水电站继电保护课程设计简述.docx

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1、1. 1摘要由于大型水电站的母线、发电机和变压器的构造比较复杂，在运行过程中都也许会发生多种各样0故障和异常运行状态，为了保证在保护范围内发生故障，都能有选择性的迅速切除故障，需要配置多种继电保护装置，必要时进行多重化配置，从而将水电站中重要设备的危害和损失降到最小，对电力系统的影响最小。发电机是电力系统中的中的一种重要构成部件，发电机的安全运行对保证电力系统的正常工作和电能质量起着决定性的作用。因此，继电保护装置对大型水电站的正常运行起着至关重要的作用。通过本课程设计，使学生掌握和应用电力系统继电保护的设计、整定计算、资料整顿查询和电气绘图等使用措施。在此过程中培养学生对各门专业课程整体观B

2、综合能力，通过较为完整B工程实践基本训练，为全面提高学生的综合素质和增强工作适应能力打下一定的基础。本课程重要设计发电机继电保护的原理、配置和整定计算，给此后继电保护时工作打下良好的基础。2. 2原始资料某水电站（如下图1）所示:35KV图1水电站系统图(1)水电站有3200KW水轮发电机2台，通过7500KVA变压器以35KVB电压与系统连接，当35KV母线短路时，系统供应的最大运行方式下B短路容量为IOOMVA,最小运行方式下的短路容量为80MVAo(2)厂用电、近区出线供电由发电机母线引出，出线为架空线，长度为5KM,0.4/KMo变压器参数为：容量7500KVA变比35/6.3、Ud=

3、7.5%,所用变容量为1OOKVA变比63/0.4Ud=4.5%。(4)发电机参数为：容量3200KW、功率原因0.8、Xd=0.2X2=0.25o2. 3设计工作任务(1)选择发电机保护所需的电流互感器变比、计算短路电流。(2)设置发电机保护并对其进行整定计算。(3)绘制出发电机继电保护展开图。(4)绘制出发电机保护屏屏面布置图和设备表。(5)写出阐明书。(6)选出所需继电器的规格、型号。2继电保护系统概述2.1 继电保护概述继电保护重要运用电力系统中元件发生短路或异常状况时的电气量(电流、电压、功率、频率等)的变化，构成继电保护动作的J原理，也有其他时物理量，如变压器油箱内故障时伴随产生0

4、大量瓦斯和油流速度0增大或油压强度0增高。大多数状况下，不管反应哪种物理量，继电保护装置都包括测量部分(和定值调整部分)、逻辑部分、执行部分。继电保护和自动化是研究电力系统故障和危和安全运行的异常工况，以探讨其对策的反事故自动化措施。因在其发展过程中曾重要用有触点的继电器来保护电力系统和其元件(发电机、变压器、输电线路等)，使之免遭损害,因此沿称继电保护。基本任务是：当电力系统发生故障或异常工况时，在也许实现0最短时间和最小区域内，自动将故障设备从系统中切除，或发出信号由值班人员消除异常工况本源，以减轻或防止设备日勺损坏和对相邻地区供电的影响。3. 2继电保护基本原理继电保护0原理是运用被保护

5、线路或设备故障前后某些突变的物理量为信息量，当突变量到达一定值时，起动逻辑控制环节，发出对应的跳闸脉冲或信号。故障后，工频电气量变化0重要特性和可以构成0保护(1)电流增大，构成电流保护。(2)电压减少，构成低电压保护。(3)电流与电压之间的相位角变化，构成功率方向保护。(4)测量阻抗发生变化，构成距离保护。(5)故障时被保护元件两端电流相位和大小时变化，构成差动保护。(6)不对称短路时，出现相序分量，构成零序电流保护、负序电流保护和负序功率方向保护。电力系统的继电保护根据被保护对象不一样，分为发电厂、变电所电气设备的继电保护和输电线路的继电保护。前者是指发电机、变压器、母线和电动机等元件时继

6、电保护，简称为元件保护；后者是指电力网和电力系统中输电线路的继电保护,简称线路保护。按作用0不一样继电保护又可分为主保护、后备保护和辅助保护。主保护是指被保护元件内部发生的多种短路故障时，能满足系统稳定和设备安全规定的、有选择地切除被保护设备或线路故障0保护。后备保护是指当主保护或断路器拒绝动作时，用以将故障切除0保护。后备保护可分为远后备和近后备保护两种。远后备是指主保护或断路器拒绝时，由相邻元件日勺保护部分实现0后备；近后备是指当主保护拒绝动作时，由本元件的另一套保护来实现的后备，当断路器拒绝动作时.，由断路器失灵保护实现后备。继电保护装置需有操作电源供应保护回路，断路器跳、合闸和信号等二

7、次回路。按操作电源性质0不一样，可以分为直流操作电源和交流操作电源。一般在发电厂和变电所中继电保护的操作电源是由蓄电池直流系统供电，因蓄电池是一种独立电源，最大的长处是工作可靠，但缺陷是投资较大、维护麻烦。交流操作电源的长处是投资少、维护简便，但缺陷是可靠性差。2.3继电保护规定1）选择性：当电力系统发生故障时，只让离故障点近来的保护装置动作，切除故障元件，保证其他电气设备0正常运行，2）迅速性：当电力系统发生故障时，迅速切除故障可以减轻短路电流对电气设备的破坏程度，尽快答复供电系统的正常运行。3）可靠性：保护装置必须常常处在准备状态，一旦在本保护区发生短路故障或不正常工作状态时，它都不该拒绝

8、动作或误动作，而必须可靠动作。4）敏捷性：保护装置对其在本保护区发生故障或不正常工作状态，无论其位置怎样，程度轻重，均有足够B反应能力，保证动作。多种保护装置的敏捷性用“敏捷度”来衡量。3短路计算3.1 短路计算目的在发电厂的电气设计中，短路电流计算是其中的一种重要环节，其目的是：1在选择电气主接线时，给比较多种接线方案提供根据，和确定某一接线与否需要采用措施限制短路电流等。2为了保证所选择0载流导体和电器元件在正常运行和短路状况下都能安全，可靠地工作，同步又节省资金，这就需对有关短路电流值进行动稳定、热稳定和开断能力的检查。3为选择继电保护方式和进行整定计算提供根据。4接地装置的设计，也需用

9、短路电流。电力系统中，发生单相短路的几率最大，而发生三相短路的也许性最小。不过三相短路导致0危害一般来说最严重。为了使电力系统的电气设备在最严重的短路状态下也能可靠地工作，在选择和校验电气设备B短路计算中，常以三相短路计算为主。3.2短路计算环节在工程计算中短路电流的计算常采用实用曲线法，其计算环节如下：(1)选择计算短路点；(2)画等值网络图；A、选用基准容量S11()()MV和基准电压力=嗫。B、首先去掉系统中0所有负荷分支。线路电容、各元件0电阻，发电机电抗用次暂态电抗XtjoC、将各元件电抗换算为同一基准日勺标么值电抗。D、汇出等值网络图，并将各元件电抗统一编号。E、化简等值网络：为计

10、算不一样短路点的短路电流值，需要将等值网络分别化简为短路点为中心09辐射形等值网络，并求出各电流与短路点之间的电抗，即转移电抗XSf以和无限大电源对短路点aJ转移电抗Xqo（3）求出计算电抗，Xjsi=Xjf率（/=1,2,3.g）SB式中S.为第i台等值发电机的额定容量。（4）由运算曲线查出个电源供应的短路电流周期分量标么值（运算曲线只作到X7,=3.5）。（5）计算无限大功率的电源供应的短路电流周期分量。（6）计算短路电流周期分量有名值和短路容量。（7）计算冲击电流。3.3短路计算过程3.3.1确定短路计算日勺基准值根据原始资料，设功率基准值Sw=IOOMVA,基准电压UIi=38.5匹.

11、=1.5M.短路电路中电抗标幺值计算（1）在原始资料中，发电机组用的两台容量3200KW、功率原因0.8、Xd=02、X2=0.25的发电机,根据公式:X；=X,X盘=0.25X100=6.25,-SGN3.2/0.8因此发电机标幺值X1=X2=6.25(2)系统中，有两台变压器，变压器容量为IOoKVA、变比6.3/0.4、Ud=4.5%。变压器T2为容量7500KVA、变比35/6.3、Ud=7.5%。因此变压器7；X；=15x1004=45变压器4X：=IOOIOOZ:VA7.5IOOMW1CN=0.6IOO7500kVA(3)厂用电、近区出线供电由发电机母线引出，出线为架空线，长度为5

12、KM,0.4/KMo因此架空线路X；=(0.45)100MVA=4.16(6.93ZV)2因此绘短路计算等效电路如图3.1所示。图3.1等效电路三相短路电流的计算由上面计算各部分时阻抗标幺值得到总电抗标幺值Xg=X：/X；/X；/X；+X：=1.72+0.6=2.32再由此得出三相短路电流周期分量有效值3)=4=竺=0.647公人X*2.32其他短路电流/-(3)=/O)=z(3)=0647M管=2.55/=2.55X0.647M=1.65M.=1.511w=1.510.647M=0.98乂3.4电流互感器的选择3.4.1 电流互感器工作原理电气一次回路的J工作电流一般较高，二次仪表在对一次回

13、路进行测量时，需要转换为比较统一、安全的电流。电流互感器是一种升压（降流）变压器，也是一种传感器，将电流按比例转换成的电流，其一次侧接一次系统，二次侧接二次设备，电力系统中日勺二次设备如测量仪表、继电保护等，可通过电流互感器获得电气一次回路的电流信息，它起着变流和电气隔离的作用，防止直接测量线路的危险。3.4.2 发电机电流互感器的选择发电机GG2一次侧额定电流：=工=与=5。7.944UN6.3查资料后选用1ATO/600的电流互感器，其原则变比为：600/5=120。因此电流互感器日勺二次侧电流为=507.94/120=4.23A。4发电机继电保护在电力系统中，发电机是一种尤其重要B电器元

14、件，决定着电力系统的正常工作与电能质量。同步，发电机自身价格昂贵，因此，必须装设性能完善B继电保护装置，用于针对发电机多种故障和不正常运行状态。4.1 故障分析4.1.1 故障类型（1）定子绕组相间短路：危害最大；（2）定子绕组一相日勺匝间短路：也许演变为单相接地短路和相间短路；（3）定子绕组单相接地：较常见，烧坏铁芯或导致局部融化；（4）转子绕组一点接地或两点接地：一点接地时危害不严重；两点接地时，因破坏了转子磁通的J平衡，也许引起发电机的强烈震动或烧损转子绕组；（5）转子励磁回路励磁电流急剧下降或消失：从系统吸取无功功率，导致失步，从而引起系统电压下降，甚至可使系统瓦解。4.1.2不正常运

15、行状态（1）外部短路引起的定子绕组过电流：温度升高，绝缘老化；（2）负荷等超过发电机额定容量而引起的三相对称过负荷：温度升高，绝缘老化；（3）外部不对称短路或不对称负荷而引起的发电机负序过电流和过负荷：在转子中感应出IOOHZ的倍频电流，可使转子局部灼伤或使护环受热松脱，对发电机导致重大损害。（4）忽然甩负荷引起的定子绕组过电压：调速系统惯性较大发电机，在忽然甩负荷时，也许出现过电压，导致发电机绕组绝缘击穿。（5）励磁回路故障或强励时间过长而引起0转子绕组过负荷；（6）汽轮机主气门忽然关闭而引起的发电机逆功率：发电机不发出有功功率而从系统中吸取有功功率，导致发电机转为电动机运行，原因调速控制回路故障、机炉保护动作或某些认为原因。4. 1.3保护类型1 .发电机纵差动保护：定子绕组和其引出线的相间短路保护；2 .横差动保护：定子绕组一相匝间短路的保护；3 .单相接地保护：对发电机定子绕组单相接地短路的保护；4 .发电机的J失磁保护：针对转子励磁回路励磁电流急剧下降或消失设置的保护；5 .过电流保护：反应