（电气工程专业论文）发电机变压器组新型微机保护的工程应用研究.pdf

发电机变际器蛊新型微机保护的工程疵用番j 究 保护装置提供可靠的理论实际依据。 关键词：发电机变压器组、微机保护、整定计算、动模试验、分析 发电机变胩辨组新型微掌l 保护的工程应用研究 t h ep r o j e c ta p p l y i n gs t u d yo fn e wt y p ec o m p u t e r r e l a y i n gp r o t e c t i o nf o rg e n e r a t o r t r a n s f o r m e r u n i t s a b s t r a c t ：i np o w e rs t a t i o n ，ah i g hs i z e su n i t si sa l w a y sj o i n e dw it h h i g h v o l t a p ep o w e r n e t w o r k a c c o r d i n g t ot h ew i r e t y p e o f g e n e r a t o r t r a n s f o r m e r su n i t s ，s oit sv e r yi m p o r t a n ti et h ep o w e rs y s t e m t h eh i g hs i z e su n i t so n c eb e e nd e s t r o y e db yf a u l t i tw i l l 1 0 s es om u c h m o n e y ，b e c a u s eo fi t sc o m p l e xc o n f i g u r a t i o na n de x p e n s i v em a n u f a c t u r i n g s ow h e nw ea r r a n g et h er e l a yp r o t e c t i o no ft h eg e n e r a t o r t r a n s f o r m e r u n i t s w em u s ta s s u r et h eu n i t sc a nr u ns a f e l ya n dr e d u c et h er a n g eo f f a u l ti nf a r t h e s t ，a n dt r yo u rb e s tt oa v o i dt u r n i n go f ff o rn e e d t e s s ， m a k i n gs u r e t h es y s t e ms t a b i l i z ew o r ki n s a f e t y i n t r a d i t i o n a l p r o t e c t i o n ，b e c a u s e i tu s e dm a n yr e l a y s ，i n p u ts e t t i n gt o oc o m p l e x ， p r o t e c t e df i x a t i o nh a sal o wp r e c i s i o nc a n ts u i tf o rt h en e wr e q u e s t b yp o w e rs y s t e m a l o n gw i t ht h ef a s td e v e l o p m e n to fc o m p u t e ra n d c o m m u n i c a t i o nt e c h n i q u e ，t h ed e v e l o p m e n to fp r o t e c t i o nh a san e we n e r g y s oc o m p u t e rr e l a y i n gp r o t e c t i o ni su s e di np r a c t i c ew i d e l ya sas t a n d a r d f i x a t i o na tp r e s e n t 1 tc a ni m p r o v es t a b i l i z e c i r c u l a t e1 e v e i ns a f e t y 。 m a k et h er e l i a b i l i t ya n dv e r a c i t yi np o w e rs y s t e mt oan e ws t e p t h et h e s isb a s e so nt h er u n n i n ge x p e r i e n c e0 fp r o t e c t i o nd e v i c ea n d t h er e f o r mp r o j e c to fg e n e r a t o r t r a n s f o r m e ru n i t si ns i c h u a nj i a n gy o u p o w e rp l a n t i ta n a l y z e st h ep r i n c i p l eo fn e wt y p eg e n e r a t o r t r a n s f o r m e r u n i t sf o rc o m p u t e rr e a y i n gp r o t e c t i o nd e t a i l e d i tp r o v e ss u f f i c i e n t l y t h a tt h ec o m p u t e rr e l a y i n gp r o t e c t i o nd e v i c ec a ns u i tf o rt h er e q u e s t o fp o w e rs y s t e mt h a tisr e l i a b i l i t ys e l e c t i v i t y ，s p e e da n ds e n s i t i v i t y a tt h es a m et i m e ，i ts o l v et h ef ix a t i o na n dt h ea p p l i c a t i o nt e c h n i q u e b e t w e e ng e n e r a t o r t r a n s f o r m e ru n it sa n dn e wt y p ec o m p u t e rr e l a y i n g p r o t e c t i o n ，s i m u l a t e a 1 1k i n d so ff a u l t sa n da n a l y z e dt h ed a t a ： 发电机变肫器组新型微机保护的t 程麻用研究 i r i v e s t i g a t et h eq u e s t i o na n ds c h e m ea b o u tc o m p u t e rr e l a y i n gp r o t e e t i o n u n i t sf o rp r a c t i c i n gc i r c u l a t eo fg e n e r a t o r t r a n s f o r m e ru n i t s t h et h e o r yo ft h et h e s isi sc o n t a c t e d # i t bp r a c t i c e i tm a k e st h e g e n e r a t o r t r a n s f o r m e ru n i t sb es e t t i n g ad is c u s s i o ni sm a d eo nt h e d e s i g no fp r o t e c t j o n i tt a k e sa d v a n t a g eo ft h ef e a t u r eo fc o m p u t e r r e l a y i n gp r o t e c t i o nd e v i c et om o n i t o rt h eg e n e r a t o r t r a n s f o r m e ru n i t s i ts i m u l a r e st h ef a u l t si no r d e rt ot h a tt h ed e v i c ec a nm a k et h er i g h t a n a l y s i sa n dp u tt h es o l v e dw a yi nt i m e t h et h e o r ya n a l y s i sa n da1 0 t o fm o d u l et e s ta n d c o m p l e r et e s tt op r o v ei t ise f f e c t i v et h a t g e n e r a t o r t r a n s f o r m e ru n i tp r o t e c t i o ni sr e f o r m e dt oc o m p u t e rr e l a y i n g p r o t e c t i o n a 1 1o ft h i so f f e rt h er e l i a b l ep r o o fa n do p e r a t i n ge x p e r i e n c e f o re x t e n d i n gt h eg e n e r a t o r t r a n s f o r m e ru n i t s c o m p u t e rr e l a y i n g p r o t e c t i o r ld e v i c e k e yw o r d s ：g e n e r a t o r t r a n s f o r m e ru n i t s ，c o m p u t e rr e l a y i n gp r o t e c t i o n ， s e t t i n gc a l c u l a t i o n ，m o d u l et e s ta n da n a l y s i s 4 发电机变胜器纽新型微机保护的i 。程成用研究 11概论 1 1 研究的目的和意义 在发电厂中，一台机组的稳定运行将对整个电厂甚至电网起着关键作用， 而当一台机组发生故障时，能否正确判断出故障类别并迅速切除故障点，将故 障机组退出运行，最大可能地保证机组安全和最大限度地缩小故障范围，同时 尽可能避免不必要的停机，特别要避免保护的误动或拒动。这就要求配置具有 可靠性、灵敏性、选择性和快速性都很好的保护装置 1 。这正是发电机变压器 组保护所必须完成的任务。随着电力系统的飞速发展系统稳定运行也给继电 保护提出更新的要求，电子技术、计算机技术与通信技术的飞速发展又为继电 保护技术的发展不断地注入了新的活力，丽微机保护优良的运行特性，使之已 经成为目前的一种标准保护配置方案。 正确地判断出故障的性质，并采取有效防止事故扩大是继保的重要特征。 而老设备分离式保护装置已不能满足现行运行方式的诸多要求。目前，高压线 路上的微机保护装置的应用已相当普及而且技术已成熟，常见的有l f p 一9 0 0 型 微机保护、c s l l o l 型及w x b 一1 1 型等，而发电机变压器组微机保护发展还在探 索与实践应用中，现微机保护不仅能迅速判断故障点，且利用数字保护的优势， 如采用了逻辑处理法 2 、人工神经元技术 3 、小波技术、综合保护技术、 快速算法等多项技术，新增加发电机失步保护、发电机负序过负荷保护，变压 器间隙电流保护等多项保护 4 ，更加确保了发电机组的稳定运行，大大提高 系统的安全稳定运行水平。 论文结合作者在四川巴蜀江油电厂多年的保护装置运行经验，以及参与的 对该厂发电机变压器组保护进行微机化的实际改造，利用记录的现场第一手试 验数据，进行详细原理分析，充分证明微机保护装置能够满足电力系统对继电 保护的可靠性、选择性、快速性及灵敏性的要求。同时研究解决发电机变压器 组与新型微机保护装置之间的配置及应用技术，对各类故障进行数据分析；研 究满足发电机变压器组实际运行对成套微机保护装置所提出的问题及解决方案 等。 1 2 国内外研究动态 对微机保护装置取代分离式保护方式的分析和研究，这对电力系统继电保 护运行整定方案的编制以及电网稳定性计算都具有重要的实际意义。美国、法 国等都相继对此进行了一些前期的研究 5 ，6 ，7 。在国内，从7 0 年代术即己 发电机变压器组新型微机保护的工程应用研究 开始了计算机继电保护的研究 8 ，高等院校和科研院所起着先导的作用。1 9 8 4 年原华北电力学院研制的输电线路微机保护装置首先通过鉴定，并在系统中获 得应用 g ，揭开了我国继电保护发展史上新的一页，为微机保护的推广开辟 了道路。在主设备保护方面，东南大学和华中理工大学研制的发电机失磁保护、 发电机保护和发电机变压器组保护也相继于通过鉴定。很多单位和学者已经着 手这方面的工作，并取得了一些成果 1 0 。但目前，国内外主要是从保护基 本原理出发，而本文则从实际的保护装置出发，不仅记录了大量的动模试验数 据和波形，而且通过这些实验数据深入到保护装置的内部逻辑进行分析，证实 了发电机变压器组微机保护的实际运用的可行结论，并在保护原理的基础上进 行了解释分析了实际运行中所发现的保护与装置配合中出现的问题。 随着微机保护装置的研究，在微机保护软件、算法等方面也取得了很多理 论成果。本文研究主要是针对四川发电厂中目前选用较少的南自继保公司的新 型g d t 一8 0 1 型微机保护装置，其原理计算方式，符合大型发电机变压器继电保 护整计算导则 1 1 ，主要从原理上对保护动作情况进行了较为详细的分析，并 且整理了大量的动模实验资料和录波，为进一步的研究奠定了基础。 1 3 本论文的研究方案 本论文利用d g t 8 0 1 数字发电机变压器保护装置，对发电机变压器组进行微 机保护装置实施改造工程，分析微机保护装置的原理，利用数字保护的优势， 并从实际出发，对发电机变压器组进行整定计算；充分利用微机保护装置的特 点实现发电机变压器运行监控；仿真出故障特征，让微机保护装置做出正确的 分析并及时提出处理方案，体现微机保护的优越性，并对实际的发电机组保护 进行动模调试，理论分析及大量的动模试验、整组试验等均证明，发电机变压 器组微机保护改造方案切实可行，为以后更加推广发变微机保护装置提供可靠 的理论实际依据。 2 发电机变圬器组新型微机保护的t = 程麻用研究 2 新型发电机变压器组保护装置可行性分析 2 1 微机保护的概述 微机保护是由一台计算机和相应的软件( 程序) 来实现各种复杂功能的继 电保护装置。微机保护的特性主要是由软件决定的，具有较大的灵活性，其功 能主要是根据数据采集系统采集到的电力系统的实时状态数据，按照给定算法 来检测电力系统是否发生故障以及故障性质、范围等并由此做出是否需要跳 闸或报警等判断，不同原理的保护可以采用通用的硬件。 2 ，1 1 微机保护的发展 计算机技术的飞速发展，给科学技术、生产和生活方式带来了巨大的变化。 微机保护f 是随着计算机技术的发展逐步发展起来的。在4 0 余年的时间早完成 了发展的4 个历史阶段。6 0 年代中期至7 0 年代初期，从6 0 年代中期起，晶体管继 电保护得到发展并广泛采用。其中天津大学与南京电力自动化设备厂合作研究 的5 0 0 k v 晶体管方向高频保护和南京电力自动化研究院研制的晶体管高频闭锁 距离保护，运行于葛洲坝5 0 0k v 线路上 1 2 。同时，我国工程技术人员创造 性地吸收、消化、掌握了国外先进的继电保护设备性能和运行技术 1 3 ；7 0 年代中期至8 0 年代中期，集成电路保护已形成完整系列，逐渐取代晶体管保护， 我国从7 0 年代木即已开始了计算机继电保护的研究，第一套微机线路保护装置 已于1 9 8 2 年开始在华北电力学院开始研制，1 9 8 4 年通过鉴定并投入现场试运行， 其后开始小舰模推广；8 0 年代后期至9 0 年代中期，单片机价格大幅度下降，线 路微机保护采用了多c p u ( 单片机) 结构。采用多c p u 结构的主要优点是：保护 的可靠性大大提高和保护的动作速度大大提高：9 0 年代中期以来，一些新型高 性能单片机开始获得应用，同时微机保护也采用了一些新的技术，保护的性能 与装置的可靠性大幅度提高，微机保护的应用更加广泛。我国电力系统继电保 护技术经历了4 个时代后，随着电力系统的高速发展和计算机技术、通信技术的 进步，继电保护技术面临着进一步发展的趋势。国内外继电保护技术发展的趋 势为：计算机化，网络化，保护、控制、测量、数据通信一体化和人工智能化， 这对继电保护工作者提出了艰巨的任务，也开辟了活动的广阔天地。 2 1 。2 微机保护的特点d 4 继电保护功能由软件实现，便于修改保护动作值和动作特性； 采用数字信号处理技术，可以实现更好的保护动作特性；采用数字存储技 发电机变雎瓣组新型微机保护的t 程应用研究 术，容易实现故障录波和事故分析；容易实现数字通信、通信接口简单；完善 的自动测试和监视功能；软硬件标准化；数据重复使用，实现不同保护功能。 由于以上特点，微机保护具有一系列的优点，包括具有更强的灵活性和更 好的保护性能，运行维护方便，以及具有更高的可靠性等等。这一系列的优点， 使得微机继电保护装置在性能、可靠性和方便性上已经远远超过了传统保护， 受到了用户的欢迎和依赖，与传统保护相比，微机保护的优越性已无可置疑。 与计算机保护技术密切相关的其他科技领域中的新技术、新理论、如自适 应控制、神经网络和模糊控制以及小波变换理论等 1 5 ，1 6 。为微机保护的发展 提供了新的途径和有力的工具。随着这些理论的应用，微机继电保护的动作特 性可以得到一些根本上的改进。 2 2 电厂组发电机变压器组保护实际运行情况分析 本论文主要是针对巴蜀江油电厂# 3 机组发变保护更换为微机保护装置的 工程进行理论分析和实际操作，首先，对工程实施的可行性作了如下分析比较： 2 2 1 设备先进性的比较 # 3 机发电机一变压器组保护装置已运行3 0 余年，采用的是传统式分离元件 式继电保护装置，其保护功能的实现要用许多继电器，而多数继电器因长年运 行而老化的原故，可靠性较差，且备品不易购置，维护工作量较大。而微机保 护装置则是由一台计算机和相应的软件( 程序) 来实现各种复杂功能。采用数 字信号处理技术，可以实现更好的保护动作特性，更能使# 3 机变保护装置的 正确性、可靠性得以保证。 2 2 2 保护配置的比较 原# 3 发电机一变压器组保护配置有：发电机、变压器、厂用分支太差保护 主变压器1 i o k v 侧过流保护：主变零序电流、电压保护：发电机低压过流保护； 发电机过压保护：发电机3 u o 接地保护：发电机转予一点接地保护；厂高变差动 保护：厂高变高压侧过流保护：3 3 1 分支过流保护：3 3 2 分支过流保护：其它非 电量保护，如瓦斯、汽机事故按钮、危急保安器跳闸等。而新设计的微机保护 装置刚除了继续保护原保护装置的保护外，还增添的原装置无法实现的继电保 护功能，如发电机复压过流、发电机失磁保护、发电机逆功率保护、发电机对 发电机娈胜器组新型微机保护的t 程应用研究 称过负荷保护、发电机负序过负荷保护等，目的也为发电机一变压器组的稳定运 行提供了保障。 22 3 保护功能和操作功能的比较 原保护装置运行监控十分困难，无法实时从保护装置中读取电压、电流等 数值，且保护的定值修改过程也十分繁琐，整定数字精度差。而微机保护装置 能实现电压、电流和相位的实时采样值和变压器差动电流、开关输入量状态等 均的显示，修改定值快捷，给现场调试和维护带来方便。 2 2 4 经济性的分析 由于机组的长年运行，发电机一变压器保护的多数继电器已出现老化现象， # 3 机组也曾因此多次影响了机组正常运转，使得开停机次数增多，丌停机时自j 也变长，特别在2 0 0 0 年3 月曾因出口接点误动而跳歼了母联丌关，给厂造成年 经济损失数十万元，而通过改造工程的实施，解除事故隐患，进一步保证机组 的安全稳定运行，便会为电厂带来更大的经济效益。 2 3 实施工程的目的及意义 通过省电力局继保专家及厂生产部的评议，通过技术及经济性的多方比较， # 3 机组发电机变压器微机保护装置的改造计划得以实施，其目的是通过改造工 程，彻底改变原保护装置的不稳定性，充分发挥微机保护装置的多项功能技术， 为机组的正常发电打下基础，同时也为今后更加推广发变微机保护装置提供可 靠的理论基础及实际运行的经验。 发电机变压_ | | 组新型微机保护的工程应用研究 3 d g t - 8 0 1 数字发电机变压器保护原理及整定计算 17 3 1d g t 8 0 1 数字发电机变压器保护概述 d g t 一8 0 1 型发电机变压器保护装置是在”w f b z 0 1 ”基础上研制开发的新一代 全数字保护系统，提供几十种保护功能和非电量保护接口，装置保护配置灵活 可根据机组要求灵活配置满足主保护的双重化和主后备保护的独立合理分布。 同时装置满足电力系统反事故措施的要求，保证装置使用的安全性和可靠性。 d g t 一8 0 1 数字发电机变压器保护主要技术特点： 1 ) 具有较高的整体可靠性和稳定性。 2 ) 采用6 u 后插式结构机箱，整面板设计 3 ) 采用双滤波、双1 6 位a d 、双3 2 位嵌入式微处理器3 8 6 e xc p u 并行工作式 的硬件结构，所有的模拟量都由两个相对独立的系统处理 4 ) 完善的故障录波功能，可进行波形分析处理。 5 ) 采用强弱电分开技术，满足在微机保护装置只能以空触点或光耦输出的要 求。 1 8 6 ) 采用f p g a 技术，增加系统可靠性。 3 2 改造工程中发电机变压器组的参数资料 发电机变压器组的原始资料： 发电机：s e = 6 2 5 m v a 、c o s o = 0 8 、x d ”= 1 3 4 7 、变比= 4 0 0 0 5 主变压器；s e = 6 0 m v a 、短路电压1 0 7 8 、1 7 4 2 、5 8 8 ； 厂高变：s e = 7 5 0 0 k v a u d = 1 0 1 阻抗的换算 i ) 首先取基准值 s 。= i o o m v a u c p = l j 。( 各级电压的平均值) 、 3 1 5 k v 电流的基准值： ，：善 “3 u f 各级平均电压的基准电流如下 1 i o k v 侧： ，。：当：5 0 3 爿 b2 丽5 月 6 11 5 k v 、3 7 k v 、1 0 5 k v 、6 3 k v 、 3 7 k v 侧： ，。：毒生：1 5 6 尉 h 一丽一“” 发电机变骶器组新型微机保护的丁程心用研究 1 0 5 k v 侧： 3 1 5 k v 侧： 2 ) 、阻抗标么值计算 ，产当 ”3 掩护5 。 3 3 1 5 发电机的标么值为 = 5 5 k 爿 = 1 8 3 3 丘4 6 3 k v 侧 ，。：粤：9 1 6 削 “2 万聂5 2删 z l t 一s s u “= 0 1 3 4 7 1 0 0 ( 6 2 5 0 8 ) = 0 2 6 9 主变压器的阻抗标么值为： 高：u d 】= 0 5 ( u d 】- 2 十u d 】、3 一u 招一o _ j 6 ) = o 5 ( 1 7 4 2 + 1 0 7 8 5 8 8 ) = 1 l _ 1 6 中： u dj 1 = o 5 ( u 2 + u j z q 一i _ ) ) ：0 5 ( 1 7 4 2 + 5 8 8 一1 0 7 8 ) = 6 2 6 低：u j j j j = o 5 ( u m ：j + u d 2 q 一u jj2 ) = o 5 ( 1 0 7 8 + 5 8 8 - 1 7 4 2 ) o 所以：x 1 i = o 1 1 1 6 1 0 0 6 0 = 0 1 8 6 x ii i = o 0 6 2 6 1 0 0 6 0 = o 1 0 4 x t i i = o 厂高变的阻抗标么值为0 1 0 1x1 0 0 7 5 = - - 1 3 5 3 ) 、改造工程发电机变压器组保护配置图 7 发电机变乐器组新型微机保护的工程应用研究 3 3 发电机变压器的保护原理及工程设计整定计算 本节中将详细介绍d g t8 0 l 数字式发电机变压器保护装置所用到的保护 原理及实现方法，提供各种保护原理的逻辑框图。介绍备秽保护所用到的整定 值定义及在实际工程中的整定计算。在新的原理下提供参考的计算方法和灵敏 度校核方法。符合电力主设备整定计算导则和继电保护和安全自动装置 技术规程d l 4 0 0 9 d 的内容 1 9 ，并为工程的实践做出理论的依据。 发电机配有：纵差保护、发电机对称过流保护、发电机不对称过流、发电 机过电压保护、发电机复压过流保护、发电机失磁保护、发电机逆功率保护、 发电机转子一点接地保护、发电机定子接地保护等。 一、纵差保护整定计算( 比率制动差动保护) 1 ) 、保护原理 比率制动原理是传统保护原理在数字保护上的改进。它由二部分组成：无 制动部分和比率制动部分。它具有较高的灵敏度和抗t a 饱和的能力。保护使用 小波算法和神经元算法来达到快速安全可靠的目的。 发电机变压器组新型微机保护的工程应用研究 动作方程： i g ：一曲线的拐点电流；i 。曲线的启动电流；k z ：一曲线的斜率 帆+ j ，i - k s ( i j ， m + ， ，。 保护逻辑图如下： 几而 n广 匪巫二h + h & l _ 竺 l 竖l l 亿 图3 - 1 发电机差动出e l 逻辑：单相差动方式 发电机差动保护比率制动特性如下图 a i z d 图3 2 差动保护的比率制动特性 由上图可以看出：具有比率制动特性的差动保护的动作特性，可由a 、b 、c 9 发电帆变压器组新型微机保护的工程应用研究 三点决定。a 点或b 点的纵坐标电流i 。为差动保护的初始动作电流。b 点的横 坐标电流i 。称之为拐点电流，它等于差动保护开始出现制动作用的最小电流。 直线b c 与横坐标夹角。的正切( 即t gd ) 称之为动作特性曲线的斜率，近似 称之为比率制动系数k z 。 i 。、i 。及k z 为具有比率制动特性差动保护的三要素。对该型差动保护的 整定计算，实质上就是对i 。、i 。及k z 的整定计算。 2 )整定计算 ( 1 ) 初始动作电流i 。的整定 初始动作电流i 。的整定原则，是躲过发电机额定工况下差动保护差动回 路中的最大不平衡电流。 在发电机额定工况下，在差动囤路中产生不平衡电流的原因，主要有差动 保护两侧t a 的变比误差、两侧通道回路的调整误差。 发电机纵差保护通常采用1 0 p 级电流互感器，在一次额定电流和额定二次 负载的条件下，变比误差为3 。因此，在额定工况下，由于两侧差动t a 的 差异，在差动回路形成的最大不平衡电流为0 0 6 i e ( i e 一发电机额定工况时差 动t a 的二次电流) 。 差动保护两侧t a 二次电流分别通过装置的辅助小t a 等回路进入差动回路。 由于两侧辅助t a 、通道回路的差异及调整误差，也会在差动回路中产生差流。 该误差通常称为通道变换及调整误差。 按照有关规程规定，通道变换及调艇的综合误差不应大于5 i e 。由于差 动保护两侧均有通道，因此，在额定工况下，由于通道变换及调整误差在差动 回路中产生的不平衡电流最大为1 0 i e 。 综上所述，初始动作电流可按下式计算： k = k ( m + k 2 ) ( 3 - 1 ) 式中；k r 一可靠系数，取1 5 2 ： i 。一两侧t a 变比不同产生的差流，取0 0 6 i e , i 。厂由于通道变换及调整误差产生的差流，取0 1i e 。 代入上式得；id z o = ( o 2 4 0 3 2 ) i e通常取0 3 i e 。 即：i d z o = o 3 i e = 0 3 x 6 2 5 ( i 0 5 4 3 ) = i a ( 2 ) 拐点电流i ：。 拐点电流i ：。的大小，决定保护开始产生制动作用的电流的大小。由图3 一 发电机变j t 器组新型微机保护的丁程戊用研究 2 可以看出：在初始动作电流i 。及动作特性曲线的斜率k z 相同的情况下，i 。 越小，差动保护的动作区越小，而制动区增大；反之亦反。因此，拐点电流的 大小，直接影响差动保护的动作灵敏度。 运行实践表明：当故障点距离发电机较远时，发电机提供的短路电流可能 小于或等于额定电流。但在远处故障或故障切除后的暂态过程中，由于差动保 护两侧t a 及回路的暂惫特性差异，可能在差动保护中短时出现较大的差流，致 使差动保护误动。对于不完全差动保护，由于两侧t a 变比、型号的不同，由上 述原因产生的不平衡电流将更大。 基于上述原因，建议减小拐点电流，整定为：i 。= ( 0 5 1 5 ) i e 。 即：i 。= 1 2 6 2 5 ( 1 0 5 4 3 ) = 4 a ( 3 ) 比率制动系数k z 发电机差动保护的比率制动系数，决定于图3 2 中的夹角a 。可以看出， 当拐点电流( 即图中b 点的横坐标) 确定后，夹角a 决定于c 点。而特性曲线 上的c 点近似决定于发电机外部故障时最大短路电流i 。与差动回路中的最大 不平衡电流t 。的比值。即 k 一：鱼 ( 3 2 ) 。 ， m 差动回路中的最大不平衡电流，除与差动t a 的l o 误差及调整误差有关 外，尚与差动两侧t a 暂态特性有关。考虑到上述情况，外部故障时，为躲过差 动回路中的最大不平衡电流，c 点的纵坐标电流应为： ，。= k h o 1 + o 1 + k ，| ， 。，( 3 - - 3 ) 在式( 3 3 ) 中： k h 一可靠系数，取1 3 1 5 ； k i 一暂态特性系数。当两侧t a 变比、型号完全相同时，kr m o 。而当两侧 t a 变比、 型号不相同时，k ，可取0 0 5 o 1 ： i 。一最大动作电流。 将以上数据代入式( 3 - - 3 ) 得：i 出眦。一( 0 2 6 o 4 5 ) i 一 将i 。代入式( 3 - - 2 ) ，可得：k z ( o 2 6 o 5 ) 因此，对于发电机完全纵差保护。k z 可取0 5 。 ( 4 ) 负序电压：u 2 ：s v ( 由设备技术说明书取为5 1 2 v ) 发电机变鲰器组新型擞机保护的工程应用研究 ( 5 ) 解除t a 断线功能差流倍数： i c t = 2 ( 由设备技术说明书取为0 8 1 2 ) ( 6 ) 发电机二次额定电流整定 1 0 5 k v 侧：t e d = 6 2 5 1 0 3 ( 4 3x 1 0 5 ) = 3 4 3 6 7 ( a ) 电流互感器变比：4 0 0 0 5 差动保护装置电流计算 1 0 5 k v 侧：1 = 3 4 3 6 7 ( 4 0 0 0 5 ) = 5 ( a ) 二、复合电压闭锁过流保护 1 ) 保护原理 保护反映发电机电压、负序电压和电流大小。电流电压一般取自发电机的 t a 和t v 。出口方式：可发信或跳闸。 图3 - 3发电机复合低压过电流保护出口逻辑 2 ) 整定计算： ( 1 ) 按躲过发电机的额定电流来整定。 k = 鲁l ( 3 _ 4 ) 式中：i e 一发电机的额定电流( t a 二次值) ； k h 一可靠系数，取1 2 1 3 ； k 厂返回系数，对于微机型保护装置，取0 9 5 。 弧，。= k ni = 1 1 x0 志9 5 = e 彳 发电帆变坼器组新型微机保护的工程心用研究 ( 2 ) 复合电压元件 ( i ) 低电压元件整定 按躲过发电机失磁运行或大型电动机自启动时出现的低电压值来整定，可 取( 0 6 5 0 8 5 ) u e ( u e 一发电机额定电压( 相问电压) ，t v 二次值) 取0 7 i e 即：u o p = o 8 1 0 0 = 8 0 v ( i i ) 负序电压元件 按发电机变压器相邻线路末端故障时发电机的负序电压来整定；也可按躲 过发电机长期运行允许的负序电压值来整定。若按后者来整定，则： u 。z = ( 8 1 0 ) u ( 3 - - 5 ) 取1 0 u e即：u o p 2 = 1 0 0 1 0 = 】o v ( 3 ) 动作延时 复合电压闭锁过流保护的动作时间，应按躲过相邻元件短路后备保护中的 最长一级时间来整定。即： ，2 ，。+ r( 3 6 ) t 。一相邻元件短路后备保护中的最长一级时间： t 一时间级差，一般取0 3 o 5 秒。 t = o + o 5 = 0 5 s 灵敏度校验； 立产气兰二_ 暑 以变压器高压侧两 图3 4 等值电路 z = o 1 0 1 6 ( o 1 8 6 + 0 2 6 9 ) = o 0 8 3 i d 。= 5 0 3 0 0 8 3 = 6 3 8 5 5 a 流经保护安装处的短路电流： i d 3 = 6 3 8 5 5 - 5 0 3 0 1 0 6 = 1 6 4 0 t d 2 = ( 3 2 ) 1 2 3 6 = 1 4 2 0 a 换算到低压侧 id 1 = 1 4 2 0 1 1 5 1 0 5 = 1 5 5 5 7 二次i d 2 = 1 5 5 5 7 8 0 0 = 1 9 4 a 相短路电流流经保护 安装处的最小短路电流， 发电机变压器组新型微机保护的丁程应用研究 k s e n = l9 4 6 = 3 2 4 满足要求 三、发电机对称过负荷及过电流保护 在大型汽轮发电机变压器组( 特别是水内冷式发电机) 上，通常采用对称 过负荷及具有反时限动作特性的过电流保护。 实际上，该保护实质出定时限过负荷及反时限过电流两个部分构成。 ( 1 ) 定时限过负荷保护 动作原理：保护反映发电机定子电流大小，电流取自发电机中性点( 或机 端) t a 的某相( 如b 相) 电流 出口方式：可发信或跳闸 发信或跳闸 口团一 图3 5 发电机过负荷保护出口逻辑 动作电流按发电机长期允许的负荷电流来整定，即 ，= 墨旦兰! 9 k ，( 3 7 ) 式中：k h _ 一可靠系数；取1 0 5 ；k 。_ 返回系数，对于微机保护取0 9 5 ； i e 一发电机额定电流( t a 二次值) 。 得：i o p = 1 0 5x5 0 9 5 = 5 5 a ( 2 ) 反时限过电流保护 动作原理：保护反映发电机定子绕组的电流大小。保护发电机定子以免 过热。保护由二部分组成：定时限过负荷和反时限过流。电流取自发电机中性 点电流反时限曲线特性由三个部分组成：a ) 上限定时限b ) 反时限c ) 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，则按下限定时限动作；电流在此之间 则按反时限规律动作。 反时限动作方程： v k 2 2 j t k 2 。 1 4 发电机变j 托_ ；| 组新型微机保护的r 程麻用研究 其中：i 一发电机电流标么值；k 2 2 一散热效应；k 2 1 - 发电机a 值 t ( 8 ) 图3 6 发电机对称反时限过流保护动作特性 出口方式：可发信或跳闸 保护逻辑图 匦 _ 一黼 图3 7 发电机对称反时限过流保护动作特性 反时限过流保护上限电流按机端三相会属性短路计算 i o p m a x = i e k s a t x d ”n a ：5 + ( 0 8 0 2 6 9 ) = 2 0 a 发电机变捱器组新型微机保护的二r 程应用研究 反时限下限电流按与过负荷保护相配和整定 i o p m i n = k c o i o p = i 0 5 5 = 6 a 4 一网2 3 0 s ( 上限时间) 下限时间与距离保护和主保护l 断配合 t u p = 0 。5 s k l 取4 0k 2 取1 四、 发电机不对称过负荷及过电流保护 】) 保护原理 保护反映发电机定予的负序电流大小。防止发电机转子表面的过热。 发电机不对称过负荷及过电流保护实际是保护发电机转子的，故又称为转 子表层负序过负荷保护。 该保护通常由定时限过负荷及反时限过电流两部分构成。而反时限过电流 保护的整定值。通常有上限动作电流值及动作时间、反时限特性、下限动作电 流及动作时间。 反时限动作方程： 一k ：) f a k ：， 其中：i2 一发电机负序电流标么值；k 2 2 一散热效应；k 2 1 - 发电机a 值 t ( 8 ) 图3 8 发电机对称反时限过流保护动作特性 出口方式：可发信或跳闸 1 6 发电机，曼k 器组新型微机保护的下程应用研究 区卜臣) 一髂 图3 - 9 发电机负序反时限过流保护出口逻辑 ( 1 ) 负序过负荷保护的整定计算 负序过负荷保护为定时限保护。 动作电流的整定 负序过负荷保护的动作电流，应按躲过发电机长期允许的负序电流iz o o 来 整定。按厂家说明书可以按( 8 1 0 ) i e 来整定 i o p 2 = 1 0 5 = 0 5 a t 取s 发信号 反时限下限电流的整定与过负荷相配和 i o p 2 = k c i o p 2 = 1 1 0 5 - - 0 5 5 a ( 2 ) 负序反时限过流保护 ( i ) 反时限部分的整定 负序反时限过流保护的反时限部分， 的关系来整定。 彳 卜网 应按发电机负序电流与允许持续时间 式中：a 一转子表层承受负序电流能力的常数： ( 3 9 ) 发电机变j k 器组新型微机保护的工程应用研究 i 。一负序电流标幺值( 以发电机额定电流为基准) ； a 一与发电机转子散热有关的常数。通常取0 0 1 0 0 2 。 转子表层承受负序电流的能力，与发电机的容量、结构及冷却方式均有关 系。对于容量为3 0 0 m w 及以下且转子为直冷式的发电机，a 值可取8 1 0 。 即：t = 3 0 s ( i i ) 反时限上限的整定 对于发电机变压器组的负序反时限过流保护，其上限电流1 2 0 p m a x 应按照 变压器高压母线上两相短路的条件来计算及整定。 i o p = i g n ( k s e t x d ”+ x 2 + 2 x t ) i o p = 3 4 3 0 ( 0 8 + 0 2 6 9 + 0 2 6 9 + 2 0 1 8 6 8 0 0 ) = 1 0 a 上限的动作延时，应按与高压母线出线线路保护的i 段动作时间配合的原 则整定。即 ，i l ；i ! = t l + a t( 3 1 0 ) 式中：t 一高压母线所接出线上保护的i 段动作时间( 约为0 1 秒) ； t 一时间级差，可取0 3 0 5 秒。 t = 0 3 s 五、发电机定子接地保护 1 ) 保护原理 保护反映发电机的零序电压大小。保护具有三次谐波滤除功能。零序电压 取自发电机机端t v 的开口三角形绕组或中性点t v 二次侧。 出口方式：可发信或跳闸 保护逻辑图 匦芦 图3 1 03 1 j 0 发电机定子接地保护出口逻辑 2 ) 整定计算：根据厂家说明书提供的原则应按躲过发电机正常运行的系统 的最大横向零序电压 发电机变脏器组新型微机保护的工程应用研究 u o p = k u o m a x = ( 5 7 ) v 取5 v 时间按机变系统接地保护最氏时间整定 t = o 5 + 0 5 = l s 此保护发信号 六、发电机逆功率保护 1 ) 保护原理 逆功率保护用于保护汽轮机，当主汽门误关闭，或机组保护动作于关闭 主汽门而出口断路器未跳闸时，发电机将变为电动机运行，从系统中吸收有 功功率。此时由于鼓风损失，汽机尾部叶片有可能过热造成汽机损坏。因 此一般不允许这种情况长期存在，逆功率保护可很好地起到保护作用。在大 型发电机组上一般为可靠装设二套独立的逆功率保护。 逆功率保护反应发电机从系统吸收有功的大小。逆功率受t v 断线闭锁。 电压取自发电机机端t v ：电流取自发电机中性点( 或机端) t a 出口方式：可发信或跳闸 p 卜一 图3 2 3 变压器复合低压过电流保护出口逻辑 2 ) 整定计算 考虑备用电源和大电机自启动k h 取= 1 3 自启动系数k z q = 1 9 l o p = k h k z q i n k r n a = 1 3 1 9 7 5 0 0 ( 4 3 1 0 5 2 0 0 ) = 6 a 灵敏度校验： 1 1 0 x v 圈3 2 4 等值电路 按发生在3 k v 母线上两相短路时流过保护安装处的最小短路电流校验： z = o 1 0 1 6 + 0 1 9 5 + 1 3 5 = 1 6 4 6 6 i d ： ：5 5 0 0 1 6 4 6 6 = 3 3 4 0 i d k ( 43 2 ) 3