热电厂继电保护设计Word文档下载推荐.docx
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电气设备;
继电保护;
整定计算;
Matlab仿真;
TheRelayProtectionDesignofThermalPowerPlant
Abstract:
Thisthesisismainlyfortherelayprotectiondesignofthermalpowerplant.Manykindsofelectricalequipmentinthepowerplantarecomplex,electricalequipmentincludingprimaryequipmentandsecondaryequipment.becauseprimaryequipmentisexpensiveandeasytohappenaccident,itmustbeequippedwithrelayprotectiontoensurethestableoperationofthepowersystem.Firstofall,accordingtotheoriginaldataofthermalpowerplanttodesignElectricalwiringdiagram.ontheonehand,thermalpowerplantsofrelayprotectionmustconsidereconomyandreliability,ontheotherhand,italsoneedtomeetthespeedandmobility,selectivity,sensitivityofconditions.Determiningthedesignofthepowerplant‘sgenerator,transformer,exporttransmissionlines,busesandotherprimaryequipmentofrelayprotection.Theneachonerelaydeviceneedtospecificcalculatingseparately,includingcalculatingsettingvalueandsensitivitycoefficient.Finally,basedonthetheoryofsettingcalculation,usingMatlabsimulationinthermalpowerplantfailures,itishavingagoodobserveintransientcharacteristicsofthepowersystem,andalsoverifyingtheimportanceofMatlabinthepowersystem.
Keywords:
PowerPlant;
electricalequipment;
relay;
settingcalculation;
Matlabsimulation;
第1章前言
电能是现代社会必不可少的能量,它被广泛用于国家工业、农业、军事、民用等各个领域。
我国是人口大国,对电能的需求很大,在前几十年造成了供电少于用电的情况,引起了能源大恐慌。
电力系统主要是指发电、变电、输电、配电和用电等环节,当其中某个环节发生故障时,电能就不能满足供电要求。
电能质量由三部分组成,为频率、电压、波形,我国的规定频率为50HZ,波形为正弦波,我国规定了各种电压等级,在输电中还使用了特高压直流输电,交流电压有220V、6KV、10KV、35KV、100KV、220KV、500KV、1000KV等,直流电压等级有±
100KV、±
500KV、
±
800KV等。
电力系统的运行有一定的基本要求,可以总结为安全、优质和经济。
这三者既有矛盾又有统一,因此处理原则就是在保证安全和电能质量符合要求的情况下使电力系统的运行能够最经济。
因为电能无法大量储存,所以电能的生产、输送、分配和消费都在同一时间内完成,发电必须每时每刻与用电保持平衡。
1.1热电厂及其电气设备简述
1.发电厂的分类
随着现代电力科学技术的发展,产生电能的方式各种各样,如按发电厂使用的能源来分类大概可分为火电、水电、核电、地热发电、风电以及太阳能发电等。
火电厂又可以分为凝汽式发电厂和热电厂,主要区别是前者向外只供电,后者是既供电又供热,使用的是热电联产方式。
火电厂主要是使用原煤、石油、CNG、余热、易燃烧的垃圾等来生产电能。
火电厂中能量转变过程。
我国的发电厂主要以火电厂为主,其次是水电厂,如今正大力发展核电,因为核电发电效率高又是清洁能源。
国内比较出名的火电厂是国电浙江北仑发电厂、大唐国际托克托发电厂等。
水电厂可以分为常规水电厂、抽水蓄能水电厂和潮汐水电厂,它是使用水能来生产电能,水能包括水的动能与势能,水能的大小取决于水流的快慢与水头的高低。
水电厂能量转变过程是。
我国已建造了很多大型水电站,如三峡水电站、向家坝水电站、龙滩水电站、锦屏一、二级水电站、瀑布沟水电站等。
核电厂又可分为压水堆核电厂、重水堆核电厂和快堆核电厂,使用的燃料是铀,让原子核裂变释放的核能来生产电能。
核电厂能量转变过程是原子核裂变的核能→热能→机械能→电能。
目前我国的核电厂装机容量在全国装机规模的比重还达不到世界平均水平,法国核电装机比重世界最大。
我国也已经造了一批核电厂,如中核秦山核电、田湾核电、中广核大亚湾核电等[3]。
2.发电厂的电气设备
在电力系统发电、输电、配电和用电过程中,为了满足电力工业技术要求,电力系统中安装了许多各式各样的电气设备,在电力系统中起Start、转换、监测、检测、调整、Protect、切换和Stop等作用。
按所起的作用不同,可以分为一次设备和二次设备。
一次设备是直接用于生产和使用电能的设备,它比控制回路中的所有二次设备电压高的电气设备。
一次设备有各种类型的发电机(电动机)、各种电压等级的变压器、断路器、隔离开关、自动开关、接触器、刀开关、母线、输电线路、电力电缆、串联并联的电容器、静止补偿器等等。
一次回路(一次接线系统)是由互相连接的一次设备,来组成发电、输电、配电和用电的电气主接线图。
二次设备的作用是对电力系统内的一次设备进行监测,检测,控制,保护,调节,二次设备也是不直接和电能发生关联的设备。
二次设备有熔断器、控制开关、各种继电器、控制电缆、自动化仪器仪表、信号装置、自动装置等[7]。
1.2继电保护原理及其要求
1.继电保护基本原理
随着电力自动化科学技术的发展,当电力系统发生故障或不正常运行后,电力系统应能快速的甄别出哪个电气设备发生故障或出现异常,此时就要靠继电保护装置起作用。
继电保护装置是保证电力系统能够安全、可靠、稳定运行,它的特点是断续控制,动作速度快,有很强的选择性。
它的首要职责是当系统内发生故障或异常运行时,向现场工作人员及控制电气主设备的断路器发出信号于报警或跳闸,让维修人员进行故障处理,来达到无故障部分继续生产,并有效阻止异常运行状态给系统造成更严重的故障与事故。
继电保护装置一定要有准确判断被保护元件是处于正常工作状态还是发生了故障或异常运行,是电力系统不可缺少的重要装置。
但是继电保护设备若要准确拥有这一重大功能,其重要基本思路是需要清楚知道当电力系统发生故障后与故障前的电气量与非电气量的变化特征。
其中当电力系统发生故障后,工频电气量变化的主要特征电流增大、电压降低、电流与电压之间的相位角改变和测量阻抗发生变化等。
正常运行和发生三相短路时,系统只有正序分量。
但是当有不对称短路发生时,系统就会出现三序分量即正序、负序和零序。
若发生两相接地短路及单相接地短路时,会出现负序与零序分量;
若发生两相相间短路后,则只会有负序电压和负序电流。
利用短路故障时电气量的变化,便可构成各种原理的继电保护。
如反应发生短路时电流急剧增大的过电流保护、反应短路时母线电压降低的低电压保护、反应发生不对称短路时出现零序、负序分量的零序电流保护、负序电流保护和距离保护(低阻抗保护)、反应被保护元件两端电气量的变化特征并用以比较的纵联保护等等。
另外,上面所述都是使用工频电气量作为依据的保护,由于某些电力系统设备的构造等特点可以用某些非电气量作为保护的依据。
例如变压器的瓦斯保护;
反应电机绕组温度升高的过热保护等等[2]。
2.继电保护的基本要求
随着继电保护技术的发展,在实际使用中要满足四个基本要素,即可靠性、选择性、灵敏性和速动性。
这四者既有矛盾性又有统一性,因此在使用中并不能做到十全十美,但只要能做到符合电力系统要求就行。
可靠性即安全性与信赖性,安全性指不该动作就不动作,信赖性指该动作就动作,这是电力系统继电保护的最根本要求;
选择性是指当发生故障时由保护本身确定发生故障的元件并动作于跳闸或信号,让无故障元件继续安全可靠运行。
选择性能否达到目的主要是由保护的动作时限与灵敏度来完成;
灵敏性是对故障与不正常运行的反应能力,任何原因引起的都应可靠反应,一旦不能反应系统就会出现事故。
因此继电保护装置中就要有满足实际要求的灵敏系数,它与继电保护中的整定值有关;
速动性是指当发生故障或异常运行时,保护装置要快速的反应于跳闸或发信号,以减轻受损后果。
一般主保护都应要快速动作,后备保护才要带有一定的时限才能动作[4]。
1.3热电厂的特点及其原始资料
热电厂与其他类型电厂的区别就是使用了热电联产方式,顾名思义,热电联产就是给用户既供电又供热。
在化学能转换成热能过程中,会抽出一部分可调节的热能用于取暖用热,剩余的由汽轮机带动发电机发电,两者之间可调节,既可供电多供热少,也可供电少供热多[8]。
该新建热电厂装机三台,凝气式机组2×
10+1×
4MW,总共24MW,三台机组额定电压均为10.5KV,10.5KV母线为单母线接线方式,三台机组均通过10.5KV母线与121KV/10.5KV的升压变压器相连,升压之后直接把电能输送到110KV变电站。
厂用电系统可由上述10.5KV母线通过10.5/0.4KV降压变压器进行降压通过0.4KV母线供给厂用电或者外接10KV母线通过10.5/0.4KV降压变压器供给厂用电。
该新建热电厂的一次电气主接线图如图1-1所示:
图1-1该新建热电厂的电气一次主接线图
第2章热电厂电气设备的故障、异常运行
2.1电气设备的典型故障
2.1.1发电机故障
发电机为汽轮发电机双水内冷式,型号分别为QFSN-10-2与QFSN-4-2,发电机极数均为2极,Ue均为10.5KV,COSΦ=0.8(滞后),10MW的额定电流为687.3A,4MW的额定电流为274.9A,发电机内部结构如图2-1所示。
图2-1发电机简易结构图
发电机的主要故障为:
①定子绕组的相间短路。
发电机的定子绕组设计
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