 等于Oo只有當(dāng)發(fā)電機部發(fā)生匝間短路或者發(fā)生對中性點不對稱的各種相間短路 時，電壓互感器三相對中性點的電壓不再平衡，開口三角才有電壓輸出。對于單元接線的發(fā)一變組，主變的接線多為Y/型，即發(fā)電機側(cè)為小電流 系統(tǒng)。用對稱分量法分析，在變壓器高壓側(cè)發(fā)生各種故障時均不會出現(xiàn)縱向零序 電壓。實際上當(dāng)主變高壓側(cè)發(fā)生單相接地故障時，發(fā)電機只有兩相中流過故障電 流。但是發(fā)電機三相參數(shù)不可能完全對稱，在短路時的暫態(tài)過程中，電樞反應(yīng)及 漏磁通的影響，

42、使得三相電壓對中性點的不對稱增大，產(chǎn)生較大的縱向零序電壓。 為提高零序電壓型匝間保護的動作可靠性，應(yīng)有負序功率方向元件，且適當(dāng)提高 零序電壓動作值。負序功率方向元件P2的動作方向有兩種方式。當(dāng)P2動作方向指向發(fā)電機時, 即P2常開接點與縱向零序電壓元件的常開接點組成“與門”出口。發(fā)電機正常 運行時，山于外部系統(tǒng)的不對稱，存在流向發(fā)電機的負序功率，使發(fā)電機部輕微 故障時負序功率方向保護拒動，因此這種保護方案的靈敬度不高。當(dāng)P2動作方 向指向系統(tǒng)時，即P2常閉接點與縱向零序電壓元件的常開接點組成與門”出 口。這種方式能在發(fā)電機部故障時，匝間保護可鼎動作。而在外部故障時，P2 元件常閉接點立刻斷開，

43、斷開的速度應(yīng)比零序電壓元件接點閉合快，同時P2返 回應(yīng)慢于零序電壓元件。外部三相對稱短路時，出現(xiàn)的縱向不平衡電壓可能使零序電圧元件動作，一 旦采用P2元件采用常閉常閉接點時它將保持閉合，保護誤動作。因此整流型、 集成電路型保護采用的時第一種方案。釆用微機保護后，它可以將三相短路開始 瞬間不對稱負序分量記憶住，保證P2正確斷開常閉接點，因此采用上述的笫二頁腳 種方案。(3) 變壓器零序保護分級絕緣且中性點裝放電間隙的升壓雙圈變壓器中性 點裝放點間隙的分級絕緣變壓器，裝設(shè)兩段式零序電流保護和反映零序電壓、間 隙放電電流的零序電流電壓保護。零序電流接到中性點引出線的電流互感器上。 放電間隙零序電流接

44、到放電間隙的電流互感器上。零序電流I、II段：以較短時限動作于斷開220KV母聯(lián)斷路器，以較長時限 解列滅磁。零序電流(在中性點接地閘刀斷開時投入)電壓保護：經(jīng)0.30.5s時賢解 列滅磁。對于大型發(fā)一變組單元接線，為防止機組過電壓，發(fā)電機制造商會要求主變 中性點接地運行。b.升壓三圈變壓器 全絕緣變壓器，裝設(shè)兩段零序電流保護和零序電壓保護。系 統(tǒng)接地故障，先切除中性點接地的變壓器，后切除中性點不接地的變壓器。零序 電流接到中性點引出線的電流互感器上。中性點裝放電間隙的分級絕緣變壓器，裝設(shè)兩段式零序電流保護和反映零療; 電壓和間隙放電電流的零序電流電壓保護。零序電流接到中性點引出線的電流互 感

45、器上，放電間隙零序電流接到放電間隙的電流互感器上。零序電流I段：以較短時限動作斷開220KV母聯(lián)斷路器，以較長時限動作斷 開本側(cè)斷路器；零序電流【I段：以較短時限動作斷開本側(cè)斷路器，以較長時限動 作斷開變壓器各側(cè)斷路器并滅磁。零序電壓保護經(jīng)0. 30. 5s時限動作斷開變壓器各側(cè)斷路器并滅磁；零序電 流(在中性點接地閘刀斷開時投入)電壓保護經(jīng)0. 30. 5s時限動作斷開變壓器 各側(cè)斷路器并滅磁。5. 3整定計算5.3.1采用高靈敏度接線的發(fā)電機縱差保護(BCH-2)(1) 確定電流互感器和電壓互感器的變比頁腳、行 U“f 末 cos。200 xl(?15.75x0.85= 8625AnL=1

46、0000/5=2000y 二 15.75/0. 1=157. 5計算發(fā)電機的二次額定電流Is = “二竺仝=浮 =4.31An nI 2000(3) Wp平衡線圈匝數(shù)WpWpjS =AW0601.1x4.31=12.66 匝iq可幕系數(shù)AW。一繼電器的動作安匝，一般取60匝Wp取12匝(4) 求差動線圈匝數(shù)WedAWn,.Wcdj3= 2- + Wp = 12. 66+12二24. 66 匝Kk】2cWed取20匝(因BCH-2型繼電器差動線圈的最大匝數(shù)為20匝)(5) 保護的動作電流1業(yè)町G.jWcd = AW()(6) 靈敬度校驗考慮110KV側(cè)斷路器斷開時，靈敏度最小。石 T115 V3

47、 XI(.2). 可【dmin x775s823x7-3Klm =亠= 2M =上=8.98 2,滿足要求?；?均2000x36000接于中性線上的CJJ的動作電流1業(yè)=o.212.e =0.2x4.31 =0.8625. 3. 2變壓器差動保護(擬采用BCH-1型繼電器)各側(cè)電流互感器變比及額定電流計算頁腳名稱各側(cè)數(shù)值額定電壓(KV)12115. 75額定電流(A)2警 0=114573x121皆 X10 =8800V3x 15.75電流互感器的接線方式AY電流互感器的計算變比1145、你19835588005選用電流互感器變比2000 = 40051000 “c5循環(huán)臂電流(A)1983=

48、4.964008800才= 4.42000選121KV側(cè)為基本側(cè)(2) 制動線圈的接入方式根據(jù)已知的短路電流分布悄況，制動線圈應(yīng)接在110KV側(cè)，以使部短路時制 動作用小些。(3) 確定保護裝置的一次動作電流(a) 躲過變圧器的勵磁涌流Idz.j = Kk xIc = 1.5x4.96 = 7.44A(b) 躲過15. 75KV側(cè)外部短路時的最大不平衡電流Idz.j =丄心(1/3x5147x AW/d = x2 = 3&6 安匝zd400負荷電流產(chǎn)生的制動安匝AWzf =4.96x2 = 9.92 安匝總的制動安匝AWZ =38.6 + 9.92 =48.5安匝利用BCH-1型繼電器的制動特性曲線(圖5-2),可求得動作安匝AWdz =62 安匝AW靈敏度Kf：=5. 3. 3發(fā)電機變壓器組大差動保護(BCH-4)接線如圖5-3所示。確定各側(cè)電流互感器的變比及二次額定電流值，選擇基本側(cè)的起動電流計算方法與(二)相同。(2) 求制動線圈與差動線圈之比mm_ Wz _ 2Kkbp +Ibp +Ibp)，B=