电气课程相关知识一.docx

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电气课程相关知识一

摘要…………………………………………………0

1.设计说明…………………………………………2

1.1主接线…………………………………………2

1.2CT、PT配置……………………………………2

2主要保护原理及整定……………………………3

2.1发电机纵差动保护……………………………3

2.1.1保护原理……………………………………3

2.1.2整定内容……………………………………4

2.2发电机定子匝间保护…………………………5

2.3发电机过激磁保护……………………………7

2.4发电机失磁保护………………………………8

2.5发电机反时限负序过流保护…………………10

2.6发电机逆功率保护………………………………13

2.7发电机两点接地…………………………………13

2.8主变压器差动保护………………………………14

2.9变压器复合电压过流保护………………………17

参考文献………………………………………………18

1设计说明

1.1主接线

300MW发电机―变压器组主要保护原理设计，适用于发电机―变压器组采用单元接线，高压侧接入500kV11/2接线系统；发电机出口侧无断路器；励磁方式为静态励磁系统；

在发电机出口侧引接―台高压厂用工作变压器（采用三相分裂线圈）。

接地方式：

发电机中性点为经配电变压器（二次侧接电阻）接地；主变压器高压侧中性点为直接接地；高压厂用分裂变压器6kV侧中性点为中阻接地系统。

1.2CT、PT配置

发电机的出线侧和中性点侧各装设4组CT；

主变压器高压侧套管上装设3组CT；

高压厂用变压器高压侧套管上（或封闭母线内）装设4组CT；

发电机差动保护与主变压器差动保护，当CT不够分配时，允许共用发电机出线侧的一组CT；

发电机一变压器组差动保护中，其中的一臂是差接在高压厂用变压器低压侧的CT上；

发电机一变压器组差动保护装置，不接入励磁变压器的CT，其差动范围为：

从500kV侧CT到发电机中性点CT及高压厂用变压器低压侧CT；

CT的二次电流：

500kV侧选用1A；其它各侧可为1A或5A。

发电机出线侧设有2组PT，其中1组可供匝间保护用（一次侧中性点不直接接地）；2组PT均要求设有3个二次线圈。

主变压器高压侧设1组PT（三相）。

2主要保护原理及整定计算

2.1发电机纵差动保护

2.1.1保护原理

变数据窗式标积制动原理

∣IT-IN∣2≥KbITINcosφ

其中：

iT――发电机机端电流

iN――发电机中性点电流

φ――iT、iN之间的相角差

标积制动原理的动作量和比率差动保护一样。

在区外发生故障时，该原理的表现行为和比率制动原理也完全一样。

但在区内发生故障时，由于标积制动原理的制动量反应电流之间相位的余弦，当相位大于90度，制动量就变为负值，负值的制动量从概念上讲即为动作量，因此可极大地提高内部故障发生时保护反应的灵敏度。

而比率制动原理的制动量总是大于0的。

动作逻辑方式1：

循环闭锁方式

原理：

当发电机内部发生相间短路时，二相或三相差动同时动作。

根据这一特点，在保护跳闸逻辑上设计了循环闭锁方式。

为了防止一点在区内另外一点在区外的两点接地故障的发生，当有一相差动动作且同时有负序电压时也出口跳闸。

2.1.2整定内容（假定：

TA二次额定电流为5（A））

1）比率制动系数K

整定差动保护的比率制动系数。

标积制动原理的Kb和K有一理论上的对应关系，装置自动完成它们之间的转换，对用户仍然整定K。

无单位。

一般：

K＝0.3-0.5

2）启动电流lq

整定差动保护的启动电流。

单位（A）。

一般lq=0.6-2.0（A）

3）TA断线解闭锁电流定值（仅保护方式Ⅱ有效）lct

当发电机差电流大于该定值时，TA断线闭锁功能自动退出。

单位（倍）

它是以电流互感器的二次额定电流为基准的。

一般：

lct=0.8-1.2（倍）

4）差动速断倍数lsd

当发电机差电流大于该定值时，无论制动量多大，差动均动作。

单位：

（倍）

它是以电流互感器的二次额定电流为基准的。

一般：

lsd＝3－8（倍）

5）负序电压定值（仅保护方式Ⅰ有效）U2.dz

当负序电压达该定值，允许一相差动动作出口跳闸。

单位（V）。

一般：

U2.dz＝4－10（V）

6）TA断线延时定值tct

经该定值时间延时发TA断线信号。

单位：

秒。

2.2发电机定子匝间保护

2.2.1原理

反应发电机纵向零序电压的基波分量。

“零序”电压取自机端专用电压互感器的开口三角形绕组，此互感器必须是三相五柱式或三个单相式，其中性点与发电机中性点通过高压电缆相联。

“零序”电压中三次谐波不平衡量由数字付氏滤波器滤除。

为准确、灵敏反应内部匝间故障，同时防止外部短路时保护误动，本方案以纵向“零序”电压中三次谐波特征量的变化来区分内部和外部故障。

为防止专用电压互感器断线时保护误动作，本方案采用可靠的电压平衡继电器作为互感器断线闭锁环节。

本保护能在一定负荷下反应双Y接线的定子绕组分支开焊故障。

保护分两段：

Ⅰ段为次灵敏段：

动作值必须躲过任何外部故障时可能出现的基波不平衡量，保护瞬时出口。

Ⅱ段为灵敏段：

动作值可靠射过正常运行时出现的最大基波不平衡量，并利用“零序”电压中三次谐波不平衡量的变化来进行制动。

保护可带0.1-0.5秒延时出口以保证可靠性。

保护引入专用电压互感器开口三角绕组零序电压，及电压平衡继电器用2组PT电压量。

2.2.2整定内容

1）次灵敏段基波“零序”电压分量定值Uh单位（V）

2）灵敏段基波“零序”电压分量定值U1单位（V）

3）额定负荷下“零序”电压三次谐波不平衡量整定值U3wn单位（V）

4）灵敏段三次谐波增量制动系数K2单位：

（无）

5）灵敏段延时Tzj单位：

（秒）

2.2.3整定计算

1）Uh

次灵敏段“零序”电压基波分量定值（整定范围1－10V）

动作值按躲过任何外部故障时可能出现的基波不平衡量整定

Uh=KUo•bp•max

式中：

Uh=KUo•bp•max――外部短路故障时可能出现的“零

序”电压最大基波不平衡量。

K――可靠系数，可取2－2.5

2）U1

灵敏段“零序”电压基波分量定值（整定范围0.1-5V）

动作值按可靠躲过正常运行时出现的最大基波不平衡量整定

U1=KUo•bp•n

式中：

U1=KUo•bp•n――额定负荷下固有的“零序”电压基

波不平衡量，由实测得到（本机有监测软件）。

K――可靠系数，可取1.5-2

3）U3wn

额定负荷下“零序”电压三次谐波不平衡量整定值（整定

范围1－10V）

开始可整定4（V），开机后由实测得到准确直，然后整定。

4）

灵敏段三次谐波增量制动系数（整定范围0-0.9）

由经验决定。

一般取0.3-0.5

5）Tzj

灵敏段延时（整定范围0－1秒）

为增加此段可靠性而设。

一般取0.1-0.2秒。

2.3发电机（变压器）过激磁保护

原理

发电机（变压器）会由于电压升高或者频率降低而出现过励磁，发电机的过励磁能力比变压器的能力要低一些，因此发变组保护的过盛磁特性一般应按发电机的特性整定。

过激磁保护反应过激磁倍数而动作。

过激磁倍数定义如下：

BU/fU*

N===

BeUe/fef*

其中：

U、f――电压、频率

Ue、fe――额定电压、额定频率

U*、f*――电压、频率标么值

B、Be――磁通量和额定磁通量

过激磁电压取自机端TV线电压（如UAB电压）。

出口方式Ⅰ：

定时限方式

定时限t1发信或跳闸

定时限t2发信或跳闸

U/f>t1/o发信或跳闸

t2/o发信或跳闸

出口方式Ⅱ：

反时限方式

定时限发信

反时限发信或跳闸

反时限曲线特性由三部分组成：

a）上限定时限；b）反时限;c）下限定时限。

当发电机（变压器）过激磁倍数大于上限整定值时，则按上限定时限动作；如果倍数超过下限整定值，但不足以使反时限部分动作时，则按下限定时限动作；倍数在此之间则按反时限规律动作.

2.4发电机失磁保护

2.4.1原理

失磁保护由发电机机端测量阻抗判据、转子低电压判据、变压器高压侧低电压判据、定子过流判据构成。

一般情况下阻抗整定边界为静稳边界圆，但也可以为其它形状。

当发电机须进相运行时，如按静稳边界整定圆整定不能满足要求时，一般可采用以下三种方式之一来躲开进相运行区。

a）下移阻抗圆，按异步边界整定

b）采用过原点的两根直线，将进相区躲开。

此时，进相深度可整定。

c）采用包含可能的进相区（圆形特性）挖去，将进相区躲开。

转子低电压动作方程

Vfd

Vfdo

Vfd<（P-Pt）当Vfd

Kf×SN

其中：

Vfd――转子电压

Vfl.dz――转子低电压动作值

Vfdo――发电机空载转子电压

Sn――发电机额定功率

Kf――转子低电压系数

P――发电机出力

Pt――发电机反应功率

2.4.2保护的整定计算

1）高压侧低电压Uhi•dz

按照系统长期允许运行的低电压整定。

2）阻抗圆心-Xc

以静稳圆整定，也可按异步圆整定。

3）阻抗圆半径-Xr

以静稳圆整定，也可按异步圆整定。

4）转子低电压Vfl•dz

转子低电压可按发电机空载励磁电压的0.2-0.5倍整定。

5）转子低电压判据系数Kf

转子低电压系数，用于整定转子电压动作曲线斜率。

单位（元）

Kk

Kf=式中，Xd∑＝Xd+Xs

Xd∑

若实际基准为Vfd[0]，P[0]，与装置假定值Vfd0＝125V,SN＝866VA相差较大时，可修正Kf

125P[0]

[整]=Kf

866Vfd[0]

Xs为升压变压器及系统等值电抗之和（标么）

Kk＝1.1为可靠系数，Xd为发电机电抗（标么）

5）反应功率Pt

考虑凸极效应。

单位（W）

111

Pt=（-）SN,式中:

Xd∑＝Xd+Xs,Xd∑＝Xq+Xs

2Xq∑Xd∑

Xd及Xq分别为发电机d轴和q轴电抗（标么）,SN为二次基准功率。

7）定子过流lg•dz

可按发电机过载异步功率整定。

单位（A）。

一般lg•dz=1.05le

8）动作时间t1

整定保护的延时动作时间。

单位（S）

9）动作时间t2

整定保护的延时动作时间。

单位（S）

10）动作时间t3

整定保护的延时动作时间。

单位（S）

2.5发电机反时限负序过流保护

2.5.1保护原理

保护反应发电机定子的负序电流大小。

保护发电机转子以防表面过热。

保护由二部分组成：

负序定时限过负荷和负序反时限过流。

电流取自发电机中性点（或机端）TA三相电流。

反时限曲线特性由三部分组成：

a）上限定时限；b）反时限；c）下限定时限。

当发电机负序电流大于上限整定值时，则按上限定时限动作；如果负序电流超过下限整定值，但不足以使反时限部分动作时，则按下限定时限动作；负序电流在此之间则按反时限规律动作。

负序反时限特性能真实地模拟转子的热积累过程，并能模拟散热，即发电机发热后若负序电流消失，热积累并不立即消失，而是慢慢地散热消失，如此时负序电流再次增大，则上一次的热积累将成为该次的初值。

反时限动作议程：

（I22-K22）t≥K21

其中：

I2――发电机负序电流标么值

K22――发电机发热同时的散热效应

K21――发电机的A值

出口方式：

可发信或跳闸

2.5.2保护的整定计算

1）定时限负序过负荷电流定值I2•ms•dz

按发电机长期允许的负序电流下能可靠返回的条件整定。

2）定时限负序过负荷动作时间ts

按躲后备保护的动作延时整定。

3）反时限负序过流启动定值I2•m•dz

按保护装置所能提供的最大跳闸时间确定（通常为1000秒），据此发电机能承受的负序电流整定。

此值一般应接近于负序过负荷保护的动作电流。

4）反时限负序过流速断定值I2•up•dz

按躲过主变压器高压侧两相短路的条件整定。

5）散热系数K22

一般按发电机长期允许的负序电流标么值整定。

K22=（I2∝/Ie）2

当发电机实际额定电流为Ie，与CT二次额定电流IN相差较大时，需折算

le

K22[整]=（）2K22

lN

le

K21[整]=（）2K21

lN

其中：

l2∝－发电机长期允许的负序电流

le－发电机额定电流

6）热值系数K21

按发电机A值整定

7）长延时动作时间t1

按l2•m•dz电流能够承受的时间整定（一般1000秒）。

8）速断动作时间tup

当与其它保护在动作时间的配合上出现矛盾时，应兼顾保护的选择性和灵敏性要求。

2.6发电机逆功率保护

保护原理

逆功率保护用于保护汽轮机，当主汽门误关闭，或机组保护动作于关闭主汽门而出口断路器未跳闸时，发电机将变为电动机运行，从系统中吸收有功功率。

此时由于鼓风损失，汽机尾部叶片有可能过热，赞成汽机损坏。

因此一般不允许这种情况长期存在，逆功率保护可很好地起到保护作用。

在大型发电机组上一般为可靠装设二套独立的逆功率保护。

逆功率保护反应发电机从系统吸收有功的大小。

逆功率受TV断线闭锁。

电压取自发电机机端；电流取自发电机中性点（或机端）TA。

出口方式：

可发信或跳闸

P<-P1.dzt1/o发信或跳闸

t2/o发信或跳闸

2.7发电机转子两点接地保护

反应定子电压中二次谐波的“正序”分量，此分量是由转子绕组不对称匝间短路时含二次谐波的磁场以同步转速正向旋转而在定子绕组中生成。

保护受一点接地保护闭锁，发生一点接地时保护自动投入。

保护经入机端三相电压。

8.6.1整定内容

1）二次波电压动作值Uido单位：

（V）

2）保护动作延时Tido单位：

（S）

8.6.2整定计算方法

1）Uid

二次谐波电压动作值（整定范围0－10V）

Uld=Kk×Ubpn

Ubpn为额定负荷下二次谐波电压实测值；Kk为可靠系数，可取2.5-3

2）Lld

保护动作延时（整定范围0.1-2秒），为增加可靠性而设。

2.8主变压器（发变组、厂变、高备变）差动保护

保护原理

变压器差动保护采用有二次谐波制动的比率差动原理，并使用了变数据窗快速算法。

比率制动原理

∣I1+I2∣≥KMax{I1,I2}（二侧差动）

∣I1+I2+I3∣≥KMax{I1+I2+I3}（三侧差动）

其中：

I1――第一侧电流

I2――第二侧电流

I3――第三侧电流

K――制动系数

Max（x,y）――取x，y中最大值

变数据窗算法原理

所谓变数据窗算法是指差动保护能够在故障刚开始发生且故障采样数据量较少时自适应地提高保护的制动曲线，随着故障的进一步发展、计算精度的进一步提高，能逢动降低制动特性曲线，以其与算法精度完全相配套。

这种自适应的制动曲线，最终的（也是最精确的）是用户整定的特性。

采用这一算法可以大大提高严重内部故障时的动作速度，同时丝毫不会降低轻微故障时的灵敏度。

出口方式

原理：

任一相差动保护动作即出口跳闸。

这种方式另外配有TA断线检测功能。

在TA断线时瞬时闭锁差动保护，并延时发TA断线信号。

TA断线可根据需要投退运行。

保护的

8.7.2整定内容（假定TA二次额定电流为5（A））

1）比率制动系数K

整定差动保护的比率制动系数。

单位（无）一般：

K=0.4-0.7

2）二次谐波制动比

整定差动二次谐波制动比。

单位（无）。

一般：

Nec=0.12-0.24

3）启动电流lq

整定差动保护的启动电流。

（归算到低压侧）。

单位（A）。

一般：

lq=1.0-3.0（A）

4）TA断线解闭锁电流定值lct

当差电流大于该定值时，TA断线闭锁功能自动退出。

单位：

（倍）

它是以TA的二次额定电流为基准的。

（装置内部默认为5（A）或1（A）

一般：

lct=0.8-1.5（倍）。

（归算到低压侧）

5）速断电流lsd

整定差动保护速断电流倍数。

它是以TA的二次额定电流为基准的。

（装置内部默认为lN5（A）或1（A））

单位（倍）。

一般lsd＝3.0-7.0（倍）（归算到低压侧）

6）启动电流lq

按躲过最大负荷电流条件下流入保护装置的不平衡电流整定。

最小动作电流宜在0.2ls以上。

装置上一般以归算到低压侧（如发电机侧）电流来整定。

7）TA断线解闭锁电流定值lct

按躲开变压器最大负荷电流整定。

该电流装置上一般以归算到低压侧（如发电机侧）电流来整定计算。

它是以TA的二次额定电流为基准的。

Ict=（1.2-1.3）If•max/（nL×Ict•e）

其中：

If•max－变压器最大负荷电流

Ict•e－电流互感器二次额定电流

8）速断电流lsd

该电流装置上一般以归算到低压侧（如发电机侧）电流来整定计算。

它是以TA的二次额定电流为基准的。

如整定n倍额定电流，且TA二次额定电流为5（A）：

则：

lsd＝n×le/（n1×5）（倍）

推荐n用4－8。

2.9变压器复合电压过流保护

原理

保护反应变压器电压、负序电压和电流大小。

电流电压一般取自变压器的同一侧TA和TV

出口方式：

可发信或跳闸。

整定内容

1）电流定值lg•dz

整定电流。

单位（A）

2）低电夺定值U1•dz

整定低电压。

单位（V）

3）负序电压定值U2•dz

整定负序电压。

单位（V）

4）动作时间t1

整定保护的延时动作时间。

单位（S）

5）动作时间t2

整定保护的延时动作时间。

单位（S）