【正文】 二次回路設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 電子信息學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 電氣工程及其自動(dòng)化 06 級(jí) 1 班 指導(dǎo)教師： 職稱 ： 講師 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 40604040108 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 摘 要 由于大型水電站的母線、發(fā)電機(jī)和變壓器的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，在運(yùn)行過程中都可能會(huì)發(fā)生各種各樣的故障和異常運(yùn)行狀態(tài)，為了確保在保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障，都能有選擇性的快速切除故障，需要配置多種繼電保護(hù)裝置，必要時(shí)進(jìn)行多重化配置，從而將水電站中重要設(shè)備的危害和損失降到最小，對(duì)電力系統(tǒng)的影響最小。本設(shè)計(jì)共包括六章，分別對(duì)母線、發(fā)電機(jī)、變壓器的繼電保護(hù)進(jìn)行詳細(xì)介紹，并給出相關(guān)的整定計(jì)算，畫出部分二次接線圖。s structure is quite plex, possibly will break down various in the movement process and exceptionally the running status, to guarantee that will break down in the extent of protection, can have the selective fast excision breakdown, needs to dispose many kinds of relay protection installments, when the necessity will carry on the multidensified disposition, thus in the river water power plant the important equipment39。s safe operation to guaranteed that electrical power system39。s parameter, first, needs to carry on the prehensive system39。 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)。 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。 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)。 220kV 高壓側(cè)采用雙母線。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)。 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。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。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。 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。 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。 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。 ②過熱保護(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)。 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。 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)。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)。另外，變壓器時(shí)刻受到外接負(fù)荷的影響，特別是受電力系統(tǒng)短路故障的威脅較大。因此，考慮到變壓器在電力系統(tǒng)中的重要地位及故障和不正常工作狀態(tài)可能造成的嚴(yán)重后果，必須根據(jù)電力變壓器容量和重要程度裝設(shè)相應(yīng)的繼電保護(hù)裝置。油箱內(nèi)故障時(shí)產(chǎn)生的電弧，不僅會(huì)損壞鐵芯的絕緣、燒毀貼心，而且由于絕緣材料和變壓器油因 受熱分解而產(chǎn)生大量的氣體，有可能引起變壓器油箱爆炸。西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 這些不正常運(yùn)行狀態(tài)會(huì)使繞組和鐵芯過熱。因此，變壓器保護(hù)分電量保護(hù)和非電量保護(hù)兩種。當(dāng)油箱內(nèi)部故障產(chǎn)生輕微瓦斯或油面下降時(shí)，保護(hù)裝置應(yīng)瞬時(shí)動(dòng)作于信號(hào)；當(dāng)產(chǎn)生大量瓦斯時(shí)，瓦斯保護(hù)宜動(dòng)作于斷開變壓器各電源側(cè)斷路器。 容量為 6300kVA 以下并列運(yùn)行的變壓器以及 10000kVA 以下單獨(dú)運(yùn)行的變壓器，當(dāng)后備保護(hù)時(shí)限大于 時(shí)，應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護(hù)。當(dāng)發(fā)電機(jī)與斷路器之間沒有斷路器時(shí)， 100MW 及以下的發(fā)電機(jī)，西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 可只裝設(shè)發(fā)電機(jī)變壓器組共用的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。 對(duì)于由外部相間短路引起的變壓器過電流，可 采用下列保護(hù)作為后備保護(hù)。宜用于升壓變壓器和系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器及過電流保護(hù)不符合靈敏性要求的降壓變壓器。 上述各項(xiàng)保護(hù)動(dòng)作后，應(yīng)帶時(shí)限動(dòng)作于跳閘。對(duì)自耦變壓器和多繞組變壓器，保護(hù)裝置應(yīng)能反應(yīng)公共繞組及各側(cè)過負(fù)荷的情況。 變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù) 變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)在正常運(yùn)行和外部故障時(shí)，理想情況下，流入差動(dòng)繼電器的電流等于零。在滿足選擇性的條件下，還要保證在內(nèi)部故障時(shí)有足夠的靈敏系數(shù)和速動(dòng)性。 構(gòu)成變壓器縱差動(dòng)保護(hù)的基本原則 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 圖 21 雙繞組單相變壓器縱差動(dòng)保護(hù)的原理接線圖 如圖 21 所示，其中： 1I? 、 2I? —— 分別為變壓器高壓側(cè)和低壓側(cè)的一次電流，參考方向?yàn)槟妇€指向變壓器； 1I?? 、 2I?? —— 為相應(yīng)的電流互感器二次電流； II? —— 差動(dòng)繼電器。根據(jù)式（ 25），正常運(yùn)行和變壓器外部故障時(shí)，差動(dòng)電流為零，保護(hù)不會(huì)動(dòng)作；變壓器內(nèi)部（包括變壓 器與電流互感器之間的引線）任何一點(diǎn)故障時(shí)，相當(dāng)于變壓器內(nèi)部多了一個(gè)故障支路，流入差動(dòng)繼電器的差動(dòng)電流等于故障點(diǎn)電流（變換到電流互感器二次側(cè)），只要故障電流大于差動(dòng)繼電器的動(dòng)作電流，差動(dòng)保護(hù)就能迅速動(dòng)作。 若仍用上述針對(duì)單相變壓器的差動(dòng)繼電器的接線方式，將一、二次電流直接引入差動(dòng)保護(hù)，則會(huì)在繼電器中產(chǎn)生很大的差動(dòng)電流。 d 側(cè)采用 Y， d12 的接線方式，將各相電流 直接接入差動(dòng)繼電器內(nèi)； Y 側(cè)采用 Y， d11 的接線方式，將兩相電流差接入差動(dòng)繼電器內(nèi)。圖 23 所示的是 Y， y,d11 接線方式三繞組變壓器縱差動(dòng)保護(hù)單相示意圖，接入縱 差動(dòng)繼電器的差電流為 : 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 1 2 3rI I I I? ? ? ?? ? ?? ? ? （ 28） 圖 23 三繞組變壓器縱差動(dòng)保護(hù)接線單相示意圖 三相變壓器各側(cè)電流互感器的接線方式和變比的選擇也要參照 Y， d11 雙繞組變壓器的方式進(jìn)行調(diào)整，即 d 側(cè)電流互感器用 Y 接線方式；兩個(gè) Y 側(cè)電流互感器則采用 d 接線方式。 改變分接頭的位置，實(shí)際上就是改變變壓器的變比，電流互感器的變比選定后不可能根據(jù)運(yùn)行方式進(jìn)行調(diào)整，只能根據(jù)變壓器分接頭未調(diào)整時(shí)的變比進(jìn)行選擇。 由于電壓 u 與鐵芯磁通 ? 之間關(guān)系為 duWdt?? （ W 是線圈的匝數(shù)，定性分西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 析時(shí)可假設(shè) W =1），故磁化曲線的斜率（嚴(yán)格講是各點(diǎn)切線的斜率）就是磁滯回路的電感1L?。非周期分量的存在將會(huì)顯著地減小 1L? 。 通常根據(jù)電流互感器的 10%誤差曲線來(lái)選擇電流互感器的型號(hào)： m a x 10%10% 10%kI ? ????????????? ??????????????實(shí) 際 負(fù) 載 電 阻 小 于 此 數(shù) 值實(shí) 際 負(fù) 載 電 阻 大 于 此 數(shù) 值測(cè) 得 區(qū) 外 故 障 最 大 短 路 電 流 在 誤 差 曲 線 中 找 出 相 應(yīng) 的 二 次 負(fù) 載 電 阻 的 數(shù) 值二 次 電 流 誤 差 一 定 小 于 電 流 互 感 器 最 大 誤 差 為選 擇 容 量 更 大 的 電 流 互 感 器 1 max kII? ??? （ 218） 1unb stI K I??????? m ax m st kI K I??? （ 219） 引入非周期分量系數(shù) npK ： m a x m a x0 .1un b np st kI K K I??? （ 220） 式（ 219）的 maxunbI ? 只是穩(wěn)態(tài)不平衡電流，在變壓器外部故障時(shí)，一次電流 （ a）西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 外部短路電流； （ b）縱差動(dòng)保護(hù)不平衡電流 圖 26 縱差動(dòng)保護(hù)的暫態(tài)不平衡電流 中除穩(wěn)態(tài) 分量外還有非周期分量等暫態(tài)分量。 圖 26為變壓器外部故障時(shí)的暫態(tài)電流和縱差動(dòng)保護(hù)暫態(tài)不平衡電流的濾波圖。顯然，勵(lì)磁回路相當(dāng)于變壓器內(nèi)部故障的故障支路。 變壓器后備保護(hù) 低電壓?jiǎn)?dòng)的過電流保護(hù) 只有在電流元件和電壓元件同時(shí)動(dòng)作后，才能啟動(dòng)時(shí)間繼電器，經(jīng)過預(yù)定的延時(shí)后動(dòng)作于跳閘。由于電壓互感器回路發(fā)生斷線時(shí)，低電壓互感器將誤動(dòng)作，因此在實(shí)際裝置中還需配置電壓回路斷線閉鎖功能，具體邏輯此處從略。對(duì)于發(fā)電廠升壓變壓器，負(fù)荷在高壓側(cè)，電機(jī)自啟動(dòng)時(shí)低壓側(cè)電壓實(shí)際上更高，原因是發(fā)電機(jī)在失磁運(yùn)行時(shí)低壓母線電壓會(huì)比較低。 變壓器零序電流保護(hù) 電力系統(tǒng)中接地故障是最常見的故障形式。零序電流Ⅰ段與相鄰元件零序電流保護(hù)Ⅰ段相配合；零序電流Ⅱ段與相鄰元件零序電流保護(hù)后備段（注意 :不是Ⅱ段）相配合。零序過電流取自變壓器中性點(diǎn)電流互感器的二次側(cè)。 零序電流Ⅰ段的短時(shí)限取 1 1ts? ～ ； 長(zhǎng)時(shí)限在 21t t t? ?? 上再增加一級(jí)時(shí)限。 過負(fù)荷保護(hù) 變壓器的過負(fù)荷電流在大多數(shù)情況下都是三相對(duì)稱的，因此裝設(shè)單相過負(fù)荷保護(hù)。 為了防止過負(fù)荷在外部時(shí)誤動(dòng)作，其時(shí)限應(yīng)比變壓器的后備保護(hù)動(dòng)作時(shí)限大一個(gè) Δ t。但是，在變壓器外部故障時(shí)，由于穿越性故障電流的影響，在導(dǎo)油管中油流速度約為 ～ 。一般取 ~ Kre —— 返回系數(shù)，取為 ~ —— 變壓器可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流 低電壓?jiǎn)?dòng)的過電流保護(hù)整定計(jì)算 1. T1~T4 的低電壓?jiǎn)?dòng)的過電流保護(hù)整定計(jì)算 低電壓繼電器動(dòng)作的的動(dòng)作電壓按以下條件整定，并取最小值。 用下，產(chǎn)生環(huán)流，使該處溫度升高，絕緣損壞，并可能轉(zhuǎn)變?yōu)閱蜗嘟拥鼗蛳嚅g短路故障。 不正常運(yùn)行狀態(tài) 發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行狀態(tài)主要有：由于外部短路引起的定子繞組過電流；由于 負(fù)荷等超過發(fā)電機(jī)額定容量而引起的三相對(duì)稱過負(fù)荷；由于外部不對(duì)稱短路或不對(duì)稱負(fù)荷（如單相負(fù)荷，非全相運(yùn)行等）而引起的發(fā)電機(jī)負(fù)序過電流和過負(fù)荷；由于突然甩負(fù)荷引起的定子繞組過電壓；由于勵(lì)磁回路故障或強(qiáng)勵(lì)時(shí)間過長(zhǎng)而引西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 起的轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷；由于汽輪機(jī)主氣門突然關(guān)閉而引起的發(fā)電機(jī)逆功率等。 （ 3） 對(duì)于發(fā)電機(jī)定子繞組的匝間短路，當(dāng)定子繞組星形接線、每相有并聯(lián)分支且中性點(diǎn)側(cè)有分支引出端時(shí)，應(yīng)裝設(shè)橫差保護(hù)； 200MW 及以上的發(fā)電機(jī)有條件時(shí)可裝設(shè)雙重化橫差保護(hù)。 （ 7）對(duì)于水輪發(fā)電機(jī)定子繞組過電壓 ，應(yīng)裝設(shè)延時(shí)的過電壓保護(hù)。 （ 11）對(duì)于汽輪發(fā)電機(jī)主汽 門突然關(guān)閉而出現(xiàn)的發(fā)電機(jī)變電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的異常運(yùn)行方式，為防止汽輪損壞，對(duì) 200MW 及以上的大容量汽輪發(fā)電機(jī)裝設(shè)逆功率保護(hù)；對(duì)于燃汽輪發(fā)電機(jī)，應(yīng)裝設(shè)逆功率保護(hù)。 發(fā)電機(jī)縱差保護(hù) 工作原理 該保護(hù)是發(fā)電機(jī)內(nèi)部相間短路的主保護(hù)，根據(jù)啟動(dòng)電流的不同有兩種選取原則，與其相對(duì)應(yīng)的接線方式也有一些差別。電流互感器二次側(cè)按照循環(huán)電流接線法接線，即如果兩組電流互感器一次側(cè)極性分別以中性點(diǎn)測(cè)和母線側(cè)為正極性，則二次側(cè)同極性相連接。2 .當(dāng) Id 大于繼電器的整定電流時(shí)，繼電器動(dòng)作。在循環(huán)電流回路兩臂引線阻抗相同、兩側(cè)電流互感 器特性完全一致和鐵芯剩磁理想的情況下，量測(cè)電流相等（ I39。 差動(dòng)保護(hù)在原理上不反應(yīng)負(fù)荷電流和外部短路電流，只反應(yīng)發(fā)電機(jī)兩側(cè)電流互感器保護(hù)區(qū)內(nèi)的故障電流，因此，縱差保護(hù)在時(shí)限上不必與其他時(shí)限配合，可以瞬時(shí)動(dòng)作于跳閘。 差動(dòng)繼電器的動(dòng)作電流 Idz =nIK dzjx1 式中 Kjx — 接線系數(shù) n1 — 電流互感器變比 IIK ? 式中 — 發(fā)電機(jī)出口兩相短路時(shí)，流經(jīng)保護(hù)最小周期性短路電流。因此，是否需要考慮斷線在目前還是有爭(zhēng)議的問題