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200MW发变组保护的配置与整定
张静
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华北电力大学科技学院毕业设计(论文)任务书所在系别 电力系 专业班号 电气07k7 学生姓名 张 静 指导教师签名 审批人签字 毕业设计(论文)题目 200MW发变组保护的配置与整定 2011年 2 月 21 日一、毕业设计(论文)主要内容1 查阅相关文献，了解国内外发变组保护的研究和发展现状，撰写文献综述，完成开题报告；2 学习发变组保护的基本原理和继电保护及安全自动装置技术规程，根据给定200MW发变组参数，合理地制定出反应其各种故障的继电保护装置的配置方案；3 学习大型发电机变压器继电保护整定计算导则，对所配置的继电保护装置进行整定计算和校验；4 按“本科毕业设计（论文）规定、规范以及工作程序、要求”，完成毕业设计其他各环节；5 总结工作，撰写毕业设计（论文）。二、基本要求1 在教师指导下，独立完成上述各项工作内容，熟悉规程的有关条例与规定，学习和掌握大型发变组保护装置的配置原则及整定计算的基本方法，并培养独立分析问题和解决问题的能力；2 完成短路计算，并将计算结果列表；3 完成发变组保护方案的制定，定值计算及校验工作，并将计算结果列表；4 完成发变组保护装置的选型，并绘制保护配置图；5 毕业设计（论文）内容充实、条理清楚、符合规范。三、设计(论文)进度序号设计项目名称完成时间备注1查阅文献、撰写文献综述、完成开题报告2011.03.112学习保护原理及相关规程2011.04.01含两周生产实习3发变组保护方案的制定，学习大型发电机变压器继电保护整定计算导则2011.04.154进行定值计算及校验工作2011.05.27含两周金工实习5完成装置的选型工作2011.06.036完成论文的撰写2011.06.17设计(论文)预计完成时间：2011 年 6 月 17 日四、参考资料及文献1 高春如. 大型发电机组继电保护整定计算与运行技术. 中国电力出版社，2006.12 王维俭. 电气主设备继电保护原理与应用. 第二版. 北京：中国电力出版社，20023 王维俭. 发电机变压器继电保护整定算例. 北京：中国电力出版社，2000.74 崔家佩、孟庆炎等. 电力系统继电保护及安全自动装置的整定计算. 水利电力出版社，19935 大型发电机变压器继电保护整定计算导则. 中华人民共和国电力行业标准，1999五、附录200MW发变组电气主接线图及设备参数华 北 电 力 大 学 科 技 学 院毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告学生姓名： 张静 班级： 电气07K7 所在院系： 电力工程系 所在专业：电气工程及其自动化 设计（论文）题目： 200MW发变组保护的配置与整定 指导教师： 杨明玉 2011年 3 月 9 日毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告一、结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写不低于2000字的文献综述。（另附）二、本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：要研究或解决的问题：1、根据给定200MW发变组参数，合理地制定出反应其各种故障的继电保护装置的配置方案；2、对所配置的继电保护装置进行整定计算和校验。拟采用的研究手段：选用WFB-800微机发电机变压器组成套保护装置。WFB-800系列微机发-变组成套保护装置主要适用于电力系统主设备的保护。WFB-801装置集成了一台发电机的全部电气量保护，WFB-802装置集成了一台主变压器的全部电气量保护，WFB-803装置集成了一台高厂变和励磁变（励磁机）的全部电气量保护，WFB-804装置集成了一台主变压器及高厂变的全部非电量类保护。短路电流计算是继电保护整定计算的依据，短路计算拟采用标幺值进行计算三、指导教师意见：1 对“文献综述”的评语： 2对学生前期工作情况的评价（包括确定的研究方法、手段是否合理等方面）：指导教师： 年 月 日大型发变组继电保护的研究一、前言继电保护的任务是判断电力系统被保护的有关设备是否发生故障而决定是否发出跳闸命令，使发生故障的设备尽量以最快的迅速与电力系统隔离，使之尽可能的把事故范围缩小，最大限度地保证向电力用户安全、可靠、连续的供电1。继电保护的整定计算是继电保护运行技术的重要组成部分，也是继电保护装置在运行中保证其正确动作的重要环节，由于继电保护整定计算不当，造成继电保护据动或误动而导致电气事故扩大，其后果是非常严重的2。随着电力系统的快速发展，供电可靠性的要求不断的提高，电力系统对继电保护技术的要求也在不断提高3。大型变电设备是电力系统发生故障最多、后果最为严重的设备，而大型发电机、变压器的造价高昂，结构复杂，一旦发生故障遭到破坏，其检修难度大，检修时间长，要造成很大的经济损失4。针对大型变电设备的继电保护而言，在分析现有继电保护方案及其存在问题的基础上，应重点结合大型变电设备的特点分析探讨继电保护实施过程中的常见问题5。关于大型发电机组继电保护的研究概况文献综述包括三个部分：大型发电机组继电保护的现状及存在的问题；探讨问题的改进措施；继电保护的发展前景。二、关于大型发电机组继电保护的研究概况2.1大型发电机组的继电保护(1)现状及不足传统的发电机内部故障主保护方案常采用：传统纵差保护、传统横差保护、基波纵向零序电压保护、转子二次谐波电流保护、标积制动式纵差保护等。这些传统的保护方式在一定程度上起到了有选择性地将故障元件从电力系统中切除、减少对电力系统的损坏程度、恢复无故障部分的正常运行、反应电气元件异常运行工况的作用，但是由于诸多原因，在电力系统中始终存在发电机、变压器等设备的保护元件正确动作率普遍偏低许多都不到70%6。微机保护装置作为电力系统的二次设备，它担负着电力系统一次设备的安全保卫工作，它的可靠性定义是指该保护装置在规定的范围内发生了它应该动作的故障时，它不应该拒绝动作；而在任何其它保护不应该动作的情况下，它不应错误地动作，所以说可靠性包括可信赖性和安全性。目前对于大型发电、变电设备实施的继电保护，都是依靠微机保护装置来实现的7。(2)改进措施a.对300MW及以上的汽轮发电机，只要中性点引出方式在发电机制造时稍作改变就可使用高灵敏单元件横差保护，其功能超过纵差保护。b.采用更换互感器，减少电流互感器变比，提高三次谐波滤过比，通过常规发电机短路试验、实测横差保护不平衡基波和三次谐波电流来正确整定动作电流等措施，把传统横差保护改造成高灵敏横差保护8。c.不完全纵差保护是针对每相两并联分支的发电机提出的，采用比率制动式继电器，机端感器选变比为In/5A，分支互感器选变比为0.5In/5A，这种方式能反应发电机内部各种相间短路、匝间短路和分支绕组的开焊故障，这种保护方式对发电机引出线短路有保护作用。但应注意在每分支数很多(大于2)时，若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，因而在分支数较多时要慎用9。d.一般来说，当发电机变压器本身配置了双重主保护时，不需要再设置发电机、变压器自身的短路后备保护，这时可以在机端装设全阻抗或偏移阻抗保护，兼顾机端和高压母线相间短路故障，在升压变压器高压侧通常还装设零序电流、零序电压作为高压侧接地短路的后备保护10。2.2变压器的继电保护存在的问题对于大型变电设备，如变压器，在实际运行和使用中存在着一定的问题，具体分析如下：(1)对于部分中性点直接接地的系统，分级绝缘变压器的接地故障后备保护首先跳开中性点不接地的变压器，有可能造成全厂(站)所有变压器全部被切。(2)对于全绝缘变压器应由零序电流保护，首先切除中性点接地运行的变压器，再由零序电压保护来切除中性点不接地运行的变压器。如果在变压器高压侧发生的接地故障时，这样严重的故障将会产生很高的零序电压，而零序电压保护又有一定的动作时间，变压器中性点将在这个零序电压动作时间内承受内部过电压，有可能损坏变压器绝缘11。(3)变压器的和应涌流中可能含有的零序电流会导致零序电流保护的误动。2.3继电保护的发展前景继电保护技术的未来应是向计算机化、网络信息化、智能化、保护、控制、测量、数据通信一体化的方向发展。在实现继电保护的计算机化和网络化条件下，继电保护装置实际上就是高性能、多功能的计算机，是整个电力系统计算机网络上的一个智能终端12。它可以从网上获取电力系统运行和故障的任何信息，也可将自身所获得的被保护元件的任何信息传送给网络控制中心或任一终端。因此每个微机保护装置不但可以完成继电保护功能，而且在正常运行情况下还可以完成测量，控制，数据通信等功能，亦实现保护、控制、测量、数据通信一体化13。随着科学技术的不断进步。新型保护装置也会不断出现，保护装置也将更成熟，这将给继电保护工作者和电力系统安全运行带来更美好的前景。我国已成功研制了多套大机组微机保护装置，并先后投入试运行或正式运行。由于微机保护具有灵活、高性能、运行维护方便、可靠性好、硬件尺寸小、硬件负担轻等优点，可以预见未来继电保护发展的方向将是主保护采用微型处理机或小型计算机分散地装设在被保护元件处，后备保护采用系统控制中心计算机构成变电所中心计算机以实现集中化控制。相信大机组的微机保护将有广阔的发展前景，并将以其优越的性能在继电保护领域独领风骚14。三、结语大型发变电设备的继电保护不能简单等同于小型发电设备、变电设备的继电保护，更不能将应用于小型发变电设备的继电保护装置或方案直接套用在大型发变电设备上，需要根据具体的安装工况及变电设备自身参数选择、设计合适的继电保护方案或装置15。本论文主要是对大型发变电设备继电保护中的常见问题进行了简单的探讨，对于进一步提高大型发变电设备的继电保护装置及方案的研究和应用具有一定借鉴意义。四、参考文献1 马顺绪.浅谈电力系统继电保护技术的发展趋势J.科技经济市场，2010,(04):1-32 高春如.大型发电机组继电保护整定计算与运行技术.中国电力出版社,2006.1-913 车勇.电力系统继电保护技术研究.机电信息.2010.(18):2-44 王维俭.电气主设备继电保护原理与应用.第二版.北京：中国电力出版社，2002.1-225 Baotao Shan ; Dongmei Zhao ; Xu Zhang ; Fenghua Guan ; Zhe Liu ; Research on relay protection setting expert system for main equipment in power plant North China Electr. Power Univ., Beijing, China6 崔家佩，孟庆炎等.电力系统继电保护及安全自动装置的整定计算.水利电力出版社,1993.511-5737 许晓东，李海强.对大机组继电保护配置的几点认识J.黑龙江科技信息 2010,(20):2-48 Yu-Ping Lu ; Lai, L.L. ; Guo-Qing Tang Neural network based generator-transformer protection Dept. of Electr. Eng., Southeast Univ., Nanjing, China9 Shi;Liu Zhiqiang ; Pan Tingting;The research on a new fault wave recording device in generator-transformer units Inst. of Electr. Inf. & Eng., Northeastern Univ.,Shenyang,China10 王维俭.发电机变压器继电保护整定算例.北京：中国电力出版社,2000.7-40111 李苏.大型变电设备继电保护常见问题研究J.科技创新导报,2010,(08)12 廉政，杨建文，王刚.继电保护现状.黑龙江科技信息,2010,（23）:2-313 兰浩.探讨电力继电保护防护的重要性J.科技传播,2010,(03);1-514 Jian Wu;Xu Zhang;Design and Development of Relay Protection Setting Calculation Expert System in Power Plant Sch. of Electr. & Electron. Eng., North China Electr. Power Univ., Beijing, China15 So,C.W.;Li,K.K.;Intelligent method for protection coordination Hong Kong Polytech Univ.,China华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）I200MW 发变组保护的配置与整定摘要在电力系统运行中，为了能够从根本上保证供电的可靠性和系统的正常运行，就必须进行相应的继电保护。当电力系统发生故障或异常工况时，在可能实现的最短时间和最小区域内，自动将故障设备从系统中切除，或发出信号由值班人员消除异常工况根源以减轻或避免设备的损坏和对相邻地区供电的影响。大容量机组往往按发电机-变压器组单元接线与高压或超高压电网直接相连，在电力系统中占有十分重要的地位。由于它结构复杂、造价昂贵，一旦因故障而遭到破坏，在经济上必然会受到很大损失，因此在考虑大容量发电机-变压器组的继电保护整体配置时，应强调最大限度地保证机组安全和最大限度地缩小故障破坏范围，尽可能避免不必要的突然停机，对某些异常工况采用自动处理装置，特别要避免保护装置误动和拒动。所以不仅要求有可靠性高、灵敏性和选择性强、快速性好的保护继电器，还要求在继电保护的整体配置上尽量做到完善、合理，并力求避免繁琐、复杂。文章主要进行了 200MW 发电组保护的配置与整定计算，并完成了校验工作与装置的选型。关键词：继电保护；大容量机组；保护配置；整定计算华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）IITHE PROTECTION CONFIGURATION AND SETTING OF 200MW GENERATOR TRANSFORMER UNITAbstractIn power system operation, In order to ensure the fundamental reliability of power supply and the normal operation of the system, we must make the appropriate protection. When the power system failure or abnormal condition, In the shortest possible time and the smallest in the region, faulty equipment automatically removed from the system, or send a signal to the duty to eliminate root causes of abnormal working conditions, to reduce or avoid damage to the equipment and the power of the adjacent areas.A large capacity unit often in the form of transformer unit connected directly with high pressure or high pressure power wiring, it has a very important position in the power system. Because of its complex structure, expensive, once damaged by failures in the economy will inevitably be a great loss, therefore, considering the large capacity generator - transformer unit protection overall configuration, units should be stressed to ensure maximum safety and minimize the extent of damage failure, sudden as to avoid unnecessary downtime, to some abnormal conditions automatic processing device, in particular, to avoid malfunction protection and refused to move. So not only require high reliability, sensitivity and selectivity, fast and good protection relay, also called for protection as far as possible the overall configuration of sound, rational, and seeks to avoid the cumbersome and complex. The paper mainly for the 200MW generator transformer unit protection configuration and setting calculation and verification of work completed and device selection.Keywords: Relay; Large capacity unit; Protection Configuration; Setting calculation 华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）III目 录摘要.IAbstract.II1 绪论.11.1 研究背景及其意义.11.2 国内外研究动态.11.3 课题研究内容.22 发变组参数.32.1 发变组电气主接线图.32.2 发变组设备参数.42.3 保护用 TV、TA 变比.53 保护配置方案、装置选型及组屏方案.63.1 保护配置方案.63.2 保护装置的选型.63.3 组屏方案.64 短路电流的计算.84.1 基本参数计算.84.2 短路电流的计算.95 主保护的整定计算.115.1 发电机比率制动式差动保护.115.2 不完全纵差保护.125.3 标积制动式差动保护.135.4 发电机匝间保护.145.5 变压器（发-变组、高厂变）差动保护.165.6 变压器比率制动式零序差动保护.195.7 励磁机比率制动式差动保护.216 后备保护及异常运行保护的整定计算.236.1 定子接地保护.236.2 转子一点接地保护.246.3 转子一点接地加两点接地保护.246.4 低励、失磁保护.256.5 逆功率保护.266.6 复合电压启动（方向）过流保护.276.7 变压器零序过电压保护.30华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）IV6.8 变压器间隙零序过电流及零序过压保护.316.9 非全相、失灵保护.316.10 过负荷（有载调压闭锁、风冷启动）保护.326.11 低压（记忆）过流保护.336.12 负序反时限过流保护.336.13 负序过流保护.346.14 转子过负荷保护.346.15 发电机对称过负荷保护.356.16 过电压保护.366.17 低频累加保护.376.18 突加电压保护.386.19 起停机定子接地保护.386.20 TV 断线判别.397 非电量保护整定计算.407.1 发电机非电量保护.407.2 主变压器非电量保护.407.3 高压厂用变压器非电量保护.41结论.42参考文献.43致谢.44华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）11 绪论1.1 研究背景及其意义继电保护的任务是判断电力系统被保护的有关设备是否发生故障而决定是否发出跳闸命令，使发生故障的设备尽量以最快的迅速与电力系统隔离，使之尽可能的把事故范围缩小，最大限度地保证向电力用户安全、可靠、连续的供电1。随着电力系统的快速发展，供电可靠性的要求不断的提高，电力系统对继电保护技术的要求也在不断提高2。大容量机组往往按发电机-变压器组单元接线与高压或超高压电网直接相连，在电力系统中占有十分重要的地位。由于它结构复杂、造价昂贵，一旦因故障而遭到破坏，在经济上必然会受到很大损失3。因此在考虑大容量发电机-变压器组的继电保护整体配置时，应强调最大限度地保证机组安全和最大限度地缩小故障破坏范围，尽可能避免不必要的突然停机，对某些异常工况采用自动处理装置，特别要避免保护装置误动和拒动。所以不仅要求有可靠性高、灵敏性和选择性强、快速性好的保护继电器，还要求在继电保护的整体配置上尽量做到完善、合理，并力求避免繁琐、复杂4。1.2 国内外研究动态以往电力系统大型主设备(包括发电机、变压器、母线、高压并联电抗器等)继电保护与超高压线路继电保护相比，处于一种相对滞后的状态，主设备保护正确动作率一直较低，与线路保护相比有较大差距。近年来主设备保护的分析计算方法取得了很大进展，比如采用多回路分析法可以比较精确地计算发电机的内部故障，主设备内部故障保护的配置具备了理论基础。利用真实反应主设备内部各种故障及异常工况的动模系统和仿真系统检验主设备保护，极大地提高了新原理新技术的验证水平。随着基于新硬件平台的数字式主设备保护的推陈出新，实现了主设备保护双主双后的配置方案，保护的设计方案、配置原则趋于完善，同时，新原理和新技术的应用也大大提高了主设备保护的安全运行水平5。随着电力系统容量日益增大，范围越来越广，仅设置系统各元件的继电保护装置，远不能防止发生全电力系统长期大面积停电的严重事故。为此，必须从电力系统全局出发，进行电气设备继电保护的相关研究6。继电保护方式的发展经历了方向比较式、相位比较式、电流差动式等阶段，所使用的继电器从电磁式到模拟静止式，进而发展到数字静止式，随着数字技术的发展、微型计算机和微处理器的出现，为继电保护数字化开辟了广阔前景，出现了以微机和光传输技术为基础的全数字控制保护系统7。我国已成功研制了多套大机组微机保护装置，并先后投入试运行或正式运行。不少35kV 和 110kV 变电所采用了多种微机监控和保护装置。由于微机保护具有灵活、高性能、运行维护方便、可靠性好、硬件尺寸小、硬件负担轻等优点，可以预见未来继电保护发展的方向将是主保护采用微型处理机或小型计算机分散地装设在被保护元件处，后备保华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）2护采用系统控制中心计算机构成变电所中心计算机以实现集中化控制。相信大机组的微机保护将有广阔的发展前景，并将以其优越的性能在继电保护领域独领风骚8。1.3 课题研究内容通过学习发变组保护的基本原理和继电保护及安全自动装置技术规程，根据给定的200MW 发变组参数，合理地制定出反应其各种故障的继电保护装置的配置方案；并通过学习大型发电机变压器继电保护整定计算导则，对所配置的继电保护装置进行整定计算和校验。华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）32 发变组参数某电厂一台 200MW 汽轮发电机，通过 240MVA 的变压器接至 242KV 母线，并通过高压输电线路与系统连接；通过一台 31.5MVA 的高厂变对厂用系统供电。2.1 发变组电气主接线图242kV高厂变1#发电机1#主变6kVA段6kVB段 图 2-1 发变组电气主接线图华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）42.2 发变组设备参数表 2-1 发电机参数规格型号QFSN-200-2额定容量235MVA额定功率200MW功率因数0.85额定电压15.75kV空载励磁电压120V额定电流8625A空载励磁电流670A满载励磁电压445V定子转子满载励磁电流1765A暂态电抗dX（饱和值/非饱和值）0.236/0.2584次暂态电抗dX （饱和值/非饱和值）0.146/0.18同步电抗dX0.1945负序电抗2X0.173表 2-2 主变压器参数型号SFP7-240000/220容量240000kVA额定电压24252.5%/15.75kV额定电流572.6/8798A接线组别Yn,d11短路电压%dX13.1%表 2-3 高厂变参数型号SFFL-31500/15容量31500/20000（低压 1）-11500（低压 2）kVA额定电压15.75/6.3（低压 1）-6.3（低压 2）kV额定电流1155/1833（低压 1）-1504（低压 2）A接线组别D,d0-d0高压侧低压侧 1低压侧 2短路阻抗（已按 Sb=100MVA 进行折算）-0.1360.7080.708表 2-4 主励磁机参数型号JL-1150-4额定容量1150kVA额定电压415/240V额定电流1600A励磁电压48.9V励磁电流148.9A功率因数0.92频率100Hz表 2-5 系统参数运行方式大方式小方式X10.00970.0158X00.02090.0417基准值：Sb=100MW，Ub=242kV华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）52.3 保护用 TV、TA 变比(1) TA 变比1）发电机：15000/5。2）主变高压侧：1250/5。3）高厂变 20KV 侧：1000/5。4）高厂变 6.3KV 侧：3000/5。(2) TV 变比1）发电机出口：。200.1/332）主变压器：15000/5。3）高厂变 6.3KV 出口侧：。60.1/33华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）63 保护配置方案、装置选型及组屏方案3.1 保护配置方案(1) 主保护配置为：发电机比率制动式差动保护，不完全纵差保护，标积制动式差动保护，发电机匝间保护（高灵敏零序电流型横差保护） ，变压器（发-变组、高厂变）差动保护，变压器比率制动式零序差动保护，励磁机比率制动式差动保护。(2) 发电机后备保护和异常运行保护配置为：定子接地保护，转子一点接地保护，转子一点接地加两点接地保护，低励、失磁保护，逆功率保护，负序反时限过流保护，转子过负荷保护，发电机对称过负荷保护，低频累加保护，突加电压保护，启停机定子接地保护，TV 短线判别。(3) 变压器后备保护配置为：复合电压启动（方向）过流保护，变压器零序过电压保护，压器间隙零序过电流及零序过压保护，非全相保护，失灵启动，过负荷（有载调压闭锁、风冷启动）保护，低压（记忆）过流保护，负序过流保护，过电压保护。(4) 非电量保护：发电机内冷却水断水保护，主变压器瓦斯保护，主变压器压力释放阀保护，主变压器冷却器故障保护，主变压器辅助冷却器起动保护，主变压器绕组及上层油温高保护，高压厂用变压器瓦斯保护，高压厂用变压器压力释放阀保护，高压厂用变压器冷却器故障保护，高压厂用变压器油温高保护。3.2 保护装置的选型选用 WFB-800 微机发电机变压器组成套保护装置。WFB-800 系列微机发-变组成套保护装置主要适用于电力系统主设备的保护。WFB-801 装置集成了一台发电机的全部电气量保护，WFB-802 装置集成了一台主变压器的全部电气量保护，WFB-803 装置集成了一台高厂变和励磁变（励磁机）的全部电气量保护，WFB-804 装置集成了一台主变压器及高厂变的全部非电量类保护(具体配置见组屏方案)。可满足大型发-变组双套主保护、双套后备保护、非电量类保护完全独立的配置要求。同时，该系列保护也能直接与电厂综合自动化系统联接。3.3 组屏方案针对 100MW 以上机组双主双后配置的需要，800 系列发变组保护一般配置为三面屏，其中 A 屏为第一套电气量保护，B 屏为第二套电气量保护，C 屏为非电量保护及操作装置，根据需要，C 屏的操作装置可以取消。组屏方案见下图：华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）7华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）84 短路电流的计算为对机组全套保护进行整定计算及校验动作灵敏度系数，进行了短路故障时的短路电流计算9。242kV 母线、发电机端、高压厂用变压器低压侧取短路点，进行了有关故障时短路电流的计算。4.1 基本参数计算(1)基准值的选择基准容量：=100MVABS基准电压：=230kVBU基准电流：=/=100/(230)=251ABIBSBU3 (2)额定电流发电机 =8625A eFI主变压器 高压侧=527.6A 低压侧=8798A1eBI1eBI厂用变压器 高压侧=1155A 低压 1 =1833A 低压 2 =1054A1eBI1eBI1eBI(3)等值阻抗的计算（标幺值）发电机 =0.146 100/235=0.0621 =0.173 100/235=0.0736 1dX2dX主变压器 =(%/100) (/)=0.131 100/240=0.0546BXkUBSNS厂用变压器 =-0.36 =0.708 =0.7081X2X3X(4)绘制序网图系统220kv0.0097,0.01580.05460.0621(0.0736)-0.360.7080.708d1d2d3 图 4-1 正、负序等值阻抗图 0.05460.0209,0.0417图 4-2 零序等值阻抗图华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）94.2 短路电流的计算 分别设上图中，点短路，以点为例，计算过程如下： 1d2d3d1da 点发生三相短路故障1d 正序序网图 E1 Es0.06210.05460.0097(0.0158) 图 4-3 d1 点三相短路正序序网图 负序序网图 0.06210.05460.0097(0.0158) 图 4-4 d1 点三相短路负序序网图 零序序网图 0.0209 图 4-5 d1 点三相短路零序序网图 短路电流 故障点总电流 I=27.8889kA251(0.0546+0.0621.0）/ / 0 097 主变分支电流 I=2.1508kA2510.05460.0621b 点发生两相短路故障1d 复合序网图 X1Ia1Ia2ua1 Ua2E 图 4-6 d1 点两相短路复合序网图华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）10 短路电流 故障点总电流I=15.5346kA32510.0158/ /(0.05460.0621)0.0158/ /(0.05460.0736) 主变分支电流I=1.7752kA3251(0.05460.0621)(0.05460.0736) c 点发生单相接地短路故障1d 复合序网图 EX(1)X(2)X(0)Ia1Ia2Ia0Ua1 图 4-7 d1 点单相接地短路复合序网图 短路电流 故障点总电流I=14.5809kA3 2510.01390.0141 0.0417/ /0.0546 主变分支电流I=2.5242kA3 251(0.05460.0621)(0.05460.0736)0.0546表 4-1 短路电流计算结果汇总表各分支短路电流短路点号故障类型故障点总电流（kA）分支大小（kA）(3)K27.8889主变压器2.15082K（）15.5364主变压器1.7752d1(1)K14.5809主变压器2.5142(3)K116.6963发电机59.0241d22K（）92.0400发电机46.7845(3)K24.1405厂用变24.1405d32K（）20.7479厂用变20.7479华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）115 主保护的整定计算5.1 发电机比率制动式差动保护比率制动式差动保护是发电机内部相间短路故障的主保护。5.1.1 保护原理差动动作方程如下： (时) (5-1)opI.0opIresI.0resI+S() (时) (5-2)opI.0opIresI.0resIresI.0resI式中：为差动电流，为差动最小动作电流整定值，为制动电流，为最小制opI.0opIresI.0resI动电流整定值，S 为比率制动特性的斜率。各侧电流的方向都以指向发电机为正方向。差动电流： = opITNII制动电流： = resI2TNII式中：，分别为机端、中性点电流互感器()二次侧的电流。TINITA5.1.2 定值整定计算a.最小动作电流一般取发电机额定电流(In)的 0.10.3 倍；b.比例制动特性斜率一般可取 0.30.5；c.电流回路断线的整定：断线闭锁差动整定为“1”时，闭锁差动；TA断线闭锁差动整定为“0”时，不闭锁差动。TA1)最小动作电流的计算：按经验公式 =(0.10.3)=0.575A. mind opI.g nI86250.215000/52)最小制动电流的计算：=(0.81)=0.8=2.3A. minresI.g nI862515000/53)制动系数斜率的计算：=0.30.5，取 0.4resK4)灵敏系数计算： 发电机在未并入系统时出口两相短路时 TA 的二次电流为： A(2).min313.420.16772kdIX 此时区内短路时差动保护动作电流为(2). min. min.min(0.5)d opresresd opkIKIII =3.6885A0.4(0.5 20.16772.3)0.575 差动保护灵敏系数为：(2).min.20.16775.4823.6885ksend opIKI华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）125)TA 断线闭锁整定计算在大型发电机变压器组的 TA 二次回路断线时，可能产生严重的过电压，这将导致二次回路及其设备严重损坏，所以 TA 断线时不闭锁差动保护。6)差动速断动作电流的计算 10.0625A.8625(3 4)3.515000/5d op qug nII 差动速断保护灵敏系数为 .(2).min20.16772.004210.0625d opksenIKI定值清单见下表表 5-1 发电机比率制动式差动保护定值清单定值名称整定范围备注最小动作电流0.575A.0opI最小制动电流2.3A.0resI最小特性斜率0.4差动速断动作电流10.0625A断线闭锁差动TA01：闭锁 0：不闭锁5.2 不完全纵差保护5.2.1 保护原理 差动动作方程如下： (时) (5-3)opI.0opIresI.0resI+S() (时) (5-4)opI.0opIresI.0resIresI.0resI式中：为差动电流，为差动最小动作电流整定值，为制动电流，为最小制opI.0opIresI.0resI动电流整定值，S 为比率制动特性的斜率。各侧电流的方向都以指向发电机为正方向。差动电流：=opITFZNIKI制动电流：=resI2TFZNIKI式中：，分别为机端，中性点电流，为分支平衡系数。TINIFZK5.2.2 定值整定计算a 最小动作电流一般取：发电机差动保护为(0.10.3)In；b.比例制动特性斜率一般可取 0.30.5；c.分支平衡系数的整定：根据实际分支接线整定；d.电流回路断线的整定：断线闭锁差动整定为“1”时，闭锁差动；TA断线闭锁差动整定为“0”时，不闭锁差动。TA华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）13=(0.10.3)=0.575A. mind opI.g nI86250.215000/5=(0.81)=0.8=2.3A. minresI.g nI862515000/5=0.30.5，取 0.4resK分支平衡系数=0.55，取=2FZKFZK定值清单见下表表 5-2 发电机不完全差动保护定值清单定值名称整定范围备注最小动作电流0.575A.0opI最小制动电流2.3A.0resI制动特性斜率0.4分支平衡系数2FZK断线闭锁差动TA01：闭锁 0：不闭锁5.3 标积制动式差动保护5.3.1 保护原理规定、相量以流入被保护设备为正方向，定义：1I2I差动电流：= opI12II制动电流：=resI12cosII式中 、-之间相位差；1I2I机端电流；1I中性点电流；2I当时，cos0，0，有制动作用，这是外部短路的一般特征。90。90。resI当时，cos0，呈虚数，令=0，所以不再有制动作用，这是内部90。270。resIresI短路的一般特征。保护动作判据为：a.当、或、或时) (5-6)opI.0opIresI.0resIresI.0resI其中：为差动最小动作电流整定值，为最小制动电流整定值，S 为比率制动.0opI.0resI特性的斜率，为闭锁电流。bsIb.当、都成立时，保护被闭锁，即保护不动作。resIbsI1IbsI2IbsIc.值的选取应通过发电机内部故障仿真计算，选取合适的值，以防止内部故障而具bsI有外部故障相位特征时保护拒动作。标积制动式差动保护的动作特性图见图 5-1：华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）14图 5-1 动作特性图5.3.2 定值整定计算a.最小动作电流一般取(0.10.3)In；b.最小制动电流(拐点电流)一般取发电机额定电流(In)的 0.81.0 倍；c.比例制动特性斜率一般可取 0.30.5；d.闭锁电流应经短路分析获得，一般可取 1.5In-2.0In；e.电流回路断线的整定：断线闭锁差动整定为“1”时，闭锁差动；TA断线闭锁差动整定为“0”时，不闭锁差动。TA=(0.10.3)=0.575A. mind opI.g nI86250.215000/5=(0.81)=0.8=2.3A. minresI.g nI862515000/5=0.30.5，取 0.4resK闭锁电流 I=(1.52.0)=5.0A.g nI定值清单见下表表 5-3 标积制动式纵差保护定值清单定值名称整定范围备注最小动作电流0.575AIop.0最小制动电流2.3AIres.0制动特性斜率0.4闭锁电流5.0A断线闭锁差动TA01：闭锁 0：不闭锁5.4 发电机匝间保护高灵敏零序电流型横差保护华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）155.4.1 保护原理本保护检测发电机定子多分支绕组的不同中性点连线电流(即零序电流)3中的基波0I成分，保护判据为：判据 1（无制动特性）：，为动作电流的整定值，见后文opIsetIsetI判据 2（有制动特性）： (时) (5-7)opI.0opIresI.0resI+ (时) (5-8)opI.0opI.0.0.0()resresopresS IIIIresI.0resI式中：为横差电流，为横差最小动作电流整定值，为制动电流（取机端三opI.0opIresI相电流最大值），为最小制动电流整定值，S 为比率制动特性的斜率。.0resI判据 1、2 均可单独构成横差保护，用户可通过控制字进行选择。发电机正常运行时，接于两中性点之间的横差保护，不平衡电流主要是基波，在外部短路时，不平衡电流主要是三次谐波成分，为降低保护定值和提高灵敏度，保护中还增加有三次谐波阻波功能。横差保护瞬时动作于出口，当转子发生一点接地时，横差保护经延时 t 动作于出口，t 一般整定为 0.5s10。5.4.2 定值整定计算a.高灵敏零序电流型横差保护动作电流设计值可初选为 0.05/(为发电机额gnITANgnI定电流，为横差保护用互感器变比)；TANb.高灵敏零序电流型横差保护动作电流运行值应如下整定：= (5-9)setIrelKaperK22.3. max/3.1.max()unbunbIIK为可靠系数，取 1.31.5；relK为暂态系数取 2；aperK为最大外部短路电流时横差 TA 二次侧输出端的基波零序不平衡电流；.1. maxunbI为最大外部短路电流时横差 TA 二次侧输出端（未经过三次谐波阻波器过滤的）.3. maxunbI三次谐波不平衡电流；及都可通过机端常规短路试验(IIn)曲线的延伸而获得；.1. maxunbI.3. maxunbI为三次谐波滤过比，100。3K3K为判据 1(无制动特性)横差保护二次侧(即保护端子)动作电流的整定值。setITA80 时，为 0，故=1.4 2 0.28=0.784A3K.3. maxunbIsetI 一点接地后延时时间 t=0.5s定值清单见下表华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）16表 5-4 横差保护定值清单定值名称整定范围备注最小动作电流0.784A.0opI最小制动电流2.3A.0resI制动特性斜率0.4一点接地后延时时间0.5s有无制动选择10：无制动 1：有制动5.5 变压器（发-变组、高厂变）差动保护5.5.1 保护原理差动动作方程如下 () (5-10)opI.0opIresI.0resI+S() () (5-11)opI.0opIresI.0resIresI.0resI1.1 (5-12)resInI1.2+0.7(1.1) (1.1) (5-13)opInIresInIresInI为差动电流，为差动最小动作电流整定值，为制动电流，为最小制动电流opI.0opIresI.0resI整定值，S 为比率制动特性斜率，为基准侧电流互感器的额定二次电流，各侧电流的方nI向都以指向变压器为正方向。对于两侧差动：=opI12II =resI12/ 2II对于三侧及以上差动：= opI12.nIII =max，resI1I2InI式中：3n6，分别为变压器各侧电流互感器二次侧的电流。1I2InI5.5.2 定值整定计算1)平衡系数的计算表5-5 平衡系数计算公式各侧参数项目名称高压侧中压侧低压侧TA一次电流3nHhSIU3nMmSIU3nLlSIUTA接线方式YYYTA二次电流HhhaIINmIMmaINLllaIIN平衡系数1bhIKI2mIbIK 3IblIK 对上述表格的说明：华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）171、为计算平衡系数的基准容量。对于两圈变压器为变压器的容量；对于三圈变压器nSnS一般取变压器高压侧的容量。nS2、分别为变压器高压侧、中压侧、低压侧的额定线电压。hUmUlU3、分别为高压侧、中压侧、低压侧的变比。haNmaNlaNTA4、的二次侧均接成“Y”型。TA5、为计算平衡系数的基准电流，一般取变压器额定容量下高压侧的二次电流。如果按bI上述的基准电流计算的平衡系数大于4或小于0.1，那么要更换基准电流，直到平衡系数bI满足0.1K4；如果无论怎么选取基准电流都不能满足0.1K () (5-18)opI.0opIresI.0resI华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）20+S() () (5-19)opI.0opIresI.0resIresI.0resI1.1 (5-20)resInI1.2+0.7(1.1) (1.1) (5-21)opInIresInIresInI (5-22)0.0.0.ophmoIIII (5-23)max(+)resAcBaCbIIIIIII、上式中：为零序差动的差动电流，为零序差动的最小动作电流整定值，为opI.0opIresI零序差动的制动电流，为零序差动的最小制动电流整定值，S为零序比率制动特性斜.0resI率；分别为变压器高压侧、中压侧、中性点侧零序电流，由各侧三相电流0.0.hmII0. o、I通过装置自产（或专用TA）获得。由于零差保护的保护范围只包含有电路连接的变压器部分绕组，励磁涌流对零差保护来说纯属穿越性电流，因此无需增加防涌流措施。TA断线时，制动电流是高、中压侧相电流的向量和，差动电流是断线的相电流，保护不动作，零序差动不需增加resIopITA断线防误动的措施，但是如果制动系数太小，需要增加TA断线判别，TA断线的投退可以由控制字选择11。5.6.2 定值整定计算1)平衡系数的计算表5-8 平衡系数计算公式表各侧参数项目名称高压侧中压侧中性点侧TA变比haNmaNnaN平衡系数1bhaNKN2bmaNKN3bnaNKN对上述表格的说明：1、分别为高压侧、中压侧、中性点侧的TA变比。为计算的基准变比haNmaNnaNbN值，一般取、三者中最小的，如果计算的平衡系数大于4或小于0.1，改变haNmaNnaN，直到0.1K4。bN2、最小动作电流.0opI为差动保护的最小动作电流，应按躲过变压器额定负载运行时的最大不平衡电流整定，.0opI即：=(fi(n)m) (5-24).0opIrelKnI式中：为可靠系数，=1.3-1.5；relKrelK为电流互感器在额定电流下的变比误差。=0.03x2（10），( )if n( )if nP=0.01x2（5）( )if nP华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）21m为和变比未完全匹配产生的误差，m一般取0.05。TATAA一般情况下可取：=（0.2-0.5） (5-25).0opInI3)最小制动电流的整定 =(0.81.0) (5-26).0resInI4)比率制动斜率S的整定 考虑二次断线，一般取S=0.5，如果不考虑的二次断线S可以取小，例如S=0.2TATA-0.3，使内部短路时保护的灵敏度提高。保护的动作特性图如图5-2： 图5-2 保护动作特性图5)灵敏度计算校验在220kV系统中以正常运行方式计算变压器出口金属性单相接地时的最小三倍零序电流，同时计算相应的制动电流；以在零差保护动作特性曲线上查出纵坐标0. . min3sIresIresI所表达的动作电流整定值；则灵敏系数为： =/.op setIsenKsenK0. . min3sI.op setI=（1250/5）/0.742senK3 2514.2/定值清单见下表表5-9 变压器零序差动保护定值清单定值名称整定范围备注最小动作电流0.739A.0opI最小制动电流1.83A.0resI比率制动特性斜率0.5AS断线闭锁差动TA01：闭锁 0：不闭锁5.7 励磁机比率制动式差动保护5.7.1 保护原理比率制动式差动保护是励磁机内部相间短路故障的主保护，保护原理同发电机比率华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）22制动式差动保护。5.7.2 定值整定计算a.最小动作电流一般取励磁机额定电流(In)的0.10.3倍；b.比例制动特性斜率一般可取0.30.5；c.电流回路断线的整定：断线闭锁控制整定为“1”时，闭锁差动；TA断线闭锁控制整定为“0”时，不闭锁差动。TA =0.2=5.33A.0opI1600300/5 =0.8=21.33A.0resI1600300/5定值清单见下表表5-10 励磁机差动保护定值清单定值名称整定范围备注最小动作电流5.33A.0opI最小制动电流21.33A.0resI制动特性斜率0.4S频率选择10：50HZ 1: 100HZTA断线闭锁差动01：闭锁 0：不闭锁华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）236 后备保护及异常运行保护的整定计算6.1 定子接地保护6.1.1 保护原理基波零序电压保护发电机从机端算起的85-95%的定子绕组单相接地；三次谐波电压保护发电机中性点附近定子绕组的单相接地。基波零序电压动作判据为：03opUU三次谐波电压动作判据为：方案1：33snUK U方案2：333spnnUK UK U其中一般取中性点电压，如果中性点无TV，则取机端零序电压，需TV断线闭锁；03U为基波零序电压整定值；和分别为发电机机端TV开口三角绕组和中性点TV输opU3sU3nU出中的三次谐波分量； K、K分别为方案1、方案2的制动系数，它们是不同的正实数。零序电压判据和三次谐波判据各有独立的出口回路，以满足不同配置要求(如零序判据作用于直接跳闸，三次谐波判据作用于发信号等)。6.1.2 定值整定计算a.基波零序过电压保护该保护的动作电压应按躲过正常运行时中性点单相电压互感器或机端三相电压互感器开口三角绕组的最大不平衡电压整定，即：. maxunbU (6-1). maxoprelunbUK U式中，为可靠系数，取1.21.3。relK为实测不平衡电压，其中含有大量三次谐波。为了减小，可以增设三次谐波阻. maxunbUopU波环节，使主要是很小的基波零序电压，大大提高灵敏度，此时5V，保护死. maxunbUopU区5%。当40V。当Rg小于或等于接地电阻整定值时，经延时发转子一点接地信号或作用于跳闸。在单元管理机上可实时显示转子接地电阻值和接地位置12。6.2.2 定值整定计算a.接地电阻整定值取决于正常运行时转子回路的绝缘水平；b.接地电阻高定值可整定为10及以上，延时(410s)动作于发信号；kc.接地电阻低定值可整定为10以下，延时(14s)动作于跳闸。k定值清单见下表表6-2 转子-点接地保护定值清单定值名称整定范围备注接地电阻高定值10k高定值延时时间7S接地电阻低定值1k低定值延时时间2S6.3 转子一点接地加两点接地保护6.3.1 保护原理一点接地保护原理同前所述，但在这里的一点接地电阻定值只有一段，通过延时发信。华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）25在一点接地故障后，保护装置继续测量接地电阻和接地位置，此后若再发生转子另一点接地故障，则已测得的值变化，当其变化值超过整定值时，保护装置就确认为已发生转子两点接地故障，发电机被立即跳闸13。保护判据为： 为转子两点接地位置变化整定值set set6.3.2 定值整定计算a.接地电阻整定值取决于正常运行时转子回路的绝缘水平；b.接地位置变化动作值一般可整定为510%；c.动作时限按躲过瞬时出现的两点接地故障整定，一般为0.51.0s定值清单见下表表6-3 转子接地保护定值清单定值名称整定范围备注转子-点接地保护接地电阻定值10k延时时间7.5S转子两点接地保护接地位置变化5%-10%延时时间0.4S6.4 低励、失磁保护6.4.1 保护原理静稳极限励磁电压(P)主判据fdU该判据的优点是：凡是能导致失步的失磁初始阶段，由于快速降低，(P)判据可fdUfdU快速动作；在通常工况下失磁，(P)判据动作大约比静稳边界阻抗判据动作提前1秒钟fdU以上，有预测失磁失步的功能，显著提高机组压出力或切换励磁的效果。(P)判据的动作方程为：fdU ()fdsettUKPP式中， (6-2)00nndfdsetntsdPC X UKPPU E整定系数，单位“伏/瓦”，即为平面上动作特性直线的斜率；setKsetKfdPUP发电机有功功率，单位“瓦”；发电机额定功率，单位“瓦”；nP发电机凸极功率，单位“瓦” ；tP2()2()()dqstdstqstUXXPXXXX无限大系统母线电压归算到发电机机端电压的值，单位“伏” ；sU发电机空载电势，单位“伏”；0dE发电机励磁电压，单位“伏”；fdU发电机空载励磁电压，单位“伏”；0fdU华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）26=+(其中为机端至无限大系统母线间的联系电抗)，归算到机端电压dXdXstXstX的值，单位“欧姆”；额定有功时的修正系数。nC6.4.2 定值整定计算(1).0.50.5 0.2584 15.81442.043A setg ndXX Z .1.945 15.814430.76B setg ndXX Z .15.75/(200/1)15.814433 8.625/(15000/5)g ng ng nUZI(2).0.1644 15.81442.60S setcong nXXZ.30.76B setX 2215.7515.750.00970.1460.1644235235onSTXcXX(3)系统低电压：.(0.80 0.90)0.85 15.75/(200/1)66.94t settnUUV(4)励磁低电压：.00.80.8 12096fd setfdUUV(5)机端闭锁过电压：15.75 1000(1.11.25)1.186.625200/1UgUgnV(6)凸极功率：=02()2()()dqstdstqstUXXPXXXX定值清单见下表表6-4 失磁阻抗保护定值清单定值名称整定范围备注静稳动作阻抗1AZ2.60静稳动作阻抗1BZ30.76异步动作阻抗2AZ2.04异步动作阻抗2BZ30.76系统低电压66.94V励磁低电压96V凸极功率0斜率()fd PU0.1机端低电压63V机端闭锁过电压86.625V机端过电压保持时间4sTV断线闭锁投退0一段延时时间0.5s华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）27二段延时时间1.0s三段延时时间1.5s四段延时时间2.3s6.5 逆功率保护6.5.1 保护原理逆功率保护反应发电机从系统吸收有功功率的大小。电压取自发电机机端 TV，电流取自发电机机端(或中性点)TA。保护按三相接线，有功功率为： (6-3)=coscoscosaabbccabcP UIUIUI为电压超前电流的角度，动作判据为： 为逆功率保护动作整定值。setPPsetP保护设有2段延时，短延时t1(1s5s)用于发信号，延时t2(10s600s)可用于跳闸。6.5.2 定值整定计算a.动作功率的计算setP= (P1+P2) (6-4)setPrelK式中：可靠系数，取0.50.8；relKP1汽轮机在逆功率运行时的最小损耗，一般取额定功率的34%;P2发电机在逆功率运行时的最小损耗，一般取额定功率的11.5%;b.动作时限经主汽门触点时，延时1.01.5s动作于程跳；不经主汽门触点时，t1延时15s动作于信号，t2动作于解列，根据汽轮机允许的逆功率运行时间，t2一般23min。c.用于程序跳闸的逆功率继电器作为闭锁元件，其定值一般整定为(13)%。gnPd.上述定值的计算是基于主汽门可完全关闭(无泄漏)为前提条件的，若主汽门不能完全关闭，上述定值应根据实际情况调整，以免造成保护拒动。=0.65=8.75WsetP610(0.0350.0125) 200 0.85(15000/5) (200/1)定值清单见下表表6-5 发电机逆功率保护定值清单定值名称整定范围备注动作功率8.75Wt1延时1.5St2延时23min6.6 复合电压启动（方向）过流保护6.6.1 保护原理由复合电压元件、相间方向元件及三相过流元件“与”构成。其中复合电压元件、相间方向元件可由软件控制字选择“投入”或“退出”，相间方向的最大灵敏角也可由软件控制字选择为-45(-30)或135(150)。如果计算相间方向的电压回路出现故华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）28障时，方向元件自动退出，保护由复合电压元件和过流元件“与“构成。保护可以配置成多段多时限，每段的每个时限都独立为一个保护14。6.6.2 定值整定计算1）低电压元件动作电压的整定opU躲过电动机自起动时的电压整定：当低电压元件接在变压器低压侧电压互感器时：=(0.50.6)Un； (6-5)opU当低电压元件接在变压器高压侧电压互感器时：=0.7Un (6-6)opU低电压元件的灵敏系数按下式校验：senK (6-7). maxopsenrUKU式中：为对最不利的运行方式下，灵敏系数校验点发生金属性相间短路. maxrUsenK时，保护安装处的最高残压。要求1.3（近后备）或1.2（远后备）。senKsenK2）负序电压元件动作电压的整定.2opU负序电压元件应按躲过正常运行时出现的不平衡电压整定，不平衡电压通过实测确定，当无实测值时，根据现行规程的规定取：=(0.060.08) (6-8).2opUnU3）过电流元件动作电流的整定opI应按躲过变压器的额定电流整定：opI (6-9)relopnrKIIK式中：为可靠系数，取1.2；relK为返回系数，取0.9-0.95；rK为变压器的额定二次电流。nI4）相间方向元件的整定（a）三侧有电源的三绕组升压变压器，相间故障后备保护为了满足选择性的要求，在高压侧或中压侧要加功率方向元件，其方向通常指向该侧线路，有时也指向变压器。（b）高压侧及中压侧有电源或三侧均有电源的三绕组降压变压器和联络变压器，相间故障后备保护为了满足选择性要求，在高压侧或中压侧要加功率方向元件，其方向通常指向变压器，有时也指向本侧母线15。低电压元件动作电压的整定：opU 当低电压元件接在变压器低压侧电压互感器时华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）29 63000.5557.756/0.1opUV 当低电压元件接在变压器高压侧电压互感器时 157500.755.125200/1opUV5)灵敏度校验 .1. max57.751.37821.32514.2/60opsenrUKU .2. max55.1254.38511.32514.2/ 200opsenrUKU负序电压元件动作电压的整定：.2opU =(0.060.08)=7.35V.2opUnU过电流元件动作电力的整定：.2opI 1.218333.860.953000/5relopnrKIIAK定值清单见下表表6-6 复合电压定值清单定值名称整定范围备注高压侧负序电压5.5125V2opU高压侧低电压55.125VopU高压侧TV断线控制0中压侧负序电压7.35V2opU中压侧低电压57.75VopU中压侧TV断线控制0低压侧负序电压7.35V2opU低压侧低电压57.75VopU低压侧TV断线控制0见下文保护出口方式1见下文说明：1、高、中、低压侧的电压的投退由硬压板控制。2、保护出口方式：1：保护动作后有输出接点，0：保护动作后没有输出接点。无论选择那种出口方式，保护动作后都有提示(复合电压动作)报文。3、断线控制：1:该侧电压断线时，复合电压不再对该侧电压进行判TV别，即认为该侧复合电压不满足动作条件；0:该侧电压断线时，复合电压仍然对该侧电压进行判别，即认为该侧复合电压满足动作条件华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）30定值清单见下表表6-7 复压方向过流保护定值清单定值名称整定范围备注动作电流3.86AopI延时时间t12.3s延时时间t22.3s方向投退控制11：投入 0：退出方向电压选择01：-45 0：-30灵敏角选择11：指向变压器方向指向变压器11：指向母线方向指向母线0见下文复合电压投退控制1见下文复合电压选择控制0定值说明：1、复合电压投退控制 1：复合电压（方向）过流保护0：（方向）过流保护2、复合电压选择控制 1：取三侧复压为闭锁元件0：取本侧复压为闭锁元件3、方向指向变压器时，将“方向指向变压器”整定为1，“方向指向母线”整定为0，如果这两个定值同时为1或同时为0，装置会出告警信息；方向指向母线时整定同上。4、当用于方向判别的断线时，自动退出方向。TV6.7 变压器零序过电压保护6.7.1 保护原理本保护适用于中性点接地系统（110kV500kV系统）中中性点不接地的变压器以及中性点有时可能不接地的变压器，而不管其中性点是否有放电间隙。本保护作为变压器中性点不接地运行时的单相接地后备保护，它接于变压器高压母线TV的开口三角，反映。03U6.7.2 定值整定计算零序过电压保护的动作值按下式整定： . max. min33oop oo satUUU式中，零序过电压保护端子的动作电压；.op oU中性点接地系统单相接地故障，TV开口三角的最大三倍零序电压；. max3oU中性点不接地系统单相接地故障，该TV开口三角的最小三倍零序电压。. min3o satU建议=180V。.op oU定值清单见下表表6-8 零序电压定值清单定值名称整定范围备注华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）31零序动作电压180V延时时间0.3s6.8 变压器间隙零序过电流及零序过压保护6.8.1 保护原理通常变压器间隙零序过电流元件与零序过电压元件组成“或”门输出经0.3s 短延时跳闸，应用于中性点接地系统中的中性点不接地（或中性点有时接地有时不接地）且中性点有对地放电间隙的变压器，作为变压器中性点不接地运行时单相接地故障的后备保护，其保护效能同于零序过电压保护，当零序过电压间隙被击穿时,间隙零序过流元件动作，经0.3s-0.5s延时跳闸。由于间隙在击穿的过程中，零序电压和零序电流可能交替出现。为了使间隙零序电压或间隙零序电流能够可靠动作，当间隙电压元件或间隙电流元件动作后，保持一段时间，确保保护可靠动作。6.8.2 定值整定计算零序电压的整定如上。由于间隙零序电流与变压器的零序阻抗、间隙放电的电弧电阻等因素有关，难以计算，一般经验值可取保护一次动作电流为100A。定值清单见下表表6-9 间隙零序保护定值清单定值名称整定范围备注零序动作电流100A零序动作电压180V延时时间0.2s6.9 非全相、失灵保护6.9.1 保护原理非全相保护用于发电机变压器组的断路器非全相运行时的保护，实际工程应用可能有不同要求，具体应用时可按照用户实际提供的逻辑要求配置。非全相判别回路的断路器位置触点由开关量输入回路读入CPU，由软件实现逻辑“与”。失灵启动用于220kV及以上变压器断路器失灵时的启动元件。实际工程应用可能有不同要求，具体应用时可按照用户实际提供的逻辑要求配置。本侧断路器保护出口触点及本侧断路器位置触点由开关量输入回路读入CPU，并与其他元件以软件实现逻辑“与”16。6.9.2 定值整定计算负序过电流元件计算 按变压器两相运行有足够灵敏度计算 =0.2875A2.86250.10.11250/5opg nII零序过电流元件计算华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）32 =1.1452A0.572.630.50.51250/5opt nII动作电流整定计算 =43.579A.relG Nop setreTAKIIKn定值清单见下表表6-10 非全相、失灵保护定值清单定值名称整定范围备注动作电流43.579A负序电流0.2875A零序电流1.1452A延时时间t10.3s延时时间t20.5s6.10 过负荷（有载调压闭锁、风冷启动）保护6.10.1 保护原理可根据需要配置不同的段数和时限。6.10.2 定值整定计算根据变压器各侧绕组及自耦变压器的公共绕组可能出现过负荷情况，应装设过负荷保护。大型变压器的过负荷，通常是对称过负荷，故过负荷保护只接一相电流。过负荷保护的动作电流应按躲过绕组的额定电流整定，按下式计算 (6-10)rel noprK IIK式中：为可靠系数，取1.05relK为返回系数，取0.850.9rK为被保护绕组的额定二次电流。nI主变高压侧I=1.05 572.62.76430.87 (1250/5)主变低压侧I=1.05 879842.47310.87 (1250/5)高厂变高压侧I=1.05 11556.970.87 (1000/5)高厂变中压侧I=1.05 18333.690.87 (3000/5)高厂变低压侧I=1.05 10542.120.87 (3000/5)华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）33定值清单见下表表6-11 过负荷保护定值清单定值名称整定范围备注动作电流2.12A延时时间2.4s6.11 低压（记忆）过流保护6.11.1 保护原理由低电压元件、三相过流元件“与”构成。6.11.2 定值整定计算电流元件和低压元件的整定同复压(方向)过流保护。定值清单见下表表6-12 低压过流保护定值清单定值名称整定范围备注动作电压55.125V动作电流3.86A延时时间2.4S记忆功能投退10：无记忆 1：记忆6.12 负序反时限过流保护6.12.1 保护原理该保护由负序过负荷(定时限)和负序过流(反时限)两部分组成。负序过负荷(定时限)按发电机长期允许的负序电流下能可靠返回的条件整定。负序过流(反时限)由发电机转子表层允许的负序过流能力确定。发电机短时承受负序过电流倍数与允许持续时间的关系式为： (6-11)*2222AtII式中：为发电机负序电流标幺值；*2I 为发电机长期允许负序电流标幺值；2IA为转子表层承受负序电流能力的时间常数。0.3178A220.28751.050.95oprelrIIKK0.3738A210.1 1.30.13opNNIII发电机长期允许的=(8%10%)=0.1=0.2875A2INI862515000/5华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）34保护的特性曲线如图6-1： 图6-1 保护特性曲线6.12.2 定值整定计算定值清单见下表表6-13 发电机负序反时限过流保护定值清单定值名称整定范围备注额定电流2.875A负序发热常数8预告信号启动0.3178A预告信号延时7.5S反时限启动0.3738A反时限延时上限0.4S反时限延时下限450S长期运行允许值0.2875A6.13 负序过流保护负序过流保护可作为发电机不对称故障的保护或非全相运行保护(定时限)。定值清单见下表表6-14 负序过流保护定值清单定值名称整定范围备注负序动作电流0.3178A延时时间7.5S6.14 转子过负荷保护6.14.1 保护原理定时限过负荷保护的电流元件按正常运行额定励磁电流下能可靠返回的条件整定；反时限过流按转子绕组允许的过热条件决定，其关系式为： (6-12)2*(1)KtI式中： K转子绕组过负荷常数，整定范围1100； 发电机励磁回路整流器交流侧电流的标幺值；*I华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）35 与转子绕组温升特性和温度裕度有关，一般为0.010.02。动作特性曲线如图6-2：图6-2 动作特性曲线图6.14.2 定值整定计算2.648A8625/(15000/5)1.050.950.951.2NrelsetBIKIK0.374A1.11.1 0.34opfopII定值清单见下表表6-15 发电机转子过负荷保护定值清单定值名称整定范围备注额定电流2.875A过负荷常数K37.5预告信号启动2.648A预告信号延时7.5s反时限启动0.374A反时限延时上限10.4s反时限延时下限450s频率选择0散热常数1.16.15 发电机对称过负荷保护6.15.1 保护原理定时限过负荷按发电机长期允许的负荷电流能可靠返回的条件整定。反时限过流按定子绕组允许的过流能力整定。发电机定子绕组承受的短时过电流倍数与允许持续时间的关系为： (6-13)2*(1)KtI式中： K转子绕组过负荷常数，整定范围1100； 发电机励磁回路整流器交流侧电流的标幺值；*I华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）36 与转子绕组温升特性和温度裕度有关，一般为0.010.02。动作特性曲线如图6-3： 图6-3 动作特性曲线6.15.2 定值整定计算 3.1776A1.0586250.9515000/5relNoprTAKIIK n 0.8245A31.15 2.1508 1015000/5setI定值清单见下表表6-16 发电机对称过负荷保护定值清单定值名称整定范围备注额定电流2.875A过负荷常数K37.5预告信号启动3.1776A预告信号延时6S反时限启动0.8245A反时限延时上限0.7S反时限延时下限550S散热常数1.16.16 过电压保护6.16.1 保护原理过电压保护可作为过压启动、闭锁及延时元件。保护取三相线电压，当任一线电压大于整定值，保护即动作。6.16.2 定值整定计算 .157501.3102.375200/1G Nop setrelTVUUKVn华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）37定值清单见下表表6-17 过电压保护定值清单定值名称整定范围备注动作电压102.375V延时时间0.5s6.17 低频累加保护6.17.1 保护原理保护通过四个定值f1、f2、f3、f4频率范围分为四个频率段，且f1f2f3f4。段f1ff2时累加时间，上限为t1段f2ff3时累加时间，上限为t2段f3ff4时累加时间，上限为t3，段ff4时无累加时间，有延时时间t4、段累加到时间上限或第段动作经一短延时动作于发信号或跳闸。本保护中设有低电压闭锁判据。6.17.2 定值整定计算300MW及以上的汽轮机，运行中允许其频率变化的范围为48.550.5Hz。低于48.5Hz或高于50.5Hz时，累计允许运行时间和每次允许的持续运行时间国内尚未正式的统一规定，应综合考虑发电机组和电力系统的要求，并根据制造厂家提供的技术参数确定。保护可动作于信号，并有累计时间显示。当低频累加保护需要动作于发电机解列时，其低频段的动作频率和延时应注意与电力系统的低频减载装置进行协调。一般情况下，应通过低频减载装置减负荷，使系统频率及时恢复，以保证机组的安全；仅在低频减载动作后频率仍未恢复，从而危及机组安全时才进行机组的解列。因此，要求在电力系统减载过程中不应解列发电机，防止出现频率连锁恶化的情况17。定值清单见下表表6-18 低频累加保护定值清单定值名称整定范围备注频率1段48.25HZ频率2段47.75HZ频率3段47HZ频率4段45.5HZ1段累计时间300min2段累计时间60min3段累计时间10min延时时间t10.5s延时时间t21.0s延时时间t31.5s华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）38延时时间t42.5s低频累加清零1低电压闭锁65V6.18 突加电压保护6.18.1 保护原理发电机在盘车或静止时，发生出口断路器误合闸，系统三相工频电压突然加在机端，使同步发电机处于异步启动工况，由系统向发电机定子绕组倒送的电流（正序电流）在气隙中产生的旋转磁场在转子本体中感应工频或接近工频的电流，从而引起转子过热而损伤，还可能由于润滑油油压不足使旋转轴承磨损。当停机、盘车或起动升速但磁场开关未闭合时误合闸，过流元件快速动作于跳闸18。同时，由于发电机处于同步电机的异步起动过程，阻抗元件延时动作于跳闸，构成双重化保护；当并网前，机组启动，断路器断开，而磁场开关闭合时，过流元件退出工作，此时，若正常并网，阻抗元件不动作，误合闸保护不会动作，若发生误合闸，阻抗元件动作于跳闸。6.18.2 定值整定计算a.阻抗动作值按躲开机组正常并网后1s出现的最大负荷电流情况下，阻抗元件可靠不动作整定；b.电抗动作值按额定负荷阻抗的0.75倍整定；c.电流动作值应等于或小于盘车状态下误合闸最小电流的50%。 157500.750.751.378625nopnUXI A0.5 86251134.100.1450.0158200setI定值清单见下表表6-19 发电机突加电压保护定值清单定值清单整定范围备注最小动作电流134.10A动作阻抗1.37阻抗保持时间2.3s断路器保持时间2.5sTV断线闭锁投退01：投入 0：退出6.19 起停机定子接地保护6.19.1 保护原理保护为零序电压原理，其零序电压取自发电机中性点侧3Uo，并经断路器辅助触点控制。发电机并网前，断路器触点将保护投入，并网运行后保护自动退出。6.19.2 定值整定计算华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）39a.零序电压动作值一般可取为10V及以下；b.延时t一般可取为25s；定值清单见下表表6-21 发电机起停机定子接地保护定值清单定值名称整定范围备注动作电压8V延时时间2.5S6.20 TV 断线判别判据：a.正序电压小于30V，三相电流都大于0.06倍额定电流；b.负序电压大于 8V。满足上述任一条件后延时10s发TV断线信号。本判据仅用于发信号，不作保护闭锁判据用。华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）407 非电量保护整定计算7.1 发电机非电量保护发电机内冷却水断水保护发电机内冷却水断水判据由热工仪表提供 30s 延时触点，为防止因热工仪表输出触点抖动而误动作，在 WFB-800 型电气保护内设置 1s 的动作时间，即1opts7.2 主变压器非电量保护(1)瓦斯保护瓦斯保护是变压器油箱内绕组短路故障及异常的主要保护。其作用原理是：变压器内部故障时，在故障点有电弧的短路电流， ，造成油箱内局部过热并使变压器油分解、产生气体(瓦斯)，进而造成喷油、冲动瓦斯继电器，瓦斯保护动作。1)轻瓦斯保护继电器由浮筒开口杯、干簧触点等组成。运行时，继电器内充满变压器油，开口杯浸在油内，处于上浮位置，干簧接点断开。当变压器内部发生轻微故障或异常是，故障点局部过热，引起部分油膨胀，油内的气体被逐出，形成气泡，进入气体继电器内，使油面下降，开口杯转动，使干簧接点闭合，发出信号19。整定动作容积，瞬时动作于信号。250 300opVml2)重瓦斯保护继电器由挡板、弹簧及干簧接点等构成。当变压器油箱内发生严重故障时，很大的故障电流及电弧使变压器油大量分解，产生大量气体，使变压器喷油。油流冲击挡板，带动磁铁并使干簧触点闭合，作用于切除变压器。应当指出，重瓦斯保护是油箱内部故障的主保护，它能反映变压器内部的各种故障。当变压器少数绕组发生匝间短路时，虽然故障点的故障电流很大，但在差动保护中产生的差流可能不大，差动保护可能拒动。此时，靠重瓦斯保护切除故障。主电压器容量为 240MVA，为 ODAF 冷却方式，重瓦斯保护的动作流速整定值，瞬时动作于全停。1.3/opVm s(2）主变压器压力释放阀保护压力保护也是变压器油箱内部故障的主保护，其作用原理与重瓦斯保护基本相同，但它是反应变压器油的压力的。压力继电器又称压力开关，由弹簧和触点构成。置于变压器本体油箱上部。当变压器内部故障时，温度升高，油膨胀压力增高，弹簧动作带动继电器动接点，使接点闭合，切除变压器20。主压力释放阀继电器瞬时动作于全停跳闸。(3)主变压器冷却器故障保护1
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