大型发电机变压器组保护配置与整定计算(2)

大型发电机-变压器组保护配置与整定计算

3.大型发变器组保护的应用分析与整定计算

大型发变组结构复杂，有可能发生多种类型的故障和异常运行工况，因此需要设置几十种保护，并要求这些保护既有明确职责范围又能相互配合。目前国内已经形成各种不同的保护功能的配置方案，这些都大同小异，但又各具特点。遵循以下原则：1.各项保护功能配置完善；2.选用的保护原理性能优良，有成熟的运行经验，满足各项技术要求；3.实现双重化配置；4.组屏合理，双重化的两套保护系统应分屏设置，非电量保护和电气量保护也应分屏设置，以确保在发变组不停运状况下可以对其中任何一套保护系统进行检修、调整、调试，同时要求二次回路设计正确简明，接线安全可靠；5.保护系统应尽可能结构简单，具备友好的人机界面，合理的通信组网功能。各项保护功能投退和整定操作清晰简便，支持现场调试和调整功能，易于使用和维护；6.保护出口设计合理，配置灵活，以满足紧急状态下不同的动作要求和允许根据实际运行条件方便地进行调整。

发变组保护功能可按设备故障性质分故障保护和异常运行保护两大类；按输入量性质分为电气量保护和非电气量保护两大类；按保护对象分为电气设备故障和动力机械设备故障两大类。故障保护用以反映保护区域内发生的各种相间短路、匝间短路及接地短路等各种类型的短路故障。这些故障会对发变组造成直接破坏，这类保护构成发变组的保护主体，通常称为主保护。另外，还需要考虑发变组主保护失效，以及辅机和外部相连系统的故障对发变组的破坏问题，也需要配置保护，通常称为后备保护因此故障保护可分为主保护和后备保护。

异常保护用以反映各种可能对发变组造成危害的异常运行工况，包括可能不利于动力机械设备的异常工况，不过这些工况可能不会很快或不会直接造成对机组的破坏，为异常工况配置的保护通常也归于后备保护的范畴。

3.1反映短路故障的保护

3.1.1发电机的差动保护 (1)发电机纵差保护的接线方式

由于发电机结构的特殊性，发电机纵差保护根据获取电流的方式不同，又分为完全纵差保护和不完全纵差保护两种。 ① 发电机完全纵差保护

发电机完全纵差保护是利用比较发电机每相定子绕组首末两端全相电流的大小和

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相位的原理构成的。根据纵差保护的基本原理，发电机完全纵差保护能够灵敏的反映发电机定子绕组及引出线的相间短路故障，但对定子绕组的匝间短路和定子绕组的分支开焊故障却没有作用。 ② 发电机不完全纵差保护

发电机不完全纵差保护是一种能同时反应发电机相间短路、匝间短路和分支绕组开焊故障的新型发电机纵差保护。它是通过比较发电机机端每相定子的全相电流和中性点侧每相定子的部分相电流大小和相位二构成。

不完全纵差保护之所以能够反应发电机内部各种短路和开焊故障不同相间和不同匝章间存在或大或小的互感联系，当未装设互感器的非故障定子分支绕组中感受到故障的发生，使不完全纵差保护动作。

由此可见发电机完全纵差保护和不完全纵差保护均是比较发电机两侧同相电流的大小和相位而构成；不同的是完全纵差保护是比较每相定子首末两端的全相电流，而不完全纵差动保护是比较机端每相定子全相电流和中性点侧每相定子的部分相电流而构成。所以，两者的基本原理相同， 只是在保护的整定计算时有所不同。 (2)发电机纵差保护的原理

随着发电机组的容量增大，对继电保护的不断提高，出现了各种不同原理的发电机纵差保护。一下对常用的两种原理进行介绍。 ① 比率制动式发电机纵差保护原理：

G ●

● ●

图3-1 发电机纵差保护原理接线示意图

其电流参考方向如图3-1所示，中性点侧电流的方向一指向发电机为正方向，机端侧电流一流出发电机为正方向。

为确保比率制动式发电机纵差保护正确动作，动作电流和制动电流分别为

动作电流

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I 制动电流

op?I1?KbI2 (3.1)

Ires?式中 Iop—动作电流

Ires—制动电流 I1—机端侧定子相电流

1I1?KbI2 (3.2) 2I2—中性点侧定子全相电流或分支绕组电流 K——平衡系数，Kb?I1 ,Kb?1 ，当Kb?1时为完全纵差保护接I2线方式 ；Kb?1时为不完全纵差保护接线方式 ② 纵差保护的动作判据及动作特性： 纵差保护的动作判据为

Iop?Iop.min Ires?Ires.min (3.3)

Iop?Iop.min?Kres(Ires?Ires.min) Ires?Ires.min (3.4)

式中 Iop—差动电流

Iop.min—最小动作电流整定值，一般取（0.3～0.5）In（In为发电机额定电流）；

Ires—制动电流；

Ires.min—最小制动电流整定值，一般取（0.8～1.0）In； Kres—比率制动式电流整定值，一般取0.3～0.5

当上式中的两个方程都满足时，差动元件动作。 下图3-2为比率制动式发电机纵差保护的动作特性

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IK

动作区 K Iop.min. 制动区 Ires.min

图3-2 比率制动式发电机纵差保护的动作特性

Ires

③ 标积制动式发电机纵差保护原理

标积制动式发机电纵差保护是利用基波电流相量的标量构成的比率制动特性的差动保护，是相量幅值比率制动的另一种形式。电流参考方向仍然如图3-1所示，中性点侧电流的正方向指向发电机。标积制动式纵差保护的动作电流、制动电流及其动作判据为

动作电流

Iop?I1?I2 (3.5)

制动电流

Ires?SI1I2?cos? (3.6)

动作判据

I1?I2?SI1I2?cos? (3.7) 式中 ?—I1和I2之间的相位差； S—标积制动系数，通常取1.0

a. 当发电机正常运行或保护区外短路时，I1?I2, ??0，制动量最大，动作量最小，

保护可靠不动

b. 当保护区内短路时，I1??I2, ??180?，制动量为负值，呈现动作作用，动作量最

大，保护动作，且灵敏。

采用标积制动式纵差保护可以大大提高反应发电机内部故障的灵敏度。标积制动式纵差保护和比率制动式纵差保护一样，也可以作为发变组的纵差保护，不过应增设防止涌流误动的二次谐波制动措施。

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(3) 发电机纵差保护逻辑框图3-3

图3-3 发电机纵差保护逻辑图 当发电机纵差保护的二相或三相差动元件同时动作时，纵差保护才出口跳闸；为防

止一点在区内另一点在区外的两点接地故障发生，当有一相纵差元件动作且同时有负序电压时，纵差保护出口跳闸。

若只有一相纵差元件动作而无负序电压时，判为TA断线；若负序电压长时间存在而无差电流时，判为TV断线。 3.1.2变压器的纵联差动保护 （1）变压器纵联差动保护的基本原理

变压器的纵联差动保护（简称纵差保护）不但可以正确区分内、外的短路，而且能瞬时切除保护区域内的故障。因此，变压器纵差保护是变压器的主保护之一。

变压器纵差保护基本原理与发电机纵差保护原理相似，按比较被保护变压器各侧电流的大小和相位的原理构成。为了实现这一比较，在变压器各侧装设一组电流互感器TA，TA的一次电流回路的机性端节母线侧，将TA二次侧的同极性端子相连接。如下图所示双绕组变压器纵差保护单相原理接线图。显然，变压器纵差保护的范围为变压器各侧电流互感器TA所限定的全部区域，即变压器高低压绕组、套管、引出线等。下面就图3-4所示双绕组变压器为例，分析变压器纵差保护原理。

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