1、备案号中华人民共和国电力行业标准水力发电厂继电保护设计导则发布实施中华人民共和国国家经济贸易委员会发布目次前言范围规范性引用文件总则主要术语和符号发电机保护大中型电力变压器保护可逆式抽水蓄能发电电动机变压器组的保护母线保护和断路器失灵保护并联电抗器保护短联线保护厂用变压器保护励磁变压器保护近区厂用线路保护厂用电动机保护厂用备用电源自动投入装置继电保护对二次接线和电源的要求前言本标准是根据国家经济贸易委员会电力司关于确认年度电力行业标准制修订计划项目的通知电力号文安排编写的本标准对水力发电厂水轮发电机组抽水蓄能机组主变压器自耦变压器等厂内元件保护的配置方案和整定计算方法等作了原则的规定本标准由国
2、家电力公司水电水利规划设计总院提出归口并解释本标准起草单位国家电力公司中南勘测设计研究院本标准参加起草单位珠江委员会设计院本标准主要起草人叶维爱陈祖华陈学雷范围本标准规定水力发电厂继电保护设计共同遵守的基本原则水力发电厂主要设备的继电保护设计本标准适用于及以上单机容量为以上及以下的水轮发电机组和抽水蓄能机组容量以上及以下的主变压器和联络变压器厂用及近区变压器励磁变压器母线和短联线断路器和隔离开关并联电抗器近区和厂用线路厂用低压电动机等厂内电力设备的继电保护装置规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款凡是注日期的引用文件其随后所有的修改单不包括勘误的内容或修订版均不适用于
3、本标准然而鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本凡是不注日期的引用文件其最新版本适用于本标准继电保护和安全自动装置技术规程电安生号关于颁发电力系统继电保护及安全自动装置反事故措施要点的通知总则继电保护装置应符合可靠性信赖性和安全性选择性灵敏性和速动性的要求在确定其配置和构成方案时应综合考虑以下几个方面电力设备和电力网的结构特点和水力发电厂采用计算机监控系统及运行值班方式的特点故障出现的概率和可能造成的后果经济上的合理性国内和国外的经验应具有一定的先进性便于运行和维护水力发电厂继电保护的设计除应按本导则设计外还应符合现行的有关国家标准行业标准以及主管部门关于继电保护反事故措
4、施的有关规定水力发电厂中的电力设备短联线和线路应装设短路故障和异常运行保护装置电力设备短联线和线路短路故障的保护应有主保护和后备保护近后备或远后备必要时可增设辅助保护继电保护装置应满足可靠性选择性灵敏性和速动性的要求可靠性包括信赖性和安全性信赖性是指保护该动作时不拒动是继电保护装置可靠性的一个方面安全性是指保护不该动作时不误动是继电保护装置可靠性的另一个方面为保证可靠性宜选用可能的最简单的保护方式应采用由可靠的元件和尽可能简单的回路构成的性能良好的装置并应具有必要的检测闭锁和双重化等措施保护装置应便于整定调试和运行维护选择性是指首先由故障设备或短联线以及线路本身的保护切除故障当故障设备或短联线
5、线路本身的保护或断路器拒动时含死区故障才允许由相邻设备线路的保护或断路器失灵保护切除故障为保证选择性对相邻设备短联线和线路有配合要求的保护和同一保护内有配合要求的两元件如起动与跳间元件或闭锁与动作元件其灵敏系数及动作时间应相互配合灵敏性是指在设备短联线或线路的被保护范围内发生金属性短路时保护装置应具有必要的灵敏系数灵敏系数应根据不利正常含正常检修运行方式和不利的故障类型计算各类短路保护的灵敏系数不宜低于表所列数值速动性是指保护装置应能尽快地切除短路故障其目的是提高系统稳定性减轻故障设备短联线和线路的损坏程度缩小故障波及范围等制定保护配置方案时对稀有故障应根据其对电网影响程度和后果采取相应措施对
6、两种故障同时出现的稀有情况仅保证切除故障对各类保护装置接于电流互感器布置位置时同时考虑既要消除保护死区又要尽可能减轻电流互感器本身故障时所产生的影响断路器与电流互感器的布置位置应使保护区划分清晰主接线中的切断点应以正确切断短路点为原则使相邻元件主保护范围有效搭接当采用远后备方式时变压器或电抗器后面发生短路由于短路电流水平低而且对电网不致造成影响以及在电流助增作用很大的相邻线路上发生短路等情况下如果为了满足相邻保护区末端短路时的灵敏性要求将使保护过分复杂或在技术上难以实现时可以缩小后备保护作用的范围表继电保护的最小灵敏系数表保护分类保护类型组成元件灵敏系数备注主保护带方向的电流保护或电压保护电流
7、电压元件零序负序方向元件发电机变压器及电动机纵联差动保护差电流元件变压器及电动机电流速断保护电流元件按保护安装处短路计算电流保护和电压保护电流电压元件母线完全差动保护差电流元件母线不完全差动保护差电流元件后备保护远后备保护电流电压及阻抗元件零序或负序方向元件按相邻电力设备和线路末端短路计算近后备保护电流电压及阻抗元件负序或零序方向元件辅助保护电流速断保护电流元件注主保护的灵敏系数除表中注出者以及单机容量为及以上的水轮发电机和抽水蓄能机组外均按保护区末端短路计算注保护装置如反应故障时增长的量其灵敏系数为金属性短路计算值与保护整定值之比如反应故障时减少的量则为保护整定值与金属性短路计算值之比注各种
8、类型的保护中接于全电流和全电压的方向元件的灵敏系数不作规定注本表内未包括的其他类型的保护其灵敏系数另作规定注单机容量为及以上的水轮发电机和抽水蓄能机组宜按其内部短路来计算并同时校验横联差动保护的灵敏系数不应小于如由于短路电流衰减系统振荡和电弧电阻的影响可能使带时限的保护拒绝动作时应根据具体情况采取措施但无论采取哪种措施都不应引起保护误动作自并励励磁系统的发电机发电电动机的保护装置宜采用电流保持低电压过流保护也可采用精确工作电流足够小的低阻抗保护装置因系统振荡可能引起误动作的保护装置应装设振荡闭锁装置必要时也可按振荡时不误动作的条件来选取保护整定值一般采用加强主保护简化后备保护的原则使继电保护装
9、置在故障检测迅速隔离所有大电网的短路事故和扰动方面有足够的信赖性和安全性提高信赖性防拒动的措施采用反应同一种短路故障的两套主保护两套主保护交流电流回路分别与各自的电流互感器二次绕组连接交流电压回路应分别与一组电压互感器两个二次绕组联接断路器灭磁开关有两个跳闸线圈时每一跳闸线圈应分别与每一套主保护相连两套主保护布置应分开可分设在不同屏上亦可设在同一屏的两个独立部位每套主保护应有独立的跳闸出口直流电源应分别供给保护跳闸出口应具有记忆功能提高安全性防误动的措施静态继电器内部故障应有闭锁回路并宜具有内部故障检测与信号微机型保护装置应采取自诊断及闭锁措施为了分析和统计继电保护动作情况保护装置应设置指示信
10、号并符合下列要求在直流电压消失时不自动复归或在直流电源恢复时仍能保持原来的工作状态分别显示各保护的动作情况在由若干部分组成的保护装置中能分别显示各部分及各段的动作情况对复杂的保护装置宜设置反应内部异常的信号用于起动顺序记录或微机监控的信号触点应为瞬时重复动作触点其信号宽度大于继电保护装置应有足够的信号触点和通信接口微机型并要求与监控系统接口要求相匹配保护用电流互感器包括中间电流互感器的稳态比误差不应大于必要时还应考虑暂态误差并应进行负荷计算对及以下的电力网当技术难以满足要求且不致使保护不正确动作时才允许较大的误差原则上保护装置与测量仪表不共用电流互感器的二次绕组当必须共用一组二次绕组时则仪表回
11、路应通过中间电流互感器或试验部件连接当采用中间电流互感器时其二次开路情况下保护用电流互感器的比误差仍应不大于及以上保护用电流互感器应满足保护用电流互感器暂态误差应满足保护装置的要求一次系统时间常数可按考虑保护用电流互感器的二次电流宜选用用于变压器差动保护的各侧电流互感器宜具有相同的铁心型式用于同一母线差动保护的电流互感器宜具有相同的铁心型式对采用的断路器其电流互感器根据用途宜布置于断路器两侧对具有及以上主接线中的电压等级电流互感器当需要考虑暂态要求时其铁心的技术条件除一次系统时间常数对变压器回路按对线路按外其余条件应与及以上电流互感器相应条款相同电压互感器宜选用两个主二次绕组一个辅助二次绕组的
12、电压互感器及以上电压互感器应有两个主二次绕组一个辅助二次绕组各绕组的容量和准确等级应满足继电保护装置安全自动装置和测量仪表的要求在电力系统正常运行情况下当电压互感器二次回路断线或其他故障能使保护装置误动作时当装设断线闭锁或采取其他措施将保护装置解除工作并发出信号当保护装置不致误动时应设有电压回路断线信号及以上超高压电网中应考虑电压互感器的暂态过程影响一般情况下电压互感器的暂态特性应满足如下要求在其一次侧短路后二次电压在内应降低到短路前峰值的以下额定电压下后也不应再出现高于额定值峰值电压互感器可采用电容式电压互感器其暂态特性和铁磁谐振特性应满足如下要求在负载为额定负载功率因数在范围内当一次端子在
13、额定电压下短路时二次电压在内降到短路前电压峰值的以下在倍额定电压且负载为零时电压互感器二次侧短路后又突然消除短路其二次电压峰值在内恢复到与正常值相差不大于的数值而在倍额定电压且在相同的短路条件下其二次电压回路铁磁谐振持续时间不应超过采用静态和微机保护装置时对工作环境电缆直流电源和二次回路应采取抗电磁干扰的措施保护装置采用直流电源额定电压允许波动范围纹波系数不大于运行方式的确定最大运行方式设计水平年内系统实际的最大运行方式不利正常运行方式系指正常运行方式下有一条线路或一台电力设备检修的运行方式计算校验所用的短路电流一般不考虑非周期分量的影响后备保护采用稳态电流主保护采用超瞬变电抗对应的短路电流值
14、对保护的电缆联接电阻值宜进行核对计算主要术语和符号基本元件发电机变压器发电电动机电流互感器电压互感器电流额定电流动作电流短路电流制动电流负荷电流不平衡电流正序负序零序电流外部短路时流过接制动线圈侧电流互感器的周期分量电流继电器制动线圈的电流继电器工作线圈中的电流继电器基本侧工作电流电抗互感器的整定电流基本侧差动继电器的动作电流外部短路时流过高压侧电流互感器的电流周期性分量外部短路时流过中压侧电流互感器的电流周期性分量计算不平衡电流继电器起始动作电流发电电动机同步起动电流发电电动机电动工况额定电流发电电动机锁滞时的定子电流发电机机端三次谐波电流相邻元件保护区末端金属性不对称短路时流过保护的最小短
15、路电流发电机额定励磁电流强行励磁倍数线圈差动线圈匝数平衡线圈匝数起始制动安匝差动继电器动作安匝平衡线圈差动线圈整定匝数差动线圈计算匝数系数制动系数灵敏系数非周期分量系数返回系数接线系数同型系数平衡系数可靠系数负序电流分支系数零序电流分支系数电压电网额定相电压额定电压机端三次谐波电压发电机中性点侧三次谐波电压不平衡电压负序不平衡电压母线发生两相接地短路时的最小负序电压零序电压元件的动作电压正常运行情况下的零序不平衡电压母线单相接地时的零序电压动作电压主变高压侧母线二相短路时保护安装处最小负序电压二次值相邻元件保护区末端金属性三相短路时保护安装处最大二次相间电压频率额定频率动作频率闭锁频率功率负序
16、功率负序功率继电器的动作功率阻抗正序综合输入阻抗负序综合输入阻抗零序综合输入阻抗误差电流互感器的最大允许误差过励磁变压器低压侧过励磁保护低定值动作值变压器高压侧过励磁保护低定值动作值运行状态空载最大额定最小时间时间时间阶段变比电流互感器变比电压互感器变比常数转子绕组过热常数时间常数一次系统时间常数二次回路时间常数发电机保护一般原则电压在及以上容量在以上及以下的发电机应按本节中的规定对下列故障及异常运行方式装设相应的保护装置定子绕组相间短路定子绕组匝间短路定子绕组接地发电机外部相间短路定子绕组过电压定子绕组过负荷转子表层负序过负荷励磁绕组过负荷励磁回路一点接地励磁电流异常下降或消失定子铁心过励磁
17、调相运行与系统解列发电机逆功率失步轴绝缘破坏各项保护装置根据故障和异常运行方式的性质按本节各条的规定分别动作于停机断开发电机断路器灭磁关闭导水叶至机组停机状态解列灭磁断开发电机断路器灭磁关导水叶至空载解列断开发电机断路器关导水叶至空载减出力将水轮机出力减到给定值缩小故障影响范围例如断开母联断路器等信号发出声光信号发电机定子绕组及其引出线的相间短路保护以上的发电机应装设快速动作的主保护保护应瞬时动作于停机及以下的发电机装设一套主保护以上以下的发电机应装设两套主保护及以上的发电机应装设双重化主保护对发电机变压器组当发电机与变压器之间有断路器时发电机装设单独的主保护当发电机与变压器之间没有断路器时及
18、以下的发电机可只装设发电机变压器组共用的主保护以上的发电机除发电机变压器组共用主保护外发电机还应装设单独的主保护对及以上以下发电机变压器组发电机变压器均应分别装设单独的主保护和一套共用的主保护构成双套保护对及以上的发电机变压器组发电机和变压器应分别装设双重化纵联差动保护或双重化快速主保护当主保护采用纵联差动保护时保护装置应采用三相接线方案保护装置应具有减小穿越性短路电流和同步合闸过程中的冲击电流影响的良好性能以减轻不平衡电流所产生的影响以便尽量降低动作电流的整定值对及以下的发电机可采用具有速饱和特性或具有比率制动特性的差动继电器以上的发电机采用具有比率制动特性的差动继电器对采用动作电流大于发电
19、机额定电流或采用灵敏接线的纵联差动保护宜装设电流回路断线监视装置断线后动作于信号对于中性点侧为双星或多星形连接方式的发电机可装设检测各星形绕组中性连线上不平衡电流的单元件发电机内部短路保护作为发电机内部各种相间短路同相不同分支绕组间短路和匝间短路等故障的主保护当保护继电器的三次谐波滤过比时动作电流初选为式中发电机额定电流当发电机采用多分支分布中性点结构时应装设反应发电机定子绕组相间同相分支间短路故障的比率制动纵联差动保护裂相保护和单元件发电机内部短路保护单元件发电机内部短路保护用电流互感可用专用的母线型电流互感器其变比可选具有速饱和特性的差动继电器纵联差动保护整定计算原则如下动作电流的整定计算
20、发电机纵联差动保护的动作电流按下面两个条件计算并取其中较大者为整定值躲过外部短路时的最大不平衡电流式中可靠系数采用计算不平衡电流非周期分量系数采用电流互感器同型系数采用电流互感器的相对误差采用在发电机外部三相短路时流经保护的最大周期性短路电流躲过电流互感器二次回路断线时发电机的最大负荷电流式中可靠系数采用发电机的额定电流差动线圈匝数的计算当采用速饱和特性的继电器时保护的动作电流用改变速饱和变流器差动线圈的匝数来调整差动线圈的匝数计算如下式中差动继电器动作安匝由继电器参数查得继电器的动作电流差动线圈的整定匝数应选择接近且小于的整匝数灵敏系数校验式中发电机出口两相短路时流经继电器的最小周期性短路电
21、流在计算时应考虑发电机与其他电源断开单机运行此时最小断线监视继电器的动作电流应大于正常运行情况下的最大不平衡电流在确定动作电流时还应考虑电流互感器二次回路断线对继电器的热稳定要求为了防止断线监视装置不正确动作它的动作时限应大于发电机后备保护的时限高灵敏度接线的纵联差动保护如下高灵敏度纵差保护接线见图平衡线圈匝数的选择平衡线圈的匝数应按二次回路断线时非断线相保护不动作的条件选择式中可靠系数采用发电机额定二次电流带速饱和中间变流器的差动继电器的动作安匝取平衡线圈的整定匝数应选择接近且小于的整匝数图高灵敏度纵差保护接线图差动线圈匝数的选择按一相断线时断线相不动作的条件选择差动线圈的整定匝数应选择接近
22、且小于整匝数动作电流的计算如果所选用的与计算值一样且并考虑则一般取式中发电机额定二次电流灵敏系数计算当发电机纵联差动保护范围内发生两相或三相短路时短路电流将流经两相或三相的差动线圈而平衡线圈中却没有电流通过因而差动继电器能灵敏地动作灵敏系数的校验同具有比率制动特性的差动继电器起始动作电流按躲过发电机最大负荷条件下的不平衡电流整定式中最大负荷条件时的差回路中的不平衡电流可由实测得到可靠系数采用一般采用比率制动系数的选择当发生穿越性故障时继电器应可靠地制动此时继电器最大制动电流为式中穿越性故障最大短路电流此时继电器动作电流差动线圈流过的电流为式中可靠系数采用电流互感器同型系数采用电流互感器允许最大
23、相对误差采用非周期性分量系数采用穿越性故障最大短路电流继电器特性曲线的斜率式中继电器起始动作电流继电器起始制动电流由制造厂给出可采用继电器特性曲线折线段斜率应大于制动系数计算值继电器制动系数一般采用即如图所示图二段式制动特性曲线灵敏系数的计算当发电机出口侧和中性点侧均接有制动绕组时纵联差动保护的灵敏系数按发电机未投入系统时机端两相金属性短路来计算式中负序电流多分支分布中性点结构的比率制动继电器纵联差动保护继电器动作电流为纵联差动保护继电器的制动系数为单元件发电机内部短路保护如下单元件发电机内部短路保护用电流互感器均为环氧树脂浇注的单匝母线式互感器型应满足动热稳定的要求单元件发电机内部短路保护用
24、的互感器变比根据发电机满载运行中性点边线的最大不平衡电流可选为为了减小动作电流和防止外部短路时误动在额定频率工况下该保护的三次谐波滤过比应大于单元件发电机内部短路保护动作电流设计值可初选为作为该保护动作电流的运行值应如下整定在发电机作常规短路试验时实测中性点连线电流的基波和三次谐波分量大小和此即单元件横差保护的不平衡电流一次值如图的和近似线性图单元件横差保护的平衡电流测试和线性外推将直线和线性外推到发电机机端三相短路电流得直接和确定最大不平衡电流和计算和整定动作电流运行值式中可靠系数取非周期分量系数取三次谐波滤过比如该保护中有防外部短路时误动的技术措施动作电流只需按发电机额定负荷时横差保护的不
25、平衡电流整定发电机的定子匝间或并联分支间短路的匝间短路保护对于定子绕组为星形接线每相有并联分支且中性点有分支引出端子的发电机应装设单继电器式横联差动保护或单元件发电机内部短路保护保护应瞬时动作停机及以上的发电机当定子绕组为星形接线中性点只有三个引出端子时根据用户和制造厂的要求也可采用由零序电压原理构成的发电机匝间短路保护装置作为定子绕组匝间短路故障主保护保护装置装于按照特殊接线的发电机电压互感器的开口三角侧该电压互感器的一次侧中性点与发电机中性点连接在一起不能直接接地其一次绕组必须是全绝缘保护装置应设有三次谐波滤过器以降低保护对三次谐波和高次谐波信号的灵敏度保护装置必须对区外两相短路故障和电压
26、互感器一次绕组断线进行有效的闭锁一般采用负序功率方向闭锁和断相闭锁与滤过式电压继电器组成定子绕组匝间短路保护装置其负序功率方向元件应装于发电机端其方向是区外故障功率方向元件不动作用常开触点作闭锁以闭锁发电机外部故障在发电机内部相间和匝间短路故障时保护装置应正确动作并网前应联锁解除负序功率方向闭锁三次谐波滤过比宜大于应考虑发电机起动过程频率变化对三次谐波滤过器的影响采取必要的安全措施防止保护装置误动作保护应瞬时动作于停机当发电机采用多分支分布中性点结构时应装设具有比率制动特性的纵联差动保护裂相保护和单元件发电机内部短路保护见保护应瞬时动作于停机定子绕组匝间短路保护整定计算单元件横联差动保护对于电
27、流互感器一次额定电流按选择且三次谐波滤过比在左右的继电器其动作电流为式中发电机一次额定电流电流互感器变比对于电流互感器的一次电流为且三次谐波滤过比单元件发电机内部短路保护继电器动作电流按规定整定零序电压匝间保护正常运行及各种外部故障时电压互感器开口三角绕组上的不平衡电压一般无法通过计算求得因此需要实测在实测的基础上按下述原则决定保护的整定值当采用外部短路闭锁时保护的整定值只按躲过正常运行时电压互感器开口三角绕组上出现的经过三次谐波滤过器后的等效基波最大不平衡电压整定式中可靠系数一般取电压互感器开口三角绕组上实测正常运行时经过三次谐波滤过器后的等效基波最大不平衡电压对零序电压保护原理构成的发电机
28、定子绕组匝间短路保护当滤过式电压继电器对三次谐波滤过比为以上则可取消防止外部短路误动的闭锁元件否则应采用负序方向闭锁装置反应负序功率方向动作区一般调整在左右发电机定子绕组的单相接地故障保护应根据发电机中性点接地方式和发电机接地电流允许值装设不同的接地保护发电机定子绕组单相接地故障电流允许值按制造厂的规定值如无规定时可参照表中所列数据表水轮发电机接地电流允许值发电机额定电压接地电流允许值当单相接地故障电流不考虑消弧线圈的补偿作用大于允许值参照表时应装设专用的单相接地保护装置当单相接地故障电流小于允许值时可由单相接地监视装置动作于信号必要时动作于停机可根据发电机中性点不同的接地方式装设不同的单相接
29、地保护装置或单相接地监视装置中性点不接地或经单相电压互感器接地方式这种接地方式用于单相接地电容电流小于允许值表的中小型发电机电压互感器额定电压宜选取发电机一次额定线电压要求为发电机电压系统每相对地容抗为电压互感器单相绕组在额定线电压下的励磁电抗这种接地方式的发电机单相接地监视装置可由装于机端出口或母线电压互感器的开口三角侧或中性点侧单相电压互感器的二次侧监视装置的监视范围应为定子绕组的以上宜采用滤过式零序过电压继电器保护装置延时动作于信号必要时动作于停机中性点经消弧线圈接地方式当单相接地电容电流大于允许值表时发电机中性点可经消弧线圈接地对单相接地电容电流进行补偿一般采用欠补偿方式以下的发电机应
30、装设保护区不小于的定子接地保护及以上的发电机应装设保护区为的定子接地保护保护装置延时动作于信号必要时动作于停机对于保护区不小于的保护装置可由装于发电机机端电压互感器开口三角侧或消弧线圈二次侧的零序过电压继电器组成宜采用滤过式零序电压继电器对于保护区的保护装置可采用双频分离式由反应近机端侧单相接地的基波零序过电压保护和反应近中性点侧单相接地的三次谐波零序过电压保护两部分组成保护装置装于机端电压互感器和中性点消弧线圈二次侧中性点经配电变压器的有效接地方式当发电机变压器组单元接线的大型发电机采用这种接地方式时应装设保护区为和双重单相接地保护定子单相接地保护装置装于发电机中性点接地联线的电流互感器上电
31、流继电器应具有三次谐波滤过补偿作用保护装置瞬时动作于停机定子单相接地保护可装在中性点接地配电变压器二次负载电阻侧和机端电压互感器开口三角侧保护装置瞬时动作于停机外加电源方式定子绕组单相接地保护在机组启停过程中仍有保护作用但必须增设低频电源且要求其有很高的可靠性定子绕组单相接地短路保护整定计算中性点不接地或经单相电压互感器接地方式的单相接地零序过电压保护装置按下述原则整定动作电压式中正常运行情况下的不平衡电压一般取保护区约保护动作时间为中性点经消弧线圈接地方式的单相接地零序过电压保护装置按下述原则整定保护区不小于的零序过电压保护装置同保护区为的双频分离式零序过电压保护装置由两部分组成第一部分同第
32、二部分用来保护近中性点区段为提高可靠性两部分保护区应有一段重叠由反应中性点侧单相接地的三次谐波零序过电压保护构成由装于中性点消弧线圈二次侧的三次谐波零序电压继电器组成当中性点接地时故障点对地电阻表示灵敏度一般不低于对利用发电机固有的三次谐波电动势以发电机中性点和机端三次谐波电压比值变化来作为定子绕组单相接地保护动作判据的保护装置其动作判据为式中机端三次谐波电压发电机中性点侧三次谐波电压平衡系数试验决定使正常运行时制动系数考虑水轮发电机三次谐波电动势相位变化和负荷变化的影响一般取定子绕组单相接地保护利用三次谐波电压部分的灵敏度电阻不宜低于中性点经配电变压器有效接地方式的定子单相接地保护整定计算定
33、子绕组单相接地保护动作电流为式中电流互感器误差取电压变化值取发电机机端单相接地短路电流保护用电流互感器变比保护用电流互感器二次额定电流保护继电器的误差取定子绕组单相接地保护整定计算同式保护动作于停机发电机外部相间短路故障近后备和相邻元件相间短路故障的远后备保护以上的发电机宜装设复合电压包括负序电压及线电压起动的过电流保护电流元件装在发电机的中性点侧及以上的发电机可装设负序过流保护和单元件低压起动过电流保护电流元件装设在发电机中性点侧灵敏系数按变压器高压侧两相短路验算当上述保护不能满足灵敏性要求时可采用低阻抗保护保护宜用同名相电流相电压接线自并励发电机采用带电流记忆的低压过电流保护也可采用精确工
34、作电流足够小如小于额定电流的的低阻抗保护保护宜用同名相电流相电压接线当作为相邻元件变压器的远后备时应按保护区末端相间短路验算保护灵敏度保护区不宜伸出相邻线路保护第一段范围本节各条中规定装设的各项保护装置宜带有两段时限以较短的时限动作于缩小故障影响范围或动作于解列解列灭磁较长的时限动作于停机并列运行的发电机和发电机变压器组的后备保护对所连接母线的相间短路故障应具有必要的灵敏系数并不宜低于表规定值外部相间短路保护的整定计算复合电压起动的过电流保护保护动作电流式中可靠系数一般取继电器返回系数取发电机额定电流电流互感器变比负序电压继电器的动作电压按躲过正常运行时的不平衡电压整定相间电压继电器动作电压式
35、中发电机额定二次相间电压保护灵敏系数校验按主变压器高压侧两相短路的条件校验灵敏系数不小于对电流元件的灵敏系数为式中相邻元件保护区末端金属性不对称短路时流过保护的最小短路电流对负序电压元件的灵敏系数为式中主变压器高压侧母线两相短路时保护安装处最小负序电压二次值对相间电压的灵敏系数为式中相邻元件保护区末端金属性三相短路时保护安装处的最大二次相间电压负序电流保护动作电流按防止负序电流导致转子过热而损坏发电机的条件整定式中发电机允许过热的时间常数一般取值班人员有可能采取措施消除负序电流的时间一般取动作电流按与被保护发电机连接的升压变压器的保护装置灵敏性相配合的条件整定式中配合系数采用计算运行方式下发生
36、外部故障时流过升压变压器的负序电流正好与其负序电流保护动作电流相等时流经发电机的负序短路电流为简化计算允许只考虑主要的运行方式灵敏系数校验式中后备保护末端不对称短路时流过保护的最小负序电流动作时间整定保护的动作时限按阶梯原则与相邻元件后备保护相配合低阻抗保护保护动作阻抗一般按躲过发电机最小负荷阻抗整定式中可靠系数采用返回系数采用发电机额定电压发电机额定电流发电机额定阻抗当作变压器远后备时按相邻母线短路保护可靠动作的条件整定式中变压器二次阻抗值一般取灵敏系数采用灵敏系数校验以主变压器高压侧出口相间金属性短路故障为校验条件灵敏度为式中变压器高压侧出口相间金属性短路故障时测得的最大二次阻抗值动作时限
37、一般设两段以较短时期动作于缩小故障影响范围并与变压器相邻元件后备保护相配合以较长时限动作于解列灭磁或停机发电机定子绕组过电压保护定子过电压保护采用单个电压元件接在发电机机端的电压互感器线电压上对采用晶闸管整流励磁发电机动作电压可取为倍额定电压动作时限可取为动作于解列灭磁或停机发电机定子绕组过负荷保护定子绕组非直接冷却的发电机应装设定时限过负荷保护保护装置接一相电流带时限动作于信号定子绕组过负荷能力较低例如低于倍的发电机过负荷保护由定时限和反时限两部分组成定时限部分动作电流按在发电机长期允许的负荷电流下能可靠返回的条件整定动作电流式中可靠系数取返回系数取发电机额定电流发电机电流互感器变比动作时限
38、比相间短路后备保护的动作时限大一时限级或保护动作于信号在有条件时可动作于自动减出力反时限部分动作特性按发电机定子绕组的过负荷能力确定是定子绕组在发热方面的安全保护保护装置应能反应电流变化时发电机定子绕组热积累过程不考虑在灵敏系数和时限方面与其他相间短路保护相配合保护动作于解列灭磁发电机转子表层负序过负荷保护发电机转子承受负序电流的能力以为判据其中为以额定电流为基准的负序电流标么值为时间为常数对不对称负荷非全相运行以及外部不对称短路引起的负序电流应按下列规定装设发电机转子表层过负荷保护及以上的发电机应装设定时限负序过负荷保护保护装置与第款所述的负序过电流保护组合在一起保护装置的动作电流按躲过发电
39、机长期允许的负序电流值和躲过最大负荷下负序电流滤过器的不平衡电流整定动作电流式中发电机额定电流动作时限应比相间短路后备保护的动作时限大一时限阶段励磁绕组过负荷保护对及以上采用晶闸管整流励磁系统的发电机应装设励磁绕组过负荷保护对以下采用晶闸管整流励磁系统的发电机可装设定时限励磁绕组过负荷保护保护可装在交流电源侧或直流输出侧采用单继电器式保护带时限动作于信号必要时动作于解列灭磁对及以上的发电机保护可由定时限和反时限两部分组成定时限部分保护带时限动作于信号反时限部分保护动作于解列灭磁动作特性按发电机励磁绕组的过负荷能力确定励磁绕组过负荷保护整定定时限部分动作电流按正常运行最大励磁电流下能可靠返回的条
40、件整定式中可靠系数采用返回系数交流继电器采用直流继电器采用高返回系数时取发电机额定励磁电流动作时限当保护动作于信号时可按小于强励允许时间整定式中发电机强励允许时间当保护动作于解列灭磁时动作时间可按略大于强励允许时间整定反时限部分反时限过电流倍数与相应允许持续时间的关系曲线由制造厂家提供的转子绕组允许的过热条件决定整定计算时设反时限保护的动作特性与转子绕组允许的过热特性相同见图所示其表达式为式中转子绕组过热常数强行励磁倍数图转子绕组反时限过电流保护跳闸特性最大动作时间对应的最小动作电流按与定时限过负荷保护相同的条件整定即过负荷保护动作于信号的同时启动反时限过电流保护反时限动作特性的上限动作电流与
41、强励顶值倍数匹配如果强励倍数为倍则在倍额定励磁电流下的持续时间达到允许的持续时间时保护动作于解列当小于强励顶值而大于过负荷允许的电流时保护按反时限特性动作保护动作于解列灭磁发电机励磁回路一点接地保护保护装置应能有效地消除励磁回路中交直流分量的影响在同期并列增减负荷系统振荡等暂态过程中保护装置不应误动作保护装置的灵敏度不宜低于保护带时限动作于信号保护装置可由下列原理构成测量励磁回路的电导原理以测量导纳为判据的励磁回路一点接地继电器的动作特性在导纳平面上是一个圆见图图中实线圆为测量导纳在导纳复数平面上的轨迹其整定圆心如下为半径为式中励磁绕组对地绝缘电导励磁绕组对地绝缘电阻外接参考电导是参考电阻由继
42、电器参数供给继电器的动作条件为式中发电机励磁回路接线完成后励磁回路对地测量导纳发电机励磁回路对地绝缘电导为某一允许定值时的导纳圆圆心坐标发电机励磁回路对地电导时的导纳圆与实轴远端交点的坐标图中的是指在定值情况下励磁回路对地电容图测量导纳为判据的继电器动作特性当测量导纳与继电器在导纳平面上的圆心坐标矢量之差的绝对值小于或等于继电器整定值的动作特性圆的半径绝对值时即测量导纳进入继电器动作特性圆之内继电器动作外加直流电压原理外加直流电压由单相交流电压整流取得将此直流电压经一继电器顺向加到励磁绕组的一端与地之间如图所示继电器动作电流整定计算式中可靠系数采用正常时流经继电器的电流可按强励工况时的电压值一
43、般取来计算式中额定励磁电压外迭加的直流电压继电器电阻励磁绕组对地绝缘电阻空冷发电机其值为兆欧级图外迭加直流电压的原理图继电器动作校验对空冷发电机要求在励磁绕组负端经过渡电阻时动作按负端经过渡电阻的等效电路和空载励磁电压求出负端经过渡电阻接地故障后流经继电器的电流为式中负端过渡电阻可取此时最小灵敏度的过渡电阻为阻容电桥原理保护装置采用简单的电阻电容网络接于发电机励磁绕组上在此网络的三个分支上按顺序进行切换采样和比较以确定励磁回路对地绝缘电阻值装置只反应转子回路的对地电阻动作值不受发电机励磁绕组对地电容故障地点和励磁电压数值及其谐波成分的影响不需向励磁回路叠加电压继电器中低压元器件与励磁回路间在电
44、气上是隔离的适用于发电机励磁电压范围以内见图图阻容电桥原理简图其灵敏度电阻见公式式中皆为继电器选定参数若取为固定值则可以调整灵敏度一般灵敏度取空冷发电机取大于灵敏度调整可通过改变相应的运算放大器的闭环放大系数来实现保护装置灵敏度的整定取决于正常运行的励磁回路的绝缘水平当励磁回路绝缘电阻大于情况下将励磁绕组任一极以整定电阻接地保护应可靠动作以整定电阻接地保护应不动作励磁电流异常下降或完全消失的失磁保护按发电机容量和励磁系统型式以及发电机在系统中的作用装设不同的失磁保护失磁保护装置可由阻抗励磁电压母线低电压等起动元件和闭锁元件组成阻抗元件用于检出失磁故障一般装设一段可按静稳边界或异步边界整定静稳边
45、界一般可按苹果圆特性整定当采用无功功率方向与静稳边界组合的定子判据时可用机端电压组成综合定子判据此时静稳边界圆可按普通圆特性整定对转子时间常数很大大于的大型发电机和装有多机组的大型水电厂要考虑发电机失磁后按静态稳定边界为判据的阻抗元件将延缓动作故宜采用无功方向作为辅助判据以确保电力系统继电保护配合的合理励磁电压元件用于检出失磁故障一般采用如下判据等励磁电压判据励磁低电压的动作电压按正常运行过程中不误动的条件整定一般与阻抗元件综合使用并加适当时限变励磁电压判据及以上的发电机应采用变励磁电压判据可以与阻抗元件综合使用也可单独使用励磁电压元件的动作电压按发电机励磁电压与有功功率的关系决定测功元件应采
46、用三相式并加适当时限母线低电压元件用于监视发电机母线电压以保障电力系统的安全一般采用三相式电压继电器接于线电压上作为机端测量阻抗轨迹的近似等压边界机端电压保护不变阻抗轨迹闭锁元件应保证在外部短路系统振荡以及电压回路断线等情况下防止保护装置误动作一般由负序电流或电压元件延时元件和电压回路断线闭锁元件组合而成当采用自同步并列时还应采取防止保护装置误动作的措施发电机正常进相运行时保护装置不应误动作失磁保护宜带时限动作于解列失磁保护的整定计算反应发电机励磁电流简易失磁保护动作电流式中发电机额定空载励磁电流返回系数应采用高返回系数继电器一般取动作时限一般取静稳边界阻抗导纳继电器的整定这种阻抗导纳继电器不
47、以失磁后机端阻抗的最终轨迹为判据而以静稳边界作为失磁保护动作的条件不管失磁多大只要不破坏机组的静稳定保护均不动作这种阻抗继电器的边界一般可采用经过新坐标原点的苹果圆曲线来整定整定值有两个一个是另一个是圆周整定角可由作图法确定方法如下见图图水轮发电机静稳边界阻抗特性水轮发电机静稳定边界苹果圆特性在阻抗平面上将横轴向下平移并得到新坐标和新的起点式中发电机额定电压发电机额定电流系统联系电抗电流互感器变比电压互感器变比在阻抗复平面的轴上取一点令式中发电机横轴电抗作的中垂线取由下式确定联作的中垂线交于点为圆心为半径作圆测量的圆周角即可求出整定角的大小一般取同理可在第三象限作圆与完全对称曲线即阻抗元件动作
48、特性苹果圆也可以圆心在轴上的圆作为静态稳定边界阻抗继电器特性一般为经过原点直径为的圆可按试验得出原则上在机组失磁后系统将向发电机送入无功功率当其达到机组额客功率的时保护装置应起动整定值由发电机空载运行情况下失磁试验得出阻抗继电器感受阻抗值欧相再根据欧相求出继电器动作特性的直径一般可取下值或式中连接电抗发电机纵轴同步电抗式一般用于中型发电机式用于大型发电机此时保护动作时限按躲过振荡整定异步边界阻抗继电器的整定异步边界阻抗继电器的动作特性是以失磁后机端测量的阻抗最终轨迹为判据的故应考虑转差率变化对发电机参数的影响当发电机失磁时阻抗元件应可靠动作当发电机与系统发生振荡时阻抗元件不应误动作因此阻抗继电
49、器动作值应略小于可能出现的最小振荡阻抗值式中发电机瞬变电抗式中发电机同步电抗发电机额定电压发电机额定电流因此异步边界阻抗继电器特性为一下抛圆容性圆见图圆的上部通过点下部通过点圆的直径为实际上水轮发电机失磁后机端测量阻抗轨迹不经过而是收敛于点因为如果按整定动作阻抗圆在轻负荷失磁时即使发电机同步运行阻抗继电器也会动作考虑到水轮发电机一般不宜失磁后继续运行仍按整定图异步边界阻抗继电器动作特性低电压闭锁整定值式中发电机额定电压对扩大单元接线的发电机一般不宜用母线电压元件作为监视元件因为当一台发电机失磁时机端电压不能保证降低到保证低电压继电器可靠动作的水平因此可考虑采用动作圆较大第二个容性阻抗继电器来代替低电压继电器作为第一个容性阻抗继电器的闭锁元件闭锁圆的直径应为动作圆直径的倍过电流闭锁整定值式中发电机额定电流负序电压闭锁整定值动作时限励
