（电力系统及其自动化专业论文）发电厂保护整定计算中的问题研究.pdf

浙江大学硕士论文 a b s t r a c t w i mt h en e wp r o t e c t i o ne q l l i p m e n t su n c e a s i n ga p p l y i i l gt op o w e rs y s t e m ，廿l e o r i g i i l a lg u i d eo fc 削a t i n gs e m n g so fr e l a yp r o t e c 如nf o rl a r g eg e n e r a t o ra n d t 龇s f o m l e rc a l l tb ed i r e c t l ya c t e do nt h es e t t m g so ft h e s en e we q u i p m e n 招a b o u tm e p m b l e m ，t h i sp a p e rf o c u s e so n 也es e t t i n go fm a i ne q u i p m e n tp r o t e c t i o n ，e s p e c i a l l yo n t h ei n f l u e n c eo ft h cc o e m c i e n to f b a l a l l c et ot l l es e m n go ft h ed i 艉r e n t i a lc u 玎c m t h r e s h 0 1 di nd i 腩r e n t i a lp r o t e c t i o nf o r 订a t l s f b m e r s m yr e s e a r c h e sa r em a i l l l yo nm ep r i n g c i p l ea r l ds e t c i n gm e m o d so f e l e c t r i cp o w e r e q u i p m e n tp r o t e c t i o n ， i n c l u d i n g g e n e r a t o rp r o t e c t i o i l t r a n s f o m e r p r o t e c t i o n ， p r o t e c t i o no fg e n e r a t o r 1 协s f o 衄e ru n ha j l dm o t o rp r o t e c t i o n a b o u tg e n e r a t o rp r o t e c t i o n ，、v ei n 仃o d u c el o n g i t u d i n a ld i 丘b r e n t i a lp m t e c t i o n p r i n c i p l eu s i n gp e r c e n t a g er e s 仃a i l l t ，s i n g l ee l e m e m 虮m s v e r s ed i f f 毛r e n t i a lp r o t e c t i o n f o rt 1 1 m t o - t u mf a l l l t s ，l o n g i m d i n a lz e r os e q u e n c ev 0 1 t a g e ( 3 u o ) p r o t e c t i o nf o rs t a t o r t u m t o t u mf a u l t s ，s p l i tp h 粥e 仃a i l s v e r s ed i 行h e 而a lp r o t e c t i o nf o rt u m t o t i l mf a u l t s a n ds oo n m yr e s e a r c h e so nt r a n s f o m e rp r o t e c t i o ns e t t i n gf o c u s eo nm ei n n u e n c eo ft 1 1 e c o e 塌c i e n to f b a l a n c et om es e t t i n go fm ed 臁r c n t i a lc 1 1 r 托n tt 1 1 r e s h o l di nd i 鼠r e n t i a i p r o t e c t i o nf o rt h ed i f f e r e b t i a lp r o 把c t i o nf o rt r a n s f b n n e r s i n s t e a do f 1 eb a l a n c e 、v i n d i n g sf o r 血e 仃a d i t i o n a lr e l a y sp r o t e c t i o n ，d i g i 协1 恤i n s f o m e rr e l a yp r o t e c t i o nc h o o s e st l l ec o e 伍c i e n to f b a l a l l c e f o rt l l es c t t i n go ft l l e c o e 伍c i e mo f b a l a n c e ，d i 航r e n tc h o i c e so ft h er e f b r e n c e 砸n d i n g s nd i r e c n ya c t t h es e 惋1 9o f 也ed i f f c r e 曲a lc u r r e n tt h r e s h o l d 1 h sp a p e rr e v i e w st h ec u r r e n tf o u r b a s i cw a y sf o rc h 0 0 s i n gt 1 1 er e f e r e n c e 、v i n d i n g sa n dc o m e su p 、v i t l lt h er e l 撕o no f s e t t i n go f n l ed i 恐r c 埘a lc u r r c 眦也r e s h o l da 1 1 dm er e f e r e n c e 、 r i n d i n g s t h ep u r p o s ei s t oc o m eu p 、v i t hm em o r er e 韶o n a b l es e m n go f 廿1 ed i 色r e n t i a lc u r r e n tm r e s h o l df o r t h ed i f l e r e n tr e i a y sp r o t e c t i o ne q u i p m e n t s k e yw o r d s ：p o w e rp l a i l tr c i a yp r i ) t c c t i o ns e n i n g s ；l c l n g i t i l d i l l a ld i f 王h e i n i a lp r o t e c t i o n u s i n gp e r c e n t a g er c s 俩m ：s i i 唱l ee l e m e n t 打a i l s v e r s e d i 最b r e m i a l p r o t e c t i o n f o r t 啪一t o - t 啪f a u l t s ；t 豫i 】s f o r m e r1 0 n g i m d i 砌d i 腩r e n t i a lp m t c c t i o n ； s e t t i n g ；1 1 1 e c o e f f i c i e n to f b a l a l l c e ：t h ed i f f e r e n t i a lc 岍c mt m s h 0 1 d 4 浙江大学硕士论文 1 1 研究的意义和目的 第一章绪论 随着我国电力系统的飞速发展，系统容量迅速增加，单机最大容量也达到了 9 0 万千瓦，目前还有正在建设中的项目，单机容量达到了1 0 0 万千瓦。发电厂 在电力系统中的重要地位是不言而喻的，它的安全运行对电力系统具有极其重要 的意义。因此，针对发电厂可能发生的故障和异常情况，必须装设专门的，性能 完善的继电保护装置。 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 一种措旌，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。电力系统 在运行过程中，可能会遇到各种类型的故障和不正常运行方式，这些都可能在电 力系统中引起事故，从而破坏电力系统的正常运行，降低电力设备的使用寿命， 严重的将直接破坏系统的稳定性，造成大面积的停电事故。当故障一旦发生时， 应该迅速而有选择地切除故障元件，使故障的影响范围尽可能缩小，这一任务是 由继电保护与安全自动装置来完成的。 发电厂的设备种类繁多，每一种设备所配置的保护原理也多，尤其是主设备。 所以保护的整定工作相当复杂。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。为了保证电气设备安全运行，继电保护装置必须满足选择性、快速性、灵敏 性和可靠性等四个基本要求。 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和 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。 对继电保护方案的评价。以整体保护的效果的优劣来衡量。有时候以降低一 个保护装置的保护效果来改善整体的保护效果。因此我们追求的是一个最佳的整 赫弧丈学硕士论文 定方案。但任何一种装霉性能是有限的，或日对电力系统的遥应能力是有限的， 不糍满怒趣力系统戆特殊要求辩，虢要考寇改嶷电力系统瓣鬻要或蘩靛狳辩播 旖。 因此，继电保护熬定计算既有囊身的整定技巧问题，又蠢继电保护的酝嚣与 选鍪阚怒，还有电力系统的绪鞫与运行淘题。函诧，夔定计爨黉要综合，辩证， 统一的遮用。 。2 本课蠢麓主妥鬻素 发电厂的设备种类繁多，每一种设备所配置的保护原理也多，尤其是主设备。 每一霉孛圭设冬配置懿保护类型氇缀多，分受主爨护窝嚣套保势。鑫秘缳妒懿琢理 不同，邋用的场合也不同，各种保护之间存在着相互配合补究的关系。国内及国 外的各大保护装置研发生产厂家开发出来的保护装置采用的瓣本原理都悬箍不 多魏，煞楚毒一些缓徽的差裂。我鬈j 在整定逑程枣，魏暴忽黪这些差羽会影翡爨 护的灵敏度。作者参尚了十凡家发电厂的保护熬定，研究了国内外几大保护厂家 的产品，憋理出了关于变压器差动保护整定中的一些细微差别，作为今后熬定的 参考。 1 3 本课题的主要工作 本论文主要研究了发电厂主设备主保护豹一般原理及各辇申圭傈护之润的差 别，同时也有部分主设备后备保护的原理介绍。同时结合一些察际的发电厂保护 的整定缀验和资料，介绍发电厂主设备保护的配嚣闻题。 第二章主要是奔缓发电厂虢设螯与整定分癸，激三个不黼溪型鹃发电厂的整 定内容为例； 第三章主要研究了发电规静主傺护的整定计蓐，并分绍各转主保护之耀的配 置闻趱； 第四章主要介绍巍压器的主保护的整定计算，着熏对变腿器差动保护中有关 平衡系数对差动门攒敬整定影响傲了研究； 第五章主要研究发邀辊变压嚣缀的保护整定计算： 第六章主要研究电动机的主翳保护整定计算。 6 浙江大学硕士论文 第二章整定中的设备与整定分类 2 1 发电厂保护整定的内容介绍 2 1 1 发电厂的分类介绍 发电的方式按一次能源划分有：火力发电、水力发电、核能发电、地热发电、 风力发电、潮汛发电以及太阳能发电等。在研究中的还有磁流体发电和燃料电池 等。 火力发电厂利用煤、石油、天然气等燃料所产生的热能，在锅炉中将水变成 高温高压蒸汽，推动汽轮机，带动发电机发电。火力发电机组又分为专供发电的 凝汽式汽轮机组及兼供热的抽汽式和背压式汽轮机组。 水力发电厂利用河流的水能发电，其发电功率与流量和落差的乘积成正比， 利用水流带动水轮机来发电。水力发电厂分为径流式水电厂、坝式水电厂和抽水 蓄能发电厂( 利用深夜或丰水期的剩余电力，使水轮机以水泵方式工作，将下游 的水抽到水库内，再在需要时发电。) 核能发电厂利用核燃料在反应堆中产生的热能，将水变为蒸汽，推动汽轮机， 带动发电机发电，又叫原子能发电厂。一般说来，核能发电厂的设备费用较高， 燃料费较便宜。为了提高发电厂的经济性和反应堆的安全运行，核能发电厂一般 按恒功率负荷运行，承担日负荷曲线的基本负荷部分。 2 1 2 发电厂设备与整定分类 发电厂的设各种类繁多，每一种设备所配置的保护原理也多，尤其是主设备。 发电厂电气主设备的继电保护包括发变组保护、发电机保护、变压器保护、 电抗器、电容器的保护、电动机保护等。 发电厂的保护整定分类一般是按照电压等级来分，再根据某个电压等级的设 备来配置保护种类。一般有发变组保护、发电机保护、主变压器保护、高压 常用变压器保护、低压常用变压器保护、高压电动机保护、低压电动机保护、还 有开关保护也是根据其电压来划分，比如3 8 0 v 电源进线开关保护。其中电动机 浙我大学硕士论文 的保护设备种类繁多，佩配备的基本保护种类都怒菠不多。下面我们简单介绍三 个不嚣癸鬃戆毫厂静绦妒整定分类，并显穷缓般戆羲冬都懿餐一些嚣么舔护。 一个是普通的火电厂( 里彦电厂二期) ，一个是抽水蓄能电站( 天荒坪抽水鬻能 电站) ，一个是核电厂( 秦山二期) 。 2 1 。2 1 里彦电厂二期的保护蕤定内容 器3 发迄极保护熬定鸯：发奄搬缎联差动壕护、复合电压j 筵瞧流、定辩跟踺 称过负荷、反时限对称过流( 过负稿) 、定时限受序过流( 不辩称过负荷) 、艇时 限负序过流、匝间保护、1 0 0 定予按地保护、发电机转子一点接地，两点撩地 保护。 撑3 主变保护整定肖：纵联差动、主变通风、2 2 0 k v 零序蓑动保护、2 2 0 k v 侧 过负荷、2 2 0 k v 侧复合电压方向过流、1 1 0 k v 侧复合电压方向过流、11 0 k v 侧过 受黄、l l o 妇爨零痔。 孬1 黼压厂罔变遥器保护整定脊：高压厂滔变压器差动保护、高压厂潮变压 器过流保护、6 k v a 段分支复合电压过流保护、6 k v b 段分支复合电压过流保 护、6 鼢羰a 段分支踺隈遮叛保护、6 鼢疆b 段分支蹲骧速叛保护、分支电缆嫠动 保护( i h a 段) 、分支电缆差动保护( i b 段) 。 低臌电动机保护熬定( 3 8 0 v 、4 0 0 v ) ，低压呶动机保护这一部分的设备a e 常 多，主要窍： 1 ) 3 8 0 v a 段，群3 汽机车间盘电源进线( ) 、3 8 0 v m a 段，撑3 锅炉率闻 盘电源溅线( 一) 、3 8 0 v a 段，挣3 交流调速油泵、3 8 0 v a 段，撑3 汽机车间 鑫电源遂绫( 二) 、3 8 澍疆矗段，襻3 锅炉车闻爨邀漂遴线( 二) 、3 8 0 v 公惩a 段，化学水处理车间电源迸线( 一) 、撑l 检修空压机、煤仓问车阔盘电源迸线( 一) 、 # 1 消防水泵、给水加药车间盘电源避线( 一) 、汽机快冷装置。 2 ) 3 8 姆公耍b 羧，纯学拳赡理事阕盘惫滁迸线( 二) 、襻2 捡掺堂擞壤、 煤仓间举间盘电源进线( 二) 、缎消防水泵、空调机房车间盘电源进线、给水加 药车间盘电源进线( 二) 。 3 ) 3 8 鑫v 袁工段，雾l ，鸵立式撵污泵。 4 ) 3 8 0 v 除灰a 敬，存1 ，2 ，3 渣浆泵、捍1 ，2 ，3 除尘泵、群1 ，2 ，3 空压机。 8 浙江大学硕士论文 5 ) 3 8 0 v 除灰b 段，# l ，2 ，3 渣浆泵、# 1 ，2 ，3 除尘泵、# 1 ，2 ，3 空压机。 6 ) 4 0 0 v 输煤段，厂外运煤地道带式输送机、撑1 ，2 冲渣泵、碎煤机。 针对这些设备的电动机保护有：速断电流保护、过载长延时保护、接地保护。 撑3 低压厂用变压器保护整定( 6 - 3 k v ) 有：电流速断保护、过流保护、高 压侧零序保护、低压侧零序保护、低压侧分支过流、低压侧厂用分支零序电流保 护。 6 k v 高压电动机保护整定有：引风机保护、甲乙磨煤机保护、甲，乙送风机 保护、甲，乙排粉风机、甲，乙凝结水泵、甲，乙电动给水泵的差动保护、甲， 乙电动给水泵综合保护、甲循环水泵、乙循环水泵。 针对这些设备的电动机保护有：相电流速断保护、不平衡保护、接地保护、 过热保护、过热禁止再启动、长启动保护、正序过流保护、欠压保护。 2 1 2 2 天荒坪抽水蓄能电站的保护整定内容 天荒坪电厂发电机变压器组保护针对发电机的保护有：发电机差动保护、发 电机低频保护、负序保护、电流回路监视、电压回路监视( 内部) 、电压回路监视 ( 外部) 、发电机过负荷保护、过电压保护、发电机低压过流保护、逆功率保护、 发电机模式失磁保护、电动机模式失磁保护、1 0 0 定子接地保护、轴电流保护、 相序保护、低功率保护、过励磁保护、失步保护、匝间短路保护、转子接地报护、 9 5 定子接地保护、发电机断路器失灵保护。 发变组保护针对变压器的保护有：主变差动保护、零序过流保护、电流回路 监视、电压回路监视、过励磁保护、发电机模式主变差动保护、主变过流保护、 主变低压侧接地故障保护9 5 。 天荒坪6 3 k v 厂用电保护整定( 单元检修变及拌1 。 6 机组自用变保护) 有： 速断保护、过电流保护、过负荷保护、零序过电流保护。 主厂房公用变保护整定：速断保护、过电流保护、过负荷保护、零序过电流 保护。 中控楼变保护整定：速断保护、过电流保护、过负荷保护、零序过电流保护。 照明变保护整定：速断保护、过电流保护、过负荷保护、零序过电流保护。 l 撑6 3 1 0 k v 变保护整定：速断保护、过电流保护、过负荷保护、零序过电 浙巍大学硕士论文 流保护。 2 雾6 3 ， 0 k v 交绦轳整定：逮瑟绦护、遥电滚绦护、遭受懿僚护、零澎道奄 流保护。 上艨l 始保护整定；速断保护、过电流保护、过负荷保护。 上露描线保护整邂：速蘩保护、过电演 慕护、遭受黄绦势。 5 2 0 隧洞降压变保护整定：速断保护、过电流保护、过负荷保护。 油库降压变保护熬定：速断保护、过电流保护、过负荷保护。 萃元蹲联开关镶护蓬定：过毫濂保护。 2 1 2 3 秦山核电站= 期的保护箍定内容 发电枫韵保护裔：发电机差动保护( 标积铷韵式级差保护) 、发电视过电压 保护、发电机横差保护、发电机逆幼率保护、过励磁保护、失磁保护、失步保护、 发毫瓿不辩豫过受蘩镰护、发毫枫误上电保护、藏爨低珐率、袋予一点接遗像护、 定子9 5 接地保护、宠予l o o 搔赣粗保护、2 0 0 l b 断路器闪搿保护、t a 断线报 警、非垒相保护、励磁过负荷保护、转予两点接燃保护、发电机过流保护、发电 褪对称邀爨芬缳护。 主变压器的保护商：主变差动保护8 7 ，m t 、囊变零序过流保护、主变高压侧 低阻抗保护、主变通风保护、p t 断线保护、过流保护、速断保护、零序遽断保 护。 厂用变的保护整宠：变压器双绕组差动保护( 带速断) 、变压器速断保护、 变压器低臌侧接地保护、过流保护、变压器高压侧过负荷保护、高压侧接地保护、 零序过浚保护、反黪毅遘滚傈护、是霹陵过滚缫妒、不完全壤滚差动缳护、低莲 厂用变接玩保护、嵩愿厂用交接地保护、零序遮断保护。 6 k v 开关保护：速断保护、过流保护、开关接地保护、限流保护( 过电流) 、 过熬绦护、过热禁止爨赛魂、不乎簿僚护、低毫漉攥护。 电动机保护：电动机速断保护、零序过流保护、电动机过负荷保护、零序过 流保护、反时限过流保护、电流速断保护、定时限过流保护。 苏上三令发电厂蹩不闲类型熬袭毫厂，选露歉僚护设备厂家瞧不蘑，跑懿里 彦的主器是选用南自厂的保护装置和一些国内的保护厂家的装嚣；天荒坪主瑟是 l o 漩江大学蠖士论文 选用阿尔斯通等一些国外厂家保护装置；桊山核电厂主要是选用a b b 和西门子 的保护装置。从每种设备配鬻的保护功能糖基本上是棚间，都是一贱盎要的保护， 缎是每个厂豢鹃傺护装萋熊整定方法不宠全一样，寇德单翡表示恣肖摄太懿夔 髀，下面的章节会针对不同的设备介绍遮些差别。 2 。2 发电厂杰要的保护赣律对象 根据g b l 4 2 8 5 的规定，按照故障和辩常运行方式性质的不同，机组热力系 绞：帮调节系统瓣条馋，在大燮发电搬变糕嚣继毫保护整定诗算导魁孛瑟剜各 顼保护装置分别动作子： a ) 停机：断开发电机蛾发电机变压器组( 简称发变组) 断路器、灭磁， 关耀骧动掇主汽门蕺导隶跨，薮牙厂锺分支瑟臻器。 b ) 解列灭磁：断开发魄机或和厂用分支断路器、灭磁，原动机甩负荷。 c ) 解列：断开发电机溅发变组断路器，原动机甩负荷。 d ) 洚羝皴獭。 e ) 减出力：将原动机嘲力减至给定德。 f ) 缩小故障范围( 例如断开母联或分段断路器) 。 g ) 程序蹒阉；对1 予汽轮发邀援，先失主汽门，德逆璇霉缝毫器淤终嚣霉凝 歼发电机或发变组断鼹器并灭磁；对于水轮发电机，先将导水叶关到空载位 凝，待逆功率继电器动作厝再断开发电机减发变缀断路器并灭磁。 h ) 绩号：发窭声光壤譬。 2 3 短路电流的计算 短路是窀力系统中较露发生的馥簿。矮路电流蔓接影响电器酶蜜垒，危害主 接线的运行。特别在大容擞发电厂中，肖发电机并联邋行于发电机电压母线上， 即采用商母线的主接线时，短路电流可达几万安至几十万安，使电嚣承受短路电 流豹冲击。孺缝宅傈护静漾壤龟藏是我翻合适瓣故障特征量作为保护静动释潮 据，使之能迅速地处理故障情况。电压、电流是电力系统里最基本的物理量。因 l 嫩故障量也都簇本是这个鼹爨本身，或怒爨个量的嫂则运算关系。陵羲数字信号 憝遴技术静避步，算法懿不断成熬，联合了多个敖障符键耋懿复合涮据的采露接 囊强大学蕻士论文 褥继电保护装置的灵敏性和可靠性都有了很大的提高。所以短路电流大小的计冀 巍接决定保护蹙定值豹大小。 大部分瞧厂的故障分擀与保护整定过程还主要是采耀天工手冀的方式，现在 榭不少专门计算发电厂短路电流的软件，只要把发电厂的主接线图，运行方式与 麓种参数相关联，在任何点发生短路故障时的短路嘏瀛就能算矗来。短路电滚 计算的准确秣畿接关系蓟绦护整定的有效往。 为简化遴算工作，可按下列假设条件计算短路电流： 1 ) 可不诗发电机、调糖帆、变压器、架空线路、噬缆线路等辍抗参数中电 隧分量；在缀多请况下，霹假设旋转藏糠翡负序阻抗与正痔阻抗鞠等。 2 ) 发电帆及调相机的i e 序阻抗，可漾用此暂态电抗x d ，的饱和值。 3 ) 各发魄机的等僮电动势( 标幺谯) 霹强设为1 趣相程一致。辍搓对失磁、 灸步、菲全樱等保护装鼙谶行计算分析鞋尊，才考虑电渤势之阊的福角差闻题。 4 ) 只计辣短路暂态电流中的周期分避，但在纵联差动保护装鬣( 以下简称 纵联差动保妒) 的整定计辣孛以菲蘧期分塞系数k 婶考虑非周期分爨的影晌。 5 ) 发毫橇电压应采丽额定电压值，系统德电压w 采尾额定毫臌值或平均额 定电压值，不考虑变压器峨匿分接头实际位置的变动。 6 ) 不计敞障点的趣闻粒对地过渡电辍。 2 4 发电厂保护整定中的一些闯黑 逛年来，交蘧器保护熬蒺薅动嫠率一豢霉翅在7 0 8 0 之鬻，远羝于线 路保护的正确动作率，抛歼变压器保护劫作机会少的骤因，这也腚映出变压器保 护在保护元件的设计、实现和验证上仍肖些缺陷。弗霞接影响了保护在各种故 潞凌态下戆稳佟霉兔。嚣魏速甥需要提麓变压器绦护淤终翁可靠魏。 虽然主设备的保护的设计原则是“宁误动，不拒动”，但对于2 2 0k v 以上变 滕器保护。柱不影响电网蜜众稳定运行的前提下，还翳尽量避免高受敏度丽带来 瓣漩动魏发囊。对变压器搽护耱设诗鸯。藤磁嚣濠、壤漉交送器( c d 瓷窝、嚣步 敞障误动等问题一直是保护装置研制的难点。 浙江大学硕士论文 第三章发电机继电保护整定中的问题研究 3 1 发电机保护 大型发电机组是现代电力系统最重要的组成部分之一，它造价昂贵，结构复 杂，一旦故障，检修期长，给国民经济造成的赢接或间接经济损失巨大。作为大 型发电机内部故障的主保护，它的拒动或误动，均将产生严重后果，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；定予绕组一相的匝间短路； 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相对称过负荷；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；由于汽轮机主汽门突然关闭而引起的发电机逆功率等。 发电机定子绕组故障主要是绝缘的损坏。相间或匝间绝缘的破坏，形成灾难 性的相间或匝间短路。对于相问短路，国内外均装设纵联差动保护装置。对于匝 间短路，由于大型发电机三相绕组中性点侧只引出三个端子，没有条件装设单元 件横联差动保护。问题的症结是，相间短路保护易于实现且有成熟的运行经验， 而单元件横差保护常常无条件装设，其他的现有的匝间短路保护运行效果很差 ( 误动情况严重) ，从而产生不装匝间短路保护的观点。但是为了大型发电机的 安全，应该积极认真改善和提高匝间短路保护装簧的设计、制造和运行水平而不 应完全取消。 因此，大型发电机应当既有相间短路保护，也有匝间短路保护。至于定子绕 组的开焊故障，我国有资料表明，开焊故障次数超过匝间短路次数，在制定保护 方案时应尽可能考虑开焊的保护需要，但是要满足发电机低负荷时定子绕组开焊 的保护灵敏度是十分困难的，特别是每相并联分支数较多的大型水轮发电机困难 更大，因为一个分支的开焊，各相电流变化太小。 发电机内部故障主保护动作，立即断开发电机断路器或发电机变压器组 浙江大学硕士论文 高压侧断路器，断开高压厂用变压器低压侧断路器，同时灭磁、关闭主汽门或导 水叶。 3 2 定子绕组内部故障主保护 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。 3 2 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 差动保护的 二次接线如图1 所示。当差动线圈匝数w d 与制动线圈匝数w r e s 的关系为 = 三+ 时， i i ” i 。a “7 乡 l y ， ! ：畏w d i搿嚣：嚣 kk 越1 比率制动式箍动僳护甄理接馈舶 差动电流j 。= ( l ，一，) 制动电流j 。= ；( j 。+ t i ) 式中：，j 。一次电流。 j 。：，t ：二次电流； 一。电流互感器变比。 差动保护的制动特性如图2 种的折线a b c 所示。图中，纵坐标位差动电流l ， 横坐标为制动电流k 。 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 浙江大学硕士论文 部短路电流间的关系。 发电机纵差保护用的1 0 p 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，世界的不平衡电流与短路电流的关系曲线如图2 中 的曲线o e d 所示。 a 盹一n a 圉2 比率制动差动保护的铷动特性 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 ，耐一= k 。k 。k 。，t 。，仃。 ( 1 ) 式中：世。非周期分量系数，取1 5 2 0 ； k 。互感器同型系数，取0 5 ； 芷。，互感器比误差系数，取0 1 ； t 。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 点的纵坐标j 。为 ，o = k 。f 2 o 0 3 ， n 。 或 ko = 足m l 6 o( 2 ) 式中：足。可靠系数，取1 5 ； 发电机额定电流； ，。发电机额定负荷状态下，实测差动保护总的不平衡电流。 实际可取o = ( 0 1 0 0 3 0 ) j p h 。，一般宜选用( o 1 0 0 2 0 ) ， n 。如果 l s 浙江大学硕士论文 实测。较大，则应尽快查清，。增大的原因，并予消除，避免因l 。过大而掩 盖、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，。不应无根 据地增大。 2 ) 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 ，盯o = ( 0 8 1 o ) j 印九。 ( 3 ) 当，。 ，。n 。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k 。，其值为 k 一= 足“l “一 ( 4 ) 式中：k 。可靠系数，取1 3 1 5 。 c 点对应的最大短路电流 ”一与最大制动电流，。相对应。c 点的最大 制动系数k 。按下式计算 k 。= i 一。x = k k ，ke 。k 。，t 式( 5 ) 的计算值为 x = o 1 5 ，可确保在最大外部短路时差动保护不 误动。但考虑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k 。z 0 3 0 。 该比率制动特性的斜率s 为 拈斌 根据上述计算，由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。 1 6 浙江大学硕士论文 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硌8 n 2 o 的要求，不必进行灵敏度校验。 比率制动式纵差保护的动作电流不是固定不变的，它随外部短路电流的增大 而增大，既保证外部短路不误动，同时对于内部短路又有较高的灵敏度。 3 2 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t 和l ，它们的相位差为币，令标积 ，。c o s 妒为制动量，lt t1 2 为动作量，构成标积制动式纵差保护，其动作判 据为降低；转予励磁电流突然降为零或接近于零，励磁电压也接近为零；发电机无 功表指示反向，从送出无功变为从系统吸收无功功率，其表计同时做周期性摆动， 摆动的频率为转差率的1 倍。 发电机失磁后 i ，一i2 足。，f lc o s 妒( 7 ) 式中：k 。；制动系数，取o 8 1 2 。 外部短路时，p = o 。，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9 0 。9 2 7 0 。，使c o s 妒 负荷状态下微机输出最大不平 衡增量电流。 c ) 灵敏系数校验： 名。= l 。= d c 曰c ，要求丘。2 o ，一般不必 进行校验计算。 圈3 故障分量比率制动式纵差保护动作特性 浙江大学硕士论文 以上所讲的比率制动式纵差保护和故障分量纵差保护仅为发电机内部( 包括 差动保护区内) 的相间短路保护，它们对匝间短路和定子绕组开焊无效，下面讲 的不完全纵差保护和故障分量负序方向微机保护方案对发电机的相间短路、匝间 短路同时其保护作用，还能兼顾每相两并联分支的汽轮发电机的定子绕组开焊故 障，这些保护不再是单纯的相间短路或匝间短路的保护，可以称为发电机内部故 障主保护。 3 2 4 不完全纵差保护 不完全纵差保护既反应相间和匝间短路，又兼顾分支开焊故障。设定子绕组 每相并联分支数为口，在构成纵差保护时，机端接入相电流【图4 ( a ) 中的，i a 2 ， 但中性点侧t a l 每相仅接入个分支，口与的关系如下式 1s s 昙 ( 9 ) 式中：日与的取值见表1 。 表1 口与的关系 甜 23456789l o 1 12 2 3 3 4 或3 +或3 +或4 4 或4 4或5 4 与装设一套或二套单元件横差保护有关 图4 ( a ) 中互感器t a l 与t a 2 构成发电机不完全纵差保护。t a 5 与t a 6 构成 发变组不完全纵差保护，而t a 3 与t a 4 构成变压器的完全纵差保护。t a l 的 r 变比按n 。= 二旦，：。条件选择；t a 2 的变比按，：。条件选择，因此t a l 的变 “ 比一定不同于t a 2 的。对于微机保护，1 a l 、t a 2 可取相同变比，由软件调平衡。 r 发变组不完全纵差保护j 浙江大学硕士论文 图4 ( b ) 表示发电机中性点侧引出4 个端子的情况，t a l 和1 a 5 装设在 每相的同一分支中。 r 一发变组不完全纵差保护 l 一发电机不完全纵差保护一j ( b ) 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( t a l ) 分支数为2 、5 、8 ，发雹蓬组不完全纵差保 护( t a 5 ) 则为1 、4 、7 。 二一发电机不完全纵差保护一! ( c ) 该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3 2 1 ，但当t a l 与t a 2 不同型号时，互感器的 浙江大学硕士论文 同型系数应取k ，= 1 0 。 不完全纵差保护与具有相同功能的高灵敏单元件横差保护相比，前者需用较 多的电流互感器和继电器，而且灵敏度没有后者高，但是不完全纵差保护对发电 机引出线短路有保护作用。 必须指出：不完全纵差保护应审慎地在分支数大于2 的多分支大型发电机上 采用。因为每相分支数很多时，某个不装设互感器的分支发生故障，在装设互感 器的那些非故障分支中的电流可能很小，不完全纵差保护有可能拒绝动作。 不完全纵差保护的制动电流可考虑仅接入机端相电流，这样简化不影响外部 短路的制动作用，但在内部短路时有一定的提高灵敏度的好处。 3 2 5 故障分量负序方向微机保护 一切发电机内部的定子绕组短路或断线均属不对称故障，理论上的三相对称 短路对定子绕组实际上是不存在的；对于大型发电机，机端引线大都采用分相封 闭母线，因此保护区内即断故障也绝非三相对称短路，可见发电机内部故障均可 视为不对称的。 发电机正常运行时，绝无负序功率输出；当发电机内部故障时，由于上述不 对称性，必有负序功率输出：当外部系统存在不对称短路或不对称负荷时( 包括 三相输电线换位不充分) ，负序功率一定是由外部系统流入发电机。因此负序功 率的流向是判别发电机内部是否发生故障的确切判据。 利用故障分量负序电压和电流( d ，和止，) ，构成故障分量负序方向保护， 其动作判据为 p 2 = 3 胄。【u 2 ，2 p 。1 】占。2 ( 1 0 ) 式中：o ，缸，的共轭相量； p 。：负序方向灵敏角，一般取7 5 。 故障分量负序方向继电器是一种方向元件，其阈值占。：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t v 或1 a 的断线闭锁元件，但t a 断线应 糍扛大学矮士论文 发信号，保护较简单；故障分量负序方向保护能作为缴电机内部相间短路和匝间 短路的主保护，兼颍定子绕组开焊故障的保护。由于用数障分量，该保护与故 障蓊静对称躐不对称运章子工搅无关，健警发电橇来并瞒兹，匿出：。o ，保护失 效，为此还_ | 藏增设各种辅助判据，其原理和定值整定髓各制造厂家1 i 西异，详见厂 袋技寒浼秘蕊。 3 2 6 多分支分布中性点水轮发电机的综合熬动保护 多分支分蠢孛经熹承耱发电辊豹综合差动保护爱藏发电凝穗凌、篷游短路帮 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 套麓动保护，即： 不完全级差葆护l ( 2 、4 、6 分支懿强l 与薯a 2 ) ： 裂栩横差保护2 ( 1 、3 、5 分支的t a l 与2 、4 、6 分支的n 1 ) ； 高灵敏单元件横懿保护3 ( t a o ) 。 保护l 窥3 已经滔饔，这里哭讨论袋稳揍差傈护2 。 囊江大学磺士论文 分支 t a l 圈6 多分支孛牲点承轮发媳执综台差动保护= 扶接线图 ( a ) 每捐6 势裴分支装3 套蓑旗辍护；( b ) 裂糍攮差摄护蒙理藏 裂相横豢保护就是将台每相并联分支数为偶数的发电机定予绕组一分为 = ，各配教懿滚互感器戳l ，其变魄蜉。* 三名，五。，娃为每招菇袋分支数。 该保护采用比率制动特性，其整定计算与比率制渤式纵差保护相似，但最小 渤 乍电流乇。朔最大制动系数莨。均较大。 j 。由负衙工况下最大不平衡电流决定，它由两部分组成，即两组互感器在 受赞工况下的比误差所造成的不平衡电流k ，；由于定子与转子阔气隙不同，使 备分支定予绕缀电流也不襁阕，产生的黎二种不平衡电流f 。：。函就，裂相横麓 保护的。比纵差的大。 k d = ( o t l 5 3 毛，蚌。 ( 1 1 ) k o ( o 8 1 0 ) 疗。 ( 1 2 ) 鬈。= o 。5 。6 ( 3 ) 裂相横藏保护也可用予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，躐者仍可用棚阕变比如= 去j 。，是。，增设中间互感器；微机保护可 粥软俘调平衡。 这种综食差动保护使移分支分布中性点接线方式的大型水轮发电机获得了 充分豹内部教酶缫护。僵怒瘦于它豹互黪器特别多，殿装在极瑰，万一出事后暴 极为严重。练念差动保护怒缴差、裂相横灌和单元伟横蓑的集成，校核其灵敏度 囊茳丈攀鹾圭论文 必须计算内部敞障时的各支路电流。 为了进步提高发电枫内部短路时练含差动保护的灵敏度，并巍蠢铡于简化 继电器静擒戒，缀差傈护郝分k 2 豹制动电流可只接入枕端辐电流，雨不接入备 分支的中性点侧电流。但撼k 1 的制动电流仍应接入相应的分支电流。 3 2 彳单元件横差裸护 装设在发电机两个中性点连线上的麟元件横差保护，通常用作发电机定子绕 缌夔匿霹短臻绦护稳齐簿放潞爨护。实骏轿究移理谂努褥基完垒确定该缳护瓣嚣尊 能对发电机内部相间短路怒作用。对于欲电机端部引线的相问短路，这种保护方 案不能反应，但在现代大型发电机组的机端引线均采用分相封闭母线，发生机端 零| 线程润短鼹豹霉笈毪较，l 、。 对于大型发电机组，您予绕组中性点侧通常只引出a 、b 、c 三个端子，目 的是为了纵麓傈护，这时就难以装设单元件横差保护，这种情况极大地限制了发 激瓤裹灵敏雨粼赦薅主臻爹豹应蘧。 单元件横麓保护反应腋问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 嚣4 ( & ) 鞠踅4 ( b ) 审，凌手发彀壤串蛙熹连线戆互感嚣善a o 攒予荸元 横差保护。1 a o 的变比选择，传统的做滋按下式计算 ”o 2 5 。厶。 ( 1 4 ) 式孛：j 。发电梳额定鬯流； ，：。互感器1 a 0 的= 次额定嗽流。 凌佟寇漉k 按拜黧短鼹不诶动静条镑整定。当横装豫护藜三次涪波滤遘磁 大于或等于1 5 时，其动作电流为 岛= 2 0 o 3 0 ) 南，嚣。 ( 1 5 ) 在励磁网路一点接遗保护动作后，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o 5 1 o j 延时幼作于停机。 b ) 藏灵敏单元舞攘皴傺护 浙江大学硬士论文 图4 中的t a o ( 包括1 a o l 和t a 0 2 ) 均为环氧树脂浇注的单匝母线式互感 器( l m z 型) ，应满足动、热稳定的要求。 r _ 发变组不完全纵差保护 ( a ) r 一发变组不完全纵差保护 - 一发电机不完全纵差保护一。 ( b ) 一一发电机不完全锹差慑护一 ( c ) 高灵敏单元件横差保护用的互感器变比疗。，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6 0 0 ，：。、4 0 0 。、2 0 0 ：。、1 0 0 厶。初步 浙江大学碳士论文 後计对，宣选用髓三缰。 为了减小湖作电流和防止外部短路时误动，在额您频率工况下，该保护的三 次谐波滤过比鬈3 应大于黝。 高灵敏单元件横差保护渤作电流设计值可初选为o 0 5 。 作为该保护动作电流的送行值应如下蹩定： 1 ) 在发怒筑传索矮寂潞试验辩，安溅中萑熹连线毫渡戆基波释三次谐波分 燎大小( l _ 羊l 。) ，此即单元件横熬保护的不平衡电流次傅，如图5 的 o c 鞍o a ( 避似线形) 。 2 ) 将壹线帮o a 绫澎多 雅裂j 国+ 一( 发电枫橇端三福短路啦漉) ，褥喜 线0 c d 和0 a b ，确定最大不平衡电流k ，。和l 。，。 3 ) 诗算秘整定动终蘸藏送行篷 却= k 忍，2 ”m “+ ( 乙。局) 2 ( 1 6 ) 式中：彭。f 可靠系数，取1 1 3 1 ，5 ； k 。非周期分餐系数，取1 5 2 o ； 厩三次谐波滤过比，霸8 0 。 4 ) 如不装麓磁霞路两藤接遗傈护，蒯离灵敏单元伟横差保护兼羰麟磁圈路 两点接地故障的保护，瞬时动作于停机。 5 ) 如该缣护中有爨羚帮短跨时误动酌技零措藏，溺捧电流乙只霪按发逛 帆额定负荷时横差保护的不平衡电流整定。 8 垂k 2 88 k 啦一 蕾5 簟元件攮整豫铲的不平蕾 电巍【i 啪。) 蔫试和战带外推 浙江大学硕士论文 3 2 8 纵向零序过电压保护 纵向零序过电