《继电保护》课程的设计

电力系统继电保护的课程设计报告发电机保护和母线保护班级：08级电气2班姓名：邓佃毅学号：0867130216电力系统继电保护课程设计1摘要：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，同时发电机本身也是十分贵重的电气设备，因此，应该针对各种不同的故障和不正常运行状态，装设性能完善的继电保护装置。本文就发电机的故障、不正常运行状态以及其保护方式进行了论述。重点论述了发电机的比率制动式纵差动保护及其接线方式灵敏性和发电机定子绕组单相接地保护等。发电厂和变电所的母线是电力系统中的一个重要组成元件，当母线上发生故障时，将使连接在故障母线上的所有元件在修复故障母线期间，或转换到另一组无故障母线上运行或被迫停电。此外，电力系统中枢纽变电所的母线上故障时，还可能引起系统稳定性破坏，造成严重后果。本文重点论述了母线故障和装设母线保护的基本法则，母线差动保护的基本原理和断路器失灵保护等。关键词：发电机保护母线保护纵差动保护电力系统继电保护课程设计2目录摘要…………………..…………………………………………………1关键词………………………………………………………………..…11设计说明1.1主接线…………………………………………………………….32发电机保护2.1发电机的故障、不正常运行状态及其保护方式………….…42.2发电机定子绕组短路故障的保护…………………………….52.3发电机定子绕组单相接地保护…………………………...…..82.4发电机负序电流保护………………………………………...112.5发电机的失磁保护………………………………………..….112.6发电机的失步保护………………………………………..….112.7发电机逆功率保护…………………………………………...123母线保护3.1母线故障和装设母线保护的基本法则……………………...133.2母线差动保护基本原理……………………………………...143.3母线保护的特殊问题及对策………………………………...223.4断路器失灵保护简介…………………………………….…..23总结……………………………………………………………………23参考文献………………………………………………………………24电力系统继电保护课程设计31设计说明1.1主接线300MW发电机主要保护原理设计，适用于发电机组采用单元接线，发电机出口侧无断路器；励磁方式为静态励磁系统；在发电机出口侧引接―台高压厂用工作变压器（采用三相分裂线圈），接地方式，发电机中性点为经配电变压器（二次侧接电阻）接地；主变压器高压侧中性点为直接接地；高压厂用分裂变压器6kV侧中性点为中阻接地系统。电力系统继电保护课程设计42发电机保护2.1发电机的故障、不正常运行状态及其保护方式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，同时发电机本身也是十分贵重的电气设备，因此，应该针对各种不同的故障和不正常运行状态，装设性能完善的继电保护装置。2.1.1发电机的故障类型发电机的故障类型主要有定子绕组相间短路、定子一相绕组内的匝间短路、定子绕组单相接地、转子绕组一点或两点接地、转子励磁回路励磁电流消失等。2.1.2发电机的不正常运行状态发电机的不正常运行状态主要有：由于外部短路引起的定子绕组过电流；由于负荷超过发电机的额定容量而引起的三相对称过负荷；由于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；由于突然甩负荷而引起的定子绕组过电压；由于励磁回路故障或强励时间过长而引起的转子绕组过负荷；由于汽轮机主汽门突然关闭而引起的发电机逆功率等。2.1.3发电机的保护方式在电力系统中广泛地用变压器来升高或降低电压。变压器是电力系统不可缺少的重要电气设备，针对变压器对发电机的保护，可分为主保护和后备保护，主保护通常采用差动保护和瓦斯保护，后备保护主要指相间短路和接地短路的后备保护。发电机应装设的保护：1）纵联差动保护2）定子绕组匝间短路保护3）定子绕组接地保护4）发电机外部相间短路保护5）定子绕组过负荷保护6）定子绕组过电压保护7）转子表层过负荷保护8）励磁绕组过负荷保护9）励磁绕组一点及两点接地保护10）失磁保护电力系统继电保护课程设计511）过励磁保护12）逆功率保护13）失步保护14）大容量发电机还应考虑配置低频保护、过频保护、起停机保护、误上电保护断口闪络保护等15）发电机的非电量保护，如采用水冷却的发电机应配置断水保护下面对主保护和后备保护中的各种保护的工作原理进行详细的介绍和分析2.2发电机定子绕组短路故障的保护2.2.1比率制动式纵差动保护1.工作原理如图2.1所示为发电机纵差动保护原理图，图中以一相为例，规定一次电流已流入发电机为正方向。当正常运行以及发生保护区外故障时，流入差动继电器的电流为零，继电器将不动作。当发生发电机内部故障时流入差动继电器的差动电流将会增大，当差动电流超过整定值时，继电器判为发生了发电机内部故障而作用于跳闸。比率制动式纵差动保护的工作原理时，动作值随着外部短路电流的增大而自动增大。设..''12IdII，..''12|2resIII，比率制动式差动保护的动作方程为.min.min()dresresdKIIII，.minresresII(2.1).minddII，,minresresII电力系统继电保护课程设计6图2-1发电机纵差动保护原理图图2-2比率制动特性曲线电力系统继电保护课程设计72.整定方法图2-3比率制动式差动继电器原理接线图制动电流：将外部故障的短路电流作为制动电流。差动电流：把流入差动回路的电流作为动作电流。（1）启动电流（2.2）（2)拐点电流的整定（2.3）（2.4）（3）比率制动特性的斜率（2.5）unb.maxresk.maxIKIres.mingN(0.5~1.0)IId.minreler1er2()IKIIunb.maxd.mink.maxres.minIIKII电力系统继电保护课程设计82.2.2差动保护的接线方式灵敏性下面就以三相三柱全星形接线的变压器纵差保护电流互感器的接线方式为例。单相接地故障时,电流互感器采用三角形或星形接线方式时,纵差保护的相对灵敏度为了分析简便起见,设电流互感器的变比nLH=1当电流互感器为三角形接线时，一次电流与二次电流有如下关系：IA=IaIB=IbIC=IcIa=IA-IBIb=IB-ICIc=IC-IA（2.6）如果A相发生单相接地故障时，故障相电流互感器二次电流与一次电流相等,由于接线系数为1.732倍,整定值，增了万倍。而同一地点三相短路时,二次电流是一次电流的万倍,故单相接地故障时保护的相对灵敏度较同一地点发生三相故障时的灵敏度降低了万倍。在发生单相或三相接地故障时,二次电流等于一次电流,因为接线系数等于,在同样条件下,整定值比三角形接线时小沂倍。表列出两种电流互感器接线方式纵差保护的相对灵敏度即在发生各种类型故障时,保护装置灵敏度较同一地点发生三相短路时的灵敏度降低的程度。整定计算1.按躲外部故障时的不平衡电流整定Iop=KrelIunb.max（2.7）对汽轮机：Iop=(0.5~0.6)ING对水轮机：Iop=(0.3~0.4)ING2.当电流互感器二次回路断线时不误动Iop=KrelING（2.8）发电机纵差动保护的灵敏性Ksen=I.Kmin/Iop（2.9）计算条件：（1）发电机与系统并列运行以前，其出口发生两相短路（2）发电机采用自同期并列时，在系统最小运行方式下，其出口发生两相短路。2.3发电机定子绕组单相接地保护2.3.1发电机定子绕组单相接地时电器的特征量电力系统继电保护课程设计9目前发电机中性点都是不接地或经消弧线圈接地的，当发电机内部发生单相接地故障时，流经接地点的电流仍为发电机所在电压网络对地电流的总和。大型发电机由于造价昂贵，结构复杂，检修困难，且容量的增大使得其接地故障电流也随之增大，为了防止故障电流烧坏铁芯，大型发电机有的装设了消弧线圈，通过消弧线圈的电感电流与接地电容电流的相互抵消，把定子绕组单相接地电容电流限制在规定的允许值之内。（a）（b）图2-4发电机定子绕组单相接地时的电路图和向量图（a）电路图；（b）向量图假设A相在距离定子绕组中性点a处发生金属性接地故障，如图2-4所示。做近似估计时机端各相电动势为（2.10）式中a——中心点到故障点的绕组占全部绕组的百分数。向量图可以求得故障电压为（2.11）当中性点不接地时，故障点的接地电流为（2.12）当中性点经消弧线圈接地时，故障点的接地电流为ADABKBACKCA(1)UEUEEUEE0kαADBKCKA1()3UUUUEkafwA3()IjCCE电力系统继电保护课程设计10（2.14）零序等效网络如图3-2所示，fC为发电机各相的对地电容，wC为发电机外部各元件对地电容，L是代表中性点消弧线圈的电感。图2-5发电机定子绕组单相接地时的零序等效网络(a)中性点不接地；(b)中性点经消弧线圈接地当发电机电压网络的接地电容电流大于允许值时，不论该网络是否装有消弧线圈，接地保护动作于跳闸；当接地电流小于允许值时，接地保护动作于信号，即可以不立即跳闸，值班人员请示调度中心，转移故障发电机的负荷，然后平稳停机进行检修。2.3.2利用零序电压构成的发电机定子绕组接地保护图2-6发电机变压器组单相接地信号装置接线图kafwA13()IjCCEL电力系统继电保护课程设计112.3.3发电机100%定子绕组单相接地保护的基本原理发电机100%定子绕组接地保护种类很多，广泛使用的是利用三次谐波电压构成的100%定子绕组接地保护。该保护保护一般由两部分组成：一部分是零序电压保护，保护定子绕组的85%以上；另一部分利用发电机三次谐波电压构成，它用来消除零序电压保护的死区，从而实现保护100%定子绕组的接地保护。为可靠起见，两部分保护区有一段重叠。利用发电机三次谐波电压构成的部分，其原理是利用发电机中性点和出线端的三次谐波电压在正常运行和接地故障时变化相反的特点构成。正常运行时，发电机中性点的三次谐波电压比发电机出线端的三次谐波电压大；而在发电机内部定子接地时，出线端的三次谐波却比中性点的大。利用这个特点，使发电机出口的三次谐波电压成为动作分量，而使中性点的三次谐波分量成为制动分量，从而使发电机出口三次谐波电压大于中性点三次谐波电压时让继电器动作。这样，保护就会在正常时制动，而在定子绕组接地时保护可靠动作。2.4发电机负序电流保护随着发电机组容量不断增大，它所允许的承受负序过负荷的能力也随之下降。此外，由于大容量机组的额定电流很大，而在相邻元件末端发生两相短路时的短路电流可能较小，此时采用复合电压启动的过电流保护往往不能满足作为相邻元件后备保护时对灵敏性的要求。在这种情况下，采用负序过电流保护作为后备保护，就可以提高不对称短路时的灵敏性。由于负序过电流保护不能反应于三相短路，因此，当用它作为后备保护时，还需要附加装设一个单相式的低电压启动过电流保护，以专门反应三相短路。2.5发电机的失磁保护发电机失磁后，对电力系统和发电机本身会产生诸多不利影响，如需要从电力系统中吸收很大的无功功率以建立发电机的磁场；由于从电力系统中吸收无功功率将引起电力系统电压下降，如果电力系统的容量较小或无功功率储备不足，则可能使失磁发电机的机端电压、升压变压器高压侧的母线电压或其他邻近的电压低于允许值，从而破坏了负荷与各电源间的稳定运行，甚至可能因电压崩溃而使系统瓦解。2.6发电机的失步保护电力系统继电保护课程设计12对于中小机组，通常都不装设失步保护。当系统发生振荡时，由运行人员来判断，然后利用人工增加励磁电流、增加或减少原动机出力、局部解列等方法来处理。对于大机组，这样处理将不能保证机组的安全，通常需要装设用于反应振荡过程的专门的失步保护。2.7发电机的逆功率保护大型汽轮机在运行中由于