RCS-985微机发变组保护.ppt

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1、RCS-985微机发变组保护,中国 南京 南瑞继保,一 保护功能配置 二 硬件平台 三 性能特点 四 功能特色 五 保护原理,内容提要,保护总体方案设计思想 总体方案为双主双后，即双套主保护、双套后备保护、双套异常运行保护的配置方案。其思想是将一个发变组单元的全套电量保护集成在一套装置中。 对于一个发变组单元，配置两套完整的电气量保护，每套保护装置采用不同组TA，均有独立的出口跳闸回路。 非电量保护出口跳闸回路完全独立，和操作回路独立组屏。,一 保护功能配置,特大型火电机组保护典型配置方案,300MW-500KV机组TA、TV配置方案,配置方案一,300MW-220KV机组TA、TV配置方案,

2、配置方案 二,100MW-220KV机组TA、TV配置方案,配置方案 三,RCS-985水轮机组保护装置共分为三个程序版本，分别适用于不同的主接线： RCS-985AW适用于标准的发变组单元主接线方式：两圈主变（220KV或500KV出线）、发电机容量100MW及以上、一台高厂变（两圈变）、一台励磁变或励磁机； RCS-985GW适用于大型发电机保护，主接线方式：发电机容量100MW及以上、一台励磁变或励磁机； RCS-985TW适用于大型变压器保护，主接线方式：两圈主变（220KV或500KV出线）、一台高厂变（两圈变）。,水电版本保护功能配置,配置方案一,配置方案 二,RCS985T配置,

3、二发电机-变压器组的故障,（1）发电机定子绕组的相间短路。该故障产生很大短路电流，若不及时处理，将破坏绝缘，甚至烧毁整个机组。 （2）发电机定子绕组匝间短路。在短路环中产生很大短路电流，将损坏绝缘，可能发展成单相接地短路或相间短路故障。因为设计结构原因，发生匝间短路概率较低。 （3）发电机定子绕组单相接地短路。通常指绕组对铁芯短路，故障点电流使铁芯局部熔化，修复非常困难。 （4）发电机励磁绕组一点接地或两点接地故障。励磁绕组一点接地短路时，没用构成直接短路电流通路，对发电机无直接危害；如果再发生另一点接地，励磁绕组两点接地故障时，将烧坏励磁绕组和转子铁芯以及轴系系统磁化，而且转子磁通对称性破坏

4、，引起机组震动。,二发电机-变压器组的故障,（5）发电机低励磁或失磁。此时，发电机将从系统吸收大量无功功率，引起定子过电流；发电机可能失去同步进入异步运行。如果系统无功储备不足，将引起电压严重下降，威胁系统稳定运行。 （6）变压器油箱内故障。包括绕组之间发生的相间短路、一相绕组中发生的匝间短路、绕组与铁芯或外壳发生单相接地单相接地短路等。由于变压器本身结构的特点，油箱内部发生故障是非常危险的，故障产生的电弧将引起绝缘物资的剧烈气化，可能导致变压器外壳局部变形甚至爆炸。 （7）变压器油箱外部故障。包括引出线上发生的各种相间短路、引出线套管闪络或破碎时通过外壳发生的单相接地短路等。,发电机-变压器

5、组的异常运行状态,（1）过负荷。发电机定子绕组和变压器绕组对称过负荷、励磁绕组过负荷，将造成温度升高，绝缘加速老化，机组寿命缩短；发电机定子绕组负序过电流，产生负序旋转磁场，在转子回路和转子表层感应出倍频电流，引起转子表层过热，绝缘损坏甚至严重损伤，尤其大容量发电机组，影响更为严重。 （2）过励磁。发电机或变压器发生过励磁，并非每次都造成设备严重损坏，但是多次过励磁，将因过热绝缘老化，减少设备使用寿命。 （3）过电压。严重时危及绕组的绝缘。,发电机-变压器组的异常运行状态,（4）频率异常。发电机在偏离额定频率下运行，可能引起汽轮机叶片共振，甚至断裂；频率降低还将引起发电机过励磁。 （5）发电机

6、与系统间失步。发电机与系统间发生振荡时，将出现数值很大的交换功率，大轴冲击严重，当振荡中心落在发电机变压器组内时，母线电压大幅波动，严重威胁厂用电安全；同时振荡电流使定子绕组过热，端部遭受机械损伤 （6）发电机逆功率。将导致汽轮机尾部叶片与剩余蒸汽摩擦过热以致损坏。 另外还有发电机误上电、起停机保护。,发变组保护配置,（1）纵差保护，反应发电机定子绕组和引出线的相间短路，反应变压器绕组、套管及引出线的短路，包括发电机纵差保护，主变纵差保护，高厂变纵差保护。 （2）发电机匝间保护，反应定子绕组匝间短路。 （3）变压器气体保护（瓦斯保护），反应变压器油箱内部的各种故障，以及变压器露油造成油面降低，

7、包括轻瓦斯和重瓦斯保护。 （4）发电机变压器组后备保护，作为相间短路的后备保护。 （5）发电机定子接地保护，反应定子绕组单相接地故障 （6）变压器零序保护，反应中性点直接接地变压器高压侧绕组接地短路故障，以及高压侧系统的接地短路故障作为变压器及相邻元件接地故障后备保护。 （7）发电机失磁保护，反应发电机失磁或低励磁。 （8）转子一点接地或两点接地保护，反应发电机励磁绕组接地故障。 （9）发电机负序电流保护，作为转子表层负序过负荷保护，防止负序电流造成转子表层过热损坏。 （10）发电机变压器组对称过负荷保护，反应三相对称过负荷。,发变组保护配置,（11）励磁绕组过负荷保护，反应励磁绕组过负荷。

8、（12）过励磁保护，反应发电机、变压器过励磁。 （13）发电机过电压保护，反应各种情况下引起的过电压。 （14）发电机失步保护，反应发电机与系统之间非稳定振荡。 （15）发电机逆功率保护，防止汽轮机叶片损坏。 （16）误上电保护，在盘车状态下（未加励磁低速）误合闸保护，防止发电机异步起动烧损转子。 （17）断路器断口闪络故障，防止并列过程中合闸前断口的闪络故障。 （18）起停机保护，发电机不与系统并网的起动和停机过程中保护。 （19）非全相运行保护，反应分相操作断路器非全相的合闸和跳闸。 （20）发电机低频保护，保护汽轮机免受低共振影响。,装置面板和背面布置图,1.1机箱结构,二硬件平台,1.

9、2高性能硬件平台发展方向,走出工业装置和商业装置的误区。 利用最先进的DSP技术和微机技术，提供可靠、完善的数字式保护硬件平台。 提供方便、可靠、安全性高的人机界面，所有操作后台机和面板操作均应独立完成。,1.3 先进的硬件核心 一,高速数字信号处理器DSP 大规模逻辑门阵列FPGA 可编程逻辑门阵列CPLD 并行高精度A/D 32位微处理器CPU 独立的CPU处理显示、键盘等人机对话 大屏幕汉字液晶显示,1.4先进的硬件核心二,高速数字信号处理器DSP32位微处理器CPU 双CPU系统：低通、AD采样、保护计算、逻辑输出 1、CPU2作用于启动继电器，CPU1作用于跳闸矩阵2、启动一致性，C

10、PU1和CPU2的启动元件相同，保护才出口 3、两个CPU系统之间均进行完善的自检和互检，任一CPU板故障，闭锁装置并发报警信号,1.4先进的硬件核心二,1.5 RCS-985硬件配置示意图,三 性能特点,每个周波24点高速采样率，计算精度高 并行实时计算：故障全过程对所有保护继电器进行实时计算。即在每一个采样间隔内（0.833ms）对所有保护完成计算，并留有裕度。因此，装置中各保护功能的计算互不影响，均能正确反应。 多种启动元件：不同的保护功能均有对应的启动元件,1.1 可靠的软件技术,1.2 独立的故障录波,CPU录波：记录保护的各种原始模拟量、保护用的中间模拟量、保护的出口状态等。 MO

11、N录波：设有完整的故障录波功能，可以连续记录长达4S的发变组单元所有模拟量、开入量、保护动作量波形，记录采用COMTRADE格式，是针对发变组的故障录波器。 完善的波形分析软件,灵活的跳闸矩阵：每一种保护均可经跳闸矩阵整定出口方式,1.3 跳闸矩阵的功能特点,保护功能压板,1、采用了工频变化量原理、变斜率比率差动保护新原理; 2、全新的异步法TA饱和判据； 3、首次提出并实现了浮动门槛和电流比率制动相结合的纵向零序电 压匝间保护、复式零序电压匝间保护、高灵敏横差保护新原理； 4、采用三次谐波电压差动新原理的100定子接地保护； 5、新型外加电源定子、转子接地保护； 6、灵敏的TV、TA回路自检

12、功能； 7、其他先进技术,RCS985保护装置的关键技术,五 保护原理,1.1线性系统叠加原理的应用,1.工频变化量差动保护,1.2动作方程,1.3动作特性,1.4.工频变化量比例差动的优点,只反映故障分量，不受发电机、变压器正常运行时负荷电流的影响过渡电阻影响很小 采用高比率制动系数抗TA饱和 提高了发电机、变压器内部轻微故障时保护的灵敏度，区 外故障不会误动,1.5.工频变化量差动保护例,2.1变压器变斜率比例差动保护方程(n=6),2.变斜率比例差动,2.2发电机变斜率比例差动保护方程(n=4),2.变斜率比例差动,2.3变斜率比例差动保护特性,动作区域上多了两块灵敏动作区，少了一块易误

13、动区，在区内故障时保证较高的灵敏度，在区外故障时可以躲过暂态不平衡电流，提高了差动保护的可靠性。,2.3变斜率比例差动的优点,由于一开始就带制动，差动保护动作特性较好地与差流不平衡电流配合，因此差动起始定值可以安全地降低； 提高了发电机、变压器内部轻微故障时保护的灵敏度，尤其是机组起停过程中（4555Hz）内部轻微故障差动保护的灵敏度； 可以防止区外故障TA不一致造成的误动。,2.4 变斜率比例差动保护例,主变内部C相1.5%匝间故障,2.5高性能TA饱和闭锁原理,为防止在区外故障时TA的暂态与稳态饱和可能引起的稳态比率差动保护误动作，装置采用差电流的波形判别作为TA饱和的判据。 故障发生时，

14、保护装置先判出是区内故障还是区外故障，如区外故障，投入TA饱和闭锁判据，当某相差动电流有关的任意一个电流满足相应条件即认为此相差流为TA饱和引起，闭锁比率差动保护。,2.6高值比例差动,为避免区内严重故障时TA饱和等因素引起的比率差动延时动作，装置设有一高比例和高起动值的比率差动保护，利用其比率制动特性抗区外故障时TA的暂态和稳态饱和，而在区内故障TA饱和时能可靠正确动作高值比例差动动作区。在该区域不加抗饱和措施。,2.7高值比例差动,采取高值和低值比例差动配合，即可妥善解决TA饱和区外故障误动，区内故障拒动问题，分析如下： 区内轻微故障，短路电流小，TA不饱和：低值比率差动灵敏动作。 区内严

15、重故障，短路电流大，TA饱和：低值闭锁，高值动作。 区外轻微故障，短路电流小，TA不饱和：差流为0，低值和高值都不动作。 区外严重故障，短路电流大，TA饱和：低值闭锁，高值差动由于定值比较高，差流进入不到动作区，也不会动作。 这样，不论区内发生严重故障还是轻微故障，保护都能动作，也不论区外发生轻微故障和严重故障，保护都不会误动。,区内轻微： t0:正常运行 t1:故障时,2.8区内轻微故障动作过程,2.9区内严重故障动作过程,区内较严重： t0:正常运行 t1:故障时,2.10区内引线故障动作过程,区内严重故障： t0:正常运行 t1:故障时,3.发电机差动TA饱和问题,以往认为： 发电机差动

16、采用保护级TA，并且TA同型； 区外故障电流倍数小，一次电流完全相同，二次不平衡差流 小； 因此，为提高内部故障灵敏度，降低差动起始定值、比率制动系数。 实际情况： 发电机差动TA尽管同型，但两侧电缆长度可能不一致，部分 机组TA不是真正同型TA； 区外故障电流倍数尽管小，但非周期分量衰减慢； 结果，导致TA饱和，不平衡差流增大，差动保护屡有误动发生；,提高定值： 缺点：降低了内部故障灵敏度。 采用流出电流判据的标积制动式差动保护： 当IH/INB I1/INB I2/INB时差动保护动作电流为无穷大 缺点1：理论计算表明，在发电机内部故障时，也有流出电流，存在拒动可能。 缺点2：区外转区内故

17、障时，拒动可能性增加。,3.1 现有防TA饱和措施,3.2全新的异步法TA饱和判据,抗TA饱和算法：利用变压器、发电机差电流中谐波含量和波形特征来识别电流互感器的饱和 关键判据：如何准确判出区外故障，投入抗TA饱和算法： 制动电流工频变化量： 差电流工频变化量：,3.3 区内故障制动电流和差电流工频变化量同步出现,3.4 发电机区外故障并伴随TA饱和差流增大而不动作,3.5 发电机区内故障RCS-985正确动作,3.6 发电机区内故障并伴随TA饱和RCS-985正确动作,3.7区外故障并伴随TA饱和制动过程,TA饱和： t0:正常运行 t1:判出区外 t2:开始饱和 t3:进入动作区 t1-t

18、05ms,差动保护TA断线报警或闭锁,内部故障时，至少满足以下条件中一个： （1）任一侧负序相电压大于2V （2）起动后任一侧任一相电流比起动前增加 （3）起动后最大相电流大于1.2 Ie （4）同时有三路电流比启动前减小 因此，差动保护启动后40ms内，以上条件均不满足，判为TA断线。如此时“TA断线闭锁比率差动投入”置1，则闭锁差动保护，并发差动TA断线报警信号，如控制字置0，差动保护动作于出口，同时发差动TA断线报警信号。,3.8TA断线报警,各侧三相电流回路TA断线报警,动作判据：3I0 0.04 In+ 0.25Imax 式中，In：二次额定电流（1A或5A），3I0：零序电流，Im

19、ax：最大相电流； 满足条件，延时10s后发相应TA异常报警信号，异常消失，延时10S自动返回。,3.8TA断线报警,各侧三相电流回路TA断线报警,只有在相关差动保护控制字投入时（与压板投入无关），差流报警功能投入，满足判据，延时10S报相应差动保护差流报警，不闭锁差动保护，差流消失，延时10S返回。 为提高差流报警的灵敏度，采用比率制动差流报警判据： dI di_bjzd 及 dI kbj Ires 式中 dI为差电流，di_bjzd为差流报警门槛，kbj为差流报警比率制动系数，Ires为制动电流。,变压器空载合闸示意,变压器差动保护需考虑的特殊问题,变压器励磁涌流的影响及防止措施,励磁涌流

20、的出现机理,设外施电压按正弦规律变化，则 u1= U1sin(t+)=R1i1+N1d/dt 电阻 R1 i1较小,初始分析时可以略去。但 R1 的存在是瞬态过程衰减的重要因素。 不考虑电阻压降时 N1d/dt= U1sin(t+) d= U1/N1sin(t+)dt =- U1/(N1)cos(t+)+C=-mcos(t+)+C 设无剩磁 t=0，=0，得 C=mcos =mcos-cos(t+),励磁涌流的出现机理,若在初相角=0时合闸，则 =m(1-cost) t=时，=2m，再考虑到剩磁，=(2.22.3)m，导致磁路过饱和，相应的励磁电流急剧增大，达正常时空载电流的几百倍，额定电流的

21、6-8倍。 若在初相角 = 2时合闸，则 =-msint 变压器即进入稳态，是理想合闸时间。,励磁涌流的出现机理,励磁涌流的出现机理,电流的衰减 由于R1 的存在，电流脉冲将逐渐衰减。衰减的快慢由时间常L1/R1决定，一般在1s内，暂态电流就会大大衰减。小型变压器电阻较大，电抗较小，衰减较快，约几个周期可达稳态；大型变压器，电阻较小，电抗较大，衰减较慢，可能延续20s才达到稳态。,变压器励磁涌流的影响,我们称mcos(t+)为稳态磁通，将非同期磁通mcos和剩磁r合称为暂态磁通。当=0时，如图所示。,变压器励磁涌流的影响,(a)磁化曲线；(b)励磁涌流,变压器励磁涌流的影响,可以清楚看到，当电

22、源电压Um一定时，稳态磁通幅值m就一定，因此暂态磁通愈大，总磁通的最大值就愈大，相应的涌流就有更大的峰值，=0时有最大的暂态磁通，因此=0也就是产生最大涌流峰值的条件(对单相变压器而言)。 对于三相变压器，由于三相相差120度，因此总是有涌流出现。 在各侧均有负荷电流时，励磁电流只是励磁支路中的分流；在空投时，励磁电流全部表现为差流，且数值非常大，需要采取一定措施躲过。,变压器励磁涌流的影响,大型变压器差动保护差流中二次谐波1517是按照一般饱和磁通为1.4倍额定磁通幅值的涌流考虑的，但是由于变压器制造技术提高和材料利用率的改进，饱和磁通倍数1.21.3,甚至低致1.15,在此情况下涌流最小二

23、次谐波含量可能低致10,RCS985涌流判别方式,谐波制动原理 装置采用三相差动电流中二次谐波与基波的比值作为励磁涌流闭锁判据，动作方程如下： I2 K2xb* I1 波形判别原理 装置利用三相差动电流中的波形判别作为励磁涌流识别判据。内部故障时，各侧电流经互感器变换后，差流基本上是工频正弦波。而励磁涌流时，有大量的谐波分量存在，波形是间断不对称的。,4.定子绕组单相接地保护,定子接地保护的必要性： a 单相接地引起非故障相及中性点电位升高。 b 中性点附近经过渡电阻接地若保护灵敏度不够而未动作，经过长期运行，在机端侧再发生第二点接地，中性点电位升高，第一个接地点接地电流增大，而过渡电阻减小，

24、结果发生相间或匝间严重短路。 c 其次单相接地引起铁心的损伤。机组越大分布电容越大，接地容性电流越大。接地电流较大引起电弧，引起绕组绝缘及定子铁心损坏。,发电机定子绕组单相接地示意图,4.1.1单相接地故障时的基波零序电压,4.1基波零序电压保护,对于主变压器高压侧中性点不论是否接地，当高压系统发生接地故障时，直接传递给发电机的零序电压超过定子接地保护的动作值，对于跳闸接地保护可以经主变高压侧零序电压闭锁，基波报警可以用时间避开。 基波零序电压型定子接地保护简单可靠，是现在用的比较普遍的保护，保护区80%90% 中性点接地时基波保护存在死区。,4.1.2基波零序电压定子接地保护的特点,4.1.

25、3 基波定子接地保护判据,（1）灵敏段基波零序电压保护，动作于信号时,其动作方程为: Un0U0zd 式中Un0为发电机中性点零序电压，U0zd为零序电压定值。 灵敏段动作于跳闸时，还需主变高、中压侧零序电压闭锁，以防止区外故障时定子接地基波零序电压灵敏段误动。 （2）高定值段基波零序电压保护，动作方程为： Un0 U0hzd 保护动作于信号或跳闸均不需经主变高、中压侧零序电压辅助判据闭锁。,4.2.1三次谐波电压源,1 由于发电机气隙磁通密度分布非正弦分布和铁磁饱和影响，在定子绕组中感应电势除基波分量外还含有高次谐波，其中三次谐波含量较高。 2 对于水电机组三次谐波电压随无功近似线性增长。这

26、是因为凸极发电机带感性无功时，纵轴电枢反应将对三次谐波励磁势起助磁作用，而且随无功增大励磁必相应增大，励磁磁通势三次谐波必然增大。 3 TV饱和引起。将引起三次谐波的虚假增大。,4.2 三次谐波定子接地保护,4.2.2单相接地时三次谐波分布特点,三次谐波电压比率判据 启停机过程中易误动 正常运行机组频率变化时，三次谐波滤过比下降，易 导致误动 调整型三次谐波电压判据 启停机过程中易误动 正常运行机组频率变化时，三次谐波滤过比下降，易导致误动 运行方式变化时，易误动,4.2.3 现有三次谐波定子接地保护存在问题,4.2.4 三次谐波比率判据,自适应三次谐波电压比率判据： 发变组并网前后机端等效电

27、容变化较大，并网前、后各设一个定值，根据各自状态下装置实时显示的最大三次谐波电压比率值整定，装置根据断路器位置接点和负荷电流自动适应状态变化 频率跟踪和数字滤波器相结合，在频率4555Hz范围内三次谐波电压滤过比不受影响 在系统频率严重偏离50HZ时，采用按频率比率制动原理,4.2.5三次谐波差动判据,三次谐波电压差动判据：,正常运行时，机端、中性点三次谐波电压幅值、相位在一定范围内波动，实时自动调整系数kt使正常运行时差电压接近为0； 可以保护100的定子接地,4.2.6三次谐波电压差动可靠性：,频率跟踪和数字滤波器相结合，在频率49.550.5Hz范围内保护功能不受影响； 在机组频率超出4

28、9.550.5Hz范围时，闭锁本判据； 机组并网后负荷电流大于0.2In时，自动投入本判据； 当TV断线时闭锁本判据。 由于采用了以上辅助判据，尽管三次谐波电压差动判据在定子接地时灵敏度很高，但是在启停机过程中、区外故障及其他工况下均不会误动。,正常运行时发电机中性点零序电压波形(妈湾电厂),定子接地电压波形例1,发电机中性点40%接地电压波形(动模试验),定子接地电压波形例2,妈湾电厂正常运行三次谐波差动波形：,定子接地电压波形例3,发电机中性点5%定子接地电压波形(动模试验),定子接地保护动作例1,发电机中性点40%定子接地 基波堆序和三次谐波电压保护均正确动作(动模试验),定子接地保护动

29、作例2,发电机中性点经10k 定子接地电压波形(电科院动模试验),定子接地保护动作例3,注入式定子接地保护 (1),接线示意图,辅助电源装置（RCS-985U）将低频电压加在负载电阻Rn上，并通过接地变压器，将低频电压信号注入到发电机定子绕组对地的零序回路中。装置退出压板控制输出,保护装置（RCS-985）检测注入的电压、电流信号，通过保护计算判断接地故障。,带通滤波器:通过20Hz低频电压信号，防止50Hz电压倒灌入电源。,注入式定子接地保护 (2),实现原理,正常情况下，注入电流主要是电容电流。,对地绝缘破坏，注入电流出现电阻性电流。,检测注入的低频电压、电流，通过导纳法可计算出接地过渡电

30、阻阻值，可以反映发电机100%的定子绕组单相接地。,注入式定子接地保护 (4),保护逻辑 接地电阻判据、零序电流判据、回路异常闭锁、频率闭锁,注入式定子接地保护 (5),主要特点 保护范围为100%，灵敏度一致，不受接地位置影响。可监视定子绕组绝缘的缓慢老化。 不受发电机运行工况的影响，在发电机静止、起停过程、空载运行、并网运行、甩负荷等各种工况下，均能可靠工作。 接地电阻的实测结果、电阻判据中的电阻定值为一次值，更直观。 采用多项关键技术(安全电流限制、精确回路补偿、综合滤波技术、辅助电源一体化设计)后的RCS-985注入式定子接地保护接地电阻测量精度高、保护逻辑更加完善。,注入式定子接地保

31、护 (6),和国外产品相比，有以下特点： 电源、滤波器一体化设计，回路简洁、可靠性更高、维护方便； 独有的安全电流限制技术，保护逻辑更为合理； 保护计算测量采用精细化模型，采用南瑞继保专有技术的保护算法，通过适当补偿环节，在发电机各种工况下，可准确、可靠的计算出接地故障电阻值； 测量回路的线性化设计； 现场调试方便，只需相位校正、短路试验、模拟故障试验，即可完成保护参数的整定。,外加低频电源定子接地保护的特点： 1）在发电机启停、运行的全过程中，都可以提供灵敏的定子接地保护：可检测定子绝缘的缓慢老化； 2）保护范围为100定子绕组，保护的灵敏度在各处一致，不受接地位置影响。 3）低频信号和工频

32、、分次谐波、整数次谐波相差较大，机组正常运行或振荡时不会影响外加低频电源测量电阻的计算。 4）注入一次绕组电压仅为13的额定相电压，不会损坏定子绕组绝缘。,新型外加低频电源定子接地保护,发电机中性点2.9k电阻接地录波数据波形 (发电机盘车，3000 rpm，未加励磁),外加低频电源定子接地保护现场试验波形,5.发电机定子匝间故障,.纵向零序电压原理构成的保护方案。在发电机的出口装设一个专用全绝绝缘电压互感器，其一次绕组中性点直接与发电机中性点相连而不接地。所以，该电压互感器二次绕组不能用来测量相对地电压。只有当发电机内部发生匝间短路或者对中性点不对称的各种相间短路时，破坏了三相对中性点的对称

33、，产生了对中性点的零序电压，即纵向零序电压，在它的开口三角绕组才有输出电压，即3U00，使零序电压匝间短路保护正确动作。为防止低定值零序电压匝间短路保护在外部短路时误动作，还采用一些制动或闭锁量。,5.1专用PT纵向零序电压匝间保护,1、负序方向闭锁的纵向零序电压匝间保护 负序方向元件在外部三相短路暂态过程中和频率偏离额定值时 可能会误动； 当采用负序功率方向作为动作元件时，灵敏度不高； 2、负序方向闭锁的二次谐波式匝间短路保护 对于发电机组，外部不对称故障，也会产生二次谐波电流，需 负序方向闭锁，因此也存在上述缺点； 3、三次谐波分量闭锁纵向零序电压匝间保护 动模和实际机组故障未证实区外故障

34、时纵向零序电压中三次谐 波分量会增大,5.1.1现有纵向零序电压匝间保护方案,5.1.2专用TV纵向零序电压匝间保护,高定值段匝间保护 按躲过各种情况下最大不平衡零序电压整定； 灵敏段匝间保护：电流比率制动原理 综合电流：采用电流增加量和负序电流加权值,5.1.3专用TV纵向零序电压匝间保护判据,5.1.1现有纵向零序电压匝间保护方案,发电机区内A3-A4？匝间故障纵向零序电压波形，零序电压增加, 而相电流变化不大, 保护灵敏动作。,5.1.5纵向零序电压匝间保护例,纵向零序电压波形，零序电压基波分量比故障前增大，电流、负序电流增加较大,电流比率制动原理的匝间保护没有误动,5.1.6主变高压侧

35、C0故障机端电流与专用TV开口电压,5.1.7 RCS-985纵向匝间保护的功能特点,浮动门槛技术 对其他工况下（不同负载、电压升高、失磁故障等） ，零序 电压不平衡值的增大，采用浮动门槛躲过不平衡电压。 频率跟踪与数字滤波器结合，频率偏移时，三次谐波滤过比仍大于100 由于采取了以上措施，纵向零序电压匝间保护只需按躲过正常运行时不平衡基波电压整定，区内故障灵敏动作，区外故障可靠制动,5.1.8 TV2一次断线闭锁判据,当发电机专用电压互感器TV2一次断线时，需闭锁定子匝间纵向零序电压保护。 判据1：TV1负序电压 3U2 Uzozd（动作定值） 判据2： UAB-Uab 5V或UBC-Ubc

36、 5V或UCA-Uca 5V，且TV2 开口三角零序电压 3U0 Uzozd（动作定值） UAB、UBC、UCA为TV1相间电压，Uab、Ubc、Uca为TV2相间电压。 满足判据1或判据2延时40ms发TV2一次断线报警信号，并闭锁纵向零序电压匝间保护。 TV回路恢复正常，按复归清除闭锁信号。,5.2单元件式横差保护,发电机正常运行时，每相并联分支电动势相等，两个中性点连线上没有电流流过，横差保护不会动作。 当并联分支发生一个分支匝间短路时，由于非故障分支与非故障分支对称性的破坏必然出现横差电流Ik，当大于横差定值时，横差动作跳闸。,5.21RCS985横差保护动作方程,RCS985单元件式

37、横差保护有两段高定值段和灵敏段 高定值段横差保护，相当于传统单元件横差保护，横差电流过高值段定值直接跳闸。 灵敏段横差保护 装置采用相电流比率制动的横差保护原理, 其动作方程为:,式中 Ihczd为横差电流定值, IMAX为机端三相电流中最大相电流, Iezd为发电机额定电流, Khczd为制动系数。,5.22RCS985横差保护特点,采用加权相电流比率制动，对于区外故障，加权相电流增加很大，能可靠制动； 对于匝间轻微故障，横差电流增加较大，而相电流变化不大，有很高的动作灵敏度； 横差电流定值只需按躲过正常运行时不平衡基波电流整定，区内故障灵敏动作，区外故障可靠制动。,7.1功能,采用正序电压

38、、正序电流计算阻抗，能区分短路和失步 能区分振荡中心在发变组内部或外部. 能区分稳定振荡和失步 能检测加速失步或减速失步 振荡频率范围0.1- 8 Hz 当电流小于出口断路器跳闸允许电流时出口 能记录滑极次数,跳闸滑极次数可分别整定,7.失步保护,7.2发电机与系统等效系统及系统各点的电流电压关系图,发电机与系统失步时的等效系统图,系统各点的电流电压关系图,7.3失步时正序阻抗动作特性,1.左右边界 2.中心线 3.电抗线,失步保护功能,振荡中机端阻抗继电器的测量阻抗图,保护采用三元件失步继电器动作特性, 第一部分是透镜特性，图中，它把阻抗平面分成透镜内的部分I和透镜外的部分O。第二部分是遮挡

39、器特性，图中，它把阻抗平面分成左半部分L和右半部分R。 两种特性的结合，把阻抗平面分成四个区OL、IL、IR、OR，阻抗轨迹顺序穿过四个区（OLILIROR或ORIRILOL），并在每个区停留时间大于一时限，则保护判为发电机失步振荡。每顺序穿过一次，保护的滑极计数加1，到达整定次数，保护动作。 第三部分特性是电抗线，图中，它把动作区一分为二，电抗线以上为I段（U），电抗线以下为II段（D）。阻抗轨迹顺序穿过四个区时位于电抗线以下，则认为振荡中心位于发变组内，位于电抗线以上，则认为振荡中心位于发变组外，两种情况下滑极次数可分别整定。,7.4失步保护的功能特点,7.5.1振荡中心在区外且失步时,失

40、步继电器分析,区外失步,7.5振荡时测量阻抗轨迹示意图,7.5.2振荡中心在区内且失步时,失步继电器分析,区内失步,7.5.3发电机加速失步时,失步继电器分析,加速失步,7.5.4发电机减速失步时,失步继电器分析,减速失步,7.5.5发电机同步振荡时,t0:正常运行 t1:区外故障 t2:故障切除,7.5.6先区外故障后振荡时,t0:正常运行 t1:区外故障 t2:故障切除 t3:振荡,7.5.7功率超调引起振荡时,t0:正常运行 t1:功率超调 t2:失步振荡,7.6失步振荡电流电压录波图,8.转子接地保护,8.1转子接地保护的配置,一点接地设两段 灵敏I段动作于信号 II段动作于信号或跳闸

41、 转子两点接地保护 一点接地II段动作于信号，自动延时投入转子两点接地保护,8.2转子接地保护的功能特点,实时显示转子绕组对大轴绝缘电阻 转子一点接地后显示接地位置 高精度隔离放大器 隔离电压2500V 光耦继电器切换开关,8.3转子一点接地保护电路示意图,Rg：转子接地电阻 ：转子接地位置 U：励磁电压 R：标准电阻 S1、S2：切换开关,8.4注入式转子接地保护,对于双端注入方式，可测量转子一点接地位置，进而实现转子两点接地保护。,8.5注入式转子接地保护,单端注入式转子接地保护,8.6转子接地保护为何双配置、单套运行？,转子一点接地保护采用切换采样原理（乒乓式）反应转子一点接地情况，为了

42、测量转子对地的绝缘情况，保护测量回路有一个内阻（电阻网络），因此如投入两套转子一点接地保护，因相互测量出对方的内阻导致误动。 运行时，合上某一套转子接地保护的转子电压输入回路的闸刀，则该套转子一点接地保护自动投入。切换至另一套时，先断开运行中转子电压输入回路的闸刀，合上需运行的转子电压输入回路的闸刀即完成。也可以通过切换开关控制转子电压输入，选择投入某一套转子接地保护。,9.1误上电的危害,发电机盘车状态下（未加励磁，低速），主开关误合，发电机异步起动 ，由于转子与气隙同步旋转磁场有较大滑差，转子本体长时间流过差频电流烧伤转子。突然误合闸引起转子急剧加速，润滑油压较低，轴瓦损坏。,9.发电机误

43、上电保护,9.2误上电保护原理,1发电机盘车时，未加励磁，断路器误合，造成发电机异步起动。 采用两组PT均低电压延时t1投入，电压恢复，延时t2（与低频闭锁判据配合）退出。 2发电机起停过程中，已加励磁，但频率低于定值，断路器误合。 采用低频判据延时t3投入，频率判据延时t4返回，其时间应保证跳闸过程的完成。 3发电机起停过程中，已加励磁，但频率大于定值，断路器误合或非同期。 采用断路器位置接点，经控制字可以投退。判据延时t3投入（考虑断路器分闸时间），延时t4退出其时间应保证跳闸过程的完成。,10.1断路器断口闪络的危害,220KV以上系统在进行同步并列运行过程中，当发电机空载电势与系统电压

44、180度造成断口闪络。使断路器损坏，破坏系统稳定，负序电流损坏发电机。,10.断路器闪络保护,10.2断路器闪络保护动作判据,判据： （1）断路器三相位置接点均为断开状态； （2）负序电流大于整定值； （3）发电机已加励磁，机端电压大于一固定值 动作跳灭磁开关，失效时起动失灵,11.启停机保护,发电机启动或停机过程中，配置反应相间故障的保护和定子接地故障的保护。 对于发电机、变压器、厂用变、励磁变的故障，各配置一组差回路过流保护。对于发电机定子接地故障，配置一套零序过电压保护。 由于发电机启动或停机过程中，定子电压频率很低，因此保护采用了不受频率影响的算法，保证了启停机过程中对发电机的保护。

45、启停机保护经控制字整定，可以选择“低频元件闭锁”或“断路器位置接点闭锁”。,12. 程序逆功率保护,发电机在过负荷、过励磁、失磁等各种异常运行保护动作后，需要程序跳闸时。保护先关闭主汽门，由程序逆功率保护经主汽门接点闭锁和发变组断路器位置接点闭锁，延时动作于跳闸,13.发电机定子过负荷保护,定子过负荷保护反应发电机定子绕组的平均发热状况。保护动作量同时取发电机机端、中性点定子电流。 反时限保护由三部分组成: 下限启动, 反时限部分, 上限定时限部分。 上限定时限部分设最小动作时间定值。 当定子电流超过下限整定值Iszd时, 反时限部分起动, 并进行累积。反时限保护热积累值大于热积累定值保护发出

46、跳闸信号。反时限保护, 模拟发电机的发热过程, 并能模拟散热。当定子电流大于下限电流定值时, 发电机开始热积累, 如定子电流小于额定电流时, 热积累值通过散热慢慢减小。,KSzd: 发电机发热时间常数，Ksrzd：发电机散热效应系数，Iezd：发电机额定电流二次值。,13 发电机定子过负荷保护,14定子负序电流对发电机运行的影响,(1)负序电流在转子表面感应出倍频电流，使转子受损严重。 当电力系统中发生不对称短路或在正常运行情况下三相负荷不平衡时，在发电机绕组中将出现负序电流，此电流在发电机空气隙中建立的负序旋转磁场相对于转子为两倍的同步转速，因此将在转子绕组、阻尼绕组以及转子铁心等部件上感应

47、于100Hz的倍频电流，该电流使得转子上电流密度很大的某些部位（如转子端部、护环内表面等），可能出现局部灼伤，甚至可能使护环受热松脱，从而导致发电机的重大事故。 (2)负序电流导致发电机震动加大。 负序气隙旋转磁场与转子电流之间以及正序气隙旋转磁场与定子负序电流之间所产生的100Hz交变电磁转矩，将同时作用在转子大轴和定子机座上，从而引起100Hz的振动。,14.负序过负荷保护,负序过负荷反应发电机转子表层过热状况，也可反应负序电流引起的其它异常。保护动作量取机端、中性点的负序电流。 当负序电流超过下限整定值I2szd时，反时限部分起动, 并进行累积。反时限保护热积累值大于热积累定值保护发出跳闸信号。负序反时限保护能模拟转子的热积累过程，并能模拟散热。发电机发热后，若负序电流小于I2l时，发电机的热积累通过散热过程，慢慢减少；负序电流增大，超过I2l时，从现在的热积累值开始，重新热积累的过程。,式中I2：发电机负序电流，Iezd:发电机额定电流，I2l：发电机长期运行允许负序电流（标么值），A：转子负序发热常数。,14. 负序过负荷保护,