1000MW火力發(fā)電廠電氣部分及繼電保護畢業(yè)設計

1、函授學生畢業(yè)論文1000mw火力發(fā)電廠電氣部分及繼電保護說明書姓 名：班 級：指導教師：年 月摘 要我國電力工業(yè)自動化水平正在逐年提高。迄今為止，我國電力工業(yè)已經進入了大機組、大電廠、大電力系統(tǒng)、高電壓和高自動化的新階段。這就對發(fā)電廠的設計提出了更高的要求。本文記述了1000mw火力發(fā)電廠電氣部分及繼電保護的設計過程。根據自然條件和技術經濟條件，主要確定了主接線方案以及全廠的繼電保護配置，并簡要論述了廠用變、高備變的選擇以及電氣元件的選擇，還對自動裝置作了簡要的概述。與本文相配合使用的有計算書，里面對短路電流計算和繼電器的整定計算有較詳細的論述。本文通過對原始資料的分析，了解本廠的具體情況及其

2、在系統(tǒng)申的地位，作用:依據可靠性、靈活性、經濟性，對電氣主接線進行分析，從而選擇最適合本廠情況的主掃線方案，為選擇最適合的電器設備及繼電保護裝置進行了短路電流保護的配置及整定，從面滿足可靠、靈敏、快速且有選擇的要求。 關鍵詞:電氣主接線 電氣設備 繼電保護目錄緒論1第一部分 電氣主接線設計311原始資料分析.312主接線方案的確定.4第二部分 短路電流計算.1221短路電流計算的一般規(guī)定.12211計算的基本情況.12212接線方式.12213計算容量.12214短路種類.12 215短路計算點.1222短路電流計算的方法.1223三相短路電流周期分量的計算.1324阻抗圖.14第三部分 電氣

3、設備的選擇.1531繼路器.1532隔離開關.1633電流互感器.1634電壓互感器.16第四部分 主設備繼電保護.1841主設備繼電保護設計原則.1842發(fā)電機變壓器組保護.18421大型發(fā)電機組對繼電保護的要求.18422大型發(fā)電機變壓器組單元接線繼電保護配置.18423保護及其接線.2143廠用電源保護.32第五部分 發(fā)電廠的自動裝置和繼電保護配置.34總結.36參考文獻.37摘 要 本文通過對原始資料的分析，了解本廠的具體情況及其在系統(tǒng)申的地位，作用:依據可靠性、靈活性、經濟性，對電氣主接線進行分析，從而選擇最適合本廠情況的主掃線方案，為選擇最適合的電器設備及繼電保護裝置進行了短路電流

4、保護的配置及整定，從面滿足可靠、靈敏、快速且有選擇的要求。 關鍵詞:電氣主接線 電氣設備 繼電保護緒 論一課題背景電氣主接線是發(fā)電廠、變電所電氣設計的首要部分，也是構成電力系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，主接線的確定對電力系統(tǒng)整體及發(fā)電廠、變電所本身的可靠性、靈活性和經濟性密切相關，并且對電氣設備的選擇，配電裝置配置，繼電保護和控制方式的擬定有較大影響，本廠的電壓等級為220kv，對220kv配電裝置的接線方式應按發(fā)電廠在電力系統(tǒng)中的地位，負荷情況，出線回路數、設備特點、周圍環(huán)境以及發(fā)電廠的規(guī)劃容量等條件確定。 接在母線上的避雷器和電壓互感器，宜用1組隔離開關，接在發(fā)電機、變壓器引線或中性點上的避雷器可裝設隔

5、離開關。 當配電裝置變化大且出線回路較多時，宜采用雙母線或雙母線分段的接線，有條件時220kv配電裝置也可采用一個半斷路器接線。采用單母線或雙母線的1l0kv-220kv配電裝置，當斷路器為少油型或少油型式壓縮空氣時型時，除斷路器有條件停電檢修時，應設置旁路裝置，當220kv出線為4回及以上，宜采用專用旁路斷路器的旁路母線。隨著電力系統(tǒng)的增大，大容量的發(fā)電機組不斷增多，在電力設備上裝設完善的繼電保護裝置，不僅對電力系統(tǒng)的可靠性運行有重大意義，而且對防止重要且昂貴的設備在各種短路和異常運行時可減少造成的損壞，在經濟上也有顯著的效果，因此在主設備的保護設計中，應要求保護在配置，原理接線和設備選型等

6、方面，根據主設備的運行工況及結構特點，達到可靠，靈敏，快速和選擇性的綜合要求。二設計任務書（一）設計題目：1000mw火力發(fā)電廠電氣部分及繼電保護設計（二）原始資料： 1廠址概況： 廠址放在一大型礦區(qū)，所用燃料由煤礦直接由鐵路運來，本廠附近除煤礦及其附屬企業(yè)用電外無其它大型電力用戶，電廠生產電力除廠用外，全部用220kv升高壓送入電力系統(tǒng)。 廠址地區(qū)的地形、地址條件較好。有國家鐵路、公路干線在附近經過，廠內附近有河流經過，水量豐富，足夠本廠用水。廠址地區(qū)地震烈度為6級，凍土深1.7米，覆冰厚度為15mm，最大風速為25m/s，年平均氣溫+4，最高溫度+35，最低溫度-35，土壤電阻率500m。

7、2機組參數鍋 爐： 2hg670t/h 2hg1000t/h汽輪機： 2n200130 2n300165發(fā)電機： 2qfqs2002 2qfqs30023. 電力系統(tǒng)結線圖：根據系統(tǒng)計算資料表明，在系統(tǒng)樞紐變電所出口裝設sw2220型斷路器。與電力系統(tǒng)聯(lián)結的線路數如圖。三設計內容 1電氣主接線的設計 電氣主接線是構成電力系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)，關系到系統(tǒng)的供電的可靠性、運行調度的靈活性和經濟性。為了保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行，必須提高大機組超高壓電氣主接線的可靠性。 2.短路電流計算及設備的選擇 短路電流計算是電器設計重的主要環(huán)節(jié)能，本設計中短路電流的計算方法采用標么值折算法，在網絡的等值變換與化簡利用分布

8、系數法化簡。 電氣設備的選擇是國家有關技術經濟政策，做到技術先進、經濟合理、安全可靠、運行方便和適當的留有發(fā)展余地的前提下的正常運行情況選擇，按短路條件驗算其動熱穩(wěn)定，并按環(huán)境條件校驗電器的條件。 3繼電保護的設計與配置 電力系統(tǒng)繼電保護的設計與配置是否合理直接影響到電力系統(tǒng)的安全運行，設計在選擇保護方式時，希望能全面滿足可靠性、選擇性、靈敏性和速動性的要求:設計各種電器設備的保護時，對下列各項作了綜合考慮: (1)電力系統(tǒng)的結構特點和運行特性; (2)故障出現(xiàn)了概率及可能造成的后果; (3)電力系統(tǒng)的近期發(fā)展情況; (4)經濟上的合理性; (5)國內外的成熟經驗。 所選用的保護方式要滿足電力

9、系統(tǒng)結構和發(fā)電廠主接線的要求。并宜考慮電力系統(tǒng)和發(fā)電廠運行方式的靈活性。第一部分.電氣主接線設計11原始資料分析一本廠概述： 本廠有2臺200mw、2臺300mw機組，總容量為1000mw。廠址位于一大型礦區(qū)，是一大型坑口電廠。二本廠與系統(tǒng)連接情況： 本系統(tǒng)中，本廠通過雙回線和一個容量為5586mw的系統(tǒng)相聯(lián)。本廠除廠用電和礦區(qū)及其附屬企業(yè)用電外，全部以2回雙回線、2回單回線（均為220kv線路送到系統(tǒng)）。本廠與系統(tǒng)聯(lián)系緊密，如果本電廠發(fā)生嚴重事故，將影響地區(qū)電廠的安全運行，甚至引起系統(tǒng)崩潰。因此，對該廠的可靠性要求較高，繼電保護要靈敏、可靠。三、本廠的環(huán)境情況：本廠建在一大型礦區(qū)，煤炭資料豐

10、富，有利于以后的擴建。附近有河流經過，水源豐富，足夠本廠用水。由于有國家鐵路經過礦區(qū)，這就使得本廠不受運輸條件限制而可以采用大型三相變壓器。本廠的地形、地質條件較好，地震烈度為六級。規(guī)程中規(guī)定：地震基本烈度為7度及以下地區(qū)的電廠，可不采取防震措施。最大風速為25m/s,一般高壓電器可在風速不大于35m/s的環(huán)境下使用，因此可以不必增加出線間隔。在屋外配電裝置的布置中不宜降低電氣設備的高度，因此本廠可以不考慮，也不必加強基礎固定。土壤電阻率500.m（300.m），可采用以水平接地體為主的帶棒接地裝置。年平均氣溫+4最高溫度+35，最低溫度-35。根據規(guī)程規(guī)定，氣溫在-3040之間彩普通高壓電器

11、。在高寒地區(qū)，應選擇能適應環(huán)境最低溫度為-40的高寒電器。一般隔離開關的厚度為10mm，而本廠覆冰厚度為15mm，因此所選隔離開關破冰厚度應大于15mm。12主接線方案的確定一、設計主接線的基本要求：在設計主接線時，應使其滿足供電可靠，運行靈活和經濟等項的基本要求。1、可靠性供電可靠性是電力生產和分配的首要條件，電氣主接線必須滿足這個要求，在研究主接線時，應全面考慮以下幾個問題：（1）可靠性的客觀衡量標準是運行實踐經驗及其可靠性的定性分析。（2）主接線的可靠性。包括一次部分和二次部分運行可靠性的約束。（3）可靠性很大程度上取決于設備的可靠程度衡量主接線可靠性的標志是：（1）斷路器檢修時，能否影

12、響供電。（2）線路、斷路器或母線故障時，以及母線檢修時，停運回路的多少和停電時間的長短，以及能否保證對重要用戶的供電。（3）避免發(fā)電廠、變電所全部停運的可能性。（4）對于大機組超高壓情況下的電氣主接線，應滿足可靠性的特殊要求。2、靈活性主接線的靈活性要求：（1）高度靈活，操作簡便。（2）檢修安全。（3）擴建方便。3、經濟性在滿足技術要求的前提下，做到經濟合理：（1）投資省。（2）占地面積小。（3）電能損耗少。二、主接線方案的選擇方案進行比較: 一方案的可靠性由于22okv電壓高，輸電線路長，須對兩種可行的接線方案進行可靠性比較，主要考慮以下幾個方面：1） 斷路器檢修時，不宜影響對系統(tǒng)的供電；2

13、） 斷路器或母線故障以及母線檢修時，盡量減少停運的回路數和停運運，并要保證對一級負荷及全部重要負荷的供電；3） 盡量避免發(fā)電廠、變電所全部停運的可能性；220kv線路5條且線路較長，輸送功率大，停電影響大并且斷路器檢修停電時間長，因此，一般只考慮裝設雙母線以上接線方式：3/2斷路器接線在檢修和故障重合的情況下，停運回路不超過兩回，具有高度的可靠性。雙母四分段任何一進出斷路器故障或一段母線故障，停運范圍為整個母線的1/4，一段母線故障、分段或母聯(lián)拒動的雙重故障，停運兩段母線，不過這種故障概率極低。根據以上要求選用雙母線、雙母線帶旁路和一臺半斷路器接線都能滿足要求，重要是進行操作靈活性和經濟性比較

14、；二方案的經濟性比較 1)最小費用法; a，計算綜合投資 b計算年運行費用 2)靜態(tài)比較法雙母線帶旁路主接線的優(yōu)點:優(yōu)點: 1可以輪流檢修母線而不致供電申斷; 2檢修任一回路的母線隔離開關時，只停該回路 3母線故障后，能迅速恢復供電; 4調度靈活，各個電源和回路的負荷可以任意分配到某一組母線上，因 而可以靈活在適應系統(tǒng)中各種運行方式調度和潮流變化的需要; 5檢修任一回路的母線隔離開關時，無需中斷其余回路的供電; 6擴建方便; 7便于實驗;缺點: 1母線故障而母聯(lián)dl拒動時，導致母線回路供電; 2旁路斷路器的繼電保護為適應各進線的要求，其整定較復雜。具備下列條件時，可不裝設旁路母線; 1采用可靠

15、性高，檢修周期長的sf6斷路器，或采用可以迅速替換的手 車式斷路器; 2系統(tǒng)條件允許線路停電檢修時，(如又母線或負荷點可由系統(tǒng)的其它電 源供電，線路利用小時不高，允許安全斷路器檢修而不影響供電的)。 3接線條件允許斷路器停電進行檢修時，(如每回線接有兩臺斷路器的多 角形接線時)。雙母線四分段的特點: 1)母線分為四分段，可以分段運行。系統(tǒng)構成方式的自由度大，兩個元 件可完全分接到不同母線上，對大容量且需相互聯(lián)系的系統(tǒng)中是十分 有用的; 2)由于這種技術是傳統(tǒng)技術的延伸，因此在繼電保護方式和操作運行方面不會發(fā)行問題; 3)可以較容量地實現(xiàn)分段擴建 4)當一段母線故障時或聯(lián)接在母引上的進出線斷路器

16、故障時。-停電范圍 不超過整個母線的四分之一，當一段母線故障合并分段或母聯(lián)斷路拒 動時，停電范圍不超過整個母線的二分之一。由于本發(fā)電廠在系統(tǒng)中的地位十分重要，因此共可靠性必須有嚴格的保證。母線電壓等級為220kv，故需選擇sf6斷路器，且出線有兩種雙回線，另一條出線又可由系統(tǒng)的另外發(fā)電廠保證;故可以不考慮用雙母線旁路。同時為了限制22okv母線短路電流或系統(tǒng)解列運行的要求，必須用雙母四分段，而且此接線方式在技術上也比較先進。由于一臺半斷路器雖然可靠性高，但造價也高，且保護的二次部分過于復雜，為解決繼電保護校驗問題，保護必須雙重化，且一次設備的投資超過及母線四分段的投資，建設標準提高太多，所以，

17、一般不宜在220kv配電裝置中采用一臺半斷路器接線。靈活性3/2斷路器接線：（1）成多環(huán)狀供電，一個回路由兩臺斷路器供電，高度靈活，可斷開任何斷路器而不影響供電。（2）隔離開關只作為檢修電器，而不作為操作電器，不需要任何操作，消除事故迅速。（3）成對的雙母線不能交叉布置。（4）不利于分段運行，自由度較小，且繼電保護復雜。雙母四分段：（1）不能形成多環(huán)狀供電，調度不如3/2斷路器接線靈活，但系統(tǒng)要求分裂運行時靈活。（2）隔離開關作為操作電器，改變運行方式需要進行倒閘操作，處理事故時需要操作隔離開關，速度緩慢。（3）斷路器檢修時停電。（4）成對的雙母線可能要交叉。（5）有利于分段運行，且繼是民保護

18、容易實現(xiàn)。并且有利于擴建。根據電力工程電氣設計手冊及火力發(fā)電廠設計規(guī)程與本次設計有關的規(guī)程，容量為200mw及以上的發(fā)電機采用單元接線，該主變壓器的容量可按下列條件上較大者選擇：（1）發(fā)電機的額定容量扣除本機組的廠用負荷后，留有10%的裕度；（2）按發(fā)電機的最大連續(xù)輸出容量扣除本機的廠用負荷。1、主變的確定（1）由于本廠不受運輸條件限制，設計規(guī)程規(guī)定在330kv及以下的發(fā)電廠采用三相變壓器。所以采用三相變壓器，（2）規(guī)程規(guī)定，對于200mw及以上的機組，其升壓變壓器一般不采用三繞組變壓器，因此本廠采用雙繞組變壓器。（3）我國110kv及以上電壓，變壓器繞組都采用y0連接。因此，對于200mw機

19、組采用的主變?yōu)閟fp7240000/220，而對于的機組采用sspl360000/220。2、廠用充的確定（1）廠用電源引接當發(fā)電機與主變壓器成單元接線時，高壓廠用工作電源一般由主變的低壓側引接，供給該機組的廠用負荷，因此本廠的四臺機組采用的四臺廠用變都從主變的低壓側引接。（2）廠用變的類型及容量規(guī)程規(guī)定，容量在200mw及以上的發(fā)電機采用單元接線時，其廠用變壓器用分裂繞組變壓器。發(fā)電廠高壓廠用變的容量應按高壓電動機的計算負荷的110%與低壓廠用負荷和選擇，低壓廠用變的容量留有10%左右的裕度。綜上所述，廠用變選擇如下：200mw機組采用25/12.512.5mva300mw機組采用40/20

20、20mva3、高備變的確定（1）當無發(fā)電機電壓母線時，由高壓母線中電源可靠的最低一級電壓母線或聯(lián)絡變壓器的第三（低壓）繞組引接，并扔得保證在全廠停電情況下，能從外部電力系統(tǒng)取得足夠的電源（包括三繞組變壓器的中壓側，從高壓側取得電源）。（2）當有發(fā)電機電壓母線是由該母線引接一個備用電源。（3）當技術經濟合理時，可由外部電網引接。全廠用兩個或以上高壓廠用備用或起動/備用電源時，應引用兩個相對獨立電源。（4）200mw及以上容量的發(fā)電機超過3臺時，每兩臺機組設立1個起動/備用電源。根據規(guī)程有關規(guī)定及經驗，本廠應用臺高備變，分別為：200mw機組采用25/12.512.5mva300mw機組采用40/

21、2020mva備用變繞組為y/1111綜上所述，根據本廠的具體情況，可以首先擬定以下幾個方案：方案一：220kv側采用雙母線方案二：采用3/2斷路器接線方式方案三：采用雙母上分段接線方式對三個方案進行比較：方案一：雙母線接線優(yōu)點：供電可靠；高度靈活；擴建方便，投資??；便于試驗。缺點：當母線發(fā)生故障時，推動兩臺單機，對于本系統(tǒng)而言，單機的容量較大，若系統(tǒng)失去兩臺單機，使系統(tǒng)波動過大，甚至造成系統(tǒng)崩潰、解列，可靠性較低，而本廠要求可靠性很高。當母線故障或檢修時，隔離開關作為倒換操作電器，容易誤操作，為此，需在隔離開關和斷路器之間裝設連鎖裝置。因本廠與系統(tǒng)聯(lián)系緊密，要求可靠性非常高，因此這種接線不易

22、采用?，F(xiàn)對方案二、方案三進行技術經濟比較：可靠性兩種方案均符合可靠性的要求。3/2斷路器接線在檢修和故障重合的情況下，停運回路不超過兩回，具有高度的可靠性。雙母四分段任何一進出斷路器故障或一段母線故障，停運范圍為整個母線的1/4，一段母線故障、分段或母聯(lián)拒動的雙重故障，停運兩段母線，不過這種故障概率極低。靈活性3/2斷路器接線：（1）成多環(huán)狀供電，一個回路由兩臺斷路器供電，高度靈活，可斷開任何斷路器而不影響供電。（2）隔離開關只作為檢修電器，而不作為操作電器，不需要任何操作，消除事故迅速。（3）成對的雙母線不能交叉布置。（4）不利于分段運行，自由度較小，且繼電保護復雜。雙母四分段：（1）不能形

23、成多環(huán)狀供電，調度不如3/2斷路器接線靈活，但系統(tǒng)要求分裂運行時靈活。（2）隔離開關作為操作電器，改變運行方式需要進行倒閘操作，處理事故時需要操作隔離開關，速度緩慢。（3）斷路器檢修時停電。（4）成對的雙母線可能要交叉。（5）有利于分段運行，且繼是民保護容易實現(xiàn)。并且有利于擴建。經濟性（1）主設備投資：8回線時，兩種接線相關不多，9回線及以上時，雙母四分段較經濟。（2）占在面積：3/2接線占地面積較少，但應用于發(fā)電廠時，受到發(fā)電機引出位置的影響而擴大了面積。繼電保護及二次回路的復雜性：3/2斷路器接線：（1）由于每個回路連接著兩臺斷路器，一臺中間斷路器連接著兩個回路，保護接于兩組電流互感器的合

24、電流，因而，其電流互感器的二次回路保護裝置和跳閘出口回路等比較復雜。（2）應用于發(fā)電廠時，發(fā)電機變壓器組與線睡共用的中間斷路器，只能在單元控制室控制，并在網絡控制室設相應的斷路器信號，比較復雜。雙母四分段接線：（1）分段的母聯(lián)保護復雜，需要故障母線選擇元件，而當將回路從一段母線切換到另一母線時，電流互感器二次回路需要切換，母線隔離開關的閉鎖回路保護，二次回路較復雜。（2）應用于發(fā)電廠時，發(fā)電機變壓器組利用雙母四分段接線，只需在控制室內進行控制，與線路控制無關，比較簡單。綜上所述，聯(lián)系本人的具體情況特選定方案三為主接線方案，即雙母線四分段接線，理由如下：（1） 雙母線在我國有和期的支行經驗，在操

25、作方面沒問題。（2）繼電保護容易配置，且接線簡單。（3）擬采用sf6斷路器（大修期為1020年），質量好，大大提高了供電可靠性，對斷路器可不予考慮。（4）采用斷路器可不設旁路母線，降低造價，縮小占地面積。（5）母線可分列運行，簡化了操作，且運行靈活。（6）進出線10回，投資較經濟。第二部分 短路電流計算 1短路計算的目的在發(fā)電廠和變電所的電氣設計中，短路電流計算是其中一個重要環(huán)節(jié)，計算的目的主要如下: 1)在選擇電氣主接線時，為了比較各種接線的方案，或確定某一接線是否需采用限制短路電流的措施等，均需進行必要的短路電流計算。 2) 在選擇電氣設備時，為了保證設備在正常運行和故障清況下都能安全、可

26、靠地運行，同時又力求節(jié)約資金，這就需要進行全面的短路電流計算。 3)在設計屋外高壓配電裝置時需按短路條件校驗軟導線的相間和相對地的安全距離。 4)在選擇繼電保護方式和進行整定計算時需以各種短路時的短路電流為依據。 1.2短路電流計算時一般規(guī)定 1)計算的基本情況: 1.電力系統(tǒng)申所有電源均在額定負荷下運行。 2.所有同步電機都具有自動調整勵磁裝置。 3.短路發(fā)生在短路電流為最大的瞬間。 4.所有電源的電動勢相位角相同。 5.應考慮對短路電流值有影響的所有元件，但不考慮短路點電弧電阻對異頻電動機的作用。僅在確定短路電流沖擊值和最大全電流有效值時才予以考慮。 2)接線方式 計算短路電流時所有的接線

27、方式，應是可能發(fā)生最大短路電流的正常接線方式 (最大運行方式)。 3)計算容量應按本工程設計規(guī)劃容量計算。 4)短路種類: 按三相短路計算 5)短路計算點：在正常接線方式時，通過電氣設備的短路電流為最大的地點。稱為短路計算點，對于帶電抗器的6-10kv出線與廠用分支回路，在選擇母線至母線隔離開關之間的引線套管時，短路計算點該取在電抗器前，選擇其余的導體和電器時，短路計算點應取在電抗器后。 2計算步驟 1) 選擇計算短路點 2) 畫等值網絡圖 3) 化簡等值網絡圖 4) 求計算電抗xjs， 5) 由運行曲線進出各電源供給的短路電流同期分量標么值 6) 計算無限大的電源供給的短路電流同期分量 7)

28、 有功功率電源的短路電流計算 8) 計算短路電流同期分量有名值和短路容量 9) 計算短路電流沖擊值 10) 計算異步電動機供給的短路電流 11) 繪制短路電流計算結果表23三相短路電流周期分量的計算1、求xjs xjs是將各電源與短路點之間的轉移電抗xmd歸算到以各供電電源（等值發(fā)電機）容量為基值的電抗標么值，可以用下式歸算：式中：snm為第m個電源等值發(fā)電機的額定容量（mva） xmd為第m個電源與短路點之間的轉移電抗（標么值）xjsm為第m個電源至短路點的計算電抗2、有限功率電源的短路電源計算通常使用算曲線性。運算曲線是一組短路電源周期分量iz.t*=f(xjst),所以根據各電源的計算電

29、抗xjs查相應的運算曲線，可分別查對應于任一時間t的短路電源周期分量標么值iz.t*并由下式求出各有名值 ka式中：為短路后第m個電源第t秒種短路電流周期分量有名值smn為第m個電源等值發(fā)電機額定容量（mva）3、無限大容量電源的短路電流計算當供電電源為無窮大或計算電抗（以供電電源為基準）xjs3時，可以認為其短路電流周期分量不衰減。短路電流標么值由下式計算：其有名值為（ka）24阻抗圖短路電流阻抗圖如下所示，計算d1-d5點三相短路的結果如表2-1所示。第三部分 電氣設備選擇電氣的選擇設計，必須招待國家的有關技術經濟政策，并應做到技術先進，經濟合理，安全可靠，運行方便和適當的留有發(fā)展的余地，

30、以滿足電力系統(tǒng)安全經濟運行的需要。3.1斷路器斷路器型式的選擇，除滿足各項技術條件和環(huán)境條件外，還應考慮便于安裝調試和運行維護，并經技術比較后地能確定。根據我國生產制造情況，電壓6-22kv的電網一般選用少油斷路器；電壓110-330kv的電網，當少油斷路器技術條件不能滿足要求時，可選用六氟化硫或空氣斷路器。斷路器具體技術條件簡述如下；1、電壓：ug（電網工作電壓）un2、電流：igmaxin3、開斷電流（或開斷容量）：（或 ）式中：idt斷路器實際開斷t秒時間的短路電流周期分量sdt斷路器t秒的開斷容量ikd斷路器的額定開斷電流skd斷路器的額定開斷容量4、動穩(wěn)定：icnimax式中：icn

31、斷路器極限通過電流峰值、imax三相短路電流沖擊值5、熱穩(wěn)定：2tit2t式中：i￥穩(wěn)態(tài)三相短路電流tdz短路電流發(fā)熱等值時間tt斷路器t稱熱穩(wěn)定電流32隔離開關隔離開關型式的選擇，應根據配電裝置的布置特點和使用要求等因素，進行綜合的技術經濟比較然后確定。其選擇的技術條件于斷路器選擇的技術條件與1.2.5相同。選擇結果見表3.1電壓等級斷路器隔離開關220kvlw-220gw6-220gd63kvsn3-10gn10-10t3.3電流互感器電流互感器的選擇在型式上：6-20kv屋內配電裝置，可采用瓷絕緣結構或樹脂澆注絕緣結構的電流互感器。對于35kv及以上配電裝置，一般采用油浸箱式絕緣結構的獨

32、立式電流互感器，有條件時盡量采用套管式電流互感器。有關電流互感器的選擇可參考計算書。34電壓互感器：電壓互感器在型式上應根據使用條件選擇：（1）620kv屋內配電裝置，一般采用油浸絕緣結構，也可采用樹脂澆注絕緣結構的電壓互感器。（2）35110kv配電裝置一般采用油浸式絕緣結構電磁式電壓互感器。（3）220kv及以上配電裝置，當容量和準確度等級滿足要求時，一般采用電容式電壓互感器。在需要檢查和監(jiān)視一次回路單相接地時，應選用三相五柱式電壓互感器或具有第三繞組的單相電壓互感器。有關電壓互感器的變比可參考計算書整定部分。第四部分 主繼電設備繼電保護41主設備保護設計原則一、設計原則及范圍在主設備的保

33、護設計中，應要求保護在配置、原理接線和設備選型等方面，根據主設備的運行工程及結構特點，達到可靠、靈敏、快速和選擇性的要求。本部分包括發(fā)電機、變壓器、發(fā)電機變壓器組、廠用電源設備的保護裝置的設計。二、設備選型目前廣泛應用的繼電保護裝置有電磁型、整流型、晶體管型三種。電磁型保護繼電器在中小容量機組和廠用電源設備及電動機等保護中廣泛采用。整流型和晶體管型保護裝置在靈敏系數、快速性、選擇性等方面都較優(yōu)越，并且具有體積小、功率消耗小、防震性能較好等優(yōu)點，故目前用新原理判據制造的大機組保護裝置，多采用整流型和晶體管型。針對本設計的機組容量較大，所以采用整流型的繼電保護裝置。42發(fā)電機變壓器組保護設計原則及

34、范圍，隨意電力系統(tǒng)的增大，大容量的發(fā)電綱組不斷增多，在電力設備上裝設完善的繼電保護裝置，不僅對電力系統(tǒng)的可靠運行有重大意義，而且對重要而昂貴的設備減少在各種短路和異常運行時造成的損壞，在經濟效益上也有顯著的效果，原理接線和設備選擇等萬面根據主設備的運行工況及結構特點，達到可靠、靈敏、快速且有選擇性的要求。 本設計主要包括發(fā)電機變壓器、發(fā)電機變壓器組、廠電源設備和母線等保護裝置的設計。421大型發(fā)電機組對繼電保護的要求定子繞組和轉子繞組的過負荷保護、轉子表層的過負荷保護都不能再沿用以往的定時取繼電器，而是應采用反時取選擇性的過負荷保護。大型機組需要性能完善的失磁保護，要求發(fā)電機單相接地保護和負序

35、保護有良好的性能，宜裝設靈敏的匝間短路保護。由于單機容量增大，發(fā)電機保護的拒動或誤動都將造成十分嚴重的損失，因此對大型機組的繼電保護的可靠性、靈敏性、選擇性和快速性有更高的要求。422大型發(fā)電機變壓器組單元接線繼電保護裝置一、一般配置要求在設計大機組繼電保護的總體配置時，應該比較強調最大限度地保證機組安全，強調最大限度的縮小故障破壞范圍，強調避免不必要的突然停機，強調某些異常工況的自動處理。大型機組保護裝置可分為短路保護和異常運行兩類。二、繼電保護的配置發(fā)電機雙繞組變壓器組，當高壓側電壓為220kv及以下或主變差動保護用電流互感器有困難或主變壓器低壓側及廠用變壓器高壓側時，可采用復合電流速斷保

36、護。1、200-300mw發(fā)電機雙繞組變壓器的保護配置（1）短路保護1） 升壓變壓器瓦斯保護2） 高壓廠用變壓器瓦斯保護3） 發(fā)電機差動保護4） 發(fā)電機變壓器組差動保護5） 高壓廠用變壓器差動保護6） 升壓變壓器差動保護7） 阻抗保護8） 發(fā)電機匝間保護9） 升壓變壓器高壓側零序保護10）高壓廠用變壓器過電流保護（2） 發(fā)電機接地保護1） 定子一點接地保護2） 勵磁回路一點接地保護3） 勵磁回路兩點接地保護（3） 異常運行保護1） 對稱過負荷保護2） 不對稱過負荷保護3） 勵磁回路過負荷保護4） 失磁保護5） 過電壓保護6） 逆功率保護7） 過激磁保護8） 非全相運行保護9） 斷路器失靈保護1

37、0）電流回路斷線保護11）電壓回路斷線保護12）升壓變壓器溫度保護13）升壓變壓器冷卻系統(tǒng)故障保護14）升壓變壓器油面降低保護15）高壓廠用變壓器溫度保護16）高壓廠用變冷卻系統(tǒng)故障保護17）高壓廠用變油面降低保護18）發(fā)電機斷水保護2、保護出口方式為了減少機組全停的資料，縮短恢復正常供電的時間，各保護裝置動作后，要按所控制的對象、保護的性質和選擇性要求，保護出口一般有以下幾種：（1）全停：斷路器斷開出口、滅磁、斷開高壓廠用電源斷路器、關閉主汽門、鍋爐甩負荷。（2）解列滅磁：斷開出口斷路器、滅磁、斷開高壓廠用電源斷路器、汽機甩負荷、鍋爐甩負荷。（3）解列：雙繞組變壓器只斷開出口斷路器，三繞組變

38、壓器高、中壓側的保護只斷開本側斷路器。（4）母線解列：對雙母線系統(tǒng)，斷開母線聯(lián)絡斷路器。（5）減出力：減少汽機的輸出功率。（6）信號：發(fā)出音響和光信號。423保護及其接線一、發(fā)電機縱聯(lián)差動保護采用新型比率制動特性的整流型差動繼電器對100mw及以上容量發(fā)電機推薦采用微機型差動保護.所謂比率制動特性就是繼電器的動作電流,隨外部短路電流的增大而自動增大,而且動作電流的增大比不平衡電流的增大還要快,這樣就可以避免由于外部短路電流增大而造成電流互感器飽和引起不平衡電流的增大,也就是說可以避免繼電器的誤動實現(xiàn)這種動作特性的縱聯(lián)差動繼電器以差動電流作為動作電流，引入外部短路電流作為制動電流。在上圖的制動特

39、性中，izd是制動電流，icd是差動電流，圖中畫出了不平衡電流ibp隨外部短路電流增長的情況，當制動電流注入繼電器制動線圈時，就能使斷電器的動作電流隨外部短路電流增減而自動增減。 n表示電流互感器的變比，帶比率制動特性的整流型差動繼電器的動作整定電流一般?。?.1-0.3）倍發(fā)電機額定電流。二、主變壓器的縱聯(lián)差動保護變壓器縱聯(lián)差動保護在變壓器正常運行和外部故障時，理想情況下，流入差動繼電器的電流等于零，但實際上由于變壓器勵磁電流，接線方式和lh等誤差的因素的影響，繼電器中不平衡電流通過，由于這些特殊因素的影響，變壓器差動保護的不平衡電流遠比發(fā)電機差動保護的大。因此，變壓器差動保護需要解決的主要

40、問題之一是采取各種措施避越不平衡電流的影響。在滿足選擇性的條件下，還要保證在內部故障時不足夠的靈敏系數和速動性。經比較避虎勵磁涌流的幾種不同萬式，選用二次諧波帶比率制動特性的變壓器差動保護。 由于變壓器勵磁涌流中含有很大的二次諧波分量，而在變壓器內部故障時，二次諧波比例很小，因此利用二次諧波原理為判據的差動繼電器具有防止涌流的功能。為了避越正常運行和外部故障時穿越短路電流的影響，該繼電器還有比率制動回路。 為了防止變壓器內部故障時，由于短路電流過大而在lh或電流互感器飽和時差動繼電器可能出現(xiàn)拒動，在繼電器中裝了差動速斷元件，其動作電流為額定電流的8-15倍。 二次諧波制動的整流型差動繼電器，在

41、繼電器沒有設置平衡線圈或平衡抽頭時，由各側lh變比不一致造成的二次平衡電流是通過專用的自耦變流器補償的。采用二次諧波制動差動保護整定計算1、選擇自耦變流器變比及抽頭按平均電壓及變壓器最大容量計算各側額定電流，求得自耦變流器變比及相對誤差：變壓器容量（mva）360額定電壓ue(kv)22018一次額定電流ie1(a)電流互感器變比1200/512000/5電流互感器接線方式dy二次額定電流ie2(a)自耦變流器變化651/4.81=1.35自耦變流器的變比為1.35，已知次級額定電流為5a，所對應的自耦變流器抽頭位置1.355=6.75，根據fy1參數，選初級抽頭為19，次級抽頭為14。2、最

42、小動作電流繼電器的最小動作電流最大負荷時差動回路的最大不平衡電流，一般由實測決定，通常?。?.2-0.4）ie3、制動系數選擇比率制動型繼電器的制動性曲線如圖制動系數分三檔，即0.4、 0.5 、0.6，繼電器的三條特性曲線的切線斜率都大于所計算的制動系數0.1，因此選用其中任何一條曲型都能滿足要求。4、制動線圈的和差變流器的兩個半制動繞組分別接于兩側。本廠主變壓器采用二次諧波制動的變壓器差動保護，上圖所示即為原理線圖，主要包括以下四個部分：（1）比率制動回路：由dkb1、bz1、c1和r1組成；（2）二次諧波制動回路：由dkb2、c2、bz2、c3和r3組成；（3）差動回路由dkb3、bz3

43、、r3組成；（4）執(zhí)行回路：可利用晶體管或集成電路等器件構成，用來反映動作電壓ucd與制動電壓uz（=uz1+uz2）的比較結果。當uzucd時斷電器不動作；當uzucd，保護不動作。雙側電源的變壓器內部故障時，總有一側電流要改變方向，即dkb1原邊電流i1和i2方向相反，uz1很小。此時dkb2原邊電流等于（i1+i2），其數值較正常運行時數值顯著增大；但因短路電流中的二次諧波分量較小故uz2并不大。dkb3原邊電流與dkb2的相同cd較大，此時uzuzuz1，從而，因此差動回路基波動作電壓u保證保護可靠動作。該情況是保護動作條件最不利的情況。三、發(fā)電機變壓器組差動保護總差動的一端接廠用變壓

44、器高壓側電流互感器，此時要求該電流互感器變比和發(fā)電機出口的電流互感器變比相同，故投資較大，但接線簡單，二次電流的電纜較短。四、阻抗保護構成及接線阻抗保護接在高壓側對高壓母線故障靈敏系數的靈敏度最高，對線路保護的后備作用也較好，但作發(fā)電機和變壓器的后備作用較差。對發(fā)電機變壓器組比母線接地，雙母線的母線差動保護接地較復雜，故如果發(fā)電機變壓器組的主保護均為雙重化時，阻抗保護主要作為母線保護的后備，本廠選擇裝在高壓側，如圖所示。五、發(fā)電機匝間短路對中性點只有三個引出端子的發(fā)電機，對于大容量發(fā)電機的匝間保護，一般采用轉子二次諧波電流式或零序電壓式保護裝置，保護瞬時動作于全停。本次設計采用零序電壓式匝間保

45、護，下面是其原理及其接線。把發(fā)電機中性點與發(fā)電機出口端電壓互感器的中性點用電纜連接起來，該電壓互感器的一次側中性點不接地，這樣，當定子繞組發(fā)生匝間短路時，就有零序電壓加到電壓互感器的一側，于是，在其二次側開口三角形出口有零序電壓輸出，使繼電器yj動作。六、發(fā)電機定子接地保護對于100mw及以上的發(fā)電機,應裝設保護區(qū)為100%的定子接地保護,保護裝置帶時限動作于信號,根據系統(tǒng)情況和發(fā)電機絕緣情況,必要進也可作用于切機.為檢查發(fā)電機定子繞組和發(fā)電機電壓回路的絕緣情況,應在發(fā)電機機端裝設測量零電壓的表.發(fā)電機定子接地保護方式與發(fā)電機中性點接地方式有關,而發(fā)電機的電壓表.而發(fā)電機中性點接地又與定子單相

46、接地電流有關,本題采用中性點經配電變壓器接,又稱高阻抗接地,故基波零序電壓取自配電變壓器的二次側,基波零序電壓接地保護原理圖如圖.對于接在機端tv開口三角形的保護,其二次側輸出有不平衡電壓,沒變壓器高壓側發(fā)生接地故障時,高壓系統(tǒng)中的零序電壓還會傳送到發(fā)電機電壓側,因此發(fā)電機定子繞組保護裝置的動作電壓應避開上述不平衡電壓，所以保護區(qū)僅為70-85%。2二次諧波定子接地保護它是利用正常運行時發(fā)電機中性點三次諧波電壓ut比機端三次諧波電壓us大，而靠近中性點附近定子接地時則正好相反的原理構成保護裝置，與基波零序電壓配合可以構成100%定子接地保護。七、發(fā)電機勵磁回路接地保護1、勵磁回路一點接地保護大

47、機組上采用的一點接地保護（勵磁）有電橋式、迭加直流電壓式及迭加交流電壓式等不同原理構成的保護，本次設計采用測量轉子繞組對地導納的勵磁回路一點接地保護，其原理線路圖為：圖中1zlh和2zlh為變流器，與整流器d1和d2組成兩個電氣量，絕對值的電壓形成回路。電阻rm和rn、1zlh的一次繞組w2和2zlh的w3、w4所構成的整定回路上。通過整定回路的電流用im和in表示。保護裝置的動作條件為：，也可等到用導納表示的動作條件：。1、 勵磁回路兩點接地保護本次設計采用2次諧波電壓原理的勵磁回路兩點接地保護繼電器。這個保護的判據是利用轉子繞組發(fā)生兩點接地故障或匝間短路時，轉子磁勢對稱受到破壞，氣隙磁密波

48、形中出現(xiàn)偶次諧波，感應到定子電壓中也就相應出現(xiàn)了2次諧波分量而構成的。其原理框圖為：八、發(fā)電機過負荷保護：1、定子繞組對稱過負荷保護對于大容量機組需裝設定子繞組對稱過負荷保護，發(fā)電機允許過負荷的時間與過負荷大小有關，通常程限特性，大型發(fā)電機對稱過負荷保護，一般由定時限和反時限兩部分組成。定時限過負荷作用于信號，同時由于這部分的動作電流小，用它作為反時限定子過負荷保護的閉鎖元件，當保護裝置中個別元件損壞，引起反時限延時回路誤動作時，只要定時限起動回路不同時誤動作，就可避免反時限部分的誤跳閘。反時限過負荷保護按制造廠提供的反時限要求作用于跳閘。定子繞組過負荷保護繼電器的原理框圖為：2、非對稱性過負

49、荷保護發(fā)電機的轉子承受負序電流能力的判據為i2*小于等于t式中i2*-以額定電流為基準的負序電流標么值。t-發(fā)電機允許過熱的時間常數由于不對稱過負荷，非全相運行以及外部不對稱短路引起的負序電流，應裝設發(fā)電機轉子表層過負荷保護。本系統(tǒng)中200mw發(fā)電機小于10a，應裝設由定子時限和反時限兩部分組成的非對稱過負荷保護，定時部分動作電流按躲過發(fā)電機長期允許的負序電流值和按躲過最大負荷時負序電流濾過器不平衡電流值整定，帶時動作于信號。反時限部分特性按發(fā)電機隨負序電壓能力確定，動作于解列，保護裝置應能反應電流變化時，轉子的熱積累過程，且不考慮在靈敏和時限方面與其他相間短路保護相配合。3、勵磁回路過負荷保

50、護勵磁繞組的過負荷保護由定時限和反時限兩部分組成，定時限部分的動作電流按最大勵磁電流下能夠可靠返回的條件整定，帯時限動作于信號和動作于降低勵磁電流；反時限部分的動作特性按發(fā)電機勵磁繞組的過負荷能力確定，反時限部分動作于解列和滅磁。保護裝置應能反應電流變化時勵磁繞組的熱積累過程。九、低勵失磁保護十、逆功率保護對200mw及以上的汽輪發(fā)電機宜裝設逆功率保護。逆功率保護由靈敏的功率繼電器構成，帶時限動作于信號，經長時限動作于解列。本設計采用整流型逆功率保護裝置。十一、發(fā)電機的過電壓保護對于200mw及以上的汽輪發(fā)電機，宜裝設過電壓保護，其整定值根據定子繞組的絕緣狀況決定，在一般情況下動作電壓可取為1.3倍額定電壓，動作時限可取0.5。由于過電壓是三相對稱出現(xiàn)的，故過電壓保護可有接在電機機端互感器上的一個過電壓繼電器和時間繼電器組成。保護動作后，經延時動作于解列滅磁。十二、非全相運行保護非全相運行保護一般由靈敏度較高的負序電流元件和非全相判別回路組成，對于大型發(fā)電機變壓器組，當220kv及以上電壓側為分項操作的斷路器時，要求裝設非全相運行保護。十三、發(fā)電機失磁保護對于大型汽輪發(fā)電機，需要裝設失步保護，用以及時檢測出失步故障，迅速采取措施，以保障機組和電力系統(tǒng)的安全運行。可采用雙透鏡動作