电力系统继电保护课程设计

课 题: 发电机继电保护设计 专 业: 电气工程及其自动化 班 级： 姓 名： 指导教师：

设计日期： 2016.6。14～2016.6。25 成 绩：

目 录

1。绪论............................................................. 1

1.1继电保护概述................................................. 1 1.2继电保护基本要求............................................. 1 2.发电机变压器参数.................................................. 2

2.1 原始资料 .................................................... 2 2.2发电厂规模................................................... 5 2.3主接线（一机组一出线）....................................... 5 2。4课程设计的主要内容.......................................... 5 3。短路电流计算..................................................... 6

3.1相关短路点及短路方式的选择................................... 6 3.2 短路计算点的选择 ............................................ 7 3.3 整定电流选择 ................................................ 9 4.发电机保护配置的选取及整定原则.................................... 9

4.1发电机的保护配置............................................. 9 4。2发电机纵差保护整定......................................... 10 4.3发电机的定子单相接地保护.................................... 11 4.4发电机的负序过电流和转子接地保护............................ 11 4。5发电机的失磁保护........................................... 12 4.6发电机的其他保护............................................ 12 5。继电保护整定计算................................................ 13

5.1发电机纵差保护整定.......................................... 13 5.2过电流保护整定.............................................. 14 5。3过负荷保护整定............................................. 15 6.仿真图........................................................... 16 7.总结............................................................. 17 8。参考文献........................................................ 17 9.附录............................................................. 18

0

1.绪论

1。1继电保护概述

电力系统在运行中，由于电气设备的绝缘老化、损坏、雷击、鸟害、设备缺陷或误操作等原因，可能发生各种故障和不正常运行状态。最常见的而且也是最危险的故障是各种类型的短路，最常见的不正常运行状态是过负荷,最常见的短路故障是单相接地.这些故障和不正常运行状态严重危及电力系统的安全和可靠运行,这就需要继电保护装置来反应设备的这些不正常运行状态。 所谓继电保护装置,就是指能反应电力系统中电气设备所发生的故障或不正常状态,并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。它的基本作用是：①当电力系统发生故障时，能自动地、迅速地、有选择性地将故障设备从电力系统中切除,以保证系统其余部分迅速恢复正常运行，并使故障设备不再继续遭受损坏.②当系统发生不正常状态时，能自动地、及时地、有选择性地发出信号通知运行人员进行处理，或者切除那些继续运行会引起故障的电气设备。

1.2继电保护基本要求

可见，继电保护装置是电力系统必不可少的重要组成部分，对保障系统安全运行、保证电能质量、防止故障的扩大和事故的发生，都有极其重要的作用.为完成继电保护的基本任务，对于动作于断路器跳闸的继电保护装置，必须满足以下四项基本要求： (1)选择性

选择性是指电力系统发生故障时，继电保护仅将故障部分切除，保障其他无故障部分继续运行，以尽量缩小停电范围。继电保护装置的选择性，是依靠采用合适类型的继电保护装置和正确选择其整定值，使各级保护相互配合而实现的. （2)快速性

为了保证电力系统运行的稳定性和对用户可靠供电,以及避免和减轻电气设备在事故时所遭受的损害，要求继电保护装置尽快地动作，尽快地切除故障部分。但是，并不是对所有的故障情况,都要求快速切除故障,应根据被保护对象在电力系统中的地位和作用,来确定其保护的动作速度。 （3)灵敏性

1

灵敏性是继电保护装置对其保护范围内发生的故障或不正常工作状态的反应能力,一般以灵敏系数K表示.灵敏系数K越大，说明保护的灵敏度越高。每种继电保护均有特定的保护区(发电机、变压器、母线、线路等），各保护区的范围是通过设计计算后人为确定的，保护区的边界值称为该保护的整定值。 (4）可靠性

可靠性是指当保护范围内发生故障或不正常工作状态时，保护装置能够可靠动作而不致拒绝动作，而在电气设备无故障或在保护范围以外发生故障时,保护装置不发生误动.保护装置拒绝动作或误动作，都将使保护装置成为扩大事故或直接产生事故的根源.因此,提高保护装置的可靠性是非常重要的.

以上对继电保护装置所提出的四项基本要求是互相紧密联系的,有时是相互矛盾的。例如，为了满足选择性，有时就要求保护动作必须具有一定的延时，为了保证灵敏度，有时就允许保护装置无选择地动作,再采用自动重合闸装置进行纠正，为了保证快速性和灵敏性,有时就采用比较复杂和可靠性稍差的保护.总之，要根据具体情况 (被保护对象、电力系统条件、运行经验等），分清主要矛盾和次要矛盾,统筹兼顾,力求相对最优。

2。发电机变压器参数

2。1 原始资料

(1）发电机

表1

发电机参数

型号 额定功率 额定电压 额定电流 额定功率因数 励磁方式 QFSN—600—2 600MW 22kV 17495A 0。9（滞后) 自并激静止可控硅励磁 18.26％（饱和值）； 19。85%（非饱和值） 2

（2）主变压器

24.21%(饱和值）； 27。51%（非饱和值) 1。29%（饱和值)； 1.29％(非饱和值) 表2 主变压器参数

型号 额定容量 额定电压 联结组标号 短路阻抗 空载电流 空载损耗 负载损耗 (3）厂用变压器1A

DFP—240000/500（单相） 240000kVA 550/√3-2×2.5％/22kV YNd11 14。0％ 0。17% 98。7kW 408.0kW 表3 厂用变压器1A参数

型号 额定容量 额定电压 联结组标号 短路阻抗 空载电流 空载损耗 负载损耗 (4)厂用变压器1B

SF9—34000/22 34000 kVA (22±2×2.5%）/6。3kV Dyn1 10。％ 0。16% 20.85kW 152.16kW 表4 厂用变压器1B参数

型号 额定容量 额定电压 SF9-31500/22 31500kVA （22±2×2.5%）/6.3kV 3

联结组标号 短路阻抗 空载电流 空载损耗 负载损耗 （5)励磁变压器

Dyn1 10。67% 0。16％ 20.09kW 142.86kW 表5 励磁变压器参数

型号 额定容量 额定电压 联结组标号 短路阻抗 （6）脱硫变压器

RESIBLOC 6000kVA 22000/840V Dy11 8。95% 表6 脱硫变压器参数

型号 额定容量 额定电压 联结组标号 短路阻抗 空载电流 空载损耗 负载损耗 SF10—25000/22 25000kVA （22±2×2.5％）/6。3kV Dyn1 10。41% 0。13％ 17.7kW 97.5kW （7）系统参数（2008年04月15日南方电网电力调度通信中心提供）

在系统基大、丰小、枯小方式下，断开电厂发变组，将南方电网等值到500kV母线，以下列出各种方式下的最小及最大等值电抗

表7

系统参数

等值支路 最小等值电抗 盘南500kV—地 对应方式 系统基大，断开盘南电厂内4

0。0842 最大等值电抗 0.1353 0.2246 0。3392 发变组. 系统丰小，断开盘南电厂内发变组及盘换甲线。 备注：以上所列均为标么值,基准容量1000MVA。 2.2发电厂规模

按盘南电厂4×600MW机组投运考虑,最大运行方式为四台机组并网运行，最小运行方式为一台机组并网运行.

1、2号机组出口分别增加了一台脱硫变，3、4号机组不增加脱硫变.

2.3主接线(一机组一出线）

图1 发电厂电气主接线图

2。4课程设计的主要内容

要求：

1）用仿真软件画出全厂升压站的主接线图; 2)计算各元件参数并画出等值电路;

3）选择短路点、计算短路电流，（先手算并写出计算过程表达式然后用软

5

件校验)，列出短路计算结果汇总表； 4）拟出保护配置方案；

5)对配置的保护逐一进行整定计算，列出整定计算步骤和结果汇总表； 6）按要求编制课程设计说明书。

3。短路电流计算

3.1相关短路点及短路方式的选择

(1)基准值选择

基准功率：SB=1000MV·A，基准电压：VB=23.1kV. 基准电流：IB=

=

=24.99kA；电压标幺值：E=1

（2）发电机等值电抗计算

1） #1发电机等值电抗计算

（3）变压器等值电抗计算

1) ＃1主变压器T1等值电抗计算

2） #1脱硫变压器T5等值电抗计算

3） #1励磁变压器T2等值电抗计算

4) 厂用变压器1A T3等值电抗计算

5） 厂用变压器1B T4等值电抗计算

6

电抗计算表(标么值)

表8 各设备电抗值

设备名发电机 主变压厂变厂变励磁变脱硫系统最小系统最称 器 压器压器压器 A 电抗值 0。2739 0.583 B 14.917 变压等值电抗 器 4。16 0.0842 大等值电抗 0.1353 3。129 3.387 3。2 短路计算点的选择

（1)

电网等效电路图

由于短路电流计算是电网继电保护配置设计的基础,因此分别考虑最大运行方式(四台发电机全部投入)时各线路未端短路的情况,最小运行方下(一台投入）时各线路未端短路的情况。电网等效电路图如图2所示

图2电网等效电路图

（2) 点短路计算

最大运行方式短路电流

7

(3)

点短路计算

最大运行方式短路电流

(4）

点短路计算

最大运行方式短路电流

(5)

点短路计算

最大运行方式短路电流

短路电流表

8

表9 各短路点短路电流

短路点 短路电流（KA） 26.55 1。43 7。3446 6。8273 3.3 整定电流选择

分别算出各路短路电流，最大短路电流取因此之后的整定都依据此短路电流进行计算.

,

4。发电机保护配置的选取及整定原则

4.1发电机的保护配置

某火电厂发变组继电保护设计保护设计，按照国际标准，本保护的保护配置选取，应该包含下表的保护配置:

表10 发电机配置图

发电机保护 发电机纵差保护 发电机裂相横差保护 纵向零序电压匝间保护 发电机相间阻抗保护 发电机复合电压过流保护 定子接地基波零序电压保护 定子接地三次谐波电压保护 转子一点接地保护 转子两点接地保护 定、反时限定子过负荷保护 定、反时限转子表层负序过 失磁保护 失步保护 过电压保护 9

调相失压保护 定时限过励磁保护 定时限过励磁保护 逆功率保护 程序跳闸逆功率 低频保护 过频保护 起停机保护 误上电保护 非全相保护 电压平衡功能 TV 断线判别 TA 断线判别

4。2发电机纵差保护整定

纵差动保护的整定，具有比率制动特性的纵差动保护的动作特性可由A、B、C三点决定。对纵差动保护的整定计算，实质上就是对计算。 (1)启动电流

的整定

、

及K的整定

=

式中

-—-可靠系数，取1.5～2；

（+)

-—-保护两侧的TA变比误差产生的差流，取0.06 （为发电机额定

电流）.

——-保护两侧的二次误差(包括二次回路引线差异以及纵差动保护输入

。

通道变换系数调整不一致）产生的差流，取0.1代入式得

=（0。24 ～0。32)

通常取0.3。

（2）拐点电流的整定

=（0.5～1。0）

(3）比率制动特性的制动系数

=

和制动线斜率K的整定

1 0

K=——

外部故障时,为躲过差动回路中的最大不平衡电流，C点的纵坐标电流应取为

式中

=

(0。1+0。1+）

———可靠系数,取1.3 ～1。5;

—-—暂态特性系数，当两侧TA变比、型号完全相同且二次回路参数相同

时，

≈0,当两侧TA变比、型号不同时，取0。05 ～0.1。

-——最大动作电流。

将以上数据代入式中得

≈(0.026~0。45)

令=,代入上式，可得

=≈（0。26~0.45）。

4.3发电机的定子单相接地保护

根据安全要求，发电机的外壳都是接地的，因此，定子绕组因绝缘破坏而引起的单相接地故障比较普遍。当接地电流比较大，能在故障点引起电弧时，将使绕组的绝缘和定子铁心烧坏,并且也容易发展成相间短路，造成更大的危害。我国规定，当接地电容电流等于或大于5A时，应装设动作于跳闸的接地保护,当接地电流小于5A时,一般装设作用于信号的接地保护。

4。4发电机的负序过电流和转子接地保护

当电力系统中发生不对称短路或正常运行情况下三项负荷不平衡时，在发电机定子绕组中将发现负序电流。

负序电流在转子中所引起的发热量,发电机转子过热保护实际上是对定子绕

11

组电流不平衡而引起的负序过流保护，是发电机的主保护之一。

此外，由于大容量机组的额定电流很大,而在相邻元件末端发生两相短路时的

短路电流可能较小,此时采用复合电流启动的过电流保护往往不能满足作为相邻原件后备保护时对灵敏系数的要求。在这种情况下,采用负序电流作为后备保护，就可以提高不对称短路时的灵敏性。

4.5发电机的失磁保护

(1）发电机失磁运行的影响

发电机失磁故障是指发电机的励磁突然全部消失或部分消失。引起失磁的原

因有转子绕组故障，励磁机故障，自动灭磁开关误跳闸，半导体励磁系统中某些元件损坏或回路发生故障，以及误操作等。

为此,在发电机上，尤其是在大型发电机上应装设失磁保护,以便及时发现失磁故障，并采取必要措施，例如，发出信号由运行人员及时处理,自动减少负荷或动作与跳闸等，以保证电力系统和发电机的安全. (2）整定原则

1) 静稳阻抗按发电机端到无穷大系统间的等值系统电抗Xs和Xd整定； 2） 静稳阻抗动作延时一般为0。5～2s； 3) 异步阻抗按发电机的参数Xd/2和Xd整定； 4) 系统三相低电压整定按(0。85～0。9）Un取值.

4.6发电机的其他保护

(1）逆功率保护

1） 逆功率保护是当发电机出现有功功率倒送，发电机变为电动机运行时异

常工况的保护。

2) 逆功率的整定 整定功率的计算：

=

（

+）式子中，

为可靠系数,取0。5～0。

8;为汽轮机在逆功率运行时的最小损耗，一般取额定功率的2％~4%；为发电机在逆功率运行时的最小功率，一般取效率；

表示发电机额定功率。

1 2

，其中表示发电机

(2）突加压保护

1）突加压保护作为发电机盘车状态下的主断路器误合闸时的保护. 2)定值整定计算

①低频元件f小于启动频率,一般可选取40~50Hz； ②返回延时t一般可取为0.3～0.5s；

③电流动作值应大于或等于盘车状态下误合闸最小电流的50％. (3）起停机保护

1）起停机保护可作为发电机升速升励磁尚未并网前的定子接地短路故障的

保护.

2）定值整定原则

零序电压动作值一般可取为100V及其以下;延时t一般可取为2~5s。

（4）其他保护

对发电机来讲的保护除以上介绍的以外还有很多,例如零序方向、零序电压保护、TV和TA断线保护、过流保护等等.

5.继电保护整定计算

5.1发电机纵差保护整定

（1)启动电流的整定

=(+）=0.3=0。3×17459=5237。7（A）

（2)拐点电流的整定

=（0.5～1.0）=（0。5～1。0）*17459=（8729.5~17459)（A）

（3）比率制动特性的制动系数Kres和制动线斜率K的整定

=

=（17459×10％)/265≈0。066

1 3

=（11949。3— 5237.7)/（265- 8729.5） =0。377

外部故障时，为躲过差动回路中的最大不平衡电流,C点（如下图）的纵坐标电 流应取为

=

（0。1+0.1+）

=1.5×（0.1+0.1+0.1）×26.55=1。195（kA)

图3 比率制动特性

(4）继电保护整定计算结果一览表

表11发电机纵差保护整定值

最大启名称 制动系数 启动电流（A） 拐点电流 （A） 制动线斜率 动电流（A) 代号 整定值 Kres 0.066 Iop。min 5237.7 Ir.min 8729。5 K Iop.max 最大制动电流（A) Ir.max 265 0。377 11949.3 5。2过电流保护整定

(1）动作电流按发电机额定负荷下条件整定

1 4

=

所以

（取1。1；取0.85）

=

（2）灵敏度校验

（kA）

灵敏系数按主变压器高压侧母线两相短路的条件校验，则

=

所以

(满足要求)

5.3过负荷保护整定

（1）过负荷保护

对于发电机因过负荷或外部故障引起的定子绕组过电流,装设定子绕组对称过负荷保护，通常由定时限过负荷及反时限过电流两部分组成。

(2）定时限过负荷保护

动作电流按发电机长期允许的负荷电流的条件整定则

=

所以

=

（3）反时限过电流保护

按机端金属性三相短路的条件整定，则

=

所以

=

1 5

（取1.05；取0。95）

=19。3（kA)

=95。6（kA)

（4）反时限

则

按与过负荷保护配合的条件整定

=

所以

（取1.05)

=1。0519.3=20。27（kA）

6.仿真图

图4 短路电流仿真图

1 6

7。总结

在本次课程设计过程中，我们发现了自己在实践方面的不足,所以协助画图及编写报告。以前所学的都是书本上的理论知识，而这次课程设计实验则让我学会了把理论知识和实践知识相结合,让我们对电力系统继电保护知识有了更深刻的理解，让我们对以前所学的知识应用到了实践当中。我们也跟别的班级做过这个课题的同学进行交流，参考他们的思路,总结发现他们不足之处，在整合成自己的东西，通过线路图制作和软件仿真，实践出真知。本次课程设计我们最终在和同组其他成员的共同协作下，的完成了本次的课程设计任务。我们分工明确，相互帮助，在老师的监督指导之下，我们在本次课程设计中获得较大进步,感谢老师的孜孜教诲！

8.参考文献

[1]李佑光。电力系统继电保护原理及新技术.科学出版社 2003 [2] 王维俭 。发电机变压器继电保护整定算例.中国电力出版社 2000 [3]何仰赞 。电力系统分析(第二版).华中理工大学出版社 1996

［4]傅知兰. 电力系统电气设备选择与实用计算[M]。中国电力出版社 2004 [5］刘学军. 继电保护原理（第二版）。 中国电力出版社 2007 [6］许建安。 继电保护整定计算 。中国水利水电出版社 2001 ［7]牟道槐。 发电厂变电站电气部分［M]。 重庆大学出版社 2003 [8]陈生贵。 电力系统继电保护［M］. 重庆大学出版社2003 ［9]西北电力设计院。 电力工程电气设备手册[M]。 中国电力出版社

1 7

9.附录

1 8

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