发电机保护装置主要定值整定原则.docx
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发电机保护装置主要定值整定原则
发电机保护装置主要定值整定原则
发电机保护装置主要定值整定原则
（仅供参考）
DGP-11数字发电机差动保护装置
DGP-12数字发电机后备保护装置
DGP-13数字发电机接地保护装置
北京美兰尼尔电子技术有限公司
1DGP-11数字发电机差动保护主要定值整定原则
1.1纵差保护
1.1.1差动速断保护动作电流整定
差动速断保护动作电流一般按躲过机组非同期合闸产生的最大不平衡电流整定。
一般可取3～4倍额定电流。
1.1.2比率差动保护
1.1.2.1最小动作电流（Ido）整定
Ido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（Iunb·o）整定，即：
Ido=Kk·Iunb·o或Ido=Kk×2×0.03If2n
式中：
Kk—可靠系数，取1.5；
Iunb·o—发电机额定负荷状态下，实测差动保护中的不平衡电流；
If2n—发电机二次额定电流。
一般可取Ido=（0.15～0.3In），通常整定为0.2In。
如果实测Iunb·o较大，则应尽快查清Iunb·o增大的原因，并予消除，避免因Ido整定过大而掩盖一、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Ido不应无根据地增大。
1.1.2.2拐点电流定值（Iro）整定
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，Iro可整定为：
Iro=（0.8～1.0）If2n
1.1.2.3比率制动系数（K）整定
发电机差动保护比率制动系数按下式整定：
K=Kk·Kap·Kcc·Ker
式中：
Kk—可靠系数，取1.5；
Kap—非周期分量系数，取2.0；
Kcc—电流互感器同型系数，取1.0；
Ker—电流互感器比误差，取0.1。
在工程实用中，通常为安全可靠取K=0.3。
1.1.2.4灵敏度校验
按上述原则整定的比率制动特性的差动保护，当发电机机端两相金属性短路时，差动保护的灵敏度一定满足要求，不必进行灵敏度校验。
1.2横差保护
1.2.1单元件横差保护动作电流整定
动作电流定值（Ihczd）按躲过外部短路最大不平衡电流整定，一般可取：
Ihczd=（0.2～0.3）If1n/na
式中：
If1n—发电机一次额定电流；
na—发电机横差零序电流互感器变比。
1.2.2高灵敏横差保护
Ø动作电流整定
高灵敏横差保护动作电流定值（Ihczd）按躲过发电机正常运行时中性点连线的最大不平衡电流整定，一般可取：
Ihczd=（0.05～0.1）If1n/na
式中：
If1n—发电机一次额定电流；
na—发电机横差零序电流互感器变比。
作为该保护动作电流的运行值，应按躲过最大外部短路电流和失磁、失步时转子偏心在横差电流互感器二次侧输出的零序不平衡电流的基波和三次谐波分量。
灵敏横差动作电流运行值可按下式整定：
Ihczd=Kk·Kap
式中：
Kk—可靠系数，取1.5；
Kap—非周期分量系数，取1.5～2.0；
Iunb·1·max—最大外部短路电流时横差TA二次侧输出的基波零序不平衡电流；
Iunb·3·max—最大外部短路电流时横差TA二次侧输出的三次谐波不平衡电流；
K3—三次谐波滤过比，取100。
Ø高灵敏模差保护的拐点电流和制动系数整定
拐点电流Iro，一般取发电机的二次额定电流If2n。
相电流制动系数一般选取0.2～0.5。
Ø动作时间整定
在发电机励磁回路一点接地动作后，为防止励磁回路发生瞬时性两点接地时横差保护误动，保护切换时间整定为0.5～1s。
2DGP-12数字发电机后备保护装置主要定值整定原则
2.1复压闭锁过流保护
2.1.1动作电流定值整定计算
动作电流应按躲过发电机额定电流整定，计算公式为：
Idzzd=
式中：
Kk—可靠系数，取1.3～1.5；
Kf—返回系数，取0.9～0.95；
If2n—发电机额定电流二次值。
灵敏系数应按下式校验：
KLm=
≥1.2
式中：
I
（2）k·min—为系统侧（主变高压侧）母线两相金属性短路时流过保护的最小短路电流（二次值）。
2.1.2低电压元件整定计算
低电压元件取线电压，动作电压定值（Udzzd）可按下式整定。
对于汽轮发电机：
Udzzd=0.6Ufn
对于水轮发电机：
Udzzd=0.7Ufn
式中：
Ufn—发电机额定电压（二次值）。
灵敏系数应按系统侧主变高压侧母线三相短路的条件校验：
KLm=
≥1.2
式中：
I（3）k·max—主变高压侧母线金属性三相短路的最大短路电流（二次值）；
Xt—系统（主变）电抗，取Xt=Zt。
2.1.3负序电压元件整定计算
负序动作电压定值（Udzzd）应按躲过正常运行时出现的不平衡电压整定，
一般可取：
Udzzd=（0.06～0.08）Un
式中：
Un—额定电压二次值。
灵敏系数应按系统侧（主变高压侧）母线两相短路的条件校验：
KLm=
≥1.5
式中：
U2·min—系统侧（主变高压侧）母线两相短路时，保护安装处的最小负序电压。
2.1.4时间元件整定
按大于升压变压器后备保护的动作时间整定。
2.2发电机失磁保护
2.2.1失磁保护定子判据
2.2.1.1异步边介阻抗圆
Ø失磁发电机的机端阻抗最终轨迹一定进入图1的圆1中，圆1称为异步边介阻抗圆，其整定为：
XA=-0.5X′d
XB=-（Xd+0.5X′d）
式中：
X′d、Xd—分别为发电机暂态电抗和同步电抗标么值（取不饱和值）；
Ugn、Sgn—分别为发电机额定电压和额定视在功率；
na、nV—分别为电流互感器和电压互器变比。
Ø异步边介阻抗圆心电抗定值（XO）、电阻定值（RO）
及阻抗圆半径定值（Zr）按下式计算：
2.2.1.2静稳边介阻抗圆
Ø静稳边介阻抗圆见图1中的圆2，其整定值为：
XC=XS
XB=-（Xd+0.5X′d）
式中：
XS—发电机与系统的联系电抗（包括升压变压器阻抗）标么值（以发电机额定值为基准值）。
Ø静稳边介阻抗圆心电抗定值（XO）、电阻定值（RO）及阻抗圆半径定值（Zr）按下式计算：
2.2.1.3准静稳边介阻抗圆（苹果圆）
鉴于阻抗图2在第Ⅰ、Ⅱ象限的动作区易发生非失磁条件下的误动，为此选用图1中的苹果圆3，它是在整定静稳边介阻抗圆的基础上作出的动作特性。
取X轴上的两点即原点O（机端）和－XB作为苹果圆的公共弦，在公共弦的中垂线上取对称于X轴的两点O1和O2，以O1和O2为圆心作圆弧（虚线苹果圆3）使之与静稳边介阻抗圆在第Ⅲ、Ⅳ象限尽量接近，苹果圆3就是准静稳边介阻抗圆。
由于电抗XC是随运行方式而变的，XC的变化严重影响圆2和苹果圆3的大小，作为失磁保护整定计算，由系统调度部门给定XS值即可作出静稳边介阻抗圆和准静稳边介苹果圆，XS可取最经常运行方式下的数值。
2.2.2失磁保护转子判据
2.2.2.1等励磁电压判据
励磁低电压定值（Ufdzd）视机组的实际情况整定，一般取：
Ufdzd=0.8Ufdo
式中：
Ufdo—发电机空载额定励磁电压值。
当进相运行时，适当降低Ufdzd定值；当重载运行，为快速切除部分失磁跳闸的发电机，可适当提高Ufdzd定值。
2.2.2.2变励磁电压判据
变励磁比例系数Kf、凸极功率定值Pt的整定：
与系统并联运行的发电机，对应于某一有功功率P，具有为维持静态稳定极限所必须的励磁电压Ufd，也就是说，按照静稳极限条件（例如：
汽轮发电机的功角δ=90°），输送一定的有功功率P，应有相应的励磁电压Ufd。
P值不同，静稳极限条件下的Ufd也不同，二者的关系体现于变励磁比例系数Kf。
共计算公式为：
Kf=
式中：
Pe—发电机额定功率（单位：
W）；
Pt—发电机凸极功率（单位：
W）；
Cn—额定有功时的修正系数，Cn=－cos2δsb/sin3δsb，δsb为发电机额定有功时的极限功角，通过Kn=Pe/Pt与Cn的关系曲线或查表法可以得到，参见表1；
US—无限大系统母线电压归算到发电机机端的电压值（单位：
V）；
Edo—发电机空载电势（单位：
V）；
Ufdo—发电机空载额定励磁电压（单位：
V）；
Xst—归算到机端侧的机端至无限大系统母线间的联系电抗。
凸极功率Pt整定计算公式：
Pt=
表1：
Kn—Cn表
Kn
Cn
Kn
Cn
Kn
Cn
3.3
0.847
5.6
0.941
7.7
0.968
3.6
0.869
6.0
0.948
8.0
0.970
4.0
0.891
6.3
0.953
8.3
0.972
4.3
0.904
6.6
0.957
8.7
0.975
4.7
0.919
6.8
0.959
9.0
0.976
5.0
0.927
7.1
0.962
9.5
0.979
5.3
0.935
7.4
0.965
10.0
0.981
2.2.3高压侧母线三相低电压判据
本判据主要用于防止由发电机失磁故障引发的无功储备不足的系统电压崩
溃，造成大面积停电，三相低电压定值（Udyzd）按下式计算：
Udyzd=（0.85～0.9）Uh·min
式中：
Uh·min—高压侧系统最低正常运行电压。
2.2.4定子过电流判据
定子过电流判据的动作电流定值（Idzzd）按躲过发电机的额定电流（Ie）整定，整定计算公式为：
Idzzd=
·Ie
式中：
Kk—可靠系数，取1.15～1.3；
Kf—返回系数，取0.9～0.95。
2.2.5辅助判据
2.2.5.1系统故障判据
系统故障判别元件（负序过流元件和相电流元件）动作闭锁失磁保护的定子判据和转子判据。
整定计算公式为：
I2zd=（1.2～1.4）I2cq
Iφzd=
·Ie
式中：
I2zd、Iφzd—分别为负序动作电流定值、相电流动作电流定值；
I2cq—发电机常期允许负序电流（二次值）；
Ie—发电机额定电流（二次值）；
KK—可靠系数，取1.3～1.5；
Kf—返回系数，取0.9。
2.2.5.2强减励磁判据
当发电机机端电压高于定值时，确认为发电机强减励磁闭锁失磁保护定子判据和转子判据。
动作电压（Udz）的整定计算公式为：
Udz=KkUe
式中：
Kk—可靠系数，取1.1～1.3；
Ue—发电机额定电压（二次值）。
2.2.6发电机失磁后允许持续异步运行时间整定
失磁异步运行情况下，动作于发电机解列的延时，由发电机制造厂和电力部门（用户）共同决定允许发电机带（0.4～0.5）Pe的失磁异步运行时间。
2.3发电机过负荷保护
过负荷保护动作电流（Idz）按发电机长期允许的负荷电流下能可靠返回的条件整定，其整定计算公式为：
Idz=
式中：
Kk—可靠系数，取1.05；
Kf—返回系数，取0.9～0.95；
Ie—发电机额定电流。
保护延时按躲过后备保护的最长时间整定。
2.4负序过流保护
负序过流保护动作电流（I2dz）按发电机长期允许的负序电流I2cq整定，其整定计算公式为：
I2dz=
式中：
Kk—可靠系数，取1.2；
Kf—返回系数，取0.9。
保护延时按躲过后备保护的最长时间整定。
3DGP-13数字发电机接地保护装置主要定值整定原则
3.1基波零序电压定子接地保护
Ø动作电压（Uodz）应按躲过正常运行时中性点单相电压互感器或机端三相电压互感器开口三角绕组的最大不平衡电压（Uunb·max）整定，整定计算公式为：
Uodz=Kk·Uunb·max
式中：
Kk—可靠系数，取1.2～1.3；
Uunb·max—实测不平衡电压。
工程实用中，通常整定为：
Uodz=（0.1～0.2）Ue
当投入主变高压侧零序电压闭锁判据时，动作电压（Uodz）和闭锁电压（Uhbs）按下式整定：
Uodz=（0.05～0.1）Ue
Uhbs=15～20V。
Ø动作时间整定应与系统接地保护配合。
3.2三次谐波电压比率定子接地保护
三次谐波电压比定值（K31、K32），必须经过现场实测的并网前、后三次谐波电压比值进行整定，整定方法为：
Ø预整定：
α=Kk
式中：
Kk—可靠系数，取1.3～1.5；
nTVO—机端开口三角零序电压互感器变比；
nTVN—中性点零序电压互感器变比。
Ø实测发电机并网前最大三次谐波电压比值为α1，则并网前比率定值：
K31=（1.3～1.5）α1；
Ø实测发电机并网后最大三次谐波电压比值为α2，则并网后比率定值：
K32=（1.3～1.5）α2；
Ø动作时间整定应与系统接地保护相配合。
3.3三次谐波电压自调整式定子接地保护
三次谐波自调比率定值K整定，应保证发电机正常运行时使制动量K︱U3N︱恒大于动作量，一般取K=0.2～0.3。
动作时间需躲过区外故障后备保护的延时。
3.4零序电流定子接地保护
零序电流动作值（Iodz）按躲过发电机外部发生单相接地并伴随着两相短路时产生的最大不平衡电流整定，整定计算公式为：
Iodz=
（Kk·3Icf+K′KIbph）
式中：
Kf—返回系数，取0.9；
Kk—可靠系数，取2～3（动作时间较长时取较小值）
K′K—可靠系数，取1.5；
3Icf—被保护发电机的电容电流；
Ibph—外部短路时，零序电流互感器二次产生的最大不平衡电流。
零序电流定子接地保护动作时间一般整定为0.5～1s。
3.5发电机转子接地保护
3.5.1转子一点接地保护
转子一点接地保护动作于信号，接地电阻定值（Rgzd）的整定因汽轮发电机和水轮发电机所采用的冷却方式不同而整定不同，通常对于水轮发电机、空冷及氢冷汽轮发电机一般整定20KΩ，对于直接水冷的励磁绕组，一般整定2.5KΩ。
动作时间通常可整定为5s～10s。
3.5.2转子两点接地保护
转子两点接地保护位移定值一般可整为20%。
动作时间按躲过瞬时出现的两点接地故障整定，一般为0.5s～1s。
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