100MW发电机变压器继电保护2

电力系统继电保护课程设计报 告 2012 2013 学年 第一学期 题题 目目 100MW100MW 发电机组继电保护自动装置的整定计发电机组继电保护自动装置的整定计 算算 系 别 电子与电气工程系 专 业 电气工程及其自动化 班 级 0920325 学 号 092032516 姓 名 陈继辉 指导教师 黄新 完成时间 2012 11 25 评定成绩 目录目录 第一章 绪 论 1 第一节 继电保继电保护概述 1 第二节 课程设计的主要内容及基本思想 2 2 1 毕业设计的主要内容 功能及技术指标 2 第二章 短路计算 3 第一节 运行方式选择 3 第二节 线路参数计算 3 2 1 基准值选择 3 2 2 线路等值电抗计算 3 2 3 变压器等值电抗计算 3 第三节 短路计算点的选择 4 3 1 电网等效电路图 4 3 2 系统阻抗计算 4 3 3 d6 点短路计算 4 3 4 d3 点短路计算 4 3 4 整定电流选择 4 第三章 发变组保护配置 5 第一节 发电机主保护配置 5 1 1 发电机变压器电流互感器的选择 5 1 2 发电机纵差保护 主保护 5 1 3 发电机定子匝间短路保护原理 6 第二节 变压器主保护配置 8 2 1 不完全纵差保护 8 2 2 变压器纵差保护与发电机纵差保护的不同 9 2 3 变压器纵差保护整定与灵敏度 9 第四章 发变组单元后备保护 10 第一节 阻抗保护 10 1 1 起动元件 10 1 2 阻抗元件 10 1 3 TV 断线检测元件 10 第二节 转子一点接地保护 11 2 1 保护原理 11 2 2 保护的整定计算 12 第三节 转子两点接地保护 12 3 1 原理分析 12 3 2 定值整定 12 第五章 发变组单元异常运行保护配置 13 第一节 反时限定子绕组过负荷保护 13 第二节 转子绕组的过负荷保护 13 第三节 转子表层的过负荷保护 13 第四节 励磁绕组过负荷保护 14 第五节 失磁保护 14 5 1 保护原理 15 5 2 保护的逻辑框图 16 第六节 失步保护 16 6 1 失步保护的基本原理 16 6 2 失步保护逻辑框图 17 第七节 发电机低频保护 18 7 1 保护原理 18 7 2 保护的逻辑框图 18 第八节 发电机逆功率保护原理 18 8 1 保护原理 18 8 2 保护逻辑图见图 19 第九节 发电机起停机保护原理 19 9 1 构成原理及逻辑框图 19 9 2 保护的逻辑框图 20 第十节 发电机意外突加电压保护原理 20 10 1 保护原理 20 10 2 保护逻辑框图 20 第十一节 非全相保护 21 第六章 发变组非电量保护 22 第一节 主变轻瓦斯保护 22 1 1 变压器瓦斯保护的作用 22 1 2 变压器轻瓦斯保护的原理 23 1 3 轻瓦斯保护的整定 23 第二节 主变重瓦斯保护 23 2 1 变压器重瓦斯保护的原理 23 2 2 重瓦斯保护的整定 23 第七章 发变组微机保护 24 1 1 发电机 变压器组微机保护装置的选择 24 第八章 发变组配置说明 24 1 1 100MW 汽轮发电机 变压器组保护动作行为表 24 小结 26 参考文献 26 第一章第一章 绪绪 论论 第一节第一节 继电保继电保护概述继电保继电保护概述 电力系统在运行中 由于电气设备的绝缘老化 损坏 雷击 鸟害 设备缺陷或误操作 等原因 可能发生各种故障和不正常运行状态 最常见的而且也是最危险的故障是各种类型 的短路 最常见的不正常运行状态是过负荷 最常见的短路故障是单相接地 这些故障和不 正常运行状态严重危及电力系统的安全和可靠运行 这就需要继电保护装置来反应设备的这 些不正常运行状态 所谓继电保护装置 就是指能反应电力系统中电气设备所发生的故障或不正常状态 并 动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置 它的基本作用是 当电力系统发生故障时 能自动地 迅速地 有选择性地将故障设备从电力系统中切除 以保证系统其余部分迅速恢复正常运行 并使故障设备不再继续遭受损坏 当系统发生不正常状态时 能自动地 及时地 有选择性地发出信号通知运行人员进行 处理 或者切除那些继续运行会引起故障的电气设备 可见 继电保护装置是电力系统必不可少的重要组成部分 对保障系统安全运行 保证电能 质量 防止故障的扩大和事故的发生 都有极其重要的作用 为完成继电保护的基本任务 对于动作于断路器跳闸的继电保护装置 必须满足以下四项基本要求 选择性 选择性是指电力系统发生故障时 继电保护仅将故障部分切除 保障其他无故障部分继 续运行 以尽量缩小停电范围 继电保护装置的选择性 是依靠采用合适类型的继电保护装 置和正确选择其整定值 使各级保护相互配合而实现的 快速性 为了保证电力系统运行的稳定性和对用户可靠供电 以及避免和减轻电气设备在事故时 所遭受的损害 要求继电保护装置尽快地动作 尽快地切除故障部分 但是 并不是对所有 的故障情况 都要求快速切除故障 应根据被保护对象在电力系统中的地位和作用 来确定 其保护的动作速度 3 灵敏性 灵敏性是继电保护装置对其保护范围内发生的故障或不正常工作状态的反应能力 一般 以灵敏系数 K 表示 灵敏系数 K 越大 说明保护的灵敏度越高 每种继电保护均有特定的保 护区 发电机 变压器 母线 线路等 各保护区的范围是通过设计计算后人为确定的 保 护区的边界值称为该保护的整定值 可靠性 可靠性是指当保护范围内发生故障或不正常工作状态时 保护装置能够可靠动作而不致 拒绝动作 而在电气设备无故障或在保护范围以外发生故障时 保护装置不发生误动 保护装置拒绝动作或误动作 都将使保护装置成为扩大事故或直接产生事故的根源 因此 提高保护装置的可靠性是非常重要的 以上对继电保护装置所提出的四项基本要求是互相紧密联系的 有时是相互矛盾的 例 如 为了满足选择性 有时就要求保护动作必须具有一定的延时 为了保证灵敏度 有时就 允许保护装置无选择地动作 再采用自动重合闸装置进行纠正 为了保证快速性和灵敏性 有时就采用比较复杂和可靠性稍差的保护 总之 要根据具体情况 被保护对象 电力系统 条件 运行经验等 分清主要矛盾和次要矛盾 统筹兼顾 力求相对最优 护概述 第二节第二节 课程设计的主要内容及基本思想课程设计的主要内容及基本思想 本次设计的主要内容是一个 2 200MW 火力发电厂的电气二次部分设计 在这次设计中一 共分通过以下几个步骤来完成成本次的设计任务 2 1 毕业设计的主要内容 功能及技术指标 1 电厂规模与主要技术指标 1 装机容量 装机 2 台 容量分别为 2X200MW UN 15 75KV 2 保证供电安全 可靠 经济 2 主要内容 1 确定保护配置 根据设计任务书 分析原始资料与数据 对电厂扩建发变机组进行 保护配置的选取 2 整定计算 选择发电机变压器的保护配置对其进行整定计算 3 绘制保护配置图 根据电气主接线发变机组的保护要求 绘制保护配置图 3 原始资料 1 1 发电厂及 110kv 电网接线图 1 各变电站 发电厂的操作直流电源电压 U 220V 2 发电厂最大发电容量 2 25 50 100MW 最小发电容量为 50MW 正常运行方式为发电 厂发电容量最大 即 100MW 3 线路 X1 0 4 km X0 0 4 km 4 变压器均为 YN D11 110 2 5 10 5KV UK 10 5 5 t 0 5S 负荷侧后备保护动作时间 tdz 1 5S 允许的最大故障切除时间为 0 85S 变 压器和母线均配置有差动保护 6 发电厂升压变中性点直接接地 其他变压器不接地 7 110KV 断路器跳闸时间为 0 07S 8 线路 AC BC AB CD 的最大负荷电流分别为 230 150 230 140A 负荷自启 动系数 Kss 1 5 第二章第二章 短路计算短路计算 第一节第一节 运行方式选择运行方式选择 电力系统运行方式的变化 直接影响保护的性能 因此 在对继电保护进行整定计弊 之前 首先应该分析运行方式 这里要着重说明继电保护的最大运行方式是指电网在某种 连接情况下通过保护的电流值最大 继电保护的最小运行方式是指电网在某种连接情况下 通过保护的电流值最小 因此 系统的最大运行方式不一定就是保护的最大运行方式 系 统的最小运行方式也不一定就是保护的最小运行方式 由原始资料得发电厂最大发电容量 2 25 50 100MW 最小发电容量为 50MW 正常运行 方式为发电厂发电容量最大 即 G1 G2 G3 同时并列运行 所以该发电机组运行方式为最 大运行方式 短路计算以此为依据 第二节第二节 线路参数计算线路参数计算 2 1 基准值选择 基准功率 SB 100MV A 基准电压 VB 115V 基准电流 IB SB 1 732 VB 100 103 1 732 115 0 502KA 基准电抗 ZB VB 1 732 IB 115 103 1 732 502 132 25 电压标幺值 E E 2 1 05 2 2 线路等值电抗计算 1 线路 L1 等值电抗计算 正序以及负序电抗 XL1 X1L1 0 4 60 24 XL1 XL1 ZB 24 132 25 0 1814 零序电抗 XL10 X0L1 3X1L1 3 0 4 60 72 XL10 XL10 ZB 72 132 25 0 5444 2 线路 L3 等值电抗计算 正序以及负序电抗 XL3 X1L3 0 4 90 36 XL3 XL3 ZB 36 132 25 0 2722 零序电抗 XL30 X0L3 3X1L3 3 0 4 90 108 XL30 XL30 ZB 108 132 25 0 8166 2 3 变压器等值电抗计算 1 变压器 T1 T2 等值电抗计算 XT1 XT2 UK 100 VN2 103 SN 40 333 XT1 XT2 XT1 ZB 40 333 132 25 0 3050 2 变压器 T3 等值电抗计算 XT3 UK 100 VN2 103 SN 21 175 XT3 XT3 ZB 21 175 132 25 0 1601 第三节第三节 短路计算点的选择短路计算点的选择 3 1 电网等效电路图 由于短路电流计算是电网继电保护配置设计的基础 因此分别考虑最大运行方式 三台发 电机全部投入 系统环网取开网运行 时各线路未端短路的情况 最小运行方下 三台中最小的 一台投入 系统按环网计算 时各线路未端短路的情况 电网等效电路图如图 3 1 所示 图 3 1 电网等效电路图 由于本设计只考虑 E 母线和 F 母线之前的部分 所以短路计算只选择 d6 和 d3 这样能保 证流过母线 A 的电流为最大短路电流 3 2 系统阻抗计算 Zs max G1 T1 G2 T2 G3 T3 0 4224 0 3050 0 4224 0 3050 0 2064 0 1601 0 1825 3 3 d6 点短路计算 正序短路电流 其中 Xff6 Zs max XL3 0 1825 0 2722 0 4547 Id6 max E Xff7 1 05 0 4547 2 3092 Id6 max Id6 max IB 2 3092 0 502 1 1592KA 3 4 d3 点短路计算 1 最大运行方式正序短路电流 Xff3 Zs max XL1 0 1825 0 1814 0 3639 Id3 max E Xff3 1 05 0 3639 2 8463 Id3 max Id3 max IB 2 8463 0 502 1 4288KA 3 4 整定电流选择 由 3 3 和 3 4 分别算出各路短路电流 由于 Id6 max I set 2 式中 i 为相电流突变量 I 2 为负序电流 I set I set 2 分别为 相电流突变量起动元件和负序电流起动元件的动作整定值 通常均取电流互感器 二次额定电流的 0 2 倍 1 2 阻抗元件 阻抗元件时变压器阻抗保护的测量元件 用于测量相间短路阻抗值 构成变 压器相间短路的后备保护 阻抗元件采用 0 0 接线方式 其动作特性可根据需要 整定为全阻抗圆特性或偏移阻抗圆特性 动作的正方向可以指向变压器 也可以 指向母线 由保护的控制字控制 1 3 TV 断线检测元件 TV断线检测元件的作用是防止TV断线时 变压器阻抗保护误动作 当该元件 检测到TV二次回路断线时 将阻抗保护闭锁 并发出告警信息 图 4 1 保护逻辑图 第二节第二节 转子一点接地保护转子一点接地保护 发电机正常运行时 转子回路对地之间有一定的绝缘电容和分布电阻 当转 子回路发生一点接地故障时 由于没有形成电流回路 对发电机运行没有直接影 响 一旦发电机发生转子两点接地后 励磁绕组将形成短路 使转子磁场畸变 引起机体强烈震动 严重损坏发电机 因此 有关规程要求发电机必须装有转子 回路一点接地保护 动作于信号 装设转子回路两点接地保护 动作于跳闸 2 1 保护原理 切换采样式转子一点接地保护采用开关切换采样原理 通过求解两个不同的 接地回路方程 实时计算转子接地电阻和接地位置 当设S1 闭合 S2 断开时 在 1 R上测得电压 1 U 当S2 闭合 S1 断开时 在 1 R上测得电压 2 U 12 UUU 则 BC 相间阻抗判据动作 CA 相间阻抗判据动作 相电流突变量启动元件动 作 负序电流突变量启动元件动 作 后备保护应连接片投 入 阻抗保护软连接片投 入 机端 TV 断线 1 保护 段 动作 t1 t2 保护 段动 作 AB 相间阻抗判据动作 1 1 33 U U 1 2 1 33 f R RaRR U 正常运行时 4 个电阻R对称 12 UU 0U f R 转子一点接地 时 12 UU 当接地电阻小于 f R或等于接地电阻整定值 f setff set RRR 时 经延时发信号 2 2 保护的整定计算 保护的接地电阻整定值取决于正常运行时转子回路的绝缘水平 当接地电阻 的高整定值整定为 10K 时 延时 4 10 s 东方工作于发信号 当接地电阻 低整定值整定为 10K 时 延时 1 4s 动作与跳闸 3 保护逻辑框图 第三节第三节 转子两点接地保护转子两点接地保护 当发电机发生励磁绕组两点接地时 故障电流过的短路电流数值很大 会烧 坏转子 当部分转子被短接 励磁绕组电流增加 转子有可能因过热而损坏 部 分绕组被短接时气隙磁通失去平衡 会引起机组剧烈振动 可能因此造成灾难性 破坏 转子两点接地短路时还会使轴系和汽机磁化 因此对于发电机很有必要装 设转子两点接地保护 3 1 原理分析 转子两点接地保护共享转子一点接地时测得接地位置的数据 所以 在一 点接地故障后 保护装置继续测量接地电阻的位置 若再发生转子一点接地故障 则以测得的值将变化 当其变化值超过整定值时 保护装置就认为已发生 转子两点接地故障 发电机应立即停机 Rk Rk set 启动判据满足 开放判据满足 励磁回路一点接地保护 投入 保护动作 t 3 2 定值整定 set 式中 转子连点接地时位置变化的整定值 set 接地位置变化动作值一般可以整定为 5 10 为发电机励磁电压 动作 m U m U 时限避开瞬时出现的两点接地故障整定 一般为 0 5 1 0s 第五章第五章 发变组单元异常运行保护配置发变组单元异常运行保护配置 第一节第一节 反时限定子绕组过负荷保护反时限定子绕组过负荷保护 对于非直吹冷却方式的中小型发电机定子绕组的过负荷保护 采用单相式定 时限电流保护 经延时动作与信号 保护的电流按在发电机长期允许的负荷电流下能可靠返回的条件整定 即 式中 发电机额定电流 g n I 可靠系数 取 1 5 rel K 返回系数 取 0 85 re K 保护的动作时限应与发电机在过负荷条件下允许的时间相配合 并大于 1op I 相间短路后备保护最大延时 t 对于直接冷却的大中型发电机 定子绕组的过负荷保护 由定时限电流保护 和反时限电流保护两部分组成 定时限部分 经延时动作与信号 有条件时可动 作于自动减负荷 反时限部分按反时限特性动作与跳闸 第二节第二节 转子绕组的过负荷保护转子绕组的过负荷保护 转子绕组过负荷保护的配置与整定原则和定子绕组过负荷保护相似 对于 30MW 及以上的发电机 转子绕组过负荷保护由定时限电流保护和反时限电流保护 两部分组成 定时限部分经延时动作与信号 反时限部分动作于解列灭磁 定时限过负荷保护的动作电流 按发电机正常运行最大励磁电流下能可靠返回的条件 整定计算公式与定子绕组过负荷保护计算公式相同 反时限过负荷保护按 进行 2 A t I 整定 第三节第三节 转子表层的过负荷保护转子表层的过负荷保护 当发电机三相负荷不对称或系统发生不对称短路时 定子绕组中的负序电流 产生旋转磁场 该磁场旋转的方向与转子运动方向相反 以两倍同步速度切割转 子 转子中感应出 100HZ 交变电流 该电流使转子本体 端部 护环内表面等处 因电流密度过大而过热灼伤 甚至引起护环松脱导致发生重大事故 另外 在定 子转子之间产生的 100HZ 交变电磁力矩的作用下 机组会发生振动 为防止以上 事故的发生 发电机应装设转子表层负序过负荷保护 即反时限负序电流保护 同时 该保护还可以兼作系统不对称故障的后备保护 对于中小型的发电机转子表层的负序过负荷保护 通常采用两段式定时限负 序电流保护 段动作电流按与相邻元件后备保护配合的条件整定 一般取 经 3 5s 延时后动作于跳闸 段动作电流按躲过发电机长 0 50 6 opg n II 期允许的负序电流 一般取 经 5 10s 延时后动作于信号 0 1 opg n II 大型发电机组转子表层负序过负荷保护 一般由定时限负序电流保护反时限 负序电流保护两部分组成 定时限负序电流保护动作与信号 反时限负序电流保 护动作于跳闸 定时限负序电流保护的动作电流 按在发电机长期允许的负荷电 流下能可靠返回的条件整定 反时限负序电流保护的动作电流应与发电机承受负 序电流的能力相配合 第四节第四节 励磁绕组过负荷保护励磁绕组过负荷保护 励磁绕组过负荷保护与定子绕组过负荷保护类似 也由定时限电流保护和反 时限电流保护两部分组成 定时限部分的动作电流按在正常励磁电流下能够可靠 返回的条件整定 反时限部分的动作特性按 进行整定 动作于解列 2 A t I 灭磁 发电机的励磁系统 有的用交流励磁电源经可控或不可控整流装置组成 对 于这种励磁系统 发电机励磁绕组过负荷保护可以配置在直流侧 也可以配置在 交流侧 当由备用励磁机时 保护装置配置在直流侧可以在使用备用励磁机时励 磁绕组不失去保护 但此时需要装设比较昂贵的直流变换设备 为了使励磁绕组 过负荷保护能兼作励磁机 整流装置及其引出线的短路保护 长装设在中性点侧 当中性点没有引出端子时 则配置在励磁机的机端 此时 保护装置的动作电流 要计及整流系数换算到交流侧 第五节第五节 失磁保护失磁保护 发电机失磁通常是指发电机励磁异常下降或励磁完全消失的故障 励磁异常 下降指发电机励磁电流的降低超过了静态稳定极限所允许的程度 使发电机稳定 运行遭到破坏 造成励磁异常下降的原因通常是由于主励磁机故障 误操作的过 量调整等 完全励磁消失就是发电机失去励磁电源 通常由于自动灭磁开关误跳 闸 励磁调节器整流装置中自动开关误跳闸 励磁绕组断线或端口短路等原因引 起 对于不允许失磁后继续运行的发电机 失磁保护应动作于跳闸 当发电机允 许失磁运行时保护可动作于信号 并要求失磁保护与切换励磁 自动减负荷等自 动控制相结合 以取得发电机失磁后的最好处理效果 发电机失磁对发电机本身的影响主要有 1 由于发动机失磁后出现转差 在 发电机转子回路中出现差频电流 差频电流在转子回路中产生损耗 如果超出允许 值 将使转子过热 特别是直接冷却的高力率大型机组 其热容量裕度相对降低 转子更容易过热 而转子表层的差频电流 还可能使转子本体槽楔 护环的接触 面上发生严重的局部过热甚至灼伤 2 失磁发电机进入异步运行之后 发电机 的等效电抗降低 从电力系统中吸收无功功率 失磁前带的有功功率越大 转差就 越大 等效电抗就越小 所吸收的无功功率就越大 在重负荷下失磁后 由于过电 流 将使发电机定子过热 3 对于直接冷却高力率的大型汽轮发电机 其平均异 步转矩的最大值较小 惯性常数也相对降低 转子在纵轴和横轴方面 也呈较明显 的不对称 由于这些原因 在重负荷下失磁后 这种发电机转矩 有功功率要发 生剧烈的周期性摆动 将有很大甚至超过额定值的电机转矩周期性地作用到发电 机的轴系上 并通过定子传递到机座上 此时 转差也作周期性变化 其最大值可 能达到 4 5 发电机周期性地严重超速 这些情况 都直接威胁着机组的安全 4 失磁运行时 定子端部漏磁增强 将使端部的部件和边段铁芯过热 5 1 保护原理 对于大型发电机通常装设专门的失磁保护 动作于信号 减负荷或停机 大 型机组突然跳闸会给机组本身造成大的冲击 对系统也会加重扰动 因此一般汽 轮发电机的诗词保护仅动作于减负荷 转入低负荷异步运行 若不能在允许的异 步时间内消除失磁因素 保护在动作于跳闸 若大型机组失磁而危及电力系统安 全时 保护应尽快断开失磁的发电机 以静稳态边界为动作判据 采用变励磁电压 P 原理 即得动作电 fd U fd U 压随 P 变化 对于隐极机 动作判据为 fdset UKp 式中 整定系数 单位 伏 瓦 即为 平面上动作 set K set K fd UP 特性直线的斜率 发电机有功功率 单位 瓦 P 发电机额定功率 单位 瓦 n P 发电机励磁电压 单位 伏 fd U 5 2 保护的逻辑框图 第六节第六节 失步保护失步保护 随着电力系统容量不断增加 大型发电厂高压母线的系统阻抗较小 一旦发 生系统非稳定性振荡 其振荡中心很容易进入失步发电机变压器组内部 这将严 重威胁失步的发电机和系统的安全运行 所以发电机组均加装有失步保护 并有 多种不同类型判据的失步保护 6 1 失步保护的基本原理 失步保护的基本原理主要是通过测量阻抗的轨迹变化情况来检测是否失步 其主要指标有三点 一是测量阻抗轨迹为自左向右或自右向左依次穿越整定阻抗区 域 穿越一次则记录为滑极次数加一 二是每穿越一个区域都大于一定延时 以 区别于故障以及区分失步振荡和稳定振荡 三是滑极次数达到一定值时 则动作 出口 失步保护要求在短路故障 系统振荡 电压回路断线等情况下 保护不误动 作 失步保护反应发电机失步振荡引起的异步运行 失步保护阻抗元件计算采用 发电机正序电压 正序电流 阻抗轨迹在各种故障下均能正确反映 国内失步保 护主要采用三阻抗元件失步保护动作特性或双遮挡器失步保护动作特性 保护采用三阻抗元件失步继电器动作特性 如下图 第一部分是透镜特性 图中 它把阻抗平面分成透镜内的部分 I 和透镜外 的部分 O 第二部分是遮挡器特性 图中 它把阻抗平面分成左半部分 L 和右半部分 R 两种特性的结合 把阻抗平面分成四个区 OL IL IR OR 阻抗轨迹顺序 穿过四个区 OL IL IR OR 或 OR IR IL OL 并在每个区停留时间大于 一时限 则保护判为发电机失步振荡 每顺序穿过一次 保护的滑极计数加 1 到达整定次数 保护动作 第三部分特性是电抗线 图中 它把动作区一分为二 电抗线以上为 I 段 U 电抗线以下为 II 段 D 阻抗轨迹顺序穿过四个区时位于电抗线以下 则认为振荡中心位于发变组内 位于电抗线以上 则认为振荡中心位于发变组 外 两种情况下滑极次数可分别整定 保护可动作于报警信号 也可动作于跳 闸 6 2 失步保护逻辑框图 第七节第七节 发电机低频保护发电机低频保护 7 1 保护原理 大型汽轮发电机运行中允许其频率变化的范围为48 5 50 5Hz 低于48 5Hz 时 累计运行时间和每次持续运行时间达到定值 保护动作于信号或跳闸 汽轮机叶片有自己的自振频率 并网运行的发电机 当系统频率异常时 汽轮 机叶片可能产生共振 从而使叶片发生疲劳 长久下去可能损坏汽轮机的叶片 发电机频率异常保护 是保护汽轮机安全的 7 2 保护的逻辑框图 图 7 2 1 保护的逻辑框图 第八节第八节 发电机逆功率保护原理发电机逆功率保护原理 发电机逆功率保护用于保护汽轮发电机组 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等原因 发电机将变为电动机运行 从系统吸 收有功功率 此时由于鼓风损失等 汽轮机尾部叶片可能过热 造成汽轮机损坏 一般汽轮发电机组不允许这种情况长期存在 而发电机逆功率保护可以很好的起到 这种保护作用 发电机的功率计算采用三相电压和三相电流得到 8 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 cos cos cos aaabbbccc PU IU IU I 为电压超前电流的角度 动作判据为 set PP 为逆功率保护动作整定值 set P 保护设有2 段延时 短延时t1 1s 5s 用于发信号 延时 10s 600s 可用 2 t 于跳闸 8 2 保护逻辑图见图 图 8 2 1 保护逻辑图见图 第九节第九节 发电机起停机保护原理发电机起停机保护原理 发电机启动或停机过程中 频率低 转速也低 若在启停机过程中发电机发生 故障 反映工频的主设备保护可能不能正确动作 因此应设置能反映在启停机过程 中发生定子接地故障和相间短路故障的启停机保护 即 反映发电机低速运行时的 定子接地故障的零序电压式启停机保护 及反映发电机低速运行时的相间故障的低 频过电流保护 9 1 构成原理及逻辑框图 保护的输入电压为取自机端TV 开口三角形绕组的零序电压或中性点TV 或消弧 线圈或配电变压器 二次电压 采用专用的测量回路 其工作频率范围 5HZ 55HZ 误差不大于 5 该保护只作为发电机启停机过程中的辅助保护 它由断路器辅助接点控制 待 发电机并网后可自动退出运行 动作方程 00 33 g UU 式中 机端TV 开口三角电压或中性点TV 配电变压器或消弧线圈 0 3U 二次电压 动作电压整定值 0 3 g U 9 2 保护的逻辑框图 图9 2 1保护的逻辑框图 第十节第十节 发电机意外突加电压保护原理发电机意外突加电压保护原理 突加电压保护作为发电机盘车状态下 主断路器误合闸时的保护 10 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 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 10 2 保护逻辑框图 图12 2 1 保护逻辑框图 第十一节第十一节 非全相保护非全相保护 发电机 变压器组的非全相运行故障 大多数发生在机组解列 并列的操作 过程中 正确地进行机组解列或并列的操作是大幅度地减少因负序电流烧损发电 机转子的简单而有效的措施 因此只要遵循保持发电机励磁 稳定机组转速 减 少机组出力 控制定子电流的原则 严格按照合理顺序进行操作和调整 完全可 以把负序电流控制在允许的范围之内 变压器 220KV 及以上高压侧的断路器 多为分相操作的断路器 常由于误操作或机械方面的原因 使三相不能同时合闸 或跳闸 或在正常运行中突然一相跳闸 当发变组装有转子表层负序过负荷保护时 该保护有较长的延时有可能使相 邻线路对侧后备保护抢先动作 导致故障范围扩大 甚至造成系统瓦解 因此 对于在系统中占有重要地位的电力变压器 220KV 及以上电压侧分相操作的断路 器 当非全相运行可能引起电力系统中其它保护越级跳闸 造成严重故障时 要 求装设非全相运行保护 运行经验证明 220KV 电压等级的分相操作断路器 发生非全相运行的情况 是多见的 并在某些联系薄弱的电力系统中造成稳定破坏事故 因此 非全相运 行保护得到普遍应用 非全相运行保护 一般有灵敏的负序电流元件和非全相判别回路组成 经短 延时 如 t 0 2 0 5s 动作于断开其他健全相 如果是操动机构故障 不能断 开其他健全相 则应动作于母线失灵保护 切断与本回路有关的母线段上的其他 有源电路 但是失灵保护不允许采用断路器辅助触点作判别元件 非全相运行故障时 发电机组运行工况的主要变化 1 由于主断路器一相 或两相在合闸状态 致使发电机定子电流严重不对称 1 在主断路器一相未断 开时 一相运行 电流幅值的变化规律是 比故障相滞后的一相电流为零 其它 两相电流基本相等 2 在主断路器两相未断开时 电流幅值的变化规律是 比故障相滞后一相电流最大 其它两相电流基本相等 2 汽轮机打闸后 由于 发变组处于非全相及失磁状态下与系统连着 处于稳定的异步电动机不对称运行 状态 空载 发电机转速下降不明显 3 发电机出口电压明显下降 由于发电 机失磁 主断路器非全相断开的状态下 发电机变成了一个感性负载 处于稳定 的异步电动机的不对称运行状态 从系统吸取大量无功功率 使发电机出口电压 明显下降 4 由于汽轮机打闸 发电机灭磁开关断开 发电机从系统吸收有 无功功率 使发电机有功功率表 无功功率表指示反向 5 非全相运行时 负 序电流产生的负序磁场在转子上产生两倍频率的脉动转矩 使发电机组产生 100 周 秒的振动 6 非全相运行时间过久 转子线槽端头铝槽楔会过热熔化 护环 嵌装面紧力消失 转子失去平衡 引起机组的强烈振动 非全相运行保护逻辑框图 图 11 1 非全相运行保护逻辑框图 第六章第六章 发变组非电量保护发变组非电量保护 发电机 变压器组非电量保护 主要有变压器的瓦斯保护 压力释放保护 绕 组温度保护 油温和油位保护 发电机的断水保护等 而每一种非电量保护对于 发电机 变压器组都是缺一不可的 若不重视非电量故障 让它发展的话 那么 对于发电机和变压器将是致命的危害 甚至危及电力系统的稳定运行 所以 要 做好非电量的保护工作 下面主要介绍的变压器的瓦斯保护 第一节第一节 主变轻瓦斯保护主变轻瓦斯保护 1 1 变压器瓦斯保护的作用 变压器的瓦斯保护可用来反应油浸式变压器油箱内的各种故障 当变压器油 箱内故障时 瓦斯保护有着独特的 其他保护所不具备的优点 如变压器发生严 重漏油 绕组断线故障或绕组匝间短路产生的短路电流值不足以使其他保护动作 时 只有瓦斯保护能够灵敏的动作发出信号或跳闸 所以变压器的瓦斯保护是大 型变压器内部故障的重要保护 当变压器油箱内发生故障时 在故障点电流和电弧的作用下 变压器油及其 他绝缘材料因局部受热而分解产生气体 这些气体将从油箱流向油枕的上部 当 故障严重时 变压器油会迅速膨胀并产生大量的气体 此时将有剧烈的气体夹杂 着油流冲向油枕的上部 根据油箱内部故障的这一特点 构成变压器的瓦斯保护 由于变压器的瓦斯保护是反应上述气流 油流而动作的 所以它是变压器的非电 量保护 变压器的瓦斯保护分为重瓦斯保护和轻瓦斯保护两部分 当变压器油箱内轻 微故障或严重漏油时 轻瓦斯保护动作延时作用于信号 当变压器内部发生严重 故障时 重瓦斯保护动作 瞬时动作跳开变压器的各侧断路器 气体继电器变压器瓦斯保护的主要元件 它安装在变压器油箱与油枕之间的 连接管道上 为使气体能顺利进入气体继电器和油枕 变压器安装时 应使顶盖 与水平面之间有 1 1 5 的坡度 连接管有 2 4 的升高坡度 1 2 变压器轻瓦斯保护的原理 当变压器内部发生轻微故障时 变压器油分解产生的气体汇集在气体继电器上部迫使继 电器内的油面下降 开口杯露出油面 因其受到的浮力减小失去平衡而下沉 带动永久磁铁 4 下降 当永久磁铁 4 靠近干簧触点 15 时 干簧触点 15 接通 发出轻瓦斯动作信号 当变 压器漏油严重时 同样由于油面下降而发出轻瓦斯信号 1 3 轻瓦斯保护的整定 气体继电器使用时 通过移动重锤 6 的位置 可调整轻瓦斯保护的动作值 其动作值采用气体容积的大小表示 整定范围通常为 250 300 气体继电 器安装完毕 从排气口 17 打进空气 检查轻瓦斯保护动作的可靠性 第二节第二节 主变重瓦斯保护主变重瓦斯保护 2 1 变压器重瓦斯保护的原理 当变压器内部发生严重故障时 油箱内产生大量气体 强大的气体伴随着油 流冲击挡板 10 当油流的速度达到整定值时 挡板 10 克服弹簧的反作用力向前 移动 带动永久磁铁 11 靠近干簧触点 13 使干簧触点 13 闭合 发出重瓦斯跳闸 脉冲 断开变压器各侧的断路器 2 2 重瓦斯保护的整定 气体继电器使用时 通过调整调节螺杆 14 改变弹簧 9 的松紧程度 调整重 瓦斯的动作值 其动作值采用油流速度的大小表示 整定范围通常为 0 6 1 5 通过探针 7 检查重瓦斯保护动作的可靠性 m s 第七章第七章 发变组微机保护发变组微机保护 1 1 发电机 变压器组微机保护装置的选择 根据微机保护装置的要求 可选择南京南瑞继保电气有限公司的RCS 985A保 护装置 它具有以下几大特点 1 双 CPU 系统结构 RCS 985A保护装置包含两个独立的CPU 系统 低通 AD 采样 保护计算 逻辑输出完全独立 CPU2 系统作用于启动继电器 CPU1 系统作用于跳闸矩阵 任一CPU 板故障 装置闭锁并报警 杜绝硬件故障引起的误动 2 独立的起动元件 管理板中设置了独立的总起动元件 动作后开放保护装置的出口继电器正电 源 同时针对不同的保护采用不同的起动元件 CPU 板各保护动作元件只有在其 相应的起动元件动作后同时管理板对应的起动元件动作后才能跳闸出口 正常情 况下保护装置任一元件损坏均不会引起装置误出口 3 高速采样及并行计算 装置采样率为每周24 点 且在每个采样间隔内对所有继电器 包括主保护 后备保护 异常运行保护 进行并行实时计算 使得装置具有很高的可靠性及动 作速度 4 主后一体化方案 TA TV 只接入一次 不需串接或并接 大大减少TA 断线 TV 断线的可能 性 保护装置信息共享 任何故障 装置可录下一个发变组单元的全部波形量 第八章第八章 发变组配置说明发变组配置说明 1 1 100MW 汽轮发电机 变压器组保护动作行为表 根据各保护装置动作后所控制的对象 依保护装置的性质 选择性要求和故 障处