1、第八章 發電機-變壓器保護舉例本章以RCS-985發電機-變壓器組成套保護裝置為例。第一節保護典型配置一、概述RCS985采用了高性能數字信號處理器DSP芯片為基礎的硬件系統，并配以32位CPU用作輔助功能處理。是真正的數字式發電機變壓器保護裝置。RCS985為數字式發電機變壓器保護裝置，適用于大型汽輪發電機、水輪發電機、燃汽輪發電機、抽水蓄能機組等類型的發電機變壓器組單元接線及其他機組接線方式，并能滿足發電廠電氣監控自動化系統的要求。RCS985提供一個發電機變壓器單元所需要的全部電量保護，保護范圍：主變壓器、發電機、高廠變、勵磁變（勵磁機）。根據實際工程需要，配置相應的保護功能。對于一個大

2、型發-變組單元或一臺大型發電機，配置兩套RCS-985保護裝置，可以實現主保護、異常運行保護、后備保護的全套雙重化，操作回路和非電量保護裝置獨立組屏。兩套RCS-985取不同組TA，主保護、后備保護共用一組TA，出口對應不同的跳閘線圈，因此，具有以下優點：（1）設計簡潔，二次回路清晰；（2）運行方便，安全可靠，符合反措要求；（3）整定、調試和維護方便。二、保護功能配置及典型配屏方案RCS-985裝置充分考慮大型發電機變壓器組保護最大配置要求。包括了主變、發電機、高廠變、勵磁變（勵磁機）的全部保護功能。1典型配置方案如圖8-1所示發-變組單元，發-變組按三塊屏配置，A、B屏配置兩套RCS-985

3、A，分別取自不同的TA，每套RCS-985A包括一個發-變組單元全部電量保護，C屏配置非電量保護裝置。圖中標出了接入A屏的TA極性端，其他接入B屏的TA極性端與A屏定義相同。本配置方案也適用于100MW及以上相同主接線的發-變組單元。圖中為勵磁機的主接線方式，配置方案也適用于勵磁變的主接線方式。2配置說明（1） 差動保護配置說明1）配置方案：對于300MW及以上機組，A、B屏均配置發-變組差動、主變差動、發電機差動、高廠變差動。2）差動保護原理方案：對于發-變組差動、變壓器差動、高廠變差動，需提供兩種涌流判別原理，如二次諧波原理、波形判別原理等，一般一套裝置中差動保護投二次諧波原理，另一套裝置

4、投波形判別原理。發電機差動也具有兩種不同原理的比率差動：比率差動、工頻變化量差動。（2）后備保護和異常運行保護配置說明A、B屏均配置發-變組單元全部后備保護，各自使用不同的TA。1）對于零序電流保護，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零序電流。此方式兩套零序電流保護范圍有所區別，定值整定時需分別計算。2）轉子接地保護因兩套保護之間相互影響，正常運行時只投入一套，需退出本屏裝置運行時，切換至另一套轉子接地保護。3外加20Hz電源定子接地保護配置配置外加20Hz電源定子接地保護時，需配置20Hz電源、濾波器、中間變流器、分壓電阻、負荷電阻附加設備，附加設備單獨組成一塊屏。

5、4. 電流互感器配置說明（1）A、B屏采用不同的電流互感器；（2）主后備共用一組TA；圖8-1 RCS-985A機組保護方案配置示意圖（3）主變差動、發電機差動均用到機端電流，一般引入一組TA 給兩套保護用，對保護性能沒有影響。RCS-985保留了兩組TA輸入，適用于需要兩組的特殊場合。（4）主變差動、高廠變差動均用到廠變高壓側電流，由于主變容量與廠變容量差別非常大，為提高兩套差動保護性能，一般保留兩組TA分別給兩套保護用，RCS-985通過軟件選擇，可以適用于只有一組TA的情況。（5）220kV側最好有一組失靈啟動專用TA。5. 電壓互感器配置說明（1）A、B 屏盡量采用不同的電壓互感器或互

6、相獨立的繞組。（2）對于發電機保護，配置匝間保護方案時，為防止匝間保護專用TV高壓側斷線導致保護誤動，一套保護需引入兩組TV。如考慮采用獨立的TV繞組，機端配置的TV 數量太多。一般不能滿足要求。發電機機端建議配置三個TV 繞組：TV1、TV2、TV3，A屏接入TV1、TV3電壓，B屏接入TV2、TV3電壓。正常運行時，A屏取TV1電壓，TV3作備用，B 屏取TV2電壓，TV3作備用，任一組TV斷線，軟件自動切換至TV3。（3）對于零序電壓，一般沒有兩個繞組，同時接入兩套保護裝置。6. 失靈啟動反措實施細則對失靈啟動提出了詳細的規定，失靈啟動含有發-變組保護動作接點，由于斷路器失靈保護的重要性

7、，具體實施方案如下：（1）失靈啟動不應與電量保護在同一個裝置內，以增加可靠性；（2）失靈啟動只配置一套。第二節裝置性能特征一、高性能硬件（1）DSP硬件平臺RCS-985保護裝置采用高性能數字信號處理器DSP芯片作為保護裝置的硬件平臺，為真正的數字式保護。（2）雙CPU系統結構RCS-985保護裝置包含兩個獨立的CPU系統：低通、AD采樣、保護計算、邏輯輸出完全獨立，CPU2系統作用于啟動繼電器，CPU1系統作用于跳閘矩陣。任一CPU板故障，裝置閉鎖并報警，杜絕硬件故障引起的誤動。（3）獨立的起動元件管理板中設置了獨立的總起動元件，動作后開放保護裝置的出口繼電器正電源；同時針對不同的保護采用不

8、同的起動元件，CPU板各保護動作元件只有在其相應的起動元件動作后，同時管理板對應的起動元件動作后才能跳閘出口。正常情況下保護裝置任一元件損壞均不會引起裝置誤出口。（4）高速采樣及并行計算裝置采樣率為每周24 點，且在每個采樣間隔內對所有繼電器（包括主保護、后備保護、異常運行保護）進行并行實時計算，使得裝置具有很高的可靠性及動作速度。（5）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，保護裝置信息共享，任何故障，裝置可錄下一個發-變組單元的全部波形量。二、保護新原理（1）變斜率比率差動保護性能比率差動的動作特性采用變斜率比率制動曲線(如圖8-3)。合理整

9、定Kbl1和Kbl2的定值，在區內故障時保證最大的靈敏度，在區外故障時可以躲過暫態不平衡電流。為防止在TA 飽和時差動保護的誤動，增加了利用各側相電流波形判斷TA 飽和的措施。（2）工頻變化量比率差動保護性能工頻變化量比率差動保護完全反映差動電流及制動電流的變化量，不受正常運行時負荷電流的影響，可以靈敏地檢測變壓器、發電機內部輕微故障。同時工頻變化量比率差動的制動系數取得較高，其耐受TA 飽和的能力較強。（3）涌流閉鎖原理提供了二次諧波原理和波形判別原理兩種方法識別勵磁涌流，可經整定選擇使用任一種原理。（4）異步法TA飽和判據性能根據差動保護制動電流工頻變化量與差電流工頻變化量的關系，明確判斷

10、出區內故障還是區外故障，如判出區外故障，投入相電流、差電流的波形識別判據，在TA正確傳變時間不小于5ms時，區外故障TA飽和不誤動，區內故障TA飽和，裝置快速動作。（5）高靈敏橫差保護性能采用了頻率跟蹤、數字濾波、全周傅氏算法，三次諧波濾過比大于100。相電流比率制動的功能:1）外部故障時故障相電流增加很大，而橫差電流增加較少，因此能可靠制動。2）定子繞組輕微匝間故障時橫差電流增加較大，而相電流變化不大，有很高的動作靈敏度。3）定子繞組發生嚴重匝間故障時，橫差電流保護高定值段可靠動作。4）定子繞組相間故障時橫差電流增加很大，而相電流增加也較大，僅以小比率相電流增量作制動，保證了橫差保護可靠動作

11、。5）對于其他正常運行情況下橫差不平衡電流的增大，橫差電流保護動作值具有浮動門檻的功能。（6）比率制動匝間保護性能采用了頻率跟蹤、數字濾波、全周傅氏算法，三次諧波濾過比大于100。發電機電流比率制動的新判據:1）外部三相故障時故障電流增加很大, 而縱向零序電壓增加較少,取電流增加量作制動量，保護能可靠制動；2）外部不對稱故障時電流增加，同時出現負序電流，而縱向零序電壓稍有增加，取電流增加量及負序電流作制動量，保護能可靠制動；3）定子繞組輕微匝間故障時縱向零序電壓增加較大，而電流幾乎沒有變化，有很高的動作靈敏度。 4）定子繞組嚴重匝間故障時，縱向零序電壓高定值段可靠動作；5）對于其他正常運行情況

12、下縱向零序電壓不平衡值的增大，縱向零序電壓保護動作值具有浮動門檻的功能。（7）定子接地保護性能1）采用了頻率跟蹤、數字濾波、全周傅氏算法，三次諧波濾過比大于100；2）基波零序電壓靈敏段動作于跳閘時，采用機端、中性點零序電壓雙重判據；3）三次諧波比率判據，自動適應機組并網前后發電機機端、中性點三次諧波電壓比率關系，保證發電機起停過程中，三次諧波電壓判據不誤發信號；4）發電機正常運行時機端和中性點三次諧波電壓比值、相角差變化很小,且是一個緩慢的發展過程。通過實時調整系數（幅值和相位），使得正常運行時差電壓為0。發生定子接地時, 判據能可靠靈敏地動作。（8）外加20Hz電源定子接地保護性能1）采用

13、數字技術，精確計算定子接地電阻；2）設有兩段定值，一段動作于信號，另一段動作于跳閘；3）零序電流保護不受20Hz電源影響，直接保護較嚴重的定子接地；4）可以滿足雙套配置方案. (9) 轉子接地保護性能轉子接地保護采用切換采樣（乒乓式）原理，直流輸入采用高性能的隔離放大器，通過切換兩個不同的電子開關，求解四個不同的接地回路方程，實時計算轉子繞組電壓、轉子接地電阻和接地位置，并在管理機液晶屏幕上顯示出來。若轉子一點接地后僅發報警信號，而不跳閘，則轉子兩點接地保護延時自動投入運行,并在轉子發生兩點接地時動作于跳閘。（10）失磁保護性能失磁保護采用開放式保護方案，定子阻抗判據、無功判據、轉子電壓判據、

14、母線電壓判據、定子減出力有功判據，可以靈活組合，滿足不同機組運行的需要。（11）失步保護性能失步保護采用三阻抗元件，采用發電機正序電流、正序電壓計算，可靠區分穩定振蕩與失步，能正確測量振蕩中心位置，并且分別實時記錄區內振蕩和區外振蕩滑極次數。（12）TV斷線判別發電機出口配置兩組TV輸入，任意一組TV斷線，保護發出報警信號，并自動切換至正常TV，不需閉鎖發電機與電壓相關的保護。對于變壓器、高廠變與電壓有關的保護則由控制字“TV斷線投退原則”選擇，TV斷線時是否閉鎖相應的保護。（13）TA斷線判別采用可靠的TA斷線閉鎖功能，保證裝置在TA斷線及交流采樣回路故障時不誤動。三、智能化操作（1）人機對

15、話正常時，液晶顯示時間、機組單元的主接線、各側電流、電壓大小和差電流大小。鍵盤操作簡單，采用菜單工作方式，僅有+、-、RST、ESC、ENT等九個按鍵，易于學習掌握。人機對話中所有的菜單均為簡體漢字，打印的報告也為簡體漢字，以方便使用。（2）裝置的全透明運行時，保護裝置可以顯示多達500個各種采樣量、差流、相角值，通過專用軟件可以監視多達1500 個裝置內部數據，實現了保護裝置的全透明。（3）大容量錄波功能由于一臺RCS-985裝置引入了一個發-變組單元（或發電機）的全部模擬量，因此，保護啟動后，裝置同時錄下全部模擬采樣量、差流及保護動作情況，連續錄波時間長達4秒鐘。（4）通信接口四個與內部其

16、它部分電氣隔離的RS-485通信接口，其中有兩個可以復用為光纖接口；另外有一個調試通信接口和獨立的打印接口；利用通信接口還可共享網絡打印機；通信規約使用部頒IEC870-5-103標準。第三節裝置整體說明一、硬件配置圖8-2 硬件模塊圖本套裝置采用整體面板，全封閉機箱，抗干擾能力強。非電流端子采用接插端子，使屏上走線簡潔，并可配合我公司專用的調試儀，提高生產效率，減少現場使用時調試及維護工作量。電路板采用表面貼裝技術，減少了電路體積，減少發熱，提高了裝置可靠性。裝置有兩個完全獨立的相同的CPU板，每個CPU板由兩個數字信號處理芯片（DSP）和一個32位單片機組成，并具有獨立的采樣、出口電路。每

17、塊CPU 板上的三個微處理器并行工作，通過合理的任務分配，實現了強大的數據和邏輯處理能力，使一些高性能、復雜算法得以實現。另有一塊人機對話板，由一片INTEL80296的CPU專門處理人機對話任務。人機對話擔負鍵盤操作和液晶顯示功能。正常時，液晶顯示時間，變壓器的主接線，各側電流，電壓大小，潮流方向和差電流的大小。人機對話中所有的菜單均為簡體漢字，兩塊CPU板打印的報告也為簡體漢字，以方便使用。通過本公司為保護提供的軟件，可對保護進行更為方便、詳盡的監視與控制。裝置核心部分采用AD公司高性能信號處理器DSP和Mortorola公司的32位單片微處理MC68332，DSP完成保護運算功能，32位

18、CPU完成保護的出口邏輯及后臺功能，具體硬件模塊圖見圖8-2所示。輸入電流、電壓首先經隔離互感器、隔離放大器等傳變至二次側，成為小電壓信號分別進入CPU板和管理板。CPU板主要完成保護的邏輯及跳閘出口功能，同時完成事件記錄及打印、錄波、保護部分的后臺通訊及與面板CPU的通訊；管理板內設總起動元件，起動后開放出口繼電器的正電源；另外，管理板還具有完整的故障錄波功能，錄波格式與COMTRADE格式兼容，錄波數據可單獨串口輸出或打印輸出。二、通道配置RCS-985裝置輸入輸出通道定義詳見第7 章端子定義部分。RCS-985裝置共設有67路模擬量輸入通道，其中電壓量輸入共22路，電流量輸入41路，轉子

19、電壓電流輸入4路，可以滿足100MW以上各種機組接線方式的保護需要。RCS-985裝置共設有36個保護壓板，4路非電量接口，10路輔助接點輸入，另外還包括打印、復歸、對時、光耦電源監視等開入。RCS-985裝置共設有67路開出量，其中18組用于報警信號及輔助觸點輸出，49組用于跳閘輸出和信號。三、裝置起動元件RCS-985管理板針對不同的保護用不同的起動元件來起動，并且只有該種保護投入時，相應的起動元件才能起動。當各起動元件動作后展寬500ms，開放出口正電源。CPU板各保護動作元件只有在其相應的起動元件動作后，同時管理板對應的起動元件動作后才能跳閘出口；否則會有不對應起動報警。（1）發電機變

20、壓器差動保護、主變差動保護起動發電機變壓器差動起動：當發-變組差動電流大于差動電流起動整定值時，起動元件動作。主變差動起動：當主變差動電流大于差動電流起動整定值時，起動元件動作。主變差動差流工頻變化量起動時，起動元件動作。（2）變壓器后備保護起動相電流起動：當主變三相電流最大值大于相電流整定值時，起動元件動作。工頻變化量相電流起動：當相電流的工頻變化量大于0.2In 時，起動元件動作。零序電流起動：當主變零序電流大于零序電流整定值時，起動元件動作。間隙零序電流起動：當主變間隙零序電流大于間隙零序電流整定值時，起動元件動作。間隙零序電壓起動：當間隙零序電壓大于間隙零序電壓整定值時，起動元件動作。

21、（3）發電機縱差、裂相橫差保護起動發電機縱差起動：當三相差動電流大于差動電流起動整定值時，起動元件動作。當差流工頻變化量起動時，起動元件動作。裂相橫差起動：當三相差動電流最大值大于差動電流起動整定值時，起動元件動作。（4）發電機匝間保護起動單元件橫差起動：當橫差電流大于橫差保護整定值時，起動元件動作。零序電壓匝間保護起動：當縱向零序電壓大于縱向零序電壓整定值時，起動元件動作。工頻變化量方向匝間保護起動。（5）發電機定子接地保護起動零序電壓起動：當發電機機端、中性點零序電壓大于零序電壓整定值時，起動元件動作。三次諧波電壓比率起動：當三次諧波電壓比率大于整定值時，起動元件動作。三次諧波電壓差動起動

22、：當三次諧波電壓差值大于整定值時，起動元件動作。（6）發電機轉子接地保護起動發電機轉子一點接地起動：當轉子接地電阻小于整定值時，起動元件動作。發電機轉子兩點接地起動：當轉子接地位置變化大于整定值時，起動元件動作。（7）發電機定子過負荷保護起動定時限過負荷起動：當發電機三相電流最大值大于定時限整定值時，起動元件動作。反時限過負荷起動：當反時限累計值大于反時限整定值時，起動元件動作。（8）發電機負序過負荷保護起動定時限負序過負荷起動：當發電機負序電流大于定時限整定值時，起動元件動作。反時限負序過負荷起動：當反時限累計值大于反時限整定值時，起動元件動作。（9）發電機失磁保護起動當阻抗軌跡進入阻抗圓時

23、，起動元件動作。（10）發電機失步保護起動當阻抗軌跡離開阻抗邊界時，起動元件動作。（11）發電機過電壓保護起動當發電機三相相間電壓最大值大于整定值時，起動元件動作。（12）發電機過勵磁保護起動定時限過勵磁起動：當測量值U/F 大于定時限整定值時，起動元件動作。反時限過勵磁起動：當過勵磁反時限累計值大于反時限整定值時，起動元件動作。（13）發電機逆功率保護起動當發電機反向功率大于逆功率整定值時，起動元件動作。（14）發電機頻率保護起動低頻保護起動：當發電機低頻運行時間大于整定值時，起動元件動作。頻率保護起動：當發電機頻率高于定值運行時間大于整定值時，起動元件動作。（15） 發電機誤上電保護起動誤

24、合閘保護起動：當發電機三相電流最大值大于誤合閘保護整定值時，起動元件動作。斷路器閃絡保護起動：當發電機負序電流大于閃絡保護定值時，起動元件動作。（16）非電量保護起動當非電量保護延時時間大于整定值時，起動元件動作。四、保護錄波功能和事件報文（1）保護故障錄波和故障事件報告保護CPU 起動后將記錄下起動前2個周期、起動后6個周期的電流電壓波形，跳閘前2個周期、跳閘后6個周期的電流電壓波形。保護裝置可循環記錄32組故障事件報告、8組錄波的波形數據。故障事件報告包括動作元件、動作相別和動作時間。錄波內容包括差流、差動各側調整后電流、各側三相電流和零序電流、各側三相電壓和零序電壓以及負序電壓、零差電流

25、和跳閘脈沖等。保護MON 起動后將記錄下長達4S（每周波24點）或8S（每周波12點）的連續錄波，記錄裝置174路模擬量（采樣量、差流量等）、裝置所有開入量、開出量、啟動標志、信號標志、動作標志、跳閘標志。特別方便事故分析。（2） 異常報警和裝置自檢報告保護CPU還記錄異常報警和裝置自檢報告，可循環記錄32組異常事件報告。異常事件報告包括各種裝置自檢出錯報警、裝置長期起動和不對應起動報警、差動電流異常報警、零差電流異常報警、各側TA 異常報警、各側TV異常報警、各側TA斷線報警、各側過負荷報警、零序電壓報警、起動風冷和過勵磁報警等。（3）開關量變位報告保護CPU也記錄開關量變位報文，可循環記錄

26、32組開關量變位報告。開關量變位報告包括各種壓板變位和管理板各起動元件變位等。（4）正常波形保護CPU可記錄包括三相差流、差動各側調整后電流、各側三相電流和零序電流、各側三相電壓和零序電壓等在內8個周波的正常波形。第四節保護原理一、 發電機變壓器組差動保護、變壓器差動保護、高廠變差動保護、勵磁變差動保護1比率差動原理比率差動動作特性如圖8-3所示。圖8-3 比率差動保護的動作特性比率差動保護的動作方程如下 （8-3）式中 Id差動電流；Ires 制動電流；Idst 差動電流起動定值；In額定電流。電流各側定義：對于發電機變壓器差動、主變差動，不同程序版本配置不同側的差動保護，詳見工程原理圖；對

27、于高廠變差動，其中I1、I2、I3 分別為高廠變高壓側、低壓側A、B 分支電流，I4 未定義；對于勵磁變差動，其中I1、I2 分別為勵磁變高壓側、低壓側電流，I3、I4 未定義；比率制動系數定義：Kbl為比率差動制動系數，Kb1r為比率差動制動系數增量；Kb11為起始比率差動斜率，定值范圍為0.050.15，一般取0.10；Kb12為最大比率差動斜率，定值范圍為0.500.80，一般取0.70；n為最大斜率時的制動電流倍數，固定取6。2勵磁涌流閉鎖原理涌流判別通過控制字可以選擇二次諧波制動原理或波形判別原理。（1）諧波制動原理裝置采用三相差動電流中二次諧波與基波的比值作為勵磁涌流閉鎖判據，動作

28、方程如下I2 >K2b* I1 (8-4)式中 I2 每相差動電流中的二次諧波；I1 對應相的差流基波；K2b二次諧波制動系數整定值。推薦K2b 整定為0.15。（2）波形判別原理裝置利用三相差動電流中的波形判別作為勵磁涌流識別判據。內部故障時，各側電流經互感器變換后，差流基本上是工頻正弦波。而勵磁涌流時，有大量的諧波分量存在，波形是間斷不對稱的。內部故障時，有如下表達式成立：S >Kb*S+ S >St (8-5)式中 S差動電流的全周積分值；S+（差動電流的瞬時值+差動電流半周前的瞬時值）的全周積分值；Kb某一固定常數；St門檻定值。St的表達式如下St= *Id+0.1

29、In (8-6)式中Id 是差電流的全周積分值，是某一比例常數。而勵磁涌流時，以上波形判別關系式肯定不成立，比率差動保護元件不會誤動作。3TA 飽和時的閉鎖原理為防止在區外故障時TA的暫態與穩態飽和時可能引起的穩態比率差動保護誤動作，裝置采用各相差電流的綜合諧波作為TA 飽和的判據，其表達式如下：In > Knb*I1 (8-7)式中 In某相差電流中的綜合諧波；I1對應相差電流的基波；Knb某一比例常數。故障發生時，保護裝置利用差電流工頻變化量和制動電流工頻變化量是否同步出現，先判斷出是區內故障還是區外故障，如區外故障，投入TA飽和閉鎖判據，可靠防止TA飽和引起的比率差動保護誤動。4高

30、值比率差動原理為避免區內嚴重故障時TA 飽和等因素引起的比率差動延時動作，裝置設有一高比例和高起動值的比率差動保護，只經過差電流二次諧波或波形判別涌流閉鎖判據閉鎖，利用其比率制動特性抗區外故障時TA 的暫態和穩態飽和，而在區內故障TA 飽和時也能可靠正確快速動作。穩態高值比率差動的動作方程如下： (8-8)動作特性如圖8-4所示。圖8-4 穩態高值比率差動保護的動作特性程序中依次按每相判別，當滿足以上條件時，比率差動動作。注：高值比率差動的各相關參數由裝置內部設定（勿需用戶整定）。5差動速斷保護當任一相差動電流大于差動速斷整定值時瞬時動作于出口繼電器。6 差流異常報警與TA 斷線閉鎖裝置設有帶

31、比率制動的差流報警功能，開放式瞬時TA 斷線、短路閉鎖功能。通過“TA 斷線閉鎖差動控制字”整定選擇，瞬時TA 斷線和短路判別動作后可只發報警信號或閉鎖全部差動保護。當“TA 斷線閉鎖比率差動控制字”整定為“1”時，閉鎖比率差動保護。7差動保護在過激磁狀態下的閉鎖判據由于在變壓器過激磁時，變壓器勵磁電流將激增，可能引起發-變組差動、變壓器差動保護誤動作。因此在裝置中采取差電流的五次諧波與基波的比值作為過激磁閉鎖判據來閉鎖差動保護。其判據如下：I5>K5b* I1 (8-9)式中 I1、I5分別為每相差動電流中的基波和五次諧波；K5b五次諧波制動系數，裝置中固定取0.25。注：高值比率差動

32、不經過勵磁五次諧波閉鎖。8比率差動的邏輯框圖，如圖8-5所示。圖8-5 比率差動保護的邏輯框圖二、發電機差動保護、發電機裂相橫差保護、勵磁機差動保護1比率差動原理比率差動動作特性如圖8-6所示。比率差動保護的動作方程如下： （8-10） 式中 Id 差動電流；Ires制動電流；Idst 差動電流起動定值；In 發電機額定電流。兩側電流定義：對于發電機差動、勵磁機差動，其中I1、I2 分別為機端、中性點側電流；對于裂相橫差，其中I1、I2分別為中性點側兩分支組電流；圖8-6 比率差動保護的動作特性比率制動系數定義：Kbl 為比率差動制動系數，Kb1r 為比率差動制動系數增量；Kb11 為起始比率

33、差動斜率，定值范圍為0.050.15，一般取0.05；Kb12 為最大比率差動斜率，定值范圍為0.300.70，一般取0.5；n為最大比率制動系數時的制動電流倍數，裝置內部固定取4。2高性能TA飽和閉鎖原理為防止在區外故障時TA的暫態與穩態飽和時可能引起的穩態比率差動保護誤動作，裝置采用差電流的波形判別作為TA飽和的判據。故障發生時，保護裝置先判出是區內故障還是區外故障，如區外故障，投入TA飽和閉鎖判據，當某相差動電流有關的任意一個電流滿足相應條件即認為此相差流為TA飽和引起，閉鎖比率差動保護。3高值比率差動原理為避免區內嚴重故障時TA飽和等因素引起的比率差動延時動作，裝置設有一高比例和高起動

34、值的比率差動保護，利用其比率制動特性抗區外故障時TA的暫態和穩態飽和，而在區內故障TA 飽和時能可靠正確動作。穩態高值比率差動的動作方程如下： (8-11)程序中依次按每相判別，當滿足以上條件時，比率差動動作。注：高值比率差動的各相關參數由裝置內部設定（勿需用戶整定）。4差動速斷保護當任一相差動電流大于差動速斷整定值時瞬時動作于出口繼電器。5差流異常報警與TA斷線閉鎖裝置設有帶比率制動的差流報警功能，開放式瞬時TA斷線、短路閉鎖功能。通過“TA斷線閉鎖差動控制字”整定選擇，瞬時TA 斷線和短路判別動作后可只發報警信號或閉鎖全部差動保護。當“TA斷線鎖比率差動控制字”整定為“1”時，閉鎖比率差動

35、保護。6比率差動的邏輯框圖，如圖8-7所示。圖8-7 比率差動保護邏輯框圖三、工頻變化量比率差動保護1配置發電機、變壓器內部輕微故障時，穩態差動保護由于負荷電流的影響，不能靈敏反應。為此本裝置配置了主變壓器工頻變化量比率差動保護、發電機工頻變化量比率差動保護，并設有控制字方便投退。2工頻變化量比率差動原理工頻變化量比率差動動作特性如圖8-8所示。工頻變化量比率差動保護的動作方程如下：其中：Idt為浮動門坎，隨著變化量輸出增大而逐步自動提高。取1.25倍可保證門檻電壓始終略高于不平衡輸出，保證在系統振蕩和頻率偏移情況下，保護不誤動。對于主變壓器差動，I1、I2、I3、I4 分別為主變側、側、發電

36、機出口、高廠變高壓側電流的工頻變化量。圖8-8 工頻變化量比率差動保護的動作特性對于發電機差動，I1、I2分別為發電機出口、發電機中性點電流的工頻變化量，I3、I4未定義。Id 為差動電流的工頻變化量。Idth為固定門坎。Ires為制動電流的工頻變化量,它取最大相制動。注意: 工頻變化量比率差動保護的制動電流選取與穩態比率差動保護不同。程序中依次按每相判別，當滿足以上條件時，比率差動動作。對于變壓器工頻變化量比率差動保護，還需經過二次諧波涌流閉鎖判據或波形判別涌流閉鎖判據閉鎖，同時經過五次諧波過激磁閉鎖判據閉鎖，利用其本身的比率制動特性抗區外故障時TA 的暫態和穩態飽和。工頻變化量比率差動元件

37、的引入提高了變壓器、發電機內部小電流故障檢測的靈敏度。3. 工頻變化量比率差動的邏輯框圖，如圖8-9所示。注：工頻變化量比率差動的各相關參數由裝置內部設定（勿需用戶整定）。圖8-9 工頻變化量比率差動的邏輯框圖圖8-10 阻抗元件動作特性4. 差流異常報警與TA 斷線閉鎖裝置設有帶比率制動的差流報警功能，開放式瞬時TA 斷線、短路閉鎖。通過TA 斷線閉鎖差動控制字整定選擇，瞬時TA 斷線和短路判別動作后可只警信號或閉鎖差動保護。當TA 斷線閉鎖比率差動控制字整定為1時，閉鎖比率保護。四、主變后備保護1相間阻抗保護阻抗保護作為發-變組相間后備保護。阻抗元件取阻抗安裝處相間電壓、相間電流。主變阻抗

38、保護可通過整定值選擇采用方向阻抗圓、偏移阻抗圓或全阻抗圓。當某段反向定值整定時，選擇方向阻抗圓；當某段阻抗正向定值大于反向定值時，選擇偏抗圓；當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m=78° ，阻抗保護的方向指向由整定值整定實現，一般正方向指向主變，TV斷線時退出阻抗保護。阻抗元件的動作特性如圖8-10所示。圖中: I為相間電流，U為相間電壓，Zn為阻抗反向整定值，Zp為阻抗正向整定值。阻抗元件的比相方程為 （8-13）阻抗保護的起動元件采用相間電流工頻變化量或負序電流元件起動，開放500ms，期間若阻抗元件動作則保持。起動元件的動作方程為： （8-14）

39、式中 It浮動門坎，隨著變化量輸出增大而逐步自動提高。取1.25 倍可保證門檻電壓始終略高于不平衡輸出，保證在系統振蕩和頻率偏移情況下，保護不誤動；Ith 固定門坎。當相間電流的工頻變化量大于0.3In 時，起動元件動作TV斷線對阻抗保護的影響：當裝置判斷出變壓器高壓側TV 斷線時，自動退出阻抗保護。相間阻抗保護邏輯框圖，如圖8-11所示。2復合電壓閉鎖過流復合電壓閉鎖過電流保護，作為主變壓器相間后備保護。復合電壓過流保護、復合電壓方向過流保護中電流元件取保護安裝處三相電流。通過整定控制字可選擇是否段經復合電壓閉鎖。RCS-985A，RCS-985B 均配置兩段各兩時限復合電壓過流保護。（1）

40、復合電壓元件：復合電壓元件由相間低電壓和負序電壓或門構成，有兩個控制字（即過流I 段經復壓閉鎖，過流II 段經復壓閉鎖）來控制過流I 段和過流II 段經復合電壓閉鎖。當過流經復壓閉鎖圖8-11 阻抗保護邏輯框圖控制字為1時，表示本段過流保護經過復合電壓閉鎖。經低壓側復合電壓閉鎖: 控制字“經低壓側復合電壓閉鎖”置“1”，過流保護不但經主變高壓側復合電壓閉鎖，而且還經低壓側發電機機端復合電壓閉鎖。TV 異常對復合電壓元件的影響：裝置設有整定控制字TV 斷線保護投退原則來控制TV 斷線時和復合電壓元件的動作行為。若TV 斷線保護投退原則控制字為1，當判斷出本側TV 異常時，本側復合電壓元件不滿足條

41、件，但本側過流保護可經其它側復合電壓閉鎖（過流保護經過其他側復合電壓閉鎖投入情況）；若TV 斷線保護投退原則控制字為0，當判斷出本側TV異常時，復合電壓元件滿足條件，這樣復合電壓閉鎖方向過流保護就變為純過流保護。對于RCS-985C 裝置，高、中壓側復合電壓閉鎖元件經控制字選擇，可以輸出復壓動作閉鎖接點。（2）電流記憶功能: 對于自并勵發電機, 在短路故障后電流衰減變小，故障電流在過流保護動作出口前可能已小于過流定值，因此，復合電壓過流保護起動后，過流元件需帶記憶功能，使保護能可靠動作出口。控制字“電流記憶功能”在保護裝置用于自并勵發電機時置“1”。電流記憶功能投入，過流保護必須經復合電壓閉鎖

42、。復合電壓閉鎖過流邏輯框圖，如圖8-12所示。3復合電壓閉鎖方向過流圖8-12 變壓器復合電壓過流保護出口邏輯框圖復合電壓方向過流保護主要作為主變壓器相間故障的后備保護。通過整定控制字可選擇各段過流是否經過復合電壓閉鎖，是否經過方向閉鎖，是否投入。方向元件：采用正序電壓，并帶有記憶，近處三相短路時方向元件無死區。接線方式為零度接線方式。接入裝置的TA 極性如前面保護配置圖所示，正極性端應在母線側。裝置后備保護分別設有控制字圖8-13 相間方向元件動作特性（a）方向指向變壓器 （b）方向指向系統過流方向指向來控制過流保護各段的方向指向。當過流方向指向控制字為0時，表示方向指向變壓器，靈敏角為45

43、°；當過流方向指向控制字為1時，方向指向系統，靈敏角為225°。方向元件的動作特性如圖8-13所示，陰影區為動作區。同時裝置分別設有控制字過流經方向閉鎖來控制過流保護各段是否經方向閉鎖。當過流經方向閉鎖控制字為1時，表示本段過流保護經過方向閉鎖。 注意：以上所指的方向均是TA的正極性端在母線側情況下，具體參見前面保護配置圖，否則以上說明將與實際情況不符。復合電壓元件：復合電壓指相間電壓低或負序電壓高。對于變壓器某側復合電壓元件可通過整定控制字選擇是否引入其它側的電壓作為閉鎖電壓，例如對于高壓側后備保護，裝置分別設有控制字，如過流保護經中壓側復壓閉鎖、過流保護經低壓側復壓閉鎖

44、等，來控制過流保護是否經其他側復合電壓閉鎖；當過流保護經中壓側復壓閉鎖控制字整定為1時，表示高壓側復壓閉鎖過流可經過中壓側復合電壓起動；當過流保護經中壓側復壓閉鎖控制字整定為0時，表示高壓側復壓閉鎖過流不經過中壓側復合電壓起動。各段過流保護均有過流經復壓閉鎖控制字，當過流經復壓閉鎖控制字為1時，表示本段過流保護經復合電壓閉鎖。圖8-14 復合電壓閉鎖方向過流邏輯框圖TV異常對復合電壓元件、方向元件的影響：裝置設有整定控制字TV斷線保護投退原則來控制TV 斷線時方向元件和復合電壓元件的動作行為。若TV斷線保護投退原則控制字為1，當判斷出本側TV異常時，方向元件和本側復合電壓元件不滿足條件，但本側

45、過流保護可經其它側復合電壓閉鎖（過流保護經過其他側復合電壓閉鎖投入情況）；若TV斷線保護投退原則控制字為0，當判斷出本側TV 異常時，方向元件和復合電壓元件都滿足條件，這樣復合電壓閉鎖方向過流保護就變為純過流保護；不論TV斷線保護投退原則控制字為0或1，都不會使本側復合電壓元件起動其它側復壓過流。本側電壓退出對復合電壓元件、方向元件的影響：當本側TV 檢修時，為保證本側復合電壓閉鎖方向過流的正確動作，需投入本側電壓退出壓板或整定控制字，此時它對復合電壓元件、方向元件有如下影響：（1）本側復合電壓元件不啟動，但可由其它側復合電壓元件起動（過流保護經過其它側復合電壓閉鎖投入情況）；（2）本側方向元

46、件輸出為正方向；（3）不會使本側復合電壓元件起動其它側過流元件（其它側過流保護經過本側復合電壓閉鎖投入情況）。復合電壓閉鎖方向過流邏輯框圖，如圖8-14所示。4零序過流保護零序過流保護作為主變壓器中性點接地運行時的后備保護。RCS985A、RCS-985B設有兩段兩時限零序過流保護。零序電流一般取自主變中性點連線上的零序TA。零序過流保護可選擇是否經零序電壓閉鎖。為防止涌流時零序過電流保護誤動，零序電流I段保護也可經諧波閉鎖。零序過流I段一般不經諧波閉鎖。零序過流保護邏輯框圖，如圖8-15所示。5零序方向過流保護圖8-15 零序過電流保護邏輯框圖零序過流保護，主要作為變壓器中性點接地運行時接地

47、故障后備保護。RCS-985C設有三段共7個時限的零序保護，通過整定控制字可控制各段零序過流是否經方向閉鎖，是否經零序電壓閉鎖，是否經諧波閉鎖，是否投入。（1）方向元件所采用的零序電流裝置設有零序方向判別用自產零序電流控制字來選擇方向元件所采用的零序電流。若“零序方向判別用自產零序電流控制字為1，方向元件所采用的零序電流是自產零序電流；若零序方向判別用自產零序電流控制字為0，方向元件所采用的零序電流為外接零序電流。（2）方向元件裝置分別設有零序方向指向控制字來控制零序過流各段的方向指向。當零序方向指向控制字為1時，方向指向主變壓器，方向靈敏角為255°；當零序方向指向控制字為0時，表

48、示方向指向系統，方向靈敏角為75°。方向元件的動作特性如圖8-16所示。同時裝置分別設有零序過流經方向閉鎖控制字來控制零序過流各段是否經方向閉鎖。當零序過流經方向閉鎖控制字為1時，本段零序過流保護經過方向閉鎖。 注意：方向元件所用零序電壓固定為自產零序電壓。以上所指的方向均是指零序電流外接套管TA 或自產零序電流TA 的正極性端在母線側（主變壓器中性點的零序電流TA 的正極性端在主變壓器側），具體參見前面保護配置圖8-1，否則以上說明將與實際情況不符。零序過流所采用的零序電流：裝置分別設有零序過流用自產零序電流控制字來選擇零序過流各段所采用的零序電流。若零序過流用自產零序電流控制字為

49、1時，本段零序過流所采用的零序電流為自產零序電流；若零序過流用自產零序電流控制字為0時，本段零序過流所采用的零序電流是外接零序電流。零序電壓閉鎖元件：圖8-16 零序方向元件動作特性（a）方向指向系統 （b）方向指向變壓器裝置設有零序過流經零序電壓閉鎖控制字來控制零序過流各段是否經零序電壓閉鎖。當零序過流經零序電壓閉鎖控制字為1時，表示本段零序過流保護經過零序電壓閉鎖。 注意：零序電壓閉鎖所用零序電壓固定為TV開口三角電壓。TV異常對零序電壓閉鎖元件、零序方向元件的影響：裝置設有TV斷線保護投退原則控制字來控制TV斷線時零序方向元件和零序電壓閉鎖元件的動作行為。若TV斷線保護投退原則控制字為1

50、，當裝置判斷出本側TV異常時，方向元件和零序電壓閉鎖元件不滿足條件；若TV斷線保護投退原則控制字為0，當裝置判斷出本側TV異常時，方向元件和零序電壓閉鎖元件都滿足條件，零序電壓閉鎖零序方向過流保護就變為純零序過流保護。本側電壓退出對零序電壓閉鎖零序方向過流的影響：當本側TV 檢修或旁路代路未切換TV 時，為保證本側零序電壓閉鎖零序方向過流的正確動作，需投入本側電壓退出壓板或整定控制字，此時它對零序電壓閉鎖零序方向過流有如下影響：1) 零序電壓閉鎖元件開放；2) 方向元件輸出為正方向。零序過流各段經諧波制動閉鎖：為防止主變壓器和應涌流對零序過流保護的影響，裝置設有諧波制動閉鎖措施。當諧波含量超過

51、一定比例時，閉鎖零序過流保護。裝置分別設有零序過流經諧波制動閉鎖控制字來控制零序過流各段是否經諧波制動閉鎖。當零序過流經諧波制動閉鎖控制字為1時，表示本段零序過流經諧波制動閉鎖。零序方向過流保護邏輯框圖，如圖8-17所示 6間隙零序過流保護、零序過電壓保護間隙零序過電流保護作為主變中性點經間隙接地或經小電抗接地運行時的變壓器后備保護。零序過電壓保護作為主變壓器中性點不接地、中性點經間隙接地或經小電抗接地運行時的后備保護。考慮到在間隙擊穿過程中，間隙零序過流和零序過壓的交替出現，一旦零序過壓或零序過流元件動作后裝置就相互展寬，使保護可靠動作。RCS985A、RCS-985B設有一段兩時限零序過電

52、壓保護和一段兩時限間隙零序過電流保護。RCS圖8-17 零序方向過流保護邏輯框圖985C設有一段三時限零序過電壓保護和一段兩時限間隙零序過電流保護。RCS-985A、RCS-985B裝置零序過電壓保護和間隙零序過電流保護可經外部開入接點投入，“間隙零序外部投入”置0，間隙零序保護經連接片投退；“間隙零序外部投入”置1，間隙零序保護壓板投入，同時外部開入為1，保護才投入。對于只配置零序過電壓保護，為了防止外部開入誤投，零序過電壓保護設有“經無流閉鎖”控制字，即零序電流大于定值（間隙零序電流定值），閉鎖零序過電壓保護。RCS-985C裝置高、中壓側零序過電壓保護和間隙零序過電流保護除了壓板投入還可

53、經外部開入接點投入，壓板和外部開入接點相互關系與RCS-985A相同。7主變低壓側零序電壓報警針對發電機出口設有斷路器的情況，可在主變低壓側配置一套零序過電壓保護，作為接地監視，定值一般整定為10V -15V，經控制字選擇投入，動作于報警。對于RCS-985A，主變低壓側零序電壓從端子10B（19，20）輸入；對于RCS-985B，從端子9B（23,25）輸入；對于RCS-985C，從端子10B（17,18）輸入。8其他異常保護裝置主變高壓側后備保護設有過負荷報警、起動風冷、閉鎖有載調壓。過負荷報警和起動風冷可分別通過整定控制字來控制其投退。起動風冷動作后輸出兩付常開接點，閉鎖有載調壓動作后輸

54、出一付常開一付長閉觸點。五、發電機匝間保護1發電機高靈敏橫差保護裝設在發電機兩個中性點連線上的橫差保護, 用作發電機定子繞組的匝間短路、分支開焊故障以及相間短路的主保護。由于保護采用了頻率跟蹤、數字濾波及全周傅氏算法, 使得橫差保護對三次諧波的濾除比在頻率跟蹤范圍內達100以上, 保護只反應基波分量。（1）高定值段橫差保護，相當于傳統單元件橫差保護。（2）靈敏段橫差保護裝置采用相電流比率制動的橫差保護原理, 其動作方程為 （8-15）式中 Iset 橫差電流定值, IMAX 為機端三相電流中最大相電流；In 發電機額定電流,Kb制動系數。相電流比率制動橫差保護能保證外部故障時不誤動, 內部故障

55、時靈敏動作, 由于采用了相電流比率制動，橫差保護電流定值只需按躲過正常運行時不平衡電流整定，比傳統單元件橫差保護定值大為減小，因而提高了發電機內部匝間短路時的靈敏度。對于其他正常運行情況下橫差不平衡電流的增大，橫差電流保護動作值具有浮動門檻的功能。橫差保護出口邏輯高靈敏橫差保護動作于跳閘出口。發電機轉子一點接地后, 保護切換于一個可整定的延時。出口邏輯框圖如圖8-18所示。圖8-18 發動機橫差保護邏輯框圖2縱向零序電壓保護裝設在發電機出口專用TV開口三角上的縱向零序電壓, 用作發電機定子繞組的匝間短路的保護。由于保護采用了頻率跟蹤、數字濾波及全周傅氏算法, 使得零序電壓對三次諧波的濾除比達100以上, 保護只反應基波分量。（1）高定值段匝間保護，按躲過區外故障最大不平衡電壓整定；（2）靈敏段匝間保護：裝置采用電流