RCS985大型水轮发变组保护

1、RCS-985RCS-985大型水轮发变组保护大型水轮发变组保护 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100MW及以

2、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）。水电版本保护功能配置 1.1 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：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；对水轮发电机还要关闭导水翼

3、；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载位置，跳发电机

4、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。二二 硬件平台硬件平台装置面板和背面布置图 2.1 机箱结构机箱结构2.2 先进的硬件核

5、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，作用于启动继电器，CPU1CPU1作用于跳闸矩阵作用于跳闸矩阵 2

6、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/DDSP1DSP2CPU1外部开入串口打印出口继电器CPU板低通滤波A/DDSP3DSP4CPU2管理板串口打印+E光隔光隔外部开入QDJCPLDCPLD滤波器DC/DC5V12V24V至装置内部其他插件光耦

7、24V至相应插件220/11024V24V-地220/110-人机CPU显示人机通讯口人机通讯口人机通讯口三三 性能特点性能特点 每个周波每个周波2424点高速采样率，计算精度高点高速采样率，计算精度高 并行实时计算：并行实时计算：故障全过程对所有保护继电器进行实时计算。即在每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（一个采样间隔内（0.833ms0.833ms）对所有保护完成计算，并留有裕度。）对所有保护完成计算，并留有裕度。因此，因此，装置中各保护功能的计算互不影响，均能正确反应。装置中各保护功能的计算互不影响，均能正确反应。 多种启动元件：多种启动元件：不同的保护功能

8、均有对应的启动元件不同的保护功能均有对应的启动元件3.1 可靠的软件技术可靠的软件技术3.2 独立的故障录波独立的故障录波 CPUCPU录波：录波：记录保护的各种原始模拟量、保护用的中间模拟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。量、保护的出口状态等。 MONMON录波：录波：设有完整的故障录波功能，可以连续记录设有完整的故障录波功能，可以连续记录长达长达4S4S的发变组单元所有模拟量、开入量、保护动作量波形，记录的发变组单元所有模拟量、开入量、保护动作量波形，记录采用采用COMTRADECOMTRADE格式，是针对发变组的故障录波器。格式，是针对发变组的故障录波器。

9、完善的波形分析软件完善的波形分析软件 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3.3 跳闸矩阵的功能特点3.4 保护功能压板保护功能压板6B36B2投 主 变 相 间 后 备投 主 变 接 地 保 护6B56B4投 主 变 不 接 地 保 护投 发 变 组 差 动6B76B6备 用投 高 厂 变 差 动6B96B8投 高 厂 变 高 压 侧 后 备投 高 厂 变 A分 支 后 备6B116B10备 用备 用6B126B136B14对 时打 印6B16B15信 号 复 归投 主 变 差 动 保 护24V光 耦 +（ 输 入 ）6B1

10、7投 高 厂 变 B分 支 后 备5B75B6投 三 次 谐 波 电 压 保 护投 转 子 一 点 接 地 保 护5B95B8投 转 子 两 点 接 地 保 护投 定 子 过 负 荷5B115B10投 负 序 过 负 荷投 失 磁 保 护5B135B12投 失 步 保 护投 过 电 压 保 护5B155B14投 逆 功 率 保 护5B205B19投 励 磁 过 负 荷5B225B21备 用断 水 保 护 投 跳5B245B23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5B165B175B185B255B3投 发 电

11、机 差 动 保 护投 发 电 机 后 备 保 护5B55B4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 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

12、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3.5 RCS3.5 RCS985985保护装置的关键技术保护装置的关键技术四四 差动保护差动保护4.1发变组差动保护发变组差动保护 设发变组系统如图所示：设发变组系统如图所示：主变为三圈变，厂变低主变为三圈变，厂变低压侧为双分支，发变组差动压侧为双分支，发变组差动包含四个支路电流，分别为包含四个支

13、路电流，分别为主变主变220KV侧侧I1,110KV侧侧I2，高厂变高压侧，高厂变高压侧I3，发电机，发电机中性点侧中性点侧I4。各侧各侧TA极性端如图所示极性端如图所示，规定各侧电流参考方向为，规定各侧电流参考方向为流入发变组为正方向。流入发变组为正方向。变斜率比例差动变斜率比例差动43214321111222)/()()2/()()()()(IIIIIIIIIIIIKKKnInKKbnKKKnIIIbnIIKInIIIIKIdrerblrblbleblrblblblblrercdqderbldercdqdrbld 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变组差动，；

14、)(63 . 0I7 . 01 . 021nIKKecdqdblblrrblrblblblrblblblblrIIKKKnnKKbnKKK05. 01 . 04 . 26)605. 01 . 0()(05. 0)62/(0.10.7)2/()(1112）（)(5 . 17 . 0)()(3 . 01 . 005. 022errcdqderblderrrcdqdrbldnIIIIbnIIKInIIIIIIKI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

15、下图所示：变斜率差动方程示例变斜率差动方程示例比率差动的动作特性比率差动的动作特性IenIeIcdsdIcdqdIdIr0Kbl1Kbl2动作区制动区速断动作区这种变斜率比率差动保护由于一开始就带制动且差动保护动作特性较好地与差流的不平衡电流曲线相配合，因此差动保护的起始动作电流定值可以安全地降低。这就提高了发电机、变压器内部轻微故障时保护的灵敏度，尤其是机组起停过程中（4555Hz）内部轻微故障时差动保护的灵敏度。同时也有利于防止区外故障各侧TA特性不一致造成的误动 区内故障时区内故障时：如图：如图所示，各侧短路电流方所示，各侧短路电流方向都是流入发变组，和向都是流入发变组，和参考方向一致，

16、为正值参考方向一致，为正值，所以差动电流：，所以差动电流：很大，容易满足差动主很大，容易满足差动主程，差动保护动作。程，差动保护动作。4321IIIIId差动保护动作分析差动保护动作分析 区外故障时区外故障时：如图如图示在高厂变低压侧母线示在高厂变低压侧母线上发生故障。上发生故障。I1、I2、I4短路电流方向为流入发短路电流方向为流入发变组，为正值。变组，为正值。I3为流为流出发变组，为负值。把出发变组，为负值。把发变组看成电路上的一发变组看成电路上的一个节点，由节点电流定个节点，由节点电流定理，流入的电流等于流理，流入的电流等于流出的电流，即相量和为出的电流，即相量和为0，所以差动电流：，所

17、以差动电流：差动保护不动作。差动保护不动作。04321IIIIId差动保护动作分析差动保护动作分析发变组差动各侧TA选择：各侧名称高厂变低压侧TA高厂变高压侧TA2高厂变高压侧TA发电机中性点TA主变套管TA主变开关TA发变组差动定义001110表1：发变组差动TA选择（该控制字隐含，只能由调试软件DBG2000显示）各侧TA选择原则如下：主变侧TA：可以选择主变开关TA或主变套管TA。发电机侧TA：选择发电机中性点TA。高厂变侧TA：可以选择厂变低压侧TA或厂变高压侧TA。如果厂变高压侧有一组大变比TA、一组小变比TA，选择高厂变高压侧TA2，即大变比TA；如果厂变高压侧只有一组TA，选择高

18、厂变高压侧TA，此时在定值整定时要将厂变高压侧大变比的TA变比和厂变高压侧变比的TA变比整定成相同。4.2励磁涌流励磁涌流识别原理识别原理 在正常运行时励磁电流比较小，一般不超过额定电流的3%,可是在: (1)变压器空载合闸（空投） (2)区外故障切除后电压恢复时这两种情况下可能出现很大的励磁电流。 励磁涌流波形特征： 励磁涌流的最大幅值很大，可能达到变压器额定电流的510倍。变压器容量越小，该倍数越大。 有很大的非周期分量。波形偏于时间轴的一侧，因此波形严重不对称。 有大量的谐波分量，尤其是二次谐波分量含量较大。二次谐波与基波分量的比值一般均大于0.15。 波形出现间断，间断角一般大于60o

19、。 12II变压器空载合闸示意变压器空载合闸示意 励磁涌流的波形与合闸瞬间电压的相位、铁芯中剩磁的大小和方向、电源容量和变压器容量的大小、铁芯材料的性质和磁化曲线、变压器的饱和磁密、合闸回路的阻抗和时间常数等因素有关。 如果合闸时正好电压达到最大值，就不会出现非周期性的磁通，也就不会出现励磁涌流，而只有正常时的励磁电流。 如果合闸时正好电压为零，励磁涌流最大。所以三相变压器中三相的励磁涌流大小是不一样的。考虑到变压器空投时电源三相电压互差1200，所以无论在何时合闸至少有二相会出现不同程度的励磁涌流。 空投变压器时励磁涌流录波图（实际（实际500kV500kV自耦变压器）自耦变压器）励磁涌流闭

20、锁原理励磁涌流闭锁原理1（谐波制动原理）（谐波制动原理）涌流判别通过控制字可以选择二次谐波制动原理或波形判别原理。（1）谐波制动原理装置采用三相差动电流中二次谐波与基波的比值作为励磁涌流闭锁判据，动作方程如下：其中I2为每相差动电流中的二次谐波，I1为对应相的差流基波，K2xb为二次谐波制动系数整定值。推荐K2xb整定为0.15。122IKIxb励磁涌流闭锁原理励磁涌流闭锁原理2（波形判别原理）（波形判别原理） 式中式中 差电流的全周积分值。差电流的全周积分值。 SS1S2 两个相距半周的差电流瞬时值两个相距半周的差电流瞬时值 之和的全周积分值。之和的全周积分值。 S+=S1-S2 大于大于1

21、的常数。的常数。 门槛值。门槛值。 tbSSSKSSSbKtSS1S2S1S2励磁涌流短路电流装置利用三相差动电流中的波装置利用三相差动电流中的波形判别作为励磁涌流识别判据。内形判别作为励磁涌流识别判据。内部故障时，各侧电流经互感器变换部故障时，各侧电流经互感器变换后，差流基本上是工频正弦波。而后，差流基本上是工频正弦波。而励磁涌流时，有大量的谐波分量存励磁涌流时，有大量的谐波分量存在，波形是间断不对称的。在，波形是间断不对称的。当满足以下判据时，当满足以下判据时，与门分相与门分相开放差动保护开放差动保护：Y /d-11接线变压器电流相量图：接线变压器电流相量图：*A a IABIICcIIb

22、aIIabIIcBC c b4.4变压器高低压侧电流的相位补偿变压器高低压侧电流的相位补偿对于连接组号为Yd-11的变压器，高压侧绕组为Y接线，低压侧为接线，这样造成高低压侧电流有30度的相位差，必须对电流相位进行补偿后，才能做差动运算3/ )(3/ )(3/ )(ACCCBBBAAIIIIIIIII电流相位补偿公式电流相位补偿公式RCS985中变压器差动（发变组差动）电流相位补偿采用Y侧向侧补偿的方法，公式如下：4.5发变组差动各侧电流的折算发变组差动各侧电流的折算发变组差动所用电流为主变高压侧电流、高厂变高压侧电流（也可选低压侧电流）、发电发变组差动所用电流为主变高压侧电流、高厂变高压侧电

23、流（也可选低压侧电流）、发电机中性点侧电流。由于各侧电流处于不同的电压等级，所以在差动运算前，要对各侧电流机中性点侧电流。由于各侧电流处于不同的电压等级，所以在差动运算前，要对各侧电流进行折算，折算到同一个电压等级。在进行折算，折算到同一个电压等级。在RCS985中，电流的折算方法是采用标么值。中，电流的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。对于发变组差动各侧额定电流的计算公式如下（统一选取主变额定容量为基准容量）：对于发变组差动各侧额定电流的计算公式如下（统

24、一选取主变额定容量为基准容量）：1）主变高压侧：）主变高压侧：2）高厂变高压侧）高厂变高压侧(差至厂变高压侧时）：差至厂变高压侧时）：3）高厂变低压侧）高厂变低压侧（差至厂变低压侧时）：（差至厂变低压侧时）：4）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：SN：主变额定容量：主变额定容量U1N：主变高压侧额定线电压：主变高压侧额定线电压 N1：主变高压侧：主变高压侧TA变比变比U2N：主变低压侧额定线电压：主变低压侧额定线电压 N2：高厂变高压侧：高厂变高压侧TA变比变比 U3N：高厂变低压侧额定线电压：高厂变低压侧额定线电压 N3：高厂变低压侧：高厂变低压侧TA变比变比

25、 N4：发电机中性点侧：发电机中性点侧TA变比变比1113NUSInne2223NUSInne3333NUSInne4243NUSInne4.6 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

26、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，差动保护动作于出口，同时发差动TA断线报警信号。断线报警信号。 发变组差动定值发变组差动定值序号序号定值名称定值名称定值范围定值范围整定步长整定步长1比率差动起动定值0.10-1.5 (Ie)0.01(Ie)2差动速断定值4-14 (Ie)0.01(Ie)3比率差动起始斜率0.05-0.150.014比率差动最大斜率0.500.800.015谐波制动系数0.10

27、-0.350.016差动保护跳闸控制字0000-FFFF1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0，12比率差动投入0，13涌流闭锁原理选择0，10：二次谐波闭锁1：波形判别4TA断线闭锁比率差动0，1发变组差动逻辑图发变组差动逻辑图比率差动元件&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&差流起动元件&涌流开放元件过激磁闭锁差动判别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&涌流开放元件=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4.5

28、变压器差动保护首先规定首先规定TATA的正的正极性端在母线侧，极性端在母线侧，电流参考方向由电流参考方向由母线流向变压器母线流向变压器为正方向。为正方向。变压器变斜率比例差动变压器变斜率比例差动321321111222)/()()2/()()()()(IIIIIIIIIIKKKnInKKbnKKKnIIIbnIIKInIIIIKIdrerblrblbleblrblblblblrercdqderbldercdqdrbld 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变压器差动，；)(63 . 0I7 . 01 . 021nIKKecdqdblblrrblrblblblrblbl

29、blblrIIKKKnnKKbnKKK05. 01 . 04 . 26)605. 01 . 0()(05. 0)62/(0.10.7)2/()(1112）（)(5 . 17 . 0)()(3 . 01 . 005. 022errcdqderblderrrcdqdrbldnIIIIbnIIKInIIIIIIKI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：变压器变斜率比率差动方程分析变压器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

30、性IenIeIcdsdIcdqdIdIr0Kbl1Kbl2动作区制动区速断动作区区内故障时：如图示，各侧短路电流都是由母线流向变压器，和参考方向一致，为正值，所以差动电流很大，容易满足差动主程，差动保护动作。321IIIId 区外故障时：如图示在低压母线上发生故障。高、中压侧短路电流由母线流向变压器，为正值。低压侧电流由变压器流向母线，为负值。把变压器看成电路上的一个节点，由节点电流定理，流入的电流等于流出的电流，即相量和为0，所以差动电流差动保护不动作。0321IIIId变压器差动变压器差动TA选择选择各侧名称高厂变高压侧TA2高厂变高压侧TA发电机机端TA主变低压侧TA主变二分支TA主变一

31、分支TA主变差动定义 011011各侧TA选择原则如下：主变高压侧TA：如果是3/2接线，主变一分支TA、主变二分支TA全选；其他只选主变一分支。发电机侧TA：可以选择发电机机端TA或主变低压侧TA。高厂变高压侧TA：如果厂变高压侧有一组大变比TA、一组小变比TA，选择高厂变高压侧TA2，即大变比TA；如果厂变高压侧只有一组TA，选择高厂变高压侧TA，此时在定值整定时要将厂变高压侧大变比的TA变比和厂变高压侧变比的TA变比整定成相同。主变差动各侧电流的折算主变差动各侧电流的折算主变差动所用电流为主变高压侧电流（主变差动所用电流为主变高压侧电流（3/2接线为一分支和二分支）、主变低压侧电流、高接

32、线为一分支和二分支）、主变低压侧电流、高厂变高压侧电流，由于各侧电流处于不同的电压等级，所以在差动运算前，要对各侧电流厂变高压侧电流，由于各侧电流处于不同的电压等级，所以在差动运算前，要对各侧电流进行折算，折算到同一个电压等级。在进行折算，折算到同一个电压等级。在RCS985中，电流的折算方法是采用标么值。中，电流的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。对于主变各侧额定电流的计算公式如下（统一选取主变额定容量为基准容量）：对于主变各侧额定电流的计算公式如下（统

33、一选取主变额定容量为基准容量）：1）主变高压侧：）主变高压侧：2）主变低压侧：）主变低压侧：3）高厂变高压侧）高厂变高压侧：各参数定义如下：各参数定义如下：SN：主变额定容量：主变额定容量U1N：主变高压侧额定线电压：主变高压侧额定线电压 N1：主变高压侧：主变高压侧TA变比变比U2N：主变低压侧额定线电压：主变低压侧额定线电压 N2：主变低压侧：主变低压侧TA变比变比 N3：高厂变高压侧：高厂变高压侧TA变比变比 1113NUSInne2223NUSInne3233NUSInne主变差动保护定值主变差动保护定值序号序号定值名称定值名称定值范围定值范围整定步长整定步长1比率差动起动定值0.1-

34、1.50 (Ie)0.01 (Ie)2差动速断定值2-14.00 (Ie)0.01 (Ie)3比率差动起始斜率0.05-0.150.014比率差动最大斜率0.500.800.015谐波制动系数0.10-0.350.016差动保护跳闸控制字0000-FFFF1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0，12比率差动投入0，13工频变化量比率差动投入0，14涌流闭锁原理选择0，10：二次谐波闭锁1：波形判别5TA断线闭锁比率差动0，1主变差动保护逻辑框图主变差动保护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&差流起动元件&涌流开放元件过激磁闭

35、锁差动判别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&涌流开放元件=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4.6发电机完全纵差保护2121112212)()2/()()()()/()(IIIIIInInKKbnKKKnIIIbnIIKIIIKKKnIIIIKIdreblrblblblblrercdqderblderblrblblercdqdrbld发电机完全纵差方程：电流参考方向：规定由发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

36、为标么值代入差动方程对发电机差动，；)(43 . 0I7 . 01 . 021nIKKecdqdblblrrblrblblblrblblblblrIIKKKnnKKbnKKK075. 01 . 06 . 14)4075. 01 . 0()(075. 0)42/(0.10.7)2/()(1112）（)(9 . 07 . 0)()(3 . 01 . 0075. 022errcdqdrblderrrcdqdrbldnIIIIbnIKInIIIIIIKI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

37、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IenIeIcdsdIcdqdIdIr0Kbl1Kbl2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

38、很容易满足，差动保护动作。足，差动保护动作。21212IIIIIIdr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。21212IIIIIIdr发电机差动各侧电流的折算发电机差动各侧

39、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

40、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 1133cos/NUSNUPIGNGNGNGNTE2233cos/NUSNUPIGNGNGNGNNE发电机差动定值发电机差动定值序号序号定值名称定值名称定值范围定值范围整定步长整定步长1比率差动起动定值 0.10 - 1.5

41、0 (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 - 0.100.014比率差动最大斜率 0.40 0.600.015差动保护跳闸控制字 0000 - FFFF1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0，12比率差动投入0，13工频变化量差动投入0，14TA断线闭锁比率差动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

42、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&4. 7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

43、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

44、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

45、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。4.8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

46、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。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

47、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号序号定值名称定值名称定值范围定值范围整定步长整定步长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 - 0.100.014裂相比率差动最大斜率 0.40 0.600.015差动保护跳闸控制字 0000 - FFFF1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0，12比率差动投入0，13TA断线闭锁比率差动0，1五五 变压器后备

48、保护变压器后备保护5.1 相间阻抗保护相间阻抗保护 阻抗保护作为发变组相间后备保护。阻抗元件取保护安装处相间电阻抗保护作为发变组相间后备保护。阻抗元件取保护安装处相间电压、相间电流。压、相间电流。 主变阻抗保护可通过整定值选择采用方向阻抗圆、偏移阻抗圆或全主变阻抗保护可通过整定值选择采用方向阻抗圆、偏移阻抗圆或全阻抗圆。阻抗圆。1）当某段阻抗反向定值整定为零时，选择）当某段阻抗反向定值整定为零时，选择方向阻抗圆方向阻抗圆；2）当某段阻抗正向定值大于反向定值时，选择）当某段阻抗正向定值大于反向定值时，选择偏移阻抗圆偏移阻抗圆；3）当某段阻抗正向定值与反向定值整定为相等时，选择）当某段阻抗正向定值

49、与反向定值整定为相等时，选择全阻抗圆全阻抗圆。阻抗元件灵敏角阻抗元件灵敏角78度，阻抗保护的方向指向由整定值整定实现，一般度，阻抗保护的方向指向由整定值整定实现，一般正方向指向主变，正方向指向主变，TV断线时自动退出阻抗保护。断线时自动退出阻抗保护。 阻抗元件的动作特性如图所示：图中: I为相间电流，U为相间电压，Zn为阻抗反向整定值，Zp为阻抗正向整定值。 TV断线对阻抗保护的影响：当装置判断出变压器高压侧TV断线时，自动退出阻抗保护。 阻抗元件的比相方程为：jxRnZInZIUpZIUpZIUm270)()(90nPZIUZIUArg5.2 复合电压闭锁方向过流复合电压闭锁方向过流 复合电

50、压方向过流保护主要作为主变压器相间故障的后复合电压方向过流保护主要作为主变压器相间故障的后备保护。通过整定控制字可选择各段过流是否经过复合电压备保护。通过整定控制字可选择各段过流是否经过复合电压闭锁，是否经过方向闭锁，是否投入。闭锁，是否经过方向闭锁，是否投入。 方向元件：采用正序电压，并带有记忆，近处三相短路方向元件：采用正序电压，并带有记忆，近处三相短路时方向元件无死区。装置后备保护分别设有控制字时方向元件无死区。装置后备保护分别设有控制字过流方过流方向指向向指向来控制过流保护各段的方向指向。当来控制过流保护各段的方向指向。当过流方向指过流方向指向向控制字为控制字为0时，表示方向指向变压器

51、，灵敏角为时，表示方向指向变压器，灵敏角为45；当；当过流方向指向过流方向指向控制字为控制字为1时，方向指向系统，灵时，方向指向系统，灵敏角为敏角为225。方向元件的动作特性如下图所示，阴影区为。方向元件的动作特性如下图所示，阴影区为动作区。动作区。 同时装置分别设有控制字同时装置分别设有控制字过流经方向闭锁过流经方向闭锁来控制过来控制过流保护各段是否经方向闭锁。当流保护各段是否经方向闭锁。当过流经方向闭锁过流经方向闭锁控制字控制字为为1时，表示本段过流保护经过方向闭锁。时，表示本段过流保护经过方向闭锁。Ilm=45Ilm=225UlUla)方向指向变压器方向指向变压器 b)方向指向系统方向指

52、向系统方向指向系统或变压器时的保护范围方向指向系统或变压器时的保护范围 过流保护方向元件指向系统时，此时做为系统故障的后备保护，保护范围是本侧母线故障及母线出口处故障。 方向元件指向变压器时，保护范围是：变压器故障、对侧母线故障及母线出口处故障。指向系统时保护范围指向系统时保护范围指向变压器时指向变压器时保护范围保护范围 复合电压元件：复合电压元件： 复合电压指相间电压低或负序电压高。对于变压器某侧复合电压指相间电压低或负序电压高。对于变压器某侧复合电压元件可通过整定控制字选择是否引入其它侧的电复合电压元件可通过整定控制字选择是否引入其它侧的电压作为闭锁电压，例如对于高压侧后备保护，装置分别设

53、压作为闭锁电压，例如对于高压侧后备保护，装置分别设有控制字，如有控制字，如过流保护经中压侧复压闭锁过流保护经中压侧复压闭锁、过流保过流保护经低压侧复压闭锁护经低压侧复压闭锁等，来控制过流保护是否经其他侧等，来控制过流保护是否经其他侧复合电压闭锁；复合电压闭锁； 当当过流保护经中压侧复压闭锁过流保护经中压侧复压闭锁控制字整定控制字整定为为1时时，表示高压侧复压闭锁过流可经过中压侧复合电压起动；，表示高压侧复压闭锁过流可经过中压侧复合电压起动；当当过流保护经中压侧复压闭锁过流保护经中压侧复压闭锁控制字整定为控制字整定为0时，表时，表示高压侧复压闭锁过流不经过中压侧复合电压起动。示高压侧复压闭锁过流

54、不经过中压侧复合电压起动。 各段过流保护均有各段过流保护均有过流经复压闭锁过流经复压闭锁控制字，当控制字，当过过流经复压闭锁流经复压闭锁控制字为控制字为1时，表示本段过流保护经复合时，表示本段过流保护经复合电压闭锁。电压闭锁。 ZDZDUUUU22 低电压元件的动作电压按躲过无故障运行时保护安装处出现的最低低电压元件的动作电压按躲过无故障运行时保护安装处出现的最低电压来整定。电压来整定。 式中：式中：额定线电压（额定线电压（TV二次值，取二次值，取100V）。）。 负序电压元件按躲过正常运行时系统中出现的最大负序电压整定。负序电压元件按躲过正常运行时系统中出现的最大负序电压整定。此外，还应满足

55、相邻线路末端两相短路时负序电压元件有足够的动作此外，还应满足相邻线路末端两相短路时负序电压元件有足够的动作灵敏度。灵敏度。通常通常 式中：额定相电压（式中：额定相电压（TV二次值，取二次值，取57.7V）。）。NUU)7 .06 .0(NUNopUU%102NU TV异常对复合电压元件、方向元件的影响：异常对复合电压元件、方向元件的影响： 装置设有整定控制字装置设有整定控制字TV断线保护投退原则断线保护投退原则来控制来控制TV断线时方断线时方向元件和复合电压元件的动作行为。若向元件和复合电压元件的动作行为。若TV断线保护投退原则断线保护投退原则控制控制字为字为1，当判断出本侧，当判断出本侧TV

56、异常时，方向元件和本侧复合电压元件不异常时，方向元件和本侧复合电压元件不满足条件，但本侧过流保护可经其它侧复合电压闭锁（过流保护经过满足条件，但本侧过流保护可经其它侧复合电压闭锁（过流保护经过其他侧复合电压闭锁投入情况）；若其他侧复合电压闭锁投入情况）；若TV断线保护投退原则断线保护投退原则控制字控制字为为0，当判断出本侧，当判断出本侧TV异常时，方向元件和复合电压元件都满足条异常时，方向元件和复合电压元件都满足条件，这样复合电压闭锁方向过流保护就变为纯过流保护；不论件，这样复合电压闭锁方向过流保护就变为纯过流保护；不论TV断断线保护投退原则线保护投退原则控制字为控制字为0或或1，都不会使本侧

57、复合电压元件，都不会使本侧复合电压元件起动其它侧复压过流。起动其它侧复压过流。 本侧电压退出对复合电压元件、方向元件的影响：本侧电压退出对复合电压元件、方向元件的影响： 当本侧当本侧TV检修时，为保证本侧复合电压闭锁方向过流的正确动检修时，为保证本侧复合电压闭锁方向过流的正确动作，需投入作，需投入本侧电压退出本侧电压退出压板或整定控制字，此时它对复合电压压板或整定控制字，此时它对复合电压元件、方向元件有如下影响：元件、方向元件有如下影响：（1）本侧复合电压元件不启动，但可由其它侧复合电压元件起动（过流）本侧复合电压元件不启动，但可由其它侧复合电压元件起动（过流保护经过其它侧复合电压闭锁投入情况

58、）；保护经过其它侧复合电压闭锁投入情况）；（2）本侧方向元件输出为正方向；）本侧方向元件输出为正方向；（3）不会使本侧复合电压元件起动其它侧过流元件（其它侧过流保护经）不会使本侧复合电压元件起动其它侧过流元件（其它侧过流保护经过本侧复合电压闭锁投入情况）。过本侧复合电压闭锁投入情况）。5.3 变压器的零序电流保护 大接地电流系统中，中心点直接接地的变压器装设零序电流保护作为接地短路的后备保护。 大接地电流系统中，中心点又可能不接地的分级绝缘变压器需装设间隙零序电流保护和零序过电压保护作为接地短路的后备保护。 大接地电流系统中，中心点又可能不接地的全绝缘变压器需装设零序过电压保护作为接地短路的后

59、备保护。中心点直接接地的变压器装设零序电流保护作为接地短路的后备保护。0I0I1t1t2t2t0000跳跳 、QFQF1QF1QF2QF2QF5.4 变压器中性点间隙保护变压器中性点间隙保护 间隙保护的作用是保护间隙保护的作用是保护中性点不接地变压器中中性点不接地变压器中性点绝缘安全的。性点绝缘安全的。 在变压器中性点对地在变压器中性点对地之间安装一个击穿间隙之间安装一个击穿间隙。在变压器不接地运行。在变压器不接地运行时，若因某种原因变压时，若因某种原因变压器中性点对地电位升高器中性点对地电位升高到不允许值时，间隙击到不允许值时，间隙击穿，产生间隙电流。穿，产生间隙电流。变压器间隙保护是用流变

60、压器间隙保护是用流过变压器中性点的间隙过变压器中性点的间隙电流及电流及TV开口三角形电开口三角形电压作为危及中性点安全压作为危及中性点安全判据来实现的。判据来实现的。 保护的原理接线如图所保护的原理接线如图所示。示。变压器中性不接地运行时，如图示，当发生单相接地故障，中性点N电位升高到相电位，如果不设放电间隙，容易把中性点绝缘击穿。此时设放电间隙，防止过电压，同时间隙击穿后有间隙零序电流，间隙过流保护动作。间隙过流保护定值)(1000AnITopopI0TnVUop)180150(0秒3 . 0t1 1）动作电流）动作电流当流过击穿间隙的电流大于或等于100A时保护动作，即： 式中：保护的动作