一笔浓墨
目 录 摘 要…………………………………………………0 设计说明…………………………………………2 1 主接线…………………………………………2 2CT、PT配置……………………………………2 2主要保护原理及整定……………………………3 1发电机纵差动保护……………………………3 1保护原理……………………………………3 2整定内容……………………………………4 2发电机定子匝间保护…………………………5 3发电机过激磁保护……………………………7 4发电机失磁保护………………………………8 5发电机反时限负序过流保护…………………10 6发电机逆功率保护………………………………13 7发电机两点接地…………………………………13 8主变压器差动保护………………………………14 9变压器复合电压过流保护………………………17 参考文献………………………………………………18 1 设计说明 1主接线 300MW 发电机―变压器组主要保护原理设计，适用于发电机―变压器组采用单元接线，高压侧接入500kV 11/2接线系统；发电机出口侧无断路器；励磁方式为静态励磁系统； 在发电机出口侧引接―台高压厂用工作变压器（采用三相分裂线圈）。 接地方式：发电机中性点为经配电变压器（二次侧接电阻）接地；主变压器高压侧中性点为直接接地；高压厂用分裂变压器6kV侧中性点为中阻接地系统。 2 CT、PT配置 发电机的出线侧和中性点侧各装设4组CT； 主变压器高压侧套管上装设3组CT； 高压厂用变压器高压侧套管上（或封闭母线内）装设4组CT； 发电机差动保护与主变压器差动保护，当CT不够分配时，允许共用发电机出线侧的一组CT； 发电机一变压器组差动保护中，其中的一臂是差接在高压厂用变压器低压侧的CT上； 发电机一变压器组差动保护装置，不接入励磁变压器的CT，其差动范围为：从500kV侧CT到发电机中性点CT及高压厂用变压器低压侧CT； CT的二次电流：500kV侧选用1A；其它各侧可为1A或5A。 发电机出线侧设有2组PT，其中1组可供匝间保护用（一次侧中性点不直接接地）；2组PT均要求设有3个二次线圈。主变压器高压侧设1组PT（三相）。 2 主要保护原理及整定计算 1发电机纵差动保护 1保护原理 变数据窗式标积制动原理 ∣IT-IN∣2≥KbITINcosφ 其中：iT――发电机机端电流 iN――发电机中性点电流 φ――iT、iN之间的相角差 标积制动原理的动作量和比率差动保护一样。在区外发生故障时，该原理的表现行为和比率制动原理也完全一样。但在区内发生故障时，由于标积制动原理的制动量反应电流之间相位的余弦，当相位大于90度，制动量就变为负值，负值的制动量从概念上讲即为动作量，因此可极大地提高内部故障发生时保护反应的灵敏度。而比率制动原理的制动量总是大于0的。 动作逻辑方式1：循环闭锁方式 原理：当发电机内部发生相间短路时，二相或三相差动同时动作。根据这一特点，在保护跳闸逻辑上设计了循环闭锁方式。为了防止一点在区内另外一点在区外的两点接地故障的发生，当有一相差动动作且同时有负序电压时也出口跳闸。 2 整定内容（假定：TA二次额定电流为5（A）） 1） 比率制动系数K 整定差动保护的比率制动系数。标积制动原理的Kb和K有一理论上的对应关系，装置自动完成它们之间的转换，对用户仍然整定K。无单位。一般：K＝3-5 2） 启动电流lq 整定差动保护的启动电流。单位（A）。一般lq=6-0(A) 3） TA断线解闭锁电流定值（仅保护方式Ⅱ有效）lct 当发电机差电流大于该定值时，TA断线闭锁功能自动退出。单位（倍） 它是以电流互感器的二次额定电流为基准的。一般：lct=8-2（倍） 4） 差动速断倍数lsd 当发电机差电流大于该定值时，无论制动量多大，差动均动作。单位：（倍） 它是以电流互感器的二次额定电流为基准的。一般：lsd＝3－8（倍） 5）负序电压定值（仅保护方式Ⅰ有效）Udz 当负序电压达该定值，允许一相差动动作出口跳闸。单位（V）。一般：Udz＝4－10(V) 6)TA断线延时定值tct 经该定值时间延时发TA断线信号。单位：秒。 2 发电机定子匝间保护 1 原理 反应发电机纵向零序电压的基波分量。“零序”电压取自机端专用电压互感器的开口三角形绕组，此互感器必须是三相五柱式或三个单相式，其中性点与发电机中性点通过高压电缆相联。“零序”电压中三次谐波不平衡量由数字付氏滤波器滤除。 为准确、灵敏反应内部匝间故障，同时防止外部短路时保护误动，本方案以纵向“零序”电压中三次谐波特征量的变化来区分内部和外部故障。 为防止专用电压互感器断线时保护误动作，本方案采用可靠的电压平衡继电器作为互感器断线闭锁环节。 本保护能在一定负荷下反应双Y接线的定子绕组分支开焊故障。 保护分两段： Ⅰ段为次灵敏段：动作值必须躲过任何外部故障时可能出现的基波不平衡量，保护瞬时出口。 Ⅱ段为灵敏段：动作值可靠射过正常运行时出现的最大基波不平衡量，并利用“零序”电压中三次谐波不平衡量的变化来进行制动。保护可带1-5秒延时出口以保证可靠性。 保护引入专用电压互感器开口三角绕组零序电压，及电压平衡继电器用2组PT电压量。 2 整定内容 1） 次灵敏段基波“零序”电压分量定值Uh 单位（V） 2） 灵敏段基波“零序”电压分量定值U1 单位（V） 3）额定负荷下“零序”电压三次谐波不平衡量整定值U3wn 单位（V） 4）灵敏段三次谐波增量制动系数K2 单位：（无） 5）灵敏段延时Tzj 单位：（秒） 3 整定计算 1）Uh 次灵敏段“零序”电压基波分量定值（整定范围1－10V） 动作值按躲过任何外部故障时可能出现的基波不平衡量整定 Uh=KUo•bp•max 式中：Uh=KUo•bp•max――外部短路故障时可能出现的“零 序”电压最大基波不平衡量。 K――可靠系数，可取2－5 2）U1 灵敏段“零序”电压基波分量定值（整定范围1-5V） 动作值按可靠躲过正常运行时出现的最大基波不平衡量整定 U1=KUo•bp•n 式中：U1=KUo•bp•n――额定负荷下固有的“零序”电压基 波不平衡量，由实测得到（本机有监测软件）。 K――可靠系数，可取5-2 3）U3wn 额定负荷下“零序”电压三次谐波不平衡量整定值（整定 范围1－10V） 开始可整定4（V），开机后由实测得到准确直，然后整定。 4） 灵敏段三次谐波增量制动系数（整定范围0-9） 由经验决定。一般取3-5 5）Tzj 灵敏段延时（整定范围0－1秒） 为增加此段可靠性而设。一般取1-2秒。 3 发电机（变压器）过激磁保护 原理 发电机（变压器）会由于电压升高或者频率降低而出现过励磁，发电机的过励磁能力比变压器的能力要低一些，因此发变组保护的过盛磁特性一般应按发电机的特性整定。 过激磁保护反应过激磁倍数而动作。过激磁倍数定义如下： B U/f U* N= = = Be Ue/fe f* 其中：U、f――电压、频率 Ue、fe――额定电压、额定频率 U*、f *――电压、频率标么值 B、Be――磁通量和额定磁通量 过激磁电压取自机端TV线电压（如UAB电压）。 出口方式Ⅰ：定时限方式 定时限t1发信或跳闸 定时限t2发信或跳闸 U/f> t1/o 发信或跳闸 t2/o 发信或跳闸 出口方式Ⅱ：反时限方式 定时限发信 反时限发信或跳闸 反时限曲线特性由三部分组成：a)上限定时限；b)反时限;c)下限定时限。 当发电机（变压器）过激磁倍数大于上限整定值时，则按上限定时限动作；如果倍数超过下限整定值，但不足以使反时限部分动作时，则按下限定时限动作；倍数在此之间则按反时限规律动作 4发电机失磁保护 1原理 失磁保护由发电机机端测量阻抗判据、转子低电压判据、变压器高压侧低电压判据、定子过流判据构成。一般情况下阻抗整定边界为静稳边界圆，但也可以为其它形状。 当发电机须进相运行时，如按静稳边界整定圆整定不能满足要求时，一般可采用以下三种方式之一来躲开进相运行区。 a) 下移阻抗圆，按异步边界整定 b) 采用过原点的两根直线，将进相区躲开。此时，进相深度可整定。 c) 采用包含可能的进相区（圆形特性）挖去，将进相区躲开。 转子低电压动作方程 Vfd
电力系统中的接地故障一般主要包括电弧接地故障、直流系统接地故障和单相接地故障，下面对这三种故障分别进行分析。电弧接地故障 在10kV中性点不接地系统中，当发生一相对地短路故障时，常出现电弧。由于系统中存在电容和电感，此时可能引起线路某一部分的振荡。当电流振荡零点或工频零点时，电弧可能暂时熄灭。事故相电压升高后，电弧则可能重燃，这种现象为间歇性电弧接地。电弧性接地故障的特点有以下几个：1）相电压突然降低而引起的放电电容电流，此电流通过母线流向故障点，放电电流衰减很快，其振荡频率高达几十千赫甚至几百千赫，振荡频率主要决定于电网线路的参数、故障点的位置以及过渡电阻的数值。2）由非故障相电压突然升高而引起的充电电容电流，它要通过变压器线圈而形成回路。由于整个流通回路的电感较大，因此，充电电流衰减较慢，振荡频率也较低。由于放电电流频率高、衰减速度快．对于接地选线的作用不大；而充电电流幅值大、频率较低、衰减速度慢，有利于测量，在接地选线中起主要作用。3）暂态分量的特征基本不受中性点接地方式的影响，各线路零序电流以高频衰减的暂态分量为主，暂态分量可达工频稳态分量的几倍、几十倍甚至上百倍。4）电弧接地时暂态分量的频率与电网结构、变压器参数、故障地点等多种因素有关，其值为一不确定值。但故障线路与非故障线路的零序暂态电流在频率、衰减速度等特性相同。无论在何种接地方式下非故障线路零序暂态电流的大小与本线路对地电容的大小呈正比，而故障线路零序暂态电流等于所有非故障线路零序暂态电流之和，且方向相反。这与中性点不接地系统中零序稳态电流特性相同。5）当接地电阻较小时暂态分量远大于稳态分量。但零序暂态电流的大小随电弧电阻的增大呈指数规律递减，同时零序暂态电流的衰减速度随电弧电阻的增大而极速增快 。可以采取的防范措施有以下几种。（1）改变10kV系统中性点的接地方式 中性点采用消弧线圈接地，应该不失为行之有效的措施之一。消弧线圈是一个铁心可调节的电感线圈，将它装设于变电站变压器的中性点。这样系统一旦发生单相接地时，可形成一个与接地电流大小近似相等、方向相反的电感电流与容性接地电流相补偿，从而达到限制接地电流，避免在接地点形成弧光。同时即使是运行方式发生变化，使消弧线圈的补偿度或脱谐度发生变化，而产生弧光接地，燃弧后电容的充放电电流要经过消弧线圈流回，而不会在故障点形成多次弧光重燃。这样就有效避免了接地点的间歇性燃弧，达到限制弧光过电压的目的。（2）选择合适的过电压保护装置 10kV系统面临的过电压不仅仅是单相弧光接地过电压，对于雷电过电压、操纵过电压、谐振过电压等仍然是存在的。因此，选择和设置过电压保护装置，对于电力网来说显得异常重要。采用避雷器作为过电压吸收装置，还是目前电力系统的潮流和主要措施。目前，大多数热电厂都加装消弧柜，将单相弧光接地变为直接接地。（3）加强薄弱环节的绝缘 热电厂一次设备的绝缘相对较为薄弱，主要是由于粉尘污染造成部分绝缘子污闪以及高湿度的环境空气降低了有效绝缘水平。对于轻易造成污闪的电气设备，进行定期清扫除尘。直流系统接地故障直流系统是变电站安全运行过程中十分重要的电源系统，为电力系统的控制回路、信号回路、继电保护、自动装置及事故照明等提供稳定可靠的不间断电源，还可为断路器的分、合闸提供操作电源。由于直流电源在二次系统所处的重要地位，直流系统自身的可靠性及安全性直接影响着整个变电站的安全运行。尽管直流电源十分稳定可靠，但实际应用中，由于电力系统应用直流电源的特殊性，特别是控制回路和保护回路的应用，使直流系统的故障成为电力系统更大故障的事故隐患，即直流系统接地故障危害。（1）何为直流系统接地 当直流系统的正极或负极与大地之间的绝缘水平降到低于某一规定值时，统称为直流系统接地；当正极绝缘水平低于某一规定值时成为“正接地”；当负极绝缘水平低于某一规定值时称为“负接地”。 （2）直流系统为什么会接地 直流系统是个不间断工作长期带电的系统，支路很多，负荷涉及面广，会由于环境改变、气候变化、污染、高温等引起电缆老化、接线端子老化、元件损坏以及设备本身等问题引起绝缘水平下降。一般来说，投运时间越长，其接地的概率越高，特别是发电厂比变电站接地更频繁。 （3）直流系统接地的种类 直流系统接地的构成归纳起来有以下几种：正接地和负接地；直接接地；金属性接地和间接接地；非金属性接地。此外还有单点接地、多点接地、环路接地、绝缘降低和交流半接地等。（4）正接地的危害 由于断路器跳闸线圈均接负极电源，当发生系统正极接地时，正极经过大地，构成回路。如图2所示，当图2中的A点和B点同时接地，相当于A、B两点通过大地相连接起来，中间继电器2J1动作生成断路器的跳闸。同理，当图2中的A点和C点同时接地，A点和D点同时接地均可能造成断路器的跳闸。
