1000MW火力發(fā)電廠電氣部分與繼電保護

1、畢業(yè)論文 1000MW火力發(fā)電廠 電氣部分及繼電保護說明書 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(jīng)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(shè)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(shè)計過程。 根據(jù) 自然條件和技術(shù)經(jīng)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在系統(tǒng)申的地 位，

2、作用 : 依據(jù)可靠性、靈活性、經(jīng)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(shè)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(guān)鍵詞: 電氣主接線 電氣設(shè)備 繼電保護目錄緒論 1第一部分 電氣主接線設(shè)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 . 122 11 計算的基本情況 . .12212接線方式 . .12213 計算容量 .12214短路種類 . .122 15 短路計算點 . .12 22 短路電流計算的方法 .12 2

3、3三相短路電流周期分量的計算 . .13 24阻抗圖 . .14 第三部分 電氣設(shè)備的選擇 .15 31 繼路器 . 15 32 隔離開關(guān) . 16373 3 電流互感器 . .1634 電壓互感器 .16第四部分 主設(shè)備繼電保護 .1841 主設(shè)備繼電保護設(shè)計原則 . 1842 發(fā)電機變壓器組保護 . . 1842 1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(jié) . .36參考文獻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

4、 位，作用 : 依據(jù)可靠性、靈活性、經(jīng)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(shè)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(guān)鍵詞: 電氣主接線 電氣設(shè)備 繼電保護課題背景電氣主接線是發(fā)電廠、 變電所電氣設(shè)計的首要部分， 也是構(gòu)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(jīng)濟性密切相關(guān)，并且對電氣設(shè)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(yīng)按發(fā)電廠在電力系統(tǒng)中的地位，負

5、荷情況，出線回路數(shù)、設(shè) 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(guān)，接在發(fā)電機、變壓器引線或中性點 上的避雷器可裝設(shè)隔離開關(guān)。當(dāng)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(dāng)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(yīng)設(shè)置旁路裝置，當(dāng) 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(shè)備上裝 設(shè)完善的繼電保護裝置

6、，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(shè)備在各種短路和異常運行時可減少造成的損壞， 在經(jīng)濟 上也有顯著的效果，因此在主設(shè)備的保護設(shè)計中，應(yīng)要求保護在配置，原理 接線和設(shè)備選型等方面，根據(jù)主設(shè)備的運行工況及結(jié)構(gòu)特點，達到可靠，靈 敏，快速和選擇性的綜合要求。二設(shè)計任務(wù)書（一）設(shè)計題目： 1000MW火力發(fā)電廠電氣部分及繼電保護設(shè)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(chǎn)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

7、路干線在附近經(jīng)過，廠附 近有河流經(jīng)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(fēng)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 5 0 0 m2機組參數(shù)鍋 爐：2HG670T/H2HG1000T/H汽輪機：2N2001302N300165發(fā)電機：2QFQS 20022QFQS 30023. 電力系統(tǒng)結(jié)線圖： 根據(jù)系統(tǒng)計算資料表明，在系統(tǒng)樞紐變電所出口裝設(shè)SW2220型斷路器。與 電力系統(tǒng)聯(lián)結(jié)的線路數(shù)如圖。三設(shè)計容1 電氣主接線的設(shè)計 電氣主接線是構(gòu)成電力系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)， 關(guān)系到系統(tǒng)的供電的可靠性、 運

8、行調(diào)度的靈活性和經(jīng)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(shè)備的選擇短路電流計算是電器設(shè)計重的主要環(huán)節(jié)能，本設(shè)計中短路電流的計算 方法采用標(biāo)么值折算法，在網(wǎng)絡(luò)的等值變換與化簡利用分布系數(shù)法化簡。電氣設(shè)備的選擇是國家有關(guān)技術(shù)經(jīng)濟政策，做到技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、安全可靠、運行方便和適當(dāng)?shù)牧粲邪l(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(shè)計與配置電力系統(tǒng)繼電保護的設(shè)計與配置是否合理直接影響到電力系統(tǒng)的安全運行，設(shè)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 :

9、 設(shè)計各種電器設(shè)備的保護時，對下列各項作了綜合考慮 :(1) 電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)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(jīng)濟上的合理性 ;(5) 國外的成熟經(jīng)驗。所選用的保護方式要滿足電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(shè)計11 原始資料分析一本廠概述：本廠有 2臺 200M、W2臺 300MW機組，總?cè)萘繛?000M。W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

10、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)，煤炭資料豐富，有利于以后的擴建。附近有河流經(jīng)過， 水源豐富，足夠本廠用水。由于有國家鐵路經(jīng)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(zhì)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(fēng)速為 25m/s,一般高壓電器 可在風(fēng)速不大于 35m/s 的環(huán)

11、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(shè)備的高度，因此本廠可以不考慮，也不必加強基礎(chǔ) 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(jù)規(guī)程規(guī)定，氣溫在 -3040之間彩普通高壓電器。在高寒地區(qū)，應(yīng)選擇能適應(yīng)環(huán)境最低溫度為 -40的高寒電器。一般隔離開關(guān)的厚度為 10mm，而本廠覆冰厚度為 15mm，因此 所選隔離開關(guān)破冰厚度應(yīng)大于 15mm。12 主接線方案的確定一、設(shè)計主接線的基本要求：在設(shè)計主接線時，應(yīng)使其滿足供電可靠，運行靈活和經(jīng)濟等項的基本要求。1、可靠性供電可靠性是

12、電力生產(chǎn)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(yīng)全面考慮以下幾個問題：（1）可靠性的客觀衡量標(biāo)準(zhǔn)是運行實踐經(jīng)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(shè)備的可靠程度 衡量主接線可靠性的標(biāo)志是：（1）斷路器檢修時，能否影響供電。（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(yīng)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。

13、（2）檢修安全。（3）擴建方便。3、經(jīng)濟性在滿足技術(shù)要求的前提下，做到經(jīng)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) 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(shù)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(shè)雙母線以上接線方式：3/2

14、 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(jù)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(jīng)濟性比較；二方案的經(jīng)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(guān)時，只停該回路3 母線故障后，能迅速恢復(fù)供電 ;4 調(diào)度靈活，各個電源和回

15、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(yīng)系統(tǒng)中各種運行方式調(diào)度和潮流變化的需要 ;5 檢修任一回路的母線隔離開關(guān)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(dǎo)致母線回路供電 ;2 旁路斷路器的繼電保護為適應(yīng)各進線的要求，其整定較復(fù)雜。 具備下列條件時，可不裝設(shè)旁路母線 ;1 采用可靠性高，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， (

16、 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(gòu)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(shù)是傳統(tǒng)技術(shù)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(dāng)一段母線故障時或聯(lián)接在母引上的進出線斷路器故障時。 - 停電圍 不超過整個母線的四分之一， 當(dāng)一段母線故障合并分段或母聯(lián)斷路拒動時，停電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

17、 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(shù)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(fù)雜，為解決繼電保護校驗問題，保護必須雙 重化，且一次設(shè)備的投資超過及母線四分段的投資，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)提高太多，所 以，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(guān)只作為檢修電器，而不作

18、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(fù)雜。 雙母四分段：（1）不能形成多環(huán)狀供電，調(diào)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(guān)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(guān)，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。根據(jù)電力工程電氣設(shè)計手冊及火力發(fā)電廠設(shè)計規(guī)程與本次設(shè)計有關(guān) 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

19、：（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(shè)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 機組采用的主變?yōu)镾FP7240000/220，而對于的機組采用SSPL 360000/220。2、廠用充的確定（1）廠用電源引接 當(dāng)發(fā)電機與主變壓器成單元接線時，高壓廠

20、用工作電源一般由主變的低壓側(cè) 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(cè)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(yīng)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 25/12.5 12.5MVA300MW機組采用 40/2020MVA3、高備變的確定（1）當(dāng)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(luò)變壓器的第三（低壓）繞組引接，并扔得保證在

21、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(cè)，從高壓側(cè)取得電源）。2）當(dāng)有發(fā)電機電壓母線是由該母線引接一個備用電源。3）當(dāng)技術(shù)經(jīng)濟合理時，可由外部電網(wǎng)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(yīng)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(shè)立1個起動/ 備用 電源。根據(jù)規(guī)程有關(guān)規(guī)定及經(jīng)驗，本廠應(yīng)用臺高備變，分別為：200MW機組采用 25/12.5 12.5MVA300MW機組采用 40/2020MVA備用變繞組為 Y/1111 綜上所述，根據(jù)本廠的具體情況，可以首先擬定以下幾個方案： 方案一：220KV側(cè)采用雙母線

22、方案二：采用方案三：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(dāng)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(dāng)母線故障或檢修時，隔離開關(guān)作為倒換操作電器，容易誤操作，為此， 需在隔離開關(guān)和斷路器之間裝設(shè)連鎖裝置。因本廠與系統(tǒng)聯(lián)系緊密，要求可靠性非常高，因此這種接線不易采用?，F(xiàn)對方案二、方案三進行技術(shù)經(jīng)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

23、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(guān)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(fù)雜。雙母四分段：（1）不能形成多環(huán)狀供電，調(diào)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(guān)作為操作電器，改變運行方式需要進行

24、 倒閘操作，處理事故時需要操作隔離開關(guān)，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(jīng)濟性（1）主設(shè)備投資：8 回線時，兩種接線相關(guān)不多，9回線及以上時，雙母四 分段較經(jīng)濟。（2）占在面積：3/2 接線占地面積較少，但應(yīng)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(fù)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(fù)雜。（2）應(yīng)用于發(fā)電廠時，發(fā)電機變

25、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(wǎng)絡(luò)控制室設(shè)相應(yīng)的斷路器信號，比較復(fù)雜。雙母四分段接線：（1）分段的母聯(lián)保護復(fù)雜，需要故障母線選擇元件，而當(dāng)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(guān)的閉鎖回路 保護，二次回路較復(fù)雜。（2）應(yīng)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 制室進行控制，與線路控制無關(guān)，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(jīng)驗，在操作方面沒問題（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

26、 年），質(zhì)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(shè)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(jīng)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(shè)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(shè)備時，為了保證設(shè)備在正常運行和故障清況下都能安 全、可靠地運行， 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(shè)計屋外高

27、壓配電裝置時需按短路條件校驗軟導(dǎo)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(jù)。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(diào)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(yīng)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方式， 應(yīng)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 )

28、。3) 計算容量應(yīng)按本工程設(shè)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(shè)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(guān)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(dǎo)體和電器時，短路計算點應(yīng)取在電抗器后。2計算步驟1) 選擇計算短路點2) 畫等值網(wǎng)絡(luò)圖3) 化簡等值網(wǎng)絡(luò)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(biāo)么值6) 計算無限大的電源供給的短路電流同期分量7) 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

29、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(jié)果表23 三相短路電流周期分量的計算1、求 XjsXjs 是將各電源與短路點之間的轉(zhuǎn)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(biāo)么值，可以用下式歸算：X jsm Xmd SSnbm （m 1、2、K n）式中：Snm為第 m個電源等值發(fā)電機的額定容量（MVA）X md為第 m個電源與短路點之間的轉(zhuǎn)移電抗（標(biāo)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 I Z.t* =f（Xjs t） ,所以根據(jù) 各電源的計算

30、電抗 Xjs 查相應(yīng)的運算曲線，可分別查對應(yīng)于任一時間 t 的短路電源 周期分量標(biāo)么值 I Z.t*并由下式求出各有名值ztmztm式中： I ztm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(dāng)供電電源為無窮大或計算電抗（以供電電源為基準(zhǔn)） XJS3 時，可以認為其短路電流周期分量不衰減。短路電流標(biāo)么值由下式計算： 1 1I z* I （ 或 =）z* X *Xjs*其有名值為I Z I I0.2 I 4 I Z* （KA）24 阻抗圖第三部分 電氣設(shè)備選擇電氣的選擇設(shè)計，必須招待國家的有關(guān)技術(shù)經(jīng)濟政策

31、，并應(yīng)做到技術(shù)先進，經(jīng)濟合理，安全可靠，運行方便和適當(dāng)?shù)牧粲邪l(fā)展的余地，以滿足電力系統(tǒng)安全 經(jīng)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(shù)條件和環(huán)境條件外，還應(yīng)考慮便于安裝 調(diào)試和運行維護，并經(jīng)技術(shù)比較后地能確定。根據(jù)我國生產(chǎn)制造情況，電壓 6-22KV 的電網(wǎng)一般選用少油斷路器；電壓 110-330KV的電網(wǎng)，當(dāng)少油斷路器技術(shù)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(shù)條件簡述如下；1、電壓：Ug（電網(wǎng)工作電壓）Un2、電流：IgmaxIn3、開斷電流（或開斷容量）：I dt I kd （或 Sdt Skd ） 式中：I dt斷路器實際開斷 t 秒時間的短

32、路電流周期分量Sdt斷路器 t 秒的開斷容量I kd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：i cn i max式中：i cn斷路器極限通過電流峰值、i max 三相短路電流沖擊值225、熱穩(wěn)定： I dz 2t It2t 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(guān) 隔離開關(guān)型式的選擇，應(yīng)根據(jù)配電裝置的布置特點和使用要求等因素，進行 綜合的技術(shù)經(jīng)濟比較然后確定。其選擇的技術(shù)條件于斷路器選擇的技術(shù)條件與 1.2.5 相同。選擇結(jié)果見表 3.1電壓等級斷路器隔離開關(guān)220KVLW-220GW6-220GD63KVSN3-10

33、GN10-10T3.3 電流互感器電流互感器的選擇在型式上：6-20KV屋配電裝置，可采用瓷絕緣結(jié)構(gòu)或樹脂 澆注絕緣結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的獨立式電流互感器，有條件時盡量采用套管式電流互感器。有關(guān)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(yīng)根據(jù)使用條件選擇：（1）620KV屋配電裝置，一般采用油浸絕緣結(jié)構(gòu)，也可采用樹脂澆注絕緣 結(jié)構(gòu)的電壓互感器。（2）35110KV配電裝置一般采用油浸式絕緣結(jié)構(gòu)電磁式電壓互感器。（3）220KV及以上配電裝置，當(dāng)容量和準(zhǔn)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

34、次回路單相接地時，應(yīng)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(guān)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(shè)備繼電保護41 主設(shè)備保護設(shè)計原則一、設(shè)計原則及圍在主設(shè)備的保護設(shè)計中，應(yīng)要求保護在配置、原理接線和設(shè)備選型等方面， 根據(jù)主設(shè)備的運行工程及結(jié)構(gòu)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(shè)備的保護裝置的 設(shè)計。二、設(shè)備選型目前廣泛應(yīng)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(shè)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(shù)、快速性、選擇性等方面都較

35、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(jù)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(shè)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(shè)計原則及圍，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(shè)備上裝設(shè)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(shè)備減少在各種短路和異常運行時造成的損壞， 在經(jīng)濟 效益上也有顯著的效果， 原理接線和設(shè)備選擇等萬面根據(jù)主設(shè)備的運行工況 及結(jié)構(gòu)特點，達到可靠、靈敏、快速且有選擇性的要求。本設(shè)計主要包括發(fā)電機變壓器、發(fā)電機變壓器組、廠電源設(shè)備和母線等 保護裝置

36、的設(shè)計。421大型發(fā)電機組對繼電保護的要求定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組的過負荷保護、轉(zhuǎn)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(yīng)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保護有良好的性能，宜裝設(shè)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(shè)計大機組繼電保護的總體配置時，應(yīng)該比較強調(diào)最大限度地保證機組安 全，強調(diào)最大限度的縮小故障破壞圍，強調(diào)避免不必要的突然停機，

37、強調(diào)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(dāng)高壓側(cè)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(cè)及廠用變壓器高壓側(cè)時，可采用復(fù)合電流速斷 保護。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(cè)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

38、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10）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(fù)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(zhì)和選擇性要求

39、，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(guān)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(cè)的保護 只斷開本側(cè)斷路器。（4）母線解列：對雙母線系統(tǒng)，斷開母線聯(lián)絡(luò)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、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

40、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DKB2W1LH2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I BPI CDI CD在上圖的制動特性中，I ZD是制動電流，I CD是差動電流，圖中畫出了不平衡電 流 I bp 隨外部短路電流增長的情況，當(dāng)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。11 1I ZDI 1 I 2 UCD時斷電器不動作；當(dāng) UZUC，D保護不動作。雙側(cè)電源的

41、變壓器部故障時，總有一側(cè)電流要改變方向，即 DKB1原邊電流 I 1和 I 2方向相反，Uz1很小。此時 DKB2原邊電流等于（I 1+I 2），其數(shù)值較正常運行時數(shù)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器高壓側(cè)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(gòu)成及接線阻抗保護接在高壓側(cè)

42、對高壓母線故障靈敏系數(shù)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(fù)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(cè)，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(zhuǎn)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(shè) 計采用零序電壓式匝間保護，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(cè)中性點不接地，這樣，當(dāng)定子繞組發(fā)生匝間短路時

43、，就有零序 電壓加到電壓互感器的一側(cè)，于是，在其二次側(cè)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(yīng)裝設(shè)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(jù)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(yīng)在發(fā)電機機端 裝設(shè)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(guān),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接地電流有關(guān) , 本 題采用中性點經(jīng)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

44、次側(cè) , 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(cè)輸出有不平衡電壓 , 沒變壓器高壓側(cè)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(cè) , 因此發(fā)電機定子繞組 保護裝置的動作電壓應(yīng)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(gòu)成保護裝置， 與基波零序電壓配合可以構(gòu)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 大機組上采用的一點接地保護（勵磁）有電橋式、迭加直

45、流電壓式及迭加交 流電壓式等不同原理構(gòu)成的保護，本次設(shè)計采用測量轉(zhuǎn)子繞組對地導(dǎo)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(gòu)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：1 I& I&mn1 &I I&mn，也可等到用導(dǎo)納表示的動作條件：Y Gm Gn Gm。1、勵磁回路兩點接地保護本次設(shè)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(jù)是利用轉(zhuǎn)子繞組發(fā)生兩點接地故障或匝間短路時，

46、轉(zhuǎn)子磁勢對稱 受到破壞，氣隙磁密波形中出現(xiàn)偶次諧波，感應(yīng)到定子電壓中也就相應(yīng)出現(xiàn) 了 2 次諧波分量而構(gòu)成的。其原理框圖為：YH 線 電 壓八、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(shè)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(guān)，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(dāng)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

47、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：啟動定時回路限啟電壓動回形成路反時反時限延限啟時回動回路電路壓形成反時限延時1-10S反時限延時過負荷信號延時1-10S延時延時1-10S跳閘跳閘跳閘信號跳閘2、非對稱性過負荷保護發(fā)電機的轉(zhuǎn)子承受負序電流能力的判據(jù)為 I 2*小于等于 T式中 I 2*- 以額定電流為基準(zhǔn)的負序電流標(biāo)么值。T-發(fā)電機允許過熱的時間常數(shù) 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(yīng)裝設(shè)發(fā)電機轉(zhuǎn)子表層過負荷保護。本系統(tǒng)中 200MW發(fā)電機小于 10A，應(yīng)裝設(shè)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

48、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(yīng)能反應(yīng)電流變化時，轉(zhuǎn)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(yīng)能反應(yīng)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 20

49、0MW及以上的汽輪發(fā)電機宜裝設(shè)逆功率保護。 逆功率保護由靈敏的 功率繼電器構(gòu)成，帶時限動作于信號，經(jīng)長時限動作于解列。本設(shè)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(shè)過電壓保護，其整定值根據(jù)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(jīng) 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(dāng) 220KV及以上電壓側(cè)為分項操作的斷路 器時，要