【正文】 ................. 45 母線差動保護基本原理 ....................................... 48 母聯(lián)電流比相式母線差動保護 ........................... 48 具有比率制動特性的中阻抗母線差動保護 ................. 49 雙母線的差動保護 ..................................... 50 第 5 章 繼電保護二次回路設計 ....................................... 56 二次回路的基本概念 ......................................... 56 二次保護回路全圖 ........................................... 57 主變壓器保護全圖 ..................................... 57 發(fā)電機保護全圖 ....................................... 60 第 6 章 結論 ....................................................... 63 參 考 文 獻 ......................................................................................................... 64 致 謝 ......................................................................................................................... 65西安工程大學本科畢業(yè)設計（論文） 1 前 言 本次畢業(yè)設計的主要內容是針對電力系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的各種不正常狀態(tài)和故障狀態(tài)，對甘肅大峽水電站水電站的發(fā)電機、主變壓器和母線的保護配置及二次回路設計，參照《電力系統(tǒng)繼電保護》及《電力工程電氣設備手冊 電氣二次部分》，并依據(jù)繼電保護配置原理，對所選擇的保護進行整定和靈敏性校驗從而來確定方案中的保護是否適用來編寫的。 設計首先是對保護的原理進行分析 ,保護的整定計算及靈敏性校驗。其次是各種設備的保護配置圖和二次回路圖。文章內容包括原理分析、保護整定計算和靈敏性校驗。其中發(fā)電機采取縱聯(lián)差動保護、橫聯(lián)差動保護和定子繞組接地保護等；變壓器主保護采用的是縱聯(lián)差動保護和瓦斯保護，兩者結合做到優(yōu)勢互補，后備保護是復合電壓啟動過電流保護；母線保護采取的是母聯(lián)比相式差動保護，簡單可靠。 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。 電站裝機五臺，總裝機容量為 。其中四臺機組單臺額定功率為75WM，最大功率為 86 WM；一臺自籌機組單機功率為 WM。電站保證出力 ，多年平均發(fā)電量為 億 kW h，年利用小時數(shù)為 4880，水庫調節(jié)性能為日調節(jié)。電站建成后連入甘肅電力系統(tǒng)，以發(fā)電為主，承擔甘肅電力系統(tǒng)的基荷和調峰、調頻任務，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 — 變壓器組合方式采用單元接線。 220kV 高壓側采用雙母線。 220kV 設備采 用戶外開敞式， 220kV 斷路器采用 SF 柱式斷路器。 設計參數(shù)如下： 水輪發(fā)電機 G1 G4 型號： 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： SFP890000/220； 接線方式： YN,d11 兩側電壓： %/ 西安工程大學本科畢業(yè)設計（論文） 2 水輪發(fā)電機 G0 型號： SFJ2640/6400 ；額定電壓： ； 額定功率： ； 功率因數(shù) cos=； 主變 壓器 T0 型號： SF831500/220 接線方式： YN,d11 兩側電壓： %/ 該水電站的一次接線圖如下： 西安工程大學本科畢業(yè)設計（論文） 3 第 1 章 電力系統(tǒng)繼電保護簡論 繼電保護的作用 電力系統(tǒng)運行要求安全可靠。但是，電力系統(tǒng)的組成元件數(shù)量多，結構各異，運行情況復雜，覆蓋的地域遼闊。因此，受自然條件、設備及人為因素的影響（如雷擊、倒塔、內部過電壓或運行人員誤操作等），電力系統(tǒng)會發(fā)生各種故障和不正常運行狀態(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)生的電弧使設備損壞。 ②從電源到短路點間流過的短路電流引起的發(fā)熱和電動力將造成在該路徑中非故障元件的損壞。 ③靠近故障點的部分地區(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)品質量。 ④破壞電力系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性，引起系統(tǒng)振蕩，甚至使該系統(tǒng)瓦解和崩潰。 所謂不正常運行狀態(tài)是指系統(tǒng)的正常工作受到干擾，使運行參數(shù)偏離正常值，如一些設備過負荷、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)繼電保護裝置就 是裝設在每一個電氣設備上，用來反映它們發(fā)生的故障和不正常運行情況，從而動作于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種有效的反事故的自動裝置。它的基本任務是：自動、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正常運行。 反映電氣元件的不正常運行狀態(tài)，并依據(jù)運行維護的具體條件和設備的承受能力，發(fā)出信號、減負荷或延時跳閘。 應該指出，要確保電力系統(tǒng)的安全運行，除了繼電保護裝置外，還應該設置電力系統(tǒng)安全自動裝置。后者是著眼于事故后和系統(tǒng)不正常運行情況的緊急處理，以防止 電力系統(tǒng)大面積停電和保證對重要負荷連續(xù)供電及恢復電力系統(tǒng)的正常運行。例如自動重合閘、備用電源自動投入、自動切負荷、快關汽門、電氣制動、遠方切機、在按選定的開關上實現(xiàn)系統(tǒng)解列、過負荷控制等。 西安工程大學本科畢業(yè)設計（論文） 4 隨著電力系統(tǒng)的擴大，對安全運行的要求也越來越高。為此，還應設置以各級計算機為中心，用分層控制方式實施的安全監(jiān)控系統(tǒng)，它能對包括正常運行在內的各種運行狀態(tài)實施控制，這樣才能更進一步地確保電力系統(tǒng)的安全運行。 繼電保護的基本要求、原理、構成與分類 基本要求 對作于跳閘的繼電保護，在技術上應滿足四個基本要求， 及可靠性、選擇性、性和靈敏性 基本原理 要完成繼電保護的基本任務，首先要提取和利用電力元件在三種運行狀態(tài)下的“差異”，然后“區(qū)分”出三種運行狀態(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)不同運行狀態(tài)下具有明顯差異的電氣量有：流過電力元件的相電流、序電流、功率及其方向；元件的運行相電壓幅值、序電壓幅值；元件的電壓與電流的比值即“測量阻抗”等。 （ a）正常運行情況 （ b）三相短路情況 圖 11 我國常用的 110kV及以下單側電源的供電網(wǎng)絡 西安工程大學本科畢業(yè)設計（論文） 5 發(fā)現(xiàn)并正確 利用能可靠區(qū)分三種運行狀態(tài)的可測參量或參量的新差異，就可以形成新的繼電保護原理。 在此以圖 11 為例分析一下利用不同電氣量特征分別能構成哪種保護： ldII???????? ???????差 異 構 成正 常 時 ： 負 荷 電 流 短 路 時 電 流 幅 值 增 大 過 電 流 保 護短 路 時 ： 短 路 電 流 ? ?5 % 1 0 % ? ??????????差 異構 成正 常 時 ： 在 額 定 電 壓 附 近 變 化 ～ 短 路 時 電 壓 幅 值 降 低短 路 時 ： 短 路 點 的 相 間 或 對 地 電 壓 降 低 到 零低 電 壓 保 護 （即測量阻抗） 圖 12 220kV及以上多側電源的輸電網(wǎng)路 西安工程大學本科畢業(yè)設計（論文） 6 ??? ????????????差 異構 成正 常 時 ： 反 映 該 線 路 與 供 電 負 荷 的 等 值 阻 抗 及 負 荷 阻 抗 角 （ 功 率 因 數(shù) 角 ） 短 路 時 測 量 阻 抗 幅 值 降 低 ， 阻 抗 角 增 大短 路 時 ： 反 映 該 測 量 點 到 短 路 點 之 間 線 路 段 的 阻 抗距 離 保 護 （ 低 阻 抗 保 護 ） 如圖 12 所示，其中： 正常運行 —— 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 兩側電流的大小相等，相位相差 ?180 ，兩側電流的矢量和為零。 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 兩側電流的大小相等， 相位相差 ?180 ，兩側電流的矢量和為零。 內部短路 —— 如圖 12（ c）所示，兩側電源分別向短路點供給短路電流 2dI?? 和2dI??? ，都是由母線流向線路，此時兩個電流一般不相等，在理想條件下（兩側電勢同相位且全系統(tǒng)的阻抗角相等），兩個電流同相位，兩個電流的矢量和等于短路點的總電流，其值較大。 其他類型的保護有： —— 利用某種通信通道同時比較被保護元件兩側正常運行與故障時電氣量差異的保護。 ①電流差動保護 —— 利用內部與外部短路時兩側電流矢量的差別構成。 ②電 流相位差動保護 —— 利用內部與外部短路時兩側電流相位的差別構成。 圖 13 過電流保護單相原理圖 西安工程大學本科畢業(yè)設計（論文） 7 ③方向比較式縱聯(lián)保護 —— 利用內部與外部短路時兩側功率方向的差別構成。 以上保護常被用做 220kV 及以上輸電網(wǎng)絡和較大容量發(fā)電機、變壓器、電動機等電力元件的主保護。 ①氣體保護 —— 當變壓器油箱內部的繞組短路時，反應于變壓器油受熱分解所產(chǎn)生的氣體保護。 ②過熱保護 —— 當變壓器油箱內部的繞組短路時，反應于電動機繞組溫度的升高而構成的保護。 構成 以過電流保護為例：（如圖 13 所示 ） 正常運行： fh LHI I n? LJ 不動 故障時： d LH dzjI I n I?? LJ 動 SJ 動（延時） XJ 動 信號 TQ 動 跳閘 保護裝置由測量元件、邏輯元件和執(zhí)行元件三部分組成。（如圖 14所示） 圖 14 繼電保護裝置組成方框圖 （ 1） 測量元件 測量從被保護對象輸入的有關物理量（如電流、電壓、阻抗、功率方向等），并與已給定的整定值進行 比較，根據(jù)比較結果給出“是”、“非”、“大于”、“不大于”等具有“ 0”或“ 1”性質的一組邏輯信號，從而判斷保護是否應該啟動。 （ 2）邏輯元件 根據(jù)測量部分輸出量的大小、性質、輸出的邏輯狀態(tài)、出現(xiàn)的順序或它們的組合，使保護裝置按一定的布爾邏輯及時序邏輯工作，最后確定是否應跳閘或發(fā)信號，并將有關命令傳給執(zhí)行元件。 西安工程大學本科畢業(yè)設計（論文） 8 邏輯回路有：或、與、非、延時啟動、延時返回、記憶等。 （ 3）執(zhí)行元件： 根據(jù)邏輯元件傳送的信號，最后完成保護裝置所擔負的任務。如：故障時→跳閘；不正常運行時→發(fā)信號；正常運行時→不動作。 分 類 通常分為以下幾類： （ 1）按被保護的對象分類：輸電線路保護、發(fā)電機保護、變壓器保護、電動機保護、母線保護等； （ 2）按保護原理分類：電流保護、電壓保護、距離保護、差動保護、方向保護、零序保護等；（ 3）按保護所反應故障類型分類：相間短路保護、接地故障保護、匝間短路保護、斷線保護、失步保護、失磁保護及過勵磁保護等； （ 4） 按構成繼電保護裝置的繼電器原理分類：機電型保護（如電磁型保護和感應型保護）、整流型保護、晶體管型保護、集成電路型保護及微機型保護等； （ 5） 按保護所起的作用分類：主保護、后備保護、輔助 保護等； 主保護 —— 滿足系統(tǒng)穩(wěn)定和設備安全要求，能以最快速度有選擇地切除被保護設備和線路故障的保護。 后備保護 —— 主保護或斷路器拒動時用來切除故障的保護。又分為遠后備保護和近后備保護兩種。 ①遠后備保護：當主保護或斷路器拒動時，由相鄰電力設備或線路的保護來實現(xiàn)的后備保護。 ②近后備保護：當主保護拒動時，由本設備或線路的另一套保護來實現(xiàn)后備的保護；當斷路器拒動時，由斷路器失靈保護來實現(xiàn)近后備保護。輔助保護：為補充主保護和后備保護的性能或當主保護和后備保護退出運行而增設的簡單保護。 西安工程大學本科畢業(yè)設計（論文） 9 第 2 章 主變壓 器保護設計 變壓器是電力系統(tǒng)中大量使用的重要電 氣設備，它的安全運行是電力系統(tǒng)可靠工作的