1、电力系统继电保护课程设计发变组保护（2012 2013 学年第一学期）班 级: x 姓 名： y 学 号： z 专 业： c 时 间： v 指导教师： b 新疆大学电气工程学院姓名：d 学号：g设计内容：新疆恰普其海发变组保护及整定计算 小组成员：fggh任务分配 r 发电机保护整定计算t 元件参数计算及阻抗值计算y 三相短路电流计算u 变压器保护整定计算i制图o报告书编写排版前言电力系统继电保护设计是学习继电保护原理的重要实践环节。通过对发电机-变压器继电保护的配置进行整定计算充分掌握了继电保护的理论知识；对继电保护的基础设计知识有了一定的认识；培养了学生独立分析和解决问题的能力，使学生进一
2、步熟悉二次回路。掌握整定计算及二次回路的绘制方法，为学生毕业后从事本专业领域工作打下必要的理论和实际知识的基础。电力系统的运行要求安全可靠，电能质量高，经济性好。但是，电力系统的组成元件数量多，结构各异，运行情况复杂，覆盖的地域辽阔。因此，受自然条件、设备及人为因素的影响，可能出现各种故障和不正常运行状态。若不及时处理就可能在电力系统中引起事故。当电力系统中的电气元件(如发电机、线路等)发生故障或不正常运行状态时，能够向运行值班人员及时发出警告信号，或者直接向所控制的断路器发出跳闸命令以终止这些事件发展的一种自动装置，一般通称为继电保护装置。1系统主接线及发变组保护配置本次设计主要是对简单电力
3、系统中的变压器 1T1 和发电机 1G1 进行继电保护的配置及其整定、短路计算等。设计步骤如下：（1）保护配置的考虑及短路计算保护（2）根据拟定的保护方式进行整定计算1.1 系统主接线：根据“新疆恰普其海电力现状地理接线图”的具体情况，截取简化其系统等效图如图 1 所示：图 1 新疆恰甫其海电力地理接线图一、电力网主接线根据所提供的具体运行情况，绘出电力网主接线如图 2 所示：图 2电力网主接线二、电力网络原理图根据所提供的具体运行情况，绘出电力网原理图如图 3 所示：图 3电力网原理图1.2保护配置的考虑1.2.1发电机保护配置对 1MW 以上的发电机，应装设纵联差动保护，保护瞬时动作于停机
4、，纵差保护是比较发电机定子绕组两侧的电流大小和相位来区分内部或外部故障，原理上不反映相邻元件发生的故障。其保护范围，除发电机外还应该包括应引出线；发电机的匝间故障包括同相分支的匝间短路和同相不同分支之间的短路，对于这种故障纵差保护不能反映，因此必须另外装设匝间短路保护，瞬时动作于停机。由于发电机单相接地或外部短路时也将出现零序电压，为了实现零序电压匝间短路保护，必须在发电机端装设一组专用的电压互感器 YH）、转子二次谐波电流匝间保护（保护利用定子绕组匝间短路时，定子电流中产生的基波负序电流和三次谐波正序电流在转子绕组中感应出二次谐波电流的原理构成，由于这种保护是用转子回路中二次谐波电流作动作量
5、，当发电机发生内部故障或外部二相短路故障时，转子回路中也会出现二次谐波电流，故必须附加装设负序功率元件进行闭锁，以防止误动作）。反映发电机外部相间短路的后备保护，反映发电机外部相间短路的保护同时可作为祝保护因拒动或相邻元件短路器失灵时的后备保护。可选用：复合电压启动的过电流保护（对于 10000kW 以上的发电机宜装设复合电压启动的电流保护装置复合电压启动元件是由一个负序电压滤过器继电器组和在他的常闭节点回路内装设一个接于相间电压的电压继电器构成。这种保护的优点是在非对称短路时有较高的灵敏性。且其灵敏性与变压器绕组的接线无关）、低电压过流保护，对于 50000kW 以下的自并励式发电机可以采用
6、低电压保持的瞬时测量过电流保护，且宜带有两段时限，以较短的时限动作于缩小故障影响范围。反应定子绕组一点接地的保护。接地电容电流的补偿、消弧线圈的运用。发电机保护配置表：1.2.2变压器保护配置根据变压器电力工程电气设计手册（电二次）规定：容量为 800kVA 及其以上的油浸式变压器，均应装饰瓦斯保护。容量为 6300kVA 及以上厂用变压器和并列运行的变压器、10000kVA 及以上厂用变压器和单独运行的变压器、以及 2000kVA 及以上用电流速断保护灵敏性不符合要求的变压器，应装设纵联差动保护。对于升压变压器和系统联络变压器宜使用复合电压过电流启动过电流保护作为后备保护。110kV 及以上
7、中性点直接地电网中，如果变压器中性点可能接地运行，两侧或三侧电源的升压变压器或降压变压器上应该装设零序电流保护。对于 400kVA 及以上的变压器，当数台并列运行或单独运行并作为其它负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况装设过负荷保护。变压器保护配置表1.2.3 发电机主要参数序号 保护名称2 比率制动差动保护3 差动速断保护4 零序电流保护序号 保护名称1 比率制动式纵差保护2 过负荷保护4 转子两点接地保护5 转子一点接地保护厂站名称: 恰普其海水电站 电压：13.8kV 容量：94117.6kVA电流：3937.6A 功率：320000KW 功率因数：0.85 相数：3 相 Xd: 0
8、.2015 暂态电抗：0.271 同步电抗 Xd：1.01291.2.4变压器主要参数型号：SFP10-100000/220/W2 额定电压：242/13.8kV额定容量:150000KVA 额定电流: 238.58/4183.7A分接范围：242 （1 2 2.5%）/13.8kV 冷却方式：ODAF相数：3 相 短路电压百分数:13.45%负载损耗: 317.82kW 短路阻抗（正序）: 78.77 短路阻抗（零序）: 66.24 联结组别：YNd113、计算阻抗值计算选定基准容量 100MVA ， 基准电压为 230KVA ; 恰普其海发电机阻抗值：标幺值：214.076.92015.*
9、 NBdGSxX有名值： 5.108.34.221*.BGSU2. 恰普其海变压器阻抗值：标幺值：1345.0145.310%* TNBKTSUX有名值：256.018.345.012*11 BTSX四. 220kV 线路阻抗值：标幺值： 07.231.94021*1 BLUSxlX有名值： 8.36294.01xlXL五.三相短路电流的计算由于短路电流的变化规律和电源系统的容量情况有关，所以下面分别讨论无穷大容量电源系统和有限容量电源系统的短路电流计算方法。无穷大容量电源系统的三相短路电流计算三相短路电流周期分量有效值无穷大容量系统发生三相短路时，短路电流周期分量的幅值保持不变，因此存在如下
10、关系：由此可见，只要求出短路电流周期分量有效值，短路电流的其它各量就很容易得到。无穷大容量电源系 统发生三相短路时，电源母线电压不变，则式中：U av 计算点所在电压级的平均额定电压。归算到电压U av 的短路回路总阻抗。I d 计算点所在电压级的基准电流:短路回路总电抗的标幺值：PII KPXUI3avKXavBd3USIKX* KASI0.25133avBd345.0145.310%* TNBKTSUXav*U于是可得:在 K 点发生三相短路 则线路 变压器 T1： 1345.01%45.310 NTBKTSUX则 K 点短路时短路回 路总阻抗为：短路电流次暂态值 短路电流冲击值 短路电流
11、有效值 次暂态短路功率 简化原理图以上数据均为单台发电机、单台变压器或单条线路的阻抗值，为方便计算及讨论研究，我们需要简化原理图，即：如图 4 所示。通过计算过程及简化图来讨论说明整体网络图（以下均为标幺值） 。图 4 原理图化简2 继电保护 整定计算KPXII*d5436.197.0812 IKiMKAI5.5.28.9MV .V 33av IUS 4185.07.1345.02.X L1*.*1 TGKXI*d 0.72319.04X 2av0L1 USlB2.1 发电机保护整定计算2.1.1 比率制动式纵差保护a. 确定差动保护的最小动作电流，取 0.3 倍额定电流:AnIITNOP 8
12、4.9120/6.37.03.0. b. 确定差动保护的最小制动电流，取 1 倍额定电流:AITres ./.90.c. 确定差动保护动作特性折线斜率差动保护的最大不平衡电流 max,)3(max. .KercnpunbII非周期分量系数,取 1.52.0kcc互感器同型系 数，取 0.5ker互感器比误差 系数，取 0.1最大外部三)3(max.I 相短路电流周期分量=2 0.5 0.1 0.9115 100/120=75.95Aunb按最大外部短路电流下差动保护不误动的条件确定差动保护动作特性折线斜率。最大动作电流可靠系数，取 1.31.5;relK=1.5 75.95=113.925Am
13、ax.opI比率制动特性的斜率=(113.925-9.844)/(0.9115 100/120-2.362)()( 0.)3max.in.ax. resopopop IIIS = 0.16 ;2.1.2 过负荷保护动作电流按发电机长时间允许的负荷电流下能可靠返回的条件整定。 TrNreloPnKII可靠系数,取 1.05;rl返回系数,取 0.850.95r AIop 28.3109./63705.1npKmax.max. unbrelopIKI保护延时 5S 动作于信号。2.1.3 转子两点接地保护利用四臂电桥原理构成，在励磁回路发生一点接地故障后投入运行，并调整平衡。当励磁回路发生第二点接
14、地故障时，保护延时动作于停机。动作时限按躲过瞬时出现的两点接地故障整定，一般为 05。2.1.4 转子一点接地保护励磁绕组及其相连的直流回路发生一点绝缘损坏时(一点接地故障)并不产生严重后果，但是若继发第二点接地故障，则部分转子绕组被短路，可能烧伤转子本体，使振动加剧，甚至可能发生轴系和汽轮机磁化，使机组修复困难，延长停机时间。因此在励磁回路一点接地保护动作发出信号后，应投入两点接地保护，带时限动作于停机。本机采用切换采样式一点接地保护。通常取整定值 10K，当测量值小于定值时发出信号。3.1 变压器保护整定计算3.1.1 比率制动差动保护a. 最小动作电流的整定，最小动作电流应大于变压器额定
15、负载时的不平衡电流。 anerop ImUKI )(minKrel可靠系数 ,取 1.31.5Ker电流互感器的比误差，10P 型取 0.03x2U变压器调压引起的误差，取调压范围中偏离额定值的最大值（百分值）m由于电流互感器变比未完全匹配产生的误差，初设时取 0.05Iop.min=1.5 (0.03 2+5%+0.05) 3937.6/120=251.5A工程中宜采用不小于 。TNnI3.0所以 取min.opIA124.b. 起始制动电流的整定起始制动电流宜取,取 1.0 则 Ires.0=3937.6/120=32.8ATNresII/)0.18(0.c. 动作特性折线斜率 S 的整定
16、最大不平衡电流 npK非周期分量系数,取 1.52.0；对于变压器的纵差动保护，两侧电流互感器的变比肯定不相同，故取最大外部三相短路电流周期分量)3(max.kI=)(.=0.1 2 1 3937.6 100/120=656.26Amax.unbI=1.5 656.26=984.4Amax unbrelopIKKAIres 362.5.63970. 24.0)36.12.397()5.14.98()()( 0.)3max.in.max. reslkopop IIIS3.1.2 差动速断保护差动速断的整定值应按躲过变压器初始励磁涌流或外部短路最大不平衡电流整定。差动速断的动作电流 AnIKTNo
17、p 29.106.397取差动速断的动作电流为 2.29A按正常运行方式保护安装处两相短路计算灵敏系数，要求大于= 1.25opTklmII)()3in 3/)5.(3.1.3 零序电流保护零序电流保护动作电流应与相邻线路零序过流保护或快速主保护相合。1.00. opbrrelopIKIKrel可靠系数 ,取 1.10327.45.12.1210 1min.max,)3(max. LGLSKstnpunb XZEII 1stKKAIIM915.057.215. Kbr零序电流分支系数，其值等于线路零序过电流保护 I 段保护区末端发生接地短路时，流过本保护的零序电流与流过线路的零序电流之比，取各
18、种运行方式的最大值。Iop.0.1与之相配合的线路保护相关段动作电流 Aop52.31.0. 零序过流保护以 t2=t0+2t(t0为线路保护配合段的动作时间，此处为 2.5S)时间，按系统配合要求断开变压器各侧断路器。因此延时时间取 3.5S。心得体会：在老师的辛勤指导下，我们的继电保护综合实验终于画上了一个圆满的句号。我们刚开始做课程设计的时候，出现了严重的准备不足，导致我们不知该从何下手，不得不向老师求助。虽然之前也做过一些继电保护的试验，但是要自己下手去做的时候还是会有些迷茫。由于在平时的学习中不够扎实，在实验过程中明显感觉到理论知识的匮乏，出现了一些让人感到不可思议的错误。这次继电保
19、护综合实验使我对继电保护思想基本要求，即可靠性，选择性，快速性，灵敏性有了新的认识，通过课程设计过程中对各种数据的处理计算，提高了理论结合实际的能力，巩固了书本知识，提高了动手能力，发现问题和解决问题的能力。但是这次实验还是暴露了自己理论知识的不足，以后还要加强这方面的学习。附件发电机参数表厂、站名称 恰普其海水电站额定容量（kVA） 94117.6 额定电压(kV) 13.8 机号 1#4#次暂态电抗 Xd“ 0.2015 额定电流(A) 3937.6 功率因数 0.85标幺值（基准容量） 有名值（基准电压）计算采用值0.214 （100） 113.06 （230）恰普其海电力网 220kV
20、线路短路电流计算值短路点 三相短路电流（A） 两相短路电流（A）恰普其海 220kV母线 911.5青年变 220kV母线 2050双绕组变压器参数变压器名称 81大板 81大板 恰普其海容量（kVA） 2000 5000 100000容量比 100/100 100/100 100/100/100额定电压(kV) 35/10.5 35/20 242/13.8额定电流(A) 33/109.97 82.48/144.34 238.58/4283.7相数 3 3 3型式 S9-2000/35 SZ9-5000/35 SFP10-10000/220/W2分接范围(kV) 22.5 35 (12.5%)/20 242(122.5%)/13.8 冷却方式 ONAN ONAN ODAF短路电压百分数 6.65% 6.64% 13.45%标幺值 3.324 1.328 0.1345计算采用正序电抗 有名值 45.52 18.18 71.151
