大型发电机变压器继电保护整定计算导则.pdf

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大型发电机变压器继电保护整定计算导则pdf,大型发电机变压器继电保护整定计算导则
DL/T6841999 置进行计算分析时,才考虑电动势之间的相角差问题。 3.7.4只计算短路暂态电流中的周期分量,但在纵联差动保护装置(以下简称纵差保护)的整定计算中 以非周期分量系数K3考虑非周期分量的影响。 375发电机电压应采用额定电压值,系统侧电压可采用额定电压值或平均额定电压值,不考虑变压器 电压分接头实际位置的变动。 3.7.6不计故障点的相间和对地过渡电阻 38与电力系统运行方式有关的继电保护的整定计算,应以常见运行方式为计算用运行方式。所谓常见 运行方式,是指正常运行方式和被保护设备相邻一回线或一个元件停运的正常检修方式。对于运行方式 变化较大的系统,应由调度运行部门根据具体情况确定整定计算所依据的运行方式。 39根据GB14285的规定,按照故障和异常运行方式性质的不同,机组热力系统和调节系统的条件,本 标准所列各项保护装置分别动作于: a)停机:断开发电机或发电机变压器组(简称发一变组)断路器、灭磁,关闭原动机主汽门或导水 叶,断开厂用分支断路器。 b)解列灭磁:断开发电机或发一变组断路器和厂用分支断路器、灭磁,原动机甩负荷。 c)解列:断开发电机或发一变组断路器,原动机甩负荷 d)降低励磁。 e)减出力:将原动机出力减至给定值 f)缩小故障范围(例如断开母联或分段断路器) g)程序跳闸:对于汽轮发电机,先关主汽门,待逆功率继电器动作后再断开发电机或发一变组断路 器并灭磁;对于水轮发电机,先将导水叶关到空载位置,待逆功率继电器动作后再断开发电机或发一变 组断路器并灭磁 h)信号:发出声光信号 310除特殊说明外,本标准列出的计算公式,无论用有名值或标么值进行计算,其计算结果(电流、电 压、阻抗等)应以二次侧有名值的形式给出。 k2 发电机保护的整定计算 41定子绕组内部故障主保护 定子绕组内部故障包括相间短路、同相不同分支间短路、同相同 I413W w 分支匝间短路和定子绕组的分支开焊故障。 4.1.1比率制动式纵差保护 比率制动式纵差保护仅反应相间短路故障。具有比率制动特性 图1比率制动式差动 的差动保护的二次接线如图1所示。当差动线圈匝数W与制动线圈 保护原理接线图 匝数Wre的关系为W 2W时, 差动电流Id=(In1-l1)/na 制动电流i=1(n+in)mn 式中:In1,It 次电流; in2,i-二次电流; 电流互感器变比 差动保护的制动特性如图2中的折线ABC所示图中,纵坐标为差动电流La,横坐标为制动电流Irs。 为了正确进行整定计算,首先应了解纵差保护的不平衡电流与负荷电流和外部短路电流间的关 系 DL/T684-1999 发电机纵差保护用的10P级电流互感器,在额定一次电流和额定二次负荷条件下的比误差为士3%。 因此,纵差保护在正常负荷状态下的最大不平衡电流不大于6%。但随着外部短路电流的增大和非周期暂 态电流的影响,电流互感器饱和,不平衡电流将急剧增大,实际的不平衡电流与短路电流的关系曲线如 图2中的曲线OED所示 ld D E A 2 图2比率制动式差动保护的制动特性 发电机外部短路时,差动保护的最大不平衡电流由式(1)进行估算 kakccKerlk3 max/ (1) 式中:K非周期分量系效,取1.5~2.0 K互感器同型系数,取0.5 K互感器比误差系数,取0.1; I30mx最大外部三相短路电流周期分量。 比率制动特性纵差保护需要整定计算以下三个参数 1)确定差动保护的最小动作电流,即确定图2中A点的纵座标Ⅰp.0为 00=Kx×2×0.03m/n或Ie0= Kreliunb.o (2) 式中:Kt可靠系数,取1.5; 发电机额定电流; Imb.0发电机额定负荷状态下,实测差动保护中的不平衡电流 实际可取I0=(0.10~0.30)Ian/m2,一般宜选用(o.10~0.20)la/na。如果实测Imb.0较大,则应 尽快查清lmb增大的原因,并予消除,避免因l.过大而掩盖一、二次设备的缺陷或隐患 发电机内部短路时,特别是靠近中性点经过渡电阻短路时,机端或中性点侧的三相电流可能不大,为 保证内部短路时的灵敏度,最小动作电流I0不应无根据地增大。 2)确定制动特性的拐点B。定子电流等于或小于额定电流时,差动保护不必具有制动特性,因此,B 点横坐标 (0.8~1.0)Ia/na (3) 当l0>lsn/na时,应调整保护内部参数,使其满足式(3)。 3)按最大外部短路电流下差动保护不误动的条件,确定制动特性的C点,并计算最大制动系数。 设C点对应的最大动作电流为lmm,其值为 Iop. max- K relI unb. max (4) 式中:K可靠系数,取1.3~1.5 C点对应的最大短路电流(3mx与最大制动电流lamx相对应。C点的最大制动系数Krma按下式计 算 K res. max KKKK rEs. max 式(5)的计算值为 K=0.15,可确保在最大外部短路时差动保护不误动。但考虑到电流互感器 的饱和或其暂态特性畸变的影响,为安全计,宜适当提高制动系数值。图2中,取C点的Kcmx≈0.30。 DL/T684-1999 该比率制动特性的斜率S为 根据上述计算,由A、B、C三点确定的制动特性,确保在负荷状态和最大外部短路暂态过程中可靠 不误动 按上述原则整定的比率制动特性,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 Kw≥2.0的要求,不必进行灵敏度校验。 .1.2标积制动式纵差保护 设发电机机端和中性点侧电流分别为i1和I,它们的相位差为中,令标积 I Incos9为制动量,| 。2为动作量,构成标积制动式纵差保护,其动作判据为 2≥ Kresl,Incose9 式中:Ks制动系数,取0.8~1.2 外部短路时,q=0°,式(7)右侧表现为很大的制动作用。当发电机内部短路时,可能呈现90<g 270°,使cosφ<0,式(7)右侧呈现负值,即不再是制动量而是助动量,保护灵敏动作。本保护仅反应相 间短路故障。 4.1.3故障分量比率制动式纵差保护 该保护只与发生短路后的故障分量(或称增量)有关,与短路前的穿越性负荷电流无关,故有提高 纵差保护灵敏度的效果。本保护仅反应相间短路故障,其动作判据为 K △It+△ (8) 式中:△i1发电机机端侧故障分量电流; △In发电机中性点侧故障分量电流。 故障分量纵差保护的动作特性如图3,图中△l=△l一△i、A_¥△1+△n直线1为故障分 量纵差保护在正常运行和外部短路时的制动特性;直线2为故障分量纵差保护在内部短路时的动作特性, 其斜率S≥2.0;直线3为故障分量纵差保护的整定特性。 l 整定计算如下: a)纵差保护动作特性(直线3)的倾角a,一般取a=45°,即制动 作 系数Krs=1.0 D 区 缓冲区 b)最小动作电流△Id≈0.1mn/n,或△5>负荷状态下微机输出 T1最大不平衡增量差流。 制作区 c)灵敏系数校验:Ksm=△l/△s=DC/BC,要求K≥2.0, 般不必进行校验计算 4.1.4不完全纵差保护 图3故障分量比率制动式 本保护既反应相间和匝间短路,又兼顾分支开焊故障。设定子绕 纵差保护动作特性 组每相并联分支数为a,在构成纵差保护时,机端接入相电流[图4 (a)中的TA2],但中性点侧TA1每相仅接入N个分支,a与N的关 系如下式 ≤N≤ (9) 式中:a与N的取值见表1。 DL/T684-199 表1a与N的关系 6 10 22或32或33或43或4 4或5 与装设一套或二套单元件横差保护有关。 图4(a)中互感器TA1与TA2构成发电机不完全纵差保护。TA5与TA6构成发一变组不完全纵差 保护,而TA3与TA4构成变压器的完全纵差保护。TA1的变比按n3=N/Ian条件选择;TA2的变比 按Ig/I2m条件选择,因此TA1的变比一定不同于TA2的。对于微机保护,TA1、TA2可取相同变比,由 软件调平衡。 图4(b)表示发电机中性点侧引出4个端子的情况,TA1和TA5装设在每相的同一分支中 图4(c)表示每相8个并联分支的大型水轮发电机,发电机不完全纵差保护每相接入的中性点侧电 流(TA1)分支数为2、5、8,发一变组不完全纵差保护(TA5)则为1、4、7 本保护不仅反应相间短路,还能对匝间短路和分支开焊起保护作用,其基本原理是利用定子各分支 发变组不完全纵差保护 TAl TA3 TA2 TA4 TA5 TAg 变压器完全纵差保护 发电机不完全纵差保护 (a) 发一变组不完全纵差保护 TAl TA3 TA2 AO TA 发电机不完全纵差保护 -一发电机不完全纵差保护 TA5 TA TA3 TA2 TAO2 发电机不完全纵差保护 图4发电机和发一变组纵联差动保护的互感器配置 DL/T684-1999 绕组间的互感,使未装设互感器的分支短路时,不完全纵差保护仍可能动作。 比率制动特性发电机不完全纵差保护的整定计算工作,除互感器变比选择不同于完全纵差保护外,其 余均可按4.1.1,但当TA1与TA2不同型号时,互感器的同型系数应取K=1.0。 41.5单元件横差保护 本保护反应匝间短路和分支开焊以及机内绕组相间短路。 a)传统单元件横差保护 图4(a)和图4(b)中,接于发电机中性点连线的互感器TA0用于单元件横差保护。TA0的变比 选择,传统的做法按下式计算 ≈0.25In/Ⅰ (10) 式中:Ia—发电机额定电流 互感器TA0的二次额定电流 动作电流I按外部短路不误动的条件整定。当横差保护的三次谐波滤过比大于或等于15时,其动作 电流为 1p=(0.20~0.30)lm/n (11) 在励磁回路一点接地保护动作后,发电机可继续运行,为防止励磁回路发生瞬时性第二点接地故障 时横差保护误动,应切换为带0.5~1.0s延时动作于停机。 b)高灵敏单元件横差保护 图4中的TA0(包括TA01和TA02)均为环氧树脂浇注的单匝母线式互感器(LMZ型),应满足动 热稳定的要求。 高灵敏单元件横差保护用的互感器变比na,根据发电机满载运行时中性点连线的最大不平衡电流,可 选为600/2、400/2、200/Ia、100/Ia。初步设计时,宜选前三组na。 为了减小动作电流和防止外部短路时误动,在额定频率工况下,该保护的三次潜波滤过比K3应大于 高灵敏单元件横差保护动作电流设计值可初选为0.05lm/mne 作为该保护动作电流的运行值应如下整定 1)在发电机作常规短路试验时,实测中性点连线电流的基波和三次诸波分量大小(Iun,和In3),此 即单元件横差保护的不平衡电流一次值,如图5的OC和OA(近似线性)。 2)将直线OC和OA线性外推到ICmx(发电机机端三相短路电流),得直线OCD和OAB,确定最 大不平衡电流lm.1.mx和lmb,3,mx 3)计算和整定动作电流运行值 op =krelkap W Iunb 1 max +(I unb. 3. max/k3) (12) unb. 1 unb. 3. max 式中:Kd—可靠系数,取1.3~1.5; K—非周分量系数,取1.5~2.0; K—三次诸波滤过比,K3≥80。 4)如不装励磁回路两点接地保护,则高灵敏单 unb.3 max 元件横差保护兼顾励磁回路两点接地故障的保护, nb 瞬时动作于停机。 1.0 I 5)如该保护中有防外部短路时误动的技术措 图5单元件横差保护的不平衡 施,动作电流l只需按发电机额定负荷时横差保护 电流(Inb)测试和线性外推 的不平衡电流整定。 DL/T6841999 4.1.6多分支分布中性点水轮发电机的综合差动保护 本保护反应发电机相间、匝间短路和分支开焊故障。 如图6所示,该发电机每相6并联分支装设3套差动保护,即: 不完全纵差保护1(2、4、6分支的TA1与TA2); 裂相横差保护2(1、3、5分支的TA1与2、4、6分支的TA1); 髙灵敏单元件横差保护3(TAO)。 保护1和3已经阐明,这里只讨论裂相横差保护2。 B TA a 定子 绕组 TAl 112|3456 中性点侧 电流互感器 83 TAO 1一不完全纵差保护; 2一裂相横差保护 3一高灵敏单元件横差保护 4. 分支 分支 TAl TAl (a)每相6并联分支装3套差动保护;(b)裂相横差保护原理图 图6多分支分布中性点水轮发电机综合差动保护二次接线图 裂相横差保护就是将一台每相并联分支数为偶数的发电机定子绕组一分为二,各配以电流互感器 TA1,其变比为n=1m/n,a为每相并联分支数。 该保护采用比率制动特性,其整定计算与比率制动式纵差保护相似,但最小动作电流I0和最大制动 系数 Kres may均较大。 I.0由负荷工况下最大不平衡电流决定,它由两部分组成,即两组互感器在负荷工况下的比误差所造 成的不平衡电流in4,由于定子与转子间气隙不同,使各分支定子绕组电流也不相同,产生的第二种不 平衡电流lm2因此,裂相横差保护的I2比纵差保护的大。 .0=(0.15~0.30)lan/mn (13) Im。≤(0.8~1.0)lan/ma (14) (15) res. max 裂相横差保护也可应用于每相并联分支数为奇数的发电机,此时两个互感器的变比将不同,或者仍 用相同变比n=1m/L2,增设中间互感器;微机保护可用软件调平衡。 DL/T6841999 41.7纵向零序过电压保护 发电机定子绕组同分支匝间、同相不同分支间或不同相间短路时,会出现纵向(机端对中性点)零 序电压,该电压由专用电压互感器(互感器一次中性点与发电机中性点相连,不接地)的开口三角绕组 取得。 a)零序过电压保护的动作电压U0.设计值可初选为 2~3(V) b)为防止外部短路时误动作,可增设负序方向继电器,后者具有动合触点,当发电机内部短路时, 触点闭合。 c)三次谐波电压滤过比应大于80。 d)该保护应有电压互感器断线闭锁元件。 4.1.8转子回路二次谐波电流保护 发电机定子绕组内部短路时产生的负序电流,可以用装设在转子回路中的电抗变压器以二次谐波电 压的形式来反应 该保护的二次谐波动作电压U,应按下述原则整定:在发电机长期允许的负序电流l2下,实测转 子回路中的电抗变换器输出二次谐波电压U2,则 Uop Kreuz (16) 实测U2是在做发电机常规短路试验时,在很低的励磁电压下,作机端两相稳态短路试验,使定子负 序电流等于I2,对应测得转子回路中电抗变换器的U2。由于励磁电压变化范围大,为空载额定励磁电 压的6~8倍,可靠系数Krl应取较大值,一般为1.5~2.0 发电机外部短路时,转子电流中也有二次谐波,因此必须增设机端的负序方向元件作闭锁。 负序功率方向元件采用动合触点。当发电机内部短路时,负序功率由发电机流入系统,方向元件动 合触点闭合。为防止外部短路暂态过程中此保护瞬时误动,保护应增设0.1~0.2s延时。 41.9故障分量负序方向保护 利用故障分量负序电压和电流(△U2和△2),构成故障分量负序方向保护,其动作判据为 △P2=3R[△U2△I2em2]≥ep (17) 式中:△I2△I2的共轭相量; gen2负序方向灵敏角,一般取75° 故障分量负序方向继电器是一种方向元件,其阈值c2很小,具体数值由继电器制造厂家供给,一般 不作整定计算。 故障分量负序方向保护无需装设TV或TA的断线闭锁元件,但TV断线应发信号,保护较简单;但 当发电机未并网前,因ΔI2=0,保护失效,为此还应增设各种辅助判据,其原理和定值整定随各制造厂 家而异,详见厂家技术说明书。 4.2发电机相间短路后备保护 大机组所在电厂的220kV及以上电压等级的出线,要求配置双套快速主保护,并有比较完善的近后 备保护,不再强调要求发一变组提供远后备保护。大型发一变组本身已配备双重或更多的主保护(例如, 发电机纵差、变压器纵差、发一变组纵差、高灵敏单元件横差等)。尽管如此,大机组装设简化的后备保 护仍是必要的。 对于中小型机组,不装设双重主保护,应配置常规后备保护,并使其对所连接高压母线和相邻线路 的相间短路故障具有必要的灵敏度。 4.2.1定时限复合过电流保护 该保护由负序过电流元件及低电压启动的单相过电流元件组成。 a)负序过电流元件的动作电流Ⅰ2按防止负序电流导致转子过热损坏的条件整定,一般按下式整定 DL/T684-1999 (18) 式中: 发电机额定电流; 电流互感器变比。 间接冷却式汽轮发电机用0.5/a;水轮发电机用0.6kno 其他发电机可用m2=(√A/10)m/n,A值由电机制造厂给定。 灵敏系数按主变压器高压侧两相短路的条件校验 K 2 (19) 式中:I2mn 主变压器高压侧母线金属性两相短路时,流过保护的最小负序电流 要求灵敏系数Ksn≥1.5 b)单相过电流元件的动作电流I按发电机额定负荷下可靠返回的条件整定 KrelIan/K,n 0) 式中:K可靠系数,取1.3~1.5; K—返回系数,取0.85~0.95。 灵敏系数按主变压器高压侧母线两相短路的条件校验 Kn= (21) 式中:I2mn 主变压器髙压侧母线金属性两相短路时,流过保护的最小短路电流 要求灵敏系数Kn≥1.2。 c)低电压元件接线电压,动作电压U可按下式整定。 对于汽轮发电机 0.6U, (22) 式中:U 发电机额定电压; 电压互感器变比 对于水轮发电机 3 n. 灵敏系数按主变压器高压侧母线三相短路的条件校验 (24) 式中:Im主变高压侧母线金属性三相短路时的最大短路电流; X主变压器电抗,取X=Z1。 要求灵敏系数Ksn≥1.2。 低电压元件的灵敏系数不满足要求时,可在主变压器高压侧增设低电压元件。 d)时间元件。复合过电流保护的动作时限,按大于升压变压器后备保护的动作时限整定,动作于解 列或停机。当整定时限与保证发电机安全所允许时限(例如It≤A,转子负序过负荷允许时限)有予盾 且没有负序电流反时限保护时,应以发电机安全的允许时限为准。 4.2.2定时限复合电压启动的过电流保护 保护装置由负序电压及线电压启动的过电流元件组成。 单相电流元件的动作电流,低电压元件的动作电压的整定及灵敏系数校验与4.2.1相同。 负序过电压元件的动作电压按躲过正常运行时的不平衡电压整定,一般取

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