50MW发电机变压器组继电保护系统设计—毕业论文.doc

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1、毕业设计（论文） I 摘 要 由于大型电厂的母线、发电机和变压器的结构比较复杂，在运行过程中都可能 会发生各种各样的故障和异常运行状态，为了确保在保护范围内发生故障，都能有 选择性的快速切除故障，需要配置多种继电保护装置，必要时进行多重化配置，从 而将电厂中重要设备的危害和损失降到最小，对电力系统的影响最小。 发电厂和变电所母线是电力系统中的中的一个重要组成部件，发电机的安全运 行对保证电力系统的正常工作和电能质量起着决定性的作用；而变压器是电力系统 十分重要的供电元件再者，发电机、变压器本身就是十分贵重的电气元件，所以， 继电保护装置对大型电厂的正常运行起着至关重要的作用。 本设计共包括五章

2、，分别对电力系统、发电机、变压器的继电保护进行详细介 绍，并给出相关的整定计算，画出主接线图。 本文主要通过分析原始资料中主要设备的参数，首先，需要对电力系统保护原 理进行全面系统的复习、查阅相关资料，加深理解；其次，结合相关参数和各种继 电保护原理，确定适用于大型电厂的保护方案，最后，分别对发电机和变压器进行 整定计算和配置，并且画出系统一次设计图及其配置图和一般原理图。 关键词：电厂、继电保护、发电机、变压器。 50MW 发电机变压器组继电保护设计 II Abstract Because of large power plants bus bar, generators and trans

3、formers structure is more complex, in operation process of all may be all kinds of faults and abnormal operating condition, in order to ensure that the protection range in failure, all can have selective swift removal, need configuration fault diversified relay protection device, necessary in the mu

4、ltiple configuration, so as to will be important in power plant equipment to minimize harm and loss of power system, affect the minimum. Power plant and substation bus in power systems is one of the important components of the generator, the safe operation of the power system to guarantee the normal

5、 work and power quality plays a decisive role; And the transformer is power system is of great power supply components again, generator, transformer itself is very expensive electrical components, so, relay protection device of large power plants to the normal operation of the play a crucial role. T

6、his design including five chapters, respectively for power system, generator, transformer of relay protection, and gives a detailed introduction of related setting calculation, draw the Lord the wiring diagram. This paper mainly through the analysis of original data of the parameters of the main equ

7、ipment, first of all, need to power system protection principle of full system review and access relevant information, deepen understanding; Secondly, in conjunction with the relevant parameters and all kinds of relay protection principle, sure used in large power plant protection scheme, then respe

8、ctively, the generator and transformer in setting calculation and configuration, and draw the system design and its a configuration diagram and the general principle diagram. Key word: power plant, relay protection, generator, transformer. 目 录 中文摘要 I AbstractII 毕业设计（论文） III 引言1 第1章 电力系统继电保护简论2 1.1 继

9、电保护的作用 2 1.2 继电保护的基本要求、原理、构成与分类 2 1.2.1 基本要求 2 1.2.2 基本原理 3 1.2.3 构成 4 1.2.4 分类 4 第2章 主变压器保护设计6 2.1 变压器保护重要性 6 2.2 变压器的故障类型和不正常运行状态 6 2.3 变压器保护配置原则 6 2.4 变压器纵联差动保护 7 2.4.1 构成变压器纵差动保护的基本原则 7 2.4.2 变压器差动保护的不平衡电流 8 2.5 变压器后备保护 9 2.5.1 低电压启动的过电流保护 9 2.5.2 变压器零序电流保护 .10 2.5.3 过负荷保护 .11 第3章 发电机保护设计12 3.1

10、发电机故障及不正常运行状态 .12 3.1.1 发电机故障类型 .12 3.1.2 不正常运行状态 .12 3.2 发电机保护的配置原则 .13 3.3 发电机纵差保护 .13 3.3.1 工作原理 .13 第4章 短路计算 .14 4.1 发电机出口短路计算 .14 4.2 后备保护短路计算 .15 第5章 整定计算 .19 5.1 发电机纵差动保护整定 .19 5.2 发电机横联差动保护整定 .20 5.3 发电机定子绕组过负荷保护整定 .20 5.4 发电机复合电压启动的过电流保护整定 .20 结论 .23 致谢 .24 50MW 发电机变压器组继电保护设计 IV 参考文献 .25 附录

11、 .26 A1.1 全厂电气主接线图 A1.2 50MW发电机保护展开图 A1.3 50MW发电机保护交流展开图 A1.4 50MW发电机保护直流展开图 沈阳工程学院毕业设计（论文） - 1 - 引 言 本次毕业设计的主要内容是针对电力系统中可能出现的各种不正常状态和故障状态，对 大型电厂的发电机、主变压器的保护配置及继电保护设计，参照电力系统继电保护及 电力工程电气设备手册，并依据继电保护配置原理，对所选择的保护进行整定从而来确 定方案中的保护是否适用来编写的。 设计首先是对保护的原理进行分析,保护的整定计算。其次是各种设备的保护配置图。文 章内容包括原理分析、保护整定计算。其中发电机采取纵

12、联差动保护；变压器主保护采用的 是纵联差动保护和瓦斯保护，两者结合做到优势互补，后备保护是复合电压启动过电流保护。 50MW 发电机变压器组继电保护设计 - 2 - 第1章 电力系统继电保护简论 1.1 继电保护的作用 电力系统运行要求安全可靠。但是，电力系统的组成元件数量多，结构各异，运行情况 复杂，覆盖的地域辽阔。因此，受自然条件、设备及人为因素的影响（如雷击、倒塔、内部 过电压或运行人员误操作等），电力系统会发生各种故障和不正常运行状态。最常见、危害 最大的故障是各种形式的短路。 故障造成的很大的短路电流产生的电弧使设备损坏。 从电源到短路点间流过的短路电流引起的发热和电动力将造成在该路

13、径中非故障元件的 损坏。 靠近故障点的部分地区电压大幅度下降，使用户的正常工作遭到破坏或影响产品质量。 破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统振荡，甚至使该系统瓦解和崩溃。 所谓不正常运行状态是指系统的正常工作受到干扰，使运行参数偏离正常值，如一些设备过 负荷、系统频率或某些地区电压异常、系统振荡等。 故障和不正常运行情况常常是难以避免的，但事故却可以防止。电力系统继电保护装置 就是装设在每一个电气设备上，用来反映它们发生的故障和不正常运行情况，从而动作于断 路器跳闸或发出信号的一种有效的反事故的自动装置。它的基本任务是：自动、有选择性、 快速地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件损坏程度尽

14、可能降低，并保证该系统中非 故障部分迅速恢复正常运行。 反映电气元件的不正常运行状态，并依据运行维护的具体条件和设备的承受能力，发出 信号、减负荷或延时跳闸。 随着电力系统的扩大，对安全运行的要求也越来越高。为此，还应设置以各级计算机为 中心，用分层控制方式实施的安全监控系统，它能对包括正常运行在内的 各种运行状态实施控制，这样才能更进一步地确保电力系统的安全运行。 沈阳工程学院毕业设计（论文） - 3 - 1.2 继电保护的基本要求、原理、构成与分类 1.2.1基本要求 对作于跳闸的继电保护，在技术上应满足四个基本要求，及可靠性、选择性、性和灵敏 性 1.2.2基本原理 要完成继电保护的基本

15、任务，首先要提取和利用电力元件在三种运行状态下的“差异” ， 然后“区分”出三种运行状态（正常、不正常和故障状态），最后是“甄别”出发生故障和出现 异常的元件。 目前已经发现不同运行状态下具有明显差异的电气量有：流过电力元件的相电流、序电 流、功率及其方向；元件的运行相电压幅值、序电压幅值；元件的电压与电流的比值即“测 量阻抗”等。 （a）正常运行情况 50MW 发电机变压器组继电保护设计 - 4 - （b）三相短路情况 图 1-1 我国常用的 110kV 及以下单侧电源的供电网络 发现并正确利用能可靠区分三种运行状态的可测参量或参量的新差异，就可以形成新的 继电保护原理。 其他类型的保护有：

16、 1.纵联保护利用某种通信通道同时比较被保护元件两侧正常运行与故障时电气量差异的 保护。 电流差动保护利用内部与外部短路时两侧电流矢量的差别构成。 电流相位差动保护利用内部与外部短路时两侧电流相位的差别构成。 图 1-3 过电流保护单相原理 1.2.3 构成 （1） 测量元件 测量从被保护对象输入的有关物理量（如电流、电压、阻抗、功率方向等），并与已给 定的整定值进行比较，根据比较结果给出“是” 、“非” 、“ 大于”、“ 不大于”等具有“0” 或“1”性质 的一组逻辑信号，从而判断保护是否应该启动。 （2）逻辑元件 根据测量部分输出量的大小、性质、输出的逻辑状态、出现的顺序或它们的组合，使保

17、 沈阳工程学院毕业设计（论文） - 5 - 护装置按一定的布尔逻辑及时序逻辑工作，最后确定是否应跳闸或发信号，并将有关命令传 给执行元件。 （3）执行元件： 根据逻辑元件传送的信号，最后完成保护装置所担负的任务。如：故障时跳闸；不正 常运行时发信号；正常运行时不动作。 1.2.4分类 通常分为以下几类： （1）按被保护的对象分类：输电线路保护、发电机保护、变压器保护、电动机保护等； （2）按保护原理分类：电流保护、电压保护、距离保护、差动保护、方向保护、零序保护 等；（3）按保护所反应故障类型分类：相间短路保护、接地故障保护、匝间短路保护、断 线保护、失磁保护及过励磁保护等； （4） 按构成继

18、电保护装置的继电器原理分类：机电型保护（如电磁型保护和感应型保护）、 整流型保护、晶体管型保护、集成电路型保护及微机型保护等； （5） 按保护所起的作用分类：主保护、后备保护、辅助保护等； 50MW 发电机变压器组继电保护设计 - 6 - 第2章 主变压器保护设计 2.1.变压器保护重要性 变压器是电力系统中大量使用的重要电 气设备，它的安全运行是电力系统可靠工作的必 要条件。电力变压器有别于发电机，它无旋转部件，是一种静止的电气设备，结构比较简单， 运行可靠性较高，发生故障的机会相对较少。但是，变压器是连续运行的，停电机会很少， 而且绝大部分安装在室外，受自然环境影响较大。因此，电力变压器在

19、运行中，仍然有可能 发生各种类型的故障或出现不正常工作状态。因此，考虑到变压器在电力系统中的重要地位 及故障和不正常工作状态可能造成的严重后果，必须根据电力变压器容量和重要程度装设相 应的继电保护装置。 2.2.变压器的故障类型和不正常运行状态 （1）变压器故障类型 变压器的故障可分为油箱外和油箱内两种故障。油箱外的故障主要是套管和引出线上发 生相间短路及接地短路。油箱内的故障包括绕组间相间短路、接地短路、匝间短路及铁芯的 烧损等。 （2）变压器不正常工作状态 变压器的不正常工作状态主要有：油箱外部短路引起的过电流，负荷长时间超过额定容 量引起的过负荷，风扇故障或漏油等原因引起冷却能力的下降等

20、。这些不正常运行状态会使 绕组和铁芯过热。 沈阳工程学院毕业设计（论文） - 7 - 2.3 变压器保护配置原则 1.反应变压器油箱内部故障和油面降低的瓦斯保护 容量为800kVA及以上的油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。当油箱内部故障产生轻微瓦斯 或油面下降时，保护装置应瞬时动作于信号；当产生大量瓦斯时，瓦斯保护宜动作于断开变 压器各电源侧断路器。 2.相间短路保护 反应变压器绕组和引出线的相间短路的纵联差动保护或电流速断保护，对其中性点直接 接地侧绕组和引出线的接地短路以及绕组匝间短路也能起保护作用。 对于发电机变压器组，当发电机与变压器之间有断路器时，变压器应装设单独的纵联差 动保护。如果

21、变压器的纵联差动保护对单相接地保护灵敏性不符合要求，可增设零序差动保 护。 3.后备保护 对于由外部相间短路引起的变压器过电流，可采用下列保护作为后备保护。 (1)过电流保护。宜用于降压变压器，保护装置的整定值应考虑事故时可能出现的过负荷。 (2) 负序电流保护和单相式低电压启动的过电流保护。可用于63000kVA及以上的升压变压 器。 4.过负荷保护 对于400kVA及以上的变压器，当数台并列运行或单独运行并作为其他负荷的备用电源时， 应根据可能过负荷的情况装设过负荷保护。 2.4 变压器纵联差动保护 变压器纵联差动保护在正常运行和外部故障时，理想情况下，流入差动继电器的电流等 于零。但实际

22、上由于变压器的励磁电流、接线方式和电流互感器误差等因素的影响，继电器 中有不平衡电流流过。由于这些特殊因素的影响，变压器差动保护的不平衡电流远比发电机 差动保护的大。因此，变压器差动保护需要解决的主要问题之一是采取各种措施避越不平衡 电流的影响。在满足选择性的条件下，还要保证在内部故障时有足够的灵敏系数和速动性。 50MW 发电机变压器组继电保护设计 - 8 - 2.4.1 构成变压器纵差动保护的基本原则 （a）接线图； (b)对称工况下的向量关系 图 2-1 双绕组三相变压器纵差动保护原理接线图 为了保证正常运行及外部故障情况下差动回路没有电流，该侧电流互感器的变比也要相 应地增大 倍，即两

23、侧电流互感器变比的选择应该满足 三相变压器各侧电流互感器的接线方式和变比的选择也要参照Y ，d11双绕组变压器的方式进 行调整，即d侧电流互感器用Y接线方式；两个Y侧电流互感器则采用d接线方式。 沈阳工程学院毕业设计（论文） - 9 - 2.4.2 变压器差动保护的不平衡电流 1.由变压器带负荷调节分接头产生的不平衡电流1.计算变比与实际变比不一致产生的不平衡 电流 变压器两侧的电流互感器都是根据产品目录选取的标准变比，其规格种类是有限的。 穿越电流如果将变压器两侧的电流都折算到电流互感器的二次侧，并忽略 不为 零的影响，则区外故障时变压器两侧电流大小相等，即 ，但方向相反， 为区外 故障时变

24、压器的穿越电流。 由式可知，电流互感器和变压器变比不一致产生的最大不平衡电流为 区外故障时最大的穿越电流。 改变分接头的位置，实际上就是改变变压器的变比，电流互感器的变比选定后不可能根 据运行方式进行调整，只能根据变压器分接头未调整时的变比进行选择。因此，由于改变分 接头的位置产生的最大不平衡电流为 变压器分接头改变引起的相对误差，考虑到电压可 以正负两个方向进行调整，一般可取调整范围的一半。 图2-4 电流互感器等效电路 励磁回路等效电感； 二次负载的等效阻抗； 电流互感器传遍误差产生的不平衡电流 励磁电流，也就是电流互感器的传变误差； 包括了电流互感器的漏抗和二次负载阻抗，一般电阻分量占主

25、导，在定性分析 时可以当作纯电阻处理。 流，在变压器外部故障时，一次电流（a）外部短路电流； （b）纵差动保护不平衡电流 图2-6 纵差动保护的暂态不平衡电流 中除稳态分量外还有非周期分量等暂态分量。导致不平衡电流的瞬时值较稳态量大，非 周期分量系数就是考虑这个因素而引入的。 50MW 发电机变压器组继电保护设计 - 10 - 电流互感器的暂态误差非周期分量的存在大大增加了电流互感器的饱和程度，由此 产生的误差称为电流互感器的暂态误差。差动保护是瞬时动作的，必须考虑非周期分量引起 的暂态不平衡电流。 4.变压器励磁电流产生的不平衡电流 2-2 双绕组单相变压器等效电路 正常运行和外部故障时：变

26、压器不会饱和，励磁电流一般不会超过额定电流的 2%5%，对纵差动保护的影响常常略去不计； 变压器空载投入或外部故障切除电压恢复时：变压器电压从零或很小的数值突然上升到 运行电压。在这个电压上升的暂态过程中，变压器可能会严重饱和，产生很大的暂态励磁电 流。这个暂态励磁电流称为励磁涌流。 2.5 变压器后备保护 2.5.1 低电压启动的过电流保护 只有在电流元件和电压元件同时动作后，才能启动时间继电器，经过预定的延时后动作 于跳闸。由于电压互感器回路发生断线时，低电压互感器将误动作，因此在实际装置中还需 配置电压回路断线闭锁功能。 采用低电压继电器后，电流继电器的整定值就可以不再考虑并联运行变压器

27、切除或电动 机自启动时可能出现的最大负荷，而是按大于变压器的额定电流整定。 过电流保护按躲开可能出现的最大负荷电流小整定，启动电流比较大，只有在电流元件 和电压元件同时动作后，才能启动时间继电器，经过预定的延时后动作于跳闸。由于电压互 感器回路发生断线时，低电压互感器将误动作，因此在实际装置中还需配置电压回路断线闭 锁功能。 沈阳工程学院毕业设计（论文） - 11 - 对于降压变压器，负荷在低压侧电动机自启动时高压侧电压比低压侧高了一个变压器压 降。所以高压侧取值比较高。 对于升压变压器，如果低压继电器只接在一侧电压互感器上，则另一侧故障时，往往不 能满足灵敏度要求。 2.5.2变压器零序电流

28、保护 电力系统中接地故障是最常见的故障形式。接于中性点直接接地系统的变压器，一般要 求在变压器上装设接地保护，作为变压器主保护和相邻元件接地保护的后备保护。发生接地 故障时，变压器中性点将出现零序电流，母线将出现零序电压，变压器的接地后备保护通常 都是反映这些电气量构成的。 2.5.3过负荷保护 过负荷保护的安装侧，应根据保护能反映变压器各侧绕组可能过负荷的情况来选择，具 体如下： 对双绕组变压器，装于发电机电压侧； 对一侧无电源的三绕组升压变压器，装于发电机电压侧和无电源侧； 对三侧有电源的三绕组变压器，三侧均应装设； 对于双绕组降压变压器，装于高压侧； 对一测电源的三绕组降压变压器，若三侧

29、绕组容量相等，只装于电源侧；若三侧容量相 等，则装于电源侧及绕组容量较小侧； 对两侧有电源的三绕组降压变压器，三侧均应装设； 装于各侧的保护，均应经过同一时间继电器作用于信号。 50MW 发电机变压器组继电保护设计 - 12 - 第3章 发电机保护设计 3.1发电机故障及不正常运行状态 发电机的安全运行对保证电力系统的正常工作和电能质量起着决定性的作用，同时发电 机本身也是一个十分贵重的电器元件，因此，应该整对各种不同的故障和不正常运行状态， 装设性能完善的继电保护装置。 3.1.1发电机故障类型 发电机的故障类型主要有定子绕组相间短路、定子一相绕组内的匝间短路、定子绕组单 相接地、转子绕组一

30、点接地或两点接地、转子励磁回路励磁电流消失等。 1.定子绕组相间短路是危及发电机最严重的一种故障。 2.定子绕组单相匝间短路在匝间电压作用下，产生环流，使该处温度升高，绝缘损坏，并 可能转变为单相接地或相间短路故障。 3.定子绕组单相接地故障点处会有电流流过定子铁心，研究证明当故障点电流超过5A 并持 续一定时间时，故障点定子铁心可能熔化，发电机须进行大修，定子铁心须重新选压。 4.转子回路一点或两点接地转子回路发生一点接地故障时，由于没有电流通路，对发电机 并无危害。但若不及时处理，就有可能导致两点接地故障，造成励磁回路短路，可能损坏转 子绕组和铁心。 3.1.2 不正常运行状态 发电机的不

31、正常运行状态主要有：由于外部短路引起的定子绕组过电流；由于负荷等超 沈阳工程学院毕业设计（论文） - 13 - 过发电机额定容量而引起的三相对称过负荷；由于外部不对称短路或不对称负荷而引起的发 电机负序过电流和过负荷；由于突然甩负荷引起的定子绕组过电压；由于励磁回路故障或强 励时间过长而引起的转子绕组过负荷； 对于发电机变压器组，对容量在100MW以下的发电机，应装设保护区不小于绕组串联匝 数90%的定子接地保护。 3.2 发电机保护的配置原则 针对上述故障类型及不正常运行状态，发电机应装设以下继电保护装置： （1）对于直接连于母线的发电机定子绕组单相接地故障当单相接地故障电流虑消弧大于表 的

32、规定允许值时，应装设选择性的接地保护装置。 （2）对于发电机定子绕组的匝间短路，当定子绕组星形接线、每相有并联分支且中性点侧 有分支引出端时，应装设横差保护。 （3）对于发电机外部短路引起的过电流，可采用下列保护方式： 1）负序过电流及单元件低电压启动过电流保护，一般用于50MW及以上的发电机； 2）过电流保护，用于1MW及以下的小型发电机； （4）对于由不对称负荷或外部不对称短路而引起的负序过电流，一般在50MW及以上的发电 机上装设负序过电流保护。 为了快速消除发电机内部的故障，在保护动作于发电机断路器跳闸的同时，还必须动作 自动灭磁开关，断开发电机励磁回路，使定子绕组不再感应出励磁电动势

33、，继续供给短路电 流。 50MW 发电机变压器组继电保护设计 - 14 - 3.3 发电机纵差保护 3.3.1工作原理 该保护是利用比较发电机中性点侧和引出线侧电流幅值和相位的原理构成，因此在发电 机中性点测和引出线侧装设特性和变比完全相同的电流互感器来实现纵差保护。两组电流互 感器之间为纵差保护的范围。电流互感器二次侧按照循环电流接线法接线，即如果两组电流 互感器一次侧极性分别以中性点测和母线侧为正极性，则二次侧同极性相连接。差动互感器 与两侧电流互感器的二次绕组并联。差动保护在原理上不反应负荷电流和外部短路电流，只 反应发电机两侧电流互感器保护区内的故障电流，因此，纵差保护在时限上不必与其

34、他时限 配合，可以瞬时动作于跳闸。 第4章 短路计算 4.1 发电机出口短路计算 （一）K点发生三相短路，且在最小运行方式下，即只有 1#发电机运行 沈阳工程学院毕业设计（论文） - 15 - 图 4.1 K 点发生短路的等值电路 解：设S B=100MVA，U B=U阿av =10.5kV 最小运行方式下：X *=0.248 IK*=1/X*=1/0.248=4.03 IK=IKSB/ UB=4.03100/10.5 =22.16(KA) （二）当K点发生两相短路时，且在最小运行方式下，即1#发电机运行根据上面计算数据及 图4.2所示：A相为基准量 所以：I K.min=4.03 I(2)k

35、.min*=4.03 /2=3.49 I(2)k.min=I(2)k.min*SB/ UB=3.49100/10.5 =19.19 Ikc*=3.49 Ikc2*=Ikc/2cos300=3.49/2 /2=2.02 所以U kc1=Ikc1Z2=2.020.248=0.5 Ukc1=Ukc1*UB/ =0.510.5/ =3.03(KV) Ikc2=Ikc2*SB/ UB=2.02100/10.5 =11.08/(KV) 50MW 发电机变压器组继电保护设计 - 16 - 图 4.2 K 点发生两相短路时短路处的电流向量 4.2 后备保护短路计算 图 4.3 （一）发生三相短路时，且在最小运

36、行方式下，即只有1#发电机正常运行。如图4.3所示： K1点：X *=0.248+1.3=1.548 IK=1/X*=1/1.548=0.65 IK=IK*SB/ UB=0.65100/ 10.5=3.57KA 沈阳工程学院毕业设计（论文） - 17 - K2点：X *=0.248+0.03+0.09=0.368 IK*=1/X*=1/0.238=0.81 IK=IK*SB/ UB=2.72100/ 10.5=14.9KA K3点：X *=0.248+0.03+0.05+0.91=1.238 IK*=1/X*=1/1.238=0.81 IK= IK*SB/ UB=0.81100/ 10.5=1

37、.15KA （二）发生两相短路时，且在最小运行方式下，即只有1#发电机正常运行。如图4.3所示：根 据三相短路计算值及当发生两相短路处得电流向量图4.4得，其中A相为基准量。 K1点：I （2） k.min=0.65 /2=0.56 IKc*=0.56 Ikc2*=Ikc/2cos300=0.56/2 /2=0.32 Ukc1=Ikc1Z2=0.321.548=0.495 Ukc1=Ukc1*UB/ =0.49510.5/ =3(KV) Ikc2=Ikc2*SB/ UB=0.56100/10.5 =4.45KV 50MW 发电机变压器组继电保护设计 - 18 - 图 4.4 K 点发生两相短路

38、时短路处的电流向量 K2点：I （2） k.min=2.721.732/2=2.36 IKc*=2.36 Ikc2*=Ikc/2cos300=2.36/2 /2=1.36 Ukc1=Ikc1Z2=1.360.368=0.5 Ukc1=Ukc1*UB/ =0.510.5/ =3.03KV Ikc2=Ikc2*SB/ UB=2.36100/10.5 =12.98KA K3点：I （2） k.min=0.81 /2=0.7 IKc*=0.7 Ikc2*=Ikc/2cos300=0.7/2 /2=0.4 Ukc1=Ikc1Z2=0.41.238=0.495 Ukc1=Ukc1*UB/ =0.49510

39、.5/ =3KV 沈阳工程学院毕业设计（论文） - 19 - Ikc2=Ikc2*SB/ UB=0.7100/10.5 =3.85KA 50MW 发电机变压器组继电保护设计 - 20 - 第5章 整定计算 5.1 发电机纵差动保护整定 1、 最小动作电流，按躲过最大负荷下差回路的不平衡电流整定 由参数计算得： 发电机额定电流：I N=4.29kA 电流互感器变比：n TA=1000 最小动作电流：I oper.0=0.2IN/nTA=0.24290/5000/5=0.858(A) 2、 制动特性斜率：p=I oper/Ibrk 3、 假定外部短路时的最大短路电流为，此时流过差回路的电流为最大不

40、平衡电流 继电器不动作，则动作电流为： Ioper.0=KrelIunb.max=10KrelKoperKstIk.max 此时的制动电流为：I brk=Ik.max 式中，K可靠系数取1.3； K非周期分量影响系数取2； K同型系数取0.5. P=10KrelKoperKst=0.11.320.5=0.13 在工程中，为保证可靠起见，制动系数不宜过小，一般建议取0.3。 4、 灵敏系数校验：按单机运行时，发电机出口两相短路校验 因为是单机运行，所以发电机出口两相短路时，只有一个制动线圈中流过短路电流，故继电 器动作电流为:I oper=Ioper.0p(I (2)k.min/2I brk.0

41、) 所以，I oper.k=0.8580.3(22.16 /2/22.5)=9.59(A) 所以，K sen=I(2)k.min/Ioper=22.16 /2/9.59=2.012 沈阳工程学院毕业设计（论文） - 21 - 5.2 发电机横联差动保护整定 （一）动作电流 横差保护动作电流，应按躲过机端三相短路故障时的最大不平衡电流整定。由于不平衡电流 难以计算，实际上常根据经验来整定保护动作电流，即 Ioper=0.2IN=0.24.29=0.858(kA) 其中 IN为发电机额定电流 单继电器横差保护，对电流互感器无需特殊要求，但应满足动稳定要求，其变比按发电机额 定电流的 25选择。 5

42、.3 发电机定子绕组过负荷保护整定 动作电流：I oper=KrelIN/Kres 其中，可靠系数 Krel 取 1.05； 返回系数 Kres 取 0.85； 为发电机额定电流。 所以， oper=1.054.29/0.85=5.29（KA） （二）继电器动作电流：I g.oper=Ioper/nTA=5290/5000/5=5.29(KA) 所以继电器动作电流为 5A 5.4 发电机复合电压启动的过电流保护整定 保护动作电流：I oper=KrelIN/Kres 其中，可靠系数 Krel 取 1.2； 返回系数 Kres 取 0.85； IN为发电机额定电流。 所以，I oper=1.24

43、.29/0.85=6.06（KA ） 50MW 发电机变压器组继电保护设计 - 22 - 继电器动作电流：I g.oper=Ioper/nTA=6060/5000/5=0.606（KA） （三）负序电压继电器动作电压按躲过正常运行时不平衡电压整定 Uoper=0.06Ue=0.0610.5=0.63(KA) 其中，U e 为额定相间电压。 （四）接在相间的低电压继电器的动作电压按躲过电动机自起动的条件整定，此外还应躲过 失去励磁时的非同步运行时的电压降 Uoper=0.5UE=0.510.5=5.25（KA） 继电器动作电压：U g.oper=Uoper/nTA 其中，n TV 为电压互感器变

44、比 Ug.oper=Uoper/nTV=5250/100000/100=2.25(V) (五)灵敏度校验 1、灵敏度系数按后备保护范围末端短路进行校验； Ksen=1.2 2、电流元件：当发电机定子绕组为星型接线，并且保护用电流互感器也接成星型时 Ksen=IK。min /Ioper=1.2 所以，K sen=IK.min/Ioper=19.9/6.06=3.171.2 3、负序电压元件：K sen=U（2） k.min/U(2)oper=3.03/0.63=5.051.2 当作为发电机远后备： 当短路点在厂用变压器侧： Ksen=U(2)k.min/U(2)oper=3/0.63=4.761

45、.2 当短路点在 35KV 母线侧： Ksen=U(2)k.min/U(2)oper=3.03/0.63=5.051.2 沈阳工程学院毕业设计（论文） - 23 - 当短路点在 110KV 母线侧： Ksen=U(2)k.min/U(2)oper=3/0.63=4.671.2 所以灵敏度都复合要求。 50MW 发电机变压器组继电保护设计 - 24 - 结 论 本次设计主要包括电厂的大型发电机保护、变压器保护、短路电流计算、整定计算。概 括来说，首先根据设备的容量、型号等相关资料分析可能出现的故障问题；其次根据保护的 配置原则，确定该设备所需要的保护；然后通过查询电气工程设计手册进行整定计算；

46、最后根据计算结果选择最具可靠性、安全性、动作最灵敏的保护继电器。 继电保护整定计算是电力系统生产运行中一项重要的工作。随着电网规模的不断扩大， 电网结构日趋复杂，电力系统整定计算的工作量和复杂程度也越来越大。在本次毕业设计的 过程中，通过查阅相关书籍，使我对保护的原理有了更深的理解，扩充了我的知识；在画系 统图时，通过请教同学和老师，使我更加熟练的运用AutoCAD软件画出了规范的系统总图。 从总体上来说，我对自己的成果还是比较满意的，基本上达到了老师的要求。这段时间 我翻阅了许多的书籍，从对电厂的生疏，到了解，再到深入研究，使我第一次完成了一件实 际应用的设计。不过由于本人经验、阅历、实际操

47、作能力有限，难免存在一些不尽人意的地 方请各位老师指点。 沈阳工程学院毕业设计（论文） - 25 - 致 谢 本次毕业设计论文是在我的辅导老师郭永树的悉心指导下完成的。他严谨的治学精神， 精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到论文的最终完成，郭老师都 始终给予我细心的指导和不懈的支持，在此谨向郭老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 经过近两个月的忙碌，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个毕业设计，由于经验的匮 乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以及同学们的支持，想要完 成这个设计是很困难的。 在这里首先要感谢我的指导老师郭老师。他平日里工作繁多，但 在我做毕业

48、设计的每个阶段，从查阅资料，设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设 计等整个过程中都给予了我悉心的指导。其次要感谢和我一起作毕业设计的同学，他们在本 次设计中帮我解决了很多困难。最后还要感谢大学三年来所有的老师，为我们打下专业知识 的基础；同时还要感谢所有的同学们，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的 困难和疑惑，直至本文的顺利完成。 在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少 可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!最后我还要感谢 培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们！ 50MW 发电机变压器组继电保护设计 - 26 -

49、 参考文献 1 韩笑、宋丽群.电气工程专业毕业设计指南 (继电保护分册)、第二版，北京：中 国水利水电出版社，2008 2 李光琦.电力系统暂态分析、第三版，北京：中国电力出版社2007 3 张保会、尹项根.电力系统继电保护，北京：中国电力出版社，2005 4 刘增良、刘国亭.电气工程CAD、第二版，北京：中国水利水电出版社，2007 5 卓乐友.电气工程设计手册，北京：中国电力出版社，1989 6 崔家佩等.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 7 为群、陶然.继电保护自动装置及二次回路、第二版，北京：中国电力出版社， 2006 8 周秉功.继电器选型手册，机械工业出版社，1998 9 于永源、杨绮雯.电力系统分析（第三版），北京：中国水利水电出版社，2007 10许建安.继电保护整定计算,北京：中国水利水电出版社,2001 11吕继绍.电力系统继电保护设计原理, 北京：中国水利水电出版社,1986 12An