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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:鄒明君
研究生(外文):Ming-Chun Tsou
論文名稱:大潭發電廠保護協調分析
論文名稱(外文):Relay Coordination of Datan Power Plant
指導教授:陳士麟陳士麟引用關係
指導教授(外文):Shi-Lin Chen
學位類別:碩士
校院名稱:中原大學
系所名稱:電機工程研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:109
中文關鍵詞:保護協調故障電流計算發電廠電力系統
外文關鍵詞:protection coordinationfault current calculationpower system
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摘 要
本研究的主題是針對大潭發電廠進行分析,大潭發電廠為新建電廠,全廠總發電量佔北部用電約三成,一旦發生事故,對系統影響甚巨,若因保護協調不當而致全廠停電,亦可能會造成系統全黑,因此有必要對大潭發電廠進行保護協調分析。本研究對大潭發電廠分析的主要內容包括:建立保護協調分析模型、蒐集所需參數,再依不同的機組運轉模式,計算故障電流並檢討電驛設定等。
機組與機組間的相互影響是否存在電驛協調問題須要進一步探討,此外,保護協調分析需要考慮每一迴路可能的最大與最小故障電流,包括相故障與接地故障電流。所稱最大、最小故障電流係指系統最多、最少電源同時併用時的故障電流。據之,本研究是以大潭電廠全部(共12部)345kV發電機組運轉並假設該電廠的開關場三相短路容量為98年度台電系統的最大短路容量;至於最小短路電流則模擬全部機組停用,而由外部系統供電至廠內,且開關場的短路容量為98年度系統的最小短路容量。
針對電廠電力系統所模擬的故障點涵蓋發電機的輸出端、主變壓器與開關場之間的地下電纜、輔助變壓器高、低壓側以及4.16kV匯流排(但不含發電機本身及480V系統)。據之,對每個故障點計算最大、最小的相故障電流以及接地故障電流進行保護協調檢討並提出改善建議,包括目前的電驛設定以及故障電流計算程序。

關鍵字:發電廠電力系統、故障電流計算、保護協調
Abstract
This research aims at the protection coordination analysis of Datan Power Plant. Datan is a newly built power plant; the total power output is approximately 30% of the demand of northern Taiwan. Thus, an in-plant outage could affect the power system of Taiwan, and, if the protection system is not well coordinated, the whole plant could even outage and result in blackout of Taipower system. It is hence necessitated to evaluate the protection coordination of the Datan power system. The main content of this research includes the model building and the parameter collection for the protection analysis, the fault current calculation and the protection coordination analysis, under all possible operating modes of Datan’s generators.
In the protection analysis, the maximum and the minimum fault current for both the phase and the phase-to–ground faults should be evaluated. The maximum fault current refers to the Datan’s operating mode having all (total 12) generating units under operation and the plant’s 345kV switchyard of operating at the maximum short-circuit capacity of Taipower system in year 2009; as to the minimum fault current, it is assumed Datan’s all generators are out of service and the switchyard is operating at the minimum short-circuit capacity of Taipower in 2009.
The fault locations evaluated in this study include the output terminal of each generating unit, the 345kV underground cable connecting the main transformer and the switchyard, both sides of the auxiliary transformer, and the 4.16kV bus, (not including generator itself and the 480V system), so that for each fault location, the maximum and the minimum fault current of both the phase fault and the ground fault are evaluated. Based on the protection coordination analysis results, suggestions are made ranging from the revised relay setting to the fault current calculation procedure.

Keywords: power system, fault current calculation, protection coordination
目錄
摘要 I
英文摘要 II
目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 IX
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究內容 2
1.3 各章說明 3
第二章 電力系統保護協調原理 4
2.1 前言 4
2.2 短路電流計算 4
2.2.1 故障電流來源 5
2.2.2 三相短路電流計算 7
2.2.3 單相接地故障電流計算 8
2.2.4 本研究採用的計算式 10
2.3 保護協調的意義 11
2.4 電腦輔助保護協調分析 14
2.5 接地系統之單相接地故障 14
2.6 非接地系統之單相接地故障 16
第三章 ETAP套裝軟體之使用 18
3.1 前言 18
3.2 以3號機組至開關場之間的電力系統為例加以說明 19
3.2.1 輸入資料 19
3.2.2 假設案例 19
3.2.3 短路電流模擬過程 21
3.2.4 短路電流計算輸出結果 21
3.2.5 保護協調模擬輸出結果 24
第四章 大潭電廠電力系統架構與參數 26
4.1 前言 26
4.2 大潭電廠電力系統架構 26
4.3 大潭電廠電力系統參數 30
4.3.1 系統阻抗參數 30
4.3.2 輸配電線路參數 31
4.3.3 發電機組參數 33
4.3.4 變壓器參數 34
4.3.5 電動機負載參數 36
第五章 大潭電廠故障電流與保護協調模擬結果 38
5.1 前言 38
5.2 大潭電廠故障電流之模擬 38
5.3 大潭電廠故障電流模擬結果 42
5.4 大潭電廠保護協調模擬結果 62
5.4.1 主變壓器保護電驛 62
5.4.2 輔助變壓器保護電驛 70
5.4.3 4.16kV中壓匯流排保護電驛 74
5.5 對於大潭電廠的現行設計提出改善建議 88
5.5.1 故障電流計算的假設條件 88
5.5.2 電驛設定 91
第六章 結論與未來研究方向 96
6.1 結論 96
6.2 未來研究方向 97
參考文獻 99

圖目錄
圖 2.1 故障電流來源 6
圖2.2 故障電流種類 7
圖2.3 總和故障電流 7
圖2.4 三相故障電流 8
圖2.5 單相接地故障電流 9
圖2.6 主保護與後衞保護 12
圖2.7 重疊保護區示意圖 12
圖2.8 保護協調示意 13
圖2.9 接地系統發生單相接地故障單線圖 15
圖2.10 圖2.9發生單相接地故障三相系統圖 15
圖2.11 圖2.9發生單相接地故障之零序等效電路 15
圖2.12 非接地線路發生故障 16
圖2.13 圖2.12發生單相接地故障之等效相序電路 16
圖2.14 圖2.12發生單相接地故障對地電容等效電路 17
圖2.15 圖2.12發生單相接地故障線路阻抗等效電路 17
圖3.1 3號機至開關場電力系統 20
圖3.2 3部發電機運轉時三相故障電流 22
圖3.3 機組全停時三相故障電流 23
圖3.4 主變壓器MTR-GT31高壓側之相電驛過電流保護曲線 25
圖4.1 大潭發電廠345kV及15.2kV電力系統單線圖 28
圖4.2 大潭發電廠4.16kV及480V電力系統單線圖 29
圖5.1 機組全運轉時345kV及15.2kV三相故障電流 54
圖5.2 機組全運轉時4.16kV及480V三相故障電流 55
圖5.3 機組全運轉時345kV及15.2kV單相故障電流 56
圖5.4 機組全運轉時4.16kV及480V單相故障電流 57
圖5.5 機組全停時345kV及15.2kV三相故障電流 58
圖5.6 機組全停時4.16kV及480V三相故障電流 59
圖5.7 機組全停時345kV及15.2kV單相故障電流 60
圖5.8 機組全停時4.16kV及480V單相故障電流 61
圖5.9 主變壓器MTR-GT31相電驛保護曲線 63
圖5.10 主變壓器MTR-GT31接地電驛保護曲線 65
圖5.11 主變壓器MTR-ST30相電驛保護曲線 67
圖5.12 主變壓器MTR-ST30接地電驛保護曲線 69
圖5.13 輔助變壓器UAT-GT31相電驛保護曲線 71
圖5.14 輔助變壓器UAT-GT31接地電驛保護曲線 73
圖5.15 4.16kV MV-GT311匯流排相電驛保護曲線 74
圖5.16 4.16kV MV-GT311匯流排接地電驛保護曲線 75
圖5.17 4.16kV MV-GT312匯流排相電驛保護曲線 76
圖5.18 4.16kV MV-GT312匯流排接地電驛保護曲線 77
圖5.19 4.16kV MV-GT321匯流排相電驛保護曲線 78
圖5.20 4.16kV MV-GT321匯流排接地電驛保護曲線 79
圖5.21 4.16kV MV-GT322匯流排相電驛保護曲線 80
圖5.22 4.16kV MV-GT322匯流排接地電驛保護曲線 81
圖5.23 4.16kV MV-ST31匯流排相電驛保護曲線 82
圖5.24 4.16kV MV-ST31匯流排接地電驛保護曲線 83
圖5.25 4.16kV MV-ST32匯流排相電驛保護曲線 84
圖5.26 4.16kV MV-ST32匯流排接地電驛保護曲線 85
圖5.27 4.16kV MV-EDG3匯流排相電驛保護曲線 86
圖5.28 4.16kV MV-EDG3匯流排接地電驛保護曲線 87
圖5.29 原設計UNIT 3/4三相短路故障模擬圖 90
圖5.30 本論文建議輔助變壓器UAT-GT31相電驛保護曲線 92
圖5.31 本論文建議4.16kV MV-ST31匯流排相電驛保護曲線 93
圖5.32 本論文建議4.16kV MV-ST32匯流排相電驛保護曲線 94


表目錄
表1.1 現行缺失改善作法 1
表4.1 各機組至開關場電纜線參數 31
表4.2 4.16kV匯流排至變壓器、匯流排至負載連接電纜參數 32
表4.3 大潭電廠各發電機組之基本資料 33
表4.4 大潭電廠各發電機組之參數 34
表4.5 大潭電廠主變壓器常數 35
表4.6 大潭電廠輔助變壓器常數 35
表4.7 大潭電廠廠內用電變壓器常數 36
表4.8 大潭電廠電動機負載參數 37
表5.1 大潭電廠機組16種運轉模式 39
表5.2 大潭電廠機組16種運轉模式發電量 39
表5.3 大潭電廠機組16種運轉模式最多及最少發電量 40
表5.4 所模擬故障點位置(本表僅列3號機組) 40
表5.5 16種機組運轉模式下故障點為345kV GIS Bus的故障電流 42
表5.6 16種機組運轉模式下故障點為B-GT31-345kV的故障電流 43
表5.7 16種機組運轉模式下故障點為B-MTRGT31的故障電流 43
表5.8 16種機組運轉模式下故障點為B-GT31的故障電流 44
表5.9 16種機組運轉模式下故障點為B-GT32-345kV的故障電流 44
表5.10 16種機組運轉模式下故障點為B-MTRGT32的故障電流 45
表5.11 16種機組運轉模式下故障點為B-ST30-345kV的故障電流 45
表5.12 16種機組運轉模式下故障點為B-MTRST30的故障電流 46
表5.13 16種機組運轉模式下故障點為B-UAT31A的故障電流 46
表5.14 16種機組運轉模式下故障點為B-UAT31B的故障電流 47
表5.15 16種機組運轉模式下故障點為B-UAT32A的故障電流 47
表5.16 16種機組運轉模式下故障點為B-UAT32B的故障電流 48
表5.17 16種機組運轉模式下故障點為MV-GT311的故障電流 48
表5.18 16種機組運轉模式下故障點為MV-GT312的故障電流 49
表5.19 16種機組運轉模式下故障點為MV-GT321的故障電流 49
表5.20 16種機組運轉模式下故障點為MV-GT322的故障電流 50
表5.21 16種機組運轉模式下故障點為MV-ST31的故障電流 50
表5.22 16種機組運轉模式下故障點為MV-ST32的故障電流 51
表5.23 16種機組運轉模式下故障點為MV-EDG3的故障電流 51
表5.24 各個模擬故障點的最大故障電流 52
表5.25 各個模擬故障點的最小故障電流 53
表5.26 4.16kV保護電驛模擬分析結果 91
參考文獻

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[2] 張慶南,澎湖電力系統運轉特性之研究,台灣科技大學電機研究所碩士論文,2005年7月。

[3] 蕭欽明,台北捷運供電系統保護協調分析,中原大學電機研究所碩士論文,2007年6月。

[4] 郭文豪,離島電力系統保護協調研究,中原大學電機研究所碩士論文,2008年7月。

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[8] 侯崇仁,電腦化捷運供電系統過電流保護電驛標置設定之研究,台北科技大學電機研究所碩士論文,2003年6月。

[9] 李河樟,汽電共生系統保護電驛技術,執行單位:中華民國電驛協會,87年度保護電驛研討班第五期,1998年4月。

[10] 地下配電線路設計手冊,台灣電力公司業務處,1996年8月。

[11] 中鼎公司,大潭電廠故障電流及保護協調報告
電子全文 電子全文(本篇電子全文限研究生所屬學校校內系統及IP範圍內開放)
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