大型发电机变压器继电保护整定计算导则.pdf

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1、K45 备案号： 67632000 中华人民共和国电力行业标准 DL/T 6841999 大型发电机变压器继电保护整定计算导则 Guide of calculating settings of relay protection for large generator and transformer 2000-02-24 批准 2000-07-01 实施 中华人民共和国国家经济贸易委员会发布 前言 本标准根据原能源部1992 年电供函 199211 号关于组织编制大机组继电保护装置运行整定条例 函的要求以及广大继电保护工作者的迫切需要而制定。 本标准的制定和实施将对提高发电机变压器继电保护装置的

2、正确动作率、保障电气设备的安全及 维持电力系统的稳定运行有重要意义。 在国家电力调度通信中心及中国电机工程学会继电保护专委会等单位的组织领导下，经过深入调 查研究，广泛征求国内各有关单位的专家、教授及广大继电保护工作者的意见，组织多次专题讨论，反复 修改条文内容，先后数易其稿，历经数年终于完成了本标准的编制任务。 本标准以GB1428593继电保护和安全自动装置技术规程为依据进行编制。 本标准的附录A、附录 B 都是标准的附录。 本标准的附录C、附录 D、附录 E、附录 F、附录 G、附录 H、附录 J、附录 K、附录 L 和附录 M 都是提示的附录。 本标准由原能源部电力司、科技司共同提出。

3、 本标准由原电力工业部继电保护标准化技术委员会归口。 本标准起草单位：华北电力设计院、东北电力设计院、清华大学。 本标准参加起草单位：东北电力调度局、西北电力试验研究院。 本标准主要起草人：王维俭、孟庆和、宋继成、闫香亭、毛锦庆、侯炳蕴、李玉海。 本标准由国家电力调度通信中心负责解释。 目次 前言 1 范围 2 引用标准 3 总则 4 发电机保护的整定计算 4.1 定子绕组内部故障主保护 4.2 发电机相间短路后备保护 4.3 定子绕组单相接地保护 4.4 励磁回路接地保护 4.5 发电机过负荷保护 4.6 发电机低励失磁保护 4.7 发电机失步保护 4.8 发电机异常运行保护 5 变压器保护

4、的整定计算 5.1 变压器纵差保护 5.2 变压器分侧差动保护 5.3 变压器零序差动保护 5.4 变压器瓦斯保护 5.5 变压器相间短路后备保护 5.6 变压器接地故障后备保护 5.7 变压器过负荷保护 5.8 变压器过励磁保护 6 发电机变压器组保护的整定计算 6.1 概述 6.2 发电机变压器组保护整定计算特点 附录 A( 标准的附录 )发电机定子绕组对地电容，机端单相接地电容电流及单相接地电流允许值 附录 B(标准的附录 )本标准用语说明 附录 C(提示的附录 )发电机变压器继电保护整定计算导则有关文字符号 附录 D(提示的附录 )发电机若干异常运行状态的要求 附录 E(提示的附录 )

5、大型汽轮发电机组对频率异常运行的要求 附录 F(提示的附录 )系统联系电抗Xcon的计算 附录 G(提示的附录 )自并励发电机外部短路电流的计算 附录 H(提示的附录 )电力系统振荡时阻抗继电器动作特性分析 附录 J(提示的附录 )变压器电容参数估算值 附录 K( 提示的附录 )保护用电流互感器的选择 附录 L(提示的附录 )变压器电抗的计算 附录 M( 提示的附录 )非全相故障计算 中华人民共和国电力行业标准 大型发电机变压器继电保护 整定计算导则 DL/T 6841999 Guide of calculating settings of relay protection for large

6、 generator and transformer 1 范围 本标准规定了大型发电机变压器继电保护的整定计算原则和方法，它是设计、科研、运行、调试 和制造部门整定计算的依据。 本标准适用于GB14285 所规定的发电机、变压器容量范围，重点规定了200MW 及以上发电机与 220 500kV 变压器的继电保护的整定计算原则和方法。 2 引用标准 下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本 均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。 GB120887 电流互感器 GB1428593 继电保护和安全自动装置技术规程

7、 GBT7064 1996 透平型同步电机的技术要求 IEC446(1992)互感器第6 部分：保护电流互感器动态性能的要求 3 总则 3.1 本标准是发电机变压器继电保护整定计算的基本依据，设计、科研、运行、调试和制造部门应共同 遵守。 3.2 发电机变压器继电保护整定计算的主要任务是：在工程设计阶段保护装置选型时，通过整定计算， 确定保护装置的技术规范；对现场实际应用的保护装置，通过整定计算，确定其运行参数(给出定值 )。从 而使继电保护装置正确地发挥作用，保障电气设备的安全，维持电力系统的稳定运行。 3.3 发电机变压器继电保护装置的技术性能，必须与本标准中提出的具体规定和要求相符合。

8、3.4 发电机变压器继电保护装置必须满足可靠性、选择性、速动性及灵敏性的基本要求，正确而合理的 整定计算是实现上述要求的关键。 3.5 本标准不涉及发电机变压器继电保护的配置；不列举保护装置的具体型式；按不同原理的保护分类 编制；整定计算方法适用于国内通用的主要保护原理，本标准所列原理之外的保护其整定计算方法可参考 制造厂家技术说明书。 3.6 部分保护装置的动作时限是根据GB14285 给出的； 对于未给出动作时限的保护装置，其动作时限应 根据设备条件及电力系统的具体情况决定。 3.7 为简化计算工作，可按下列假设条件计算短路电流： 3.7.1 可不计发电机、调相机、变压器、架空线路、电缆线

9、路等阻抗参数中的电阻分量；在很多情况下， 可假设旋转电机的负序阻抗与正序阻抗相等。 3.7.2 发电机及调相机的正序阻抗，可采用次暂态电抗Xd的饱和值。 3.7.3 各发电机的等值电动势(标么值 )可假设为1 且相位一致。仅在对失磁、失步、非全相等保护装置进 行计算分析时，才考虑电动势之间的相角差问题。 3.7.4 只计算短路暂态电流中的周期分量，但在纵联差动保护装置(以下简称纵差保护)的整定计算中以非 周期分量系数Kap考虑非周期分量的影响。 3.7.5 发电机电压应采用额定电压值，系统侧电压可采用额定电压值或平均额定电压值，不考虑变压器 电压分接头实际位置的变动。 3.7.6 不计故障点的

10、相间和对地过渡电阻。 3.8 与电力系统运行方式有关的继电保护的整定计算，应以常见运行方式为计算用运行方式。所谓常见 运行方式，是指正常运行方式和被保护设备相邻一回线或一个元件停运的正常检修方式。对于运行方式变 化较大的系统，应由调度运行部门根据具体情况确定整定计算所依据的运行方式。 3.9 根据 GB14285 的规定，按照故障和异常运行方式性质的不同，机组热力系统和调节系统的条件，本 标准所列各项保护装置分别动作于： a)停机：断开发电机或发电机变压器组(简称发变组)断路器、 灭磁， 关闭原动机主汽门或导水叶， 断开厂用分支断路器。 b)解列灭磁：断开发电机或发变组断路器和厂用分支断路器、

11、灭磁，原动机甩负荷。 c)解列：断开发电机或发变组断路器，原动机甩负荷。 d)降低励磁。 e)减出力：将原动机出力减至给定值。 f)缩小故障范围(例如断开母联或分段断路器)。 g)程序跳闸： 对于汽轮发电机，先关主汽门， 待逆功率继电器动作后再断开发电机或发变组断路 器并灭磁；对于水轮发电机，先将导水叶关到空载位置，待逆功率继电器动作后再断开发电机或发变组 断路器并灭磁。 h)信号：发出声光信号。 3.10 除特殊说明外，本标准列出的计算公式，无论用有名值或标么值进行计算，其计算结果(电流、电 压、阻抗等 )应以二次侧有名值的形式给出。 4 发电机保护的整定计算 4.1 定子绕组内部故障主保护

12、 定子绕组内部故障包括相间短路、同相不同分支间短路、同相同分支匝间短路和定子绕组的分支 开焊故障。 4.1.1 比率制动式纵差保护 比率制动式纵差保护仅反应相间短路故障。具有比率制动特性的差动保护的二次接线如图1 所示。 当差动线圈匝数Wd与制动线圈匝数Wres的关系为时， 差动电流 制动电流 式中：，一次电流； ， 二次电流； na电流互感器变比。 图 1 比率制动式差动保护原理接线图 差动保护的制动特性如图2 中的折线ABC 所示。图中，纵坐标为差动电流Id，横坐标为制动电流 Ires。 为了正确进行整定计算，首先应了解纵差保护的不平衡电流与负荷电流和外部短路电流间的关系。 发电机纵差保护

13、用的10P 级电流互感器， 在额定一次电流和额定二次负荷条件下的比误差为3%。因 此，纵差保护在正常负荷状态下的最大不平衡电流不大于6%。但随着外部短路电流的增大和非周期暂态 电流的影响，电流互感器饱和，不平衡电流将急剧增大，实际的不平衡电流与短路电流的关系曲线如图2 中的曲线 OED 所示。 图 2 比率制动式差动保护的制动特性 发电机外部短路时，差动保护的最大不平衡电流由式(1)进行估算 (1) 式中： Kap非周期分量系数，取1.52.0； Kcc互感器同型系数，取 0.5； Ker互感器比误差系数，取 0.1； 最大外部三相短路电流周期分量。 比率制动特性纵差保护需要整定计算以下三个参

14、数： 1)确定差动保护的最小动作电流，即确定图2 中 A 点的纵座标Iop.0为 (2) 式中： Krel可靠系数，取1.5； Ign发电机额定电流； Iunb.0发电机额定负荷状态下，实测差动保护中的不平衡电流。 实际可取Iop.0 (0.100.30)Ignna，一般宜选用 (0.100.20)Ignna。如果实测Iunb.0较大，则应尽 快查清 Iunb.0增大的原因，并予消除，避免因Iop.0过大而掩盖一、二次设备的缺陷或隐患。 发电机内部短路时，特别是靠近中性点经过渡电阻短路时，机端或中性点侧的三相电流可能不大， 为保证内部短路时的灵敏度，最小动作电流Iop.0不应无根据地增大。 2

15、)确定制动特性的拐点B。定子电流等于或小于额定电流时，差动保护不必具有制动特性，因此， B 点横坐标 Ires.0(0.81.0)Ignna (3) 当 Ires.0Ignna时，应调整保护内部参数，使其满足式(3) 。 3)按最大外部短路电流下差动保护不误动的条件，确定制动特性的C 点，并计算最大制动系数。 设 C 点对应的最大动作电流为Iop.max Iop.maxKrelIunb.max(4) 式中： Krel可靠系数，取1.31.5。 C 点对应的最大短路电流 与最大制动电流Ires.max相对应。 C 点的最大制动系数Kres.max按下式计 算 Kres.maxIop.max Ir

16、es.max KrelKapKccKer (5) 式(5)的计算值为Kres.max0.15，可确保在最大外部短路时差动保护不误动。但考虑到电流互感器的饱和或 其暂态特性畸变的影响，为安全计，宜适当提高制动系数值。图2 中，取 C 点的 Kres.max 0.30。 该比率制动特性的斜率S (6) A、B、C 三点确定的制动特性，确保在负荷状态和最大外部短路暂态过程中可靠不 误动。 按上述原则整定的比率制动特性，当发电机机端两相金属性短路时，差动保护的灵敏系数一定满 足 Ksen2.0 的要求，不必进行灵敏度校验。 4.1.2 标积制动式纵差保护 设发电机机端和中性点侧电流分别为和，它们的相位

17、差为，令标积ItIncos为制动量， 为动作量，构成 (7) 式中： Kres制动系数，取0.81.2。 外部短路时， 0，式 (7)右侧表现为很大的制动作用。当发电机内部短路时，可能呈现90 270，使 cos0,式(7)右侧呈现负值，即不再是制动量而是助动量，保护灵敏动作。本保护仅 反应相间短路故障。 4.1.3 故障分量比率制动式纵差保护 该保护只与发生短路后的故障分量(或称增量 )有关，与短路前的穿越性负荷电流无关，故有提高纵差 保护灵敏度的效果。本保护仅反应相间短路故障，其动作判据为 (8) 式中： 发电机机端侧故障分量电流； 发电机中性点侧故障分量电流。 故障分量纵差保护的动作特性

18、如图3，图中 ，。直线1 为故障分量纵差保护在正常运行和外部短路时的制动特性；直线2 为故障分量纵差保护在内部短路时的动 作特性，其斜率S2.0；直线 3 为故障分量纵差保护的整定特性。 整定计算如下： a)纵差保护动作特性(直线 3)的倾角 ，一般取45，即制动系数Kres1.0。 b)最小动作电流 Id00.1Ignna，或 Id0负荷状态下微机输出最大不平衡增量差流。 c)灵敏系数校验：KsenIdIresDCBC，要求 Ksen2.0，一般不必进行校验计算。 图 3 故障分量比率制动式纵差保护动作特性 4.1.4 不完全纵差保护 本保护既反应相间和匝间短路，又兼顾分支开焊故障。设定子绕

19、组每相并联分支数为a，在构成纵差 保护时，机端接入相电流图4(a)中的 TA2,但中性点侧TA1 每相仅接入n 个分支， a 与 n 的关系如下式 1N(9) 式中： a 与 N 的取值见表1。 表 1 a 与 n 的关系 a2 3 4 5 6 7 8 9 10 N 1 1 2 2 2 或 3*2 或 3*3 或 4*3 或 4*4 或 5* * 与装设一套或二套单元件横差保护有关。 图 4(a)中互感器TA1 与 TA2 构成发电机不完全纵差保护。TA5 与 TA6 构成发变组不完全纵差保 护，而 TA3 与 TA4 构成变压器的完全纵差保护。TA1 的变比按条件选择； TA2 的变比按 I

20、gnI2n条件选择，因此 TA1 的变比一定不同于TA2 的。对于微机保护，TA1、 TA2 可取相同变比，由软 件调平衡。 图 4(b)表示发电机中性点侧引出4 个端子的情况，TA1 和 TA5 装设在每相的同一分支中。 图 4(c)表示每相8 个并联分支的大型水轮发电机，发电机不完全纵差保护每相接入的中性点侧电流 (TA1) 分支数为2、5、8，发变组不完全纵差保护(TA5) 则为 1、4、7。 图 4 发电机和发变组纵联差动保护的互感器配置 本保护不仅反应相间短路，还能对匝间短路和分支开焊起保护作用，其基本原理是利用定子各分支绕 组间的互感，使未装设互感器的分支短路时，不完全纵差保护仍可

21、能动作。 比率制动特性发电机不完全纵差保护的整定计算工作，除互感器变比选择不同于完全纵差保护外， 其余均可按4.1.1，但当 TA1 与 TA2 不同型号时，互感器的同型系数应取Kcc1.0。 4.1.5 单元件横差保护 本保护反应匝间短路和分支开焊以及机内绕组相间短路。 a)传统单元件横差保护 图 4(a)和图 4(b)中，接于发电机中性点连线的互感器TA0 用于单元件横差保护。TA0 的变比选择，传 统的做法按下式计算 na0.25IgnI2n (10) 式中： Ign发电机额定电流； I2n互感器 TA0 的二次额定电流。 动作电流Iop按外部短路不误动的条件整定。当横差保护的三次谐波滤

22、过比大于或等于15 时，其动作 电流为 Iop (0.200.30)Ignna (11) 在励磁回路一点接地保护动作后，发电机可继续运行，为防止励磁回路发生瞬时性第二点接地故 障时横差保护误动，应切换为带0.5 1.0s延时动作于停机。 b)高灵敏单元件横差保护 图 4 中的 TA0(包括 TA01 和 TA02) 均为环氧树脂浇注的单匝母线式互感器(LMZ 型)，应满足动、 热稳定的要求。 高灵敏单元件横差保护用的互感器变比na，根据发电机满载运行时中性点连线的最大不平衡电流， 可选为 600I2n、 400I2n、200 I2n、100I2n。初步设计时，宜选前三组na。 为了减小动作电流

23、和防止外部短路时误动，在额定频率工况下，该保护的三次谐波滤过比K3 应大 于 80。 高灵敏单元件横差保护动作电流设计值可初选为0.05Ignna。 作为该保护动作电流的运行值应如下整定： 1)在发电机作常规短路试验时，实测中性点连线电流的基波和三次谐波分量大小(Iunb.1和 Iunb.3)，此即 单元件横差保护的不平衡电流一次值，如图5 的 OC 和 OA(近似线性 )。 图 5 单元件横差保护的不平衡电流(Iunb)测试和线性外推 2)将直线 OC 和 OA 线性外推到(发电机机端三相短路电流)，得直线 OCD 和 OAB，确定最大不 平衡电流Iunb.1.max和 Iunb.3.max

24、。 3) (12) 式中： Krel可靠系数，取1.31.5； Kap非周分量系数，取 1.52.； K3三次谐波滤过比， K380。 4)如不装励磁回路两点接地保护，则高灵敏单元件横差保护兼顾励磁回路两点接地故障的保护，瞬 时动作于停机。 5)如该保护中有防外部短路时误动的技术措施，动作电流Iop只需按发电机额定负荷时横差保护的 不平衡电流整定。 4.1.6 多分支分布中性点水轮发电机的综合差动保护 本保护反应发电机相间、匝间短路和分支开焊故障。 如图 6 所示，该发电机每相6 并联分支装设3 套差动保护，即： 不完全纵差保护1(2、4、6 分支的 TA1 与 TA2)； 裂相横差保护2(1

25、、3、 5 分支的 TA1 与 2、 4、6 分支的 TA1)； 高灵敏单元件横差保护3(TA0) 。 保护 1和 3 已经阐明，这里只讨论裂相横差保护2。 (a)每相 6 并联分支装3套差动保护；(b)裂相横差保护原理图 图 6 多分支分布中性点水轮发电机综合差动保护二次接线图 裂相横差保护就是将一台每相并联分支数为偶数的发电机定子绕组一分为二，各配以电流互感器TA1， 其变比为，a 为每相并联分支数。 该保护采用比率制动特性，其整定计算与比率制动式纵差保护相似，但最小动作电流Iop.0和最大 制动系数 Kres.max均较大。 Iop.0由负荷工况下最大不平衡电流决定， 它由两部分组成，即

26、两组互感器在负荷工况下的比误差所 造成的不平衡电流iunb.1；由于定子与转子间气隙不同，使各分支定子绕组电流也不相同，产生的第二种不 平衡电流iunb.2。因此，裂相横差保护的Iop.0比纵差保护的大。 (13) Ires.0(0.81.0)Ignna (14) Kres.max0.50.6 (15) 裂相横差保护也可应用于每相并联分支数为奇数的发电机，此时两个互感器的变比将不同，或者仍用 相同变比na IgnI2n，增设中间互感器；微机保护可用软件调平衡。 4.1.7 纵向零序过电压保护 发电机定子绕组同分支匝间、同相不同分支间或不同相间短路时，会出现纵向 (机端对中性点)零序 电压，该电

27、压由专用电压互感器(互感器一次中性点与发电机中性点相连，不接地) 的开口三角绕组取得。 a)零序过电压保护的动作电压U0.op设计值可初选为 U0.op23(V) b)为防止外部短路时误动作，可增设负序方向继电器，后者具有动合触点，当发电机内部短路时，触 点闭合。 c)三次谐波电压滤过比应大于80。 d)该保护应有电压互感器断线闭锁元件。 4.1.8 转子回路二次谐波电流保护 发电机定子绕组内部短路时产生的负序电流，可以用装设在转子回路中的电抗变压器以二次谐波 电压的形式来反应。 该保护的二次谐波动作电压Uop，应按下述原则整定：在发电机长期允许的负序电流下，实测转 子回路中的电抗变换器输出二

28、次谐波电压， 则 (16) 实测 是在做发电机常规短路试验时，在很低的励磁电压下，作机端两相稳态短路试验，使定 子负序电流等于，对应测得转子回路中电抗变换器的。由于励磁电压变化范围大，为空载额定 励磁电压的68 倍，可靠系数Krel应取较大值，一般为1.52.0。 发电机外部短路时，转子电流中也有二次谐波，因此必须增设机端的负序方向元件作闭锁。 负序功率方向元件采用动合触点。当发电机内部短路时，负序功率由发电机流入系统，方向元件 动合触点闭合。为防止外部短路暂态过程中此保护瞬时误动，保护应增设0.10.2s 延时。 4.1.9 故障分量负序方向保护 利用故障分量负序电压和电流(和 )，构成故障

29、分量负序方向保护，其动作判据为 (17) 式中：的共轭相量； sen.2负序方向灵敏角，一般取 75。 故障分量负序方向继电器是一种方向元件，其阈值p2 很小，具体数值由继电器制造厂家供给， 一般不作整定计算。 故障分量负序方向保护无需装设TV 或 TA 的断线闭锁元件，但TV 断线应发信号，保护较简单； 但当发电机未并网前，因I20，保护失效，为此还应增设各种辅助判据，其原理和定值整定随各制造厂 家而异，详见厂家技术说明书。 4.2 发电机相间短路后备保护 大机组所在电厂的220kV 及以上电压等级的出线，要求配置双套快速主保护，并有比较完善的近 后备保护，不再强调要求发变组提供远后备保护。

30、大型发变组本身已配备双重或更多的主保护(例如， 发电机纵差、变压器纵差、发变组纵差、高灵敏单元件横差等)。尽管如此，大机组装设简化的后备保护 仍是必要的。 对于中小型机组，不装设双重主保护，应配置常规后备保护，并使其对所连接高压母线和相邻线 路的相间短路故障具有必要的灵敏度。 4.2.1 定时限复合过电流保护 该保护由负序过电流元件及低电压启动的单相过电流元件组成。 a)负序过电流元件的动作电流Iop.2按防止负序电流导致转子过热损坏的条件整定，一般按下式整定 (18) 式中： Ign发电机额定电流； na电流互感器变比。 间接冷却式汽轮发电机用0.5Ign； 水轮发电机用 0.6Ign。 其

31、他发电机可用 ，A 值由电机制造厂给定。 灵敏系数按主变压器高压侧两相短路的条件校验 (19) 式中：主变压器高压侧母线金属性两相短路时，流过保护的最小负序电流。 要求灵敏系数Ksen1.5。 b)单相过电流元件的动作电流Iop.1按发电机额定负荷下可靠返回的条件整定 (20) 式中： Krel可靠系数，取1.31.5； Kr返回系数，取 0.850.95。 灵敏系数按主变压器高压侧母线两相短路的条件校验 (21) 式中：主变压器高压侧母线金属性两相短路时，流过保护的最小短路电流。 要求灵敏系数Ksen1.2。 c)低电压元件接线电压，动作电压Uop可按下式整定。 对于汽轮发电机 (22) 式

32、中： Ugn发电机额定电压； nv电压互感器变比。 对于水轮发电机 (23) 灵敏系数按主变压器高压侧母线三相短路的条件校验 (24) 式中：主变高压侧母线金属性三相短路时的最大短路电流； Xt主变压器电抗，取 XtZt。 要求灵敏系数Ksen1.2。 低电压元件的灵敏系数不满足要求时，可在主变压器高压侧增设低电压元件。 d)时间元件。 复合过电流保护的动作时限，按大于升压变压器后备保护的动作时限整定，动作于解 列或停机。 当整定时限与保证发电机安全所允许时限（例如，转子负序过负荷允许时限)有予盾且 没有负序电流反时限保护时，应以发电机安全的允许时限为准。 4.2.2 定时限复合电压启动的过电

33、流保护 保护装置由负序电压及线电压启动的过电流元件组成。 单相电流元件的动作电流，低电压元件的动作电压的整定及灵敏系数校验与4.2.1 相同。 负序过电压元件的动作电压按躲过正常运行时的不平衡电压整定，一般取 (25) 灵敏系数按主变压器高压侧母线两相短路的条件校验 (26) 式中： U2.min主变高压侧母线二相短路时，保护安装处的最小负序电压。 要求灵敏系数Ksen1.5。 保护动作时间同4.2.1。 当以上保护不满足要求时，采用低阻抗保护。 4.2.3 低阻抗保护 见 5.5.7。 4.3 定子绕组单相接地保护 我国发电机中性点接地方式主要有以下三种： 不接地 (含经单相电压互感器接地)

34、； 经消弧线圈(欠补偿 )接地； 经配电变压器高阻接地。 在发电机单相接地故障时，不同的中性点接地方式，将有不同的接地电流和动态过电压以及不同 的保护出口方式。 发电机单相接地电流允许值见附录A。 当机端单相金属性接地电容电流IC小于允许值时，发电机中性点应不接地，单相接地保护带时限 动作于信号；若IC大于允许值，宜以消弧线圈(欠补偿 )接地，补偿后的残余电流(容性 )小于允许值时，保 护仍带时限动作于信号；但当消弧线圈退出运行或由于其他原因使残余电流大于允许值时，保护应切换为 动作于停机。 发电机中性点经配电变压器高阻接地时，接地故障电流大于IC，一般情况下均将大于允许值， 所以单相接地保护

35、应带时限动作于停机，其时限应与系统接地保护相配合。 4.3.1 基波零序过电压保护 该保护的动作电压Uop应按躲过正常运行时中性点单相电压互感器或机端三相电压互感器开口三角绕 组的最大不平衡电压Uunb.max整定，即 Uop KrelUunb.max(27) 式中： Krel可靠系数，取1.21.3。 Uunb.max为实测不平衡电压，其中含有大量三次谐波。为了减小 Uop，可以增设三次谐波阻波环节， 使 Uunb.max主要是很小的基波零序电压，大大提高灵敏度，此时Uop5V，保护死区 5%。 应校核系统高压侧接地短路时，通过升压变压器高低压绕组间的每相耦合电容CM传递到发电机侧的 零序电

36、压 Ug0大小，传递电压计算用近似简化电路，见图7。 图 7 传递电压计算用近似简化电路 图7 中， E0为系统侧接地短路时产生的基波零序电动势，由系统实际情况确定，一般可取 ， UHn为系统额定线电压。Cg为发电机及机端外接元件每相对地总电容。CM为主变 压器高低压绕组间的每相耦合电容，见附录J。Zn为 3 倍发电机中性点对地基波阻抗。 Ug0可能引起基波零序过电压保护误动作。因此，应从动作电压整定值及延时两方面与系统接地保 护配合。 4.3.2 三次谐波电压单相接地保护 对于 100MW 及以上的发电机， 应装设无动作死区(100%动作区 )单相接地保护。 一种保护方案是基 波零序过电压保

37、护与三次谐波电压保护共同组成100%单相接地保护。 电压互感器变比为： 机端 TV 中性点 TV 如发电机中性点经消弧线圈或配电变压器接地，保护装置应具有调平衡功能，否则应增设中间电 压互感器。 设机端和中性点三次谐波电压各为和，三次谐波电压单相接地保护可采用以下两种原理： a) (28) 实测发电机正常运行时的最大三次谐波电压比值设为a0，则取阈值a(1.051.15)a0。根据发电机定 子绕组对地电容和中性点对地三次谐波阻抗的大小，见图8，可计算a0。a0可能小于或大于1.0。 b) (29) 式中分子为动作量，调整系数 ，使发电机正常运行时动作量最小。然后调整系数 ，使制动 量在正常运行

38、时恒大于动作量，一般取0.20.3。 动作判据1)的保护装置简单，但灵敏度较低。动作判据2)较复杂，但灵敏度高。 定子绕组单相接地保护中的三次谐波部分只动作于信号。 E3发电机三次谐波相电动势； EH3系统高压侧三次谐波相电动势； Zn发电机中性点对地三次谐波感抗或电阻的三倍； C1发电机每相对地电容之半； C2机端外接元件每相对地总电容； CM主变压器高低压绕组间每相耦合电容 图 8 发电机三次谐波电压分析计算用等值电路 4.3.3 中性点经配电变压器高阻接地的定子绕组单相接地保护 接于配电变压器(变比 nt)二次侧的电阻 RN，应按机端单相接地时由 RN产生的电阻电流大于电容电流 选定，即

39、 (30) 式中： Cg发电机及机端外接元件每相对地总电容。 a)基波零序过电压保护。与4.3.1 相同，但此保护用在中性点经配电变压器高阻接地的发电机上， 灵敏度较低。 b)三次谐波电压单相接地保护。与4.3.2 相同。 c)95%定子绕组单相接地基波零序过电流保护。该保护装设在发电机中性点接地连线的电流互感器上， 保护应具有三次谐波阻波部件，其动作电流为 (31) 式中： Ker电流互感器比误差系数，取为3%； U%机端电压变化百分值，取为10%； 机端单相金属性接地电流； na电流互感器变比； I2n电流互感器二次额定电流； Ier保护继电器误差，取为5%。 保护经 0.5s 延时动作于

40、停机。 4.3.4 外加交流电源式100%定子绕组单相接地保护 国内应用的外加交流电源式定子绕组单相接地保护有两种，其一为外加20Hz 电源，另一为外加 12.5Hz 电源。 外加电源方式的定子绕组单相接地保护，在启、停机过程中仍有保护作用，但必须增设低频电源， 且对其要求有很高的可靠性。 4.4 励磁回路接地保护 汽轮发电机通用技术条件规定：对于空冷及氢冷的汽轮发电机，励磁绕组的冷态绝缘电阻不小于 1M，直接水冷却的励磁绕组，其冷态绝缘电阻不小于2k。水轮发电机通用技术条件规定：绕组的绝 缘电阻在任何情况下都不应低于0.5M 。 励磁绕组及其相连的直流回路，当它发生一点绝缘损坏时(一点接地故

41、障 )并不产生严重后果；但是 若继发第二点接地故障，则部分转子绕组被短路，可能烧伤转子本体，振动加剧，甚至可能发生轴系和汽 轮机磁化，使机组修复困难、延长停机时间。为了大型发电机组的安全运行，无论水轮发电机或汽轮发电 机，在励磁回路一点接地保护动作发出信号后，应立即转移负荷，实现平稳停机检修。对装有两点接地保 护的汽轮发电机组，在一点接地故障后继续运行时，应投入两点接地保护，后者带时限动作于停机。 4.4.1 叠加直流式一点接地保护 在励磁绕组负端和大地之间经一电流继电器KA 叠加直流电压Uad构成的转子一点接地保护， 由图 9 可知正常运行时流过继电器KA 的电流为 TVM 中间电压互感器

42、(32) 式中： Uad叠加直流电压； Ufd发电机励磁电压； Ri继电器 KA 的内阻； Rins励磁绕组对地等效绝缘电阻。 发电机强行励磁但励磁绕组并不接地时，流过继电器KA 的电流为 (33) 式中： Ufd.max发电机强励时的转子电压。 对于空冷及氢冷汽轮发电机，要求在励磁绕组负端经过渡电阻Rtr20k接地时继电器 KA 动作。 发电机空载运行，励磁绕组负端经过渡电阻Rtr接地条件下，流过继电器KA 的电流 Iop 为 (34) 式中： Ufd0发电机空载励磁电压； Rtr接地点的过渡电阻。 按负端经过渡电阻接地时流过继电器KA的电流大于发电机强励而励磁绕组并不接地时流过继电器 KA

43、 的电流整定。 IopKrelIad.max(35) 式中： Krel可靠系数，取1.5。 解出表示最小灵敏度的过渡电阻Rtr为(当 Ufd.max2Ufdn,Ufdn为正常额定励磁电压) (36) 式中： RaRinsRi(Rins+Ri)。 (37) 图 9 叠加直流电压一点接地保护原理图 4.4.2 测量励磁绕组对地导纳的一点接地保护 该保护外加工频交流电源经补偿电感L 与隔直电容C(L、 C 对 50Hz 串联谐振 )接于励磁绕组的正负 极。励磁绕组正常对地(大轴 )的绝缘电阻为Rins(或电导 gins)和对地电容为 Ce。重要的是由外加电源 a、b 两 端向励磁绕组看进去的等值电路

44、(图 10)中除 Rins和 Ce外，只有纯阻Rb，不应有与Rb串联的感抗或容抗(Ce 除外 )。 由 a、b 两点看到的输入对地导纳轨迹如图11 所示， 图中实线圆族为以gins为常量、 Ce为变量的等 电导圆，虚线圆族为以Ce为常量、 gins为变量的等电纳圆。 10 测量对地导纳式一点接地保护的等值电路 图 11 中，横坐标右侧端点表示励磁绕组发生金属性接地故障(Rins0，gins )，输入端对地导纳 为 gb1Rb。 理想的测量对地导纳式一点接地保护的动作特性应只与整定的Rins值有关， 而与 Ce大小无关。 因此保 护整定的动作特性(以 Rins2k为例 )如图 11 中的阴影整圆

45、，它与等电导圆(Rins2k)完全重合，表明该 保护的动作特性与Ce无关，只要Rins2k，保护就动作。 图 11 等电导圆和整定圆 继电器的动作判据如图12 所示，为 Ygm gNgm(38) 式中： Y继电器测得的励磁绕组对地导纳； gm继电器整定圆圆心； gngm继电器整定圆半径。 图 12 测量对地导纳继电器的整定圆 当已确定要求继电器在转子绕组对地绝缘电阻下降到Rins(相应有 gins1 Rins)时动作，且已知 Rb值(制 造厂家供给，相应有参考电导gb1Rb)，则需要整定计算的对地导纳整定圆圆心为 gm(位于 g 轴上 ) (39) 整定圆半径为gngm，由图 12 知， gn

46、gb，所以半径为 (40) 由图 11 可清楚见到， Rins的整定值不能取得太大 (例如大于10k)，因为当 Rins从 8k 变到无穷大 时，等电导圆十分密集，极易产生定值变异。一般Rins的整定值宜取5k左右，这是这种保护的原理所决 定的。 在实际工作中应注意以下几点： a)励磁回路发生金属性一点接地故障时，Rins0,gins，测量对地导纳 Y 位于整定圆的边界上， 处于动作边缘。在发生金属性接地时，检验保护不应拒动。 b)电刷与大轴间的接触电阻，严重影响保护的动作定值，为此必须加大电刷的压力，减小其接触电 阻值。 4.4.3 切换采样式一点接地保护 图 13 接地保护装置的阻容网络

47、该保护要在转子绕组两端外接阻容网络，电子开关S1S3 轮流接通和断开，如图13，对电流I1 I3 采样。 (41) (42) (43) 式中： K1、K2选定的常数；故障点将Ufd分为 U1和 U2。 保护的动作判据为 I1+I3I2(44) Rtr为 (45) Rtr即为保护的灵敏度，其定值取决于正常运行时转子回路的绝缘水平。 (46) 要求在一定的Rtr时动作，就有相应的K2值，所以改变K2可以改变转子一点接地保护整定值Rset，通 常取 Rset10k以上。当RtrRset时，保护动作。 切换采样式转子一点接地保护的另一种形式为乒乓式转子一点接地保护。原理图如图14。 图 14 乒乓式转

48、子一点接地保护 励磁绕组中任一点E 经过渡电阻Rtr(即对地绝缘电阻 )接地，励磁电压Ufd由 E 点分为 U1和 U2。 S1 闭合， S2 打开时 (此时设 Ufd Ufd1) (47) 式中： R0保护的固定电阻； Rtr励磁回路对地绝缘电阻。 S2 闭合， S1 打开时 (此时有 Ufd Ufd2) (48) (49) (50) 因 S1、S2 切换前后接地点E 为同一点，故K1+K21。 保护的动作判据为 GsetG1+G2或 RsetRtr+R0 (51) Rset 040k。 4.4.4 励磁回路两点接地保护 利用四臂电桥原理构成的励磁回路两点接地保护，在励磁回路发生一点接地后投入运行，并调整 平衡。当励磁回路发生第二点的接地故障时，保护延时动作于停机。 保护的动作电流，按躲过电桥不能调整得完全平衡而引起的不平衡电流整定。应选用高灵敏度继 电器，以便缩小转子绕组近距离两点接地时的死区。 动作时限按躲过瞬时出现的两点接地故障整定，一般为0.51.0s。 4.5 发电机过负荷保护 4.5.1 定子绕组对称过负荷保护 对于发电机因过负荷或外部故障引起的定子绕组过电流，装设单相定子绕组对称过负荷保护，通 常由定时限过负荷及反时限过电流二部分组成。 a)定时限过负荷保护。动作电流按发电机长期允许的负荷电流下能可靠返回的条件整定 (52) 式中