發(fā)電廠繼電保護整定計算71頁

1、發(fā)電廠繼電保護整定計算一、概述二、短路電流計算三、失磁保護整定計算四、失步保護整定計算五、勵磁變及勵磁機保護整定計算目 錄一 概述 發(fā)電廠繼電保護整定計算屬于整個電力系統(tǒng)繼電保護整定計算的一部分，高壓母線及以外設(shè)備的繼電保護整定計算屬于系統(tǒng)；高壓母線以內(nèi)設(shè)備的整定計算屬于發(fā)電廠。 兩者共同之處： 保護在安全可靠性、配合選擇性、保護范圍及靈敏性都滿足要求后，動作速度越快越好； 保護在安全可靠性、配合選擇性、快速性滿足后，保護范圍越大靈敏度越高越好； 一 概述 主系統(tǒng)和主設(shè)備保護的安全可靠性、配合選擇性、靈敏性、快速性都必須滿足要求。 必要時可以犧牲某些三類負荷保護保護的動作選擇性，以保證主系統(tǒng)或

2、主設(shè)備保護的安全可靠性、配合選擇性，特別是快速性的要求。 兩者不同之處： 由于被保護設(shè)備性能、運行狀態(tài)、故障類型有很大不同，從而其保護方式、動作原理判據(jù)、整定計算要求、整定計算方法就有很多不同。一 概述 整定計算的目的和任務(wù)： 整定計算是繼電保護運行技術(shù)的重要組成部分，也是繼電保護裝置在運行中保證其正確動作的重要環(huán)節(jié)，由于整定計算不當(dāng)，造成繼電保護拒動或誤動而導(dǎo)致電氣事故擴大，其后果是非常嚴重的，有可能造成電氣設(shè)備的重大損壞，甚至引起電力系統(tǒng)瓦解，造成大面積停電事故。一 概述 目的和任務(wù)： 1）給出一套完整和合理的最佳整定方案和整定值； 2）對所用保護裝置予以正確的評價； 3）通過整定計算，應(yīng)

3、確定現(xiàn)有保護裝置配置是否合理或現(xiàn)有保護裝置是否能滿足一次設(shè)備的要求； 4）為制定繼電保護運行規(guī)程提供依據(jù)。一 概述整定計算前的準備工作 1、掌握發(fā)電廠主電氣系統(tǒng)、廠用系統(tǒng)及所有電氣設(shè)備情況并建立資料檔案； 2、收集并掌握全廠主設(shè)備及廠用設(shè)備繼電保護及有關(guān)二次設(shè)備技術(shù)資料； 3、繪制全廠電氣設(shè)備等效阻抗圖； 4、有關(guān)的短路電流計算；二、短路電流計算 1、概述 1）短路故障的原因 自然方面的原因； 人為方面的原因； 設(shè)備本身原因； 2）短路種類 單相接地短路 兩相接地短路 兩相及三相短路 斷相或斷相接地 繞組匝間短路二、短路電流計算 2、對稱短路電流計算 1）阻抗歸算 為方便和簡化計算，通常將發(fā)電

4、機、變壓器、電抗器、線路等元件的阻抗歸算至同一基準容量和基準電壓時的基準標么阻抗。 （1）發(fā)電機等旋轉(zhuǎn)電機阻抗的的歸算 發(fā)電機等旋轉(zhuǎn)電機一般給出的是額定條件下阻抗相對值，其標么阻抗計算為 二、短路電流計算（2）變壓器阻抗歸算 （3）電抗器阻抗歸算 電抗器在額定條件下電抗的百分值 二、短路電流計算（4）線路阻抗歸算 二、短路電流計算短路電流算例：三、失磁保護整定計算1、發(fā)電機失磁概述 發(fā)電機失磁后，無功功率由正變負，功率因數(shù)角也由正向負變化，測量阻抗向第四象限過渡，發(fā)電機失磁后進入異步運行時，機端測量阻抗將進入臨界失步圓內(nèi)，并最后在x軸上落到 至 范圍內(nèi)。 因此，同步發(fā)電機的低勵、失磁保護多利用

5、定子回路參數(shù)的變化來判別并檢測出發(fā)電機的低勵或失磁故障。 三、失磁保護整定計算1異步邊界圓； 2汽輪發(fā)電機靜穩(wěn)邊界圓三、失磁保護整定計算 對于汽輪發(fā)電機，失磁保護宜瞬時或短延時動作于信號，有條件的機組可進行勵磁切換。失磁后母線電壓低于系統(tǒng)允許值時，帶時限動作于解列。當(dāng)發(fā)電機母線電壓低于保證廠用電穩(wěn)定運行要求的電壓時，帶時限動作于解列，并切換廠用電源。有條件的機組失磁保護也可以動作于自動減出力。當(dāng)減出力至發(fā)電機失磁允許負荷以下，其運行時間接近于失磁允許運行限時時，可動作于程序跳閘。三、失磁保護整定計算 2、發(fā)電機低勵失磁保護的構(gòu)成 定子回路可以作為低勵失磁保護判據(jù)的特征主要有以下幾種： a）無功

6、功率改變方向； b) 超越靜穩(wěn)邊界； c) 進入異步邊界； d）轉(zhuǎn)子功角變化。三、失磁保護整定計算 正常情況下，發(fā)電機有可能進相運行，或在發(fā)生短路、系統(tǒng)振蕩、長線充電、自同步或回路斷線等異常運行方式下，機端測量阻抗的軌跡都可能進入第三、四象限，超越靜穩(wěn)邊界和異步邊界。因此，以上幾種特征并非發(fā)電機低勵、失磁過程中獨有的特征，要保證保護的選擇性還必須加上其他特征作為保護的輔助判據(jù)。三、失磁保護整定計算常用的輔助判據(jù)和閉鎖元件有以下五種： 1）勵磁電流或勵磁電壓下降 輔助判據(jù)； 2）負序分量區(qū)分低勵失磁和其他故障； 3）利用動作時間躲系統(tǒng)振蕩； 4）電壓回路斷線時需閉鎖； 要保證保護裝置的選擇性，必

7、須同時運用兩種或兩種以上的閉鎖方式。目前國內(nèi)輔助判據(jù)用的較多的是以下兩種組成方式三、失磁保護整定計算 a）用勵磁低電壓元件和時間元件對短路故障、系統(tǒng)振蕩和電壓回路斷線均能實現(xiàn)閉鎖。 b）用負序元件、延時元件和電壓回路斷線閉鎖元件實現(xiàn)閉鎖，其中負序電壓（或電流）元件閉鎖用于防止在短路情況下保護誤動作；延時元件用于躲過振蕩；電壓回路斷線閉鎖元件用于防止斷線時保護裝置誤動作。 失磁保護常由阻抗元件、母線低電壓元件和閉鎖（啟動）元件組成。三、失磁保護整定計算總體配置 a）系統(tǒng)主判據(jù)高壓母線設(shè)低電壓元件。 b）發(fā)電機判據(jù)異步邊界阻抗或靜穩(wěn)極限阻抗。 c）輔助判據(jù)勵磁低電壓（或負序電壓/電流） d）閉鎖元

8、件電壓回路斷線閉鎖 e）功能要求發(fā)電機減出力，廠用切換或減勵磁。三、失磁保護整定計算 低勵失磁保護主判據(jù) a）低電壓判據(jù)： 1）系統(tǒng)低電壓； 2）機端低電壓。 b）定子側(cè)阻抗判據(jù) 1）異步邊界阻抗圓； 2）靜穩(wěn)極限阻抗圓。 c）轉(zhuǎn)子側(cè)判據(jù) 1）轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)； 2）變勵磁電壓判據(jù)。三、失磁保護整定計算 靜穩(wěn)極限變勵磁電壓判據(jù) 對于大型汽輪發(fā)電機，當(dāng)進相運行時可能勵磁電壓小于恒定低勵磁電壓判據(jù)，恒定勵磁低電壓輔助判據(jù)繼電器會處于動作狀態(tài)，失磁保護可能會失去該輔助判據(jù)的閉鎖作用，此時宜用變勵磁電壓判據(jù)。 三、失磁保護整定計算 令 則 令 K轉(zhuǎn)子電壓判據(jù)系數(shù)，有的稱變勵磁電壓斜率（ULP） 三、失磁

9、保護整定計算 3、整定計算 失磁保護一（靜止勵磁）為阻抗型失磁保護，保護裝置的輸入量有：機端三相電壓（TV變比為）、發(fā)電機三相電流（TA變比為）、主變高壓側(cè)三相電壓、勵磁直流電壓。 需要整定的參數(shù)：定子阻抗判據(jù)、轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)、機端低電壓判據(jù)、系統(tǒng)低電壓判據(jù)、無功反向判據(jù)、減出力判據(jù)以及有關(guān)時限。 三、失磁保護整定計算（1）定子阻抗判據(jù)（一）（靜穩(wěn)邊界阻抗圓） 1） jX軸上電抗Xc值為 式中 Xcon 折算到基準容量的發(fā)電機與系統(tǒng)間（應(yīng)計及本廠其他發(fā)電機）的最小聯(lián)系電抗標幺值； UN 發(fā)電機額定電壓。 2）-jX軸上電抗XB值為 三、失磁保護整定計算 3）校核躲正常運行時負荷阻抗的能力 發(fā)電

10、機正常運行的最小負荷阻抗為 式中： 最大功率輸出的功率因數(shù)角，如 ，則 （滯后功率因數(shù)時， ）。 對靜穩(wěn)阻抗邊界圓，在 阻抗角方向上，其動作阻抗 為（ )三、失磁保護整定計算要求4）校核躲進相運行時負荷阻抗的能力 發(fā)電機正常進相運行時的負荷阻抗 計及0.9可靠系數(shù)后可表示為三、失磁保護整定計算 式中 發(fā)電機進相感性無功功率，因為發(fā)出感性無功功率時， ，因此進相運行時 發(fā)電機發(fā)出的有功功率，一般情況下取 對靜穩(wěn)阻抗邊界圓，在 角方向上（ ）的動作阻抗 可由下式計算出來。 一般令 ，計算進相無功功率分別為10% PN、20% PN、30%PN、40%PN的Zp值。由于不同進相無功時的 、 分別計算

11、出來（同一進相無功時， 與 在同一阻抗角方向上），就可判別躲進相運行時負荷阻抗的能力。 要求進相無功 時， ；當(dāng) 時 ， 當(dāng)不滿足上述要求時，可選用下切圓或下拋圓，或采用雙阻抗特性圓。 三、失磁保護整定計算三、失磁保護整定計算（2）定子阻抗判據(jù)（二）（異步阻抗邊界圓） -jX軸上兩個阻抗值XA、XB的歐姆值為 式中: 折算到基準容量 SB 的暫態(tài)電抗標幺 值； 折算到基準容量SB的同步電抗標幺 值（不飽和值） 無需校核躲進相運行時負荷阻抗的能力。 三、失磁保護整定計算 （3）定子阻抗判據(jù)（三）（過坐標原點的下拋圓） 1）-jX軸上電抗值XB（另一電抗值是0）為 2）校核躲進相運行時負荷阻抗的能

12、力發(fā)電機正常運行時的負荷阻抗 三、失磁保護整定計算對下拋圓定子阻抗特性，在 角方向上（ ）的動作阻抗 為 要求進相無功 三、失磁保護整定計算 定子阻抗特性若用圓心和半徑表示 靜穩(wěn)阻抗邊界圓圓心和半徑為 異步阻抗邊界圓圓心和半徑為 過原點下拋圓 圓心和半徑為三、失磁保護整定計算 （4）無功反向判據(jù) 按躲過發(fā)電機正常運行允許的進相無功 整定，無功反向定值 為 一般取 無功反向判據(jù)與靜穩(wěn)阻抗邊界圓結(jié)合，可提高進相運行時躲負荷阻抗的能力。 三、失磁保護整定計算 （5）減出力判據(jù)（也稱過功率判據(jù)） 按發(fā)電機失磁時允許的異步功率整定，一般可取 (6) 轉(zhuǎn)子電壓判據(jù) 轉(zhuǎn)子電壓判據(jù)有勵磁低電壓判據(jù)和變勵磁電壓

13、判據(jù) 勵磁低電壓判據(jù) 動作電壓 式中 Kk可靠系數(shù)， ，可取=0.8 空載勵磁電壓實測值三、失磁保護整定計算 （7）系統(tǒng)低電壓動作值 一般取系統(tǒng)側(cè)母線電壓，設(shè)置系統(tǒng)低電壓用于防止失磁引發(fā)的無功儲備不足導(dǎo)致系統(tǒng)電壓崩潰。三相同時低電壓時的動作電壓為 式中 Kk可靠系數(shù)， ，建議取0.9 高壓母線最低正常運行電壓，可取11.05倍額定電壓值 三、失磁保護整定計算 當(dāng)系統(tǒng)容量很大時，系統(tǒng)阻抗很小，系統(tǒng)側(cè)母線電壓降低不多，此種情況下低電壓元件并不動作，說明失磁時不可能引起系統(tǒng)電壓崩潰。 （8）機端低電壓動作值 動作電壓按不破壞廠用電安全和躲過強勵起動電壓條件整定，可取 式中 Kk 可靠系數(shù)， UN 發(fā)

14、電機額定電壓。 三、失磁保護整定計算 （8）失磁保護動作時間 a)不允許失磁長時間運行時，保護跳發(fā)電機斷路器。 其延時應(yīng)防止系統(tǒng)振蕩時保護的誤動作，按躲振蕩所需的時間整定。對不允許發(fā)電機失磁運行的系統(tǒng)，其延時一般取0.51.0s。 異步邊界阻抗：母線低電壓延時可取0.5s；阻抗判據(jù)延時可取0.5s 靜穩(wěn)極限阻抗：母線低電壓延時可取0.8s；阻抗判據(jù)延時可取1.0s b) 允許失磁后在有限時間內(nèi)運行時三、失磁保護整定計算 允許失磁后發(fā)電機轉(zhuǎn)入異步運行的低勵失磁保護裝置動作后，應(yīng)切斷滅磁開關(guān)，防止在轉(zhuǎn)入異步運行時仍有有損大軸的同步功率存在。動作于勵磁切換及發(fā)電機減出力的時間元件，其延時結(jié)合設(shè)備和允

15、許運行條件整定。失磁異步運行情況下，動作于發(fā)電機解列的延時，由發(fā)電機制造廠和電力部門共同決定允許發(fā)電機帶（0.40.5）的失磁異步運行時間。以下數(shù)據(jù)僅供參考： 勵磁切換（有備用勵磁時），可取0.3s，切換成功即不失磁。 三、失磁保護整定計算 廠用電源切換（專設(shè)電壓判別），電壓可?。?.750.85），可整定11.5s 起動DEH減出力，減出力速率1min內(nèi)減至0.4倍發(fā)電機額定功率，可整定0.5s，動作于減出力。 失磁運行跳滅磁開關(guān)，可整定大于68s 失磁運行跳發(fā)電機斷路器，由失磁保護起動，一般取小于15min三、失磁保護整定計算注意事項： 1)有條件時失磁保護宜盡可能采用轉(zhuǎn)子電壓作為閉鎖條件

16、，以提高失磁保護動作的可靠性。 2) 失磁后宜先報警；有條件時應(yīng)優(yōu)先動作于減出力，當(dāng)在預(yù)定時間內(nèi)未減到規(guī)定值時可動作于解列，失磁危及系統(tǒng)穩(wěn)定運行時保護也宜動作于解列（與前者解列沒有必然的時間配合關(guān)系），當(dāng)減出力到預(yù)定值，但運行超過了發(fā)電機允許的無勵磁運行時間時，宜動作于程序跳閘，當(dāng)機端電壓降低到危及廠用電安全運行時，應(yīng)切換廠用電源到備用電源。三、失磁保護整定計算 3）主變高壓側(cè)系統(tǒng)容量較大時，發(fā)電機失磁時高壓母線電壓降低不多，系統(tǒng)低電壓元件很有可能不動作。 4）發(fā)電機失磁時機端電壓降低較大，但當(dāng)系統(tǒng)容量較大、低電壓動作值較低時，機端低電壓元件有可能不能動作。在這種情況下，低電壓元件的動作值不宜

17、取得過低。 5）雖然汽輪發(fā)電機失磁后，并不立即對發(fā)電機有直接危害，但在大容量電力系統(tǒng)中，失磁發(fā)電機不宜做較長時間的異步運行。四 失步保護整定計算 1、失步概述 大機組一般與變壓器組成單元接線，由于送電網(wǎng)絡(luò)的不斷擴大，使發(fā)電機和變壓器的阻抗值相對增大，而系統(tǒng)的等效阻抗值相對下降，因此振蕩中心通常落在發(fā)變組內(nèi)部，使振蕩過程對機組的影響趨于嚴重。機端電壓周期性地嚴重下降，對發(fā)電機組的安全運行極為不利，有可能造成機組損壞，特別對汽輪發(fā)電機軸可能發(fā)生扭轉(zhuǎn)振蕩，使大軸遭受機械損傷，甚至造成嚴重事故，因此對于大型發(fā)電機，需要裝設(shè)失步保護。四 失步保護整定計算 各種原理的失步保護均應(yīng)滿足正確區(qū)分系統(tǒng)短路與振蕩

18、以及正確判定失步振蕩與穩(wěn)定振蕩（同步搖擺）。失步保護應(yīng)只在失步振蕩情況下動作。失步保護動作后，一般只發(fā)信號，當(dāng)振蕩中心位于發(fā)變組內(nèi)部或失步振蕩持續(xù)時間過長、對發(fā)電機安全構(gòu)成威脅時，才作用于跳閘，而且應(yīng)在兩側(cè)電動勢相位差小于90的條件下使斷路器斷開，以免斷路器的斷開容量過大。 四 失步保護整定計算 失步保護應(yīng)能正確區(qū)分短路故障及系統(tǒng)振蕩，一般是通過整定動作區(qū)和時限的相互配合來區(qū)分短路故障和系統(tǒng)振蕩的。 2、 三元件式失步保護特性四 失步保護整定計算四 失步保護整定計算 a）遮擋器特性整定。決定遮擋器特性的參數(shù)是Za、Zb、 ，若失步保護裝在機端，則 式中： 最大運行方式下的系統(tǒng)阻抗，； 主變壓器

19、電抗，； 系統(tǒng)阻抗角。四 失步保護整定計算 b）內(nèi)角的整定 式中： 為發(fā)電機的最小負荷阻抗，一般取 值一般可取90120 四 失步保護整定計算 三元件失步保護特性的整定 c）校核躲正常運行負荷阻抗、失磁阻抗的能力。 透鏡動作特性與+R軸交點的值Rset可表示為 發(fā)電機最小負荷阻抗在R軸上的投影 為（可取 ） 四 失步保護整定計算 發(fā)電機帶額定功率下失磁，機端測量阻抗在R軸上的投影 為（可取 ）要求 、d）電抗線 的整定。一般整定為變壓器阻抗 的90，即 四 失步保護整定計算四 失步保護整定計算 e) 滑極次數(shù)整定。振蕩中心在發(fā)變組區(qū)外時，滑極次數(shù)整定為510次，動作于信號。當(dāng)動作于跳閘時，可取

20、滑極次數(shù)不小于15次。振蕩中心在發(fā)變組區(qū)內(nèi)時，滑極次數(shù)整定為12次，動作于跳閘和發(fā)信，單機運行時，建議取滑極次數(shù)為1次。四 失步保護整定計算 f） 跳閘允許電流整定。其判據(jù)為 ，當(dāng) 時允許跳閘出口。 按斷路器允許遮斷電流 計算，斷路器（在系統(tǒng)兩側(cè)電勢相差達180時）允許遮斷電流 需由斷路器制造廠提供，如無提供值，可按2550的斷路器額定遮斷電流 考慮。 跳閘允許電流整定值按下式計算： 四 失步保護整定計算 式中： Kk可靠系數(shù)，取0.850.90。 3、雙遮擋器原理失步保護四 失步保護整定計算 電阻線R1、R2、R3、R4及電抗線Xt將阻抗復(fù)平面分成5個區(qū)。發(fā)電機失步后，機端測量阻抗緩慢從+R

21、向-R方向變化，且依此穿過0區(qū)IV區(qū)，判斷為加速失步過程；從-R向+R方向變化，判為減速失步。測量阻抗依此穿過五個區(qū)后記錄一次滑極，滑極次數(shù)累計達到整定值，變發(fā)信或跳閘。 以下阻抗全部折算到發(fā)電機額定容量下，其中四 失步保護整定計算 式中： Xs最大運行方式下的系統(tǒng)電抗，； XT 主變壓器電抗，； 發(fā)電機暫態(tài)電抗（取不飽和值），； 決定遮擋器特性的參數(shù)是遮擋器電阻值R1、R2、R3、R4和I區(qū)IV區(qū)測量阻抗停留時間t1、t2、t3、t4。四 失步保護整定計算 1）電抗定值Xt（二次有名值）。應(yīng)使系統(tǒng)振蕩時（即振蕩中心落在發(fā)電廠系統(tǒng)母線之外）保護能可靠不動。因此， Xt= XT 2）阻抗邊界R1

22、（二次有名值）。為給斷路器創(chuàng)造一個良好的斷開條件 ,取 ， 則R1按下式計算 四 失步保護整定計算 3）阻抗邊界R2 4）阻抗邊界R3（負值） R3 = -R2 5）阻抗邊界R4（負值） R4 = -R1 6）測量阻抗在各區(qū)停留時間T1、T2、T3及T4 T1、T2、T3及T4應(yīng)使保護在系統(tǒng)短路故障時不誤動，失步運行時能可靠動作。一般T1、T2、T3及T4應(yīng)小于最小振蕩周期下測量阻抗在各區(qū)內(nèi)的實際停留時間。四 失步保護整定計算 系統(tǒng)振蕩時的最小振蕩周期為 （具體值由調(diào)度給出，一般為0.5s1.5s），并在系統(tǒng)振蕩時，發(fā)電機功角 的變化是勻速的，測量阻抗在I區(qū)內(nèi)的停留時間為 ，其中 系統(tǒng)振蕩時測

23、量阻抗在II區(qū)停留時間為 四 失步保護整定計算 T3應(yīng)小于系統(tǒng)振蕩時測量阻抗在III區(qū)停留時間 ,按下式整定 T4應(yīng)小于系統(tǒng)振蕩時測量阻抗在IV區(qū)停留時間，可在0s與之間選取。 7）失步啟動電流 對于需進相運行的水輪機，設(shè)置一個啟動電流，一般為 四 失步保護整定計算 注意事項 1）振蕩中心在發(fā)變組外時，可不動作于解列，只動作于信號。 2）多機并網(wǎng)的發(fā)電廠中多機失步時，宜分時段解列發(fā)電機或整定不同的滑極次數(shù)。五、 勵磁變及勵磁機保護整定計算 1、電流速斷保護 1）動作電流 按躲過勵磁變低壓側(cè)三相短路條件整定。 式中 Krel可靠系數(shù)，取1.21.3； XTE折算到基準容量的勵磁變電抗標幺值； 五、 勵磁變及勵磁機保護整定計算 按勵磁變低壓側(cè)兩相短路靈敏度不小于1.5整定 2）動作時間 時取0s 時和快速熔斷器配合計算，一般取0.20.3s 3）動作出口