（电气工程专业论文）电气主设备继电保护装置的整定计算研究.pdf

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护给出了详尽的整定计算公式，指出实际中的一些特殊实现方式。 ( 3 ) 分析了主设备保护中功率方向元件的接线方式和内角整定。从保 护作为线路和变压器后备，系统地分析了方向元件的各接线方式和 对应的内角整定范围，得出了两种情况下变压器高中压侧功率方向 元件在同相位的异侧有无电源对满足继电保护要求的最佳接线方 式和内角整定值。针对数字式保护特点，提出了一种使内角整定更 为方便的功率方向元件的接线方式。 山乐大学硕士学位论文 ( 4 ) 针对主设备保护整定计算相对滞后，提出了通用的主设备保护整 定系统设计方案，并从整定系统的模块设计、开发环境和平台、整 定系统的特点、开发中采用的技术要点等几个方面进行阐述。提出 了将故障仿真与整定计算相结合进行灵敏度校核，最后给出整定系 统的计算算例。 关键字：主设备保护 整定计算 数字式保护 功率方向元件内角整定 系统 山东火学硕士学位论文 a b s t r a c t c a l c u l a t i n gs e t t i n g s o fr e l a yf o rm a i ne q n i p m e n ti sa l li m p o r t a n tp a r to fa p p l y i n g p r o t e c t i o ni np o w e rp l a n t s a p p r o p r i a t es e t t i n g sa r en e c e s s a r yf o rr e l a yd e v i c e st oo p e r a t e n o r m a l l y , n om a t t e rt h et y p eo fr e l a yi se l e c t r o m a g n e t i c ，r e c t i f i c a t i o n ，t r a n s i s t o r ，i n t e g r a t e d c i r c u i ta n dm i c r o p r o c e s s o ro rd i g i t a lb a s e d e v e nt h o u g ht h ep r i n c i p l e so fp r o t e c t i o n ， a r i t h m e t i co fs o f t w a r ea n dh a r d w a r ed e s i g na r ee x c e l l e n t ，t h es t a b i l i t yo fp o w e rs y s t e ma n d s e c u r i t yo fm a i ne q u i p m e n tw i l lb ea f f e c t e db yi m p r o p e rs e t t i n g sw h e nt h ef a u l to c c u r s s o m e g l i d eo fc a l c u l a t i n gs e t t i n g sf o rm a i ne q u i p m e n th a sb e e np u tf o r w a r di nt h ep a s ts e v e r a l d e c a d e so fy e a r s w i t 1t h ea p p l i c a t i o no fn e wp r i n c i p l e sa n da r i t h m e t i co fp r o t e c t i o n ， a v a i l a b l em e t h o d so fc a l c u l a t i n gs e t t i n g sn e e dt ob es u p p l e m e n t e d o nt h eo t h e rh a n d ，c o r r e c t o p e r a t i n gr a t eo fr e l a y sc mn o tm e e tt h er e q n i r e m e mo fp o w e rs y s t e m s oi t i so ft h e o r e t i c a n dp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c et om a k er e s e a r c ho nc a l c u l a t i n gs e t t i n g so fr e l a yf o rm a i n e q u i p m e n t r e l a yd e v i c e so fm a i ne q u i p m e n tp r o t e c t i o nh a v en ou n i f o r mc r i t e r i o na n dt h es t y l eo f e a c hc o r p o r a t i o ni sd i s t i n c t i v e b e c a u s ev a r i o u st y p e so fr e l a yd e v i c e sf o rm a i ne q u i p m e n ta r e a p p l i e di nt h ef i e l da n dt h ew o r ko fc a l c u l a t i o ni ss oh e a v yt h a tc a l c u l a t i n gi nac o m m o n m e t h o di sd i 珩c u l tt om e e tt h er e q u i r e m e n t s w i t ht h ed e v e l o p m e n to fc o m p u t e rs c i e n c ea n d c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y ，i ti sp o s s i b l et o d e v e l o pau n i v e r s a ls e t t i n gs y s t e mf o rm a i n e q u i p m e n tp r o t e c t i o n h o w e v e r ，t h e r ei sn o tau n i v e r s a lc a l c u l a t i n gs e t t i n gs y s t e mi no u r c o u n t y , s oi ti sp r a c t i c a l l yi m p o r t a n tt od e v e l o pt h ec a l c u l a t i n gs e t t i n gs y s t e mo fr e l a yf o r m a i ne q u i p m e n t 1 h i st h e s i si n t r o d u c e sc a l c u l a t i n gs e t t i n g sa n da p p l i c a t i o no fr e l a yf o rm a i ne q n i p m e n t i tm a i n l yi n c l u d e st h ef o l l o w i n gp a r t s 11n l ea n a l y s i so nt h e c a l c u l a t i n gs e t t i n g so fd i f f e r e n t i a lp r o t e c t i o n f o rm a i n e q u i p m e n ti sm a d ef r o mv a r i o u sa s p e c t s a l ld i f f e r e n t i a ip r o t e c t i o nf o rm a i n e q m p m e n tc a nb ec o n s i d e r e da sd i f f e r e n t i a lp r o t e c t i o nf o rac o m p o n e n tw i t hni n p o r t s t h ee f f e c to nt h er e s t r a i n tt o e f l i c i e n ta n dt h el e a s tt i pr e s t r a i n tc u r r e n tb y a d o p t i n gd i f f e r e n tr e s t r a i n tc u r r e n ti sd i s c u s s e d l a t t e r ，i ti sa n a l y z e dh o wt o c a l c u l a t et h el e a s tt r i pd i f f e r e n t i a ic u r r e n ts e t t i n g so fd i f f e r e n t i a lp r o t e c t i o nf o r t r a n s f o r m e ra n dg e n e r a t o r - t r a n s f o r m e ru n i ta n dh o wt oc h o o s et h eb a s i cs i d eo f m u l t i - s i d ed i f f e r e n t i a lp r o t e c t i o n 2 ) t h i st h e s i sa n a l y z e st h em e t h o d so fc a l c u l a t i n gs e t t i n g so fg r o u n dp r o t e c t i o n ，l o s so f f i e l da n do u t o f - s t e p p r o t e c t i o na n do v e r - c u r r e n to ro v e r l o a dp r o t e c t i o ne t c f o r g e n e r a t o ra n dt r a n s f o r m e ra n dt h ed i f f e r e n c ea m o n gt h e mi sa l s od i s c u s s e d i ti s p o i n t e d o u th o wt or e a l i z et h ef o r m u l a eo f r e t a ys e t t i n g si np r a c t i c e ，w h i c ha r eu s e d u n i v e r s a l l ya n dh a v ea d v a n c e dp r i n c i p l e s 3 ) c o n n e c t i o na n ds e t t i n gf o rd i r e c t i o n a le l e m e n ti nm a i ne q u i p m e n tp r o t e c t i o ni si n c o n f u s i o n s s oo n es t u d yi sm a d eo nc o n n e c t i o na n di n t e r i o ra n g l es e t t i n go fp o w e r d i r e c t i o n a le l e m e n ti nm a i ne q u i p m e n tp r o t e c t i o n c o n n e c t i o ns e l e c t i n ga n o t h e rs i d e v o l t a g ea n di n t e r i o ra n g l es e t t i n go fp o w e rd i r e c t i o n a lr e l a ya r ea n a l y z e dw h e nt h e p r o t e c t i o ni st a k e na st h eb a c k u pp r o t e c t i o no fb o t h1 i n ea n dt r a n s f o l i n e r v a r i o u s c o n s t r u c t i v ec o n c l u s i o n so nt h eb e s tc o n n e c t i o na n di n t e r i o ra n g l es e t t i n ga r e 山东大学硕士学位论文 皇曼曩墨鲁舅詈置皇皇墨兰皇曼舅皇曼量曼暑! 置皇基皇曼量鼍曾量奠舅e ! ! 皇量皇曼鲁罾皇晕蔓量囊皇皇m li ! ! a c h i e v e de s p e c i a l l yf o rp o w e rd i r e c t i o n a le l e m e n ta th i g ha n dm i d d l ev o l t a g es i d e a n dt h e yc mm e e tt h er e q u i r e m e n t so ft h ep o w e rs y s t e m ，ab e t t e rc o n n e c t i o nf o r d i g i t a lp r o t e c t i o ni sa l s op r o p o s e d ，w h i c hm a k ei n t e r i o ra n g l es e t t i n ge a s ya n dc a n b er e g a r d e da sr e f e r e n c e sf o rf i e l da p p l i c a t i o n 4 、a s c a l c u l a t i n gs e t t i n gl a g sb e h i n d ，o nt h eb a s i so f t h ea n a l y s i so f c a l c u l a t i n gs e t t i n g f o rm a i ne q u i p m e n tp r o t e c t i o n ，u n i v e r s a lc a l c u l a t i o ns e t t i n gs y s t e mf o rm a i n e q u i p m e n tp r o t e c t i o nh a sb e e nd e s i g n e d ，a n dd e v e l o p m e n ti sf i n i s h e dp a r t i a l l y t h e s y s t e mc o n s t r u c t ，t e c h n i c a l f e a t u r e sa n d d e v e l o p m e n te n v i r o n m e n te t e a r e i n t r o d u c e d ，a n dam e t h o do fc o m b i n i n ge m u l a t o rw i t hs e t t i n gi sb r o u g h tf b r t h w h i c hm a k e st h es e n s i t i v i t yc h e c k i n gb e t t e le x a m p l e su s i n gt h ec a l c u l a t i o ns y s t e m a r eg i v e ni nt h ee n d k e y w o r d ：m a i ne q u i p m e n tp r o t e c t i o n ，s e t t i n g ，d i g i t a lp r o t e c t i o n ，d i r e c t i o n a lp o w e re l e m e n t ， i n t e r i o ra n g l e ，s e t t i n gs y s t e m 4 山东大学硕士学位论文 0 绪论 0 1 电气主设备继电保护配置概况 电力系统的发展，电网结构的日趋复杂以及大容量机组在系统中的不 断应用，都对电网和电力设备的安全稳定运行提出了更高的要求。装设继 电保护和自动安全装置是自电力系统发展之初至今采用最为广泛的一种措 施，它们在电力系统的安全稳定运行中发挥着非常重要的作用。 保护定值的整定计算是电力系统继电保护工作的一个重要组成部分。 保护定值的正确与否决定着保护装置能否有效发挥作用，从而决定着被保 护对象能否正常运行以及在发生故障时能否将各种故障从电网隔离，以避 免事故的进一步扩大。文献 卜4 表明主设备( 尤指发电机、变压器) 保护正 确动作率不高，其主要原因之一就是有关技术部门的误整定。无论保护装 置采用的原理多么先进，算法多么精确，硬件设计多么严密可靠，如果给 定的整定值是错误的，则保护装置就不能正常工作。所以f 确的继电保护 整定值是继电保护嗾置有效发挥作用的一个重要条件。 长期以来，继电保护工作者不断探索和总结，使得现有的主设备保护 整定计算有了一定的依据可循。但随着数字式保护的应用，新的保护原理 的不断提出，不仅整定计算的内容有了一定变化，而且原有的整定依据也 需要不断的补充和完善。传统的继电保护整定多是人工手算，随着计算机 和网络等技术的发展，开发基于这些先进技术的智能化整定系统意义重大。 本课题就是在综合研究和分析各主设备保护的整定计算算法的基础上，利 用计算机技术对主设备保护整定系统的设计和开发进行探索和研究。 0 2电气主设备继电保护整定计算的发展和现状 自继电保护发展之初到2 0 世纪7 0 年代中期相当长一段时间内，由于 电网结构比较简单，计算机技术发展有限，继电保护的整定计算都是通过 人工手算来完成的。之后，国外曾开发过一些比较独立的用来完成某些功 0 绪论 0 1电气主设备继电保护配置概况 电力系统的发展，电网结构的f 趋复杂以及大容量机组在系统中的不 断应用，都对电网和电力设备的安全稳定运行提出了更高的要求。装设继 电保护和自动安全装置是自电力系统发展之初至今采用虽为广泛的一种措 施，它们在电力系统的安全稳定运行中发挥着非常重要的作用。 保护定值的整定计算是电力系统继电保护工作的一个重要组成部分。 保护定值的正确与否决定着保护装景能否有效发挥作用，从而决定着被保 护对象能否正常运行以及在发生故障时能否将各种故障从电网隔离，以避 免事故的进一步扩大。文献 卜4 表明主设备( 尤指发电机、变压器) 保护一 确动作率不高，其主要原因之就是有关技术部门的误整定。无论保护装 置采用的原理多么先进，算法多么精确，硬件设计多么严密可靠，如果绐 定的整定值是错误的，则保护装置就不能正常工作。所吐正确的继电保护 整定值是继电保护装置有效发挥作用的一个重要条件。 长期以来，继电保护工作者不断探索和总结，使得现有的主设备保护 整定计算有了一定的依据可循。但随着数字式保护的应用，新的保护原理 的4 ；断提出，不仅整定计算的内容有了一定变化，而且原有的整定依据也 需要不断的补充和完善。传统的继电保护整定多是人工手算，随着计算机 和网络等技术的发展，开发基于这些先进技术的智能化整定系统意义重大。 率课题就是在综合研究和分析各主设备保护的艇定计算算法的基础上，利 用计算机技术对主设备保护整定系统的设计和开发进行探索和研究。 0 。2 电气主设备继电保护整定计算的发展和现状 自继电保护发展之初到2 0 世纪7 0 年代中期相当长一段时间内，由于 电网结构比较简单计算机技术发展有限，继电保护的整定计算都是通过 a 上手算束完成的。之后，国外曾开发过些lf 较独立的用来完成某些功 人工手算来完成的。之后，国外曾开发过一些lr - 较独立的用来完成某些功 山东大学硕士学位论文 能的继电保护整定计算程序 5 6 ，但由于其通用性不强，同时对工作人员 的技术要求较高，所以在实际中的应用并不广泛。随着电力系统的不断发 展，原有零散的整定程序己不能满足电力系统发展的需要。9 0 年代中期俄 罗斯莫斯科动力学院在己有的故障电流计算、继电保护整定等程序的基础 上，开发完善了一套完整的计算机设计继电保护自动化系统。同期，国内 清华大学和华东电力集团公司联合开发了华东电网继电保护综合程序 7 ： 浙江省电力中心调度所和原武汉水利电力大学根据2 2 0 5 0 0 k v 电网继电 保护装置运行整定规程合作开发了配套的电力系统继电保护综合整定 程序 8 。新近韩国电力公司开发了一套继电保护整定系统 9 。 统观国内外电力科学技术的发展，有关继电保护整定计算自动化的研 究正在逐步深化，并取得了一定的成果。但就现状而言，这些研究多集中 于线路和电网 1 0 一1 2 ，而对与电网相关性不大的主设备保护整定计算自动 化的研究较少。近两年，国内的上海交大、浙江大学、华南理工大学 13 一l5 在主设备保护整定计算方面做了一定的工作，开发出一些适用于特定产品 或者特定电厂的整定程序包，还没有形成一套成型的通用主设备保护整定 系统。 目前国内所用的主设备保护装置的生产厂家多而杂，现场中采用的保 护装置类型势必五花八门，相应的整定计算也不尽相同。保护原理及其配 置方案各异，数字保护的整定量大，人工整定计算费时；考虑到目前电力 系统的改革和讨论颇多的主设备保护的双重化，对电厂和变电站而言，拥 有一套能用于整定计算不同型号的各种主设备、不同厂家保护装置的整定 系统具有很高的实用价值。 0 3目前整定计算存在的主要问题 目前国内主设备保护的现状是：一方面，多种形式保护并存。新建的 电厂、电站多采用数字式保护，而老电厂还存在着各种电磁型、晶体管、 集成电路保护，这些传统保护正不断地更换为数字式保护。另一方面，主 设备保护的整定计算多还是采用传统的手工作业的方式，整定系统的研发 和应用相对滞后。 6 山东大学硕士学位论文 主设备保护整定系统在电厂等应用中不广泛，究其原因，主要有如下 几点： 1 ) 现场实际需求不同，电气主设备的参数也不一样，对应的故障电流 计算不同。 2 ) 现场的主接线不尽相同，所需要考虑的整定配合不同。 3 ) 现场主设备保护配置各异，具体体现在保护装置的生产厂家和保护 采用的原理不同，对应的整定存在差异。 4 ) 现有主设备保护装置种类繁多，各保护装置的生产厂家自成体系， 缺少统一的标准。 5 ) 现有的整定程序多为适用于单一型号或某几种型号的保护装置，其 通用性不强，不能满足用户多方面的需求。 随着微处理器和数字技术的发展，数字式保护将成为现场应用的继电 保护主流产品。数字式主设备保护的整定计算将成为今后主设备保护整定 计算的重点。 0 4 发展通用整定系统的必要性及通用系统的展望 与线路相比，电气主设备的保护配置和整定有如下特点： 1 ) 保护配置灵活：机组的容量、电压等级和主接线方式不同，保护的 配置和相应的保护整定计算内容不尽相同。 2 ) 保护种类多、定值整定量大：对小型发变组，数字式保护装置提供 的保护品种有近三十种；前对大型发变组，保护品种多达四十多种。 对电动机，数字式保护装置也提供有十余种保护。 3 ) 原理多样性：一种保护可用多种原理来实现，不同原理的保护整定 存在较大差异。 4 ) 整定复杂性：某些定值的整定需要实测，如1 0 0 定子接地保护中三 次谐波电压比值。 主设备是电力系统中相对独立的一个部分，可以将其整定计算抽取出 来单独进行研究。目前国内外对主设备保护整定系统的研究不够完善。 线路保护的双重化经过多年的实践显示出了其巨大的优越性。在最近 7 山东大学硕士学位论文 国内的各次主设备会议上，主设备保护的双重化也一再成为热点问题。当 主设备保护双重化后，采用不同原理的保护装置，将成为一种趋势。实际 中，数字式保护比传统保护增加了保护配置，相应地也增大了整定计算的 = i ：作量 17 。双重化又将给整定计算带来更大的工作量。由于传统的整定 计算方法费时费力，所以开发基于计算机和网络技术的主设备保护整定系 统具有理论意义和实用价值。 通用的主设备保护整定系统需要满足以下的特点； ( 1 )整定计算需要满足规程和反措的各项要求； ( 2 )整定系统完成发电机、变压器： ( 3 )提供各种现有主设备保护装置的保护定值整定计算，并不断地将 新产品的保护整定计算纳入整定系统： ( 4 ) 不同的主设备、不同的接线、不同原理的保护、不同厂家的保护、 不同功能的保护都能自适应按用户的选择进行整定计算定值； ( 5 )将定值灵敏度校核与整定计算相结合。并将大型发电机、变压器 的内部故障分析与保护配置和灵敏度校核结合，一方面给用户提供 保护方案配置建议，一方面进行灵敏度校核； ( 6 )适应电力系统信息化要求，方便对主设各的各参数资料和保护定 值进行科学的管理和保存； ( 7 )整定系统界面友好，使用简单、方便、直观。 主设备保护整定系统功能完善，全方位的满足用户的故障电流计算、 整定计算、灵敏度校核和故障分析等各方面的需求。 0 5 本论文的主要内容 针对课题所提出的要求，本论文做了以下几个方面的工作。首先，分 析和研究了发电机、变压器所需配景的各保护对应的整定算法：其次，对 现场中存在混乱的主设各保护整定问题进行了详细的分析。最后，在对主 设备保护整定算法分析的基础上，提出开发一套通用的主设备保护整定系 统，并给出了计算算例。论文由以下几部分组成； ( 1 ) 绪论。回顾了国内外继电保护尤其是主设备保护整定计算的发展和现 8 山东大学硕士学位论文 状，并分析产生此现状的原因；归纳主设备保护配置和整定计算的特点： 最后对通用主设备保护整定系统的开发提出了展望 ( 2 ) 第一章，分析了发电机的主要故障形式和保护配置方案，分析了发电机 的整定算法，包括纵差和横差、完全差动和不完全差动、多侧差动和双侧 差动。 ( 3 ) 第二章，变压器的保护整定算法分析。 ( 4 ) 第三章，主设备保护整定系统的开发和设计。从整定系统的总体设计、 开发环境和平台、整定系统的特点、开发中采用的技术要点等方面展开， 最后给出了利用此整定系统对某电厂机组的计算算例。 ( 7 ) 第四章，结论。对论文进行总结。 9 山东大学硕士学位论文 1发电机保护的整定计算分析 1 1 发电机主要故障形式和保护配置方案 发电机的安全运行对保证电力系统的正常工作和电能质量起着决定性 的作用，同时发电机本身也是一个十分昂贵的电器元件，因此应该针对各 种不同的故障和不正常运行状态，装设性能完善的继电保护装置。 发电机的故障类型主要有：定子绕组相间短路；定子相的匝间短路； 定子绕组单相接地；转子绕组一点接地或两点接地；转子励磁回路励磁电 流消失。 发电机的不正常运行状态主要有：由于外部短路引起的定子绕组过电 流；由于负荷超过发电机额定容量而引起的三项对称过负荷：由外部不对 称短路或不对称负荷( 如单相负荷，非全相运行等) 而引起的发电机负序 过电流和过负荷：由于突然甩负荷而引起的定子绕组过电压：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等。 针对以上故障类型及不正常运行状态。按规程规定，发电机应装设以 f 继电保护装置： ( 1 ) 对l 髓w 以上发电机的定子绕组及其引出线的相间短路，应装设纵 联差动保护。 ( 2 ) 对直接联于母线的发电机定子绕组单项接地故障，当发电机电压 网络的接地电容电流大于或等于5 a 时( 不考虑消弧线圈的补偿作用) ，应 装设动作于跳闸的零序电流保护；当接地电容电流小于5 a 时，则装设作用 于新好的接地保护。 对于发电机变压器组，一般在发电机电压侧装设作用于信号的接地保 护；当发电机电压侧接地电容电流大于5 a 时，则装设消弧线圈。 容量在1 0 0 m w 及以上的发电机，应装设保护区为10 0 的定子接地保护。 ( 3 ) 对于发电机定子绕组的匝间断路，当绕组接成星形且每相中有引 出的并联支路时，应装设单继电器式的横联差动保护。 1 0 山东大学硕士学位论文 ( 4 ) 对于发电机外部短路引起的过电流，可采用下列保护方式： 1 ) 负序过电流及单相式低电压启动过电流保护，一般用于5 0 m w 及以 上的发电机； 2 ) 复合电压( 负序电压及线电压) 起动的过电流保护； 3 ) 过电流保护，用于1 m w 以下的小发电机； ( 5 ) 对于由不对称负荷或外部不对称短路而引起的负序过电流，一般 在5 0 m w 及以上的发电机上装设负序电流保护。 ， ( 6 ) 对于由对称负荷引起的发电机定子绕组过电流，应装设接于一相 电流的过负荷保护。 ( 7 ) 对于发电机励磁回路的接线故障： 对汽轮发电机励磁回路的一点接地，一般采用定期监测装置，对大容 量机组则可以装设一点接地保护。对两点接地故障，应装设两点接地保护， 在励磁回路发生一点接地后投入。 ( 9 ) 对于发电机励磁消失的故障，在发电机不允许失磁运行时，应在 自动灭磁开关断开时连锁断开发电机的断路器；对采用半导体励磁以及 l o o m w 及以上采用电机励磁的发电机，应增设直接反应发电机失磁时电气参 数变化的专用失磁保护。 ( 1 0 ) 对于转子回路的过负荷， 在1 0 0 l w 及以上采用半导体励磁的发 电机上，应装设转子过负荷保护。 ( 1 1 ) 对于汽轮发电机主汽门突然关闭，为防止汽轮机遭到损坏，对 大容量的发动机组可考虑装设逆功率保护。 ( 1 2 ) 其他的，如当电力系统振荡影响机组安全运行时，在3 0 0 m w 机 组上，宜装设失步保护：当汽轮机低频运行造成机械振动，叶片损伤对汽 轮机危害极大时，可装设低频保护；当水冷却发电机断水时，可装设断水 保护等。 为了快速消除发电机内部的故障，在保护动作于发电机断路器跳闸的 同时，还必须动作于自动灭磁开关，断开发电机励磁回路，以使转子回路 电流不会在定予绕组中再感应电势，继续供给短路电流。 山东大学硕士学位论文 1 2 发电机纵差保护整定算法 发电机的差动保护有纵差保护和横差保护之分。纵差保护又有完全纵 差保护和不完全纵差保护。发电机各种差动保护功能比较见表1 1 。 表1 1发电机各种差动保护功能对比 发电机差动保护 纵差保护横差保护 完全差动不完全差动适用于发电机，反映匝间短路和 适用于任意发适用于定子绕分支开焊以及机内绕组相间短路 电机，反映绕组组每相有两分 相间短路支和多分支，反 映绕组相间短 路、匝间短路和 分支开焊故障 纵差保护和横差保护有多种不同的实现方法，现场中纵差保护应用最 多的是比率制动的差动保护和标积制动的差动保护，也有一些新型的算法、 新的原理对原有盼差动保护进行了改进，如差动保护、自适应的差动保 护、波形对称的差动保护和循环闭锁式差动保护。这些差动保护的特性多 为两段或三段比例制动特性。横差保护应用较多的有单元件横差保护和裂 相横差保护等。单元件横差保护根据实现方式有传统的单元件横差和高灵 敏单元件横差保护，此外还有实现方式与纵差保护相同的裂相横差保护。 现场中1 0 0 m w 及以上的大型发电机，对其内部故障都采用纵差保护和 横差保护。 为方便整定分析，现对常用的一些符号作一说明。k 。为可靠系数，i 为设备的额定电流，1 3 。：t a 变比，n ，：t v 变比。 差动保护种类繁多，对应的整定计算存在异同。下面在本小节分析发 电机纵差保护的整定，横差保护整定算法的详细分析见1 3 节。 1 2 1 发电机纵差保护 保护定值的整定计算与其采用的原理和算法直接相关。典型的纵差保 山东大学硕士学位论文 护特性如图1 1 示的两段比率制动特性。此特性基本的整定量有起动电流 i 。、最大动作电流i 。( 速断电流) 、比例制动斜率k 。，最小制动电流 i ( 拐点电流) 。下面先阐述比率制动原理差动保护的整定计算。 n 姒 么 l 叫雨 图1 1 两段比率制动纵差保护的制动特性图1 2n 端被保护元件各侧电流示意图 所有主设备的差动保护都可以归结为一个n 端元件的差动保护。图1 2 为n 端被保护元件的各侧电流示意图，取流向元件的方向为电流正方向。 当n = 2 时被保护的元件即为发电机和双绕组变压器或者e h 它们组成的发变 组的特殊情况。公式( 1 一1 ) 是两端元件比率制动差动保护采用的原理，其中 k 为比率制动系数。此原理同传统的带制动特性的差动原理。 i t k i ：其邙 采用( 1 1 ) 原理的发电机差动保护的起动电流和比率制动系数的整定 算法分别见( 卜2 ) 、( 卜3 ) 。式中k 。，为电流互感器比误差，因采用的t a 型 号而异，规程3 中规定1 0 p 型k 。，取0 0 3 2 ；5 p 和t p 型k 。，取0 0 2 。 l o t 。= k k o ，l n 。( 卜2 ) 芷。= 世x k 。k 。k 。，( 1 3 ) 按规程 1 8 1 给定的各参数值，利用( i 一2 ) 算法，可计算出发电机在选用 不同类型t a 时差动保护起动电流的值范围，具体见表1 2 。 纠嘭 + 一 h m 旧一 l l = l l 山东大学硕士学位论文 表1 2发电机纵差保护起动电流定植比较( 理论值) 、 元件及 各系数 发电机( k 。= 1 5 ) 采用的c t 5 p 0 0 3 i 。n 。 ( k = o 0 2 ) 1 0 p 0 0 9i 。n 。 ( k 。= o 0 6 ) t p x 0 0 1 5i 。n 。 ( k 。= o 0 1 ) t p y ( k 。= o 0 2 ) o 0 3i n 。 t p z ( k 。，= o 。0 2 ) 0 0 3i 。n 。 由表1 2 知无论选用何种t a ，发电机差动的起动电流不大于0 0 9 i 。n 。 以根据式( 卜2 ) 和规程中绘定的各参数的取值范围所计算的起动电流是不 能直接应用于实际的，则易造成保护误动。导则”也指出通常实际中发电 机的起动电流取( 0 1 0 3 ) i 。 在导则”8 1 中k 。，指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，而实际中t a 的选择通常都以电流互感器的1 0 误差曲线为依据。 传统的保护整定计算对t a 的变换误差一般都按l o 考虑。采用1 0 有利于 整定值更接近实际，故建议t a 全部按照l o 误差考虑，这样发电机的起动 电流整定值见表1 3 。由表1 3 知此时所得到的起动电流与实际整定值仍有 一定差距。 表1 3改变k 。后发电机的起动电流定值 、元件及发电机( k r 。, l = 1 5 ) 各系数 采用的c t 5 p ，l o p ，t p x ，t p y ，t p z o 1 5 i 。n 。 ( k 。= 0 。1 0 ) k 一是可靠系数，是传统继电保护中也经常考虑的一个用来保证可靠躲 过区外故障时保护误动的一个因素，它的考虑一般要适中，不可偏大，也 山东大学硕士学位论文 不可太小。对经验要求比较高。由于比率制动特性在实际中很难从根本上 避免区外故障时出现误动，提高可靠系数将使此问题得到一定程度的缓解， 建泌将可靠系数提高到1 8 2 。发电机k 。= 1 8 时起动电流定值见表1 4 。 表1 4改变k 。，后发电机的起动电流定值 元件及发电机( k 。= 1 8 ) 、各系数 采用的c t 5 p ，l o p ，t p x ，t p y ，t p z0 1 8 i 。n 。 ( k ，。= o 。1 0 ) 实际上按改进后的( 卜2 ) 计算的起动电流还不能作为最终的起动电流 整定值，还需考虑差电流回路的问题。起动电流需要躲过实测差动保护中 的不平衡电流，这一点在实际中易被忽略。起动电流接定值需要按公式( 卜2 ) 和( 卜4 ) 综合考虑。公式( 卜4 ) 中的，。为公式( 卜2 ) 中的厶l 。为 实测差动保护中的不平衡电流。当实测的l 。较大时，需要及时查清原因， 并及时消除。 i 。，。，= m a x t i ：。，k ，；i 。，t jt 1 4 、 最大动作电流i o p m a x 的整定算法见( 卜5 ) ，式中i u n b m a x 因不同的 设备有别，具体计算公式见( 1 6 ) 。当设备内部发生严重故障时，会产生很 大的短路电流，需要采用速断保护加速出口跳闸。通常数字式保护装置的 最大动作电流整定为额定电流的一定倍数，一般取( 5 8 ) i n 。 丘。产段一上m 。 ( 卜5 ) ( 1 6 ) 中给出了以低压侧为基本侧时最大不平衡电流计算方法。多侧的 发变组差动保护的不平衡电流的计算类似于三绕组变压器的因素，在选定 了基本侧后，其它侧还需要考虑因变压器调压和因采用的t a 不完全匹配引 起的不平衡电流。 t 。6 。= k 二足。k e ，x 譬k “7 ( 1 6 ) 最小制动电流i r e s m in 的整定算法见公式( 卜7 ) ，由于当电流大于额 定电流时才考虑制动作用，故对发电机、变压器制动电流整定算法相同， 有些保护装置的i r e s m i n 是固定不能改变的。实际中选用较小的最小制动 山尔大学硕十学位论文 电流有利于避免区外故障的误动。 k 。，f ( 0 8 1 0 ) 影儿 ( 卜7 ) 图1 1 中，对于不同的差动电流i d 和制动电流iz ，比率制动系数k r e s 为一个变化的值，而实际中很多装置需要用户整定的量则是比率制动斜率 k s ，二者之间的关系在很多文献 1 8 2 1 中己有了论述k s 的整定算法见公 式( 卜8 ) 。 k ：( 卜8 ) s k r e s ，m 。“一i r e s 一m i a x 。- m m i o p m i n 通常k s 比k r e s m r x 要大些，k s 的范围一般在0 3 0 6 除了上述的整定量，根据保护装置具体的出口方式还有一些整定量， 如t a 断线解闭锁电流定值i c t 和解循环闭锁负序电压定值u 2 d z 。t a 断线 闭锁出口方式主要考虑当发电机电流大于i c t 时，就认为t a 未发生断线， 从而将t a 断线闭锁功能退出。i c t 按躲开发电机最大负荷电流整定，具体 的算法见式( 卜9 ) ，其中i f m a x 为发电机最大负荷电流，i c t e 为t a 的二次 额定电流。解循环闭锁负序电压出口是为防止一点在区内一点在区外的两 点接地故障的发生，采用了一相差动动作且同时有负序电压( u 2 d z ) 时出口 跳闸。u 2 d z 的整定算法见公式( 卜1 0 ) 。 五r - 厄。，五。( 儿五。)( 1 9 ) 巩矿( 0 0 6 0 1 2 ) ( 1 - 1 0 ) ( 卜2 ) ( 卜8 ) 为发电机比率制动差动保护的整定算法，实际中差动保 护整定计算还存在以下几个特殊问题： 根据比率制动特性所选用的差动量和制动量不同，还有标积制动差 动保护、差动保护。 变压器差动保护还有一个特殊的整定问题，即有关励磁涌流相关的 定值整定问题，具体论述见2 1 1 。 不完全差动保护存在分支系数的整定计