大型發(fā)電機變壓器繼電保護整定計算導則

1、.Q/CSG XXXXX-2010大型發(fā)電機變壓器繼電保護整定計算導則  前 言 本標準根據原能源部1992年電供函199211號關于組織編制大機組繼電保護裝置運行整定條例函的要求以及廣大繼電保護工作者的迫切需要而制定。 本標準的制定和實施將對提高發(fā)電機變壓器繼電保護裝置的正確動作率、保障電氣設備的安全及維持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行有重要意義。 在國家電力調度通信中心及中國電機工程學會繼電保護專委會等單位的組織領導下，經過深入調查研究，廣泛征求國內各有關單位的專家、教授及廣大繼電保護工作者的意見，組織多次專題討論，反復修改條文內容，先后數易其稿，歷經數年終于完成了本標準

2、的編制任務。 本標準以GB1428593繼電保護和安全自動裝置技術規(guī)程為依據進行編制。 本標準的附錄A、附錄B都是標準的附錄。 本標準的附錄C、附錄D、附錄E、附錄F、附錄G、附錄H、附錄J、附錄K、附錄L和附錄M都是提示的附錄。 本標準由原能源部電力司、科技司共同提出。 本標準由原電力工業(yè)部繼電保護標準化技術委員會歸口。 本標準起草單位：華北電力設計院、東北電力設計院、清華大學。 本標準參加起草單位：東北電力調度局、西北電力試驗研究院。 本標準主要起草人：王維儉、孟慶和、宋繼成、閆香亭、毛錦慶、侯炳蘊、李玉海。 本標準由國家電力調度通信中心負責解釋。 目 錄 前 言1 范

3、圍2 引用標準3 總則4 發(fā)電機保護的整定計算4.1 定子繞組內部故障主保護4.2 發(fā)電機相間短路后備保護4.3 定子繞組單相接地保護4.4 勵磁回路接地保護4.5 發(fā)電機過負荷保護4.6 發(fā)電機低勵失磁保護4.7 發(fā)電機失步保護4.8 發(fā)電機異常運行保護5 變壓器保護的整定計算5.1 變壓器縱差保護5.2 變壓器分側差動保護5.3 變壓器零序差動保護5.4 變壓器瓦斯保護5.5 變壓器相間短路后備保護5.6 變壓器接地故障后備保護5.7 變壓器過負荷保護5.8 變壓器過勵磁保護6 發(fā)電機變壓器組保護的整定計算6.1 概述6.2 發(fā)電機變壓器組保護整定計算特點附錄A(標準的附錄)發(fā)電機定子繞組

4、對地電容，機端單相接地電容電流及單相接地電流允許值附錄B(標準的附錄)本標準用語說明附錄C(提示的附錄)發(fā)電機變壓器繼電保護整定計算導則有關文字符號附錄D(提示的附錄)發(fā)電機若干異常運行狀態(tài)的要求附錄E(提示的附錄)大型汽輪發(fā)電機組對頻率異常運行的要求附錄F(提示的附錄)系統(tǒng)聯(lián)系電抗Xcon的計算附錄G(提示的附錄)自并勵發(fā)電機外部短路電流的計算附錄H(提示的附錄)電力系統(tǒng)振蕩時阻抗繼電器動作特性分析附錄J(提示的附錄)變壓器電容參數估算值附錄K(提示的附錄)保護用電流互感器的選擇附錄L(提示的附錄)變壓器電抗的計算附錄M(提示的附錄)非全相故障計算 中華人民共和國電力行業(yè)標準

5、60;大型發(fā)電機變壓器繼電保護整定計算導則DL/T 6841999 Guide of calculating settings of relayprotection for large generator and transformer  1 范圍  本標準規(guī)定了大型發(fā)電機變壓器繼電保護的整定計算原則和方法，它是設計、科研、運行、調試和制造部門整定計算的依據。 本標準適用于GB14285所規(guī)定的發(fā)電機、變壓器容量范圍，重點規(guī)定了200MW及以上發(fā)電機與220500kV變壓器的繼電保護的整定計算原則和方法。 2 引用標準  下列標準所包

6、含的條文，通過在本標準中引用而構成為本標準的條文。本標準出版時，所示版本均為有效。所有標準都會被修訂，使用本標準的各方應探討使用下列標準最新版本的可能性。 GB120887電流互感器 GB1428593繼電保護和安全自動裝置技術規(guī)程 GBT70641996透平型同步電機的技術要求 IEC446(1992)互感器第6部分：保護電流互感器動態(tài)性能的要求 3 總則 3.1 本標準是發(fā)電機變壓器繼電保護整定計算的基本依據，設計、科研、運行、調試和制造部門應共同遵守。3.2 發(fā)電機變壓器繼電保護整定計算的主要任務是：在工程設計階段保護裝置選型時，通過整定計算，確定保護裝置的技術規(guī)范；

7、對現(xiàn)場實際應用的保護裝置，通過整定計算，確定其運行參數(給出定值)。從而使繼電保護裝置正確地發(fā)揮作用，保障電氣設備的安全，維持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。3.3 發(fā)電機變壓器繼電保護裝置的技術性能，必須與本標準中提出的具體規(guī)定和要求相符合。3.4 發(fā)電機變壓器繼電保護裝置必須滿足可靠性、選擇性、速動性及靈敏性的基本要求，正確而合理的整定計算是實現(xiàn)上述要求的關鍵。3.5 本標準不涉及發(fā)電機變壓器繼電保護的配置；不列舉保護裝置的具體型式；按不同原理的保護分類編制；整定計算方法適用于國內通用的主要保護原理，本標準所列原理之外的保護其整定計算方法可參考制造廠家技術說明書。3.6 部分保護裝置的動作時限是根據G

8、B14285給出的；對于未給出動作時限的保護裝置，其動作時限應根據設備條件及電力系統(tǒng)的具體情況決定。3.7 為簡化計算工作，可按下列假設條件計算短路電流：3.7.1 可不計發(fā)電機、調相機、變壓器、架空線路、電纜線路等阻抗參數中的電阻分量；在很多情況下，可假設旋轉電機的負序阻抗與正序阻抗相等。3.7.2 發(fā)電機及調相機的正序阻抗，可采用次暫態(tài)電抗Xd的飽和值。3.7.3 各發(fā)電機的等值電動勢(標么值)可假設為1且相位一致。僅在對失磁、失步、非全相等保護裝置進行計算分析時，才考慮電動勢之間的相角差問題。3.7.4 只計算短路暫態(tài)電流中的周期分量，但在縱聯(lián)差動保護裝置(以下簡稱縱差保護)的整定計算中

9、以非周期分量系數Kap考慮非周期分量的影響。3.7.5 發(fā)電機電壓應采用額定電壓值，系統(tǒng)側電壓可采用額定電壓值或平均額定電壓值，不考慮變壓器電壓分接頭實際位置的變動。3.7.6 不計故障點的相間和對地過渡電阻。3.8 與電力系統(tǒng)運行方式有關的繼電保護的整定計算，應以常見運行方式為計算用運行方式。所謂常見運行方式，是指正常運行方式和被保護設備相鄰一回線或一個元件停運的正常檢修方式。對于運行方式變化較大的系統(tǒng)，應由調度運行部門根據具體情況確定整定計算所依據的運行方式。3.9 根據GB14285的規(guī)定，按照故障和異常運行方式性質的不同，機組熱力系統(tǒng)和調節(jié)系統(tǒng)的條件，本標準所列各項保護裝置分別動作于：

10、 a)停機：斷開發(fā)電機或發(fā)電機變壓器組(簡稱發(fā)變組)斷路器、滅磁，關閉原動機主汽門或導水葉，斷開廠用分支斷路器。 b)解列滅磁：斷開發(fā)電機或發(fā)變組斷路器和廠用分支斷路器、滅磁，原動機甩負荷。 c)解列：斷開發(fā)電機或發(fā)變組斷路器，原動機甩負荷。 d)降低勵磁。 e)減出力：將原動機出力減至給定值。 f)縮小故障范圍(例如斷開母聯(lián)或分段斷路器)。 g)程序跳閘：對于汽輪發(fā)電機，先關主汽門，待逆功率繼電器動作后再斷開發(fā)電機或發(fā)變組斷路器并滅磁；對于水輪發(fā)電機，先將導水葉關到空載位置，待逆功率繼電器動作后再斷開發(fā)電機或發(fā)變組斷路器并滅磁。 h)信號：發(fā)出聲光信號。3.10 除特殊說明外，本標準列出的計

11、算公式，無論用有名值或標么值進行計算，其計算結果(電流、電壓、阻抗等)應以二次側有名值的形式給出。 4 發(fā)電機保護的整定計算 4.1 定子繞組內部故障主保護 定子繞組內部故障包括相間短路、同相不同分支間短路、同相同分支匝間短路和定子繞組的分支開焊故障。4.1.1 比率制動式縱差保護 比率制動式縱差保護僅反應相間短路故障。具有比率制動特性的差動保護的二次接線如圖1所示。當差動線圈匝數Wd與制動線圈匝數Wres的關系為 時， 差動電流 制動電流 式中： ， 一次電流； ， 二次電流； na電流互感器變比。圖 1 比率制動式差動保護原理接線圖  差動保護的制動特性如圖2

12、中的折線ABC所示。圖中，縱坐標為差動電流Id，橫坐標為制動電流Ires。 為了正確進行整定計算，首先應了解縱差保護的不平衡電流與負荷電流和外部短路電流間的關系。 發(fā)電機縱差保護用的10P級電流互感器，在額定一次電流和額定二次負荷條件下的比誤差為±3%。因此，縱差保護在正常負荷狀態(tài)下的最大不平衡電流不大于6%。但隨著外部短路電流的增大和非周期暫態(tài)電流的影響，電流互感器飽和，不平衡電流將急劇增大，實際的不平衡電流與短路電流的關系曲線如圖2中的曲線OED所示。圖 2 比率制動式差動保護的制動特性 發(fā)電機外部短路時，差動保護的最大不平衡電流由式(1)進行估算 (1)式中：Kap非

13、周期分量系數，取1.52.0；Kcc互感器同型系數，取0.5；Ker互感器比誤差系數，取0.1； 最大外部三相短路電流周期分量。 比率制動特性縱差保護需要整定計算以下三個參數：1)確定差動保護的最小動作電流，即確定圖2中A點的縱座標Iop.0為 (2)式中：Krel可靠系數，取1.5； Ign發(fā)電機額定電流； Iunb.0發(fā)電機額定負荷狀態(tài)下，實測差動保護中的不平衡電流。 實際可取Iop.0(0.100.30)Ignna，一般宜選用(0.100.20)Ignna。如果實測Iunb.0較大，則應盡快查清Iunb.0增大的原因，并予消除，避免因Iop.0過大而掩蓋一、二次設備的缺陷或隱患。 發(fā)電機

14、內部短路時，特別是靠近中性點經過渡電阻短路時，機端或中性點側的三相電流可能不大，為保證內部短路時的靈敏度，最小動作電流Iop.0不應無根據地增大。 2)確定制動特性的拐點B。定子電流等于或小于額定電流時，差動保護不必具有制動特性，因此，B點橫坐標Ires.0(0.81.0)Ignna (3)當Ires.0Ignna時，應調整保護內部參數，使其滿足式(3) 。 3)按最大外部短路電流下差動保護不誤動的條件，確定制動特性的C點，并計算最大制動系數。設C點對應的最大動作電流為Iop.max，其值為Iop.maxKrelIunb.max (4)式中：Krel可靠系數，取1.31.5。C點對應的最大短路

15、電流 與最大制動電流Ires.max相對應。C點的最大制動系數Kres.max按下式計算 Kres.maxIop.maxIres.maxKrelKapKccKer (5)式(5)的計算值為Kres.max0.15，可確保在最大外部短路時差動保護不誤動。但考慮到電流互感器的飽和或其暫態(tài)特性畸變的影響，為安全計，宜適當提高制動系數值。圖2中，取C點的Kres.max0.30。該比率制動特性的斜率S為 (6)根據上述計算，由A、B、C三點確定的制動特性，確保在負荷狀態(tài)和最大外部短路暫態(tài)過程中可靠不誤動。 按上述原則整定的比率制動特性，當發(fā)電機機端兩相金屬性短路時，差動保護的靈敏系數一定滿足Ksen2

16、.0的要求，不必進行靈敏度校驗。4.1.2 標積制動式縱差保護設發(fā)電機機端和中性點側電流分別為 和 ，它們的相位差為 ，令標積ItIncos 為制動量， 為動作量，構成標積制動式縱差保護，其動作判據為 (7)式中：Kres制動系數，取0.81.2。 外部短路時， 0°，式(7)右側表現(xiàn)為很大的制動作用。當發(fā)電機內部短路時，可能呈現(xiàn)90° 270°，使cos 0,式(7)右側呈現(xiàn)負值，即不再是制動量而是助動量，保護靈敏動作。本保護僅反應相間短路故障。4.1.3 故障分量比率制動式縱差保護該保護只與發(fā)生短路后的故障分量(或稱增量)有關，與短路前的穿越性負荷電流無關，故

17、有提高縱差保護靈敏度的效果。本保護僅反應相間短路故障，其動作判據為 (8)式中： 發(fā)電機機端側故障分量電流； 發(fā)電機中性點側故障分量電流。 故障分量縱差保護的動作特性如圖3，圖中 ， 。直線1為故障分量縱差保護在正常運行和外部短路時的制動特性；直線2為故障分量縱差保護在內部短路時的動作特性，其斜率S2.0；直線3為故障分量縱差保護的整定特性。整定計算如下： a)縱差保護動作特性(直線3)的傾角 ，一般取 45°，即制動系數Kres1.0。 b)最小動作電流Id00.1Ignna，或Id0負荷狀態(tài)下微機輸出最大不平衡增量差流。c)靈敏系數校驗：KsenIdIresDCBC，要求Ksen

18、2.0，一般不必進行校驗計算。圖 3 故障分量比率制動式縱差保護動作特性4.1.4 不完全縱差保護本保護既反應相間和匝間短路，又兼顧分支開焊故障。設定子繞組每相并聯(lián)分支數為a，在構成縱差保護時，機端接入相電流圖4(a)中的TA2,但中性點側TA1每相僅接入n個分支，a與n的關系如下式1N (9)式中：a與N的取值見表1。表 1 a與n的關系a2345678910N11222或3*2或3*3或4*3或4*4或5* 與裝設一套或二套單元件橫差保護有關。 圖4(a)中互感器TA1與TA2構成發(fā)電機不完全縱差保護。TA5與TA6構成發(fā)變組不完全縱差保護，而TA3與TA4構成變壓器的完全縱差保護。TA1

19、的變比按 條件選擇；TA2的變比按IgnI2n條件選擇，因此TA1的變比一定不同于TA2的。對于微機保護，TA1、TA2可取相同變比，由軟件調平衡。 圖4(b)表示發(fā)電機中性點側引出4個端子的情況，TA1和TA5裝設在每相的同一分支中。圖4(c)表示每相8個并聯(lián)分支的大型水輪發(fā)電機，發(fā)電機不完全縱差保護每相接入的中性點側電流(TA1)分支數為2、5、8，發(fā)變組不完全縱差保護(TA5)則為1、4、7。圖 4 發(fā)電機和發(fā)變組縱聯(lián)差動保護的互感器配置本保護不僅反應相間短路，還能對匝間短路和分支開焊起保護作用，其基本原理是利用定子各分支繞組間的互感，使未裝設互感器的分支短路時，不完全縱差保護仍可能動作

20、。 比率制動特性發(fā)電機不完全縱差保護的整定計算工作，除互感器變比選擇不同于完全縱差保護外，其余均可按4.1.1，但當TA1與TA2不同型號時，互感器的同型系數應取Kcc1.0。4.1.5 單元件橫差保護 本保護反應匝間短路和分支開焊以及機內繞組相間短路。 a)傳統(tǒng)單元件橫差保護圖4(a)和圖4(b)中，接于發(fā)電機中性點連線的互感器TA0用于單元件橫差保護。TA0的變比選擇，傳統(tǒng)的做法按下式計算na0.25IgnI2n (10)式中：Ign發(fā)電機額定電流；I2n互感器TA0的二次額定電流。動作電流Iop按外部短路不誤動的條件整定。當橫差保護的三次諧波濾過比大于或等于15時，其動作電流為Iop(0

21、.200.30)Ignna (11) 在勵磁回路一點接地保護動作后，發(fā)電機可繼續(xù)運行，為防止勵磁回路發(fā)生瞬時性第二點接地故障時橫差保護誤動，應切換為帶0.51.0s延時動作于停機。 b)高靈敏單元件橫差保護 圖4中的TA0(包括TA01和TA02)均為環(huán)氧樹脂澆注的單匝母線式互感器(LMZ型)，應滿足動、熱穩(wěn)定的要求。 高靈敏單元件橫差保護用的互感器變比na，根據發(fā)電機滿載運行時中性點連線的最大不平衡電流，可選為600I2n、400I2n、200I2n、100I2n。初步設計時，宜選前三組na。 為了減小動作電流和防止外部短路時誤動，在額定頻率工況下，該保護的三次諧波濾過比K3應大于80。 高

22、靈敏單元件橫差保護動作電流設計值可初選為0.05Ignna。 作為該保護動作電流的運行值應如下整定：1)在發(fā)電機作常規(guī)短路試驗時，實測中性點連線電流的基波和三次諧波分量大小(Iunb.1和Iunb.3)，此即單元件橫差保護的不平衡電流一次值，如圖5的OC和OA(近似線性)。圖 5 單元件橫差保護的不平衡電流(Iunb)測試和線性外推2)將直線OC和OA線性外推到 (發(fā)電機機端三相短路電流)，得直線OCD和OAB，確定最大不平衡電流Iunb.1.max和Iunb.3.max。3)計算和整定動作電流運行值 (12)式中：Krel可靠系數，取1.31.5；Kap非周分量系數，取1.52.；K3三次諧

23、波濾過比，K380。 4)如不裝勵磁回路兩點接地保護，則高靈敏單元件橫差保護兼顧勵磁回路兩點接地故障的保護，瞬時動作于停機。 5)如該保護中有防外部短路時誤動的技術措施，動作電流Iop只需按發(fā)電機額定負荷時橫差保護的不平衡電流整定。4.1.6 多分支分布中性點水輪發(fā)電機的綜合差動保護 本保護反應發(fā)電機相間、匝間短路和分支開焊故障。 如圖6所示，該發(fā)電機每相6并聯(lián)分支裝設3套差動保護，即： 不完全縱差保護1(2、4、6分支的TA1與TA2)； 裂相橫差保護2(1、3、5分支的TA1與2、4、6分支的TA1)； 高靈敏單元件橫差保護3(TA0)。保護1和3已經闡明，這里只討論裂相橫差保護2。(a)

24、每相6并聯(lián)分支裝3套差動保護；(b)裂相橫差保護原理圖圖 6 多分支分布中性點水輪發(fā)電機綜合差動保護二次接線圖裂相橫差保護就是將一臺每相并聯(lián)分支數為偶數的發(fā)電機定子繞組一分為二，各配以電流互感器TA1，其變比為 ，a為每相并聯(lián)分支數。 該保護采用比率制動特性，其整定計算與比率制動式縱差保護相似，但最小動作電流Iop.0和最大制動系數Kres.max均較大。Iop.0由負荷工況下最大不平衡電流決定，它由兩部分組成，即兩組互感器在負荷工況下的比誤差所造成的不平衡電流iunb.1；由于定子與轉子間氣隙不同，使各分支定子繞組電流也不相同，產生的第二種不平衡電流iunb.2。因此，裂相橫差保護的Iop.

25、0比縱差保護的大。 (13)Ires.0(0.81.0)Ignna (14)Kres.max0.50.6 (15)裂相橫差保護也可應用于每相并聯(lián)分支數為奇數的發(fā)電機，此時兩個互感器的變比將不同，或者仍用相同變比na IgnI2n，增設中間互感器；微機保護可用軟件調平衡。4.1.7 縱向零序過電壓保護 發(fā)電機定子繞組同分支匝間、同相不同分支間或不同相間短路時，會出現(xiàn)縱向(機端對中性點)零序電壓，該電壓由專用電壓互感器(互感器一次中性點與發(fā)電機中性點相連，不接地) 的開口三角繞組取得。a)零序過電壓保護的動作電壓U0.op設計值可初選為U0.op23(V)b)為防止外部短路時誤動作，可增設負序方向

26、繼電器，后者具有動合觸點，當發(fā)電機內部短路時，觸點閉合。 c)三次諧波電壓濾過比應大于80。 d)該保護應有電壓互感器斷線閉鎖元件。4.1.8 轉子回路二次諧波電流保護 發(fā)電機定子繞組內部短路時產生的負序電流，可以用裝設在轉子回路中的電抗變壓器以二次諧波電壓的形式來反應。該保護的二次諧波動作電壓Uop，應按下述原則整定：在發(fā)電機長期允許的負序電流 下，實測轉子回路中的電抗變換器輸出二次諧波電壓 ， 則 (16) 實測 是在做發(fā)電機常規(guī)短路試驗時，在很低的勵磁電壓下，作機端兩相穩(wěn)態(tài)短路試驗，使定子負序電流等于 ，對應測得轉子回路中電抗變換器的 。由于勵磁電壓變化范圍大，為空載額定勵磁電壓的68倍

27、，可靠系數Krel應取較大值，一般為1.52.0。 發(fā)電機外部短路時，轉子電流中也有二次諧波，因此必須增設機端的負序方向元件作閉鎖。 負序功率方向元件采用動合觸點。當發(fā)電機內部短路時，負序功率由發(fā)電機流入系統(tǒng)，方向元件動合觸點閉合。為防止外部短路暫態(tài)過程中此保護瞬時誤動，保護應增設0.10.2s延時。4.1.9 故障分量負序方向保護利用故障分量負序電壓和電流( 和 )，構成故障分量負序方向保護，其動作判據為 (17)式中： 的共軛相量； sen.2負序方向靈敏角，一般取75°。 故障分量負序方向繼電器是一種方向元件，其閾值 p2很小，具體數值由繼電器制造廠家供給，一般不作整定計算。

28、故障分量負序方向保護無需裝設TV或TA的斷線閉鎖元件，但TV斷線應發(fā)信號，保護較簡單； 但當發(fā)電機未并網前，因I20，保護失效，為此還應增設各種輔助判據，其原理和定值整定隨各制造廠家而異，詳見廠家技術說明書。4.2 發(fā)電機相間短路后備保護 大機組所在電廠的220kV及以上電壓等級的出線，要求配置雙套快速主保護，并有比較完善的近后備保護，不再強調要求發(fā)變組提供遠后備保護。大型發(fā)變組本身已配備雙重或更多的主保護(例如，發(fā)電機縱差、變壓器縱差、發(fā)變組縱差、高靈敏單元件橫差等)。盡管如此，大機組裝設簡化的后備保護仍是必要的。 對于中小型機組，不裝設雙重主保護，應配置常規(guī)后備保護，并使其對所連接高壓母線

29、和相鄰線路的相間短路故障具有必要的靈敏度。4.2.1 定時限復合過電流保護 該保護由負序過電流元件及低電壓啟動的單相過電流元件組成。a)負序過電流元件的動作電流Iop.2按防止負序電流導致轉子過熱損壞的條件整定，一般按下式整定 (18)式中：Ign發(fā)電機額定電流；na電流互感器變比。 間接冷卻式汽輪發(fā)電機用0.5Ign； 水輪發(fā)電機用0.6Ign。 其他發(fā)電機可用 ，A值由電機制造廠給定。靈敏系數按主變壓器高壓側兩相短路的條件校驗 (19)式中： 主變壓器高壓側母線金屬性兩相短路時，流過保護的最小負序電流。 要求靈敏系數Ksen1.5。b)單相過電流元件的動作電流Iop.1按發(fā)電機額定負荷下可

30、靠返回的條件整定 (20)式中：Krel可靠系數，取1.31.5；Kr返回系數，取0.850.95。靈敏系數按主變壓器高壓側母線兩相短路的條件校驗 (21)式中： 主變壓器高壓側母線金屬性兩相短路時，流過保護的最小短路電流。 要求靈敏系數Ksen1.2。 c)低電壓元件接線電壓，動作電壓Uop可按下式整定。對于汽輪發(fā)電機 (22)式中：Ugn發(fā)電機額定電壓；nv電壓互感器變比。對于水輪發(fā)電機 (23)靈敏系數按主變壓器高壓側母線三相短路的條件校驗 (24)式中： 主變高壓側母線金屬性三相短路時的最大短路電流；Xt主變壓器電抗，取XtZt。 要求靈敏系數Ksen1.2。 低電壓元件的靈敏系數不滿

31、足要求時，可在主變壓器高壓側增設低電壓元件。 d)時間元件。復合過電流保護的動作時限，按大于升壓變壓器后備保護的動作時限整定，動作于解列或停機。當整定時限與保證發(fā)電機安全所允許時限（例如 ，轉子負序過負荷允許時限)有予盾且沒有負序電流反時限保護時，應以發(fā)電機安全的允許時限為準。4.2.2 定時限復合電壓啟動的過電流保護 保護裝置由負序電壓及線電壓啟動的過電流元件組成。 單相電流元件的動作電流，低電壓元件的動作電壓的整定及靈敏系數校驗與4.2.1相同。負序過電壓元件的動作電壓按躲過正常運行時的不平衡電壓整定，一般取 (25)靈敏系數按主變壓器高壓側母線兩相短路的條件校驗 (26)式中：U2.mi

32、n主變高壓側母線二相短路時，保護安裝處的最小負序電壓。 要求靈敏系數Ksen1.5。 保護動作時間同4.2.1。 當以上保護不滿足要求時，采用低阻抗保護。4.2.3 低阻抗保護 見5.5.7。4.3 定子繞組單相接地保護 我國發(fā)電機中性點接地方式主要有以下三種： 不接地(含經單相電壓互感器接地)； 經消弧線圈(欠補償)接地； 經配電變壓器高阻接地。 在發(fā)電機單相接地故障時，不同的中性點接地方式，將有不同的接地電流和動態(tài)過電壓以及不同的保護出口方式。 發(fā)電機單相接地電流允許值見附錄A。 當機端單相金屬性接地電容電流IC小于允許值時，發(fā)電機中性點應不接地，單相接地保護帶時限動作于信號；若IC大于允

33、許值，宜以消弧線圈(欠補償)接地，補償后的殘余電流(容性)小于允許值時，保護仍帶時限動作于信號；但當消弧線圈退出運行或由于其他原因使殘余電流大于允許值時，保護應切換為動作于停機。 發(fā)電機中性點經配電變壓器高阻接地時，接地故障電流大于 IC，一般情況下均將大于允許值，所以單相接地保護應帶時限動作于停機，其時限應與系統(tǒng)接地保護相配合。4.3.1 基波零序過電壓保護該保護的動作電壓Uop應按躲過正常運行時中性點單相電壓互感器或機端三相電壓互感器開口三角繞組的最大不平衡電壓Uunb.max整定，即UopKrelUunb.max (27)式中：Krel可靠系數，取1.21.3。 Uunb.max為實測不

34、平衡電壓，其中含有大量三次諧波。為了減小Uop，可以增設三次諧波阻波環(huán)節(jié)，使Uunb.max主要是很小的基波零序電壓，大大提高靈敏度，此時Uop5V，保護死區(qū)5%。應校核系統(tǒng)高壓側接地短路時，通過升壓變壓器高低壓繞組間的每相耦合電容CM傳遞到發(fā)電機側的零序電壓Ug0大小，傳遞電壓計算用近似簡化電路，見圖7。圖 7 傳遞電壓計算用近似簡化電路圖7中，E0為系統(tǒng)側接地短路時產生的基波零序電動勢，由系統(tǒng)實際情況確定，一般可取 ，UHn為系統(tǒng)額定線電壓。Cg為發(fā)電機及機端外接元件每相對地總電容。CM為主變壓器高低壓繞組間的每相耦合電容，見附錄J。Zn為3倍發(fā)電機中性點對地基波阻抗。 Ug0可能引起基波

35、零序過電壓保護誤動作。因此，應從動作電壓整定值及延時兩方面與系統(tǒng)接地保護配合。4.3.2 三次諧波電壓單相接地保護 對于100MW及以上的發(fā)電機，應裝設無動作死區(qū)(100%動作區(qū))單相接地保護。一種保護方案是基波零序過電壓保護與三次諧波電壓保護共同組成100%單相接地保護。 電壓互感器變比為： 機端TV 中性點TV 如發(fā)電機中性點經消弧線圈或配電變壓器接地，保護裝置應具有調平衡功能，否則應增設中間電壓互感器。設機端和中性點三次諧波電壓各為 和 ，三次諧波電壓單相接地保護可采用以下兩種原理：a) (28) 實測發(fā)電機正常運行時的最大三次諧波電壓比值設為a0，則取閾值a(1.051.15)a0。根

36、據發(fā)電機定子繞組對地電容和中性點對地三次諧波阻抗的大小，見圖8，可計算a0。a0可能小于或大于1.0。b) (29) 式中分子為動作量，調整系數 ，使發(fā)電機正常運行時動作量最小。然后調整系數，使制動量 在正常運行時恒大于動作量，一般取0.20.3。 動作判據1)的保護裝置簡單，但靈敏度較低。動作判據2)較復雜，但靈敏度高。定子繞組單相接地保護中的三次諧波部分只動作于信號。E3發(fā)電機三次諧波相電動勢；EH3系統(tǒng)高壓側三次諧波相電動勢；Zn發(fā)電機中性點對地三次諧波感抗或電阻的三倍；C1發(fā)電機每相對地電容之半；C2機端外接元件每相對地總電容；CM主變壓器高低壓繞組間每相耦合電容圖 8 發(fā)電機三次諧波

37、電壓分析計算用等值電路4.3.3 中性點經配電變壓器高阻接地的定子繞組單相接地保護接于配電變壓器(變比nt)二次側的電阻RN，應按機端單相接地時由RN產生的電阻電流大于電容電流選定，即 (30)式中：Cg發(fā)電機及機端外接元件每相對地總電容。 a)基波零序過電壓保護。與4.3.1相同，但此保護用在中性點經配電變壓器高阻接地的發(fā)電機上，靈敏度較低。 b)三次諧波電壓單相接地保護。與4.3.2相同。c)95%定子繞組單相接地基波零序過電流保護。該保護裝設在發(fā)電機中性點接地連線的電流互感器上，保護應具有三次諧波阻波部件，其動作電流為 (31)式中：Ker電流互感器比誤差系數，取為3%；U%機端電壓變化

38、百分值，取為10%；機端單相金屬性接地電流；na電流互感器變比；I2n電流互感器二次額定電流；Ier保護繼電器誤差，取為5%。 保護經0.5s延時動作于停機。4.3.4 外加交流電源式100%定子繞組單相接地保護 國內應用的外加交流電源式定子繞組單相接地保護有兩種，其一為外加20Hz電源， 另一為外加12.5Hz電源。 外加電源方式的定子繞組單相接地保護，在啟、停機過程中仍有保護作用，但必須增設低頻電源，且對其要求有很高的可靠性。4.4 勵磁回路接地保護 汽輪發(fā)電機通用技術條件規(guī)定：對于空冷及氫冷的汽輪發(fā)電機，勵磁繞組的冷態(tài)絕緣電阻不小于1M，直接水冷卻的勵磁繞組，其冷態(tài)絕緣電阻不小于2k。水

39、輪發(fā)電機通用技術條件規(guī)定：繞組的絕緣電阻在任何情況下都不應低于0.5M。 勵磁繞組及其相連的直流回路，當它發(fā)生一點絕緣損壞時(一點接地故障)并不產生嚴重后果；但是若繼發(fā)第二點接地故障，則部分轉子繞組被短路，可能燒傷轉子本體，振動加劇，甚至可能發(fā)生軸系和汽輪機磁化，使機組修復困難、延長停機時間。為了大型發(fā)電機組的安全運行，無論水輪發(fā)電機或汽輪發(fā)電機，在勵磁回路一點接地保護動作發(fā)出信號后，應立即轉移負荷，實現(xiàn)平穩(wěn)停機檢修。對裝有兩點接地保護的汽輪發(fā)電機組，在一點接地故障后繼續(xù)運行時，應投入兩點接地保護，后者帶時限動作于停機。4.4.1 疊加直流式一點接地保護 在勵磁繞組負端和大地之間經一電流繼電器

40、KA疊加直流電壓Uad構成的轉子一點接地保護，由圖9可知正常運行時流過繼電器KA的電流為TVM中間電壓互感器 (32)式中：Uad疊加直流電壓； Ufd發(fā)電機勵磁電壓；Ri繼電器KA的內阻；Rins勵磁繞組對地等效絕緣電阻。發(fā)電機強行勵磁但勵磁繞組并不接地時，流過繼電器KA的電流為 (33)式中：Ufd.max發(fā)電機強勵時的轉子電壓。 對于空冷及氫冷汽輪發(fā)電機，要求在勵磁繞組負端經過渡電阻Rtr20k接地時繼電器KA動作。發(fā)電機空載運行，勵磁繞組負端經過渡電阻Rtr接地條件下，流過繼電器KA的電流Iop為 (34)式中：Ufd0發(fā)電機空載勵磁電壓；Rtr接地點的過渡電阻。按負端經過渡電阻接地時

41、流過繼電器KA的電流大于發(fā)電機強勵而勵磁繞組并不接地時流過繼電器KA的電流整定。IopKrelIad.max (35)式中：Krel可靠系數，取1.5。解出表示最小靈敏度的過渡電阻Rtr為(當Ufd.max2Ufdn,Ufdn為正常額定勵磁電壓) (36)式中：RaRinsRi(Rins+Ri)。 (37)圖 9 疊加直流電壓一點接地保護原理圖4.4.2 測量勵磁繞組對地導納的一點接地保護 該保護外加工頻交流電源經補償電感L與隔直電容C(L、C對50Hz串聯(lián)諧振)接于勵磁繞組的正負極。勵磁繞組正常對地(大軸)的絕緣電阻為Rins(或電導gins)和對地電容為Ce。重要的是由外加電源a、b兩端向

42、勵磁繞組看進去的等值電路(圖10)中除Rins和Ce外，只有純阻Rb，不應有與Rb串聯(lián)的感抗或容抗(Ce除外)。 由a、b兩點看到的輸入對地導納軌跡如圖11所示，圖中實線圓族為以gins為常量、Ce為變量的等電導圓，虛線圓族為以Ce為常量、gins為變量的等電納圓。圖 10 測量對地導納式一點接地保護的等值電路 圖11中，橫坐標右側端點表示勵磁繞組發(fā)生金屬性接地故障(Rins0，gins)，輸入端對地導納為gb1Rb。理想的測量對地導納式一點接地保護的動作特性應只與整定的Rins值有關，而與Ce大小無關。因此保護整定的動作特性(以Rins2k為例)如圖11中的陰影整圓，它與等電導圓(Rins2

43、k)完全重合，表明該保護的動作特性與Ce無關，只要Rins2k，保護就動作。圖 11 等電導圓和整定圓繼電器的動作判據如圖12所示，為YgmgNgm (38)式中：Y繼電器測得的勵磁繞組對地導納；gm繼電器整定圓圓心；gngm繼電器整定圓半徑。圖 12 測量對地導納繼電器的整定圓當已確定要求繼電器在轉子繞組對地絕緣電阻下降到Rins(相應有gins1Rins)時動作，且已知Rb值(制造廠家供給，相應有參考電導gb1Rb)，則需要整定計算的對地導納整定圓圓心為gm(位于g軸上) (39)整定圓半徑為gngm，由圖12知，gngb，所以半徑為 (40) 由圖11可清楚見到，Rins的整定值不能取得

44、太大(例如大于10k)，因為當Rins從8k變到無窮大時，等電導圓十分密集，極易產生定值變異。一般Rins的整定值宜取5k左右，這是這種保護的原理所決定的。 在實際工作中應注意以下幾點： a)勵磁回路發(fā)生金屬性一點接地故障時，Rins0,gins，測量對地導納Y位于整定圓的邊界上，處于動作邊緣。在發(fā)生金屬性接地時，檢驗保護不應拒動。 b)電刷與大軸間的接觸電阻，嚴重影響保護的動作定值，為此必須加大電刷的壓力，減小其接觸電阻值。4.4.3 切換采樣式一點接地保護圖 13 接地保護裝置的阻容網絡該保護要在轉子繞組兩端外接阻容網絡，電子開關S1S3輪流接通和斷開，如圖13，對電流I1I3采樣。 (41) (42) (43)式中：K1、K2選定的常數；故障點將Ufd分為U1和U2。保護的動作判據為I1+I3I2 (44)保護動作時的過渡電阻Rtr為 (45)Rtr即為保護的靈敏度，其定值取決于正常運行時轉子回路的絕緣水平。 (46)要求在一定的Rtr時動作，就有相應的K2值，所以改變K2可以改變轉子一點接地保護整定值Rset，通常取Rset10k以上。當Rtr