300mw發(fā)變組繼電保護初步設(shè)計.doc

西安電力高等?？茖W校_電力工程_系_2013_屆畢業(yè)設(shè)計（論文）題目： 300mw發(fā)變組保護初步設(shè)計 學 號： 姓 名： 指導教師： 專 業(yè)： 繼電保護與自動化班 級： 完成時間： 2013年6月14日發(fā)電廠設(shè)計原始資料某電廠安裝兩臺2300mw空冷燃煤機組（發(fā)電機變壓器組單元接線），一臺有載調(diào)壓起/備變（兩臺機組），有兩回330kv線路出線，電廠330kv母線為接線。（1）發(fā)電機原始參數(shù)型號 qfsn3002 額定容量sn：353mva 額定功率pn：300mw額定功率因數(shù)cosn：0.85 （滯后） 定子額定電壓un：20kv定子額定電流in：10.189ka 勵磁方式：自并勵靜止可控硅勵磁 定子繞組接線方式：yy 直軸次瞬變電抗 負序電抗（2）主變原始參數(shù)型號：sfp-360000/330 額定容量：360/360mva電壓組合 ：36322.5/20kv 額定電流 ：573/10392a聯(lián)結(jié)組標號 ：yn,d11 相數(shù)：3短路阻抗：uk%=13.84% （取中間值） 零序阻抗：50.99（3）廠高變原始參數(shù)型號：sff10-40000/20 聯(lián)結(jié)組標號 d,yn1-yn1額定容量：40/25-25mva 額定電壓：2022.5/6.3-6.3kv額定電流：1154.7/2291.1-2291.1a 阻抗電壓：uh-l=u高低i = 15.46% uh-l”=u高低ii = 15.11% uh-l=u高低l、ii =6.38，ul-l”=u低i低ii =35.69（4）系統(tǒng)參數(shù)330kv系統(tǒng)等值到電廠330kv母線等值電抗（斷開電廠所有元件）標幺值如下： 基準：sbs=100mva，ubs=345kv（1） 系統(tǒng)最大方式： （2） 系統(tǒng)最小方式：參考資料：1、gb/t 14285-2006繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程，中華人民共和國國家標準2、dl/t684-1999大型發(fā)電機變壓器繼電保護整定計算導則，中華人民共和國電力行業(yè)標準3、所選保護說明書目 錄1 概 述22.1發(fā)電機的不正常狀態(tài)及故障32.2 發(fā)電機保護的原則32.3 變壓器的不正常狀態(tài)及故障42.4 變壓器保護的依據(jù)53 保護的基本原理53.1 發(fā)電機縱差動保護53.2 發(fā)電機匝間短路的橫差動保護63.3 發(fā)電機100%定子繞組單相接地保護63.4 勵磁回路一點接地保護63.5 發(fā)電機逆功率保護63.6 發(fā)電機定子對稱過負荷保護73.7 復合電壓過流電流帶記憶保護73.8 變壓器差動保護74 保 護 選 型84.1 裝置的選擇84.2 rcs-985大型發(fā)電機變壓器組保護裝置84.3 保護原理95 整 定 計 算125.1 短路計算125.2發(fā)電機差動保護135.3 變壓器差動保護145.3 發(fā)電機匝間保護175.4 發(fā)電機相間短路后備保護185.5定子繞組接地保護185.6發(fā)電機逆功率保護19總結(jié)21參考文獻22致 謝235題目：300mw發(fā)變組保護初步設(shè)計摘要電力系統(tǒng)繼電保護的設(shè)計與配置是否合理會直接影響到電力系統(tǒng)的安全運行，所以必須合理地選擇保護配置和進行正確的整定計算。本次設(shè)計要求為2300mw發(fā)電機變壓器組繼電保護初步設(shè)計，目的為通過本次設(shè)計，進一步加深對所學知識的理解，以及理解保護與保護之間的配合問題。大型發(fā)電機的造價昂貴，結(jié)構(gòu)復雜，一旦發(fā)生故障遭到破壞，其檢修難度大，檢修時間長，要造成很大的經(jīng)濟損失。例如一臺300mw汽輪發(fā)電機，因勵磁回路兩點接地使大軸和汽缸磁化，為退磁停機一個月以上，姑且不論檢修費用和對國民經(jīng)濟造成的間接損失，僅電能損耗就近千萬元，大機組在電力系統(tǒng)內(nèi)占有重要地位，特別是單機容量占系統(tǒng)容量很大比例的情況下，大機組的突然切除，會對電力系統(tǒng)造成很大的擾動。另外，大型汽輪發(fā)電機的起停特別費時、費錢，以停機78小時的熱起動為例：300mw發(fā)電機組就得需要7小時。因此，非必需的情況下，不要使大型發(fā)電機組頻繁起動，更不要輕易緊急突然停機，這就對繼電保護提出了更高的要求，所以在配置繼電保護時，要充分考慮各方面的因素，力求繼電保護準確、可靠、靈敏。關(guān)鍵字：發(fā)變組 繼電保護 配置與整定1 緒論300mw發(fā)電機組造價昂貴，結(jié)構(gòu)復雜，一旦發(fā)生故障，其檢修難度大，時間長，將造成較大的經(jīng)濟損失。因此，在考慮300mw機組繼電保護的總體配置時，應最大限度地保證機組安全和縮小故障破壞范圍，盡可能避免不必要的突然停機，對某些異常工況采用自動處理裝置，特別要避免保護裝置的誤動和拒動，這樣不僅要求有足夠的的可靠性、靈敏性、選擇性和快速性，還要求繼電保護在總體配置上盡量做到完善、合理，避免繁瑣、復雜。300mw機組保護裝置可分為短路保護和異常運行保護兩類。短路保護是用以反應被保護區(qū)域內(nèi)發(fā)生的各種類型的短路故障，為了防止保護拒動或斷路器拒動，設(shè)主保護和后備保護。異常運行保護是用以反應各種可能給機組造成危害的異常工況，不設(shè)后備保護。為了滿足電力系統(tǒng)穩(wěn)定方面的要求，對于300mw發(fā)電機變壓器組故障要求快速切除。為了確保正確快速切除故障，要求對300mw發(fā)電機變壓器組設(shè)置雙重快速保護。各保護裝置動作后所控制的對象，依保護裝置的性質(zhì)、選擇性要求和故障處理方式的不同而不同，對于發(fā)電機雙繞組變壓器，通常有以下幾種處理方式：全停：停汽機、停鍋爐、斷開高壓側(cè)斷路器、滅磁、斷開高壓廠用變壓器低壓側(cè)斷路器、使機爐及其輔機停止工作。解列滅磁：斷開高壓側(cè)斷路器、滅磁、斷開高壓廠用變壓器低壓側(cè)斷路器。解列：斷開高壓側(cè)斷路器。減出力：減少原動機的輸出功率。發(fā)信號：發(fā)出聲光信號或光信號。母線解列：對雙母線系統(tǒng)，斷開母線聯(lián)絡(luò)斷路器，縮小故障波及范圍。2 保護配置原則2.1發(fā)電機的不正常狀態(tài)及故障電力系統(tǒng)中，發(fā)電機是十分重要和貴重的電氣設(shè)備，它的安全運行對電力系統(tǒng)的正常工作起著極其重要的作用。它既有靜止不動的定子部分，又有旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子部分，同時既有機械運動，又要承受電流、電壓的沖擊，這就造成發(fā)電機在運行中，定子繞組和轉(zhuǎn)子勵磁回路都有可能產(chǎn)生危險的、類型復雜的故障和不正常的運行情況。發(fā)電機的不正常狀態(tài)及故障有：（1） 定子繞組相間短路；（2）定子繞組接地；（3）定子繞組匝間短路；（4）發(fā)電機外部相間短路；（5）定子繞組過電壓；（6）定子繞組過負荷；（7）轉(zhuǎn)子表層(負序)過負荷；（8）勵磁繞組過負荷；（9）勵磁回路接地；（10）勵磁電流異常下降或消失；（11）定子鐵芯過勵磁；（12）發(fā)電機逆功率；（13）頻率異常；（14）失步；（15）發(fā)電機突然加壓。2.2 發(fā)電機保護的原則（1）對300mw及以上的汽輪發(fā)電機組，應裝設(shè)雙重快速保護， 即裝設(shè)發(fā)電機縱聯(lián)差動保護、變壓器縱差動保護和發(fā)電機、變壓器共用縱聯(lián)差動保護。（2）對100mw及以上的發(fā)電機，應裝設(shè)保護區(qū)為100%的定子接地保護。保護帶時限動作于信號，必要時也可動作于停機。為檢查發(fā)電機定子繞組和發(fā)電機電壓回路的絕緣狀況，保護裝置應能監(jiān)視發(fā)電機端零序電壓值。（3）50mw及以上發(fā)電機，當定子繞組為星形接線，中性點只有三個引出端子時，根據(jù)用戶和制造廠的要求，也可裝設(shè)專用的匝間短路保護。（4）50mw及以上的發(fā)電機，宜裝設(shè)負序過電流保護和單元件低壓起動過電流保護。（5）自并勵(無串聯(lián)變壓器)發(fā)電機，宜采用帶電流記憶（保持）的過電流保護。（6）對于100mw及以上的汽輪發(fā)電機，宜裝設(shè)過電壓保護，其整定值根據(jù)定子繞組的絕緣狀況決定。過電壓保護宜動作于解列滅磁或過程跳閘。（7）定子繞組非直接冷卻的發(fā)電機，應裝設(shè)定時限過負荷保護，保護裝置接一相電流，帶時限動作于信號。（8）定子繞組為直接冷卻且過負荷能力較低(例如低于1.5倍、60s)的發(fā)電機，過負荷保護由定時限和反時限兩部分組成。定時限部分：動作電流按在發(fā)電機長期允許的負荷電流下能可靠返回的條件整定，帶時限動作于信號，在有條件時，可動作于自動減負荷。 反時限部分：動作特性按發(fā)電機定子繞組的過負荷能力確定，動作于解列或程序跳閘。保護應能反應電流變化時發(fā)電機定子繞組的熱積累過程。不考慮在靈敏系數(shù)和時限方面與其它相間短路保護相配合。（9）100mw及以上a值小于10的發(fā)電機，應裝設(shè)由定時限和反時限兩部分組成的轉(zhuǎn)子表層過負荷保護。定時限部分：動作電流按發(fā)電機長期允許的負序電流值和躲過最大負荷下負序電流濾過器的不平衡電流值整定，帶時限動作于信號。 反時限部分：動作特性按發(fā)電機承受負序電流的能力確定，動作于停機。保護應能反應電流變化時發(fā)電機轉(zhuǎn)子的熱積累過程。不考慮在靈敏系數(shù)和時限方面與其它相間短路保護相配合。（10）對勵磁系統(tǒng)故障或強勵時間過長引起的勵磁繞組過負荷，300mw及以上的發(fā)電機，其勵磁饒組過負荷保護可由定時限和反時限兩部分組成。定時限部分：動作電流按正常運行最大勵磁電流下能可靠返回的條件整定，帶時限動作于信號降低勵磁電流。反時限部分：動作特性按發(fā)電機勵磁繞組的過負荷能力確定，并動作于解列滅磁或程序跳閘。保護應能反應電流變化時勵磁繞組的熱積累過程。（11）1mw以上的發(fā)電機應裝設(shè)專用的轉(zhuǎn)子一點接地保護裝置延時動作于信號，宜減符合平穩(wěn)停機，有條件時可動作于程序跳閘。對旋轉(zhuǎn)勵磁的發(fā)電機宜裝設(shè)一點接地故障定期檢測裝置。（12）對汽輪發(fā)電機，失磁保護宜瞬時或延時動作于信號，有條件的機組可進行勵磁切換。失磁后母線電壓低于允許值時，帶時限動作于解列，并切換廠用電源。有條件的機組失磁保護也可動作于自動減出力。當自動減出力至發(fā)電機失磁允許負荷以下，其運行時間接近失磁允許運行限時時，可動作于程序跳閘。（13）300mw及以上發(fā)電機，應裝設(shè)過勵磁保護。保護裝置可裝設(shè)低定值和高定值兩部分組成的定時限過勵磁保護或反時限過勵磁保護，有條件時應優(yōu)先裝設(shè)反時限過勵磁保護。定時限過勵磁保護：低定值部分：帶時限動作于信號和降低勵磁電流。高定值部分：動作于解列滅磁或程序跳閘。反時限過勵磁保護：反時限特性曲線由上限定時限、反時限、下限定時限三部分組成。上限定時限、反時限動作于解列滅磁，下限定時限動作于信號。汽輪發(fā)電機裝設(shè)了過勵磁保護可不再裝設(shè)過電壓保護。（14）對發(fā)電機變電動機運行的異常運行方式，200mw及以上汽輪發(fā)電機，宜裝設(shè)逆功率保護。對燃汽輪發(fā)電機，應裝設(shè)逆功率保護。保護裝置由靈敏的功率繼電器構(gòu)成，帶時限動作于信號，經(jīng)汽輪機允許的逆功率時間延時動作于解列。（15）對低于額定頻率帶負載運行的異常運行狀態(tài)下300mw及以上汽輪發(fā)電機，應裝設(shè)低頻率保護。保護動作于信號，并有累計時間顯示。對高于額定頻率帶負載運行100mw及以上汽輪發(fā)電機或水輪發(fā)電機，應裝設(shè)高頻率保護。保護動作于解列滅磁或程序跳閘。（16）300mw及以上發(fā)電機宜裝設(shè)失步保護。在短路故障、系統(tǒng)同步振蕩、電壓回路斷線等情況下，保護不應誤動作。通常保護動作于信號。當振蕩中心在發(fā)電機變壓器組內(nèi)部，失步運行時間超過整定值或電流振蕩次數(shù)超過規(guī)定值時，保護還應動作于解列并保證斷路器斷開時的電流不超過斷路器額定失步開斷電流。（17）對300mw及以上汽輪發(fā)電機，發(fā)電機勵磁回路一點接地、發(fā)電機運行頻率異常、勵磁電流異常下降或消失等異常運行方式，保護動作于停機，宜采用程序跳閘方式。采用程序跳閘方式，由逆功率繼電器作為閉鎖元件。（18）對于發(fā)電機起停過程中發(fā)生的故障、斷路器斷口閃絡(luò)及發(fā)電機軸電流過大等故障和異常運行方式，可根據(jù)機組特點和電力系統(tǒng)運行的要求，采取措施或增設(shè)相應保護。對300mw及以上機組宜裝設(shè)突然加電壓保護。（19）對于100mw及以上容量的發(fā)電機變壓器組裝設(shè)數(shù)字式保護時，除非電量保護外，應雙重化配置。當斷路器具有兩組跳閘線圈時，兩套保護宜分別動作于斷路器的一組跳閘線圈。2.3 變壓器的不正常狀態(tài)及故障變壓器是電力系統(tǒng)不可缺少的重要電氣設(shè)備，變壓器發(fā)生故障將對供電可靠性和系統(tǒng)安全運行帶來嚴重的影響，并且變壓器本身也是價格昂貴的設(shè)備。因此應根據(jù)變壓器容量等級和嚴重程度裝設(shè)性能良好、動作可靠的繼電保護裝置。變壓器的不正常狀態(tài)及故障有： （1）繞組及其引出線的相間短路和中性點直接接地或經(jīng)小電阻接地側(cè)的接地短路；（2）繞組的匝間短路；（3）外部相間短路引起的過電流；（4）中性點直接接地或經(jīng)小電阻接地電力網(wǎng)中，外部接地短路引起的過電流及中性點過電壓；（5）過負荷；（6）過勵磁；（7） 油面降低；（8）中性點非有效接地側(cè)的單相接地故障；（9） 變壓器油溫、饒組溫度過高及油箱壓力升高和冷卻系統(tǒng)故障。2.4 變壓器保護的依據(jù)（1）0.4mva及以上車間內(nèi)油浸式變壓器和0.8mva及以上油浸式變壓器，均應裝設(shè)瓦斯保護。當殼內(nèi)故障產(chǎn)生輕微瓦斯或油面下降時，應瞬時動作于信號；當產(chǎn)生大量瓦斯時，應瞬時動作于斷開變壓器各側(cè)斷路器。（2）電壓在10kv以上、容量在10mva及以上的變壓器，采用縱差保護。對于電壓為10kv的重要變壓器，當電流速斷保護靈敏度不符合要求時也可采用縱差保護。（3）電壓為220kv及以上的變壓器裝設(shè)數(shù)字式保護時，除非電量保護外，應采用雙重化保護配置。當斷路器具有兩組跳閘線圈時，兩套保護宜分別動作于斷路器的一組跳閘線圈。（4）縱聯(lián)差動保護應符合下列要求：a.應能躲過勵磁涌流和外部短路產(chǎn)生的不平衡電流。b.在變壓器過勵磁時不誤動。c.在電流回路斷線時應發(fā)出斷線信號，電流回路斷線允許差動保護動作跳閘。d. 在正常情況下，縱聯(lián)差動保護的保護范圍應包括變壓器套管和引出線，如不能包括引出線時，應采取快速切除故障的輔助措施。在設(shè)備檢修等特殊情況下，允許差動保護短時利用變壓器套管電流互感器，此時套管和引出線的故障由后備保護動作切除；如電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行有要求時，應將縱聯(lián)差動保護切至旁路斷路器的電流互感器。（5）對由外部相間短路引起的變壓器過電流，變壓器應裝設(shè)相間短路后備保護。保護帶延時跳開相應的斷路器。相間短路后備保護宜選用過電流保護、復合電壓（負序電壓和線間電壓）啟動的過電流保護或復合電流保護（負序電流和單相式電壓啟動的過電流保護）。（6）發(fā)電機變壓器組，在變壓器低壓側(cè)不另設(shè)相間短路后備保護，而利用裝于發(fā)電機中性點側(cè)的相間短路后備保護，作為高壓側(cè)外部、變壓器和分支線相間短路后備保護。（7）用于經(jīng)間隙接地的變壓器，裝設(shè)反應間隙放電的零序電流保護和零序電壓保護。當變壓器所接的電力網(wǎng)失去中性點，又發(fā)生單相接地故障時，此電流電壓保護動作，經(jīng)0.3s0.5s時限動作于斷開變壓器各側(cè)斷路器。（8）變壓器非電氣量保護不應啟動失靈保護。3 保護的基本原理3.1 發(fā)電機縱差動保護縱差保護是反應發(fā)電機定子繞組及其引出線的相間短路，是發(fā)電機的主要保護。保護基的本原理是比較發(fā)電機機端與中性點兩側(cè)的電流的大小和相位，它是反映發(fā)電機及其引出線的相間故障。發(fā)電機縱聯(lián)差動保護的構(gòu)成的兩側(cè)電流互感器同變比，同型號。3.2 發(fā)電機匝間短路的橫差動保護 橫差動保護原理：在大容量發(fā)電機中，由于額定電流很大，其每相都是由兩個或多個并聯(lián)的繞組組成。在正常運行的時候，各繞組中的電動勢相等，流過相等的負荷電流。而當任一繞組發(fā)生匝間短路時，繞組中的電動勢就不再相等，因而會出現(xiàn)因電動勢差而在各繞組間產(chǎn)生均衡電流。利用這個環(huán)流，可以實現(xiàn)對發(fā)電機定子繞組匝間短路的保護。3.3 發(fā)電機100%定子繞組單相接地保護 發(fā)電機100%定子繞組接地保護種類很多，廣泛使用的是利用三次諧波電壓構(gòu)成的100%定子繞組接地保護。該保護保護一般由兩部分組成：一部分是零序電壓保護，保護定子繞組的85%以上；另一部分利用發(fā)電機三次諧波電壓構(gòu)成，它用來消除零序電壓保護的死區(qū)，從而實現(xiàn)保護100%定子繞組的接地保護。為可靠起見，兩部分保護區(qū)有一段重疊。利用發(fā)電機三次諧波電壓構(gòu)成的部分 保護原理：是利用發(fā)電機中性點和出線端的三次諧波電壓在正常運行和接地故障時變化相反的特點構(gòu)成。正常運行時，發(fā)電機中性點的三次諧波電壓比發(fā)電機出線端的三次諧波電壓大；而在發(fā)電機內(nèi)部定子接地時，出線端的三次諧波卻比中性點的大。利用這個特點，使發(fā)電機出口的三次諧波電壓成為動作分量，而使中性點的三次諧波分量成為制動分量，從而使發(fā)電機出口三次諧波電壓大于中性點三次諧波電壓時讓繼電器動作。這樣，保護就會在正常時制動，而在定子繞組接地時保護可靠動作。3.4 勵磁回路一點接地保護 基本原理定期檢測勵磁回路正、負極對地電壓的大小若 則表示勵磁回路正常； 若 則表示勵磁回路發(fā)生了接地。特點：當接地發(fā)生在繞組中部，檢測裝置不能發(fā)現(xiàn)故障，存在“死區(qū)”。3.5 發(fā)電機逆功率保護正常運行時，發(fā)電機向系統(tǒng)輸送有功功率，若由于各種原因誤將主氣門關(guān)閉，則在發(fā)電機斷路器跳閘之前，發(fā)電機將迅速轉(zhuǎn)為電動機運行，出現(xiàn)系統(tǒng)向發(fā)電機到送有功，即發(fā)電機逆功率運行。3.5.1.程序逆功率原理程序逆功率主要用于程序跳閘方式，即當過負荷保護、過勵磁保護、低勵失磁保護等出口于程序跳閘的保護動作后，應首先關(guān)閉主氣門，等到出現(xiàn)逆功率狀態(tài)，同時有主氣門關(guān)閉信號時，這時程序逆功率保護動作，跳開主斷路器。這種程序跳閘就可避免因主氣門未關(guān)而斷路器先斷開引起災難性“飛車”事故。在過負荷、過勵磁、失磁等異常運行方式下，用于程序跳閘的逆功率繼電器作為閉鎖元件，其整定值一般整定為pact=(13)%pn,延時1.01.5s動作于解列。3.5.2逆功率保護原理當發(fā)電機處于逆功率運行時該保護動作。汽輪發(fā)電機組在主氣門關(guān)閉后，發(fā)電機變成電動機運行，有功損耗約為（11.5）%pn，汽輪機有功損耗約為（34）%pn，所以總的逆功率值約為（45.5）%pn.考慮到主氣門雖已關(guān)閉但尚有一些泄漏時，由系統(tǒng)到送的弄功率值就可能小于1%pn，汽輪發(fā)電機逆功率保護的動作功率一般可取為 p1act=（0.5-1）%pn其延時分兩段，延時15s動作，延時2-3min動作與解列。3.6 發(fā)電機定子對稱過負荷保護發(fā)電機定子對稱過負荷保護是由對稱過負荷或外部故障而引起的定子繞組過電流異常工況的保護，它反應定子繞組的平均發(fā)熱狀況，保護動作量取發(fā)電機機端的最大相電流，由定時限過負荷和反時限過流兩部分組成。3.6.1 .保護原理及判據(jù) （1）定時限過負荷保護設(shè)1 段跳閘段和1 段報警段，均可由控制字投退。動作判據(jù)為：式中： i 為三相電流的最大值， 為定時限定值。（2）反時限過流按定子繞組允許的過流能力來整定，其動作特性，即過電流倍數(shù)與相應的允許持續(xù)時間的關(guān)系為：反時限過負荷保護動作于解列或程序跳。3.7 復合電壓過流電流帶記憶保護3.7.1 ta、tv接線原則電流取自發(fā)電機中性點電流、電壓取自發(fā)電機機端的相間電壓和負序電壓。3.7.2 復合電壓啟動的過電流保護的原理（1）復合電壓啟動的過電流保護適用于1mw以上發(fā)電機，是由負序電壓和相間電壓共同啟動的過電流保護。過電流元件動作電流按發(fā)電機額定電流整定。a) 復壓啟動元件為：a) 三相過流元件動作方程為：式中: i為最大相電流， iset為動作電流整定值。(2) 過流帶記憶功能對于自并勵發(fā)電機，短路故障后機端電流會發(fā)生衰減，故障電流在過流保護動作出口前可能已經(jīng)小于過流定值而導致保護拒動，故本裝置設(shè)計了過流帶記憶功能，并經(jīng)“過流帶記憶功能投退”軟壓板選擇投退。復壓過流帶記憶的實現(xiàn)思路：當復壓元件和三相過流元件動作后，經(jīng)延時t 跳閘出口，在到達整定時間以前檢測三相電流，如由于短路電流衰減的原因?qū)е逻^流元件返回，則由“與”門和“或”門的自保持回路，使保護裝置不會中途返回。注意：當復合電壓啟動元件退出時，過流帶記憶功能自動退出。3.8 變壓器差動保護3.8.1 比率差動原理變壓器比率差動的動作特性采用三折線或二折線方式實現(xiàn)，對于主變、發(fā)變組和高廠變差動，采用三折線特性，對于勵磁變差動，采用二折線制動特性。（和發(fā)電機差動類似）3.8.2 差動速斷原理變壓器差動速斷保護包括：發(fā)變組差動速斷、主變差動速斷、高廠變差動速斷和勵磁變差動速斷等，均采用分相差動邏輯，任一相差動速斷動作即出口跳閘。 該保護為加速切除嚴重區(qū)內(nèi)故障而設(shè)。當任一相差流大于整定值icdsd（差動電流速斷保護定值）時，該保護瞬時動作。3.9 瓦斯保護瓦斯保護是變壓器的主要保護,能有效地反應變壓器內(nèi)部故障。輕瓦斯繼電器由開口杯、干簧觸點等組成,作用于信號。重瓦斯繼電器由擋板、彈簧、干簧觸點等組成,作用于跳閘。正常運行時,瓦斯繼電器充滿油,開口杯浸在油內(nèi),處于上浮位置,干簧觸點斷開。 當變壓器內(nèi)部故障時,故障點局部發(fā)生過熱,引起附近的變壓器油膨脹,油內(nèi)溶解的空氣被逐出,形成氣泡上升,同時油和其它材料在電弧和放電等的作用下電離而產(chǎn)生瓦斯。當故障輕微時,排出的瓦斯氣體緩慢地上升而進入瓦斯繼電器,使油面下降,開口杯產(chǎn)生的支點為軸逆時針方向的轉(zhuǎn)動,使干簧觸點接通,發(fā)出信號 當變壓器內(nèi)部故障嚴重時,產(chǎn)生強烈的瓦斯氣體,使變壓器內(nèi)部壓力突增,產(chǎn)生很大的油流向油枕方向沖擊,因油流沖擊檔板,檔板克服彈簧的阻力,帶動磁鐵向干簧觸點方向移勸,使干簧觸點接通,作用于跳閘。 3.10 變壓器接地保護中性點直接接地運行的變壓器僅裝設(shè)零序電流保護,保護用電流互感器裝在中性點的引出線上,通常配置兩段式零序電流保護,每段帶兩級時限,以較短的時限斷開母聯(lián)斷路器或分段斷路器,以縮小故障影響的范圍,以較長的時限動作于變壓器各側(cè)斷路器。零序電流保護第段的動作電流及時限應與相鄰元件零序電流保護第段相配合,一般t1=0.5-1s,t2=t1+t,動作電流按照與相鄰元件零序電流保護第段在靈敏性上的配合條件來整定。4 保 護 選 型4.1 裝置的選擇關(guān)于300mw發(fā)電機-變壓器組保護裝置的選定，我查閱了國電南自、長園深瑞、南瑞繼保、北京四方、許繼電氣等國內(nèi)各大保護生產(chǎn)廠家的發(fā)電機-變壓器組保護裝置，選出了下列各型號的發(fā)電機-變壓器組保護裝置：（1）rcs-985大型發(fā)電機變壓器組保護裝置（2）prs-785微機發(fā)電機變壓器組成套保護裝置（3）dgt-801a數(shù)字式發(fā)電機變壓器組保護裝置（4）csc-300發(fā)電機變壓器組保護針對上述的各個保護裝置，綜合它們的應用范圍、保護的配置、保護的原理、保護的范圍以及保護的組屏原則等方面比較來看，南瑞繼保rcs-985發(fā)電機變壓器組保護裝置在這些方面占據(jù)了很大的優(yōu)勢，所以我選擇南瑞繼保rcs-985發(fā)電機變壓器組成套保護裝置作為本次設(shè)計選定的保護裝置。4.2 rcs-985大型發(fā)電機變壓器組保護裝置4.2.1應用范圍rcs985為數(shù)字式發(fā)電機變壓器保護裝置，適用于大型汽輪發(fā)電機、水輪發(fā)電機、燃汽輪發(fā)電機、核電機組等類型的發(fā)電機變壓器組單元接線及其他機組接線方式，并能滿足發(fā)電廠電氣監(jiān)控自動化系統(tǒng)的要求。rcs985提供一個發(fā)電機變壓器單元所需要的全部電量保護，保護范圍：主變壓器、發(fā)電機、高廠變、勵磁變（勵磁機）。根據(jù)實際工程需要，配置相應的保護功能。對于一個大型發(fā)變組單元或一臺大型發(fā)電機，配置兩套rcs-985保護裝置，可以實現(xiàn)主保護、異常運行保護、后備保護的全套雙重化，操作回路和非電量保護裝置獨立組屏。兩套rcs-985取不同組ta，主保護、后備保護共用一組ta，出口對應不同的跳閘線圈，因此，具有以下優(yōu)點：（1）設(shè)計簡潔，二次回路清晰；（2）運行方便，安全可靠，符合反措要求；（3）整定、調(diào)試和維護方便。4.2.2配置方式rcs-985a/b/c/g四種程序版本的裝置適用于大型火電機組、核電機組的保護，分別適用于不同的主接線方式：rcs-985a：適用于標準的發(fā)變組單元主接線方式：兩圈主變（220kv 或500kv 出線）、發(fā)電機容量100mw 及以上、一臺高廠變（三圈變或分裂變）、勵磁變或勵磁機；rcs-985b：適用于兩臺高廠變的發(fā)變組主接線方式：兩圈主變（220kv或500kv出線）、發(fā)電機容量100mw 及以上、兩臺高廠變、勵磁變或勵磁機；rcs-985c：適用于多種發(fā)變組主接線方式：兩圈或三圈主變、發(fā)電機容量小于300mw、一臺高廠變（三圈變或分裂變）、分支電纜、勵磁變或勵磁機；rcs-985g：適用于大型發(fā)電機保護，可以滿足汽輪發(fā)電機、燃氣輪發(fā)電機、核電機組的保護要求。4.3 保護原理4.3.1 發(fā)電機差動保護、變壓器差動保護、廠高變差動保護、勵磁變差動保護比率差動動作特性如圖4-1。圖4-1比率差動保護的動作特性比率差動保護的動作方程如下：式中：id為差動電流，ir為制動電流，icdqd為差動電流起動定值，ie為額定電流。電流各側(cè)定義：對于高廠變差動，其中i1、i2、i3分別為高廠變高壓側(cè)、低壓側(cè)a、b分支電流，i4未定義；對于勵磁變差動，其中i1、i2分別為勵磁變高壓側(cè)、低壓側(cè)電流，i3、i4未定義；比率制動系數(shù)定義：kbl為比率差動制動系數(shù)，kb1r為比率差動制動系數(shù)增量；kb11為起始比率差動斜率，定值范圍為0.050.15，一般取0.10；kb12為最大比率差動斜率，定值范圍為0.500.80，一般取0.70；n為最大斜率時的制動電流倍數(shù)，固定取6。4.3.2 發(fā)電機匝間保護發(fā)電機高靈敏橫差保護裝設(shè)在發(fā)電機兩個中性點連線上的橫差保護, 用作發(fā)電機定子繞組的匝間短路、分支開焊故障以及相間短路的主保護。由于保護采用了頻率跟蹤、數(shù)字濾波及全周傅氏算法, 使得橫差保護對三次諧波的濾除比在頻率跟蹤范圍內(nèi)達100以上, 保護只反應基波分量。（1）高定值段橫差保護，相當于傳統(tǒng)單元件橫差保護。（2）靈敏段橫差保護裝置采用相電流比率制動的橫差保護原理，其動作方程為:式中 ihczd為橫差電流定值, imax為機端三相電流中最大相電流, iezd為發(fā)電機額定電流, khczd為制動系數(shù)。 相電流比率制動橫差保護能保證外部故障時不誤動, 內(nèi)部故障時靈敏動作, 由于采用了相電流比率制動，橫差保護電流定值只需按躲過正常運行時不平衡電流整定，比傳統(tǒng)單元件橫差保護定值大為減小，因而提高了發(fā)電機內(nèi)部匝間短路時的靈敏度。對于其他正常運行情況下橫差不平衡電流的增大，橫差電流保護動作值具有浮動門檻的功能。4.3.3 縱向零序電壓保護裝設(shè)在發(fā)電機出口專用tv開口三角上的縱向零序電壓, 用作發(fā)電機定子繞組的匝間短路的保護。由于保護采用了頻率跟蹤、數(shù)字濾波及全周傅氏算法, 使得零序電壓對三次諧波的濾除比達100以上, 保護只反應基波分量。（1）高定值段匝間保護，按躲過區(qū)外故障最大不平衡電壓整定；（2）靈敏段匝間保護：裝置采用電流比率制動的縱向零序電壓保護原理, 其動作方程為: 式中：為零序電壓定值,為發(fā)電機機端最大相電流,為發(fā)電機機端負序電流，為發(fā)電機額定電流,為制動系數(shù)。電流比率制動原理匝間保護能保證外部故障時不誤動, 內(nèi)部故障時靈敏動作, 由于采用了電流比率制動的判據(jù)，零序電壓定值只需按躲過正常運行時最大不平衡電壓整定，因此提高了發(fā)電機內(nèi)部匝間短路時保護的靈敏度。對于其他正常運行情況下縱向零序電壓不平衡值的增大，縱向零序電壓保護動作值具有浮動門檻的功能。匝間保護一般經(jīng)短延時（0.10s0.20s）出口。4.3.4 間隙零序過流保護、零序過電壓保護間隙零序過電流保護作為主變中性點經(jīng)間隙接地或經(jīng)小電抗接地運行時的變壓器后備保護。零序過電壓保護作為主變壓器中性點不接地、中性點經(jīng)間隙接地或經(jīng)小電抗接地運行時的后備保護。考慮到在間隙擊穿過程中，間隙零序過流和零序過壓的交替出現(xiàn)，一旦零序過壓或零序過流元件動作后裝置就相互展寬，使保護可靠動作。rcs985a、rcs-985b設(shè)有一段兩時限零序過電壓保護和一段兩時限間隙零序過電流保護。rcs985c設(shè)有一段三時限零序過電壓保護和一段兩時限間隙零序過電流保護。rcs-985a、rcs-985b裝置零序過電壓保護和間隙零序過電流保護可經(jīng)外部開入接點投入，“間隙零序外部投入”置0，間隙零序保護經(jīng)壓板投退；“間隙零序外部投入”置1，間隙零序保護壓板投入，同時外部開入為1，保護才投入。對于只配置零序過電壓保護，為了防止外部開入誤投，零序過電壓保護設(shè)有“經(jīng)無流閉鎖”控制字，即零序電流大于定值（間隙零序電流定值），閉鎖零序過電壓保護。rcs-985c裝置高、中壓側(cè)零序過電壓保護和間隙零序過電流保護除了壓板投入還可經(jīng)外部開入接點投入，壓板和外部開入接點相互關(guān)系與rcs-985a相同。4.3.5 轉(zhuǎn)子兩點接地保護若轉(zhuǎn)子一點接地保護動作于報警方式，當轉(zhuǎn)子接地電阻rg小于普通段整定值，轉(zhuǎn)子一點接地保護動作后，經(jīng)延時自動投入轉(zhuǎn)子兩點接地保護，當接地位置改變達一定值時判為轉(zhuǎn)子兩點接地，動作于跳閘。 為提高轉(zhuǎn)子兩點接地保護的可靠性，轉(zhuǎn)子兩點接地保護可經(jīng)控制字選擇“經(jīng)定子側(cè)二次諧波電壓閉鎖”。5 整 定 計 算5.1 短路計算5.1.1計算三相短路電流取基準值為 5.2發(fā)電機差動保護5.2.1發(fā)電機穩(wěn)態(tài)比率差動發(fā)電機機端ta變比：15000/5；發(fā)電機中性點ta變比：15000/5。（1）發(fā)電機一次額定電流計算 一次額定電流計算公式：式中：為發(fā)電機額定容量， 為發(fā)電機功率因數(shù)，為發(fā)電機機端額定電壓。（2）發(fā)電機二次額定電流計算二次額定電流計算公式：式中為發(fā)電機一次額定電流，為發(fā)電機ta變比。（3）差動電流起動定值icdqd的整定icdqd為差動保護最小動作電流值，應按躲過正常發(fā)電機額定負載時的最大不平衡電流整定，即： 依整定計算導則：實際可取 (0.20.3)。則： 式中：為發(fā)電機二次額定電流；為可靠系數(shù)，取1.5；為發(fā)電機額定負荷下，實測差動保護中的不平衡電流。（4）比率制動系數(shù)的整定變斜率比率差動起始斜率：式中：為互感器同型系數(shù)，取0.5；為互感器比誤差系數(shù)，取0.1；為可靠系數(shù)，一般取1.02.0；一般取0.050.10。取中間值：=0.07。變斜率比率差動最大斜率為：式中：iunb.max*為最大不平衡電流標幺值，不考慮同型系數(shù)；（以發(fā)電機額定電流為基準值）icdqd*為差動電流起動值的標幺值； ik.max*為發(fā)電機最大外部三相短路電流周期分量二次值標幺值； 為提高安全可靠性，取推薦定值：kb/2=0.5。5.2.2 差動速斷保護差電流速斷是縱差保護的一個補充部分。一般需躲過機組非同期合閘產(chǎn)生的最大不平衡電流。對于大機組，一般可取34倍額定電流。故取4倍額定電流。即： 保護出口：全停5.3 變壓器差動保護主變高壓側(cè)ta變比1200/1,主變低壓側(cè)(發(fā)電機機端)ta變比15000/5。5.3.1 變壓器穩(wěn)態(tài)比率差動（1）變壓器各側(cè)一次額定電流：高壓側(cè)：式中： ub1n 為變壓器高壓側(cè)額定電壓；sn為變壓器額定容量。低壓側(cè)：式中: ub1n 為變壓器低壓側(cè)額定電壓；sn為變壓器額定容量。（2）變壓器各側(cè)二次額定電流高壓側(cè)：（nblh為主變高壓側(cè)ta變比1200/5）。低壓側(cè)：（nblh為主變低壓側(cè)ta變比15000/5）。式中ib1n為變壓器計算側(cè)一次額定電流，nblh為變壓器計算側(cè)ta變比。（3）差動各側(cè)平衡系數(shù)計算高壓側(cè)平衡系數(shù)：低壓側(cè)平衡系數(shù)：式中ib2n為變壓器計算側(cè)二次額定電流，ib2nb為變壓器基準側(cè)二次額定電流值。對于發(fā)變組差動、主變差動，基準側(cè)為主變低壓側(cè)（發(fā)電機側(cè)）；對于高廠變，基準側(cè)為廠變高壓側(cè)；對于勵磁變，基準側(cè)為勵磁變高壓側(cè)。（4）差動各側(cè)電流相位差與平衡補償變壓器各側(cè)電流互感器二次均采用星形接線。其二次電流直接接入本裝置。變壓器各側(cè)ta二次電流相位由軟件自調(diào)整，裝置采用y-變化調(diào)整差流平衡。例如對于y/-11的接線，其校正方法如下：對于y側(cè)電流：；式中：、為y側(cè)ta二次電流，、為y側(cè)校正后的各相電流， 、為側(cè)ta二次電流。裝置中對變壓器常見的幾種接線方式進行了相位校正，可通過變壓器接線方式整定控制字（參見裝置系統(tǒng)參數(shù)定值）進行選擇。補償時分別將各側(cè)相電流與其對應的平衡系數(shù)相乘。（5）差動電流起動定值icdqd的整定icdqd為差動保護最小動作電流值，應按躲過正常變壓器額定負載時的最大不平衡電流整定，即：在工程實用整定計算中可選取icdqd=（0.20.5）ie，并應實測最大負載時差回路中的不平衡電流。取：0.5 ie，故 式中：為變壓器二次額定電流；為可靠系數(shù)，一般取1.31.5；為電流互感器的比誤差（10p型取0.032，5p型和tp型取0.012）；為變壓器調(diào)壓引起的誤差；為由于電流互感器變比未完全匹配產(chǎn)生的誤差，可取為0.05。對應于勵磁變變壓器，由于工作時，強勵持續(xù)時間較長，兩側(cè)ta特性差異大，差流不平衡值較大。因此，差動啟動定值建議大于0.5ie。（6）比率制動系數(shù)的整定變斜率比率差動起始斜率：式中：為互感器比誤差系數(shù)，取0.1；為可靠系數(shù)，取1.02.0；一般取0.100.20。故取值=0.10。不平衡電流（二次值）計算:i) 兩繞組變壓器式中：、的含義同上；為電流互感器的同型系數(shù)（取1.0）；為外部短路時最大穿越短路電流周期分量（二次值）；為非周期分量系數(shù)，兩側(cè)同為tp級電流互感器取1.0，兩側(cè)同為p級電流互感器取1.52.0；變斜率比率差動最大斜率為：式中，均為標么值。取推薦定值0.70。（7）諧波制動比的整定在利用二次諧波來防止勵磁涌流誤動的差動保護中，二次諧波制動比表示差電流中的二次諧波分量與基波分量的比值。一般二次諧波制動比可整定為15% 20%，故取15%。5.3.2 差動速斷保護當內(nèi)部故障電流很大時，防止由于電流互感器飽和引起縱差保護延時動作。其整定值應按躲過變壓器初始勵磁涌流、區(qū)外故障或非同期合閘引起的最大不平衡電流整定，一般可?。菏街校簽楸稊?shù)，視變壓器容量和系統(tǒng)電抗大小；主變差動速斷、發(fā)變組差動速斷建議按56ie整定，高廠變差動速斷、勵磁變差動速斷建議按68ie整定。故 icdsd=6ib2n=63.56=21.36a。5.3 發(fā)電機匝間保護5.3.1 縱向零序電壓匝間保護縱向零序電壓取自專用電壓互感器（互感器一次中性點與發(fā)電機中性點相連，不接地）的開口三角繞組。（1）縱向零序電壓匝間保護高定值段 動作電壓按躲過外部短路最大不平衡電壓整定，一般可?。?故取10v。（2）縱向零序電壓匝間保護靈敏段動作電壓按躲過發(fā)電機正常運行時最大不平衡電壓整定，一般可取： 建議按23v整定，在經(jīng)過區(qū)外故障波形分析后，適當降低定值，以提高靈敏度。故取uop=3v。相電流比率制動系數(shù)定值取推薦值1.0。（3）按規(guī)程，經(jīng)較短延時（0.10s0.20s）動作與出口。 故取 t=0.2s。保護出口：全停。（4）工頻變化量匝間保護靈敏度相當于23v定值的縱向零序電壓匝間保護，不需整定，延時整定0.20s0.50s，一般按較長時間整定。5.4 發(fā)電機相間短路后備保護5.4.1 復合電壓過流保護（1）電流繼電器的整定計算電流繼電器的動作電流應按躲過發(fā)電機額定電流整定，計算如下：式中：為可靠系數(shù)，取1.31.5；為返回系數(shù)，可取0.850.95；為發(fā)電機額定電流二次值。 對于自并勵發(fā)電機，過電流具有記憶功能，如記憶功能投入，過電流保護必須經(jīng)復合電壓閉鎖。（2）低電壓元件取線電壓，動作電壓uop可按下式整定。對于汽輪發(fā)電機：式中：為發(fā)電機額定線電壓（二次值）。（3）負序電壓繼電器的整定計算負序電壓繼電器應按躲過正常運行時出現(xiàn)的不平衡電壓整定，一般可?。汗适街校簽轭~定相電壓二次值（4）時間元件整定按大于升壓變后備保護的動作時限整定，動作于解列或停機。5.5定子繞組接地保護5.5.1 基波零序過電壓保護基波零序電壓保護靈敏段取中性點零序電壓，應按躲過正常運行時中性點單相電壓互感器的最大不平衡電壓整定，即式中：為可靠系數(shù)，取1.2-1.3。為中性點實測不平衡基波零序電壓。應校核系統(tǒng)高壓側(cè)接地短路時，通過升壓變高低壓繞組間的每相耦合電容傳遞到發(fā)電機側(cè)的零序電壓。從定值及延時兩方面與系統(tǒng)接地保護配合。按規(guī)程10 %-15%額定電壓整定，取uop=12.7v。 保護時限：t=1s動作于停機。 動作判據(jù)為（動作于跳閘）。 式中，為發(fā)電機中性點零序電壓，為零序電壓定值?；阈螂妷焊叨ㄖ刀沃蝗≈行渣c零序電壓，一般整定為2025v。5.5.2 三次諧波電壓比率接地保護機端和中性點三次諧波電壓各為和，三次諧波電壓比率接地保護：預整定：式中：為可靠系數(shù)，本裝置中一般取1.31.5；機端開口三角零序電壓