火力发电厂继电保护课程设计(包括继电保护方案配置和变压器保护和发电机保护整定等)

最新推荐文章于 2025-12-20 12:58:20 发布

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#课程设计 #支持向量机

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💥第一部分——内容介绍

火力发电厂继电保护课程设计研究文档

摘要：本文聚焦于火力发电厂继电保护课程设计，深入探讨继电保护方案配置、变压器保护及发电机保护整定等关键内容。通过对相关理论、标准及实际案例的分析，旨在为火力发电厂继电保护的设计、运行与维护提供科学依据，确保电力系统的安全稳定运行。

关键词：火力发电厂；继电保护；方案配置；变压器保护；发电机保护整定

一、引言

电力工业作为国家经济发展的重要支柱产业，其安全稳定运行至关重要。火力发电厂作为电力生产的主要来源之一，其继电保护系统是保障电厂电气设备安全运行、防止故障扩大、减少停电范围的关键防线。合理的继电保护方案配置和准确的保护整定计算，能够有效提高电力系统的可靠性和稳定性，降低因故障造成的经济损失和社会影响。因此，开展火力发电厂继电保护课程设计研究具有重要的现实意义。

二、火力发电厂继电保护方案配置

2.1 配置原则

火力发电厂继电保护的配置需遵循《继电保护和安全自动装置技术规程》GB/T14285、《电气装置的继电保护和自动装置设计规范》（GB/T 50062 - 2008）等标准要求，同时综合考虑电力系统的结构特点、运行特性、故障出现概率及可能造成的后果、近期发展情况以及经济合理性等因素。所选用的保护方式应满足电力系统结构和发电厂主接线的要求，并考虑电力系统和发电厂运行方式的灵活性。

2.2 主要保护类型及配置

2.2.1 发电机保护

定子绕组及其引出线相间短路保护：针对1MW以上发电机的定子绕组及其引出线的相间短路，应装设纵联差动保护。该保护通过比较发电机定子绕组两端电流的大小和相位，能够快速、准确地切除故障，保护发电机免受相间短路的损害。
定子绕组接地保护：对于直接联于母线的发电机定子绕组单相接地故障，当发电机电压网络的接地电容电流大于或等于5A时（不考虑消弧线圈的补偿作用），应装设动作于跳闸的零序电流保护；当接地电容电流小于5A时，则装设作用于信号的接地保护。对于发电机变压器组，一般在发电机电压侧装设作用于信号的接地保护；当发电机电压侧接地电容电流大于5A时，应装设消弧线圈。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，通常采用基波零序电压和三次谐波电压配合工作的方式，实现对定子绕组100%范围的保护。
定子绕组匝间短路保护：对于发电机定子绕组的匝间短路，当绕组接成星形且每相中有引出的并联支路时，应装设单继电器式的横联差动保护。该保护能够检测到同一相绕组中不同并联支路之间的电流差异，从而判断是否存在匝间短路故障。
外部短路引起的过电流保护：可采用负序过电流及单相式低电压起动过电流保护，一般用于50MW及以上的发电机；过电流保护则用于1MW以下的小发电机。
负序过电流保护：针对不对称负荷或外部不对称短路而引起的负序过电流，一般在50MW及以上的发电机上装设负序电流保护，以防止发电机转子表面过热损坏。
过负荷保护：对于由对称负荷引起的发电机定子绕组过电流，应装设接于一相电流的过负荷保护，当过负荷情况发生时发出信号，提醒运行人员采取措施。
过电压保护：对于水轮发电机定子绕组过电压，应装设带延时的过电压保护，防止过电压对发电机绝缘造成损坏。
励磁回路保护：水轮发电机一般装设一点接地保护，小容量机组可采用定期检测装置；对汽轮发电机励磁回路的一点接地，一般采用定期检测装置，对大容量机组则可以装设一点接地保护。对两点接地故障，应装设两点接地保护，在励磁回路发生一点接地后投入。
失磁保护：对于发电机励磁消失的故障，在发电机不允许失磁运行时，应在自动灭磁开关断开时连锁断开发电机的断路器；对采用半导体励磁以及100MW及以上采用电机励磁的发电机，应增设直接反应发电机失磁时电气参数变化的专用失磁保护。
转子回路过负荷保护：在100MW及以上并采用半导体励磁系统的发电机上，应装设转子过负荷保护，防止转子绕组因过负荷而损坏。
逆功率保护：对于汽轮发电机主汽门突然关闭，为防止汽轮机遭到损坏，对大容量的发电机组可考虑装设逆功率保护，当发电机出现逆功率运行时，保护装置动作跳闸，保护汽轮机。

2.2.2 变压器保护

瓦斯保护：为反应变压器油箱内部各种短路故障和油面降低，对于0.8MVA及以上的油浸式变压器均应装设瓦斯保护。当变压器内部发生故障时，产生的大量热能使油分解出可燃性气体，向油枕方向流动，当流速超过气体继电器的签定值时，气体继电器的挡板受到冲击，使断路器跳闸，从而避免事故扩大。
差动保护：变压器差动保护是按照电流循环设计的，主要应对变压器绕组内部或者是引出线上的各种短路故障。对于高压侧电压为330kV及以上的变压器，可装设双重差动保护，达到反应变压器绕组和引出线的多相短路及绕组匝间短路的目的。双重差动保护装置中，CT的二次绕组分配设计需合理，以确保在变压器正常运行或外部故障时，差动继电器中的电流接近于0，差动保护不动作；当变压器内部故障时，差动继电器中的电流为故障点短路电流，大于继电器动作电流，继电器动作，跳变压器各侧断路器切除故障，同时发动作信号。
过电流保护：变压器的过电流保护一般作为后备保护设置，为反应变压器外部故障而引起的变压器绕组过电流，以及在变压器内部故障时，作为差动保护和瓦斯保护的后备保护。根据变压器的容量和短路电流的情况不同，可分为过电流保护、复合电压启动的电流保护和负序电流的过电流保护等。过电流保护常用于降压变压器；复合电压启动的电流保护在过电流保护不能够起到保护作用时可采用；负序电流的过电流保护则常适用于容量较大的升压变压器。

三、变压器保护整定计算

3.1 瓦斯保护整定

瓦斯保护的动作电流和动作时间通常由气体继电器的特性决定，一般无需进行复杂的整定计算。但对于重瓦斯保护，其动作于跳闸的出口继电器动作电流应躲过变压器正常运行时气体继电器中的不平衡电流，同时应保证在变压器内部严重故障时能够可靠动作。

3.2 差动保护整定

3.2.1 比率制动型变压器纵差动保护整定

最小动作电流Iop.min：应大于变压器额定负载时的不平衡电流，计算公式为Iop.min = Krel(2Ker(n)+AU+Am)In，其中Krel为可靠系数，一般取1.3 - 1.5；Ker(n)为电流互感器在I下的比值误差，对于10P级电流互感器，Ker(n)=±0.03，对于5P级电流互感器，Ker(n)=±0.01；AU为变压器分接头调节引起的最大误差（相对额定电压）；Am为两侧TA变比未完全匹配产生的误差，一般取0.05，如微机保护Am = 0；In为变压器基本侧（导则规定选二次电流较小侧）的额定电流。在工程实用整定计算中可选取Iop.min = (0.2 - 0.5)In，并需要折算至标么制计算的基本侧。
最小制动电流Ires.min：根据相关导则要求，Ires.min = (0.8 - 1.0)In，不宜大于1。
比例制动系数斜率S：斜率应大于非周期分量引起的TA误差产生的不平衡电流，计算公式为S = (KapKcKer) / In，其中Kap为非周期分量系数，两侧同为P级电流互感器取1.5 - 2.0；Kc为电流互感器的同型系数，Kc = 1.0；Ker为电流互感器的比误差，取0.1。一般情况下可取S = 0.3 - 0.4。
灵敏度计算：灵敏系数Ksen = Ia.op / Iop，其中Ia.op为最小运行方式下变压器区内两相短路时最小短路电流TA二次值；Iop为变压器区内故障最小短路电流对应的差动保护动作电流。
差电流速断整定：差动速断的整定值应按躲过变压器初始励磁涌流或外部短路最大不平衡电流整定。差动速断倍数按5 - 8倍变压器额定电流整定（启备变压器容量小且系统等值电抗也小时取较大值）。
二次谐波制动系数整定：整定范围在15% - 20%，可取15%。

3.2.2 拟合曲线式变压器差动保护整定

最小动作电流Iop.min：依据相关导则，最小动作电流应大于变压器额定负载时的不平衡电流，工程实用整定计算中可选取Iop.min = (0.2 - 0.5)In/nTA，一般工程宜采用不小于0.3In/nTA。
斜率S1：应大于非周期分量引起的TA误差产生的不平衡电流，取第一斜率S1 = 0.3。
拐点1（BREAK1）：应小于由于直流分量和剩磁引起TA饱和的电流值，为使变压器绕组内部故障获得较高的灵敏度，希望当制动电流小于2.5 - 3倍变压器额定电流时，制动量不要增加太快。
拐点2（BREAK2）：是第二斜率的起点，应小于仅由交流分量引起TA饱和的电流值，为使绕组内部短路获得较高的灵敏度，区外故障有足够的制动电流，因此取5倍变压器额定电流为拐点2对应的电流值。
斜率2（SLOPE2）：应大于最严重外部故障（即一侧TA饱和，另一侧未饱和）情况下产生的斜率，此值可高达95% - 98%。

四、发电机保护整定计算

4.1 定子绕组相间短路纵联差动保护整定

最小动作电流Iop.min：应躲过发电机外部短路时的最大不平衡电流，同时考虑电流互感器的误差和变压器分接头调节等因素。一般可取Iop.min = (0.1 - 0.2)In，其中In为发电机的额定电流。
制动系数Kres：根据发电机的运行情况和短路电流计算结果确定，一般取Kres = 0.3 - 0.5。
灵敏度校验：灵敏系数Ksen应满足在最小运行方式下，发电机出口两相短路时，保护装置能够可靠动作，一般要求Ksen ≥ 2。

4.2 定子接地保护整定

4.2.1 基波零序电压保护整定

动作电压Uop：应躲过正常运行时的不平衡电压，同时考虑系统接地故障时零序电压的变化范围。一般可取Uop = (0.05 - 0.15)Un，其中Un为发电机的额定电压。
动作时间top：根据系统要求和保护配合关系确定，一般取top = 0.5 - 1.0s。

4.2.2 三次谐波电压保护整定

动作判据：反应机端与中性点三次谐波电压比的保护，其动作判据为|U3N / U3S| > Kset，其中U3N为中性点三次谐波电压，U3S为机端三次谐波电压，Kset为整定值。
整定值Kset：根据发电机正常运行时的最大三次谐波电压比值a0确定，一般取Kset = (1.05 - 1.15)a0。

4.3 负序过电流保护整定

动作电流I2op：应躲过发电机长期允许的负序电流，同时考虑系统不对称短路时出现的最大负序电流。一般可取I2op = (0.1 - 0.2)In。
动作时间top：根据发电机的负序电流承受能力和系统要求确定，一般采用反时限特性，其动作时间与负序电流的平方成反比。

五、结论

火力发电厂继电保护是保障电力系统安全稳定运行的重要环节。合理的继电保护方案配置和准确的保护整定计算能够快速、准确地切除故障，保护电气设备免受损坏，减少停电范围和停电时间。在实际工程中，应根据发电厂的具体情况，如机组容量、电压等级、系统接线方式等，严格按照相关标准和规范进行继电保护方案的设计和整定计算。同时，随着电力系统的不断发展和新技术的应用，继电保护装置也在不断更新换代，如微机保护装置的广泛应用，为继电保护的可靠性和灵敏度提供了有力保障。因此，电力工程技术人员应不断学习和掌握新的技术和知识，提高继电保护的设计和运行维护水平，以确保火力发电厂及整个电力系统的安全稳定运行。