【文章內容簡介】 適用于每相定子繞組為多分支的大型發(fā)電機。它除了能反映發(fā)電機相間短路故障，還能反映定子線棒開焊及分支匝間短路。對于大容量的發(fā)電機（100MW 及以上） ，為了減少故障發(fā)生于發(fā)電機中性點附近而出現(xiàn)的縱差動保護的死區(qū)，要求將縱聯(lián)保護的動作電流降低，提高保護動作的靈敏性，并要保證在區(qū)外短路時保護可靠不誤動?？紤]到不平衡電流隨著流過電流互感器 TA 電流的增加而增加，往往采用性能更好的比率制動式縱差動保護，使其動作值隨著外部短路電流的增大而自動增大（即利用外部故障時的穿越電流實現(xiàn)制動，其原理接線如圖所示。 基本原理：是基于保護的動作電流隨著外部故障的短路電流而產生的最大不平衡電流的增大而按比例的線性增大，且比最大不平衡電流增大的更快，使在任何情況下的外部故障時，保護不會誤動作。(這這樣就可以避免由于外部短路電流的增大而造成電流互感器飽和而引起不平衡電流的增大，也就是可以避免繼電器誤動)；動電流：將外部故障的短路電流作為制動電流；動電流：把流入差動回路的電流作為動作電流。圖 9 比率制動式差動繼電器原理接線 內蒙古農業(yè)大學本科畢業(yè)設計說明書 15圖 11 發(fā)電機縱差保護特性圖中 Ires 是制動電流，即外部短路時流過制動線圈的電流，Iact 即差動繼電器的動作電流， 為差動繼電器的最小動作電流， 表示繼電器開始具有制動作用的最小制動電流，通常取 等于負荷電流，因為在電流互感器誤差很小，不平衡電流很小， ＞Ibp，所以此時沒有制動作用的繼電器也不會誤動作，而當外部短路電流大于負荷電流，Ibp 隨 Ik 增大時，若 Ibp/Ik=Idz/Ires=Kres,調整繼電器的制動特性使之具有 K=Ibp/Ik＞Kres, 做出現(xiàn)直線 BP，則繼電器具有這樣性能，不管外部短路短路電流多大，繼電器總不會誤動，K 為制動系數(shù)。 整定計算1. 最小動作電流的選擇由于保護裝置采用比率制動特性，保護動作電流不必按躲過外部故障時的不平衡電流來整定，其整定值只需躲過最大負荷條件下條件下差回路的不平衡電流。繼電器的最小動作電流為 = = .minactIKbpIKfzdtxif2NI式中 ——可靠系數(shù)，采用 ～： ——考慮非周期分量影響的系數(shù)，采用 1；fzd——電流互感器的同型系數(shù)，采用 ；txK 200MW發(fā)電機組繼電保護 16——電流互感器的相對誤差，取 ；if——發(fā)電機的二次額定電流；2NI——電流互感器之比；、TAn實際上最小動作電流的確定還要根據(jù)選定的制動系數(shù)和繼電器固有動作電流來確定?！? =18625/2400=若在最大負荷電流條件下，電流互感器處于不飽和狀態(tài)時，誤差遠小于10﹪，差回路的不平衡電流比 小很多，所以不平衡電流 一般由現(xiàn)場bpI測定。 K 的選擇制動系數(shù)選擇得當是防止外部短路誤動作的保證，根據(jù)定義 actresI?假定最大外部短路電流下流過繼電器的動作電流是 = 此時制動電流 =所以 K= =～那么上式計算得 K 是一條過坐標原點的直線，因此，對于制動曲線具有一段水平線的比率制動式差動繼電器，還應進行制動特性的校驗。一般可先從制動特性曲線族中選取制動系數(shù)大于計算值的一條曲線，為了兼顧靈敏系數(shù)和選擇性方面的要求，即折點 B 的斜率就就是所選擇的制動系數(shù)。在 B 點的斜率 m 等于制動系數(shù)的計算值，即 m=K若制動電流 =1(標幺值)時，則得繼電器的動作電流最小值為 =m= K= K，由此可見，當制動系數(shù)取得過大時，將使保護的靈敏系數(shù)下降。3 靈敏系數(shù)校驗 內蒙古農業(yè)大學本科畢業(yè)設計說明書 17靈敏系數(shù) ???? KA??? Ksen= 式中 ——發(fā)電機出口兩相短路時流經保護的最小周期性短路電流； ——于所校驗的情況下繼電器的動作電流。應根據(jù)繼電器制動特性曲線圖上的制動電流是以整個制動繞組為基準還是以半個制動繞組為基準。再根據(jù)校驗靈敏系數(shù)時的短路情況是通過整個制動繞組還是半個制動繞組而決定動作電流 ，用 查繼電器制動特性曲線得對應的 靈敏系數(shù) Ksen≥2所以發(fā)電機出口兩相短路時流經保護的最小周期性短路電流=51980/2400=；此時只有半個制動線圈流過此電流，那么 =又因為擇 LCD7 型繼電器，查 K= 時，那么對應于半個制動繞組決定的動作電流為 對應的 = Ksen=＞2 橫差保護定子繞組匝間短路時，被短路的各匝將有短路電流流過，產生局部過熱，破壞繞組絕緣，以致轉變?yōu)閱蜗嘟拥鼗蛳嚅g短路。同一支路繞組間短路，或同相不同支路繞組匝間短路，都稱為定子繞組的匝間短路，發(fā)生匝間短路時縱差保護不能反應，故必須裝設專用保護。 200MW發(fā)電機組繼電保護 18圖 10 橫差保護原理圖在雙星型中性點 N.，Nˊ間加裝電流互感器作為橫差電流繼電器 I 的電流源，為橫差保護。發(fā)電機正常運行或外部短路時，N， Nˊ間無電流過，橫差保護不動作。當定子繞組的同一分支的匝間發(fā)生短路時，短路分支的三相電勢不平衡，于是在N，Nˊ間有電流流過，當其值大于橫差保護的動作電流時，保護跳開發(fā)電機。這種保護的優(yōu)點是接線簡單，靈敏度也可以很高，其缺點是發(fā)電機中性點側必須有 6 個引出端子，保護有不大的死區(qū)。在大容量發(fā)電機中，由于額定電流很大，其每相都是由兩個或多個并聯(lián)的繞組組成。在正常運行的時候，各繞組中的電動勢相等，流過相等的負荷電流。而當任一繞組發(fā)生匝間短路時，繞組中的電動勢就不再相等，因而會出現(xiàn)因電動勢差而在各繞組間產生均衡電流。利用這個環(huán)流，可以實現(xiàn)對發(fā)電機定子繞組匝間短路的保護，電機兩組星形中點的連線上，其本質是把一半繞組的三相電流之和去與另一半繞組三相電流之和進行比較。這種接線方式沒有由于互感器誤差所引起的不平衡電流，其起動電流比較小，靈敏度高，且接線非常簡單。轉子回路兩點接地時，衡差動保護可能誤動作，但不必在轉子回路兩點接地時閉鎖橫差保護在投入兩點接地保護的同時，橫差保護硬切換至帶 ～1S 的延時動作于跳閘，可防止轉子回輪偶然性的兩點接地時引起的橫差保護誤動作。 整定計算保護動作電流按躲過外部短路故障時最大不平衡電流以及裝置對高次諧波過比的大小整定，由于不平衡電流很難確定，因此工程設計中可根據(jù)經驗公式計算。 內蒙古農業(yè)大學本科畢業(yè)設計說明書 19（ 1 ）3 次諧波濾過比不小于 10 時，繼電器動作電流為Iact=( ～ ) /NITAn式中： ——發(fā)電機額定電流NI ——電流互感器變比TAn∴ Iact=( ～ )8625/2400=～( 2 )靈敏系數(shù)校驗。靈敏系數(shù)是以保護動作死區(qū)占整個繞組的百分比表示的，由下式可求出保護動作死區(qū)占的百分比=a/03IfoX式中 ——等于 Iact——發(fā)電機零序電抗 a——表示發(fā)電機動作死區(qū)占的百分比 S——發(fā)電機的視在功率為 235MW∴ Bf0 10X=.??? a=4=℅重上述計算可知，保護動作整定值越高，保護死區(qū)越大，為了減小保護死區(qū)，應經三次諧波濾過器，盡量減小 3 次諧波不平衡電流。 發(fā)電機的失磁保護發(fā)電機正常運行，向系統(tǒng)送出無功功率，失磁后將從系統(tǒng)吸取大量無功功率，使機端電壓下降。當系統(tǒng)缺少無功功率，嚴重時可能使電壓低到不允許的數(shù)值，以致破壞系統(tǒng)穩(wěn)定。發(fā)電機失磁后，對電力系統(tǒng)和發(fā)電機本身會產生諸多不利影響，如需要從電力系統(tǒng)中吸收很大的無功功率以建立發(fā)電機的磁場,由于從電力系統(tǒng)中吸收無功功率將引起電力系統(tǒng)電壓下降，如果電力系統(tǒng)的容量較小或無功功率儲備不足，則可能使失磁發(fā)電機的機端電壓、升壓變壓器高壓側的母線電壓或其他鄰近的電壓低于 200MW發(fā)電機組繼電保護 20允許值，從而破壞了負荷與各電源間的穩(wěn)定運行，甚至可能因電壓崩潰而使系統(tǒng)瓦解。發(fā)電機失磁后不但不發(fā)出無功功率還要從系統(tǒng)吸收無功功率。當系統(tǒng)無功功率儲備不足時將導致發(fā)電廠母線電壓、發(fā)電機機端電壓下降。發(fā)電機失磁后,由于發(fā)電機吸收無功量的增大及定子電壓的降低,定子電流就會增大。有功功率越大,定子電流就會越大。發(fā)電機從失磁到功角增大到90176。的過程中,發(fā)電機的電磁功率先減小,但原動機的機械功率來不及減小,造成轉子加速使功角不斷增大,當功角大于90176。發(fā)電機失步運行時發(fā)電機的異步功率維持著輸入、輸出功率平衡。發(fā)電機失磁后無功很快減小到零,然后向負變化到較大值。失步后發(fā)電機的無功功率按照滑差周期有規(guī)律的擺動。失磁發(fā)電機維持的有功功率越大及滑差越大,發(fā)電機從系統(tǒng)吸收的無功越大。發(fā)電機從失磁開始到穩(wěn)定異步運行其機端測量阻抗沿著等有功阻抗圓由第1 象限向第4 象限變化失磁原因主要有三種：1 勵磁回路開路，勵磁繞組斷線，滅磁開關誤動作，勵磁調節(jié)裝置的自動開關勿動，可控硅勵磁裝置中部分元件損壞。2 勵磁繞組由于長期發(fā)熱，絕緣老化或損壞引起短路。3 運行人員調整等失磁保護有三點：1 發(fā)電機雖然失磁，但對失磁發(fā)電機和電力系統(tǒng)尚未形成危害時，應能即時發(fā)出信號。2 發(fā)電機失磁后威脅到發(fā)電機及電力系統(tǒng)安全運行時，失磁保護應能即時動作，切除失磁發(fā)電機。3 在發(fā)電機外部故障，電力系統(tǒng)震蕩，發(fā)電機自同期并列等非正常運行狀態(tài)下，失磁保護不應誤動作。失磁保護由阻抗元件，母線低電壓元件和閉鎖元件組成，阻抗元件用于失磁故障，母線低電壓元件用于監(jiān)視母線電壓，以保證系統(tǒng)安全，閉鎖元件用于保護裝置在外部短路，系統(tǒng)震蕩。自同步及電壓回路斷線等情況下不誤動作，當失磁后母線電壓低于允許置時，失磁保護帶時限動作于斷路器跳閘，當母線電壓未低于允許值時，保護帶時限動作于信號，同時動作于切換勵磁回路和自動減出力，可作為失磁保護的判據(jù)有： 整定計算： 內蒙古農業(yè)大學本科畢業(yè)設計說明書 21系統(tǒng)側主判據(jù)——高壓母線三相同時低電壓繼電器。本判據(jù)主要用于防止由發(fā)電機低勵失磁故障引發(fā)無功儲備不足的系統(tǒng)電壓崩潰，造成大面積停電，其動作判據(jù)為＝ (～)U  式中 ——三相同時低電壓繼電器動作電壓 (此值應經調度部門確定)；Uh. nmi——高壓系統(tǒng)最低正常運行電壓。經輔助判據(jù)“與門”輸出，短延時動作于發(fā)電機解列。 發(fā)電機側主判據(jù)： （1)異步邊界阻抗繼電器； （2)靜穩(wěn)極限阻抗繼電器； （3)靜穩(wěn)極限勵磁低電壓繼電器。 低勵失磁保護的輔助判據(jù)有： （1)負序電壓元件； （2)勵磁低電壓元件； （3)延時元件。1 阻抗元件 按異步邊界圓征整定: 2,NTAadVUnXS??2TAbKdNVn 式中 ——發(fā)電機額定容量S ——發(fā)電機額定電壓NU ——發(fā)電機電流互感器之比TAn ——發(fā)電機電壓互感器之比V ——可靠系數(shù)，取 ——發(fā)電機暫態(tài)電抗,取 ,dX 200MW發(fā)電機組繼電保護 22 ——發(fā)電機同步電抗， 2 2,. ?????????2 2..(2) 按靜穩(wěn)邊界圓整定： 2NTAaSVUnX?∴ ——為系統(tǒng)聯(lián)系阻抗，為S ??12/TSGTXX?????圖 11 ????2TAbKdNVn?2 ?????? 內蒙古農業(yè)大學本科畢業(yè)設計說明書 232 電壓元件整定保護動作電壓Uact=（～） /NUTVn式中 ——為高壓側母線額定電壓NU ——為高壓側母線電壓互感器之比為 230/∴ Uact =（～）230/2300=(70～80)V3 勵磁低電壓閉鎖元件的整定Uact=P Xd?Ufo式中 Uact——勵磁低電壓的整定值 P——給定有功功率，取 ——為綜合阻抗=Xd+Xs，Xd 為發(fā)電機同步電抗，Xs 為系統(tǒng)阻抗d?——空載勵磁電壓Ufo∴ Uact=（+）120=（2）延時元件按異步邊界整定：t=～按靜穩(wěn)邊界整定t=～4 負序電流（或電壓）閉鎖元件的整定負序電流元件動作電流：=(～) NI負序電壓元件動作電壓：=(～) NU式中 （ ）——負序電流（負序電壓）的動作值： （ ）——發(fā)電機的額定電流（額定電壓）NI 200MW發(fā)電機組繼電保護 24∴ = (～) 8