（电气工程专业论文）大型发电机组微机型继电保护原理分析及配置.pdf

j 箩 蔷 t ；i i 独创性声明 | i | l i | i i l f f i f | ) i i j j j j j j 】j i 】j j i j i i j j j | i j j i 咖j y 18 9 4 5 9 4 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中己注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的作品成果，也不包含为获得江苏大学或其他教育机构 的学位或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已 在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：苗：因寂 c 沙c 年钥l1 日 学位论文版权使用授权书 江苏大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社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， 允许论文被查阅和借阅，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文编入中国 学位论文全文数据库并向社会提供查询，授权中国学术期刊( 光盘版) 电子杂 志社将本论文编入中国优秀博硕= e 学位论文全文数据库并向社会提供查询。 论文的公布( 包括刊登) 授权江苏大学研究生处办理。 本学位论文属于不保密口。 学位论文作者签名：撑褪 抄r f 年易月i 旧 江苏大学_ t - 程硕士学位论文 摘要 随着电网系统的不断扩大和装机容量的不断增多，对电力系统的稳定性的要 求也越来越高，作为电力系统最重要的设备，发电机和变压器的保护显得极其重 要。目前大型发电厂的发变组保护，较为普遍的主要有g e 公司的t 3 5 、t 6 0 变压 器和6 6 0 发电机保护，西门子7 u t ，7 u m 系列，a b br e 6 2 1 6 发变组保护，以及国 内南瑞9 8 5 保护和南自8 0 1 保护，但由于发变组保护原理较为复杂和整定设置较 为繁琐，各厂家保护原理的差异，保护装置元器件的不稳定严重影响了电网系统 的稳定运行。 本文主要针对主变差动、发电机失磁失步、正功率突降等保护，分析各主要 保护装置的原理及逻辑，依据运行机组实例进行整定计算，并对本人参与的发变 组改造项目进行了简要介绍。 本文主要的研究成果： 1 通过本文电厂的实际案例，对比g e 的t 3 5 变压器、g 6 0 发电机保护和南 瑞继保的r c s - 9 8 5 保护进行分析对比，对发变组几个重要保护的原理进 行了详细的分析。 2 结合运行机组的实际，对t 3 5 、g 6 0 微机保护的保护配置、整定计算和判 据进行了详细分析，对微机型继电保护装置的设置和保护范围及可靠性 有了更深刻得理解。 3 结合机组投产来的技改项目，对现有保护进行调整，将投运期间出现是 事故和排查初的各种隐患，并根据电力公司反措要求进行了系列的技 术改造，提高了设备的稳定性和灵敏性，满足没备安全稳定运行的要求。 关键词：发变组保护，差动保护，失磁失步保护，正功率突降，整定计算 江苏大学工程硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ec o n s t a n te x p a n s i o no ft h eg r i ds y s t e ma n di n s t a l l e dc a p a c i t y ，t h e i n c r e a s i n gi np o w e rs y s t e ms t a b i l i t yd e m a n di sh i g h e ra n dh i g h e r ，a st h em o s t i m p o r t a n tp o w e rs y s t e me q u i p m e n ta n dg e n e r a t o r sa n dt r a n s f o r m e r sp r o t e c t i o ns e e m s e x t r e m e l yi m p o r t a n t a tp r e s e n tg e n e r a t o r - t r a n s f o r m e rp r o t e c t i o nf o rt h el a r g ep o w e r s t a t i o n ，m a i n l yb yg e ，t h et 35t 6 0t r a n s f o r m e ra n dg 6 0g e n e r a t o rp r o t e c t i o n ， s i e m e n s7 u t ，7 u ms e r i e s ，a b br e g 216g e n e r a t o r t r a n s f o r m e rp r o t e c t i o n ，a sw e l la s t h ed o m e s t i cr c s 一9 8 5a n dd g t 8 0 1 b u td u et o g e n e r a t o r - t r a n s f o r m e rp r o t e c t i o n t h e o r yo fc o m p l e x i t ya n ds e t t i n gs e tc o m p l i c a t e d ，p r o t e c t i o nd e v i c eo fu n s t a b l e s e r i o u s l ya f f e c t e dt h es t a b l eo p e r a t i o no ft h eg r i ds y s t e m t h i sp a p e rm a i n l ya i m sa tt h em a i nt r a n s f o r m e rd i f f e r e n t i a lp r o t e c t i o n ，l o s so f e x c i t a t i o n ，o u t o f - s t e pp r o t e c t i o n ，p o s i t i v ep o w e rp l u n g e dp r o t e c t i o n ，t h em a i n p r o t e c t i o nd e v i c ea n a l y s i s ，a c c o r d i n gt ot h ep r i n c i p l eo fr u n n i n gu n i ta n dl o g i cs e t t i n g c a l c u l a t i o n e x a m p l e s ， a n d b r i e f l y i n t r o d u c e dt h er e f o r m p r o j e c t o f g e n e r a t o r t r a n s f o r m e rp r o t e c t i o nw h i c h1w a sp a r t i c i p a t e di n t h i sp a p e rm a i n l yr e s e a r c hr e s u l t s ： 1 t h ea c t u a lc a s e s ，b yo u rf a c t o r yt 3 5t r a n s f o r m e r , c o m p a r e dt h eg eg 6 0 g e n e r a t o rp r o t e c t i o na n dn a r i r e l a y sr c s - - 9 8 5p r o t e c t i o no fc o m p a r a t i v ea n a l y s i so f h a i rb e c o m eg r o u p ，t h ep r i n c i p l eo fs e v e r a li m p o r t a n tp r o t e c t i o nw e r ea n a l y z e di n d e t a i l 2 c o m b i n i n gt h ea c t u a lo p e r a t i n gs e t so fg eg 6 0m i c r o c o m p u t e rp r o t e c t i o nt 3 5 ， p r o t e c t i o nc o n f i g u r a t i o na n ds e t t i n gc a l c u l a t i o na n dc r i t e r i o na r ea n a l y z e d ，a n dt h e t y p e o fm i c r o c o m p u t e rr e l a yp r o t e c t i o nd e v i c e s e t t i n g sa n dp r o t e c tr a n g ea n d r e l i a b i l i t yh a v eam o r ep r o f o u n du n d e r s t a n d i n g 3 c o m b i n e dw i t ht h et e c h n i c a li m p r o v e m e n tp r o j e c to ft h eu n i to p e r a t i n gt o a d j u s tt oe x i s t i n gp r o t e c t i o n ，s u b s t a t i o n ，w i l la p p e a rr e g u l a r l yd u r i n gt h ea c c i d e n t sa n d a l lh i d d e nt r o u b l ea tt h eb e g i n n i n g ，a n d a c c o r d i n gt o t h ep o w e rc o m p a n yr e v e r s e r e q u i r e m e n t sc o n d u c t e das e r i e so ft e c h n i c a lt r a n s f o r m a t i o n ，i m p r o v et h es t a b i l i t yo f t h ee q u i p m e n t ，m e e ta n ds e n s i t i v i t yo ft h es a f ea n ds t a b l eo p e r a t i o no fe q u i p m e n t r e q u i r e m e n t s k e y w o r d s ：g e n e r a t o r - t r a n s f o r m e rp r o t e c t i o n ，d i f f e r e n t i a lp r o t e c t i o n ，l o s so fe x c i t a t i o n o u t - o f - s t e pp r o t e c t i o n ，p o s i t i v ep o w e rp l u n g e dp 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 l i 江苏大学工程硕士学位论文 目录 目录i l l 第一章绪论l 1 1 课题的目的及意义1 1 2 本文研究的内容2 第二章变压器差动保护3 2 1 变压器故障及不正常状态。3 2 2 变压器差动保护简介3 2 3 比率制动式纵羞保护的基本概念和原理3 2 4 变压器筹动保护的现状及分析4 2 4 1 可能造成差动保护误动作的因素。4 2 4 2 励磁涌流及其制动措施4 2 5t 3 5 变压器差动保护原理5 2 6 自适应睹波制动特性。7 2 7 南瑞r c s 一9 8 5 差动保护原理1 0 2 7 1r c s 9 8 5 比率差动动作特性1 0 2 7 2r c s 9 8 5 励磁涌流闭锁原理1l 2 8 变压器差动保护典型整定设置l l 第三章发电机失磁保护17 3 1 火磁的危害1 7 3 2 失磁保护基本概念和原理1 7 3 2 1 失磁过程及分析1 7 3 2 2 失磁阻抗圆l9 3 3g 6 0 火磁保护原理2 2 3 4 南瑞9 8 5 发变组保护火磁原理2 4 3 4 1 失磁保护原理2 4 3 4 2 失磁保护出口逻辑2 6 3 5 发电机失磁保护典型整定设置2 7 第四章：发电机失步保护3 2 i l l 江苏大学工程硕士学位论文 4 1 失步保护的必要性：3 2 4 2 失步保护的基本原理3 2 4 3g 6 0 失步保护原理3 4 4 4 南瑞9 8 5 发变组失步保护原理3 5 4 5g 6 0 发变组整定计算一3 6 第五章：主变正功率突降保护4 2 5 1 止功率突降保护的意义4 2 5 2t 3 5 正功率突降保护动作条件【2 0 】一4 2 5 2 1 起动部分4 2 5 2 2 判据部分4 3 5 2 3 闭锁部分4 3 5 2 4 保护逻辑4 4 5 3t 3 5 正功率突降保护整定计算4 5 第人章发变组的配置应用评估5 6 6 1 失步保护5 6 6 1 1 失步保护配置现状。5 6 6 1 2 失步保护配置要求及评估5 6 6 2 失磁保护的配置及评估- 5 8 6 3 主变差动保护的配置及评估5 8 6 4 发变组保护的选型建议5 9 6 5 某电厂的发变组保护典型配置5 9 第七章发变组保护相关的改造6 1 7 1 正功率突降保护6l 7 2 发电机转子接地保护6 l 7 3 大功率继电器改造6 2 7 4 变压器冷却风扇启动通风的改造6 2 第八章结论6 4 参考文献6 5 致 谢6 7 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文6 8 l v 江苏大学工程硕士学位论文 1 1 课题的目的及意义 第一章绪论 发电机及主变压器等一次主设备尤其是大机组造价昂贵，作为电厂的主设备 更是电力系统最重要的设备，发生故障将造成巨大损失。同时大机组单机容量大， 故障跳闸会对系统产生严重的影响，它的安全运行与否直接关系到电网的可靠 性，因此对发变组的继电保护要求具有极高的可靠性，配置保护时着眼点不仅限 于机组本身，而且要从保障整个系统安全运行综合来考虑，尽可能避免不必要的 突然停机。随着电网容量和发电企业装机容量的增加，大型发变组的应用也更加 普遍，每台机组对地区负荷的影响也越发明显，本文电厂( 张家港沙洲电力有限 公司) 2 0 1 0 年5 月# 2 机高厂变差动误动导致本市及相邻县市近千家企事业拉闸 限电，这就要求发变组保护不仅能快速准确切除故障，更要稳定可靠运行。 随着近年来发变组保护微机化的不断发展，相对集成电路和晶体管保护减 少了硬件设备，提高了稳定性，也使过去难以实现的保护原理通过软件设置很容 易实现，从而大大降低了维护量。但微机保护同时也带来了一些问题，如运行、 继保人员误整定误操作，保护配置方式不合理，励磁涌流，采样信号干扰波动， 电源老化，元器件运行不稳定，保护原理的合理性等等。这些不稳定因素决定了 我国目前的发变组继电保护动作情况不容乐观。本文电厂两台6 0 0 m w 超临界机组 使用美国g e 公司的发变组保护，自2 0 0 6 年3 月投产以来，两套发变组及起备变 保护就一共发生了4 次误动，1 次超延时动作，6 次误发告警，情况不容乐观。 为了提高发变组保护的正确动作率和灵敏度，提高运行稳定性，对那些已投 运多年的发变组保护进行改进改造是完全有必要的。大容量发变组的配置原则应 该以能可靠地检测出发电机可能发生的故障及不正常运行状态为前提，同时，在 继电保护装置部分退出运行时，应不影响机组的安全运行。在对故障进行处理时， 应保证满足机组和系统两方面的要求，对主保护应实现双重化。 江苏大学工程硕士学位论文 1 2 本文研究的内容 本文主要针对现在市面主流的发变组保护原理和设备进行分析，参考继电 保护和安全自动装置技术规程d l 4 0 0 - 9 1 及相关反措要求，结合在电厂二次部 门工作的多年经验，研究发变组的改造和改进工程。 研究内容主要包括： 1 结合国内主流发变组保护原理和本文电厂采用的g e 系列发变组保护进行 比较，就发变组差动保护，发电机失磁，发电机失步，正功率突降保护 进行重点分析讨论。 2 完善微机的双重化配置，提高保护的可靠性，加强主保护( 双重化配置) ， 简化后备保护。继电保护双重化配置的原则是：两套独立的t a 、t v 检测 元件，两套独立的保护装置，两套独立的断路器跳闸机构，两套独立的 控制电缆，两套独立的蓄电池供电。 3 对发变组保护进行改造技术方案的研究，主要是技术方案中保护跳闸出 口方式，开入量监视，开入继电器防止抖动及干扰，热控信号的采集方 式，保护逻辑图分析以及发变组保护定值的管理。 2 江苏大学工程硕士学位论文 第二章变压器差动保护 2 1 变压器故障及不正常状态 电力变压器的故障主要分为油箱内部故障和油箱外部故障两种。油箱内部故 障主要有：各相绕组之间的相问短路，单相绕组部分线匝之间的匝间短路， 单相绕组或引出线通过外壳发生的单相接地故障。油箱外部故障主要有：引出线 的相问短路，绝缘套管闪烁或破坏引出线通过外壳发生的单相接地短路。 变压器的不正常状态主要有：外部发生短路或过负荷( 表现为过电流) ，油 箱漏油造成油面降低，油温过高，油压过大，冷却通风系统故障，变压器中性点 接地，外加电压过高或频率降低( 表现为过励磁) 等。 2 2 变压器差动保护简介 差动保护是利用基尔霍夫电流定理，当变压器正常运行或区外故障时，可将 其视作理想变压器，故流入变压器的电流和流出电流( 通过变压器及c t 变比折 算后) 相等，差动继电器不会动作【钒。而变压器发生内部故障时，各侧均向故障 点提供短路电流，差动保护检测到的二次电流和的正比于故障点电流，差动继电 器动作。 2 3 比率制动式纵差保护的基本概念和原理 无比率制动的纵差保护为了防止外部故障时误动，保护定值要躲过外部故障 时的最大不平衡电流，其值较大，因而灵敏度低，机内某些故障( 如经过渡电阻 短路) 时将会拒动。 比率制动的纵差保护动作电流是随着外部故障的增大而变化的，差动电流定 值随着制动电流的增大而相应提高的，相对无比率制动纵差，它有动作可靠、较 高的灵敏度、n # l - 故障不误动的特点【2 】，现在的变压器保护已普遍使用这种方式。 3 江苏大学工程硕士学位论文 2 4 变压器差动保护的现状及分析 2 4 1 可能造成差动保护误动作的因素 造成变压器差动保护误动的主要因素有 1 变压器的变比和电流互感器变比的匹配、两侧互感器之间容量、饱和特 性差异【1 3 】，会使差动回路才是不平衡电流。 2 投入空载变压器出现的暂态励磁电流，其幅值较大，可达额定电流的1 0 倍，与短路电流相当。 3 并联或串联的多台变压器，其中一台在空载投入时产生的励磁涌流【2 甜， 会在相邻变压器中产生和应作用【1 4 j ，产生和应涌流引起变压器差动保护 误动作。 2 4 2 励磁涌流及其制动措施 变压器差动保护需要在内部故障可靠动作的情况下，而又能躲过励磁涌流。 分析励磁涌流，可得到以下特点： l - 主要是以偶次谐波出现的高次谐波，并以二次谐波为主。 2 包含较多成分的非周期分量。 3 励磁涌流的波形有问断角【2 7 1 。 通常利用二次谐波制动来防止差动保护误动1 5 j ，即二次谐波和基波的比值， 一般制动比取2 0 ，使其可靠躲过励磁涌流的影响【1 5 】。 一 、 二 l“一。，一：_ kp r 。， 图2 1 二次谐波比 4 江苏大学工程硕士学位论文 2 5t 3 5 变压器差动保护原理 本文电厂的主变、高厂变及励磁变都采用了美国g e 公司的t 3 5 变压器保护， 本文的变压器保护主要针对t 3 5 变压器保护进行分析。t 3 5 和其它微机保护一样， 通过输入变压器参数接线组别，装置自动组态，只需要在相应模拟量入口接入相 应电流即可。 t 3 5 的差动保护由二次谐波比率制动和差动速断两部分构成。 二次谐波比率制动由比率制动和谐波制动组成1 2 l 】，谐波制动包含二次谐波和 五次谐波制动两部分，二次谐波制动主要防止在励磁涌流是发生误动【2 钉，五次 谐波制动主要防止在过激磁情况下误动，当高次谐波高于制动比时，保护装置闭 锁差动元件。 图2 2 变压器比率差动逻辑框图 为了防止严重故障时快速切除故障，设置了不经闭锁的差速断保护。其逻辑 框图如下： 5 江苏大学工程硕士学位论文 i a d i b d i c d 图2 3 变压器差动速断逻辑框图 差动电流i d 为经过装置补偿后的各分支电流的矢量和 7 1 ，其制动电流i r 为 经过装置补偿后的各分支的最大电流： l = l ? 。+ ，：+ + 厶i ( 2 1 ) ，= m a x 0 引，阱川) ( 2 2 ) t 3 5 的比率差动双斜率双拐点的配置。启动值和低斜率部分用于体现灵敏度 要求，在轻微故障时可靠动作；高斜率部分用于在区外严重故障时，大电流引起 互感器饱和时误动；两个拐点之问的部分为变换范围。其特性曲线如下图： 斜率2 一。 缸 图2 4t 3 5 变压器比率制动特性 6 江苏大学_ y - 程硕士学位论文 2 6 自适应谐波制动特性 当变压器的自身特性差异，导致励磁涌流和和应涌流【2 6 l 的二次谐波分量较 小，无法满足二次谐波制动的要求，如果定值设置不合理，会导致差动保护拒动 或误动，t 3 5 的自适应谐波制动可以解决此情况。 二次谐波的频率是基波的两倍，这样两个波形的相位差的不断变化的，如下 图： 毹玲 铆秽 2401-ll240 外圈：基波向量 。 内囤：二次谐被向量 图2 5 基波和二次谐波向量 基于此特点，t 3 5 同时检测二次谐波和基波的幅值和相角，通过计算辨别故 障为励磁、和应涌流或内部故障，涌流时能可靠性闭锁，内部故障时能可靠动作。 i 2 i 一- - 参2 鲁厶r g ( 功- 2 a r g ( i i ) 一 ( 2 3 ) 根据上式，可求出二次谐波电流相对于基波电流大小和相位的不断变化反映 在二谐波比在时空坐标中的图形如下： 图2 6 为变压器励磁涌流的3 d 图形，图2 7 为变压器内部故障电流的3 d 图 形。图中： o c c u r r e n c e 实际产生的二次谐波比数值 1 2 i1 ( i m a g i n a r y ) 二次谐波比虚轴 1 2 i1 ( r e a l ) 二次谐波比实轴 7 江苏大学工程硕士学位论文 4 0 3 d 8 婆2 0 0 0 o 巷，o o o o 尝 c 墨 君 。 图2 6 励磁涌流图 图2 7 内部故障图 这两幅图可以看出：励磁涌流时二次谐波和基波的比值较大，而内部故障时 较小；励磁涌流分布较广，而内部故障范围较小。据此特点，谐波比大于0 2 时，可靠闭锁；谐波比低于0 2 时，在9 0 。和2 7 0 。时有一定区域的制动区，在 制动区域内，根据谐波比的相角来决定延时，完成制动特性的动态化，如下图所 示，在谐波比 k b ( 常数) 木s + ( 差流瞬时值与其半周前的的瞬时值 之和的全周积分值) ( 2 6 ) s a ( 常数) 木i d ( 差流全周积分值) + o 1 i e( 2 7 ) 这两式成立，若以上两式不成了，则闭锁比率差动。 2 8 变压器差动保护典型整定设置 本节内容以本文电厂# 1 机组为实例，介绍下g e 公司t 3 5 变压器差动保护 的整定方法。 主变压器参数： 容量： 7 2 0 m v a 接 线：y n ，d l1 变 比：2 4 2 2 2 5 2 0 k v 电流：1 7 1 7 7 2 0 7 8 4 6 a 短路电压：1 7 9 6 高压侧t a ：2 5 0 0 5 中性点t a ： 6 0 0 5 间隙t a ：1 0 0 5 1 计算各侧电流平衡系数 ( 1 ) 计算各侧计算额定电流 江苏大学工程硕士学位论文 榧叭1 ：k 洲= 糍- 1 7 1 7 7 发电删( 2 ：= 裂- 2 0 7 8 4 6 高厂划( 3 伽：k = 裂2 0 7 8 4 6 ( 2 ) 计算各绕组t a 袷发 ，饥g 扯需“4 5 5 2 妣聊鹕凇= 黑乩2 0 3 3 妣聊a r g i n 3 = 丽5 0 蕊0 0 = o 2 4 1 ( 3 ) 计算各侧电流子衡系数( 补偿因子 取发电机侧为基本侧，故各侧补偿因子为： 1 徘m ( 1 ) = 丽1 4 5 5 = 1 2 1 2 侧：m ( 2 ) = 1 3 绯肘( 3 ) = 丽0 2 4 1 = o 2 0 ( 4 ) 阻抗标么值计算( s a = 1 0 0 m v a ) 发电机：弼= 2 1 5 5 丽1 而0 0 = o 3 2 3 3 弼= 2 6 5 x 丽1 0 0 = 0 0 3 9 8 弼= 2 0 5 丽1 0 0 = o 0 3 0 8 五= 2 0 3 丽1 0 0 = o 。3 。5 主变压器：坼= 墨( o ) = 1 7 9 6 罢= o 0 2 4 9 2 拐点1 、拐点2 电流 ( 1 ) 拐点电流1 ( b r e a k l ) 在装置整定范围内，考虑第一拐点存在情况下尽可能取较小值1 1 7 】。如最小起 动电流取o 6 凡，斜率1 取o 4 ，则拐点1 电流最小值为而0 6 厶= 1 5 凡，于是 1 2 江苏大学工程硕士学位论文 b r e a k l 狮焉“2 4 7 p u 取1 5 p u ， 相当于一次电流为 1 5 2 5 0 0 0 - 3 7 5 0 0 a 二次电流为丽3 7 5 0 0 - 7 5 彳；是额定电流的淼乩8 倍 ( 2 ) 拐点电流2 ( b r e a k 2 ) 变压器高压侧出1 2 - - - 相短路叫8 j ，流过发电机的短路电流为： rp：占掣：l型：5182611 刖a = 一了7 一= 一= 萏 “ 肖：+ 坼3 2 0 0 0 3 0 8 + 0 0 2 4 94 3 2 0 是变压器低压侧额流的望塑：2 4 9 f 音装置最小整定为4 p u ，故取 2 0 7 4 8 6 。一。 。 b r e a k 2 = 4 p u ，相当于额定电流的专昌器詈= 4 8 1 倍 3 确定斜率2 ( s l o p e 2 ) 按外部最严重故障时不误动条件整定，即按躲过区外短路故障时最大不平衡 电流条件整定【1 8 1 。三相短路故障点设在高厂变高压侧保护区外。 ( 1 ) 计算制动电流 发电机供给的短路电流为 璎= 丽1 黜- 9 3 7 2 5 6 4 系统供给的短路电流为 壮币医翮1船 ：! 掣：8 6 4 2 9 7 a 一00249+001(00308+00249)了丽了= 装置在这种情况下取的制动电流为9 3 7 2 5 6 a ，但作为计算斜率2 ，为安全可 靠起见，取制动电流为8 6 4 2 9 7 a ，层删动电流器= 3 4 6 p u ，大于拐点2 的制动电流。 ( 2 ) 计算最大不平衡电流 k 一( 一次值) = ( k 如+ a u + a m ) i ( r 蓍+ 觑瑶 = ( 2 5 1 0 1 + 0 0 5 + 0 0 1 ) x8 6 4 2 9 7 + 0 0 1 9 3 2 7 5 6 = 2 7 7 3 0 5 a 江苏大学工程硕士学位论文 ( 3 ) 确定斜率2 ( s l o p e 2 ) s l o p e 2 ：b 丘学 lx s 一5兰zz!q：兰：048取0501 = = q 舀h 父 8 6 4 2 9 7 。 4 确定斜率1 ( s l o p e l ) 按躲过外部短路故障切除时及远距离短路故障时不误动条件整定【19 1 。 s l o p e l = k ( 如k 如+ a u + a m ) = 1 3 ( 2 0 l o 1 + o 0 5 + o 0 1 ) = 0 3 4 取o 4 0 5 确定最小动作电流( p i c k u p ) 由于拐点1 电流大于额定电流，故最小动作电流按躲过外部短路故障切除时 不误动条件整定【2 4 1 。即 肌x 卯b ( k k k ，+ a u + a m ) l = 1 5 ( 2 x1 o 1 + o 0 5 + o 0 1 ) g = 0 3 4 1 取o 6 01 ，臣 jp i c k u p = 0 6 丽x2 0 7 8 4 6 = 0 4 9 9 p u 6 差动元件灵敏度计算 按系统断开变压器高压侧区内两相短路计算。 ( 1 ) 流入差动回路电流 犯反面丽b 丽黜 = 压一1 黜 = 4 5 0 0 4 5 a 即：4 5 0 0 4 5 ：1 8 p u “ 2 5 0 0 0 ( 2 ) 继电器动作电流 制动电流为1 8 p u i 5 p u ，查得继电器动作电流为0 7 3 p u ( 3 ) 灵敏系数 k = 榜= 2 4 6 2 说明：当发电机接入系统时，主变高、低压侧保护区内发生短路故 障时，因此时制动电流均大于第2 拐点电流，故灵敏系数为 】o 5 = 2 1 4 江苏大学工程硕士学位论文 7 二次谐波制动比( i n r u s hi n h i b i tl e v e l ) 取i n r u s hi n h i b i tl e v e l = 1 5 9 6 因主变压器不会空载合闸，故采用每相制动方式。 8 过励磁制动比( o v e r e x i t a t i o ni n h i b i tl e v e l ) 取o v e r e x i t a t i o ni n h i b i tl e v e l = 3 0 9 差动电流速断 保护元件：i n s t a n t a n e o u sd i f f e r e n t i a l ( 1 ) 差动电流速断定值 取4 倍额定电流值，即动作电流为 io 尹4 x 2 0 7 8 4 6 = 8 3 1 3 8 4 a p i c k u p ：! ! ! ! 坠：3 3 2 6 p u 2 5 0 0 0 。 ( 2 ) 灵敏度计算 单机运行，系统处最小方式时，主变高压侧保护区内两相短路电流 为： 以：，：拿 么00171(00308+00249)x k = 器以3 坨 1 0 定值清单 p e r c e n td i f f e r e n t ( 差动保护) p e r c e n td i f f e r e n t i a lf u n c t i o n ： p e r c e n td i f f e r e n t i a lp i c k u p ： p e r c e n td i f f e r e n t i a ls l o p e1 ： p e r c e n td i f f e r e n t i a lb r e a k1 ： p e r c e n td i f f e r e n t i a lb r e a k2 ： p e r c e n td i f f e r e n t i a ls l o p e2 ： i n r u s hi n h i b i tf u n c t i o n ： i n r u s hi n h i b i tm o d e ： 1 5 些：1 9 1 0 8 2 1 a ；= = 一一 3 2 0 e n a b l e d 0 4 9 9p u 0 4 0 1 5p u 4p u o 5 0 a d a p t 2 n d p e rp h a s e 江苏大学工程硕士学位论文 i n r u s i li n h i b i tl e v e l ： o v e r e x c i t i o ni n h i b i tf u n c t i o n ： o v e r e x c i t i o ni n h i b i tl e v e l ： p e r c e n td if fb l o c k ： 1 5 f o 5 t h 3 0 f o o f f p e r c e n td i f f e r e n t i a lt a r g e t ：l a t c h e d p e r c e n td i f f e r e n t i a le v e n t s ： e n a b l e d i n s t a n t a n e o u sd if f e r e n t i a l ( 差动电流速断) i n s td i f f e r e n t i a lf u n c t i o n ：e n a b le d i n s to if f e r e n t i a lp i c k u p ： i n s td i f fb l o c k ： i n s td i f f e r e n t i a lt a r g e t ： i n s td if f e r e n t i a le v e n t s ： 1 6 3 3 2 6 p u o f f l a t c h e d e n a b l e d 江苏大学5 - 程硕士学位论文 3 1 失磁的危害 第三章发电机失磁保护 发电机的失磁和低励是常见的故障，主要是由于励磁系统故障或人为操作失 误引起的。失磁的发电机将会逐步过渡到异步状态，使转子和定子磁场之间出现 速度差，则转子回路中感应出转差频率电流，引起转子局部过热【3 1 。失磁后，原 本向系统输出无功的发电机改为从系统中吸收无功功率，造成发电机出口电压下 降，定子电流增加，同时系统中其余发电机可能因为其提供无功而导致过流。 更严重的是当一台大型发电机失磁后，其引起的系统电压下降和发电机自身 有功功率的摆动，有可能导致系统相邻发电机与系统失步并产生振荡【6 】，严重威 胁电网安全。 3 2 失磁保护基本概念和原理 3 2 1 失磁过程及分析 p t o 弋 厂 黛 a b c , 么 多 多 c ! 。 一一 一， _ r 6 】 6 2 6 3 9 0 。 、7 6 、一 一失磁到一 r e 矗幸b 4 ：；2一鹣常竖垮- 1 z 云 1 - 7 图3 1 失磁过程发电机功角特性 如上图所示，励磁绕组短接引起完全失磁，发电机有功功率特性变化可分为 三个阶段： 江苏大学工程硕士学位论文 1 失磁到临界失步阶段( 6 62 63 ) ，使发电机输出有功功率基本保持 不变。所以这个阶段称为“等有功过程”。 此过程一直持续到临界失步点c ，这时6 = 9 0 。这一阶段所经历的时间与 励磁电流，亦即电势e 的衰减时间常数成正比，这表明该时间随失磁故障方式不 同而不同；同时发电机正常运行时静稳储备系数越大，此时间越长，即失磁前发 电机所带负荷越轻，该时间越长。这期间，因滑差s 很小，异步功率极小，可忽 略不计。 2 不稳定运行阶段 6 9 0 。之后，机械功率p t 无法与同步功率p 相平衡，而是随着e 的衰减及 6 的增大，p t 与p 的差值越来越大，于是转子加速，滑差s 不断增大，异步功率 ( 转矩) p y p 也随之增大。特别是当6 1 8 0 。后，随着励磁电流及p 完全衰减， p y p 及s 增大更多更快。另一方面，调速系统开始反应，作用于减少机械输入功 率p t 。这一阶段p 、p y p 、s 及p t 都是变化的，属于不稳定异步运行阶段。 3 稳定异步运行阶段 当滑差s 达到一定数值，使p y p 达到能与减少了的p t 相平衡，即达到了图 中的d 点，转子停止加速，s 不再增大，发电机便转入稳定异步运行阶段。注意 这里所谈的“稳定”，是指s 的平均值，实际上由于异步功率中有交流分量，因 此s 瞬时值是在不断变动的。 以上分析是就完全失磁而言的，当发电机部分失磁时，励磁电流并不会衰减 至零，即尚有剩余的同步功率，若此时已因部分失磁而转入异步运行，由于同步 功率是以转差频率而交变的分量，加剧了有功功率的摆动，对发电机非常不利。 4 其它基本电量的变化 从发电机失磁到临界失步阶段，虽然有功功率基本不变，而无功功率则发生 很大变化，由送出无功迅速改变为从系统吸收无功。 失磁发生后，发电机内电势e 不断减小，定子电流j 则先短时略为减小，在 1 8 江苏大学工程硕士学位论文 ，超前于机端电压口。后则一直维持不断增大趋势。 进入异步运行之后，滑差s 逐渐增大，异步功率逐渐增强，失磁前发电机所 带有功负荷越大，失磁后稳态异步运行时的s 越大，异步无功功率也就越大。这 时无功功率中含有2 s 交变分量，也会发生摆动，但其摆动程度远小于有功功率 的摆动。失磁异步运行后，伴随着吸收无功的增大，定子电流也逐渐增加，在达 到稳态异步运行时才稳定。这时定子电压是因含有标么值为1 及( 1 + 2 s ) 频率分 量，亦呈现2 s 频率的摆动。由于失磁发电机吸收无功功率，同时定子电压增大， 此时发电机端电压将要显著降低，同时主变压器高压母线电压也要降低，严重时 会威胁系统和厂用电的安全运行。 鬻缓鬣鬻瞩缵缀缓器鬻臻缓缀雾黧影攀绷辑翟獬澎多潢露鬻纛貉缀雾雾赣囊 。移 ，? ，_ ，j - ，i ：”? ，”争，r ”，：。r ，| _ t ，+ ，j ，自4 t - 。专“，_ * 。? ”：。，。l 黧 丽獗琢意历瑟麓强蕊露黪万玄商戮麓蓊荔萨万翟巫杰两觋甄落霹寥雾巧翥矿丽瑟蠢 拗f 广1 可1 可r r 1 移隧鬻瓣枣辫罐嬲漱黔懒嗽嗍婶孵潲审燃卡 磊孕：墨：丝：量辫：丝丝丝筚翌耋鍪鍪i ：鞲丝逖墨辫：芝