RCS985-发电机

1、RCS-985RCS-985微机发电机保护微机发电机保护 一一 保护功能配置保护功能配置 RCS985型号及功能配置型号及功能配置 RCS-985装置分四个程序版本，分别适用于不同的主接线： RCS-985A适用于标准的发变组单元主接线方式：两圈主变（ 220KV或500KV出线）、发电机容量100MW及以上、一台高厂变（ 三圈变或分裂变）、励磁变或励磁机； RCS-985B适用于两台高厂变的发变组主接线方式：两圈主变（ 220KV或500KV出线）、发电机容量100MW及以上、两台高厂变、 励磁变或励磁机； RCS-985C适用于多种发变组主接线方式：两圈或三圈主变、发电 机容量小于300M

2、W、一台高厂变（三圈变或分裂变）、分支电缆、 励磁变或励磁机； RCS-985G 适用于大型发电机保护，可以满足汽轮发电机、水轮发 电机、燃气轮发电机、抽水蓄能机组的保护要求。 1.1 发变组保护相关的技术规定条文摘录发变组保护相关的技术规定条文摘录 1.1.1电压在电压在3kV及以上，容量在及以上，容量在600MW及以下的发电机，应及以下的发电机，应 按本条的规定，对下列故障及异常运行方式，装设相应的保护。按本条的规定，对下列故障及异常运行方式，装设相应的保护。 容量在容量在600MW以上的发电机可参照执行：以上的发电机可参照执行： (a) 定子绕组相间短路；定子绕组相间短路； (b) 定子

3、绕组接地；定子绕组接地； (c) 定子绕组匝间短路；定子绕组匝间短路； (e) 发电机外部相间短路；发电机外部相间短路； (f) 定子绕组过电压；定子绕组过电压； (g) 定子绕组过负荷；定子绕组过负荷； (h) 转子表层（负序）过负荷；转子表层（负序）过负荷； (i) 励磁绕组过负荷；励磁绕组过负荷； (j) 励磁回路接地；励磁回路接地； (k) 励磁电流异常下降或消失；励磁电流异常下降或消失； (l) 定子铁芯过励磁；定子铁芯过励磁； (m) 发电机逆功率；发电机逆功率； (n) 低频；低频； (o) 失步；失步； (p) 发电机突然加电压；发电机突然加电压； (q) 发电机起停机；发电机

4、起停机； (r) 其他故障和异常运行。其他故障和异常运行。 1.1.2 对发电机定子绕组及其引出线的相间短路故障，应按下列对发电机定子绕组及其引出线的相间短路故障，应按下列 规定配置相应的保护作为发电机的主保护：规定配置相应的保护作为发电机的主保护： (a) 1MW以上的发电机，应装设纵联差动保护。以上的发电机，应装设纵联差动保护。 (b)对发电机变压器组，当发电机与变压器之间有断路器时，发电机对发电机变压器组，当发电机与变压器之间有断路器时，发电机 与主要变压器宜分别装设单独的纵联差动保护；当发电机与变压器之间与主要变压器宜分别装设单独的纵联差动保护；当发电机与变压器之间 没有断路器时，没有

5、断路器时，100MW及以下发电机，可只装设发电机变压器组共用及以下发电机，可只装设发电机变压器组共用 纵联差动保护，纵联差动保护，100MW以上发电机，除发电机变压器组共用纵联差动以上发电机，除发电机变压器组共用纵联差动 保护外，发电机还应装设单独的纵联差动保护。保护外，发电机还应装设单独的纵联差动保护。 (c) 对对200MW及以上发电机变压器组，应装设双重快速保护，即装设及以上发电机变压器组，应装设双重快速保护，即装设 发电机纵联差动保护、变压器纵联差动保护，发电机变压器组共用纵联发电机纵联差动保护、变压器纵联差动保护，发电机变压器组共用纵联 差动保护，当发电机与变压器之间有断路器时，宜分

6、别装设双重发电机差动保护，当发电机与变压器之间有断路器时，宜分别装设双重发电机 纵联和差动保护、双重变压器纵联差动保护，不再装设发电机变压器组纵联和差动保护、双重变压器纵联差动保护，不再装设发电机变压器组 共用纵联差动保护。共用纵联差动保护。 (d) 应对纵联差动保护采取措施，在穿越性短路及自同步或非同步合应对纵联差动保护采取措施，在穿越性短路及自同步或非同步合 闸过程中，减轻不平衡电流所产生的影响，以尽量降低动作电流整定值闸过程中，减轻不平衡电流所产生的影响，以尽量降低动作电流整定值 。 (e)纵联差动保护，应装设电流回路断线监视装置，断线后动作于信号纵联差动保护，应装设电流回路断线监视装置

7、，断线后动作于信号 。电流回路断线允许差动保护跳闸。电流回路断线允许差动保护跳闸。 (f) 本条中规定装设的过电流保护、电流速断保护、低电压保护、低本条中规定装设的过电流保护、电流速断保护、低电压保护、低 压过流和差动保护均应动作于停机。压过流和差动保护均应动作于停机。 1.1.3 各项保护装置，宜根据故障和异常运行方式的性质及热力各项保护装置，宜根据故障和异常运行方式的性质及热力 系统具体条件，按各条的规定分别动作于：系统具体条件，按各条的规定分别动作于： a停机停机: 断开发电机断路器、灭磁，对汽轮发电机，还要关闭主汽门；断开发电机断路器、灭磁，对汽轮发电机，还要关闭主汽门； 对水轮发电机

8、还要关闭导水翼；对水轮发电机还要关闭导水翼； b. 解列灭磁解列灭磁: 断开发电机断路器，灭磁，汽轮机甩负荷；断开发电机断路器，灭磁，汽轮机甩负荷； c. 解列解列: 断开发电机断路器，汽轮机甩负荷；断开发电机断路器，汽轮机甩负荷； d减出力减出力: 将原动机出力减到给定值；将原动机出力减到给定值； e缩小故障影响范围缩小故障影响范围: 例如双母线系统断开母线联络断路器等；例如双母线系统断开母线联络断路器等； f. 程序跳闸程序跳闸: 对汽轮发电机首先关闭主汽门，待逆功率继电器动作后，再对汽轮发电机首先关闭主汽门，待逆功率继电器动作后，再 跳发电机断路器并灭磁。对水轮发电机，首先将导水翼关到空

9、载位置，跳发电机断路器并灭磁。对水轮发电机，首先将导水翼关到空载位置， 再跳开发电机断路器并灭磁；再跳开发电机断路器并灭磁； g减励磁减励磁: 将发电机励磁电流减至给定值；将发电机励磁电流减至给定值； h励磁切换励磁切换: 将励磁电源由工作励磁电源系统切换到备用励磁电源系统将励磁电源由工作励磁电源系统切换到备用励磁电源系统 ； i厂用电源切换厂用电源切换: 由厂用工作电源供电切换到备用电源供电；由厂用工作电源供电切换到备用电源供电； j分出口分出口: 动作于单独回路；动作于单独回路； k信号信号: 发出声光信号。发出声光信号。 总体方案为总体方案为双主双后双主双后，即双套主保护、双套后备保护、

10、双套，即双套主保护、双套后备保护、双套异常异常 运行保护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。护集成在一套装置中。 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 置采用不同组置采用不同组TATA，均有独立的出口跳闸回路。，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。非电量保护出口跳闸回路完全独立，和操作回路独立组屏。 1.2 保护总体方案设计思想保护总体方案设计思想 1.3 特大型火电机组保护典型配置方案特

11、大型火电机组保护典型配置方案 300MW-500KV300MW-500KV机组机组TATA、TVTV配置方案配置方案 配置方案一 500kV RCS-985 A屏 RCS-974G C屏 RCS-974F RCS-985 B屏 主变压器 发电机 励磁变 高厂变 RCS-974AG 300MW-220KV300MW-220KV机组机组TATA、TVTV配置方案配置方案 配置方案 二 100MW-220KV100MW-220KV机组机组TATA、TVTV配置方案配置方案 配置方案 三 CZX-12A C屏 RCS-974G RCS-985 A屏 220k V 110k V TV 5 RCS-985

12、 B屏 BB B B B B B B B 高厂变 主变压器 发电机励磁变 RCS-985水轮机组保护装置共分为三个程序版本，分别适用于不水轮机组保护装置共分为三个程序版本，分别适用于不 同的主接线：同的主接线： RCS-985AW适用于标准的发变组单元主接线方式：两圈主变（适用于标准的发变组单元主接线方式：两圈主变（ 220KV或或500KV出线）、发电机容量出线）、发电机容量100MW及以上、一台高厂及以上、一台高厂 变（两圈变）、一台励磁变或励磁机；变（两圈变）、一台励磁变或励磁机； RCS-985GW适用于大型发电机保护，主接线方式：发电机容量适用于大型发电机保护，主接线方式：发电机容量

13、 100MW及以上、一台励磁变或励磁机；及以上、一台励磁变或励磁机； RCS-985TW适用于大型变压器保护，主接线方式：两圈主变（适用于大型变压器保护，主接线方式：两圈主变（ 220KV或或500KV出线）、一台高厂变（两圈变）。出线）、一台高厂变（两圈变）。 1.4 水电版本保护功能配置 配置方案一 配置方案 二 二二 硬件平台硬件平台 装置面板和背面布置图 6B 7B 8B 9C 10B10C 11B 12B 11C 12C 9B 发电机变压器组保护装置 南瑞继保电气有限公司 RCS-985 运 行 报 警 跳 闸 确认 区号取消 33键盘 调试接口 1A1B 3A3B 4A 4B 5B

14、 5A 2A2B 2.1 机箱结构机箱结构 2.2 先进的硬件核心先进的硬件核心 一一 高速数字信号处理器高速数字信号处理器DSPDSP 大规模逻辑门阵列大规模逻辑门阵列FPGAFPGA 可编程逻辑门阵列可编程逻辑门阵列CPLDCPLD 并行高精度并行高精度A/DA/D 3232位微处理器位微处理器CPUCPU 独立的独立的CPUCPU处理显示、键盘等人机对话处理显示、键盘等人机对话 大屏幕汉字液晶显示大屏幕汉字液晶显示 高速数字信号处理器DSP32位微处理器CPU 双CPU系统：低通、低通、ADAD采样、保护计算、逻辑输出采样、保护计算、逻辑输出 1 1、CPU2CPU2作用于启动继电器，作

15、用于启动继电器，CPU1CPU1作用于跳闸矩阵作用于跳闸矩阵 2 2、启动一致性启动一致性，CPU1CPU1和和CPU2CPU2的启动元件相同，保护才出口的启动元件相同，保护才出口 3 3、两个、两个CPUCPU系统之间均进行完善的自检和互检，任一系统之间均进行完善的自检和互检，任一CPUCPU板故板故 障，闭锁装置并发报警信号障，闭锁装置并发报警信号 2.3先进的硬件核心二先进的硬件核心二 2.4 RCS-985硬件配置示意图硬件配置示意图 交 流 信 号 低通 滤波 A/D DSP1 DSP2 CPU1 外 部 开 入 串 口 打 印 出口 继电器 CPU板 低通 滤波 A/D DSP3

16、DSP4 CPU2 管理板 串 口 打 印 +E 光 隔 光 隔 外 部 开 入 QDJ C P L D C P L D 滤 波 器 DC/DC 5V 12V 24V 至装置 内部其 他插件 光耦24V 至相应插件 220/110 24V 24V- 地 220/110- 人机CPU 显示 人机通 讯口 人机通 讯口 人机通 讯口 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 2.5 跳闸矩阵的功能特点 2.6 保护功能压板保护功能压板 6B3 6B2投 主 变 相 间 后 备 投 主 变 接 地 保 护 6B5 6B4投 主 变 不

17、接 地 保 护 投 发 变 组 差 动 6B7 6B6备 用 投 高 厂 变 差 动 6B9 6B8投 高 厂 变 高 压 侧 后 备 投 高 厂 变 A分 支 后 备 6B11 6B10 备 用 备 用6B12 6B13 6B14对 时 打 印 6B1 6B15信 号 复 归 投 主 变 差 动 保 护 24V光 耦 +（ 输 入 ） 6B17 投 高 厂 变 B分 支 后 备 5B7 5B6投 三 次 谐 波 电 压 保 护 投 转 子 一 点 接 地 保 护 5B9 5B8投 转 子 两 点 接 地 保 护 投 定 子 过 负 荷 5B11 5B10投 负 序 过 负 荷 投 失 磁 保

18、 护 5B13 5B12投 失 步 保 护 投 过 电 压 保 护 5B15 5B14 投 逆 功 率 保 护 5B20 5B19 投 励 磁 过 负 荷 5B22 5B21备 用 断 水 保 护 投 跳 5B24 5B23热 工 保 护 投 跳 投 励 磁 变 差 动 保 护 备 用 投 频 率 保 护 投 误 上 电 保 护 投 起 停 机 保 护 5B16 5B17 5B18 5B25 5B3投 发 电 机 差 动 保 护 投 发 电 机 后 备 保 护 5B5 5B4投 发 电 机 匝 间 保 护 投 定 子 接 地 零 序 电 压 保 护 24V光 耦 +（ 输 入 ） 5B29 投

19、 过 励 磁 保 护 保 护 功 能 压 板 1 1、采用了工频变化量原理、变斜率比率差动保护新原理、采用了工频变化量原理、变斜率比率差动保护新原理; ; 2 2、全新的异步法、全新的异步法TATA饱和判据；饱和判据； 3 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、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、复式零序电压匝间保护、高灵敏横差保护新原电压匝间保护、复式零序电压匝间保护、高灵敏横差保护新原 理；理； 4 4、采用三次谐波电压差动新原理的、采用三次谐波电压差动新原理的100100定子接地保护；定子接地保护； 5 5、新型外加电源定子、转子接

20、地保护；、新型外加电源定子、转子接地保护； 6 6、灵敏的、灵敏的TVTV、TATA回路自检功能；回路自检功能； 7 7、其他先进技术、其他先进技术 2.7 RCS2.7 RCS985985保护装置的关键技术保护装置的关键技术 三三 差动保护差动保护 3.1发电机完全纵差保护 21 2 1 1 12 2 1 2 )( )2/()( )()( )/( )( III II I nInKKb nKKK nIIIbnIIKI IIKKK nIIIIKI d r eblrbl blblblr ercdqderbld erblrblbl ercdqdrbld 发电机完全纵差方程： 电流参考方向： 规定由发

21、电机机端 流向中性点为正， 如图所示 保护范围 假设定值单中：假设定值单中： ：各侧电流都转为标么值代入差动方程 对发电机差动， ； )( 4 3 . 0I7 . 01 . 0 21 n IKK ecdqdblbl rrblrblbl blrbl blblblr IIKKK nnKKb nKKK 075. 01 . 0 6 . 14)4075. 01 . 0()( 075. 0)42/(0.10.7)2/()( 1 1 12 ）（ )(9 . 07 . 0)( )(3 . 01 . 0075. 0 2 2 errcdqdrbld errrcdqdrbld nIIIIbnIKI nIIIIIIK

22、I 差动方程变换为：差动方程变换为： 由上式可以看出，差动方程分两段，第一段为抛物由上式可以看出，差动方程分两段，第一段为抛物 线，第二段为直线，在平面图上如下图所示：线，第二段为直线，在平面图上如下图所示： 发电机变斜率比率差动方程分析发电机变斜率比率差动方程分析 比率差动的动作特性比率差动的动作特性 IenIe Icdsd Icdqd Id Ir 0 Kbl1 Kbl2 动作区 制动区 速断动作区 保护动作分析保护动作分析 区内故障时：区内故障时：如图所示，如图所示， 机端侧短路电流机端侧短路电流I1由机端流由机端流 向中性点，为正值。中性点向中性点，为正值。中性点 侧电流侧电流I2由中性

23、点流向机端，由中性点流向机端， 为负值，由差动电流和制动为负值，由差动电流和制动 电流公式可以看出：电流公式可以看出： 此时差流很大而制动电此时差流很大而制动电 流很小，差动方程很容易满流很小，差动方程很容易满 足，差动保护动作。足，差动保护动作。 21 2 1 2 III II I d r 保护动作分析保护动作分析 区外故障时：区外故障时：如图所示，如图所示， 机端侧短路电流机端侧短路电流I1由机端流由机端流 向中性点，为正值。中性点向中性点，为正值。中性点 侧电流侧电流I2也是由机端流向中也是由机端流向中 性点，为正值，并且两电性点，为正值，并且两电 流大小相等，由差动电流和流大小相等，由

24、差动电流和 制动电流公式可以看出：制动电流公式可以看出： 此时差流为此时差流为0而制动电流而制动电流 很大，差动方程不满足，差很大，差动方程不满足，差 动保护不动作。动保护不动作。 21 2 1 2 III II I d r 发电机差动各侧电流的折算发电机差动各侧电流的折算 发电机差动所用电流为发电机机端电流、发电机中性点电流，两侧电流发电机差动所用电流为发电机机端电流、发电机中性点电流，两侧电流TA变比可能不一至变比可能不一至 ，所以在差动运算前，要对各侧电流进行折算，折算到同一变比。在，所以在差动运算前，要对各侧电流进行折算，折算到同一变比。在RCS985中，电流的中，电流的 折算方法是采

25、用标么值。折算方法是采用标么值。 标么值定义：电流的实际值和基准值的比值，一般选取各侧的额定电流做为基准电流。标么值定义：电流的实际值和基准值的比值，一般选取各侧的额定电流做为基准电流。 对于发电机两侧额定电流的计算公式如下：对于发电机两侧额定电流的计算公式如下： 1）：发电机机端侧：）：发电机机端侧： 2）发电机中性点侧：）发电机中性点侧： 各参数定义如下：各参数定义如下： SGN： 发电机视在功率发电机视在功率 PGN： 发电机额定有功功率发电机额定有功功率 COS：发电机额定功率因数：发电机额定功率因数 UGN： 发电机机端额定线电压发电机机端额定线电压 N1：发电机机端侧：发电机机端侧

26、TA变比变比 N2： 发电机中性点侧发电机中性点侧TA变比变比 11 33 cos/ NU S NU P I GN GN GN GN TE 22 33 cos/ NU S NU P I GN GN GN GN NE 发电机差动定值发电机差动定值 序序 号号 定值名称定值名称定值范围定值范围整定步整定步 长长 1比率差动起动定值 0.10 - 1.50 (Ie) 0.01 (Ie) 2差动速断定值 2.00 14.00 (Ie) 0.01 (Ie) 3比率差动起始斜率 0.00 - 0.10 0.01 4比率差动最大斜率 0.40 0.60 0.01 5差动保护跳闸控制字 0000 - FFFF

27、 1 以下是运行方式控制字整定1表示投入，0表 示退出 1差动速断投入0，1 2比率差动投入0，1 3工频变化量差动投入0，1 发电机差动逻辑框图发电机差动逻辑框图 比率差动元件& 差动保护硬压板投入 比率差动保护软压板投入 TA瞬时断线判别 & 差动起动元件 TA饱和判别元件 高值比率差动元件& 差动保护硬压板投入 比率差动保护软压板投入 TA瞬时断线判别 比率差动保护 跳闸 & 差动起动元件 =1 差动速断元件& 差动保护硬压板投入 差动速断保护软压板投入 & 差动起动元件 差动速断保护 跳闸 & & 3.2TA饱和对差动保护的影响饱和对差动保护的影响 e 1 1）由磁化曲线，知道一）由磁

28、化曲线，知道一 次电流的波形，可以画出次电流的波形，可以画出 磁通的波形。磁通的波形。 2 2）由电磁感应定理：）由电磁感应定理： 可由磁通可由磁通画出画出e e2 2波形波形。 。 3 3）由于电流互感器二次）由于电流互感器二次 侧相当于一个纯电阻回路，侧相当于一个纯电阻回路， 由：由：e e2 2=R=R2 2i i2 2 可得二次电流可得二次电流i i2 2波形。波形。 dt d Ne 22 e 发电机差动保护所用的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，发电机差动保护不存在TA饱和问题，为提高

29、内部故障灵敏度，可降低差 动起始定值和比率制动系数。 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，TA二次负载不同。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； 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 流互感器是否饱和。 关键判据：根据TA饱和也是在短路过了一段时间后才饱和的理论先初步判出 是区外故障时，再投入抗TA饱和算法。初步判出区外故障的判据为： 制动电流工频变化量 差动电流工频变化量 满足上

30、两判据时间大于一定值初步判为区外故障。 2thd 1thr II II TA保护判据的特点 区内故障时，无论TA是否饱和，制动电流和差电流的工频变化量 电流同步出现。 TA保护判据的特点 区外故障时，如果TA饱和，制动电流与差电流的工频变化量电流 先后异步出现 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 -100 0 100 A 相(A) -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 -100 0 100 B 相(A) -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 -100 0 100 C 相(A) t (ms) TA饱和时波形饱和时波形 TA严重饱

31、和时的主要特征严重饱和时的主要特征 1）二次电流波形有严重缺损，显著非正弦。 2）在短路后TA很快进入深饱和，以致二次绕组的感应电动势降为零。 在相应的一段时间内二次电流为零，此时一次电流全部成为励磁电流 。 3）当一次电流全部成为励磁电流后其瞬时值下降时TA逐渐退出饱和， 当它下降到零继而改变极性时铁心安全退出饱和，二次绕组的感应电 动势增大，二次电流又几乎与一次电流相等，但这时铁心中有相当大 的剩磁存在。 4）当一次电流恢复初始的极性又上升时，由于有剩磁存在铁心又很快 饱和，二次电流又降为零。 5）在短路开始时铁心要维持磁通不变，或者说励磁回路的电感不允许 其电流突变，一次电流全部变换为二

32、次电流，TA无误差。这段时间虽 短，一般为38ms ,但可以被差动保护所利用。 TA饱和处理方法饱和处理方法(1) 为防止在区外故障时为防止在区外故障时TA的暂态与稳态饱和时可能引起的稳态比的暂态与稳态饱和时可能引起的稳态比 率差动保护误动作，装置采用各相差电流的综合谐波作为率差动保护误动作，装置采用各相差电流的综合谐波作为TA饱和的判据，饱和的判据， 其表达式如下：其表达式如下： In Knxb*I1 其中其中In为某相差电流中的综合谐波，为某相差电流中的综合谐波，I1为对应相差电流的基为对应相差电流的基 波，波，Knxb为某一比例常数。为某一比例常数。 故障发生时，保护装置利用差电流工频变

33、化量和制动电流工故障发生时，保护装置利用差电流工频变化量和制动电流工 频变化量是否同步出现，先判出是区内故障还是区外故障，如区外故障，频变化量是否同步出现，先判出是区内故障还是区外故障，如区外故障， 投入投入TA饱和闭锁判据，可靠防止饱和闭锁判据，可靠防止TA饱和引起的比率差动保护误动。饱和引起的比率差动保护误动。 TA饱和处理方法饱和处理方法(2)：高值比率差动高值比率差动 为避免区内严重故障时TA饱和等因素引起的比率差动延 时动作，装置设有一高比率和高起动值的比率差动保护，利用 其比率制动特性抗区外故障时TA的暂态和稳态饱和，而在区 内故障TA饱和时能可靠正确动作。高值比率差动不判TA饱和

34、 。稳态高值比率差动的动作方程如下： rd ed II II2 . 1 1.2Ie 0 Id Ir 0.70 Icdsd 动作区 速断动作区 高值和低值差动的配合 1）区内轻微故障，短路电流小，TA不饱和： 低值比率差动灵敏动作 2）区内严重故障，短路电流大，TA饱和： 低值闭锁，高值动作 3）区外轻微故障，短路电流小，TA不饱和： 差流为0，低值和高值都不动作 4）区外严重故障，短路电流大， TA饱和： 低值闭锁，高值差动由于定值比较高，差流进入 不到动作区，也不会动作。 3.3 差动保护差动保护TA断线报警或闭锁断线报警或闭锁 内部故障时，至少满足以下条件中一个：内部故障时，至少满足以下条

35、件中一个： （1）任一侧负序相电压大于）任一侧负序相电压大于2V （2）起动后任一侧任一相电流比起动前增加）起动后任一侧任一相电流比起动前增加 （3）起动后最大相电流大于）起动后最大相电流大于1.2 Ie （4）同时有三路电流比启动前减小）同时有三路电流比启动前减小 因此，差动保护启动后因此，差动保护启动后40ms内，以上条件均不满足，内，以上条件均不满足， 判为判为TA断线。如此时断线。如此时“TA断线闭锁比率差动投入断线闭锁比率差动投入”置置1， 则闭锁差动保护，并发差动则闭锁差动保护，并发差动TA断线报警信号，如控制字置断线报警信号，如控制字置0 ，差动保护动作于出口，同时发差动，差动保

36、护动作于出口，同时发差动TA断线报警信号。断线报警信号。 3.3 TA断线报警功能断线报警功能 3.3.1 各侧三相电流回路各侧三相电流回路TA断线报警断线报警 动作判据：动作判据：I2 0.04 Ie + 0.25Imax 式中，式中，Ie：二次额定电流（：二次额定电流（1A或或5A），），I2：负序电流，：负序电流，Imax：最大相电流；：最大相电流； 满足条件，延时满足条件，延时10s后发相应后发相应TA异常报警信号，异常消失，延时异常报警信号，异常消失，延时10S自动返回。自动返回。 3.3.2 差动保护差流报警差动保护差流报警 只有在相关差动保护控制字投入时（与压板投入无关），差流报

37、警功能投入，满足判据，延只有在相关差动保护控制字投入时（与压板投入无关），差流报警功能投入，满足判据，延 时时10S报相应差动保护差流报警，不闭锁差动保护，差流消失，延时报相应差动保护差流报警，不闭锁差动保护，差流消失，延时10S返回。返回。 为提高差流报警的灵敏度，采用比率制动差流报警判据：为提高差流报警的灵敏度，采用比率制动差流报警判据： dI di_bjzd 及及 dI kbj Ires 式中式中 dI为差电流，为差电流，di_bjzd为差流报警门槛，为差流报警门槛，kbj为差流报警比率制动系数，为差流报警比率制动系数，Ires为制动电流。为制动电流。 3.3.3 差动保护差动保护TA断

38、线报警或闭锁断线报警或闭锁 对于正常运行中对于正常运行中TA瞬时断线，差动保护设有瞬时瞬时断线，差动保护设有瞬时TA断线判别功能。只有在相关差动保护控制断线判别功能。只有在相关差动保护控制 字及压板均投入时，差动保护字及压板均投入时，差动保护TA断线报警或闭锁功能投入。断线报警或闭锁功能投入。 内部故障时，至少满足以下条件中一个：内部故障时，至少满足以下条件中一个： （1）任一侧负序相电压大于）任一侧负序相电压大于2V （2）起动后任一侧任一相电流比起动前增加）起动后任一侧任一相电流比起动前增加 （3）起动后最大相电流大于）起动后最大相电流大于1.2 Ie （4）同时有三路电流比启动前减小）同

39、时有三路电流比启动前减小 而而TA断线时，以上条件均不符合。因此，差动保护启动后断线时，以上条件均不符合。因此，差动保护启动后40ms内，以上条件均不满足，判内，以上条件均不满足，判 为为TA断线。如此时断线。如此时“TA断线闭锁比率差动投入断线闭锁比率差动投入”置置1，则闭锁差动保护，并发差动，则闭锁差动保护，并发差动TA断线报断线报 警信号，如控制字置警信号，如控制字置0，差动保护动作于出口，同时发差动，差动保护动作于出口，同时发差动TA断线报警信号。断线报警信号。 在发出差动保护在发出差动保护TA断线信号后，消除断线信号后，消除TA断线情况，复位装置才能消除信号。断线情况，复位装置才能消

40、除信号。 在发电机变压器组未并网前，在发电机变压器组未并网前，TA断线报警或闭锁功能自动退出。断线报警或闭锁功能自动退出。 3.4 TV断线报警功能断线报警功能 3.4.1 各侧三相电压回路各侧三相电压回路TV断线报警断线报警 动作判据：动作判据： （1）正序电压小于）正序电压小于18V，且任一相电流大，且任一相电流大0.04In； （2）负序电压）负序电压3U2大于大于 8V。 发电机机端、主变高压侧发电机机端、主变高压侧TV满足以上任一条件延时满足以上任一条件延时10S 发相应发相应TV断线报警断线报警 信号，异常消失，延时信号，异常消失，延时10s后信号自动返回。厂变低压侧后信号自动返回

41、。厂变低压侧TV满足以上任一条满足以上任一条 件延时件延时10S 发相应发相应TV断线报警信号，异常消失，手动复归。断线报警信号，异常消失，手动复归。 3.4.2 发电机机端电压平衡功能发电机机端电压平衡功能 发电机机端接入两组电压互感器，比较两组电压互感器的相间电压、正序发电机机端接入两组电压互感器，比较两组电压互感器的相间电压、正序 电压是否一致来判断电压是否一致来判断TV断线。动作判据：断线。动作判据： |UAB-Uab| 5V |UBC-Ubc| 5V |UCA-Uca| 5V | U1 - U1| 3V 满足以上任一条件延时满足以上任一条件延时0.2S发发TV断线报警信号、并启动断线

42、报警信号、并启动TV切换切换 某一组某一组TV断线时，失磁、失步、过电压、过励磁、逆功率、频率等相关保断线时，失磁、失步、过电压、过励磁、逆功率、频率等相关保 护不受影响护不受影响 如机端只有一组如机端只有一组TV输入，本功能可以选择退出。输入，本功能可以选择退出。 3.5发电机不完全纵差保护 如右图所示，如右图所示， 差同方程同完全差同方程同完全 差动保护一样，差动保护一样， 电流参考方向规电流参考方向规 定由机端流向中定由机端流向中 性点为正方向性点为正方向 大于大于50MW的发电机，每相定子绕组有二分支或二分支以上。可用机的发电机，每相定子绕组有二分支或二分支以上。可用机 端端TA和机尾

43、某一分支上的和机尾某一分支上的TA组成发电机不完全纵差保护，如上图所示。组成发电机不完全纵差保护，如上图所示。 用用TA和和TA电流互感器的二次电流构成电流互感器的二次电流构成A相的不完全纵差保护。以此类推相的不完全纵差保护。以此类推 可构成可构成B相和相和C相的不完全纵差保护。以上图中每相两分支为例，当外部相的不完全纵差保护。以上图中每相两分支为例，当外部 短路和正常运行时两分支电流相等，短路和正常运行时两分支电流相等，TA的电流是的电流是TA电流的两倍。如果电流的两倍。如果TA 的变比是的变比是TA变比的两倍，那么外部短路和正常运行时变比的两倍，那么外部短路和正常运行时TA和和TA的二次电

44、的二次电 流相等，其相量差是零。当然和也可取同一变比，在微机保护软件中进行流相等，其相量差是零。当然和也可取同一变比，在微机保护软件中进行 变比的补偿。变比的补偿。 而在定子绕组上发生相间短路时，无论是同一中性点的两相间的短路而在定子绕组上发生相间短路时，无论是同一中性点的两相间的短路 还是不同中性点的两相间的短路，该两还是不同中性点的两相间的短路，该两TA二次电流的相量差不再是零。二次电流的相量差不再是零。 所以不完全纵差保护可以保护相间短路。所以不完全纵差保护可以保护相间短路。 当发生匝间短路时，无论匝间短路发生的分支是电流互感器所在分支当发生匝间短路时，无论匝间短路发生的分支是电流互感器

45、所在分支 还是不是电流互感器所在分支，由于定子各分支绕组间互感的影响该两还是不是电流互感器所在分支，由于定子各分支绕组间互感的影响该两 TA二次电流的相量差也不再是零。所以发电机不完全纵差保护也可保护二次电流的相量差也不再是零。所以发电机不完全纵差保护也可保护 匝间短路。此外不完全纵差保护对分支的开焊故障也能起到保护作用。匝间短路。此外不完全纵差保护对分支的开焊故障也能起到保护作用。 3.6发电机裂相横差保护 如右图所示，如右图所示， 差同方程同完全差同方程同完全 差动保护一样，差动保护一样， 电流参考方向规电流参考方向规 定由机端流向中定由机端流向中 性点为正方向性点为正方向 在一些大型机组

46、上，每相两路分支在中性点的端子全部引出，所以可以在一些大型机组上，每相两路分支在中性点的端子全部引出，所以可以 装设裂相横差保护，作为内部故障时的另一重要主保护。装设裂相横差保护，作为内部故障时的另一重要主保护。 裂相横差原理接线图如图所示，当定子绕组发生一分支的匝间短路裂相横差原理接线图如图所示，当定子绕组发生一分支的匝间短路(K1) 、同相不同分支间的匝间短路、同相不同分支间的匝间短路(K3)和不同相两分支相间短路和不同相两分支相间短路(K2)时，裂时，裂 相横差保护均能动作；对于大负荷时一分支开焊相横差保护均能动作；对于大负荷时一分支开焊(K4)时，裂相横差保护时，裂相横差保护 也有反应

47、。因此裂相横差保护也是发电机定子绕组所有内部故障的主保也有反应。因此裂相横差保护也是发电机定子绕组所有内部故障的主保 护。护。RCS-985中，裂相横差保护采用比率制动原理，动作判据和纵差保中，裂相横差保护采用比率制动原理，动作判据和纵差保 护一样，具有很高的灵敏度。护一样，具有很高的灵敏度。 发电机裂相差动保护定值发电机裂相差动保护定值 序序 号号 定值名称定值名称定值范围定值范围整定步整定步 长长 1裂相比率差动起动定 值 0.10 - 1.50 (Ie) 0.01 (Ie) 2裂相差动速断定值 2.00 14.00 (Ie) 0.01 (Ie) 3裂相比率差动起始斜 率 0.00 - 0

48、.10 0.01 4裂相比率差动最大斜 率 0.40 0.60 0.01 5差动保护跳闸控制字 0000 - FFFF 1 以下是运行方式控制字整定1表示投入，0表 示退出 1差动速断投入0，1 2比率差动投入0，1 3TA断线闭锁比率差动0，1 3.7工频变化量电流差动保护工频变化量电流差动保护 I=IK-IN 工频变化量的物理解释 R E S E F U F U M N Z K Z U I S E R EMN F U l U l I MN F U U I 短路后状 态 短路附加状态 l l III UUU 正常负荷状态 线性系统叠加原理的应用线性系统叠加原理的应用 工频变化量差动动作方程工

49、频变化量差动动作方程 ererd errd dthdtd IIIII IIII III 23 . 075. 0 26 . 0 25. 1 21 IIId 21 IIIr 工频变化量动作特性工频变化量动作特性 工频变化量比例差动的优点工频变化量比例差动的优点 1. 1. 只反映故障分量，不受发电机、变压器正常运只反映故障分量，不受发电机、变压器正常运 行时负荷电流的影响过渡电阻影响很小行时负荷电流的影响过渡电阻影响很小 2. 2. 采用高比率制动系数抗采用高比率制动系数抗TATA饱和饱和 3.3.提高了发电机、变压器内部轻微故障时保护的灵提高了发电机、变压器内部轻微故障时保护的灵 敏度，区外故障

50、不会误动敏度，区外故障不会误动 四四 发电机匝间保护发电机匝间保护 4.1发电机横差保护发电机横差保护 当发电机每相绕组为两分支或多分支时，在中心点处如果三相 最后构成两个中性点，在这两个中心点的连线上装有一个TA ， 反应该TA二次电流的保护就称作单元件的横差保护 当正常运行和绕组的外部发生短路时，各个分支电势相同。两 个中性点等电位，两中性点连线上的电流为零，或者说仅为不平 衡电流，保护不会动作。当某相上的某一分支发生匝间短路时、 当绕组间发生相间短路时、当某一分支绕组开焊时，两中性点出 现电位差。在两中性点连线上出现电流。所以该横差保护可以保 护绕组的匝间短路、绕组的相间短路和分支开焊的

51、故障。当然对 于小匝数的匝间短路保护灵敏度可能不够。 1.高定值段横差保护 ： 动作方程： 其定值按躲过外部三相短路时的最大不平衡电流整定，建议取为 hhczdd II . aNhhczd nII3 . 02 . 0 . N I为发电机一次额定电流，为横差TA变比 a n 2.灵敏段横差保护 本保护采用相电流比率制动原理的横差保护。其动 作方程为： 时当 1 时当 Nmax.set.hc N Nmax. set.hcd Nmax.set.hcd III I II KI IIII 式中为横差保护TA二次电流。为灵敏段横差保护的 电流定值，按躲发电机额定电流下的不平衡电流整定，建议 取为。为三相电

52、流中的最大相电流。 为发电机的额定电流。为单元件横差保护电流制动系数， 推荐值为1.5。和在定值单中需要整定。 d Iset.hc I max. I aNset.hc nI.I050 N I set.hc K set.hc I set.hc K 灵敏段横差保护的特点： 由于采用了最大相电流比率制动原理，有效地防止了在外部短路 时保护的误动，因此灵敏段横差保护的定值可不像高定值段横差保护 那样按躲外部三相短路时的最大不平衡电流整定，而只需按躲发电机 额定电流下的不平衡电流整定。 在上述动作方程中引入了浮动门槛，所以在正常运行中不平衡电 流缓慢增大时保护不会误动。 当励磁回路发生两点接地时由于气隙

53、磁通发生畸变，由于同一相的 两个分支并不一定位于同一定子槽中而产生不同的感应电势，产生的 环流会使灵敏段与高定值段的横差保护都可能会动作。所以它们可以 兼作水轮发电机和大型汽轮发电机的转子两点接地保护。水轮发电机 和大型汽轮发电机没有专门的转子两点接地保护。当转子一点接地保 护发出信号后，运行人员应设法停机。如果在这期间又发生了转子另 外一点短路形成两点接地，本保护可瞬时动作于跳闸。 对于装设有专门的转子两点接地保护的中、小型汽轮发电机，当 转子一点接地保护发出信号后应投入转子两点接地保护。此时为避免 发生瞬间两点接地时本横差保护误动，本横差保护可切换为带(0.51) 秒延时动作于跳闸。 4.

54、2纵向零序电压保护纵向零序电压保护 纵向零序过电压保护需从装于机端的专用的电压互感器的开口 三角处取得零序电压，该TV一次绕组的中性点不是接地而是与 发电机的中性点相连，如图所示。所以该TV开口三角处取得的 电压实际上反应的是机端T点对发电机中性点N点的零序电压 CCN EU AAN EU BBN EU CCN EU 03 . 0 CBACNBNANTN EEEUUUU 在正常运行、外部短路时 故开口三角输出电压为： 故纵向零序过电压保护不会误动作 当发电机定子绕组发生单相接地短路时，例如图中C相绕组发生单 相接地短路时，由于C相机端对N点的电压不变，所以纵向 零序电压仍为零。因此该保护不能保

55、护定子接地短路。需要指出，此 时机端对地是会出现零序电压的。但本保护不反应机端对地的零序电 压。 如果发电机定子绕组发生匝间短路。 例如A相某一分支绕组发生匝间短路， 如图所示。短路匝数占总匝数的百分数 a。此时A相机端对N点电压由于部分匝 数被短接故： 而B、C相机端对N点电压不变，电 压为： 故开口三角输出电压为： AAN EU 1 BBN EU CCN EU A CBA CNBNANTN E EEE UUUU 1 3 . 0 纵向零序过电压保护可以动作，所以该保护可保护同分支的匝间短路 。同理在同 相不同分支绕组间短路时和在绕组内的相间短路时都会造成各相机端对中性点的电 压幅值发生变化，

56、从而会出现纵向（机端对中性点）零序电压。所以纵向零序过电 压保护也可以保护这些故障类型。 1.高定值段纵向零序过电压匝间短路保护 ： hzdZ0 UU . 0 其动作电压按躲各种情况下的最大不平衡电压整定。建议取为（812）V 。 2.灵敏段纵向零序过电压匝间短路保护 ： UzozoIm/IeUzozd Im = 3I2Imax = 匝间保护硬压板投入 & & & 1 t & 横差保护起动 零序电压元件 TV断线闭锁 匝间保护软压板投入 匝间保护硬压板投入 & 匝间保护跳闸 1 t & 匝间保护起动 & 发电机横差保护逻辑框图 纵向零序电压保护逻辑框图 五五 发电机定子接地保护发电机定子接地保

57、护 当发电机定子绕组与铁芯间的绝缘损坏将引起定子绕组的单相接地短路。如当发电机定子绕组与铁芯间的绝缘损坏将引起定子绕组的单相接地短路。如 果发电机的中性点是绝缘不接地的，此时接地点的接地电流是发电机电压系果发电机的中性点是绝缘不接地的，此时接地点的接地电流是发电机电压系 统的电容电流。该电流较大时非但烧伤定子绕组的绝缘还会烧损铁芯，还会统的电容电流。该电流较大时非但烧伤定子绕组的绝缘还会烧损铁芯，还会 将多层铁芯叠片烧接在一起在故障点形成涡流，使铁芯进一步加速熔化导致将多层铁芯叠片烧接在一起在故障点形成涡流，使铁芯进一步加速熔化导致 铁芯严重损伤铁芯严重损伤 。 为了确保发电机的安全应不使发电

58、机的单相接地短路发展成相间短路或匝间为了确保发电机的安全应不使发电机的单相接地短路发展成相间短路或匝间 短路因此应该使单相接地故障处不产生电弧或者使接地电弧瞬间熄灭。这个短路因此应该使单相接地故障处不产生电弧或者使接地电弧瞬间熄灭。这个 不产生电弧的最大接地电流被定义为发电机单相接地的安全电流。该电流与不产生电弧的最大接地电流被定义为发电机单相接地的安全电流。该电流与 发电机的额定电压有关。目前发电机单相接地的安全电流如无制造厂提供的发电机的额定电压有关。目前发电机单相接地的安全电流如无制造厂提供的 规定值可以下表所列数据作为标准规定值可以下表所列数据作为标准 。 当单相接地电流小于表上的安全

59、电流时，定子接地保护动作后只发当单相接地电流小于表上的安全电流时，定子接地保护动作后只发 信号而不跳闸。调度人员应转移负荷、平稳停机，以免再发生一点信号而不跳闸。调度人员应转移负荷、平稳停机，以免再发生一点 接地形成很大的短路电流而烧坏发电机。当单相接地电流大于表上接地形成很大的短路电流而烧坏发电机。当单相接地电流大于表上 的安全电流时，定子接地保护应动作于跳闸。的安全电流时，定子接地保护应动作于跳闸。 发电机额定电压 (kV) 发电机接地电流 允许值(A) 发电机额定电压 (kV) 发电机接地电流 允许值(A) 6.3及以下 4 13.815.752（氢冷发电机可 取为2.5A ） 10.5

60、 3 1820 1 5.1零序电压定子接地保护零序电压定子接地保护 假设在右图中假设在右图中F点的点的A相绕组发生接地相绕组发生接地 短路。短路。F点到中性点的匝数占该相绕点到中性点的匝数占该相绕 组总匝数的百分比为组总匝数的百分比为a。此时机端。此时机端T点点 各相的对地（对各相的对地（对A相的相的F点）电压为点）电压为 ： ACTC ABTB ATA EEU EEU EU 1 所以机端所以机端T点对地的零序电压为：点对地的零序电压为： A ACABA TCTBTAT E EEEEE UUUU 3 1 3 0 零序电压值随短路点位置零序电压值随短路点位置a的变化而变化的的变化而变化的 关系如