【正文】 ................. 45 母線差動(dòng)保護(hù)基本原理 ....................................... 48 母聯(lián)電流比相式母線差動(dòng)保護(hù) ........................... 48 具有比率制動(dòng)特性的中阻抗母線差動(dòng)保護(hù) ................. 49 雙母線的差動(dòng)保護(hù) ..................................... 50 第 5 章 繼電保護(hù)二次回路設(shè)計(jì) ....................................... 56 二次回路的基本概念 ......................................... 56 二次保護(hù)回路全圖 ........................................... 57 主變壓器保護(hù)全圖 ..................................... 57 發(fā)電機(jī)保護(hù)全圖 ....................................... 60 第 6 章 結(jié)論 ....................................................... 63 參 考 文 獻(xiàn) ......................................................................................................... 64 致 謝 ......................................................................................................................... 65西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 前 言 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是針對(duì)電力系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的各種不正常狀態(tài)和故障狀態(tài)，對(duì)甘肅大峽水電站水電站的發(fā)電機(jī)、主變壓器和母線的保護(hù)配置及二次回路設(shè)計(jì)，參照《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)》及《電力工程電氣設(shè)備手冊(cè) 電氣二次部分》，并依據(jù)繼電保護(hù)配置原理，對(duì)所選擇的保護(hù)進(jìn)行整定和靈敏性校驗(yàn)從而來(lái)確定方案中的保護(hù)是否適用來(lái)編寫的。 設(shè)計(jì)首先是對(duì)保護(hù)的原理進(jìn)行分析 ,保護(hù)的整定計(jì)算及靈敏性校驗(yàn)。其次是各種設(shè)備的保護(hù)配置圖和二次回路圖。文章內(nèi)容包括原理分析、保護(hù)整定計(jì)算和靈敏性校驗(yàn)。其中發(fā)電機(jī)采取縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)、橫聯(lián)差動(dòng)保護(hù)和定子繞組接地保護(hù)等；變壓器主保護(hù)采用的是縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)和瓦斯保護(hù)，兩者結(jié)合做到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，后備保護(hù)是復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)過(guò)電流保護(hù)；母線保護(hù)采取的是母聯(lián)比相式差動(dòng)保護(hù)，簡(jiǎn)單可靠。 大峽水電站位于甘肅省白銀市和愉中縣交 界的黃河干流上，為河床式徑流式電站。 電站裝機(jī)五臺(tái)，總裝機(jī)容量為 。其中四臺(tái)機(jī)組單臺(tái)額定功率為75WM，最大功率為 86 WM；一臺(tái)自籌機(jī)組單機(jī)功率為 WM。電站保證出力 ，多年平均發(fā)電量為 億 kW h，年利用小時(shí)數(shù)為 4880，水庫(kù)調(diào)節(jié)性能為日調(diào)節(jié)。電站建成后連入甘肅電力系統(tǒng)，以發(fā)電為主，承擔(dān)甘肅電力系統(tǒng)的基荷和調(diào)峰、調(diào)頻任務(wù)，是甘肅電網(wǎng)的骨干電廠之一。電廠以 220kV 以及電壓接入甘肅電網(wǎng)。發(fā)電機(jī) — 變壓器組合方式采用單元接線。 220kV 高壓側(cè)采用雙母線。 220kV 設(shè)備采 用戶外開敞式， 220kV 斷路器采用 SF 柱式斷路器。 設(shè)計(jì)參數(shù)如下： 水輪發(fā)電機(jī) G1 G4 型號(hào)： SF7568/11350 ；額定電壓： ； 額定功率： 75MW； 功率因數(shù) cos=； 主變壓器 T1 T4 型號(hào)： SFP890000/220； 接線方式： YN,d11 兩側(cè)電壓： %/ 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 水輪發(fā)電機(jī) G0 型號(hào)： SFJ2640/6400 ；額定電壓： ； 額定功率： ； 功率因數(shù) cos=； 主變 壓器 T0 型號(hào)： SF831500/220 接線方式： YN,d11 兩側(cè)電壓： %/ 該水電站的一次接線圖如下： 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 第 1 章 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)簡(jiǎn)論 繼電保護(hù)的作用 電力系統(tǒng)運(yùn)行要求安全可靠。但是，電力系統(tǒng)的組成元件數(shù)量多，結(jié)構(gòu)各異，運(yùn)行情況復(fù)雜，覆蓋的地域遼闊。因此，受自然條件、設(shè)備及人為因素的影響（如雷擊、倒塔、內(nèi)部過(guò)電壓或運(yùn)行人員誤操作等），電力系統(tǒng)會(huì)發(fā)生各種故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)。最常見、危害最大的故障是 各種形式的短路。 ①故障造成的很大的短路電流產(chǎn)生的電弧使設(shè)備損壞。 ②從電源到短路點(diǎn)間流過(guò)的短路電流引起的發(fā)熱和電動(dòng)力將造成在該路徑中非故障元件的損壞。 ③靠近故障點(diǎn)的部分地區(qū)電壓大幅度下降，使用戶的正常工作遭到破壞或影響產(chǎn)品質(zhì)量。 ④破壞電力系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性，引起系統(tǒng)振蕩，甚至使該系統(tǒng)瓦解和崩潰。 所謂不正常運(yùn)行狀態(tài)是指系統(tǒng)的正常工作受到干擾，使運(yùn)行參數(shù)偏離正常值，如一些設(shè)備過(guò)負(fù)荷、系統(tǒng)頻率或某些地區(qū)電壓異常、系統(tǒng)振蕩等。 故障和不正常運(yùn)行情況常常是難以避免的，但事故卻可以防止。電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置就 是裝設(shè)在每一個(gè)電氣設(shè)備上，用來(lái)反映它們發(fā)生的故障和不正常運(yùn)行情況，從而動(dòng)作于斷路器跳閘或發(fā)出信號(hào)的一種有效的反事故的自動(dòng)裝置。它的基本任務(wù)是：自動(dòng)、有選擇性、快速地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使故障元件損壞程度盡可能降低，并保證該系統(tǒng)中非故障部分迅速恢復(fù)正常運(yùn)行。 反映電氣元件的不正常運(yùn)行狀態(tài)，并依據(jù)運(yùn)行維護(hù)的具體條件和設(shè)備的承受能力，發(fā)出信號(hào)、減負(fù)荷或延時(shí)跳閘。 應(yīng)該指出，要確保電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，除了繼電保護(hù)裝置外，還應(yīng)該設(shè)置電力系統(tǒng)安全自動(dòng)裝置。后者是著眼于事故后和系統(tǒng)不正常運(yùn)行情況的緊急處理，以防止 電力系統(tǒng)大面積停電和保證對(duì)重要負(fù)荷連續(xù)供電及恢復(fù)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。例如自動(dòng)重合閘、備用電源自動(dòng)投入、自動(dòng)切負(fù)荷、快關(guān)汽門、電氣制動(dòng)、遠(yuǎn)方切機(jī)、在按選定的開關(guān)上實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)解列、過(guò)負(fù)荷控制等。 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 隨著電力系統(tǒng)的擴(kuò)大，對(duì)安全運(yùn)行的要求也越來(lái)越高。為此，還應(yīng)設(shè)置以各級(jí)計(jì)算機(jī)為中心，用分層控制方式實(shí)施的安全監(jiān)控系統(tǒng)，它能對(duì)包括正常運(yùn)行在內(nèi)的各種運(yùn)行狀態(tài)實(shí)施控制，這樣才能更進(jìn)一步地確保電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。 繼電保護(hù)的基本要求、原理、構(gòu)成與分類 基本要求 對(duì)作于跳閘的繼電保護(hù)，在技術(shù)上應(yīng)滿足四個(gè)基本要求， 及可靠性、選擇性、性和靈敏性 基本原理 要完成繼電保護(hù)的基本任務(wù)，首先要提取和利用電力元件在三種運(yùn)行狀態(tài)下的“差異”，然后“區(qū)分”出三種運(yùn)行狀態(tài)（正常、不正常和故障狀態(tài)），最后是“甄別”出發(fā)生故障和出現(xiàn)異常的元件。 目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)不同運(yùn)行狀態(tài)下具有明顯差異的電氣量有：流過(guò)電力元件的相電流、序電流、功率及其方向；元件的運(yùn)行相電壓幅值、序電壓幅值；元件的電壓與電流的比值即“測(cè)量阻抗”等。 （ a）正常運(yùn)行情況 （ b）三相短路情況 圖 11 我國(guó)常用的 110kV及以下單側(cè)電源的供電網(wǎng)絡(luò) 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 發(fā)現(xiàn)并正確 利用能可靠區(qū)分三種運(yùn)行狀態(tài)的可測(cè)參量或參量的新差異，就可以形成新的繼電保護(hù)原理。 在此以圖 11 為例分析一下利用不同電氣量特征分別能構(gòu)成哪種保護(hù)： ldII???????? ???????差 異 構(gòu) 成正 常 時(shí) ： 負(fù) 荷 電 流 短 路 時(shí) 電 流 幅 值 增 大 過(guò) 電 流 保 護(hù)短 路 時(shí) ： 短 路 電 流 ? ?5 % 1 0 % ? ??????????差 異構(gòu) 成正 常 時(shí) ： 在 額 定 電 壓 附 近 變 化 ～ 短 路 時(shí) 電 壓 幅 值 降 低短 路 時(shí) ： 短 路 點(diǎn) 的 相 間 或 對(duì) 地 電 壓 降 低 到 零低 電 壓 保 護(hù) （即測(cè)量阻抗） 圖 12 220kV及以上多側(cè)電源的輸電網(wǎng)路 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 ??? ????????????差 異構(gòu) 成正 常 時(shí) ： 反 映 該 線 路 與 供 電 負(fù) 荷 的 等 值 阻 抗 及 負(fù) 荷 阻 抗 角 （ 功 率 因 數(shù) 角 ） 短 路 時(shí) 測(cè) 量 阻 抗 幅 值 降 低 ， 阻 抗 角 增 大短 路 時(shí) ： 反 映 該 測(cè) 量 點(diǎn) 到 短 路 點(diǎn) 之 間 線 路 段 的 阻 抗距 離 保 護(hù) （ 低 阻 抗 保 護(hù) ） 如圖 12 所示，其中： 正常運(yùn)行 —— 如圖 12（ a）所示， 如果規(guī)定電流的正方向是從母線流向線路，那么， AB 兩側(cè)電流的大小相等，相位相差 ?180 ，兩側(cè)電流的矢量和為零。 外部短路 —— 如圖 12（ b）所示，如果規(guī) 定電流的正方向是從母線流向線路，那么， AB 兩側(cè)電流的大小相等， 相位相差 ?180 ，兩側(cè)電流的矢量和為零。 內(nèi)部短路 —— 如圖 12（ c）所示，兩側(cè)電源分別向短路點(diǎn)供給短路電流 2dI?? 和2dI??? ，都是由母線流向線路，此時(shí)兩個(gè)電流一般不相等，在理想條件下（兩側(cè)電勢(shì)同相位且全系統(tǒng)的阻抗角相等），兩個(gè)電流同相位，兩個(gè)電流的矢量和等于短路點(diǎn)的總電流，其值較大。 其他類型的保護(hù)有： —— 利用某種通信通道同時(shí)比較被保護(hù)元件兩側(cè)正常運(yùn)行與故障時(shí)電氣量差異的保護(hù)。 ①電流差動(dòng)保護(hù) —— 利用內(nèi)部與外部短路時(shí)兩側(cè)電流矢量的差別構(gòu)成。 ②電 流相位差動(dòng)保護(hù) —— 利用內(nèi)部與外部短路時(shí)兩側(cè)電流相位的差別構(gòu)成。 圖 13 過(guò)電流保護(hù)單相原理圖 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 ③方向比較式縱聯(lián)保護(hù) —— 利用內(nèi)部與外部短路時(shí)兩側(cè)功率方向的差別構(gòu)成。 以上保護(hù)常被用做 220kV 及以上輸電網(wǎng)絡(luò)和較大容量發(fā)電機(jī)、變壓器、電動(dòng)機(jī)等電力元件的主保護(hù)。 ①氣體保護(hù) —— 當(dāng)變壓器油箱內(nèi)部的繞組短路時(shí)，反應(yīng)于變壓器油受熱分解所產(chǎn)生的氣體保護(hù)。 ②過(guò)熱保護(hù) —— 當(dāng)變壓器油箱內(nèi)部的繞組短路時(shí)，反應(yīng)于電動(dòng)機(jī)繞組溫度的升高而構(gòu)成的保護(hù)。 構(gòu)成 以過(guò)電流保護(hù)為例：（如圖 13 所示 ） 正常運(yùn)行： fh LHI I n? LJ 不動(dòng) 故障時(shí)： d LH dzjI I n I?? LJ 動(dòng) SJ 動(dòng)（延時(shí)） XJ 動(dòng) 信號(hào) TQ 動(dòng) 跳閘 保護(hù)裝置由測(cè)量元件、邏輯元件和執(zhí)行元件三部分組成。（如圖 14所示） 圖 14 繼電保護(hù)裝置組成方框圖 （ 1） 測(cè)量元件 測(cè)量從被保護(hù)對(duì)象輸入的有關(guān)物理量（如電流、電壓、阻抗、功率方向等），并與已給定的整定值進(jìn)行 比較，根據(jù)比較結(jié)果給出“是”、“非”、“大于”、“不大于”等具有“ 0”或“ 1”性質(zhì)的一組邏輯信號(hào)，從而判斷保護(hù)是否應(yīng)該啟動(dòng)。 （ 2）邏輯元件 根據(jù)測(cè)量部分輸出量的大小、性質(zhì)、輸出的邏輯狀態(tài)、出現(xiàn)的順序或它們的組合，使保護(hù)裝置按一定的布爾邏輯及時(shí)序邏輯工作，最后確定是否應(yīng)跳閘或發(fā)信號(hào)，并將有關(guān)命令傳給執(zhí)行元件。 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 邏輯回路有：或、與、非、延時(shí)啟動(dòng)、延時(shí)返回、記憶等。 （ 3）執(zhí)行元件： 根據(jù)邏輯元件傳送的信號(hào)，最后完成保護(hù)裝置所擔(dān)負(fù)的任務(wù)。如：故障時(shí)→跳閘；不正常運(yùn)行時(shí)→發(fā)信號(hào)；正常運(yùn)行時(shí)→不動(dòng)作。 分 類 通常分為以下幾類： （ 1）按被保護(hù)的對(duì)象分類：輸電線路保護(hù)、發(fā)電機(jī)保護(hù)、變壓器保護(hù)、電動(dòng)機(jī)保護(hù)、母線保護(hù)等； （ 2）按保護(hù)原理分類：電流保護(hù)、電壓保護(hù)、距離保護(hù)、差動(dòng)保護(hù)、方向保護(hù)、零序保護(hù)等；（ 3）按保護(hù)所反應(yīng)故障類型分類：相間短路保護(hù)、接地故障保護(hù)、匝間短路保護(hù)、斷線保護(hù)、失步保護(hù)、失磁保護(hù)及過(guò)勵(lì)磁保護(hù)等； （ 4） 按構(gòu)成繼電保護(hù)裝置的繼電器原理分類：機(jī)電型保護(hù)（如電磁型保護(hù)和感應(yīng)型保護(hù)）、整流型保護(hù)、晶體管型保護(hù)、集成電路型保護(hù)及微機(jī)型保護(hù)等； （ 5） 按保護(hù)所起的作用分類：主保護(hù)、后備保護(hù)、輔助 保護(hù)等； 主保護(hù) —— 滿足系統(tǒng)穩(wěn)定和設(shè)備安全要求，能以最快速度有選擇地切除被保護(hù)設(shè)備和線路故障的保護(hù)。 后備保護(hù) —— 主保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)用來(lái)切除故障的保護(hù)。又分為遠(yuǎn)后備保護(hù)和近后備保護(hù)兩種。 ①遠(yuǎn)后備保護(hù)：當(dāng)主保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)，由相鄰電力設(shè)備或線路的保護(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的后備保護(hù)。 ②近后備保護(hù)：當(dāng)主保護(hù)拒動(dòng)時(shí)，由本設(shè)備或線路的另一套保護(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)后備的保護(hù)；當(dāng)斷路器拒動(dòng)時(shí)，由斷路器失靈保護(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)近后備保護(hù)。輔助保護(hù)：為補(bǔ)充主保護(hù)和后備保護(hù)的性能或當(dāng)主保護(hù)和后備保護(hù)退出運(yùn)行而增設(shè)的簡(jiǎn)單保護(hù)。 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 第 2 章 主變壓 器保護(hù)設(shè)計(jì) 變壓器是電力系統(tǒng)中大量使用的重要電 氣設(shè)備，它的安全運(yùn)行是電力系統(tǒng)可靠工作的