精心整理

5.1發電機比率制動式差動保護

比率制動式差動保護是發電機內部相間短路故障的主保護。5.1.1保護原理5.1.1.1比率差動原理。差動動作方程如下：opop.0resres.0opop.0resres.0resres.0式中：I為差動電流，I0為差動最小動作電流整定值，I為制動電流，I0為最小制動電流整定值，，S為比率制動特性的斜率。各側電流的方向都以指向發電機為正方荷，見圖5.1.1。差動電流：I■心opTN制動電流：I■殳INres2式中：IT，IN分別為機端、中性點電流互感器(TA)三次側的電流，TA的極性見圖5.1.1。圖電流極性接線示意圖(根據工程需要，也可將極性端均定義為靠近發電機側)5.1.1.2TA斷線判別當任一相差動電流大于0.15倍的額定電流時啟動TA斷線判別程序，滿足下列條件認為TA斷線：a.本側三相電流中至少一相電流為零；b.本側三相電流中至少一相電流不變；c.最大相電流小于1.2倍的額定電流。5.2發電機匝間保護發電機匝間保護作為發電機內部匝間短路的主保護。根據電廠一次設備情況，可選擇以下方案中的一種：故障分量負序方向(ap2)匝間保護

該方案不需引入發電機縱向零序電壓。故障分量負序方向(aP2)保護應裝在發電機端，不僅可作為發電機內部匝間短路的主保護，還可作為發電機內部相間短路及定子繞組開焊的保護。5.2.保1護.原1理當發電機三相定子繞組發生相間短路、匝間短路及分支開焊等不對稱故障時，在故障點出現負序源。故障分量負序方向元件的■U2和■I2分別取自機端TV、TA，其TA極性圖見圖5.2.1.1,則

故障分量負序功率-2為：式中?I2為■12的共軛相量，.en°2為故障分量負序方向繼電器的最大靈敏角。一般取60?80?■12滯后■U2的角度)。故障分量負序方向保護的動作判據可表示為：實際應用動作判據綜合為：■P2=乜rr+USX

精心整理（■?■為動作門檻）保護邏輯、框、圖見圖5.2.1.2。圖5.2.1.1故障分量負序方向保護極性圖圖5.2.1.2故障分量負序方向保護邏輯框圖5.2.2發電機縱向零序過電壓及故障分量負序方向型匝間保護本保護不僅作為發電機內部匝間短路的主保護，還可作為發電機內部相間短路及定子繞組開焊的保護。5.2.2.1保護原理發電機定子繞組發生內部短路，三相機端對中性點的電壓不再平衡，因為機端電壓互感器中性點與發電機中性點直接相連且不接地，所以互感器開口三角繞組輸出縱向3U0，保護判據為：l3U0l>Uset式中，Ut為保護的整定值。發電機正常運行時，機端不平衡基波零序電壓很小，但可能有較大的三次諧波電壓，為降低保護定值和提高靈敏度，保護裝置中增設三次諧波阻波功能。為保證匝間保護的動作靈敏度，縱向零序電壓的動作值一般整定較小，為防止外部短路時縱向零序不平衡電壓增大造成保護誤動，須增設故障分量負序方向元件為選擇元件，用于判別是發電機內部短路還是外部短路。故障分量負序方向元件采用圖5.2.1.2所示的邏輯，方案二的綜合框圖見圖5.2.2。發電機并網后運行時，縱向零序電壓元件及故障分量負序方向元件組成“與”門實現匝間保護;在并網前，因△12=0，則故障分量負序方向元件失效，僅由縱向零序電壓元件經短延時t1實現匝間保護。并網后不允許縱向零序電壓元件單獨出口，為此以過電流I>It閉鎖該判據，固定It=0.061n。圖5.2.2匝間保護方案二邏輯框圖5.2.3高靈敏零序電流型橫差保護

高靈敏零序電流型橫差保護，作為發電機內部匝間、相間短路及定子繞組開焊的主保護。保護原理本保護檢測發電機定子多分支繞組的不同中性點連線電流即零序電流）310中的基波成分，保護判據為：判據1（無制動特性）：opsetIsetopsetIset為動作電流的整定值，見后判據2（有制動特性）：^op^^op.O^re^^res.0日,）I■Iopop.0■S"JJ/■Iop.0(IresI■Iopop.0式中：I為橫差電流，I0為橫差最小動作電流整定值，I為制動電流（取機端三相電流最卻大值），I0為最小制動電流整定值，S為比率制動特性的斜率。判據1、2.均可單獨構成橫差保護，用戶可通過控制字進行選擇。發電機正常運行時，接于兩中性點之間的橫差保護，不平衡電流主要是基波，在外部短路時，

不平衡電流主要是三次諧波成分，為降低保護定值和提高靈敏度，保護中還增加有三次諧波阻波功

能。橫差保護瞬時動作于出口，當轉子發生一點接地時，橫差保護經延時t動作于出口，t一般整

定為0.5s。該方案的綜合邏輯框圖如圖5.2.3。5.3變壓器（發-變組、高廠變、勵磁變）差動保護比率制動式差動保護是變壓器（發-變組、高廠變、勵磁變）的主保護，能反映變壓器內部相間短路故障、高壓側單相接地短路及匝間層間短路故障；保護能正確區分勵磁涌流、過勵磁故障。精心整理保護采取自適應提高定值的方式，防止外部故障時由于TA飽和引起差動誤動，當差流中的三

次諧波與基波的比值大于某一定值時，自動提高比率制動差動的動作值、改變比率制動系數和最小

制動電流，進一步提高保護的可靠性。發-變組保護裝置最多可實現6側差動，動作特性圖如下：圖5.3比.率1差動動作特性圖圖中陰影部分要經過勵磁涌流判別、TA斷線判別和TA飽和判別后才出口，雙陰影部分只要經過

勵磁涌流判別就出口。比率差動原理差動動作方程如下opop.0resres.0

【。，產晨晨/晨江上⑶1)

晨>121nI?L2I+0.8(I1.2I)(I>1.21)(5-3-2)I為差動電流，I0為差動最小動作電流整誼值，In為制J動電流，I0為最小制動電流整定值，s為比率制動特性斜翠，In為基準側電流互感器的額定二次電流，各側電.流的方向都以指向變壓器n為正方向。對于兩側差動：h+I2i(5-3-3)2/^/2(5-3-4)對于三側及以上差動：JTIi+I2++Inl(5-3-5)Ires=max{II1，|721，，IInl}(5-3-6)式中：3WnW6I1,I2,。。［“分別為變壓器各側電流互感器二次側的電流。判據(5-3-1)為低定值的比率制動差動，判據(5-3-2)為高定值比率制動差動。勵磁涌流判別裝置提供兩種勵磁涌流識別判據，用戶可根據需要由控制字進行選用，該控制字設為‘1”時，勵磁涌流判據為波形畸變判據；該控制字設為“0”時，勵磁涌流判據為二次諧波判據。二次諧波判據保護利用三相差動電流中的二次諧波分量作為勵磁涌流閉鎖判據。判別方程如下：I■K■I(5-3-7)op.22op.1式中：I2為A,B,C三相差動電流中最大二次諧波電流，K2為二次諧波制動系數，I1為三p.相差動電流中最大基波電流。p.該判據閉鎖方式為‘或”閉鎖,即涌流滿足(5-3-7)式,同時閉鎖三相保護。波形畸變判據保護利用每相差流波形的畸變作為勵磁涌流閉鎖判據。判別方程如下：Ssum+>K*Ssum—(5-3-8)式中：Ssum+為差動電流采樣點的不對稱度值，Ssum-為對應差動電流的對稱度值，K為某一固定系數。精心整理該判據閉鎖方式為“或”閉鎖，即任一相涌流滿足(5-3-8)式，同時閉鎖三相保護。TA飽和判別保護利用每相差流中的三次諧波分量作為TA飽和閉鎖判據。判別方程如下：I3>K3*I1(5-3-9)式中：13為每相差流中三次諧波電流，K33為三次諧波比例系數(裝置內部固定，不需整定)，I1為對應基波電流。任一相差流滿足(5-3-9)式，比率制動差動自動改變該相的最小動作電流和比率制動斜率，保證差動

保護正確、可靠動作。TA斷線判據當任一相差動電流大于0.15倍的額定電流時啟動TA斷線判別程序，滿足下列條件認為TA斷線：?本側三相電流中至少一相電流不變；?最大相電流小于1.2倍的額定電流；?本側三相電流中至少有一相電流為零。差流速斷保護當任一相差動電流大于差流速斷整定值時瞬時動作于跳各側斷路器。差流越限當差動電流超過一定值時，發告警信號。差流越限定值可整定。勵磁機比率制動式差動保護比率制動式差動保護是勵磁機內部相間短路故障的主保護，保護原理同發電機比率制動式差動保

護。定子接地保護作為發電機定子回路單相接地故障保護，當發電機定子繞組任一點發生單相接地時，該保護按要求的時限動作于跳閘或信號。保護原理基波零序電壓保護發電機從機端算起的85%?95%的定子繞組單相接地；三次諧波電壓保護發電機中性點附近定子繞組的單相接地。5.6轉子一點接地保護該保護主要反映轉子回路一點接地故障。5.6.1保護原理采用乒乓式開關切換原理，通過求解兩個不同的接地回路方程，實時計算轉子接地電阻值和接地位

置。5.7轉子一點接地加兩點接地保護發電機勵磁回路一點接地故障，對發電機并未造成危害，但若再相繼發生第二點接地故障，則將嚴重威脅發電機的安全。5.7.1保護原理一點接地保護原理同前所述，但在這里的一點接地電阻定值只有一段，通過延時發信。在一點接地故障后，保護裝置繼續測量接地電阻和接地位置，此后若再發生轉子另一點接地故障，則已測得的?直變化，當其變化值■超過整定值時，保護裝置就確認為已發生轉子兩點接地故障，發電機被立即跳閘。保護判據為：H,為轉子兩點接地位置變化整定值setset5.8失磁保護發電機勵磁系統故障使勵磁降低或全部失磁，從而導致發電機與系統間失步，對機組本身及電力系統的安全造成重大危害。因此大、中型機組要裝設失磁保護。失磁保護的主判據可由下述判據中的一個或兩個組成。定勵磁低電壓判據為了保證在機組空載運行及尸<Pt的輕載運行情況下失磁時保護能可靠動作，或為了全失磁及嚴重部分失磁時保護能較快出口，附加裝設整定值為固定值的勵磁低電壓判據，簡稱為“定勵磁低電壓判據”，其動作方程為：

精心整理UfdWUfd.set式中，Ufd.set為勵磁低電壓動作整定值，整定為（020.8）%0，一般可取Ufd.set=0.8Ufd0。若“定勵磁低電壓判據”單獨出口，還需采取“I<0.06In”的閉鎖措施，以防止發電機并網過程及解列過程中失磁保護誤出口。在系統短路等大干擾及大干擾引起的系統振蕩過程中，“定勵磁低電壓判據”不會誤動作。靜穩邊界阻抗主判據

阻抗扇形圓動作判據匹配發電機靜穩邊界圓，采用0■接線方式（Uab、lab），動作特性見圖5.8.1

所示，發電機失磁后，機端測量阻抗軌跡由圖中第I象限隨時間進入第“象限，達靜穩邊界附近進

入圓內。靜穩邊界阻抗判據滿足后，至少延時1s?1.5s發失磁信號、壓出力或跳閘，延時1s?1.5s的原因

是躲開系統振蕩。扇形與R軸的夾角10?15■為了躲開發電機出口經過渡電阻的相間短路，以及躲

開發電機正常進相運行。圖5.8.1圖5.8.1靜穩邊界阻抗判據動作特性需指出，發電機產品說明書中所刊載的xd值是銘牌值，用“‘銘牌’符號表示，它是非飽和值，它是發電機制造廠家以機端三相短路但短路電流小于額定電流的情況下試驗取得的，誤差大，計算定值時應注意。c.穩態異步邊界阻抗判據發電機發生凡是能導致失步的失磁后，總是先到達靜穩邊界，然后轉入異步運行，進而穩態異步運行。該判據的動作圓為下拋圓，它匹配發電機的穩態異步邊界圓。特性曲線見圖5.8.2。圖5.8.2異步阻抗特性曲線d.主變高壓側三相同時低電壓判據精心整理發電機失磁后，可能引起主變高壓側（系統）電壓降低，引發局部電網電壓崩潰，因此，在失磁保護配置方案中，應有“三相同時低電壓”判據。為防止該判據誤動，該判據應與其它輔助判據組成“與”門出口。此判據主要判斷失磁的發電機對系統電壓（母線電壓）的影響U^Ut.set式中，Utt為主變高壓側電壓整定值，一般可取（0.80?0.90）Ut。某些場合發電機失磁后，主變高壓側電壓不.可能降低到整定值以下，則該判據也可改為“發電機機端三相同時低電壓判據”，即UWUt，Ut可取（0.75~0.90）U。采用機端三相低電壓判據有時為了保證廠用電，有時僅為了與靜穩阻抗判據組成“與”門出口，以防止由于靜穩阻抗單獨出口時可能發生的誤動作，因此選擇Ut有較廣泛的靈活性。

g.e.機端過電壓判據發電機在突然甩負荷等過電壓情況下，會強行減勵，使Ufd突降，可能引起Ufd（P）判據或定勵磁低電壓判據誤動，故采取機端過電壓判據且動作后延時4s?6s返回的閉鎖措施來防止失磁保護誤出口。U三（1.1~1.25）U式中，U為發電機機端額電電壓。gn考慮發電機失磁故障對機組本身和系統造成的影響，應根據機組在系統中的作用和地位以及系統結構，合理選擇失磁保護動作判據。本裝置提供（但不限于）常用失磁保護方案如下。說明：由于失磁保護判據多，邏輯一般較復雜，為便于使各方案邏輯清晰，失磁保護邏輯框圖中保護硬壓板、各段軟壓板及啟動元件均未畫出，實際邏輯中，保護硬壓板、各段軟壓板及啟動元件是存在的。5.9逆功率保護逆功率保護作為汽輪發電機出現有功功率倒送，發電機變為電動機運行異常工況的保護。同時，利用這一原理，逆功率保護也可用于程序跳閘的啟動元件。保護原理逆功率保護反應發電機從系統吸收有功功率的大小。電壓取自發電機機端TV,電流取自發電機機端（或中性點）TA。保護按三相接線，有功功率為：■為電壓超前電流的角度，動作判據為：IPI>PPt為逆功率保護動作整定值。保護設有2段延時，短延時t"1s?5s）用于發信號，延時t2（10s?600s）可用于跳閘。復合電壓啟動方向過流保護復合電壓啟動方向過流保護作為變壓器或相鄰元件的后備保護。保護原理由復合電壓元件、相間方向元件及三相過流元件“與”構成。其中復合電壓元件、相間方向元件可由軟件控制字選擇“投入”或“退出”，相間方向的最大靈敏角也可由軟件控制字選擇為■■或■5。如果計算相間方向的電壓回路出現故障時，方向元件自動退出，保護由復合電壓元件和過流元件“與“構成。保護可以配置成多段多時限，每段的每個時限都獨立為一個保護。5.11零序（方向）過流保護零序（方向）過流保護作為變壓器或相鄰元件接地故障的后備保護，保護可以配置成多段多時限。保護原理由零序過流元件及零序功率方向元件“與”構成。其中，零序功率方向元件可由軟件控制字整定“投入”或“退出”，零序功率方向的指向也可由軟件控制字整定為70■或70?180?判據說明a.零序過流元件

精心整理零序方向過流保護的過流元件可用三相TA組成的零序回路中的電流，也可以用變壓器中性點

專用零序TA的電流。裝置提供“零序電流選擇”控制字以供用戶選擇，該控制字整定為“1”時，

過流用自產零序電流；整定為“0”時，過流用專用零序電流。零序過流保護的過流元件固定用專

用零序電流，無需選擇。b.與保護裝置間的極性連接見圖作判據為：b.與保護裝置間的極性連接見圖作判據為：R[3U10■ej110-]■0（靈敏角■e00sen與保護裝置間的極性連接仍為圖據為：2所.示1，零序方向元件的動作方向指向變壓器時，其動1°1）01，2零.序1方向元件的動作方向指向母線時，其動作判R[3U10?j?0?]■0（靈敏角?°）e00sen方向元件的動作方向指向變壓器或指向母線，由控制字選擇。其中零序方向元件的電流取自三相組成的零序回路中的電流，的正極性端在母線側；電壓可以取三相組成的零序回路，也可以取開口三角電壓，通過斷線保護自動切換。異常對零序方向元件的處理（只適應選自產零序電壓）本側斷線時，方向電壓由三相組成的零序回路自動切換至開口三角電壓。變壓器零序過電壓保護保護原理本保護適用于中性點接地系統（?系統）中中性點不接地的變壓器以及中性點有時可能不接地的變壓器，而不管其中性點是否有放電間隙。本保護作為變壓器中性點不接地運行時的單相接地后備保護，它接于變壓器高壓母線的開口三角，反映0變壓器間隙零序過電流及零序過壓保護保護原理通常變壓器間隙零序過電流元件與節所述的零序過電壓元件組成“或”門輸出經短延時跳閘，應用于中性點接地系統中的中性點不接地（或中性點有時接地有時不接地）且中性點有對地放電間隙的變壓器，作為變壓器中性點不接地運行時單相接地故障的后備保護，其保護效能同于零序過電壓保護，當零序過電壓間隙被擊穿時間隙零序過流元件動作，經?延時跳閘。由于間隙在擊穿的過程中，零序電壓和零序電流可能交替出現。為了使間隙零序電壓或間隙零序電流能夠可靠動作，當間隙電壓元件或間隙電流元件動作后，保持一段時間，確保保護可靠動作。過負荷（有載調壓閉鎖、通風啟動）保護可根據需要配置不同的段數和時限。低壓（記憶）過流保護低壓過流保護作為升壓變或較大容量的降壓變的后備保護，過流啟動值可按需要配置若干段，每段可配不同的時限；當用于自并勵發電機的后備保護時，電流帶記憶功能。保護原理由低電壓元件、三相過流元件“與”構成。邏輯框圖見圖5.18。圖5.15低壓（記憶）過流保護邏輯框圖判據說明a.低電壓元件

滿足下列條件時，低電壓元件動作。U■U0PUop為低