發(fā)電機(jī)相間短路的比率制動(dòng)式縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)1(共12頁)

1、PAGE PAGE 13發(fā)電機(jī)相間(xingjin)短路的比率(bl)制動(dòng)式縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)(boh)浙江旺能環(huán)保股份有限公司 周玉彩電力裝置的繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置設(shè)計(jì)規(guī)范GB50062-2008第3.0.3條3款：對(duì)1MW以上的發(fā)電機(jī)，應(yīng)裝設(shè)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。對(duì)發(fā)電機(jī)變壓器組，當(dāng)發(fā)電機(jī)與變壓器之間有斷路器時(shí),發(fā)電機(jī)應(yīng)單獨(dú)裝設(shè)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)；當(dāng)發(fā)電機(jī)與變壓器之間沒有斷路器時(shí)，應(yīng)裝設(shè)發(fā)電機(jī)變壓器組共用的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。該規(guī)范在發(fā)電機(jī)定子繞組相間短路保護(hù)上首選了發(fā)電機(jī)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，在實(shí)際工程中發(fā)電機(jī)定子繞組相間短路保護(hù)廣泛采用發(fā)電機(jī)微機(jī)比率制動(dòng)式縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。下面介紹發(fā)電機(jī)微機(jī)比率制動(dòng)式縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的原理及保護(hù)

2、整定的計(jì)算方法。一、縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)原理：將發(fā)電機(jī)兩側(cè)電流互感器TA變比和型號(hào)相同的電流互感器TA二次側(cè)圖示極性端縱向連接起來，差動(dòng)繼電器KD接于其差回路中，當(dāng)正常運(yùn)行或外部故障時(shí)，I1 與 I2 反向流入，KD的電流為 - =- 0 ，故KD不會(huì)動(dòng)作。當(dāng)在保護(hù)區(qū)內(nèi)K2點(diǎn)故障時(shí)，I1與I2 同向流入，KD的電流為： + =+= EQ 圖1 發(fā)電機(jī)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)(boh)的原理的接線當(dāng) 大于KD的整定值時(shí)，即 - 0 ,KD動(dòng)作。這里需要指出(zh ch)的是：上面的討論是在理想情況下進(jìn)行的，實(shí)際上兩側(cè)的電流互感器的特性（勵(lì)磁特性、飽和特性）不可能完全一致，誤差也不一樣，即: nTA1nTA2，正常運(yùn)

3、行(ynxng)及外部故障時(shí)， Iset ，總有一定量值的電流流入KD, 此電流稱為不平衡電流，用Iunb表示。通常，在發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，此電流很小，當(dāng)外部故障時(shí)，由于短路電流的作用，TA的誤差增大，再加上短路電流中非周期分量的影響，Iunb增大，一般外部短路電流越大，Iunb就可能越大，其最大值可達(dá)：式中：Kst同型系數(shù)，取0.5； Kunp非周期性分量影響系數(shù)，取為11.5； fi TA的最大數(shù)值誤差，取0.1。為使KD在發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行及外部故障時(shí)不發(fā)生誤動(dòng)作，KD的動(dòng)作值必須大于最大平衡電流Iunb.max，即Iop=KrelIunb.max (Krel為可靠系數(shù)，取1.3）。Iunb.

4、max越大，動(dòng)作值Iop就越大，這樣就會(huì)使保護(hù)在發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障的靈敏度降低。此時(shí)，若出現(xiàn)較輕微的內(nèi)部故障，或內(nèi)部經(jīng)比較大的過渡電阻Rg短路時(shí)，保護(hù)不能動(dòng)作。對(duì)于大、中型發(fā)電機(jī)，即使輕微故障也會(huì)造成嚴(yán)重后果。為了提高保護(hù)的靈敏系數(shù)，有必要將差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流減小，要求最小動(dòng)作電流Iop.min=(0.1-0.3) IgN（IgN為發(fā)電機(jī)額定電流），而在任何外部故障時(shí)不誤動(dòng)作。顯然，圖1所示的差動(dòng)保護(hù)整定的動(dòng)作電流已大于額定電流，無法滿足這種要求。故采用微機(jī)比率制動(dòng)式縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)滿足要求。二、微機(jī)比率(bl)制動(dòng)式縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)原理： 微機(jī)(wi j)比率制動(dòng)式縱差保護(hù)僅反應(yīng)相間短路故障。具有比率制

5、動(dòng)特性的差動(dòng)保護(hù)的二次接線(ji xin)如圖2所示。當(dāng)差動(dòng)線圈匝數(shù)Wd與制動(dòng)線圈匝數(shù)Wres的關(guān)系為 時(shí)：差動(dòng)電流： 制動(dòng)電流： 式中： ， 一次電流；， 二次電流； na電流互感器變比。圖 2 比率(bl)制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)原理接線圖 差動(dòng)保護(hù)(boh)的制動(dòng)特性如圖3中的折線(zhxin)ABC所示。圖中，縱坐標(biāo)為差動(dòng)電流Id，橫坐標(biāo)為制動(dòng)電流Ires。 為了正確進(jìn)行整定計(jì)算，首先應(yīng)了解縱差保護(hù)的不平衡電流與負(fù)荷電流和外部短路電流間的關(guān)系。 發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)用的10P級(jí)電流互感器，在額定一次電流和額定二次負(fù)荷條件下的比誤差為3%。因此，縱差保護(hù)在正常負(fù)荷狀態(tài)下的最大不平衡電流不大于6%。但隨著

6、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(shí)際的不平衡電流與短路電流的關(guān)系曲線如圖3中的曲線OED所示。圖 3 比率制動(dòng)(zh dn)式差動(dòng)保護(hù)的制動(dòng)特性三、微機(jī)(wi j)比率制動(dòng)式縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)整定計(jì)算(j sun)發(fā)電機(jī)外部短路時(shí)，差動(dòng)保護(hù)的最大不平衡電流由式(1)進(jìn)行估算 (1)式中：Kap非周期分量系數(shù)，取1.52.0；Kcc互感器同型系數(shù)，取0.5；Ker互感器比誤差系數(shù)，取0.1； 最大外部三相短路電流周期分量。 比率制動(dòng)特性縱差保護(hù)需要整定計(jì)算以下三個(gè)參數(shù)：1)確定差動(dòng)保護(hù)的最小動(dòng)作電流，即確定圖3中A點(diǎn)的縱座標(biāo)Iop.0為 (2)式中：Kr

7、el可靠系數(shù)，取1.5； Ign發(fā)電機(jī)額定電流； Iunb.0發(fā)電機(jī)額定負(fù)荷狀態(tài)下，實(shí)測(cè)差動(dòng)保護(hù)中的不平衡電流。 實(shí)際可取Iop.0(0.100.30)Ignna，一般宜選用(0.100.20)Ignna。如果實(shí)測(cè)Iunb.0較大，則應(yīng)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(shè)備的缺陷或隱患。 發(fā)電機(jī)內(nèi)部短路(dunl)時(shí)，特別是靠近中性點(diǎn)經(jīng)過渡電阻短路時(shí)，機(jī)端或中性點(diǎn)側(cè)的三相電流可能不大，為保證內(nèi)部短路時(shí)的靈敏度，最小動(dòng)作電流Iop.0不應(yīng)(b yn)無根據(jù)地增大。 2)確定制動(dòng)特性(txng)的拐點(diǎn)B。定子電流等于或小于額定電流時(shí)，差動(dòng)保護(hù)不必具有制動(dòng)特

8、性，因此，B點(diǎn)橫坐標(biāo)Ires.0(0.81.0)Ignna (3)當(dāng)Ires.0Ignna時(shí)，應(yīng)調(diào)整保護(hù)內(nèi)部參數(shù)，使其滿足式(3) 。 3)按最大外部短路電流下差動(dòng)保護(hù)不誤動(dòng)的條件，確定制動(dòng)特性的C點(diǎn)，并計(jì)算最大制動(dòng)系數(shù)。設(shè)C點(diǎn)對(duì)應(yīng)的最大動(dòng)作電流為Iop.max，其值為 Iop.maxKrelIunb.max (4)式中：Krel可靠系數(shù)，取1.31.5。C點(diǎn)對(duì)應(yīng)的最大短路電流 與最大制動(dòng)電流Ires.max相對(duì)應(yīng)。C點(diǎn)的最大制動(dòng)系數(shù)Kres.max按下式計(jì)算 Kres.maxIop.maxIres.maxKrelKapKccKer (5)式(5)的計(jì)算值為Kres.max0.15，可確保在最

9、大外部短路時(shí)差動(dòng)保護(hù)不誤動(dòng)。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(jì)，宜適當(dāng)提高制動(dòng)系數(shù)值。圖3中，取C點(diǎn)的Kres.max0.30。該比率制動(dòng)特性的斜率S為 (6)根據(jù)上述計(jì)算，由A、B、C三點(diǎn)確定的制動(dòng)特性，確保在負(fù)荷狀態(tài)和最大外部短路暫態(tài)過程中可靠不誤動(dòng)。按上述原則整定的比率制動(dòng)特性，當(dāng)發(fā)電機(jī)機(jī)端兩相金屬性短路時(shí)，差動(dòng)保護(hù)(boh)的靈敏系數(shù)一定滿足Ksen2.0的要求(yoqi)，不必進(jìn)行靈敏度校驗(yàn)。四、微機(jī)比率制動(dòng)(zh dn)式縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)整定計(jì)算實(shí)例發(fā)電機(jī)參數(shù)表一廠、站名稱熱電廠機(jī)號(hào)#1、#2發(fā)電機(jī)額定容量158.8MVA型式QF-135-2-13.80.9(滯后

10、)額定功率135MW功率因數(shù)0.85制造廠投產(chǎn)日期次暫態(tài)電抗xd”14%暫態(tài)電抗xd23%同步電抗xd 221%負(fù)序電抗x215%零序電抗x0 6.1%備注=0.14*100/158.8=0.88 Sb取系統(tǒng)最大阻容量為100MVA，Sn=158.8MVA。（一）、發(fā)電機(jī)微機(jī)比率制動(dòng)式縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)1、保護(hù)所用互感器：發(fā)電機(jī)機(jī)端TA： 6LH 8000/5A Y接線 5P20發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)TA： 1LH 8000/5A Y接線 5P202、發(fā)電機(jī)出口二次額定電流Ign.2f 發(fā)電機(jī)一次額定電流Ign=(Pn/COS)/3Uf1n=13500/(0.851.73213.8)=6645（A）式中：Pn

11、為發(fā)電機(jī)額定容量；COS為發(fā)電機(jī)功率因數(shù)；Uf1n為發(fā)電機(jī)機(jī)端額定電壓。 Ign.2fIgn/na=6645/（8000/5）=4.153（A）3、基 本 整 定： 1）按照發(fā)電機(jī)外部短路時(shí)差動(dòng)保護(hù)的最大不平衡電流整定： 式中：Kap非周期(zhuq)分量系數(shù)，取1.52.0；Kcc互感器同型系數(shù)(xsh)，取0.5；Ker互感器比誤差(wch)系數(shù)，取0.1； 最大外部三相短路電流周期分量。na 互感器變比發(fā)電機(jī)出口最大短路電流的計(jì)算，取系統(tǒng)最大運(yùn)行方式，同時(shí)有另一臺(tái)機(jī)組在運(yùn)行：a、為了簡(jiǎn)化計(jì)算,網(wǎng)絡(luò)化簡(jiǎn),求綜合正序阻抗X12阻抗變換如下圖4：b、求各電源的轉(zhuǎn)移阻抗：系統(tǒng)對(duì)d2點(diǎn)轉(zhuǎn)移阻抗為X

12、czy=0.1053F1對(duì)d2點(diǎn)轉(zhuǎn)移阻抗為Xf1zy=0.088F2對(duì)d2點(diǎn)轉(zhuǎn)移阻抗為Xf2zy=1.257c、由轉(zhuǎn)移電抗求各電源的計(jì)算電抗：Xcjs =0.10530.1053Xf1js=0.088=0.14Xf2js =1.257=1.996d、周期分量的有效值如下：d2點(diǎn)三相短路各電源供給的短路電流周期分量有效值（Iz）表二額定電流（kA）短路電流Iz（kA）計(jì)算式電流值計(jì)算式電流值發(fā)電機(jī)F1158.8/（13.8）6.6456.645I*=6.6450.1447.46發(fā)電機(jī)F2158.8/（13.8）6.6456.645I*=6.6451.99679.57系統(tǒng)Sc100/（13.8）4

13、.1844.184I*=6.6454.18439.74合計(jì)（kA）166.77最大不平衡(pnghng)電流:依整定計(jì)算導(dǎo)則, Iunb.max=KapKccKerI (3)k.max/n,許繼廠家建議最大不平衡(pnghng)電流不考慮同型系數(shù)(xsh):Iunb.max=KapKerIk.max =20.179.57KA=15.91（KA）4、差動(dòng)電流起動(dòng)定值Id.op.min的整定：(1)、Id.op.min為差動(dòng)保護(hù)最小動(dòng)作電流值；應(yīng)按躲過正常發(fā)電機(jī)額定負(fù)載時(shí)的最大不平衡電流整定（二次），即:Id.op.min =Krel20.03If2n=1.520.034.153=0.37（A）

14、（2）、依整定計(jì)算導(dǎo)則:實(shí)際可取(0.10.3)If2n, 許繼廠家建議?。?.20.3；當(dāng)一次電流小于1.2倍互感器額定電流時(shí),誤差不超過3%,因此按工程經(jīng)驗(yàn)取為0.3If2n；則: Id.op.min =0.3If2n=0.34.153=1.25（A） ?。?.0A；式中：If2n發(fā)電機(jī)二次額定電流；Krel可靠系數(shù)?。?.5；5、最小制動(dòng)電流或拐點(diǎn)電流Ires.0Ires.0(0.81.0)Ignna 0.84.153=3.32(A) 取:2A6、比率制動(dòng)系數(shù)的整定 (1)、最大的動(dòng)作電流Id.0P.max計(jì)算。按躲過區(qū)外短路時(shí)最大動(dòng)作電流的計(jì)算 Id.0P.maxIop.maxIres

15、.maxKrelKapKccKer IK.max/nTA =1.520.50.1IK.max/nTA =0.151.05Ign.2f/ xd” =0.151.054.15/0.14=4.67(A)IK.max=1.05/ xd”=7.5, xd”=0.14(2)制動(dòng)系數(shù)斜率S的理論值計(jì)算。區(qū)外(q wi)最大短路電流的相對(duì)值為 IRes.max = IK.max* =7.5斜率(xil)比率差動(dòng)最大斜率：=(0.157.5-0.37)/(7.5-3.32)=0.181廠家(chn ji)建議取:S=0.5，故?。篠=0.5。7、靈敏度校驗(yàn)按上述原則整定的比率制動(dòng)特性，當(dāng)發(fā)電機(jī)端兩相金屬性短路時(shí)

16、，差動(dòng)保護(hù)的靈敏系數(shù)一定滿足Ksen2,即：按發(fā)電機(jī)端兩相金屬性短路時(shí)計(jì)算,根據(jù)計(jì)算最小短路電流(d2點(diǎn)) I (2)d.min和相應(yīng)的制動(dòng)電流Ir,在動(dòng)作特性曲線上查得對(duì)應(yīng)的動(dòng)作電流Id,則靈敏系數(shù)為：Ksen=I (2)d.min/Id.op=25.67/5.42=4.7362 靈敏度滿足要求。式中:I (2)d.min=3/21/ xd”=0.8661/0.144.153=25.67(A)Id.op=S(Ires- Ires.0)+ Id.op.min=S(0.5I (2)d.min- Ires.0)+ Id.op.min=0.5(0.5I (2)d.min- Ires.0 )+ Id.

17、op.min=0.5(0.525.67-2)+1=5.42(A)8、差動(dòng)速斷保護(hù)差電流速斷是縱差保護(hù)的一個(gè)補(bǔ)充部分(b fen),一般需躲過機(jī)組非同期合閘產(chǎn)生的最大不平衡電流,對(duì)于大機(jī)組,一般可取34倍額定電流。本工程(gngchng)取工程經(jīng)驗(yàn)值4倍額定電流。即：44.153=16.6A 保護(hù)(boh)出口（二）、比率差動(dòng)保護(hù)邏輯圖：比率差動(dòng)保護(hù)邏輯圖如圖5所示（三）、WFB-820A系列微機(jī)發(fā)電機(jī)保護(hù)WFB-821A 裝置定值表三序號(hào)定值名稱定值范圍整定值1額定電流Ie1.010.0A4153A2比率差動(dòng)投退0-1 1：投入3差流越限投退0-1 1：投入4TA異常投退0-11：投入5保護(hù)方案選擇控制0-1-21：三取一6TA異常閉鎖差動(dòng)0-10：不閉鎖 7最小動(dòng)作電流0.21.5 1A8最小制動(dòng)電流0.52.0 2A9差動(dòng)速斷電流4In