DL∕T 684-2012 大型發(fā)電機變壓器繼電保護整定計算導則

備案號：36392-2012代替DL/T684—1999國家能源局發(fā)布I Ⅱ 1 1 1 2 49 附錄D(資料性附錄)變壓器電容參數(shù)估算值 附錄E(規(guī)范性附錄)發(fā)電機若干異常運行狀態(tài)的要求 附錄G(資料性附錄)大型汽輪發(fā)電機組對頻率異常運行的要求 5附錄H(資料性附錄)發(fā)電機變壓器組保護的整定計算 1范圍GB/T7064—2008隱極同步發(fā)電機技術要求(IEC60034-3:20IEC61869—1—2007儀表應共同遵守(參見附錄A)。23.7.2發(fā)電機及調(diào)相機的正序阻抗可采用次暫態(tài)電抗X”的飽和值(參見附錄B)。3.7.3各發(fā)電機的等值電動勢(標幺值)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(簡稱縱差保護)的整定計算中以非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。常見運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?qū))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c)解列：斷開發(fā)電機或發(fā)—變組斷路器，原動機甩負荷。f)縮小故障范圍(如斷開母聯(lián)或分段斷路器)。i)信號：發(fā)出聲光信號。電壓、阻抗等)應以二次側有名值的形式給出。3.11電流整定值應高于微機保護的最小采樣精度，不應低于0.05In(In為電流互感器二次額定電流，4發(fā)電機保護的整定計算4.1定子繞組內(nèi)部故障主保護圖1a)所示為發(fā)電機完全縱差保護接線，in為流出發(fā)電機的機端電流(相應的TA二次側三相3a)計算發(fā)電機額定電流。發(fā)電機的二次額定電流、二次額定電流的表達式為:4取I=(3~5)?,建議取4I56出口方式動作于停機。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，具體整定方法以各廠家技術說明書為準。4.1.4不完全縱差保護基本工作原理本保護既反應相間和匝間短路，又兼顧分支開焊故障。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。對于每相定子繞組為a分支的大型發(fā)電機，在構成不完全縱差保護時，中性點TA每相接入N個分支。以圖3為例，每相定子繞組6分支，中性點每相接入3分支，機端TA取相電流(圖3中的TA3),中性點TA每相接入的分支為2、4、6(圖3中的TA1)。圖3每相6個并聯(lián)分支的發(fā)電機不完全縱差保護制動特性和動作方程K——中性點側電流平衡系數(shù)(也稱分支系數(shù)),等于機端TA、中性點TA二次電流進入差動回路電流之比，即：7K=I?/In衡電流整定其表達式為：8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b)為防止外部短路時誤動作，可增設負序方向閉鎖元件。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。e)動作時限按躲過專用TV一次側斷線的判定時間整定，可取0.2s。f)出口方式為停機。4.1.8故障分量負序方向保護故障分量負序方向元件，閾值e?很4.2發(fā)電機復合電壓過流保護4.2.1過電流保護b)靈敏系數(shù)校驗。靈敏系數(shù)按主變壓器高壓側母線兩相短路的條件校驗，即：c)動作時限及出口方式。與主變壓器后備保護的動作時間配合，動作于停機。d)當發(fā)電機為自并勵勵磁方式時，電流元件應具有記憶功能，記憶時間稍長于動作時限。a)低電壓元件接線電壓，按躲過發(fā)電機失磁時最低機端電壓整9要求靈敏系數(shù)K≥1.2?！唤拥?含經(jīng)單相電壓互感器接地) 經(jīng)消弧線圈(欠補償)接地： 動作于信號；當Ic大于允許值時，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HH1Z則設機端和中性點三次諧波電壓分別為U?和U?,三次諧波電壓單相接地保護可采用以下兩種原ù三次諧波電壓資接地保護一般動作于信號。接地接地R?發(fā)電機主變壓器1.0s,動作于停機。作值按保護距發(fā)電機機端80%～90%范圍的定子繞組接地故障的原則整定。以圖5為例，動作電流α——取10%～20%;勵磁繞組及其相連的回路，當它發(fā)生一點絕緣損壞時(一點接地故障)并不產(chǎn)生嚴重后果，但可整定為5kΩ~15kQ;一般動作于信號?？烧?.5kΩ~2.5kQ;可動作于信號或跳閘。附錄E,當有制造廠家提供的參數(shù)時，以廠家參數(shù)為準);圖6定子繞組允許過電流曲線(反時限過電流保護的動作特性)4.5.2勵磁繞組過負荷保護置在交流側時，其動作時限及動作電流的整側的有效值I,對于三相全橋整流的情況，I=0.816In)。熱特性相同，如圖7所示，其表達式為：C——轉子繞組過熱常數(shù)；圖7轉子繞組反時限過電流保護跳閘特性反時限動作特性的上限動作電流與強勵頂值倍數(shù)匹配。如果強勵倍數(shù)為2倍，則在2倍額定勵磁電a)負序定時限過負荷保護。保護的動作電流按發(fā)電機長期允許的負序電流I?下能可靠返回的條0s下限動作延時按式(43)計算，同時需參考保護裝置所能提供的最大延時。在靈敏度和動作時限方面不必與相鄰元件或線路的相間短路保護配合，保護動作于解列或程序跳4.6.1低勵失磁保護主判據(jù)1)系統(tǒng)低電壓；2)機端低電壓。1)異步邊界阻抗圓；2)靜穩(wěn)極限阻抗圓。1)轉子低電壓判據(jù)；2)變勵磁電壓判據(jù)。a)系統(tǒng)低電壓。Uop,3p=(0.85～0.95)UHnUop.c=(0.85~0.90)U失磁發(fā)電機的機端阻抗最終軌跡一定進入圖9的圓1中，圓1稱為異步邊界阻抗圓，其整定值X——發(fā)電機暫態(tài)電抗(不飽和值),標幺值；X發(fā)電機同步電抗(不飽和值),標幺值；a)汽輪發(fā)電機。如圖9中的圓2,其整定值為：Xo——發(fā)電機與系統(tǒng)間的聯(lián)系電抗(包括升壓變壓器阻抗，系統(tǒng)處于最小運行方式)標幺值(以發(fā)電機額定容量為基準),參見附錄F。圖9阻抗動作特性圖10失磁保護滴狀曲線靜穩(wěn)極限阻抗圖4.6.5轉子低電壓判據(jù)式中：。發(fā)電機，式(52,式(52)的U4.6.6變勵磁電壓判據(jù)動作判據(jù)為：式中：I=(1.2~1.4)I?I/n 第一部分是透鏡特性，見圖13中①,它把阻抗平面分成透鏡內(nèi)的部分I和透鏡外的部分A。第二部分是遮擋器特性，見圖13中②,它平分透鏡并把阻抗平面分為左半部分L和右半部第三部分特性是電抗線，見圖13中③,它把動作區(qū)一分為二，電抗線以下為I段(D),電抗線以圖13三元件式失步保護特性動勢擺開角)決定了透鏡在復平面上橫軸方向的寬度。確定透鏡結構的步驟如下：圖14三元件失步保護特性的整定3)確定內(nèi)角α,Xp=X,+X(65)的關系，擬合曲線2。一般在曲線2上自由設定8個~10個分點(N,t),i=1,2,3,…。原則是曲率大者取其一):從動作時間考慮時，可以考慮整定時間為曲線1時間的60%～80%;從動作定值考慮時，可以考慮整定定值為曲線1的值除以1.05,最小定值應4.8.2發(fā)電機頻率異常保護參考附錄G。圖17逆功率繼電器動作特性曲線取98.6%～98.7%(分別對應300MW及600MW),P為發(fā)電機額定功率。4.8.5啟停機保護I——額定頻率下，滿負荷運行時差動回路中電流；低頻繼電器的輸出觸點連鎖退出；低頻元件的整定值選取額定頻率的80%～90%。x”、x?——發(fā)電機的次暫態(tài)電抗(不飽和值)、主變壓器電抗，均為以發(fā)電機容量為基準的標幺值。全阻抗元件動作特性如圖18所示。許值為5%~10%)I,因此誤上電電流可取(10%～20%)。K——可靠系數(shù)，取1.2～1.3;c)低頻低壓過流原理的誤上電保護。2)低頻元件的整定。低頻元件的整定值一般選取額定頻率的90%～96%。4.8.7斷路器閃絡保護發(fā)—變組接入220kV及以上系統(tǒng)時應配置高壓側斷路器斷口閃絡保護300MW及以上并且機端有斷路器的機組，應裝設機端斷路器失靈保護。當發(fā)電機保護動作于機端斷路器跳閘但斷路器失靈時，跳開主變壓器高壓側斷路器并啟5變壓器保護的整定計算5.1變壓器縱差保護5.1.1縱差保護的設置目的5.1.2220kV～750kV變壓器縱差保護的技術要求對220kV~750kV變壓器縱差保護的技術要求應遵循GB/T14285—2006的要求。變壓器縱差保護原理接線示意圖如圖20所示。變變壓器保護變壓器保護變壓器保護側中中壓側5.1.3縱差保護整定計算內(nèi)容a)與縱差保護有關的變壓器參數(shù)，包括變壓器的額定容量、各側額定電壓、電流互感器變比等。b)短路電流計算。c)縱差保護動作特性參數(shù)的整定。d)縱差保護靈敏系數(shù)的校驗。e)其他定值的推薦，如諧波制動比(對諧波制動原理的差動保護)、波形對稱度(對波形對稱原理的差動保護)和閉鎖角(對間斷角原理的差動保護)的推薦。5.1.4縱差保護的整定計算變壓器保護裝置應能通過額定容量、各側額定電壓、電流互感器變比等參數(shù)自動計算出各側二次額定電流、差動保護計算用平衡系數(shù)等相關參數(shù)。與縱差保護有關的變壓器參數(shù)計算，可按表2所列的公式和步驟進行。在表2中作了如下設定：雙低壓側1次額定電壓N23D4電流互局器一次值5167注1:對于通過軟件實現(xiàn)電流和位和幅值補償?shù)奈C型保護，各側電流互感器之次均按置接線。注2:比例差動保護的具體整定方式應參考裝置的說明系數(shù)計算的，其中平衡系數(shù)和二次額寇電流滿足k?I=kI短路電流計算整定變壓器縱差保護，一般需做兩種運行方式下的短路電流計算：一種是在系統(tǒng)最大運行方式下變壓器外部短路時，計算通過變壓器的最大穿越性短路電流(通常是三相短路電流),其目的是為計算差動保護的最大不平衡電流和最大制動電流；另一種是在系統(tǒng)最小運行方式下，計算縱差保護區(qū)內(nèi)最小短路電流(兩相或單相短路電流),其目的是為計算差動保護的最小靈敏系數(shù)。計算短路電流所采用的系統(tǒng)最大和最小運行方式，用于整定定值方面的，應由調(diào)度部門提供；用于保護和互感器選型的，應由設計單位提供?？v差保護動作特性參數(shù)的計算縱差保護動作特性中的拐點、斜率等定值宜由生產(chǎn)廠家在裝置內(nèi)固化，在校驗縱差保護靈敏度時需按照縱差保護實際動作特性進行計算，以下以單折線特性為示例進行說明。帶比率制動特性的縱差保護的動作特性，通常用直角坐標系上的折線表示。該坐標系縱軸為保護的Ks=S(1-Is,o/Ies)+Ip,min/IK=K(KKKa+△U+△m)=S的整定值應按躲過變壓器可能產(chǎn)生的最大勵磁涌流或外部短路最大不平衡電流整定，一般?。篒——差動速斷保護的動作電流；I——變壓器的基準側二次額定電流；K倍數(shù)，視變壓器容量和系統(tǒng)電抗大小，K推薦值如下：6300kVA及以下容量越大，系統(tǒng)電抗越CK取值越小。按正常運行方式保擴安處電源側兩相短路計算靈敏系數(shù)，Ken≥1.2。注:差動保護以標么定時,z。僅為單位,不需計算其值:保護以有名值方式定時,z。為基準側二次b)二次諧波制動東數(shù)的整定。利用二次諧波制動來防勵磁涌流誤動的縱差保護中，整定值指差動電流中的三諧波分量與基波分量的比值，通常稱這一比值為二次諧波制動系數(shù)。根據(jù)經(jīng)驗，二次諧波制動系數(shù)可整定為15%209一般臟薦整定為15%。c)涌流間斷角的推薦值。按鑒別浦流間斷角原理稱成的變壓器差動保護，根據(jù)運行經(jīng)驗，閉鎖角可取為6u0°。有時還采用痛流守數(shù)的最小間斷8。和最大波寬0其閉鎖條件為：5.2變壓器分側差劫保護5.2.1分側差動?？沟脑O置目的分側差動保護是將面耦變壓器的高、公共繞組側作為被保護對象，按相實現(xiàn)差勃保護，并無須考慮勵磁涌流、過勵磁調(diào)壓等影響。分側差動厚銷監(jiān)通過率偉動方式構成，其動作特性曲線為折線型。整定原則為：躲過分傾動回路中正常運行情況下最大的不平衡電流，即：一般可以直接根據(jù)電流互感器的二次額定值來計算最大不平衡申流，即也可以根據(jù)變壓器對應側繞組額定電流(差動參與側的額定電流最大側)來計算最大不平衡電流，即：(107)I?！儔浩骰鶞蕚榷晤~定電流；K——可靠系數(shù)，取1.3～1.5;K——非周期分量系數(shù)，取1.5～2.0;K互感器同型系數(shù)，同型號取0.5,不同型號取1;K——電流互感器的比誤差，取0.1;△m由于電流互感器變比未完全匹配產(chǎn)生的誤差，取0.05;I——電流互感器的二次額定電流。工程中一般取Io=(0.2~0.5)L。,根據(jù)實際情況(現(xiàn)場實測不平衡電流)確有必要時，最小動作定值也可大于0.5I。微微機型變壓器保護I圖25雙繞組變壓器零序差動保護接線1微微機型變壓器保護圖26雙繞組變壓器零序差動保護接線2Ip,min=KIh一般可以直接根據(jù)電流互感器的二次額定值來計算最大不平衡電流，可取Ip,min=Ka(KpKK.+△m)I。2)反向阻抗為正向阻抗的3%～10%,反向阻抗的整定值不伸出變壓器其他側母線。2)反方向阻抗整定原則為：按正向阻抗的3%～5%整定：1)按對側母線故障有靈敏度整定：2)按與對側出線阻抗保護I段(或Ⅱ段)、縱聯(lián)保護配合整定：K——靈敏系數(shù)，Kc≥1.3;K——助增系數(shù)，取各種運行方式下的最小值；Z——對側出線阻抗保護I段(或Ⅱ段)動作阻抗、線路阻抗(與縱聯(lián)保護配合時)。b)反方向阻抗整定原則。1)按正向阻抗的3%～5%整定：2)按與本側出線I段(或Ⅱ段)、縱聯(lián)保護配合整定：K、Zz的含義與式(125)相同。當阻抗保護作為本側系統(tǒng)后備時，可以以t?=t?+△t(to為與之配合的線路保護動作時間，△t為時間級差)跳開本側分段、母聯(lián)斷路器，再以t?=t?+△t跳開本側斷路器，最后以t?=t?+△t跳開變壓器各間級差)跳開對側分段、母聯(lián)斷路器，再以t?=t?+△t跳開對側斷路器，最后以t?=t?+△t跳開變壓器各當阻抗保護未裝設振蕩閉鎖裝置時，上述各段動作時間均應保證在振蕩過程中不誤動作，最小選為時間級差)跳開本側分段、母聯(lián)斷路器，再以t?=t?+△t跳開本側斷路器，最后以t?=t?+△t跳開變壓為時間級差)跳開對側分段、母聯(lián)斷路器，再以t?=t?+△t跳開對側斷路器，最后以t?=t?+△t跳開變壓差)跳開本側斷路器，再以t?=t?+△t跳開各側斷路器。式中：靈敏系數(shù)按下式校驗a)接地保執(zhí)變壓器中性點接地運行狀態(tài)，通常采用兩段式零序過流保護，其整定值及靈敏系圖28中性點可能接地或不接地變壓器(全絕壓100V)。2)分級絕緣且中性點裝設放電間隙的變壓器。此類變壓器除了裝設兩段零序過電流保護用于變壓器中性點直接接地運行情況以外，還應增設反映零序電壓和間隙放電電流的間隙保護，作為變壓器中性點經(jīng)放電間隙接地時的接地保護。其原理圖如圖29所示?！乱凰赜嘘P，較難準確計算。根據(jù)工程經(jīng)驗，間隙電流保護的一次動作電流可取100A。零序過電壓繼電器的整定同式(135)。3)分級絕緣且中性點不裝設放電間隙的變壓器。此類變壓器裝設兩段零序過電流保護用于中自耦變壓器的接地保護配置原則公式同式(132)。公式同式(133)。I、Ⅱ段方向零序過電流保護的靈敏系數(shù)按式(134)計算。靈敏系數(shù)K按下式計算：1)基準電流I。根據(jù)工程經(jīng)驗，基準電流I。的一次值取300A。定方法以圖30為例，圖中過勵磁能曲線應由變壓器制造廠提供。月f、——實際頻率和額定頻率。時間約為1000s(A點),第一段的時間可整定為200s(A'點),微機保護中的反時限過勵磁保護一般采用分段線性化的方法實現(xiàn)，整定時需要輸入(n,t)、I=KL,oI本標準用語說明(資料性附錄)B.1基本元件電流互感器TA電流互感器二次額定電流I短路電流I制動電流I。(restrain)負荷電流I(load)正、負、零序電流I、I?、I。勵磁電壓U發(fā)電機同步電抗Xa發(fā)電機次暫態(tài)電抗X”變壓器阻抗(電抗)Z(Xr)B.6功率P動作功率PB.7系數(shù)K返回系數(shù)K,(release)TA同型系數(shù)K。(coherentcoefficient)電壓互感器TV斷路器QF發(fā)電機二次額定電流I動作電流I。(operation)不平衡電流I(unbalance)返回電流I(release)動作電壓U。絕緣電阻R(insulant)發(fā)電機暫態(tài)電抗X系統(tǒng)電抗X,(system)聯(lián)系電抗X(connection)導線阻抗Z有功功率P無功功率Q靈敏系數(shù)Ken(sensitivity)助增系數(shù)K(infeed)配合系數(shù)K。(cooperate)B.8轉速n,過勵磁倍數(shù)N,中性點NB.11磁密B空載0直流DC過負荷修正系數(shù)TV變比n交流AC接正斜率相ph(phase)電壓AA4318及以上10對于氫冷發(fā)電機為2.5A。(資料性附錄)的傳遞電壓大小，防止定子繞組單相接地保護誤動作，必須知道變壓器每相高低壓繞組間的耦合電容Cm和變壓器低壓繞組每相對地電容Cr。如果變壓器制造廠沒有提供CM和C?的數(shù)值，可由圖D1和D2查得Cm和C的估算值