MW发电机组自动装置整定计算及仿真Word下载.doc
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4.7 发电机过电压保护 14
4.8 发电机失磁保护（阻抗原理） 14
4.9 发电机基波零序电压式定子接地保护 16
4.10 发电机三次谐波电压式定子接地保护 16
4.11 发电机注入式转子一点接地保护 17
4.12 发电机转子两点接地保护 17
4.13 发电机频率异常保护 18
4.14 阻抗保护 19
4.15 变压器零序电流保护 19
4.16 低电压起动的过电流保护 20
5继电保护及自动装置整定计算 22
5.1 相关参数计算 22
5.2 发电机纵差动保护 22
5.3 发电机横差动保护 24
5.4 变压器纵差动保护 24
5.5 发电机反时限对称过负荷保护 24
5.6 发电机反时限不对称过负荷保护 25
5.7 复合电压过流保护 26
5.8 发电机过电压保护 26
5.9 发电机失磁保护（阻抗原理） 26
5.10 发电机基波零序电压式定子接地保护 27
5.11 发电机三次谐波电压式定子接地保护 27
5.12 发电机注入式转子一点接地保护 28
5.13 发电机转子两点接地保护 28
5.14 发电机频率异常保护 28
5.15 阻抗保护 29
5.16 变压器零序电流保护 30
5.17 低电压起动的过电流保护 31
5.18 备用电源自动投入装置有关元件的整定计算 31
5.19 pss660数字式自动准同期装置整定计算 32
5.20 BKQ-01B微机型备用电源快速切换装置整定计算 34
5.21 本章结论 36
6厂用电快速切换仿真 40
6.1厂用电快速切换的基本原理 40
6.2厂用电快速切换仿真模型简介 41
6.3模型中各个元件的主要参数设置 42
6.4仿真波形图 44
6.5仿真结论 46
7结论 47
谢辞 48
参考文献 49
附录1：
短路电流计算书 50
61
1绪论
近年来国内各大电网发展较快，600MW机组已经在电厂中得到了广泛的应用。
继电保护及安全自动装置是电力系统中的一个重要组成部分。
它对电力系统安全稳定地运行起着极为重要的作用，特别是在现代的超高压、大容量的电力系统中，对继电保护及安全自动装置提出了更高的要求[1,2]。
另外继电保护及安全自动装置比较复杂，对其进行整定计算是一项内容多、难度大的任务，但又具有非常高的实际应用价值。
不同于传统的保护，随着计算机技术日新月异的发展，当今的保护无一例外的使用了先进的数字式微机保护。
由于微机保护有性能稳定，技术指标先进，功能全，体积小、可靠性高、自检功能强、灵活可靠、硬件规范化、模块化、互换性好、软件编制可标准化、模块化、便于扩充等诸多优点，因此对于微机保护的研究成为国内外研究的热点[5,7]。
本文的主要任务是对发电机组继电保护及自动装置的数字式微机保护进行整定计算。
首先构建系统一次接线图，确定短路点和发电机、主变压器等设备的参数，算出故障点的短路电流。
根据《继电保护及自动装置技术规程》为发电机组配备了DGT801发电机成套保护装置、pss660数字式自动准同期装置WBKQ-01B微机型备用电源快速切换装置等。
根据相应保护的产品说明书，再结合选择的故障点的短路电流以及发电机主变压器的基本参数，分别进行了发电机组的主保护、后备保护、异常运行保护以及备用电源和备用设备自动投入装置、准同期装置、厂用电快速切换装置的整定计算。
厂用电系统的安全可靠性对整个机组乃至整个电厂运行的安全、可靠性有着非常重要的影响,而厂用电切换则是整个厂用系统的一个重要环节[9]。
发电厂的厂用电快速切换涉及到的开关量值较多，逻辑相对复杂，对其在实际工程中进行研究比较困难，而与此同时MATLAB依靠其强大功能，已经在电力仿真方面得到了广泛的应用，利用它对厂用电快切进行仿真，可以使厂用电快切变得直观而容易理解[10]。
本文就是针对利用MATLAB对厂用电快切进行仿真这一任务来展开工作的。
首先根据厂用工作电源和备用（启动）电源典型接线建立仿真模型，再设定各个元件的相关参数，最后根据仿真过程中母线电压的波形得出快速切换是最安全可靠的切换，是主切换。
2发电机组一次设备设计
2.1600MW发电机组一次接线及系统运行方式说明
某发电厂的接线如图2.1所示，该发电厂有两台型号为QFSN-600-ZYH的600MW发电机通过两台功率为800MW的SSPL-800000/500主变压器升压至500KV，由三条输电线与三个系统相连。
图2.1某600MW发电机组一次接线示意图
2.2主要设备参数
1．发电机（600MW）
型号：
QFSN-600-ZYH
额定电流：
19245A
额定电压：
20KV
功率因数：
同步电抗：
209%
次暂态阻抗：
X"
d=20%
2．主变压器（800MVA双卷变）
型号：
SSPL-800000/500
变比：
525±
2×
2.5%/20
短路电压百分值：
10%
连接组别：
YN,d11
3．输电导线
1）线路1
LGJ-400/50
线路长度：
279.8KM
2）线路2
LGJ-500/45
266.4KM
3）线路3
LGJ-630/55
600KM
2.3系统运行方式
系统1最大运行方式下短路功率为5000MVA，最小运行方式下短路功率为4000MVA。
系统2最大运行方式下短路功率为4000MVA，最小运行方式下短路功率为3000MVA。
系统3最大运行方式下短路功率为2500MVA，最小运行方式下短路功率为2000MVA
2.4有关短路点及短路形式的选择
选择变压器两侧为短路点，分别计算三相短路、两相短路及接地短路故障时短路点的电气量及保护安装处的与继电保护整定有关电气量。
3继电保护及自动装置配置
电力系统继电保护及自动装置是指在电网中发生故障或异常运行时起控制作用的自动装置。
电力系统中装设自动装置,用于防止系统稳定破坏或事故扩大而造成大面积停电,或对重要用户的供电长时间中断[8]。
3.1继电保护保护配置
图3.1是600MW（300MW）—500kV发变组单元的保护配置图，高压侧为3/2断路器。
主保护为：
发电机纵差、发电机匝间（横差保护）、主变纵差保护。
发电机后备和异常运行保护为：
对称过负荷（反时限）保护、不对称过负荷（反时限）保护、复合电压过流保护、过电压保护、失磁保护、失步保护、100%定子接地保护、转子一点二点接地保护、低频保护保护。
主变压器后备和异常运行保护为：
主变阻抗保护、零序电流保护。
图3.1600MW—500kV发电机组保护配置图
3.2发电机组安全自动装置的配置
3.2.1备用电源和备用设备自动投入装置
对于发电厂厂用电系统，由于其故障所引起的严重后果，必须加强厂用电的供电可靠性。
但对厂用电来讲，采用环网供电，往往使厂用电系统的运行及其继电保护装置更加复杂化，反而会造成严重的事故，因而多采用所谓辐射型的供电网络。
为了提高其供电可靠性，往往采用备用电源自动投入装置（BZT）。
发电机准同期并列是发电厂一项很频繁的日常操作，如果操作错误，冲击电流过大，可能使机组的大轴扭曲及引起发电机的卷线变型、撕裂、绝缘损坏，严重的非同期并列会造成机组和电网事故，所以电力部门将并网自动化列为电力系统自动化的一项重要任务。
另外随着计算机技术的发展和电力系统自动化水平的不断提高，对同期设备的可靠性、可操作性等性能也提出了更高的要求。
3.2.2pss660数字式自动准同期装置
3.2.2.1.产品简介
本设计采用南自生产的pss660数字式自动准同期装置以其极高的可靠性和先进的模块化设计思想，能够满足各种同期应用场合的要求。
它可用于火电厂同步发电机组的快速并网。
PSS660数字式自动准同期装置主要实现数目可配置的1～16个对象的线路型同期或机组型自动准同期。
PSS660适用于各种场合的发电机或线路并网。
3.2.3WBKQ-01B微机型备用电源快速切换装置
发电厂中，厂用电的安全可靠直接关系到发电机组、电厂乃至整个电力系统的安全运行。
以往厂用电切换大都采用工作电源的辅助接点直接（或经低压继电器、延时继电器）起动备用电源投入。
这种方式未经同步检定，电动机易受冲击。
合上备用电源时，母线残压与备用电源电压之间的相角差已接近180°
，将会对电动机造成过大的冲击。
若经过延时待母线残压衰减到一定幅值后再投入备用电源，由于断电时间过长，母线电压和电机的转速均下降过大，备用电源合上后，电动机组的自起动电流很大，母线电压将可能难以恢复，从而对电厂的锅炉系统的稳定性带来严重的危害。
3.2.3.1产品简介
本设计采用南自WBKQ-01B微机型备用电源快速切换装置。
该装置是专门为解决厂用电的安全运行而研制的，可避免备用电源电压与母线残压在相角、频率相差过大时合闸而对电机造成冲击，如失去快速切换的机会，则装置自动转为同期判别或判残压及长延时的慢速切换，同时在电压跌落过程中，可按延时甩去部分非重要负荷，以利于重要辅机的自起动。
提高厂用电切换的成功率。
WBKQ-01B是在原有WBKQ-01的基础上改进、完善的新一代备用电源快速切换装置。
该装置改进了测频、测相回路，运用32位单片机强大的运算功能采用软件进行测量，提高了装置在切换暂态过程中测频、测相的准确性、可靠性。
该装置采用了先进的软件算法，保证了工作电源（或备用电源）与母线电源不同频率时的采样、计算的准确性。
装置采用免调整理念设计，所有的补偿采用软件进行调整，重要参数采用密码锁管理，大屏幕中文图形化显示，使得用户对厂用电源的各种运行参数一目了然。
厂用电源故障时采用实时测量相角差速度及加速度实现同期判别功能。
内置独立的通信、打印机管理单元使得多台装置可共享一台打印机，也具有与DCS系统或监控系统通信功能。
4继电保护及自动装置整定原则
4.1比率制动式纵差保护
整定原则及取值建议
（1）比率制动系数（曲线斜率）
应按躲过区外三相短路时产生的最大暂态不平衡差流来整定，通常，对发电机完全纵差
（4.1）
（2）启动电流
按躲过正常工况下最大不平衡差流来整定。
不平衡差流产生的原因：
主要是差动保护两侧TA的变比误差，保护装置中通道回路的调整误差。
一般
（4.2）
（3）拐点电流
的大小，决定保护开始产生制动作用的电流大小，建议按躲过外部故障切除后的暂态过程中产生的最大不平衡差流整定。
（4.3）
（4）负序电压U2
解除循环闭锁的负序电压（二次值）。
可取
U2=（9~12）V。
（5）差动保护灵敏度校验
按有关技术规程，发电机纵差动保护的灵敏度必须满足机端两相金属性短路时，差动保护的灵敏系数
≥2
灵敏系数定义为机端两相金属性短路时，短路电流与差动保护动作电流之比值，越大，保护动作越灵敏，可靠性越高。
4.2发电机横差保护
发电机横差保护，是发电机定子绕组匝间短路（同分支匝间短路及同相不同分支之间的匝间短路）、线棒开焊的主保护，也能保护定子绕组相间短路。
4.2.1整定原则及取值建议
（1）动作电流
在发电机单元件横差保护中，有专用的滤过三次谐波的措施。
因此，单元件横差保护的动作电流，应按躲过系统内不对称短路或发电机失磁失步时转子偏心产生的最大不平衡电流。
建议
（4.7）
式中——发电机二次额定电流
（2）动作延时
与转子两点接地保护动作延时相配合。
一般取秒。
4.3变压器纵差动保护
变压器纵差动保护，是变压器内部及引出线上短路故障的主保护，它能反应变压器内部及引出线上的相间短路、变压器内部匝间短路及大电流系统侧的单相接地短路故障。
另外，尚能躲过变压器空充电及外部故障切除后的励磁涌流。
4.3.1整定原则及取值建议
（1）比率制动系数（曲线斜率）
比率制动系数整定原则，按躲过变压器出口三相短路时产生的最大暂态不平衡差流来整定（即过拐点的斜线通过出口区外故障最大差流对应点的上方）。
一般取
（2）启动电流
整定原则：
能可靠躲过变压器正常运行时的最大不平衡差流。
一般（4.8）
（3）拐点电流
变压器各侧差动TA的型号及变比不可能相同。
因此，各侧TA的暂态特性的差异较大。
为躲过区外远处故障或近区故障切除瞬间产生较大不平衡差流的影响，建议拐点电流：
（4.9）
（4）二次谐波制动比
空投变压器时，励磁涌流的大小、二次谐波分量的多少或波形畸变程度，与变压器的容量、结构、所在系统中的位置及合闸角等因素有关。
为了使差动保护能可靠地躲过变压器空投时的励磁涌流，又能确保在变压器内部故障时故障电流波形有畸变（含有二次谐波分量）时，差动保护能可靠动作，应根据被保护变压器的容量、结构及在系统中的位置，整定出适当的二次谐波制动比。
一般取
（5）差动速断倍数
变压器差动速断动作倍数的整定原则，应按躲过变压器空投时的励磁涌流或外部短路时最大不平衡差流来整定。
而变压器励磁涌流的大小与变压器的容量、结构、所在系统中的位置等均有关，对于大容量变压器一般
（倍）
（6）解除TA断线功能差流倍数
差流大于Ict整定值时，解除TA断线判别环节。
一般TA断线引起的差流小于最大负荷电流，故
TA二次回路开路是危险的，特别是大容量变压器TA二次开路，将会造成TA绝缘损坏、保护装置或二次回路着火，还将危及人身安全。
因此，建议去掉TA断线判别功能，即
（7）变压器额定电流
基准侧差动TA二次电流的计算，可按下式进行
（4.10）
式中——变压器额定容量；
——基准侧额定相间电压；
——基准侧差动TA变比。
4.3.2灵敏度校验
同4．1节发电机纵差保护相同，变压器差动保护的灵敏度要求
才能保证在区内发生各类型故障（有各种各样暂态过程）时保护动作的可靠性。
4.4发电机反时限对称过负荷保护
发电机反时限对称过负荷保护，是发电机定子的过热保护，主要用于内冷式大型汽轮发电机.
4.4.1整定原则及取值建议
（1）定时限整定值
按躲过发电机的额定电流来整定，即
（4.11）
式中——可靠系数取1.05；
——发电机额定电流（TA二次值）。
（2）定时限动作延时，通常取（）s
（3）反时限下限启动电流
按与过负荷保护动作电流相配合整定。
=1.15（4.12）
（4）反时限下限长延时
按照发电机允许过负荷能力曲线上1.15对应时间的0.8～0.9倍来整定。
通取
（5）反时限上限电流
按照发电厂高压母线三相短路时发电机提供的短路电流来整定。
一般为其1.05倍。
（4.13）
（6）反时限上限动作延时
上限动作延时应按与发电厂高压母线出线的纵联保护或距离I段保护动作时间相配合来整定。
（7）散热系数
散热系数之值一般为之间。
4.5发电机反时限不对称过负荷保护
发电机反时限不对称过负荷保护，适用于大型内冷式汽轮发电机。
是发电机的转子过热保护，也叫转子表层过热保护。
4.5.1整定原则及取值建议
（1）定时限整定值
电流整定值按发电机长期允许的负序电流来整定。
即
（4.14）
式中——可靠系数取1.2；
——发电机长期运行允许的负序电流。
（2）定时限动作延时，通常取
反时限下限启动电流，可按定时限动作电流的倍来整定
（4.15）
（4）反时限下限长延时 取（300～600）S
上限动作电流，应按发电厂主变高压侧母线上发生两相短路时发电机所提供的负序电流的1.05倍来整定。
上限动作时间应按与电厂高压母线出线纵联保护或距离保护I段的动作延时配合来整定。
通常取0.3～0.5S。
（7）热值系数及散热系数
热值系数K1，应按发电机制造厂家提供的转子表层允许的负序过负荷能力确定。
若无厂家提供的数据，可按发电机的容量取值。
对于容量为200~300MW的内冷式汽轮发电机，可取K1=8~10（通常取K1=10）。
对于容量为300~600MW的汽轮发电机，可取K1=6~8。
容量越大，K1取值应越小。
散热系数K2，根据发电机的长期允许负序电流能力来确定。
通常K2值不大于0.01。
4.6复合电压过流保护
发电机复合电压过流保护主要作为发电机相间短路的后备保护。
当发电机为自并励方式时，过流元件应有电流记忆功能。
4.6.1整定原则及取值建议
（1）过流定值
动作电流应按躲过正常运行时发电机的额定电流来整定。
（4.16）
式中：
——可靠系数，取1.2；
——发电机额定电流（TA二次值）。
（2）低电压定值
低电压定值，按躲过发电机正常运行时可能出现的最低电压来整定，另外，对于发电机复合电压过流保护还应考虑强行励磁动作时的电压。
通常
（4.17）
式中
——发电机额定电压（TV二次值）。
（3）负序电压
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