大型發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)整定計算導(dǎo)則

1、.Q/CSG XXXXX-2010大型發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)整定計算導(dǎo)則  前 言 本標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)原能源部1992年電供函199211號關(guān)于組織編制大機(jī)組繼電保護(hù)裝置運(yùn)行整定條例函的要求以及廣大繼電保護(hù)工作者的迫切需要而制定。 本標(biāo)準(zhǔn)的制定和實(shí)施將對提高發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)裝置的正確動作率、保障電氣設(shè)備的安全及維持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行有重要意義。 在國家電力調(diào)度通信中心及中國電機(jī)工程學(xué)會繼電保護(hù)專委會等單位的組織領(lǐng)導(dǎo)下，經(jīng)過深入調(diào)查研究，廣泛征求國內(nèi)各有關(guān)單位的專家、教授及廣大繼電保護(hù)工作者的意見，組織多次專題討論，反復(fù)修改條文內(nèi)容，先后數(shù)易其稿，歷經(jīng)數(shù)年終于完成了本標(biāo)準(zhǔn)

2、的編制任務(wù)。 本標(biāo)準(zhǔn)以GB1428593繼電保護(hù)和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程為依據(jù)進(jìn)行編制。 本標(biāo)準(zhǔn)的附錄A、附錄B都是標(biāo)準(zhǔn)的附錄。 本標(biāo)準(zhǔn)的附錄C、附錄D、附錄E、附錄F、附錄G、附錄H、附錄J、附錄K、附錄L和附錄M都是提示的附錄。 本標(biāo)準(zhǔn)由原能源部電力司、科技司共同提出。 本標(biāo)準(zhǔn)由原電力工業(yè)部繼電保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會歸口。 本標(biāo)準(zhǔn)起草單位：華北電力設(shè)計院、東北電力設(shè)計院、清華大學(xué)。 本標(biāo)準(zhǔn)參加起草單位：東北電力調(diào)度局、西北電力試驗研究院。 本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人：王維儉、孟慶和、宋繼成、閆香亭、毛錦慶、侯炳蘊(yùn)、李玉海。 本標(biāo)準(zhǔn)由國家電力調(diào)度通信中心負(fù)責(zé)解釋。 目 錄 前 言1 范

3、圍2 引用標(biāo)準(zhǔn)3 總則4 發(fā)電機(jī)保護(hù)的整定計算4.1 定子繞組內(nèi)部故障主保護(hù)4.2 發(fā)電機(jī)相間短路后備保護(hù)4.3 定子繞組單相接地保護(hù)4.4 勵磁回路接地保護(hù)4.5 發(fā)電機(jī)過負(fù)荷保護(hù)4.6 發(fā)電機(jī)低勵失磁保護(hù)4.7 發(fā)電機(jī)失步保護(hù)4.8 發(fā)電機(jī)異常運(yùn)行保護(hù)5 變壓器保護(hù)的整定計算5.1 變壓器縱差保護(hù)5.2 變壓器分側(cè)差動保護(hù)5.3 變壓器零序差動保護(hù)5.4 變壓器瓦斯保護(hù)5.5 變壓器相間短路后備保護(hù)5.6 變壓器接地故障后備保護(hù)5.7 變壓器過負(fù)荷保護(hù)5.8 變壓器過勵磁保護(hù)6 發(fā)電機(jī)變壓器組保護(hù)的整定計算6.1 概述6.2 發(fā)電機(jī)變壓器組保護(hù)整定計算特點(diǎn)附錄A(標(biāo)準(zhǔn)的附錄)發(fā)電機(jī)定子繞組

4、對地電容，機(jī)端單相接地電容電流及單相接地電流允許值附錄B(標(biāo)準(zhǔn)的附錄)本標(biāo)準(zhǔn)用語說明附錄C(提示的附錄)發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)整定計算導(dǎo)則有關(guān)文字符號附錄D(提示的附錄)發(fā)電機(jī)若干異常運(yùn)行狀態(tài)的要求附錄E(提示的附錄)大型汽輪發(fā)電機(jī)組對頻率異常運(yùn)行的要求附錄F(提示的附錄)系統(tǒng)聯(lián)系電抗Xcon的計算附錄G(提示的附錄)自并勵發(fā)電機(jī)外部短路電流的計算附錄H(提示的附錄)電力系統(tǒng)振蕩時阻抗繼電器動作特性分析附錄J(提示的附錄)變壓器電容參數(shù)估算值附錄K(提示的附錄)保護(hù)用電流互感器的選擇附錄L(提示的附錄)變壓器電抗的計算附錄M(提示的附錄)非全相故障計算 中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

5、60;大型發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)整定計算導(dǎo)則DL/T 6841999 Guide of calculating settings of relayprotection for large generator and transformer  1 范圍  本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了大型發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)的整定計算原則和方法，它是設(shè)計、科研、運(yùn)行、調(diào)試和制造部門整定計算的依據(jù)。 本標(biāo)準(zhǔn)適用于GB14285所規(guī)定的發(fā)電機(jī)、變壓器容量范圍，重點(diǎn)規(guī)定了200MW及以上發(fā)電機(jī)與220500kV變壓器的繼電保護(hù)的整定計算原則和方法。 2 引用標(biāo)準(zhǔn)  下列標(biāo)準(zhǔn)所包

6、含的條文，通過在本標(biāo)準(zhǔn)中引用而構(gòu)成為本標(biāo)準(zhǔn)的條文。本標(biāo)準(zhǔn)出版時，所示版本均為有效。所有標(biāo)準(zhǔn)都會被修訂，使用本標(biāo)準(zhǔn)的各方應(yīng)探討使用下列標(biāo)準(zhǔn)最新版本的可能性。 GB120887電流互感器 GB1428593繼電保護(hù)和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程 GBT70641996透平型同步電機(jī)的技術(shù)要求 IEC446(1992)互感器第6部分：保護(hù)電流互感器動態(tài)性能的要求 3 總則 3.1 本標(biāo)準(zhǔn)是發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)整定計算的基本依據(jù)，設(shè)計、科研、運(yùn)行、調(diào)試和制造部門應(yīng)共同遵守。3.2 發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)整定計算的主要任務(wù)是：在工程設(shè)計階段保護(hù)裝置選型時，通過整定計算，確定保護(hù)裝置的技術(shù)規(guī)范；

7、對現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用的保護(hù)裝置，通過整定計算，確定其運(yùn)行參數(shù)(給出定值)。從而使繼電保護(hù)裝置正確地發(fā)揮作用，保障電氣設(shè)備的安全，維持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。3.3 發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)裝置的技術(shù)性能，必須與本標(biāo)準(zhǔn)中提出的具體規(guī)定和要求相符合。3.4 發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)裝置必須滿足可靠性、選擇性、速動性及靈敏性的基本要求，正確而合理的整定計算是實(shí)現(xiàn)上述要求的關(guān)鍵。3.5 本標(biāo)準(zhǔn)不涉及發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)的配置；不列舉保護(hù)裝置的具體型式；按不同原理的保護(hù)分類編制；整定計算方法適用于國內(nèi)通用的主要保護(hù)原理，本標(biāo)準(zhǔn)所列原理之外的保護(hù)其整定計算方法可參考制造廠家技術(shù)說明書。3.6 部分保護(hù)裝置的動作時限是根據(jù)G

8、B14285給出的；對于未給出動作時限的保護(hù)裝置，其動作時限應(yīng)根據(jù)設(shè)備條件及電力系統(tǒng)的具體情況決定。3.7 為簡化計算工作，可按下列假設(shè)條件計算短路電流：3.7.1 可不計發(fā)電機(jī)、調(diào)相機(jī)、變壓器、架空線路、電纜線路等阻抗參數(shù)中的電阻分量；在很多情況下，可假設(shè)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的負(fù)序阻抗與正序阻抗相等。3.7.2 發(fā)電機(jī)及調(diào)相機(jī)的正序阻抗，可采用次暫態(tài)電抗Xd的飽和值。3.7.3 各發(fā)電機(jī)的等值電動勢(標(biāo)么值)可假設(shè)為1且相位一致。僅在對失磁、失步、非全相等保護(hù)裝置進(jìn)行計算分析時，才考慮電動勢之間的相角差問題。3.7.4 只計算短路暫態(tài)電流中的周期分量，但在縱聯(lián)差動保護(hù)裝置(以下簡稱縱差保護(hù))的整定計算中

9、以非周期分量系數(shù)Kap考慮非周期分量的影響。3.7.5 發(fā)電機(jī)電壓應(yīng)采用額定電壓值，系統(tǒng)側(cè)電壓可采用額定電壓值或平均額定電壓值，不考慮變壓器電壓分接頭實(shí)際位置的變動。3.7.6 不計故障點(diǎn)的相間和對地過渡電阻。3.8 與電力系統(tǒng)運(yùn)行方式有關(guān)的繼電保護(hù)的整定計算，應(yīng)以常見運(yùn)行方式為計算用運(yùn)行方式。所謂常見運(yùn)行方式，是指正常運(yùn)行方式和被保護(hù)設(shè)備相鄰一回線或一個元件停運(yùn)的正常檢修方式。對于運(yùn)行方式變化較大的系統(tǒng)，應(yīng)由調(diào)度運(yùn)行部門根據(jù)具體情況確定整定計算所依據(jù)的運(yùn)行方式。3.9 根據(jù)GB14285的規(guī)定，按照故障和異常運(yùn)行方式性質(zhì)的不同，機(jī)組熱力系統(tǒng)和調(diào)節(jié)系統(tǒng)的條件，本標(biāo)準(zhǔn)所列各項保護(hù)裝置分別動作于：

10、 a)停機(jī)：斷開發(fā)電機(jī)或發(fā)電機(jī)變壓器組(簡稱發(fā)變組)斷路器、滅磁，關(guān)閉原動機(jī)主汽門或?qū)~，斷開廠用分支斷路器。 b)解列滅磁：斷開發(fā)電機(jī)或發(fā)變組斷路器和廠用分支斷路器、滅磁，原動機(jī)甩負(fù)荷。 c)解列：斷開發(fā)電機(jī)或發(fā)變組斷路器，原動機(jī)甩負(fù)荷。 d)降低勵磁。 e)減出力：將原動機(jī)出力減至給定值。 f)縮小故障范圍(例如斷開母聯(lián)或分段斷路器)。 g)程序跳閘：對于汽輪發(fā)電機(jī)，先關(guān)主汽門，待逆功率繼電器動作后再斷開發(fā)電機(jī)或發(fā)變組斷路器并滅磁；對于水輪發(fā)電機(jī)，先將導(dǎo)水葉關(guān)到空載位置，待逆功率繼電器動作后再斷開發(fā)電機(jī)或發(fā)變組斷路器并滅磁。 h)信號：發(fā)出聲光信號。3.10 除特殊說明外，本標(biāo)準(zhǔn)列出的計

11、算公式，無論用有名值或標(biāo)么值進(jìn)行計算，其計算結(jié)果(電流、電壓、阻抗等)應(yīng)以二次側(cè)有名值的形式給出。 4 發(fā)電機(jī)保護(hù)的整定計算 4.1 定子繞組內(nèi)部故障主保護(hù) 定子繞組內(nèi)部故障包括相間短路、同相不同分支間短路、同相同分支匝間短路和定子繞組的分支開焊故障。4.1.1 比率制動式縱差保護(hù) 比率制動式縱差保護(hù)僅反應(yīng)相間短路故障。具有比率制動特性的差動保護(hù)的二次接線如圖1所示。當(dāng)差動線圈匝數(shù)Wd與制動線圈匝數(shù)Wres的關(guān)系為 時， 差動電流 制動電流 式中： ， 一次電流； ， 二次電流； na電流互感器變比。圖 1 比率制動式差動保護(hù)原理接線圖  差動保護(hù)的制動特性如圖2

12、中的折線ABC所示。圖中，縱坐標(biāo)為差動電流Id，橫坐標(biāo)為制動電流Ires。 為了正確進(jìn)行整定計算，首先應(yīng)了解縱差保護(hù)的不平衡電流與負(fù)荷電流和外部短路電流間的關(guān)系。 發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)用的10P級電流互感器，在額定一次電流和額定二次負(fù)荷條件下的比誤差為±3%。因此，縱差保護(hù)在正常負(fù)荷狀態(tài)下的最大不平衡電流不大于6%。但隨著外部短路電流的增大和非周期暫態(tài)電流的影響，電流互感器飽和，不平衡電流將急劇增大，實(shí)際的不平衡電流與短路電流的關(guān)系曲線如圖2中的曲線OED所示。圖 2 比率制動式差動保護(hù)的制動特性 發(fā)電機(jī)外部短路時，差動保護(hù)的最大不平衡電流由式(1)進(jìn)行估算 (1)式中：Kap非

13、周期分量系數(shù)，取1.52.0；Kcc互感器同型系數(shù)，取0.5；Ker互感器比誤差系數(shù)，取0.1； 最大外部三相短路電流周期分量。 比率制動特性縱差保護(hù)需要整定計算以下三個參數(shù)：1)確定差動保護(hù)的最小動作電流，即確定圖2中A點(diǎn)的縱座標(biāo)Iop.0為 (2)式中：Krel可靠系數(shù)，取1.5； Ign發(fā)電機(jī)額定電流； Iunb.0發(fā)電機(jī)額定負(fù)荷狀態(tài)下，實(shí)測差動保護(hù)中的不平衡電流。 實(shí)際可取Iop.0(0.100.30)Ignna，一般宜選用(0.100.20)Ignna。如果實(shí)測Iunb.0較大，則應(yīng)盡快查清Iunb.0增大的原因，并予消除，避免因Iop.0過大而掩蓋一、二次設(shè)備的缺陷或隱患。 發(fā)電機(jī)

14、內(nèi)部短路時，特別是靠近中性點(diǎn)經(jīng)過渡電阻短路時，機(jī)端或中性點(diǎn)側(cè)的三相電流可能不大，為保證內(nèi)部短路時的靈敏度，最小動作電流Iop.0不應(yīng)無根據(jù)地增大。 2)確定制動特性的拐點(diǎn)B。定子電流等于或小于額定電流時，差動保護(hù)不必具有制動特性，因此，B點(diǎn)橫坐標(biāo)Ires.0(0.81.0)Ignna (3)當(dāng)Ires.0Ignna時，應(yīng)調(diào)整保護(hù)內(nèi)部參數(shù)，使其滿足式(3) 。 3)按最大外部短路電流下差動保護(hù)不誤動的條件，確定制動特性的C點(diǎn)，并計算最大制動系數(shù)。設(shè)C點(diǎn)對應(yīng)的最大動作電流為Iop.max，其值為Iop.maxKrelIunb.max (4)式中：Krel可靠系數(shù)，取1.31.5。C點(diǎn)對應(yīng)的最大短路

15、電流 與最大制動電流Ires.max相對應(yīng)。C點(diǎn)的最大制動系數(shù)Kres.max按下式計算 Kres.maxIop.maxIres.maxKrelKapKccKer (5)式(5)的計算值為Kres.max0.15，可確保在最大外部短路時差動保護(hù)不誤動。但考慮到電流互感器的飽和或其暫態(tài)特性畸變的影響，為安全計，宜適當(dāng)提高制動系數(shù)值。圖2中，取C點(diǎn)的Kres.max0.30。該比率制動特性的斜率S為 (6)根據(jù)上述計算，由A、B、C三點(diǎn)確定的制動特性，確保在負(fù)荷狀態(tài)和最大外部短路暫態(tài)過程中可靠不誤動。 按上述原則整定的比率制動特性，當(dāng)發(fā)電機(jī)機(jī)端兩相金屬性短路時，差動保護(hù)的靈敏系數(shù)一定滿足Ksen2

16、.0的要求，不必進(jìn)行靈敏度校驗。4.1.2 標(biāo)積制動式縱差保護(hù)設(shè)發(fā)電機(jī)機(jī)端和中性點(diǎn)側(cè)電流分別為 和 ，它們的相位差為 ，令標(biāo)積ItIncos 為制動量， 為動作量，構(gòu)成標(biāo)積制動式縱差保護(hù)，其動作判據(jù)為 (7)式中：Kres制動系數(shù)，取0.81.2。 外部短路時， 0°，式(7)右側(cè)表現(xiàn)為很大的制動作用。當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部短路時，可能呈現(xiàn)90° 270°，使cos 0,式(7)右側(cè)呈現(xiàn)負(fù)值，即不再是制動量而是助動量，保護(hù)靈敏動作。本保護(hù)僅反應(yīng)相間短路故障。4.1.3 故障分量比率制動式縱差保護(hù)該保護(hù)只與發(fā)生短路后的故障分量(或稱增量)有關(guān)，與短路前的穿越性負(fù)荷電流無關(guān)，故

17、有提高縱差保護(hù)靈敏度的效果。本保護(hù)僅反應(yīng)相間短路故障，其動作判據(jù)為 (8)式中： 發(fā)電機(jī)機(jī)端側(cè)故障分量電流； 發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)故障分量電流。 故障分量縱差保護(hù)的動作特性如圖3，圖中 ， 。直線1為故障分量縱差保護(hù)在正常運(yùn)行和外部短路時的制動特性；直線2為故障分量縱差保護(hù)在內(nèi)部短路時的動作特性，其斜率S2.0；直線3為故障分量縱差保護(hù)的整定特性。整定計算如下： a)縱差保護(hù)動作特性(直線3)的傾角 ，一般取 45°，即制動系數(shù)Kres1.0。 b)最小動作電流Id00.1Ignna，或Id0負(fù)荷狀態(tài)下微機(jī)輸出最大不平衡增量差流。c)靈敏系數(shù)校驗：KsenIdIresDCBC，要求Ksen

18、2.0，一般不必進(jìn)行校驗計算。圖 3 故障分量比率制動式縱差保護(hù)動作特性4.1.4 不完全縱差保護(hù)本保護(hù)既反應(yīng)相間和匝間短路，又兼顧分支開焊故障。設(shè)定子繞組每相并聯(lián)分支數(shù)為a，在構(gòu)成縱差保護(hù)時，機(jī)端接入相電流圖4(a)中的TA2,但中性點(diǎn)側(cè)TA1每相僅接入n個分支，a與n的關(guān)系如下式1N (9)式中：a與N的取值見表1。表 1 a與n的關(guān)系a2345678910N11222或3*2或3*3或4*3或4*4或5* 與裝設(shè)一套或二套單元件橫差保護(hù)有關(guān)。 圖4(a)中互感器TA1與TA2構(gòu)成發(fā)電機(jī)不完全縱差保護(hù)。TA5與TA6構(gòu)成發(fā)變組不完全縱差保護(hù)，而TA3與TA4構(gòu)成變壓器的完全縱差保護(hù)。TA1

19、的變比按 條件選擇；TA2的變比按IgnI2n條件選擇，因此TA1的變比一定不同于TA2的。對于微機(jī)保護(hù)，TA1、TA2可取相同變比，由軟件調(diào)平衡。 圖4(b)表示發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)引出4個端子的情況，TA1和TA5裝設(shè)在每相的同一分支中。圖4(c)表示每相8個并聯(lián)分支的大型水輪發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)不完全縱差保護(hù)每相接入的中性點(diǎn)側(cè)電流(TA1)分支數(shù)為2、5、8，發(fā)變組不完全縱差保護(hù)(TA5)則為1、4、7。圖 4 發(fā)電機(jī)和發(fā)變組縱聯(lián)差動保護(hù)的互感器配置本保護(hù)不僅反應(yīng)相間短路，還能對匝間短路和分支開焊起保護(hù)作用，其基本原理是利用定子各分支繞組間的互感，使未裝設(shè)互感器的分支短路時，不完全縱差保護(hù)仍可能動作

20、。 比率制動特性發(fā)電機(jī)不完全縱差保護(hù)的整定計算工作，除互感器變比選擇不同于完全縱差保護(hù)外，其余均可按4.1.1，但當(dāng)TA1與TA2不同型號時，互感器的同型系數(shù)應(yīng)取Kcc1.0。4.1.5 單元件橫差保護(hù) 本保護(hù)反應(yīng)匝間短路和分支開焊以及機(jī)內(nèi)繞組相間短路。 a)傳統(tǒng)單元件橫差保護(hù)圖4(a)和圖4(b)中，接于發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)連線的互感器TA0用于單元件橫差保護(hù)。TA0的變比選擇，傳統(tǒng)的做法按下式計算na0.25IgnI2n (10)式中：Ign發(fā)電機(jī)額定電流；I2n互感器TA0的二次額定電流。動作電流Iop按外部短路不誤動的條件整定。當(dāng)橫差保護(hù)的三次諧波濾過比大于或等于15時，其動作電流為Iop(0

21、.200.30)Ignna (11) 在勵磁回路一點(diǎn)接地保護(hù)動作后，發(fā)電機(jī)可繼續(xù)運(yùn)行，為防止勵磁回路發(fā)生瞬時性第二點(diǎn)接地故障時橫差保護(hù)誤動，應(yīng)切換為帶0.51.0s延時動作于停機(jī)。 b)高靈敏單元件橫差保護(hù) 圖4中的TA0(包括TA01和TA02)均為環(huán)氧樹脂澆注的單匝母線式互感器(LMZ型)，應(yīng)滿足動、熱穩(wěn)定的要求。 高靈敏單元件橫差保護(hù)用的互感器變比na，根據(jù)發(fā)電機(jī)滿載運(yùn)行時中性點(diǎn)連線的最大不平衡電流，可選為600I2n、400I2n、200I2n、100I2n。初步設(shè)計時，宜選前三組na。 為了減小動作電流和防止外部短路時誤動，在額定頻率工況下，該保護(hù)的三次諧波濾過比K3應(yīng)大于80。 高

22、靈敏單元件橫差保護(hù)動作電流設(shè)計值可初選為0.05Ignna。 作為該保護(hù)動作電流的運(yùn)行值應(yīng)如下整定：1)在發(fā)電機(jī)作常規(guī)短路試驗時，實(shí)測中性點(diǎn)連線電流的基波和三次諧波分量大小(Iunb.1和Iunb.3)，此即單元件橫差保護(hù)的不平衡電流一次值，如圖5的OC和OA(近似線性)。圖 5 單元件橫差保護(hù)的不平衡電流(Iunb)測試和線性外推2)將直線OC和OA線性外推到 (發(fā)電機(jī)機(jī)端三相短路電流)，得直線OCD和OAB，確定最大不平衡電流Iunb.1.max和Iunb.3.max。3)計算和整定動作電流運(yùn)行值 (12)式中：Krel可靠系數(shù)，取1.31.5；Kap非周分量系數(shù)，取1.52.；K3三次諧

23、波濾過比，K380。 4)如不裝勵磁回路兩點(diǎn)接地保護(hù)，則高靈敏單元件橫差保護(hù)兼顧勵磁回路兩點(diǎn)接地故障的保護(hù)，瞬時動作于停機(jī)。 5)如該保護(hù)中有防外部短路時誤動的技術(shù)措施，動作電流Iop只需按發(fā)電機(jī)額定負(fù)荷時橫差保護(hù)的不平衡電流整定。4.1.6 多分支分布中性點(diǎn)水輪發(fā)電機(jī)的綜合差動保護(hù) 本保護(hù)反應(yīng)發(fā)電機(jī)相間、匝間短路和分支開焊故障。 如圖6所示，該發(fā)電機(jī)每相6并聯(lián)分支裝設(shè)3套差動保護(hù)，即： 不完全縱差保護(hù)1(2、4、6分支的TA1與TA2)； 裂相橫差保護(hù)2(1、3、5分支的TA1與2、4、6分支的TA1)； 高靈敏單元件橫差保護(hù)3(TA0)。保護(hù)1和3已經(jīng)闡明，這里只討論裂相橫差保護(hù)2。(a)

24、每相6并聯(lián)分支裝3套差動保護(hù)；(b)裂相橫差保護(hù)原理圖圖 6 多分支分布中性點(diǎn)水輪發(fā)電機(jī)綜合差動保護(hù)二次接線圖裂相橫差保護(hù)就是將一臺每相并聯(lián)分支數(shù)為偶數(shù)的發(fā)電機(jī)定子繞組一分為二，各配以電流互感器TA1，其變比為 ，a為每相并聯(lián)分支數(shù)。 該保護(hù)采用比率制動特性，其整定計算與比率制動式縱差保護(hù)相似，但最小動作電流Iop.0和最大制動系數(shù)Kres.max均較大。Iop.0由負(fù)荷工況下最大不平衡電流決定，它由兩部分組成，即兩組互感器在負(fù)荷工況下的比誤差所造成的不平衡電流iunb.1；由于定子與轉(zhuǎn)子間氣隙不同，使各分支定子繞組電流也不相同，產(chǎn)生的第二種不平衡電流iunb.2。因此，裂相橫差保護(hù)的Iop.

25、0比縱差保護(hù)的大。 (13)Ires.0(0.81.0)Ignna (14)Kres.max0.50.6 (15)裂相橫差保護(hù)也可應(yīng)用于每相并聯(lián)分支數(shù)為奇數(shù)的發(fā)電機(jī)，此時兩個互感器的變比將不同，或者仍用相同變比na IgnI2n，增設(shè)中間互感器；微機(jī)保護(hù)可用軟件調(diào)平衡。4.1.7 縱向零序過電壓保護(hù) 發(fā)電機(jī)定子繞組同分支匝間、同相不同分支間或不同相間短路時，會出現(xiàn)縱向(機(jī)端對中性點(diǎn))零序電壓，該電壓由專用電壓互感器(互感器一次中性點(diǎn)與發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)相連，不接地) 的開口三角繞組取得。a)零序過電壓保護(hù)的動作電壓U0.op設(shè)計值可初選為U0.op23(V)b)為防止外部短路時誤動作，可增設(shè)負(fù)序方向

26、繼電器，后者具有動合觸點(diǎn)，當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部短路時，觸點(diǎn)閉合。 c)三次諧波電壓濾過比應(yīng)大于80。 d)該保護(hù)應(yīng)有電壓互感器斷線閉鎖元件。4.1.8 轉(zhuǎn)子回路二次諧波電流保護(hù) 發(fā)電機(jī)定子繞組內(nèi)部短路時產(chǎn)生的負(fù)序電流，可以用裝設(shè)在轉(zhuǎn)子回路中的電抗變壓器以二次諧波電壓的形式來反應(yīng)。該保護(hù)的二次諧波動作電壓Uop，應(yīng)按下述原則整定：在發(fā)電機(jī)長期允許的負(fù)序電流 下，實(shí)測轉(zhuǎn)子回路中的電抗變換器輸出二次諧波電壓 ， 則 (16) 實(shí)測 是在做發(fā)電機(jī)常規(guī)短路試驗時，在很低的勵磁電壓下，作機(jī)端兩相穩(wěn)態(tài)短路試驗，使定子負(fù)序電流等于 ，對應(yīng)測得轉(zhuǎn)子回路中電抗變換器的 。由于勵磁電壓變化范圍大，為空載額定勵磁電壓的68倍

27、，可靠系數(shù)Krel應(yīng)取較大值，一般為1.52.0。 發(fā)電機(jī)外部短路時，轉(zhuǎn)子電流中也有二次諧波，因此必須增設(shè)機(jī)端的負(fù)序方向元件作閉鎖。 負(fù)序功率方向元件采用動合觸點(diǎn)。當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部短路時，負(fù)序功率由發(fā)電機(jī)流入系統(tǒng)，方向元件動合觸點(diǎn)閉合。為防止外部短路暫態(tài)過程中此保護(hù)瞬時誤動，保護(hù)應(yīng)增設(shè)0.10.2s延時。4.1.9 故障分量負(fù)序方向保護(hù)利用故障分量負(fù)序電壓和電流( 和 )，構(gòu)成故障分量負(fù)序方向保護(hù)，其動作判據(jù)為 (17)式中： 的共軛相量； sen.2負(fù)序方向靈敏角，一般取75°。 故障分量負(fù)序方向繼電器是一種方向元件，其閾值 p2很小，具體數(shù)值由繼電器制造廠家供給，一般不作整定計算。

28、故障分量負(fù)序方向保護(hù)無需裝設(shè)TV或TA的斷線閉鎖元件，但TV斷線應(yīng)發(fā)信號，保護(hù)較簡單； 但當(dāng)發(fā)電機(jī)未并網(wǎng)前，因I20，保護(hù)失效，為此還應(yīng)增設(shè)各種輔助判據(jù)，其原理和定值整定隨各制造廠家而異，詳見廠家技術(shù)說明書。4.2 發(fā)電機(jī)相間短路后備保護(hù) 大機(jī)組所在電廠的220kV及以上電壓等級的出線，要求配置雙套快速主保護(hù)，并有比較完善的近后備保護(hù)，不再強(qiáng)調(diào)要求發(fā)變組提供遠(yuǎn)后備保護(hù)。大型發(fā)變組本身已配備雙重或更多的主保護(hù)(例如，發(fā)電機(jī)縱差、變壓器縱差、發(fā)變組縱差、高靈敏單元件橫差等)。盡管如此，大機(jī)組裝設(shè)簡化的后備保護(hù)仍是必要的。 對于中小型機(jī)組，不裝設(shè)雙重主保護(hù)，應(yīng)配置常規(guī)后備保護(hù)，并使其對所連接高壓母線

29、和相鄰線路的相間短路故障具有必要的靈敏度。4.2.1 定時限復(fù)合過電流保護(hù) 該保護(hù)由負(fù)序過電流元件及低電壓啟動的單相過電流元件組成。a)負(fù)序過電流元件的動作電流Iop.2按防止負(fù)序電流導(dǎo)致轉(zhuǎn)子過熱損壞的條件整定，一般按下式整定 (18)式中：Ign發(fā)電機(jī)額定電流；na電流互感器變比。 間接冷卻式汽輪發(fā)電機(jī)用0.5Ign； 水輪發(fā)電機(jī)用0.6Ign。 其他發(fā)電機(jī)可用 ，A值由電機(jī)制造廠給定。靈敏系數(shù)按主變壓器高壓側(cè)兩相短路的條件校驗 (19)式中： 主變壓器高壓側(cè)母線金屬性兩相短路時，流過保護(hù)的最小負(fù)序電流。 要求靈敏系數(shù)Ksen1.5。b)單相過電流元件的動作電流Iop.1按發(fā)電機(jī)額定負(fù)荷下可

30、靠返回的條件整定 (20)式中：Krel可靠系數(shù)，取1.31.5；Kr返回系數(shù)，取0.850.95。靈敏系數(shù)按主變壓器高壓側(cè)母線兩相短路的條件校驗 (21)式中： 主變壓器高壓側(cè)母線金屬性兩相短路時，流過保護(hù)的最小短路電流。 要求靈敏系數(shù)Ksen1.2。 c)低電壓元件接線電壓，動作電壓Uop可按下式整定。對于汽輪發(fā)電機(jī) (22)式中：Ugn發(fā)電機(jī)額定電壓；nv電壓互感器變比。對于水輪發(fā)電機(jī) (23)靈敏系數(shù)按主變壓器高壓側(cè)母線三相短路的條件校驗 (24)式中： 主變高壓側(cè)母線金屬性三相短路時的最大短路電流；Xt主變壓器電抗，取XtZt。 要求靈敏系數(shù)Ksen1.2。 低電壓元件的靈敏系數(shù)不滿

31、足要求時，可在主變壓器高壓側(cè)增設(shè)低電壓元件。 d)時間元件。復(fù)合過電流保護(hù)的動作時限，按大于升壓變壓器后備保護(hù)的動作時限整定，動作于解列或停機(jī)。當(dāng)整定時限與保證發(fā)電機(jī)安全所允許時限（例如 ，轉(zhuǎn)子負(fù)序過負(fù)荷允許時限)有予盾且沒有負(fù)序電流反時限保護(hù)時，應(yīng)以發(fā)電機(jī)安全的允許時限為準(zhǔn)。4.2.2 定時限復(fù)合電壓啟動的過電流保護(hù) 保護(hù)裝置由負(fù)序電壓及線電壓啟動的過電流元件組成。 單相電流元件的動作電流，低電壓元件的動作電壓的整定及靈敏系數(shù)校驗與4.2.1相同。負(fù)序過電壓元件的動作電壓按躲過正常運(yùn)行時的不平衡電壓整定，一般取 (25)靈敏系數(shù)按主變壓器高壓側(cè)母線兩相短路的條件校驗 (26)式中：U2.mi

32、n主變高壓側(cè)母線二相短路時，保護(hù)安裝處的最小負(fù)序電壓。 要求靈敏系數(shù)Ksen1.5。 保護(hù)動作時間同4.2.1。 當(dāng)以上保護(hù)不滿足要求時，采用低阻抗保護(hù)。4.2.3 低阻抗保護(hù) 見5.5.7。4.3 定子繞組單相接地保護(hù) 我國發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式主要有以下三種： 不接地(含經(jīng)單相電壓互感器接地)； 經(jīng)消弧線圈(欠補(bǔ)償)接地； 經(jīng)配電變壓器高阻接地。 在發(fā)電機(jī)單相接地故障時，不同的中性點(diǎn)接地方式，將有不同的接地電流和動態(tài)過電壓以及不同的保護(hù)出口方式。 發(fā)電機(jī)單相接地電流允許值見附錄A。 當(dāng)機(jī)端單相金屬性接地電容電流IC小于允許值時，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)應(yīng)不接地，單相接地保護(hù)帶時限動作于信號；若IC大于允

33、許值，宜以消弧線圈(欠補(bǔ)償)接地，補(bǔ)償后的殘余電流(容性)小于允許值時，保護(hù)仍帶時限動作于信號；但當(dāng)消弧線圈退出運(yùn)行或由于其他原因使殘余電流大于允許值時，保護(hù)應(yīng)切換為動作于停機(jī)。 發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)配電變壓器高阻接地時，接地故障電流大于 IC，一般情況下均將大于允許值，所以單相接地保護(hù)應(yīng)帶時限動作于停機(jī)，其時限應(yīng)與系統(tǒng)接地保護(hù)相配合。4.3.1 基波零序過電壓保護(hù)該保護(hù)的動作電壓Uop應(yīng)按躲過正常運(yùn)行時中性點(diǎn)單相電壓互感器或機(jī)端三相電壓互感器開口三角繞組的最大不平衡電壓Uunb.max整定，即UopKrelUunb.max (27)式中：Krel可靠系數(shù)，取1.21.3。 Uunb.max為實(shí)測不

34、平衡電壓，其中含有大量三次諧波。為了減小Uop，可以增設(shè)三次諧波阻波環(huán)節(jié)，使Uunb.max主要是很小的基波零序電壓，大大提高靈敏度，此時Uop5V，保護(hù)死區(qū)5%。應(yīng)校核系統(tǒng)高壓側(cè)接地短路時，通過升壓變壓器高低壓繞組間的每相耦合電容CM傳遞到發(fā)電機(jī)側(cè)的零序電壓Ug0大小，傳遞電壓計算用近似簡化電路，見圖7。圖 7 傳遞電壓計算用近似簡化電路圖7中，E0為系統(tǒng)側(cè)接地短路時產(chǎn)生的基波零序電動勢，由系統(tǒng)實(shí)際情況確定，一般可取 ，UHn為系統(tǒng)額定線電壓。Cg為發(fā)電機(jī)及機(jī)端外接元件每相對地總電容。CM為主變壓器高低壓繞組間的每相耦合電容，見附錄J。Zn為3倍發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)對地基波阻抗。 Ug0可能引起基波

35、零序過電壓保護(hù)誤動作。因此，應(yīng)從動作電壓整定值及延時兩方面與系統(tǒng)接地保護(hù)配合。4.3.2 三次諧波電壓單相接地保護(hù) 對于100MW及以上的發(fā)電機(jī)，應(yīng)裝設(shè)無動作死區(qū)(100%動作區(qū))單相接地保護(hù)。一種保護(hù)方案是基波零序過電壓保護(hù)與三次諧波電壓保護(hù)共同組成100%單相接地保護(hù)。 電壓互感器變比為： 機(jī)端TV 中性點(diǎn)TV 如發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈或配電變壓器接地，保護(hù)裝置應(yīng)具有調(diào)平衡功能，否則應(yīng)增設(shè)中間電壓互感器。設(shè)機(jī)端和中性點(diǎn)三次諧波電壓各為 和 ，三次諧波電壓單相接地保護(hù)可采用以下兩種原理：a) (28) 實(shí)測發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時的最大三次諧波電壓比值設(shè)為a0，則取閾值a(1.051.15)a0。根

36、據(jù)發(fā)電機(jī)定子繞組對地電容和中性點(diǎn)對地三次諧波阻抗的大小，見圖8，可計算a0。a0可能小于或大于1.0。b) (29) 式中分子為動作量，調(diào)整系數(shù) ，使發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時動作量最小。然后調(diào)整系數(shù)，使制動量 在正常運(yùn)行時恒大于動作量，一般取0.20.3。 動作判據(jù)1)的保護(hù)裝置簡單，但靈敏度較低。動作判據(jù)2)較復(fù)雜，但靈敏度高。定子繞組單相接地保護(hù)中的三次諧波部分只動作于信號。E3發(fā)電機(jī)三次諧波相電動勢；EH3系統(tǒng)高壓側(cè)三次諧波相電動勢；Zn發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)對地三次諧波感抗或電阻的三倍；C1發(fā)電機(jī)每相對地電容之半；C2機(jī)端外接元件每相對地總電容；CM主變壓器高低壓繞組間每相耦合電容圖 8 發(fā)電機(jī)三次諧波

37、電壓分析計算用等值電路4.3.3 中性點(diǎn)經(jīng)配電變壓器高阻接地的定子繞組單相接地保護(hù)接于配電變壓器(變比nt)二次側(cè)的電阻RN，應(yīng)按機(jī)端單相接地時由RN產(chǎn)生的電阻電流大于電容電流選定，即 (30)式中：Cg發(fā)電機(jī)及機(jī)端外接元件每相對地總電容。 a)基波零序過電壓保護(hù)。與4.3.1相同，但此保護(hù)用在中性點(diǎn)經(jīng)配電變壓器高阻接地的發(fā)電機(jī)上，靈敏度較低。 b)三次諧波電壓單相接地保護(hù)。與4.3.2相同。c)95%定子繞組單相接地基波零序過電流保護(hù)。該保護(hù)裝設(shè)在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地連線的電流互感器上，保護(hù)應(yīng)具有三次諧波阻波部件，其動作電流為 (31)式中：Ker電流互感器比誤差系數(shù)，取為3%；U%機(jī)端電壓變化

38、百分值，取為10%；機(jī)端單相金屬性接地電流；na電流互感器變比；I2n電流互感器二次額定電流；Ier保護(hù)繼電器誤差，取為5%。 保護(hù)經(jīng)0.5s延時動作于停機(jī)。4.3.4 外加交流電源式100%定子繞組單相接地保護(hù) 國內(nèi)應(yīng)用的外加交流電源式定子繞組單相接地保護(hù)有兩種，其一為外加20Hz電源， 另一為外加12.5Hz電源。 外加電源方式的定子繞組單相接地保護(hù)，在啟、停機(jī)過程中仍有保護(hù)作用，但必須增設(shè)低頻電源，且對其要求有很高的可靠性。4.4 勵磁回路接地保護(hù) 汽輪發(fā)電機(jī)通用技術(shù)條件規(guī)定：對于空冷及氫冷的汽輪發(fā)電機(jī)，勵磁繞組的冷態(tài)絕緣電阻不小于1M，直接水冷卻的勵磁繞組，其冷態(tài)絕緣電阻不小于2k。水

39、輪發(fā)電機(jī)通用技術(shù)條件規(guī)定：繞組的絕緣電阻在任何情況下都不應(yīng)低于0.5M。 勵磁繞組及其相連的直流回路，當(dāng)它發(fā)生一點(diǎn)絕緣損壞時(一點(diǎn)接地故障)并不產(chǎn)生嚴(yán)重后果；但是若繼發(fā)第二點(diǎn)接地故障，則部分轉(zhuǎn)子繞組被短路，可能燒傷轉(zhuǎn)子本體，振動加劇，甚至可能發(fā)生軸系和汽輪機(jī)磁化，使機(jī)組修復(fù)困難、延長停機(jī)時間。為了大型發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行，無論水輪發(fā)電機(jī)或汽輪發(fā)電機(jī)，在勵磁回路一點(diǎn)接地保護(hù)動作發(fā)出信號后，應(yīng)立即轉(zhuǎn)移負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)停機(jī)檢修。對裝有兩點(diǎn)接地保護(hù)的汽輪發(fā)電機(jī)組，在一點(diǎn)接地故障后繼續(xù)運(yùn)行時，應(yīng)投入兩點(diǎn)接地保護(hù)，后者帶時限動作于停機(jī)。4.4.1 疊加直流式一點(diǎn)接地保護(hù) 在勵磁繞組負(fù)端和大地之間經(jīng)一電流繼電器

40、KA疊加直流電壓Uad構(gòu)成的轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)，由圖9可知正常運(yùn)行時流過繼電器KA的電流為TVM中間電壓互感器 (32)式中：Uad疊加直流電壓； Ufd發(fā)電機(jī)勵磁電壓；Ri繼電器KA的內(nèi)阻；Rins勵磁繞組對地等效絕緣電阻。發(fā)電機(jī)強(qiáng)行勵磁但勵磁繞組并不接地時，流過繼電器KA的電流為 (33)式中：Ufd.max發(fā)電機(jī)強(qiáng)勵時的轉(zhuǎn)子電壓。 對于空冷及氫冷汽輪發(fā)電機(jī)，要求在勵磁繞組負(fù)端經(jīng)過渡電阻Rtr20k接地時繼電器KA動作。發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行，勵磁繞組負(fù)端經(jīng)過渡電阻Rtr接地條件下，流過繼電器KA的電流Iop為 (34)式中：Ufd0發(fā)電機(jī)空載勵磁電壓；Rtr接地點(diǎn)的過渡電阻。按負(fù)端經(jīng)過渡電阻接地時

41、流過繼電器KA的電流大于發(fā)電機(jī)強(qiáng)勵而勵磁繞組并不接地時流過繼電器KA的電流整定。IopKrelIad.max (35)式中：Krel可靠系數(shù)，取1.5。解出表示最小靈敏度的過渡電阻Rtr為(當(dāng)Ufd.max2Ufdn,Ufdn為正常額定勵磁電壓) (36)式中：RaRinsRi(Rins+Ri)。 (37)圖 9 疊加直流電壓一點(diǎn)接地保護(hù)原理圖4.4.2 測量勵磁繞組對地導(dǎo)納的一點(diǎn)接地保護(hù) 該保護(hù)外加工頻交流電源經(jīng)補(bǔ)償電感L與隔直電容C(L、C對50Hz串聯(lián)諧振)接于勵磁繞組的正負(fù)極。勵磁繞組正常對地(大軸)的絕緣電阻為Rins(或電導(dǎo)gins)和對地電容為Ce。重要的是由外加電源a、b兩端向

42、勵磁繞組看進(jìn)去的等值電路(圖10)中除Rins和Ce外，只有純阻Rb，不應(yīng)有與Rb串聯(lián)的感抗或容抗(Ce除外)。 由a、b兩點(diǎn)看到的輸入對地導(dǎo)納軌跡如圖11所示，圖中實(shí)線圓族為以gins為常量、Ce為變量的等電導(dǎo)圓，虛線圓族為以Ce為常量、gins為變量的等電納圓。圖 10 測量對地導(dǎo)納式一點(diǎn)接地保護(hù)的等值電路 圖11中，橫坐標(biāo)右側(cè)端點(diǎn)表示勵磁繞組發(fā)生金屬性接地故障(Rins0，gins)，輸入端對地導(dǎo)納為gb1Rb。理想的測量對地導(dǎo)納式一點(diǎn)接地保護(hù)的動作特性應(yīng)只與整定的Rins值有關(guān)，而與Ce大小無關(guān)。因此保護(hù)整定的動作特性(以Rins2k為例)如圖11中的陰影整圓，它與等電導(dǎo)圓(Rins2

43、k)完全重合，表明該保護(hù)的動作特性與Ce無關(guān)，只要Rins2k，保護(hù)就動作。圖 11 等電導(dǎo)圓和整定圓繼電器的動作判據(jù)如圖12所示，為YgmgNgm (38)式中：Y繼電器測得的勵磁繞組對地導(dǎo)納；gm繼電器整定圓圓心；gngm繼電器整定圓半徑。圖 12 測量對地導(dǎo)納繼電器的整定圓當(dāng)已確定要求繼電器在轉(zhuǎn)子繞組對地絕緣電阻下降到Rins(相應(yīng)有g(shù)ins1Rins)時動作，且已知Rb值(制造廠家供給，相應(yīng)有參考電導(dǎo)gb1Rb)，則需要整定計算的對地導(dǎo)納整定圓圓心為gm(位于g軸上) (39)整定圓半徑為gngm，由圖12知，gngb，所以半徑為 (40) 由圖11可清楚見到，Rins的整定值不能取得

44、太大(例如大于10k)，因為當(dāng)Rins從8k變到無窮大時，等電導(dǎo)圓十分密集，極易產(chǎn)生定值變異。一般Rins的整定值宜取5k左右，這是這種保護(hù)的原理所決定的。 在實(shí)際工作中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： a)勵磁回路發(fā)生金屬性一點(diǎn)接地故障時，Rins0,gins，測量對地導(dǎo)納Y位于整定圓的邊界上，處于動作邊緣。在發(fā)生金屬性接地時，檢驗保護(hù)不應(yīng)拒動。 b)電刷與大軸間的接觸電阻，嚴(yán)重影響保護(hù)的動作定值，為此必須加大電刷的壓力，減小其接觸電阻值。4.4.3 切換采樣式一點(diǎn)接地保護(hù)圖 13 接地保護(hù)裝置的阻容網(wǎng)絡(luò)該保護(hù)要在轉(zhuǎn)子繞組兩端外接阻容網(wǎng)絡(luò)，電子開關(guān)S1S3輪流接通和斷開，如圖13，對電流I1I3采樣。 (41) (42) (43)式中：K1、K2選定的常數(shù)；故障點(diǎn)將Ufd分為U1和U2。保護(hù)的動作判據(jù)為I1+I3I2 (44)保護(hù)動作時的過渡電阻Rtr為 (45)Rtr即為保護(hù)的靈敏度，其定值取決于正常運(yùn)行時轉(zhuǎn)子回路的絕緣水平。 (46)要求在一定的Rtr時動作，就有相應(yīng)的K2值，所以改變K2可以改變轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)整定值Rset，通常取Rset10k以上。當(dāng)Rtr