600MW机组继电保护课程设计

继电保护课程设计报告

600MW机组保护配置及整定

指导老师：班勇

专业班级：1 姓 名： 学 号：1

设计时间：2016年1月7日

继电保护课程设计 第 I 页

目录

600MW机组保护配置及整定........................................ ......5 摘要.......................................................... ........5 1．600MW机组保护的配置............................ ...................6 2．各设备参数及短路电流计算...................................... ....10

2.1各设备相关参数................................................10 2.2短路电流计算..................................................11

2.2.1阻抗参数计算............................................11 2.2.2短路电流计算............................................13

3

．

发

变

组

差

动

保

护

整

定

计

算.............................................23

3.1 保护原理................................ .....................23 3.2保护整定计算..................................................23

3.2.1平衡系数的计算..........................................23 3.2.2变斜率比率差动保护......................................25

4.发电机保护整定计算............................... ..................29

4.1发电机差动保护................................................29

4.1.1保护基本参数............................................29 4.1.2变斜率比率差动保护......................................29 4.2发电机匝间保护................................................32

4.2.1保护原理................................................32 4.2.2整定计算（横差）..........................................33 4.2.3纵向零序电压匝间保护整定................................33 4.3发电机相间后备保护............................................34

4.3.1保护原理................................................34 4.3.2 保护整定计算...................... ....................35 4.3.3阻抗保护................................................38 4.4 发电机定子接地保护....................... ....................40

继电保护课程设计 第 II 页

4.4.1保护原理（三次谐波电压定子接地）..........................40 4.4.2保护整定计算............................................40 4.5发电机转子接地保护............................................41

4.5.1保护原理（转子一点接地）..................................41 4.5.2 保护整定计算（转子一点接地）.............................43 4.5.3保护原理（转子两点接地）..................................43 4.5.4保护整定计算（转子两点接地）..............................43 4.6发电机定子过负荷保护..........................................44

4.6.1保护原理（发电机定子绕组过负荷）.........................44 4.6.2 过负荷保护整定............. ............................44 4.7发电机负序过负荷保护..........................................46

4.7.1 保护原理.............................................. 46 4.7.2 保护整定计算............................... ............46 4.8发电机失磁保护................................................48

4.8.1 保护原理............................................... 48 4.8.2 保护整定计算........................................... 49 4.9发电机失步保护................................................52

4.9.1保护原理................................................52 4.9.2 保护整定计算.......................................... 53 4.10发电机过电压保护.............................................54

4.10.1保护原理...............................................54 4.10.2 保护整定计算.......................................... 55 4.11 发电机过励磁保护............................................ 56

4.11.1基本原理...............................................56 4.11.2 保护整定计算.......................................... 56 4.12 发电机逆功率保护............................................ 58

4.12.1基本原理...............................................58 4.12.2 保护整定计算.......................................... 58 4.13发电机频率异常保护...........................................59

继电保护课程设计 第 III 页

4.13.1 保护原理.............................................. 59 4.13.2 保护整定计算..........................................59 4.14发电机启停机保护.............................................60

4.14.1保护整定计算...........................................60

5

．

主

变

保

护

整

定

计

算...................................................63

5.1主变瓦斯保护..................................................63

5.1.1保护原理................................................63 5.1.2保护整定计算............................................63 5.2主变差动保护..................................................63

5.2.1保护原理................................................63 5.2.2保护整定计算............................................64 5.3复合电压过流保护..............................................68

5.3.1主变过负荷保护..........................................71 5.3.2主变起动风冷保护........................................71 5.4带放电间隙的零序电流电压保护..................................72

5.4.1保护原理................................................72 5.4.2 保护整定计算........................................... 72 5.5.3主变过励磁保护..........................................73

6.高厂变保护整定计算................................................. 74

6.1高厂变差动保护................................................74

6.1.1保护整定计算............................................74 6.2 复合电压过流保护（高压侧）...................................78

6.2.1 保护整定计算......................................... 78 6.3高厂变过负荷保护..............................................79

6.3.1保护整定计算............................................79 6.4高厂变起动风冷................................................80

6.4.1保护整定计算............................................80 6.5 复合电压过流保护（低压侧）.....................................80

继电保护课程设计 第 IV 页

6.5.1 保护整定计算........................................... 80 6.6 零序过流保护................................................. 82

6.6.1保护整定计算............................................82 6.7 过负荷保护................................................... 83

6.7.1 保护整定计算........................................... 83

7.启备变保护整定计算................................................. 84

7.1启备变差动保护................................................84

7.1.1保护整定计算............................................84 7.2 复合电压过流保护（高压侧）.....................................88

7.2.1保护整定计算............................................88 7.3高厂变过负荷保护..............................................89

7.3.1保护整定计算............................................89 7.4高厂变起动风冷................................................90

7.4.1保护整定计算............................................90 7.5复合电压过流保护（低压侧）....................................90

7.5.1保护整定计算............................................90 7.6 零序过流保护................................................. 92

7.6.1 保护整定计算........................................... 92 7.7 过负荷保护................................................... 93

7.7.1保护整定计算............................................93

参考文献............................................................. 94

继电保护课程设计 第 5 页

600MW机组保护配置及整定

摘要

目前，我国电力行业已进入大机组、大容量、超高压远距离输电的时代。这对于维护电网安全、可靠、稳定运行的继电保护装置而言也提出了更高的要求。600MW机组是现阶段我国的主力发电机组，在其运行过程中有可能发生各种故障和不正常运行状态。因而继电保护装置对该机组运行的保护就显得更为重要，继电保护装置要能够反映机组的各种故障以及不正常运行状态，以便更快和更为准确的断开机组，不让故障进一步扩大。

也是基于600MW机组继电保护装置的重要性，我们在本次课程中将全面介绍和600MW机组保护原理，并对600MW发电机组的主变以及发变组单元的保护进行介绍。同时我们也将对该继电保护设备进行相关整定并撰写本说明书。

继电保护课程设计 第 6 页

1．600MW机组保护的配置

通过分析系统一次接线图，考虑到为使本机组可以安全、可靠、经济运行。结合国家相关规程规定，本小组对本机组保护的配置如下表：

系统500kV启备变主变厂高变6.3kV备用母线6.3kV母线

图1.1 系统接线图

继电保护课程设计 第 7 页

600MW汽轮发电机组保护配置表（任务书） 保护动作行为 保护装置名称 停程序跳信号 增减出力 增减励磁 * 机 闸 发电机、变压器组差动保护 发电机差动保护 发电机定子匝间短路保护 发电机定子接地短路 发电机转子一点接地保护 发电机定子对称负荷保护 反时限 * 发电机定子不对称负荷保护 定时限 * 反时限 * 定时限 * 发电机转子过负荷保护 发电机失磁保护 发电机低频保护 发电机失步保护 高压断路器非全相运行保护 发电机逆序功率保护 发电机启停保护 高压断路器失灵保护 高压断路器断口闪络保护 反时限 * * 90% 100% * * * * * * 定时限 * * * * * * * * 表1.1 发电机保护配置

继电保护课程设计 第 8 页

主变压器保护配置表（任务书） 保护装置名称 差动保护 瓦斯保护 复合电压启动的过电流保护 过负荷保护 起动风冷保护 零序电流/电压保护 过励磁保护 500KV断路器失灵保护 主/后备 主 主 后 后 后 后 后 后 * * 出口动作行为 切除 信号 * * * * 延时切除 * * 表1.2 主变保护配置

高厂变、启备变保护配置（任务书） 保护装置名称 瓦斯保护 差动保护 复合电压启动的过电流保护 过负荷保护 起动风冷保护 * * * * * 保护动作行为 切除 发信 延时动作 零序过电流/电压保护（启备变） 表1.3 厂用变、启备变保护配置

继电保护课程设计 第 9 页

其他非电量保护 保护装置名称 主、厂用变压力释放保护 主、厂用变突加压力 主、厂用变绕组温度升高 主、厂用变油位异常 主、厂用变冷却器全停 发电机断水保护 热工保护 保护动作行为 切除 * * * 表1.4 其他非电量保护

发信 * * * 延时动作 * 注：*表示有此动作。

继电保护课程设计 第 10 页

2．各设备参数及短路电流计算

2.1各设备相关参数

额定容量 额定功率 额定电压 额定电流 直轴超瞬态电抗 直轴瞬态电抗 20.38% 26.71% 励磁方式 强励倍数 长期允许负序电流 允许负序电流发热时间常负序电抗 20.11% 数 定子绕组允许过热常数 表2.1 发电机参数

667MW 600MW 20KV 19245A 功率因素 空载励磁电压 额定励磁电流 额定励磁电压 0.9 144V 4128A 421.8V 自并励静态励磁 大于等于2 I2/In小于等于8% 直轴同步电抗 226.96% A小于等于10 K1=37.5 容量 电压比 电流 阻抗电压 零序阻抗 720MW 792/20875A 18% 72.57 相数 接线 铁芯结构特点 高压侧中性点接地 低压侧中性点接地 表2.2 主变参数

3相 Ynd11 双绕组 接地 不接地 容量 电压比 电流 39MVA 相数 接线 3相 Dyn1 15% 722/2291 短路阻抗 表2.3 高厂变参数

继电保护课程设计 第 11 页

容量 电压比 接地电阻 X0 39MVA 18.18 1209 相数 接线 Uk% 3相 YNyn0d 15% 表2.4 起备变参数

运行方式 X1 X0 基准值 最大运行方式 0.06 0.11 最小运行方式 0.11 0.19 Sj=1000MVA Uj=525kV 表2.5 系统参数

电压等级kV 500 20 6 基准电压kV 525 20 6.3 表2.6 各电压等级基准值

基准功率MVA 1000 1000 1000 2.2短路电流计算

2.2.1阻抗参数计算

发电机：

错误！未找到引用源。=1000MVA

SN?600/0.9?667MVA

SB/SN?1000?1.56000.9

Xd?226.96%?1.5?3.404

继电保护课程设计 第 12 页

'Xd?26.71%*1.5?0.40065\Xd?20.383%*1.5?0.3057X2?20.112%*1.5?0.302

主变：

XT?XT0?18%*1000?0.25720

高厂变：

XT?15%*1000?3.84639

得到系统等值电路图为图2.1

继电保护课程设计 第 13 页

Xs1.max=0.06 Xs0.max=0.11 Xs1.min=0.11 Xs0.min=0.19 系统 500kV D1 Xt=0.25 Xt启=3.846 D2 Xd?3.4046.3kV 'Xd?0.4006X?0.3057X2?0.302\dXt高=3.846 D4 发电机 图2.1 系统等值电路图

6.3kV D3 2.2.2短路电流计算

1、各序阻抗计算 1) 最小运行方式下

对错误！未找到引用源。点：

继电保护课程设计 第 14 页

对错误！未找到引用源。

对错误！未找到引用源。

对错误！未找到引用源。

2) 最大运行方式下： 对错误！未找到引用源。

继电保护课程设计 第 20 页

Id3max?11000??22.911(KA)4.03?6.3

错误！未找到引用源。点:

x????0.306?0.25?0.06??3.846?3.90Id4max?11000??23.49(KA)3.903?6.3

5、短路电流计算结果

单相接地KA 两相接地KA 三相接地KA 发电机供给 1.978 94.338 系提供给 d1 11.298 d2 0 d3 1.855 d4 22.292 20.154 23.27 10.352 151.976 19.792 9.997 80.187 22.848 表2.7 最小运行方式短路电流结果

单相接地KA 两相接地KA 三相接地KA 发电机供给 1.978 94.338 系提供给 d1 17.93 17.637 18.329 d2 0 162.87 93.121 22.911 表2.8 最大运行方式短路电流结果

d3 1.924 19.84 d4 22.46 19.84 23.49

继电保护课程设计 第 21 页

3．发变组差动保护整定计算

3.1 保护原理

差动保护是利用基尔霍夫电流定理工作的，当变压器正常工作或区外故障时，将其看作理想变压器，则流入变压器的电流和流出电流（折算后的电流）相等，差动继电器不动作。当变压器内部故障时，两侧（或三侧）向故障点提供短路电流，差动保护感受到的二次电流和的正比于故障点电流，差动继电器动作。差动保护原理简单、使用电气量单纯、保护范围明确、动作不需延时。发变组差动保护俗称“机-变大差动”，它就是应用纵联差动的原理，只不过把发电机差动和主变压器差动合二为一，使用一套纵差保

继电保护课程设计 第 22 页

护设备，保护范围扩大到整个“发变组”。

3.2保护整定计算

3.2.1平衡系数的计算

1）计算主变各侧一次电流值 主变高压侧

I1N?发电机中性点侧

SNU1N?3?720?103525?3?792A

I2N?高厂变高压侧

SNU2N?3?720?10320?3?20785A

I2N?启备变高压侧

SNU2N?3?720?10320?3?20785A

I2N?SNU2N?3?720?10320?3?20785A

2）计算主变各侧二次额定电流 主变高压侧

I1n?I1N792??2.64A15003005

发电机中性点侧/高厂变高压侧/启备变高压侧

I2n?I3n?I4n?20785?4.157A250005

3）各侧平衡系数(发电机侧为基准侧) 主变高压侧

Kph1?I2n4.157??1.575I1n2.64

继电保护课程设计 第 23 页

发电机中性点侧/高厂变高压侧/启备变高压侧

Kph2?Kph3?Kph4?1 电压等级（kV） 额定电流（A） CT 接线 CT 变比 CT 级别 二次电流（A） 平衡系数 备 注

表3.1 相关参数表

主变高压侧 发电机中性点侧 高厂变高压侧 启备变高压侧 5 25 7 92 Y 1 500 /5 5 P30 2 .64 1 .57 5 20 20 785 Y 25 000/ 5 5P30 4. 157 1 20 2078 5 Y 250 00/5 5P3 0 4.1 57 1 20 2078 5 Y 250 00/5 5P3 0 4.1 57 1 保护软件固定选取基准侧为主变低压侧(发电机侧)变压器CT二次 3.2.2变斜率比率差动保护

1）确定最小动作电流

最小动作电流Id值应按躲过正常变压器额定负载时的最大不平衡电流整定。即

Id?Krel(Ker??U??m)I2n?1.5?(0.01?2?0.05?0.05)I2n?0.18I2n

式 中：Krel：可靠系数，一般取1 .3～1.5； Ker：电流互感器比误差(10P型取0 .03×2 ，5P 型和TP型取0. 01×2 )，取0.0 1×2；U：变压器调压引起误差，取0. 05；m ：由于电流互感器变比未 完全匹配产生误差，可取0.05。

依整定计算导则:在工程实用计算中可取 (0.2 ~ 0.5) I2n,且实测最大负载时差回路中的最大不平衡电流 。

建议取0.3I 2n ，则Id=0.3 I2n =0.3 *4.157 =1.247 A 。 2）确定起始斜率Kbl1

继电保护课程设计 第 24 页

Kbl1?KrelKer?1.5*0.1?0.15

式 中：Krel ：可靠系数,取1.0～2. 0；Ker ：互感器比误差 系数 ，取0. 1；Kbl1 ：变斜率比率差动起始斜率 ，一般取 0. 1～ 0.2 。

3）确定最大斜率Kbl 2

最大斜率 Kbl2 按保护躲开外部短路工况产生的最大不平衡电流来确定。

Kbl2?Iunb.max*?Id*?3Kbl1Ik.max*?3

计算错误！未找到引用源。 需考虑两种情况 ：

①主变高压侧d1点短路时，发电机提供的短路电流1.978KA,折算到低压侧为1.978*525/20=51.923KA。

②高厂变高压侧短路时，流过差动回路的最大穿越电流为：

错误！未找到引用源。

取 1）、2）中较大者， 则：

对于两绕组变压器，有:

式中： 错误！未找到引用源。、错误！未找到引用源。、错误！未找到引用源。同上；Kap非周期分量系数，TP级电流互感器取1. 0，

P 级电流互感器取 1.5 ～2.0；Kcc为电流互感器的同型系数，取1 .0。

错误！未找到引用源。0.287

根据工程经验，一般取错误！未找到引用源。=0.7 4）灵敏系数计算

继电保护课程设计 第 30 页

定值：按躲过机组非同期合闸产生的最大不平衡电流整定。

对于大机组，一般取3~4倍额定电流，建议按

4Ie

整定。取定值

K?4,cIds?49d4?3.8?1A5。

灵敏系数：按系统最小运行方一式下，发电机出日保护区内两相金属性短路(D2点短路)计算。

发电机G供给的短路电流:

(2)I?3d2.min?31''?XXd2?SB3?UB(20)

11000??82.237kA0.306?0.3023?20

500kV系统S供给的两相短路电流:

I3(2)??80.187?69.444kAd2.min2

2因为RCS-985在处理Y/D转换时进行了幅植校正，故两相短路故障时500kV系统侧

流入差动继电器的电流，是两相短路电流植乘以系数为：

3。流入差动继电器的总电流

Id?(82.237?69.444?灵敏系数

21)?103??32.485A2500053

Ksen?32.485?2.11?1.2Icdsd15.396 满足要求

?Id6）出口方式

保护出口瞬时动作于全停。

继电保护课程设计 第 31 页

4.2发电机匝间保护

4.2.1保护原理

在大容量发电机中，由于额定电流很大，其每相都是由两个并联的绕组组成的，如图2所示。在正常情况下，两个绕组中的电势相等，各供出一半的负荷电流。当任一个绕组中发生匝间短路时，两个绕组中的电势就不再相等，因而会由于出现电 势差而产生一个均衡电流，在两个绕组中环流。因此，利用反应两个支路电流之差的原理，即可实现对发电机定子绕组匝间短路的保护，此即横差动保护。 4.2.2整定计算（横差）

20KV100V100V100V///3（机端） 333PT变比:

CT变比:25000/5=5000(机端) 1）高灵敏横差保护

动作电流按躲过发电机正常运行时最大不平衡电流整定，可靠系数应大于2，一般可取:

Iop?0.05式中:

If1nIf1nnTA?0.05?19245?0.05?3.849?0.192250005

nTA为发电机一次额定电流；为发电机横差零序CT变比。

2）高值段横差保护

动作电流按躲过外部不刘一称短路故障或发电机失磁、失步转子偏心产生的最大不平衡电流整定，一般可取;

Kbl2?0.7

3）动作时限

单元件横差保护不设动作延时，但当在发电机励磁回路一点接地动作后，为防比励磁回路发生瞬时性两点接地时横差保护误动，保护切换为0.5~1s延时动作。

继电保护课程设计 第 32 页

4）出口方式 动作于全停。

4.2.3纵向零序电压匝间保护整定

纵向零序电压取自专用电压互感器的开口三角绕组(专用电压互感器一次侧中性点与发电机中性点有一根高压电缆相连，且不接地)。

1）灵敏段纵向零序电压保护 动作电压

Uop：按躲过发电机带额定负荷时开口三角上最大基波不平衡电压整定，

一般可取2~3V。当无实测值时，可先整定

2）高值段纵向零序电压

Uop?3V，开机后再调整定值，保证灵敏度。

按躲过外部短路故障时开口三角上最人基波电压整定，一般可取8~12V。 3）动作时限

为躲过外部短路故障暂态过程的影响，一般取t=0.1~0.2s。 4)出口方式 动作于全停。

4.3发电机相间后备保护

发电机相间短路后备保护包括发电机复合电压过流保护和发电机阻抗保护。发电机复合电压过流取机端、中性点电流的较大值，发电机阻抗保护取发电机中性点电流。如机端、中性点侧CT变比不一致时，保护装置处理时将中性点侧电流按CT变比关系，全部校正到与机端CT变比一样的电流量。

相间短路后备保护电流取自后备保护通道时，发电机复合电压过流、发电机阻抗保护根据后备保护CT变比整定。

20KV100V100V100V///3（机端） 333PT变比:

500100kVV100V3PT变比: 3（500kV母线） CT变化：25000/5=5000 (中性点侧)

继电保护课程设计 第 33 页

CT变化：25000/5=5000 (机端) 4.3.1保护原理

发电机复压过流保护原理发电机复压(记忆)过流保护由复合电压元件、三相过流元件“与”构成;记忆功能可投退。

1)复合电压元件。满足下列条件之一时,复合电压元件动作。U1

2)过流元件。过流元件接于电流互感器二次三相回路中,当任一相电流满足下列条件时,保护动作。I>Iop,Iop为动作电流整定值。

3)TV异常对复合电压判别的影响。机端出现TV异常时,复合电压是否动作取决于“TV异常后复压元件”控制字的整定。“TV异常后复压元件”控制字的整定及含义:TV异常后复压元件为“0”—机端TV异常后该侧复压元件不满足,闭锁过流;TV异常后复压元件为“1”—机端TV异常后则复压元件开放,保护变为纯过流保护。

IA>IB>IC>UABPT断线++0/t内(当有记忆时)&t1t2短路后备1短路后备2图4.2 发电机(变压器)复合电压过流保护

4.3.2 保护整定计算

1)电流元件

Ⅰ段电流元件按躲过主变高压侧三相短路（D1点短路)流过发电机的最大短路电流整定。

继电保护课程设计 第 34 页

IopI?Krel?I52515251(3)???1.3?1.978?103???13.50Ad1.max20n205000TA

Ⅱ段电流元件按发电机额定电流下可靠返回条件整定。动作电流为:

1.3IopII??If2n??3.849?5.267AKr0.95

灵敏度计算:按主变高压侧母线发生两相短路（D1短路）进行灵敏度计算

Krel(2)I?3d1.min1'')?(X?X)(XT?XdT2?SB3?UB(20)

?3I11000??45.126kA(0.25?0.306)?(0.25?0.302)3?20(2)45.126?103d1.minKsen???1.714?1.2IopIInTA5.267?5000，满足要求。

注:过流工段可不经复合电压闭锁;对于自并励发电机，如记忆功能投入，过电流保护必须经复合电压闭锁。

2)复合电压元件

低电压元件：低电压位按躲过发电机失磁时最低机端电压整定，一般按不不大于60%

UN整定(汽轮电机组)，故可取动作电压:

Uop?60%UN?60%?100?60V式中:

UN（线电压）

为发电机额定线电压(二次值)

对于水轮发电机：

灵敏度计算:按主变高压母线三相短路(d1点短路)进行灵敏度计算。主变高压母线三相短路时，发电机电压为:

Uop?0.7UN

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/bwd7.html