（电力系统及其自动化专业论文）图形化发电厂继电保护整定计算系统的研究.pdf

华北电 力大学( 北京) 硕士学位论文摘要 摘要 随着计算机技术和电网继电保护整定计算系统的迅猛发展， 开发通用性强、 操作简 单、灵活性好的发电厂继电保护整定计算系统更显得尤为重要。 本文正是基于这种设计 思想研究了图形化发电厂继电保护整定计算系统的相关问题。 文中首先叙述了发电机和 变压器上所配置的主要保护的整定计算原则， 并结合发电机内部短路和变压器一匝短路 的实用计算方法， 探讨了发电 机比率制动特性的纵差保护和变压器差动电 流速断保护中 相关定值的整定取值范围。研究了图形化发电厂继电保护整定计算系统的整体设计方 案， 并着重就图形建模模块的开发和设计进行了较详细的分析和研究， 为开发性能优良 的发电厂继电 保护整定计算系统奠定了基础。 关键词:发电厂，继电保护，整定计算，图形建模 abs t ract wi t h t h e d e v e l o p m e n t o f c o m p u t e r t e c h n o l o g y a n d s e t t i n g c a l c u l a t i o n o f e l e c t r i c g r i d r e l a y i n g p r o t e c t i o n , t h e r e s e a r c h o n s e t t i n g c a l c u l a t i o n o f r e l a y i n g p r o t e c t i o n i n t h e p o w e r p l a n t i s b e c o m i n g m o r e i m p o r t a n t t h a n b e f o r e . f i r s t , t h e s e t t i n g c a l c u l a t i o n s p r i n c i p l e o f g e n e r a t o r s a n d t r a n s f o r m e r s i s a n a l y z e d . a n d t h e n , i t i s f o r m e d a d e s i g n p l a n o n s e t t i n g c a l c u l a t i o n o f r e l a y i n g p r o t e c t i o n i n t h e p o w e r p l a n t . f u r t h e r m o r e , t h e m e t h o d s o f g r a p h m o d e l a r e d i s c u s s e d . b a s e d o n a n a l y s e s a n d r e s e a r c h e s a b o v e , w e w i l l m a k e a n d t h e p o s s i b l e m e t h o d s t o d e v e l o p s o f t w a r e s y s t e m o n t h e s e t t i n g c a l c u l a t i o n o f r e l a y i n g p r o t e c t i o n i n t h e p o w e r p l a n t . z h a n g h a i h o n g ( e l e c t r i c p o w e r s y s t e m a n d a u t o m a t i o n ) d i r e c t e d b y p r o f . h u a n g s h a o f e n g k e y wo r d s : p o w e r p l a n t , r e l a y i n g p r o t e c t i o n , s e t t i n g c a l c u l a t i o n , g r a p h mo d e l 性 o口 厂 口明 本人郑重声明: 所呈交的学位论文， 是本人在导师指导下， 独立进行研究工作所取 得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外， 本学位论文的研究成果不包含任 何他人享有著作权的内容。 对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体， 均 已在文中以明确方式标明。 特此申明。 签名 : j r ,4 日 期:y w 5 , , . 7 -v 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即:学校有权保管、并向 有关部门送交学位论文的原件与复印件;学校可以 采用影印、缩印或其它复制手段复制并保 存学位论文; 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2 )绘制发电厂的电气主接线系统阻抗图，有正序、负序、零序三个序网 ( 包 含高压厂用电系统阻抗图和低压厂用电系统阻抗图) ; 3 )建立被保护设备参数表; 4 )建立电流、电压互感器参数表; 5 )确定继电保护整定需要满足的运行方式变化限度; 6 )电力系统各点短路计算结果列表; 7 )建立各种继电保护整定计算表。 s )按照继电保护的功能分类，分别绘制出整定值图。 9 )编写整定方案报告书。着重说明整定原则、结果评价、存在的问题及采取 的对策。 发电厂继电保护整定计算的步骤如下: 1 )按所需整定计算的系统分类 ( 发电机、变压器主设备继电保护的整定计算、 高压厂用电系统继电保护的整定计算和低压厂用电系统继电保护的整定计算) ，拟 订短路电流计算的运行方式，选择短路点的位置和类型。 2 )进行短路故障计算，录取结果。 3 )按被保护的元件或设备分别进行整定计算，选取整定值并做出定值图。 4 )对整定结果进行分析，以选出最佳方案，最后归纳出存在的问题，并提出 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文 人员主客观因素的影响，有可能造成定值计算的方法不合理、结果不准确，从而影 响保护的正确动作。 3 ) 运行方式变化大， 对定值的配合要求高。 近年来， 随着电力系统的迅速发展， 发电厂调峰任务进一步加剧，这就造成了机组和厂用系统开、停次数增多。尤其是 在系统运行方式变化后，保护定值计算中灵敏度校核就显得尤为重要。另外，每年 系统归算到电厂的等值阻抗都在变化，对电厂系统短路电流的影响也较大，因而每 年必须对发电厂内的继电保护设备的定值进行校核，以确保保护装置的正确动作。 4 )在保护更新时， 必须及时修改原有的保护定值。 发电厂每年都有不同的工程 改造、保护设备改造和换型。由于新更新的保护原理和型号不同，因此就必须重新 对继电保护定值进行整定，这样才能保证保护的正确动作。 1 . 3 发电厂继电保护整定计算的任务和步骤2 1 发电厂继电保护的整定计算可以分为三大部分:发电机、变压器主设备继电保 护的整定计算、高压厂用电系统继电保护的整定计算和低压厂用电系统继电保护的 整定计算。整定计算的具体任务有以下几点: 1 ) 绘制发电厂的电气主接线图( 包含高压厂用电系统图和低压厂用电系统图) ; 2 )绘制发电厂的电气主接线系统阻抗图，有正序、负序、零序三个序网 ( 包 含高压厂用电系统阻抗图和低压厂用电系统阻抗图) ; 3 )建立被保护设备参数表; 4 )建立电流、电压互感器参数表; 5 )确定继电保护整定需要满足的运行方式变化限度; 6 )电力系统各点短路计算结果列表; 7 )建立各种继电保护整定计算表。 s )按照继电保护的功能分类，分别绘制出整定值图。 9 )编写整定方案报告书。着重说明整定原则、结果评价、存在的问题及采取 的对策。 发电厂继电保护整定计算的步骤如下: 1 )按所需整定计算的系统分类 ( 发电机、变压器主设备继电保护的整定计算、 高压厂用电系统继电保护的整定计算和低压厂用电系统继电保护的整定计算) ，拟 订短路电流计算的运行方式，选择短路点的位置和类型。 2 )进行短路故障计算，录取结果。 3 )按被保护的元件或设备分别进行整定计算，选取整定值并做出定值图。 4 )对整定结果进行分析，以选出最佳方案，最后归纳出存在的问题，并提出 华北电力大学 北京) 硕士学位论文 运行要求。 5 )画出定值图。 6 )编写整定方案说明书。 1 . 4发电厂继电保护整定计算系统研究现状3 4 5 日前，浙江大学、华南理工大学等院校和科研院所已开发出或者正在开发发电 厂整定计算软件系统，其中，华南理工大学开发的软件的主要功能是:继电保护整 定计算、定值管理数据库、继电保护图形库、继电保护动作仿真等功能，它的主要 特点是功能完善， 除了具有发电厂继电保护的整定计算功能外，还增加了继电保 护动作仿真功能，由于该软件是针对某个发电厂编制的，所以，软件难以适用其它 发电厂。浙江大学开发的软件的主要功能是:图形建模、故障分析、主设备保护整 定和数据管理。它的主要特点是:通用性较好、可维护性强、可信度高、易操作性 强、实用性强等特点，由于该软件不能针对任意一个发电厂生成该厂整定计算的软 件，所以，并没有实现真正意义上的通用。 随着电力企业体制改革的不断深入和完善，国民经济的高速增长，一批又一批 电厂正在兴建中，各大发电公司急需提高整个发电厂的继电保护整定计算水平，这 些都将极大推动发电厂继电保护整定计算软件的研究和开发。 ， . 5 本论文的主要工作 1 )叙述了发电厂中主要设备一发电机所配置的常用的各种保护原理的继电保 护装置的整定计算方法。 2 )叙述了发电厂中主要设备一变压器所配置的常用的各种保护原理的继电保 护装置的整定计算方法。 3 )对大机组内部故障及有关保护的整定问题进行了探讨。 4 )编制发电厂继电保护整定计算软件系统的总体方案。在前期调研发电厂对 继电保护整定计算软件功能需求的基础上，结合现有的一些整定计算软件的特点制 定发电厂继电保护整定计算软件的总体方案。该软件系统总体方案的特点是:通用 性强，各个功能实现模块化，能根据用户的需求和保护装置的更新换代，改变或修 改更新相关的功能模块，用户也能根据 自己电厂的继电保护装置或更新换代后的继 电保护装置的整定原则，自行修改程序中给定的整定计算模板以适应新保护装置的 整定原则，所以该软件系统是一种面向对象的程序设计思路，因此软件系统有较强 的灵活性和实用性。 华北电力大学 北京) 硕士学位论文 运行要求。 5 )画出定值图。 6 )编写整定方案说明书。 1 . 4发电厂继电保护整定计算系统研究现状3 4 5 日前，浙江大学、华南理工大学等院校和科研院所已开发出或者正在开发发电 厂整定计算软件系统，其中，华南理工大学开发的软件的主要功能是:继电保护整 定计算、定值管理数据库、继电保护图形库、继电保护动作仿真等功能，它的主要 特点是功能完善， 除了具有发电厂继电保护的整定计算功能外，还增加了继电保 护动作仿真功能，由于该软件是针对某个发电厂编制的，所以，软件难以适用其它 发电厂。浙江大学开发的软件的主要功能是:图形建模、故障分析、主设备保护整 定和数据管理。它的主要特点是:通用性较好、可维护性强、可信度高、易操作性 强、实用性强等特点，由于该软件不能针对任意一个发电厂生成该厂整定计算的软 件，所以，并没有实现真正意义上的通用。 随着电力企业体制改革的不断深入和完善，国民经济的高速增长，一批又一批 电厂正在兴建中，各大发电公司急需提高整个发电厂的继电保护整定计算水平，这 些都将极大推动发电厂继电保护整定计算软件的研究和开发。 ， . 5 本论文的主要工作 1 )叙述了发电厂中主要设备一发电机所配置的常用的各种保护原理的继电保 护装置的整定计算方法。 2 )叙述了发电厂中主要设备一变压器所配置的常用的各种保护原理的继电保 护装置的整定计算方法。 3 )对大机组内部故障及有关保护的整定问题进行了探讨。 4 )编制发电厂继电保护整定计算软件系统的总体方案。在前期调研发电厂对 继电保护整定计算软件功能需求的基础上，结合现有的一些整定计算软件的特点制 定发电厂继电保护整定计算软件的总体方案。该软件系统总体方案的特点是:通用 性强，各个功能实现模块化，能根据用户的需求和保护装置的更新换代，改变或修 改更新相关的功能模块，用户也能根据 自己电厂的继电保护装置或更新换代后的继 电保护装置的整定原则，自行修改程序中给定的整定计算模板以适应新保护装置的 整定原则，所以该软件系统是一种面向对象的程序设计思路，因此软件系统有较强 的灵活性和实用性。 华北电力大学 北京) 硕士学位论文 运行要求。 5 )画出定值图。 6 )编写整定方案说明书。 1 . 4发电厂继电保护整定计算系统研究现状3 4 5 日前，浙江大学、华南理工大学等院校和科研院所已开发出或者正在开发发电 厂整定计算软件系统，其中，华南理工大学开发的软件的主要功能是:继电保护整 定计算、定值管理数据库、继电保护图形库、继电保护动作仿真等功能，它的主要 特点是功能完善， 除了具有发电厂继电保护的整定计算功能外，还增加了继电保 护动作仿真功能，由于该软件是针对某个发电厂编制的，所以，软件难以适用其它 发电厂。浙江大学开发的软件的主要功能是:图形建模、故障分析、主设备保护整 定和数据管理。它的主要特点是:通用性较好、可维护性强、可信度高、易操作性 强、实用性强等特点，由于该软件不能针对任意一个发电厂生成该厂整定计算的软 件，所以，并没有实现真正意义上的通用。 随着电力企业体制改革的不断深入和完善，国民经济的高速增长，一批又一批 电厂正在兴建中，各大发电公司急需提高整个发电厂的继电保护整定计算水平，这 些都将极大推动发电厂继电保护整定计算软件的研究和开发。 ， . 5 本论文的主要工作 1 )叙述了发电厂中主要设备一发电机所配置的常用的各种保护原理的继电保 护装置的整定计算方法。 2 )叙述了发电厂中主要设备一变压器所配置的常用的各种保护原理的继电保 护装置的整定计算方法。 3 )对大机组内部故障及有关保护的整定问题进行了探讨。 4 )编制发电厂继电保护整定计算软件系统的总体方案。在前期调研发电厂对 继电保护整定计算软件功能需求的基础上，结合现有的一些整定计算软件的特点制 定发电厂继电保护整定计算软件的总体方案。该软件系统总体方案的特点是:通用 性强，各个功能实现模块化，能根据用户的需求和保护装置的更新换代，改变或修 改更新相关的功能模块，用户也能根据 自己电厂的继电保护装置或更新换代后的继 电保护装置的整定原则，自行修改程序中给定的整定计算模板以适应新保护装置的 整定原则，所以该软件系统是一种面向对象的程序设计思路，因此软件系统有较强 的灵活性和实用性。 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文 5 )确立发电厂继电保护整定计算软件系统的具体功能模块及各模块的基本功 育 旨 。 6 )开发和设计了发电厂继电保护整定计 一 算系统中图形建模模块。图形建模模 块是建立网络拓扑图的主要工具模块，用户可以通过系统提供的图元库中的图元以 及连线绘制出电厂系统的接线图，通过图形操作界面输入网络参数，其网络拓扑结 构由计算机通过节点连接情况 自动完成。 华北电力大学 ( 北京) 硕士学位论文 第二章发电机保护整定计算方法 2 . 1 引言6 7 8 1 同步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极其重要 的作用。然而，在发电机运行过程中，其定子绕组和转子回路都有可能出现故障和 异常情况。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。当同步发 电机处于不正常运行状态时， 保护装置应能及时发出信号， 以便运行人员进行处理。 2 . 1 . 1 发电机的故障类型和不正常运行状态 发电机的故障类型主要有: 1 )定子绕组的相间短路。定子绕组的相间短路会破坏绝缘，烧损铁芯和绕组， 甚至毁坏机组。 2 )定子绕组的匝间短路。定子绕组的匝间短路同样会使绝缘损坏，并可能发 展成单相接地短路或相间短路故障。 3 )定子绕组的单相接地短路。定子绕组的单相接地短路是指绕组对铁芯的短 路。当发生单相接地短路时，接地点的电流会使铁芯局部熔化，给修复工作带来很 大的困难。 4 )励磁回路的一点接地或两点接地短路。励磁回路一点接地短路时，由于没 有构成电流通路， 所以对发电机无直接危害。 但若不及时处理， 再发生另 一 点接地， 就造成两点接地， 不仅烧坏转子绕组和铁芯， 而且由于转子磁通的对称性遭到破坏， 将引起发电机的振动，对凸极转子的水轮发电机和同步调相机，其危害更大。 同步发电机的不正常运行状态主要有: 1 )低励磁或失磁。在这种情况下，发电机将从系统吸取大量无功功率，引起 定子过电流; 同时发电机可能失去同步而进入异步运行状态。 若系统无功储备不足， 则将引起电压较大幅度下降，严重时将危及系统的稳定运行 2 )定子过电流或过负荷。当发电机过电流或过负荷时，将造成定子温度升高， 绝缘加速老化，机组寿命缩短。 3 )定子过电压。发电机突然甩负荷会引起定子过电压，严重时将危及定子绕 组绝缘。 4 )发电机失步。发电机失步时，发电机与系统发生振荡，振荡电流会使定子 华北电力大学 ( 北京) 硕士学位论文 第二章发电机保护整定计算方法 2 . 1 引言6 7 8 1 同步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极其重要 的作用。然而，在发电机运行过程中，其定子绕组和转子回路都有可能出现故障和 异常情况。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。当同步发 电机处于不正常运行状态时， 保护装置应能及时发出信号， 以便运行人员进行处理。 2 . 1 . 1 发电机的故障类型和不正常运行状态 发电机的故障类型主要有: 1 )定子绕组的相间短路。定子绕组的相间短路会破坏绝缘，烧损铁芯和绕组， 甚至毁坏机组。 2 )定子绕组的匝间短路。定子绕组的匝间短路同样会使绝缘损坏，并可能发 展成单相接地短路或相间短路故障。 3 )定子绕组的单相接地短路。定子绕组的单相接地短路是指绕组对铁芯的短 路。当发生单相接地短路时，接地点的电流会使铁芯局部熔化，给修复工作带来很 大的困难。 4 )励磁回路的一点接地或两点接地短路。励磁回路一点接地短路时，由于没 有构成电流通路， 所以对发电机无直接危害。 但若不及时处理， 再发生另 一 点接地， 就造成两点接地， 不仅烧坏转子绕组和铁芯， 而且由于转子磁通的对称性遭到破坏， 将引起发电机的振动，对凸极转子的水轮发电机和同步调相机，其危害更大。 同步发电机的不正常运行状态主要有: 1 )低励磁或失磁。在这种情况下，发电机将从系统吸取大量无功功率，引起 定子过电流; 同时发电机可能失去同步而进入异步运行状态。 若系统无功储备不足， 则将引起电压较大幅度下降，严重时将危及系统的稳定运行 2 )定子过电流或过负荷。当发电机过电流或过负荷时，将造成定子温度升高， 绝缘加速老化，机组寿命缩短。 3 )定子过电压。发电机突然甩负荷会引起定子过电压，严重时将危及定子绕 组绝缘。 4 )发电机失步。发电机失步时，发电机与系统发生振荡，振荡电流会使定子 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文 绕组过热，并使其端部遭受机械损伤。 5 )逆功率和频率降低。当汽轮发电机主汽门突然关闭而发电机断路器未断开， 发电机将从系统吸收无功功率并逐步过渡到同步电动机运行状态，形成逆功率现 象。发电机的逆功率将导致汽轮机尾部叶片与剩余蒸汽摩擦过热以至损坏。 2 . 1 . 2发电机继电保护的配置 根据 继电保护和自 动装置技术规程d l 4 0 0 - 9 1 的规定，在容量为 1 0 0 0 k w以 上的发电机上，按不同容量和机组特点的要求，发电机应装设以下继电保护装置。 1 )纵联差动保护。保护动作于停机。 2 )定子绕组匝间短路保护。根据发电机定子绕组的接线形式和中性点分支引 出端子的情况，可分为装设反应定子绕组匝间短路的单元件横差动保护或零序电压 保护、转子二次谐波电流保护。保护动作于停机。 3 )定子绕组接地保护。保护动作于信号或停机。 4 )反应发电机相间短路的后备保护。对于容量在 1 m w及以下的发电机，应装 设过电流保护;容量在 1 m w以上的发电机宜装设复合电压起动的过电流保护;容量 在5 0 m w 以上的发电 机可装设负序电流保护和单元件低电压起动的过电流保护。 5 )发电机过负荷保护。在定子绕组、励磁绕组上应装设定时限和反时限过负 荷保护。定时限过负荷保护动作于信号或自 动减负荷。反时限过负荷保护动作于解 列或程序跳闸、解列灭磁。 6 )励磁回路一点接地或两点接地保护。一点接地保护动作于信号，两点接地 保护动作于停机。 7 )失磁保护。保护动作于解列灭磁。 以上所述的停机， 是指断开发电机断路器、 灭磁， 关闭原动机主汽门或导水叶， 断开厂用分支断路器。 解列灭磁， 是指断开发电机断路器和厂用分支断路器， 灭磁， 汽轮机甩负荷。解列，是指断开发电机断路器，原动机甩负荷。减出力，是指原动 机出力减到给定值。程序跳闸，对汽轮发电机，是指首先关闭主汽门，待逆功率继 电器动作后，再跳开发电机断路器并灭磁。 2 . 2同步发电机的纵联差动保护19 11 1 0 1 2 . 2 . 1比率制动式完全纵差动保护 1 )保护功能 对发电机定子绕组及其端部引线的相间短路有灵敏的保护作用，但对定子绕组 的同相匝间短路和分支绕组开焊故障毫无反应。 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文 绕组过热，并使其端部遭受机械损伤。 5 )逆功率和频率降低。当汽轮发电机主汽门突然关闭而发电机断路器未断开， 发电机将从系统吸收无功功率并逐步过渡到同步电动机运行状态，形成逆功率现 象。发电机的逆功率将导致汽轮机尾部叶片与剩余蒸汽摩擦过热以至损坏。 2 . 1 . 2发电机继电保护的配置 根据 继电保护和自 动装置技术规程d l 4 0 0 - 9 1 的规定，在容量为 1 0 0 0 k w以 上的发电机上，按不同容量和机组特点的要求，发电机应装设以下继电保护装置。 1 )纵联差动保护。保护动作于停机。 2 )定子绕组匝间短路保护。根据发电机定子绕组的接线形式和中性点分支引 出端子的情况，可分为装设反应定子绕组匝间短路的单元件横差动保护或零序电压 保护、转子二次谐波电流保护。保护动作于停机。 3 )定子绕组接地保护。保护动作于信号或停机。 4 )反应发电机相间短路的后备保护。对于容量在 1 m w及以下的发电机，应装 设过电流保护;容量在 1 m w以上的发电机宜装设复合电压起动的过电流保护;容量 在5 0 m w 以上的发电 机可装设负序电流保护和单元件低电压起动的过电流保护。 5 )发电机过负荷保护。在定子绕组、励磁绕组上应装设定时限和反时限过负 荷保护。定时限过负荷保护动作于信号或自 动减负荷。反时限过负荷保护动作于解 列或程序跳闸、解列灭磁。 6 )励磁回路一点接地或两点接地保护。一点接地保护动作于信号，两点接地 保护动作于停机。 7 )失磁保护。保护动作于解列灭磁。 以上所述的停机， 是指断开发电机断路器、 灭磁， 关闭原动机主汽门或导水叶， 断开厂用分支断路器。 解列灭磁， 是指断开发电机断路器和厂用分支断路器， 灭磁， 汽轮机甩负荷。解列，是指断开发电机断路器，原动机甩负荷。减出力，是指原动 机出力减到给定值。程序跳闸，对汽轮发电机，是指首先关闭主汽门，待逆功率继 电器动作后，再跳开发电机断路器并灭磁。 2 . 2同步发电机的纵联差动保护19 11 1 0 1 2 . 2 . 1比率制动式完全纵差动保护 1 )保护功能 对发电机定子绕组及其端部引线的相间短路有灵敏的保护作用，但对定子绕组 的同相匝间短路和分支绕组开焊故障毫无反应。 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文 绕组过热，并使其端部遭受机械损伤。 5 )逆功率和频率降低。当汽轮发电机主汽门突然关闭而发电机断路器未断开， 发电机将从系统吸收无功功率并逐步过渡到同步电动机运行状态，形成逆功率现 象。发电机的逆功率将导致汽轮机尾部叶片与剩余蒸汽摩擦过热以至损坏。 2 . 1 . 2发电机继电保护的配置 根据 继电保护和自 动装置技术规程d l 4 0 0 - 9 1 的规定，在容量为 1 0 0 0 k w以 上的发电机上，按不同容量和机组特点的要求，发电机应装设以下继电保护装置。 1 )纵联差动保护。保护动作于停机。 2 )定子绕组匝间短路保护。根据发电机定子绕组的接线形式和中性点分支引 出端子的情况，可分为装设反应定子绕组匝间短路的单元件横差动保护或零序电压 保护、转子二次谐波电流保护。保护动作于停机。 3 )定子绕组接地保护。保护动作于信号或停机。 4 )反应发电机相间短路的后备保护。对于容量在 1 m w及以下的发电机，应装 设过电流保护;容量在 1 m w以上的发电机宜装设复合电压起动的过电流保护;容量 在5 0 m w 以上的发电 机可装设负序电流保护和单元件低电压起动的过电流保护。 5 )发电机过负荷保护。在定子绕组、励磁绕组上应装设定时限和反时限过负 荷保护。定时限过负荷保护动作于信号或自 动减负荷。反时限过负荷保护动作于解 列或程序跳闸、解列灭磁。 6 )励磁回路一点接地或两点接地保护。一点接地保护动作于信号，两点接地 保护动作于停机。 7 )失磁保护。保护动作于解列灭磁。 以上所述的停机， 是指断开发电机断路器、 灭磁， 关闭原动机主汽门或导水叶， 断开厂用分支断路器。 解列灭磁， 是指断开发电机断路器和厂用分支断路器， 灭磁， 汽轮机甩负荷。解列，是指断开发电机断路器，原动机甩负荷。减出力，是指原动 机出力减到给定值。程序跳闸，对汽轮发电机，是指首先关闭主汽门，待逆功率继 电器动作后，再跳开发电机断路器并灭磁。 2 . 2同步发电机的纵联差动保护19 11 1 0 1 2 . 2 . 1比率制动式完全纵差动保护 1 )保护功能 对发电机定子绕组及其端部引线的相间短路有灵敏的保护作用，但对定子绕组 的同相匝间短路和分支绕组开焊故障毫无反应。 华北电力大学 ( 北京) 硕 士学位论文 2 )定值整定 比率制动完全纵差动保护的比率制动特性如图 2 - 1 所示。 l o p l o p . o i r e s or e s . m a x ) 图2 - 1比率制动式差动保护的制动特性 为了正确进行整定计算， 首先要了解纵差动保护的不平衡电流与负荷电流和外 部短路电流间的关系:发电机纵差动保护用 l o 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13 % 。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。发电机外部短路时，差动保护的最大不平衡电 流由2 - 1 式进行估算 i .m b .-= k ap k , k , i 孺 l n o ( 2 - 1 ) 式 中k 。 一 一 非 周 期 分 量 系 数， 取1 . 5 - 2 . 0 ; k 。 一一互感 器同 型系 数， 取0 . 5 ; k 。 一 一互 感 器比 误 差 系数， 取0 . 1 ; i k 溉一一最大 外部 三相短路电 流周期 分量。 比率制动特性差动保护需要整定计算以下三个参数: 1 )差动保护的最小动作电流 工 o p . o ，即确定图2 - 1中a点的纵坐标， 按躲过最 大负荷下差回路的不平衡电流整定。 标。 一 k . , x 2 x 0 .0 3 与/ n 。或 i p 。 一 k .er l . , .0 式中 k 、 一一可靠系数， 取1 . 5 ; i mo , 一 一发 电 机 额 定电 流: 气b .0 一一发电 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 i p 。 一( 0 . 1 00 . 3 0 ) 1 , i n , ， 一 般 宜 选 用( 0 . 1 0 0 . 2 0 ) i , l n . . 2 )制动特性的拐点电流 工 r e s . o 。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 华北 电力大学 ( 北京) 硕士学位论文 l es .o =( 。8 一1 . 0 ) i , l n q 3 )最大制动系数和折线b c的斜率s 设c 点 对 应的 最 大 动 作电 流 为i ,p . m a, 其值为 几max= k re f i u n b . m m 式中k ,e ， 一一可靠系数， 取1 . 3 -1 . 5 . c 点对 应的 最大 短 路电 流欢 猛与最大 制动电 流i - . m a、 相对应。 c 点的 最大制动系 数k , e , m 。 按下式计算 k _ ._= 岛。/ 几m a、 = k , 气 k _ 凡; 上式的计算值为k , e .m 。 二 = 0 . 1 5 ，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，为安全宜适当提高制动系数 值，取c 点的k _ .m a x 0 .3 0 0 该比率制动特性的斜率 5 为 i。 _ ， 、 一 i - . s=二花 于二 井 一书 升 l , m _ / n 。 一 l - o 4 )灵敏度校核 按上述原则整定的比率制动特性，当发电机机端两相金属短路时，差动保护的 灵敏系数一定满足 k s e n -2 . 0的要求，不必进行灵敏度的校验。 2 . 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i ， 和i n ，它们的相位差为q, ，令标积 i ,h c o s ， 为 制 动 量 ， ii , - i 。 一 为 动 作 量 ， 构 成 标 积 制 动 式 纵 差 保 护 ， 其 动 作 判 据 为 ii , 一 i n 12 : k _ i ,7 c o s q ) 式中 k 、 一一制动系数， 取0 . 8 -1 . 2 . 外部短路时，op = 0 .， 上式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 0 ( 叫2 7 0 0 ，使c o s ip 2 . 0的要求，不必进行灵敏度的校验。 2 . 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i ， 和i n ，它们的相位差为q, ，令标积 i ,h c o s ， 为 制 动 量 ， ii , - i 。 一 为 动 作 量 ， 构 成 标 积 制 动 式 纵 差 保 护 ， 其 动 作 判 据 为 ii , 一 i n 12 : k _ i ,7 c o s q ) 式中 k 、 一一制动系数， 取0 . 8 -1 . 2 . 外部短路时，op = 0 .， 上式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 0 ( 叫2 7 0 0 ，使c o s ip 2 . 0的要求，不必进行灵敏度的校验。 2 . 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i ， 和i n ，它们的相位差为q, ，令标积 i ,h c o s ， 为 制 动 量 ， ii , - i 。 一 为 动 作 量 ， 构 成 标 积 制 动 式 纵 差 保 护 ， 其 动 作 判 据 为 ii , 一 i n 12 : k _ i ,7 c o s q ) 式中 k 、 一一制动系数， 取0 . 8 -1 . 2 . 外部短路时，op = 0 .， 上式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 0 ( 叫2 7 0 0 ，使c o s ip -2 . 0 ; 直 线3 为故障分量纵差保护的整定特性。 动 d 1 d 下 作; 区/3 乙 i d o 声 刁 j j j 分 1 制 动 区 乙 i r e s 图2 - 2 故障分量比率制动式纵差保护动作特性 2 )整定计算 纵差动保护动作特性 ( 直线 3 )的倾角 a，一般取 a = 4 5 ，即制动系数 k_=1. 0最小 动 作电 流a l , 。 二 。 . 1 7 . i n . ， 一 般 不 必 进 行灵 敏系 数 校 验 计 算。 2 . 3同步发电机的匝间短路保护 2 .3 . 1 传统单元件横差保护 1 ) 动作电流的整定 按躲过外部短路时流过保护装置的最大不平衡电流整定。由于不平衡电流数值 难以确定，因此实际上按下式整定，即 1 二 = ( 0 .2 0 一 0