中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院某發(fā)電廠發(fā)電機(jī)組繼電保護(hù)的配置及整定計(jì)算課程設(shè)計(jì)

1、中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 學(xué) 院： 中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師： 2016年 12月20日電力系統(tǒng)繼電保護(hù)課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū) 2016/2017 學(xué)年第 一 學(xué)期系 ：自動(dòng)控制專(zhuān) 業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號(hào)：課程設(shè)計(jì)題目：某發(fā)電廠發(fā)電機(jī)組繼電保護(hù)的配置及整定計(jì)算起 迄 日 期:2016年12月20日 01月04日課程設(shè)計(jì)地點(diǎn):電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)教研室指 導(dǎo) 教 師:系主任：   下達(dá)任務(wù)書(shū)日期: 2016年 12 月 20日1設(shè)計(jì)目的： 通過(guò)本課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生掌握

2、和應(yīng)用電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的設(shè)計(jì)、整定計(jì)算、資料整理查詢和電氣繪圖等使用方法。在此過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生對(duì)各門(mén)專(zhuān)業(yè)課程整體觀的綜合能力，通過(guò)較為完整的工程實(shí)踐基本訓(xùn)練，為全面提高學(xué)生的綜合素質(zhì)及增強(qiáng)工作適應(yīng)能力打下一定的基礎(chǔ)。本課程主要設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)的原理、配置及整定計(jì)算，給今后繼電保護(hù)的工作打下良好的基礎(chǔ)。2設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計(jì)要求等）：原始資料：某水電站（如下圖）所示：已知：（1）水電站有 3200kW 水輪發(fā)電機(jī) 2 臺(tái)，通過(guò) 7500KVA 變壓器以 35kV 的電壓與系統(tǒng)連接，當(dāng) 35kV 母線短路時(shí)，系統(tǒng)供給的最大運(yùn)行方式下的短路容量為 100MVA，最小運(yùn)行

3、方式下的短路容量為80MVA.（2） 廠用電、近區(qū)出線供電由發(fā)電機(jī)母線引出，出線為架空線，長(zhǎng)度為 5km0.4/km。 （3）變壓器參數(shù)為：容量 7500kVA、變比 35/6.3、Ud7.5，所用變?nèi)萘繛?100kVA、變比 6.3/0.4、Ud4.5。 （4）發(fā)電機(jī)參數(shù)為：容量 3200KW、功率因素 0.8、X d”0.2、X20.25。3設(shè)計(jì)工作任務(wù)及工作量的要求包括課程設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)(論文)、圖紙、實(shí)物樣品等：(1) 選擇發(fā)電機(jī)保護(hù)所需的電流互感器變比、計(jì)算短路電流。(2) 設(shè)置發(fā)電機(jī)保護(hù)并對(duì)其進(jìn)行整定計(jì)算。(3) 繪制出發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)展開(kāi)圖。(4) 繪制出發(fā)電機(jī)保護(hù)屏屏面布置圖及設(shè)

4、備表。(5) 寫(xiě)出說(shuō)明書(shū)。(6) 選出所需繼電器的規(guī)格 、型號(hào)。4主要參考文獻(xiàn)：1 張保會(huì)，尹項(xiàng)根.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)（第二版）.中國(guó)電力出版社,20092 霍利民.電力系統(tǒng)繼電保護(hù).第一版.北京：中國(guó)電力出版社，2008.3 許建安.繼電保護(hù)整定計(jì)算. 北京：中國(guó)水利水電出版社，2003.5設(shè)計(jì)成果形式及要求：  提交課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份。 6工作計(jì)劃及進(jìn)度：序號(hào)時(shí)間（天）內(nèi)容安排10.5講解設(shè)計(jì)目的、要求、方法，任務(wù)分工20.5借資料、熟悉用戶任務(wù)要求32短路電流、殘壓計(jì)算；41查閱圖書(shū)資料、產(chǎn)品手冊(cè)和工具書(shū)進(jìn)行設(shè)備校驗(yàn)查閱圖書(shū)資料、產(chǎn)品手冊(cè)和工具書(shū)進(jìn)行設(shè)備校驗(yàn)5

5、1繪制繼電保護(hù)二次展開(kāi)圖61繪制繼電保護(hù)二次展開(kāi)圖71查閱圖書(shū)資料、產(chǎn)品手冊(cè)繪制圖繼電保護(hù)屏面布置圖81編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)91完善設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)總計(jì)10 天系主任審查意見(jiàn)： 簽字： 年 月 日目錄1 引言11.1發(fā)電機(jī)故障類(lèi)型11.4 水輪發(fā)電機(jī)保護(hù)動(dòng)作結(jié)果32.2 各短路點(diǎn)的短路電流52.2.1 系統(tǒng)供給個(gè)短路點(diǎn)的電流5表2-1各短路點(diǎn)的短路電流62.2.2 發(fā)電機(jī)供給各短路點(diǎn)的短路電流72.3 電流互感器的變比73 設(shè)置發(fā)電機(jī)保護(hù)并整定計(jì)算83.1發(fā)電機(jī)保護(hù)的設(shè)置83.2 發(fā)電機(jī)保護(hù)的整定計(jì)算83.2.1縱差動(dòng)保護(hù)的整定83.2.3 過(guò)電壓保護(hù)93.2.4 轉(zhuǎn)子繞組一點(diǎn)接地104 發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)展

6、開(kāi)圖105 發(fā)電機(jī)保護(hù)屏屏面布置圖12參 考 文 獻(xiàn)131 引言水輪發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行對(duì)保障電力系統(tǒng)的正常工作和電能質(zhì)量起決定性的作用。水輪發(fā)電機(jī)發(fā)生故障后，如果繼續(xù)運(yùn)行，不僅使發(fā)電機(jī)遭到嚴(yán)重破壞，而且可能破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性，擴(kuò)大事故范圍。為了使發(fā)電機(jī)的故障能夠迅速切除，可靠地從系統(tǒng)中退出運(yùn)行，而在異常情況下，能根據(jù)其對(duì)系統(tǒng)和機(jī)組本身安全所造成威脅的程度，將發(fā)電機(jī)切除或及時(shí)發(fā)出警告信號(hào)，必須針對(duì)各種不同的故障和異常情況，設(shè)置專(zhuān)門(mén)的、性能好的繼電保護(hù)裝置。1.1發(fā)電機(jī)故障類(lèi)型（1）發(fā)電機(jī)定子繞組相間短路   定子繞組相間短路會(huì)產(chǎn)生很大的短路電流，嚴(yán)重?fù)p壞發(fā)電機(jī)，甚至引起火災(zāi)。&#

7、160;（2）發(fā)電機(jī)定子一相繞組匝間短路   定子繞組匝間短路會(huì)產(chǎn)生很大的環(huán)流，引起故障處溫度升高，使絕緣老化，甚至擊穿絕緣發(fā)展為單相接地或相間短路，擴(kuò)大發(fā)電機(jī)損壞范圍。  （3）發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地   定子繞組單相接地是發(fā)電機(jī)易發(fā)生的一種故障。單相接地后，其電容電流流過(guò)故障點(diǎn)的定子鐵芯，當(dāng)此電流較大或持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，會(huì)使鐵芯局部熔化。 （4）發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組一點(diǎn)接地和兩點(diǎn)接地   轉(zhuǎn)子繞組一點(diǎn)接地，對(duì)發(fā)電機(jī)沒(méi)有直接危害。兩點(diǎn)接地則轉(zhuǎn)子繞組一部分被短接，不但會(huì)燒毀轉(zhuǎn)子繞組，而且由于部分繞組短接會(huì)破壞磁路

8、的對(duì)稱性，造成磁勢(shì)不平衡而引起機(jī)組劇烈振動(dòng)，產(chǎn)生嚴(yán)重后果。水輪發(fā)電機(jī)組是凸極結(jié)構(gòu)，機(jī)組劇烈振動(dòng)后會(huì)破壞各軸承與軸瓦之間的間隙，造成“拉瓦”，排除故障需要相當(dāng)長(zhǎng)的停機(jī)時(shí)間，故絕不允許轉(zhuǎn)子繞組兩點(diǎn)接地現(xiàn)象出現(xiàn)。  （5）發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁回路電流消失   由于轉(zhuǎn)子繞組斷線、勵(lì)磁回路故障或滅磁開(kāi)關(guān)誤動(dòng)等原因，將造成轉(zhuǎn)子失磁，失磁故障不僅對(duì)發(fā)電機(jī)造成危害，而且對(duì)電力系統(tǒng)安全也會(huì)造成嚴(yán)重影響。發(fā)電機(jī)失去勵(lì)磁后，運(yùn)行狀態(tài)將變?yōu)殡妱?dòng)機(jī)運(yùn)行。故不允許發(fā)電機(jī)失磁后繼續(xù)運(yùn)行。1.2 發(fā)電機(jī)的不正常工作狀態(tài)（1） 由于外部短路、非周期合閘以及系統(tǒng)振蕩等原因引起的過(guò)電流。 

9、; （2） 由于負(fù)荷超過(guò)發(fā)電機(jī)額定容量而引起的三相對(duì)稱過(guò)電流。（3） 由于外部不對(duì)稱短路或不對(duì)稱負(fù)荷（如單相負(fù)荷，非全相運(yùn)行等）而引起的發(fā)電機(jī)負(fù)序過(guò)電流  （4）過(guò)電壓。特別是水輪發(fā)電機(jī)，因其調(diào)速系統(tǒng)慣性大，在突然甩負(fù)荷時(shí)，將引起過(guò)電壓。  （5）逆功率。當(dāng)汽輪發(fā)電機(jī)主汽門(mén)突然關(guān)閉而發(fā)電機(jī)斷路器未斷開(kāi)時(shí)，發(fā)電機(jī)將過(guò)渡到同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，引起發(fā)電機(jī)逆功率，對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)葉片特別是尾葉，可能過(guò)熱而損壞。1.3發(fā)電機(jī)的保護(hù)配置（1）縱差動(dòng)保護(hù)  反應(yīng)發(fā)電機(jī)定子繞組及其引出線的相間短路故障，動(dòng)作于瞬時(shí)跳開(kāi)發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)、停機(jī)并滅磁。&#

10、160; （2）橫聯(lián)差動(dòng)保護(hù)  當(dāng)發(fā)電機(jī)定子繞組有2個(gè)以上的分支且連接成雙星形，每個(gè)分支都有引出線時(shí)，應(yīng)裝設(shè)橫聯(lián)差動(dòng)保護(hù)反應(yīng)定子繞組匝間短路，動(dòng)作結(jié)構(gòu)同縱差動(dòng)保護(hù)。當(dāng)不滿足該條件時(shí)，取消該保護(hù)，待故障發(fā)展為相間短時(shí)，用縱差動(dòng)保護(hù)反應(yīng)。  （3）零序保護(hù)  當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓回路回路的接地電容電流（未經(jīng)消弧線圈補(bǔ)償）大于或等于5A時(shí)，保護(hù)動(dòng)作于跳閘、停機(jī)、滅磁。；當(dāng)接地電容電流小于5A時(shí)，保護(hù)應(yīng)動(dòng)作信號(hào)。對(duì)單機(jī)容量為100MW及以上的發(fā)電機(jī)，應(yīng)盡量裝設(shè)保護(hù)范圍為100%的接地保護(hù)。  （4）過(guò)電流保護(hù) 

11、 一般應(yīng)配置低電壓過(guò)流或復(fù)合電壓過(guò)流保護(hù)反應(yīng)外部短路引起的定子繞組過(guò)電流狀態(tài)，并作為發(fā)電機(jī)的后備保護(hù)。對(duì)單機(jī)容量為50MW及以上的發(fā)電機(jī)，一般裝設(shè)負(fù)序過(guò)流及單相低電壓起動(dòng)的過(guò)流保護(hù)。  （5）過(guò)負(fù)荷保護(hù)  由于發(fā)電機(jī)對(duì)稱過(guò)負(fù)荷引起的定子繞組過(guò)流，應(yīng)裝設(shè)反應(yīng)一相電流的過(guò)負(fù)荷保護(hù)，延時(shí)動(dòng)作于信號(hào)。 （6）過(guò)電壓保護(hù)  反應(yīng)發(fā)電機(jī)突然甩負(fù)荷引起的定子繞組過(guò)電壓現(xiàn)象，延時(shí)動(dòng)作于跳開(kāi)關(guān)、停機(jī)、滅磁。  （7）轉(zhuǎn)子繞組一點(diǎn)接地保護(hù)  水輪發(fā)電機(jī)組一般裝設(shè)一點(diǎn)接地保護(hù)并動(dòng)作于信號(hào)。汽輪機(jī)發(fā)

12、電機(jī)采用定期檢測(cè)裝置，大容量機(jī)組才設(shè)一點(diǎn)接地保護(hù)和二點(diǎn)接地保護(hù)。一點(diǎn)接地保護(hù)動(dòng)作于信號(hào)，二點(diǎn)接地保護(hù)動(dòng)作于停機(jī)。  （8）失磁保護(hù)  當(dāng)不允許失磁運(yùn)行時(shí)，應(yīng)在自動(dòng)滅磁開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，連跳發(fā)電機(jī)斷路器。對(duì)單機(jī)容量100MW及以上或采用可控硅勵(lì)磁方式時(shí)，應(yīng)設(shè)專(zhuān)門(mén)的失磁保護(hù)。  一般成套的可控硅勵(lì)磁裝置自身都設(shè)有失磁保護(hù)和轉(zhuǎn)子回路過(guò)負(fù)荷保護(hù)，所以發(fā)電機(jī)上不再單獨(dú)配置該保護(hù)。1.4 水輪發(fā)電機(jī)保護(hù)動(dòng)作結(jié)果水輪發(fā)電機(jī)的繼電保護(hù)應(yīng)根據(jù)故障和異常運(yùn)行方式的性質(zhì)，分別動(dòng)作于以下的結(jié)果：1） 停機(jī)：斷開(kāi)發(fā)電機(jī)的斷路器、滅磁，關(guān)閉導(dǎo)水葉至機(jī)組停機(jī)狀態(tài)；2）

13、解列滅磁：斷開(kāi)發(fā)電機(jī)斷路器、滅磁、關(guān)閉導(dǎo)水葉至機(jī)組空轉(zhuǎn)；3） 解列：斷開(kāi)發(fā)電機(jī)斷路器，關(guān)閉導(dǎo)水葉至空載；4） 減出力：將水輪發(fā)電機(jī)出力減到給定值；5） 縮小故障影響范圍；6） 信號(hào)：發(fā)出光聲信號(hào)。2 發(fā)電機(jī)的短路電流2.1 各元件阻抗參數(shù)的計(jì)算 基準(zhǔn)值的選?。簽楦骷?jí)平均額定電壓，分別為37V和6.3V。 1）發(fā)電機(jī)： 2）主變壓器： 3）所用變壓器： 4）廠用架空線；2.2 各短路點(diǎn)的短路電流2.2.1 系統(tǒng)供給個(gè)短路點(diǎn)的電流（1） 最大運(yùn)行方式：K1處的短路電流：線路的平均電壓，則短路電流 K2處的短路電流：線路的平均電壓，則短路電流 K3處的短路電流：線路的平均電壓，則短路電流 （2） 最

14、小運(yùn)行方式： 表2-1各短路點(diǎn)的短路電流短路容量/MVA短路電流/KAK1K2K3最大運(yùn)行方式1482.32513.56213.62最小運(yùn)行方式1282.0111.73184.752.2.2 發(fā)電機(jī)供給各短路點(diǎn)的短路電流 圖2-1 系統(tǒng)等效圖發(fā)電機(jī)G1和G2對(duì)K1點(diǎn)的轉(zhuǎn)移阻抗是1.32，查水輪發(fā)電機(jī)運(yùn)算曲線數(shù)字表，電流的標(biāo)幺值是0.805，所以，短路電流發(fā)電機(jī)G1和G2對(duì)K2點(diǎn)的轉(zhuǎn)移阻抗是0.32，查水輪發(fā)電機(jī)運(yùn)算曲線數(shù)字表，電流的標(biāo)幺值是3.494，所以短路電流發(fā)電機(jī)G1和G2對(duì)K3點(diǎn)的轉(zhuǎn)移阻抗是50.32，查水輪發(fā)電機(jī)運(yùn)算曲線數(shù)字表，電流的標(biāo)幺值是3.494，所以短路電流2.3 電流互感器

15、的變比發(fā)電機(jī)的額定電流：選擇電流互感器的變比：3 設(shè)置發(fā)電機(jī)保護(hù)并整定計(jì)算3.1發(fā)電機(jī)保護(hù)的設(shè)置針對(duì)故障類(lèi)型以及不平衡運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)電機(jī)自身參數(shù)等等，應(yīng)裝設(shè)一下繼電保護(hù)裝置：1) 由于發(fā)電機(jī)的功率為3.2MW，所以應(yīng)裝設(shè)縱差動(dòng)保護(hù)。其原理是在發(fā)電機(jī)兩側(cè)（中性點(diǎn)側(cè)與出口開(kāi)關(guān)側(cè)）裝有兩組變比相同的電流互感器，按環(huán)流法連接將該相的差流回路接入電流繼電器，在正?；虮Ｗo(hù)范圍外發(fā)生短路故障時(shí)，中性點(diǎn)與出口側(cè)的電流數(shù)值和相位都相同，差流回路沒(méi)有電流或極小，繼電器不會(huì)動(dòng)作；而當(dāng)保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)回路差流，當(dāng)其超過(guò)電流繼電器整定值時(shí)即啟動(dòng)發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)動(dòng)作。2) 容量小于50MW的發(fā)電機(jī)定子繞組單相

16、接地故障電流允許值為4A，裝設(shè)接地保護(hù)裝置。3) 對(duì)于發(fā)電機(jī)定子繞組的匝間短路，當(dāng)定子繞組星形接線時(shí)，每相由并聯(lián)分支，且中性點(diǎn)側(cè)有分支引出端，應(yīng)裝設(shè)橫差保護(hù)。4) 裝設(shè)復(fù)合電壓（包括負(fù)序電壓以及線電壓）啟動(dòng)的過(guò)電流保護(hù)。5) 對(duì)于水輪發(fā)電機(jī)的定子繞組過(guò)電壓，應(yīng)裝設(shè)帶延時(shí)的過(guò)電壓保護(hù)。6) 勵(lì)磁回路一點(diǎn)接地保護(hù)。3.2 發(fā)電機(jī)保護(hù)的整定計(jì)算3.2.1縱差動(dòng)保護(hù)的整定差動(dòng)保護(hù)采用DCD-2型繼電器。動(dòng)作電流計(jì)算值：a.躲過(guò)區(qū)外短路故障時(shí)的最大不平衡電流：b.躲開(kāi)電流互感器TA二次側(cè)斷線影響，流過(guò)差動(dòng)保護(hù)的電流：故差動(dòng)保護(hù)的繼電器的動(dòng)作電流暫定為5.98Ac.差動(dòng)繼電器的工作線圈匝數(shù)：取差動(dòng)線圈10

17、匝。d.差動(dòng)線圈的實(shí)際動(dòng)作電流6A。e.靈敏度校驗(yàn)f.差動(dòng)回路斷線監(jiān)視繼電器的動(dòng)作電流：圖3-1發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)原理接線圖3.2.2 過(guò)電流保護(hù)的整定1） 過(guò)電流繼電器的動(dòng)作電流及靈敏系數(shù)： 2）負(fù)序電壓繼電器的動(dòng)作電壓： 3.2.3 過(guò)電壓保護(hù) 防止定子繞組的絕緣遭受破壞，動(dòng)作于發(fā)電機(jī)斷路器，滅磁開(kāi)關(guān)以及停機(jī)。圖3-2 發(fā)電機(jī)過(guò)電壓保護(hù)原理接線圖3.2.4 轉(zhuǎn)子繞組一點(diǎn)接地圖3-3 轉(zhuǎn)子繞組一點(diǎn)接地原理接線圖4 發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)展開(kāi)圖4-1發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)展開(kāi)圖5 發(fā)電機(jī)保護(hù)屏屏面布置圖3-5發(fā)電機(jī)保護(hù)屏屏面布置圖圖中，TA1和TA6構(gòu)成了發(fā)電機(jī)兩端的縱差動(dòng)保護(hù)，TA5為過(guò)電流及過(guò)負(fù)荷保護(hù)，TA2為各種測(cè)量表計(jì)，PV2，PW2，PF2分別為電壓表，功率表，頻率表。KV1為過(guò)電壓保護(hù)。6 結(jié)論 通過(guò)兩周的繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)，雖然時(shí)間不長(zhǎng)，但期間有許多事情讓我難忘，我從中學(xué)到了很多寶貴的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)。對(duì)繼電保護(hù)設(shè)計(jì)的過(guò)程有了一個(gè)很大程度了