电气工程及其自动化专业毕业论文

-1-第1章绪论第１.１节电力系统继电保护的作用我企业电力系统的运行要求安全可靠、电能质量高、经济性好。但是，电力系统的组成元件数量多，结构各异，运行情况复杂，覆盖的地域辽阔。因此，受自然条件、设备及人为因素的影响，可能出现各种故障和不正常运行状态。故障中最常见，危害最大的是各种型式的短路。为此，还应设置以各级计算机为中心，用分层控制方式实施的安全监控系统，它能对包括正常运行在内的各种运行状态实施控制。这样才能更进一步地确保电力系统的安全运行。继电保护装置，就是指能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。它的基本任务是：（1）当电力系统中发生短路故障时，继电保护能自动地、迅速地和有选择性地动作，使断路器跳闸，将故障元件从电力系统中切除，以系统无故障的部分迅速恢复正常运行，并使故障的设备或线路免于继续遭受破坏。（2）当电气设备出现不正常运行情况时，根据不正常运行情况的种类和设备运行维护条件，继电保护装置则发出信号，以便由值班人员及时处理，或由装置自动进行调整。由此可见，继电保护在电力系统中的主要作用是通过预防事故或缩小事故范围来提高系统运行的可靠性，最大限度地保证向用户安全供电。因此，继电保护是电力系统重要的组成部分，是保证电力系统安全可靠运行的不可缺少的技术措施。在现代的电力系统中，如果没有专门的继电保护装置，要想维持系统的正常运行是根本不可能的。第１.２节继电保护的基本特性动作于跳闸的继电保护，在技术上一般应满足四个基本要求，即选择性、速动性、灵敏性和可靠性。1.2.1选择性所谓继电保护装置动作的选择性就是指当电力系统中的设备或线路发生短路时，其继电保护仅将故障的设备或线路从电力系统中切除，当故障设备或线路的保护或断路器拒绝动作时，应由相邻设备或线路的保护秒年个鼓掌切除。总之，要求继电保护装置有选择地动作，是提高电力系统供电可靠性的基本条件，保-2-护装置无选择性的动作，又没有采取措施（如线路的自动重合闸）予以纠正，是不允许的。1.2.2速动性所谓速动性就是指继电保护装置应能尽快地切除故障。对于反应短路故障的继电保护，要求快速动作的主要理由和必要性在于：（1）快速切除故障可以提高电力系统并列运行的稳定性。因此，快速切除故障是提高系统并列运行稳定性，防止系统事故的一项重要措施。（4）快速切除故障可以防止故障的扩大，提高自动重合闸和备用电源或设备自动投入成功率。从上述理由可知，快速切除鼓掌，对提高电力系统运行的可靠性具有重大的意义。切除故障的时间是指从发生短路故障的时刻起到断路器跳闸电弧熄灭为止的时间，它等于继电保护装置的动作时间与断路器跳闸时间之和。所以，为了保证快速切除故障，除了加快保护装置的动作时间之外，还必须采用快速跳闸断路器。1.2.3灵敏性所谓继电保护装置的灵敏性是指电气设备或线路在被保护范围内发生短路故障或不正常运行情况时，保护装置的反映能力。1.2.4可靠性所谓保护装置的可靠性是指在拨户范围内发生的故障该保护应该动作时，不应该由于它本身的缺陷而拒绝动作；而在不属于它动作的任何情况下，则应该可靠不动作。要求继电保护装置有很高的可靠性是非常重要的。因为，博爱户装置的拒绝动作或误动作，都将给电力系统和用户带来严重的损失。所以，在设计、安装和维护继电保护装置时，必须满足可靠性的要求。以上四个基本要求是设计、培植和维护继电保护的依据，又是分析评价继电保护的基础。这四个基本要求之间，是相互联系的，但往往由存在着矛盾。因此，在实际工作中，要根据电网的结构和用户的性质，辩证地进行统一。参数计算需要用到标幺值或有名值，在实际的电力系统中，各元件的电抗表示方法不统一，基值也不一样。如发电机电抗，厂家给出的是以发电机额定容量Sn和额定电压Un为基值的标幺电抗Xd（%）；而输电线路电抗，通常是用有名值。在标幺制中，单个物理量均用标幺值来表示，标幺值的定义如下：-3-标幺值=实际有名值（任意单位）/基准值（与有名值同单位）可见，一个物理量的标幺值，就是其有名值与选定的同单位的基准值比值，也就是对基准值的倍数值。显然，同一个实际值，当所选的基准值不同是，其标幺值也不同。所以当诉说一个物理量的标幺值是，必须同时说明起基准值多大，否则仅有一个标幺值是没意义的。使用标幺值,首先必须选定基准值.电力系统的各电气量基准值的选择,在符合电路基本关系的前提下,原则上可以任意选取。系统各元件参数的计算是进行以后各种计算的基础，例如各种网络化简和短路零序电流的计算等等。第2.2节系统元件参数的计算2．2．1元件参数计算原则参数计算需要用到标幺值或有名值，因此做下述简介。在实际的电力系统中，各元件的电抗表示方法不统一，基值也不一样。如发电机电抗，厂家给出的是以发电机额定容量Sn和额定电压Un为基值的标幺电抗Xd（%）；而输电线路电抗，通常是用有名值。在标幺制中，单个物理量均用标幺值来表示，标幺值的定义如下：标幺值=实际有名值（任意单位）/基准值（与有名值同单位）显然，同一个实际值，当所选的基准值不同是，其标幺值也不同。所以当诉说一个物理量的标幺值是，必须同时说明起基准值多大，否则仅有一个标幺值是没意义的。当选定电压、电流、阻抗、和功率的基准值分别为UB、IB、ZB和SB时,相应的标幺值为U×=U/UB（2-1）I×=I/IB（2-2）Z×=Z/ZB（2-3）S×=S/SB（2-4）使用标幺值,首先必须选定基准值.电力系统的各电气量基准值的选择,在符合电路基-4-本关系的前提下,原则上可以任意选取。四个物理量的基准值都要分别满足以上的公式。因此，四个基准值只能任选两个，其余两个则由上述关系式决定。至于先选定哪两个基准值，原则上没有限制；但习惯上多先选定UBＳB。这样电力系统主要涉及三相短路的IBZB,可得:ＩＢ＝ＳＢ／√３UＢ（2-5）ＺＢ＝UＢ／√３ＩＢ＝U²B／ＳＢ（2-6）UＢ和ＳＢ原则上选任何值都可以，但应根据计算的内容及计算方便来选择。通常UB多选为额定电压或平均额定电压。ＳB可选系统的或某发电机的总功率；有时也可取一整数，如100、1000MVA等。（3）标幺值的归算①精确的计算法，再标幺值归算中，不仅将各电压级参数归算到基本级，而且还需选取同样的基准值来计算标幺值。1）将各电压级参数的有名值按有名制的精确计算法归算到基本级，再基本级选取统一的电压基值和功率基值。2）各电压级参数的有名值不归算到基本值而是再基本级选取电压基值和功率基值后将电压基值向各被归算级归算，然后救灾各电压级用归算得到的基准电压和基准功率计算各元件的标幺值。②近似计算：标幺值计算的近似归算也是用平均额定电行计算。标幺值的近似计算可以就在各电压级用选定的功率基准值和各平均额定电压作为电压基准来计算标幺值即可。本网络采用近似计算法。选取基准值：SB=100MVAUB1=115KVUB2=10.5KVUB3=6.3KV计算结果为：（计算结果详细过程见《计算书》第1页）2．2．2元件参数一览表电源：参数计算表(2-1)名称额定容量功率因数Xd正序电抗GSBCOSΦ标幺值有名值(Ω)发电机A43MVA0.80.280.65186.116发电机B75MVA0.80.150.226.45发电机C31.25MVA0.80.1650.152669.828变压器参数计算表(2-2)-5-变压器名称变压器额定容量（MVA）变比短路电压百分比绕组电抗标幺值有名值（Ω）UkXT*XTT140MVA10.50.262534.716T215MVA10.50.792.575T331.5MVA10.50.33344.083T410MVA10.51.05138.863T520MVA10.50.52569.431线路参数计算表(2-3)第3章电流电压互感器及变压器中性点的选择第3.1节输电线路电流电压互感器的选择3.1.1输电线路CT的选择（1）CT的作用①电流互感器将高压回路中的电流变换为低压回路中的小电流，并将高压回路与低压回路隔离，使他们之间不存在电的直接关系。②额定的情况下，电流互感器的二次侧电流取为5A，这样可使继电保护装置和其它二次回路的设计制造标准化。③电保护装置和其它二次回路设备工作于低电压和小电流，不仅使造价降低，维护线路名称长度（KM）正（负）序电阻正（负）序电抗零序电阻零序电抗有名值（Ω）标幺值有名值（Ω）标幺值有名值（Ω）标幺值有名值（Ω）标幺值L1305.10.0386120.090715.30.1157420.318L2305.10.0386120.090715.30.1157420.318L3305.10.0386120.090715.30.1157420.318L46010.20.0771240.181530.60.23141320.9981-6-方便，而且也保证了运行人员的安全。1）电流互感器二次回路必须有一点接地，否则当一，二次击穿时，造成威胁人身和设备的安全。（2）CT的选择和配置①型号：电流互感器的型号应根据作用环境条件与产品情况选择。（1）PT的作用①电压互感器的作用是将一次侧高电压成比例的变换为较低的电压，实现了二次系统与一次系统的隔离，保证了工作人员的安全。②电压互感器二次侧电压通常为100V,这样可以做到测量仪表及继电器的小型化和标准化。（2）PT的配置原则：①型式：电压互感器的型式应根据使用条件选择，在需要检查与监视一次回路单相接地时，应选用三相五柱式电压互感器或具有三绕组的单相互感器组。②一次电压的波动范围：1.1UnU10.9Un③二次电压：100V④准确等级：电压互感器应在哪一准确度等级下工作，需根据接入的测量仪表.继电器与自动装置及设备对准确等级的要求来确定。⑤二次负荷：S2≤Sn（3）输电线路上PT变比的选择线路电均为110KV,故选用三相屋外的PT。由《发电厂电气部分课设参考资料》查得变比为10031003220000。可用三个单相的PT组合而成。第3.2节变压器中性点的选择3.2.1变压器中性点的选择原则（1）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）如何选择发电机或变压器中性点的运行方式，是一种比较复杂的综合性的技术经济问题，不论采用哪一种运行方式，都涉及到供电可靠性，过电压绝缘配合，继电保护和自动装置的正确动作，系统的布置，电讯及无线电干扰，接地故障时对生命的危险以及系统稳定等一系列问题。-7-（3）本课题所设计网络是110ＫＶ。电力网中性点的接地方式，决定了变压器中性点的接地方式。主变压器的１１０ＫＶ侧采用中性点直接接地方式：①凡是中低压有电源的升压站和降压站至少有一台变压器直接接地②终端变电所的变压器中性点一般接地。③变压器中性点接地点的数量应使用电网短路点的综合零序电抗。（4）所有普通变压器的中性点都应经隔离开关接地，以便于运行调度灵活，选择接地点，当变压器中性点可能断开运行时，若该变压器中性点绝缘不按线电压设计，应在中性点装设避雷器的保护。（5）选择接地点时应保证任何故障形式都不应使电网解列成为中性点不接地系统，双母线界限有两台及以上变压器时，可考虑两台主变压器中性点接地。根据上述原则本次设计的变压器中性点的接地方式为表3—1名称发电厂变电站变压器数4台2台接地数目3台2台-8-第4章系统运行方式的选择第4.1节4.1.1最大运行方式计算短路电流时运行方式的确非常重要，因为它关系到所选的保护是否经济合理，简单可靠，以及是否能满足灵敏度要求等一系列问题保护的运行方式是以通过保护装置的短路电流大小来区分的。根据系统最大负荷的需要，电力系统中的发点设备都投入运行或大部分投入运行，以及选定的接地中性点全部接地的系统运行方式称为最大运行方式。它是指供电系统中的发电机，变压器，并联线路全投入的运行方式。系统在最大运行方式工作的时候，等值阻抗最小，短路电流最大，发电机容量最大。4.1.2最小运行方式根据系统最小负荷投