【導(dǎo)讀】電能的使用已經(jīng)滲透到社會、經(jīng)濟(jì)、生活的各個(gè)領(lǐng)域，而在我國電源結(jié)構(gòu)中火電設(shè)備容量占總裝機(jī)容量的75%。本文是對配有2臺600MW汽輪發(fā)電機(jī)的大型火電廠的初步設(shè)計(jì)，主要完成了電氣主接線的設(shè)計(jì)、發(fā)電機(jī)變壓器組保護(hù)及自動裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)。電氣主接線的設(shè)計(jì)包括電氣主接線的形式、短路計(jì)算。最后對全廠的自動裝置進(jìn)行簡單的配置。電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的設(shè)計(jì)與配置是否合理，直接影響電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，故選擇保護(hù)方式時(shí)，滿足繼電保護(hù)的基本要求。選擇保護(hù)方式和正確的計(jì)算，以保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。在對設(shè)備進(jìn)行選擇保護(hù)時(shí)，更是嚴(yán)格遵照計(jì)算結(jié)果和規(guī)程規(guī)定，并對其進(jìn)行整定計(jì)算和靈敏度校驗(yàn)。電力系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，可能會遇到各種類型的故障和不正常運(yùn)行方式，這些都可能在電力系統(tǒng)中引起事故，從而破壞電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，降低電力設(shè)備的使用壽命，嚴(yán)重的將直接破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性，造成大面積的停電事故。

　　

【正文】 CD12型繼電器，電阻R2~R5用來調(diào)節(jié)制動特性斜率，用R7~，兩只穩(wěn)壓管VV2并聯(lián)的目的是為防止任一穩(wěn)壓管損壞，造成失去制動電壓故障。為了提高內(nèi)部短路時(shí)的靈敏度，而增大開始有制動作用時(shí)的制動電流I ，這對防止外部短路時(shí)誤動作不利。為防止外部短路時(shí)誤動作，則應(yīng)盡量降低初始制動電流I 。當(dāng)外部短路的短路電流接近額定電流時(shí)，不平衡電流不大，故一般制動電流I %—100%。LCD12型差動繼電器最小制動電流I 。取額定電流的50%，即I =。對中性點(diǎn)有三個(gè)引出端子的大容量發(fā)電機(jī)的匝間保護(hù)，一般采用轉(zhuǎn)子2次諧波電流式或零序電壓式保護(hù)裝置。保護(hù)瞬時(shí)動作于全停。對于本次設(shè)計(jì)的600MW的發(fā)電機(jī)采用零序電壓式匝間保護(hù)，其原理接線圖如圖44所示：圖44 零序電壓式匝間保護(hù)原理接線圖當(dāng)發(fā)電機(jī)定子繞組發(fā)生單相接地故障時(shí)，雖然一次系統(tǒng)也出現(xiàn)零序電壓，但發(fā)電機(jī)輸出端每相對中性點(diǎn)的電壓仍然是對稱的。因此，電壓互感器的一次側(cè)三相對中性點(diǎn)的電壓同樣是完全對稱的，它的開口三角形繞組輸出電壓仍為零，故保護(hù)不會動作。當(dāng)外部相間短路時(shí)零序電壓保護(hù)也反應(yīng)不平衡電壓，為了保證保護(hù)動作有足夠靈敏系數(shù)，在外部短路時(shí)又不誤動作，可增設(shè)防止誤動作的閉鎖元件，一般可選用負(fù)序功率方向繼電器作為閉鎖繼電器。 ：對100MW以下發(fā)電機(jī)，應(yīng)裝設(shè)保護(hù)區(qū)不小于90%的定子接地保護(hù)，對100MW及以上的發(fā)電機(jī)，應(yīng)裝設(shè)保護(hù)區(qū)為100%的定子接地保護(hù)。保護(hù)帶時(shí)限動作于信號，必要時(shí)也可以動作于停機(jī)。發(fā)電機(jī)100%定子接地保護(hù)由反應(yīng)基波零序電壓元件和反應(yīng)3次諧波電壓元件兩部分組成。圖45 基波零序電壓接地保護(hù)原理接線圖第一部分可保護(hù)定子繞組的90%~95%，而第二部分是用以消除基波零序電壓元件保護(hù)的死區(qū)。為了保證保護(hù)動作的可靠性，上述兩部分保護(hù)裝置的保護(hù)區(qū)有一段重疊。實(shí)現(xiàn)第二部分保護(hù)的原理有多種，其中有的方案本身已具有保護(hù)100%的性能，這時(shí)，基波零序電壓元件可作為發(fā)電機(jī)定子線圈接地的后備保護(hù)，從而進(jìn)一步提高保護(hù)動作的可靠性。，應(yīng)裝設(shè)由定時(shí)限和反時(shí)限兩部分組成的轉(zhuǎn)子表層過負(fù)荷保護(hù)。 對于大容量機(jī)組需要裝設(shè)定子繞組對稱過負(fù)荷保護(hù)，發(fā)電機(jī)允許過負(fù)荷的時(shí)間與過負(fù)荷大小有關(guān)，通常呈反時(shí)限特性，為了使保護(hù)動作特性與發(fā)電機(jī)的溫升特性相配合，以確保機(jī)組安全運(yùn)行和充分發(fā)揮過負(fù)荷能力，對于大型發(fā)電機(jī)的對稱過負(fù)荷保護(hù)，一般由定時(shí)限和反時(shí)限兩部分組成。由于不對稱負(fù)荷，非全相運(yùn)行以及外部不對稱短路引起的負(fù)序電流，應(yīng)裝設(shè)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子表層過負(fù)荷保護(hù)，對100 MW以上A10的發(fā)電機(jī)，應(yīng)裝設(shè)由定時(shí)限和反時(shí)限兩部分組成的非對稱過負(fù)荷保護(hù)。、兩點(diǎn)接地保護(hù)，可裝設(shè)定期檢測裝置。1MW及以上的發(fā)電機(jī)應(yīng)裝設(shè)專用的轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)裝置延時(shí)動作于信號，宜減負(fù)荷平穩(wěn)停機(jī)，有條件時(shí)可動作于程序跳閘。迭加交流電壓式一點(diǎn)接地保護(hù)，它既是以直接測量轉(zhuǎn)子繞組對地絕緣電導(dǎo)為動作判據(jù)的保護(hù)裝置，這種保護(hù)可以反應(yīng)勵(lì)磁回路中任一點(diǎn)發(fā)生的接地故障，沒有死區(qū)，靈敏系數(shù)一致，并且不受轉(zhuǎn)子繞組對地電容的影響。靈敏系數(shù)較高，因此，這種保護(hù)適用于大容量發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子保護(hù)。直流電橋原理構(gòu)成的勵(lì)磁回路兩點(diǎn)接地保護(hù)裝置對于與一點(diǎn)接地故障幾乎同時(shí)發(fā)生的兩點(diǎn)接地故障，因來不及投入而失去作用，尤其是雙水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)，如果接地故障是由漏水引起的，當(dāng)發(fā)生一點(diǎn)接地故障時(shí)，很可能連續(xù)發(fā)生第二點(diǎn)接地故障。這種保護(hù)不僅靈敏系數(shù)不高，而且當(dāng)?shù)谝粋€(gè)接地點(diǎn)在滑環(huán)附近時(shí)，保護(hù)死區(qū)將達(dá)100%。因此在本次保護(hù)中采用2次諧波電壓原理的勵(lì)磁回路兩點(diǎn)接地保護(hù)，這種保護(hù)的判據(jù)是利用轉(zhuǎn)子繞組發(fā)生兩點(diǎn)接地故障或匝間短路時(shí)，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁對稱性受到破壞，氣隙磁密波形中出現(xiàn)偶次諧波，感應(yīng)到定子電壓中也就相應(yīng)出現(xiàn)了2次諧波分量而構(gòu)成。該保護(hù)繼電器能夠克服電橋原理的兩點(diǎn)接地保護(hù)繼電器存在的大部分問題。，200MW及以上的汽輪發(fā)電機(jī)，宜裝設(shè)逆功率保護(hù)。對燃汽輪發(fā)電機(jī)，應(yīng)裝設(shè)逆功率保護(hù)。保護(hù)裝置由靈敏的功率繼電器構(gòu)成，帶時(shí)限動作于信號，經(jīng)汽輪機(jī)允許的逆功率時(shí)間延時(shí)動作于解列。與電力系統(tǒng)并列運(yùn)行的發(fā)電機(jī)，由于各種原因而停止供給原動機(jī)能量時(shí)，將從系統(tǒng)吸收能量變?yōu)殡妱訖C(jī)運(yùn)行，驅(qū)動原動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。逆功率保護(hù)能夠確切地反應(yīng)功率方向，及時(shí)發(fā)出信號，在允許時(shí)間內(nèi)自動停機(jī)，因此采用逆功率保護(hù)是一種比較完善的方法。逆功率保護(hù)主要由一個(gè)的功率繼電器構(gòu)成。 ，應(yīng)裝設(shè)專用的失磁保護(hù)。，失磁保護(hù)宜瞬時(shí)或短延時(shí)動作于信號，有條件的機(jī)組可進(jìn)行勵(lì)磁切換。失磁后母線電壓低于系統(tǒng)允許值時(shí)，帶時(shí)限動作于解列。當(dāng)發(fā)電機(jī)母線電壓低于保證廠用電穩(wěn)定運(yùn)行要求的電壓時(shí)，帶時(shí)限動作于解列，并切換廠用電源。有條件的機(jī)組失磁保護(hù)也可動作于自動減出力。當(dāng)減出力至發(fā)電機(jī)失磁允許負(fù)荷以下，其運(yùn)行時(shí)間接近于失磁允許運(yùn)行限時(shí)時(shí)，可動作于程序跳閘。對于大型汽輪發(fā)電機(jī)，失磁后，若并未危及系統(tǒng)的安全運(yùn)行，則不應(yīng)立即動作于停機(jī)，而應(yīng)動作于斷路器滅磁開關(guān)，接入異步電阻，按規(guī)定的速度吧發(fā)電機(jī)的負(fù)荷減少到允許值，然后維持一定時(shí)間的異步運(yùn)行。在本次保護(hù)中，采用兩段式低勵(lì)、失磁保護(hù)，該保護(hù)中設(shè)置兩個(gè)阻抗元件，利用改變阻抗繼電器的測量變壓器次級抽頭，獲得繼電器的不同的整定值，取得兩種整定邊界。圖46 晶體管型逆功率保護(hù)原理框圖5 發(fā)電廠的自動裝置現(xiàn)代電力技術(shù)不斷發(fā)展，要求發(fā)電廠和變電所裝設(shè)各種自動裝置，這些自動裝置在發(fā)電廠和變電所的主要作用有一下幾點(diǎn)： （1）保證電力系統(tǒng)可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，消除運(yùn)行人員在執(zhí)行某項(xiàng)操作時(shí)可能發(fā)生的不準(zhǔn)確或錯(cuò)誤的動作；（2）減輕運(yùn)行人員的勞動強(qiáng)度或代替人的活動，提高勞動的生產(chǎn)率； （3）保證電氣設(shè)備的安全可靠運(yùn)行，使運(yùn)行人員及時(shí)、準(zhǔn)確地判斷運(yùn)行中的異常情況并及時(shí)處理。自動裝置應(yīng)符合可靠性、選擇性、靈敏性和速動性的要求。在確定發(fā)電廠和變電所的主接線和運(yùn)行方式時(shí)，必須與自動裝置的配置統(tǒng)籌考慮，合理安排。發(fā)電廠和變電所常用的自動裝置有以下幾種：（1） 備用電源自動投入裝置；（2） 饋線和母線的自動重合閘裝置；（3） 自動準(zhǔn)同不裝置；（4） 發(fā)電機(jī)和調(diào)相機(jī)的自動調(diào)整勵(lì)磁裝置；（5） 電動機(jī)或機(jī)組的啟動自動控制裝置；（6） 電力系統(tǒng)的無功補(bǔ)償和頻率自動調(diào)整裝置；（7） 自動按頻率減符合裝置。備用電源和備用設(shè)備自動投入裝置，是當(dāng)工作電源因故障被斷開以后，能迅速自動地將備用電源或備用設(shè)備投入工作，使用戶不至于停電的一種裝置，以下簡稱AAT裝置。主要用于110kv以下的中、低壓配電系統(tǒng)中，是保證電力系統(tǒng)連續(xù)可靠供電的重要設(shè)備之一。一般在下列情況下，應(yīng)裝設(shè)備用電源和備用設(shè)備的自動投入裝置。（1）裝有備用電源的發(fā)電廠廠用電源和變電所所用電源；（2）由雙電源供電，其中一個(gè)電源經(jīng)常斷開作為備用的變電所；（3）降壓變電所內(nèi)由備用變壓器或有互為備用的母線段；（4）有備用機(jī)組的某些重要輔機(jī)。備用電源的備用方式有兩種：第一種備用方式是裝設(shè)有裝用的備用電源或設(shè)備，稱為明備用，明備用電源通常只有一個(gè)，根據(jù)世界情況和備用電源的容量不同，以個(gè)明備用電源可以同時(shí)為兩個(gè)或幾個(gè)工作電源作備用。第二種備用方式是不裝設(shè)專用的備用電源或設(shè)備，而是工作電源或設(shè)備之間的互為備用，稱為暗備用。（1）供電的可靠性，節(jié)省建設(shè)投資。（2）簡化繼電保護(hù)。（3）限制短路電流，提高母線殘余電壓。在受端變電所，如果采用環(huán)行運(yùn)行和變壓器分裂運(yùn)行，將使短路電流受到一些限制，供電母線上的殘余電壓相應(yīng)也提高一些。在某些場合，由于短路電流受到限制，不需要再裝設(shè)出線電抗器，這樣既節(jié)省了投資，又方便了運(yùn)行維護(hù)。在發(fā)電長和變電所，裝設(shè)在不同場合下的AAT裝置可以有各種不同的主接線方案，但對其主接線的基本要求卻相同，概述如下。（1）保證在工作電源或設(shè)備確實(shí)斷開后，才投入備用電源設(shè)備。假如工作電源發(fā)生故障，當(dāng)其斷路器尚未斷開時(shí)就投入備用電源，這就造成將備用電源投入到故障元件上，勢必?cái)U(kuò)大事故，加重故障設(shè)備損壞程度。（2）不論任何原因工作電源或設(shè)備上的電壓消失時(shí)，AAT裝置均應(yīng)動作，以提高供電可靠性。為實(shí)現(xiàn)這一要求，AAT裝置應(yīng)設(shè)有獨(dú)立的低電壓啟動部分。（3）AAT裝置應(yīng)保證只動作一次。當(dāng)工作母線發(fā)生永久性短路故障或引出線上發(fā)生未被其斷路器斷開的永久性短路故障時(shí)，備用電源第一次投入后，由于故障仍然存在，繼電保護(hù)裝置動作將備用電源斷開。以后，不允許再投入備用電源，以免對系統(tǒng)造成不必要的再次沖擊。（4）發(fā)電廠AAT裝置，除滿足上面幾項(xiàng)要求外，還應(yīng)滿足下列要求。1）當(dāng)一個(gè)備用電源同時(shí)作為幾個(gè)工作電源時(shí)，如備用電源已代替一個(gè)工作電源后，另一工作電源又被斷開，必要時(shí)，AAT裝置應(yīng)仍能動作。2）有兩個(gè)備用電源的情況下，當(dāng)兩個(gè)備用電源為兩個(gè)彼此獨(dú)立的備用系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)各裝設(shè)獨(dú)立的自動投入裝置；當(dāng)任意備用電源都能作為全廠各工作電源的備用時(shí)，自動投入裝置應(yīng)使任一備用電源都能對全廠各工作電源實(shí)行自動投入。（3）AAT裝置在條件可能時(shí)，可采用帶有檢定同步的快速切換方式；也可采用帶有母線殘壓閉鎖的慢速切換方式及延時(shí)切換方式。（1）應(yīng)效驗(yàn)備用電源和備用設(shè)備自動投入時(shí)過負(fù)荷的情況，以及電動機(jī)自起動的情況，如果負(fù)荷超過允許限度，或不能保證自起動時(shí)，應(yīng)有自動投入裝置動作于自動減負(fù)荷。（2）當(dāng)備用電源自動投入動作時(shí)，如備用電源設(shè)備透于永久故障，應(yīng)使其保護(hù)加速動作。（3）AAT裝置的動作時(shí)間，以使用戶停電時(shí)間盡可能短為原則。所謂AAT裝置動作時(shí)間，既指從工作母線受電側(cè)斷路器開到備用電源投入之間的時(shí)間，也就是用戶供電中斷的時(shí)間。停電時(shí)間短對用戶有利。但當(dāng)工作母線上裝有高壓大容量電動機(jī)時(shí)，工作母線停電后因電動機(jī)反送電，使工作母線殘壓較高，若AAT裝置動作時(shí)間太短，會產(chǎn)生較大的沖擊電流和沖擊力矩，損壞電氣設(shè)備。所以，會考慮這些情況，動作時(shí)間不能太短。運(yùn)行實(shí)踐證明，在有高壓大容量電動機(jī)的情況下，AAT裝置的動作的時(shí)間以1～。（4）備用電源不滿足有壓條件，AAT裝置不動作。電力系統(tǒng)故障有可能使工作母線，備用母線同時(shí)失電，此時(shí)AAT不應(yīng)動作，以免負(fù)荷由于AAT裝置動作而轉(zhuǎn)移。特別是當(dāng)一個(gè)備用電源對多段工作母線備用的情況，如此時(shí)AAT裝置動作造成所有工作母線上的負(fù)荷全部轉(zhuǎn)移到備用電源上，易引起備用電源負(fù)荷。（1）裝有備用電源的發(fā)電廠電源和變電所所用電源；（2）由雙電源供電，其中一個(gè)電源經(jīng)常斷開作為備用的變電所；（3）降壓變電所內(nèi)有備用變壓器或有互為備用的母線段；（4）有備用機(jī)組的某些重要輔機(jī)；（1）對于工作電源確實(shí)斷開后備電源才允許投入的基本要求。微機(jī)備自投裝置在工作電源失壓后，無論其進(jìn)線斷路器是否跳開，即使已測定其進(jìn)線電流為零，但還是要先跳開該斷路器，并確認(rèn)是已跳開后才能投入備用電源。這是為了防止備用電源投入到故障元件上。（2）工作母線失壓時(shí)還必須檢查工作電源無流，才能起動備自投，以防止TV二次三相斷線造成勿投。（3）備用電源自投切除工作電源斷路器時(shí)，必須經(jīng)延時(shí)切除工作電源進(jìn)線斷路器，這是為了躲過工作母線引出線故障造成的母線電壓下降。因此延時(shí)時(shí)限應(yīng)大于最長的外部故障切除時(shí)間，但是在有的情況下，可以不經(jīng)延時(shí)直接跳開進(jìn)線斷路器，以加速合上備用電源。（4）手動，就地或遙控跳開工作電源斷路器，備自投裝置不應(yīng)動作。（5）應(yīng)具有閉鎖自動裝置的功能。每套備用電源自投裝置均應(yīng)設(shè)置有閉鎖備用電源字頭的邏輯回路，以防止備用電源投到故障的元件上，造成事故擴(kuò)大的嚴(yán)重后果。（6）備用電源不滿足有壓條件，微機(jī)型備用電源自投裝置不應(yīng)動作。（7）微機(jī)型備用電源自投裝置可以通過邏輯判斷來實(shí)現(xiàn)之動作一次，但為了便于理解，在闡述備用電源自投裝置邏輯程序時(shí)廣泛采用電容器“充放電”來模擬這種功能。備用電源自投滿足啟動的邏輯條件，應(yīng)理解為“充電”條件滿足；延時(shí)啟動的時(shí)間應(yīng)理解為“充電時(shí)間”, “充電時(shí)間”到后就完成了全部準(zhǔn)備工作；當(dāng)備用電源自投裝置動作后，或者任何一個(gè)閉鎖及退出備用電源自投條件存在時(shí)，立即瞬時(shí)完成“放電”?！胺烹姟本褪悄M閉鎖備用電源自投裝置，放電后就不會發(fā)生備用電源自投裝置第二次動作。這種“充放電”的邏輯模擬與微機(jī)自動重合閘的邏輯程序相類似。同步操作（或同步并列）是將同步發(fā)電機(jī)投入電力系統(tǒng)參加同步并列運(yùn)行操作。同步操作是借助于同步電壓和同步裝置實(shí)現(xiàn)的。在發(fā)電廠和變電站中，通常把反映同步裝置和同步電壓連接關(guān)系的回路稱為同步系統(tǒng)。本章主要介紹同步電壓的引入、手動準(zhǔn)同步裝置的工作原理和自動準(zhǔn)同步裝置的簡介及外部電路。 同步操作是一項(xiàng)很重要的操作，兩系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)同期的條件很嚴(yán)格，必須滿足相位相同、頻率相等、電壓相等的要求，若誤操作會造成非同步并列，可能產(chǎn)生巨大的沖擊電流；引其電力系統(tǒng)電壓嚴(yán)重下降；可能使電力系統(tǒng)發(fā)生振蕩以至于瓦解。而巨大的沖擊電流將產(chǎn)生強(qiáng)大的電動力，可能對電氣設(shè)備造成嚴(yán)重的損壞。（1）并列時(shí)，沖擊電流和沖擊力矩不應(yīng)超過允許值；（2）并列后，發(fā)電機(jī)應(yīng)能迅速拉入同步。：發(fā)電機(jī)并網(wǎng)過程中對并列點(diǎn)兩側(cè)的壓差、頻差及相角差有一定的要求。 在并網(wǎng)過程中出現(xiàn)的壓差將導(dǎo)致無功性質(zhì)的沖擊，頻差將導(dǎo)致有功性質(zhì)的沖擊，而相角差則同時(shí)包含著這兩類分量的沖擊；而對于“相角差”這一指標(biāo)應(yīng)嚴(yán)加控制，并網(wǎng)瞬間大的相角差將會引起機(jī)組大的振動，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在這瞬間將會被定子的電磁力矩強(qiáng)行地迫使與系統(tǒng)同步，對發(fā)電機(jī)造成極大的沖擊。這種沖擊性扭矩會導(dǎo)致線棒、聯(lián)軸器與軸瓦的損壞。在這種情況下，控制相角差變得特別重要，應(yīng)使用通過實(shí)測精確斷路器（合閘回路）的合閘時(shí)間去整定準(zhǔn)同期裝置的導(dǎo)前時(shí)間，而且要計(jì)出并網(wǎng)過程中頻差及其變化率的影響。采用準(zhǔn)同步方式并列，并列操作時(shí)沖擊電流較小，對電網(wǎng)不會產(chǎn)生大的擾動，并列后系統(tǒng)很快進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行，飲下時(shí)發(fā)電廠和變電所中應(yīng)用廣泛的同步方式。為實(shí)現(xiàn)同步發(fā)電機(jī)的自動準(zhǔn)同步并列，自動準(zhǔn)同步并列裝置一般由合閘信號控制單元、頻率差控制單元、電壓差控制單元及電源等基本部分組成。如圖62所示。