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大型发电机变压器继电保护整定与计算导则.pdf

大型发电机变压器继电保护

Guideofcalculatingsettingsofrelay

人民共和国国家经济贸易委员会

前 言 范围 2 引用标准 总则 2 发电机保护的整定计算 4.1 定子绕组内部故障主保护 4.2 发电机相间短路后备保护 4.3 定子绕组单相接地保护 4.4 励磁回路接地保护 4.5 发电机过负荷保护 4.6 发电机低励失磁保护 4.7 发电机失步保护 4.8 发电机异常运行保护 5 变压器保护的整定计算 5.1 变压器纵差保护 5.2 变压器分侧差动保护 5.3 变压器零序差动保护 5.4 变压器瓦斯保护 5.5 变压器相间短路后备保护 5.6 变压器接地故障后备保护 5.7 变压器过负荷保护 5.8 变压器过励磁保护 6 发电机变压器组保护的整定计算

GB／T 37131-2018 纳米技术 半导体纳米粉体材料紫外-可见漫反射光谱的测试方法中华人民共和国电力行业标准

大型发电机变压器继电保护

Guideofcalculatingsettingsofrelay protection for large generator and transformer

本标准规定了大型发电机变压器继电保护的整定计算原则和方法，它是设计、科研、 运行、调试和制造部门整定计算的依据， 本标准适用于GB14285所规定的发电机、变压器容量范围，重点规定了200MW及 以上发电机与220～500kV变压器的继电保护的整定计算原则和方法。

下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版 时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新 板本的可能性。 GB1208一87电流互感器 GB14285一93继电保护和安全自动装置技术规程 GB/T7064一1996透平型同步电机的技术要求 IEC44一6（1992)互感器第6部分：保护电流互感器动态性能的要求

3.1本标准是发电机变压器继电保护整定计算的基本依据，设计、科研、运行、调试和制 造部门应共同遵守。 3.2发电机变压器继电保护整定计算的主要任务是：在工程设计阶段保护装置选型时，通 过整定计算，确定保护装置的技术规范；对现场实际应用的保护装置，通过整定计算，确定 其运行参数(给出定值)。从而使继电保护装置正确地发挥作用，保障电气设备的安全，维持 电力系统的稳定运行。 3.3 2 发电机变压器继电保护装置的技术性能，必须与本标准中提出的具体规定和要求相符 合。 3.4 发电机变压器继电保护装置必须满足可靠性、选择性、速动性及灵敏性的基本要求， 正确而合理的整定计算是实现上述要求的关键， 3.5 17 本标准不涉及发电机变压器继电保护的配置；不列举保护装置的具体型式；按不同原 理的保护分类编制；整定计算方法适用于国内通用的主要保护原理，本标准所列原理之外的 保护其整定计算方法可参考制造厂家技术说明书。 3.6部分保护装置的动作时限是根据GB14285给出的；对于未给出动作时限的保护装置， 其动作时限应根据设备条件及电力系统的具体情况决定

3.7 为简化计算工作，可按下列假设条件计算短路电流： 3.7.1 可不计发电机、调相机、变压器、架空线路、电缆线路等阻抗参数中的电阻分量； 在很多情况下，可假设旋转电机的负序阻抗与正序阻抗相等。 3.7.2发电机及调相机的正序阻抗，可采用次暂态电抗X”。的饱和值。 3.7.3各发电机的等值电动势(标么值)可假设为1且相位一致。仅在对失磁、失步、非全 相等保护装置进行计算分析时，才考虑电动势之间的相角差问题。 3.7.4只计算短路暂态电流中的周期分量，但在纵联差动保护装置(以下简称纵差保护)的 整定计算中以非周期分量系数Ka考虑非周期分量的影响。 3.7.5 发电机电压应采用额定电压值，系统侧电压可采用额定电压值或平均额定电压值， 不考虑变压器电压分接头实际位置的变动。 3.7.6不计故障点的相间和对地过渡电阻。 3.8与电力系统运行方式有关的继电保护的整定计算，应以常见运行方式为计算用运行方 式。所谓常见运行方式，是指正常运行方式和被保护设备相邻一回线或一个元件停运的正常 检修方式。对于运行方式变化较大的系统，应由调度运行部门根据具体情况确定整定计算所 依据的运行方式。 3.9根据GB14285的规定，按照故障和异常运行方式性质的不同，机组热力系统和调节 系统的条件，本标准所列各项保护装置分别动作于： a)停机：断开发电机或发电机变压器组(简称发一变组)断路器、灭磁，关闭原动机主 汽门或导水叶，断开厂用分支断路器， b)解列灭磁：断开发电机或发一变组断路器和厂用分支断路器、灭磁，原动机甩负 荷。 c)解列：断开发电机或发一变组断路器，原动机甩负荷。 d降低励磁。 e)减出力：将原动机出力减至给定值。 f缩小故障范围(例如断开母联或分段断路器)。 g)程序跳闸：对于汽轮发电机，先关主汽门，待逆功率继电器动作后再断开发电机 或发一变组断路器并灭磁；对于水轮发电机，先将导水叶关到空载位置，待逆功率继电器动 作后再断开发电机或发一变组断路器并灭磁。 h)信号：发出声光信号。 3.10 除特殊说明外，本标准列出的计算公式，无论用有名值或标么值进行计算，其计算 结果（电流、电压、阻抗等）应以二次侧有名值的形式给出。

定子绕组内部故障包括相间短路、同相不同分支间短路、同相同分支匝间短路和定 子绕组的分支开焊故障

线如图1所示。当差动线圈匝数Wa与制动线圈匝数Wres的关系为 差动电流

次电流； In2，I2——二次电流 电流互感器变比

比率制动式差动保护原理接线图

差动保护的制动特性如图2中的折线ABC所示。图中，纵坐标为差动电流Ia，横坐 标为制动电流Ies。 为了正确进行整定计算，首先应了解纵差保护的不平衡电流与负荷电流和外部短路 电流间的关系。 发电机纵差保护用的10P级电流互感器，在额定一次电流和额定二次负荷条件下的比 误差为土3%。因此，纵差保护在正常负荷状态下的最大不平衡电流不大于6%。但随着外部 短路电流的增大和非周期暂态电流的影响，电流互感器饱和，不平衡电流将急剧增大，实际 的不平衡电流与短路电流的关系曲线如图2中的曲线OED所示，

发电机外部短路时，差动保护的最大不平衡电流由式（1)进行估算

ubax=KKK1 / n

式中：Kap—非周期分量系数，取1.5～2.0； Kcc一—互感器同型系数，取0.5；

式中：Kap—非周期分量系数，取1.5～2.0 Kcc一—互感器同型系数，取0.5； K互感器比误差系数，取0.1；

冬 比率制动式差动保护的制动特性

Ik.max 一最大外部三相短路电流周期分量。 比率制动特性纵差保护需要整定计算以下三个参数： 1)确定差动保护的最小动作电流，即确定图2中A点的纵座标I为

op.o=K×2×0.031m/n或1op.o=Krlumb.

式中：Krel一一可靠系数，取1.5； I一发电机额定电流； Imb.o一一发电机额定负荷状态下，实测差动保护中的不平衡电流。 实际可取Iop.0=(0.10～0.30)Ign/na，一般宜选用(0.10～0.20)Igm/na。如果实测Iumb.0 较大，则应尽快查清Iumb.o增大的原因，并予消除，避免因Iop.o过大而掩盖一、二次设备的 缺陷或隐患。 发电机内部短路时，特别是靠近中性点经过渡电阻短路时，机端或中性点侧的三相 电流可能不大，为保证内部短路时的灵敏度，最小动作电流Ip.o不应无根据地增大。 2)确定制动特性的拐点B。定子电流等于或小于额定电流时，差动保护不必具有制 动特性，因此，B点横坐标

当Ires.o>Ign／na时，应调整保护内部参数，使其满足式(3）。 3)按最大外部短路电流下差动保护不误动的条件，确定制动特性的C点，并计 大制动系数。 设C点对应的最大动作电流为lopmax，其值为 Iop.max=Krelunb.max 式中：Krel一一可靠系数，取1.3～1.5。 Ksmv按下式计算

当Ires.o>Ign／na时，应调整保护内部参数，使其满足式(3）。 3)按最大外部短路电流下差动保护不误动的条件，确定制动特性的C点，并计算最 大制动系数， 设C点对应的最大动作电流为lopmax，其值为 =K

式中：Kre 一可靠系数，取1.3～1.5。 K按下式计算

/Ires.maxKreKapKccK

式(5)的计算值为Kres.max=0.15，可确保在最大外部短路时差动保护不误动。但考虑到电流互 感器的饱和或其暂态特性畸变的影响，为安全计，宜适当提高制动系数值。图2中，取C 点的Kres.max≈0.30。 该比率制动特性的斜率S为

Iop.maxop.0 (13 / n)Ire

根据上述计算，由A、B、C三点确定的制动特性，确保在负荷状态和最大外部短路暂 态过程中可靠不误动。 按上述原则整定的比率制动特性，当发电机机端两相金属性短路时，差动保护的灵 敏系数一定满足Ksen≥2.0的要求，不必进行灵敏度校验。

4.1.2标积制动式纵差保护

制动系数，收0.81.2 外部短路时，=0”，式(7)右侧表现为很大的制动作用。当发电机内部短路时， 可能呈现90°<9<270°，使cos<0,式(7)右侧呈现负值，即不再是制动量而是助动量 保护灵敏动作。本保护仅反应相间短路故障，

4.1.3故障分量比率制动式纵差保护

△I +△I n △In ≥K 2

式中：AIr一一发电机机端侧故障分量电流； 发电机中性点侧故障分量电

直线1为故障分量纵差保护在正常运行和外部短路时的制动特性；直线2为故障分量纵差保 护在内部短路时的动作特性，其斜率S≥2.0；直线3为故障分量纵差保护的整定特性。 整定计算如下： a)纵差保护动作特性(直线3)的倾角α，一般取α=45°，即制动系数Kres=1.0。 b)最小动作电流△Iao=0.1lg／na，或△Ido>负荷状态下微机输出最大不平衡增量差 流。 c)灵敏系数校验：Ksen=△Ia/△Ies=DC/BC，要求Ksen≥2.0，一般不必进行校验计算。

办 作 D 区 缓冲区 制作区 #re

图3 故障分量比率制动式纵差保护动作特性

图3 故障分量比率制动式纵差保护动作特性

本保护既反应相间和匝间短路，又兼顾分支开焊故障。设定子绕组每相并联分支数为a， 在构成纵差保护时，机端接入相电流［图4(a)中的TA2］，但中性点侧TA1每相仅接入n个 分支，a与n的关系如下式

建筑工程设计文件编制深度规定(2016年版)（建质函[2016]247号 住房和城乡建设部2016年11月17日）式中：a与N的取值见表1。

图4(a)中互感器TA1与TA2构成发电机不完全纵差保护。TA5与TA6构成发一变 组不完全纵差保护，而TA3与TA4构成变压器的完全纵差保护。TA1的变比按 I0 N/I2n n三 Q 条件选择；TA2的变比按Ig／I2条件选择，因此TA1的变比一定不同于 TA2的。对于微机保护，TA1、TA2可取相同变比，由软件调平衡。 图4(b)表示发电机中性点侧引I出4个端子的情况，TA1和TA5装设在每相的同一分 支中。 图4(c)表示每相8个并联分支的大型水轮发电机，发电机不完全纵差保护每相接入的中 性点侧电流（TA1)分支数为2、5、8，发一变组不完全纵差保护（TA5)则为1、4、7。

本保护不仅反应相间短路，还能对匝间短路和分支开焊起保护作用，其基本原理是利用 定子各分支绕组间的互感，使未装设互感器的分支短路时，不完全纵差保护仍可能动作。 比率制动特性发电机不完全纵差保护的整定计算工作，除互感器变比选择不同于完 全纵差保护外，其余均可按4.1.1，但当TA1与TA2不同型号时，互感器的同型系数应取 K=1.0。

全纵差保护外，其余均可按4.1.1，但当TA1与TA2不同型号时，互感器的同型系数应取 Kc=1.0。 4.1.5 单元件横差保护 本保护反应匝间短路和分支开焊以及机内绕组相间短路。 a)传统单元件横差保护 图4(a)和图4(b)中，接于发电机中性点连线的互感器TA0用于单元件横差保护。TAO 的变比选择，传统的做法按下式计算 na0.251gn/12n

式中：Ig一一发电机额定电流； I2n一一互感器TA0的二次额定电流。 动作电流Iop按外部短路不误动的条件整定。当横差保护的三次谐波滤过比大于或等

15时，其动作电流为 Iop=(0.20~0.30)Ign/na (11) 在励磁回路一点接地保护动作后，发电机可继续运行，为防止励磁回路发生瞬时性 第二点接地故障时横差保护误动，应切换为带0.5～1.0s延时动作于停机。 b)高灵敏单元件横差保护 图4中的TA0(包括TA01和TA02)均为环氧树脂浇注的单匝母线式互感器(LMZ型)， 应满足动、热稳定的要求。 高灵敏单元件横差保护用的互感器变比na，根据发电机满载运行时中性点连线的最 大不平衡电流，可选为600/Im、400／I2n、200/I2n、100/I2n。初步设计时，宜选前三组 2ad 为了减小动作电流和防止外部短路时误动，在额定频率工况下，该保护的三次谐波 滤过比K3应大于80。 高灵敏单元件横差保护动作电流设计值可初选为0.05Ign／na。 作为该保护动作电流的运行值应如下整定： 1)在发电机作常规短路试验时，实测中性点连线电流的基波和三次谐波分量大小(Lumb 和Ih3)，此即单元件横差保护的不平衡电流一次值，如图5的OC和OA(近似线性)。

15时，其动作电流为 Iop=(0.20~0.30)Igm/n。

2)将直线OC和OA线性外推到kmx(发电机机端三相短路电流)，得直线OCD和OAB顶进框架桥施工方案， 确定最大不平衡电流Iumb.1.max和Iumb.3.max9 3)计算和整定动作电流运行值