【正文】 二次回路設(shè)計 學 院： 電子信息學院 專業(yè)班級： 電氣工程及其自動化 06 級 1 班 指導教師： 職稱 ： 講師 學生姓名： 學 號： 40604040108 西安工程大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） I 摘 要 由于大型水電站的母線、發(fā)電機和變壓器的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，在運行過程中都可能會發(fā)生各種各樣的故障和異常運行狀態(tài)，為了確保在保護范圍內(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裝置，必要時進行多重化配置，從而將水電站中重要設(shè)備的危害和損失降到最小，對電力系統(tǒng)的影響最小。本設(shè)計共包括六章，分別對母線、發(fā)電機、變壓器的繼電保護進行詳細介紹，并給出相關(guān)的整定計算，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。 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，年利用小時數(shù)為 4880，水庫調(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)。 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(zhì)量。電力系統(tǒng)繼電保護裝置就 是裝設(shè)在每一個電氣設(shè)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。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(fù)電力系統(tǒng)的正常運行。 繼電保護的基本要求、原理、構(gòu)成與分類 基本要求 對作于跳閘的繼電保護，在技術(shù)上應(yīng)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(wù)，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。 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 流相位差動保護 —— 利用內(nèi)部與外部短路時兩側(cè)電流相位的差別構(gòu)成。 ②過熱保護 —— 當變壓器油箱內(nèi)部的繞組短路時，反應(yīng)于電動機繞組溫度的升高而構(gòu)成的保護。 西安工程大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 邏輯回路有：或、與、非、延時啟動、延時返回、記憶等。 后備保護 —— 主保護或斷路器拒動時用來切除故障的保護。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(shè)的簡單保護。另外，變壓器時刻受到外接負荷的影響，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)的繼電保護裝置。油箱內(nèi)故障時產(chǎn)生的電弧，不僅會損壞鐵芯的絕緣、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。西安工程大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 這些不正常運行狀態(tài)會使繞組和鐵芯過熱。因此，變壓器保護分電量保護和非電量保護兩種。當油箱內(nèi)部故障產(chǎn)生輕微瓦斯或油面下降時，保護裝置應(yīng)瞬時動作于信號；當產(chǎn)生大量瓦斯時，瓦斯保護宜動作于斷開變壓器各電源側(cè)斷路器。 容量為 6300kVA 以下并列運行的變壓器以及 10000kVA 以下單獨運行的變壓器，當后備保護時限大于 時，應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護。當發(fā)電機與斷路器之間沒有斷路器時， 100MW 及以下的發(fā)電機，西安工程大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 可只裝設(shè)發(fā)電機變壓器組共用的縱聯(lián)差動保護。 對于由外部相間短路引起的變壓器過電流，可 采用下列保護作為后備保護。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不符合靈敏性要求的降壓變壓器。 上述各項保護動作后，應(yīng)帶時限動作于跳閘。對自耦變壓器和多繞組變壓器，保護裝置應(yīng)能反應(yīng)公共繞組及各側(cè)過負荷的情況。 變壓器縱聯(lián)差動保護 變壓器縱聯(lián)差動保護在正常運行和外部故障時，理想情況下，流入差動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)部故障時有足夠的靈敏系數(shù)和速動性。 構(gòu)成變壓器縱差動保護的基本原則 西安工程大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 圖 21 雙繞組單相變壓器縱差動保護的原理接線圖 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，參考方向為母線指向變壓器； 1I?? 、 2I?? —— 為相應(yīng)的電流互感器二次電流； II? —— 差動繼電器。根據(jù)式（ 25），正常運行和變壓器外部故障時，差動電流為零，保護不會動作；變壓器內(nèi)部（包括變壓 器與電流互感器之間的引線）任何一點故障時，相當于變壓器內(nèi)部多了一個故障支路，流入差動繼電器的差動電流等于故障點電流（變換到電流互感器二次側(cè)），只要故障電流大于差動繼電器的動作電流，差動保護就能迅速動作。 若仍用上述針對單相變壓器的差動繼電器的接線方式，將一、二次電流直接引入差動保護，則會在繼電器中產(chǎn)生很大的差動電流。 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保護單相示意圖，接入縱 差動繼電器的差電流為 : 西安工程大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 1 2 3rI I I I? ? ? ?? ? ?? ? ? （ 28） 圖 23 三繞組變壓器縱差動保護接線單相示意圖 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行調(diào)整，即 d 側(cè)電流互感器用 Y 接線方式；兩個 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)運行方式進行調(diào)整，只能根據(jù)變壓器分接頭未調(diào)整時的變比進行選擇。 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本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 析時可假設(shè) W =1），故磁化曲線的斜率（嚴格講是各點切線的斜率）就是磁滯回路的電感1L?。非周期分量的存在將會顯著地減小 1L? 。 通常根據(jù)電流互感器的 10%誤差曲線來選擇電流互感器的型號： m a x 10%10% 10%kI ? ????????????? ??????????????實 際 負 載 電 阻 小 于 此 數(shù) 值實 際 負 載 電 阻 大 于 此 數(shù) 值測 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 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，一次電流 （ a）西安工程大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 外部短路電流； （ b）縱差動保護不平衡電流 圖 26 縱差動保護的暫態(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的暫態(tài)電流和縱差動保護暫態(tài)不平衡電流的濾波圖。顯然，勵磁回路相當于變壓器內(nèi)部故障的故障支路。 變壓器后備保護 低電壓啟動的過電流保護 只有在電流元件和電壓元件同時動作后，才能啟動時間繼電器，經(jīng)過預(yù)定的延時后動作于跳閘。由于電壓互感器回路發(fā)生斷線時，低電壓互感器將誤動作，因此在實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。對于發(fā)電廠升壓變壓器，負荷在高壓側(cè)，電機自啟動時低壓側(cè)電壓實際上更高，原因是發(fā)電機在失磁運行時低壓母線電壓會比較低。 變壓器零序電流保護 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Ⅰ段相配合；零序電流Ⅱ段與相鄰元件零序電流保護后備段（注意 :不是Ⅱ段）相配合。零序過電流取自變壓器中性點電流互感器的二次側(cè)。 零序電流Ⅰ段的短時限取 1 1ts? ～ ； 長時限在 21t t t? ?? 上再增加一級時限。 過負荷保護 變壓器的過負荷電流在大多數(shù)情況下都是三相對稱的，因此裝設(shè)單相過負荷保護。 為了防止過負荷在外部時誤動作，其時限應(yīng)比變壓器的后備保護動作時限大一個 Δ t。但是，在變壓器外部故障時，由于穿越性故障電流的影響，在導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)的最大負荷電流 低電壓啟動的過電流保護整定計算 1. T1~T4 的低電壓啟動的過電流保護整定計算 低電壓繼電器動作的的動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。 不正常運行狀態(tài) 發(fā)電機的不正常運行狀態(tài)主要有：由于外部短路引起的定子繞組過電流；由于 負荷等超過發(fā)電機額定容量而引起的三相對稱過負荷；由于外部不對稱短路或不對稱負荷（如單相負荷，非全相運行等）而引起的發(fā)電機負序過電流和過負荷；由于突然甩負荷引起的定子繞組過電壓；由于勵磁回路故障或強勵時間過長而引西安工程大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 起的轉(zhuǎn)子繞組過負荷；由于汽輪機主氣門突然關(guān)閉而引起的發(fā)電機逆功率等。 （ 3） 對于發(fā)電機定子繞組的匝間短路，當定子繞組星形接線、每相有并聯(lián)分支且中性點側(cè)有分支引出端時，應(yīng)裝設(shè)橫差保護； 200MW 及以上的發(fā)電機有條件時可裝設(shè)雙重化橫差保護。 （ 7）對于水輪發(fā)電機定子繞組過電壓 ，應(yīng)裝設(shè)延時的過電壓保護。 （ 11）對于汽輪發(fā)電機主汽 門突然關(guān)閉而出現(xiàn)的發(fā)電機變電動機運行的異常運行方式，為防止汽輪損壞，對 200MW 及以上的大容量汽輪發(fā)電機裝設(shè)逆功率保護；對于燃汽輪發(fā)電機，應(yīng)裝設(shè)逆功率保護。 發(fā)電機縱差保護 工作原理 該保護是發(fā)電機內(nèi)部相間短路的主保護，根據(jù)啟動電流的不同有兩種選取原則，與其相對應(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)極性分別以中性點測和母線側(cè)為正極性，則二次側(cè)同極性相連接。2 .當 Id 大于繼電器的整定電流時，繼電器動作。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，量測電流相等（ I39。 差動保護在原理上不反應(yīng)負荷電流和外部短路電流，只反應(yīng)發(fā)電機兩側(cè)電流互感器保護區(qū)內(nèi)的故障電流，因此，縱差保護在時限上不必與其他時限配合，可以瞬時動作于跳閘。 差動繼電器的動作電流 Idz =nIK dzjx1 式中 Kjx — 接線系數(shù) n1 — 電流互感器變比 IIK ? 式中 — 發(fā)電機出口兩相短路時，流經(jīng)保護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議的問題