毕业设计（论文）-300MW发变组保护的配置与整定计算1.doc

湖南工程学院毕业设计（论文）目 录摘 要IAbstractII第1章 绪 论11.1 课题的提出及研究的意义11.2 发变组继电保护的研究现状11.3 课题主要内容2第2章 同步发电机保护32.1 概述32.2 发电机故障和不正常运行状态32.2.1 发电机的主要故障类型32.2.2 发电机的主要不正常运行状态32.3 发电机的保护配置42.3.1 比率制动式纵差保护42.3.2 发电机定子绕组匝间短路保护72.3.3 发电机定子绕组单相接地保护82.3.4 发电机励磁回路接地保护102.3.5 发电机的失磁保护122.3.6 发电机复合电压启动的过电流保护152.3.7 发电机逆功率保护182.3.8 发电机低频累加保护182.3.9 发电机过励磁保护192.3.10 发电机过电压保护202.3.11 发电机失步保护212.3.12 发电机对称过负荷保护232.3.13断路器拒动启动失灵保护252.3.14 发电机非全相保护25第3章 电力变压器保护263.1 概述263.2 电力变压器的故障类型和不正常的工作状态263.3 变压器的保护配置273.3.1 变压器的差动保护273.3.2 变压器气体保护303.3.3 变压器复合电压启动的过电流保护313.3.4 变压器过负荷保护333.3.5 变压器高压侧零序过电流保护333.3.6 变压器温度保护35结束语36参考文献37致 谢38附 图39-41-300MW发变组保护的配置与整定计算摘要：随着我国电力工业的迅速发展，300MW及以上的发电机组的数量与日俱增，已成为国内各大电力系统的主力发电机组。众所周知，大容量的发电机很少以其端电压直接向用户供电，总是经变压器升压后再向更远的距离、更大的区域供电。因此大容量的发电机变压器组成了大型（火力、水力或核能）发电厂电气设备中投资比例最大、重要性最高的设备。在大容量的发电机变压器组上装设完善的继电保护装置，不仅对电力系统的可靠运行有着重大的意义，而且对昂贵的大机组减少在各种短路和异常运行时造成的损坏、在经济效益上也有明显的效果。本文针对QFSN-300-2型发电机的继电保护做了配置和整定计算。关键词：继电保护，整定计算，选型。300MW Generator - Transformer Protection configuration and setting calculationAbstract: With the rapid development of Chinese power industry, 300MW and above, increasing the number of generating units, has become the main force of the major power system generating units. As we all know, very few large-capacity generator terminal voltage directly to the users of its power, always by the step-up transformer and then to the longer distances, greater regional power. Therefore, large-capacity generator - composed of a large transformer (fire, water or nuclear) power plants to invest the largest proportion of electrical equipment, the most important equipment.In the large-capacity generator - transformer unit protection devices on the installation of a sound, not only for the reliable operation of power system has great significance, but also less expensive units in a variety of large short-circuit and damage caused by run-time exception in also have significant economic effects.This paper QFSN-300-2-type generator to do the configuration and relay setting calculation.Keywords: relay, setting calculation, selection.第1章 绪 论1.1 课题的提出及研究的意义随着电力工业的迅速发展，我国发电机、变压器单机容量不断增大，同时继电保护技术亦进一步提高。但发电机、变压器保护在运行中的正确动作率长期偏低，对此，电力部非常重视，组织由科研、制造、设计、运行等部门专家组成的工作组，对全国大机组保护装置运行情况进行调研，基本摸清了情况，并提出对策，其中对发电机、变压器组继电保护技术的研究与创新工作是一项具有深远意义的措施。1.2 发变组继电保护的研究现状随着大容量机组和大型发电厂的出现，发电机变压器组的接线方式在电力系统中获得了广泛的应用。由于发电机和变压器的成组连接，相当与一个工作元件，因此，我们可以把发电机和变压器中某些性能相同的保护合并成一个对全组功用的保护。同时由于电力系统规模的日益扩大和继电保护技术的迅速发展，继电保护工作越来越复杂。系统运行方式的改变、设备检修、新设备的投运等，都会引起保护配置和定值的改变。数据量庞大且维护工作枯燥、复杂、容易出错。这些都使继电保护整定值的计算与配合的工作量增多，复杂程度也大大提高，发电机变压器组的继电保护也是如此，传统的手工整定方法无法满足其需求。以往电力系统大型主设备（包括发电机、变压器、母线、高压并联电抗器等）继电保护与超高压线路继电保护相比，处于一种相对滞后的状态，主设备保护正确动作率一直较低，与线路保护相比有较大差距。 近年来主设备保护的分析计算方法取得了很大进展，比如采用多回路分析法可以比较精确地计算发电机的内部故障，主设备内部故障保护的配置具备了理论基础。利用真实反应主设备内部各种故障及异常工况的动模系统和仿真系统检验主设备保护，极大地提高了新原理新技术的验证水平。随着基于新硬件平台的数字式主设备保护的推陈出新，实现了主设备保护双主双后的配置方案，保护的设计方案、配置原则趋于完善，同时，新原理和新技术的应用也大大提高了主设备保护的安全运行水平。 继电保护方式的发展经历了方向比较式、相位比较式、电流差动式等阶段，所使用的继电器从电磁式到模拟静止式，进而发展到数字静止式，随着数字技术的发展、微型计算机和微处理器的出现，为继电保护数字化开辟了广阔前景，出现了以微机和光传输技术为基础的全数字控制保护系统。 微机保护具有下列特点： （1）保护功能由软件实现； （2）采用数字信号处理技术； （3）具有数字储存功能，如过程记忆、录波等； （4）容易实现远方通信，接口简单； （5）具有自动测试和监视功能； （6）软硬件标准化； （7）公共数据可重复使用实现不同功能。 我国已成功研制了多套大机组微机保护装置，并先后投入试运行或正式运行。不少35kV和 110 kV变电所采用了多种微机监控和保护装置，但在300MW及以上大型发电机组上应用微机保护装置的例子还不多。由于微机保护具有灵活、高性能、运行维护方便、可靠性好、硬件尺寸小、硬件负担轻等优点，可以预见未来继电保护发展的方向将是主保护采用微型处理机或小型计算机分散地装设在被保护元件处，后备保护采用系统控制中心计算机构成变电所中心计算机以实现集中化控制。相信大机组的微机保护将有广阔的发展前景，并将以其优越的性能在继电保护领域独领风骚。1.3 课题主要内容本设计的主要任务是对300MW发电机-变压器组进行继电保护配置，并进行部分保护的整定计算。要求完成以下任务：（1） 根据原始资料设计保护配置并进行整定计算。（2） 根据计算结果进行选型。（3） 采用博超软件画出原理接线图，应用博超软件计算短路电流。最后要求得出一份设计说明书、一份短路电流计算书和一张保护配置图纸。第2章 同步发电机保护2.1 概述同步发电机是电力系统中最重要的设备，同时发电机本身也是一个十分贵重的电器元件，它的安全稳定运行对电力系统的正常工作、用户的不间断供电、保证电能的质量等方面都起着至关重要的作用。同步发电机定子绕组和转子励磁回路在运行中，有可能发生危险的故障和不正常的运行状况。当故障发生后，对系统的影响较大，同时修复工作复杂且工期长，经济损失也较大。因此，发电机必须装设专门的、性能完善的继电保护装置。一旦发生故障，保护装置能快速而有选择性地将发电机从系统中切除，并进行灭磁。同步发电机处于不正常运行状态时，保护装置应能及时发出信号，以便工作人员进行处理。2.2 发电机故障和不正常运行状态2.2.1 发电机的主要故障类型（1）定子绕组相间短路。定子绕组的相间短路对发电机的危害最大会产生很大的短路电流是绕组过热，故障点的电弧将破坏绝缘、烧坏铁芯和绕组，甚至导致发电机着火。（2）定子绕组匝间短路。定子绕组匝间短路时，被短路的部分绕组内将产生大的环流，从而引起故障处温度升高，绝缘破坏，并有可能转变成单相接地和相间短路。（3）定子绕组单相接地。发生这种故障时，发电机电压网络的电容电流将流过故障点，当电流较大时，会使铁芯局部熔化，给修理工作带来很大的困难。（4）励磁回路一点或两点接地。当励磁回路一点接地时，由于没有构成接地电流通路，因此对发电机没有直接的危害。如果再发生另一点基地，就会造成励磁回路两点接地短路，可能烧坏励磁绕组和铁芯。此外，由于转子磁通的对称性破坏，还会引起机组的强烈振动。2.2.2 发电机的主要不正常运行状态（1）励磁电流急剧下降或消失。发电机励磁系统故障或自动灭磁开关误跳闸，引起励磁电流急剧下降或消失。在此情况下，发电机由同步转入异步运行状态，并从系统吸收无功功率。系统无功不足时，将一起电压下降，甚至系统崩溃。同时，引起定子电流增加和转子过热，威胁发电机安全。（2）外部短路引起定子绕组过电流。（3）负荷超过发电机额定容量而引起的过负荷。以上（2）（3）两种不正常运行状态都将引起发电机定子绕组温度升高，加速绝缘老化，缩短机组寿命，也可能发展成为发电机内部故障。（4）转子表层过热。电力系统发生不对称短路或发电机三相负荷不对称时，将有负序电流流过定子绕组，在发电机中产生对转子的两倍同步转速旋转的磁场，从而在转子中感应出倍频电流。此电流肯能造成uanzi局部灼伤，严重时会使保护环受热松脱。特别是大型机组，这种威胁更加突出。（5）定子绕组过电压。调速系统惯性较大的发电机因突然甩负荷，转速急剧上升，发电机电压迅速升高，造成定子绕组绝缘击穿。此外，发电机异常运行状态还有发电机失步、发电机逆功率、非全相运行以及励磁回路故障或强励磁时间过长而引起的转子绕组过负荷等。2.3 发电机的保护配置2.3.1 比率制动式纵差保护发电机的主保护主要作用于发电机内部的相间短路保护，采用比率制动式纵差保护，是一种比较发电机两端电流大小和方向的保护，它能很灵敏的反应并切除发电机绕组及引出线相间故障，是发电机相间短路的主保护。它的保护范围是：发电机两端比率纵联专用TA之间。图2.1 比率制动差动保护的保护范围这种保护将发电机两端流过方向相同、大小相等的电流称为穿越性电流，而方向相反的电流称为非穿越性电流。作为主保护，发电机比率制动差动保护是以非穿越性电流作为动作量、以穿越性电流作为制动量，来区分被保护元件的正常状态，故障状态和非正常运行状态的。正常运行状态，穿越性电流即为负荷电流，非穿越性电流理论为零。内部相间短路状态，非穿越性电流剧增。当外部故障时，穿越性电流剧增。在上述三个状态中，保护能灵敏反应内部相间短路状态动作出口，从而达到保护元件的目的，而在正常运行和区外故障时可靠不动作。现采用比率制动原理构成的CD-10型发电机差动继电器。它用作制动量，用I1-I2作动作量，区外故障时能可靠地躲过两侧CT特性不一致产生的不平衡电流，区内故障比较灵敏。另外，该继电器A、B、C三相出口采用循环闭锁的方式，任何一相继电器因元件损坏或任何一相电流互感器断线时只发信号不跳闸。图2.2 比率制动差动继电器纵差保护单相保护原理接线图在发电机的两端分别装设两个测量用电流互感器，变比采用标准变比KTA=。比率制动的差动保护的整定计算如下：（1）电流互感器二次额定电流： ITA2=4.2458A（2）最小动作电流Iop,r,min应大于最大负荷电流下的不平衡电流： Iop,r,min=0.2ITA2=0.24.2458=0.84916A（3）比率制动特性拐点Q，一般取发电机的额定电流： PQ=Ires0=4.2458A（4）比率制动特性的最高点S。S点由最大外部短路电流的最大不平衡电流决定： 先求发电机最大外部三相短路电流： 令SB=100MVA，Uav.n=21kV Xg*= =0.171=0.04845 Ik,max*=20.6398 电流互感器一次侧的值： Ik,max1= Ik,max*=20.6398=56745A 电流互感器二次侧的值： Ik,max2= Ik,max1/KTA=23.64A 则最大外部短路电流的最大不平衡电流 Iunm,max=KapKccKerIk,max2=2.00.50.123.64=2.364A 式中：Kap非周期分量系数，不小于2.0 Kcc电流互感器同型系数，取0.5 Ker互感器比误差，最大取0.1 Ik,max2发电机最大外部三相短路电流周期分量二次值。（5）最大制动系数： Kres,max=KrelKapKccKer=1.52.00.50.1=0.15 式中：Krel可靠系数，取1.5 Kap非周期分量系数，取2.0 Kcc电流互感器同型系数，取0.5 Ker互感器比误差，取0.1 考虑到电流互感器的饱和或其暂态特性畸变的影响，为安全起见，宜适当提高特性系数值，一般取Kres,max=0.3。（6）比率制动特性的斜率K： K=0.322 式中，Iop,max=0.323.64=7.092A。（7）比率制动特性曲线：图2.3 制动特性曲线图2.3.2 发电机定子绕组匝间短路保护发电机定子绕组匝间短路时，将在转子回路感应二次谐波电流。发电机正常对称运行时，转子电流无二次谐波成分。因此，可以利用转子二次谐波电流构成匝间短路保护。下图为二次谐波式匝间短路保护原理框图。图中，1、2、3为负序电流、电压过滤器及二次谐波过滤器；KWH为负序功率方向继电器；KA为二次谐波电流继电器。图2.4 二次谐波式匝间短路保护原理图为了防止外部的不对称短路引起的保护误动作，采用了负序功率方向闭锁元件负序功率方向继电器，它由负序电压过滤器、负序电流过滤器、相敏元件等组成。定子绕组匝间短路后，当转子二次谐波电流大于保护装置的启动电流时，匝间短路保护继电器动作。此时，负序功率由发电机流向系统，故KWH不动作，KWH不发出闭锁信号，从而保护无延时送出跳闸脉冲。由于负序电流取自机端电流互感器，因此在内部两相短路时，匝间短路保护继电器也动作，KWH不发出闭锁信号。此时，匝间短路保护兼做内部两相短路保护。当发电机外部不对称短路时，转子回路也会出现二次谐波电流，匝间短路保护继电器可能误动作，此时负序功率由外部流向发电机，KWH动作，发出闭锁信号，使保护闭锁。保护动作整定值为：KrelUe. 2式中：可靠系数Krel1.5， Ue. 2实测电抗变压器的二次侧输出电压。考虑到模拟式负序过滤器的暂态不平衡输出特性可能造成电压过滤器误动作，建议采用0.10.2s延时跳闸。2.3.3 发电机定子绕组单相接地保护现采用利用三次谐波电压构成的100%定子绕组接地保护。该保护由两部分构成，一部分为零序电压保护，它可以保护85%90%的定子绕组。另一部分利用发电机的三次谐波电压构成，它用来消除零序电压保护死区，从而实现保护100%定子绕组的接地保护。为了可靠起见，两部分的保护区有一段重叠。下图为原理接线图。零序电压保护部分由接在机端电压互感器的开口三角接线侧的三次谐波电压过滤器和零序电压元件组成。图2.5 零序电压和三次谐波电压相结合构成100%定子接地保护原理接线图三次谐波电压保护部分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电压大；而在发电机内部定子接地故障时，出线端的三次谐波电压却比中性点的三次谐波电压大。利用其变化的特点，使发电机出口的三次谐波电压成为动作量，而使中性点的三次谐波电压成为制动量，利用绝对值比较原理，当发电机出口三次谐波电压大于中性点三次谐波电压时继电器动作。这样保护就会在正常时制动，在定子绕组接地时动作。三次谐波电压动作判据为：发电机端电压互感器变比NTV0=/中性点电压互感器变比NTVN =方案1：方案2：三次谐波方案1、2的选择及其制动系数的整定。实测发电机正常运行中若干个不同负载情况下的比值及，取它们各自的平均值、和它们的最大值、。若，则采用方案2，取；暂采用方案1，三次谐波比例系数暂取1.0；=/=1三次谐波判据经t =5s延时动作于发信。2.3.4 发电机励磁回路接地保护当转子发生一点接地后，如发电机仍然继续运行，遇上励磁绕组其他绝缘水平降低时，就可能造成转子第二点接地。励磁回路两点接地后构成短路电流通路，可能烧坏绕组和铁芯。由于部分励磁绕组被短接，破坏了气隙磁场的对称性，引起机组振动。此外，转子两点接地还可能使汽轮发电机组的轴系统和汽缸磁化。因此，由于本设计是300MW的汽轮发电机，故应装设励磁回路一点接地保护装置（带时限动作于信号）和两点接地保护装置（带时限动作于停机）。1转子一点接地保护转子一点接地保护可采用ZJ-2型转子一点接地继电器，其整定值取决于正常运行时转子回路的绝缘水平，对于水内冷转子，其动作电阻整定值一般不应大于10k。转子一点接地保护原理接线图如下图所示。图中电压变换器UV将交流电源电压变换成适当的电压，再经过全波整流变换成直流电压叠加在励磁绕组回路上。正常运行时，继电器中流过的电流为当励磁绕组对地绝缘降低时，继电器中流过的电流为由于励磁绕组绝缘电阻比小，故电流大于，因此继电器将在励磁绕组对地绝缘电阻降低到一定值动作。图2.6 叠加直流电压式转子一点接地保护原理接线图2转子两点接地保护转子二点接地保护可采用ZJ-3型转子二点接地继电器，继电器在转子绝缘完好时不投入，转子发生一点接地后才投入运行，继电器由电桥原理构成，死区小于3%，不需整定值。电桥式转子两点接地保护原理图如下图所示。图2.7 电桥式转子两点接地保护原理接线图电桥中，有励磁绕组的电阻Rm和附加可调电阻Ra组成桥臂。当励磁绕组的E1点接地时，E1点就将励磁绕组的电阻分成两部分和。这时，合上刀闸开关S1，按下按钮SB，调节附加可调电阻Ra的滑动臂，使毫伏表指示为零，则电桥到达平衡状态，各臂电阻满足下述关系式用毫伏表调好电桥的平衡后，再合上刀闸开关S2，将电流继电器接在电桥的对角线上。由于电桥处在平衡状态，电流继电器KA中没有电流流过，故不会动作。当励磁绕组发生在第二点E2接地时，电桥的平衡臂破坏，于是继电器中流过电流。当电流大于它的动作电流值时，继电器就会动作。通过继电器的电流数值决定于电桥的不平衡度：E2点离E1越远，通过继电器的电流越大；反之，E2离E1越近，通过继电器的电流越小。当E2点离E1点近得使通过跨地区的电流小于继电器的动作电流时，迪电器不会动作。这个动作范围就是保护装置的死区。在保护死区发生两点接地时，可以用毫伏表来寻找接地故障。2.3.5 发电机的失磁保护发电机失磁的这要原因有：励磁供电电源故障、励磁绕组开路或短路、自动灭磁开关误跳闸、自动励磁调节装置故障以及运行人员误操作等。汽轮发电机的失磁保护仅动作于减负荷，转入低负荷异步运行。如不能在允许的一部运行时间里消除失磁因素，保护再动作于跳闸。发电机的低励和失磁，都会使其定子回路中的参数发生变化，特征主要有以下3个，失磁保护常采用其作为主要判据：（1）在失磁过程中，发电机由送出无功功率变为从系统吸收无功功率，无功功率改变了方向。这一变化可以作为发电机失磁保护的一种判据。（2）发电机失磁后，机端测量阻抗的轨迹由阻抗复平面的第一象限进入第四象限。当机端测量阻抗的端点越过临界失步圆周时，对系统和机组的危害才表现出来。因此，把静稳定便捷作为鉴别失磁故障的另外一个判据。（3）当发电机于系统之间发生振荡时，在系统阻抗为零，电源电动势之间夹角为180o的最严重情况下，如下图所示，机端测量阻ZG=-。在其他角时，测量机端阻抗的轨迹将沿虚线MN变化。系统阻抗不为零时，MN线将向上平移。另一方面，发电机失磁后进入稳态一部运行时，机端测量阻抗的端点落在之间的范围内，也落在圆心，在jX轴上，圆周过和的异步边界阻抗圆内，而振荡时，机端测量阻抗的端点不会落入此圆内。因此，也可以把异图2.8 异步边界阻抗圆步边界作为失磁保护的第三种判据。因此，采用ZK-1型阻抗继电器作为失磁保护的判据。但上述3种特征并非发电机低励、失磁过程中独有的特征，如系统振荡、长线路充电、自同期或回路断线等异常运行方式下，机端测量阻抗的轨迹都有进入第三、四象限的可能，因此还必须有辅助判据或闭锁元件。常用的辅助判据有励磁低电压元件，采用Zy-1型转子低电压继电器。另外以高压母线低电压（采用Dy-1型低电压继电器）为闭锁元件。下图为根据机端测量阻抗的变化的失磁保护原理接线图。图中，KR为失磁保护的阻抗继电器。KBB为电压回路断线闭锁继电器，其作用是防止电压回路断线时阻抗继电器误动作。KBB的动断触点和阻抗继电器的动合触点相串联，当电压回路断线时，动断触点打开，断开保护的正电源，从而起断线闭锁作用。KT为时间继电器，是为了防止保护在系统振荡或自同步并列时误动作。图2.9 发电机失磁保护原理接线图整定计算如下：发电机中性点电流互感器变比NTA=2400发电机机端电压互感器变比NTV=200（1）阻抗元件整定：按异步边界圆整定XA=1.572（）XB=3.7728（）式中：Sgn、Ugn发电机额定容量和额定电压； NTA、NTV发电机电流互感器和电压互感器变比； Krel可靠系数，取1.2； 、发电机暂态电抗和同步电抗。按静稳边界圆整定XA=XB=式中：XA为系统联系阻抗，其他符号同上。由于没有给出系统联系阻抗的数值，在此不做计算。（2）励磁低电压元件整定：Uop=式中：Uop励磁低电压元件动作值； 给定有功功率，可取0.5； 综合阻抗，； 空载励磁电压。延时元件动作值按静稳边界整定时可取11.5s，按异步边界整定可取0.51s。2.3.6 发电机复合电压启动的过电流保护复合电压启动的过电流把偶原理接线图图下图所示。图2.10发电机的复合电压启动的过电流保护原理接线图图中1KA、2KA、3KA为过电流继电器，接于发电机中性点侧电流互感器的二次侧，反应发电机内部或外部故障电流而动作。4KV为过电压继电器，接于负序电压过滤器的出口，反应负序电压而动作。负序电压过滤器输入端接于发电机出口的电压互感器二次侧，它只输出与输入端电压中所含有的负序分量成正比的负序电压。5KV为低电压继电器，其绕组经负序电压继电器4KV的触点跨接到同一电压互感器二次侧的相间电压上，反应正序电压而动作。当不对称短路时，由于出现负序电压，故4KV的动断点打开，5KV因绕组失去电压而闭合触点，于是中间继电器KM启动。其触点和过电流继电器的触点串联去启动时间继电器KT，经预定延时后，启动出口中间继电器，使发电机断路器和励磁开关跳闸。当三相短路或A、C相间短路时，接于相间电压的低电压继电器5KV因电压降低而闭合触点，使中间继电器KM启动，其触点和过电流继电器触点串联后启动时间继电器KT，经预定延时，跳开发电机断路器和励磁开关。电压回路断线时，负序电压过滤器将输出负序电压，使4KV的触点打开，导致5KV因失去电压而闭合触点，启动KM，再由KM 的一个触点通过发电机断路器的辅助触点给出电压回路断线信号。当发电机退出运行时，断线信号回路可以自动退出工作。电压回路断线时由于发电机并不过电流，电流继电器1KA、2KA、3KA不会动作，因此整套保护不会动作。当发电机的定子触点保护需要过电流保护闭锁时，可以利用过电流继电器触点直接进行闭锁。1保护基本参数电流互感器取发电机机端CT，变比为NTA=2400发电机二次额定电流：I e = =4.25（A）电压互感器取发电机机端PT，变比为NTV=200发电机二次额定线电压：Ue = = =100（V）2保护整定计算1）过流元件动作电流整定按发电机长期允许的负荷电流下能可靠返回的条件整定：Iop =6.5（A）式中：Krel可靠系数，取1.21.3； Kre返回系数，取0.850.95，静态继电器取较大值。过流元件灵敏度校验：Ik,min=20.83（A）Ksen = =3.21.2式中：Ik,min后备保护区末端两相金属性短路时流过保护的最小电流。Ksen应大于1.2。3）低电压元件动作电压整定Uop =34.64（V）式中：Un额定相间电压。4）低电压元件灵敏度校验Uk.max= =14.5（V）Ksen= =2.31.2式中：Uk.max计算运行方式下，灵敏系数校验点发生三相金属性短路时，保护安装处的最高残压。要求Ksen 1.2。5）负序电压元件的整定负序电压继电器应按躲过正常运行时出现的不平衡电压整定，根据电力系统运行规程的规定可取为：Uop.2=0.06Un=0.06=692.82（V）式中：Un额定相间电压。6）负序电压元件灵敏度校验 Ksen= =5.01.5式中：U2.min后备保护区末端两相金属性短路时，保护安装处的最小负序电压。要求Ksen1.5。3保护经t=6.5s延时动作于全停。2.3.7 发电机逆功率保护汽轮机运行中由于各种原因关闭主汽门后，发电机将从电力系统吸收能量变为电动机运行。汽轮机在其主汽门关闭后，转子和叶片的旋转会引起风损。因为逆功率运行是，没有蒸汽流通过汽轮机，由风损造成的热量不能被带走，汽轮机叶片将过热以致损坏。我国行业标准规定，对发电机变电动机运行的异常运行方式，200MW以上的汽轮发电机，宜装设功率保护。保护装置主要由灵敏的功率继电器构成，带时限动作于信号，经长时限动作于解列。逆功率继电器最小动作功率（即灵敏系数），应该保证发电机逆功率运行出现最不利情况时有足够的灵敏系数。发变组保护装置中一般有两只逆功率继电器。其一用于程序跳闸方式，即当过负荷保护、过励磁保护、低励失磁保护等动作后，应保证先关主汽门，等到出现逆功率状态时就确信主汽门已经关闭，这是逆功率继电器动作，允许主断路器跳闸，这种程序跳闸就可避免因主汽门未关闭而断路器先断开引起灾难性“飞车”事故。另一种逆功率继电器是用来构成逆功率保护的。发电机逆功率保护选用ND-1型逆功率继电器，其动作功率一般可取为：Pop=（0.010.03）Pgn=0.01300（MW）=3（MW）保护的动作时限一般取：t1=1.5s，动作于信号；t2按汽轮机允许的断汽运行时间整定，可取100180s，动作于解列灭磁。2.3.8 发电机低频累加保护我国行业标准规定，对于低频额定频率带负荷运行的异常运行状况下，300MW及以上汽轮发电机应装设低频保护。保护装置由灵敏的频率继电器和计时器组成。保护动作于信号，并有累计时间显示。大型发电机变压器继电保护整定计算导则中提供了大型发电机组（300MVA及以上汽轮机）对频率异常运行的要求，见下表：频率（Hz）允许运行时间频率（Hz）允许运行时间累计min每次s累计min每次s51.5303048.030030051.018018047.5606048.550.5连续运行47.01010低频保护可采用DP-1型低频继电器。发电机的低频范围段数应由汽轮机制造厂提供，一般分为3段：当时，发出警报信号；当47.5Hz f 1（电压标幺值与频率标幺值的比值）时，也要遭受过励磁的危害。危害之一是贴心饱和谐波磁密增强，使附加损耗增大，引起局部过热。另一个危害是使定子铁芯背部漏磁场增强，导致局部过热。多励磁保护所使用的继电器的原理框图如下图所示，其原理是反应电压标幺值与频率标幺值的比值的变化。图2.11 过励磁继电器原理图图中，TVA为辅助电压互感器，其输入端接到发电机或变压器电压互感器的二次侧，反映系统电压；输出端接R、C串联回路，从电容C分压上取得电压，经整流和滤波后加到执行元件上。Uc的大小反应了工作磁密随电压频率比的变化值，直接反应了工作磁密的瞬时值。Uc经整流、滤波后加到电平检测器上。当Uc达到整定值时，继电器动作，经一定延时动作于信号或跳闸。过励磁保护采用FGC-1型反时限过励磁继电器。该继电器的动作特性分上限定时限、反时限和下限定时限3部分。整定计算如下：过励磁继电器的测量电路原理同一般变压器的感应电压：U=4.44fBS可得：B=所以可用的值间接反映B。过励磁倍数：式中：U、f 系统电压、频率； Ue、fe变压器额定电压、频率； B磁通密度； Be额定磁通密度。过励磁继电器的反时限t定值：式中：K为发电机或变压器长期耐受过励磁能力，由厂家提供；M=(U/f)/(U/f)制动(U/f)制动取反时限曲线下限平底，约1.11.15。下限动作时间ta固定为240s。保护出口方式：定时限出口动作于发信；反时限出口动作于解列灭磁。2.3.10 发电机过电压保护对于200MW以上的大型汽轮发电机都要求装设过电压保护。这是因为，大型发电机定子电压等级较高，相对绝缘裕度较低，并且在运行实践中，经常出现过电压的现象。目前，大型机组的过电压保护有以下三种形式。（1）一段式定时限过电压保护，根据整定电压大小而取相应的延时，然后动作于信号或跳闸。（2）两段式定时限过电压保护。I段动作电压整定值按在长期允许的最高电压下能可靠返回的条件确定，经延时动作于信号。II段的动作电压取较高的整定值，按允许的时间动作于跳闸。（3）定时限和反时限过电压保护。定时限部分取较低的整定值，动作于信号。反时限部分的动作特性，按发电机允许的过电压能力确定。对于给定的电压值，经相应的时间动作于跳闸。过电压保护可选用Gy-1A型过电压继电器，保护整定计算如下：电压互感器取发电机机端PT，变比为NTV=200。发电机二次额定线电压Ue = =100（V）。保护反应发电机定子电压。其输入电压为机端TV二次相间电压（例如U）,动作后经延时切除发电机。发电机过电压保护的动作电压，应根据发电机类型、励磁方式、允许过电压的能力及顶子绕组的绝缘状况来决定。Uop =1.3Ue =130（V）。保护出口经t =0.5s动作于解列灭磁。2.3.11 发电机失步保护失步就是同步机的励磁仍然维持着的非同步运行，这种状态表现为有功和无功功率的强烈摆动。发电机失步振荡时，振荡电流在较长时间内反复出现，使大型机组遭受力和热的损伤。振荡过程中出现的扭转转矩，周期性地作用于机组轴系，会使大轴扭伤，缩短运行寿命。我国行业标准规定，对失步运行，300MW及以上的发电机，宜装设失步保护。保护可由双阻抗元件或测量振荡中心电压及变化率等原理构成。在短路故障、系统稳定振荡、电压回路断线等情况下保护不应动作。保护通常动作于信号，当振荡中心位于发电机变压器组内部，失步运行时间超过整定值或电流振荡次数超过规定值时，保护应动作于解列。现采用RCS985保护装置，为三元件阻抗失步保护。将发电机正序电压、正序电流引入保护装置，通过各种计算。分析利用阻抗轨迹反应各种情况。当发电机发生失步振荡，机端测量阻抗顺序穿过4个区，每顺穿过1次，保护的滑极计数增加1，到达整定次数时保护动作。保护识别的最小振荡周期为120ms。下图为三阻抗元件失步保护动作特性曲线。图2.12 三阻抗元件失步保护动作特性曲线图保护由1个透镜阻抗元件和2根直线型阻抗元件、的构成。透镜阻抗元件把阻抗平面分为透镜内动作区I和透镜外不动作区A。透镜内角为，坐标原点O代表失步保护安装处，即机端。如果发电机机端测量阻抗Z进入透镜圆内，则表明发电机电动势和系统电动势间的功角已大于动稳极限角。直线为遮挡器直线阻抗元件，将阻抗平面分为L和R两部分，其方向与透镜主轴相同，用以判断发电机和系统是否失步。如果发电机机端测量阻抗Z落在此直线上，则；若出现不稳定振荡，机端测量阻抗Z越过该直线，180，判断发电机已失步。当系统振荡时，机端测量阻抗顺序穿过4个区（AR/IR/IL/AL），并在每区停留时间大于一定时限时，保护判断系统失步。直线为电抗直线阻抗元件，它垂直于透镜的主轴，把阻抗平面分为I区和II区，当振荡中心落于I区说明振荡中心位于发变组内部，落于II区说明中心位与发变组以外的系统。整定计算如下：电流互感器取发电机机端CT，变比为NTA=2400。电压互感器取发电机机端PT，变比为NTV=200。基值阻抗Zn=1.333（）ZA=XtZn=0.0291.333=0.039（）ZB=0.19651.333=0.262（）ZC=0.9XtZn=0.90.0291.333=0.035（） =29透镜内角建议整定为。fs,max大于要求的5Hz，合格。为求失步保护继电器的整定阻抗，应计算以上各阻抗的二次值，为此作一下计算：=0.0833故二次整定阻抗值为：（）（）（）灵敏角建议取为85。为了避免在=180附近的严重条件下断路器跳闸，失步保护应在=250300期间发出跳闸脉冲。遮断容量跳闸闭锁电流整定：主变高压侧断路器允许遮断容量为50kA，折算至二次侧为：（A）因此跳闸允许电流按照变压器额定电流倍数整定：Iset=2.3.12 发电机对称过负荷保护1定子绕组过负荷保护对于直接冷却方式的大中型发电机，定子绕组过负荷保护具有定时限和反时限两部分。由于原始资料中没有给出是什么方式冷却的发电机，先按照直接冷却方式的大中型发电机整定。现选用FSL-2型反时限过电流继电器。该继电器由上限速断、反时限、下限定时限和过负荷报警4部分组成。为了防止速断、反时限和定时限回路元器件苏败坏引起误跳闸，采用过负荷瞬动部分作为保护出口的总闭锁。电流互感器取发电机机端CT，变比为NTA=2400电压互感器取发电机机端PT，变比为NTV=200定时限部分的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，即Iop=5.24（A）式中：Krel可靠系数， Kre返回系数，（静态继电器用较大值）； I1d,max发电机长期允许的符合电流，一般取作发电力额定电流Ign； NTA电流互感器变比。经延时作用于信号，有条件时可作用于自动减负荷。反时限部分的动作判据为：其中： 式中，=0.010.02，是考虑散热作用的，取大值，表示散热好，允许过负荷时间t就长；K为发电机定子绕组过负荷常数。保护动作后作用于解列或程序跳闸，磁保护不需要在动作电流和时限上与系统相间短路保护配合。2转子绕组过负荷保护对300MW及以上的发电机，转子绕组过负荷保护由定时限和反时限两部分组成。定时限过负荷保护的动作电流按正常运行最大励磁电流下能可靠返回的条件整定，即：Iop=式中：Imax发电机正常运行最大励磁电流。反时限部分的动作判据为：式中，I*取转子电流标幺值（以额定转子电流为基值），其余定子绕组过负荷保护。2.3.13断路器拒动启动失灵保护断路器失灵（保护动作出口断路器不跳闸）对于大机组将是非常严重的事，因此必需装设断路器失灵保护。保护采用GL-2型过电流继电器作为相电流判别元件，并用FGL-1型负序过电流继电器作为故障判别元件。整定计算如下：（1）相电流判别元件整定其整定值应保证线路末端短路时有走狗的灵敏度，并应考虑负荷电流变化使电流元件频繁启动和返回的弹跳影响，故取GL-2型继电器的最低定值0.2A。（2）负序电流元件整定负序电流元件是与非全相保护合用，应按发电机允许的持续负序电流下能可靠返回的条件整定，即：式中：If,2发电机允许持续负电流，If,2一般取=（0.060.08）Ign； Kb返回系数，取0.9。失灵保护延时元件的整定时限应大于断路器的跳闸时间与保护装置的返回时间之和，并有一定的裕度，通常取0.30.5s。失灵保护动作跳开线路断路器的同时，应闭锁其重合闸回路。2.3.14 发电机非全相保护大机组变压器的高压侧使用的高压断路器均为三相分别操作，有时会出现三相位置不一致的现象，故需装设非全相保护。非全相保护由断路器三相位置不一致回路（位置继电器接点）起动，经负序电流元件判别后，延时断开断路器的三相。非全相保护与断路器拒动启动失灵保护合用FGL-1型负序电流继电器，其定值见2.3.13。第3章 电力变压器保护3.1 概述变压器是现代电力系统中的主要设备之一。电力变压器运行的可靠性很高。由于变压器发生故障时造成的影响很大，因此应加强其继电保护装置的功能，以提高电力系统的安全运行。按技术规程的规定，电力变压器继电保护装置的配置原则一般为：（1）针对变压器内部的各种短路及油面下降应装设瓦斯保护，其中轻瓦斯瞬时动作于信号，重瓦斯瞬时动作于断开各侧断路器。（2）应装设反应变压器绕组和引出线的多相短路及绕组匝间短路的纵连差动保护或电流素缎保护作为主保护，瞬时动作于断开各侧断路器。（3）由于外部相间短路引起的变压器过电流，根据变压器容量和运行情况的不同以及对变压器灵敏度的要求不同，可采用过电流保护、复合电压起动的过电流保护、负序电流和单项式低电压启动的过电流保护或阻抗保护作为后备保护，带时限动作于跳闸。（4）对110kV及以上中性点直接接地的电力网，应根据变压器中性点接地运行的具体情况和变压器的绝缘情况装设零序电流保护和零序电压保护，带时限动作于跳闸。（5）为防御长时间的过负荷对设备的损坏，应根据可能带过负荷情况装设过负荷保护，带时限动作于信号。（6）对变压器温度升高和冷却系统的故障，应按变压器标准的规定，装设作用于信号或动作于跳闸的装置。3.2 电力变压器的故障类型和不正常的工作状态变压器的故障可分为油箱内部故障和油箱外部故障。油箱内部故障有，绕组的相间短路、绕组的匝间短路、直接接地系统侧绕组的接地短路。变压器发生内部故障是很危险的，因为故障点的高温电弧不仅会烧坏绕组绝缘和铁芯，而且可能由于绝缘材料和变压器在高温电弧作用下强烈气化引起油箱爆炸。油箱外部故障主要有，油箱外部绝缘套管，引出线上发生相间短路或一相碰接箱壳（或称直接接地短路）。变压器的异常工作状态有过负荷，由外部短路引起的过电流，油箱漏油引起的油位下降，外部接地短路引起中性点过电压，绕组过电压或频率降低引起的过励磁，变压器油温升高和冷却系统故障等。3.3 变压器的保护配置3.3.1 变压器的差动保护现采用BCH-2型差动继电器构成主变压器的差动保护，其三相交流接线图如下图所示。图3.1 由BCH-2型继电器组成变压器差动保护三相电路图整定计算如下：（1）计算变压器一次侧、二次侧额定电流，选出电流互感器的变比，计算电流互感器连接臂中的电流，其计算