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1、多种启动元件：不同的保护功能均有对应的启动元件,1.1 可靠的软件技术,1.2 独立的故障录波,CPU录波：记录保护的各种原始模拟量、保护用的中间模拟量、保护的出口状态等。MON录波：设有完整的故障录波功能，可以连续记录长达4S的发变组单元所有模拟量、开入量、保护动作量波形，记录采用COMTRADE格式，是针对发变组的故障录波器。完善的波形分析软件,1.3 跳闸矩阵的功能特点,灵活的跳闸矩阵：每一种保护均可经跳闸矩阵整定出口方式,保护功能压板,1、采用了工频变化量原理、变斜率比率差动保护新原理;2、全新的异步法TA饱和判据；3、首次提出并实现了浮动门槛和电流比率制动相结合的纵向零序电 压匝间保

2、护、复式零序电压匝间保护、高灵敏横差保护新原理；4、采用三次谐波电压差动新原理的100定子接地保护；5、新型外加电源定子、转子接地保护；6、灵敏的TV、TA回路自检功能；7、其他先进技术,RCS985保护装置的关键技术,五 保护原理,1.1线性系统叠加原理的应用,1.工频变化量差动保护,1.2动作方程,1.3动作特性,1.4.工频变化量比例差动的优点,只反映故障分量，不受发电机、变压器正常运行时负荷电流的影响过渡电阻影响很小 采用高比率制动系数抗TA饱和 提高了发电机、变压器内部轻微故障时保护的灵敏度，区外故障不会误动,1.5.工频变化量差动保护例,2.1变斜率比例差动保护方程,2.变斜率比例

3、差动,2.2变斜率比例差动保护特性,动作区域上多了两块灵敏动作区，少了一块易误动区，在区内故障时保证较高的灵敏度，在区外故障时可以躲过暂态不平衡电流，提高了差动保护的可靠性。,2.3变斜率比例差动的优点,由于一开始就带制动，差动保护动作特性较好地与差流不平衡电流配合，因此差动起始定值可以安全地降低；提高了发电机、变压器内部轻微故障时保护的灵敏度，尤其是机组起停过程中（4555Hz）内部轻微故障差动保护的灵敏度；可以防止区外故障TA不一致造成的误动。,2.4 变斜率比例差动保护例,主变内部C相1.5%匝间故障,2.5高值比例差动保护动作方程,可靠的高值比例差动,区内严重故障快速动作,用高值抗区外

4、故障TA饱和误动,2.6高值比例差动保护动作特性,区内轻微：t0:正常运行t1:故障时,2.7区内轻微故障动作过程,2.8区内严重故障动作过程,区内较严重：故障时,2.9区内引线故障动作过程,区内严重故障：故障时,3.发电机差动TA饱和问题,以往认为：发电机差动采用保护级TA，并且TA同型；区外故障电流倍数小，一次电流完全相同，二次不平衡差流 小；因此，为提高内部故障灵敏度，降低差动起始定值、比率制动系数。实际情况：发电机差动TA尽管同型，但两侧电缆长度可能不一致，部分 机组TA不是真正同型TA；区外故障电流倍数尽管小，但非周期分量衰减慢；结果，导致TA饱和，不平衡差流增大，差动保护屡有误动发

5、生；,提高定值：缺点：降低了内部故障灵敏度。采用流出电流判据的标积制动式差动保护：当IH/INB I1/INB I2/INB时差动保护动作电流为无穷大 缺点1：理论计算表明，在发电机内部故障时，也有流出电流，存在拒动可能。缺点2：区外转区内故障时，拒动可能性增加。,3.1 现有防TA饱和措施,3.2全新的异步法TA饱和判据,抗TA饱和算法：利用变压器、发电机差电流中谐波含量和波形特征来识别电流互感器的饱和关键判据：如何准确判出区外故障，投入抗TA饱和算法：制动电流工频变化量：差电流工频变化量：,3.3 区内故障制动电流和差电流工频变化量同步出现,3.4 发电机区外故障并伴随TA饱和差流增大而不

6、动作,3.5 发电机区内故障RCS-985正确动作,3.6 发电机区内故障并伴随TA饱和RCS-985正确动作,3.7区外故障并伴随TA饱和制动过程,TA饱和：判出区外t2:开始饱和t3:进入动作区t1-t05ms,差动保护TA断线报警或闭锁,内部故障时，至少满足以下条件中一个：（1）任一侧负序相电压大于2V（2）起动后任一侧任一相电流比起动前增加（3）起动后最大相电流大于1.2 Ie（4）同时有三路电流比启动前减小因此，差动保护启动后40ms内，以上条件均不满足，判为TA断线。如此时“TA断线闭锁比率差动投入”置1，则闭锁差动保护，并发差动TA断线报警信号，如控制字置0，差动保护动作于出口，

7、同时发差动TA断线报警信号。,变压器空载合闸示意,变压器差动保护需考虑的特殊问题,变压器励磁涌流的影响及防止措施,励磁涌流的出现机理,设外施电压按正弦规律变化，则 u1=U1sin（t+）=R1i1+N1d/dt电阻 R1 i1较小,初始分析时可以略去。但 R1 的存在是瞬态过程衰减的重要因素。不考虑电阻压降时 N1d/dt=U1sin（t+）d=U1/N1sin（t+）dt=-U1/（N1）cos（t+）+C=-mcos（t+）+C设无剩磁 t=0，=0，得 C=mcos=mcos-cos（t+）,励磁涌流的出现机理,若在初相角=0时合闸，则=m（1-cost）t=时，=2m，再考虑到剩磁，

8、=（2.22.3）m，导致磁路过饱和，相应的励磁电流急剧增大，达正常时空载电流的几百倍，额定电流的6-8倍。若在初相角=2时合闸，则=-msint 变压器即进入稳态，是理想合闸时间。,励磁涌流的出现机理,励磁涌流的出现机理,电流的衰减 由于R1 的存在，电流脉冲将逐渐衰减。衰减的快慢由时间常L1/R1决定，一般在1s内，暂态电流就会大大衰减。小型变压器电阻较大，电抗较小，衰减较快，约几个周期可达稳态；大型变压器，电阻较小，电抗较大，衰减较慢，可能延续20s才达到稳态。,变压器励磁涌流的影响,我们称mcos（t+）为稳态磁通，将非同期磁通mcos和剩磁r合称为暂态磁通。当=0时，如图所示。,变压

9、器励磁涌流的影响,（a）磁化曲线；（b）励磁涌流,变压器励磁涌流的影响,可以清楚看到，当电源电压Um一定时，稳态磁通幅值m就一定，因此暂态磁通愈大，总磁通的最大值就愈大，相应的涌流就有更大的峰值，=0时有最大的暂态磁通，因此=0也就是产生最大涌流峰值的条件（对单相变压器而言）。对于三相变压器，由于三相相差120度，因此总是有涌流出现。在各侧均有负荷电流时，励磁电流只是励磁支路中的分流；在空投时，励磁电流全部表现为差流，且数值非常大，需要采取一定措施躲过。,变压器励磁涌流的影响,大型变压器差动保护差流中二次谐波1517是按照一般饱和磁通为1.4倍额定磁通幅值的涌流考虑的，但是由于变压器制造技术提

10、高和材料利用率的改进，饱和磁通倍数1.21.3,甚至低致1.15,在此情况下涌流最小二次谐波含量可能低致10,RCS985涌流判别方式,谐波制动原理装置采用三相差动电流中二次谐波与基波的比值作为励磁涌流闭锁判据，动作方程如下：I2 K2xb*I1波形判别原理 装置利用三相差动电流中的波形判别作为励磁涌流识别判据。内部故障时，各侧电流经互感器变换后，差流基本上是工频正弦波。而励磁涌流时，有大量的谐波分量存在，波形是间断不对称的。,4.定子绕组单相接地保护,定子接地保护的必要性：a 单相接地引起非故障相及中性点电位升高。b 中性点附近经过渡电阻接地若保护灵敏度不够而未动作，经过长期运行，在机端侧再

11、发生第二点接地，中性点电位升高，第一个接地点接地电流增大，而过渡电阻减小，结果发生相间或匝间严重短路。c 其次单相接地引起铁心的损伤。机组越大分布电容越大，接地容性电流越大。接地电流较大引起电弧，引起绕组绝缘及定子铁心损坏。,发电机定子绕组单相接地示意图,4.1.1单相接地故障时的基波零序电压,4.1基波零序电压保护,对于主变压器高压侧中性点不论是否接地，当高压系统发生接地故障时，直接传递给发电机的零序电压超过定子接地保护的动作值，对于跳闸接地保护可以经主变高压侧零序电压闭锁，基波报警可以用时间避开。基波零序电压型定子接地保护简单可靠，是现在用的比较普遍的保护，保护区80%90%中性点接地时基

12、波保护存在死区。,4.1.2基波零序电压定子接地保护的特点,4.1.3 基波定子接地保护判据,（1）灵敏段基波零序电压保护，动作于信号时,其动作方程为:Un0U0zd 式中Un0为发电机中性点零序电压，U0zd为零序电压定值。灵敏段动作于跳闸时，还需主变高、中压侧零序电压闭锁，以防止区外故障时定子接地基波零序电压灵敏段误动。（2）高定值段基波零序电压保护，动作方程为：Un0 U0hzd 保护动作于信号或跳闸均不需经主变高、中压侧零序电压辅助判据闭锁。,4.2.1三次谐波电压源,1 由于发电机气隙磁通密度分布非正弦分布和铁磁饱和影响，在定子绕组中感应电势除基波分量外还含有高次谐波，其中三次谐波含

13、量较高。2 对于水电机组三次谐波电压随无功近似线性增长。这是因为凸极发电机带感性无功时，纵轴电枢反应将对三次谐波励磁势起助磁作用，而且随无功增大励磁必相应增大，励磁磁通势三次谐波必然增大。3 TV饱和引起。将引起三次谐波的虚假增大。,4.2 三次谐波定子接地保护,4.2.2单相接地时三次谐波分布特点,4.2.3 现有三次谐波定子接地保护存在问题,三次谐波电压比率判据 启停机过程中易误动 正常运行机组频率变化时，三次谐波滤过比下降，易 导致误动调整型三次谐波电压判据启停机过程中易误动正常运行机组频率变化时，三次谐波滤过比下降，易导致误动运行方式变化时，易误动,4.2.4 三次谐波比率判据,自适应

14、三次谐波电压比率判据：发变组并网前后机端等效电容变化较大，并网前、后各设一个定值，根据各自状态下装置实时显示的最大三次谐波电压比率值整定，装置根据断路器位置接点和负荷电流自动适应状态变化 频率跟踪和数字滤波器相结合，在频率4555Hz范围内三次谐波电压滤过比不受影响 在系统频率严重偏离50HZ时，采用按频率比率制动原理,4.2.5三次谐波差动判据,三次谐波电压差动判据：,正常运行时，机端、中性点三次谐波电压幅值、相位在一定范围内波动，实时自动调整系数kt使正常运行时差电压接近为0；可以保护100的定子接地,4.2.6三次谐波电压差动可靠性：,频率跟踪和数字滤波器相结合，在频率49.550.5H

15、z范围内保护功能不受影响；在机组频率超出49.550.5Hz范围时，闭锁本判据；机组并网后负荷电流大于0.2In时，自动投入本判据；当TV断线时闭锁本判据。由于采用了以上辅助判据，尽管三次谐波电压差动判据在定子接地时灵敏度很高，但是在启停机过程中、区外故障及其他工况下均不会误动。,正常运行时发电机中性点零序电压波形（妈湾电厂）,定子接地电压波形例1,发电机中性点40%接地电压波形（动模试验）,定子接地电压波形例2,妈湾电厂正常运行三次谐波差动波形：,定子接地电压波形例3,发电机中性点5%定子接地电压波形（动模试验）,定子接地保护动作例1,发电机中性点40%定子接地 基波堆序和三次谐波电压保护均

16、正确动作（动模试验）,定子接地保护动作例2,发电机中性点经10k 定子接地电压波形（电科院动模试验）,定子接地保护动作例3,注入式定子接地保护（1）,接线示意图,辅助电源装置（RCS-985U）将低频电压加在负载电阻Rn上，并通过接地变压器，将低频电压信号注入到发电机定子绕组对地的零序回路中。装置退出压板控制输出,保护装置（RCS-985）检测注入的电压、电流信号，通过保护计算判断接地故障。,带通滤波器:通过20Hz低频电压信号，防止50Hz电压倒灌入电源。,注入式定子接地保护（2）,保护逻辑接地电阻判据、零序电流判据、回路异常闭锁、频率闭锁,注入式定子接地保护（3）,主要特点保护范围为100

17、%，灵敏度一致，不受接地位置影响。可监视定子绕组绝缘的缓慢老化。不受发电机运行工况的影响，在发电机静止、起停过程、空载运行、并网运行、甩负荷等各种工况下，均能可靠工作。接地电阻的实测结果、电阻判据中的电阻定值为一次值，更直观。采用多项关键技术（安全电流限制、精确回路补偿、综合滤波技术、辅助电源一体化设计）后的RCS-985注入式定子接地保护接地电阻测量精度高、保护逻辑更加完善。,注入式定子接地保护（4）,和国外产品相比，有以下特点：电源、滤波器一体化设计，回路简洁、可靠性更高、维护方便；独有的安全电流限制技术，保护逻辑更为合理；保护计算测量采用精细化模型，采用南瑞继保专有技术的保护算法，通过适

18、当补偿环节，在发电机各种工况下，可准确、可靠的计算出接地故障电阻值；测量回路的线性化设计；现场调试方便，只需相位校正、短路试验、模拟故障试验，即可完成保护参数的整定。,外加低频电源定子接地保护的特点：1）在发电机启停、运行的全过程中，都可以提供灵敏的定子接地保护：可检测定子绝缘的缓慢老化；2）保护范围为100定子绕组，保护的灵敏度在各处一致，不受接地位置影响。3）低频信号和工频、分次谐波、整数次谐波相差较大，机组正常运行或振荡时不会影响外加低频电源测量电阻的计算。4）注入一次绕组电压仅为13的额定相电压，不会损坏定子绕组绝缘。,新型外加低频电源定子接地保护,发电机中性点2.9k电阻接地录波数据

19、波形（发电机盘车，3000 rpm，未加励磁）,外加低频电源定子接地保护现场试验波形,5.发电机定子匝间故障,.纵向零序电压原理构成的保护方案。在发电机的出口装设一个专用全绝绝缘电压互感器，其一次绕组中性点直接与发电机中性点相连而不接地。所以，该电压互感器二次绕组不能用来测量相对地电压。只有当发电机内部发生匝间短路或者对中性点不对称的各种相间短路时，破坏了三相对中性点的对称，产生了对中性点的零序电压，即纵向零序电压，在它的开口三角绕组才有输出电压，即3U00，使零序电压匝间短路保护正确动作。为防止低定值零序电压匝间短路保护在外部短路时误动作，还采用一些制动或闭锁量。,5.1专用PT纵向零序电压

20、匝间保护,1、负序方向闭锁的纵向零序电压匝间保护 负序方向元件在外部三相短路暂态过程中和频率偏离额定值时 可能会误动；当采用负序功率方向作为动作元件时，灵敏度不高；2、负序方向闭锁的二次谐波式匝间短路保护 对于发电机组，外部不对称故障，也会产生二次谐波电流，需 负序方向闭锁，因此也存在上述缺点；3、三次谐波分量闭锁纵向零序电压匝间保护 动模和实际机组故障未证实区外故障时纵向零序电压中三次谐 波分量会增大,5.1.1现有纵向零序电压匝间保护方案,5.1.2专用TV纵向零序电压匝间保护,高定值段匝间保护 按躲过各种情况下最大不平衡零序电压整定；灵敏段匝间保护：电流比率制动原理综合电流：采用电流增加

21、量和负序电流加权值,5.1.3专用TV纵向零序电压匝间保护判据,5.1.1现有纵向零序电压匝间保护方案,发电机区内A3-A4？匝间故障纵向零序电压波形，零序电压增加,而相电流变化不大,保护灵敏动作。,5.1.5纵向零序电压匝间保护例,纵向零序电压波形，零序电压基波分量比故障前增大，电流、负序电流增加较大,电流比率制动原理的匝间保护没有误动,5.1.6主变高压侧C0故障机端电流与专用TV开口电压,5.1.7 RCS-985纵向匝间保护的功能特点,浮动门槛技术 对其他工况下（不同负载、电压升高、失磁故障等），零序 电压不平衡值的增大，采用浮动门槛躲过不平衡电压。频率跟踪与数字滤波器结合，频率偏移时

22、，三次谐波滤过比仍大于100由于采取了以上措施，纵向零序电压匝间保护只需按躲过正常运行时不平衡基波电压整定，区内故障灵敏动作，区外故障可靠制动,单元件式横差保护,RCS985单元件式横差保护有两段高定值段和灵敏段高定值段横差保护，相当于传统单元件横差保护，横差电流过高值段定值直接跳闸。灵敏段横差保护装置采用相电流比率制动的横差保护原理,其动作方程为:,5.2发电机裂相差动定子匝间保护,5.2.1 发电机TA安装位置示意图,5.2.2发电机区内同分支匝间（A3A410匝）故障纵差电流,5.2.3发电机区内同分支匝间（A3A410匝）故障裂差电流,t0:进入静稳圆t2:进入异步圆,6.失磁保护6.

23、1发电机机端正序测量阻抗失磁后的变化轨迹,t0:低励t2:异步运行,6.2发电机机端正序测量阻抗低励后的变化轨迹,曲线1:异步圆区外振荡曲线2:异步圆区内振荡,6.3系统振荡时机端正序阻抗的变化轨迹,失磁保护滴状静稳阻抗图,失磁判据定子阻抗判据（辅助判据）低电压判据转子电压判据 减出力有功判据,6.5失磁保护判据,异步阻抗圆、静稳边界圆可选正序电压、正序电流计算阻抗可选择无功反向元件闭锁无功反向值可整定,6.5.1定子判据,高压侧母线低电压判据Upp Ulezd高压侧PT断线时闭锁此判据TV断线时闭锁本判据，并发出TV断线信号。,6.5.2高压侧母线低电压判据,转子电压判据转子低电压判据：Ur

24、 Ur1zd变励磁电压判据：Ur Kr*Xdz*（P Pt）*Uf0与系统并联运行的发电机，对应某一有功功率P，将有为维持静态稳定极限所必需的励磁电压,6.5.3转子电压判据,减出力采用有功功率判据P Pzd失磁导致发电机失步后，发电机输出功率在一定范围内波动，P取一个振荡周期内的平均值。,6.5.4减出力采用有功功率判据,辅助判据a.正序电压6Vb.负序电压U2 0.1Un（发电机额定电压）。c.发电机电流 0.1Ie（发电机额定电流）。,6.5.5辅助判据,6.6失磁时功率、转子励磁电压变化（动模试验）,6.7低励失磁时功率、转子电压变化（动模试验）,失磁保护方案段：动作于减出力 可选：减

25、出力判据定子阻抗判据转子判据段：跳闸（母线低电压）可选：低电压判据，定子阻抗判据、转子判据段：跳闸或报警段 可选：定子阻抗判据、转子判据段：长延时跳闸（与减出力段配合）定子阻抗判据,6.8失磁保护方案,6.8失磁保护方案,7.1功能,采用正序电压、正序电流计算阻抗，能区分短路和失步能区分振荡中心在发变组内部或外部.能区分稳定振荡和失步能检测加速失步或减速失步振荡频率范围0.1-8 Hz当电流小于出口断路器跳闸允许电流时出口 能记录滑极次数,跳闸滑极次数可分别整定,7.失步保护,7.2发电机与系统等效系统及系统各点的电流电压关系图,发电机与系统失步时的等效系统图,系统各点的电流电压关系图,7.3

26、失步时正序阻抗动作特性,1.左右边界2.中心线3.电抗线,失步保护功能,振荡中机端阻抗继电器的测量阻抗图,保护采用三元件失步继电器动作特性,第一部分是透镜特性，图中，它把阻抗平面分成透镜内的部分I和透镜外的部分O。第二部分是遮挡器特性，图中，它把阻抗平面分成左半部分L和右半部分R。两种特性的结合，把阻抗平面分成四个区OL、IL、IR、OR，阻抗轨迹顺序穿过四个区（OLILIROR或ORIRILOL），并在每个区停留时间大于一时限，则保护判为发电机失步振荡。每顺序穿过一次，保护的滑极计数加1，到达整定次数，保护动作。第三部分特性是电抗线，图中，它把动作区一分为二，电抗线以上为I段（U），电抗线以

27、下为II段（D）。阻抗轨迹顺序穿过四个区时位于电抗线以下，则认为振荡中心位于发变组内，位于电抗线以上，则认为振荡中心位于发变组外，两种情况下滑极次数可分别整定。,7.4失步保护的功能特点,7.5.1振荡中心在区外且失步时,失步继电器分析,区外失步,7.5振荡时测量阻抗轨迹示意图,7.5.2振荡中心在区内且失步时,失步继电器分析,区内失步,7.5.3发电机加速失步时,失步继电器分析,加速失步,7.5.4发电机减速失步时,失步继电器分析,减速失步,7.5.5发电机同步振荡时,t0:区外故障t2:故障切除,7.5.6先区外故障后振荡时,t0:故障切除t3:振荡,7.5.7功率超调引起振荡时,t0:功

28、率超调t2:失步振荡,7.6失步振荡电流电压录波图,8.转子接地保护,8.1转子接地保护的配置,一点接地设两段 灵敏I段动作于信号 II段动作于信号或跳闸转子两点接地保护 一点接地II段动作于信号，自动延时投入转子两点接地保护,8.2转子接地保护的功能特点,实时显示转子绕组对大轴绝缘电阻转子一点接地后显示接地位置高精度隔离放大器隔离电压2500V光耦继电器切换开关,8.3转子一点接地保护电路示意图,Rg：转子接地电阻：转子接地位置U：励磁电压R：标准电阻S1、S2：切换开关,8.4注入式转子接地保护,对于双端注入方式，可测量转子一点接地位置，进而实现转子两点接地保护。,8.5注入式转子接地保护

29、,单端注入式转子接地保护,9.1误上电的危害,发电机盘车状态下（未加励磁，低速），主开关误合，发电机异步起动，由于转子与气隙同步旋转磁场有较大滑差，转子本体长时间流过差频电流烧伤转子。突然误合闸引起转子急剧加速，润滑油压较低，轴瓦损坏。,9.发电机误上电保护,9.2误上电保护原理,1发电机盘车时，未加励磁，断路器误合，造成发电机异步起动。采用两组PT均低电压延时t1投入，电压恢复，延时t2（与低频闭锁判据配合）退出。2发电机起停过程中，已加励磁，但频率低于定值，断路器误合。采用低频判据延时t3投入，频率判据延时t4返回，其时间应保证跳闸过程的完成。3发电机起停过程中，已加励磁，但频率大于定值，断路器误合或非同期。采用断路器位置接点，经控制字可以投退。判据延时t3投入（考虑断路器分闸时间），延时t4退出其时间应保证跳闸过程的完成。,10.1断路器断口闪络的危害,220KV