（电气工程专业论文）数字式发变组保护在电厂运用中若干问题的分析.pdf

a p p l i c a t i o na n a l y s i so fd i g i t a l 厂弋，- 。n1h u r e n e r a t o r l 上r a n st o n n e rp r o t e c t l o n s i np o w e rp 1 a n t s at h e s i ss u b m i t t e dt o s o u m e a s tu n i v e r s i 够 f o rt h ea c a d e m i cd e g r e eo fm a s t e ro f e n g i n e e r i n g b y c 髓ny u e s u p e r v i s e db y p r o l uy 却i n g s e n i o re n g i n e e r1 、a n gj i a n h u is e n l o re n 9 1 n e e rl a nujl a 【l u l s c h o o lo fe l e c t r i c a le n g i n e e r i n g s o u t h e a s tu n i v e r s 畋n 删堍，p r c h i n a n o v e m b e r2 0 0 9 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了 谢意。 研究生签名： 童l 圣日期：生靼7 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复 印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和 纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布 ( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办 理。 研究生签名：二牡导师签名：之兰丛日 期： 2 呷盟叫 摘要 摘要 大型发电机保护对发电机的安全起作重要的作用。论文针对华能南通电厂一、二期工程4 3 5 0 姗 汽轮发电机保护的国内外产品的运用，对数字式发变组保护进行了全面、系统的研究，对运用中出现的 若干问题进行详尽的分析，并结合运行、维护和实践对其提出了相应的解决方法。 论文对国内外数字继电保护装置的发展现状进行了分析，分析了数字继电保护装置的原理、配置、 定值计算以及相应的控制回路的设计等，总结了未来保护的发展趋势。 论文首先对比率制动和标积制动两种纵差保护原理进行了分析，讨论了保护在发电机和变压器工程 应用中存在的电流互感器饱和、流出电流、励磁涌流、以及灵敏性的问题。指出标积式差动对采用p 级电流互感器的保护不必担心暂态过程中保护误动的问题；针对励磁涌流，提出用新的方法来防止以 鉴别涌流波形为基础的纵差保护仍然可能发生的误动。论文结合实例，对纵差保护进行了相应的整定计 算。 对发电机匝间保护，针对发电机绕组匝间几种故障和国内外对绕组匝间保护不同意见、观点，结 合现有绕组匝间保护原理，在分析配备匝问保护的必要性和可能性的基础上，提出了两种解决匝间保护 问题的建议。通过增设负序反方向元件、提高的a d 变换的精度等方法来改进和完善目前已装设的零序 电压的定子匝间保护和基于转子二次谐波电流的定子匝间保护，使其灵敏度和可靠性大大提高；通过中 性点引出4 个或6 个出线端子装设高灵敏横差保护和不完全纵差保护。 发电机定子接地是发电机常见的一种故障，论文分析比较了大型发电机中性点两种接地方式，结合 定子绕组接地保护原理，提出可以通过加p t 失压闭锁条件来解决发电机中性点三次谐波电压的丢失造 成保护误动的问题的方法，提高保护灵敏度。 论文分析讨论了发电机低励失磁保护、负序电流保护、失步保护等原理，分析了运用中存在的问 题。对华能电厂二期数字式继电保护出口回路及失灵启动回路设计中存在的缺陷提出了确保运行设备安 全的整套措施。 关键词：继电保护；差动保护；新型标积制动；匝间短路；失磁；控制回路 a b s t r a c t p 1 1 0 缸删v er e l a ye q u i p m 锄t0 fl a 唱eg e n e m l d rp l a y s 觚e s n t i a l 锄ds i 缪i 矗c 锄tm l ei l lt h e 删锣0 f g e n e 硎0 ne q u i p m t 锄de l e 嘣c a lp o w e rs y s t e m b a s 酣伽廿l ea p p l c a t i o 鹏o f v 撕o u si m p o n e d 锄dd o m e s t i c p d a t e 嘶v ef e l a yp r o d u c t s 璐e di nh 啪饥gn 锄t o n gp o w e rp l a n ts t a g ei 锄dh44 3 5 0 m wt u 】广b i n eg e n 啪：t 0 璐， m i sm e s i si s e l c i n gt 0c o n d u c tat h o r o u g l l l y 锄ds y s t e m a t i c m v e s t i 鲥i o n d i g i t a lr e l a y so fg e n e m t o r t r a m f 0 咖e r 岫i t s e v e m li s s 鹏sd i s c o v e r e di nt 1 1 eo p e r a l i 伽a 他i n v e s t i 眦di i ld e t a i l ；m e l u t i o 璐a 佗 p r e s e n t e db a s e d0 nt t l ee x p e 一锄c e so f o p e 枷o i l ，m a i n t e n 锄c e 柚dp m c t i c e 1 1 1 i st l l e s i sd i dal i t e i 锄鹏鲫r v e yt 0i l i l d e 砌n dt l l ee 】【i s t i n gp m g 陀s so f 也ed i g i t a l 陀l a yc q u i p m 锄t b 弱e do n n l e 锄a l y s i s0 f 州n c i p a l ，c o l l f i g u m t i o i l s e t t i n g 冽c u l 硝0 n 锄dt i l ec o 盯e s p o n d i n gc o n 仃0 lc h u i td e s i g l l t l l e g e n e r a l 如t i l r ed e v e l o p i n g 打印d sa 陀d i s c u s s e d 锄ds 啪m a r i z e d t h e 协e s i s 锄a l y z e dm ep r i n c i p l 懿o f “，0d i 伍。陀n t i a la l g o r i t h i r 塔- 也ep r o p o r t i o n a l 陀矧c t i o n 锄ds c a l c rp r o d u c t r e s 一鲥。玑d i s c 吣s c d l ep r o b l e m so fc t 鞠：【u r a l i o i l ，o u tr 吣hc 峨n t ，i i l n l s hc u r r e n t 柚ds 朗s i t i v i 饥i ti s p o i n t e do u t 伽a tm e r ei s 肿m i s _ 0 删i o f 陀l a yd u r i n g 廿l e 觚i tp r o c 鹤sw h e nm epc l 雒sc u r 陀n t 们i l s f o 咖粥锄d a l 盯p r o d u c t 哦哪e d an e w 印p m a c hi sp r o p o s e dt 0p 删伍ei n i s _ 0 p e r a t i o nb r o u 曲tb y t 1 1 ed i 丘b 他n t i a lp r o t e c t i o nb 豁e d t h ei i 】n 】s hc t e n tw a 、，e f o n nc l 越s i f l c 缸i o n t h em e s i sa l s 0 劬咖e da s 础n gc a l c u l a 虹o no fd i 廿- e r e n l j a lp 1 0 白e c t i o ni na 砌黜n p l ec a s e t h ei 1 1 t e i 咱肼f a u l tp r o t e c t i o no fg 朗e 甩t o ri sa l 陀v i e w e d b 鹳酣0 nt 量l ev a o 吣t y p 骼o fi n t e i 。t u mw i l l d i n g f a u l t s 锄ds e v e r a jd i 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s i n go fv o l t a g ei sa d d e d 廿l ee x i s t i n gp r o t e 嘶 p 血c i p l e t h e 玳1 wm e t h o dl l a sh i g h 盯n s i t i v i 锣柚ds o l v 鼯t i l ep r o b l 锄o fi i l i s - 0 p e r a l i o nc 绷s e db yl o s i i l g t i l i r dh 锄0 n i c v o l t a g eo fg 即e r a t o rn e u 砌p o 枷 n e 廿l e s i sa l s 0d i s c u s s c d 廿i ep 眦c t i 叩p 血c i p l e so f 啪d e re x c i t a t i o i l l so fe x c i 倒o i l n e g a t i v es e q 嘲 c r e n t 柚dl o s so fs ) ，i l c h m i l i 锄i s o m ei 跖u e s 弱s o c i 删w i m l o 辩p f o t e c t i o 璐a r e 锄a l y 2 埘f i l l 甜l y m e 1 1 i d d 饥黼1 胂陷e 虹s t i i 唱i i l 廿l es 、i t c h c rc o n 们lc i r c u i t sa 豫r e 、，e a l e d 锄dt l l ec o n 毯p o n d i n gc o r r e 硝 印p r o a c h e st oi l p r 0 v et l l es e c u 陀o p e 枷o f m eg 啪e 扭t o r 价m s f - 0 咖盯u r i i ta p m p o s e 正 【k e yw o r d s 】p r o b e c t i v e 陀l a y i n g ； d i f 诧陀棚a lp r 0 幻c t i o n ： n e w a l 盯p r o d u c yr e s 臼面n t ； i i l t e r2b 瑚c h s h o r tc i r c u i t ； 1 0 鼹o f f i e l d ； n t lc i r c 疵 日录 目录 摘要i a b s t r a c t i i 第一章绪论1 1 - l 课题来源、意义和目的1 1 2 继电保护的发展现状1 1 3 继电保护的发展前景2 l4 本文的主要工作2 第二章数字式发电机纵差保护的原理及运用分析4 2 1 比率制动式纵差保护原理4 2 2 比率制动式纵差保护在运用中存在的问题4 2 3 标积式纵差保护原理及运用5 2 3 1 标积式纵差保护原理5 2 3 2 标积式纵差保护的整定6 2 4 一次误整定导致的纵差保护误跳闸7 2 5 南通电厂一期发电机差动保护的整定计算实例及运用中的几点分析7 2 5 1 发电机参数7 2 5 2 发电机纵差保护定值计算及运用中的几点分析8 2 6 本章小结l l 第三章数字式变压器纵差保护在运用中问题的分析1 2 3 1 励磁涌流对纵羌保护的影响1 2 3 1 1 变压器空载合闸时的励磁涌流1 2 3 1 2 励磁涌流对变压器纵差保护影响的原理分析1 3 3 1 3 励磁涌流的特征1 4 3 1 4 鉴别励磁涌流的方法1 4 3 2p 级电流互感器与快速主保护的矛盾1 5 3 2 1p 级电流互感器的技术性能1 5 3 2 2 电磁犁p 级电流互感器并不充分满足纵差保护的技术要求1 7 3 2 3 关于解决p 级电流互感器与快速主保护矛盾的几点策略1 7 3 3 本章小结1 7 第四章数字式匝间保护的原理及运用分析1 8 4 1 大型汽轮发电机定子绕组在槽内的分布概述1 8 4 2 定子绕组发生匝问短路的概率1 8 4 3 大型汽轮发电机应考虑定子绕组的分支开焊故障1 8 4 4 国内外主张不装设匝间保护的原因1 9 4 5 几种匝间保护的原理1 9 4 5 1 单元件横差保护1 9 4 5 2 发电机不完全纵差保护2 0 4 5 3 纵向零序过电压保护2 0 4 6 数字式定子绕组匝问保护装置运用中存在的问题2 l 4 6 1 零序电压的定子匝问保护和基于转子二次谐波电流匝问保护误动作问题2 1 4 6 2 零序电压匝问保护与电压互感器断线保护的相互闭锁问题2 2 4 7 华能南通电厂不配备匝问保护问题的分析2 3 4 7 1r c s 9 8 5 保护装置提供两种原理的匝间保护2 3 4 7 2 华能南通电厂配备匝间保护的可能性2 3 i 东南大学工程硕上学位论文 4 8 关于解决难以配备匝间保护的几点建议2 3 4 9 本章小结2 3 第五章数字式发电机定子接地保护的原理及运用分析2 4 5 1 定子绕组单相接地保护概述2 4 5 2 大型发电机中性点接地方式2 5 5 2 1 大型机组两种接地方式2 5 5 2 2 经高阻接地和经消弧线圈接地两种方式的分析比较2 5 5 3 定子绕组单相接地保护原理2 6 5 3 1 单相接地时的基波零序电压2 6 5 3 2 正常运行时的三次谐波电压u 曩和u _ 2 7 5 3 3 单相接地时的三次谐波电压2 7 5 3 4 发电机定子接地保护配置及接地方式对其影响2 8 5 4 当今广泛采用的机组中性点接地方式及接地保护出口方式2 8 5 4 1 当今国际上广泛采用的中性点接地方式2 8 5 4 2 单相接地保护的出口动作方式2 9 5 5 数字式定子绕组单相接地保护存在的问题及解决建议2 9 5 5 1 发电机中性点三次谐波电压u n 的丢失造成保护误动2 9 5 5 2 定子接地保护定值整定计算及灵敏度的校验方法3 0 5 6 本章小结3 l 第六章数字式低励失磁保护的原理及应用分析3 2 6 1 失磁的概述3 2 6 2 失磁过程中发电机的动态行为3 2 6 2 1 发电机从失磁到失步前3 2 6 2 2 临界失步3 2 6 2 3 异步运行3 3 6 3 失磁的危害3 3 6 4 失磁保护的判据3 4 6 4 1 异步边界阻抗动作判据3 4 6 4 2 静稳极限阻抗动作判据3 4 6 4 3 静稳极限励磁电压动作判据3 4 6 4 4 系统低电压判据3 5 6 5 华能南通电厂一期数字式失磁保护的整定方案及整定计算3 5 6 5 1 数字式失磁保护整定方案3 5 6 5 2 失磁保护的整定计算3 6 6 6 本章小结3 8 第七章数字式发变组其它保护的原理及运用简析3 9 7 1 负序电流保护3 9 7 1 1 负序电流对发电机的影响3 9 7 1 2 发电机承受负序电流的能力3 9 7 1 - 3 定时限负序过电流保护的构成3 9 7 1 4 负序反时限过电流保护装置运用中的问题及改进建议3 9 7 2 失步保护4 l 7 2 1 失步保护原理概述4 1 7 2 2 失步保护整定计算4 2 7 3 过励磁保护4 4 7 3 1 发电机一变压器组装设过励磁保护的必要性4 4 i v 目录 7 3 2 发电机一变压器组过励磁原因4 4 7 3 3 过励磁保护的实现4 4 7 3 4 过励磁保护的整定计算4 5 7 4 逆功率保护4 6 7 5 频率异常保护4 6 7 6 过电压保护4 7 7 7 启停机保护4 7 7 8 误上电保护4 7 7 9 过负荷保护4 7 7 1 0 主变压器后备保护4 7 7 1 1 本章小结4 8 第八章数字式发变组保护分合闸控制回路的设计缺陷及改进4 9 8 1 华能南通电厂分合闸控制回路设计存在的缺陷4 9 8 1 1 分合闸控制同路设计图及有关回路介绍4 9 8 1 2 由一次深刻的事故教训分析原设计图的缺陷5 0 8 1 3 分合闸控制【口1 路改进方案5 2 8 2 非全相保护启动失灵回路设计存在的缺陷5 3 8 2 1 华能南通电厂二期a b b 公司非全相保护的设计原理5 3 8 2 2 开关本体非全相保护的缺陷5 4 8 2 3 开关本体非全相保护的改进措施5 4 8 2 4 某厂一例非全相保护设计原理的缺陷造成的主设备损坏事故分析5 4 8 3 本章小结5 5 第九章结论与展望5 6 9 1 结论5 6 9 2 展望5 6 致谢5 7 参考文献5 8 v 本文根据南瑞继保的r c s 9 8 5 a 微机发变组保护和a b b 公司的r e g 316 微机发变组保护在华能南通电 厂一、二期工程4 3 5 0 姗汽轮发电机的运用，对数字式发变组组保护在发电厂的运用进行了全面、系统 地研究，对运用中若干问题的进行了详尽地分析，并结合装置日常运行实践探讨其先进性以及存在的不 足。文中还分析了数字式继电保护出口回路及失灵启动回路设计中存在的缺陷并提出了确保运行设备安 全的整改措施。 1 2 继电保护的发展现状 继电保护是随着电力系统的发展而发展起来的。电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要 求，电子技术、计算机技术的飞速发展为继电保护技术的发展奠定了技术的基础。继电保护在2 0 世纪 的发展经历了4 个历史阶段。 在5 0 年代以前的继电保护装置都是由电磁型、感应型或电动型继电器组成的，这些继电器都具有 机械转动部分，统称为机电式继电器。由这些继电器组成的保护装置统称为机电式保护装置。这种保护 工作较为可靠，但装置体积大、动作速度慢、调试维护比较复杂，不能满足超高压、大容量电力系统的 要求。 2 0 世纪5 0 年代，出现品体管式继电保护装置。这种保护装置体积小、功率损耗小、动作速度快， 无机械转动部分，称为电子式静态保护装置。7 0 年代是晶体管继电保护装置在我国大量采用的时期， 满足了当时电力系统向超高压、大容量方向发展的需要。 8 0 年代后期，晶体管式电路向集成电路式过渡，成为静态继电保护装置的主要形式。 在6 0 年代末，有人提出了小型计算机实现继电保护的设想，并由此开始了对数字式微机保护的大 量研究。在7 0 年代后半期，出现了比较完善的数字式保护样机，8 0 年代微机保护在硬件和软件技术方 面日趋成熟，并已在一些国家推广使用。微机保护具有巨大的计算、分析和逻辑判断能力，有存储记忆 功能，因而可用以实现任何性能完善且复杂的保护。在9 0 年代以来，微机保护在我国得到大量的使用， 成为继电保护装置的主要型式。 发变组保护是继电保护中最重要也是最复杂的环节之一，随着对发电机变压器故障分析理解的加深 和数字式保护的广泛发展，这方面的研究一直在向前推进。一些综述文献【1 】彳艮好地概括了发变组保护的 进展。计算机保护的应用为多种功能的保护集成提供了方便【2 】【3 】【4 】，i e e e 在1 9 9 6 年发表了交流发电机 保护设计的主要原则1 5 】，规范了这个领域的新型保护的设计方法。这些进展都推动了大型发电机变压器 组数字式保护的应用。 较常规的整流型、晶体管型或集成型保护，数字式微机保护具有不可比拟的优越性，主要表现在以 下几个方面： 东南大学工程硕士学位论文 ( 1 ) 维护调试方便 在微机保护使用之前，整流型、晶体管型继电保护调试工作量很大，尤其是一些复杂的保护，如超 高压线路的保护设备，调试一套保护需一周左右时间。究其原因，这类保护通常都是布线逻辑的，保护 的每种功能都由相应的硬件器件和连线来实现。为确认保护装置完好，就需要把所具备的功能都通过 模拟试验来校核一遍。数字式保护则不同，它的硬件是一台计算机，各种复杂的功能由相应的软件来实 现。对于成熟的软件，只要程序与设计时一样，就必然会达到设计的要求，不要逐台做各种模拟试验来 检验每一种功能是否正确。而且微机保护有很强的自检功能，一旦发现软硬件异常就会发出警报。所以 通常只要加电源上电无报警，就可认为装置是完好的。所以对微机保护装置几乎不用调试，从而可大大 减轻运行、维护的工作量。 ( 2 ) 可靠性高 计算机在程序的指挥下，有极强的综合分析和判断能力，因而它可实现常规保护很难办到的自动纠 错，即自动地识别和排除干扰，防止由于干扰而造成误动作。另外，它有自诊断能力，能够自动检测出 本身硬件的异常部分，配合多重化可有效地防止拒动，因此可靠性很高。目前，国内设计和制造的数字 式保护均按照国际标准的电磁兼容试验( e m c ，e l e c 仃o m a g 锄c t i cc o m p a t i b i l i 够) 来考核，进一步保证了 装置的可靠性。 ( 3 ) 易于获得附加功能 应用微机型后，如果配置一个打印机，或者其它显示设备，或通过网络连接到后台计算机监控系统， 就可以在电力系统发生故障后提供多种信息。例如，保护动作时间和各部分动作顺序记录，故障类别和 相别及故障前后电压和电流的波形记录等。对于线路保护，还可以提供故障点的位置( 测距) 。这将有 助于运行部门对事故的分析和处理。 ( 4 ) 灵活性大 由于微机保护的特性主要由软件决定( 不同原理的保护可采用通用的硬件) ，因此，要改变软件就 可改变保护的特性和功能，从而可以灵活地适应电力系统运行方式的变化。 ( 5 ) 保护性能得到很好改善 由于微型机的应用，使很多原有型式的继电保护中存在的技术问题，可以找到新的解决方法。可以 说，只要找出正常与故障特征的区别方案，数字式微机保护基本上都能予以实现。 1 3 继电保护的发展前景 近十年，新投入使用的高中压等级继电保护设备几乎均为数字式微机保护产品，继电保护领域的研 究部门和制造厂家已经完全转向进行数字式微机保护的研究与制造，出现了百花齐放、百家争鸣的竞争 与发展共存的局面。在数字式微机保护与网络通信技术结合后，将保护、测量、控制、录波、监视、通 信、调节和防误操作等多种功能融为一体，进一步提高了电力系统的安全、稳定、可靠和经济运行，为 电网高质量的电能传输和供电提供了更高的技术保障。 预计未来几年，数字式微机保护将朝着高可靠性、简便性、开放性、通用性、灵活性和向网络化、 智能化、模块化、动作过程透明化发展，并向着保护的原理、配置、控制回路设计等更加合理的方向发 展，设计出性能更为优良的保护设备。 1 4 本文的主要工作 本文根据南瑞继保的r c s 9 8 5 a 微机发变组保护和a b b 公司的r e g 3 1 6 微机发变组保护在华能南通电 厂一、二期工程4 3 5 0 卿汽轮发电机的运用，对数字式发变组保护在发电厂的运用进行了全面、系统 地研究哺1 ，对运用中的若干问题进行了详尽地分析，并结合运行、维护和实践对其提出了相应的解决方 法。 2 第一章绪论 文中重点分析讨论了纵差保护、发电机匝间保护、单相接地保护、低励失磁保护、负序电流保护、 失步保护等原理，分析了运用中存在的问题。文章对华能电厂二期数字式继电保护出口回路及失灵启动 回路设计中存在的缺陷提出了确保运行设备安全的整套措施。 整定计算是继电保护工作中的重要环节盯，本文结合实际工作，对发变组保护整定计算中的一些重 点也进行了论述。 3 东南大学工程硕t 学位论文 第二章数字式发电机纵差保护的原理及运用分析 纵差保护作为发电机内部故障的主保护，具有灵敏度高、切除故障快速的特点。 本章根据比率制动式纵差保护在运行中的问题，主要是p 级电流互感器在外部短路暂态过程中造 成的纵差保护不平衡电流增大和饱和效应使制动电流减少，可能产生误动作【8 】；发电机或变压器绕组短 路时一侧可能存在不大的流出电流会影响保护动作的灵敏性，甚至造成保护拒动；这种流出电流可能是 负荷电流，也可能是由短路安匝对健全绕组的互感所引起的感应电流。比较比率制动和标积制动原理纵 差保护的优缺点。 2 1 比率制动式纵差保护原理 比率制动式纵差保护被国内外广泛应用于电气主设备，作为快速主保护，典型的动作判据是： l l 2 l ，。一，：f j 。 = ( 1 ，。l +l ，：1 ) 2 动作判据i 矿i 坤o当i 瞄i 瞄o i 矿1 0 p o + k r 嚣( i 鸸i 瞄o ) 当i ，e s i 瞄o 【9 l 式中： i l ，1 2 ：两侧电流相量( 以流入端子为正向) ； i o p o ：最小动作电流； i 。o ：最小制动电流； 量 ：比率制动式纵差保护的制动系数。 动作特性如图2 一l 所示。 i d 图2 1 比率制动式纵差保护制动特性 2 2 比率制动式纵差保护在运用中存在的问题 ( 2 1 ) ( 2 2 ) ( 2 3 ) ( 2 4 ) ( 1 ) 电流互感器饱和问题 主设备的纵差保护所用互感器一般为保护( p ) 级，互感器的正确选型设计只能保证在稳态额定准确 限值一次电流下保持复合误差不超过1 0 ( 1 0 p 级) 或5 ( 5 p 级) 。在外部短路的暂态过程中，纵然一次 电流诸侧之和i 尸o ，伴随工频交流的非周期分量电流将使差动保护各侧不同型的互感器由于严重的非 线性饱和特性不一致，使二次电流诸侧之和r i o ，因而造成纵差保护不平衡差动电流l d 增大。与此 4 第二章数字式纵差保护原理及运用分析 同时反映ii ii 的制动电流却因互感器严重饱和而减小，构成纵差保护误动作的基本条件。一些纵差 保护所用的各侧互感器虽属同型，但均为保护( p ) 级，不能对这些互感器要求在外部扰动过程的暂态工 况下具有相同的传变特性，屡见不鲜的大型电动机自启动过程中纵差保护误动就是证明。 ( 2 ) 内部短路时流出电流问题 发电机或变压器中性点处附近少量匝数发生相间短路，三相绕组其余的大部分是健全的，其中1 2 可能具有明显的负荷电流性质，即1 2 相对于1 1 而言可能是流出电流：另外短路环的磁动势( i 、将在相 邻绕组中依靠互感产生感应电流1 2 l 、1 2 b 、1 2 。这些感应电流与原边电流i l a 、l l b 、i l 。之间的相位关系，可 能呈现外部短路时电流的相位特征，这就使比率制动特性纵差保护的差动电流i d 减小，降低内部短路 时保护动作的灵敏度。 ( 3 ) 发电机内部相间短路时各相两侧电流的相位关系 三峡电站2 号发电机作a 相1 分支3 1 号槽上层线棒与c 相5 分支3 4 号槽下层线棒间由于端部联线 绝缘损坏，发生相间4 匝短路( 短路匝很少) 的分析计算，结梨1 0 1 是： 1 1 a 1 4 2 0 i 。么- 1 1 2 7 7 。 a ， i l b = o 2 0 5i 。么1 3 3 2 9 。a ， 1 1 c _ 1 6 0 0 i 。么6 4 6 8 。 a ； 1 2 i = o 3 5 9i 。么- 1 0 5 8 6 。a ， 1 2 b = 铂2 0 5i 。么- 1 3 3 2 9 。a ， 1 2 c = 0 5 4 9i 。么6 4 2 3 。 a 。 上述数据中，非故障相b 的两侧电流完全一样，说明计算结果是可信的。我们特别关注发电机 相间内部短路时的三相两侧电流相位差为。商9 l 。，o 间。，oc _ 加4 5 。根据本例电流相量的正方 向定向，发电机外部短路时应有9 = o 。，现在讨论的这种内部相问短路的相位关系十分接近外部短路 的相位特征，这将严重影响保护灵敏度，因为这时保护的动作只能依靠两侧电流1 1 和1 2 在大小上的差 别了。 2 3 标积式纵差保护原理及运用 2 3 1 标积式纵差保护原理 针对比率制动保护提出的问题，标积式差动作为发电机、变压器和大型电动机等内部故障主保护， 可以满足： 采用p 级互感器，但不担心在外部短路电流很大且有非周期分量的暂态过程中发生误动【1 1 】 内部短路时有流出电流，但仍有较高的灵敏度。 ( 1 ) 标积制动原理定义： ，= 一 厶：丁厢 【o ，。：i ( 2 - 5 ) i 踟。0 9 0 。 9 0 。 o 2 7 0 。 式中：i d 为差动电流；i h 为制动电流； 9 为1 1 、1 2 之间相位差，o = 么( i l ，1 2 ) 。 当- 9 0 。o 9 0 。，即c o 0 时，i h o ，有制动作用，这是外部短路的一般特征1 2 1 。 当9 0 。 oq 7 0 。，即i h = o 时，所以不再有制动作用，这是内部短路的一般特征。 5 ( 2 石) 东南大学工程硕士学位论文 标积式制动差动保护的动作特性如图2 2 所示。 ( 2 ) 标积制动原理的比率制动式纵差保护 图2 2 与图2 1 对比，纵坐标ia 不变，但横坐标不是i 瞄而是i h ，图2 1 是i d l 嘲构成的比率制动 关系，图2 - 2 是i d i h 构成的比率制动关系。 s = s = o 2 5 。 ： b i n i d i n i o p o i n 图2 2 ：新型标积制动特性的整定 区内故障时，机端电流和中性点电流的夹角范围一般在【9 0 。，2 7 0 。】间，理想情况下夹角为1 8 0 。， 标积式差动反应出的量i h = o ，为i d 轴，斜率为正无穷大，差动保护可靠动作；如果此时发电机未接入 系统，即1 2 = o ，则反应到比率制动平面是斜率为2 的故障特性曲线，保护也能可靠动作，此时标积制 动原理计算出来的动作量和制动量在动作平面上是i d 轴。即使考虑到区内故障时相位若是2 7 0 。，那么 对于比率制动原理来说，故障点为k 寻2 的直线，对应于标积制动原理，相应的动作量不变，制动量变 为o ，故障点水平映射为l d 轴【j 。由此可见，标积制动原理将比率制动原理中的直线在内部故障的时候 向逆时针旋转了，即离开动作边界更远，所以保护在区内故障时将更灵敏。 区外故障时，理想情况下，比率制动原理对应与i h 正轴，标积制动原理也对应与i h 正轴，可见它 不影响区外故障的可靠性。 2 3 2 标积式纵差保护的整定 图2 1 与图2 2 的最小动作电流1 0 d o 整定原则完全一样，应按躲过正常发电机额定负载时的最大不 平衡电流整定。 图2 2 ( a ) 和( b ) 的最小制动电流i 。o 和i h o 均选取被保护主设备额定电流l 。的o 8 1 0 倍。折线 斜率对于发电机可取s = o 2 5 ，变压器可取s = 0 3 0 5 ，选择原则可参阅 b 时，i d ，即保护不动作【图2 - 2 ( a ) 】。 当i 胡户b ，但i l 几或1 2 i 。 1 5 i n ，纵差保护绝不动作；如果外部短路电流i k 更大，保护越不会误动，这就解除 了互感器饱和引起的误动问题。对于i k 1 5 i n 的外部短路情况，任何按技术要求正确选型的互感器，不 可能由于互感器严重饱和导致保护误动1 1 4 1 。 上述新动作判据是否在内部短路且一9 0 。 9 0 。，c o so 如，从而i h = o ，保护灵敏动作。但是也确有少数实例发现发电机或变压器中 性点附近少量匝数发生相间短路( 如前述三峡发电机相间短路) ，9 0 。 o 9 0 。，c o so o ，i h o 。 对三峡2 号机相间短路算例进行分析，这时虽然o 0 。，但只有1 1 。1 6 in ，与其对应的1 2 。o 5 4 9 i n ， 其余i l 。、k 、1 1 b 、1 2 b 均小于1 5 l 。，所以这次内部相问短路，纵差保护将按图2 2 ( b ) 动作，由于斜率s 6 第二章数字式纵差保护原理及运用分析 = o 2 5 ，动作灵敏度仍较高。 经过上述分析和实例验证，可见新璎标积式差动保护方案具有突出的优点：外部故障暂态过程中无 论p 级电流互感器是否饱和，保护决不误动。在内部故障时保护仍有较高的灵敏度。 2 4 一次误整定导致的纵差保护误跳闸 在现实运用中，保护原理和整定计算都是保护是否能正确动作的关键。误整定会导致任何原理的保 护误动作。 某水电厂l 号机的比率纵差保护误动作跳闸。l 号机的额定电流为3 5 8 6 a ，电流互感器变比n i = 5 0 0 0 5 。 经现场调查，该厂纵差保护动作电流未经过整定计算，随意定为i o p o = 0 5 a ，相当于0 1 3 9 l 。；制动 斜率亦随意取为k 瞄= 0 2 ；拐点电流i 瞄o = 1 i 。如图2 3 所示。从图中可知，动作电流、制动斜率和拐 点电流存在不合理现象。在区外故障时，不平衡电流落入特性曲线的阴影部分，就会出现误动作。因此， 当一号机进行并网操作时，由于机组之间角差偏大，出现较大负荷电流，使纵差保护误动作跳闸。 0i 峨o i 帕s 2 图2 3 ：差动保护整定不当，出现误动区的特性曲线图 采取对策： 调整差动保护定值： 1 0 p o = o 3 i n ；制动斜率k 嘲= 0 3 ；拐点电流i 娲o = 1 i n a 从此次事故中，得出经验教训：保护在投运前，必须进行严格的整定计算，按定值单整定定值。 2 5 南通电厂一期发电机差动保护的整定计算实例及运用中的几点分析 2 5 1 发电机参数 额定功率：p n - 3 7 9 1 m w 额定容量：s n _ “6 m 、r a 频率：5 0 h z 额定电压：u ，产之3 k v 额定电流：i n _ 1 1 1 9 6 a ) ( d 。= 0 1 6 ( 饱和值) ：) ( d = 0 2 0 ( 非饱和值) ； ) ( d = 0 2 15 ( 饱和值) ：x d = o 2 4 ( 非饱和值) ； x d = 2 16 ( 非饱和值) 。 发电机中性点t a 变比：1 5 0 0 0 ，5 发电机机端t a 变比：1 5 0 0 0 5 发电机出口三相短路系统侧电流：7 2 8 6 1 k a ( 根据发变组短路电流计算表) 发电机出口三相短路发电机电流：6 8 9 6 4 k a ( 根据发变组短路电流计算表) 7 东南大学工程硕士学位论文 2