小型水电站发电机、变压器及联络线路继电保护设计

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第一篇 设计说明书 1 原始资料分析

1.1 原始设计资料

（1）系统接线图如图1.1

φ

图1.1系统接线图

（2）发电机参数如表1.2

表1.2 发电机参数表

发电机序号 ＃1、＃2、＃3 ＃4、＃5

容量（MVA） 额定电压（kV）

19.5 4

10.5 10.5

功率因数cos?

0.95 0.8

正序电抗 0.205 0.2

负序电抗 0.241 0.241

1

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（3）变压器参数如表1.1

表1.1 变压器参数表

变压器序号 1B 2B 3B、4B 5B、6B

变压器容量（kVA） 20000 40000 40000 4000

绕组接线 Y0/△-11 Y0/Y0/△-12-11 Y0/Y/△-12-11 Y/△-11

变比 121（5%）/10.5 121（5%）/38.5（5%）

/10.5 110（5%）/38.5（5%）

/11

10.5/38.5

短路电压(%)

Ⅰ-Ⅱ Ⅰ-Ⅲ Ⅱ-Ⅲ 10.5 18 10.5 7

10.5 18

6.5 6.5

（4）线路参数：110kV线路LGJ-185，35kV线路GJ-70，接地线LGJ-35。

L1、L2、L3输送的最大工作电流均为419.89A，TA变比500/5。3B、4B的38.5kV

侧线路输送的最大工作电流641.50A，TA变比800/5。11kV侧线路输送的最大工作电流2194.43A，TA变比3000/5。短路计算时，忽略线路电阻不计，取X1=0.04欧/公里，X0=3X1，X1?X2。

（5）发电机均为低水头，径流式，定子绕组单星形接线，其上游有一水电站，

Xd=0.817，X2=0.241，n=75转/分。变压器采用分级绝缘，中性点不允许过电压。

（6）取基准容量为100MVA，基准电压为平均额定电压。

（7）110kV线路切除故障时间＜0.5秒满足系统稳定要求，所有发电机均装有自动电压调整器。

1.2 设计任务

本次设计的主要任务是针对水电厂的#1发电机，以及对水电厂升压变1B变压器和L1联络线路的继电保护设计。

2

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2系统运行方式的确定

电力系统中，为使系统安全、经济、合理运行，或者满足检修工作的要求，需要经常变更系统的运行方式，由此相应地引起了系统参数的变化。在设计变、配电站选择开关电器和确定继电保护装置整定值时，往往需要根据电力系统不同运行方式下的短路电流值来计算和校验所选用电器的稳定度和继电保护装置的灵敏度。系统所用的保护方式应在系统的各种运行方式下都能满足灵敏性和选择性的要求[1]。

最小运行方式，是系统在该方式下运行时，具有最大的短路阻抗值，发生短路后产生的短路电流最小的一种运行方式。一般根据系统最小运行方式的短路电流值来校验继电保护装置的灵敏度。

最大运行方式，是系统在该方式下运行时，具有最小的短路阻抗值，发生短路后产生的短路电流最大的一种运行方式。一般根据系统最大运行方式的短路电流值来校验所选用的开关电器的稳定性。

2.1 系统的最小运行方式

根据系统的最小负荷，投入与之相适应的发电设备，系统中性点只有少部分接地，以及短路时通过保护的短路电流最小的运行方式，即为系统的最小运行方式，即只开一台机和投入一台变压器时。最小运行方式是＃1发电机，1B主变，L1联络线投入运行，L2联络线不与此水电站构成联络，110kV母线为单母线分段。系统G1、G2的最小运行方式已经给定，G1系统X1?0.08,X0?0.08；G2系统为X1?0.416，

X0?0.632。

2.2 系统的最大运行方式

根据系统最大负荷的需要，电力系统中发电设备都投入运行，选定的接地中性点全部接地，以及短路时通过保护的短路电流最大的运行方式，即为系统的最大运行方式。所以设计所需要计算的小水电站最大运行方式为＃1、＃2、＃3发电机，1B、

2B主变，L1、L2联络线，及35kV侧出线都投入运行；系统G1、G2的最大运行

方式已经给定，G1系统X1?0.04，X0?0.04；G2系统为X1?0.194，X0?0.362

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3 中性点接地的选择

3.1 中性点接地的选择原则

电力系统的中性点是指：三相电力系统中星形连接的变压器或发电机中性点。目前我国的电力系统采用中性点运行方式主要有三种，中性点不接地，经过消弧线圈和直接接地，前两种称不接地电流系统；后一种又称为大接地电流系统[2]。

中性点的直接接地系统中发生接地短路，将产生很大的零序电流分量，利用零序分量构成保护，可作为一种主要的接地短路保护。大接地的电流系统发生接地短路时，零序电流的大小和分布与变压器中性点接地的数目和位置有密切的关系，中性接地点的数目越多，意味着系统零序总阻抗越小，零序电流越大；中性点接地位置的不同，则意味着零序电流的分布不同。通常，变压器中性点接地的位置和数目按如下两个原则考虑：一是使零序电流保护装置在系统的各种运行方式下保护范围基本保持不变，且具有足够的灵敏度和可靠性；二是不使变压器承受危险的过电压。为此，应使变压器中性点接地数目和位置尽可能保持不变。

3.2 变压器中性点接地的位置和数目的具体选择原则

（1）对单电源系统，线路末端变电站的变压器一般不应接地，以提高保护的灵敏度和简化保护线路[3]。

（2）对多电源系统，要求每个电源点都有一个中性点接地，以防接地短路的过电压对变压器产生危害。

（3）电源端的变电所只有一台变压器时，其变压器的中性点应直接接地。 （4）变电所有两台及以上变压器时，应只将一台变压器中性点直接接地运行，当该变压器停运时，再将另一台中性点不接地的变压器改为中性点直接接地运行。若由于某些原因，变电所正常情况下必须有二台变压器中性点直接接地运行，则当其中一台中性点直接接地变压器停运时，应将第三台变压器改为中性点直接接地的运行。 （5）低电压侧无电源的变压器中性点应不接地运行,以提高保护的灵敏度和简化保护接线。

3.3中性点接地的选择

根据以上的原则和本次设计的课题考虑，水电站升压站的1B变压器中性点直接接地，2B变压器备用接地。110kV变电站，3B变压器中性点直接接地，4B变压器备用接地。

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4 正、负、零序网络制定

4.1 系统中各元件参数的计算说明

根据原始设计资料，计算系统各元件的参数标幺值时，取基准容量SB?100MVA，基准电压UB?Uar。举例计算，发电机#1参数计算结果为：x3(1)?0.205?100?1.051。19.5系统的其他元件参数结果见表4.1，表4.2，表4.3。详细计算过程见计算书。

表4.1 系统及发电机参数

序号 系统G1 系统G2 #1 #2 #3 #4 #5

X1

0.04 0.194 1.051 1.051 1.051 5 5

X2

0.04 0.194 1.236 1.236 1.236 6.025 6.025

表4.2 变压器参数

X0

0.04 0.362 0 0 0 0 0

序号 1B 2B 3B 4B 5B 6B

X1

0.525 0.275 0.275 0.275 1.75 1.75

X2

0.525 0.175 0 0 1.75 1.75

表4.3 线路参数

X0

0.525 0 0.175 0.175 1.75 1.75

序号 L1 L2 L3 L4 L5

X1

0.03 0.119 0.096 2.337 2.337

X2

0.03 0.119 0.096 2.337 2.337

X0

0.09 0.357 0.289 7.012 7.012

5

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/a6eh.html