大型發(fā)電廠繼電保護畢業(yè)設計

1、摘 要隨著電力工業(yè)的迅速發(fā)展，我國發(fā)電機、變壓器單機容量不斷增大，電力系統正朝著“大機組、超高壓、大電網”的方向發(fā)展?，F今我國大容量發(fā)電廠不斷增多，它們在電力系統中地位更顯重要。為保證整個電力系統的安全經濟運行，我們應對電廠配置可靠性、靈敏性、選擇性和速動性都很好的保護裝置。為實現配置方案的優(yōu)化，還應充分考慮到大型發(fā)電廠的特點。本設計主要對大型發(fā)電廠的繼電保護配置方案進行了研究。首先，對大容量機組的特點及其保護配置的基本原則進行了闡述。接著，敘述了大型發(fā)電廠中母線保護的配置原則，并提出了提高母線保護性能的一些措施。由于當前電廠廠用電系統繼電保護的整定計算無規(guī)程、導則可用，本設計結合以往的一些工

2、程實踐和電廠廠用電設計規(guī)定，對廠用電系統保護的配置和整定原則進行了整理，并著重研究了低壓廠用電系統保護的有關配合問題。最后，本設計根據廠用電系統的保護配置原則，針對一個實際廠用電系統進行了保護配置方案的設計，包括高廠變、6kV工作段母線、低壓廠用變壓器以及PC母線所接開關。關鍵詞 繼電保護 發(fā)電機變壓器組 母線 廠用電系統 AbstractAlong with the quick development of electric power industry, the single machine capacity of the generator, transformer in our cou

3、ntry continuously enlarges and the electric power system is developing toward the direction of "large generating set, extra high voltage, large power grid ". The big capacity power plant in our country continuously increases at present, they are playing a more important role in the electri

4、c power system. To ensure the whole electric power system operating safely and economically, we should collocate the power plant the protection devices which with more good credibility, intelligent, selectivity and speed. To make the scheme achieve optimization, we should also well in consideration

5、of the characteristics of large power plant.This design mainly researches on the protection scheme in large power plant. First, the article elaborates the characteristics of the large capacity generating set and the basic principle of its protection allocation. Then it describes the principle of the

6、 bus bar protection allocation in large power plant, and introduces some measures to raise the property of the bus bar protection. Because the protection of station service system at present has no regulations and leads to use, thirdly, this text combines a little bit former engineering fulfillment

7、and the design provisions of station service system, summarizing the principles of protection allocation and setting in station service system, and emphatically discussing the points which are relevant to the protection matching in low- voltage station service system. In the end, according to the pr

8、inciple of the station service system protection allocation, this paper designs a protection scheme to a real station service system.Keywords relay protection generator transformer unit bus bar station service system protection目 錄摘 要IABSTRACTII前 言1第一章 大型機組、母線的繼電保護配置31.1 大型發(fā)電機、變壓器的保護配置概述31.1.1 大型發(fā)電機組

9、的特點及對繼電保護的要求31.1.2 大型發(fā)電機的故障、異常運行方式及其保護方式41.1.3 大型變壓器的故障、異常運行方式及其保護方式51.2 大型發(fā)電機-變壓器組的特點及其繼電保護配置71.2.1 大型發(fā)電機-變壓器組的特點71.2.2 大型發(fā)電機-變壓器組繼電保護的特點91.2.3 大型發(fā)電機-變壓器組的繼電保護配置原則111.2.4 大型發(fā)電機-變壓器組繼電保護總體配置情況121.3 母線保護的配置131.3.1 母線保護的一般配置原則141.3.2 高壓主接線的母線保護配置14第二章 廠用電系統保護的配置原則222.1 廠用電系統概述222.2 廠用電系統保護的配置原則222.2.1

10、 高壓廠用工作、備用（起動）變壓器的保護配置222.2.2 低壓廠用工作和備用變壓器的保護配置242.2.3 廠用工作及備用電抗器的保護配置252.2.4 310kV高壓廠用電動機保護的配置262.2.5 380kV低壓廠用電動機的保護配置272.2.6 備用電源自動投入裝置28第三章 廠用電系統保護的整定配合323.1 廠用電系統保護的整定計算原則323.1.1 縱聯差動保護323.1.2 電流速斷保護343.1.3 過電流保護343.1.4 單相接地零序電流保護363.2 低壓廠用電系統保護的配合問題383.2.1 概述383.2.2 保護的配合393.2.3 選擇性校驗423.2.4 配

11、合的要求43第四章 實際廠用電系統保護配置設計454.1 廠用電系統接線的特征描述454.2 廠用電系統保護設計474.2.1 3號高廠變474.2.2 6kV廠用工作母線494.2.3 低壓廠用變壓器504.2.4 400V PC母線所接開關53結 論56致謝58參考文獻59附 錄61附錄266附錄372前 言隨著電力工業(yè)的迅速發(fā)展，我國發(fā)電機、變壓器單機容量不斷增大，600MW的機組已比較普遍，1000MW的機組也在不斷增多。特別是國內大型發(fā)電工程（三峽、二灘、龍灘、秦山二期、嶺澳二期等）均已完成設計并已經或即將投入運行。電力系統正朝著“大機組、超高壓、大電網”的方向發(fā)展。與此同時繼電保護

12、技術亦不斷進步?，F今，國內外繼電保護技術發(fā)展的趨勢為：計算機化，網絡化，智能化，保護、控制、測量、數據通信一體化1。繼電保護裝置，就是指能反應電力系統中電氣元件發(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)出信號的一種自動裝置2。其廣泛應用于電力系統、農網和小型發(fā)電系統，是電網及電氣設備安全可靠運行的保證。但實踐也表明，發(fā)電機、變壓器保護在運行中的正確動作率長期偏低，而大型發(fā)電機、變壓器與中小型相比，又有了自身的新特點。如何對大型發(fā)電廠進行繼電保護配置，關系著這些大型發(fā)電廠的安全、可靠、靈活、經濟的運行，也關系著大電力系統的安全經濟運行，乃至國民經濟生活的發(fā)展。繼電保護裝置的基本任務是：1）

13、 自動、迅速、有選擇性地將故障元件從電力系統中切除，使故障元件免于繼續(xù)遭到破壞，保證其他無故障部分迅速恢復正常運行。2） 反應電氣元件的異常運行狀態(tài)，并根據運行維護的條件（如有無經常值班人員）而動作于信號，以便值班員及時處理，或由裝置自動進行調整，或將那些繼續(xù)運行就會引起損壞或發(fā)展成為事故的電氣設備予以切除3。為了完成它的任務，必須在技術上滿足選擇性、速動性、靈敏性和可靠性四個基本要求。在對大型發(fā)電廠進行繼電保護配置時，應盡量滿足和協調好這四個基本要求。本設計主要研究了發(fā)電機、變壓器、發(fā)-變組、母線及廠用電系統的保護配置問題。大型發(fā)電廠與中小型發(fā)電廠相比具有新的特點。其單機容量一般比較大，對繼

14、電保護的要求更高。首先介紹了發(fā)電機、變壓器以及發(fā)變組的特點，并對它們的保護配置方式及特點進行了闡述。母線作為發(fā)電廠的重要元件之一，其保護的配置方式也非常關鍵。本設計闡述了雙母線、一臺半斷路器主接線、610kV母線的保護配置方式，并提出了斷路器失靈保護和提高母線保護可靠性的措施。針對目前發(fā)電廠廠用系統繼電保護的整定計算則無規(guī)程、導則可用，本設計對廠用電系統的保護的配置原則和整定計算原則進行整理，并對低壓廠用電系統保護間的配合進行了研究。最后對一個實際的廠用電系統進行了大體的保護配置方案的設計。第一章 大型機組、母線的繼電保護配置據中國電力企業(yè)聯合會公布的2005年全國電力工業(yè)發(fā)電統計年報顯示，截

15、至2005年底，全國已擁有百萬千瓦級以上發(fā)電廠129座。這些大型發(fā)電廠中的單機容量都比較大。對于這種大型發(fā)電廠，要根據發(fā)電機和變壓器結構的特點，配置合適的保護。 大容量機組往往按發(fā)電機-變壓器組單元接線與高壓或超高壓電網直接相連，在電力系統中占有十分重要的地位。而且發(fā)電機-變壓器組的很多配置原則和單獨的發(fā)電機、變壓器配置原則相同。因此本章對單獨的發(fā)電機和變壓器的保護配置原則不再進行具體的敘述，而重點對大型發(fā)電機-變壓器組的保護配置進行討論。1.1 大型發(fā)電機、變壓器的保護配置概述 大型發(fā)電機組的特點及對繼電保護的要求隨著電力工業(yè)的飛躍發(fā)展，大機組的陸續(xù)投運。發(fā)電機組單機容量不斷增大，使大型發(fā)電

16、機在設計、結構、工藝、運行諸方面出現許多特點，相應對繼電保護提出新的要求。在設計、結構和工藝方面，大型發(fā)電機組不同于中小型機組的地方有：1） 大容量機組的體積不隨容量成比例增大，即有效材料利用率高，但卻直接影響了機組的慣性常數明顯降低，使發(fā)電機容易失步，因此很有必要裝設失步保護4。2） 發(fā)電機熱容量與銅損、鐵損之比明顯下降，使定子繞組及轉子表面過負荷能力降低，為了確保大型發(fā)電機組在安全運行條件下充分發(fā)揮過負荷的能力，應裝設具有反時限特性的過負荷保護及過電流保護。3） 電機參數、增大。由于增大，發(fā)電機由滿載突然甩負荷引起的過電壓就較嚴重。4） 由于大型機組的材料利用率高，就必須采用復雜的冷卻方式

17、，故障幾率增加。5） 單機容量的增大，汽輪發(fā)電機軸向長度與直徑之比明顯加大，從而使機組振蕩加劇，匝間絕緣磨損加快，有時候可能引起冷卻系統故障。因此，應當用靈敏的匝間短路保護和漏水保護（對水內冷機組）。在運行方面：1） 由于單機容量大，發(fā)電機保護的拒動或誤動均將造成十分嚴重的后果，所以大型機組繼電保護的技術要求更高。2） 大型機組的勵磁系統更為復雜，故障幾率也多，因此發(fā)電機的過電壓或失磁故障和變壓器的過激磁故障的可能性大了。3） 對于異常工況的運行，大型機組要求裝設相應的保護繼電器。4） 大型汽輪發(fā)電機組的起停機特別費時費錢。另外大型機組的突然跳閘，有可能給主機和輔機造成不同程度的某些損傷。因此

18、不是在必需的情況下，不得使大型汽輪發(fā)電機組頻繁起停，更不輕易緊急跳閘停機，這在設計保護出口電路時應注意。5） 大型機組一般是發(fā)電機-變壓器單元制接線，機端和廠用分支一般均不設高壓斷路器。在發(fā)電機失磁后機端電壓嚴重下降，在設計保護時必須注意廠用電的安全。 大型發(fā)電機的故障、異常運行方式及其保護方式發(fā)電機的安全運行對保證電力系統的正常工作和電能質量起著決定性的作用。同時發(fā)電機本身也是一個十分貴重的電氣元件，因此，應該針對各種不同的故障和不正常運行狀態(tài)，裝設性能完善的繼電保護裝置。發(fā)電機的故障類型主要有：定子繞組相間短路；定子繞組一相的匝間短路；定子繞組單相接地；轉子繞組一點接地或兩點接地；轉子勵磁

19、回路勵磁電流消失。發(fā)電機的不正常運行狀態(tài)主要有：由于外部短路引起的定子繞組過流；由于負荷超過發(fā)電機額定容量而引起的三相對稱過負荷；由外部不對稱短路或不對稱負荷而引起的發(fā)電機負序過電流和過負荷；由于突然甩負荷而引起的定子繞組過電壓；由于勵磁回路故障或強勵時間過長而引起的轉子繞組過負荷，由于汽輪機主汽門突然關閉而引起的發(fā)電機逆功率等。針對以上故障及不正常運行狀態(tài)，根據規(guī)程規(guī)定，一般大型發(fā)電機可配置的保護有：短路故障主保護：縱差動保護、橫差動保護、不完全差動保護、縱向零序過電流保護、轉子二次諧波電流保護、100%的定子接地保護、勵磁回路接地保護等等；短路故障后備保護：過流保護、復合電壓啟動的過流保護

20、、負序過電流保護和單元件低壓啟動的過流保護等；異常運行保護：低勵失磁保護、失步和失步預測保護、負序電流保護、過勵磁保護、過負荷保護、過電壓保護、逆功率保護、低頻保護、CT斷線保護等。 大型變壓器的故障、異常運行方式及其保護方式變壓器是電力系統不可缺少的重要電氣設備。它的故障將對供電的可靠性和系統的安全運行帶來嚴重的影響，同時大容量的變壓器也是非常貴重的設備。因此，應根據變壓器容量等級和重要程度。裝設性能良好、動作可靠的繼電保護裝置。大型電力變壓器均為三相三鐵芯柱式或由三個單相變壓器組成的三相組式變壓器。超高壓大容量的變壓器均采用YNd的聯結組別，實際運行中，又以YNd11最多。1. 變壓器的故

21、障若以故障點的位置對變壓器故障分類，有油箱內的故障和油箱外的故障。1） 油箱內的故障。變壓器油箱內的故障主要有各側的相間短路，大電流接地系統側的單相接地短路及同相部分繞組之間的匝間短路。2） 油箱外的故障。變壓器油箱外的故障，是指變壓器繞組引出端絕緣套管及引出線上的故障。主要有相間短路（兩相短路及三相短路）故障，大電流接地系統側的接地故障、低壓側的接地故障。2. 變壓器的異常運行方式大型超高壓變壓器的不正常運行方式主要有：由于系統故障或其他原因引起的過負荷或過電流，由于系統電壓的升高或頻率的降低引起的過勵磁，不接地運行變壓器中性點電位升高，變壓器油箱內油位異常，變壓器溫度過高及冷卻器全停等。3

22、. 變壓器保護的一般配置變壓器短路故障時，會產生很大的短路電流，使變壓器嚴重過熱，甚至燒壞變壓器繞組或鐵芯。特別是變壓器油箱內的短路故障，伴隨電弧的短路電流可能造成變壓器著火。另外，變壓器內、外部的故障短路電流產生電動力，也可能造成變壓器本體和繞組變形而損壞。變壓器的異常運行也會危及變壓器的安全，如果不能及時發(fā)現處理，會造成變壓器故障及損壞變壓器。為確保變壓器的安全經濟運行，當變壓器發(fā)生短路故障時，應盡快切除變壓器；而當變壓器出現不正常運行方式時，應盡快發(fā)出報警信號并進行相應的處理。為此， 對變壓器配置整套完善的保護裝置是必要的。1） 短路故障的主保護變壓器短路故障的主保護主要有縱差保護，重瓦

23、斯保護，壓力釋放保護。另外，根據變壓器的容量、電壓等級及結構特點，可配置零差保護及分側差動保護。2） 短路故障的后備保護目前，電力變壓器上采用較多的短路故障后備保護種類主要有：復合電壓閉鎖過流保護，零序過電流或零序方向過電流保護，負序過電流或負序方向過電流保護，復合電壓閉鎖功率方向保護，低阻抗保護等。3） 異常運行保護變壓器異常運行保護主要有過負荷保護，過勵磁保護，變壓器中性點間隙保護，輕瓦斯保護，溫度、油位保護及冷卻器全停保護等。1.2 大型發(fā)電機-變壓器組的特點及其繼電保護配置大容量機組往往按發(fā)電機-變壓器組單元接線與高壓或超高壓電網直接相連，在電力系統中占有十分重要的地位。由于它結構復雜

24、、造價昂貴，一旦因故障而遭到破壞，在經濟上必然會受到很大損失，因此在考慮大容量發(fā)電機-變壓器組的繼電保護整體配置時，應強調最大限度地保證機組安全和最大限度地縮小故障破壞范圍，盡可能避免不必要的突然停機，對某些異常工況采用自動處理裝置，特別要避免保護裝置誤動和拒動。所以不僅要求有可靠性高、靈敏性和選擇性強、快速性好的保護繼電器，還要求在繼電保護的整體配置上盡量做到完善、合理，并力求避免繁瑣、復雜5。 大型發(fā)電機-變壓器組的特點1） 發(fā)電機出口除支接高壓廠用變壓器外，無其他機端負荷。2） 發(fā)電機出口和支接高壓廠用變壓器高壓側均不裝設斷路器。3） 升壓變壓器高壓側中性點直接接地或經放電間隙接地運行。

25、4） 發(fā)電機中性點一般可經消弧線圈（欠補償）或經接地變壓器二次電阻（高阻）接地運行。5） 支接高壓廠用變壓器的低壓側一般為高阻或中阻接地系統6。6） 汽輪發(fā)電機三相繞組中性點側引出方式可為：a） 4個引出端，如圖1-1(b)所示，即定子繞組為雙星形接線，其中一個星形接線繞組的三相端子引出機外，另外一個星形接線繞組只引出它的中性點。它也可裝設發(fā)電機和發(fā)-變組的不完全縱差保護，但兩套保護的中性點側電流互感器均在同一個星形接線的三相分支繞組中，其性能略低于中性點側6個引出端的方案。同時裝設零序電流型高靈敏橫差保護。b） 4個引出端，如圖1-1(b)所示，即定子繞組為雙星形接線，其中一個星形接線繞組的

26、三相端子引出機外，另外一個星形接線繞組只引出它的中性點。圖1-1 發(fā)電機中性點側端子引出方式它也可裝設發(fā)電機和發(fā)-變組的不完全縱差保護，但兩套保護的中性點側電流互感器均在同一個星形接線的三相分支繞組中，其性能略低于中性點側6個引出端的方案。同時裝設零序電流型高靈敏橫差保護。c） 2個引出端，即兩個星形接線繞組的中性點引出機外，各相分支繞組均不引出，發(fā)電機主保護裝設零序電流型高靈敏橫差保護和故障分量負序方向保護（微機型）或縱向零序電壓保護等，不能裝設發(fā)電機和發(fā)-變組的完全或不完全縱差保護。d） 3個引出端，即發(fā)電機三相中性點側引出機外，不能裝設零序電流型高靈敏橫差保護和不完全縱差保護，只能裝設傳

27、統的完全縱差保護反映相間短路，因此對匝間短路和分支開焊故障必須另設保護。水輪發(fā)電機的機內空間大，發(fā)電機中性點側的各分支互感器可以安裝在機殼內部或外部，可實現兩套不完全縱差保護、裂相橫差和零序電流型高靈敏橫差保護，國內已有很多大型水電廠實現了這種保護配置方案。 大型發(fā)電機-變壓器組繼電保護的特點隨著大容量機組和大型發(fā)電廠的出現，發(fā)電機-變壓器組的接線方式在電力系統中獲得了廣泛的應用。由于發(fā)電機和變壓器的成組連接，相當于一個工作元件，因此，就能夠把發(fā)電機和變壓器中某些性能相同的保護合并成一個對全組公用的保護7。例如，裝設公共的縱差動保護、過電流保護、過負荷保護等。這樣的結合，可使發(fā)電機-變壓器組的

28、繼電保護變得較為簡單和經濟?，F將發(fā)-變組一些主要保護的特點說明如下：1. 發(fā)-變組縱差動保護1） 當發(fā)電機和變壓器之間無斷路器時，一般裝設整組公用的縱差動保護，如圖1-2（a）所示。2） 但對大容量的發(fā)電機組，發(fā)電機應補充裝設單獨的縱差動保護，如圖1-2（b）所示。對于水輪發(fā)電機組和繞組直接冷卻的汽輪發(fā)電機，當公用的差動保護整定值大于1.5倍發(fā)電機額定電流時，發(fā)電機也應補充裝設單獨的縱差動保護。3） 當發(fā)電機與變壓器之間有斷路器時，發(fā)電機和變壓器應分別裝設縱差動保護，如圖1-2（c）所示。4） 當發(fā)電機與變壓器之間有分支線時（如廠用電出線）應把分支線也包括在差動保護范圍以內，其接線如圖1-2（

29、c）所示。這時分支線上電圖1-2 發(fā)電機變壓器組縱差動保護點相原理圖流互感器的變比應與發(fā)電機回路的相同。2. 發(fā)電機電壓側單相接地保護對于發(fā)-變組，由于發(fā)電機與系統之間沒有電的聯系，因此，發(fā)電機定子接地保護就可以簡化。表1-2 發(fā)電機定子繞組單相接地故障電流允許值發(fā)電機額定電壓/kV發(fā)電機額定功率/MW接地電容電流允許值/A6.350410.5汽輪發(fā)電機501003水輪發(fā)電機1010013.815.75汽輪發(fā)電機1252002水輪發(fā)電機4022518203006001 對于氫冷發(fā)電機接地電流允許值為2.5A。對發(fā)-變組，其發(fā)電機的中性點一般不接地或經消弧線圈接地。發(fā)生單相接地的接地電容電流（或

30、補償后的接地電流）通常小于表1-2的允許值，故接地保護可以采用零序電壓保護，并作用于信號。對大容量的發(fā)電機也應裝設保護范圍為100%的定子接地保護。3. 發(fā)電機定子繞組匝間短路保護 所謂匝間短路，就是指由于同相繞組之間的絕緣破壞，導致的同相不同分支之間或相同分支繞組之間的短路。一直以來，針對發(fā)電機要不要設匝間保護，都是存在爭論的。近年來，在國內，雖然大型水輪發(fā)電機定子繞組主保護已廣泛采用單元件高靈敏橫差保護、不完全縱差保護，還有故障分量負序方向保護和裂相橫差保護，對于相間短路、匝間短路和分支開焊故障構成雙重或三重主保護。但大多大型汽輪發(fā)電機都不設匝間短路保護。很多人認為大型汽輪發(fā)電機同相同槽的

31、線棒數量很少，發(fā)生匝間短路的幾率很低；而目前匝間短路保護裝置的靈敏性和可靠性均不理想，已裝設的大多已退出運行；從國外引進的大型發(fā)電機組也大多不裝設匝間短路保護。但相關研究表明，大型汽輪發(fā)電機同相同槽的約占50%，發(fā)生匝間短路的幾率是不會小的。若無匝間短路保護，一旦發(fā)生匝間短路，沒有繼電保護功能，發(fā)電機就會持續(xù)被匝間短路電流損傷，導致定子鐵心嚴重燒壞。而縱差保護要等到故障發(fā)展到相間短路才會動作。這對發(fā)電機定子鐵心是很不利的8。對于匝間短路，單元件式或裂相式橫差保護和不完全縱差保護都是有很好的技術性能的，但要裝設這些保護，發(fā)電機中性點側必須引出6個或4個端子。這在前面已予以討論過了。隨著電機制造技

32、術的進步，從發(fā)電機中性點側引出6個或4個端子也將不是問題。1.2.3 大型發(fā)電機-變壓器組的繼電保護配置原則1） 切實加強大型發(fā)電機-變壓器組主保護，保證在保護范圍內任一點發(fā)生各種故障，均有雙重或多重原理不同的主保護，有選擇性地、快速地、靈敏地切除故障，使機組受到的損傷最輕、對電力系統的影響最小。2） 在切實加強主保護的前提下，同時注意落實后備保護的簡化。過于復雜的后備保護配置方案，不僅是不必要的，而且運行實踐證明是有害的。具體說，大型發(fā)電機機端即主變壓器低壓側不再裝設后備保護，僅在主變壓器高壓側配置反應相間短路和單相接地的后備保護，作為主變壓器高壓母線故障和主變壓器引線部分故障的后備；同時為

33、提高安全性，這些后備保護均不聯鎖跳高壓母線上的聯絡斷路器和分段斷路器。3） 主變壓器高壓側相間短路后備保護，以高壓母線兩相金屬性短路的靈敏度大于或等于1.2為整定條件，首先考慮采用過電流保護，如靈敏度不夠，改用一段簡易阻抗保護，不設振蕩閉鎖環(huán)節(jié)，以0.51.0s延時取得選擇性和避越振蕩，但應有電壓回路斷線閉鎖和電流起動元件；對自并勵方式的發(fā)電機，還應校核短路電流衰減對過電流或低阻抗保護的影響，并采取相應的技術措施，例如低電壓自保持的過電流保護、電壓控制的過電流保護或精確工作電流足夠小的低阻抗保護。4） 雙重化原則：繼保規(guī)程（GB 142851993）.5條規(guī)定：對300MW及以上的汽輪發(fā)電機-

34、變壓器組，應裝設雙重快速保護，即裝設發(fā)電機縱聯差動保護、變壓器縱聯差動保護和發(fā)電機-變壓器共用的縱聯差動保護，當發(fā)電機與變壓器之間有斷路器時，裝設雙重發(fā)電機縱聯差動保護。這種主保護方案可使發(fā)電機內部各種相間短路、匝間短路和定子繞組開焊故障均得到雙重快速保護，同時還能使發(fā)電機獨立運行時機端引線的相間短路也有快速保護。當每相分支數大于2時，在每相中性點側裝設互感器的分支數應大于或等于n/2(n為每相分支數)。采用這種主保護配置方案時，可完全舍棄縱向零序電壓保護和二次諧波轉子電流保護。1.2.4 大型發(fā)電機-變壓器組繼電保護總體配置情況大型機組的保護裝置可以分為短路保護和異常運行保護兩類。短路保護，

35、用以反應被保護區(qū)域內發(fā)生的各種類型的短路故障，這些故障將造成機組的直接破壞。因此，這類保護很重要，所以為防止保護裝置或斷路器拒動，又有主保護和后備保護之分。異常運行保護，用以反應各種可能給機組造成危害的異常工況，但這些工況不會或不能很快造成機組的直接破壞。這類保護裝置，一般都裝設一套專用的繼電器，不設后備保護9。發(fā)電機-變壓器組的保護與發(fā)電機、變壓器單獨工作時的保護類型選擇基本相同。但其保護對象，除了發(fā)電機、變壓器之外，還包括高壓廠用變壓器、勵磁變壓器等廠用分支。下面以附圖1所示的汽輪發(fā)電機-變壓器組為例來說明大型發(fā)電機-變壓器組繼電保護總體配置的情況。列于附表1中。為了減少機組全停的次數，縮

36、短恢復正常供電的時間，各保護裝置動作后，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現象：1） 全停：斷開出口斷路器、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，斷開母線聯絡斷路器。 5） 減出力：減少汽輪機的輸出功率。6） 信號：發(fā)出音響和光信號。為更好了解大型發(fā)電機-變壓器組的繼電保護配置情況，這里再列舉了某大型發(fā)電廠的發(fā)變組繼電保護配置圖以示對比。見附圖2。1.3

37、 母線保護的配置母線是發(fā)電廠和變電站的重要組成部分，其連接著許多重要元件，起著匯集和分配電能的作用。母線工作的可靠性直接影響著發(fā)電廠和變電站工作的可靠性。母線方式及母線保護方式的選擇和運行，是保證電力系統安全運行的重要環(huán)節(jié)之一。目前，國內的主要母線方式有雙母線及雙母分段，單母線及單母分段，角形母線等。 母線保護的一般配置原則一般說來，不采用專門的母線保護，而利用供電元件的保護裝置就可以把母線故障切除。但其故障切除時間一般較長。此外，當雙母線同時運行或母線為分段單母線時，上述保護不能保證有選擇性地切除故障母線。因此，在下列情況下應裝設專門的母線保護：1） 在110kV及以上的雙母線和分段單母線上

38、，為保證有選擇性地切除任一組（或段）母線上所發(fā)生的故障。而另一組（或段）無故障的母線仍能繼續(xù)運行，應裝設專用的母線保護。2） 110kV及以上的單母線，重要發(fā)電廠的35kV母線或高壓側為110kV及以上的重要降壓變電所的35kV母線，按照裝設全線速動保護的要求必須快速切除母線上的故障時，應裝設專用的母線保護。為滿足速動性和選擇性的要求，母線保護都是按差動原理構成的10。實現母線差動保護所必須考慮的特點是在母線上一般連接著較多的電氣元件（如線路、變壓器、發(fā)電機等）。因此，就不能像發(fā)電機的差動保護那樣，只用簡單的接線加以實現。但不管母線上元件有多少，實現差動保護的基本原則仍是適用的。主要的專用母線

39、保護有完全電流差動母線保護，電流比相式母線保護。其他母線保護方式有帶制動特性的母線保護，電壓差動母線保護，線性互感器構成的母線保護，封閉母線的保護，相位比較比例差動母線保護等。 高壓主接線的母線保護配置1. 雙母線保護配置原則對于雙母線，經常是以一組母線運行的方式工作，在母線上發(fā)生故障后，將造成全部停電，需要把所連接的元件倒換至另一組母線上才能恢復供電，這是一個很大的缺點。因此，對于發(fā)電廠和重要變電站的高壓母線，大多采用雙母線同時運行（即母線聯絡斷路器經常投入），每組母線上連接約1/2的供電和受電元件。這樣當任一組母線上出現故障時，只需切除故障母線，而另一組母線上的連接元件仍可繼續(xù)運行，所以大

40、大提高了供電的可靠性。對于這種同時運行的雙母線，要求母線保護應能判斷母線故障，并具有選擇故障母線的能力。以四分段雙母線為例，適用于四分段雙母線的保護有：1） 電流差動母線保護；2） 帶制動特性的電流差動母線保護；3） 電壓差動母線保護；4） 相位比較比例差動母線保護。母線保護應考慮的特點：1） 當一段母線發(fā)生短路時，短路電流可能自母線流出。2） 任一連接元件都可能在兩段母線之間進行切換。3） 每段母線都通過分段斷路器和母聯斷路器與另一段母線相連。4） 對于母聯或分段斷路器與電流互感器之間發(fā)生的短路，應利用斷路器失靈保護來切除。2. 一臺半斷路器主接線的母線保護配置一臺半斷路器接線的母線是指每兩

41、個連接元件通過三個斷路器連接到兩組母線上。這種接線方式的母線除具有供電高度可靠、運行調度靈活、倒閘操作方便等優(yōu)點外，當母線短路時不影響對連接元件的繼續(xù)供電。當母線短路且斷路器失靈時，停電范圍可減到最小。所以，對于500kV變電站和220kV及以上重要發(fā)電廠以及樞紐變電站一般采用此種接線方式的母線。一臺半斷路器接線的母線短路時的特點和要求是：1） 對系統穩(wěn)定性影響大，為此要求母線保護必須快速動作；2） 因系統容量大，外部短路時電流互感器易飽和，要求保護具有良好的躲避不平衡電流的能力。3） 在一組母線短路時，如圖1-3所示，若母線上K1點發(fā)生短路，斷路器QF9處于斷開狀態(tài)，當線路L2側無電源容量較

42、小時，流向短路點的電流為和，此時通過QF4的電流自母線流出。要求保護能可靠動作。在這種情況下，電流相位比較式母線保護將不能反應母線故障。對于單母線或雙母線保護，通常把安全性放在重要位置。因為正常運行或外部短路時，如果母線保護誤動作將造成變電站部分或全部停電。而對于一臺半斷路器接線的母線，母線保護誤動作，并不影響各連接元件連續(xù)運行，只是改變了它們的潮流分布。但是，如果區(qū)內短路時母線保護拒動，則故障母線將由各連接元件對側的后備保護延時切除，這將嚴重影響系統的穩(wěn)定性。因此，對于一臺半斷路器接線的母線保護，要求它的可靠性（不拒動）比安全性（不誤動）更高。為了提高保護的可靠性，通常采用保護雙重化，即采用

43、工作原理不同的兩套母線保護；每套保護應分別接在電流互感器不同的二次繞組上；應有獨立的直流電源，它們的出口繼電器觸點應分別接通斷路器兩個獨立的跳閘線圈等。圖1-3 母線故障時電流流出母線示意圖一臺半斷路器接線的母線，靠近母線側的斷路器都通過一個隔離開關與母線連線（圖中未畫出），所以，這種母線相當于兩組單母線，不存在連接元件有一組母線切換到另一組母線的情況。這樣，可以簡化保護的接線，只需在每組母線上裝設如前所述的電流差動母線保護，就能夠有效地切除故障母線。當有一條線路停用，如圖1-3所示L3線路側開關QS（其他元件未畫出）斷開時，線路保護均停用。若在該范圍內的短引線上發(fā)生故障，如K2點，將無保護切

44、除故障。為此，需設置短引線縱聯差動保護，僅在QS斷開時投入該保護，以快速切除故障。根據一臺半斷路器母線短路時的特點和對母線保護的要求，通常都采用帶比率制動式電流差動母線保護。其原理接線圖見圖1-4。圖1-4 帶比率制動式電流差動母線保護原理接線圖 610kV母線保護配置1. 610kV母線的特點及對保護的要求目前，發(fā)電廠610kV母線，一般采用單母線分段接線方式。610kV母線上通常接有較多的饋電線路，一般可達1020回。為了減小短路容量，使饋電線路上可采用斷流容量小的輕型開關設備，往往在饋電線路的出線端和分段斷路器回路中裝設電抗器。饋電線路的斷路器和其他設備，都按電抗器后發(fā)生短路的條件來選擇

45、。饋電線路的斷路器與電抗器之間的短路，則依靠各供電元件的斷路器來切除。發(fā)電廠的廠用電有兩種供電方式，一種是由廠用變壓器供電，另一種是由廠用電抗器供電。油浸式廠用變壓器一般都布置在屋外，它的高壓側經一段引線和穿墻套管后，接至屋內開關柜。變壓器本身以及高壓側引線的故障，是由變壓器的差動保護或電流速斷裝置來切除。因此變壓器高壓側的斷路器，應按能切除高壓側斷路的條件來選擇。廠用變壓器發(fā)生故障時，要求母線保護不動作。而當母線發(fā)生短路時應將廠用變壓器斷開，以使備用變壓器能迅速地自動投入，保證該段廠用母線的連續(xù)供電。廠用電抗器的斷路器，與饋電線路一樣，也采用輕型斷路器，因此該斷路器與廠用電抗器均裝設在屋內配

46、電裝置中，使上述地點發(fā)生短路的幾率較小。同樣，當母線發(fā)生短路時母線保護應斷開廠用電抗器，使備用廠用電抗器迅速地自動投入，以保證廠用母線的可靠供電11。2. 配置原則1） 對于610kV分段母線及并列運行的雙母線，在下列情況下應裝設專用母線保護：a） 需快速而有選擇地切除一段或一組母線上的故障，以保證發(fā)電廠及電力網安全運行和重要負荷的可靠供電時；b） 當線路斷路器不允許切除線路電抗器前的短路時；2） 當有電源的支路經常接在不同的母線上運行時，宜在所有有電源的支路上（發(fā)電機除外）裝設單獨的電流閉鎖電壓速斷保護。3） 當為單母線或無電源支路的母線等情況時，可由發(fā)電機、變壓器的后備保護來實現對母線的保

47、護。 斷路器失靈保護所謂斷路器失靈保護是指當故障線路的繼電保護動作發(fā)出跳閘信號后，斷路器拒絕動作時，能夠以較短的時限切除同發(fā)電廠或變電站內其他有關的斷路器，將停電范圍限制到最小的一種后備保護，也稱后備接線。產生斷路器失靈故障的原因是多方面的，如斷路器跳閘線圈斷線，斷路器的操作機構失靈等。高壓電網的斷路器和保護裝置，都應具有一定的后備保護，以便在斷路器或保護裝置失靈時，仍能有效切除故障。對于重要的220kV及以上主干線路，針對保護拒動通常裝設兩套獨立的主保護（即保護雙重化）；針對斷路器拒動即斷路器失靈，則專門裝設斷路器失靈保護。1. 裝設斷路器失靈保護的條件由于斷路器失靈保護是在系統故障的同時斷

48、路器失靈的雙重故障情況下的保護，所以允許適當降低對它的要求，即僅要最終能切除故障即可。裝設斷路器失靈保護的條件是：1） 線路保護采用近后備方式并當線路故障后，斷路器有可能發(fā)生拒動時，應裝設斷路器失靈保護，因為此時只有依靠斷路器失靈保護才能將故障切除。2） 線路保護采用遠后備方式并當線路故障后，斷路器確有可能發(fā)生拒動，如由其他線路或變壓器的后備保護來切除故障將擴大停電范圍，并引起嚴重后果時，應裝設斷路器失靈保護。因為它能只切除與故障線路位于同一組（或同一段）母線上的有關斷路器，將停電范圍限制到最小。3） 如斷路器與電流互感器之間發(fā)生故障，不能由該回路主保護切除，而由其他斷路器和變壓器后備保護切除

49、又將擴大停電范圍并引起嚴重后果時，應裝設斷路器失靈保護。4） 相鄰元件保護的遠后備保護靈敏度不夠時應裝設斷路器失靈保護。5） 對分相操作的斷路器，允許只按單相接地故障來校驗其靈敏度時，應裝設斷路器失靈保護。2. 對斷路器失靈保護的要求1） 失靈保護的誤動和母線保護誤動一樣，影響范圍廣，必須有較高的可靠性（安全性），即不應發(fā)生誤動作。2） 失靈保護首先動作于母聯斷路器，此后相鄰元件保護已能以相繼動作切除故障時，失靈保護僅動作于母聯斷路器。3） 在保證不誤動的前提下，應以較短延時、有選擇性地切除有關斷路器。4） 失靈保護的故障鑒別元件和跳閘閉鎖元件，應對斷路器所在線路或設備末端故障有足夠的靈敏度。

50、 提高母線保護可靠性的措施1. 母線保護方式的選擇母線的接線方式有多種，可以是單母線、雙母線、一臺半斷路器母線和四分段雙母線方式，因此適用的母線保護方式，首先應適應母線可靠運行的要求。其次，應考慮隨著運行方式的變化，各連接元件的負載電流、母線內部或外部發(fā)生短路時的短路電流，都可能在很大范圍內發(fā)生變化。因此在不利條件下。要求所選用的母線保護仍有足夠的靈敏度。再次，在短路電流大的電力系統中，母線保護的快速動作也是一個重要因素。母線保護的接線應力求簡單，選用的繼電器和器件要求性能良好和可靠。保護屏的接線和布置，要求便于檢查、調試和更換條件。2. 電流互感器的選擇1） 電流互感器的配置：一般情況下都將

51、電流互感器安裝在線路側，但對于斷路器與電流互感器之間發(fā)生的短路，必須利用帶時限的斷路器失靈保護來切除，使切除短路的時間被延長。此外，也增大了電力系統各連接元件的工作時間。對于在動穩(wěn)定要求嚴格的500kV系統，和220kV系統的大容量電源側，則采取在斷路器的兩側各配置一組電流互感器，并使線路保護和母線保護范圍互相重疊。從而可使斷路器與電流互感器之間發(fā)生的短路，可由線路兩側的保護無時限切除。2） 電流互感器的接入：為了保證交流電流回路的安全可靠，要求將母線保護接在一組專用的電流互感器二次線圈上。某些情況下如電流回路中還需接入其他負載，應通過中間變流器接入。為減小負載阻抗起見，各電流互感器的二次側，

52、一般應在專用電流端子箱內并接后，再接到主控制室的保護屏。3） 電流互感器誤差的要求：接至母線保護的電流互感器的比值誤差，應不大于10%。3. 母線保護的直流電源母線保護的直流電源，應通過一對專用的熔斷絲供電。在直流回路中應接入監(jiān)視電源的繼電器。當失去直流電源時，監(jiān)視繼電器返回，它的常閉觸點接通中央信號屏上的光字牌，并發(fā)出警告信號。4. 母線保護的雙重化考慮到母線保護的接線比較復雜，對于雙母線等母線方式，一般不采取母線保護雙重化的措施。僅在一臺半斷路器母線方式中采用雙重化的母線保護。5. 母線保護的閉鎖措施為防止母線保護因誤碰或誤通電而引起的誤動作，一般都加設閉鎖措施。常用的閉鎖措施，一種是將閉

53、鎖觸點串接在出口繼電器線圈回路中，另一種是將閉鎖觸點與跳閘回路觸點相串聯。第二章 廠用電系統保護的配置原則2.1 廠用電系統概述發(fā)電廠在起動、運轉、停役、檢修過程中，有大量由電動機拖動的機械設備，用以保證機組的主要設備（如鍋爐、汽輪機或水輪機、發(fā)電機等）和輸煤、碎煤、除灰、除塵及水處理的正常運行。這些電動機以及全廠的運行、操作、試驗、檢修、照明用電設備等都屬于廠用負荷，總的耗電量，則統稱為廠用電12。一般發(fā)電廠廠用電系統可分為以下幾個部分：1） 發(fā)電廠各車間的全部電動機；2） 發(fā)電廠的照明；3） 各種電壓等級的廠用電配電裝置；4） 直流裝置；5） 供電給廠用電的電源。 廠用電的可靠性，對電力系

54、統的安全運行非常重要。隨著超臨界參數大容量機組、雙水內冷發(fā)電機冷卻方式、計算機實時控制的采用以及核電廠的出現，對廠用電的可靠性提出了更高的要求13。為此我們必須認真考慮合理廠用供電電源的取得方式、工作電源和接線方式，合理配置廠用機械，在運行中對廠用機械進行正確維護和科學管理，并正確選擇電動機類型、容量和臺數。除了這些以外，我們還應配備完善的繼電保護與自動裝置。2.2 廠用電系統保護的配置原則廠用電系統設備繁多，各設備所配置的保護種類也比較多。根據以往設計經驗，廠用電系統的保護配置原則可總結如下。2.2.1 高壓廠用工作、備用（起動）變壓器的保護配置1. 高壓廠用工作變壓器保護高壓廠用工作變壓器

55、應裝設下列保護：1） 縱聯差動保護：高壓廠用工作變壓器容量為6300kVA及以上時，應裝設縱聯差動保護。當變壓器容量為6300kVA及以下時，若電流速斷靈敏度不夠，可裝設縱聯差動保護。對于大容量發(fā)電機變壓器組，高壓廠用變壓器高壓側無斷路器，則保護應動作于發(fā)電機變壓器組總出口繼電器，使各側斷路器及滅磁開關跳閘。保護靈敏系數不低于2。2） 電流速斷保護：當變壓器容量為6300kVA及以下時，如果靈敏度足夠，可采用電流速斷保護。保護瞬時動作于各側斷路器跳閘。以防御變壓器內部及高壓側引出線上的多相和單相接地短路。3） 瓦斯保護：容量為800kVA以上的油浸式變壓器，應裝設瓦斯保護，用于防御變壓器油箱內

56、部故障和油面降低。對于容量為400kVA及以上的車間油浸式變壓器，也應裝設瓦斯保護。4） 過電流保護：用于防御變壓器外部及相鄰元件的相間短路所引起的過電流，并作為瓦斯保護和縱聯保護（或電流速斷保護）的后備保護。當變壓器供電給2個分段時，還應在各分支上分別裝設過電流保護，采用兩相兩繼電器式接線，帶時限動作于本分支斷路器跳閘。保護靈敏系數不低于1.5。對于分裂變壓器，當過電流保護靈敏系數不夠時，應采取措施加以解決。當采用低電壓起動的過電流保護時，其低電壓繼電器可分別由兩段廠用母線的電壓互感器引接。5） 單相接地保護：當變壓器高壓側用電纜接至1035kV電壓主母上，且主母線上接有裝設單相接地饋線時，

57、則變壓器也裝設單相接地保護，使有選擇性地指示廠用變壓器高壓側單相接地故障。當變壓器高壓側用硬母線或軟導線接至1035kV主母線上，由于一般距離較短，且硬母線或軟導線發(fā)生單相接地故障的可能性很少，因此即使饋線裝有單相接地保護，變壓器也不裝設單相接地保護。6） 低壓側分支縱聯差動保護：當高壓廠用變壓器低壓側帶兩個分段時，如變壓器至廠用配電裝置間的電纜兩端均裝設斷路器，且各分支的故障會引起發(fā)電機變壓器組的斷路器動作時，則在每一分支上應分別裝設縱聯差動保護。保護由兩相兩繼電器的接線方式構成，瞬時動作于本分支兩側的斷路器跳閘。保護靈敏系數不低于2。2. 高壓廠用備用及起動變壓器保護高壓廠用備用變壓器及起動變壓器應裝設下列保護。1） 縱聯差動保護：對于10000kVA及以上或帶公用負荷的6300kVA及以上和2000kVA及以上，采用電流速斷保護靈敏性不符合要求的變壓器，應裝設縱聯差動保護，其保護范圍不包括各分支線。保護構成方式同工作變壓器。2） 電流速斷保護：對10000kVA以下或帶公共負荷的6300kVA以下的變壓器，如靈敏系數滿足要求，可裝設電流速斷保護。保護一般采用三相三繼電器式