发电机差动保护原理及检验培训

发电机差动保护原理及检验

当电力系统中的电力元件发生故障时，向运行值班人员及时发出警告信号，或者向所控制的断路器发出跳闸命令，以终止这些事件发展的一种自动化措施和设备。实现这种自动化措施的成套硬件设备，用于保护电力元件的一般称为继电保护装置。1、继电保护2、继电保护系统作用1）断开电力故障元件，最大限度地减少对电力元件本身的损坏。2）反应电力元件不正常工作状态，如接地、过负荷等，便于监视与调整。2、继电保护系统作用3）支持电力系统安全运行。特别是保护快速动作对提高电网暂态稳定的特殊作用，其他稳定措施是不能与其相比拟。3、电力系统对继电保护的要求电力系统对继电保护的要求：1、可靠性（可信赖性和安全性）2、选择性3、快速性4、灵敏性3、电力系统对继电保护的要求可靠性（可信赖性和安全性）可信赖性：要求继电保护在设计要求它动作的异常或故障状态下，能准确地完成动作，即要求不拒动。安全性：要求继电保护在非设计要求它动作的其他所有情况下，能够可靠不动作，即要求不误动。3、电力系统对继电保护的要求选择性

M（电源侧）NKL（负荷侧）3、电力系统对继电保护的要求快速性继电保护快速性是指继电保护装置应以允许的可能最快速度动作切除故障。3、电力系统对继电保护的要求灵敏性继电保护灵敏性是指继电保护装置对设计规定要求动作的故障及异常状态能够可靠地动作能力。4、继电保护有关概念1、继电保护分类：按保护的对象分类：发电机保护、变压器保护、线路保护、母线保护、电容器（电抗器）保护等按保护原理分类：电流差动保护、电流电压保护、距离保护、零序保护等4、继电保护有关概念2、几个重要的概念主保护后备保护辅助保护异常运行保护主保护主保护——是满足系统稳定和设备安全要求，能以最快速度有选择地切除被保护设备和线路故障的保护。后备保护

后备保护——是主保护或断路器拒动时，用来切除故障的保护。1、远后备保护2、近后备保护辅助保护

辅助保护——是为补充主保护和后备保护的性能或当主保护和后备保护退出运行而增设的简单保护。异常运行保护

异常运行保护是反应被保护设备或线路异常运行状态的保护。5、发电机主要保护对于发电机可能发生的故障和不正常工作状态，应根据发电机的容量有选择地装设以下保护。1)、纵联差动保护：为定子绕组及其引出线的相间短路保护。2)、横联差动保护：为定子绕组一相匝间短路保护。只有当一相定子绕组有两个及以上并联分支而构成两个或三个中性点引出端时，才装设该种保护。3)、单相接地保护：为发电机定子绕组的单相接地保护。16

4)、励磁回路接地保护：为励磁回路的接地故障保护。5)、低励、失磁保护：为防止大型发电机低励(励磁电流低于静稳极限所对应的励磁电流)或失去励磁(励磁电流为零)后，从系统中吸收大量无功功率而对系统产生不利影响，100MW及以上容量的发电机都装设这种保护。6)、过负荷保护：发电机长时间超过额定负荷运行时作用于信号的保护。中小型发电机只装设定子过负荷保护；大型发电机应分别装设定子过负荷和励磁绕组过负荷保护。

7)、定子绕组过电流保护：当发电机纵差保护范围外发生短路，而短路元件的保护或断路器拒绝动作，这种保护作为外部短路的后备，也兼作纵差保护的后备保护。8)、定子绕组过电压保护：用于防止突然甩去全部负荷后引起定子绕组过电压，水轮发电机和大型汽轮发电机都装设过电压保护，中小型汽轮发电机通常不装设过电压保护。

9)、负序电流保护：电力系统发生不对称短路或者三相负荷不对称(如电气机车、电弧炉等单相负荷的比重太大)时，会使转子端部、护环内表面等电流密度很大的部位过热，造成转子的局部灼伤，因此应装设负序电流保护。10)、失步保护：反应大型发电机与系统振荡过程的失步保护。11)、逆功率保护：当汽轮机主汽门误关闭，或机炉保护动作关闭主汽门而发电机出口断路器未跳闸时，从电力系统吸收有功功率而造成汽轮机事故，故大型机组要装设用逆功率继电器构成的逆功率保护，用于保护汽轮机。

6、发电机纵联差动保护保护构成原理，按比较发电机中性点TA与极端TA二次同名相电流的大小及相位构成。以一相差动为例，并设两侧电流的正方向指向发电机内部。6、发电机纵联差动保护

发电机纵差保护作为发电机内部相间短路故障的主保护，采用两段比率制动特性（见图2）。纵差保护有两种方案可选，即比率制动系数的纵差保护和比率制动斜率的纵差保护方案。方案一：比率制动系数的纵差保护，动作方程为：Idz>ICDIdz>KresXIzd(1)式中：Idz、Izd分别为差动电流和制动电流，对应的计算公式见式（2），ICD为差动电流起始值，Kres为制动系数。7、CSC-300保护原理Idz=|iT-iN|

Izd=1/2|iT+iN|（2）

式中:iTiN分别为发电机机端和中性点的电流相量，均以指图向系统为正。

7、CSC-300保护原理

方案二：比率制动斜率的纵差保护，动作方程为：

Idz>Icd如果Izd<IBIdz>KID(Izd-IB)+Icd如果Izd≥IB（3）

式中：KID为比率制动斜率，IB为拐点电流值，其它量意义与方案一相同。7、CSC-300保护原理

IdzIcdIB动作区制动区Izd图2带比率制动特性的发电机纵联差动保护动作特性

8、发电机完全纵差保护逻辑框图&&&&≥1A相比率差动动作B相比率差动动作C相比率差动动作纵差保护投入纵差保护出口1)两相及三相比率制动差动

&≥1A相比率差动动作B相比率差动动作C相比率差动动作纵差保护投入纵差保护出口负序电压>8V最大线电压<8V2)只有一相差动动作且有负序电压大或三相电压低（一点区内一点区外单相比率制动差动）只有一相动作

&≥1A相比率差动动作B相比率差动动作C相比率差动动作纵差保护投入纵差保护出口最大相差流大于1.2IeTA异常闭锁单相差动保护控制字投入3)只有一相差动动作且发生TA异常&&TA异常TA异常只有一相动作

&A相差流越限B相差流越限C相差流越限纵差保护投入纵差保护出口≥15s4)差流越限

比率制动系数方案只设两个定值。a)最小动作电流定值Icd：最小动作电流Icd按躲过发电机额定工况下差动保护差动回路中的最大不平衡电流整定。一般地，Icd=(0.2~0.3)IGe，通常整定为0.3IGe，IGe为发电机二次额定电流。9、CSC-300方案一整定计算：

b)差动特性比率制动系数Kres：Kres=krel.kap.kcc.ker其中，Krel为可靠系数取1.5，Kap为非周期分量系数取2.0，Kcc为同型系数取1.0，Ker为电流互感器比误差取0.1，通常为安全可靠Kres=0.3。按照上述原则整定的比率制动系数特性的差动保护，当发电机机端两相金属性短路时，差动保护的灵敏系数一定满足要求，不必进行灵敏度校验。9、CSC-300方案一整定计算：

c)差动特性比率制动斜率KID：对于比率制动的纵差保护差动特性斜率KID的整定及灵敏度校验参考《大型发电机变压器组继电保护整定计算导则》。对于不完全差动保护，其灵敏度须经过专用的内部故障分析软件进行校验。通常对于发电机完全纵差，KID整定为0.3~0.5；不完全纵差或两侧TA特性不一致时KID整定为0.5。9、CSC-300方案二整定计算：1）、检验前的准备要求在进行检验之前，工作(试验)人员应认真学习相关规程和CSC-300系列发变组保护的技术说明书和检验说明书，理解和熟悉检验内容和要求。10、发电机保护检验前的准备2）、试验设备及试验接线的基本要求a)为了保证检验质量，应使用继电保护微机型试验装置，其技术性能应符合部颁DL／T624—1997《继电保护微机型试验装置技术条件》的规定。b)试验仪表应经检验合格，其精度应不低于0.5级。c)在保证检验质量的前提下，为加快检验速度，说明书中的部分检验项目可以采用专用自动调试设备进行检验。d)试验回路的接线原则，应使加入保护装置的电气量与实际情况相符合。模拟故障的试验回路，应具备对保护装置进行整组试验的条件。10、发电机保护检验前的准备3）、试验条件和要求a)交、直流试验电源质量和接线方式等要求参照部颁《继电保护及电网安全自动装置检验条例》有关规定执行。b)试验时如无特殊说明，所加直流电源均为额定值（即装置上标示的电源电压等级）。c)加入装置的试验电流和电压，如无特殊说明，均指从保护屏端子上加入。10、发电机保护检验前的准备4）、试验过程中应注意的事项a)熟悉工程图纸及检验说明书。b)在试验前应先检查为防止TA二次回路开路的短接线是否正确、牢固地短接好，TV二次回路确实不存在短路现象。c)断开直流电源后才允许插、拔插件，插、拔交流插件时应防止交流电流回路开路。d)打印机及每块插件应保持清洁，注意防尘。e)应采用人体防静电接地措施，以确保不会因人体静电而损坏装置。f)原则上在现场不能使用电烙铁，试验过程中如需使用电烙铁进行焊接时，应电烙铁断电后再焊接或采用带接地线的电烙铁。g)试验过程中，应注意不要将插件插错位置；在拔、插插件时用力适中，不要过于用力，防止插件的针脚弯曲或损坏插件的紧固件。10、发电机保护检验前的准备h)因检验需要临时短接或断开的端子，应逐个记录，并在试验结束后及时恢复。i)使用交流电源的电子仪器（如示波器、毫秒计等）进行电路参数测量时，仪器外壳应与保护屏（柜）在同一点接地。j)试验过程中须考虑本设备与其它运行设备的安全措施及外部运行设备与本装置有联系的相关回路的安全措施。k)当试验过程中加入电流幅值大于3倍额定电流时，应注意通电时间不能过长。l)在初次给装置上电时，应注意用万用表检查屏柜的电源、电压、电流回路是否正常，防止短路或开路。m)对新建工程将屏柜所有端子排的螺丝紧固一遍，防治虚接，并将装置内所有插件重新拔、插一次防治运输、安装过程造成插件松动。10、发电机保护检验前的准备1）、差动最小动作电流及差动动作时间测试：投入发电机差动保护压板，从发电机机端或中性点分别加入单相电流，实测并记录保护动作电流值；从发电机机端或中性点加入2倍动作值的电流，实测差动保护动作时间，要求其动作时间不大于30ms。11、发电机纵差保护测试2）、比率制动特性测试投入发电机差动保护压板，根据所要校验的曲线段选择对应的动作方程，首先给定2I，由此计算出1I，再将其转化为有名值之后，即可进行检验。实验在两侧进行，称为电流I1(标么值)、I2(标么值)，且I1>I2，I1、I2电流相角相差0°。根据所加电流条件、比率制动差动特性定义，保护的动作方程变形为：11、发电机纵差保护测试3）、发电机机端和中性点TA断线检测TA断线的检测在现场为选作项目，根据现场试验条件选作。投入发电机差动保护压板。当试验仪有3个电流输出时（以模拟中性点A相TA异常为例）：从测试仪A相输出幅值为IGe角度为0°的电流至发电机机端侧A相，中性点的A相不加电流，从测试仪B相输出幅值为IGe角度为-120°的电流至发电机机端侧B相，然后同极性串联到中性点的B相，从测试仪C相输出幅值为IGe角度为120°的电流至发电机机端侧C相，然后同极性串联到中性点的C相；其它侧TA异常的方法可参考上述方法；IGe为发电机额定电流。11、发电机纵差保护测试

当试验仪有6个电流输出时（以模拟中性点A相TA异常为例）：测试仪的两组输出电流A、B、C相分别接入机端和中性点A、B、C