水電站繼電保護(hù)及二次回路設(shè)計(jì)

1、水電站繼電保護(hù)及二次回路設(shè)計(jì) 目錄摘要 .1 關(guān)鍵詞 .1 前言 .1 一、繼電保護(hù)的概述 .21. 繼電保護(hù)的概述 .22. 基本原理 .23. 基本要求 .3二、水電站電氣主接線圖 .5三、發(fā)電機(jī)保護(hù) .61. 發(fā)電機(jī)可能發(fā)生的故障及其相應(yīng)的保護(hù) .62. 發(fā)電機(jī)的不正常工作狀態(tài)及其機(jī)器相應(yīng)的保護(hù) .7 四、主變保護(hù) .71. 變壓器可能發(fā)生的故障及其相應(yīng)的保護(hù) .82. 變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù) .93. 構(gòu)成變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的基本原則 .104. 變壓器縱差保護(hù)的整定計(jì)算 .145. 過電流保護(hù)整定計(jì)算 .166. 低電壓啟動(dòng)的過電流保護(hù)整定計(jì)算 .16 五、母線保護(hù) .171. 母線保護(hù)

2、的概述 .172. 母線保護(hù)的類型 .183. 裝設(shè)專用的母線保護(hù)的條件 .204. 對母線保護(hù)的基本要求 .20 六、二次回路設(shè)計(jì) .201、二次回路的概述 .202. 主變壓器二次保護(hù)回路全圖 .23 結(jié)論 .26 致謝 .27 參考文獻(xiàn) .28水電站繼電保護(hù)及二次回路設(shè)計(jì) 學(xué)生:劉明指導(dǎo)教師:王俊(三峽大學(xué)成人教育學(xué)院摘要 :本文闡述了繼電保護(hù)的基本概念和繼電保護(hù)的整定計(jì)算和靈敏度校驗(yàn), 全 面的介紹了水電站中各種繼電保護(hù)的作用以及分類。關(guān)鍵詞 :繼電保護(hù)、發(fā)電機(jī)、變壓器、母線、整定計(jì)算、靈敏度校驗(yàn)前言 :由于大型水電站的母線、 發(fā)電機(jī)和變壓器的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜, 在運(yùn)行過程中都 可能會(huì)發(fā)生

3、各種各樣的故障和異常運(yùn)行狀態(tài)為了確保在保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障, 都 能有選擇性的快速切除故障, 需要配置多種繼電保護(hù)裝置, 必要時(shí)進(jìn)行多重化配 置,從而將水電站中重要設(shè)備的危害和損失降到最小,對電力系統(tǒng)的影響最小。 發(fā)電廠和變電所母線是電力系統(tǒng)中的中的一個(gè)重要組成部件, 發(fā)電機(jī)的安全 運(yùn)行對保證電力系統(tǒng)的正常工作和電能質(zhì)量起著決定性的作用; 而變壓器是電力 系統(tǒng)十分重要的供電元件 , 再者發(fā)電機(jī)、變壓器本身就是十分貴重的電氣元件, 所以繼電保護(hù)裝置對大型水電站的正常運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。根據(jù)水電站的接線圖及相關(guān)資料。 本設(shè)計(jì)共包括六章分別對母線發(fā)電機(jī)變壓 器的繼電保護(hù)進(jìn)行詳細(xì)介紹并給出相關(guān)的整定

4、計(jì)算,畫出部分二次接線圖。 本文主要通過分析原始資料中主要設(shè)備的參數(shù)首先需要對電力系統(tǒng)保護(hù)原 理進(jìn)行全面系統(tǒng)的復(fù)習(xí)、 查閱相關(guān)資料. 加深理解; 其次結(jié)合相關(guān)參數(shù)和各種繼 電保護(hù)原理.確定適用于水電站的保護(hù)方案,最后.分別對母線處、發(fā)電機(jī)和變 壓器進(jìn)行整定計(jì)算和配置并且根據(jù)系統(tǒng)一次設(shè)計(jì)圖給出部分二次設(shè)計(jì)及其配置 圖和一般原理圖。水電站繼電保護(hù)及二次回路設(shè)計(jì)一、繼電保護(hù)的概述1. 繼電保護(hù)的概述研究電力系統(tǒng)故障和危及安全運(yùn)行的異常工況, 以探討其對策的反事故自動(dòng) 化措施。因在其發(fā)展過程中曾主要用有觸點(diǎn)的繼電器來保護(hù)電力系統(tǒng)及其元件 (發(fā)電機(jī)、變壓器、輸電線路、母線等使之免遭損害,所以簡稱繼電保護(hù)

5、。 基本任務(wù)是當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障或異常工況時(shí), 在可能實(shí)現(xiàn)的最短時(shí)間和最 小區(qū)域內(nèi), 自動(dòng)將故障設(shè)備從系統(tǒng)中切除, 或發(fā)出信號由值班人員消除異常工況 根源,以減輕或避免設(shè)備的損壞和對相鄰地區(qū)供電的影響。2. 基本原理繼電保護(hù)裝置必須具有正確區(qū)分被保護(hù)元件是處于正常運(yùn)行狀態(tài)還是發(fā)生 了故障, 是保護(hù)區(qū)內(nèi)故障還是區(qū)外故障的功能。 保護(hù)裝置要實(shí)現(xiàn)這一功能, 需要 根據(jù)電力系統(tǒng)發(fā)生故障前后電氣物理量變化的特征為基礎(chǔ)來構(gòu)成。電力系統(tǒng)發(fā)生故障后,工頻電氣量變化的主要特征是:電流增大。 短路時(shí)故障點(diǎn)與電源之間的電氣設(shè)備和輸電線路上的電流將由負(fù) 荷電流增大至大大超過負(fù)荷電流。電壓降低。 當(dāng)發(fā)生相間短路和接地短

6、路故障時(shí), 系統(tǒng)各點(diǎn)的相間電壓或相電 壓值下降,且越靠近短路點(diǎn),電壓越低。電流與電壓之間的相位角改變。 正常運(yùn)行時(shí)電流與電壓間的相位角是負(fù)荷的 功率因數(shù)角,一般約為 20°,三相短路時(shí),電流與電壓之間的相位角是由線路 的阻抗角決定的,一般為 60°85°,而在保護(hù)反方向三相短路時(shí),電流與電 壓之間的相位角則是 180°+(60°85° 。測量阻抗發(fā)生變化。 測量阻抗即測量點(diǎn) (保護(hù)安裝處 電壓與電流之比值。 正 常運(yùn)行時(shí),測量阻抗為負(fù)荷阻抗;金屬性短路時(shí),測量阻抗轉(zhuǎn)變?yōu)榫€路阻抗,故 障后測量阻抗顯著減小,而阻抗角增大。不對稱短路時(shí),

7、出現(xiàn)相序分量, 如兩相及單相接地短路時(shí), 出現(xiàn)負(fù)序電流和 負(fù)序電壓分量; 單相接地時(shí), 出現(xiàn)負(fù)序和零序電流和電壓分量。 這些分量在正常 運(yùn)行時(shí)是不出現(xiàn)的。利用短路故障時(shí)電氣量的變化,便可構(gòu)成各種原理的繼電保護(hù)。此外,除了上述反應(yīng)工頻電氣量的保護(hù)外,還有反應(yīng)非工頻電氣量的保護(hù), 如瓦斯保護(hù)。3. 基本要求繼電保護(hù)裝置為了完成它的任務(wù), 必須在技術(shù)上滿足選擇性、 速動(dòng)性、 靈敏 性和可靠性四個(gè)基本要求。 對于作用于繼電器跳閘的繼電保護(hù), 應(yīng)同時(shí)滿足四個(gè) 基本要求, 而對于作用于信號以及只反映不正常的運(yùn)行情況的繼電保護(hù)裝置, 這 四個(gè)基本要求中有些要求可以降低。(1可靠性保護(hù)裝置的可靠性是只在規(guī)定的

8、保護(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)生故障時(shí), 保護(hù)裝置不應(yīng)該拒絕 動(dòng)作,而在正常運(yùn)行或保護(hù)區(qū)外發(fā)生故障是,在不應(yīng)該誤動(dòng)作?？煽啃灾饕轻槍ΡＷo(hù)裝置本身的質(zhì)量和運(yùn)行維護(hù)水平而言。 不可靠的保護(hù) 本身就成了事故的根源。因此,可靠性是對繼電保護(hù)裝置的最根本要求。 為保證可靠性, 一般來說, 宜選用盡可能簡單的保護(hù)裝置及有運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的微 機(jī)保護(hù)產(chǎn)品; 因采用有可靠的原件和簡單的接線構(gòu)成的性能良好的保護(hù)裝置, 并 應(yīng)采取必要的檢測、 閉鎖和雙重化的措施。 當(dāng)電力系統(tǒng)中發(fā)生故障而主保護(hù)拒動(dòng) 時(shí), 靠后備保護(hù)的動(dòng)作切除故障, 有時(shí)不僅擴(kuò)大了停電范圍, 而且拖延了切除故 障的時(shí)間, 從而給電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來很大的危害。 此外, 保

9、護(hù)裝置應(yīng)便于 整定、調(diào)試和運(yùn)行維護(hù),這對保證其可靠性也具有重要的作用。(2選擇性選擇性就是指當(dāng)電力系統(tǒng)中的設(shè)備或線路發(fā)生短路時(shí), 其繼電保護(hù)僅將故障 的設(shè)備或線路從電力系統(tǒng)中切除, 當(dāng)故障設(shè)備或線路的保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí), 應(yīng) 由相鄰設(shè)備或線路的保護(hù)將故障切除。(3靈敏性靈敏性是指電氣設(shè)備或線路在被保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生短路故障或不正常運(yùn)行情 況時(shí),保護(hù)裝置的反應(yīng)能力。能滿足靈敏性要求的繼電保護(hù), 在規(guī)定的范圍內(nèi)故障時(shí), 不論短路點(diǎn)的位置 和短路的類型如何, 以及短路點(diǎn)是否有過渡電阻, 都能正確反應(yīng)動(dòng)作, 即要求不 但在系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下三相短路時(shí)能可靠動(dòng)作, 而且在系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下經(jīng)過較大的過渡電阻

10、兩相或單相短路故障時(shí)也能可靠動(dòng)作。系統(tǒng)最大運(yùn)行方式:被保護(hù)線路末端短路時(shí), 系統(tǒng)等效阻抗最小, 通過保護(hù) 裝置的短路電流為最大運(yùn)行方式;系統(tǒng)最小運(yùn)行方式:在同樣短路故障情況下, 系統(tǒng)等效阻抗為最大, 通過保 護(hù)裝置的短路電流為最小的運(yùn)行方式。保護(hù)裝置的靈敏性是用靈敏系數(shù)來衡量。(4速動(dòng)性速動(dòng)性是指繼電保護(hù)裝置應(yīng)能盡快地切除故障,以減少設(shè)備及用戶在大電 流、低電壓運(yùn)行的時(shí)間,降低設(shè)備的損壞程度,提高系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性。 一般必須快速切除的故障有:使發(fā)電廠或重要用戶的母線電壓低于有效值 (一般為 0.7倍額定電壓 。 大容量的發(fā)電機(jī)、變壓器和電動(dòng)機(jī)內(nèi)部故障。中、低壓線路導(dǎo)線截面過小,為避免過熱不

11、允許延時(shí)切除的故障。 可能危及人身安全、對通信系統(tǒng)造成強(qiáng)烈干擾的故障。故障切除時(shí)間包括保護(hù)裝置和斷路器動(dòng)作時(shí)間, 一般快速保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間為 0.04s 0.08s ,最快的可達(dá) 0.01s 0.04s ,一般斷路器的跳閘時(shí)間為 0.06s 0.15s ,最快的可達(dá) 0.02s 0.06s 。對于反應(yīng)不正常運(yùn)行情況的繼電保護(hù)裝置, 一般不要求快速動(dòng)作, 而應(yīng)按照 選擇性的條件,帶延時(shí)地發(fā)出信號。二、水電站電氣主接線圖 圖 1該水電站的一次接線圖設(shè)計(jì)參數(shù)如下:水輪發(fā)電機(jī) G 1-G 4型號:SF75-68/11350;額定電壓:13.8kV ; 額定功率:75MW ;功率因數(shù) cos=0.85;

12、主變壓器 T 1-T 4型號:SFP8-90000/220;接線方式:YN,d11 兩側(cè)電壓:24222.5%/13.8KV水輪發(fā)電機(jī) G 0型號:SF-J26-40/6400;額定電壓:10.5kV ; 額定功率:24.5MW ;功率因數(shù) cos=0.85; 主變壓器 T 0型號:SF8-31500/220接線方式:YN,d11兩側(cè)電壓:24222.5%/13.8KV三、發(fā)電機(jī)保護(hù)發(fā)電機(jī)是電力系統(tǒng)中十分重要和貴重的設(shè)備, 發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行直接影響電 力系統(tǒng)的安全。 發(fā)電機(jī)由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜, 在運(yùn)行中可能發(fā)生故障和不正常工作狀態(tài), 這會(huì)對發(fā)電機(jī)造成危害。 同時(shí), 系統(tǒng)故障也可能損壞發(fā)電機(jī), 特別是

13、現(xiàn)代的大中 型發(fā)電機(jī)的單機(jī)容量大對系統(tǒng)影響大, 損壞后的修復(fù)工作復(fù)雜且工期長, 所以對 繼電保護(hù)提出了更高的要求。 針對發(fā)電機(jī)的故障和不正常工作狀態(tài), 應(yīng)裝設(shè)性能 完善的繼電保護(hù)裝置。1. 發(fā)電機(jī)可能發(fā)生的故障及其相應(yīng)的保護(hù)(1發(fā)電機(jī)定子繞組相間短路定子繞組相間短路會(huì)產(chǎn)生很大的短路電流. 嚴(yán)重?fù)p壞發(fā)電機(jī). 甚至引起火災(zāi) 應(yīng)裝設(shè)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。(2發(fā)電機(jī)定子繞組匝間短路定子繞組匝間短路會(huì)產(chǎn)生很大的環(huán)流, 引起故障處溫度升高使絕緣老化甚至 擊穿絕緣發(fā)展為單相接地或相間短路, 擴(kuò)大發(fā)電機(jī)損壞范圍。 應(yīng)裝設(shè)定子繞組的 匝間短路保護(hù)。(3發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地定子繞組單相接地是發(fā)電機(jī)易發(fā)生的一種故障。 單

14、相接地后, 其電容電流流 過故障點(diǎn)的定子鐵芯, 當(dāng)此電流較大或持續(xù)時(shí)間較長時(shí), 會(huì)使鐵芯局部熔化, 給 修復(fù)工作帶來很大困難。 因此, 應(yīng)裝設(shè)靈敏反映全部繞組任一點(diǎn)接地故障的 100%定子繞組單相接地保護(hù)。(4發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組一點(diǎn)接地和兩點(diǎn)接地轉(zhuǎn)子繞組一點(diǎn)接地, 由于沒有構(gòu)成通路, 對發(fā)電機(jī)沒有直接危害, 但若再發(fā) 生另一點(diǎn)接地, 就造成兩點(diǎn)接地, 則轉(zhuǎn)子繞組一部分被短接, 不但會(huì)燒毀轉(zhuǎn)子繞 組, 而且由于部分繞組短接會(huì)破壞磁路的對稱性, 造成磁勢不平衡而引起機(jī)組劇 烈振動(dòng), 產(chǎn)生嚴(yán)重后果因此。 因此, 應(yīng)裝設(shè)轉(zhuǎn)子繞組一點(diǎn)接地保護(hù)和兩點(diǎn)接地保 護(hù)。(5發(fā)電機(jī)失磁由于轉(zhuǎn)子繞組斷線, 勵(lì)磁回路故障或

15、滅磁開關(guān)誤動(dòng)等原因, 將造成轉(zhuǎn)子失磁, 失磁故障不僅對發(fā)電機(jī)造成危害, 而且對電力系統(tǒng)安全也會(huì)造成嚴(yán)重影響, 因此應(yīng)裝設(shè)失磁保護(hù)。2. 發(fā)電機(jī)的不正常工作狀態(tài)及其機(jī)器相應(yīng)的保護(hù)(1由于外部短路、非周期合閘以及系統(tǒng)振蕩等原因引起的過電流,應(yīng)裝 設(shè)過電流保護(hù),作為外部短路和內(nèi)部短路的后備保護(hù)。對于 50MW 及以上的發(fā)電 機(jī),應(yīng)裝設(shè)負(fù)序過電流保護(hù)。(2由于負(fù)荷超過發(fā)電機(jī)額定值,或負(fù)序電流超過發(fā)電機(jī)長期允許值允許 值所造成的對稱或不對稱過負(fù)荷。 針對對稱過負(fù)荷, 應(yīng)裝設(shè)只接于一相的過負(fù)荷 信號保護(hù);針對不對稱過負(fù)荷,一般在 50MW 及以上發(fā)電機(jī)應(yīng)裝設(shè)負(fù)序過負(fù)荷保 護(hù)。(3發(fā)電機(jī)突然甩負(fù)荷引起過電壓

16、,特別是水輪發(fā)電機(jī)因其調(diào)速系統(tǒng)慣性 大和中間再熱式大型汽輪發(fā)電機(jī)功頻調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)過程比較緩慢, 在突然甩負(fù)荷 時(shí), 轉(zhuǎn)速急劇上升從而引起過電壓。 因此, 在水輪發(fā)電機(jī)和大型汽輪發(fā)電機(jī)上應(yīng) 裝設(shè)過電壓保護(hù)。(4當(dāng)汽輪發(fā)電機(jī)主汽門突然關(guān)閉而發(fā)電機(jī)斷路器未斷開時(shí),發(fā)電機(jī)變?yōu)?從系統(tǒng)吸收無功而過渡到同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài),對汽輪發(fā)電機(jī)葉片特別是尾葉, 可能過熱而損壞。因此應(yīng)裝設(shè)逆功率保護(hù)。為了消除發(fā)電機(jī)故障, 其保護(hù)動(dòng)作跳開發(fā)電機(jī)斷路器的同時(shí)還應(yīng)作用于自動(dòng) 滅磁開關(guān)斷開發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流。四、主變保護(hù)電力變壓器是電力系統(tǒng)中非常重要的電氣設(shè)備之一, 它的安全運(yùn)行對于保證 電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行和供電的可靠性起著決定

17、性的作用, 同時(shí)大容量電力變壓器 的造價(jià)也十分昂貴。 因此, 針對電力變壓器可能發(fā)生的各種故障和不正常運(yùn)行狀 態(tài)應(yīng)裝設(shè)相應(yīng)的繼電保護(hù)裝置,并合理進(jìn)行整定計(jì)算。變壓器的故障可分為油箱內(nèi)故障和油箱外故障兩類。 油箱內(nèi)故障主要包括繞 組的相間短路、匝間短路、接地短路、鐵芯燒毀等,油箱外故障主要是繞組引出 線及出線套管上發(fā)生的相間短路和接地短路。 變壓器油箱內(nèi)故障十分危險(xiǎn), 由于 油箱內(nèi)充滿了變壓器油, 故障點(diǎn)的電弧將使變壓器油急劇分解汽化, 產(chǎn)生大量的 可燃性氣體(瓦斯 ,很容易引起油箱爆炸。油箱外故障所產(chǎn)生的短路電流若不及時(shí)切除將導(dǎo)致設(shè)備燒毀。 電力變壓器不正常的運(yùn)行狀態(tài)主要有外部短路引起的 過電

18、流、 負(fù)荷超過其額定容量引起的過負(fù)荷、 油箱漏油引起的油面降低以及過電 壓、過勵(lì)磁等。1. 變壓器可能發(fā)生的故障及其相應(yīng)的保護(hù)(1瓦斯保護(hù)。 800KVA 及以上的油浸式變壓器和 400KVA 以上的車間內(nèi)油 浸式變壓器, 均應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)。 瓦斯保護(hù)用來反映變壓器油箱內(nèi)部的短路故障 及油面降低, 其中重瓦斯保護(hù)動(dòng)作于跳開變壓器各側(cè)斷路器, 輕瓦斯保護(hù)動(dòng)作于 發(fā)出信號。(2縱差保護(hù)或電流速斷保護(hù)。 6300kVA 及以上并列運(yùn)行的變壓器、 10000kVA 及以上單獨(dú)運(yùn)行的變壓器、 發(fā)電廠廠用電變壓器和工業(yè)企業(yè)中 630OkvA 及以上重要的變壓器,應(yīng)裝設(shè)縱差保護(hù)。 10000kVA 及以下的

19、電力變壓器,應(yīng)裝 設(shè)電流速斷保護(hù),其過電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限應(yīng)大于 0.5s 。對于 2000kVA 以上的變 壓器, 當(dāng)電流速斷保護(hù)靈敏度不能滿足要求時(shí), 也應(yīng)裝設(shè)縱差保護(hù)。 縱差保護(hù)或 電流速斷保護(hù)用于反映電力變壓器繞組、出線套管及引出線發(fā)生的相間短路故 障,保護(hù)動(dòng)作于跳開變壓器各側(cè)斷路器。(3相間短路的后備保護(hù)。相間短路的后備保護(hù)用于反映外部相間短路引 起的變壓器過電流, 同時(shí)作為瓦斯保護(hù)和縱差保護(hù) (或電流速斷保護(hù) 的后備保 護(hù), 其動(dòng)作時(shí)限按電流保護(hù)的階梯形原則來整定, 延時(shí)動(dòng)作于跳開變壓器各側(cè)斷 路器。 相間短路的后備保護(hù)的形式較多, 過電流保護(hù)和低電壓啟動(dòng)的過電流保護(hù), 宜用于中小容

20、量的降壓變壓器; 復(fù)合電壓啟動(dòng)的過電流保護(hù), 宜用于升壓變壓器 和系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器, 以及過電流保護(hù)靈敏度不能滿足要求的降壓變壓器; 6300kVA 及以上的升壓變壓器,應(yīng)采用負(fù)序電流保護(hù)及單相式低電壓啟動(dòng)的過電流保護(hù); 對大容量升壓變壓器或系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器, 為了滿足靈敏度要求, 還可采用阻抗保 護(hù)。(4接地短路的零序保護(hù)。對于中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中的變壓器,應(yīng)裝設(shè) 零序電流保護(hù), 用于反映變壓器高壓側(cè) (或中壓側(cè) , 以及外部元件的接地短路; 變壓器中性點(diǎn)可能接地或不接地運(yùn)行時(shí), 應(yīng)裝設(shè)零序電流、 電壓保護(hù)。 零序電流 保護(hù)延時(shí)跳開變壓器各側(cè)斷路器;零序電壓保護(hù)延時(shí)動(dòng)作于發(fā)出信號。(5過負(fù)荷保護(hù)

21、。對于 400kVA 以上的變壓器,當(dāng)數(shù)臺并列運(yùn)行或單獨(dú)運(yùn)行并作為其他負(fù)荷的備用電源時(shí), 應(yīng)裝設(shè)過負(fù)荷保護(hù)。 過負(fù)荷保護(hù)通常只裝在一相, 其動(dòng)作時(shí)限較長,延時(shí)動(dòng)作于發(fā)信號。(6其他保護(hù)。高壓側(cè)電壓為 500kVA 及以上的變壓器,對頻率降低和電壓 升高而引起的變壓器勵(lì)磁電流升高, 應(yīng)裝設(shè)變壓器過勵(lì)磁保護(hù)。 對變壓器溫度和 油箱內(nèi)壓力升高, 以及冷卻系統(tǒng)故障, 按變壓器現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)要求應(yīng)裝設(shè)相應(yīng)的保護(hù) 裝置。2. 變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)在正常運(yùn)行和外部故障時(shí), 理想情況下, 流入差動(dòng)繼電 器的電流等于零。 但實(shí)際上由于變壓器的勵(lì)磁電流、 接線方式和電流互感器誤差 等因素的影響, 繼電器

22、中有不平衡電流流過。 由于這些特殊因素的影響, 變壓器 差動(dòng)保護(hù)的不平衡電流遠(yuǎn)比發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)的大。 因此, 變壓器差動(dòng)保護(hù)需要解 決的主要問題之一是采取各種措施避免不平衡電流的影響。 在滿足選擇性的條件 下,還要保證在內(nèi)部故障時(shí)有足夠的靈敏系數(shù)和速動(dòng)性。按照勵(lì)磁涌流方法的不同,變壓器差動(dòng)繼電器可按不同的工作原理來實(shí)現(xiàn)。 目前,國內(nèi)廣泛應(yīng)用有以下幾種類型繼電器構(gòu)成差動(dòng)保護(hù):帶短路線匝的 BCH-2型差動(dòng)繼電器;帶磁制動(dòng)特性的 BCH-1型差動(dòng)繼電器;多側(cè)磁制動(dòng)特性的 BCH-4型差動(dòng)繼電器;鑒別涌流間斷角的差動(dòng)繼電器;二次諧波制動(dòng)的差動(dòng)繼電器。3. 構(gòu)成變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的基本原則 圖 2雙繞

23、組單相變壓器縱差動(dòng)保護(hù)的原理接線圖如圖 2所示,其中:1I 、 2I 分別為變壓器高壓側(cè)和低壓側(cè)的一次電流,參考方向?yàn)槟妇€指向變壓器;1I '、 2I '為相應(yīng)的電流互感器二次電流; I I -差動(dòng)繼電器。 流入差動(dòng)繼電器的差動(dòng)電流為12r I I I ''=+(2-1 縱差保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)為r set I I (2-2式中, set I 為縱差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流; 12r I I I ''=+為差動(dòng)電流的有效值。 設(shè)變壓器的變比為 12T U n U =,式(2-1可進(jìn)一步表示為 2121r TA TA I I I n n =+ 變形為121122

24、11T TA Tr TA TA TA n I I n n I I n n n +=+- (2-3 式中, 1TA n 、 2TA n 分別為兩側(cè)電流互感器的變比。 若選擇電流互感器的變比,使之滿足21TA T TA n n n =(2-4這樣式(2-3變?yōu)?22T r TA n I I I n +=(2-5 忽略變壓器的損耗,正常運(yùn)行和區(qū)外故障時(shí)一次電流的關(guān)系為 210T I n I +=。 根據(jù)式(2-5 ,正常運(yùn)行和變壓器外部故障時(shí),差動(dòng)電流為零,保護(hù)不會(huì)動(dòng)作; 變壓器內(nèi)部 (包括變壓器與電流互感器之間的引線 任何一點(diǎn)故障時(shí), 相當(dāng)于變 壓器內(nèi)部多了一個(gè)故障支路, 流入差動(dòng)繼電器的差動(dòng)電流

25、等于故障點(diǎn)電流 (變換 到電流互感器二次側(cè) ,只要故障電流大于差動(dòng)繼電器的動(dòng)作電流,差動(dòng)保護(hù)就 能迅速動(dòng)作。因此,式(2-4成為變壓器縱差動(dòng)保護(hù)中電流互感器變比選擇的 依據(jù)。實(shí)際電力系統(tǒng)都是三相變壓器(或三相變壓器組 ,并且通常采用 Y , d11接線方式,如圖 2(a所示(假定一次電流從同名端流入,二次電流從同名端流 出 。這樣的接線方式造成了變壓器一、二次電流的不對應(yīng),以 A 相為例,正常 運(yùn)行時(shí),由于 dA da db I I I =-, dA I 超前 da I 30,如圖 2(b 所示。若仍用上述針對單相變壓器的差動(dòng)繼電器的接線方式, 將一、 二次電流直接 引入差動(dòng)保護(hù), 則會(huì)在繼電

26、器中產(chǎn)生很大的差動(dòng)電流。 可以通過改變縱差動(dòng)保護(hù) 的接線方式消除這個(gè)電流, 就是將引入差動(dòng)繼電器的 Y 側(cè)的電流也采用兩相電流 差,即A r YA YB dA B r YB YC dB C rYC YA dC I I I I I I I I I I I I '''=-+ '''=-+ '''=-+ (2-6 式中, A r I 、 B r I 、 C r I 分別為流入三個(gè)差動(dòng)繼電器的差動(dòng)電流(a 接線圖 (b對稱工況下的向量關(guān)系圖 2雙繞組三相變壓器縱差動(dòng)保護(hù)原理接線圖這樣就可以消除兩側(cè)電流不對應(yīng)。 由于 Y 側(cè)采用了兩

27、相電流差, 該側(cè)流入差 的選擇應(yīng)該滿足 21TA TA n n =2-7 為了滿足式 (2-6 , 變壓器兩側(cè)電流互感器采用不同的接線方式, 如圖 2(a 所示。 d 側(cè)采用 Y , d12的接線方式,將各相電流直接接入差動(dòng)繼電器內(nèi); Y 側(cè)采 用 Y , d11的接線方式,將兩相電流差接入差動(dòng)繼電器內(nèi)。模擬式的差動(dòng)保護(hù)都 是采用圖 2(a 所示的接線方式;對于數(shù)字式差動(dòng)保護(hù),一般將 Y 側(cè)的三相電 流直接接入保護(hù)裝置內(nèi),由計(jì)算機(jī)的軟件實(shí)現(xiàn)式(2-6的功能,以簡化接線。電力系統(tǒng)中常常采用三繞組變壓器。 三繞組變壓器的縱差動(dòng)保護(hù)原理與雙繞組變壓器是一樣的。圖 3所示的是 Y , y,d11接線方

28、式三繞組變壓器縱差動(dòng)保護(hù) 單相示意圖,接入縱差動(dòng)繼電器的差電流為 :123r I I I I '''=+(2-8 圖 3三繞組變壓器縱差動(dòng)保護(hù)接線單相示意圖三相變壓器各側(cè)電流互感器的接線方式和變比的選擇也要參照 Y , d11雙繞 組變壓器的方式進(jìn)行調(diào)整, 即 d 側(cè)電流互感器用 Y 接線方式; 兩個(gè) Y 側(cè)電流互感 器則采用 d 接線方式。 設(shè)變壓器的高 -低側(cè) (1-3 和中 -低側(cè) (2-3 的變比為 13T n 和 23T n , 考 慮 到 正 常 運(yùn) 行 和 區(qū) 外 故 障 時(shí) 變 壓 器 各 側(cè) 電 流 滿 足13123230T T n I n I I +

29、=,電流互感器變比的選擇應(yīng)該滿足3132TA TA TA TA n n n n =(2-9 4. 變壓器縱差保護(hù)的整定計(jì)算(1 T 1-T 4變壓器縱差保護(hù)整定計(jì)算當(dāng)外部發(fā)生短路時(shí),已知 =x *G 0.20u k =10%取 =U B 13.8KV S B=100WVA 則將發(fā)電機(jī)和變壓器的電抗標(biāo)幺值折算到變壓器故障點(diǎn)的值為:X T 41*-=0.10751008. 138. 13=0.133X G 41*-=0.2075100=0.27 X D 41*-=X T 41*-+X T 41*-=0.27+0.13=0.40X T 0*=0.1010031.5=0.31 X G 0*=0.20&

30、#215;1000.8124.5= X D 0*=X T 0*+X T 0*=0.31+0.81=1.12=X D X D 41*-/X D 41*-/X D 41*-/X D 0*+0.13=0.25I k max . =U S B B X D1=25. 018. 13100=16.7 kA躲過電流互感器二次回路斷線時(shí)引起的差動(dòng)電I max . L =U S BB 3=8. 1390103=3.77kA I set =K rel I max . L =1.3×3.77kA=4.09kA躲過保護(hù)范圍外部短路時(shí)的最大不平衡電流I max . unb =(K st ×10%+U

31、 +f K TAmax . k則 I max . unb =(1×0.1+0.025+0.05×16.7 kA=2.92kA躲過變壓器的最大勵(lì)磁涌流I K K I N u rel set =1.3×1×3.77kA=4.09kA取上述三個(gè)之中最大者作為縱差保護(hù)的動(dòng)作電流,則I dz =4.09kA靈敏系數(shù)校驗(yàn)K sen =I dz min . k =I I dz max . k 3=kAkA09. 47. 163=3.53>2(2 T 0變壓器總差保護(hù)整定計(jì)算同理得發(fā)電機(jī) T 0:I k max . =13.4kA躲過電流互感器二次回路斷線時(shí)引起的

32、差動(dòng)電流I max . L =U S B B3=5. 1035. 31103=1.73kAI set =K rel I max . L =1.3×1.73kA=2.25kA躲過保護(hù)范圍外部短路時(shí)的最大不平衡電流I max . unb =(K st ×10%+U +f K I TAmax. k根據(jù)前面計(jì)算可知 I max . k =234.9AI max . unb =(1×0.1+0.025+0.05×13.4kA=2.35kA躲過變壓器的最大勵(lì)磁涌流I K K I N u rel set =1.3×1×1.73kA=2.25kA取上

33、述三個(gè)之中最大者作為縱差保護(hù)的動(dòng)作電流,則I dz =2.35kA靈敏系數(shù)校驗(yàn) K sen =I dz min . k =I I dz max . k 3=kA kA35. 24. 133=4.8>25. 過電流保護(hù)整定計(jì)算保護(hù)的啟動(dòng)電流按躲過變壓器可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流來整定,即I max . L =1-n nI N =144-I N =34214.7A=286.2A式中 n 并聯(lián)變壓器的最少臺數(shù)I N 每臺變壓器的額定電流I set =K K re rel =I max . L =90251. . 286.2A=397.5A式中 K rel 可靠系數(shù)。一般取 1.21.3K re 返

34、回系數(shù),取為 0.850.95I max . L 變壓器可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流6. 低電壓啟動(dòng)的過電流保護(hù)整定計(jì)算(1 T1T4的低電壓啟動(dòng)的過電流保護(hù)整定計(jì)算低電壓繼電器動(dòng)作的的動(dòng)作電壓按以下條件整定,并取最小值。按躲過正常運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)的最低電壓整定,計(jì)算式為 :K K U U rerel min. L set =式中 U min . L 最低工作電壓,一般取 0.9U NK rel 可靠系數(shù),取 1.11.2K re 低電壓繼電器的反回系數(shù),取 1.151.25則計(jì)算得 U set =150V按躲過電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)時(shí)的電壓整定:當(dāng)?shù)蛪豪^電器有變壓器低壓側(cè)繼電器供電時(shí),計(jì)算式為:U set =

35、(0.50.6 U N 則 U set =133.9V當(dāng)?shù)蛪豪^電器有變壓器高壓側(cè)繼電器供電時(shí),計(jì)算式為U set =0.7U N 則 U set =169.4V則低電壓繼電器的的動(dòng)作電壓為:U set =133.9V(2 T0的低電壓啟動(dòng)的過電流保護(hù)整定計(jì)算同理, T0低電壓繼電器的的動(dòng)作電壓為:Uset=133.9V五、母線保護(hù)1. 母線保護(hù)的概述母線是電能集中和分配的重要場所, 是電力系統(tǒng)的重要組成元件之一。 母線 發(fā)生故障, 將使接于母線的所有元件被迫切除, 造成大面積用戶停電, 電氣設(shè)備 遭到嚴(yán)重破壞, 甚至使電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行破壞, 導(dǎo)致電力系統(tǒng)瓦解, 后果是十分 嚴(yán)重的。母線上可能發(fā)

36、生單相接地或者相間短路故障。 運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明, 單相接地故障 占母線故障的絕大多數(shù), 而相間短路則較少。 發(fā)生母線故障的原因很多, 其中主 要有:因空氣污染損壞絕緣, 從而導(dǎo)致母線絕緣子、 斷路器、 隔離開關(guān)套管閃絡(luò), 裝于母線上的電壓互感器和裝在母線上和斷路器之間的電流互感器的故障, 倒閘 操作時(shí)引起母線隔離開關(guān)和斷路器的支持絕緣子損壞, 運(yùn)行人員的誤操作, 例如 帶負(fù)荷拉隔離開關(guān)與帶地線合閘等。 由于母線故障后果特別嚴(yán)重, 對重要母線應(yīng) 裝設(shè)專門的母線保護(hù), 有選擇地迅速切除母線故障。 按照差動(dòng)原理構(gòu)成的母線保 護(hù),能夠保證有較好的選擇性和快速性,因此得到廣泛的應(yīng)用。對母線保護(hù)的基本要求是:

37、(1保護(hù)裝置在動(dòng)作原理和接線上必須十分可靠,母線故障時(shí)應(yīng)有足夠的 靈敏度,區(qū)外故障時(shí)及保護(hù)裝置本身故障時(shí)保證不誤動(dòng)。(2保護(hù)裝置應(yīng)能快速、有選擇地切除故障母線。(3大接地電流系統(tǒng)的母線保護(hù),應(yīng)采用三相式接線,以便反映相間故障 和接地故障; 小接地電流系統(tǒng)的母線保護(hù), 應(yīng)采用兩相式接線, 只要求反映相間 故障。2. 母線保護(hù)的類型母線保護(hù)總的來說可以分為兩大類型:利用供電元件的保護(hù)來保護(hù)母線 裝設(shè)母線保護(hù)專用裝置 圖 4 利用發(fā)電機(jī)過的電流保護(hù)切除母線故障一般來說, 不用采用專門的母線保護(hù), 而利用供電元件的保護(hù)裝置就可以把 母線故障切除。例如:如圖 4所示的發(fā)電廠采用單母線接線, 若接于母線的

38、線路對側(cè)沒有電源, 此 時(shí)母線的故障就可以利用發(fā)電機(jī)的過電流保護(hù)的斷路器跳閘予以切除。如圖 5所示的降壓變電站, 其低壓側(cè)母線正常時(shí)分開運(yùn)行, 若接于母線上的 電路為饋線電路, 低壓側(cè)目線上的故障就可以由相應(yīng)變壓器的過電流保護(hù)使變壓 器斷路器跳閘予以切除;如圖 6所示的雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò) (或環(huán)形網(wǎng)絡(luò) , 當(dāng)變壓器 B 母線上 k 點(diǎn)短路時(shí), 則可以有保護(hù) 1、 4的第 II 段動(dòng)作予以切除,等等。 圖 5 利用變壓器過電流保護(hù)切除低壓母線故障 圖 6 在雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)上,利用電源側(cè)的保護(hù)切除母線故障當(dāng)利用供電元件的保護(hù)裝置切除母線故障時(shí), 故障切除時(shí)間一般較長。 此外, 當(dāng)母線同時(shí)運(yùn)行或母線為分段母

39、線時(shí), 上述保護(hù)不能保證有選擇性的切除母線故 障; 當(dāng)超高壓樞紐變電站和大型發(fā)電廠母線為分段母線時(shí), 上述保護(hù)不能有選擇 性的切除母線故障。 超高壓樞紐變電站和大型發(fā)電廠的母線聯(lián)系著各個(gè)地區(qū)系統(tǒng) 和各臺大型發(fā)電機(jī)組, 母線發(fā)生短路直接破壞了各部分系統(tǒng)之間或各臺機(jī)組之間 的同步運(yùn)行, 嚴(yán)重影響了電力系統(tǒng)的安全供電。 雖然母線短路幾率比輸電線短路 低得多,但一旦發(fā)生,后果特別嚴(yán)重。因此,對那些威脅電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行、使 發(fā)電廠廠用電及重要負(fù)荷的供電電壓低于允許值(一般為額定電壓的 60%的母 線故障,必須有選擇性的快速母線保護(hù)。因此,在下列情況下應(yīng)裝設(shè)專門的母線保護(hù):(1 在 110kV 及以上的雙

40、母線和分段母線上,為保證有選擇性的切除一組 (或段母線上發(fā)生的故障,而另一組(或段無故障母線仍能繼續(xù)運(yùn)行,應(yīng)裝 設(shè)專門的母線保護(hù)。(2 110kV及以上的單母線上,重要發(fā)電廠的 35kV 母線或高壓側(cè)為 110kV 及以上的重要變電所的 35kV 母線,按照裝設(shè)全線速動(dòng)保護(hù)的要求必須快速切除 母線上故障時(shí),應(yīng)裝設(shè)專門的母線保護(hù)。對 220500kV 母線,應(yīng)裝設(shè)能快速有選擇地切除故障的母線保護(hù)。 對 3/2接線,每組母線宜裝設(shè)兩套相同原理的母線保護(hù)。對 220kV 母線 ,一般還是一套母差,重要母線可考慮兩套。(3對變電所的 35110kV 電壓的母線,在下列情況下應(yīng)裝設(shè)專用的母線 保護(hù)。 1

41、10kV 雙母線 110kV 單母線,重要發(fā)電廠或 110kV 以上重要變電所的 35kV 母線,需快 速切除母線上的故障時(shí)。 35kV 電網(wǎng)中, 主要變電所的 35kV 雙母線或分段母線需快速切除一段或一 組母線上的故障時(shí)。3. 裝設(shè)專用的母線保護(hù)的條件(1在雙母線同時(shí)運(yùn)行或具有分?jǐn)鄶嗦菲鞯碾p母線或分?jǐn)鄦文妇€,由于供 電可靠性要求較高, 要求快速而又有選擇性地切除故障母線時(shí), 應(yīng)考慮裝設(shè)專用 母線保護(hù)。(2由于電力系統(tǒng)穩(wěn)定的要求,當(dāng)母線上發(fā)生故障必需快速切除時(shí),應(yīng)考 慮裝設(shè)專用母線保護(hù)。(3當(dāng)母線發(fā)生故障,主要電站廠用電母線上的殘余電壓低于額定電壓的 (50%60% 時(shí), 為保證廠用電及其它

42、重要用戶的供電質(zhì)量時(shí), 應(yīng)考慮裝設(shè)專 用母線保護(hù)。4. 對母線保護(hù)的基本要求應(yīng)能快速、 靈敏而有選擇地將故障部分切除。 對于中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)的母 線保護(hù), 應(yīng)采用三相式接線, 以便反應(yīng)相間短路和單相接地短路; 對于中性點(diǎn)非 直接接地電網(wǎng)的母線保護(hù), 可采用兩相式接線, 因?yàn)榇藭r(shí)不需要反應(yīng)單相接地故 障。六、二次回路設(shè)計(jì)1、二次回路的概述二次回路是指用來控制、 指示、 監(jiān)測和保護(hù)一次電路運(yùn)行的電路。 二次回路 又稱二次系統(tǒng)。按功能二次回路可分為斷路器控制回路、信號回路、保護(hù)回路、 監(jiān)測回路和自動(dòng)化回路,為保證二次回路的用電,還有相應(yīng)的操作電源回路等。 供電系統(tǒng)的二次回路功能示意圖如下圖所示。

43、二次回路功能示意圖二次回路是一個(gè)具有多種功能的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò), 其內(nèi)容包括高壓電氣設(shè)備和輸電 線路的控制、 調(diào)節(jié)、 信號、 測量與監(jiān)察、 繼電保護(hù)與自動(dòng)裝置、 操作電源等系統(tǒng)。 分析如下:(1控制系統(tǒng)由各種控制器具、控制對象和控制網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。其主要作用是 對變配電所的開關(guān)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)方跳、 合閘操作, 以滿足改變電力系統(tǒng)運(yùn)行方式及 處理故障的要求。 控制系統(tǒng)按自動(dòng)化程度的不同分為手動(dòng)控制、 半自動(dòng)控制和自 動(dòng)控制; 按控制方式的不同分為分散控制和集中控制; 按控制距離的不同分為就 地控制和遠(yuǎn)方控制; 按操作電源的不同分為直流控制、 交流控制、 強(qiáng)電控制和弱 電控制等。強(qiáng)電控制采用直流 110V 或 22

44、0V ,交流額定值 100V 、 5A ;弱電控制采 用直流 60V 及以下,交流 50V 、 1A 及以下。(2信號系統(tǒng)由信號發(fā)送機(jī)構(gòu)、接收顯示原件及其網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。其作用是準(zhǔn) 確、 及時(shí)地顯示出相應(yīng)一次設(shè)備的工作狀態(tài), 為運(yùn)行人員提供操作、 調(diào)節(jié)和處理 故障的可靠依據(jù)。 信號系統(tǒng)按信號性質(zhì)的不同分為事故信號、 預(yù)告信號、 指揮信 號、 位置信號、 繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置動(dòng)作信號等; 按信號的顯示方式不同分為燈 光信號、 音響信號和其他顯示信號; 按信號的相應(yīng)時(shí)間不同分為瞬時(shí)動(dòng)作信號和延時(shí)動(dòng)作信號;按信號的復(fù)歸方式不同分為手動(dòng)復(fù)歸和自動(dòng)復(fù)歸信號。(3測量與監(jiān)察系統(tǒng)由各種電氣測量儀表、監(jiān)測裝置、切換開

45、關(guān)及其網(wǎng)絡(luò) 構(gòu)成。 其作用是指示或記錄主要電氣設(shè)備和輸電線路的運(yùn)行參數(shù), 作為生產(chǎn)調(diào)度 和值班人員掌握電氣一次系統(tǒng)的運(yùn)行情況,進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算和故障處理的主要依 據(jù)。(4繼電保護(hù)與自動(dòng)裝置系統(tǒng)由互感器、變換器、各種繼電保護(hù)及自動(dòng)裝 置、 選擇開關(guān)及其網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。 其作用是監(jiān)視電氣一次系統(tǒng)的運(yùn)行狀況, 一旦出現(xiàn) 故障或不正常狀態(tài)便自動(dòng)進(jìn)行處理,并發(fā)出信號。(5調(diào)節(jié)系統(tǒng)由測量機(jī)構(gòu)、傳送設(shè)備、執(zhí)行元件及其網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。其作用是 調(diào)節(jié)某些一次設(shè)備的參數(shù), 以保證一次設(shè)備和電力系統(tǒng)的安全、 經(jīng)濟(jì)、 穩(wěn)定運(yùn)行。 調(diào)節(jié)方式分手動(dòng)、半自動(dòng)和自動(dòng)三種。(6操作電源系統(tǒng)由直流電源設(shè)備和供電電網(wǎng)構(gòu)成。其作用是供給上述各 二次系統(tǒng)的工作電源,高壓斷路器的跳、合閘電源及其他重要設(shè)備的事故電源。 大型變電所主要采用蓄電池組操作電源; 中小型變配電所廣泛采用整流型操作電 源。2. 主變壓器二次保護(hù)回路全圖(1變壓器保護(hù)配置圖 本設(shè)計(jì)的主變壓器是