发电机差动保护原理文档格式.docx

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5.1.1.2TA断线判别

当任一相差动电流大于0.15倍的额定电流时启动TA断线判别程序，满足下列条件认为TA断线：

a.本侧三相电流中至少一相电流为零；

b.本侧三相电流中至少一相电流不变；

c.最大相电流小于1.2倍的额定电流。

5.2发电机匝间保护

发电机匝间保护作为发电机内部匝间短路的主保护。

根据电厂一次设备情况，可选择以下方案中的一种：

5.2.1故障分量负序方向（ΔP2）匝间保护

该方案不需引入发电机纵向零序电压。

故障分量负序方向（ΔP2）保护应装在发电机端，不仅可作为发电机内部匝间短路的主保护，还可作为发电机内部相间短路及定子绕组开焊的保护。

5.2.1.1保护原理

当发电机三相定子绕组发生相间短路、匝间短路及分支开焊等不对称故障时，在故障点出现负序源。

故障分量负序方向元件的和分别取自机端TV、TA，其TA极性图见图5.2.1.1，则故障分量负序功率?

P2为：

式中为的共轭相量，?

sen。

2为故障分量负序方向继电器的最大灵敏角。

一般取60?

~80?

（滞后的角度）。

故障分量负序方向保护的动作判据可表示为：

实际应用动作判据综合为：

?

P2=?

U2r?

I’2r+?

U2i?

I’2i>

P

（?

u、?

i、?

P为动作门槛）

保护逻辑框图见图5.2.1.2。

图5.2.1.1故障分量负序方向保护极性图

图5.2.1.2故障分量负序方向保护逻辑框图

5.2.2发电机纵向零序过电压及故障分量负序方向型匝间保护

本保护不仅作为发电机内部匝间短路的主保护，还可作为发电机内部相间短路及定子绕组开焊的保护。

5.2.2.1保护原理

发电机定子绕组发生内部短路，三相机端对中性点的电压不再平衡，因为机端电压互感器中性点与发电机中性点直接相连且不接地，所以互感器开口三角绕组输出纵向3U0，保护判据为：

|3U0|>

Uset

式中，Uset为保护的整定值。

发电机正常运行时，机端不平衡基波零序电压很小，但可能有较大的三次谐波电压，为降低保护定值和提高灵敏度，保护装置中增设三次谐波阻波功能。

为保证匝间保护的动作灵敏度，纵向零序电压的动作值一般整定较小，为防止外部短路时纵向零序不平衡电压增大造成保护误动，须增设故障分量负序方向元件为选择元件，用于判别是发电机内部短路还是外部短路。

故障分量负序方向元件采用图5.2.1.2所示的逻辑，方案二的综合框图见图5.2.2。

发电机并网后运行时，纵向零序电压元件及故障分量负序方向元件组成“与”门实现匝间保护；

在并网前，因ΔI2=0，则故障分量负序方向元件失效，仅由纵向零序电压元件经短延时t1实现匝间保护。

并网后不允许纵向零序电压元件单独出口，为此以过电流I>

Iset闭锁该判据，固定Iset=0.06In。

图5.2.2匝间保护方案二逻辑框图5.2.3高灵敏零序电流型横差保护

高灵敏零序电流型横差保护，作为发电机内部匝间、相间短路及定子绕组开焊的主保护。

5.2.3.1保护原理

本保护检测发电机定子多分支绕组的不同中性点连线电流（即零序电流）3I0中的基波成分，保护判据为：

判据1（无制动特性）：

Iset，Iset为动作电流的整定值，见后

判据2（有制动特性）：

（Ires>

Iop为横差电流，Iop.0为横差最小动作电流整定值，Ires为制动电流（取机端三相电流最大值），Ires.0为最小制动电流整定值，S为比率制动特性的斜率。

判据1、2均可单独构成横差保护，用户可通过控制字进行选择。

发电机正常运行时，接于两中性点之间的横差保护，不平衡电流主要是基波，在外部短路时，不平衡电流主要是三次谐波成分，为降低保护定值和提高灵敏度，保护中还增加有三次谐波阻波功能。

横差保护瞬时动作于出口，当转子发生一点接地时，横差保护经延时t动作于出口，t一般整定为0.5s。

该方案的综合逻辑框图如图5.2.3。

5.3变压器（发-变组、高厂变、励磁变）差动保护

比率制动式差动保护是变压器（发-变组、高厂变、励磁变）的主保护，能反映变压器内部相间短路故障、高压侧单相接地短路及匝间层间短路故障；

保护能正确区分励磁涌流、过励磁故障。

保护采取自适应提高定值的方式，防止外部故障时由于TA饱和引起差动误动，当差流中的三次谐波与基波的比值大于某一定值时，自动提高比率制动差动的动作值、改变比率制动系数和最小制动电流，进一步提高保护的可靠性。

发-变组保护装置最多可实现6侧差动，动作特性图如下：

图5.3.1比率差动动作特性图

图中阴影部分要经过励磁涌流判别、TA断线判别和TA饱和判别后才出口，双阴影部分只要经过励磁涌流判别就出口。

5.3.1比率差动原理

差动动作方程如下

Iop>

Ires.0）

Ires.0）（5-3-1）

Ires>

1.2In

1.2In+0.8（Ires–1.2In）（Ires>

1.2In）（5-3-2）

Iop为差动电流，Iop.0为差动最小动作电流整定值，Ires为制动电流，Ires.0为最小制动电流整定值，S为比率制动特性斜率，In为基准侧电流互感器的额定二次电流，各侧电流的方向都以指向变压器为正方向。

对于两侧差动：

Iop=|1+2|（5-3-3）

Ires=|1-2|/2（5-3-4）

对于三侧及以上差动：

Iop=|1+2+…+n|（5-3-5）

Ires=max{|1|，|2|，…，|n|}（5-3-6）

3≤n≤6，1，2，。

。

n分别为变压器各侧电流互感器二次侧的电流。

判据（5-3-1）为低定值的比率制动差动，判据（5-3-2）为高定值比率制动差动。

5.3.2励磁涌流判别

装置提供两种励磁涌流识别判据，用户可根据需要由控制字进行选用，该控制字设为“1”时，励磁涌流判据为波形畸变判据；

该控制字设为“0”时，励磁涌流判据为二次谐波判据。

5.3.2.1二次谐波判据

保护利用三相差动电流中的二次谐波分量作为励磁涌流闭锁判据。

判别方程如下：

（5-3-7）

Iop.2为A，B，C三相差动电流中最大二次谐波电流，K2为二次谐波制动系数，Iop.1为三相差动电流中最大基波电流。

该判据闭锁方式为“或”闭锁，即涌流满足（5-3-7）式，同时闭锁三相保护。

5.3.2.2波形畸变判据

保护利用每相差流波形的畸变作为励磁涌流闭锁判据。

Ssum+>

K*Ssum—（5-3-8）

Ssum+为差动电流采样点的不对称度值，Ssum-为对应差动电流的对称度值，K为某一固定系数。

该判据闭锁方式为“或”闭锁，即任一相涌流满足（5-3-8）式，同时闭锁三相保护。

5.3.3TA饱和判别

保护利用每相差流中的三次谐波分量作为TA饱和闭锁判据。

I3>

K3*I1（5-3-9）

I3为每相差流中三次谐波电流，K3为三次谐波比例系数（装置内部固定，不需整定），I1为对应基波电流。

任一相差流满足（5-3-9）式，比率制动差动自动改变该相的最小动作电流和比率制动斜率，保证差动保护正确、可靠动作。

5.3.4TA断线判据

当任一相差动电流大于0.15倍的额定电流时启动TA断线判别程序，满足下列条件认为TA断线:

●本侧三相电流中至少一相电流不变；

●最大相电流小于1.2倍的额定电流；

●本侧三相电流中至少有一相电流为零。

5.3.5差流速断保护

当任一相差动电流大于差流速断整定值时瞬时动作于跳各侧断路器。

5.3.6差流越限

当差动电流超过一定值时，发告警信号。

差流越限定值可整定。

5.4励磁机比率制动式差动保护

比率制动式差动保护是励磁机内部相间短路故障的主保护，保护原理同发电机比率制动式差动保护。

5.5定子接地保护

作为发电机定子回路单相接地故障保护，当发电机定子绕组任一点发生单相接地时，该保护按要求的时限动作于跳闸或信号。

5.5.1保护原理

基波零序电压保护发电机从机端算起的85%~95%的定子绕组单相接地；

三次谐波电压保护发电机中性点附近定子绕组的单相接地。

5.6转子一点接地保护

该保护主要反映转子回路一点接地故障。

5.6.1保护原理

采用乒乓式开关切换原理，通过求解两个不同的接地回路方程，实时计算转子接地电阻值和接地位置。

5.7转子一点接地加两点接地保护

发电机励磁回路一点接地故障，对发电机并未造成危害，但若再相继发生第二点接地故障，则将严重威胁发电机的安全。

5.7.1保护原理

一点接地保护原理同前所述，但在这里的一点接地电阻定值只有一段，通过延时发信。

在一点接地故障后，保护装置继续测量接地电阻和接地位置，此后若再发生转子另一点接地故障，则已测得的?

值变化，当其变化值?

超过整定值时，保护装置就确认为已发生转子两点接地故障，发电机被立即跳闸。

保护判据为：

|?

|>

set?

set为转子两点接地位置变化整定值

5.8失磁保护

发电机励磁系统故障使励磁降低或全部失磁，从而导致发电机与系统间失步，对机组本身及电力系统的安全造成重大危害。

因此大、中型机组要装设失磁保护。

失磁保护的主判据可由下述判据中的一个或两个组成。

a.定励磁低电压判据

为了保证在机组空载运行及P<

Pt的轻载运行情况下失磁时保护能可靠动作，或为了全失磁及严重部分失磁时保护能较快出口，附加装设整定值为固定值的励磁低电压判据，简称为“定励磁低电压判据”，其动作方程为：

Ufd≤Ufd.set

式中，Ufd.set为励磁低电压动作整定值，整定为（0.2-0.8）Ufd0，一般可取Ufd.set=0.8Ufd0。

若“定励磁低电压判据”单独出口，还需采取“I<

0.06In”的闭锁措施，以防止发电机并网过程及解列过程中失磁保护误出口。

在系统短路等大干扰及大干扰引起的系统振荡过程中，“定励磁低电压判据”不会误动作。

b.静稳边界阻抗主判据

阻抗扇形圆动作判据匹配发电机静稳边界圆，采用0?

接线方式（、），动作特性见图5.8.1所示，发电机失磁后，机端测量阻抗轨迹由图中第I象限随时间进入第Ⅳ象限，达静稳边界附近进入圆内。

静稳边界阻抗判据满足后，至少延时1s~1.5s发失磁信号、压出力或跳闸，延时1s~1.5s的原因是躲开系统振荡。

扇形与R轴的夹角10?

~15?

为了躲开发电机出口经过渡电阻的相间短路，以及躲开发电机正常进相运行。

图5.8.1静稳边界阻抗判据动作特性

需指出，发电机产品说明书中所刊载的xd值是铭牌值，用“xd（铭牌）”符号表示，它是非饱和值，它是发电机制造厂家以机端三相短路但短路电流小于额定电流的情况下试验取得的，误差大，计算定值时应注意。

c.稳态异步边界阻抗判据

发电机发生凡是能导致失步的失磁后，总是先到达静稳边界，然后转入异步运行，进而稳态异步运行。

该判据的动作圆为下抛圆，它匹配发电机的稳态异步边界圆。

特性曲线见图5