【導讀】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，配置，從而將水電站中重要設備的危害和損失降到最小，對電力系統(tǒng)的影響最小。系統(tǒng)十分重要的供電元件再者，發(fā)電機、變壓器本身就是十分貴重的電氣元件，所以，繼電保護裝置對大型水電站的正常運行起著至關重要的作用。根據(jù)大峽水電站的接線圖及相關資料。本設計共包括六章，分別對母線、發(fā)。及其配置圖和一般原理圖。

　　

【正文】 SB =100WVA 西安工程大學本科畢業(yè)設計（論文） 25 則將發(fā)電機和變壓器的電抗標幺值折算到變壓器故障點的值為： XT 41*? = ?? = XG 41*? = 75100? = XD 41*? =XT 41*? +XT 41*? =+= XT0* =? = XG0* = 100 ? XD0* =XT0* +XT0* =+= ??XD XD 41*? // XD 41*? //XD 41*? //XD0* +=0. 25 Ikmax. = USBB3 XD??1 = ?? = kA 躲過電流互感器二次回路斷線時引起的差動電 I = USBB3 = 103?? = Iset =Krel I = = 躲過保護范圍外部短路時的最大不平衡電流 I =（ Kst 10%＋ ? U +? f ） KITA 則 I =（ 1 ++） kA = (3) 躲過變壓器的最大勵磁涌流 IKKI Nurelset? = 1 = 取上述三個之中最大者作為縱差保護的動作電流，則 西安工程大學本科畢業(yè)設計（論文） 26 Idz = 靈敏系數(shù)校驗 Ksen = IIdz = IIdz3= ? =2 2. T0 變壓器總差保 護整定計算 同理得發(fā)電機 T0 ： Ikmax. = (1) 躲過電流互感器二次回路斷線時引起的差動電流 =US BB3= 103??= Iset =Krel = = (2)躲過保護范圍外部短路時的最大不平衡電流 I =（ Kst 10%＋ ? U +? f ）KI 根據(jù)前面計算可知 = I =（ 1 ++） = (3) 躲過變壓器的最大勵磁涌流 IKKI Nurelset? = 1 = 取上述三個之中最大者作為縱差保護的動作電流，則 Idz == 靈敏系數(shù)校驗 Ksen = IIdz = IIdz3= 3?= 2 西安工程大學本科畢業(yè)設計（論文） 27 過電流保護整定計算 保護的啟動電流按躲過變壓器可能出現(xiàn)的最大負荷電流來整定，即 = 1?nn IN = 144? IN =34 ? = 式中 n—— 并聯(lián)變壓器的最少臺數(shù) IN —— 每臺變壓器的額定電流 Iset =KKrerel= =90251.. ?= 式中 Krel —— 可靠系數(shù)。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。 按躲過正常運行時可能出現(xiàn)的最低電壓整定，計算式為 : KKUU rerel ? 式中 — 最低工作電壓，一般取 Krel — 可靠系數(shù)，取 ~ Kre — 低電壓繼電器的反回系數(shù)，取 ~ 則計算得 Uset =150V 按躲過電動機自啟動時的電壓整定： 當?shù)蛪豪^電器有變壓器低壓側(cè)繼電器供電時，計算式為： Uset =（ 0..5~） UN 則 Uset = 當?shù)蛪豪^電器有變壓器高壓側(cè)繼電器供電時，計算式為 西安工程大學本科畢業(yè)設計（論文） 28 Uset = 則 Uset = 則低電壓繼電器的的動作電壓為： Uset = 2. T0 的低電壓啟動的過電流保護整定計算同理， T0 低電壓繼電器的的動作電壓為： Uset = 西安工程大學本科畢業(yè)設計（論文） 29 第 3 章 發(fā)電機保護設計 發(fā)電機故障及不正常運行狀態(tài) 發(fā)電機的安全運行對保證電力系統(tǒng)的正常工作和電 能質(zhì)量起著決定性的作用，同時發(fā)電機本身也是一個十分貴重的電器元件，因此，應該整對各種不同的故障和不正常運行狀態(tài)，裝設性能完善的繼電保護裝置 發(fā)電機故障類型 發(fā)電機的故障類型主要有定子繞組相間短路、定子一相繞組內(nèi)的匝間短路、定子繞組單相接地、轉(zhuǎn)子繞組一點接地或兩點接地、轉(zhuǎn)子勵磁回路勵磁電流消失等。 。短路點有很大的短路電流，其所產(chǎn)生的電弧不但會燒壞絕緣，還可能損壞鐵芯，甚至引起火災，給發(fā)電機的修復工作帶來很在困難。 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。 ，研究證明當故障點電流超過 5A 并持續(xù)一定時間時，故障點定子鐵心可能熔化，發(fā)電機須進行大修，定子鐵心須重新選壓。 ，由于沒有電流通路，對發(fā)電機并無危害。但若不及時處理，就有可能導致兩點接地故障，造成勵磁回路短路，可能損壞轉(zhuǎn)子繞組和鐵心。 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閉而引起的發(fā)電機逆功率等。 對于發(fā)電機 — 變壓器組，對容量在 100MW 以下的發(fā)電機，應裝設保護區(qū)不小于繞組串聯(lián)匝數(shù) 90%的定子接地保護對容量在 100MW 以上的發(fā)電機，應裝設保護區(qū)為 100%的定子接地保護，保護帶時限動作于信號，必要時也可以動作于切。 機保護的配置原則 針對上述故障類型及不正常運行狀態(tài)，發(fā)電機應裝設以下繼電保護裝置： （ 1）針對 1MW 及以上的發(fā)電機的定子繞組及其引出線的相間短路，應裝設差動保護。 （ 2）對于直接連于母線的發(fā)電機定子繞組單相接地故障當單相接地故障電流（不考慮消弧線圈的補償作用）大于表的規(guī)定允許值時，應裝設選擇性的接地保護裝置。 （ 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，應裝設橫差保護； 200MW 及以上的發(fā)電機有條件時可裝設雙重化橫差保護。 （ 4）對于發(fā)電機外部短路引起的 過電流，可采用下列保護方式： 1）負序過電流及單元件低電壓啟動過電流保護，一般用于 50MW 及以上的發(fā)電機； 2）負荷過電壓啟動的過電流保護，一般用于 1MW 以上的發(fā)電機； 3）過電流保護，用于 1MW 及以下的小型發(fā)電機； 4）帶電流記憶的低壓過電流保護，用于自并勵發(fā)電機。 （ 5）對于由不對稱負荷或外部不對稱短路而引起的負序過電流，一般在 50MW及以上的發(fā)電機上裝設負序過電流保護。 （ 6）對于不對稱負荷引起的發(fā)電機定子繞組過電流，應裝設接于一相電流的過負荷保護。 （ 7）對于水輪發(fā)電機定子繞組過電壓 ，應裝設延時的過電壓保護。 （ 8）對于發(fā)電機勵磁回路的一點接地故障，對 1MW 及以下的小型發(fā)電機可裝設定期檢測裝置；對 1MW 以上的發(fā)電機應裝設專用的勵磁回路一點接地保護。 西安工程大學本科畢業(yè)設計（論文） 31 （ 9）對于發(fā)電機勵磁消失故障，在發(fā)電機不允許失磁運行時，應在自動滅磁開關斷開時連鎖斷開發(fā)電機的斷路器；對采用半導體勵磁及 100MW 及以上采用電機勵磁的發(fā)電機，應增設直接反應發(fā)電機失磁時電氣參數(shù)變化的專用保護。 （ 10）對于轉(zhuǎn)子回路的過負荷，在 100MW 及以上，比且采用半導體勵磁系統(tǒng)的發(fā)電機，應裝設轉(zhuǎn)子過負荷保護。 （ 11）對于汽輪發(fā)電機主汽 門突然關閉而出現(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)電機裝設逆功率保護；對于燃汽輪發(fā)電機，應裝設逆功率保護。 （ 12）對于 300MW 及以上的發(fā)電機，應裝設過勵磁保護。 （ 13）其他保護：如當電力系統(tǒng)震蕩影響機組安全運行時，在 300MW 機組上，宜裝設失步保護；當汽輪機低頻運行會造成機械振動，葉片損傷，對汽輪機危害極大，可裝設低頻保護；當水冷發(fā)電機斷水時，可裝設斷水保護等。 為了快速消除發(fā)電機內(nèi)部的故障，在保護動作于發(fā)電機斷路器跳閘的同時，還必須動作自動滅磁開關 ，斷開發(fā)電機勵磁回路，使定子繞組不再感應出勵磁電動勢，繼續(xù)供給短路電流。 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，與其相對應的接線方式也有一些差別。因為該保護可以無延時的切除保護范圍內(nèi)的各種故障，同時又不反應發(fā)電機的過負荷和系統(tǒng)振蕩，且靈敏系數(shù)一般較高，所以縱差動保護毫無例外的用作容量在 1MW 以上發(fā)電機的主保護。 該保護是利用比較發(fā)電機中性點側(cè)和引出線側(cè)電流幅值和相位的原理構(gòu)成，因此在發(fā)電機中性點測和引出線側(cè)裝設特性和變比完全相同的電流 互感器來實現(xiàn)縱差保護。兩組電流互感器之間為縱差保護的范圍。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。差動互感器與兩側(cè)電流互感器的二次繞組并聯(lián)。 西安工程大學本科畢業(yè)設計（論文） 32 發(fā)電機故障時，如圖 00001 中的 k1 點短路，兩側(cè)電流互感器的一、二次電流如圖所示，差動繼電器中的電流為 Id =I39。2 +I39。2 .當 Id 大于繼電器的整定電流時，繼電器動作。在正常運行或保護區(qū)外故障時，流過繼電器的電流為兩側(cè)電流之差（ Id =I39。2 I39。2 ），（短路點 k2 ）。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。2 =I39。2 ），流過繼電器的電流為零，此電流稱為不平衡電流。但實際上差動繼電器中流過不大的電流，此電流稱為不平衡電流。 差動保護在原理上不反應負荷電流和外部短路電流，只反應發(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。 發(fā)電機縱差保護整定 縱差保護的整定原則如下： BCH2型繼電器構(gòu)成的差動保護 保護動作電流應躲開外部短路時最大不平衡電流，即 m a xdz K bp js K fz q tx i dI K I K K K f I??? ? ? ? ? ? 式中 Kk — 可靠系數(shù)，采用 ； I — 計算不平衡電流； Kfzq — 考慮非周期分量影響的系數(shù)。當采用 BCH－ 2 繼電器時 Kfzq =1； Ktx — 電流互感器同形系數(shù)，采用 ； I — 在發(fā)電及外部三相短路時，流經(jīng)保護的最大周期性短路電流。 對于水輪發(fā)電機，由于電抗 dX?? 的數(shù)值比汽輪發(fā)電機大，其出口處發(fā)生三相西安工程大學本科畢業(yè)設計（論文） 33 短路的最大短路電流約為：max 5d e fII??? 為避免保 護在電流互感器二次回路斷線時誤動作，保護動作電流應大于發(fā)電機的最大負荷電流，即 Idz =Kk I 式中 Kk － 可靠系數(shù)，采用 I－發(fā)電機額定電流 取述最大的 Idz 作為保護的動作電流。 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。 最小靈敏系數(shù)應約為 2。 綜上可見，按躲開不平衡電流條件整定的差動保護，其起動值都遠較按躲開電流互感器二次回路斷線的條件為小，因此，保護的靈敏性就高。但是這樣整定后，在正常運行條件下發(fā)生電流互感器二次回路斷線時，在負荷電流的作用下，差動保護就可 能誤動作，就這點來看其可靠性是較差的。因此，是否需要考慮斷線在目前還是有爭議的問題。 發(fā)電機縱差動保護的動作邏輯如下： 西安工程大學本科畢業(yè)設計（論文） 34 發(fā)電機的縱差保護可以無延時的切除保護范圍內(nèi)的各種故障，同時又不反應發(fā)電機的過負荷和系統(tǒng)振蕩，靈敏系數(shù)一般較高。因此，縱差保護毫無例外的用作容量在 1MW 以上發(fā)電機主保護。 發(fā)電機橫差保護 （ 1）發(fā)電機裂相橫差保護 裂相橫差保護 — 大容量發(fā)電機每相都由兩個或兩個以上并聯(lián)分支繞組組成，正常運行時各繞組中電勢相等，流過相等的負荷電流；當同相內(nèi)非等電位點匝間短路時，各