继电保护课程设计文档格式.docx
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水轮发电机的安全运行对保障电力系统的正常工作和电能质量起决定性的作用。
水轮发电机发生故障后,如果继续运行,不仅使发电机遭到严重破坏,而且可能破坏系统的稳定性,扩大事故范围。
为了使发电机的故障能够迅速切除,可靠地从系统中退出运行,而在异常情况下,能根据其对系统和机组本身安全所造成威胁的程度,将发电机切除或及时发出警告信号,必须针对各种不同的故障和异常情况,设置专门的、性能好的继电保护装置。
1.1发电机故障类型
运行中的发电机可能,发生的故障如下:
1)定子绕组相间短路。
这种短路情况发生时,由于短路电流较大,故障点的电弧会破坏绝缘、烧损绕组和铁芯,甚至引起火灾,这是发电机内部最严重的故障。
2)定子绕组单相接地。
由于绝缘破坏而引起绕组一相碰壳时,发电机电压系统的电容电流将经接地点过渡到定子铁芯,当此电流较大时可能烧坏铁芯,还可能扩大成为相间短路。
3)定子绕组匝间短路。
定子绕组匝间短路时,被短路的各匝将有短路电流流过,产生局部过热,破坏绕组绝缘,以致转变为单相接地或相间短路。
4)转子绕组接地。
当发电机转子绕组发生一点接地时,由于没有构成接地电流的通路,故对发电机没有直接危害。
但要抬高转子某些点的电压,若处理得不及时,长期运行太高电压点的绝缘会被破坏,已形成两点接地,此时,转子磁通的对称性会被破坏,是发电机产生强烈的机械振动,尤其对具有凸极式转子的水轮发电机更为严重,所以水轮发电机不允许励磁回路带一点接地长期运行。
5)转子励磁回路失去励磁电流。
发电机转子绕组断线或自动调节励磁装置故障或自动灭磁装置误动作等原因造成励磁电流消失或减少即失磁故障,此时发电机要从系统吸收大量无功功率,以致发电机端电压降低,定子电流增大,引起发电机过热。
6)定子绕组过电压。
当发电机突然甩负荷时,由于水轮发电机调速系统惯性大,在突然甩负荷时,调速器来不及反应,造成机组转速急剧上升,以致引起定子绕组过电压。
发电机的不正常工作状态主要有:
1)由于符合超过发电机的额定容量而引起过电流。
2)由于外部短路,非同期重合闸以及系统振荡而引起的过电流。
以上两种情况都可能是定子电流增大,温度升高,从而加速绝缘老化,缩短发电机寿命;
同时,长期的过热也可能引起发电机的内部故障。
1.2水轮发电机保护动作结果
水轮发电机的继电保护应根据故障和异常运行方式的性质,分别动作于以下的结果:
1)停机:
断开发电机的断路器、灭磁,关闭导水叶至机组停机状态;
2)解列灭磁:
断开发电机断路器、灭磁、关闭导水叶至机组空转;
3)解列:
断开发电机断路器,关闭导水叶至空载;
4)减出力:
将水轮发电机出力减到给定值;
5)缩小故障影响范围;
6)信号:
发出光声信号。
2电网继电保护的配置
继电保护是电网不可分割的一部分,它的作用是当电力系统发生故障时,迅速地有选择地将故障设备从电力系统中切除,保证系统的其余部分快速恢复正常运行;
当发生不正常工作情况时,迅速地有选择地发出报警信号,由运行人员手工切除那些继续运行会引起故障的电气设备。
可见,继电保护对保证电网安全、稳定和经济运行,阻止故障的扩大和事故的发生,发挥着极其重要的作用。
因此,合理配置继电保护装置,提高整定和校核工作的快速性和准确性,对于满足电力系统安全稳定的运行具有十分重要的意义。
继电保护整定计算是继电保护工作中的一项重要工作。
不同的部门其整定计算的目的是不同的。
对于电网,进行整定计算的目的是对电网中已经配置安装好的各种继电保护装置,按照具体电力系统的参数和运行要求,通过计算分析给出所需的各项整定值,使全网的继电保护装置协调工作,正确地发挥作用。
因此对电网继电保护进行快速、准确的整定计算是电网安全的重要保证。
2.1电网继电保护的作用
电网在运行过程中,可能会遇到各种类型的故障和不正常运行方式,这些都可能在电网中引起事故,从而破坏电网的正常运行,降低电力设备的使用寿命,严重的将直接破坏系统的稳定性,造成大面积的停电事故。
为此,在电网运行中,一方面要采取一切积极有效的措施来消除或减小故障发生的可能性:
另一方面,当故障一旦发生时,应该迅速而有选择地切除故障元件,使故障的影响范围尽可能缩小,这一任务是由继电保护与安全自动装置来完成的。
电网继电保护的基本任务在于:
1.有选择地将故障元件从电网中快速、自动切除,使其损坏程度减至最轻,并保证最大限度地迅速恢复无故障部分的正常运行。
2.反应电气元件的异常运行工况,根据运行维护的具体条件和设各的承受能力,发出警报信号、减负荷或延时跳闸。
3.根据实际情况,尽快自动恢复停电部分的供电。
由此可见,继电保护实际上是一种电网的反事故自动装置。
它是电网的一个重要组成部分,尤其对于超高压,超大容量的电网,继电保护对保持电网的安全稳定运行起着极其重要的作用。
2.2电网继电保护的配置和原理
电力系统各元件都有其额定参数(电流、电压、功率等),短路或异常工况发生时,这些运行参数对额定值的偏离超出极限允许范围,对电力设备和电网安全构成威胁。
故障的一个显著特征是电流剧增,继电保护的最初原理反应电流剧增这一特征,即熔断器保护和过电流保护。
故障的另一特征是电压锐减,相应有低电压保护。
同时反应电压降低和电流增大的一种保护为阻抗(距离保护),它以阻抗降低的多少反应故障点距离的远近,决定保护的动作与否。
随着电力系统的发展,电网结构日益复杂,机组容量不断增大,电压等级也越来越高,对继电保护的要求必然相应提高,要求选择性更好,可靠性更高,动作速度更快。
因而促进了继电保护技术的发展,使保护的新原理、新装置不断问世。
一般来说,电网继电保护装置包括测量部分和定值调整部分、逻辑部分和执行部分。
测量部分从被保护对象输入有关信号,与给定的整定值相比较,决定保护是否动作。
根据测量部分各输出量的大小、性质、出现的顺序或它们的组合,使保护装置按一定的逻辑关系工作,最后确定保护应有的动作行为,由执行部分立即或延时发出警报信号或跳闸信号。
2.335kv线路保护配置原则
(1)每回35kV线路应按近后备原则配置双套完整的、独立的能反映各种类型故障、具有选相功能全线速动保护
(2)每回35kV线路应配置双套远方跳闸保护。
断路器失灵保护、过电压保护和不设独立电抗器断路器的500kV高压并联电抗器保护动作均应起动远跳。
(3)根据系统工频过电压的要求,对可能产生过电压的500kV线路应配置双套过电压保护。
(4)装有串联补偿电容的线路,应采用双套光纤分相电流差动保护作主保护。
(5)对电缆、架空混合出线,每回线路宜配置两套光纤分相电流差动保护作为主保护,同时应配有包含过负荷报警功能的完整的后备保护。
(6)双重化配置的线路主保护、后备保护、过电压保护、远方跳闸保护的交流电压回路、电流回路、直流电源、开关量输入、跳闸回路、起动远跳和远方信号传输通道均应彼此完全独立没有电气联系。
(7)双重化配置的线路保护每套保护只作用于断路器的一组跳闸线圈。
3发电机的短路电流
3.1各元件阻抗参数的计算
图3.1水电站
基准值的选取:
为各级平均额定电压,分别为37V和6.3V。
1)发电机:
2)主变压器:
3)所用变压器:
4)厂用架空线;
3.2各短路点的短路电流
3.2.1系统供给个短路点的电流
短路容量/MVA
短路电流/A
K1
K2
K3
最大运行方式
100
1649.6
9164.3
144337.6
最小运行方式
80
1319.7
7331.4
115470.1
3.2.2发电机供给各短路点的短路电流
发电机G1和G2对K1点的转移阻抗是1.32,查水轮发电机运算曲线数字表,
,电流的标幺值是0.805,所以,
短路电流
发电机G1和G2对K2点的转移阻抗是0.32,查水轮发电机运算曲线数字表,
电流的标幺值是3.494,所以
3.3电流互感器的变比
发电机的额定电流:
选择电流互感器的变比:
4设置发电机保护并整定计算
4.1发电机保护的设置
针对故障类型以及不平衡运行状态,发电机自身参数等等,应装设一下继电保护装置:
1)由于发电机的功率为3.2MW,所以应装设纵差动保护。
其原理是在发电机两侧(中性点侧与出口开关侧)装有两组变比相同的电流互感器,按环流法连接将该相的差流回路接入电流继电器,在正常或保护范围外发生短路故障时,中性点与出口侧的电流数值和相位都相同,差流回路没有电流或极小,继电器不会动作;
而当保护范围内发生故障时,将产生一个回路差流,当其超过电流继电器整定值时即启动发电机纵差保护动作。
2)容量小于50MW的发电机定子绕组单相接地故障电流允许值为4A,装设接地保护装置。
3)对于发电机定子绕组的匝间短路,当定子绕组星形接线时,每相由并联分支,且中性点侧有分支引出端,应装设横差保护。
4)装设复合电压(包括负序电压以及线电压)启动的过电流保护。
5)对于水轮发电机的定子绕组过电压,应装设带延时的过电压保护。
6)励磁回路一点接地保护。
4.2发电机保护的整定计算
4.2.1纵差动保护的整定
差动保护采用DCD-2型继电器。
动作电流计算值:
a.躲过区外短路故障时的最大不平衡电流:
b.躲开电流互感器TA二次侧断线影响,流过差动保护的电流:
c.差动继电器的工作线圈匝数:
取差动线圈10匝。
d.差动线圈的实际动作电流6A。
e.灵敏度校验
f.差动回路断线监视继电器的动作电流:
4.2.2过电流保护的整定
1)过电流继电器的动作电流及灵敏系数:
2)负序电压继电器的动作电压:
4.2.3过电压保护
防止定子绕组的绝缘遭受破坏,动作于发电机断路器,灭磁开关以及停机。
图4.1发电机过电压保护原理接线图
4.2.4转子绕组一点接地
图4.2转子绕组一点接地原理接线图
5发电机继电保护展开图
6发电机保护屏屏面布置图
图中,TA1和TA6构成了发电机两端的纵差动保护,TA5为过电流及过负荷保护,TA2为各种测量表计,PV2,PW2,PF2分别为电压表,功率表,频率表。
KV1为过电压保护。
7总结
通过这两周的综合课程设计,使我得到了很多的经验,并且巩固和加深以及扩大了专业知识面,锻炼综合及灵活运用所学知识的能力,正确使用技术资料的能力。
为进一步成为优秀的技术人员奠定基础。
这次课程设计首先使我巩固和加深专业知识面,锻炼综合及灵活运用所学知识的能力。
其次通过大量参数计算,锻炼从事工程技术设计的综合运算能力,参数计算尽可能采用先进的计算方法。
最后培养了参加手工实践,进行安装,调试和运行的能力。
通过这次设计,在获得知识之余,还加强了个人的独立提出问题、思考问题、解决问题能力,从中得到了不少的收获和心得。
在思想方面上更加成熟,个人能力有进一步发展,本次课程设计使本人对自己所学专业知识有了新了、更深层次的认识。
在这次设计中,我深深体会到理论知识的重要性,只有牢固掌握所学的知识,才能更好的应用到实践中去。
这次设计提高了我们思考问题、解决问题的能力,它使我们的思维更加缜密,这将对我们今后的学习、工作大有裨益。
参考文献
[1].西北电力设计院,东北电力设计院,华东电力设计院.电力工程设计手册.上海人民出版社:
1981~1983.
[2].霍利民.电力系统继电保护.第一版.北京:
中国电力出版社,2008.
[3].甘齐顺,陈金.电力系统自动装置.第一版.河南:
黄河水利出版社,2008.
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