NAS928系列發(fā)電機保護試驗說明

發(fā)電機保護試驗簡介一、 裝置簡介：NAS-928系列數(shù)字式發(fā)電機保護裝置是專用于200MW以下中、小型汽輪發(fā)電機和水輪發(fā)電機的成套保護裝置。成套保護裝置由 NAS-928A（或NAS-928C或NAS-928G）和NAS-928B裝置構(gòu)成，提供了完全縱差保護、高靈敏單元件橫差保護、縱向基波零序電壓保護、復(fù)合電壓過流保護、定子接地保護、轉(zhuǎn)子接地保護、低勵失磁保護、負序電流保護、定子繞組過負荷、定子過壓保護、勵磁繞組過負荷、逆功率保護、斷路器失靈保護、頻率異常保護、誤上電保護、啟停機保護、TV斷線監(jiān)視、TA斷線監(jiān)視、非電量保護等保護和功能。二、 裝置模擬量輸入端子定義：通常在調(diào)試928系列保護裝置的過程中會遇到一些不確定的模擬量輸入，尤其是用測試儀向裝置輸入了某個模擬量，在裝置中也找到了顯示項，但卻不知其在調(diào)試記錄里對應(yīng)的是哪一個值。在這里我就撿一些容易引起大家迷惑的一些模擬量著重介紹一下：NAS-928A/NAS-928G發(fā)電機差動保護裝置：101——113,機端電壓UgAB，是用來測發(fā)電機機端電壓的頻率?！?17，機端零序電壓Ug0?！?18，928A的此通道是中性點零序電壓Ugn0。928G的此通道是機端零序電流Ig0。NAS-928B發(fā)電機后備保護裝置：—119,A相電流經(jīng)過（102——114）通道后又穿過此端子，然后又流向三相電流的公共端。它的作用是用在了逆功率保護方面（后面逆功率保護會提到）?！?20，系統(tǒng)電壓UthAB?！?21，機端開口三角電壓Ug0。（注：此電壓與928A/928G的105——117通道采的是同一個電壓。）—122，縱向基波零序電壓Ugn。111 123，零序橫差電流Inn。201——205，勵磁電壓Uf。直流電壓。211——213,勵磁電流If。（假設(shè)調(diào)試記錄的值為X，則測試儀應(yīng)輸入直流電壓4X+1。）另外，928B裝置的保護量中還存在一個量是“機端自產(chǎn)零序電壓”，該數(shù)據(jù)是指機端三相電壓不平衡時自身產(chǎn)生的零序電壓。三、 保護試驗：1、完全縱差保護（928A928G）完全縱差保護是主要針對發(fā)電機定子繞組的相間故障，該保護比較被保護設(shè)備各引出線兩端電流的大小和相位，當(dāng)正常運行或被保護設(shè)備外部發(fā)生各種短路時，保護可靠不誤動；當(dāng)被保護設(shè)備本身發(fā)生相間短路時，保護靈敏動作。完全縱差保護設(shè)置了比率制動保護和差動速斷保護。完全縱差保護動作于全停。差動速斷保護：如下圖所示，差動電流即為I1與I2的矢量之和。

如差動速斷保如差動速斷保護定值為6A，則可以直接在機端側(cè)的某一相或中性點側(cè)的某一相直接加大于6A的電流，保護即可動作。比率差動保護：設(shè)比率差動門檻為2A，比率制動拐點為5A，比率制動系數(shù)為0.5。（注：由于比率差動保護反映相間故障，故采取了三取二邏輯動作出口，比率差動保護在單相TA斷線時不會誤動，故其不受TA斷線判據(jù)閉鎖。）如下圖所示，【op.0=2A,【res.0=5A,K=0.5=—-- 試驗方法如下：機端電流輸入Iga=6A,Igb=6A中性點電流輸入Ina=0A,Inb=0A,貝V，差動電流Iop=6A，制動電流Ires=3A。此時比率差動會動作?，F(xiàn)在只是驗證了當(dāng)IresVIres.0時的那段橫線區(qū)間內(nèi)的保護靈敏性。接下來驗證斜率K：機端電流Iga=7.5A，Igb=7.5A。中性點電流Ina=4.5A,Inb=4.5A（注：機端的A,B相電流可直接用測試儀的A，B電流輸入，而且A,B的相位都為0°。中性點的A,B相則可以將測試儀的C相電流輸出9A，相位為180°，測試儀這端C相引出兩根線分別接到中性點的A,B相，即測試儀的C相分流到發(fā)電機中性點側(cè)的A,B相中。機端和中性點公用一個公共端。）此時差動電流Iop=3A，制動電流Ires=6A根據(jù)斜率K可算出：動作電流Iop=K（Ires-Ires.O）+Iop.0=0.5（6-5）+2=2.5A即實際差動電流Iop=3A大于動作電流Iop=2.5A便可動作。保護動作后降低機端側(cè)的某一相電流（A相），降到6.8A左右時保護達到一個臨界狀態(tài)，可動可不動，即此時動作點是在斜線上。再繼續(xù)往下降低電流，此時保護動作肯定會復(fù)歸掉。與此同時也驗證了比率差動三取二的原則。差流越限：為了監(jiān)視正常運行情況下的差動電流回路的狀態(tài)，設(shè)置了差流越限監(jiān)視功能，其邏輯圖如圖4.5所示，差流越限后，延時9s告警。任意一相加電流，使差流超過定值，保護動作（告警）比率制動曲線如下:2、 零序電流橫差保護（928B）零序電流型橫差保護接發(fā)電機兩中性點之間TA的電流，該保護簡單可靠，功能全面，可對相間短路、匝間短路起保護作用，同時能夠反映分支開焊故障。在裝置的111——123,零序橫差電流Inn，施加的電流只要大于定值6A即可動作。3、 縱向基波零序電壓保護（928B）縱向基波零序過壓保護能反映發(fā)電機相間短路、匝間短路和分支繞組開焊故障，是發(fā)電機保護的主保護。對于中性點無法裝設(shè)橫差TA的發(fā)電機，可以裝設(shè)本保護通過該保護的邏輯圖可看出，保護I段必須要滿足負序功率方向原件動作。測試儀給裝置施加正常的三相電壓57.74V，三相電流5A，相位大于90°，即滿足負序功率方向原件動作。此時用另一個測試儀在裝置的110——122，縱向基波零序電壓Ugn，施加大于I段定值3V，保護即可動作。4、 復(fù)合電壓（記憶）過流保護（928B）復(fù)合電壓過流保護可作為發(fā)電機的后備保護和相鄰元件的后備保護。該保護設(shè)置了可選擇投入的電流記憶功能，用于自并勵發(fā)電機的后備保護。當(dāng)此類發(fā)電機外部發(fā)生對稱或不對稱短路時，機端電壓下降，勵磁電流隨之減小。若機端發(fā)生三相短路故障，短路電流將逐漸衰減到零，這樣有可能使后備保護失效。為保證使后備保護可靠地動作，可選擇投入電流記憶功能。從保護邏輯圖中可看出要實現(xiàn)該保護動作必須要滿足復(fù)合電壓原件動作。只要給裝置施加小于65V的線電壓或大于10V的負序電壓即可使復(fù)合電壓原件動作。給裝置輸入三相電壓20V，三相電流或某一相電流10A，在保護動作時限5s之內(nèi)停止測試儀輸出，此時裝置會記憶剛才過流的瞬間，經(jīng)延時后仍會動作。5、 定子繞組單相接地保護（928A/928G）定子繞組單相接地保護是針對發(fā)電機定子繞組的單相接地故障（定子繞組與鐵芯間的絕緣破壞）。該保護采用基波零序電壓保護和三次諧波電壓保護可以反應(yīng)定子繞組單相接地的保護包括基波零序電壓保護（928A）、三次諧波零序電壓保護（928A）、零序電流保護（928G）。基波零序電壓保護（928A）：在保護裝置的105——117端子上施加大于I段定值（5V）的電壓，裝置即可發(fā)告警信號。如果把控制字中的輔助元件判據(jù)投入，要注意的是定值中有一個“零序TV額定變比（機端/中性點）”，試驗步驟如下：假設(shè)“零序TV額定變比”為1，在裝置的105——117端子和106——118端子都施加大于定值（5V）的電壓，保護即可動作。基波零序電壓保護設(shè)有兩段，I段動作于告警，II段設(shè)置兩時限，t1動作于跳母聯(lián)，t2動作于全停。三次諧波零序電壓保護（928A）：三次諧波零序電壓型定子接地判據(jù)為機端三次諧波零序電壓Us0和調(diào)平衡后中性點三次諧波零序電壓a0Uno比值與定值。禎＞k技q■成比較，如果大于定值，則保護元件動作。 其中a0為定值中的“三次零序電壓平衡系數(shù)（機端/中性點）”，K為定值中的“三次零序電壓系數(shù)”。（此保護還有一個判據(jù)是必須要滿足沒有TV斷線。）三次諧波零序電壓保護動作于告警。零序電流保護（928G）：零序電流型接地保護可選擇零序功率方向元件，構(gòu)成零序電流方向保護。當(dāng)機端零序CT的同名端在發(fā)電機側(cè)時，在零序CT內(nèi)側(cè)，即發(fā)電機側(cè)發(fā)生接地故障時，零序電壓超前零序電流90°，零序電流方向元件動作；在零序CT外側(cè)（斷路器側(cè)）發(fā)生接地故障時，零序電壓滯后零序電流90°，零序電流方向保護不動作。零序功率方向元件的靈敏角內(nèi)部定為90°。此處只介紹不投“零流I段經(jīng)方向閉鎖”的簡單保護，在裝置的105——117端子施加零序電壓5V，相位為0°，在106——118端子施加零序電流2A，相位大于90°，保護即可動作。零序電流保護設(shè)有兩段，I段動作于告警，II段設(shè)置兩時限，t1動作于跳母聯(lián)，t2動作于全停。6、轉(zhuǎn)子接地保護（928B）轉(zhuǎn)子一點接地和兩點接地是用來檢測勵磁回路一點和兩點接地的故障。轉(zhuǎn)子， 轉(zhuǎn)子-在勵磁電壓輸入端加直流31V的電壓。用10K的水泥電阻若干串接，一端接勵磁電壓的正，一端接勵磁電壓的負，然后在串接電阻的中間某個點與大軸短接在一起，此時裝置上測得一個電阻值Rf，如果該值小于整定值，達到延時，即一點接地動作，此時裝置上測得一個a值（記錄）。然后保持一點接地狀態(tài)，再將串接電阻的中間另外一個點與大軸短接在一起，此時裝置上又測得一個a值，裝置會比較兩個a值的大小，當(dāng)這兩個a值的差值大于定值時，則兩點接地動作。簡單的試驗方法如下：在裝置的Uf+（201,205端子）與Uf-（203,207端子）之間施加大于30V的直流電壓，然后Uf+直接短接到大軸（209端子）或者經(jīng)

串接電阻（小于定值10千歐）短接到大軸也可以，此時保護就會報轉(zhuǎn)子一點接地，而且事件記錄中的故障點位置為0。相同的辦法也可以測Uf-短接大軸，也會報一點接地，只是事件記錄中的故障點位置為1。同理，我們可推斷出若是在Uf+與Uf-之間串接若干電阻，若是恰好在電阻的中間位置與大軸短接，則故障點位置為0.5。轉(zhuǎn)子兩點接地即是所測的兩個不同的接地位置，裝置會自動比較兩個故障點位置的差值，若是差值大于定值a=0.1，則就會報轉(zhuǎn)子兩點接地。介紹一個簡單的方法，在Uf+與Uf-之間施加了大于30V的電壓后，把Uf+和Uf-分別經(jīng)短接線直接與大軸相連，兩個接地點的故障位置分別為0和1，差值肯定大于0.1，便會報轉(zhuǎn)子兩點接地。7、低勵失磁保護（928B）低勵、失磁保護是針對發(fā)電機低勵、失磁故障的保護。本保護采用了定子側(cè)阻抗判據(jù)、轉(zhuǎn)子側(cè)判據(jù)、機端低電壓判據(jù)、系統(tǒng)低電壓判據(jù)、過功率判據(jù)等組成。當(dāng)TV斷線時，閉鎖本保護。當(dāng)發(fā)電機欠激運行，它向外輸送有功，同時從電網(wǎng)吸收一部分無功功率，但仍保持同步并列運行，失磁保護投入、失磁阻抗判據(jù)選擇靜穩(wěn)阻抗圓，靜穩(wěn)阻抗定值1為4。，靜穩(wěn)阻抗定值2為-10。，則阻抗判據(jù)動作區(qū)如下圖：首先驗證A、C首先驗證A、C點。在圖上可以看出，OD=3，角COD為75度，DC（為圓的半徑）=7，根據(jù)三角函數(shù)正弦定理-L'隊 。 廣、...］，、或余弦定理h■?r3" ?"z，\,可以求出OC=7.15。此時OC即為測量阻抗Zm的模值，角度為-15度。用繼電保護測試儀RT220,用功能加：先按F、再按1、再按0，加電壓28.6V，電流4A，（電壓除以電流即為阻抗的模值7.15），角度345度。此時保護處于臨界位置，可動可不動。這時增加電壓值（操作方法：先按步進、再按0，然后輸入電壓變化幅值、然后按“+”號即可增加電壓），（使Zm處于阻抗圓外）保護可以復(fù)歸；減小電壓值，保護動作，這時再增加電流的角度（操作方法：先按步進、再按2,然后輸入角度變化幅值、然后按“+”號即可增加電流角度），保護可以復(fù)歸；減小電流的角度，保護動作。以上驗證了C點的動作情況，同理，可以驗證A點。驗證B點。用繼電保護測試儀RT220，用功能加：先按F、再按1、再按0，加電壓40V，電流4A，角度270度。此時保護處于臨界位置，可動可不動。這時增加電壓值（操作方法：先按步進、再按0，然后輸入電壓變化幅值、然后按“+”號即可增加電壓），（使Zm處于阻抗圓外）保護可以復(fù)歸；減小電壓值，保護動作以上方法驗證A、B、C三個點的的保護動作情況，同理，也可以驗證圓弓瓜ABC即動作區(qū)內(nèi)任一點的保護動作情況。一般汽輪發(fā)電機機，阻抗判據(jù)都是選擇為靜穩(wěn)園。如果負序電流閉鎖判據(jù)投入，此時又有負序過流動作，經(jīng)T時間展寬后閉鎖低勵失磁保護。T=MAX（T1、T2、T3、T4、T5）+200ms。如果負序電流閉鎖判據(jù)不投入。不會閉鎖低勵失磁保護。需要注意的是，低勵失磁保護還有很多其他判據(jù)：轉(zhuǎn)子側(cè)判據(jù)，系統(tǒng)低電壓判據(jù)，機端低電壓判據(jù)，機端過功率判據(jù)。這里就不再依依贅述，但要提醒一下，根據(jù)保護邏輯圖我們可看出，其他判據(jù)都是要在滿足阻抗判據(jù)的基礎(chǔ)上來實現(xiàn)的。8、 負序電流保護（928B）負序電流保護也稱轉(zhuǎn)子表層負序過負荷保護。當(dāng)發(fā)電機三相負荷不對稱時，將有負序電流流過發(fā)電機的定子繞組，并在發(fā)電機轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生倍頻電流，使得轉(zhuǎn)子表面過熱。本裝置配置了定時限負序電流保護和反時限負序電流保護定時限負序電流保護很簡單，給保護裝置施加反相序（C,B,A。即測試儀的C相施加給裝置的A相，測試儀的A相施加給裝置的C相。）的三相電流，保護即可測得負序電流，只要產(chǎn)生的負序電流大于定值，保護即可動作。所謂反時限，即裝置實際測到的負序電流值越大，則保護動作的越快，即保護動作延時越小。9、 定子過負荷保護（928B）對于發(fā)電機因過負荷或外部故障引起的定子繞組過電流，裝設(shè)定子繞組對稱過負荷保護。發(fā)電機定子繞組的過負荷保護，一般由定時限和反時限兩部分組成。試驗方法很簡單，類似于普通的過流保護，此處不再贅述。10、 勵磁繞組過負荷保護（928A928B）大型發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)，有的用交流勵磁電源經(jīng)可控或不可控整流裝置組成。對這種勵磁系統(tǒng)， 發(fā)電機勵磁繞組的過負荷保護，可以配置在直流側(cè)（928B），也可以配置在交流側(cè)（928A）。當(dāng)有備用勵磁機時，保護裝置配置在直流側(cè)的好處是用備用勵磁機時勵磁繞組不失去保護。為了使勵磁繞組過負荷保護能兼作勵磁機、整流裝置及引出線的短路保護，常把它配置在勵磁機中性點側(cè)，當(dāng)中性點沒有引出端子時，則配置在勵磁機的機端。若是用928A來實現(xiàn)勵磁繞組過負荷保護，則試驗方法是，在裝置的勵磁電流端子上施加大于定值的三相交流電流，保護經(jīng)延時即可動作。若是用928B來實現(xiàn)勵磁繞組過負荷保護，則試驗方法是，在裝置的211——213端子上施加直流電壓，按照之前提到的“4X+1”公式，只要大于超過保護定值，保護即可動作。11、 定子過壓保護（928B）水輪發(fā)電機在突然甩負荷時，其調(diào)速系統(tǒng)不能動作過快，使得轉(zhuǎn)速上升導(dǎo)致定子繞組過電壓，所有水輪發(fā)電機都裝設(shè)過電壓保護。試驗方法很簡單，裝置的控制字中投入這個保護后，用測試儀給保護施加三相電壓，只要線電壓超過定值，保護就會動作。定子過電壓保護設(shè)有兩段時限，I段動作于告警；II段動作于解列滅磁。12、 逆功率保護（928B）與電力系統(tǒng)并列運行的發(fā)電機，由于各種原因而停止供給原動機能量時，將從系統(tǒng)吸取能量變?yōu)殡妱訖C運行，驅(qū)動原動機運轉(zhuǎn)。汽輪機在其主氣門關(guān)閉后，其葉片會因由轉(zhuǎn)子和葉片引起的風(fēng)損而損壞，燃氣輪機的齒輪也有可能被損壞，所以加設(shè)逆功率保護。當(dāng)TV斷線時，閉鎖本保護。逆功率保護保護中配置了三相大量程的TA：102-114,104-116,106-118（最大測量電流為200A），和一相小量程的TA：107-119（最大測量電流為10A）。在電流較小時，采用一表法測量有功功率，在電流較大時，采用兩表法測量有功功率。試驗方法：當(dāng)PW-Pop時，保護經(jīng)延時動作。定值：Pop=50W，t=5s。施加三相電壓15V，三相電流5A，然后改變相位（相位角大于90度時才會出現(xiàn)負的功率），當(dāng)角度達到105°時，裝置保護量中顯示的功率為-53W，保護此刻就會動作。逆功率保護設(shè)有兩段，I段動作于解列滅磁，II段經(jīng)主汽門開關(guān)量，動作于程序跳閘，也稱程序逆功率II段是程序逆功率。試驗時需要滿足主汽門關(guān)閉信號，即短接裝置的開關(guān)量“主汽門關(guān)閉”。然后再依照上面提到的試驗方法做試驗，保護即會動作。13、 頻率異常保護（928B）頻率異常保護主要用于保護汽輪機，低頻運行會使汽輪機葉片受到疲勞損壞，這種疲勞損傷累積到一定程度時會使汽輪機葉片及其拉金斷裂；而且極端低頻工況，還將威脅廠用電的安全。頻率升高，說明系統(tǒng)中有功功率過剩，將由調(diào)速器或功頻調(diào)節(jié)裝置動作于降低原動機出力，必要時將從系統(tǒng)中切除部分機組，以促使頻率恢復(fù)正常。低頻保護、高頻保護：這兩個保護比較簡單，根據(jù)邏輯圖我們不難看出，要實現(xiàn)保護動作必須要滿足機端有壓判據(jù)，然后還要滿足斷路器合位或者機端有流判據(jù)。簡單說一說低頻保護的試驗方法吧。投入低頻I段，然后測試儀向裝置施加三相平衡電壓57.74V，短接開關(guān)量“斷路器合位”（