水电站继电保护及二次回路设计

2026/4/23 18:08:38

过较大的过渡电阻两相或单相短路故障时也能可靠动作。

系统最大运行方式:被保护线路末端短路时,系统等效阻抗最小,通过保护装置的短路电流为最大运行方式;

系统最小运行方式:在同样短路故障情况下,系统等效阻抗为最大,通过保护装置的短路电流为最小的运行方式。

保护装置的灵敏性是用灵敏系数来衡量。 (4)速动性

速动性是指继电保护装置应能尽快地切除故障,以减少设备及用户在大电流、低电压运行的时间,降低设备的损坏程度,提高系统并列运行的稳定性。

一般必须快速切除的故障有:

①使发电厂或重要用户的母线电压低于有效值(一般为0.7倍额定电压)。 ②大容量的发电机、变压器和电动机内部故障。

③中、低压线路导线截面过小,为避免过热不允许延时切除的故障。 ④可能危及人身安全、对通信系统造成强烈干扰的故障。

故障切除时间包括保护装置和断路器动作时间,一般快速保护的动作时间为0.04s~0.08s,最快的可达0.01s~0.04s,一般断路器的跳闸时间为0.06s~0.15s,最快的可达0.02s~0.06s。

对于反应不正常运行情况的继电保护装置,一般不要求快速动作,而应按照选择性的条件,带延时地发出信号。

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二、水电站电气主接线图

图1该水电站的一次接线图

设计参数如下:

水轮发电机G1-G4型号:SF75-68/11350;额定电压:13.8kV;

额定功率:75MW;功率因数cos=0.85;

主变压器T1-T4型号:SFP8-90000/220;接线方式:YN,d11 两侧电压:24222.5%/13.8KV

水轮发电机G0型号:SF-J26-40/6400;额定电压:10.5kV;

额定功率:24.5MW;功率因数cos=0.85;

主变压器T0型号:SF8-31500/220接线方式:YN,d11 两侧电压:24222.5%/13.8KV

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三、发电机保护

发电机是电力系统中十分重要和贵重的设备,发电机的安全运行直接影响电力系统的安全。发电机由于结构复杂,在运行中可能发生故障和不正常工作状态,这会对发电机造成危害。同时,系统故障也可能损坏发电机,特别是现代的大中型发电机的单机容量大对系统影响大,损坏后的修复工作复杂且工期长,所以对继电保护提出了更高的要求。针对发电机的故障和不正常工作状态,应装设性能完善的继电保护装置。

1.发电机可能发生的故障及其相应的保护 (1)发电机定子绕组相间短路

定子绕组相间短路会产生很大的短路电流.严重损坏发电机.甚至引起火灾应装设纵联差动保护。

(2)发电机定子绕组匝间短路

定子绕组匝间短路会产生很大的环流,引起故障处温度升高使绝缘老化甚至击穿绝缘发展为单相接地或相间短路,扩大发电机损坏范围。应装设定子绕组的匝间短路保护。

(3)发电机定子绕组单相接地

定子绕组单相接地是发电机易发生的一种故障。单相接地后,其电容电流流过故障点的定子铁芯,当此电流较大或持续时间较长时,会使铁芯局部熔化,给修复工作带来很大困难。因此,应装设灵敏反映全部绕组任一点接地故障的100%定子绕组单相接地保护。

(4)发电机转子绕组一点接地和两点接地

转子绕组一点接地,由于没有构成通路,对发电机没有直接危害,但若再发生另一点接地,就造成两点接地,则转子绕组一部分被短接,不但会烧毁转子绕组,而且由于部分绕组短接会破坏磁路的对称性,造成磁势不平衡而引起机组剧烈振动,产生严重后果因此。因此,应装设转子绕组一点接地保护和两点接地保护。

(5)发电机失磁

由于转子绕组断线,励磁回路故障或灭磁开关误动等原因,将造成转子失磁,失磁故障不仅对发电机造成危害,而且对电力系统安全也会造成严重影响,因此

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应装设失磁保护。

2.发电机的不正常工作状态及其机器相应的保护

(1)由于外部短路、非周期合闸以及系统振荡等原因引起的过电流,应装设过电流保护,作为外部短路和内部短路的后备保护。对于50MW及以上的发电机,应装设负序过电流保护。

(2)由于负荷超过发电机额定值,或负序电流超过发电机长期允许值允许值所造成的对称或不对称过负荷。针对对称过负荷,应装设只接于一相的过负荷信号保护;针对不对称过负荷,一般在50MW及以上发电机应装设负序过负荷保护。

(3)发电机突然甩负荷引起过电压,特别是水轮发电机因其调速系统惯性大和中间再热式大型汽轮发电机功频调节器的调节过程比较缓慢,在突然甩负荷时,转速急剧上升从而引起过电压。因此,在水轮发电机和大型汽轮发电机上应装设过电压保护。

(4)当汽轮发电机主汽门突然关闭而发电机断路器未断开时,发电机变为从系统吸收无功而过渡到同步发电机运行状态,对汽轮发电机叶片特别是尾叶,可能过热而损坏。因此应装设逆功率保护。

为了消除发电机故障,其保护动作跳开发电机断路器的同时还应作用于自动灭磁开关断开发电机励磁电流。

四、主变保护

电力变压器是电力系统中非常重要的电气设备之一,它的安全运行对于保证电力系统的正常运行和供电的可靠性起着决定性的作用,同时大容量电力变压器的造价也十分昂贵。因此,针对电力变压器可能发生的各种故障和不正常运行状态应装设相应的继电保护装置,并合理进行整定计算。

变压器的故障可分为油箱内故障和油箱外故障两类。油箱内故障主要包括绕组的相间短路、匝间短路、接地短路、铁芯烧毁等,油箱外故障主要是绕组引出线及出线套管上发生的相间短路和接地短路。变压器油箱内故障十分危险,由于油箱内充满了变压器油,故障点的电弧将使变压器油急剧分解汽化,产生大量的可燃性气体(瓦斯),很容易引起油箱爆炸。油箱外故障所产生的短路电流若不

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