发电机变压器组保护技术规范书.docx
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发电机变压器组保护技术规范书
山东济矿鲁能煤电有限公司阳城电厂（2X150MW）工程
微机型发电机变压器组保护装置
（含高厂变和励磁变）
技术规范书
中南电力设计院
2008.4
1技术要求
1.1应遵循的主要现行标准
下列标准所包含的条文，通过在本规范书中引用而构成本规范书的条文。
所示标准均应采用最新有效版本。
所有标准都会被修订，使用标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。
GB2423电工电子产品基本环境试验规程
GB/T13926工业过程测量和控制装置的电磁兼容性
GB6162-85静态继电器和保护装置的电气干扰试验
GB7261-87继电器及继电保护装置基本试验方法
GB-2887-89计算机场地技术条件
GB50171-92电气装置安装工程盘、柜及二次回路结线施工及验收规范
GB/14537-93量度继电器和保护装置的冲击和碰撞试验
GB14285-93继电保护和安全自动装置技术规程
GB50065-1994交流电气装置的接地设计规范
GB/T14598.9-1995辐射静电试验
GB/T14598.10-1996快速瞬变干扰试验
GB/T14598.13-19981兆赫脉冲群干扰试验
GB/T14598.14-1998静电放电试验
DL/T671-1999微机发电机变压器组保护装置通用技术条件
DL/T667-1999继电保护设备信息接口配套标准
NDGJ8-89火力发电厂、变电所二次接线设计技术规程
电安生[1994]191号文《电力系统继电保护及安全自动装置反事故措施要点》
电安生[1997]356号文《电力系统继电保护技术监督规定》
电调[1994]701号文《电力系统继电保护及安全自动装置质量监督管理规定》
《“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》国电调（2002）138号“电安”[1994]191号关于颁布《电力系统继电保护及安全自动装置反事故措施要点》的通知中的有关条款。
华东电调（1996）573号文件《关于执行“华东电网大型发电机、变压器保护反措实施细则”的通知》。
江苏省电力工业局苏电调字（1995）1012号关于颁发《江苏电网继电保护及安全自动装置反事故措施要点实施细则》的通知中的有关条款。
1.2工程条件
1.2.1工程概况
发电机变压器组接线：
发电机双卷变接220kV母线，220kV为双母线接线；
发电机变压器组容量：
发电机150MW；变压器180MVA；
系统电压：
高压侧：
242kV；发电机侧：
15.75kV；
主变压器接线组别：
Yn、d11；
励磁方式：
静止励磁系统；
高压厂用变压器电压：
高压侧：
15.75kV；
低压侧：
6.3kV；
高压厂用变压器接线组别：
D,dO；
高压厂用变压器容量：
20MVA；
最大短路电流：
高压侧：
（待定）kA；
发电机出口侧：
（待定）kA；
高压厂用变压器高压侧：
（待定）kA；
高压厂用变压器低压侧：
（待定）kA。
1.3基本技术条件
1.3.1型式：
微机型。
1.3.2交流电源
额定电压：
220V；
允许偏差：
－15％～＋10％；
波形：
正弦，波形畸变不大于5％；
频率：
50Hz±0.5％。
1.3.3直流电源
额定电压：
220V；
允许偏差：
－20％～＋10％；
波纹系数：
不大于5％。
1.4主要设备技术参数
1.4.1额定数据
CT变比：
主变压器高压侧：
600~1200/5A；
发电机侧：
8000/5A；
高压厂用变压器高压侧：
2500/5A；1250/5A；
高压厂用变压器低压侧：
（待定）
PT电压：
220kV:
（220/√3）/（0.1/√3）/（0.1/√3）/0.1kV
15.75kV：
（15.75/√3）/（0.1/√3）/（0.1/√3）/（0.1/3）kV；
频率:
50Hz。
1.4.2主变高压侧断路器参数：
控制电压:
DC220V；
合闸电流:
5A；
跳闸电流:
5A。
1.4.3厂变低压侧断路器参数：
控制电压:
DC220V；
合闸电流:
A；（待定）
跳闸电流:
A。
（待定）
1.5整套装置的主要功能：
1.5.1装置应具有独立性、完整性、成套性。
被保护设备包括发电机、主变压器、励磁系统、高压厂用变压器及这些设备间的母线和主变高压侧至220kV断路器之间的引出线等。
在成套装置内应具有被保护设备所必需的保护功能。
1.5.2装置的保护模块配置应合理。
当装置出现单一硬件故障退出运行时，被保护设备应能允许继续运行。
1.5.3非电量保护可经装置触点转换出口或经装置延时后出口，装置应反映其信号。
1.5.4装置中不同类型的保护，应设有方便的投退功能。
1.5.5装置应具有必要的参数监视功能。
1.5.6装置应具有必要的自动检测功能。
当装置自检出元器件损坏时，应能发出装置异常信号，而装置不应误动。
装置应具有自复位功能，当软件工作不正常时应能通过自复位电路自动恢复正常工作。
装置各保护软件在任何情况下都不得相互影响。
装置每一个独立逆变稳压电源的输入应具有独立的保险功能，并设有失电报警。
装置应记录必要的信息（如故障波形数据），并通过接口送出；信息不应丢失，并可重复输出，信息内容及输出方式由企业标准规定。
1.5.7保护屏柜端子不允许与装置弱电系统（指CPU的电源系统）有直接电气上的联系。
针对不同回路，应分别采用光电耦合、继电器转接、带屏蔽的变压器磁耦合等隔离措施。
1.5.8装置应有独立的内部时钟，其误差每24h不应超过±5s，并提供外部时钟同步接口。
保护装置具有GPS对时功能，用串行口接收GPS发出的时钟，并接收GPS定时发出的硬同步对时脉冲，刷新CPU系统的秒时钟，对时误差<1mS.
1.5.9系统有可靠的数码管或液晶显示，提供独立的监控手段，并有良好的人机界面和丰富的操作功能。
1.5.10保护管理机应提供硬件及软件配置明细，供业主确认。
1.6微机型发电机-变压器组（含高厂变、励磁变）各种保护功能的主要技术要求
发电机－变压器组（含高厂变、励磁变）微机保护采用双重化配置，及两套完整的主保护及后备保护，各种保护功能的主要技术要求如下：
1.6.1差动保护：
发电机－变压器组（含高厂变、励磁变）应装设差动保护作为主保护，共装设有以下差动保护装置：
1.6.1.1发电机差动保护：
保护发电机定子绕组及其引出线的相间短路故障。
1.6.1.2主变压器差动保护：
保护主变压器绕组及其引出线的相间短路故障。
1.6.1.3高压厂用变压器差动保护：
保护高压厂用变压器绕组及其引出线的相间短路故障。
以上各差动保护均应具有以下主要功能及技术要求：
a应具有防止区外故障误动的制动特性；
b应具有电流互感器（TA）断线判别功能，并能闭锁差动或报警，当电流大于额定电流时应自动解除闭锁并可动作出口跳闸，同时发出断线信号；
c在同一相上出现两点接地故障（一点区内、一点区外）时，可动作出口；
d应具有差动电流速断功能；
e由于各侧电流互感器的变比可能不同，应有平衡差动保护各侧电流的措施；
f对于变压器的差动保护应有防止励磁涌流引起误动的功能；
g动作电流的整定范围应为0.1-1.0额定电流，整定值允许误差±5%；
h动作时间（2倍整定电流时）不大于30ms。
1.6.2相间短路后备保护
作为发电机－变压器组（含高厂变、励磁变）主保护的远、近后备保护的相间短路故障保护，应装设以下保护装置：
1.6.2.1发电机过电流保护：
由定时限和反时限两部分特性构成；
1.6.2.2发电机负序过电流保护：
由定时限和反时限两部分特性构成；
1.6.2.3主变压器高压侧、高压厂用变压器装设复合电压过电流保护装置；
1.6.2.4发电机复合电压闭锁过电流保护：
断开主变压器高压侧断路器。
1.6.2.5励磁变过流。
上述保护装置均应具有以下主要功能和技术要求：
a保护应与差动保护及线路相间保护的后备保护相配合，保证动作的选择性；
b．反时限特性应能整定，以便与发电机定子或转子表层过热特性近似匹配;
c．反时限特性的长延时应可整定到1000s;
d．反时限整个特性应由信号段、反时限段、速断段等三部分组成;
e．当有电压组件时，应能防止电压互感器（TV）断线和电压切换时的误动；
f．电流整定值允许误差±2.5%；
g．电流组件返回系数不小于0.9；
h．保护固有延时不大于70ms;
i．反时限延时允许误差±5%。
1.6.3发电机定子接地保护
保护发电机定子绕组的单相接地故障，发电机接地方式为中性点不接地，保护装置由下列方式构成：
1.6.3.1零序电压式接地保护装置；
1.6.3.2三次谐波式接地保护装置；
上述保护装置均应具有以下主要功能和技术要求：
a保护范围100％；
b固有延时不大于70ms。
c基波段与三次谐波段分别出口，三次谐波段发信号。
1.6.4主变压器高压侧单相接地保护
保护变压器高压绕组单相接地故障，同时也作为线路保护的后备保护。
由于变压器采用分级绝缘，为防止过电压，主变压器保护构成方式如下：
多台变压器中，部分变压器中性点直接接地，部分变压器中性点经间隙接地时的零序电流、零序电压和间隙零序电流保护装置；
上述保护装置均应具有以下主要功能和技术要求：
a．应保证变压器绕组绝缘不受损坏；
b．装置应设有多个时限，当发生接地故障时，能有选择性切除故障的变压器；
c．零序电压应取自电压互感器的开口三角绕组电压，输入回路额定电压为300V；
d．整定值允许误差±2.5%；
e．返回系数不小于0.9；
f．固有延时（1.2倍整定值时）不大于70ms。
1.6.5发电机励磁回路保护
保护发电机转子回路一点接地故障和两点接地，其主要功能和技术要求如下：
1.6.5.1转子回路一点接地保护要满足无励磁状态下测量要求，返回系数不大于1.3;
1.6.5.2转子绕组不同地点发生一点接地时，在同一整定值下，其动作值误差为：
当整定值为1kΩ－5kΩ时允许误差±0.5kΩ，当整定值大于5kΩ时允许误差±10％；最小整定范围为1kΩ－20kΩ；
1.6.6发电机失磁保护
保护发电机在发生失磁或部分失磁时，防止危及发电机安全及电力系统稳定运行的保护装置。
其主要功能和技术要求如下：
1.6.6.1应能检测或预测机组的静稳边界，或检测机组的稳态异步边界及系统的崩溃电压；还应能检测不同负荷下各种全失磁和部分失磁；
1.6.6.2应防止机组正常进相运行时和电力系统振荡时的误动；还应防止系统故障、故障切除过程中以及电压互感器断线和电压切换时的误动；
1.6.6.3阻抗整定值允许误差±5％,其它整定值允许误差±2.5%；
1.6.6.4固有延时不大于70ms。
1.6.7发电机定子匝间保护
保护发电机定子绕组同相分支或同相不同分支间的匝间短路故障，由以下方式构成：
定子绕组为星形接线、每相无并联分支但中性点有分支引出端子的发电机，装设零序电压保护装置；
上述保护装置均应具有以下主要功能和技术要求：
a区外故障时不应误动，区内故障应有足够的灵敏系数；
b．电压或电流互感器断线时不应误动；
c．三次谐波滤过比应大于100；
d．动作时间（1.2倍定值时）不大于100ms；
e．整定值允许误差±5%。
1.6.8发电机过电压保护
保护发电机在起动或并网过程中发生电压升高而损坏发电机绝缘的事故。
其主要功能和技术要求如下：
1.6.8.1电压整定范围：
1.0～1.5额定电压；整定值允许误差±2.5%;
1.6.8.2返回系数不小于0.9；
1.6.8.3固有延时不大于70ms。
1.6.9发电机逆功率保护
保护发电机在并列运行时，从电力系统吸收有功功率变为电动机运行而损坏机组的保护装置。
逆功率分为两个部分：
一是作为保护装置程序跳闸的起动元件；另一个是作为逆功率保护元件。
其主要功能和技术要求如下：
1.6.9.1有功测量原理应与无功大小无关;
1.6.9.2应具有电压互感器断线闭锁功能;
1.6.9.3有功最小整定应不大于10W（二次的三相功率,额定电流为5A）；有功整定值允许误差±10％;
a返回系数不小于0.9;
b固有延时（1.2倍整定值时）不大于70ms。
1.6.10断路器失灵保护
当保护装置出口动作发出跳闸脉冲而断路器拒动时，以较短的时限断开相邻元件的断路器，以及相邻元件的断路器失灵时，断开发电机－变压器组断路器的保护装置。
其主要功能和技术要求如下：
1.6.10.1采用判别主变压器高压侧相电流来检测断路器是否失灵，当电流大于定值时作为启动失灵的一个条件，并由保护装置总出口的触点和断路器辅助触点闭锁；
1.6.10.2电流整定值允许误差±2.5%
1.6.10.3返回系数不小于0.9；
1.6.10.4固有延时不大于70ms。
1.6.11断路器非全相保护
当发生非全相合闸或跳闸时，由于造成三相负荷不平衡，负序电流在转子表面感应出涡流，保护转子不致发热损坏的保护装置。
其主要功能和技术要求如下：
1采用负序电流和断路器三相位置不对应辅助触点组作为判据；
2负序电流整定范围：
0~0.8额定电流；整定值允许误差±5%；
3装置返回系数不小于0.9；固有延时不大于70ms；
4装置应有0.2~0.5s的延时。
1.6.12变压器本体保护
变压器本体内部的瓦斯、温度以及冷却系统故障等，均应设有信号和保护装置。
其主要功能和技术要求如下：
1.6.12.1变压器冷却器的电流起动组件，应设单独的电流继电器；电流整定值允许误差±2.5%；返回系数不小于0.9；固有延时（1.2倍整定值时）不大于70ms；
1.6.12.2变压器重瓦斯应动作于“全停”出口，但也应能切换到“信号”；变压器轻瓦斯可只动作于“信号”；
1.6.12.3变压器的温度测量装置，应能自动起、停冷却系统；当温度过高时应发出信号。
1.7发电机—变压器组（含高厂变、励磁变）保护
1.7.1发电机－变压器组（含高厂变、励磁变）故障及异常保护
发电机差动
发电机复合电压过流
定子绕组过负荷
转子表层负序过负荷
失灵保护
非全相保护
定子接地
失磁
发电机匝间保护
发电机过电压
转子一点接地
转子两点接地
逆功率
励磁变压器电流速断
励磁变压器过流
励磁绕组过负荷
主变压器差动
主变高压侧复合电压过流
主变高压侧零序过流
主变高压侧过负荷
主变压器高压侧间隙零序电流、电压保护
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
高压厂用变压器A分支复合电压过流、限时电流速断
高压厂用变压器B分支复合电压过流、限时电流速断
高压厂用变压器高压侧过负荷
1.7.2非电量保护
主变压器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
主变压器油位励磁变压器温度
2.8.3其它保护
CT断线PT断线
励磁系统故障
热工保护
1.8保护出口配置及连接片配置
1.8.1每面保护柜设置单独的保护出口，保护出口可分别为：
a全停：
动作于高压侧断路器I（II）跳闸线圈、断开灭磁开关、关闭汽轮机主汽门、断开高厂变A、B分支、起动A、B段快切装置等；
b程序跳闸：
关闭汽轮机主汽门、起动A、B段快切装置等、待逆功率继电器动作后，再跳开发电机出口断路器并灭磁；
c解列灭磁:
动作于高压侧断路器I（II）跳闸线圈、断开灭磁开关等,汽轮机甩负荷；
d减励磁：
减小励磁电流至保护返回；
e减出力：
将原动机出力减到额定值或给定值；
f切换厂用电；
g缩小故障范围：
断开母线分段断路器等；
h起动通风；
I信号：
发出声光信号等。
1.8.2每套保护装置的出口回路应设置有保护投、退的连接片。
1.9保护信息数量及输出方式
整套微机型发电机－变压器组保护装置（含高厂变、励磁变），应设立专用的管理机，所有保护信号通过管理机的RS485串行口与DCS系统进行通信。
每套保护装置输出不少于两组跳闸信号无源接点。
每套保护装置输出的每一个报警信号接点数量不少于3付，其中1付启动故障录波，另2付可送至DCS和其它用途，信号接点应为无源接点，并不能有公共端。
1.10保护分柜原则
1.10.1微机型发电机-变压器组保护装置（含高厂变、励磁变），分设3面柜。
并应提供电压切换箱、操作箱、保护管理机及打印机等。
其分柜细则：
1.10.1.1双重化的保护分别布置于不同柜；
1.10.1.2接于同一组CT回路的保护装于同一柜上；
1.10.1.3每面保护柜配置各自独立的保护出口；
1.10.1.4保护柜的出口跳闸回路，同时动作断路器的两个跳闸线圈。
1.11CPU配置原则
1.11.1采用32位微处理器＋双DSP的高性能硬件结构。
1.11.2双CPU系统结构，每个独立的CPU系统包括完全独立的低通、高精度的并行的A/D、开入及CPU，彻底杜绝保护装置硬件故障引起的误动。
1.11.3高性能硬件保证了一台装置真正实现了所有主保护、后备保护、异常运行保护的功能，对发变组保护按照双主双后配置。
1.11.4装置具有GPS对时功能，对时误差<1ms。
1.12后台管理及录波的要求
1.12.1正常时，液晶能显示时间、变压器的主接线、各侧电流、电压大小和差电流大小。
键盘操作简单，采用菜单工作方式，仅有+、-、↑、↓、←、→、复位、取消、确认等九个按键，易于学习掌握。
人机对话中所有的菜单均为简体汉字，打印的报告也为简体汉字，以方便使用。
1.12.2运行时，保护装置可以显示多达500个各种采样量、差流、相角值，通过专用软件可以监视多达1500个装置内部数据，实现了保护装置的全透明。
1.12.3保护启动后，装置能同时录下全部模拟采样量、差流及保护动作情况，连续录波时间可达4秒钟（24点采样）。
1.12.4四个与内部其它部分电气隔离的RS-485通信接口，其中有两个可以复用为光纤接口；另外有一个调试通信接口和独立的打印接口；利用通信接口还可共享网络打印机；通信规约使用部颁IEC870-5-103标准。
1.12.5远程编程和数据采集，通过以不低于586PC机为主的工程师站，可以实现远程编程和数据采集。
远程编程和数据采集可以达到以下要求：
a、对保护进行整定（该整定尚应加上确认指令后方可输出）
b、查询现行的采样数值和计算出来的参数
c、查询最近3个事故的事故报告
d、查询最近100个事故的保护动作报告
1.12.6接口
1.12.6.1示波器接口（即同步接口）
每面保护柜均有一数字示波器接口及切换装置。
通过此接口及切换装置可以取得该保护柜中每一保护的下列数据：
a、故障前1～20周波的记录
b、故障后400周波之内的故障数据
1.12.6.2打印机接口
每个柜内各CPU系统共享一台打印机，该打印机应能打印图形和报表；每柜均预留有串行口可与一体化管理系统通讯。
1.12.6.3人机接口和标准通讯接口
a、通过每块保护柜上人机接口可以让操作人员输入整定值，存取数据并可输出测试结果。
b、通过标准通讯接口可以对保护柜进行远程编程和数据采集。
1.13交直流电源配置
1.13.1每面保护柜应引接至少二路220V直流电源。
1.13.2每个CPU系统电源和非电量系统电源应分别设有小型直流自动开关。
1.13.3管理机和打印机电源采用～220VUPS电源，另设有小型交流自动开关。
1.13.4除打印机电源外，各自动开关均应设有监视，并可发出断电信号。
1.14CT、PT配置
见附图：
发电机-变压器组保护配置图
1.15电气干扰
1.15.1脉冲群干扰
装置应能承受GB/T14598.13－1998中3.1.1规定的严酷等级为3级的1MHz和100kHz脉冲群干扰试验，试验期间及试验后装置的性能应符合该标准3.4规定的要求。
1.15.2静电放电
装置应能承受GB/T14598.14－1998中4.2规定的严酷等级为3级的静电放电试验，试验期间及试验后装置的性能应符合该标准4.6规定的要求。
1.15.3辐射电磁场干扰
装置应能承受GB/T14598.9－1998中4.1.1规定的严酷等级为3级的辐射电磁场干扰试验，试验期间及试验后装置的性能应符合该标准4.5规定的要求。
1.15.4快速瞬变干扰
装置应能承受GB/T14598.10－1998中4.1规定的严酷等级为3级的快速瞬变干扰试验，试验期间及试验后装置的性能应符合该标准4.6规定的要求。
1.16电源影响
1.16.1交流电源影响
在试验的标准大气条件下，改变2.4.2条件中的各参数中任一项为选定的极限条件（其余为额定值），装置应可靠工作，性能及参数符合2.4、2.5、2.6的规定。
1.16.2直流电源影响
1.16.3在试验的标准大气条件下，改变2.4.3条件中的各参数中任一项为选定的极限条件（其余为额定值），装置应可靠工作，性能及参数符合2.4、2.5、2.6的规定。
1.16.4将输入直流电源正负极性颠倒，装置应无损坏，并在恢复极性后能正常工作，性能及参数符合2.4、2.5、2.6的规定。
1.16.5装置突然加上电源、突然断电、电源电压缓慢上升或缓慢下降，装置均不应误动作和误发信号。
1.16.6按GB/T7261－87第15章的规定，进行辅助激励量直流电源中断影响试验，试验期间装置应正常工作（中断时间由企业标准规定）。
1.17连续通电
装置完成调试后，出厂前应进行不少于100h或72h连续通电试验。
各项参数和性能应符合2.4、2.5、2.6的规定。
1.18结构、外观及其它
1.18.1保护柜应前后开门，机箱前面应有透明面罩，屏顶预留小母线端子；
1.18.2装置机箱应采取必要的防静电及电磁辐射干扰的防护措施。
机箱的不带电金属部分应在电气上连成一体，并可靠接地；
1.18.3机箱应满足发热组件的通风散热要求；
1.18.4柜内导线截面；电流回路不应小于2.5mm2；其它回路不应小于1.5mm2。
绝缘电压水平均不应低于500V；
1.18.5柜内端子排的额定电压不应低于500V，应具有隔板、编号等，对外电缆联线均应通过端子排；
1.18.6柜内组件及端子标志应保证清晰、耐磨、永久性，端子排应采用阻燃型凤凰端子，保护屏内布线应整齐、美观、便于检修，端子排底端与柜底距离不小于300mm，并有20%的备用端子；
1.18.7屏柜有专用接地铜排，规定尺寸满足保护装置反事故措施要求；
1.18.8柜体尺寸为：
高2260mm、宽800mm、深600mm；
1.18.9防护等级不低于IP40；
1.18.10柜体颜色为：
待定；
1.18.11供货方提供的产品要求有同类工程两套两年以上的运行业绩。
2．继电保护装置的要求
2.1保护装置组件（大规模集成块、二极管、三极管、发光二极管、电位器、拨轮开关、继电器）和接插件均采用经过严格筛选的质量可靠的进口元件。
柜上的电缆接线端子排均采用高质量的端子，并具有阻燃性能、可靠、方便。
所有电子元器件、组件及整机应符合国家标准和部颁标准的要求，使之具有高度的
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