电厂电气主接线方案 电力工程论文 精品

摘要
摘要
本篇论文主要针对主要针对直岗拉卡水电站在电力系统的地位，拟定本电厂的电气主接线方案，经过技术经济比较，确定推荐方案，对其进行短路电流的计算，对电厂所用设备进行选择，然后对各级电压配电装置及总体布置设计。

并且对其发电机继电保护进行设计。

在这些设计过程中需要用到各种电力工程设计手册，并且借用AutoCAD辅助工具画出其电气主接线图、室外配电装置图、发电机保护的原理接线图、展开图、保护屏的布置及端子排接线图。

尤其是厂用电在不同电源切换过程中存在的问题进行了较深入的分析，解决了厂用电切换经常不成功并损坏开关等电力设备这一严重问题。

本人首先分析了厂用电系统的结构及厂用电切换对于电厂安全运行的重要性。

从理论上对厂用电切换过程中电气量的变化规律进行了较深入的分析。

对厂用电切换过程中切换装置所采用的“快速切换”、“残压切换”或“延时切换”及“同期捕捉切换”等方式分别进行了分析研究，特别是对于每种方式可能对厂用电的安全运行所造成的影响进行了分析。

关键词电气主接线厂用电系统
- I -
目录
摘要 (I)
第1章电气主接线设计 (1)
1.1设计原则 (1)
1.2各方案比较 (2)
第2章厂用电设计及安全切换 (8)
2.1 厂用电设计原则 (8)
2.2 厂用电安全切换的重要性 (8)
第3章短路电流计算 (10)
3.1 对称短路电流计算 (10)
第4章电器主设备选择 (12)
4.1 对方案I的各主设备选择 (12)
4.2 对方案Ⅱ的各主设备选择 (18)
第5章发电机继电保护原理设计及保护原理 (19)
5.1 初步分析 (19)
5.2 对F1的保护整定计算 (19)
5.3 对F5的保护整定计算 (22)
第6章结论与展望 (27)
参考文献 (28)
- II -
第一章电气主接线设计
第1章电气主接线设计
1.1设计原则
电气主接线是水电站由高压电气设备通过连线组成的接收和分配电能的电路。

电气主接线根据水电站在电力系统中的地位、回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并应满足运行可靠、简单灵活、操作方便、易于维护检修、利于远方监控和节约投资等要求。

在电气主接线设计时，综合考虑以下方面：
①保证必要的供电可靠性和电能质量
安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠和电能质量是对主接线最基本的要求。

在设计时，除对主接线形式予以定性评价外，对于比较重要的水电站需要进行定量分析和计算。

直岗拉卡水电站虽然是一个中小型水电站，但是由于担负了许多工业企业，及农业抗旱排涝等供电任务，因而必须满足必要的供电可靠性。

②具有经济性
在主接线设计时，主要矛盾往往发生在可靠性与经济性之间。

欲使主接线可靠、灵活，将导致投资增加。

所以必须把技术与经济两者综合考虑，在满足供电可靠、运行灵活方便的基础上，尽量使设备投资费用和运行费用为最少。

③具有一定的灵活性和方便性，并能适应远方监控的要求。

主接线应能适应各种运行状态，并能灵活地进行方式的转换。

不仅正常运行时能安全可靠地供电，而且无论在系统正常运行还是故障或设备检修时都能适应远方监控的要求，并能灵活、简单、迅速地倒换运行方式，使停电时间最短，影响范围最小。

显然，复杂地接线不会保证操作方便，反而使误操作机率增加。

但是过于简单的接线，则不一定能满足运行方式的要求，给运行造成不便，甚至增加不必要的停电次数和停电时间。

④具有发展和扩建的可能性
随着经济的发展，已投产的水电站可能需要扩大机组容量，从主变压器的容量、数量到馈电线路数均有扩建的可能，有的甚至需要升压，所以在设计主接线时应留有发展余地，不仅要考虑最终接线的实现，同时还要兼顾到
- 1 -
分期过渡接线的可能和施工的方便。

根据以上几点，对直岗拉卡水电站的主接线拟定以下几种方案。

1.2各方案比较
方案Ⅰ
本方案采用了两个扩大单元接线和一个单元接线，110kv侧采用了双母接线。

双母接线的供电可靠性较高，可以轮流检修一组母线而不致使供电中断，检修任一组母线上的隔离开关也不需要中断供电，且调度灵活，各个电源和各回路负荷可以任意分配到一组母线上，能灵活适应电力系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。

扩建性也非常号，可以向母线左右方向任意扩建，且施工过程也不会停电，只是双母接线多了一台旁路断路器，投资有所增加。

图1-1 电气主接线方案Ⅰ
方案Ⅱ
本方案采用了两个扩大单元接线和一个单元接线与110kv侧直接相连。

110kv侧为单母分段带专用旁路断路器的旁路母线接线方式。

其特点是：扩大单元接线接线方式简单清晰，运行维护方便，且减少了主变压器高压侧出现，简化了高压侧接线和布置，使整个电气接线设备较省。

单元接线的接线
- 2 -
第1章电气主接线设计
简单、清晰、运行灵活、维护工作量少且继电保护简单，但由于主变压器与高压电气设备增多，高压设备布置场地增加，整个电气接线投资也增大。

其110kv侧的单母分段带专用旁路断路器的母线接线方式中,由于增加了分段其全厂停电的可能性为0，且任一台断路器检修时都不会引起停电，其供电可靠性较高。

- 3 -
- 4 - 本
方案采用了两个扩大单元接线和一个单元接线与110kv侧直接相连。

110kv 侧为单母分段带专用旁路断路器的旁路母线接线方式。

其特点是：扩大单元接线接线方式简单清晰，运行维护方便，且减少了主变压器高压侧出现，简化了高压侧接线和布置，使整个电气接线设备较省。

单元接线的接线简单、清晰、运行灵活、维护工作量少且继电保护简单，但由于主变压器与高压电气设备增多，高压设备布置场地增加，整个电气接线投资也增大。

其本方案采用了两个扩大单元接线和一个单元接线与110kv侧直接相连。

110kv侧为单母分段带专用旁路断路器的旁路母线接线方式。

其特点是：扩大单元接线接线方式简单清晰，运行维护方便，且减少了主变压器高压侧出现，简化了高压侧接线和布置，使整个电气接线设备较省。

单元接线的接线简单、清晰、运行灵活、维护工作量少且继电保护简单，但由于主变压器与高压电气设备增多，高压设备布置场地增加，整个电气接线投资也增大。

其本方案采用了两个扩大单元接线和一个单元接线与110kv侧直接相连。

110kv侧为单母分段带专用旁路断路器的旁路母线接线方式。

其特点是：扩大单元接线接
第1章 电气主接线设计
- 5 -
线方式简单清晰，运行维护方便，且减少了主变压器高压侧出现，简化了高压侧接线和布置，使整个电气接线设备较省。

单元接线的接线简单、清晰、运行灵活、维护工作量少且继电保护简单，但由于主变压器与高压电气设备增多，高压设备布置场地增加，整个电气接线投资也增大。

其本方案采用了两个扩大单元接线和一个单元接线与110kv 侧直接相连。

110kv 侧为单母分段带专用旁路断路器的旁路母线接线方式。

其特点是：扩大单元接线接线方式简单清晰，运行维护方便，且减少了主变压器高压侧出现，简化了高压侧接线和布置，使整个电气接线设备较省。

单元接线的接线简单、清晰、运行灵活、维护工作量少且继电保护简单，但由于主变压器与高压电气设备增多，高压设备布置场地增加，整个电气接线投资也增大。

其本方案采用了两个扩大单元接线和一个单元接线与110kv 侧直接相连。

110kv 侧为单母分段带专用旁路断路器的旁路母线接线方式。

其特点是：扩大单元接线接线方式简单清晰，运行维护方便，且减少了主变压器高压侧出现，简化了高压侧接线和布置，使整个电气接线设备较省。

单元接线的接线简单、清晰、运行灵活、维护工作量少且继电保护简单，但由于主变压器与高压电气设备增多，高压设备布置场地增加，整个电气接线投资也增大。

图1-2 电气主接线方案Ⅱ
方案Ⅲ
本方案采用了两个扩大单元接线，一个单元接线，110kv 侧采用了双母带旁母的接线方式。

此种接线方式大大提高了供电的可靠性，但是由于有了专用的旁路母线，多装了价高的断路器和隔离开关，大大增加了投资，此种接线方式对于供电可靠性有特殊需要的场合是十分必要的，但是对于供电可靠性要求不是很高的中小型水电站来说不是很适用。

- 6 -
图1-3 电气主接线方案Ⅲ
方案Ⅳ
本方案采用了两个扩大单元接线和一个单元接线，110kv
侧采用了单母接线的方式，此种接线虽然接线方式简单，投资很少，但是其供电可靠性大大降低，其母线一旦出现故障就会造成全厂停电，严重影响了持续供电。

图1-4 电气主接线方案Ⅳ
第1章 电气主接线设计
- 7 -
方案Ⅴ
本方案采用了一个发电机单母接线和两个单元接线，1110kv 侧采用双母接线的方式。

发电机单母接线使主变压器数量减少，投资节省，接线简单明了，运行方便，但是发电机电压配殿装置元件多，增加检修工作量，母线或与母线所相连的隔离开关故障或检修时，三台发电机都要停电，可靠性及灵活性较差。

图1-5 电气主接线方案Ⅴ
综合分析上述五种方案，再结合该水电站为中小型水电站的实际情况，拟定的主接线应以经济性为主，但其可靠性也需要考虑，方案一和方案二最能满足这两项要求，故最终选定方案一和方案二为最终比较方案。

方案Ⅰ的可靠性比方案一高，如果在投资相差不多的情况小应该首选方案Ⅰ，如果在方案Ⅱ比方案Ⅰ投资低较多则从经济性的角度出发应选择方案Ⅱ。

第2章厂用电设计及安全切换
2.1 厂用电设计原则
厂用电接线的设计应按照运行、检修和施工的要求，考虑全厂发展规划，积极慎重地采用成熟地新技术和新设备，使设计达到经济合理，技术先进，保证机组安全经济地运行。

其具体有如下一些要求：
①接线方式和电源容量，应充分考虑厂用设备在正常、事故、检
修、启动、停运等方式下地供电要求，并尽可能地使切换操作简
便，使启动（备用）电源能迅速投入。

②尽量缩小厂用电系统的故障影响范围，避免引起全厂停电故障。

各台机组的厂用电系统应独立，以保证在一台机组故障停运或其
辅助机发生电气故障时，不影响其他机组的正常运行。

③充分考虑电厂分期建设和连续施工过程中厂用电系统的运行方
式，特别主要对公用厂用负荷的影响。

要方便过渡，尽少改变接
线和更换设备。

根据上述要求，结合本水电站为中小型水电站，以及厂用电分为6kV和380kV两个电压等级的实际情况，其厂用电设计祥见附录Ⅰ：
2.2厂用电安全切换的重要性
厂用电的安全可靠关系到发电机组、电厂乃至整个电力系统的安全运行。

厂用电切换过程是一个复杂的机电动态过程，特别在事故切换过程中电流、电压、频角、相角、转矩等将发生快速变化，如果切换不当，将造成切换失败或设备损坏。

当厂用电母线故障时，此时工作电源开关过流保护动作，切除故障，但从多次厂用电母线故障分析，大多数为永久性故障，因为电厂6kv厂用电系统是不接地系统，一旦母线发生单相接地故障，中心点电位偏移，非故障相电压抬高，母线绝缘薄弱部分容易被击穿，从而发展为两相接地故障，若厂
- 8 -
第2章厂用电设计及安全切换
用电母线故障无保护（实际大多数电厂如此），则只能靠工作电源开关过流保护延时切除故障，这样母线拉弧，产生游离碳化物，形成了永久性相间接地短路。

工作电源开关由过流保护跳开后，备用电源自动投入，这时等于向故障点又送了一次故障电流，备用电源开关由备用电源自投的后加速跳闸，切除故障，导致流过备用电源开关的短路容量超出额定值，致使开关爆炸。

若备用开关拒分，则只能由备用变后备保护切除故障，故障范围将扩大。

- 9 -
- 10 -
第3章 短路电流计算
3.1 对称短路电流计算
发电机，变压器及系统的主要参数如下：
发电机参数：45MW 5⨯，cos 950.=ϕ，230.'
'=d X ，额定电压10.5kV
变压器参数：3台，1T:%%14=d U 50MVA, 2T: %%14=d U , 100MV 系统参数：110kV 出线四回，正序阻抗（标么值）：0.91716，零序阻抗（标么值）1.1235，三相短路容量：2543MVA ，单相短路容量：2529.9MVA 。

对方案Ⅰ的系统正序阻抗网络等值图为
[1]：
图3-1 正序阻抗网络等值图
取基准值：MVA S j 1000=，kV U j 510.=时，
kA U S I j
j j 986543510.).(==
, kV U j 115=，)(115j I ＝
j
j U S 3＝5.020kA,45MW 功
率因素为0.95的机组容量
第3章 短路电流计算
- 11 -
为; MVA Sn 3684795
045
..==
发电机51F F ~:1X =2X =3X =4X =5X =n
j d
S S X ''=0.23⨯
8564368
471000
..=
变压器31B B ~:6X =7X =41100
1000
10014100.%=⨯=⨯n j d S S U 82501000100148.=⨯=X 系统阻抗10X ：39302543
1000
10.''===d j S S X
对1d 点进行短路计算[2]： 网络简化如下
图3-2 1d 网络简化图
3101393091716010912...=+=+=X X X
82832
856
44143713...//=+=+=X X X X 42822
856
42111..//==
=X X X 65678564825814...=+=+=X X X
- 12 -
第4章 电器主设备选择
4.1 对方案I 的各主设备选择
断路器和隔离开关的选择[5]
对D 1～D 4断路器和G 1～G 4隔离开关的选择 A.对10.5kV D 1～D 4断路器的选择 （1）按额定电压选择：
断路器的额定电压不小于安装地点电网额定电压，即
kV U n 5.10≥
（2）按额定电流选择
断路器的额定电流不小于流过断路器的长期负荷电流，即
kA U S I I n n n 735.2)5.103/(368.4705.1)3/(05.1max =⨯⨯==≥
（3）按开断电流选择
若在D 1～D 4上侧短路时流过D 1～D 4的短路电流为F 1流过的短路电流，即为26.498/2＝13.249kA ，而在D 1～D 4下侧短路时流过D 1～D 4的短路电流为系统和F 2～F 5的短路电流之和，即16.036＋5.876＋13.249＝35.161kA ，故应按D 1～D 4下侧短路时来选择设备，其短路电流为35.161kA 。

断路器的额定开断电流Nbr I 不应小于断路器开断瞬间的短路电流周期分量。

即
kA I I d NbT 161.35'
'=≥
（4）按动稳定电流选择
电器允许通过的动稳定电流es i 不小于短路冲击电流sh i ，即
kA I i i d sh es 583.94161.3529.129.1'
'=⨯==≥
（5）按热稳定度校验
t I I I Q dt d d
k ⨯++=12/)10(2222
''
kA I d 161.35'
'=
kA I d 987.30434.8517.6036.162=++=
第4章 电器主设备选择
- 13 -
kA I d 244.31668.8540.6036.164=++=
代入上式，得 S kA Q k 214.3938= 则S KA Q Q k t 214.3938=≥
B.对10.5kV G 1～G 4隔离开关的选择 （1）按额定电压选择： kV U n 5.10≥ （2）按额定电流校验： kA I I n 735.2max =≥ （3）按动稳定度校验： 583.94=≥sh es i i （4）按热稳定度校验： S kA Q Q k t 214.3938=≥ 选择D 1～D 4为3.433000/1010--N S 型断路器 选择G 1～G 4为3000/1010T G N -型隔离开关 可知所选断路器和隔离开关的技术参数能满足 对D 5，D 6断路器和G 6～G 9隔离开关选择 A ．对110kV D 5，D 6断路器的选择 （1）按额定电压选择：
断路器的额定电压不小于安装地点电网额定电压，即
kV U n 110≥
（2）按额定电流选择
断路器的额定电流不小于流过断路器的长期负荷电流，即
kA U S I I n n n 522.0)1103/(736.9405.1)3/(05.1max =⨯⨯==≥
（3）按开断电流选择
若在D 5，D 6上侧短路时流过D 5，D 6的短路电流为F 1和F 2流过的短路电流为1.445kA ，而在D 5，D 6下侧短路时流过D 5，D 6的短路电流为系统和F 3～
F 5的短路电流之和，即3.832＋2.149＝5.981kA ，故应按D 5，D 6下侧短路时来选择设备，其短路电流为5.981kA 。

断路器的额定开断电流Nbr I 不应小于断路器开断瞬间的短路电流周期分
量。

即kA I I d NbT 981.5'
'=≥
（4）按动稳定电流选择
- 14 -
电器允许通过的动稳定电流es i 不小于短路冲击电流sh i ，即
kA I i i d sh es 255.15981.528.128.1'
'=⨯==≥
（5）按热稳定度校验
t I I I Q dt d d
k ⨯++=12/)10(2222
''
kA I d 981.5'
'= kA I d 768.52= kA I d 367.54=
代入上式，得 S kA Q k 2425.132= 则S KA Q Q k t 2425.132=≥
B.对110kV G 6～G 9隔离开关的选择 （1）按额定电压选择： kV U n 110≥ （2）按额定电流选择： kA I I n 522.0max =≥ （3）按动稳定选择： kA i i sh es 255.15=≥ （4）按热稳定度校验： S KA Q Q k t 2425.132=≥
选择D 5，D 6为SW6－110型断路器，选择G 6～G 9为GW4－110D 型隔离开关 由上表可知所选断路器和隔离开关的技术参数能满足 对10.5kV G 5断路器的选择 （1）按额定电压选择：
断路器的额定电压不小于安装地点电网额定电压，即
kV U n 5.10≥
（2）按额定电流选择
断路器的额定电流不小于流过断路器的长期负荷电流，即
kA U S I I n n n 735.2)5.103/(368.4705.1)3/(05.1max =⨯⨯==≥
（3）按动稳定电流选择
若在G 5上侧短路时流过G 5的短路电流为F 5流过的短路电流为12.535kA ，而在G 5下侧短路时流过G 5的短路电流为系统和F 1～F 4的短路电流之和，即9.125＋6.376＝15.501kA ，15.501>12.535，故按G 5下侧短路
第4章 电器主设备选择
- 15 -
时来选择设备，其短路电流为15.501kA 。

电器允许通过的动稳定电流es i 不小于短路冲击电流sh i ，即
kA i i sh es 649.41501.1529.1=⨯=≥
（4）按热稳定度校验： t
I I I Q dt d d
k ⨯++=12/)10(2222
''
其中 501.15'
'=z I
kA I z 938.15813.6125.92=+= kA I z 938.15813.6125.94=+=
代入上式得
S KA Q k 25001011.=则S KA Q Q k t 25001011.=≥ 对D 7断路器和G 10,G 11隔离开关选择. A ．
对110kV 侧D 7断路器的选择
（1）按额定电压选择：
断路器的额定电压不小于安装地点电网额定电压，即
kV U n 110≥
（2）按额定电流选择
断路器的额定电流不小于流过断路器的长期负荷电流，即
I N ≥I max ＝N U Sn 3051⨯.＝
26101103368
47051...=⨯⨯ kA （3）按开断电流选择
若在D 7上侧短路时流过D 7的短路电流为F 5流过的短路电流，即为2.149－1.445＝0.704kA ，而在D 7下侧短路时流过D 7的短路电流为系统和F 1～F 4的短路电流之和，即3.832＋2⨯1.445＝6.722kA ，故应按D 7下侧短路时来选择设备，其短路电流为6.7221kA 。

断路器的额定开断电流Nbr I 不应小于断路器开断瞬间的短路电流周期分量。

即
Nbr I ≥I d ’’＝6.722kA
（4）按动稳定电流校验：
电器允许通过动稳定电流i es 不小于短路冲击电流i sh 即
- 16 -
i es ≥i sh ==⨯’
‘d I 281.281⨯.×6.722＝17.111kA
（5）按热稳定校验：
Q k =
t I I I Zt
Zt Z 12
102
222''''/''++ 其中'
'Z I ＝6.722kA,
''2Z I =3.832+21.301=6.434kA
''4Z I =3.832+2⨯1.335=6.502kA
带入上式得，
Q k ＝167.1kA 2.s,则 Q t ≥ Q k =167.1 kA 2.s B 对110kV 侧G 10，G 11 隔离开关的选择： 1、按额定电压选择：U N ≥110 kV. 2、按额定电流选择：I N ≥0.261A ； 3、按动稳定校验： i es ≥i sh =17.11kA 4、按照热稳定校验 Q t ≥Q k ＝167.1 kA 2.s, 选择D7为SW6-110型断路器
选择G 10G 11 为GW4－110D 型隔离开关
表4.4 所选各设备技术数据与计算数据
由上表可知所选断路器隔离开关符合技术参数要求 对于D 8～D 11断路器，和G 12～G 23 隔离开关的选择 A 对110kV 侧D 8～D 11断路器选择： （1） 按额定电压选择：
第4章 电器主设备选择
- 17 -
断路器的额定电压不小于安装地点电网额定电压，即
U N ≥110 kV ； （2）按额定电流选择：
断路器的额定电流不小于流过断路器的长期负荷电流，即
I N ≥I max ＝N U Sn 3051⨯.＝
=⨯⨯⨯⨯41103368
475051..0.326 kA （3）按开断电流选择：
若在D 8～D 11下侧短路电流时流过D 8～D 11的短路电流为系统侧短路电流即为3.832kA,而在D 8～D 11上侧短路时流过D 8～D 11短路电流为5台发电机短路电流之和，即为 1.445＋2.149＝3.549kA ，3.832>3.594，所以 按照D 8～D 11下侧短路的短路电流来选择设备，其短路电流为3.832kA
断路器的额定开断电流Nbr I 不应小于断路器开断瞬间的短路电流周期分量。

即
断路器额定开断电流I Nbr ≥I d ’’＝3.832kA （4）按动稳定电流校验：
电器允许通过动稳定电流i es 不小于短路冲击电流i sh 即
i es ≥i sh ==⨯’
‘d I 281.281⨯.×3.832＝9.756kA
（5）按热稳定校验：
Q k =
t I I I Zt
Zt Z 12
102222''''/''++ 其中''Z I ＝''2Z I ='
'4Z I =3.832kA 带入上式得
Q k =58.739 kA 2.s 则Q t ≥Q k =58.739 kA 2.s
B. 对G 12～G 23隔离开关的选择：
1、 按额定电压选择：U N ≥110 kV ；
2、按额定电流选择：I N ≥I max ＝0.326 kA
3、按动稳定电流校验i es ≥i sh =9.756kA
4、按热稳定校验：Q t ≥Q k =58.739 kA 2.s 选择D 8～D 11为SW4-110型断路器 选择G 12～G 23为GW4－110型隔离开关
- 18 -
4.2 对方案Ⅱ的各主设备选择
其接线图如下：
图4-2 方案Ⅱ主接线图
分析：因为方案Ⅰ和方案Ⅱ除主接线外其余部分接线形式相同，故方案Ⅱ的
8171~,~G G D D 与方案Ⅰ的8171~,~G G D D 相对应，故其型号也相同。

方案Ⅱ的209118~,~G G D D 的校验与方案Ⅰ的2312118~,~G G D D 校验相同，故其相对应的型号也相同，方案Ⅱ的232112~,G G D 与方案Ⅰ的252412~,G G D 校验相同，故其对应的型号也相同。

对13D 断路器和2524~G G 隔离开关的选择。

13D 左侧短路时的短路电流为 3.832＋2.149＝5.981kA ，右侧短路时的短路电流为 3.832＋1.445＝5.277kA ，其左侧短路时的短路电流大于右侧短路时的短路电流，故应按左侧短路时来选择设备。

但13D 的短路电流小于12D 短路时的短路电流，两者电压等级又相同，所以12D 也适用于13D 2321~,G G 也适用于2524~G G .
第5章 发电机继电保护原理设计及保护原理
- 19 -
第5章 发电机继电保护原理设计及保护原理
5.1 初步分析
发电机的安全运行对电力系统和本水电厂供电系统的稳定运行起着决定性的作用。

因此，在发电机上必须装社比较完善的继电保护装置。

根据有关规程，应对下列故障及异常运行方式设置继电保护装置[9]。

1 定子绕组相间短路；
2 定子绕组匝间短路；
3 定子绕组接地短路；
4 外部短路引起的过电流；
5 对称过负荷；
6 励磁回路一点或两点接地故障；
本水电厂发电机保护装置的设置可依据以上原则并结合具体情况进行，一般可以设置下列保护。

因为5台发电机型号一样，且F 1,F 2,F 3,F 4,对称，故只需对F 1进行保护整定，F 2,F 3,F 4的保护整定与F 1相同，再对F 5进行保护整定，就可完成该水电站5台发电机的保护整定。

5.2 对F1的保护整定计算
1 短路电的分析计算及电压电流互感器的变比选定:
由短路电流的计算结果可知，F 1 的最大短路电流为13.249kA,而 F 1 出
口额定电流为I Nf =＝2.605 kA,所以电流互感器的变比级次应该为3000/5，即电流互感器变比为3000/5l n =＝600，电流互感器变比为10.5/0.1＝105。

- 20 -
2 各种保护的整定计算[10]：
1) 纵差保护的整定:
a. 动作电流I dz 应按躲过外部短路时流过保护装置的最大不平衡电
流I bp
即I dz ＝K k I bp.js = K k k fzq k tx f i I d.zd
=1.3×1×0.5×0.1×13.249×103=1.3×662.45＝861.17A 。

K k 可靠系数，采用1.3;
I bp.js 计算不平衡电流；
k fzq 非周期分量影响的系数，取＝1；
k tx 电流互感器的同型系数，取k tx ＝0.5；
I d.zd 发电机外部三相短路时,流过保护最大周期性短路电流，I d.zd
＝13.249kA
b. 为避免保护在电流互感器二次回路断线时误动作，保护动作电流
应该大于发电机最大负荷电流；
I dz ＝K k I Nf ＝1.3×2.605＝3385.9A
K k 可靠系数，取 K k ＝1.3;
I Nf 发电机的额定电流；
取以上计算中较大者，作保护的动作电流，故I dz ＝3385.9A ,则差动
继电器动作电流为I dz.j ＝13385.9600
jx dz
l k I n ⨯==5.64A 。

n l 电流互感器的变比；
k jx 接线系数，取k jx ＝1
c. 灵敏度：
k lm ==dz d I I min
=⨯⨯9
33851024913233..=3.39>2 满足灵敏度要求。

I d.min 最小短路电流，即在单机运行情况下，发电机出口两相短路电
流；
d. 差动回路断线监视器的动作电流应大于正常运行时的最大不平衡
第5章 发电机继电保护原理设计及保护原理
- 21 -
电流I bp ， 可按照一下经验公式整定：
a) I dz.j ＝0.2×I nf /n l
=0.22) 横差保护的整定：保护动作电流按照躲过外部短路故障最大不平衡
电流整定，由于不平衡电流很难确定，因此在工程设计中根据运行积
累的数据计算。

即 I dz ＝0.2 I nf =0.2×2605＝521A
则继电器动作电流为：
I dz.j ＝dz l
I n =521/600＝0.868A 3）定子单相接地保护整定
保护动作电流根据外部发生单相接地并伴随外部两相短路的选择性
来选择，需要躲过发电机固有电容电流和不平衡电流，且一次动作电流
不超过5A. I dz ='''...11()k jd f k bp bs h
k I k I k + I jdf 被保护发电机的接地稳态电容电流，对45MW 额定容量电压为
10.5kV ，发电机取I jdf ＝1.21A
I bp.bs.1 闭锁继电器一次不平衡电流取I bp.bs.1=0.9A
K k ’’ 可靠系数，取1.5；
K h 返回系数，取0.85；
故 I dz ='''...11()k jd f k bp bs h
k I k I k + =1(2 1.21 1.50.9)0.85
⨯+⨯ =4.43,小于5A 。

4） 励磁回路两点接地保护
当发电机励磁回路发生两点接地故障时，部分励磁线圈将被短路，由此由于气隙磁势的对称性遭到破坏，可能使转子产生剧烈振动，因此在发电机上需要装设励磁回路两点接地保护，该装置只设一套,并仅在励磁回路中出现稳定性的一点接地时才投入工作。

5） 复合电压闭锁过电流保护的整定校验：
- 22 -
复合电压闭锁过电流保护是发电机后备保护，它选择性是用阶梯时限特性来满足的，因此，在整定电流电压元件时只需要考虑躲过正常运行时相应值就够了，其整定计算如下：
a 电流计电器动作电流为： I dz.j = Nf l
h k I n K K ＝1.2×2.6×103/(0.85×600)=6.12A K k 可靠系数,取k k =1.2；
k h 返回系数，取k h ＝0.85；
n l 电流互感器变比；
I Nf 发电机额定电流
b. 按照躲过正常运行时不平衡电压降为条件整定，负序电压继电器动作电压，U dz.j =0.06U Nf /n Y =0.06×1.05×103/1.05=6V,
U Nf 发电机额定电压；
n Y 电压互感器变比；
c.动作时限：作为远后备保护，发电机过电流保护时限应该比连接在发电机电压母线上的其他设备的保护装置最大时限还要大1－2个时间级差△t(一个△t 一般为0.5s),即t ＝t max +(1～2) △t 。

6．过负荷保护整定校验：
过负荷保护是动作于信号的保护，考虑到过负荷对称性，该保护只有一相中装设，并与过电流保护共用一组互感器，保护由电流继电器及时间继电器组成。

电流继电器动作值按照下式计算： Idz.j 600
850100620513
⨯⨯⨯==...l Nf h k n I K K =5.35A K k 可靠系数，取=1.05； K h 返回系数，取=0.85
I Nf 发电机额定电流 n l 电流互干器变比；
过负荷保护动作时限比过电流保护长，一般为9～10s.
5.3 对F5的保护整定计算
1 短路电的分析计算及电压电流互感器的变比选定:。