发电机变压器组的保护设计.docx

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1、发电机变压器组的保护设计内容提要在电力系统中，由于雷击或鸟兽跨接电气设备、设备制造上的缺陷、设计和安装的错误、检修质量不高或运行维护不当等原因，往往发生各种事故。最常见的同时也是最不安全的故障是各种形式的短路。其中以单相接地短路最为常见，而三相短路是比较少见的。此外，输电线路有时可能发生断线故障或几种故障同时发生的复合故障。发生故障可能引起的后果是：1.故障点通过很大的短路电流和所燃起的电弧，使故障设备烧坏。2.系统中设备，在通过短路电流时所产生的热和电动力使设备缩短使用寿命。3.因电压降低，破坏用户工作的稳定性或影响产品质量。4.破坏系统并列运行的稳定性，产生振荡，甚至使整个系统瓦解。最常见

2、的不正常工作状态是过负荷。所谓过负荷就是电气设备的负荷电流超过了额定电流。此外，发电机有功功率缺乏所引起的频率降低，水轮发电机突然甩负荷所引起的过电压，系统发生振荡等都属于不正常运行状态。由于过负荷，加速了设备绝缘材料的老化和损坏，甚至引起事故扩大造成严重故障。总之，不正常工作状态往往影响电能的质量、设备的寿命、用户生产产品的质量等。关键词继电保护；发电机；变压器组；后备保护；纵差保护目录1绪论41.1 电力系统继电保护的作用41.1.1 电力系统的故障和不正常运行状态及引起的后果41.1.2 继电保护装置及任务51.2 继电保护的基本原理和保护装置的组成51.2.1 继电保护的基本原理51.

3、2.2 继电保护装置的组成61.3 对继电保护的要求71.3.1 选择性71.3.2 速动性71.3. 3灵敏性81.4. 4可靠性81.5. 电保护技术的开展史82发电机变压器组的后备保护92.1概述91. 2.1发电机变压器内部和外部相间短路102. 2.2对厂用变压器内部及低压侧短路113. 2.3外部相间短路后备保护的特点114. 2.4相间短路后备保护的整定计算125. 2.5相间短路后备保护方向元件的设置122. 3单相接地保护132.1 .1接地保护的特点132.2 3.2单相接地保护的整定计算133发电机变压器组的纵差保护142.3 纵差保护的特点142.4 变压器纵差保护与发

4、电机纵差保护的不同153. 3纵差动作保护的整定计算154发电机变压器组保护的改良163.1 目前的机组保护存在的主要问题163.2 改良方案175保护配置及整定计算175. 1题目简介175.2保护配置181. 2.1概述185. 2.2保护配置分析186. 2.3几种保护配置问题的探讨195.3.1采用高灵敏度接线的发电机纵差保护(BCH-2)225.3.2变压器差动保护(拟采用BCH-1型继电器)235.3.3发电机变压器组大差动保护(BCH-4)255.3.4负序过电流保护275.3.5失磁保护285.3.6低电压起动的过电流保护295.3.7过负荷保护295.3.8匝间短路保护295

5、.3.9发电机定子电压保护305.3.10变压器的接地保护305.3.11发电机及发电机变压器组的接地保护316保护配置图31发电机变压器组的保护设计1绪论1.1 电力系统继电保护的作用1.1.1 电力系统的故障和不正常运行状态及引起的后果在电力系统中，由于雷击或鸟兽跨接电气设备、设备制造上的缺陷、设计和安装的错误、检修质量不高或运行维护不当等原因，往往发生各种事故。最常见的同时也是最不安全的故隙是各种形式的短路。其中以单相接地短路最为常见，而三相短路是比较少见的。此外，输电线路有时可能发生断线故障或几种故障同时发生的复合故障。发生故障可能引起的后果是：(1)故障点通过很大的短路电流和所燃起的

6、电弧，使故障设备烧坏。(2)系统中设备，在通过短路电流时所产生的热和电动力使设备缩短使用寿命。(3)因电压降低，破坏用户工作的稳定性或影响产品质量。(4)破坏系统并列运行的稳定性，产生振荡，甚至使整个系统瓦解。最常见的不正常工作状态是过负荷。所谓过负荷就是电气设备的负荷电流超过了额定电流。此外，发电机有功功率缺乏所引起的频率降低，水轮发电机突然甩负荷所引起的过电压，系统发生振荡等都属于不正常运行状态。由于过负荷，加速了设备绝缘材料的老化和损坏，甚至引起事故扩大造成严重故障。总之，不正常工作状态往往影响电能的质量、设备的寿命、用户生产产品的质量等。1.1.2 继电保护装置及任务为防止电力系统中发

7、生事故一般采取如下对策：(1)改良设计制造，加强维护检修，提高运行水平和工作质量。采取各项积极措施消除或减少发生故障的可能性。(2) 一旦发生故障，迅速而有选择地切除故障元件，保证无故障局部正常运行。继电保护装置，就是指反映电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种制动装置。它的基本任务是：(1)发生故障时，自动、迅速、有选择地将故隙元件(设备)从电力系统中切除，使非故障局部继续运行。(2)对不正常运行状态，为保证选择性，一般要求保护经过一定的延时，并根据运行维护条件1如有无经常值班人员)，而动作于发出信号(减负荷跳闸)，且能与自动重合闸相配合。1.2 继电

8、保护的基本原理和保护装置的组成1.2.1 继电保护的基本原理继电保护的原理是利用被保护线路或设备故障前后某些突变的物理量为信息量，当突变量到达一定值时，起动逻辑控制环节，发出相应的跳闸脉冲或信号。(1)利用基本电气参数的区别发生短路后，利用电流、电压、线路测量阻抗等的变化，可以构成如下保护：a.过电流保护；b.低电压保护；c距离保护(或低阻抗保护)(2)利用内部故障和外部故障时被保护元件两侧电流相位(或功率方向)的差异。(3)对称量是否出现电气元件在正常运行(或发生对称短路)时，负序分量和零序分量为零；在发生不对称短路时，一般负序和零序都较大。因此，根据这些分量的是否存在可以构成零序保护和负序

9、保护。此种保护装置都具有良好的选择性和灵敏性。(4)反响非电气量的保护反响变压器油箱内部故障时所产生的气体而构成瓦斯保护；反响于电动机绕组的温度升高而构成过负荷保护等。1.2.2 继电保护装置的组成继电保护的种类虽然很多，但是在一般情况下，都是由三个局部组成的，即测量局部、逻辑局部和执行局部，其原理构造如图IT所示。(1)测量局部测量局部是测量被保护元件工作状态(正常工作、非正常工作或故障状态)的一个或几个物理量，并和以给的整定值进展比较，从而判断保护是否应该起动。(2)逻辑局部逻辑局部的作用是根据测量局部各输出量的大小、性质、出现的顺序或它们的组合，使保护装置按一定的逻辑程序工作，最后传到执

10、行局部。(3)执行局部执行局部的作用是根据逻辑局部送的信号，最后完成保护装置所担负的任务。如发出信号，跳闸或不动作等。1.3 对继电保护的要求对电力系统继电保护的基本性能要求是有选择性，速动性，灵敏性，可靠性。这些要求之间，有的相互制约，需要针对不同的使用条件，分别地进展协调。1.3.1选择性选择性是指保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，以保证系统中的无故除局部仍能继续安全运行。在要求继电保护动作有选择性的同时，还必须考虑继电保护或断路器有拒绝动作的可能性。在复杂的高压电网中，当实现远后备保护有困难时，在每一元件上应装设单独的主保护和后备保护。1.3.2速动性短路

11、时快速切除故障，可以缩小故障范围，减轻短路引起的破坏程度，减小对用户工作的影响，提高电力系统的稳定性。因此，在发生故隙时，应力求保护装置能迅速动作切除故障。由于速动性与选择性在一般情况下是矛盾的，为兼顾两者，一般允许保护带有一定的延时切除故障。故障切除的总时间等于保护装置和断路器动作时间之和。对于不同的电压等级和不同构造的网络，故障切除的最小时间有不同的要求。一般对400500KV以上的网络,约为0.020.04s,对220230KV的网络为0.04-0.1s；对IloKV的网络为0.10.7s对配电网络,切除短路的最小时间取决于不允许电压长时间降低的用户，一般为0.5LOso有些故障不仅要满

12、足选择性的要求，同时要求快速切除故障，例如：(1)为保证系统稳定性，必须快速切除高压输电线路上的故障。12)发电厂或重要用户的母线电压低于允许值(一般0.6倍额定电压)的故障。(3)大容量的发电机，变压器及电动机内部发生故障。(4) 11OKV线路导线截面过小，不允许延时切除的故障。1.3.3灵敏性是指对保护范围内发生故障或不正常运行状态的反响能力。满足要求的保护装置是在规定的保护范围内故障时，无论短路点的位置以及短路的类型若何，都能敏锐感觉，正确反响。保护装置的灵敏性，通常用灵敏度系数来衡量，灵敏度系数越大，则保护的灵敏度就越高，反之就越低。1.3.4可靠性是指在规定的保护范围内发生了属于它

13、应该动作的故隙时，它不应该拒绝动作，而在其他不属于它应该动作的情况下，则不应该误动作。保证继电保护装置能有足够的可靠性，应注意以下几点：(1)选用质量好，构造简单，工作可靠的继电器和元件。12)设计接线时，力求简单，使用继电器和继电器触点最少。(3)正确选定继电保护的整定值。(4)对保护装置要提高安装和调整实验的质量，加强经常的维护管理。以上四个基本要求是分析研究继电保护的根基，也是贯穿论文的一个基本线索。根据被保护元件在电力系统中的地位和作用来确定具体的保护方式，以满足其相应的要求。1.4继电保护技术的开展史继电保护的开展是随着电力系统和自动化技术的开展而开展的。几十年来，随着我国电力系统想

14、高电压、大机组、现代化大电网开展，继电保护技术及其装置应用水平获得很大提高。在20世纪50年代以前，查不独都是用电磁型的机械元件构成。随着半导体器件的开展，陆续推广了利用整流二极管构成的整流型元件和由半导体分立元件组成的装置。70年代以后，利用集成电路构成的装置在电力系统继电保护中得到广泛运用。到80年代，微型机在安全自动装置和继电保护装置中逐渐应用。随着新技术、新工艺的采用，继电保护硬件设备的可靠性、运行维护方便性也不断得到提高。继电保护技术将到达更高的水平。2发电机变压器组的后备保护2.1概述按照继电保护的配置原则，中、小型发电机、变压器只装设一套主保护,当主保护或有关断路器拒动时，应装设

15、近后备和/或远后备保护，为被保护设备或相邻元件提供后备保护作用。对于200300MW及以上的发电机或发一变组，现在一般采用微机保护,其主保护将包含完全或不完全纵差、完全或不完全裂相横差，一组或二组零序电流型横差，对于任一内部鼓掌具有两套或以上的主保护灵敏动作，即双重化主保护配置，因此从近后备保护来说，大型发电机或发电机一变压器组已经没有必要再装设。特别是比较复杂的、容易误动的后备阻抗保护，更是弊多利少，因为发一变组内部任一点发生短路，已有多重高速、灵敏、选择性好的差动保护，后备保护实在用不上；相反，在发一变组外部短路时，由于后备保护在选择性上不及纵差保护，易于造成误动，其结果是发一变组上装设的后备保护（特别是后备阻抗保护），误动作率极高，对机组的安全运行不利。再者，通常装设的后备保护，其保护区比主保护大、灵敏度比主保护高，动作速度较慢，但是结合发电机和变压器的保护，其主保护为各种差动保护，后备保护（包括后备阻抗保护）在灵敏度和选择性上远不及主保护，可以说现有的各种后备保护在技术性能上“没有资格充当后备作用。基本原因是发电机和变压器内部短路时，端口三相电流可能不大，三相电压可能不低，相应的测量阻抗就可能较大，这明显表现出主设备保护和线路保护的不同。作为大容量发一变组