毕业设计全稿发变组继电保护的配置与整定.doc

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1、毕业设计说明书广州恒运热电（D）厂2300MW发-变组继电保护的配置与整定办学单位： 华南理工大学继续教育学院 班 级：电气工程及其自动化2005级本科A班学 生( 10561055300406023 ） 指导教师： 曾 讲 师 提交日期： 2007 年 11 月 3 日 毕业设计（论文）任务书 兹发给 电气工程及其自动化2005级 A 班学生 伏子常 毕业设计（论文）任务书，内容如下： 1、毕业设计（论文）题目：广州恒运热电(D)厂2300MW发-变组继电保护的配置和整定计算。2、毕业设计（论文）目的及成果要求（包括图表、实物等硬件要求）： 掌握300MW发-变组继电保护的配置与整定计算,绘

2、制300MW发-变组继电保护的配置图。3、毕业设计（论文）内容及要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：根据广州恒运热电(D)厂2300MW发-变组主接线以及主要电气设备参数为： 发电机：Pn=300MW, cos=0.85 主变压器：Sn370MVA，24222.5% / 20 kV 厂高变：Sn40000/25000-25000kVA，20kV22.5/6.3kV-6.3kV 励磁变：Sn3200 kVA，20/0.9kV正确进行RCS-985A型发电机变压器成套保护装置的整定计算，以保证发电机组安全运行和电力系统的稳定。4、主要参考文献：1 中国国家经贸委大型发电机变压器继电保护整定

3、计算导则 20000701发布2 能源部西北电力设计院电力工程电气设计手册（二）北京：水利电力出版社， 19903 王维俭.电气主设备继电保护原理与应用. 北京：中国电力出版社 20017 崔家佩，孟庆炎，陈永芳，熊炳耀电力系统继电保护与安全自动装置整定计算北京：中国电力出版社， 1993.35、毕业设计（论文）工作进度计划：2007年 9 月 10日 2007 年 10 月8 日 完成短路电流计算和保护装置配置；2007年10 月 9日 2007 年 11 月 3 日 完成保护装置的整定计算和绘图本任务书于 2007 年 月 日发出，毕业设计（论文）应于 2007 年 月 日前完成，由指导老

4、师审阅后，提交毕业设计（论文）指导小组进行答辩。指导教师 制定 年 月 日毕业设计（论文）指导小组组长 审核 年 月 日办学单位负责人 签发 年 月 日 毕业设计（论文）评语1、指导教师评语： 指导教师签名 年 月 日 2、评阅教师评语： 评阅教师签名： 年 月 日 3、答辩小组评语： 答辩小组组长签名 年 月 日 摘 要电力系统的安全稳定运行，对国民经济和社会的发展意义巨大。继电保护是电力系统安全稳定运行的一道最重要防线，作用至关重要。继电保护装置的选型及其整定计算，是保证电力设备安全运行的最有效的技术手段。本文介绍了2300MW发-变组继电保护的配置与整定计算过程。首先根据发-变组主接线方

5、式和主设备技术参数进行确定短路点、等值电抗、画等值电抗图及各短路点短路电流的计算,其次保护的配置分为短路故障、异常运行、其他电量和非电量保护及保护装置选两套RCS-985A型分屏设置，实现了主保护的双重化；最后保护的整定计算以整定计算导则为依据，结合保护装置技术使用说明书并考虑厂家建议加以整定，从而避免定值与保护装置不相符及出现误整定的错误。关键词 发-变组 继电保护 配置与整定Abstract：The safe stability of electric power system circulate, to the national economy and social developmen

6、t meaning is huge.The together the most important defense line being that the electric power system is safe to stabilize movement after the electricity protection, function go to pass importance.Equip after the electricity protection of choose a type and it is whole to settle a calculation, is the m

7、ost valid technique means which promises the safe movement of the electric power equipments.This text introduced 2 s 300 MW hair-change set after give or get an electric shock a protective allocation with whole settle calculation process.First according to hair-change set lord connect line method an

8、d main equipments technique parameter to carry on certain the short circuit order, equivalent electricity anti-, painting equivalent electricity anti- diagram and each short circuit order the calculation of short-circuit electric current, secondly protect of the allocation is divided into short circ

9、uit breakdown, abnormality circulate, other electricity quantity with dont give or get an electric shock quantity to protect and protect device to choose to hold a constitution for two sets of A RCS-985 type cents, carry out lord protective dual turn;The end protect of whole settle calculation with

10、whole settle the calculation lead is basis, combine protection to equip a technique to use manual and consider suggestion in the factory house to take into whole settle, thus avoid settle value and protection the device dont agree with and appear the whole mistake for settle of mistake.Key word：gene

11、ral-transformer relay protection allocation and settle目 录摘 要I第一章 设计背景11.1主要设备参数：1第二章 短路电流的计算32.1系统等值参数32.2各短路点短路电流的计算5第三章 保护的选型及配置73.1短路故障保护73.2异常运行保护73.3其他电量保护：73.4非电量保护：73.5RCS985A型发电机变压器组保护装置的保护配置8第四章 保护的整定计算94.1发电机保护94.2主变保护234.3高厂变保护284.4 励磁变保护354.5 非电量保护384.6保护出口方式说明：39结束语40参考文献41致谢42第一章 设计背景恒

12、运热电（D）厂2台300MW汽轮发电机通过2台主变压器升压至220KV，以2回线路送至开元变电站。本厂升压站采用双母线接线，启动备用电源由恒运（B）厂110KV升压站引入。300MW发变组一次系统及PT、CT配置如保护配置图所示。1.1主要设备参数：1.1.1发电机 QFSN-300-20B（水氢氢）生产厂家：东方电机股份有限公司表1 恒运电厂8号发电机参数名 称符 号参数值发电机额定功率 (MW)PNG300发电机额定容量 (MVA)SNG353发电机额定电压 (kV)UNG20发电机额定电流 (kA)ING10.189发电机额定功率因数cosG0.85发电机额定转速( r/min )nN3

13、000发电机额定励磁电压(V)UfN455发电机额定励磁电流(A)IfN2075发电机空载额定励磁电压(V)Uf0168.4(750C)发电机空载额定励磁电流(A)If08242定子漏抗X0.2525D轴同步电抗（非饱和值/饱和值）Xd185.48/185.48D轴瞬变电抗（非饱和值/饱和值）Xd25.68/22.60D轴超瞬变电抗（非饱和值/饱和值）Xd16.93/15.58Q轴同步电抗（非饱和值/饱和值）Xq185.48/185.48Q轴瞬变电抗（非饱和值/饱和值）Xq25.68/22.60Q轴超瞬变电抗（非饱和值/饱和值）Xq16.93/15.58定子开路转子绕组时间常数(秒)Tdo9.

14、223灭磁时间常数(秒)2.1飞轮转矩（Tm2）GD229.46发电机惯性时间常数(秒)Tj2.293负序电抗（非饱和值/饱和值）X217.18/18.67零序电抗（非饱和值/饱和值）：X07.33/7.72发电机转子绕组直流电阻(注明温度) 0.20183(75OC)1.1.2主变 SFP10-370000/220生产厂家：中国特变电工衡阳变压器有限公司额定容量Sn：370MVA额定电压Un：24222.5% / 20 kV额定电流In：882.8A/10681A接线方式：YN , d11短路阻抗：14%档位： III1.1.3高厂变 SFF-CY-40000/20生产厂家：中国特变电工衡阳

15、变压器有限公司额定容量Sn： 40000/25000-25000kVA额定电压Un： 20kV22.5/6.3kV-6.3kV额定电流In：1154.7/2291.07A接线方式： D,YN1-YN1短路阻抗：Ud1-2/2= 6.6%,Ud1-2= Ud1-2=15%，Ud2-2=32.2%当前档位：（额定）3档，20/6.3-6.3 kV1.1.4 励磁变ZSCB9-3200/20生产厂家：顺德电气有限公司 额定容量Sn：3200 kVA额定电压Un：20/0.9kV额定电流In：92.4/2053A接线方式：Yd11短路电压：Ud7.46当前档位：（额定）3档第二章 短路电流的计算 广州

16、电网对恒运电厂系统电抗，为一点等值，8、9发电机，主变，系统，厂用高压变的主接线图如图一所示：图一 恒运D厂发变组的主接线图2.1系统等值参数等值方式为： 220kV系统电源电压：1.0；正序阻抗：0.0119431；零序阻抗：0.0231069最大运行方式：220kV系统没有分别给出最大运行方式，最小运行方式的阻抗，最大运行方式跟最小运行方式的阻抗相差不大。本次整定计算设定当220kV系统及 8、9机同时运行时为最大运行方式。最小运行方式：设定当220kV系统处于正常运行， 8机或9机检修时为最小运行方式。标幺值的基准值选取：根据所提供的资料，取全系统的功率基准值为 S b=100MVA,

17、Ub= Uav即：系统侧电压基准值为：Ub=230kV发电机机端电压基准值：Ub =21kV高压厂用母线电压基准值：Ub =6.3kV单芯铜电缆参数计算：主变高压侧至GIS断路器之间三相单芯铜电缆1000各100M；阻抗太小忽略不计。主变压器阻抗的计算：8号主变正负序阻抗标么值：8号主变零序阻抗：22.9欧 归算到高压侧的标么值为：9号主变阻抗标么值：9号主变零序阻抗：22.9欧 归算到高压侧的标么值为：厂用高压变分裂绕组变电抗：变压器容量Sn：40MVA高压绕组与总低压绕组间的穿越电抗百分数：Ud1-2 = 6.6 分裂绕组等效阻抗百分数：Ud2-2=32. 2% ；高压绕组与一个低压绕组间

18、的半穿越电抗百分数：Ud1-2=Ud1-2=15 % ；双绕组变压器高压侧的等效电抗百分数：U1%U1-21/4Ud2-26.61/432.2%1.45%;双绕组变压器低压侧的分裂绕组等效电抗百分数：U1%U2%=1/2Ud2-21/232. 2%16.1%高产变高压侧的等效电抗： X1=高产变低压侧的分裂绕组等效电抗：X2= X2= 由上可知：8号高厂变高压侧正负序阻抗标么值：0.036258号高厂变低压侧的分裂绕组等效电抗标么值：0.40258号高厂变零序阻抗：4.56欧9号高厂变高压侧正负序阻抗标么值：0.036259号高厂变低压侧的分裂绕组等效电抗标么值：0.40259号高厂变零序阻抗

19、：4.56欧发电机的正序电抗：#8、#9 发电机的额定有功功率为：300MW，额定功率因数为：= 0.85；额定视在功率为：300/0.85MW=353MW#8发电机电源电压：1.0#8发电机阻抗标么值：#9发电机电源电压：1.0#9发电机阻抗标么值：画等值电路图：发电机，主变，系统，厂用高压变的等值阻抗图如图二所示：图二 恒运电厂8、9发变组等值阻抗图2.2各短路点短路电流的计算最大运行方式下，d1点发生三相金属性短路短路电流（1）来自系统的短路电流：（2）来自两个发电机的短路电流：（3）总的短路电流为：（4）电流基准值为：（5）短路电流有名值为：最小运行方式下，d1点发生两相短路时的短路电

20、流（1）来自系统的短路电流：（2）来自#8发电机的短路电流：（3）总的短路电流为：（4）电流基准值为：（5）短路电流有名值为：最大运行方式下d2点发生三相金属性短路的短路电流（1）来自系统与另一侧发电机的短路电流 （2）来自本侧发电机的短路电流 （3）总的短路电流为：（4）电流基准值为：（5）短路电流有名值为：最小运行方式下d2点发生两相短路时的短路电流（1）来自系统的短路电流（2）来自本侧发电机的短路电流（3）总的短路电流为：（4）电流基准值为：（5）短路电流有名值为：最大运行方式下d3点发生三相金属性短路电流最小运行方式下d3点发生两相短路时的短路电流第三章 保护的选型及配置 选用南京南瑞

21、继保电气有限公司生产的RCS985A型发变组微机保护。它按三块屏配置，A、B屏配置两套RCS985A，分别取自不同的TA，每套RCS985A包括一个发变组单元全部电量保护，C屏配置RCS-974A型非电量保护装置、失灵启动、非全相以及220KV断路器操作箱。具有以下硬件高性能：1、采用高性能数字信号处理器DSP芯片作为保护装置的硬件平台，为真正的数字式保护。2、双CPU系统结构即保护装置包含两个独立的CPU系统：低通、AD采样、保护计算、逻辑输出完全独立，CPU2系统作用于启动继电器，CPU1系统作用于跳闸矩阵。任一CPU板故障，装置闭锁并报警，杜绝硬件故障引起的误动。3、独立的启动元件：管理

22、板中设置了独立的总启动元件，动作后开放保护装置的出口继电器正电源；同时针对不同的保护采用不同的启动元件，CPU板各保护元件只有在其相应的起动元件动作后同时管理板对应的起动元件动作后才能跳闸出口。正常情况下保护装置任一元件损坏均不会引起装置误出口。4、高速采样及并行计算：装置采样率为每周24点，且在每个采样间隔内对所有继电器（包括主保护、后备保护、异常运行保护）进行并行实时计算，使得装置具有很高的可靠性和动作速度。5、主后一体化方案：TA、TV只接入一次，不需串入或并接，大大减少TA断线、TV断线的可能性，保护装置信息共享，任何故障，装置可录下一个发变组单元的全部波形量。发变组保护配置如下：3.

23、1短路故障保护：发电机差动保护；发变组差动保护；主变差动保护；厂高变差动保护；励磁变差动保护；励磁变过流保护；发电机定子匝间保护；主变压器高压侧零序保护（零序过流、间隙零序）；发电机记忆过流保护；厂用高压变压器高压侧复压过流保护；厂用高压变压器变低压侧A、B分支限时速断、复压过流保护。3.2异常运行保护：发电机定子接地保护；发电机转子一、两点接地保护；发电机失磁保护；励磁绕组过负荷保护；发电机定子对称过负荷(定、反时限)保护；发电机定子不对称过负荷(定、反时限)保护；3.3其他电量保护：TA断线保护；TV断线保护；主变通风起动保护；高厂变通风起动保护；3.4非电量保护：发电机断水保护；主汽门关

24、闭保护；主变通风故障保护；主变温度保护；主变油位保护；主变轻、重瓦斯保护；主变压力释放保护；高厂变温度保护；高厂变油位保护；高厂变轻、重瓦斯保护；高厂变压力释放保护；3.5RCS985A型发电机变压器组保护装置的保护配置3.5.1发变组A（B）屏保护装置的保护配置：发变组差动保护 发电机差动 发电机匝间 （采用电流比率制动的纵向基波零序电压保护原理） 定子接地（基波，三次谐波）失磁（t1 t2 t3 ） 失步(心外，心内) 发电机（程序）逆功率( t1 , t2)发电机过电压 记忆过流发电机不对称过负荷（定时限，反时限）发电机对称过负荷（定时限，反时限） 发电机转子接地（低定值，高定值） 低频

25、（频率异常保护：1段 2段 3段 4段）过激磁（低定值，高定值） 起停机保护 电压平衡（低电压，过电压） 突然加压 热工保护 发电机断水保护 发电机冷却水导电率高主变差动 主变阻抗保护（t1，t2）主变零序过流I段（t1，t2） 主变零序过流II段（t1，t2）主变间隙零序（t）断路器失灵启动断路器非全相保护 高厂变差动 高厂变复压过流（t1，t2）A分支限时速断 A分支复压过流（t1，t2）B分支限时速断 B分支复压过流（t1，t2）A分支零序过流（t1，t2） B分支零序过流（t1，t2）CT断线，PT断线 励磁变差动 励磁变过流（定时限，反时限）励磁绕组过负荷（定时限，反时限） 3.5.

26、2发变组C屏保护装置的保护配置：主变瓦斯（轻、重） 主变压力释放主变冷却器故障 主变绕组温度（低定值，高定值）主变油温（低定值，高定值） 主变油位厂变瓦斯（轻、重） 厂变压力释放厂变绕组温度（低定值，高定值） 厂变油温（低定值，高定值）厂变油位 厂变冷却器故障（没引入）励磁变温度（低定值，高定值） 第四章 保护的整定计算4.1发电机保护4.1.1发电机差动保护4.1.1.1 发电机稳态比率差动保护发电机机端TA变比：15000/5；发电机中性点TA变比：15000/5。动作判据： （制动电流） （差动电流）发电机一次额定电流： =10189A发电机二次额定电流：式中： 为发电机一次侧额定电流，

27、为发电机TA变比。 差动电流起动定值ICdqd的整定Icdqd为差动保护最小动作电流值；应按躲过正常发电机额定负载时的最大不平衡电流整定；即：Icdqd = Krel20.01 If2n=1.520.013.396=0.1A 据整定计算导则：实际可取(0.10.3)If2n；则：Icdqd = 0.3If2n = 0.33.396 = 1.019A 取：1A。式中：If2n为发电机二次额定电流；Krel为可靠系数取1.5。比率制动系数的整定变斜率比率差动起始斜率： ；式中：Kcc为互感器同型系数，取0.5；为互感器比误差系数，最大取0.1。为可靠系数，一般选取1.02.0 这里选取1.0；一般

28、取0.050.1；厂家建议发电机取0.07，故取：=0.07。变斜率比率差动最大斜率：式中：为最大不平衡电流标幺值（发电机额定电流）；的计算式子中为非周期分量系数，一般取不小于2.0，这里取2.0；为互感器的比误差系数，最大取0.1，这里取0.1；为发电机最大外部三相短路电流周期分量二次值，小于4倍额定电流时取4倍额定电流值，这里取当发电机出口处发生三相金属性短路时，8发电机提供的短路电流。为差动电流起动值的标幺值（发电机额定电流）； 1/3.396为发电机最大外部三相短路电流周期分量二次侧标幺值；=22.67572.7493 = 62.34 kA22.6757为最大运行方式下，机端d2发生三

29、相金属性短路，发电机F8供给的短路电流的标么值。为提高安全可靠性，厂家建议取=0.5，故取：=0.5。灵敏度校验按上述原则整定的比率制动特性，当发电机端两相金属性短路时，差动保护的灵敏系数一定满足Ksen2，即：按发电机端两相金属性短路时计算，根据计算最小短路电流(d2点)和相应的制动电流Ir，根据动作特性曲线可以计算出对应的动作电流Id，则灵敏系数为：式中：=19.63782.74931000 A54000A；（n=4） 即 ：Ir 预整定：式中：Krel为可靠系数取1.5；为三次谐波电压比率整定值。nTVO为机端开口三角零序电压TV变比。nTVN为机端中性点零序电压TV变比（中性点变压器）

30、。实测发电机并网前最大三次谐波电压比值为a1， （实测数值）并网前比率定值：(1.31.5)a1=1.31.2=1.6实测发电机并网后运行时最大三次谐波电压比值为a2（实测数值）并网后比率定值：(1.31.5)a2=1.31.2=1.64.1.3.3差动接地保护 （自适应式接地保护） 三次谐波电压差动接地保护动作判据：| |式中：为装置自动跟踪调整系数向量。为制动系数，厂家建议取0.5，故整定值为0.5。动作时限：与系统接地短路保护后备段动作时限配合，一般取59S。当系统接近后备配置保护时，动作时间可缩短。厂家建议采用 t = 5 S动作于信号。4.1.4转子接地保护4.1.4.1转子一点接地

31、保护(切换采样原理乒乓式)灵敏段：一般整定为：2030K，动作于信号故取20K。经t=10S动作于信号。（与一点接地定值段共用一时间定值）定值段：一般整定5K，故取：5 K；经t=10S，动作于信号。4.1.4.2转子两点接地保护为提高转子两点接地保护的可靠性，转子两点接地保护经定子侧二次谐波电压闭锁。定子二次谐波动作电压取值：0.2-0.8V。取0.5V动作时限：为防止外部故障暂态过程中引起保护误动，动作时间取0.3-0.5s，取t=0.5s.保护出口：全停，启动失灵。4.1.5定子绕组对称过负荷保护(反时限)对发电机因为过负荷或者外部故障引起的定子绕组过电流，装设单相定子绕组对称过负荷保护

32、，通常由定时限过负荷保护和反时限过电流保护两部分组成。电流互感器TA取自发电机机端变比为15000/5。4.1.5.1定时限过负荷保护动作电流按发电机长期允许的负荷电流下能可靠返回的条件整定式中 可靠系数取1.05； 为返回系数取0.9； 为发电机额定电流(二次值)。保护时限：t=9S动作于信号。4.1.5.2反时限过电流保护反时限过电流保护的动作特性，即过电流倍数与相应的允许持续时间的关系，由制造厂家提供的定子绕组允许的过负荷能力确定。“汽轮发电机通用技术条件”规定：发电机定子绕组承受的短时过电流倍数于允许持续时间的关系为： 式中 为定子绕组热容量系数，机组容量时，37.5 为：以定子额定电

33、流为基准的定子电流标幺值；为散热系数，根据技术说明书散热系数一般取1.021.05。根据大型发电机变压器继电保护整定计算导则，不能取为1，以防止多次区外故障导致热积累不能散掉，一般取1.05。反时限过电流元件的整定根据大型发电机变压器继电保护整定计算导则。反时限保护上限电流按发电机机端三相金属性短路的条件整定。 式中： 为发电机额定电流； Ksat 为饱和系数，取0.8 ； 发电机次暂态电抗（非饱和值）标么值；为TA变比。反时限保护上限延时=取0.5S。当短路电流小于上限电流时，保护按照反时限动作特性整定。下限电流按与定时限过负荷保护配合的条件整定。 反时限保护下限延时 =故取75S。保护出口

34、：程序跳闸，启动失灵。4.1.6转子表层负序过负荷保护即发电机负序过负荷保护（用反时限）针对发电机的不对称过负荷、非全相运行以及外部不对称故障引起的负序过电流，其保护有定时限和反时限两部分组成。电流互感器TA取自发电机机端和中性点变比为15000/5 4.1.6.1定时限负序过负荷保护动作电流按发电机长期允许的负序电流下能可靠返回的条件整定。式中：Krel可靠系数取1.2 ，Kr返回系数取0.850.95，这里取0.9，I2为发电机长期允许的负序电流标幺值，当时，；当时，；当时，、Ign为发电机额定电流(二次值)。保护时限：t=9S动作于信号。4.1.6.2反时限负序过电流保护反时限负序过电流

35、保护的动作特性反时限负序过电流保护的动作特性，由制造厂家提供的转子表层允许的负序过负荷能力确定，即式中A为转子表层承受负序电流的常数取10，I2*为以定子的额定电流为基准值的发电机负序电流标幺值，I2为发电机长期允许的负序电流标幺值。反时限上限整定反时限上限电流按主变高压侧两相短路的条件整定：式中：（16.93），17.18）为发电机的次暂态电抗(不饱和值)及负序电抗(不饱和值)标幺值；为饱和系数取0.8；为主变短路电抗（14）；上限延时取3.5S。 反时限下限整定 下限电流通常由保护所能提供的最大延时决定，一般最大延时为1000S,据此决定下限动作电流的起始值。 下限延时1000S。长期运行

36、允许值 据发电机产品说明书：I2/In=10%， 即：I2=10%3.396=0.34A保护出口：程序跳闸、起动失灵表2 发电机负序过流能力I2/IN1.01.52.02.53.03.54.0T（s）1052.51.71.00.80.50.34.1.7发电机失磁保护TA取自发电机机端和中性点变比为15000/5TV分别取自发电机机端变比为取自主变高压侧变比为励磁电压取自发电机转子电压 4.1.7.1发电机失磁保护的判据定子侧阻抗判据 取自机端正序电压，中性点正序电流。异步边界圆：式中：（25.68）、Xd （185.48）为发电机暂态电抗和同步电抗标幺值，取不饱和值；Ug（20kA）、Sgn(

37、300/0.85)为发电机额定电压和额定视在功率；nTA、nTV为电流互感器TA变比(发电机机端)和电压互感器TV变比(发电机机端)。静稳边界圆： 式中:Xs为发电机与系统的联系电抗(包括升压变压器阻抗)标幺值(基准容量为发电机视在功率)。参考等效阻抗二无功反向判据：主要与静稳边界圆配合，一般按有功的10%-20%整定，取20%减出力判据按机组额定容量的(4050)%整定：故取50%Pgn150MW低电压判据可取母线电压也可取机端电压。本判据取于发电机机端电压，一般按(0.850.9)Ugn整定。即选= 发电机机端电压互感器TV变比为。转子电压判据：分为励磁低电压判据、变励磁电压判据。励磁低电压判