發(fā)變組保護(hù)配置和基本原理

發(fā)電機(jī)保護(hù)和變壓器保護(hù)配置和原理云南電力研究院一月23功果橋王榮泰

email：happywrt@云南電力研究院一月23昆明

一、目前微機(jī)型保護(hù)的特點合理的整機(jī)結(jié)構(gòu)裝置采用整體面板、全封閉機(jī)箱強(qiáng)弱電嚴(yán)格分開先進(jìn)的電磁兼容技術(shù)主后一體化方案TA、TV只接入一次，不需串接或并接，大大減少TA斷線、TV斷線的可能性，保護(hù)裝置信息共享，任何故障，裝置可錄下一個發(fā)變組單元的全部波形量?？傮w方案為雙主雙后，即雙套主保護(hù)、雙套后備保護(hù)、雙套異常運(yùn)行保護(hù)的配置方案。其思想是將一個發(fā)變組單元的全套電量保護(hù)集成在一套裝置中，主保護(hù)和后備保護(hù)共用一組TA。對于一個發(fā)變組單元，配置兩套完整的電氣量保護(hù)，每套保護(hù)裝置采用不同組TA，均有獨立的出口跳閘回路。非電量保護(hù)出口跳閘回路完全獨立，和操作回路獨立組屏。保護(hù)總體方案設(shè)計思想雙主雙后的優(yōu)點運(yùn)行方便，安全可靠；設(shè)計簡潔，二次回路清晰，由于主后共用一組TA，TA總數(shù)沒有增加或有所下降；整定、調(diào)試和維護(hù)方便。

二、RCS-985GW&TW的配屏方案RCS-985GW適用于大型發(fā)電機(jī)保護(hù)，主接線方式：發(fā)電機(jī)容量100MW及以上、一臺勵磁變或勵磁機(jī)。RCS-985TW適用于大型變壓器保護(hù)，主接線方式：兩圈主變（220KV或500KV出線）、一臺高廠變（兩圈變）。985GW&TW的配置方案差動保護(hù)配置說明配置方案1：對于300MW及以上機(jī)組，A、B屏均配置發(fā)變組差動、主變差動、發(fā)電機(jī)差動、高廠變差動。發(fā)變組差動范圍一般差至高廠變低壓側(cè)，也可選擇差至高廠變高壓側(cè)。配置方案2：對于100MW以上、300MW以下機(jī)組，A、B屏配置主變差動、發(fā)電機(jī)差動、高廠變差動。后備保護(hù)和異常運(yùn)行保護(hù)配置說明

A、B屏均配置發(fā)變組單元全部后備保護(hù)，各自使用不同的TA。對于零序電流保護(hù)，如沒有兩組零序TA，則A屏接入零序TA，B屏可以采用套管自產(chǎn)零序電流。此方式兩套零序電流保護(hù)范圍有所區(qū)別，定值整定時需分別計算。轉(zhuǎn)子接地保護(hù)因兩套保護(hù)之間相互影響，正常運(yùn)行時只投入一套，需退出本屏裝置運(yùn)行時，切換至另一套轉(zhuǎn)子接地保護(hù)。外加20Hz電源定子接地保護(hù)配置

配置外加20Hz電源定子接地保護(hù)時，需配置20HZ電源、濾波器、中間變流器、分壓電阻、負(fù)荷電阻附加設(shè)備，附加設(shè)備單獨組成一塊屏。失靈啟動

失靈啟動不應(yīng)與電量保護(hù)在同一個裝置內(nèi)，以增加可靠性；失靈啟動只配置一套。電流互感器配置說明兩套電量保護(hù)采用不同的電流互感器；主后備共用一組TA；主變差動、發(fā)電機(jī)差動均用到機(jī)端電流，一般引入一組TA給兩套保護(hù)用，對保護(hù)性能沒有影響。RCS-985保留了兩組TA輸入，適用于需要兩組的特殊場合。主變高壓側(cè)建議有一組失靈啟動專用TA電壓互感器配置說明兩套電量保護(hù)盡量采用不同的電壓互感器或互相獨立的繞組對于零序電壓，一般沒有兩個繞組，可并聯(lián)接入兩套保護(hù)裝置RCS－985保護(hù)裝置主保護(hù)和部分后備保護(hù)介紹發(fā)電機(jī)差動保護(hù)現(xiàn)狀大型發(fā)電機(jī)造價昂貴，內(nèi)部故障造成的損失巨大，內(nèi)部相間故障由于故障點電勢可能較低，故障時受過渡電阻影響較大，如何采用新原理，不受過渡電阻影響，提高內(nèi)部故障時保護(hù)靈敏度已成為重要課題。發(fā)電機(jī)差動保護(hù)普遍采用P級TA，區(qū)外故障TA不平衡電流大（尤其在非同期合閘時），固定斜率的比率差動保護(hù)，不能很好的與TA不平衡電流變化配合。差動保護(hù)的功能特點發(fā)電機(jī)差動TA飽和問題以往認(rèn)為：－發(fā)電機(jī)差動采用保護(hù)級TA，并且TA同型；－區(qū)外故障電流倍數(shù)小，一次電流完全相同，二次不平衡差流??；因此，為提高內(nèi)部故障靈敏度，降低差動起始定值、比率制動系數(shù)。實際情況：－發(fā)電機(jī)差動TA盡管同型，但兩側(cè)電纜長度可能不一致，部分機(jī)組TA不是真正同型TA；－區(qū)外故障電流倍數(shù)盡管小，但非周期分量衰減慢；結(jié)果，導(dǎo)致TA飽和，不平衡差流增大，差動保護(hù)屢有誤動發(fā)生；95%定子接地保護(hù)靈敏段：

動作于出口時中性點零序電壓經(jīng)機(jī)端開口三角零序電壓閉鎖，動作于信號時只判中性點零序電壓高定值段：躲過各種情況下最大不平衡電壓定子接地保護(hù)的功能特點自適應(yīng)三次諧波電壓比率判據(jù)：發(fā)變組并網(wǎng)前后機(jī)端等效電容變化較大，并網(wǎng)前、后各設(shè)一個定值，根據(jù)各自狀態(tài)下裝置實時顯示的最大三次諧波電壓比率值整定，裝置根據(jù)斷路器位置接點和負(fù)荷電流自動適應(yīng)狀態(tài)變化頻率跟蹤和數(shù)字濾波器相結(jié)合，在頻率45～55Hz范圍內(nèi)三次諧波電壓濾過比不受影響在系統(tǒng)頻率嚴(yán)重偏離50HZ時，采用按頻率比率制動原理定子接地保護(hù)的功能特點自適應(yīng)三次諧波電壓比率判據(jù)優(yōu)點：

頻率變化不會誤動解決了機(jī)組啟停機(jī)過程中三次諧波電壓比率判據(jù)誤動的問題。定子接地保護(hù)的功能特點RCS-985U定子接地保護(hù)輔助電源裝置提供20Hz的外加電源，注入到發(fā)電機(jī)定子繞組側(cè)，與RCS-985發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置配合，構(gòu)成一套完整的外加電源式定子接地保護(hù)。RCS-985U采用了以進(jìn)口元器件為基礎(chǔ)的硬件系統(tǒng)，由20Hz電源和20Hz濾波器、中間變流器、分壓電阻幾部分構(gòu)成。采用一體化設(shè)計，標(biāo)準(zhǔn)6U裝置。方波電源和濾波器采用背插式結(jié)構(gòu)，便于安裝和拆卸，維護(hù)方便。RCS-985U適用于各種容量汽輪發(fā)電機(jī)、水輪發(fā)電機(jī)、燃汽輪發(fā)電機(jī)等發(fā)電機(jī)機(jī)組的外加低頻電源定子接地保護(hù)。注入式定子接地保護(hù)注入式定子接地保護(hù)原理圖

一點接地設(shè)兩段靈敏I段動作于信號

II段動作于信號或跳閘轉(zhuǎn)子兩點接地保護(hù)一點接地II段動作于信號，自動(可選擇)延時投入轉(zhuǎn)子兩點接地保護(hù)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)的功能特點實時顯示轉(zhuǎn)子繞組對大軸絕緣電阻轉(zhuǎn)子一點接地后顯示接地位置高精度隔離放大器隔離電壓2500V轉(zhuǎn)子接地保護(hù)的功能特點失磁保護(hù)反應(yīng)發(fā)電機(jī)勵磁回路故障引起的發(fā)電機(jī)異常運(yùn)行失磁判據(jù)低電壓判據(jù)轉(zhuǎn)子電壓判據(jù)定子阻抗判據(jù)輔助判據(jù)

失磁保護(hù)的功能特點高壓側(cè)母線低電壓判據(jù)Upp<Ulezd高壓側(cè)PT斷線時閉鎖此判據(jù)

TV斷線時閉鎖本判據(jù)，并發(fā)出TV斷線信號。失磁保護(hù)的功能特點轉(zhuǎn)子電壓判據(jù)轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)：Ur<Ur1zd失步后Ur和發(fā)電機(jī)輸出功率作大幅度波動，通常會使勵磁電壓判據(jù)、變勵磁電壓判據(jù)周期性地動作與返回，因此低勵、失磁故障的勵磁電壓元件在失步后（進(jìn)入失磁阻抗圓）延時返回。失磁保護(hù)的功能特點開放式的失磁保護(hù)方案Ⅰ段：動作于減出力可選：減出力判據(jù)＋定子阻抗判據(jù)＋轉(zhuǎn)子判據(jù)Ⅱ段：跳閘（母線低電壓）可選：低電壓判據(jù)，定子阻抗判據(jù)、轉(zhuǎn)子判據(jù)Ⅲ段：跳閘或報警段可選：定子阻抗判據(jù)、轉(zhuǎn)子判據(jù)Ⅳ段：長延時跳閘（與減出力段配合）

定子阻抗判據(jù)失磁保護(hù)的功能特點失步保護(hù)反映發(fā)電機(jī)失步振蕩引起的異步運(yùn)行。功能能區(qū)分振蕩中心在發(fā)變組內(nèi)部或外部，并滑極次數(shù)可分別整定能記錄滑極次數(shù)采用正序電壓、正序電流計算阻抗，能區(qū)分短路和失步能區(qū)分穩(wěn)定振蕩和失步能檢測加速失步或減速失步振蕩頻率0.1-8Hz當(dāng)電流小于出口斷路器跳閘允許電流時出口

失步保護(hù)功能失步保護(hù)的功能特點第一部分是透鏡特性，圖中①，它把阻抗平面分成透鏡內(nèi)的部分I和透鏡外的部分O。第二部分是遮擋器特性，圖中②，它把阻抗平面分成左半部分L和右半部分R。兩種特性的結(jié)合，把阻抗平面分成四個區(qū)OL、IL、IR、OR，阻抗軌跡順序穿過四個區(qū)（OL→IL→IR→OR或OR→IR→IL→OL），并在每個區(qū)停留時間大于一時限，則保護(hù)判為發(fā)電機(jī)失步振蕩。每順序穿過一次，保護(hù)的滑極計數(shù)加1，到達(dá)整定次數(shù)，保護(hù)動作。第三部分特性是電抗線，圖中③，它把動作區(qū)一分為二，電抗線以上為I段（U），電抗線以下為II段（D）。阻抗軌跡順序穿過四個區(qū)時位于電抗線以下，則認(rèn)為振蕩中心位于發(fā)變組內(nèi)，位于電抗線以上，則認(rèn)為振蕩中心位于發(fā)變組外，兩種情況下滑極次數(shù)可分別整定。過負(fù)荷保護(hù)的功能特點定子過負(fù)荷保護(hù)反應(yīng)發(fā)電機(jī)定子繞組的平均發(fā)熱狀況。定子過負(fù)荷、負(fù)序過負(fù)荷、勵磁過負(fù)荷兩段定時限和一段報警反時限上限采用最小動作時間定值過負(fù)荷保護(hù)的功能特點反時限保護(hù)由三部分組成:①下限啟動，②反時限部分，③上限定時限部分。過負(fù)荷保護(hù)的功能特點上限定時限部分設(shè)最小動作時間定值。當(dāng)定子電流超過下限整定值Iszd時，反時限部分起動，并進(jìn)行累積。反時限保護(hù)熱積累值大于熱積累定值保護(hù)發(fā)出跳閘信號。反時限保護(hù)，模擬發(fā)電機(jī)的發(fā)熱過程，并能模擬散熱。當(dāng)定子電流大于下限電流定值時，發(fā)電機(jī)開始熱積累，如定子電流小于下限電流時，熱積累值通過散熱慢慢減小。過負(fù)荷保護(hù)的功能特點當(dāng)負(fù)序電流超過下限整定值I2szd時，反時限部分起動，并進(jìn)行累積。反時限保護(hù)熱積累值大于熱積累定值保護(hù)發(fā)出跳閘信號。負(fù)序反時限保護(hù)能模擬轉(zhuǎn)子的熱積累過程，并能模擬散熱。發(fā)電機(jī)發(fā)熱后，若負(fù)序電流小于I2l時，發(fā)電機(jī)的熱積累通過散熱過程，慢慢減少；負(fù)序電流增大，超過I2l時，從現(xiàn)在的熱積累值開始，重新熱積累的過程過勵磁保護(hù)的功能特點過勵磁保護(hù)用于防止發(fā)電機(jī)、變壓器因過勵磁引起的危害。過勵磁保護(hù)反映發(fā)電機(jī)出口（變壓器低壓側(cè)）的過勵磁倍數(shù)。過勵磁保護(hù)的功能特點過激磁保護(hù)方案兩段定時限跳閘段和一段定時限報警段采用了過勵磁特性曲線可設(shè)定的反時限過激磁保護(hù)；反時限動作特性曲線由輸入的八組定值得到，通過曲線擬合技術(shù)得到更加精確的反時限動作特性具有累積功能過勵磁保護(hù)的功能特點過勵磁保護(hù)曲線電壓保護(hù)的功能特點過電壓保護(hù)兩段過電壓不受頻率影響，在20-90Hz內(nèi)正常工作低電壓保護(hù)經(jīng)控制接點閉鎖誤上電保護(hù)的功能特點誤上電保護(hù)的作用（1）發(fā)電機(jī)盤車時，未加勵磁，斷路器誤合，造成發(fā)電機(jī)異步起動。（2）發(fā)電機(jī)起停過程中，已加勵磁，但頻率低于定值，斷路器誤合。（3）發(fā)電機(jī)起停過程中，已加勵磁，但頻率大于定值，斷路器誤合或非同期。阻抗保護(hù)的功能特點在發(fā)電機(jī)機(jī)端配置相間阻抗保護(hù)，作為發(fā)電機(jī)相間故障的后備保護(hù)，電壓量取發(fā)電機(jī)機(jī)端TV1相間電壓，電流量取發(fā)電機(jī)后備電流通道相間電流?？赏ㄟ^整定值選擇采用方向阻抗圓、偏移阻抗圓或全阻抗圓。當(dāng)某段阻抗反向定值整定為零時，選擇方向阻抗圓；當(dāng)某段阻抗正向定值大于反向定值時，選擇偏移阻抗圓；當(dāng)某段阻抗正向定值與反向定值整定為相等時，選擇全阻抗圓。阻抗元件靈敏角78°，阻抗保護(hù)的方向指向由整定值整定實現(xiàn)，一般正方向指向發(fā)電機(jī)外。阻抗保護(hù)的功能特點相間阻抗保護(hù)正方向阻抗、反方向阻抗可分別整定靈敏角固定為78°TV斷線時自動退出相間電流工頻變化量啟動復(fù)合電壓過流保護(hù)的功能特點復(fù)合電壓過流保護(hù)作為發(fā)電機(jī)、變壓器、高壓母線和相鄰線路故障的后備。復(fù)合電壓過流保護(hù)復(fù)合電壓閉鎖功能可投退各側(cè)復(fù)合電壓并聯(lián)啟動TV斷線閉鎖功能對于自并勵發(fā)電機(jī)，電流可帶記憶功能

針對TA和TV發(fā)生斷線情形時防誤動邏輯TA異常判據(jù)可靠的比率制動判據(jù)：I2>0.2A+0.25×Imax延時10秒發(fā)出TA異常報警信號橫差零序電流報警判據(jù)：橫差電流三次諧波Ihc3<0.1A&I>0.1Ie延時10秒發(fā)出橫差TA異常報警信號TA斷線的功能特點TA斷線判據(jù)發(fā)電機(jī)差電流報警比率制動判據(jù)：Id>0.01Ie&Id>0.03×Ir

延時10秒發(fā)出差流異常報警信號，但不閉鎖差動保護(hù)變壓器差電流報警比率制動判據(jù)：Id>0.05Ie&Id>0.10×Ir延時10秒發(fā)出差流異常報警信號，但不閉鎖差動保護(hù)TA斷線的功能特點可靠的TA斷線判據(jù)開放式斷線判據(jù)：任一側(cè)負(fù)序相電壓大于2V起動后任一側(cè)任一相電流比起動前增加起動后最大相電流大于1.2Ie同時有兩路電流比啟動前減小發(fā)變組并網(wǎng)前TA斷線的功能特點可靠的TA斷線判據(jù)差動啟動時，滿足以上任一條件開放差動保護(hù)，否則，判TA斷線在判斷出TA二次回路斷線后發(fā)報警信號、經(jīng)控制字選擇是否閉鎖比率差動保護(hù)TA斷線的功能特點TV斷線報警判據(jù)正序電壓小于30V，且任一相電流大于0.04In