整理大型发电厂继电保护毕业设计.docx
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整理大型发电厂继电保护毕业设计
(1)建设项目概况。
环境影响的经济损益分析,也称环境影响的经济评价,即估算某一项目、规划或政策所引起的环境影响的经济价值,并将环境影响的经济价值纳入项目、规划或政策的经济费用效益分析中去,以判断这些环境影响对该项目:
规划或政策的可行性会产生多大的影响。
对负面的环境影响估算出的是环境费用,对正面的环境影响估算出的是环境效益。
2)预防或者减轻不良环境影响的对策和措施。
主要包括预防或者减轻不良环境影响的政策、管理或者技术等措施。
(5)为保障评价对象建成或实施后能安全运行,应从评价对象的总图布置、功能分布、工艺流程、设施、设备、装置等方面提出安全技术对策措施;从评价对象的组织机构设置、人员管理、物料管理、应急救援管理等方面提出安全管理对策措施;从保证评价对象安全运行的需要提出其他安全对策措施。
对策措施的建议应有针对性、技术可行性和经济合理性,可分为应采纳和宜采纳两种类型。
二、建设项目环境影响评价
D.可能造成轻度环境影响、不需要进行环境影响评价的建设项目,应当填报环境影响登记表
(4)建设项目环境保护措施及其技术、经济论证。
第二节 安全预评价
(6)生态保护措施能否有效预防和控制生态破坏。
②既包括天然的自然环境,也包括人工改造后的自然环境。
摘要
随着电力工业的迅速发展,我国发电机、变压器单机容量不断增大,电力系统正朝着“大机组、超高压、大电网”的方向发展。
现今我国大容量发电厂不断增多,它们在电力系统中地位更显重要。
为保证整个电力系统的安全经济运行,我们应对电厂配置可靠性、灵敏性、选择性和速动性都很好的保护装置。
为实现配置方案的优化,还应充分考虑到大型发电厂的特点。
本设计主要对大型发电厂的继电保护配置方案进行了研究。
首先,对大容量机组的特点及其保护配置的基本原则进行了阐述。
接着,叙述了大型发电厂中母线保护的配置原则,并提出了提高母线保护性能的一些措施。
由于当前电厂厂用电系统继电保护的整定计算无规程、导则可用,本设计结合以往的一些工程实践和电厂厂用电设计规定,对厂用电系统保护的配置和整定原则进行了整理,并着重研究了低压厂用电系统保护的有关配合问题。
最后,本设计根据厂用电系统的保护配置原则,针对一个实际厂用电系统进行了保护配置方案的设计,包括高厂变、6kV工作段母线、低压厂用变压器以及PC母线所接开关。
关键词继电保护发电机变压器组母线厂用电系统
Abstract
Alongwiththequickdevelopmentofelectricpowerindustry,thesinglemachinecapacityofthegenerator,transformerinourcountrycontinuouslyenlargesandtheelectricpowersystemisdevelopingtowardthedirectionof"largegeneratingset,extrahighvoltage,largepowergrid".Thebigcapacitypowerplantinourcountrycontinuouslyincreasesatpresent,theyareplayingamoreimportantroleintheelectricpowersystem.Toensurethewholeelectricpowersystemoperatingsafelyandeconomically,weshouldcollocatethepowerplanttheprotectiondeviceswhichwithmoregoodcredibility,intelligent,selectivityandspeed.Tomaketheschemeachieveoptimization,weshouldalsowellinconsiderationofthecharacteristicsoflargepowerplant.
Thisdesignmainlyresearchesontheprotectionschemeinlargepowerplant.First,thearticleelaboratesthecharacteristicsofthelargecapacitygeneratingsetandthebasicprincipleofitsprotectionallocation.Thenitdescribestheprincipleofthebusbarprotectionallocationinlargepowerplant,andintroducessomemeasurestoraisethepropertyofthebusbarprotection.Becausetheprotectionofstationservicesystematpresenthasnoregulationsandleadstouse,thirdly,thistextcombinesalittlebitformerengineeringfulfillmentandthedesignprovisionsofstationservicesystem,summarizingtheprinciplesofprotectionallocationandsettinginstationservicesystem,andemphaticallydiscussingthepointswhicharerelevanttotheprotectionmatchinginlow-voltagestationservicesystem.Intheend,accordingtotheprincipleofthestationservicesystemprotectionallocation,thispaperdesignsaprotectionschemetoarealstationservicesystem.
Keywordsrelayprotectiongeneratortransformerunitbusbar
stationservicesystemprotection
目录
前言
随着电力工业的迅速发展,我国发电机、变压器单机容量不断增大,600MW的机组已比较普遍,1000MW的机组也在不断增多。
特别是国内大型发电工程(三峡、二滩、龙滩、秦山二期、岭澳二期等)均已完成设计并已经或即将投入运行。
电力系统正朝着“大机组、超高压、大电网”的方向发展。
与此同时继电保护技术亦不断进步。
现今,国内外继电保护技术发展的趋势为:
计算机化,网络化,智能化,保护、控制、测量、数据通信一体化[1]。
继电保护装置,就是指能反应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自动装置[2]。
其广泛应用于电力系统、农网和小型发电系统,是电网及电气设备安全可靠运行的保证。
但实践也表明,发电机、变压器保护在运行中的正确动作率长期偏低,而大型发电机、变压器与中小型相比,又有了自身的新特点。
如何对大型发电厂进行继电保护配置,关系着这些大型发电厂的安全、可靠、灵活、经济的运行,也关系着大电力系统的安全经济运行,乃至国民经济生活的发展。
继电保护装置的基本任务是:
1)自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除,使故障元件免于继续遭到破坏,保证其他无故障部分迅速恢复正常运行。
2)反应电气元件的异常运行状态,并根据运行维护的条件(如有无经常值班人员)而动作于信号,以便值班员及时处理,或由装置自动进行调整,或将那些继续运行就会引起损坏或发展成为事故的电气设备予以切除[3]。
为了完成它的任务,必须在技术上满足选择性、速动性、灵敏性和可靠性四个基本要求。
在对大型发电厂进行继电保护配置时,应尽量满足和协调好这四个基本要求。
本设计主要研究了发电机、变压器、发-变组、母线及厂用电系统的保护配置问题。
大型发电厂与中小型发电厂相比具有新的特点。
其单机容量一般比较大,对继电保护的要求更高。
首先介绍了发电机、变压器以及发变组的特点,并对它们的保护配置方式及特点进行了阐述。
母线作为发电厂的重要元件之一,其保护的配置方式也非常关键。
本设计阐述了双母线、一台半断路器主接线、6~10kV母线的保护配置方式,并提出了断路器失灵保护和提高母线保护可靠性的措施。
针对目前发电厂厂用系统继电保护的整定计算则无规程、导则可用,本设计对厂用电系统的保护的配置原则和整定计算原则进行整理,并对低压厂用电系统保护间的配合进行了研究。
最后对一个实际的厂用电系统进行了大体的保护配置方案的设计。
第一章大型机组、母线的继电保护配置
据中国电力企业联合会公布的《2005年全国电力工业发电统计年报》显示,截至2005年底,全国已拥有百万千瓦级以上发电厂129座。
这些大型发电厂中的单机容量都比较大。
对于这种大型发电厂,要根据发电机和变压器结构的特点,配置合适的保护。
大容量机组往往按发电机-变压器组单元接线与高压或超高压电网直接相连,在电力系统中占有十分重要的地位。
而且发电机-变压器组的很多配置原则和单独的发电机、变压器配置原则相同。
因此本章对单独的发电机和变压器的保护配置原则不再进行具体的叙述,而重点对大型发电机-变压器组的保护配置进行讨论。
1.1大型发电机、变压器的保护配置概述
1.1.1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。
发电机组单机容量不断增大,使大型发电机在设计、结构、工艺、运行诸方面出现许多特点,相应对继电保护提出新的要求。
在设计、结构和工艺方面,大型发电机组不同于中小型机组的地方有:
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,使发电机容易失步,因此很有必要装设失步保护[4]。
2)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。
3)电机参数
、
、
增大。
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。
4)由于大型机组的材料利用率高,就必须采用复杂的冷却方式,故障几率增加。
5)单机容量的增大,汽轮发电机轴向长度与直径之比明显加大,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)。
在运行方面:
1)由于单机容量大,发电机保护的拒动或误动均将造成十分严重的后果,所以大型机组继电保护的技术要求更高。
2)大型机组的励磁系统更为复杂,故障几率也多,因此发电机的过电压或失磁故障和变压器的过激磁故障的可能性大了。
3)对于异常工况的运行,大型机组要求装设相应的保护继电器。
4)大型汽轮发电机组的起停机特别费时费钱。
另外大型机组的突然跳闸,有可能给主机和辅机造成不同程度的某些损伤。
因此不是在必需的情况下,不得使大型汽轮发电机组频繁起停,更不轻易紧急跳闸停机,这在设计保护出口电路时应注意。
5)大型机组一般是发电机-变压器单元制接线,机端和厂用分支一般均不设高压断路器。
在发电机失磁后机端电压严重下降,在设计保护时必须注意厂用电的安全。
1.1.2大型发电机的故障、异常运行方式及其保护方式
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气元件,因此,应该针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。
发电机的故障类型主要有:
定子绕组相间短路;定子绕组一相的匝间短路;定子绕组单相接地;转子绕组一点接地或两点接地;转子励磁回路励磁电流消失。
发电机的不正常运行状态主要有:
由于外部短路引起的定子绕组过流;由于负荷超过发电机额定容量而引起的三相对称过负荷;由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;由于突然甩负荷而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,由于汽轮机主汽门突然关闭而引起的发电机逆功率等。
针对以上故障及不正常运行状态,根据规程规定,一般大型发电机可配置的保护有:
短路故障主保护:
纵差动保护、横差动保护、不完全差动保护、纵向零序过电流保护、转子二次谐波电流保护、100%的定子接地保护、励磁回路接地保护等等;
短路故障后备保护:
过流保护、复合电压启动的过流保护、负序过电流保护和单元件低压启动的过流保护等;
异常运行保护:
低励失磁保护、失步和失步预测保护、负序电流保护、过励磁保护、过负荷保护、过电压保护、逆功率保护、低频保护、CT断线保护等。
1.1.3大型变压器的故障、异常运行方式及其保护方式
变压器是电力系统不可缺少的重要电气设备。
它的故障将对供电的可靠性和系统的安全运行带来严重的影响,同时大容量的变压器也是非常贵重的设备。
因此,应根据变压器容量等级和重要程度。
装设性能良好、动作可靠的继电保护装置。
大型电力变压器均为三相三铁芯柱式或由三个单相变压器组成的三相组式变压器。
超高压大容量的变压器均采用YNd的联结组别,实际运行中,又以YNd11最多。
1.变压器的故障
若以故障点的位置对变压器故障分类,有油箱内的故障和油箱外的故障。
1)油箱内的故障。
变压器油箱内的故障主要有各侧的相间短路,大电流接地系统侧的单相接地短路及同相部分绕组之间的匝间短路。
2)油箱外的故障。
变压器油箱外的故障,是指变压器绕组引出端绝缘套管及引出线上的故障。
主要有相间短路(两相短路及三相短路)故障,大电流接地系统侧的接地故障、低压侧的接地故障。
2.变压器的异常运行方式
大型超高压变压器的不正常运行方式主要有:
由于系统故障或其他原因引起的过负荷或过电流,由于系统电压的升高或频率的降低引起的过励磁,不接地运行变压器中性点电位升高,变压器油箱内油位异常,变压器温度过高及冷却器全停等。
3.变压器保护的一般配置
变压器短路故障时,会产生很大的短路电流,使变压器严重过热,甚至烧坏变压器绕组或铁芯。
特别是变压器油箱内的短路故障,伴随电弧的短路电流可能造成变压器着火。
另外,变压器内、外部的故障短路电流产生电动力,也可能造成变压器本体和绕组变形而损坏。
变压器的异常运行也会危及变压器的安全,如果不能及时发现处理,会造成变压器故障及损坏变压器。
为确保变压器的安全经济运行,当变压器发生短路故障时,应尽快切除变压器;而当变压器出现不正常运行方式时,应尽快发出报警信号并进行相应的处理。
为此,对变压器配置整套完善的保护装置是必要的。
1)短路故障的主保护
变压器短路故障的主保护主要有纵差保护,重瓦斯保护,压力释放保护。
另外,根据变压器的容量、电压等级及结构特点,可配置零差保护及分侧差动保护。
2)短路故障的后备保护
目前,电力变压器上采用较多的短路故障后备保护种类主要有:
复合电压闭锁过流保护,零序过电流或零序方向过电流保护,负序过电流或负序方向过电流保护,复合电压闭锁功率方向保护,低阻抗保护等。
3)异常运行保护
变压器异常运行保护主要有过负荷保护,过励磁保护,变压器中性点间隙保护,轻瓦斯保护,温度、油位保护及冷却器全停保护等。
1.2大型发电机-变压器组的特点及其继电保护配置
大容量机组往往按发电机-变压器组单元接线与高压或超高压电网直接相连,在电力系统中占有十分重要的地位。
由于它结构复杂、造价昂贵,一旦因故障而遭到破坏,在经济上必然会受到很大损失,因此在考虑大容量发电机-变压器组的继电保护整体配置时,应强调最大限度地保证机组安全和最大限度地缩小故障破坏范围,尽可能避免不必要的突然停机,对某些异常工况采用自动处理装置,特别要避免保护装置误动和拒动。
所以不仅要求有可靠性高、灵敏性和选择性强、快速性好的保护继电器,还要求在继电保护的整体配置上尽量做到完善、合理,并力求避免繁琐、复杂[5]。
1.2.1大型发电机-变压器组的特点
1)发电机出口除支接高压厂用变压器外,无其他机端负荷。
2)发电机出口和支接高压厂用变压器高压侧均不装设断路器。
3)升压变压器高压侧中性点直接接地或经放电间隙接地运行。
4)发电机中性点一般可经消弧线圈(欠补偿)或经接地变压器二次电阻(高阻)接地运行。
5)支接高压厂用变压器的低压侧一般为高阻或中阻接地系统[6]。
6)汽轮发电机三相绕组中性点侧引出方式可为:
a)4个引出端,如图1-1(b)所示,即定子绕组为双星形接线,其中一个星形接线绕组的三相端子引出机外,另外一个星形接线绕组只引出它的中性点。
它也可装设发电机和发-变组的不完全纵差保护,但两套保护的中性点侧电流互感器均在同一个星形接线的三相分支绕组中,其性能略低于中性点侧6个引出端的方案。
同时装设零序电流型高灵敏横差保护。
b)4个引出端,如图1-1(b)所示,即定子绕组为双星形接线,其中一个星形接线绕组的三相端子引出机外,另外一个星形接线绕组只引出它的中性点。
图1-1发电机中性点侧端子引出方式
它也可装设发电机和发-变组的不完全纵差保护,但两套保护的中性点侧电流互感器均在同一个星形接线的三相分支绕组中,其性能略低于中性点侧6个引出端的方案。
同时装设零序电流型高灵敏横差保护。
c)2个引出端,即两个星形接线绕组的中性点引出机外,各相分支绕组均不引出,发电机主保护装设零序电流型高灵敏横差保护和故障分量负序方向保护(微机型)或纵向零序电压保护等,不能装设发电机和发-变组的完全或不完全纵差保护。
d)3个引出端,即发电机三相中性点侧引出机外,不能装设零序电流型高灵敏横差保护和不完全纵差保护,只能装设传统的完全纵差保护反映相间短路,因此对匝间短路和分支开焊故障必须另设保护。
水轮发电机的机内空间大,发电机中性点侧的各分支互感器可以安装在机壳内部或外部,可实现两套不完全纵差保护、裂相横差和零序电流型高灵敏横差保护,国内已有很多大型水电厂实现了这种保护配置方案。
1.2.2大型发电机-变压器组继电保护的特点
随着大容量机组和大型发电厂的出现,发电机-变压器组的接线方式在电力系统中获得了广泛的应用。
由于发电机和变压器的成组连接,相当于一个工作元件,因此,就能够把发电机和变压器中某些性能相同的保护合并成一个对全组公用的保护[7]。
例如,装设公共的纵差动保护、过电流保护、过负荷保护等。
这样的结合,可使发电机-变压器组的继电保护变得较为简单和经济。
现将发-变组一些主要保护的特点说明如下:
1.发-变组纵差动保护
1)当发电机和变压器之间无断路器时,一般装设整组公用的纵差动保护,如图1-2(a)所示。
2)但对大容量的发电机组,发电机应补充装设单独的纵差动保护,如图1-2(b)所示。
对于水轮发电机组和绕组直接冷却的汽轮发电机,当公用的差动保护整定值大于1.5倍发电机额定电流时,发电机也应补充装设单独的纵差动保护。
3)当发电机与变压器之间有断路器时,发电机和变压器应分别装设纵差动保护,如图1-2(c)所示。
4)当发电机与变压器之间有分支线时(如厂用电出线)应把分支线也包括在差动保护范围以内,其接线如图1-2(c)所示。
这时分支线上电
图1-2发电机变压器组纵差动保护点相原理图
流互感器的变比应与发电机回路的相同。
2.发电机电压侧单相接地保护
对于发-变组,由于发电机与系统之间没有电的联系,因此,发电机定子接地保护就可以简化。
表1-2发电机定子绕组单相接地故障电流允许值
发电机额定电压/kV
发电机额定功率/MW
接地电容电流允许值/A
6.3
≤50
4
10.5
汽轮发电机
50~100
3
水轮发电机
10~100
13.8~15.75
汽轮发电机
125~200
2①
水轮发电机
40~225
18~20
300~600
1
①对于氢冷发电机接地电流允许值为2.5A。
对发-变组,其发电机的中性点一般不接地或经消弧线圈接地。
发生单相接地的接地电容电流(或补偿后的接地电流)通常小于表1-2的允许值,故接地保护可以采用零序电压保护,并作用于信号。
对大容量的发电机也应装设保护范围为100%的定子接地保护。
3.发电机定子绕组匝间短路保护
所谓匝间短路,就是指由于同相绕组之间的绝缘破坏,导致的同相不同分支之间或相同分支绕组之间的短路。
一直以来,针对发电机要不要设匝间保护,都是存在争论的。
近年来,在国内,虽然大型水轮发电机定子绕组主保护已广泛采用单元件高灵敏横差保护、不完全纵差保护,还有故障分量负序方向保护和裂相横差保护,对于相间短路、匝间短路和分支开焊故障构成双重或三重主保护。
但大多大型汽轮发电机都不设匝间短路保护。
很多人认为大型汽轮发电机同相同槽的线棒数量很少,发生匝间短路的几率很低;而目前匝间短路保护装置的灵敏性和可靠性均不理想,已装设的大多已退出运行;从国外引进的大型发电机组也大多不装设匝间短路保护。
但相关研究表明,大型汽轮发电机同相同槽的约占50%,发生匝间短路的几率是不会小的。
若无匝间短路保护,一旦发生匝间短路,没有继电保护功能,发电机就会持续被匝间短路电流损伤,导致定子铁心严重烧坏。
而纵差保护要等到故障发展到相间短路才会动作。
这对发电机定子铁心是很不利的[8]。
对于匝间短路,单元件式或裂相式横差保护和不完全纵差保护都是有很好的技术性能的,但要装设这些保护,发电机中性点侧必须引出6个或4个端子。
这在前面已予以讨论过了。
随着电机制造技术的进步,从发电机中性点侧引出6个或4个端子也将不是问题。
1.2.3大型发电机-变压器组的继电保护配置原则
1)切实加强大型发电机-变压器组主保护,保证在保护范围内任一点发生各种故障,均有双重或多重原理不同的主保护,有选择性地、快速地、灵敏地切除故障,使机组受到的损伤最轻、对电力系统的影响最小。
2)在切实加强主保护的前提下,同时注意落实后备保护的简化。
过于复杂的后备保护配置方案,不仅是不必要的,而且运行实践证明是有害的。
具体说,大型发电机机端即主变压器低压侧不再装设后备保护,仅在主变压器高压侧配置反应相间短路和单相接地的后备保护,作为主变压器高压母线故障和主变压器引线部分故障的后备;同时为提高安全性,这些后备保护均不联锁跳高压母线上的联络断路器和分段断路器。
3)主变压器高压侧相间短路后备保护,以高压母线两相金属性短路的灵敏度大于或等于1.2为整定条件,首先考虑采用过电流保护,如灵敏度不够,改用一段简易阻抗保护,不设振荡闭锁环节,以0.5~1.0s延时取得选择性和避越振荡,但应有电压回路断线闭锁和电流起动元件;对自并励方式的发电机,还应校核短路电流衰减对过电流或低阻抗保护的影响,并采取相应的技术措施,例如低电压自保持的过电流保护、电压控制的过电流保护或精确工作电流足够小的低阻抗保护。
4)双重化原则:
继保规程(GB14285—1993)2.2.2.5条规定:
对300MW及以上的汽轮发电机-变压器组,应装设双重快速保护,即装设发电机纵联差动保护、变压器纵联差动保护和发电机-变
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