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1、华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）目 录摘要IAbstractII1绪论11.1研究背景11.2发变组保护现状11.3研究的主要内容22发变组保护的基本原理与方案设计42.1发电机保护原理42.1.1发电机差动保护42.1.2发电机定子接地保护52.1.3发电机失磁保护62.1.4发电机匝间保护82.2变压器保护原理92.2.1变压器差动保护的问题分析92.2.2复合电压过流保护102.2.4变压器接地故障后备保护122.3发变组保护方案的设计132.3.1 原始数据132.3.2发变组的保护配置分析142.3.3发变组的保护配置方案153 发变组保护的整定计算183.1 计算短路电流1
2、83.2 发电机保护整定计算203.2.1发电机差动保护203.2.2 发电机匝间保护213.2.3复合电压过流保护223.3 主变保护整定计算263.3.1主变差动保护263.3.2复合电压过流保护273.3.3主变接地保护283.4发变组保护定值单29结论32参考文献33致谢34华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）1绪论1.1研究背景我国电力工业的发展建设已进入到大电网、大机组、超高压输电阶段。随着三峡工程的竣工，将形成全国联网的局面，这就对电力系统的运行和保护提出了更高的要求。对发电机来说为了满足大电网对机组容量规模经济的要求，其单机容量在逐渐增大。一方面单机容量的增加机组造价提高，
3、机组容量占电网总容量的比重加大，一旦发生事故对国民经济造成的直接和间接损失十分巨大；另一方面大机组材料利用率的提高，新的工艺结构、新的冷却和励磁方式等的应用，提高了大型机组的运行效率同时也给继电保护带来了困难。34因此机组安全的重要性，对机组保护装置的选择性，快速性，可靠性，灵敏性提出了更高的要求。由于大型发变组存在以上一些故障及不正常运行方式，一旦发生故障时，不能迅速切除或隔离故障点，将对机组产生极大的危害，造成巨额的经济损失。因此大型机组继电保护的原理和应用研究对于当前电力工业的迅速发展来说相当重要，针对上述故障，本文对大型发电机变压器组进行整定计算并对其保护配置进行分析设计。1.2发变组
4、保护现状最早的装置是熔断器。以后出现了作用于断路器的电磁型继电保护装置、电子型静态继电器以至应用计算机的数字式继电保护。随着电子技术、计算机技术、通信技术的飞速发展，人工智能技术等相继在继电保护领域得到应用，继电保护的发展经历了机电型、整流型、晶体管型和集成电路型几个阶段后，现在发展到了微机保护阶段。目前，不同原理、不同机型的微机线路和主设备保护各具特色，为电力系统提供了一批新一代性能优良、功能齐全、工作可靠的继电保护装置，我国继电保护目前处于微机时代，发展趋势向计算机化，网络化，智能化，保护、控制、测量和数据通信一体化发展。随着计算机技术的飞速发展及计算机在电力系统继电保护领域中的普遍应用，
5、新的控制原理和方法被不断应用于计算机继电保护中，以期取得更好的效果，从而使微机继电保护的研究向更高的层次发展，出现了一些引入注目的新趋势。目前主要有以下一些研究方向：(1）自适应控制技术在继电保护中的应用自适应继电保护的概念始于20世纪80年代，它可定义为能根据电力系统运行方式和故障状态的变化而实时改变保护性能、特性或定值的新型继电保护。(2）人工神经网络在继电保护中的应用进入20世纪90年代以来，人工智能技术如神经网络、遗传算法、进化规划、模糊逻辑等在电力系统各个领域都得到了应用，电力系统保护领域内的一些研究工作也转向人工智能的研究。专家系统、人工神经网络(ANN)和模糊控制理论逐步应用于电
6、力系统继电保护中，为继电保护的发展注入了活力。(3）发电厂综合自动化技术现代计算机技术、通信技术和网络技术为改变变电站目前监视、控制、保护和计量装置及系统分割的状态提供了优化组合和系统集成的技术基础。高压、超高压变电站正面临着一场技术创新。继电保护和综合自动化的紧密结合已成为可能，它表现在集成与资源共享、远方控制与信息共享。5以远方终端单元(RTU)、微机保护装置为核心，将发电厂的控制、信号、测量、计费等回路纳入计算机系统，取代传统的控制保护屏，能够降低变电所的占地面积和设备投资，提高二次系统的可靠性。随着微机性能价格比的不断提高，现代通信技术的迅速发展，以及标准化规约的陆续推出，变电站综合自
7、动化成了热门话题。从国外机组保护发展的趋势来看，具有保护功能双重化的趋势，在应用DSP。技术的基础上，单个装置的功能集成也来越高，“Dual two out of two概念即为代表，每个保护对象配置两套保护系统，每套保护系统单独可以出口，每套保护系统配置两个子系统，两个子系统与门出口，这种配置方案彻底解决了机组保护拒动和误动的矛盾。6由于继电保护大量采用了数字技术，继电保护技术得到了巨大的发展，为电力系统的安全运行提供了保障。最新硬件技术的发展，尤其是DSP技术的采用，为彻底改变机组保护正确动作率长期偏低的现状提供了契机，2002年初国家电力公司颁发了反措实施细则，正是应因数字技术的发展及电
8、力系统的需要。结合反措实施细则和双重化概念，认真分析机组保护的双重化配置方案。对于机组保护来讲，发电机差动保护只能保护发电机内部相间故障，其他发电机内部故障如定子接地、转子接地、匝间故障，异常运行故障如定子过负荷、转子表层过负荷、失磁、失步、低频、逆功率、过电压过励磁、误上电等差动保护不能反应，因此这些保护不能认为是后备保护，传统方案这些保护只配置一套，而机组大部分故障均为异常运行故障，安全性不能满足反措要求，因此需强化发电机异常运行故障保护，需要双重化配置。对于机组保护来讲，真正的后备保护，只有主变零序电流电压保护和发电机、变压器复合电压过流保护。当发变组发生内部故障时，差动保护(定值一般为
9、03倍的额定电流)不能动作，这些保护更不能反应，比如复合电压过流保护，分析清华大学的发电机变压器内部故障仿真计算结果，主变、发电机大部分内部轻微故障由于电压不能下降，复压电压过流保护存在灵敏度不够的问题，因此后备保护主要是作为区外故障的后备，可以适当简化。78后备保护配置方案应为：主变侧配置零序电流电压保护和复合电压过流保护，发电机侧配置复合电压过流保护保护即满足要求，当电流、电压型保护灵敏度不能满足要求或者根据系统各保护之间的配合需要，采用低阻抗后备保护。机组保护功能很多，回路复杂，采用先进的数字技术，把众多的继电器功能集成，完成双主双后配置，是一个因繁化简的工作，是必然的趋势。1.3研究的
10、主要内容本文通过广泛的阅读资料，了解目前国内外大型发变组保护的主要配置，并结合国内外大型机组，尤其是600MW机组的发变组保护运行过程中存在的问题，对大型发变组保护的原理进行分析。通过对发变组保护原理的分析，并结合目前超临界火力发电机组保护配置情况，先对发变组进行保护配置选型，然后进行发变组保护双重化分析，最后完成大型发电机组的保护配置。并以600MW机组为例计算短路电流；发电机保护整定计算（发电机差动保护，发电机匝间保护，复合电压过流保护）；主变保护整定计算（主变差动保护，复合电压过流保护）并完成大型发电机变压器组的整定计算。2发变组保护的基本原理与方案设计大型发电机和变压器一次设备有了很大
11、发展，为其所配置的继电保护也要相应改变，既不能完全照搬小型机组的设计，也不能盲目复杂化，而是要根据简单实用的原则，配置完善的保护种类。面前各设计单位设计的保护配置基本相同，但在具体实施和个别保护的选择上略有不同，因此本节根据现状，对一些具体的保护进行了说明。2.1发电机保护原理2.1.1发电机差动保护发电机定子绕组相间短路是最严重的故障，会产生很大的短路电流，故障点的电弧会使绕组绝缘烧坏，甚至可能引起火灾。3因此，要求装设差动保护作为发电机定子绕组相间故障的主保护，瞬时动作于停机。比例制动式纵差保护的动作电流不是固定不变的，它随短路电流的增大而增大，既保证外部短路不误动，同时对于内部短路又有较
12、高的灵敏度。比率差动动作特性如图图 2-1 比率差动动作特性为差动电流， 为制动电流，为差动电流起动定值，为差动电流速断定值，为发电机额定电流。(1)比较发电机机端和中性点电流的相位和幅值来判断故障。1)当正常运行或区外故障时，和大小相同，方向相同，保护计算出的差流：；制动电流 (有些保护将两侧电流的最大值作为制动电流)2)当区内故障时，和反方向动作电流全部故障电流，与和的绝对值之和成正比，制动电流与和的绝对值之差成正比3)实际上，当外部短路时，继电器的差动电流并不为零，外部短路时短路电流很大，特别是暂态过程含有大量的非周期性分量电流，使互感器的励磁电流急剧增大而呈饱和状态，这时就很难保证两侧
13、互感器传变特性的一致，从而产生不平衡电流。(2)为了能保证外部故障时保护不动作，特采用比率制动式差动元件，使保护的动作电流随制动电流而变，当外部短路电流越大，继电器的动作电流也变大，保证外部故障时，继电器处于可靠的制动状态。整定合适的制动系数能保证区外故障可靠不动；区内故障灵敏动作。如图2-1中，采用双斜率的动作特性曲线，斜率1较低，是为了考虑内部短路时有足够的灵敏度，斜率2较大，是由于区外故障产生的巨大穿越电流将使两侧CT饱和程度不一样，并产生很大差流，增大斜率来提高其制动能力，以防外部短路时误动。(3) 差动保护定值整定中应注意的问题1)斜率1应大于最大正常负荷电流下CT误差产生的不平衡电
14、流，一般取20。2)拐点1是斜率1的结束点，应大于发电机最大正常运行电流。为使区内故障获得较高的灵敏度，希望制动电流在2.0倍的发电机额定电流以内时，动作特性斜率不宜过大。在2个拐点之间采用更接近TA的饱和特性的平滑函数曲线进行连接。3)拐点2是过渡区的终点和斜率2的起点，应设置为使任一保护用CT开始饱和时的电流值。若保护用CT选为5P20，其饱和电流值很大，而发电机最大外部短路电流在6倍额定电流之内，一般取拐点6倍发电机额定电流。4)斜率2应保证在严重外部故障时(由于CT饱和导致产生不平衡电流)继电器可靠不动作，可依据 （2-1） 可靠系数，取15； 为非周期分量系数，一般为1.52.0；为
15、互感器的同型系数，两侧TA型号相同时取0.5，两侧TA型号不同时取1.O；为互感器的幅值误差系数，取0.1。根据公式(2-1)，一般取=0.10.3，可确保在最大外部短路时差动保护不误动。但考虑到电流互感器的饱和或其暂态特性畸变的影响，为安全计，宜适当提高制动系数值。2.1.2发电机定子接地保护由于发电机的外壳是接地的，因此定子绕组因绝缘破坏而引起的单相接地就比较普遍。当发电机定子绕组发生单相接地时，有电容电流流过故障点，电容电流的大小取决于定子绕组的接地电容电流和与发电机有电联系的电网接地电容电流。当接地电容电流较大且产生电弧时，将使绝缘绕组和定子铁芯烧坏。因此，规程规定：当接地电流等于或大于5A时，接地保护应动作于跳闸；当接地电流小于5A时动作于信号。910（1）保护实现原理根据定子接地过程中发电机基波零序电压和三次谐波分量特点，由如下两部分构成100定子接地保护：反应发电机中性点基波零序电压的过电压保护，它保护机端至中性点的90范围，动作于停机；采用三次谐波电压原理构成的保护靠近中性点部分，
