135mw发电机变压器组保护装置整定计算书secretWord文件下载.docx

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7RCS-974定值60

整定说明

1.本工程计算条件为某电厂接入系统过渡方案,系统最大、最小运行方式正序、负序、零序阻抗皆由省调度提供；

2.在对装置进行实际整定时,应核对保护定值单与系统定值的保护投入总控制字是否对应，对于某一种保护功能，如果保护投入控制字置“1”，相应保护定值、控制字才有效，如保护投入总控制字的功能退出，则定值单中相应功能块自动退出，装置上不再显示和打印，也不需整定；

3.整定时应先核实设计院图纸与接线是否符合，核对接线变化是否引起保护定值发生变化，以便进行相应的调整；

4.在编写操作规程涉及保护相关内容时,操作规程必须与本保护定值相配合；

5.跳闸控制字中十六进值与二进值的转换关系如下:

0000→0；

0001→1；

0010→2；

0011→3；

0100→4；

0101→5；

0110→6；

0111→7；

1000→8；

1001→9；

1010→A；

1011→B；

1100→C；

1101→D；

1110→E；

1111→F.

1、原始资料

1.1发电机变压器参数

a.发电机QF-135-2-13.8

额定功率:

Pn=135MW；

额定功率因数（滞后）:

COSФ=0.85；

额定容量:

Sn=158.8MVA；

额定电压:

Un=13.8KV；

额定电流:

In=6645A；

空载励磁电流:

Ifo=677A；

额定励磁电流:

Ifn=1641A；

空载励磁电压（75℃）:

Ufo=89.4V；

额定励磁电压（100℃）:

Ufn=231.2V，效率:

η=98.63%；

直轴超瞬变电抗饱和值:

X〞d=17.64%，非饱和值X〞d=（17.64/0.92）%=19.17%；

直轴瞬变电抗饱和值:

X′d=22.4%，非饱和值X′d=（22.4/0.88）%=25.45%；

直轴同步电抗饱和值:

Xd=170.64%，非饱和值Xd=170.64%；

负序电抗饱和值:

X2=19.69%，非饱和值X2=（19.69/0.92）%=21.4%；

零序电抗:

Xo=7.53%；

定子绕组每相对地电容:

0.4106μF；

b.主变压器SFP10-160000/220W3

Sn=160000KVA；

额定电压:

242±

2×

2.5%/13.8KV；

连接组别:

YN,d11；

短路阻抗:

Ud=13.31%。

c.厂用变压器SF10-20000/13.8W3

Sn=20000KVA；

13.8±

2.5%/6.3；

Ud=10.19%；

D,d0；

d.励磁变压器ZLSG-1350/15

Sn=1350KVA；

13.8/0.46KV；

Ud=5.85%；

连接阻抗:

Y,d11.

1.2整定计算相关资料

《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》

《发电机变压器继电保护整定算例》

《电力系统继电保护与安全自动装置整定计算》

《电力工程电气设计手册》

《RCS-985A型发电机变压器成套装置技术使用说明书》

《RCS-974变压器非电量装置技术使用说明书》

技术数据取自发电机、变压器产品说明书。

2.短路电流计算

2.1.短路电流计算网络等效阻抗如图，电网对本电厂系统阻抗为归算至某电厂220KV母线上的阻抗,为一点等值：

a.等值方式：

不含本电厂220KV＃2发变机组.

b.系统正常运行大方式（不包括变压器）:

ZP1=0.0165；

ZP0=0.0269

c.系统正常运行小方式（不包括变压器）:

ZP1=0.0271；

ZP0=0.0453

d.以Se=100MVA、Ue=230KV为基准值的标幺值.

e.数据格式：

正序/零序.

f.网络等效阻抗图

升压变压器电抗:

X*1B=10Ud%*Sj/Se=13.31×

103/160000=0.0832；

发电机电抗:

X*U=（X,,d%/100）·

（Sj·

COSø

/Pe）=17.64%·

100·

0.85/135=0.1111

高厂变电抗:

X*2B=10Ud%*Sj/Se=10.19×

103/20000=0.5095

厂变低压侧至出线断路器之间有4根3×

240mm2长度为105米的铜芯电缆；

其参数为：

电缆线路电抗:

X*L=X×

L×

Sj/U2p=0.08×

0.105×

100/4×

6.32=0.0053

X0*=0.35×

X*L=0.001855

图1、大方式下正序网络等效阻抗图

图2、小方式下正序网络等效阻抗图

由于封闭母线尺寸较短,截面大,阻抗值太小,本工程忽略不计.对6KV出线段，本阻抗图只列出其中一回。

2.2.运行小方式下,d1发生三相金属性短路电流：

a.发电机1G供给短路电流：

X*=0.1111+0.0832=0.1943；

X*js=X*×

Se/Sj=0.1943×

158.8/100=0.308

由X*js=0.308在短路电流运算曲线查得I*=3.4；

发电机额定电流（基准电压为230KV）：

I*j=Se/√3×

Uf,n=158.8/√3×

230=0.399KA

I（3）d1=I*j×

I*d=3.4×

0.399=1.35KA

b.220KV系统供给的短路电流：

X*L=0.0271

Ij=Sj/√3Up=100/√3×

230=0.251

I（3）d.min=Ij/X*Σ=0.251/0.0271=9.26KA

2.3.运行小方式下,d2发生三相金属性短路短路电流：

X*js=X*×

Se/Sj=0.1111×

158.8/100=0.1764

由Xjs=0.1764在短路电流运算曲线查得I*=6.2；

13.8=6.644KA

I（3）d1=6.2×

6.64=41.2KA

X*Σ=0.0271+0.0832=0.1103

13.8=4.18

I（3）d.min=Ij/X*Σ=4.18/0.1103=37.89KA

2.4.运行小方式下,d3发生三相金属性短路短路电流：

X*=[（0.0271+0.0832）//0.1111]+0.5095+0.0053

=0.0553+0.5095+0.0053

=0.0553+0.5148=0.5701

6.3=9.16

I（3）d.min=Ij/X*Σ=9.16/0.5701=16.06KA

2.5.运行大方式下,d1发生三相金属性短路电流：

X*=（0.0165）//（0.1111+0.0832）=0.0152

I（3）d.min=Ij/X*Σ=0.251/0.0152=16.51KA

2.6.运行大方式下,d2发生三相金属性短路电流：

X*=（0.0165+0.0832）//0.1111=0.05255

I（3）d.min=Ij/X*Σ=4.18/0.05255=79.5KA

2.7.运行大方式下,d3发生三相金属性短路电流：

X*=[（0.0165+0.0832）//0.1111]+0.5095+0.0053

=0.05255+0.5095+0.0053=0.56735

I（3）d.min=Ij/X*Σ=9.16/0.56735=16.15KA

3.发电机变压器组保护配置方案

3.1发电机变压器主接线方式

图3为发电机变压器主接线图，根据国家电力公司2002年《“防止电力生产重大事故的二十五项重点要求”继电保护实施细则》，发变组保护按双重化配置，共配置两套电量保护RCS-985A和一套非电量保护RCS-974A。

3.2发电机变压器保护配置

1.发电机保护

发电机差动定子过负荷

负序过负荷程序跳闸逆功率

发电机逆功率发电机过激磁保护

定子过电压发电机定子匝间保护

定子接地保护发电机失磁保护

发电机失步保护发电机频率异常

起停机保护转子接地保护

励磁绕组过负荷

2励磁保护功能

过流保护定、反时限励磁过负荷保护

3.主变压器保护

主变压器差动阻抗保护

主变压器零序过流主变压器过负荷

断路器失灵保护非全相运行

4.高压厂用变压器

高压厂用变压器差动

高压厂用变压器高压侧复合电压过流保护

高压厂用变压器过负荷

高压厂用变压器分支零序过流

5.非电量保护

主变压器压力瓦斯高压厂用变压器瓦斯

主变压器压力释放高压厂用变压器压力释放

主变压器冷却器故障高压厂用变压器冷却器故障

主变压器绕组温度高压厂用变压器油温

主变压器油温高压厂用变压器油位

主变压器油位次发电机断水保护

系统保护动作联跳励磁系统故障

热工保护

图3、机组保护方案配置示意图

4.整定计算

4.1发电机差动保护

4.1.1发电机稳态比率差动保护

保护主要对象:

发电机定子绕组及其端部引线的相间短路.

发电机机端TA变比:

8000/5；

发电机中性点TA变比:

8000/5.

a.发电机一次额定电流：

If1n=（Pn/COSø

）/√3Uf1n=13500/（0.85×

1.732×

13.8）=6645A

式中：

Pn为发电机额定容量；

为发电机功率因数；

Uf1n为发电机机端额定电压。

b.发电机二次额定电流：

If2n=If1n/nf1h=6645/（8000/5）=4.153

式中If1n为发电机一次额定电流，nflh为发电机TA变比.

c.差动电流起动定值Icdqd的整定：

Icdqd为差动保护最小动作电流值；

应按躲过正常发电机额定负载时的最大不平衡电流整定，即:

图4、比率制动特性

Icdqd=Krel×

0.03×

If2n=1.5×

4.153=0.37A

依整定计算导则:

实际可取（0.1～0.3）If2n,南瑞厂家建议取0.2～0.3；

当一次电流小于1.2倍互感器额定电流时,误差不超过±

3%,因此按工程经验值兼顾可靠性及灵敏性选取为0.3If2n；

则:

Icdqd=0.3×

If2n=0.3×

4.153=1.2459A取：

1.24A.

If2n为发电机二次额定电流；

Krel为可靠系数取1.5.

d.比率制动系数的整定

变斜率比率差动起始斜率：

Kbl1=Kcc×

Ker=0.5×

0.1=0.05；

Kbl1一般取0.05～0.1；

南瑞设备说明书建议发电机取0.07,工程经验值一般取为0.1,故取：

Kbl1=0.1.

式中:

Kcc为互感器同型系数,取0.5；

Ker为互感器比误差系数,最大取0.1.

最大不平衡电流:

依整定计算导则,Iunb.max=Kap·

Kcc·

Ker·

I（3）k.max/n,南瑞厂家建议最大不平衡电流不考虑同型系数:

Iunb.max=Kap×

Ker×

Ik.max

=2×

0.1×

79.5KA=15.9KA

Kap为非周期分量,一般不小于2；

Ker为互感器比误差系数,最大取0.1；

Ik.max为发电机最大外部三相短路电流周期分量二次值，小于4倍电流时取4倍电流额定值；

变斜率比率差动最大斜率：

Kbl2=（Iunb.max*-Icdqd*-2Kbll）/（Ik.max*-2）

=（Iunb.max/If1n-Icdqd*-2Kbll）/（Ik.max/If1n-2）

=（15.9/6.645–1.24/4.153-2×

0.07）/（79.5/6.645-2）

=0.196

Iunb.max*为最大不平衡电流标幺值（发电机额定电流）；

Icdqd*为差动电流起动值的标幺值（发电机额定电流）；

Ik.max*为发电机最大外部三相短路电流周期分量二次值标幺值；

为提高安全可靠性，南瑞厂家建议取Kbl2=0.5，故取：

Kbl2=0.5。

e.灵敏度校验

按上述原则整定的比率制动特性，当发电机端两相金属性短路时，差动保护的灵敏系数一定满足Ksen≥2,即：

按发电机端两相金属性短路时计算,根据计算最小短路电流（d2点）I

（2）d.min和相应的制动电流Ir,在动作特性曲线上查得对应的动作电流Id,则灵敏系数为：

Ksen=I

（2）d.min/Id=（√3×

41200/2）×

（5/8000）/3.85=5.79>

2

I

（2）d.min=41200×

√3/2=35679A

（Ir-nIe）=[35679/（8000/5）]×

0.5-4×

4.153=-5.47

由上式可知Ir<

nIe，所以：

Id=kbl×

Ir+Icdqd=0.234×

[35679/（8000/5）]×

0.5+0.3×

4.153=3.85

其中:

kblr=（kbl2-kbl1）/（2×

n）=（0.5-0.1）/8=0.05

kbl=kbl1+kblr×

Ir/Ie

=0.1+0.05×

0.5/4.153=0.234

Id为差动动作电流；

Ir为制动电流；

Kbl为比率差动制动系数；

Ie为变压器额定电流；

n为最大斜率时的制动电流倍数，装置固定取4。

4.1.2差动速断保护

差电流速断是纵差保护的一个补充部分,一般需躲过机组非同期合闸产生的最大不平衡电流,对于大机组,一般可取3～4倍额定电流。

本工程取工程经验值4倍额定电流。

即：

4×

4.153=16.6A

4.1.3保护出口:

全停.

发电机差动保护整定值

定值名称

计算值

整定步长

整定值

差动起动电流定值

0.09Ie

0.01（Ie）

0.3

差动速断电流定值

4.00Ie

4

比率差动起始制动系数

0.05

0.01

0.1

比率差动最大制动系数

0.196

0.5

差动保护跳闸控制字

1

183B

运行方式控制字整定1表示投入,0表示退出

发电机差动速断投入

投入

发电机比率差动投入

工频变化量差动投入

TA断线闭锁比率差动

退出（不闭锁）

说明:

作为系统外的电厂,从保护设备角度出发,TA断线闭锁比率差动控制字一般可退出,但应结合考虑系统对电厂考核的停机率.从系统角度来说,为减小对系统的冲击和震荡,一般要求TA断线闭锁比率差动控制字投入.故该控制字应和省调协商.本工程暂整定为退出.

4.2主变压器差动保护

4.2.1变压器稳态比率差动

主变高压侧TA变比600/5；

高厂变高压侧TA变比1500/5,主变低压侧（发电机机端）TA变比8000/5。

a.变压器各侧一次额定电流：

高压侧：

Ibln=Sn/（√3×

Ubln）=160000/（√3·

242）=381.7A

Ub1n为变压器高压侧额定电压;

Sn为变压器额定容量。

低压侧：

Ubln）=160000/（√3×

13.8）=6694A

Ub1n为变压器低压侧额定电压；

b.变压器各侧二次额定电流：

Ib2n=Ibln/nbln=381.7/120=3.18A；

nblh为主变高压侧TA变比600/5；

低压侧:

Ib2n=Ibln/nbln=6694/1600=4.18A；

nblh为主变低压侧TA变比8000/5；

c.差动各侧平衡系数计算

平衡系数:

Kph=Ib2n-b/Ib2n=4.18/3.18=1.314

平衡系数Kph=Ib2n-b/Ib2n=4.18/4.18=1

式中Ib2b为变压器计算侧二次额定电流;

Ib2b-b为变压器基准侧二次额定电流值；

对发变组差动、主变差动,基准侧为主变低压侧（发电机侧）。

d.差动各侧电流相位差与平衡补偿

变压器各侧电流互感器二次均采用星形接线。

变压器各侧TA二次电流相位由软件自调，装置采用Y->

Δ变化调整差流平衡

e.差动电流起动定值Icdqd的整定

应按躲过正常变压器额定负载时的最大不平衡电流整定；

Icdqd=Krel（Ker+△U+△m）Ib2n

=1.4×

（0.01×

2+0.05+0.05）×

4.18

=0.7A（归算到低压侧）

在工程实用计算中可取0.2～0.5Ie。

对应于励磁变变压器，由于工作时，强励持续时间较长，两侧TA特性差异大，差流不平衡值较大，差动启动定值应大于0.5Ie。

本工程取0.5Ie，

故取：

Icdqd=0.5Ie=0.5×

4.18=2.09A。

△U为变压器调压引起误差,为2×

2.5%；

△m为本由于电流互感器变比未完全匹配产生误差可取0.05;

Krel为可靠系数1.4;

Ker为电流互感器变比误差0.01×

2。

f.比率制动系数的整定

变斜率比率差动起始斜率:

Kbl1=Ker=0.1

式中Ker为电流互感器比误差系数最大取0.1，Kbl1一般取0.107～0.20；

（参照南瑞厂家技术使用说明书）

Kbl2=（Iunb.max*-Icdqd*-3Kbll）/（Ik.max*-3）

=[（13.66÷

4.18）-（2.09÷

4.18）-（3×

0.1）]/[79500÷

（1600×

4.18）-3]]

=0.278

参照南瑞资料,厂家建议取0.7，故取0.7.

不平衡电流的计算，对于两绕组变压器：

Iunb.max=（Kap×

Kcc×

Ker+△U+△m）Ik.max

=（1.75×

1×

0.1+0.05+0.05）×

79500/1600

=13.66A

△U为变压器调压引起误差，为2×

△m为本由于电流互感器变比未完全匹配产生误差可取0.05；

Iunb.max为最大不平衡电流；

Iunb.max*、Icdqd*、Ik.max*为标么值；

；

Ker电流互感器的比误差,最大取0.1；

Kcc为电流互感器的同型系数（取1.0）；

Ik.max为外部短路时最大穿越短路电流周期分量（二次值，靠近故障侧电流互感器变比为8000/5）；

Kap为非周期分量系数，1.5～2,本工程取1.75.

g.比率差动保护灵敏系数的计算

灵敏系数应按发电机-变压器不并网、最小运行方式下差动保护区内变压器引出线上（d1点）两相金属性短路计算,根据计算最小短路电流Ik.min和相应的制动电流Ir,在动作特性曲线上查得对应的动作电流Id,则灵敏系数为：

Ksen=I

（2）d.min/Id

=（√3×

1350/2）×

（5/8000）×

242×

2/13.8×

5.33

=1169×

2/1600×

13.8×

=4.8>

I

（2）d.min=I（3）d.min×

√3/2=1350×

√3/2=1169A

Ir-nIe=[1169×

2/（8000/5）·

13.8]×

0.5-6×

4.18

=12.8-25.08=-12.28

nIe，故为变斜率,所以：

Ir+Icdqd

=0.253×

[1169/（8000/5）]×

0.5/13.8+2.09

=3.24+2.09=5.33

kblr=（kbl2-kbl1）/2·

n=（0.7-0.1）/2·

6=0.05

kbl=kbl1+kblr×

（242/13.8）/（160000/√3·

13.8·

1600）

1169×

√3/160000=0.1+0.153

=0.253

Id为差动动作电流；

n为最大斜率时的制动电流倍数，装置固定取6。

i.谐波制动比的整定

利用二次谐波来防止励磁涌流误动的差动保护中，二次谐波制动比表示差电流中的二

次谐波分量与基波分量的比值；

参照南瑞厂家技术使用说明书一般二次谐波制动比可整定为15%～20%;

本工程故取15%。

4.2.2差动速断保护

当内部故障电流很大时，防止由于电流互感器饱和引起纵差保护延时动作；

按躲过变压器初始励磁涌流,区外故障或非同期合闸引起的最大不平衡电流整定,主变差动速断、发变组差动速断一般可取5～6倍额定电流,高厂变差动速断、励磁变差动速断一般可取6～8倍额定电流，本工程即取6倍额定电流；

故:

Icdsd=6Ib2n=6×

4.18=25A.

差动速断保护灵敏系数应按正常运行方式下保护安装处两相金属性短路计算，要求Ksen≥1.2。

I

（2）d.min=√3I（3）d.min/2=79500×

0.5×

1.732=68847A；

Klm=68847/（6×

1600）>

1.2

4.2.3保护出口：

主变差动保护定值

比率差动起动电流定值

0.168Ie

0.01Ie

5.5Ie

6

比率差动起始斜率

比率差动最大斜率

0.278

0.7

谐波制动系数

0.15

差动速断投入

比率差动投入

工频变化量比率差动投入

1（装置自整定）

涌流闭锁功能选择

二次谐波闭