中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院電力系統(tǒng)繼電保護(hù)

課程設(shè)計(jì)說明書學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：學(xué) 院： 中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化指導(dǎo)教師： 2016年12月20日電力系統(tǒng)繼電保護(hù)

課程設(shè)計(jì)任務(wù)書2016/2017學(xué)年第一學(xué)期系 ：專 業(yè):學(xué)生姓名：課程設(shè)計(jì)題目： 自動(dòng)控制

電氣工程及其自動(dòng)化系 ：專 業(yè):學(xué)生姓名：課程設(shè)計(jì)題目： 學(xué)號(hào)： 某發(fā)電廠發(fā)電機(jī)組繼電保護(hù)的配

置及整定計(jì)算起迄日期：2016年12月20日?01月04日課程設(shè)計(jì)地點(diǎn)：電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)教研室一指導(dǎo)教師： 系主任：下達(dá)任務(wù)書日期：2016年12月20日設(shè)計(jì)目的：通過本課程設(shè)訐-「使學(xué)生掌握和應(yīng)用電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的設(shè)訐、整定訐算、資料整理查詢和電氣繪圖等使用方法。在此過程中培養(yǎng)學(xué)生對各門專業(yè)課程整體觀的綜合能力，通過較為完整的工程實(shí)踐基本訓(xùn)練，為全面提高學(xué)生的綜合素質(zhì)及增強(qiáng)工作適應(yīng)能力打下一定的基礎(chǔ)。本課程主要設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)的原理、配置及整定計(jì)算，給今后繼電保護(hù)的工作打下良好的基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求(包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計(jì)要求等)：原始資料;某水電站(如下圖)所示：已知：(1)水電站有3200kW水輪發(fā)電機(jī)2臺(tái)，通過7500KVA變壓器以35kV的電壓與系統(tǒng)連接，當(dāng)35kV母線短路時(shí)，系統(tǒng)供給的最大運(yùn)行方式下的短路容量為100MVA，最小運(yùn)行方式下的短路容量為80MVA.廠用電、近區(qū)出線供電由發(fā)電機(jī)母線引出，出線為架空線，長度為5km0.4/km。變壓器參數(shù)為：容量7500kVA、變比35/6.3、Ud=7.5%，所用變?nèi)萘繛?00kVA、變比6.3/0.4、Ud=4.5%。發(fā)電機(jī)參數(shù)為：容量3200KW、功率因素0.8、Xd”=0.2、X2=0.25。設(shè)計(jì)工作任務(wù)及工作量的要求〔包括課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書(論文)、圖紙、實(shí)物樣品等〕：選擇發(fā)電機(jī)保護(hù)所需的電流互感器變比、計(jì)算短路電流。設(shè)置發(fā)電機(jī)保護(hù)并對其進(jìn)行整定計(jì)算。繪制出發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)展開圖。繪制出發(fā)電機(jī)保護(hù)屏屏面布置圖及設(shè)備表。寫出說明書。選出所需繼電器的規(guī)格、型號(hào)。主要參考文獻(xiàn):張保會(huì)，尹項(xiàng)根.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)(第二版).中國電力出版社,2009霍利民.電力系統(tǒng)繼電保護(hù).第一版.北京：中國電力出版社，2008.許建安.繼電保護(hù)整定計(jì)算.北京：中國水利水電出版社，2003.設(shè)計(jì)成果形式及要求:提交課程設(shè)計(jì)說明書一份。

工作計(jì)劃及進(jìn)度:序號(hào)時(shí)間（天）內(nèi)容安排10.5講解設(shè)計(jì)目的、要求、方法，任務(wù)分工20.5借資料、熟悉用戶任務(wù)要求32短路電流、殘壓計(jì)算；41查閱圖書資料、產(chǎn)品手冊和工具書進(jìn)行設(shè)備校驗(yàn)查閱圖書資料、產(chǎn)品手冊和工具書進(jìn)行設(shè)備校驗(yàn)51繪制繼電保護(hù)二次展開圖61繪制繼電保護(hù)二次展開圖71查閱圖書資料、產(chǎn)品手冊繪制圖繼電保護(hù)屏面布置圖81編寫設(shè)計(jì)說明書91完善設(shè)計(jì)說明書總計(jì)10天系主任審查意見:簽字： 年月日目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1引言 1\o"CurrentDocument"1.1發(fā)電機(jī)故障類型 1\o"CurrentDocument"1.4水輪發(fā)電機(jī)保護(hù)動(dòng)作結(jié)果 32.2各短路點(diǎn)的短路電流 42.2.1系統(tǒng)供給個(gè)短路點(diǎn)的電流 4表2-1各短路點(diǎn)的短路電流 42.2.2發(fā)電機(jī)供給各短路點(diǎn)的短路電流 5\o"CurrentDocument"2.3電流互感器的變比 5\o"CurrentDocument"3設(shè)置發(fā)電機(jī)保護(hù)并整定計(jì)算 5\o"CurrentDocument"3.1發(fā)電機(jī)保護(hù)的設(shè)置 53.2發(fā)電機(jī)保護(hù)的整定計(jì)算 63.2.1縱差動(dòng)保護(hù)的整定 63.2.3過電壓保護(hù) 73.2.4轉(zhuǎn)子繞組一點(diǎn)接地 7\o"CurrentDocument"4發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)展開圖 7\o"CurrentDocument"5發(fā)電機(jī)保護(hù)屏屏面布置圖 7\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 95/161引言水輪發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行對保障電力系統(tǒng)的正常工作和電能質(zhì)量起決定性的作用。水輪發(fā)電機(jī)發(fā)生故障后，如果繼續(xù)運(yùn)行，不僅使發(fā)電機(jī)遭到嚴(yán)重破壞，而且可能破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性，擴(kuò)大事故范圍。為了使發(fā)電機(jī)的故障能夠迅速切除，可靠地從系統(tǒng)中退出運(yùn)行，而在異常情況下，能根據(jù)其對系統(tǒng)和機(jī)組本身安全所造成威脅的程度，將發(fā)電機(jī)切除或及時(shí)發(fā)出警告信號(hào)，必須針對各種不同的故障和異常情況，設(shè)置專門的、性能好的繼電保護(hù)裝置。1.1發(fā)電機(jī)故障類型（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)。（2） 發(fā)電機(jī)定子一相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。（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。（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，對發(fā)電機(jī)沒有直接危害。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。水輪發(fā)電機(jī)組是凸極結(jié)構(gòu)，機(jī)組劇烈振動(dòng)后會(huì)破壞各軸承與軸瓦之間的間隙，造成“拉瓦”，排除故障需要相當(dāng)長的停機(jī)時(shí)間，故絕不允許轉(zhuǎn)子繞組兩點(diǎn)接地現(xiàn)象出現(xiàn)。（5） 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁回路電流消失由于轉(zhuǎn)子繞組斷線、勵(lì)磁回路故障或滅磁開關(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。發(fā)電機(jī)失去勵(lì)磁后，運(yùn)行狀態(tài)將變?yōu)殡妱?dòng)機(jī)運(yùn)行。故不允許發(fā)電機(jī)失磁后繼續(xù)運(yùn)行。1.2發(fā)電機(jī)的不正常工作狀態(tài)（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。（2） 由于負(fù)荷超過發(fā)電機(jī)額定容量而引起的三相對稱過電流。（3） 由于外部不對稱短路或不對稱負(fù)荷（如單相負(fù)荷，非全相運(yùn)行等）而引起的發(fā)電機(jī)負(fù)序過電流（4） 過電壓。特別是水輪發(fā)電機(jī)，因其調(diào)速系統(tǒng)慣性大，在突然甩負(fù)荷時(shí)，將引起過電壓。（5） 逆功率。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)將過渡到同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，引起發(fā)電機(jī)逆功率，對汽輪發(fā)電機(jī)葉片特別是尾葉，可能過熱而損壞。1.3發(fā)電機(jī)的保護(hù)配置（1） 縱差動(dòng)保護(hù)反應(yīng)發(fā)電機(jī)定子繞組及其引出線的相間短路故障，動(dòng)作于瞬時(shí)跳開發(fā)電機(jī)開關(guān)、停機(jī)并滅磁。（2） 橫聯(lián)差動(dòng)保護(hù)當(dāng)發(fā)電機(jī)定子繞組有2個(gè)以上的分支且連接成雙星形，每個(gè)分支都有引出線時(shí)，應(yīng)裝設(shè)橫聯(lián)差動(dòng)保護(hù)反應(yīng)定子繞組匝間短路，動(dòng)作結(jié)構(gòu)同縱差動(dòng)保護(hù)。當(dāng)不滿足該條件時(shí)，取消該保護(hù)，待故障發(fā)展為相間短時(shí)，用縱差動(dòng)保護(hù)反應(yīng)。（3） 零序保護(hù)當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓回路回路的接地電容電流（未經(jīng)消弧線圈補(bǔ)償）大于或等于5A時(shí)，保護(hù)動(dòng)作于跳閘、停機(jī)、滅磁。；當(dāng)接地電容電流小EA時(shí)，保護(hù)應(yīng)動(dòng)作信號(hào)。對單機(jī)容量為100MW及以上的發(fā)電機(jī)，應(yīng)盡量裝設(shè)保護(hù)范圍為100%的接地保護(hù)。（4） 過電流保護(hù)一般應(yīng)配置低電壓過流或復(fù)合電壓過流保護(hù)反應(yīng)外部短路引起的定子繞組過電流狀態(tài)，并作為發(fā)電機(jī)的后備保護(hù)。對單機(jī)容量為50MW及以上的發(fā)電機(jī)，一般裝設(shè)負(fù)序過流及單相低電壓起動(dòng)的過流保護(hù)。（5） 過負(fù)荷保護(hù)由于發(fā)電機(jī)對稱過負(fù)荷引起的定子繞組過流，應(yīng)裝設(shè)反應(yīng)一相電流的過負(fù)荷保護(hù)，延時(shí)動(dòng)作于信號(hào)。（6） 過電壓保護(hù)反應(yīng)發(fā)電機(jī)突然甩負(fù)荷引起的定子繞組過電壓現(xiàn)象，延時(shí)動(dòng)作于跳開關(guān)、停機(jī)、滅磁。（7） 轉(zhuǎn)子繞組一點(diǎn)接地保護(hù)水輪發(fā)電機(jī)組一般裝設(shè)一點(diǎn)接地保護(hù)并動(dòng)作于信號(hào)。汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)采用定期檢測裝置，大容量機(jī)組才設(shè)一點(diǎn)接地保護(hù)和二點(diǎn)接地保護(hù)。一點(diǎn)接地保護(hù)動(dòng)作于信號(hào)，二點(diǎn)接地保護(hù)動(dòng)作于停機(jī)。（8） 失磁保護(hù)當(dāng)不允許失磁運(yùn)行時(shí)，應(yīng)在自動(dòng)滅磁開關(guān)斷開時(shí)，連跳發(fā)電機(jī)斷路器。對單機(jī)容量100MW及以上或采用可控硅勵(lì)磁方式時(shí)，應(yīng)設(shè)專門的失磁保護(hù)。一般成套的可控硅勵(lì)磁裝置自身都設(shè)有失磁保護(hù)和轉(zhuǎn)子回路過負(fù)荷保護(hù)，所以發(fā)電機(jī)上不再單獨(dú)配置該保護(hù)。1.4水輪發(fā)電機(jī)保護(hù)動(dòng)作結(jié)果水輪發(fā)電機(jī)的繼電保護(hù)應(yīng)根據(jù)故障和異常運(yùn)行方式的性質(zhì)，分別動(dòng)作于以下的結(jié)果：1） 停機(jī)：斷開發(fā)電機(jī)的斷路器、滅磁，關(guān)閉導(dǎo)水葉至機(jī)組停機(jī)狀態(tài)；2） 解列滅磁：斷開發(fā)電機(jī)斷路器、滅磁、關(guān)閉導(dǎo)水葉至機(jī)組空轉(zhuǎn)；3） 解列：斷開發(fā)電機(jī)斷路器，關(guān)閉導(dǎo)水葉至空載；4） 減出力：將水輪發(fā)電機(jī)出力減到給定值；5） 縮小故障影響范圍；6） 信號(hào)：發(fā)出光聲信號(hào)。2發(fā)電機(jī)的短路電流2.1各元件阻抗參數(shù)的計(jì)算基準(zhǔn)值的選?。簽楦骷壠骄~定電壓，分別為37V和6.3V。1） 發(fā)電機(jī)：2） 主變壓器：3） 所用變壓器：4） 廠用架空線；2.2各短路點(diǎn)的短路電流2.2.1系統(tǒng)供給個(gè)短路點(diǎn)的電流（1） 最大運(yùn)行方式：K1處的短路電流：線路的平均電壓，則短路電流K2處的短路電流：線路的平均電壓，則短路電流K3處的短路電流：線路的平均電壓，則短路電流（2） 最小運(yùn)行方式：表2-1各短路點(diǎn)的短路電流短路容量/MVA短路電流/KA

K1K2K3最大運(yùn)行方式1482.32513.56213.62最小運(yùn)行方式1282.0111.73184.75圖2-1系統(tǒng)等效圖發(fā)電機(jī)G1和G2對K1點(diǎn)的轉(zhuǎn)移阻抗是圖2-1系統(tǒng)等效圖發(fā)電機(jī)G1和G2對K1點(diǎn)的轉(zhuǎn)移阻抗是1.32，查水輪發(fā)電機(jī)運(yùn)算曲線數(shù)字表，，電流的標(biāo)幺值是0.805，所以，短路電流發(fā)電機(jī)G1和G2對K2點(diǎn)的轉(zhuǎn)移阻抗是0.32,查水輪發(fā)電機(jī)運(yùn)算曲線數(shù)字表，電流的標(biāo)幺值是3.494，所以短路電流發(fā)電機(jī)G1和G2對K3點(diǎn)的轉(zhuǎn)移阻抗是50.32，查水輪發(fā)電機(jī)運(yùn)算曲線數(shù)字表，電流的標(biāo)幺值是3.494，短路電流2.3電流互感器的變比發(fā)電機(jī)的額定電流：選擇電流互感器的變比：所以400TA=80366.680=4.6A3設(shè)置發(fā)電機(jī)保護(hù)并整定計(jì)算3.1發(fā)電機(jī)保護(hù)的設(shè)置針對故障類型以及不平衡運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)電機(jī)自身參數(shù)等等，應(yīng)裝設(shè)一下繼電保護(hù)裝置：1）由于發(fā)電機(jī)的功率為3.2MW，所以應(yīng)裝設(shè)縱差動(dòng)保護(hù)。其原理是在發(fā)電機(jī)兩側(cè)（中性點(diǎn)側(cè)與出口開關(guān)側(cè)）裝有兩組變比相同的電流互感器，按環(huán)流法連接將該相的差流回路接入電流繼電器，在正?；虮Ｗo(hù)范圍外發(fā)生短路故障時(shí)，中性點(diǎn)與出口側(cè)的電流數(shù)值和相位都相同，差流回路沒有電流或極小，繼電器不會(huì)動(dòng)作；而當(dāng)保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)回路差流，當(dāng)其超過電流繼電器整定值時(shí)即啟動(dòng)發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)動(dòng)作。2） 容量小于50MW的發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地故障電流允許值為4A，裝設(shè)接地保護(hù)裝置。3） 對于發(fā)電機(jī)定子繞組的匝間短路，當(dāng)定子繞組星形接線時(shí)，每相由并聯(lián)分支，且中性點(diǎn)側(cè)有分支引出端，應(yīng)裝設(shè)橫差保護(hù)。4） 裝設(shè)復(fù)合電壓（包括負(fù)序電壓以及線電壓）啟動(dòng)的過電流保護(hù)。5） 對于水輪發(fā)電機(jī)的定子繞組過電壓，應(yīng)裝設(shè)帶延時(shí)的過電壓保護(hù)。6） 勵(lì)磁回路一點(diǎn)接地保護(hù)。3.2發(fā)電機(jī)保護(hù)的整定計(jì)算3.2.1縱差動(dòng)保護(hù)的整定差動(dòng)保護(hù)采用DCD-2型繼電器。動(dòng)作電流計(jì)算值：躲過區(qū)外短路故障時(shí)的最大不平衡電流：躲開電流互感器TA二次側(cè)斷線影響，流過差動(dòng)保護(hù)的電流：I=KI=1.3x4.6=5.98A故差動(dòng)保護(hù)的繼電器的動(dòng)作電流暫定為5.98A差動(dòng)繼電器的工作線圈匝數(shù)：取差動(dòng)線圈10匝。差動(dòng)線圈的實(shí)際動(dòng)作電流6A。靈敏度校驗(yàn)差動(dòng)回路斷線監(jiān)視繼電器的動(dòng)作電流：圖3-1發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)原理接線圖3.2.2過電流保護(hù)的整定1） 過電流繼電器的動(dòng)作電流及靈敏系數(shù)：2） 負(fù)序電壓繼電器的動(dòng)作電壓：3.2.3過電壓保護(hù)防止定子繞組的絕緣遭受破壞，動(dòng)作于發(fā)電機(jī)斷路器，滅磁開關(guān)以及停機(jī)。圖3-2發(fā)電機(jī)過電壓保護(hù)原理接線圖3.2.4轉(zhuǎn)子繞組一點(diǎn)接地圖3-3轉(zhuǎn)子繞組一點(diǎn)接地原理接線圖4發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)展開圖4-1發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)展開圖5發(fā)電機(jī)保護(hù)屏屏面布置圖3-5發(fā)電機(jī)保護(hù)屏屏面布置圖圖中，TA1和TA6構(gòu)成了發(fā)電機(jī)兩端的縱差動(dòng)保護(hù)，TA5為過電流及過負(fù)荷保護(hù)，TA2為各種測量表計(jì)，PV2,PW2,PF2分別為電壓表，功率表，頻率表。KV1為過電壓保護(hù)。6結(jié)論通過兩周的繼電保護(hù)課程設(shè)計(jì)，雖然時(shí)間不長，但期間有許多事情讓我難忘，我從中學(xué)到了很多寶貴的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)。對繼電保護(hù)設(shè)計(jì)的過程有了一個(gè)很大程度了解，為以后的工作打下了一個(gè)堅(jiān)實(shí)