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1、西安电力高等专科学校西安电力高等专科学校 （论文）（论文） 600M 发电机变压器保护配置发电机变压器保护配置 院系名称：电力工程系 专业名称：继电保护与自动化 学生姓名：xxx 学号：1xxxxxx 指导教师：xxx 2009 年 6 月 10 日 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 一、论文题目：一、论文题目：600MW 发电机变压器组保护初步设计 二、参考资料：二、参考资料： 电力工程设计手册 （第二分册）西北电力设计院； 电力系统继电保护原理天津大学； 电力系统继电保护与安全自动装置整定计算水利电力出版社； 大型发电机继电保护整定计算导则中国电力出版社； DGT-801 数字
2、发电机变压器保护技术说明书 国电南京自动化股 份有限公司；或WFB-100 微机型发变组成套保护装置 技术说明书 许 继集团有限公司 电力工程电气设计手册崔家佩、孟庆严、陈永芳。 三、论文要求：三、论文要求： 发电机保护配置 主变压器保护配置 短路电流的计算 保护整定计算 保护设备选型 画图、说明书整理 专题设计 四、设计成果：四、设计成果：说明书、计算书、图纸 五、毕业设计安排：五、毕业设计安排： 发电机保护配置及分析 1 周 变压器保护配置及分析、短路电流的计算 1 周 保护整定计算 1 周 保护设备选型、画图、说明书整理 1 周 专题设计 1 周 学生姓名:xxx 指导教师:xxx 60
3、0MW 发电机变压器组保护设计原始资料发电机变压器组保护设计原始资料 1.1.总述总述 某电厂二期装机容量 2600 MW 汽轮机组，本设计以发电机、变压器组为 例，依据有关设计手册、规程进行发变组单元接线的保护设计。 每台发电机分别经封闭母线与三台单相主变相连，以单元方式接入 330kV 开关站。高压厂用变经封闭母线从主变低压侧引接，每台机组设两台高压工作 厂用变，高压厂用变 6.3kV 低压侧经共箱封闭母线和分支断路器接入四段工作 母线，供给本机组高压厂用负荷。发电机中性点经单相配电变压器接地，配电 变压器二次侧接电阻；主变高压侧中性点经小电抗器接地。 #1、#2 机组共用两台起动/备用变
4、压器（有载调压）,通过一组 330kV 断路 器接至 330kV 母线。低压侧（BA1、BA2 、BB1、 BB2）经共箱封闭母线分别接 到各机组 6.3kV 四段工作母线，作为工作母线的备用电源。 330kV 母线采用 3/2 断路器接线。为解决机组高功率因数运行以及在某些 特殊运行方式下造成 330kV 母线电压偏高的问题，在 330kV 母上装设 1 组 330MVAR 的并联电抗器。本期工程建四回 330kV 出线。 发电机是由东芝公司设计和制造的高效、全封闭、卧式、三相、隐极式同 步发电机，双星形接线，型号为 TAKS-LCH。其参数如下表 额定容量 kVA742800 额定功率 k
5、W668520 额定定子电压 kV20 额定定子电流 A21443 额定功率因数0.9（滞后） 额定励磁电压 V520 额定励磁电流 A4760 额定效率（计算值） %98.88 定子绕组连接方式 YY 冷却方式水氢氢 短路比 0.52 同步电抗 Xd（非饱和值/饱和值） %213/186 瞬变电抗 Xd（非饱和值/饱和值） %32.7 / 30.4 超瞬变电抗 Xd（非饱和值/饱和值） %27.0 / 24.0 负序电抗 X2 %27/24 零序电抗 X0 %12.2 主变为 3240000kVA 单相变压器。高压厂用变 4 台： #1A、#1B、#2A、#2B，为 50000kVA 三卷分
6、裂式无载调压变压器。启动/备用变 2 台：为 50000kVA 三卷分裂式有载调压变压器（另带一三角线圈） 。主变参数 项目数据项目数据 型号 DFP-240000 / 330 调压方式无励磁调压 额定容量 240000kVA 额定电流 755.8 / 12000A 额定电压363/22.5%/20kV3接线方式 Yn, d11 相 数单 相频 率 50Hz 中性点电抗器XKD-340/66，6.8，66kV，1320A阻抗电压 14% 为： 2.2.电气主接线电气主接线 3.3.环境条件环境条件 当地最高气温为 35，年最低气温为-13，最热月平均气温 32。 当地海拔高度为 520m，地震
7、烈度为 7 级。 当地雷暴日为 30 天。 论文题目：论文题目：600MW600MW 发电机变压器组保护初步设计发电机变压器组保护初步设计 摘摘 要要 随着电力系统的发展,大容量机组不断增多。作为电力系统最重 要组成部分之一的大型发电机组不但结构复杂，而且价格昂贵，一 旦故障，检修期长，造成的经济损失也是巨大的。因此，为其装设 完善的继电保护装置有着重要的意义。 本设计首先介绍了热电厂 600MW 发电机组继电保护设计的过程、 原则、方法等；分析了继电保护设计的工作原理；短路电流是非常 重要的部分，进行了了不同运行方式下的对称短路与不对称短路计 算的目的、原则、方法和具体的数据信息等；利用短路
8、计算的结果， 详细阐述了继电保护中配置的选择、整定和校验的原则、方法等， 具体有反映相间短路的电流电压保护的整定计算与校验；反映接地 故障的零序电流保护的整定与校验。最后根据计算的有关参数，进 行了发电机组的继电保护设计。 关键词：关键词：发电机组 继电保护 整定与校验 目录目录 第一章第一章 发电机保护配置发电机保护配置- 1 1.1 发电机故障类型及不正常运行状态发电机故障类型及不正常运行状态- 1 1.2 各保护的基本原理与配置原则各保护的基本原理与配置原则- - 2 1.2.1 发电机纵差保护- 2 1.2.2 发电机匝间短路的横差动保护- 3 1.2.3 发电机 100%定子绕组单相
9、接地保护- 4 1.2.4 发电机的负序过流保护- 7 1.2.5 发电机的失磁保护 - 10 1.2.6 励磁回路接地保护 - 15 1.2.7 发电机相间短路后备保护- - 18 1.2.8 同步发电机失步保护、逆功率保护、低频保护 - 20 1.2.9 同步发电机异常工况保护 - 22 第二章第二章变压器保护配置变压器保护配置- 25 2.1 变压器的故障类型及不正常运行状态变压器的故障类型及不正常运行状态- 25 2.2 各保护的基本原理与配置原则各保护的基本原理与配置原则- 26 2.2.1 瓦斯保护- 26 2.2.2 电力变压器的纵联差动保护- 27 2.2.3 负序电流及单相式
10、低压起动的过电流保护- 29 2.2.4 复合电压起动的过电流保护- 30 2.2.5 变压器的过负荷保护- 31 2.2.6 变压器接地保护-31 第三章第三章 发电机发电机变压器组成套保护配置原则变压器组成套保护配置原则- 32 第四章第四章 整定计算整定计算- 33 第五章第五章 设备选型设备选型- 47 第六章第六章 保护配置接线图保护配置接线图- 58 参考文献参考文献- 61 第一章第一章 发电机保护配置发电机保护配置 1.11.1 发电机故障类型及不正常运行状态发电机故障类型及不正常运行状态 1.1.1 故障类型故障类型 定子绕组相间短路：危害最大 定子绕组匝间短路：可能发展为单
11、相接地短路和相间短路 定子绕组单相接地：较常见，可造成铁芯烧伤或局部融化 转子绕组一点接地和两点接地：一点接地时危害不严重；两点接地时，因破坏了 转 子磁通的平衡，可能引起发电机的强烈震动或将转子绕组烧损。 1.1.2 不正常运行状态不正常运行状态 由于外部短路引起的定子绕组过电流：温度升高，绝缘老化 由于负荷等超过发电机额定容量而引起的三相对称过负荷：温度升高，绝缘老化 由于外部不对称短路或不对称负荷而引起的发电机负序过电流和过负荷：在转子中 感应出 100hz 的倍频电流，可使转子局部灼伤或使护环受热松脱，而导致发电机重大 事故。此外，引起发电机的 100hz 的振动。 由于突然甩负荷引起
12、的定子绕组过电压：调速系统惯性较大发电机，在突然甩负 荷时，可能出现过电压，造成发电机绕组绝缘击穿。 由于励磁回路故障或强励时间过长而引起的转子绕组过负荷： 由于汽轮机主气门突然关闭而引起的发电机逆功率：当机炉保护动作或调速控制 回路故障以及某些人为因素造成发电机转为电动机运行时，发电机将从系统吸收有功 功率，即逆功率。 转子励磁回路励磁电流急剧下降或消失：从系统吸收无功功率，造成失步，从而 引起系统电压下降，甚至可使系统崩溃。 1.1.2 保护类型：保护类型： 发电机纵差动保护：定子绕组及其引出线的相间短路保护 发电机横差动保护：定子绕组一相匝间短路的保护 发电机单相接地保护：对发电机定子绕
13、组单相接地短路的保护 发电机失磁保护：反应转子励磁回路励磁电流急剧下降或消失 发电机过电流保护：反应外部短路引起的过电流，同时兼作纵差动保护的后备保护 负序电流保护：反应不对称短路或三相负荷不对称时，发电机定子绕组中出现的负序 电流 过负荷保护：发电机长时间超过额定负荷运行时作用于信号的保护 过电压保护：反应突然甩负荷而出现的过电压 转子一点接地保护和两点接地保护：励磁回路的接地故障保护 转子过负荷保护： 逆功率保护：当汽轮机主汽门误关闭而发电机出口断路器未跳闸，发电机失去原动力而变 为电动机运行，从电力系统中吸收有功功率。危害：汽轮机尾部叶片有可能过热而造成事 故。 1.2 各保护的基本原理
14、与配置原则各保护的基本原理与配置原则 1.2.1 发电机纵差发电机纵差动动保护保护 纵差保护作用：反应发电机定子绕组及其引出线的相间短路，是发电机的主要保护。 保护基本原理：比较发电机两侧的电流的大小和相位，它是反映发电机及其引出线 的相间故障。发电机纵联差动保护的构成的两侧电流互感器同变比，同型号。 保护原理图 21 II 0 2 1 III j21 II CT 特性可选得尽量一致 因为不平衡电流比变压器小 nl I KKKI d ertxgfbpMAX max. 2 .5 . 0 tx K 纵差动保护整定方法 按照以下两个原则来整定： 在正常情况下，电流互感器二次回路断线时保护不应误动。
15、保护装置和继电器的起动电流分别为 drelgN Ik I 保护装置的起动电流按躲开外部故障时的最大不平衡电流整定。 再根据前面对不平衡电流的分析，有 发电机差动循环闭锁方式出口逻辑图 1.2.2 发电机匝间短路的横差动保护发电机匝间短路的横差动保护 横差动保护原理：在大容量发电机中，由于额定电流很大，其每相都是由两个或多个 并联的绕组组成。在正常运行的时候，各绕组中的电动势相等，流过相等的负荷电流。而 当任一绕组发生匝间短路时，绕组中的电动势就不再相等，因而会出现因电动势差而在各 绕组间产生均衡电流。利用这个环流，可以实现对发电机定子绕组匝间短路的保护。 K drel gN TA /IIKn
16、drel unb.maxIK I drelnpst k.max TA 0.1/IK K K In 横差动保护有两种接线方式：一种是每相装设两个电流互感器和一个继电器构成单独 的保护，三相共需要六个互感器和三个继电器。由于这种方式接线复杂，保护中的不平衡 电流较大，在实际中已经很少采用。 目前广泛应用的接线方式如图所示，这种接线方式只用一个互感器装于发电机两组星 形中点的连线上，其本质是把一半绕组的三相电流之和去与另一半绕组三相电流之和进行 比较。这种接线方式没有由于互感器误差所引起的不平衡电流，其起动电流比较小，灵敏 度高，且接线非常简单。 单元横差动保护接线原理图 保护的动作电流整定计算 保
17、护动作电流：应按躲过系统内不对称短路或发电机失磁失步时转子偏心产生的最大不 平衡电流来整定。 根据运行经验一般可采用下式计算，即 动作时限：与转子两点接地保护动作延时相配合。一般取 1.2.3 发电机发电机 100%定子绕组单相接地保护定子绕组单相接地保护 发电机 100%定子绕组接地保护种类很多，广泛使用的是利用三次谐波电压构成的 100%定 子绕组接地保护。该保护保护一般由两部分组成：一部分是零序电压保护，保护定子绕组 的 85%以上；另一部分利用发电机三次谐波电压构成，它用来消除零序电压保护的死区， 从而实现保护 100%定子绕组的接地保护。为可靠起见，两部分保护区有一段重叠。利用 发电
18、机三次谐波电压构成的部分 保护原理：是利用发电机中性点和出线端的三次谐波电压在正常运行和接地故障时变化 相反的特点构成。正常运行时，发电机中性点的三次谐波电压比发电机出线端的三次谐波 NGact II . )4 . 03 . 0( st) 15 . 0( 电压大；而在发电机内部定子接地时，出线端的三次谐波却比中性点的大。利用这个特点， 使发电机出口的三次谐波电压成为动作分量，而使中性点的三次谐波分量成为制动分量， 从而使发电机出口三次谐波电压大于中性点三次谐波电压时让继电器动作。这样，保护就 会在正常时制动，而在定子绕组接地时保护可靠动作。 利用基波零序分量的发电机定子单相接地保护利用基波零序
19、分量的发电机定子单相接地保护 视大小， （发电机直接连接母线） 较大时零序电流保护，动作于跳闸， d I d I （发变组）允许值零序电压保护， 动作于信号 d I 基波零序电流保护基波零序电流保护 对 C的要求： 0 T 三相对称负荷电流作用下， 小 bp I 。 （较小）很小 足够输出功率。一般的 C达不 )2( d d I 0 T 到足够的灵敏度，曾广泛采用交流助磁的 C。 0 T 基波零序电压保护 发电机变压器组的发电机上，通常在机端装设反应 基波零序电压的定子接地保护 零序电压保护的整定值： 躲开正常运行时的不平衡电压及三次谐波电压。一 般保护动作电压为 510V， 即动作区为 90
20、%95%。 该保护存在死区。 利用基波零序电压和利用基波零序电压和 3 次谐波电压构成的次谐波电压构成的 100%定子接地保护定子接地保护 保护原理：保护采用基波零序电压式，范围为由机端至机内 90左右的定子绕组单相接 地故障。可作小机组的定子接地保护，也可与三次谐波合用，组成大中型发电机的 100 定子接地保护。保护接入 3U0 电压，取自发电机机端 TV 开口三角绕组两端，或取自发电机 中性点单相 TV（或配电变压器或消弧线圈）的二次。为了提高保护动作的可靠性，建议取 发电机中性点零序电压。 三次谐波电势的特点三次谐波电势的特点: （1）正常运行时发电机机端及中性点的三次谐波电压 3 E
21、2 0G C 2 0G C S C0 3S U 3N U NS 对于中性点不接地的发电机，在正常运行情况时，发电机中性点的三次谐波电压总是大 于发电机机端的三次谐波电压 (2）单相接地故障时发电机机端及中性点的三次谐波电压 3 E 2 0G C S C0 3S U 3N U N S 3 )1 (E 2 )1 ( 0G C 当靠近中性点附近发生接地故障时， 减小， 增大。 若计及过渡电阻的影响时，接地故障点只要更靠近中性点依然会有 保护逻辑图：保护逻辑图： 3N U 3S U dcUUUU NSNS 或 max3333 )( 0 . 1 333 NNPS UUKU 1.2.4 发电机的负序过流保
22、护发电机的负序过流保护 负序过电流产生原因及其的危害：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，在发电机定于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 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、 扩环内表面等)，可能出现局部的灼伤，甚至可能使扩环受热松脱，从而导致发电机的重大 事故。此外，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于机座上，从而引起
23、100Hz 的振动。 负序电流在转子中所引起的发热量，正比于负序电流的平方及所持续时间的乘积。不使转 子过热所允许的负序电流和时间的关系 22 22 0 t dttA iI 式中：i2流经发电机的负序电流值； ti2所持续的时间； 在时间 t 内的平均值，使用中应采用以发电机额定电流为基准的标么值； 2 2i 2 2i A与发电机型式和冷却方式有关的常数。 同步发电机的负序电流保护原理：保护反应发电机定子绕组的电流大小, 保护一般由两 部分组成，即定时限过负荷与反时限过流。反时限过流。反时限特性曲线由三个部分组成： 上限定时限 反时限 下限定时限。 当发电机电流大于上限整定值时，则按上限定时限
24、动作；如果电流超过下限整定值，但不 足以使反时限部分动作时，则按下时限动作；电流在此间则按反时限规律。 为了使转子不致过热，则 2 2t A I 发电机允许负序电流与持续时间的关系图： 曲线表明：发电机允许负序电流的时间是随 I2大小而变化,针对此情况，装设发电机负序 过流保护。 . 负序定时限过流保护负序定时限过流保护 （1）保护由两段式构成： I 段经 t1延时动作于跳闸； 段 段经 t2延时动作于信号。 GNact II 5 . 0 2 GNact II 1 . 0 2 （2）保护动作行为分析 在 ab 段内：t1大于允许时间, 对发电机不安全； 在 bc 段内：t1小于允许时间,未充分
25、利用发电机的承受负序电流的能力； 在 cd 段内：发信号，而靠近 d 点时，由于运行人员处理的时间已大于允许时间,对发电 机安全来讲不利； 在 de 段内，保护根本不反应。 . 负序反时限过流保护负序反时限过流保护 保护用于防止发电机因过负荷而引起发电机定子绕组过热，上图反应了反时限负序电流 保护动作特性与允许负序电流反时限之间的配合关系，由于动作特性曲线在允许曲线之下, 对发电机的安全来讲是绝对有利的。但是由长期运行实践经验表明在长时间区域 2 2tI A 内是偏于保守，实际持续允许的负序电流比所确定的值要大。因此负序反时限过 2 2t A I 流保护的动作特性通常可以在允许的负序电流曲线之
26、上，此时保护装置的动作特性可表示 为 或 2 2 A t a I 2 2t Aat I 修正常数（考虑到转子的散热条件） 过流保护逻辑框图过流保护逻辑框图 保护反应发电机定子绕组的电流大小，保护由两部分组成，即两段定时限过负荷和反时 限过流。电流取自发电机中性点（或机端）TA 某相（如 B 相 ） 。 保护逻辑框图如图所示 1.2.5 发电机的失磁保护发电机的失磁保护 失磁的原因：失磁的原因： （1）励磁回路开路，励磁绕组断线，灭磁开关误动作，励磁调节装置的自动开关误动，可 控硅励磁装置中部分元件损坏； （2）励磁绕组由于长期发热，绝缘老化或损坏引起短路； （3）运行人员误调整等。 失磁后的物
27、理过程失磁后的物理过程 90 转子加速剧烈异步运行阶段; 失磁的危害失磁的危害 对发电机： 转子中fG-fS的差频电流过热。 转差率s=(fG-fS)/fS吸QR2(1-s)/s定子过电流发热 。 转速振动。 失磁后，若不失步，无直接危害。失步后，对发电机及系统有不利影响，故应装设专门的 失磁保护 。 装设原则：装设原则： 100MW 以下失磁对电力系统有重大影响的发电机和 100MW 以上的发电机，应装设专用的 失磁保护。 对 600MW 的发电机可装设双重化的失磁保护。 失磁后，失步前（等有功过程）失磁后，失步前（等有功过程） 失磁后，功角 逐渐增大，当功角 =0 时，其机端测量阻抗沿等有
28、功阻抗圆向第四 象限变化； 失磁后，失步前机端阻抗的特点 圆的大小与P有关，P圆的半径。 失磁前，发电机向系统送无功，Q为正，ZK位于第象限。 失磁后，随Q的变化，Q由正负，ZK 从象限，圆越小，从越 快。 圆的位置与jXs有关。 临界失步点临界失步点 等无功阻抗圆(=90) 临界失步(或静稳极限)阻抗圆 失步后的阻抗轨迹，最终将稳定在第四象限内的异步边界阻抗圆内。 结论：结论： （1）发电机正常运行时，其机端测量阻抗位于阻抗复平面第一象限的点， （2）失磁后，其机端测量阻抗沿等有功阻抗圆向第四象限变化； （3）临界失步时达到等有功阻抗圆与等无功阻抗圆的交点点。 （4）进入等无功阻抗圆内，并最
29、终稳定运行在点附近。 主要判据主要判据 (1）阻抗整定边界：常为静稳边界圆或异步边界圆，或逆无功判据； （2）高压侧母线低电压判据：以防止母线电压降到不能维持系统稳定运行的水平； （3）定子过电流判据：用以判断失此后机组运行是否安全。 辅助判据和闭锁措施辅助判据和闭锁措施： （1）转子低电压判据：可以较早的发现发电机是否失磁； （2）不出现负序分量 （3）振荡闭锁措施：用延时躲过振荡 （4）电压回路断线闭锁元件：当电压回路发生断线时将保护装置解除工作 逆无功原理发电机失磁保护逆无功原理发电机失磁保护 保护构成原理：保护构成原理： 逆无功原理的失磁保护主判据是逆无功（-Q）和定子过电流（I） 。
30、 失磁的危害判据有系统低电压（Us）和机端低电压（UG） ，用来判别发电机失磁 对系统及对厂用电的影响 为减少发电机失磁运行时的危害程度，采用发电机有功功率判据（P） 。 阻抗原理的失磁保护阻抗原理的失磁保护 保护构成原理保护构成原理 主判据是机端测量阻抗判据。 失磁的危害判据有系统低电压（Us） 、定子过电流（I）和机端低电压（UG） ， 用来判别发电机失磁对系统、发电机及对厂用电的影响。 延时躲振荡，通常整定为 11.5s，同时也可避开外部短路可能引起的误动作 电压回路断线闭锁元件 逻辑框图 1.2.6 励磁回路接地保护励磁回路接地保护 励磁回路故障的原因及危害励磁回路故障的原因及危害 破
31、坏了气隙磁通的对称性，引起发电机剧烈振动； 部分绕组中将由于过电流而过热，烧坏转子，也可能使转子、汽轮机的汽缸等部件磁 化； 高速旋转的转子由于其励磁电流分布不均，从而和定子三相电流形成不对称电磁力， 使转子发生机械损坏。 保护的装设原则保护的装设原则 水轮发电机装设励磁回路一点接地保护，一般不装设两点接地保护。 汽轮发电机装设励磁回路一点接地保护及两点接地保护 当一点接地时动作于信号； 若又发生两点接地时，保护应动作于停机。 大型机组可不装设两点接地保护。 常用的保护常用的保护 励磁回路一点接地检查装置励磁回路一点接地检查装置 适用范围 1MW 以下的水轮发电机和容量在 100MW 以下的汽
32、轮发电机 基本原理 定期检测励磁回路正、负极对地电压的大小 f U RR R U 21 2 2 若则表示励磁回路正常； 若则表示励磁回路发生了 特点：当接地发生在绕组中部，检测装置不能发现故障，存在“死区” 。 叠加直流方法叠加直流方法 发电机转子一点接地测量原理图 叠加源电压为 50V，内阻50k。 f U RR R U 21 1 1 21 RR f UUU5 . 0 21 21 RR f U RR RRUU U 21 2121 2 30 50 1 f gE R U i K 接通时，电流为: K 断开时，电流为: 解上两式得： 保护的逻辑图： 保护的特点： 转子分布电容对测量无影响。 发电机
33、起动，转子无电压时，保护不失去作用。 发电机励磁回路两点接地保护发电机励磁回路两点接地保护 电桥原理转子两点接地保护电桥原理转子两点接地保护 电桥原理转子两点接地保护原理框图 保护原理： 正常运行时，电桥平衡，电流继电器中无电流流过 在励磁绕组发生一点接地后，电桥的平衡被破坏，毫安表中有输出，调节可调电阻， 使电桥达到一个新的平衡状态，两点接地保护被投入。 60 50 2 f gE R U i 21 12 3060 ii ii Rf t 出口 setff RR . 当励磁绕组第二点接地时，电桥的平衡破坏，电流继电器中有电流流过。如果流过继 电器中的电流大于其整定电流时，则保护动作于跳闸。 保护
34、特点： 保护存在死区。 反映定子电压二次谐波的转子两点接地保护反映定子电压二次谐波的转子两点接地保护 保护的原理保护的原理 发电机转子绕组两点接地时，其气隙磁场将发生畸变，定子绕组中将产生 2 次谐波负 序分量。 动作方程 为发电机定子电压 2 次谐波正序和负序分量 为发电机定子电压 2 次谐波电压动作值 在转子一点接地后，自动投入转子两点接地保护在转子一点接地后，自动投入转子两点 接地保护 为转子一点接地保护动作条件 电桥原理转子两点接地保护原理框图电桥原理转子两点接地保护原理框图 g UU 222 1222 UU 5A 延时动作于减负荷 3.1.2 定定时时限限过过负负荷荷动动作作时时间间
35、 原则：按躲过后备保护的最大动作时间整定。 动作时间 ;35S 3.2 反反时时限限过过负负荷荷保保护护 3.2.1 反反时时限限跳跳闸闸特特性性的的下下限限电电流流 .minop I 原则：按与发电机定时限过负荷保护配合整定 .min2/opco opcorel gnr IK IK KIk co K 配合系数，取1.05 .minop I 1.051.054.2886/0.9=5.254A 二次整定值： 5.25A 动作于解列或程序跳闸 3.2.2 反反时时限限动动作作特特性性的的上上限限电电流流 .maxop I 原则：按机端三相金属性短路条件整定。 .max /() opgnsat da
36、 IIk nX sat k 饱和系数，取0.8 Xd 发电机次暂态电抗 .maxop I 21443/(0.80.275000)=19.85A 二次整定值： 20.0A 3.2.3 长长延延时时动动作作时时间间Tmax 原则：按典型的反时限特性曲线考虑一定的裕度，取300S max T =300S 4 发发电电机机过过励励磁磁保保护护 4.1 定定时时限限过过励励磁磁保保护护 原则：按发电机长期允许的过励磁能力整定。 *.* =/1.1 q opNU F 低 *U 发电机电压标幺值 *F 发电机频率标幺值 动作时间： T=5S 动作于信号 4.2 反反时时限限过过励励磁磁保保护护 原则：按照系
37、统长期运行的低电压整定。 低电压元件装设在高压侧时; (0.7 0.8)/ 1.h opnhy UUn nh U 高压侧额定电压 y n PT 变比 1.h op U 0.75330=247.5A 二次整定值： 75V 延时发信号， T=0.2S 4.3 异异步步边边界界阻阻抗抗继继电电器器 原则 :阻抗判据圆心，整定输入为正时圆心为负值。 2 0.5) /( adzay gngn S nnXX U （） 2 ) /)( bdtay gngn S nnXX U （ ) gn U ， gn S 发电机额定电压及额定容量 dz X ， dt X 发电机暂态电抗和同步电抗 a n ， y n 电流及
38、电压互感器变比 a X 0.50.327（20*25000）/（742.8200）=-2.2 欧 b X -2.13（20*25000）/（742.8200）=-28.67 欧 4.3.1 阻阻抗抗圆圆心心 o X - o X = （ a X + b X ）/2=15.44 欧 4.3.2 阻阻抗抗圆圆半半径径 r X r X =-（ a X - b X ）/2=-13.24 欧 4.4 静静稳稳极极限限励励磁磁低低电电压压继继电电器器 4.4.1 转转子子低低电电压压 1.fop U 原则：按发电机空载励磁电压的0.20.5 倍整定。 1.fop U =0.2 fo U =0.5147.5=
39、29.5V fo U 空载励磁电压147.5V 二次整定值： 30V 动作于信号 4.4.2 转转子子低低电电压压判判据据系系数数 r k 转子低电压判据系数用于整定转子电压动作曲线斜率。 r k =1/ rel k d X rel k 可靠系数，取1.1 d X d X + con X con X 升压变压器及系统等值电抗之和 d X 发电机电抗标幺值 d X =213%100/742.8=0.287 con X =0.024 r k =1/(1.1（0.287+0.024）)=0.311 4.4.3 反反应应功功率率 t p 原则：考虑凸极效应。 t p =1/(1/ q X )-(1/
40、d X ) B S q X = q X + con X d X = d X + con X q X ， d X 发电机的轴q 和 d 轴电抗 d X =2.09 d X =2.13 故可近似的认为 t p =0 4.4.4 定定子子过过流流 .g op I 原则：按发电机过载异步功率整定。 .g op I =1.05 gn I =1.054.2886=4.503A 二次整定值 ;4.5A 4.4.5 动动作作时时间间 1T 1T =2 分钟 动作于减出力 (备用 )，切厂用 4.4.6 动动作作时时间间 2T 2T =1.0S 动作于停机 4.4.7 动动作作时时间间 3T 原则：当发电机的励
41、磁构成对电力系统的威胁，需尽快发出跳闸命令。 3T =0.5S 动作于停机 5 发发电电机机定定子子接接地地保保护护 5.1100%定定子子接接地地保保护护 根据保护装置要求100%定子接地保护设定报警信号和跳闸两段。 当机端发生金属性单相接地故障时，中性点流过的的电阻性电流 R I 为 R I =20000/1.732/2498=4.62A 因为 ABB 保护装置的要求 ps p 13087*2=17m 欧 es p 70087*2=92m 欧 实际选取： ps p =30 m 欧 es p =300 m 欧 中间电压互感器变比选择 接地变压器的二次电压为（2000/1.732）(23020
42、00)=133V 在经过 BR , ESR 分压得 133300/330=121V 12N / 11N =121/100 外加方波电压 s U =0.85 MTR=(121100)（110/0.85）=156.6 5.2 95%定定子子接接地地保保护护 5.2.1 动动作作电电压压 op U 原则：以保护发电机定子绕组90%95%的单相接地整定，一般动作电压 op U =510V 动作值取 op U =5V 5.2.2 动动作作时时间间 .T 原则：按大于主变高压侧接地保护动作时间整定延时动作时间。 动作时间 ;0.5S 动作于发信号或停机 5.2.3 灵灵敏敏度度校校验验： e k =3 o U / op U =100/10=10,符合要求。 6 发发电电机机励励磁磁绕绕组组过过负负荷荷保保护护 发电机励磁绕组过负荷保护由定时限和反时限两部分构成。 6.1 定定时时限限过过负负荷荷电电流流定定值值 2op I 22/oprel gnr IKIk rel K 可靠系数，取1.05 2gn I 发电机额定电流二次值 r k 返回系数，取0.9 2op I 1.04.2886/0.9=5.0A 二次整定值： 5.0A 6.2 定定时时限限过过负负荷荷动动作作时时间间 原则 ;按发电机长期允许的励磁绕组的过负荷能力整定。 I=1.24.2886=5