RCS-985发电机变压器组保护讲课

RCS 985发电机变压器组保护 RCS 985发变组保护介绍 1 基础理论2 方案介绍3 装置介绍4 保护功能特点5 使用与运行6 调试方法7 投运注意事项8 动作分析9 总结 适用范围 发电机变压器组类型汽轮发电机变压器组水轮发电机变压器组燃气轮机组机组容量100MW以上发电机变压器机组200MW以上发变组单元机组 总体方案为双主双后 即双套主保护 双套后备保护 双套异常运行保护的配置方案 其思想是将一个发变组单元的全套电量保护集成在一套装置中 主保护和后备保护共用一组TA 对于一个发变组单元 配置两套完整的电气量保护 每套保护装置采用不同组TA 均有独立的出口跳闸回路 非电量保护出口跳闸回路完全独立 和操作回路独立组屏 保护总体方案设计思想 300MW 500KV机组TA TV配置方案 300MW 500KV机组TA TV配置方案 TA配置方案说明 1 A B屏采用不同的电流互感器 2 主后备共用一组TA 3 主变差动 发电机差动均用到机端电流 一般引入一组TA给两套保护用 对保护性能没有影响 RCS 985保留了两组TA输入 适用于需要两组的特殊场合 4 主变差动 高厂变差动均用到厂变高压侧电流 由于主变容量与厂变容量差别非常大 为提高两套差动保护性能 一般保留两组TA分别给两套保护用 RCS 985通过软件选择 可以适用于只有一组TA的情况 5 220KV侧应有一组失灵启动 非全相保护专用TA TV配置方案说明 1 A B屏尽量采用不同的电压互感器或互相独立的绕组 2 对于发电机保护 配置匝间保护方案时 为防止匝间保护专用TV高压侧断线导致保护误动 一套保护需引入两组TV 如考虑采用独立的TV绕组 机端配置的TV数量太多 一般不能满足要求 发电机机端建议配置三个TV绕组 TV1 TV2 TV3 A屏接入TV1 TV3电压 B屏接入TV2 TV3电压 正常运行时 A屏取TV1电压 TV3作备用 B屏取TV2电压 TV3作备用 任一组TV断线 软件自动切换至TV3 TV3既匝间保护专用TV 只做复压过流的复压后备 不做接地保护的后备 3 对于零序电压 一般没有两个绕组 同时接入两套保护装置 300MW 500KV差动保护配置方案1 300MW 500KV差动保护配置方案2 差动保护配置说明 1 配置方案1 对于300MW及以上机组 A B屏均配置发变组差动 主变差动 发电机差动 高厂变差动 2 配置方案2 对于100MW以上 300MW以下机组 A屏配置主变差动 发电机差动 高厂变差动 B屏配置发变组差动 发电机差动 高厂变差动 发变组差动范围一般差至高厂变低压侧 也可选择差至高厂变高压侧 300MW 500KV后备保护配置图 后备保护配置说明 A B屏均配置发变组单元全部后备保护 各自使用不同的TA 1 对于零序电流保护 如没有两组零序TA 则A屏接入零序TA B屏采用套管自产零序电流 此方式两套零序电流保护范围有所区别 定值整定时需分别计算 2 转子接地保护因两套保护之间相互影响 正常运行时只投入一套 需退出本屏装置运行时 切换至另一套转子接地保护 300MW 500KV机组保护组屏视图 保护配置方案 300MW 220KV机组TA TV配置方案 300MW 220KV机组TA TV配置方案 300MW 220KV机组TA TV配置方案 300MW 220KV差动保护配置图 300MW 220KV后备保护配置图 300MW 220KV机组保护组屏视图 保护配置方案 100MW 220KV机组TA TV配置方案 100MW及以上机组差动保护配置图 100MW及以上机组后备保护配置图 100MW 220KV机组保护组屏视图 保护配置方案 双主双后的优点 运行方便 安全可靠 设计简洁 二次回路清晰 由于主后共用一组TA TA总数没有增加或有所下降 整定 调试和维护方便 保护方案设计思想 合理的整机结构 装置采用整体面板 全封闭机箱强弱电严格分开取消传统背板配线方式先进的电磁兼容技术 RCS 985装置介绍 先进的硬件核心 高速数字信号处理器DSP32位微处理器CPU独立的CPU处理显示 键盘等人机对话大屏幕汉字液晶显示 先进的硬件核心 独立的双CPU系统 低通 AD采样 保护计算 逻辑输出CPU2系统作用于启动继电器 CPU1系统作用于跳闸矩阵启动一致性 CPU1和CPU2的启动元件相同 保护才出口任一CPU故障 装置闭锁并报警 杜绝硬件故障引起的误动 硬件配置示意图 可靠的软件技术 每个周波24点高速采样率并行实时计算 在故障全过程对所有保护继电器进行实时计算 即在每一个采样间隔内 0 833ms 对所有保护完成计算 并留有裕度 先进的软件可靠性技术 完善的事件报文处理 可记录32次故障及动作时序可记录8次故障波形可记录最近32次开关量的变位状况及时间可记录32次自检报告 独立的故障录波 CPU录波 记录保护的各种原始模拟量 保护用的中间模拟量 保护的出口状态等 MON录波 设有完整的故障录波功能 可以连续记录长达4S的发变组单元所有模拟量 开入量 保护动作量波形 记录采用COMTRADE格式 是针对发变组的故障录波器 录波数据可通过独立的串口输出或打印输出故障分析软件包能方便用户在故障发生后进行分析 灵活的整定方法 后台予设定值 经接口输入装置输入发变组单元的系统参数容量 电压等级 TA变比 TV变比主接线方式等装置自动计算一次额定电流 二次额定电流 差动保护各侧调整系数每种保护功能跳闸方式经跳闸矩阵出口 跳闸矩阵的功能特点 灵活的跳闸矩阵 每一种保护均可经跳闸矩阵整定出口方式 友好的用户界面 全中文菜单全中文打印大屏幕液晶显示 主接线及运行方式一目了然不进行任何操作即可显示所有模拟量及差电流 保护装置 透明化 实时显示所有模拟量及差电流 相位实时监测开入量 压板 保护起动应用专用软件可以监测多达1000个保护装置内部数据和标志 实现了保护装置透明化监视 后台管理软件与通讯功能开发了相应的PC机软件 利用通讯的方式 提供方便的手段设定装置定值 观察装置状态以及了解记录的信息 例如整定定值 获得模拟量实时值 开入量状态以及获得录波数据等四个RS 485通信接口 其中有两个可以复用为光纤接口支持电力行业标准DL T667 1999 IEC60870 5 103标准 的通讯规约 灵活的后台通讯方式 方便的调试手段 设有调试输入接口 用HELP 90A方便地进行调试 传动试验装置面板设置调试串口所有保护信息可通过调试串口传至PC机 便于保护状态和性能的二次分析所有定值可通过PC机进行整定 存盘 打印 调试界面例2 变压器差动定值整定 调试界面例3 发电机差动保护相关量显示 调试界面例4 变压器差动相关量显示 调试界面例5 定子接地保护相关量显示 内部故障保护功能 配置机组内部故障多重主保护 1 发电机差动保护 包括工频变化量差动保护 2 发电机裂相横差保护或不完全差动保护3 发电机高灵敏横差保护4 发电机纵向零序电压匝间保护5 发变组差动保护6 主变差动保护 包括工频变化量差动保护 7 高厂变差动保护8 励磁变差动保护9 励磁机差动保护 其他保护功能 RCS 985保护装置的关键技术 1 采用了工频变化量新原理 变斜率比率差动保护新原理 2 全新的异步法TA饱和判据 3 首次提出并实现了浮动门槛和电流比率制动相结合的纵向零序电压匝间保护 高灵敏横差保护新原理 4 采用三次谐波电压差动新原理的100 定子接地保护 5 其他保护功能的特点6 灵敏的TV TA回路自检功能 发电机差动保护现状 发电机纵差保护可以很好地保护定子相间短路 包括横差所不能反应的机端相间故障 因此它是发电机内部故障其它保护所不能替代的主保护 大型发电机造价昂贵 内部故障造成的损失巨大 内部相间故障由于故障点电势可能较低 故障时受过渡电阻影响较大 如何采用新原理 不受过渡电阻影响 提高内部故障时保护灵敏度已成为重要课题 发电机差动保护普遍采用P级TA 区外故障TA不平衡电流大 尤其在非同期合闸时 固定斜率的比率差动保护 不能很好的与TA不平衡电流变化配合 满负荷运行时发电机内部A B相2 5 经过渡电阻短路 变斜率比例差动不设拐点 一开始就带制动特性 差动保护的功能特点 差动保护的功能特点 一般的差动继电器均选用比率差动 主要是为解决区外故障时 故障电流引起的不平衡电流对差动继电器的影响 当区外故障电流增大时 不平衡电流会增大 制动电流也增大 比率差动特性可让定值也随制动电流也增大而抬高 此特性能躲过不平衡电流 由于硬件的限制 以前的特性大都为直线特性 动作特性随制动电流也增大与不平衡电流随区外故障电流增大不匹配 降低了非线性部分的灵敏度 变斜率比率差动动作特性较好地与差电流的不平衡电流配合 因为差电流的不平衡电流的增加随制动电流的增加是非线性的 与传统纵差相比 增加了灵敏动作区 减少了易动作区 由于一开始就带制动并且使用了频率跟踪技术 因此 差动起始企可以安全地降低 提高了发电机内部故障时 尤其是机组起停过程中 45 55 内部轻微故障差动保护的灵敏度 主变内部C相1 5 匝间故障 变斜率比率差动保护的功能特点 差动保护的功能特点 可靠的高值比例差动由高比率制动系数抗TA饱和由高定值门槛躲过TA断线 差动保护的功能特点 发电机差动TA饱和问题 以往认为 发电机差动采用保护级TA 并且TA同型 区外故障电流倍数小 一次电流完全相同 二次不平衡差流小 因此 为提高内部故障灵敏度 降低差动起始定值 比率制动系数 实际情况 发电机差动TA尽管同型 但两侧电缆长度可能不一致 部分机组TA不是真正同型TA 区外故障电流倍数尽管小 但非周期分量衰减慢 结果 导致TA饱和 不平衡差流增大 差动保护屡有误动发生 现有防TA饱和措施 提高定值 缺点 降低了内部故障灵敏度 采用流出电流判据的标积制动式差动保护 当IH IN B I1 IN B I2 IN B时差动保护动作电流为无穷大缺点1 理论计算表明 在发电机内部故障时 也有流出电流 存在拒动可能 缺点2 区外转区内故障时 拒动可能性增加 TA饱和判据的特点 全新的 异步法 TA饱和判据抗TA饱和算法 利用变压器 发电机差电流中谐波含量和波形特征来识别电流互感器的饱和关键判据 如何准确判出区外故障 投入抗TA饱和算法 制动电流工频变化量 差电流工频变化量 发电机区外故障并伴随CT饱和 发电机区内故障 发电机区内故障并伴随CT饱和 区内轻微 t0 正常运行t1 故障时 差动保护的功能特点 区内较严重 t0 正常运行t1 故障时 差动保护的功能特点 区内严重故障 t0 正常运行t1 故障时 差动保护的功能特点 区外TA饱和 t0 正常运行t1 判出区外t2 开始饱和t3 进入动作区t1 t0 5ms TA饱和 t0 正常运行t1 判出区外t2 开始饱和t3 进入动作区t1 t0 5ms 发变组差动保护的功能 变斜率比率差动保护二次谐波原理或波形识别TA饱和判据高值比率差动保护二次谐波原理或波形识别差动速断保护TA断线闭锁 主变差动保护的功能 变斜率比率差动保护二次谐波原理或波形识别TA饱和判据高值比率差动保护二次谐波原理或波形识别工频变化量比率差动保护二次谐波原理或波形识别差动速断保护TA断线闭锁 高厂变差动保护的功能 变斜率比率差动保护二次谐波原理或波形识别TA饱和判别高值比率差动保护二次谐波原理或波形识别差动速断保护TA断线闭锁高压侧电流速断 高厂变高压侧内部故障时 小变比TA严重饱和 300 600Ie 高厂变差动可能拒动 增加大变比TA速断保护 能正确动作 励磁变差动保护的功能 变斜率比率差动保护二次谐波原理或波形判别TA饱和判据高值比率差动保护二次谐波原理或波形判别差动速断保护TA断线闭锁 发电机差动保护的功能 变斜率比率差动保护TA饱和判据高值比率差动保护工频变化量比率差动保护差动速断保护TA断线闭锁 TA安装示意图 发电机裂相横差保护的功能 变斜率比率差动保护TA饱和判据高值比率差动保护差动速断保护TA断线闭锁 励磁机差动保护的功能 变斜率比率差动保护TA饱和判据高值比率差动保护差动速断保护TA断线闭锁满足50Hz 100Hz两种励磁机频率的需要 现有纵向零序电压匝间保护方案 1 负序方向闭锁的纵向零序电压匝间保护 负序方向元件在外部三相短路暂态过程中和频率偏离额定值时可能会误动 当采用负序功率方向作为动作元件时 灵敏度不高 2 负序方向闭锁的二次谐波式匝间短路保护 对于发电机组 外部不对称故障 也会产生二次谐波电流 需负序方向闭锁 因此也存在上述缺点 3 三次谐波分量闭锁纵向零序电压匝间保护 动模和实际机组故障未证实区外故障时纵向零序电压中三次谐波分量会增大 发电机定子匝间故障 1 单元件式横差保护 零序电压匝间保护用电压互感器n并联分支发电机零序等效电路 发电机定子匝间故障 发电机定子匝间故障 2 纵向零序电压原理构成的保护方案 在发电机的出口装设一个专用全绝绝缘电压互感器 其一次绕组中性点直接与发电机中性点相连而不接地 所以 该电压互感器二次绕组不能用来测量相对地电压 只有当发电机内部发生匝间短路或者对中性点不对称的各种相间短路时 破坏了三相对中性点的对称 产生了对中性点的零序电压 即纵向零序电压 在它的开口三角绕组才有输出电压 即3U0 0 使零序电压匝间短路保护正确动作 为防止低定值零序电压匝间短路保护在外部短路时误动作 还采用一些制动或闭锁量 因为三次谐波不平衡电压随外部短路电流增大而增大 为提高匝间短路保护动作灵敏度 这个措施是必要的 零序电压匝间保护的功能特点 高定值段匝间保护 按躲过各种情况下最大不平衡零序电压整定 灵敏段匝间保护 电流比率制动原理 综合电流 采用电流增加量和负序电流加权值 正常运行发电机纵向零序电压波形 零序电压匝间保护的功能特点 零序电压匝间保护的功能特点 妈湾电厂主变高压侧C0故障纵向零序电压波形 零序电压基波分量比故障前增大 电流 负序电流增加较大 电流比率制动原理的匝间保护没有误动 发电机区内A3 A4匝间故障纵向零序电压波形 零序电压增加 而相电流变化不大 保护灵敏动作 零序电压匝间保护的功能特点 浮动门槛技术 对其他工况下 不同负载 电压升高 失磁故障等 零序电压不平衡值的增大 采用浮动门槛躲过不平衡电压 频率跟踪与数字滤波器结合 频率偏移时 三次谐波滤过比仍大于100由于采取了以上措施 纵向零序电压匝间保护只需按躲过正常运行时不平衡基波电压整定 区内故障灵敏动作 区外故障可靠制动 零序电压匝间保护的功能特点 发电机横差保护分析图 高灵敏横差保护的功能特点 高灵敏横差保护的功能特点 高定值段横差保护 相当于一般的单元件横差保护 按躲过最大不平衡电流整定灵敏段横差保护 相电流比率制动原理取最大相电流增加值作制动 发电机变压器区外AB两相故障横差电流波形 横差电流增加 由于相电流也增加 因此能可靠制动 高灵敏横差保护的功能特点 发电机区内B1 B3匝间故障横差电流波形 横差电流增加 而相电流变化不大 横差保护灵敏动作 高灵敏横差保护的功能特点 高灵敏横差保护的功能特点 浮动门槛技术 对其他工况下 不同负载 电压升高 失磁故障等 横差电流不平衡电流的增大 采用浮动门槛躲过不平衡电流电压 频率跟踪与数字滤波器结合 频率偏移时 三次谐波滤过比仍大于100由于采取了以上措施 横差电流定值只需按躲过正常运行时不平衡基波电流整定 区内故障灵敏动作 区外故障可靠制动 RCS 985保护装置的关键技术 1 采用了工频变化量新原理 变斜率比率差动保护新原理 2 全新的异步法TA饱和判据 3 首次提出并实现了浮动门槛和电流比率制动相结合的纵向零序电压匝间保护 高灵敏横差保护新原理 4 采用三次谐波电压差动新原理的100 定子接地保护 5 其他保护功能的特点6 灵敏的TV TA回路自检功能 100 定子接地保护 1 正常运行时 当发电机中性点没有消弧线圈时 即使三相电势完全对称相等 由于发电机电压系统三相对地电容不完全相等 中性点也有一定的不平衡电压存在 这个不平衡电压一般为额定电压的百分之几 当中性点接有消弧线圈 欠补偿 时 为降低定子接地保护零序电压的动作值 可适当改变并联电阻 视实际情况调整 使一般中性点的不平衡电压可降到规定值以内 2 单相接地时 图1 31所示为发电机定子单相接地示意图以及接地时基波零序电压U0与的关系 为中性点到故障点的匝数占一相总数的百分数 对于金属性接地 假设三相电源电势和三相对地电容完全对称 并设故障点位于定子绕组A相距中性点处 由于接地电流非常小 定子绕组感抗又远小于对地容抗 所完全可以忽略定子绕组感抗压降 这样零序电压U0既是发电机中性点的位移电压 也是定子绕组任一相任一点的零序电压 即当故障发生在定子绕组任一相的任一点时 零序电压U0 EX 见图1 31 b U0与成线性关系 基波零序电压定子接地保护的动作电压 一般可降到5 10V对于主变压器高压侧为中性点直接接地系统 当高压系统发生接地故障时 若直接传递给发电机的零序电压超过定子接地保护的动作值 则可使定子接地保护的动作时限大于系统接地保护的动作时间 从时限上保证选择性基波零序电压型定子接地保护简单可靠 可以在发电机单相接地电流很小的情况下采用 一般中小型机组都是采用这种接地保护 保护区为80 90 发电机三次谐波电势的分布特点 如果把发电机的对地电容等效地看作集中在发电机的中性点N和机端S 每端为1 2Cof 并将发电机端引出线 升压变压器 厂用变压器以及电压互感器等设备的每相对地电容Cos也等效地放在机端 则正常运行情况下的等效网络如图1 32所示 同此即可求出中性点及机端的三次谐波电压分别为 当发电机中性点经消弧线圈接地时 其等值电路如图1 33所示 假设基波电容电流得到完补偿 则 此时发电机中性点侧对三次谐波的等值电抗为 发电机端对三次谐波的等值电抗为 发电机端三次谐波电压和中性点三次谐波电压之比为 上式表明 接入消弧圈以后 中性点的三次谐波电压UN3在正常运行时比机端三次谐波电压US3更大 在发电机出线端开路时 COS 0 则在正常运行情况下 尽管发电机的三次谐波电势E3随着发电机的结构及运行状况而改变 但是其机端三次谐波电压与中性点三次谐波电压的比值总是符合以上关系的 当发电机定子绕组发生金属性单相接地时 设接地发生在距中性点 处 其等值电路如图1 34所示 此时不管发电机中性点是否接有消弧线圈 恒有US3 UN3随 而变化的关系如图1 35所示 当 UN3 100 定子接地保护 因此 如果利用机端三次谐波电压US3作为动作量 而用中性点侧三次谐波电压作为制动量来构成接地保护 且当US3 UN3时为保护的动作条件 则在正常运行时保护不可能动作 而当中性点附近发生接地时 则具有很高的灵敏性 利用这种原理构成的接地保护 可以反应定子绕组中性点侧约50 范围以内的接地故障 定子接地保护的功能特点 高性能滤波算法高性能数字滤波器频率跟踪全波傅氏算法每周24点采样率保证了三次谐波率过比大于100 正常运行时发电机中性点零序电压波形 妈湾电厂 定子接地保护的功能特点 95 定子接地保护灵敏段 动作于出口时中性点零序电压经主变高 中压侧零序电压闭锁 以防止区外故障时定子接地基波零序电压灵敏段误动 动作于信号时只判中性点零序电压高定值段 躲过各种情况下最大不平衡电压 定子接地保护的功能特点 发电机中性点40 接地电压波形 动模试验 定子接地保护的功能特点 现有定子接地保护存在问题 三次谐波电压比率判据 启停机过程中易误动 正常运行机组频率变化时 三次谐波滤过比下降 易导致误动调整型三次谐波电压判据 启停机过程中易误动 正常运行机组频率变化时 三次谐波滤过比下降 易导致误动 运行方式变化时 易误动 自适应三次谐波电压比率判据 发变组并网前后机端等效电容变化较大 并网前 后各设一个定值 根据各自状态下装置实时显示的最大三次谐波电压比率值整定 装置根据断路器位置接点和负荷电流自动适应状态变化频率跟踪和数字滤波器相结合 在频率45 55Hz范围内三次谐波电压滤过比不受影响 定子接地保护的功能特点 自适应三次谐波电压比率判据优点 频率变化不会误动解决了机组启停机过程中三次谐波电压比率判据误动的问题 定子接地保护的功能特点 三次谐波电压差动判据 正常运行时 机端 中性点三次谐波电压幅值 相位在一定范围内波动 实时自动调整系数kt使正常运行时差电压接近为0 可以保护100 的定子接地 定子接地保护的功能特点 妈湾电厂正常运行三次谐波差动波形 定子接地保护的功能特点 发电机中性点5 定子接地电压波形 动模试验 定子接地保护的功能特点 发电机中性点40 定子接地电压波形图 动模试验 定子接地保护的功能特点 发电机中性点经10k 定子接地电压波形 电科院动模试验 定子接地保护的功能特点 三次谐波电压差动可靠性 频率跟踪和数字滤波器相结合 在频率49 5 50 5Hz范围内保护功能不受影响 机组并网后负荷电流大于0 2In时 自动投入本判据 当TV断线时闭锁本判据 由于采用了以上辅助判据 尽管三次谐波电压差动判据在定子接地时灵敏度很高 但是在启停机过程中 区外故障及其他工况下均不会误动 定子接地保护的功能特点 RCS 985保护装置的关键技术 1 采用了工频变化量新原理 变斜率比率差动保护新原理 2 全新的异步法TA饱和判据 3 首次提出并实现了浮动门槛和电流比率制动相结合的纵向零序电压匝间保护 高灵敏横差保护新原理 4 采用三次谐波电压差动新原理的100 定子接地保护 5 其他保护功能的特点 6 灵敏的TV TA回路自检功能 一点接地设两段灵敏I段动作于信号II段动作于信号或跳闸转子两点接地保护一点接地II段动作于信号 自动延时投入转子两点接地保护 转子接地保护的功能特点 实时显示转子绕组对大轴绝缘电阻转子一点接地后显示接地位置高精度隔离放大器隔离电压2500V光耦继电器切换开关 转子接地保护的功能特点 Rg 转子接地电阻 转子接地位置U 励磁电压R 标准电阻S1 S2 切换开关 在上图中 当S1合 S2开可得 I1R I1 I2 Rg 1 u2I2R I1 I2 Rg u当S2合 S1开可得 2I1 R I1 I2 Rg 1 u I2 R I1 I2 Rg u 四式联立求解 已知I1 I2 I1 I2 R可求 Rg 当Rg大于定值时 为一点接地故障 当接地位置 改变达到一定值时判为两点接地 当发电机完全失去励磁时 励磁电流将逐渐衰减至零 由于发电机的感应电势Ed随着励磁电流的减小而减小 因此 其电磁转矩也将小于原动机的转矩 因而引起转子加速 使发电机的功角 增大 当 超过静态稳定极限角时 发电机与系统失去同步 发电机失磁后将从并列运行的电力系统中吸取电感性无功功率供给转子励磁电流 在定子绕组中感应电势 在发电机超过同步转速后 转子回路中将感应出频率为的电流 此电流产生异步制动转矩 当异步转矩与原动机转矩达到新的平衡时 即进入稳定的异步运行 失磁保护的功能特点 发电机各种运行方式下的机端测量阻抗 1 发电机正常运行时的机端测量阻抗当发电机向外输送有功和无功功率时 其机端测量阻抗Zf位于第一象限 如下图中的1点所示 它与R轴的夹角为发电机运行时的功率因数角 当发电机只输出有功功率时 测量阻抗位于R轴上的2点 当发电机欠激运行时 它向外输送有功 同时从电网吸收一部分无功功率 Q值变为负 但仍保持同步并列运行 此时 测量阻抗位于第四象限的3点 2 发电机外部故障1时的机端测量阻抗当采用0 接线方式时 故障相测量阻抗位于第一象限 其大小和相位正比于短路点到保护安装地点之间的阻抗Zd 如图中的5点 如继电器接于非故障相 则测绘阻抗的大小和相位需经具体分析后确定 3 发电机与系统间发生振荡时的机端测量阻抗Ed Us时 振荡中心位于处 当XS 0时 振荡中心即位于1 2Xd 处 此时机端测量阻抗的轨迹沿直线OO 变化 如图所示 当 180 时 测电阻抗的最小值为Zf j1 2Xd 发电机各种运行方式下的机端测量阻抗 发电机失磁后的机端测量阻抗 发电机从失磁开始到进入稳态异步运行 一般可分为三个阶段1 失磁后到失步前 sin 的增大与Ed的减小相补偿 基本上保持了电磁功率P不变 与此同时 无功功率Q将随着Ed的减小和 的增大而迅速减小 Q值将由正变为负 即发电机变为吸收感性的无功功率 机端测量阻抗变化轨迹说明 由于这个圆是在某一定有功功率P不变的条件下做出的 因此称为等有功阻抗圆 机端测量阻抗的轨迹与P有密切关系 对应不同的P值有不同的阻抗圆 且P越大时圆的直径越小 发电机失磁以前 向系统送出无功功率 功率因数角为正 测量阻抗位于第一象限 失磁以后 随着无功功率的变化 功率因数角由正值变为负值 因此测量阻抗也沿着圆周随之由第一象限过渡到第四象限 2 临界失步点对汽轮发电机组 当 90 时 发电机处于失去静稳定的临界状态 故称为临界失步点 此时输送到受端的无功功率 式中Q为负值 表明临界失步时 发电机自系统吸收无功功率 且为一常数 故临界失步点也称为等无功点 机端测量阻抗变化轨迹说明 发电机在输出不同的有功功率P而临界失步时 其无功功率Q恒为常数 因此 在上式中 为变数 Zf也是一个圆的方程 这个圆称为临界失步阻抗圆 也称等无功阻抗圆 其圆周为发电机以不同的有功功率P临界失步时 机端测量阻抗的轨迹 圆内为失步区 2 失步后的异步运行阶段可用图1 24所示的等效电路来表示 此时按图1 25所规定的电流正方向 机端测量阻抗应为 当发电机运行在失磁时 此时机端的测量阻抗为最大 当发电机在其他运行方式下失磁时 将随着转差率的增大而减小 并位于第四像限内 极限情况是当时 趋近于零 的数值为最小 考虑到转子面上装有阻尼条 或是隐极机本身的整块转子具有阻尼绕组作用 因此式中的可用代替 综上所述 当一台发电机失磁前在过激状态下运行时 其机端测量阻抗位于复数平面的第一象限 如图1 28中的a或a 点 失磁以后 测量阻抗沿等有功阻抗圆向第四象限移动 当它与临界失步圆相交时 b或b 点 表明机组运行处于静稳定的极限 越过 b或b 点以后 转入异步运行 最后稳定进行于 c或c 点 此时 平均异步功率与调节后的原动机输入功率相平衡 3 异步状态对于任意的一个s值 则随变化都有一个相应的圆 我们给定一组s值 则可得到一个圆族 s 0时圆最大 随增大 圆逐渐变小 当 圆趋向于一个点 显然 这个圆族的外包线给出了发电机异步阻抗的边界 对于任意的s和值 机端测量阻抗Z的端点 都应当落在这个边界之内 t0 正常运行t1 进入静稳圆t2 进入异步圆 失磁保护的功能特点 t0 正常运行t1 低励t2 异步运行 失磁保护的功能特点 失磁保护的功能特点 曲线1 区外振荡曲线2 区内振荡 失磁保护配置原则 如果系统有足够的无功储备 在发电机失磁后系统电压不会低于允许值 允许发电机在无励磁状态下异步运行 没有必要立即把失磁发电机切除 而只需发信号 这对系统是有好处的 可以避免在出现无功差额后又出现有功差额 因为发电机在无励磁异步运行时 有相当大的异步转矩 并能输出一定的甚至是接近额定值的有功功率 因此失步定子判据可以选择失磁异步阻抗园与无功反方判据相结合的方式 但是无励磁异步运行的条件和相应的允许时间 还决定于发电机的温升情况 如果系统和发电机不允许无励磁异步运行 则失磁保护装置应瞬时或经短延时动作于跳闸 如果允许无励磁异步运行 则失磁保护只发信号或自动减负荷 而以较长的延时切除失磁的发电机 开放式失磁保护方案失磁判据减出力有功判据低电压判据转子电压判据定子阻抗判据辅助判据 减出力采用有功功率判据P Pzd失磁导致发电机失步后 发电机输出功率在一定范围内波动 P取一个振荡周期内的平均值 失磁保护的功能特点 高压侧母线低电压判据Upp Ulezd高压侧PT断线时闭锁此判据TV断线时闭锁本判据 并发出TV断线信号 失磁保护的功能特点 转子电压判据转子低电压判据 Ur Ur1zd变励磁电压判据 Ur Kr Xdz P Pt Uf0发变组并网后延时投入失磁后异步运行时经定子判据闭锁自保持 失磁保护的功能特点 失磁保护时功率 转子电压变化 动模试验 失磁保护的功能特点 低励失磁时功率 转子电压变化 动模试验 失磁保护的功能特点 定子判据异步阻抗圆 静稳边界圆可选正序电压 正序电流计算阻抗可选择无功反向元件闭锁无功反向值可整定 失磁保护的功能特点 辅助判据TV断线切换 正常时用TV1正序电压计算 如TV1断线 自动切换至TV2负序电压闭锁 不对称故障时可闭锁失磁保护电流范围 失磁保护的功能特点 一次典型的失磁过程阻抗轨迹 开放式的失磁保护方案 段 动作于减出力可选 减出力判据 定子阻抗判据 转子判据 段 跳闸 母线低电压 可选 低电压判据 定子阻抗判据 转子判据 段 跳闸或报警段可选 定子阻抗判据 转子判据 段 长延时跳闸 与减出力段配合 定子阻抗判据 失磁保护的功能特点 发电机失步保护 失步运行这种保持励磁的同步机运行模式既不利于机组也不利于系统 由此可能引起水轮和汽轮发电机本身和汽轮发电机组轴的高机械应力和电磁应力 因而目前广泛采用 可以允许汽轮发电机在一定条件下作短时期的失步运行 这个条件可以简要地按在失步过程中 振荡中心是否多次落入发电机升压变压器及至发电机本身为标准 功能能区分振荡中心在发变组内部或外部 并滑极次数可分别整定能记录滑极次数采用正序电压 正序电流计算阻抗 能区分短路和失步能区分稳定振荡和失步能检测加速失步或减速失步振荡频率0 1 8Hz当电流小于出口断路器跳闸允许电流时出口 失步保护功能 失步保护的功能特点 失步保护的功能特点 发电机与系统失步时的等效系统图 系统各点的电流电压关系图 1 左右边界2 中心线3 电抗线 失步保护功能 失步保护的功能特点 振荡中机端阻抗继电器的测量阻抗图 失步继电器分析 区外失步 失步保护的功能特点 失步继电器分析 区内失步 失步保护的功能特点 失步继电器分析 加速失步 失步保护的功能特点 失步继电器分析 减速失步 失步保护的功能特点 失步过程分析 t0 正常运行t1 区外故障t2 故障切除 失步保护的功能特点 失步过程分析 t0 正常运行t1 区外故障t2 故障切除t3 振荡 失步保护的功能特点 失步保护的功能特点 失步过程分析 t0 正常运行t1 功率超调t2 失步振荡 失步过程分析 一次典型的失步振荡过程 保护采用三元件失步继电器动作特性 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 失步保护的功能特点 过负荷保护的功能特点 定子过负荷 负序过负荷 励磁过负荷两段定时限和一段报警反时限上限采用最小动作时间定值 过励磁保护的功能特点 高精度的测量采用软件测量频率用三相电压瞬时值均方根测量电压幅值 使得过激磁倍数的测量值不受系统频率变化的影响 其测量精度在 1 以内适用频率范围25 65Hz 过励磁保护的功能特点 灵活的过激磁保护方案两段定时限跳闸段和一段定时限报警段采用了过励磁特性曲线可设定的反时限过激磁保护 反时限动作特性曲线由输入的八组定值得到 通过曲线拟合技术得到更加精确的反时限动作特性具有累积功能 过励磁保护的功能特点 过励磁保护曲线 电压保护的功能特点 过电压保护两段过电压不受频率影响 在20 90Hz内正常工作低电压保护经控制接点闭锁 功率保护的功能特点 逆功率保护按发电机容量的 整定 定值最小0 5 Pn采用三相电流电压计算 测量精度高 误差 5 或0 2 Pn过功率保护程序逆功率经断路器位置接点闭锁经主汽门热工接点闭锁 频率保护的功能特点 四段低频保护 两段为累计运行低频保护 段为持续运行低频保护经断路器位置接点和无流标志闭锁测量精度高 误差 0 01Hz两段超频保护 段为累计运行超频保护 段为持续运行超频保护 误上电保护的功能特点 可靠的过电流元件可经频率闭锁可经断路器位置接点闭锁非同期并网时 冲击电流大可闭锁跳出口断路器断路器闪络保护 阻抗保护的功能特点 相间阻抗保护正方向阻抗 反方向阻抗可分别整定灵敏角固定为78 TV断线时自动退出相间电流工频变化量启动负序电流启动 复合电压过流保护的功能特点 复合电压过流保护复合电压闭锁功能可投退各侧复合电压并联启动TV断线闭锁功能对于自并励发电机 电流可带记忆功能 零序电压电流保护的功能特点 变压器高压侧零序保护零序过流保护可经零序电压闭锁零序过流保护设有谐波闭锁功能间隙零序电压定值范围10 250V间隙零序电压 间隙零序电流判据可相互展宽 RCS 985保护装置的关键技术 1 采用了工频变化量新原理 变斜率比率差动保护新原理 2 全新的异步法TA饱和判据 3 首次提出并实现了浮动门槛和电流比率制动相结合的纵向零序电压匝间保护 高灵敏横差保护新原理 4 采用三次谐波电压差动新原理的100 定子接地保护 5 其他保护功能的特点 6 灵敏的TV TA回路自检功能 TA异常判据可靠的比率制动判据 I2 0 2A 0 25 Imax延时10秒发出TA异常报警信号横差零序电流报警判据 横差电流三次谐波Ihc30 1Ie延时10秒发出横差TA异常报警信号 TA断线的功能特点 TA断线判据发电机差电流报警比率制动判据 Id 0 01Ie Id 0 03 Ir延时10秒发出差流异常报警信号 但不闭锁差动保护变压器差电流报警比率制动判据 Id 0 05Ie Id 0 10 Ir延时10秒发出差流异常报警信号 但不闭锁差动保护 TA断线的功能特点 可靠的TA断线判据差动启动时 满足以上任一条件开放差动保护 否则 判TA断线在判断出TA二次回路断线后发报警信号 经控制字选择是否闭锁比率差动保护 TA断线的功能特点 TV断线报警判据正序电压小于30V 且任一相电流大于0 04In负序电压3U2大于8V满足以上任一条件延时10S发TV断线报警信号发电机中性点 开口三角TV断线报警判据机端正序电压大于0 9Un 零序电压三次谐波分量小于0 10V延时10S发TV断线报警信号 TA断线的功能特点 电压平衡判据 UAB Uab 5V UBC Ubc 5V UCA Uca 5V U1 U1 3V满足以上任一条件延时0 2S发TV断线报警信号 并启动TV切换失磁 失步 定子接地 过电压 过励磁 复合电压过流 逆功率等相关保护不受影响 TV断线的功能特点 TV1一次断线闭锁判据TV2负序电压3U2 8VTV1自产零序电压3U0 8V满足以上条件延时100ms发TV1一次断线报警信号 并闭锁定子三次谐波电压差动判据 但不闭锁定子三次谐波电压比率判据 TV断线的功能特点 TV断线的功能特点 TV2一次断线闭锁判据TV1负序电压3U28VTV2自产零序电压3U0 8V满足以上条件延时60ms发TV2一次断线报警信号 并闭锁纵向零序电压匝间保护 运行使用 运行使用 使用说明 1 4个方向键 选择 2 键 修改 3 确认 取消键 4 复位 复位装置 运行使用 运行使用 运行使用 运行使用 运行使用 运行使用 整定定值注意 1 整定方法 按需要整定完毕 按 确认 输入密码 2 装置参数定值 系统参数定值修改完毕 还需确认保护参数定值 3 计算定值不能修改 4 可以通过调试软件整定 运行使用 运行使用 运行使用 当保护动作时 液晶屏幕自动显示最新一次保护动作报告 运行使用 保护装置运行中 液晶屏幕在硬件自检出错或系统运行异常时将自动显示最新一次异常报告 运行使用 进入显示报告查看开关量变位报告 运行使用 信号灯说明如下 1 运行 灯为绿色 装置正常运行时点亮 熄灭表明装置不处于工作状态 2 TV断线 灯为黄色 TV异常或断线时点亮 3 TA断线 灯为黄色 TA异常或断线 差流异常时点亮 4 报警 灯为黄色 保护发报警信号时点亮 5 跳闸 灯为红色 当保护动作并出口时点亮 并磁保持 在保护返回后 只有按下 信号复归 或远方信号复归后才熄灭 运行使用 装置闭锁 1 正常运行时装置始终对硬件回路和运行状态进行自检 当CPU检测到装置本身硬件严重故障时 发装置闭锁信号 并灭 运行 灯 闭锁整套保护 否则只退出部分保护功能 发告警信号 硬件故障包括 RAM异常 程序存储器出错 EEPROM出错 定值无效 光电隔离失电报警 DSP出错和跳闸出口异常等 此时装置不能够继续工作 自检出错信息见说明书 严重故障 备注带 运行使用 装置报警当CPU检测到装置长期起动 不对应起动 装置内部通信出错 开入异常 TA断线 TV断线 保护报警信号时发出装置报警信号 此时装置还可以继续工作 运行使用 压板使用说明 1 屏柜下部配置压板 保护功能压板 保护出口压板两部分 2 保护出口的投 退可以通过跳闸出口压板实现 3 保护功能可以通过屏上压板或内部压板 控制字单独投退 注 a 保护控制字未投入 功能压板不起作用b 保护控制字投入 压板不投 保护不能出口 但报警功能仍然可以报警 运行使用 打印控制自动打印 保护报警 保护启动 保护跳闸时自动打印报文 人工打印 分组打印定值 报警异常报文 开入变位报文 启动或跳闸报文 正常波形 故障波形 运行使用 打印方法1 屏上按 打印 按钮打印 跳闸报文 或启动报文 最新事件报文 最新开入变位报文 2 装置打印 进入打印菜单 分组打印定值 报警异常报文 开入变位报文 启动或跳闸报文 正常波形 故障波形 运行使用 波形打印 正常波形记录保护当前8个周波的各侧电流 电压波形 差流 差动各侧波形及幅值 用于校核装置接入的电流电压极性和相位 记忆8次故障波形报告 其中差流波形报告中包括三相差流 差动调整后各侧电流 幅值以及各开关跳闸时序图 各侧电流电压打印功能中可以选择打印各侧故障前后的电流电压波形 可用于故障后的事故分析 运行使用 信号关注等级 1 保护动作报告 跳闸灯亮 显示报文 各套差动保护动作 差动TA断线 发电机专用保护动作 定子接地 转子接地 失磁保护 失步保护 过电压过励磁保护 频率保护 误上电保护等 后备保护动作 阻抗 过流 零序 运行使用 信号关注等级 2 保护异常报告 运行灯灭 装置闭锁信号 CPU DSP ROM FLASH FPGA等 电源消失 运行使用 信号关注等级 3 保护异常报告 报警灯亮 发电机专用保护报警 定子接地 转子接地 失磁保护 失步保护 频率保护 过负荷信号 运行使用 信号关注等级 4 保护异常报告 报警灯亮 TA断线灯亮 TA瞬时断线 差动保护 各套差动差流报警信号 TA异常信号 运行使用 信号关注等级 5 保护异常报告 报警灯亮 TV断线灯亮 TV断线信号 TV切换信号 运行使用 信号关注等级 6 保护异常报告 报警灯亮 开关位置接点 开入异常 长期启动 MON板报警 非电量电源消失 运行使用 信号关注等级 7 保护动作报告 启动部分 各套差动保护启动 发电机专用保护启动 其他后备保护启动 运行使用 信号关注等级 8 保护异常报告启动风冷 闭锁调压 电超速输出等工况 装置只发报文 不发报警信号 说明书备注带 其他使用说明 1 防静电操作现场尽量不要插拔插件 确实需要更换 要按防静电的方法进行 手等不能接触芯片 2 防电磁干扰使用对讲机 手机时与屏柜保持一定距离 3 现场内压试验内压试验时需与装置断开或拔出装置插件 调试说明 通过装置调试接口可以进行以下操作 1 定值整定2 采样监视3 报文查看4 传动试验5 数据下载 调试说明 整定说明 后台予设定值 经接口输入装置输入发变组单元的系统参数容量 电压等级 TA变比 TV变比主接线方式等装置自动计算一次额定电流 二次额定电流 差动保护各侧调整系数每种保护功能跳闸方式经跳闸矩阵出口 投入发电机差动软压板 整定发电机差动定值及相应控制字 调试界面例2 变压器差动定值整定 跳闸矩阵的功能特点 跳闸矩阵 每一种保护均可经跳闸矩阵整定出口方式 TA极性定义 一般TA极性按说明书主接线图中定义输入装置 如实际TA输入极性与装置定义相反 可以配置输入TA极性 不需倒换外部接线 下图中TA均为装置缺省定义 保护装置 透明化 实时显示所有模拟量及差电流 相位实时监测开入量 压板 保护起动应用专用软件可以监测多达1000个保护装置内部数据和标志 实现了保护装置透明化监视 调试界面例3 发电机差动保护相关量显示 调试界面例4 变压器差动相关量显示 调试界面例5 定子接地保护相关量显示 报文查看 下图为一次试验的报文查看 1 图中显示保护启动绝对时间 2 各个保护动作相对时间 3 保护动作类型 4 跳开关情况 相应内容可在装置上查看 报文查看 传动调试 设有调试输入接口 用HELP 90A方便地进行调试 传动试验1 现场跳开关试验 试验跳闸矩阵设定 2 对照中央信号 远方信号 与DCS连接 3 与后台通讯测试需要 设定传动试验 装置液晶显示 传动调试 保护调试举例 主变差动保护1 投入保护硬压板 2 投入保护软压板 3 整定主变差动定值及相应控制字 4 通过微机保护测试仪加入电流 使主变差动动作 5 做出差动保护动作定值 测试动作时间 观察报文 跳闸矩阵及信号节点输出 对于YD 11的主变接线方式 RCS 985装置采用主变高压侧电流A B B C C A的方法进行相位校正至发电机机端侧 并进行系数补偿 差动保护试验时分别从高压侧 发电机机端侧加入电流 高压侧 机端侧加入电流对应关系 A ac B ab C bc 差动保护试验方法 机端a相和中性点a相分别加入模拟量 变化某侧电流 使发电机差动动作 差动保护试验结果 主变比率差动试验 试验时Y侧电流归算至额定电流时需除1 732 高压侧Ie A A分支Ie A B分支Ie A 投运注意事项 开关传动试验在保护调试试验完成后 具备了传动试验条件时 开始传动试验 应用便携式电脑 在后台DBG2000系统上 整定RCS 985装置系统定值总控制字 保护传动试验状态 投入 此时 保护装置显示 传动试验状态 启动DBG2000传动试验状态 按照显示的保护功能 顺序进行传动试验 同时在DBG2000系统上观测返回的报文与整定是否一致 投运注意事项 开关传动试验如某保护功能没有投入 此保护信号出口或跳闸出口不会开放 传动试验结束后 定值 传动试验状态 改为退出 投运注意事项 投运前检查试验完成后 要严格对照定值单是否准确 相应的状态控制字是否设置正确 试验中的连线是否解除 解开的连线是否恢复 检查保护装置是否处于正常运行状态 压板投入是否正确 投运注意事项 短路试验电流回路检查 电流显示与机组试验电流是否一致 确定发电机差动 发变组差动 主变差动 高厂变差动 励磁变差动或励磁机差动保护电流极性 正确的相角显示 投运注意事项 差流检查试验电流在