课程设计--6MW发电机继电保护设计.doc

电气与信息工程系课程设计任务书12/13 学年 上 学期 2012 年 11 月 23 日专业电力系统 自动 化班级10-10(2)班课程名称继电保护课程设计设计题目6MW 发电机继电保护设计指导教师 起止时间2012 年 11 月 26-30 日周数1设计地点 设计目的： 学生根据继电保护要求要求，明确设计任务，拟定设计方案与进度计划，运用所学的理 论知识，提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力设计任务或主要技术指标： 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，确定适用于大峡水电站的保护方案，最后，分别对母线 处、发电机和变压器进行整定计算和配置，并且根据系统一次设计图给出部分二次设计及其 配置图和一般原理图设计进度与要求： 设计进度：星期一：分组和选课题 星期二：方案确定星期三：分析原始资料中主要设备的参数 星期四：论文准备星期五：答辩及提交论文 要求：1、继电保护的主要类型 2、数据分析3、设计任务 4、整理报告5、参考文献及总结主要参考书及参考资料：[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教研室主任（签名） 系（部）主任（签名） 年 月 日摘要摘要继电保护是电力系统安全、稳定运行的可靠保证。

继电保护的功能，就是将检测到的电气量与整定值进行比较，在越过整定值或边界时就动作，切除故障，发现不正常状态发电机保护是保护发电机免受短路故障损坏的重要自动装置当发电机内部短路故障时，继电保护装置在很短的时间内发出动作命令，保护发电机免受短路电流的损坏发电机差动保护作为保护区内即发电机定子绕组相间短路的主保护发电机匝间短路保护发电机定子绕组匝间短路: 1、零序电压大于高定值动作值时，并且 2YH 没断线，负序功率方向元件动作，则保护动作2、零序电压大于低定值动作值时，并且2YH 没断线，负序功率方向元件动作，基波零序电压增量元件动作，则保护经延时 0.1秒动作全停3、发电机外部发生两相短路时，负序功率方向元件不动作，把保护闭锁三次谐波电压式定子接地保护作为发电机定子绕组接地短路的保护，保护区为中性点到机端的 5０％区域． （从机端 2YH 和发电机中性点 YH0 取电压） ；构成原理:比较机端与中性点处三次谐波电压的大小;失步保护作用： 反应发电机失步状态的构成原理：反应发电机机端测量阻抗的变化轨迹，动作特性为双遮挡器关键词：发电机 继电保护 小功率目 录1.发电机故障和不正常工作做状态及其保护 ....................................11.1 发电机的故障和异常运行状态 ...........................................11.1.1 发电机的内部故障.....................................................11.1.2 发电机的不正常运行状态...............................................11.2 大型发电机组的特点及对继电保护的要求 ..................................11.3 发电机保护装设的原则 .................................................22.发电机的纵差动保护 ......................................................32.1 工作原理 .............................................................32.2 整定原则 .............................................................33.发电机定子绕组匝间短路保护 ..............................................63.1 装设匝间短路保护的必要性 .............................................63.2 单继电器横差保护 .....................................................63.3 定子绕组零序电压原理的匝间短路保护 ...................................64.发电机定子绕组单相接地保护 ..............................................84.1 发电机定子绕组单相接地的特点 .........................................84.2 利用零序电流构成的定子接地保护 .......................................84.3 利用零序电压构成的定子接地保护(用于发电机变压器组) ...................94.4 利用三次谐波电压构成 100%的定子绕组单相接地保护 .......................95.发电机的失磁保护 .......................................................125.1 发电机失磁运行的后果 ................................................125.2 发电机失磁保护的辅助判据..............................................125.3 失磁保护的构成方式....................................................12总 结 .................................................................14致 谢 .................................................................15参考文献 .................................................................16继电保护课程设计11.发电机故障和不正常工作做状态及其保护发电机是电力系统中十分重要和贵重的设备，发电机的安全运行直接影响电力系统的安全。

发电机由于结构复杂，在运行中可能发生故障和不正常状态，会对发电机造成危害同时，系统故障也可能损坏发电机所以，针对发电机的故障和不正常工作状态，应装设性能完善的机电保护装置1.1 发电机的故障和异常运行状态1.1.1 发电机的内部故障 内部故障主要是由定子绕组及转子绕组绝缘损坏引起的，常见的故障有：① 定子绕组相间短路② 定子绕组单相匝间短路③ 定子绕组单相接地④ 转子绕组一点接地或两点接地⑤ 转子励磁回路电流消失1.1.2 发电机的不正常运行状态 不正常运行状态主要有：① 外部短路引起的定子绕组过电流② 负荷超过发电机额定容量而引起的三相对称过负荷③ 外部不对称短路或不对称负荷(如单相负荷，非全相运行等)而引起的发电机负序过电流和过负荷④ 突然甩负荷而引起的定子绕组过电压⑤ 励磁回路故障或强励时间过长而引起的转子绕组过负荷⑥ 汽轮机主汽门突然关闭而引起的发电机逆功率运行等1.2 大型发电机组的特点及对继电保护的要求随着电力工业的飞跃发展，大机组的陆续投运，与中、小型机组相比，大机组在设计、 结构及运行方面有许多特点，相应的对继电保护提出了新的要求，具体有如下表现 (1) 大容量机组的体积不随容量成比例增大，即有效材料利用率高，但却直接影响了机组的惯性常数明显降低，使发电易于失步，因此很有必要装设失步保护；其次，发电机热容量与铜损、铁损之比明显下降，使定子绕组及转子表面过负荷能力降低，为了确保大型发电机组在安全运行条件下充分发挥过负荷的能力，应装设具有反时限特性的过负荷保护及过电流保护。

(2)电机参数增大其后果是：① 短路电流水平下降，要求装设更灵敏的保护② 定子回路时间常数显著增大，定子非周期分量电流衰减缓慢，使继电保护用的继电保护课程设计2电流互感器的工作特性严重恶化，同时也加重了不对称短路时转子表层的附加发热，使负序保护进一步复杂化 ③ 发电机平均异步力矩大为降低，因此失磁异步运行时滑差大，从系统吸收感性无功多，允许异步运行时的负载小、时间短，所以大型机组更需要性能完善的失磁保护 ④ 由于增大，发电机由满载突然甩负荷引起的过电压就较严重3)大型机组采用水内冷、氢内冷等复杂的冷却方式，故障几率增加4)单机容量增大，汽轮机组轴向长度与直径之比明显增大，从而使机组振荡加剧，匝间绝缘磨损加快，有时候可能引起冷却系统故障因此，应当用灵敏的匝间短路保护和漏水保护(对水内冷机组) (5)大型水轮机组的转速低，直径大，气隙不均匀，将引起机组振荡加剧，因此要装气隙不均保护若定子绕组并联分支多且有中性点，应设计新的反应匝间短路的横差保护 (6)大型机组励磁系统复杂，故障几率也增多，发电机过电压、失磁的可能性加大，若采用自并励励磁系统，还需考虑后备保护灵敏度问题综上所述，并考虑到大型机组造价高、结构复杂，一旦发生故障，其检修难度大、时间长、造成经济损失大，因此，要求大型机组的继电保护进一步的完善化,不但要提高原有保护的性能，还要探索多功能、新原理的故障预测装置，用计算机技术使保护与安全监测和综合自动化控制更好的结合。

1.3 发电机保护装设的原则针对以上故障及不正常运行状态，一般发电机应装设以下继电保护装置：(1)对 1MW 以上发电机的定子绕组及其引出线的相间短路，应装设纵差保护装置2)对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(不考虑消弧线圈的补偿作用)大于表 7-1 规定的允许值时，应装设有选择性的接地保护装置对于发电机——变压器组，对容量在 100MW 以下的发电机，应装设保护区不小于定子绕组串联匝数 90%的定子接地保护；对容量在 100MW 及以上的发电机，应装设保护区为 100%的定子接地保护，保护带时限动作于信号，必要时动作于切机 (3)对于发电机定子绕组的匝间短路，当定子绕组星形连接、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；对 200MW 及以上的发电机，有条件时可装设双重化横差保护继电保护课程设计32.发电机的纵差动保护发电机纵差保护是发电机定子绕组及其引出线相间短路的主保护，因此，它应能快速切断内部所发生的故障，同时在正常运行及外部故障时，又应能保证动作的选择性和工作的可靠性在保护范围内发生相间短路时，应瞬间断开发电机断路器和自动灭磁开关。

2.1 工作原理这种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侧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动保护两组电流互感器之间为纵差动保护的范围电流互感器二次绕组按照循环电流法接线，即如果两组电流互感器一次侧的极性分别以中性点侧和母线侧为正极性，则二次侧同极性相连接差动继电器与两侧电流互感器的二次绕组并联保护的单相原理接线如图 2.1 所示 (a)。