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发电机差动保护的原理
发布时间:发电机差动保护的原理

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  内容提示:5.1 发电机比率制动式差动保护 比率制动式差动保护是发电机内部相间短路故障的主保护。 5.1.1 保护原理 5.1.1.1 比率差动原理。 差动动作方程如下: Iop Iop.0 ( Ires Ires.0 时) Iop Iop.0 + S(Ires – Ires.0) ( Ires Ires.0 时) 式中:Iop 为差动电流,Iop.0 为差动最小动作电流整定值,Ires 为制动电流,Ires.0 为最小制动电流整定值,S 为比率制动特性的斜率。各侧电流的方向都以指向发电机为正方向,见图 5.1.1。 差动电流: 制动电流: 式中:IT,IN 分别为机端、中性点电流互感器(TA)二次侧的电流,TA 的极性见图 5.1....

  5.1 发电机比率制动式差动保护 比率制动式差动保护是发电机内部相间短路故障的主保护。 5.1.1 保护原理 5.1.1.1 比率差动原理。 差动动作方程如下: Iop Iop.0 ( Ires Ires.0 时) Iop Iop.0 + S(Ires Ires.0) ( Ires Ires.0 时) 式中:Iop 为差动电流,Iop.0 为差动最小动作电流整定值,Ires 为制动电流,Ires.0 为最小制动电流整定值,S 为比率制动特性的斜率。各侧电流的方向都以指向发电机为正方向,见图 5.1.1。 差动电流: 制动电流: 式中:IT,IN 分别为机端、中性点电流互感器(TA)二次侧的电流,TA 的极性见图 5.1.1。 图 5.1.1 电流极性接线示意图 (根据工程需要,也可将 TA 极性端均定义为靠近发电机侧) 5.1.1.2 TA 断线判别 当任一相差动电流大于 0.15 倍的额定电流时启动 TA 断线判别程序,满足下列条件认为 TA 断线: a. 本侧三相电流中至少一相电流为零; b. 本侧三相电流中至少一相电流不变; c. 最大相电流小于 1.2 倍的额定电流。 5.2 发电机匝间保护 发电机匝间保护作为发电机内部匝间短路的主保护。根据电厂一次设备情况,可选择以下方案中的一种: 5.2.1 故障分量负序方向(P2) 匝间保护 该方案不需引入发电机纵向零序电压。 故障分量负序方向(P2)保护应装在发电机端,不仅可作为发电机内部匝间短路的主保护,还可作为发电机内部相间短路及定子绕组开焊的保护。 5.2.1.1 保护原理 当发电机三相定子绕组发生相间短路、匝间短路及分支开焊等不对称故障时,在故障点出现负序源。故障分量负序方向元件的 和 分别取自机端 TV、TA,其 TA 极性图见图 5.2.1.1,则故障分量负序功率 P2 为: 式中 为 的共轭相量,sen。2 为故障分量负序方向继电器的最大灵敏角。一般取 60~80( 滞后 的角度)。 故障分量负序方向保护的动作判据可表示为: 实际应用动作判据综合为: P2 = U2r I2r + U2i I2i P (u、i、P 为动作门槛) 保护逻辑框图见图 5.2.1.2。 图 5.2.1.1 故障分量负序方向保护极性图 图 5.2.1.2 故障分量负序方向保护逻辑框图 5.2.2 发电机纵向零序过电压及故障分量负序方向型匝间保护 本保护不仅作为发电机内部匝间短路的主保护,还可作为发电机内部相间短路及定子绕组开焊的保护。 5.2.2.1 保护原理 发电机定子绕组发生内部短路,三相机端对中性点的电压不再平衡,因为机端电压互感器中性点与发电机中性点直接相连且不接地,所以互感器开口三角绕组输出纵向 3U0,保护判据为: 3U0 Uset 式中,Uset 为保护的整定值。 发电机正常运行时,机端不平衡基波零序电压很小,但可能有较大的三次谐波电压,为降低保护定值和提高灵敏度,保护装置中增设三次谐波阻波功能。 为保证匝间保护的动作灵敏度,纵向零序电压的动作值一般整定较小,为防止外部短路时纵向零序不平衡电压增大造成保护误动,须增设故障分量负序方向元件为选择元件,用于判别是发电机内部短路还是外部短路。 故障分量负序方向元件采用图 5.2.1.2 所示的逻辑,方案二的综合框图见图5.2.2。 发电机并网后运行时,纵向零序电压元件及故障分量负序方向元件组成“与”门实现匝间保护;在并网前,因 I2=0,则故障分量负序方向元件失效, 仅由纵向零序电压元件经短延时 t1 实现匝间保护。并网后不允许纵向零序电压元件单独出口,为此以过电流 IIset 闭锁该判据,固定 Iset=0.06In。 图 5.2.2 匝间保护方案二逻辑框图 5.2.3 高灵敏零序电流型横差保护 高灵敏零序电流型横差保护,作为发电机内部匝间、相间短路及定子绕组开焊的主保护。 5.2.3.1 保护原理 本保护检测发电机定子多分支绕组的不同中性点连线中的基波成分,保护判据为: 判据 1(无制动特性): Iop Iset, Iset 为动作电流的整定值,见后 判据 2(有制动特性): Iop Iop.0 ( Ires Ires.0 时) ( Ires Ires.0 时) 式中:Iop 为横差电流,Iop.0 为横差最小动作电流整定值,Ires 为制动电流(取机端三相电流最大值),Ires.0 为最小制动电流整定值,S 为比率制动特性的斜率。 判据 1、2 均可单独构成横差保护,用户可通过控制字进行选择。 发电机正常运行时,接于两中性点之间的横差保护,不平衡电流主要是基波,在外部短路时,不平衡电流主要是三次谐波成分,为降低保护定值和提高灵敏度,保护中还增加有三次谐波阻波功能。横差保护瞬时动作于出口,当转子发生一点接地时,横差保护经延时 t 动作于出口,t 一般整定为 0.5s。该方案的综合逻辑框图如图 5.2.3。 5.3 变压器(发-变组、高厂变、励磁变)差动保护 比率制动式差动保护是变压器(发-变组、高厂变、励磁变)的主保护,能反映变压器内部相间短路故障、高压侧单相接地短路及匝间层间短路故障;保护能正确区分励磁涌流、过励磁故障。 保护采取自适应提高定值的方式,防止外部故障时由于 TA 饱和引起差动误动,当差流中的三次谐波与基波的比值大于某一定值时,自动提高比率制动差动的动作值、改变比率制动系数和最小制动电流,进一步提高保护的可靠性。 发-变组保护装置最多可实现 6 侧差动,动作特性图如下: 图 5.3.1 比率差动动作特性图 图中阴影部分要经过励磁涌流判别、TA 断线判别和 TA 饱和判别后才出口,双阴影部分只要经过励磁涌流判别就出口。 5.3.1 比率差动原理 差动动作方程如下 Iop Iop.0 ( Ires Ires.0) Iop Iop.0 + S(Ires Ires.0) ( Ires Ires.0 ) (5-3-1) Ires 1.2 In Iop 1.2In + 0.8(Ires 1.2 In) ( Ires 1.2 In ) (5-3-2) Iop 为差动电流,Iop.0 为差动最小动作电流整定值,Ires 为制动电流,Ires.0 为最小制动电流整定值,S 为比率制动特性斜率,In 为基准侧电流互感器的额定二次电流,各侧电流的方向都以指向变压器为正方向。 对于两侧差动: Iop = 1 + 2 (5-3-3) Ires = 1 - 2 / 2 (5-3-4) 对于三侧及以上差动: Iop = 1 + 2 ++ n (5-3-5) Ires = max{ 1, 2,, n } (5-3-6) 式中:3n6, 1, 2,。。。 n 分别为变压器各侧电流互感器二次侧的电流。 判据(5-3-1)为低定值的比率制动差动,判据(5-3-2)为高定值比率制动差动。 5.3.2 励磁涌流判别 装置提供两种励磁涌流识别判据,用户可根据需要由控制字进行选用,该控制字设为“1”时,励磁涌流判据为波形畸变判据;该控制字设为“0”时,励磁涌流判据为二次谐波判据。 5.3.2.1 二次谐波判据 保护利用三相差动电流中的二次谐波分量作为励磁涌流闭锁判据。 判别方程如下: (5-3-7) 式中:Iop.2 为 A,B,C 三相差动电流中最大二次谐波电流,K2 为二次谐波制动系数,Iop.1 为三相差动电流中最大基波电流。 该判据闭锁方式为“或”闭锁,即涌流满足(5-3-7)式,同时闭锁三相保护。 5.3.2.2 波形畸变判据 保护利用每相差流波形的畸变作为励磁涌流闭锁判据。 判别方程如下: Ssum+ K * Ssum (5-3-8) 式中:Ssum+为差动电流采样点的不对称度值, Ssum-为对应差动电流的对称度值,K 为某一固定系数。 该判据闭锁方式为“或”闭锁,即任一相涌流满足(5-3-8)式,同时闭锁三相保护。 5.3.3 TA 饱和判别 保护利用每相差流中的三次谐波分量作为 TA 饱和闭锁判据。 判别方程如下: I3 K3 * I1 (5-3-9) 式中:I3 为每相差流中三次谐波电流,K3 为三次谐波比例系数(装置内部固定,不需整定),I1 为对应基波电流。 任一相差流满足(5-3-9)式,比率制动差动自动改变该相的最小动作电流和比率制动斜率,保证差动保护正确、可靠动作。 5.3.4 TA 断线判据 当任一相差动电流大于 0.15 倍的额定电流时启动 TA 断线判别程序,满足下列条件认为 TA 断线: ● 本侧三相电流中至少一相电流不变; ● 最大相电流小于 1.2 倍的额定电流; ● 本侧三相电流中至少有一相电流为零。 5.3.5 差流速断保护 当任一相差动电流大于差流速断整定值时瞬时动作于跳各侧断路器。 5.3.6 差流越限 当差动电流超过一定值时,发告警信号。差流越限定值可整定。 5.4 励磁机比率制动式差动保护 比率制动式差动保护是励磁机内部相间短路故障的主保护,保护原理同发电机比率制动式差动保护。 5.5 定子接地保护 作为发电机定子回路单相接地故障保护,当发电机定子绕组任一点发生单相接地时,该保护按要求的时限动作于跳闸或信号。 5.5.1 保护原理 基波零序电压保护发电机 从机端算起的 85%~95%的定子绕组单相接地; 三次谐波电压保护发电机中性点附近定子绕组的单相接地。5.6 转子一点接地保护 该保护主要反映转子回路一点接地故障。 5.6.1 保护原理 采用乒乓式开关切换原理,通过求解两个不同的接地回路方程,实时计算转子接地电阻值和接地位置。5.7 转子一点接地加两点接地保护 发电机励磁回路一点接地故障,对发电机并未造成危害,但若再相继发生第二点接地故障,则将严重威胁发电机的安全。 5.7.1 保护原理 一点接地保护原理同前所述,但在这里的一点接地电阻定值只有一段,通过延时发信。