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发电机保护系统讲义 1 发电机差动 1 作用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 2 原理差动动作方程如下 Iop Iop 0 Ires Ires 0时 Iop Iop 0 S Ires Ires 0 Ires Ires 0时 式中 Iop为差动电流 Iop 0为差动最小动作电流整定值 Ires为制动电流 Ires 0为最小制动电流整定值 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 见图下图 差动电流 制动电流 式中 IT IN分别为机端 中性点电流互感器 TA 二次侧的电流 TA的极性见上图 3 保护逻辑图 4 制动斜率图 5 定值 CT 6000 1A 额定电流 0 76A最小动作电流Iopo 0 20A最小制动电流Ires0 0 60A制动特性斜率S 0 3TA断线闭锁差动0出口方式 发电机全停2 TA断线保护 1 原理 当任一相差动电流大于0 15倍的额定电流时启动TA断线判别程序 满足下列条件认为TA断线 a 本侧三相电流中至少一相电流为零 b 本侧三相电流中至少一相电流不变 c 最大相电流小于1 2倍的额定电流 2 定值 CT 6000 1A 额定电流 0 76A出口方式 发信3 发电机横差保护 1 作用电流型横差保护 作为发电机内部匝间 相间短路及定子绕组开焊的主保护 2 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 3I0中的基波成分 保护判据为 判据1 无制动特性 Iop Iset Iset为动作电流的整定值 见后判据2 有制动特性 Iop Iop 0 Ires Ires 0时 Ires Ires 0时 式中 Iop为横差电流 Iop 0为横差最小动作电流整定值 Ires为制动电流 取机端三相电流最大值 Ires 0为最小制动电流整定值 S为比率制动特性的斜率 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 5s 3 综合逻辑框图 4 定值 CT 300 5A 最小动作电流Iopo 5A最小制动电流Ires0 5A制动特性斜率S 1 3A一点接地后延时时间t 0 5S有无制动选择 1出口方式 发电机全停4 发电机反时限负序过流保护 1 作用作为发电机不对称故障和不对称运行时 负序电流引起发电机转子表面过热的保护 可兼作系统不对称故障的后备保护 2 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 式中 I2 为发电机负序电流标么值 I2 为发电机长期允许负序电流标么值 A 为转子表层承受负序电流能力的时间常数 保护的特性曲线见下图 3 保护的逻辑框图见下图 4 定值 CT 6000 1A 额定电流I 0 75A负序发热常数A1 10预告信号启动电流 0 08A预告信号启动延时 9S反时限启动电流 0 09A反时限延迟时间上限 0 5S反时限延迟时间下限 600S长期运行允许值 0 07A出口方式 解列 灭磁5 发电机低压记忆过流 1 作用低压过流保护作为发电机的后备保护 过流启动值可按需要配置若干段 每段可配不同的时限 电流带记忆功能 2 原理A 由低电压元件 三相过流元件 与 构成 B 判据说明a 低电压元件满足下列条件时 低电压元件动作 Uop为低电压整定值 U为三个线电压中最小的一个 b 过流元件过流元件接于电流互感器二次三相回路中 保护可有多段定值 每段电流和时限均可单独整定 当任一相电流满足下列条件时 保护动作 Iop为动作电流整定值 3 逻辑图 4 定值 CT 6000 1A 动作电压 80V动作电流 0 98A延时时间t1 5 0S延时时间t2 5 0S记忆功能投退 1出口方式t1 跳主变高压侧 启动失灵出口方式t2 发电机全停6 转子一点接地 1 作用发电机励磁回路一点接地故障 对发电机并未造成危害 该保护反映转子回路一点接地故障 2 保护原理采用乒乓式开关切换原理 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值和接地位置 原理图见图5 6所示 其中 S1 S2为由微机控制的电子开关 Rg为接地电阻 为接地点位置 E为转子电压 考虑它的变化 新的电动势以E 表示 两个降压电阻R 一个测量电阻R1 计算接地位置并记忆 为判断转子两点接地作准备 为防止保护误动及计算溢出 特设启动判据 E 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 3 接线原理图 4 定值 接地电阻高定值 50K 高定值延时时间 5 0S接地电阻低定值 10K 低定值延时时间 1 0S记忆功能投退 1高定值出口 发信低定值出口 发信7 定子接地保护 1 作用作为发电机定子回路单相接地故障保护 当发电机定子绕组任一点发生单相接地时 该保护按要求的时限动作于跳闸或信号 2 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 3U0 Uop三次谐波电压动作判据为 方案1 方案2 其中3U0一般取中性点电压 如果中性点无TV 则取机端零序电压 需TV断线闭锁 Uop为基波零序电压整定值 U3S和U3n分别为发电机机端TV开口三角绕组和中性点TV输出中的三次谐波分量 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 3 逻辑框图 4 定值 发电机基波零序电压型定子接地保护基波电压Uop 10V基波延时时间 1 5S电压选择 0 取中性点电压 出口方式 发信发电机3次谐波电压型定子接地保护三次谐波比例系数K 1三次谐波延时时间 2 0S变比平衡系数KP 1 732三次谐波保护方案选择 0出口方式 发信8 发电机反时限对称过负荷保护 1 作用发电机对称过负荷保护用于发电机组作为对称过流和对称过负荷保护 接成三相式 取其中的最大相电流判别 主要保护发电机定子绕组的过负荷或外部故障引起的定子绕组过电流 由定时限过负荷和反时限过流两部分组成 2 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 式中 K 定子绕组过负荷常数I 定子额定电流为基准的标幺值 与定子绕组温升特性和温度裕度有关 一般为0 01 0 02 保护特性曲线 3 逻辑框图见图 4 定值 额定电流 0 75A过负荷常数K 37 5预告信号启动电流 0 83A预告信号延时 5A反时限启动电流 0 91A反时延时限上限 0 5S反时延时限下限 1000S散热常数 0出口方式定时限 发信出口方式反时限 解列 灭磁9 发电机失磁保护 1 作用发电机励磁系统故障使励磁降低或全部失磁 从而导致发电机与系统间失步 对机组本身及电力系统的安全造成重大危害 2 保护原理a 定励磁低电压判据b 稳态异步边界阻抗判据c 主变高压侧三相同时低电压判据d 静稳边界阻抗主判据阻抗扇形圆动作判据匹配发电机静稳边界圆 采用0 接线方式 动作特性见特性图所示 发电机失磁后 机端测量阻抗轨迹由图中第I象限随时间进入第 象限 达静稳边界附近进入圆内 静稳边界阻抗判据满足后 至少延时1s 1 5s发失磁信号 压出力或跳闸 延时1s 1 5s的原因是躲开系统振荡 扇形与R轴的夹角10 15 为了躲开发电机出口经过渡电阻的相间短路 以及躲开发电机正常进相运行 静稳边界阻抗判据动作特性图 3 逻辑框图见图 4 定值 静稳动作阻抗Z1A12 4 Xst 静稳动作阻抗Z1B63 8 Xd 励磁低电压Ufd75V机端低电压Ug80VTV断线闭锁投退1 1 投入0 退出 延时t10 5S延时t21 0S出口方式t1发信出口方式t2全停10 发电机过电压保护 1 作用防止发电机电压过高损坏绝缘 2 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 3 定值 动作电压130V延时时间0 3s出口方式全停11 发电机频率保护 1 作用防止发电机频率异常影响系统运行 2 保护原理频率保护测量系统电压的频率 单系统频率异常 超过所给定的定值时 即发信或跳闸 并设有低电压闭锁 即发电机退出运行时频率保护也自动退出运行 3 逻辑框图见图 4 定值 高频一段55Hz高频二段55Hz低频一段49 5Hz低频二段49Hz高频一段延时290s 全停 高频二段延时290s 全停 低频一段延时5s 发信 低频二段延时2s 发信 低电压闭锁11 5V12 励磁变速断保护 1 作用防止励磁变内部短路故障扩大事故 2 保护原理保护判断三相电流中最大值大于整定值时动