1、課 題： 發電機繼電保護設計專 業： 電氣工程及其自動化班 級： 姓 名： 指導教師： 設計日期： 2016.6.142016.6.25成 績： 目 錄1.緒論11.1繼電保護概述11.2繼電保護基本要求12.發電機變壓器參數22.1 原始資料22.2發電廠規模52.3主接線（一機組一出線）52.4課程設計的主要內容53.短路電流計算63.1相關短路點及短路方式的選擇63.2 短路計算點的選擇73.3 整定電流選擇94.發電機保護配置的選取及整定原則94.1發電機的保護配置94.2發電機縱差保護整定104.3發電機的定子單相接地保護114.4發電機的負序過電流和轉子接地保護114.5發電機的失

2、磁保護124.6發電機的其他保護125.繼電保護整定計算135.1發電機縱差保護整定135.2過電流保護整定145.3過負荷保護整定156.仿真圖167.總結178.參考文獻189.附錄191.緒論1.1繼電保護概述電力系統在運行中，由于電氣設備的絕緣老化、損壞、雷擊、鳥害、設備缺陷或誤操作等原因，可能發生各種故障和不正常運行狀態。最常見的而且也是最危險的故障是各種類型的短路，最常見的不正常運行狀態是過負荷，最常見的短路故障是單相接地。這些故障和不正常運行狀態嚴重危及電力系統的安全和可靠運行，這就需要繼電保護裝置來反應設備的這些不正常運行狀態。 所謂繼電保護裝置，就是指能反應電力系統中電氣設備

3、所發生的故障或不正常狀態，并動作于斷路器跳閘或發出信號的一種自動裝置。它的基本作用是：當電力系統發生故障時，能自動地、迅速地、有選擇性地將故障設備從電力系統中切除，以保證系統其余部分迅速恢復正常運行，并使故障設備不再繼續遭受損壞。當系統發生不正常狀態時，能自動地、及時地、有選擇性地發出信號通知運行人員進行處理，或者切除那些繼續運行會引起故障的電氣設備。1.2繼電保護基本要求可見，繼電保護裝置是電力系統必不可少的重要組成部分，對保障系統安全運行、保證電能質量、防止故障的擴大和事故的發生，都有極其重要的作用。為完成繼電保護的基本任務，對于動作于斷路器跳閘的繼電保護裝置，必須滿足以下四項基本要求：

4、（1）選擇性 選擇性是指電力系統發生故障時，繼電保護僅將故障部分切除，保障其他無故障部分繼續運行，以盡量縮小停電范圍。繼電保護裝置的選擇性，是依靠采用合適類型的繼電保護裝置和正確選擇其整定值，使各級保護相互配合而實現的。 （2）快速性 為了保證電力系統運行的穩定性和對用戶可靠供電，以及避免和減輕電氣設備在事故時所遭受的損害，要求繼電保護裝置盡快地動作，盡快地切除故障部分。但是，并不是對所有的故障情況，都要求快速切除故障，應根據被保護對象在電力系統中的地位和作用，來確定其保護的動作速度。 （3）靈敏性 靈敏性是繼電保護裝置對其保護范圍內發生的故障或不正常工作狀態的反應能力，一般以靈敏系數K表示。

5、靈敏系數K越大，說明保護的靈敏度越高。每種繼電保護均有特定的保護區(發電機、變壓器、母線、線路等)，各保護區的范圍是通過設計計算后人為確定的，保護區的邊界值稱為該保護的整定值。 （4）可靠性 可靠性是指當保護范圍內發生故障或不正常工作狀態時，保護裝置能夠可靠動作而不致拒絕動作，而在電氣設備無故障或在保護范圍以外發生故障時，保護裝置不發生誤動。保護裝置拒絕動作或誤動作，都將使保護裝置成為擴大事故或直接產生事故的根源。因此，提高保護裝置的可靠性是非常重要的。 以上對繼電保護裝置所提出的四項基本要求是互相緊密聯系的，有時是相互矛盾的。例如，為了滿足選擇性，有時就要求保護動作必須具有一定的延時，為了保

6、證靈敏度，有時就允許保護裝置無選擇地動作，再采用自動重合閘裝置進行糾正，為了保證快速性和靈敏性，有時就采用比較復雜和可靠性稍差的保護。總之，要根據具體情況 (被保護對象、電力系統條件、運行經驗等)，分清主要矛盾和次要矛盾，統籌兼顧，力求相對最優。2.發電機變壓器參數2.1 原始資料 （1）發電機表1發電機參數型號QFSN6002額定功率 600MW額定電壓22kV額定電流17495A額定功率因數0.9(滯后)勵磁方式自并激靜止可控硅勵磁18.26%(飽和值); 19.85%(非飽和值)24.21%(飽和值); 27.51%(非飽和值)189.29%(飽和值); 189.29%(非飽和值) （2

7、）主變壓器表2主變壓器參數型號DFP240000/500（單相）額定容量240000kVA額定電壓550/3-2×2.5%/22kV聯結組標號YNd11短路阻抗14.0%空載電流0.17%空載損耗98.7kW負載損耗408.0kW （3）廠用變壓器1A表3廠用變壓器1A參數型號SF934000/22額定容量34000 kVA額定電壓（22±2×2.5%）/6.3kV聯結組標號Dyn1短路阻抗10.64%空載電流0.16%空載損耗20.85kW負載損耗152.16kW （4）廠用變壓器1B表4廠用變壓器1B參數型號SF931500/22額定容量31500kVA額定電

8、壓（22±2×2.5%）/6.3kV聯結組標號Dyn1短路阻抗10.67%空載電流0.16%空載損耗20.09kW負載損耗142.86kW （5）勵磁變壓器表5勵磁變壓器參數型號RESIBLOC額定容量6000kVA額定電壓22000/840V聯結組標號Dy11短路阻抗8.95% （6）脫硫變壓器表6脫硫變壓器參數型號SF1025000/22額定容量25000kVA額定電壓（22±2×2.5%）/6.3kV聯結組標號Dyn1短路阻抗10.41%空載電流0.13%空載損耗17.7kW負載損耗97.5kW （7）系統參數（2008年04月15日南方電網電力調

9、度通信中心提供）在系統基大、豐小、枯小方式下，斷開電廠發變組，將南方電網等值到500kV母線，以下列出各種方式下的最小及最大等值電抗表7系統參數 等值支路盤南500kV地對應方式最小等值電抗系統基大，斷開盤南電廠內發變組。0.08420.2246最大等值電抗系統豐小，斷開盤南電廠內發變組及盤換甲線。0.13530.3392備注：以上所列均為標么值，基準容量1000MVA。2.2發電廠規模按盤南電廠4×600MW機組投運考慮，最大運行方式為四臺機組并網運行，最小運行方式為一臺機組并網運行。1、2號機組出口分別增加了一臺脫硫變，3、4號機組不增加脫硫變。2.3主接線（一機組一出線）圖1

10、發電廠電氣主接線圖2.4課程設計的主要內容要求： 1）用仿真軟件畫出全廠升壓站的主接線圖； 2）計算各元件參數并畫出等值電路； 3）選擇短路點、計算短路電流，（先手算并寫出計算過程表達式然后用軟件校驗），列出短路計算結果匯總表； 4）擬出保護配置方案； 5）對配置的保護逐一進行整定計算，列出整定計算步驟和結果匯總表； 6）按要求編制課程設計說明書。3.短路電流計算3.1相關短路點及短路方式的選擇 (1)基準值選擇基準功率：SB=1000MV·A，基準電壓：VB=23.1kV。基準電流：IB=24.99kA；電壓標幺值：E=1 (2)發電機等值電抗計算1) #1發電機等值電抗計算 (3

11、)變壓器等值電抗計算1) #1主變壓器T1等值電抗計算 2) #1脫硫變壓器T5等值電抗計算 3) #1勵磁變壓器T2等值電抗計算 4) 廠用變壓器1A T3等值電抗計算 5) 廠用變壓器1B T4等值電抗計算電抗計算表(標么值) 表8 各設備電抗值設備名稱發電機主變壓器廠變壓器A廠變壓器B勵磁變壓器脫硫變壓器系統最小等值電抗系統最大等值電抗電抗值0.27390.5833.1293.38714.9174.160.08420.13533.2 短路計算點的選擇 (1)電網等效電路圖由于短路電流計算是電網繼電保護配置設計的基礎,因此分別考慮最大運行方式(四臺發電機全部投入)時各線路未端短路的情況,最

12、小運行方下(一臺投入)時各線路未端短路的情況。電網等效電路圖如圖2所示圖2電網等效電路圖 (2)點短路計算最大運行方式短路電流 (3)點短路計算最大運行方式短路電流 (4)點短路計算 最大運行方式短路電流 (5) 點短路計算 最大運行方式短路電流短路電流表表9 各短路點短路電流短路點短路電流（KA）26.55541.64437.34466.82733.3 整定電流選擇分別算出各路短路電流，最大短路電流取，因此之后的整定都依據此短路電流進行計算。4.發電機保護配置的選取及整定原則4.1發電機的保護配置某火電廠發變組繼電保護設計保護設計，按照國際標準，本保護的保護配置選取，應該包含下表的保護配置：

13、表10發電機配置圖發電機保護發電機縱差保護調相失壓保護發電機裂相橫差保護定時限過勵磁保護縱向零序電壓匝間保護定時限過勵磁保護發電機相間阻抗保護逆功率保護發電機復合電壓過流保護程序跳閘逆功率定子接地基波零序電壓保護低頻保護定子接地三次諧波電壓保護過頻保護轉子一點接地保護起停機保護轉子兩點接地保護誤上電保護定、反時限定子過負荷保護非全相保護定、反時限轉子表層負序過電壓平衡功能失磁保護TV 斷線判別失步保護TA 斷線判別過電壓保護4.2發電機縱差保護整定縱差動保護的整定，具有比率制動特性的縱差動保護的動作特性可由A、B、C三點決定。對縱差動保護的整定計算，實質上就是對、及K的整定計算。 (1)啟動電

14、流的整定=(+)式中-可靠系數，取1.52； -保護兩側的TA變比誤差產生的差流，取0.06 (為發電機額定電流)。 -保護兩側的二次誤差(包括二次回路引線差異以及縱差動保護輸入通道變換系數調整不一致)產生的差流，取0.1。代入式得=(0.24 0.32)通常取0.3。(2)拐點電流的整定=（0.51.0）(3)比率制動特性的制動系數和制動線斜率K的整定=K=-外部故障時，為躲過差動回路中的最大不平衡電流，C點的縱坐標電流應取為=(0.1+0.1+)式中-可靠系數，取1.3 1.5； -暫態特性系數，當兩側TA變比、型號完全相同且二次回路參數相同時，0，當兩側TA變比、型號不同時，取0.05

15、0.1。 -最大動作電流。將以上數據代入式中得(0.0260.45)令=,代入上式，可得=(0.260.45)。4.3發電機的定子單相接地保護根據安全要求，發電機的外殼都是接地的，因此，定子繞組因絕緣破壞而引起的單相接地故障比較普遍。當接地電流比較大，能在故障點引起電弧時，將使繞組的絕緣和定子鐵心燒壞，并且也容易發展成相間短路，造成更大的危害。我國規定，當接地電容電流等于或大于5A時，應裝設動作于跳閘的接地保護，當接地電流小于5A時，一般裝設作用于信號的接地保護。4.4發電機的負序過電流和轉子接地保護當電力系統中發生不對稱短路或正常運行情況下三項負荷不平衡時，在發電機定子繞組中將發現負序電流。

16、負序電流在轉子中所引起的發熱量，發電機轉子過熱保護實際上是對定子繞組電流不平衡而引起的負序過流保護，是發電機的主保護之一。此外，由于大容量機組的額定電流很大，而在相鄰元件末端發生兩相短路時的短路電流可能較小，此時采用復合電流啟動的過電流保護往往不能滿足作為相鄰原件后備保護時對靈敏系數的要求。在這種情況下，采用負序電流作為后備保護，就可以提高不對稱短路時的靈敏性。4.5發電機的失磁保護(1)發電機失磁運行的影響發電機失磁故障是指發電機的勵磁突然全部消失或部分消失。引起失磁的原因有轉子繞組故障，勵磁機故障，自動滅磁開關誤跳閘，半導體勵磁系統中某些元件損壞或回路發生故障，以及誤操作等。為此，在發電機

17、上，尤其是在大型發電機上應裝設失磁保護，以便及時發現失磁故障，并采取必要措施，例如，發出信號由運行人員及時處理，自動減少負荷或動作與跳閘等，以保證電力系統和發電機的安全。 (2)整定原則1) 靜穩阻抗按發電機端到無窮大系統間的等值系統電抗Xs和Xd整定；2) 靜穩阻抗動作延時一般為0.52s；3) 異步阻抗按發電機的參數Xd/2和Xd整定；4) 系統三相低電壓整定按（0.850.9）Un取值。4.6發電機的其他保護(1)逆功率保護1) 逆功率保護是當發電機出現有功功率倒送，發電機變為電動機運行時異常工況的保護。2) 逆功率的整定整定功率的計算：= (+)式子中，為可靠系數，取0.50.8；為汽

18、輪機在逆功率運行時的最小損耗，一般取額定功率的2%4%；為發電機在逆功率運行時的最小功率，一般取，其中表示發電機效率；表示發電機額定功率。(2)突加壓保護1）突加壓保護作為發電機盤車狀態下的主斷路器誤合閘時的保護。2）定值整定計算低頻元件f小于啟動頻率，一般可選取4050Hz；返回延時t一般可取為0.30.5s；電流動作值應大于或等于盤車狀態下誤合閘最小電流的50%。（3）起停機保護1）起停機保護可作為發電機升速升勵磁尚未并網前的定子接地短路故障的保護。2）定值整定原則零序電壓動作值一般可取為100V及其以下；延時t一般可取為25s。 （4）其他保護對發電機來講的保護除以上介紹的以外還有很多，

19、例如零序方向、零序電壓保護、TV和TA斷線保護、過流保護等等。5.繼電保護整定計算5.1發電機縱差保護整定 （1）啟動電流的整定=(+)=0.3=0.3×17459=5237.7（A） （2）拐點電流的整定=（0.51.0）=（0.51.0）*17459=（8729.517459）（A） （3）比率制動特性的制動系數Kres和制動線斜率K的整定=(17459×10%)/265540.066 =（11949.3- 5237.7)/（26554- 8729.5）=0.377外部故障時,為躲過差動回路中的最大不平衡電流，C點（如下圖）的縱坐標電流應取為 =(0.1+0.1+)=1

20、.5×（0.1+0.1+0.1）×26.5554=1.195（kA） 圖3 比率制動特性（4）繼電保護整定計算結果一覽表表11發電機縱差保護整定值名稱制動系數啟動電流（A）拐點電流(A)制動線斜率最大啟動電流(A)最大制動電流(A)代號KresIop.minIr.minKIop.maxIr.max整定值0.0665237.78729.50.37711949.3265545.2過電流保護整定 （1）動作電流按發電機額定負荷下條件整定= (取1.1；取0.85) 所以 =（kA）（2）靈敏度校驗靈敏系數按主變壓器高壓側母線兩相短路的條件校驗，則=所以 (滿足要求)5.3過負荷保護整定（1）過負荷保護對于發電機因過負荷或外部故障引起的定子繞組過電流，裝設定子繞組對稱過負荷保護，通常由定時限過負荷及反時限過電流兩部分組成。（2）定時限過負荷保護動作電流按發電機長期允許的負荷電流的條件整定則 = （取1.05；取0.95） 所以 =19.3（kA）（3）反時限過電流保護按