摘要大型發電機的造價昂貴，結構復雜，一旦發生故障遭到破壞，其檢修難度大，檢修時間長，要造成很大的經濟損失大機組在電力系統內占有重要地位，特別是單機容量占系統容量很大比例的情況下，大機組的突然切除，會對電力系統造成很大的擾動。為了滿足電力系統穩定方面的要求，對于300MW發電機－變壓器組故障要求快速切除。為了確保正確快速切除故障，要求對300MW發電機－變壓器組設置雙重快速保護。本設計對發電機變壓器組進行了詳細的分析，分別給出發電機縱差保護、發電機橫差保護、變壓器縱差保護、發電機－變壓器組縱差保護、變壓器瓦斯保護、變壓器零序保護、阻抗保護、對稱過負荷保護、不對稱過負荷保護、勵磁回路過負荷保護、失磁保護、逆功率保護、過電壓保護、斷路器失靈保護、主變壓器冷卻器全停保護，并對每個保護進行整定計算，對保護配置的方案進行了分析。關鍵字：大型發電機組，繼電保護，整定計算，電力系統目錄TOC\o"1-3"\h\u2236摘要。1.2保護依據依據《繼電保護和平安自動裝置技術規程》1.對300MW及以上的汽輪發電機組，應裝設雙重快速保護，即裝設發電機縱聯差動保護、變壓器縱差動保護和發電機、變壓器共用縱聯差動保護。2.發電機－變壓器組：對100MW及以上的發電機，應裝設保護區為100％的定子接地保護。3.200MW及以上的發電機應裝設負序過電流保護和單元件低電壓起動的過電流保護，當靈敏度不滿足要求時，可采用阻抗保護。4.對于200MW及以上汽輪發電機宜裝設過電壓保護。5.對過負荷引起的發電機定子繞組過電流，應裝設定子繞組過負荷保護。6.發電機轉子承受負序電流的能力，以I2tA為判據，其中I為以額定電流為基準的負序電流標么值；t為時間(s)，A為常數。對不對稱負荷，非全相運行及外部不對稱短路引起的負序電流，應裝設轉子表層過負荷保護。7.100MW及以上A<10的發電機，應裝設由定時時限和反時時限兩局部組成的轉子表層過負荷保護。8.對勵磁系統故障或強勵磁時間過長引起的勵磁繞組過負荷，在100MW及以上，采用半導體勵磁系統的發電機上，應裝設勵磁加回路過負荷保護，對300MW及上發電機，保護由定時限和反時限兩局部組成。9.轉子水冷汽輪發電機和100MW及以上的汽輪發電機，應裝設勵磁回路一點接地保護，并可裝設兩點接地保護裝置。10.失磁對電力系統有重大影響的發電機及100MW及以上的發電機，應裝設專用的失磁保護。11.對發電機運行的異常方式，200MW及以上汽輪發電機，宜裝設逆功率保護。12.0.8MVA及以上油浸式變壓器和0.4MVA13.110KV及以上中性點直接接地的電力網中，如變壓器中性點直接接地運行，對外部單相接地引起的過電流，應裝設零序電流保護。發電機－變壓器組的保護，宜起動斷路器失靈保護。1.3保護說明發電機最常見的故障之一是定子繞組的單相接地〔定子繞組與鐵芯間絕緣破壞〕。由于發電機中性點是不接地或經高阻接地，所以定子單相接地故障并不引起大的故障電流。但由于大型發電機在系統中的重要地位，造價昂貴，而且結構復雜、檢修困難，所以對大型發電機的定子接地電流大小和保護性能提出了嚴格的要求，特裝設發電機定子一點接地保護，根據接地電流的大小，分別動作于信號或停機。發電機在突然甩負荷時，容易產生不允許的過電壓。特別是對大機組出現危及絕緣平安的過電壓是比擬常見的現象，為此須裝設過電壓保護。300MW及以上的大型發電機組，由于勵磁系統環節較多，發電機低勵或失磁成為常見的故障形式。發電機低勵或失磁后，將過渡到異步運行，轉子出現轉差，定子電流增大，定子電壓下降，有功功率下降，無功功率反向并且增大；在轉子回路中出現差頻電流；電力系統的電壓下降及某些電源支路過電流，這些變化，在一定條件下，將破壞電力系統的穩定運行，威脅發電機本身的平安。為保證電力系統和發電機的平安，必須裝設失磁保護，以便及時發現低勵和失磁故障并及時采取必要的措施。逆功率保護，用于保護汽輪機。當主汽門誤關閉，或機爐保護動作關閉主汽門而出口斷路器未跳閘時，發電機變成電動機運行，要從電力系統吸收有功功率，使汽輪機尾部葉片過熱，因而造成汽輪機事故。大機組均不允許在此狀態下長期運行，一般只允許運行幾分鐘。為保護汽輪機，必須裝設逆功率保護。按照遠后備的原那么，升壓變壓器高壓側斷路器拒動時，應由相鄰元件的后備保護切除故障，切除故障的時間長，而且可能把全部電源元件切除。因此，大機組都應當裝設斷路器失靈保護，用以在斷路器失靈時切除故障。每一母線的全部連接元件裝設一套公用的斷路器失靈保護。300MW發電機大局部采用水冷方式。為防止發電機內冷水中斷時，造成發電機定子線圈過熱甚至燒毀定子繞組，必須裝設反響發電機內冷水中斷的保護。1.4保護配置根據保護配置依據和現場實際，綜合考慮保護動作的可靠性、靈敏性、選擇性和快速性，滿足繼電保護在總體配置上盡量做到完善、合理，防止繁瑣、復雜的要求，根據短路保護、異常運行保護、發電機接地保護及其他保護的具體要求，初步確定配置以下保護:表1.1保護配置方案反響的故障類型保護配置反映故障類型發電機縱差保護定子繞組及相間短路發電機橫差保護定子匝間短路或開焊故障變壓器縱差保護繞組及引出線的短路故障發電機－變壓器組縱差保護定子繞組、相間短路及引出線的短路故障變壓器瓦斯保護油箱內部故障及油面降低變壓器零序保護高壓繞組、引出線及相鄰元件接地阻抗保護相間短路、瓦斯和縱差保護的后備保護對稱過負荷保護定子繞組過電流不對稱過負荷保護轉子繞組過電流勵磁回路過負荷保護勵磁繞組過電流失磁保護勵磁回路的失磁逆功率保護反響逆功率頻率保護頻率異常故障過電壓保護定子繞組過電壓主變壓器冷卻器全停保護變壓器冷卻器故障表1.2保護配置作用結果保護配置作用結果發電機縱差保護停機發電機橫差保護停機變壓器縱差保護停機發電機－變壓器組縱差保護停機變壓器瓦斯保護輕瓦斯發出信號，重瓦斯停機變壓器零序保護一段與母線解列，二段與母線解列、滅磁阻抗保護一段與母線解列，二段與母線解列、滅磁對稱過負荷保護定時限：發信號；反時限：解列、滅磁不對稱過負荷保護定時限：發信號；反時限：解列、滅磁勵磁回路過負荷保護定時限：發信號；反時限：解列、滅磁失磁保護解列、跳閘；發信號，切換廠用電源頻率保護發信號逆功率保護發信號、解列、滅磁過電壓保護解列、滅磁主變壓器冷卻器全停保護發信號、解列、滅磁4.發電機定子繞組匝間短路保護整定計算動作量取自發電機雙星形兩中性點之間連接的零序短路互感器TA0二次側短路，構成零序橫差動保護，反響發電機定子繞組同一分支的匝間短路、同相不同分支間短路、不同相分支相間短路以及分支開焊保護。4.1發電機橫差動保護.動作判據當發電機定子繞組匝間短路時，橫差動保護出現零序差動電流，當滿足下式時橫差動保護動作式(4.1)式中——發電機橫差動保護的差動電流；——發電機橫差動保護動作電流整定值。整定計算①橫差動保護電流互感器TA0變比的計算按經驗公式為0.25/=0.2511322/5=566式(4.2)選用6005/5，即3000/5。式中——橫差動保護用電流互感器變比；——發電機額定電流；——橫差動保護用電流互感器額定二次電流，一般為5A。②橫差動保護動作電流計算按躲過區外短路時最大不平衡電流，一般用經驗公式計算為=〔0.2~0.3〕/=(0.2~0.3)11322/600=3.77~5.66(A)式(4.3)取=5A。③橫差動保護動作時間計算正常運行整定值取=0s。4.2發電機縱向基波零序過電壓保護當發電機無法分別引出雙星形的中性點時，就無法采用原理比擬成熟的單元件高靈敏橫差動保護，當發電機定子繞組同分支匝間、同相不同分支間短路或分支開焊以及不同相分支間相間短路時，會出現縱向零序電壓，目前采用較多的是動作量取自機端專用電壓互感器〔該電壓互感器的中性點與發動機中性點相連，單不接地〕開口三角繞組縱向零序電壓，當其值大于整定值時保護就動作。動作判據靈敏段動作判據①三次諧波電壓比率制動型保護。區外短路出現較大三次諧波電壓時，利用三次諧波電壓比率制動基波零序過電壓保護的動作判據，即當33時33=3當33時33=3+(3-3)式(4.4)式中3——縱向3倍基波零序電壓；3——縱向3倍基波零序動作電壓；3——靈敏段縱向3倍基波零序動作電壓整定值；——三次諧波電壓制動系數斜率，一般取0.3~0.5；3——3倍三次諧波電壓整定值；3——區外短路時縱向零序電壓中的3倍三次諧波分量。②次靈敏段或高定值動作判據動作判據為33式(4.5)式中3——次靈敏段3倍基波零序動作電壓〔高定值〕整定值。③負序功率方向閉鎖縱向基波零序過電壓保護動作判據為防止縱向基波零序過電壓保護在區外短路誤動作，裝置內設置負序方向閉鎖元件、，當區外不對稱短路時，負序功率流向發電機，負序功率方向閉鎖元件動作閉鎖縱向基波零序過電壓保護；當發電機定子繞組匝間短路時，負序功率流向系統，負序功率方向閉鎖元件動作后開發〔解除閉鎖〕縱向基波零序過電壓保護，有縱向基波零序過電壓保護出口動作。④專用電壓互感器TV一次斷線閉鎖判據比擬專用TV和測量TV相間電壓差組成的電壓不平衡保護，當專用TV一次側斷線時，TV一次斷線不平衡保護動作，閉鎖縱向基波零序過電壓保護，并發報警信號。整定計算DGT-801A型保護①靈敏段動作電壓整定值3計算按躲過正常運行時最大縱向基波不平衡電壓計算。3=3=20.95=1.9(A)式(4.6)取3=2V式中——可靠系數，取1.5~2；3——正常運行時最大縱向3倍基波零序不平衡電壓的實測值。三次諧波電壓制動系數斜率為=0.5三次諧波電壓整定值為=(0.8~1)3取=3=2V②次靈敏段3倍基波零序動作電壓整定值3，按躲過區外短路時的最大縱向不平衡基波零序電壓計算，即3=3由于一般難于實測區外短路時的最大縱向不平衡基波零序電壓3，一般只能取33=5~10V式(4.7)取3=6V式中——可靠系數，可取2~2.5；3——區外短路時出現的最大3倍縱向不平衡基波零序電壓。③動作時間整定為=0.2s。④專用TV斷線閉鎖整定計算應按躲過正常運行時專用TV和測量TV之間的電壓差計算，兩組TV正常電壓差(不平衡電壓〕一般不超過5V，于是有==5~8V式(4.8)式中——TV不平衡動作電壓整定值；——可靠系數，可取1.5~2；——正常運行時兩組TV最大不平衡電壓值。⑤負序逆功率指向整定當區外不對稱短路時，負序逆功率流向發動機，負序逆功率繼電器K2動作閉鎖指向基波零序過電壓保護；當發動機定子繞組之間短路時，負序功率流向系統，負序逆功率繼電器動作后開放〔解除閉鎖〕指向基波零序過電壓保護，由縱向基波零序過電壓保護出口動作。6.發電機轉子接地保護整定計算6.1動作判據動作判據①轉子繞組一點接地保護。在發電機轉子繞組疊加直流電壓，經先后兩次測量不同附加電阻式轉子對地電流值，通過內部軟件計算轉子回路接地電阻原理的動作判據為當、持續時間t時動作發信號當、持續時間t時動作發信號或跳閘式(6.1)式中——發電機轉子繞組對地絕緣電阻；——轉子繞組一點接地保護Ⅰ段動作電阻整定值；——轉子繞組一點接地保護Ⅱ段動作電阻整定值；——轉子繞組一點接地保護Ⅰ段動作時間整定值；——轉子繞組一點接地保護Ⅱ段動作時間整定值。②轉子繞組兩點接地保護。當轉子繞組一點接地保護動作后，自動投入轉子繞組兩點接地保護。動作判據為<轉子一點接地保護動作整定值>>式(6.2)式中——發電機轉子繞組對地絕緣電阻；、——發電機定子電壓二次側正序分量和負序分量；——二次諧波電壓動作整定值。6.2整定計算發電機轉子繞組一點接地保護整定計算①轉子繞組一點接地保護Ⅰ段動作電阻整定值為=8~10取=10。轉子繞組一點接地保護Ⅰ段動作時間整定值為=2~6s取=5s,動作于信號。②轉子繞組一點接地保護Ⅱ段動作電阻整定值為=0.5~1取=1。轉子繞組一點接地保護Ⅱ段動作時間整定值為=2~6s取=5s,動作于信號。發電機轉子繞組兩點接地保護整定計算①發電機轉子繞組兩點接地保護此保護接于發電機出口TV相電壓，二次諧波電壓動作整定值按躲過發電機正常運行和區外各種類型的短路計算，因短路情況下實測最大二次諧波負序電壓有困難，所以按躲過發電機額定工況時機端測得的最大二次諧波負序電壓計算。二次諧波電壓動作整定值為=式(6.3)可取=1V式中——可靠系數，取1.5~2；——發電機正常額定工況時機端測得的最大二次諧波負序電壓。②動作時間轉子繞組兩點接地保護動作時間整定值為=0.5~1s取=1s,動作于信號。7.發電機定子繞組過電流保護整定對于發電機因定子繞組過負荷或區外短路引起定子繞組過電流，應裝設定子繞組三相過電流保護，由定時限和反時限兩局部組成。7.1動作判據發電機定子繞組過電流保護的動作特性曲線如下圖，動作特性曲線由三局部組成，圖中曲線1的ABF為定時限過電流保護動作特性，曲線2的CD為反時限過電流動作特性，DEH為反時限上限〔高定值〕動作區。對應的動作判據由如下三局部組成。圖7.1發電機定子繞組過電流保護的動作特性曲線圖定時限過電流保護如圖中曲線1的ABF段所示，假設滿足下式那么動作后發信號式(7.1)式中——發電機定子繞組中性點側TA二次電流；——定時限過電流保護動作電流整定值；——發電機定子電流滿足動作條件作用持續時間；——定時限過電流動作時間整定值。反時限過電流保護①反時限動作判據。圖中曲線2的CD段為反時限局部，當時，假設滿足下式那么動作后跳閘〔-〕式中——發電機定子最大相電流相對值〔以發電機定子額定二次電流為基準〕；——發電機允許發熱時間常數；——反時限過電流保護下限動作電流〔最小動作電流〕；——散熱時間常數，數值上等于發電機額定電流相對值。②反時限上限動作判據。如圖曲線2的DEH段所示，此時有式(7.2)式中——電流超過上限動作電流的作用時間；——上限動作時間整定值。反時限過電流保護動作于跳閘。7.2整定計算整定的保護裝置的基準電流為發電機額定電流。定時限過電流〔過負荷〕保護①動作電流整定值為=/=1.053.4/0.95=3.8(A)式(7.3)式中——可靠系數，一般取1.05~1.1；——返回系數，微機保護取0.95；②動作時間整定值為=+t=4.5+0.5=5s式中——線路后備保護動作時間最大整定值；t——時間級差，一般取0.5s。定時限過電流保護動作于信號。反時限過電流保護①下限動作電流整定值計算按與定時限過電流保護動作電流配合計算，即==1.053.8=4(A)式(7.4)②下限動作時間整定值計算=/(-)=41.5/(1.16-1)=120s式(7.5)發電機定子反時限過電流保護下限動作電流相對值為=4/3.4=1.16發電機散熱時間常數=1，發熱時間常數整定值==41.5s③反時限保護動作計算=/(-)式(7.6)保護裝置動作時間由保護自動計算，即=/(-)=41.5/(-1)s④上限動作電流整定值計算上限動作電流按躲過高母線最大短路電流計算，=/=1.311.53=15(A)式(7.7)⑤上限的時間整定值計算上限動作時間與線路保護第一段時間〔快速保護動作時間〕配合計算，取=0.4s9.發電機轉子繞組勵磁過電流保護整定計算現代大型發電機組的自動勵磁調節器和繼電保護裝置中同時設置發電機裝置繞組過電流保護，自動勵磁調節器有轉子繞組過電流限制和保護兩種功能。接地保護裝置設置發電機轉子繞組過電流保護，動作后作用于跳閘停機。9.1動作判據根據不同方式的勵磁系統，發電機轉子繞組勵磁過電流保護有四種不同方式的動作量。直接反映發電機轉子繞組電流并取自轉子繞組電流分流器輸出電壓(mV)的動作量。間接反映發電機轉子繞組電流并取自主勵磁電流分流器輸出電壓(mV)的動作量。由于和轉子繞組電流根本上是線性關系，因此旋轉整流勵磁系統只能取主勵磁機勵磁繞組電流分流器的輸出電壓為動作量。間接反映發電機轉子繞組電流并取自主勵磁機交流側TA二次電流有效值的動作量。由于和轉子繞組電流具有線性關系，即=/(式中為三相橋式整流系數的倒數，理論值為0.816，實際就是時應以發動機在額定運行時的實測值為準進行修正，為TA的變比)。間接反映發電機轉子繞組電流并取自AVR交流側TA二次電流瞬時值的動作量。AVR交流側TA二次電流瞬時值經微機軟件就是能準確反映發動機轉子繞組電流的動作量。以上四種不同方式的動作量，第一種方式的動作量最為直接、簡單，但在現場調試時應對分流器至保護裝置測量電纜電壓降進行補償。而其他三種方式的動作量都是間接反映發電機轉子繞組電流，在整定計算時都應根據現場調試時的實測數據進行修正計算。以上四種不同方式的動作量的勵磁過電流保護的動作特性和動作判據根本相同，以下僅表達取自轉子繞組電流分流器輸出電壓為動作量的勵磁過電流保護動作特性和動作判據。圖中動作特性曲線由三局部組成，圖中曲線1的ABF為定時限過電流保護的動作特性，曲線2的CD為反時限過電流的動作特性，DEH為過電流上限〔高值〕動作區。發電機轉子繞組過電流保護動作特性曲線對應的動作判據由如下三局部組成。圖9.1勵磁過電流保護的動作特性曲線定時限過電流保護曲線1的ABF為定時限過電流保護的動作區，動作判據為t式(9.1)式中——發電機轉子繞組勵磁電流為時分流器的電壓(mV)；——定時限過電流保護動作時發電機轉子電流分流器的電壓(mV)；——反時限過電流保護動作時間。定時限過電流保護動作后發信號。反時限過電流保護曲線2的CD為反時限過電流的動作特性曲線，動作判據為(-)t式(9.2)=/式中——反時限過電流保護下限動作時分流器輸出電壓(mV)；——反時限過電流保護上限〔最大〕動作時分流器電壓(mV)；——發電機轉子繞組電流分流器的輸出電壓相對值；——發電機轉子額定電流時分流器的輸出電壓(mV)；——發電機轉子繞組額定電流為基準時的發熱時間常數整定值(s)；——發電機轉子繞組額定電流為基準時的散熱時間常數整定值(s)；t——發電機轉子繞組電流分流器的輸出電壓大于動作值的持續時間(s)。反時限過電流上限動作判據圖中曲線2的DEH為反時限上限動作特性曲線，動作判據為t式(9.3)式中——反時限過電流保護上限〔最大〕動作時分流器電壓(mV)；——反時限過電流保護上限〔最小〕動作時間(s)。反時限過電流保護動作于跳閘。9.2整定計算靜止整流勵磁系統的發電機，可在發電機轉子回路內實現轉子繞組勵磁過電流保護。其制定原那么應與發電機勵磁繞組允許的發熱特性配合，同時亦應與自動勵磁調節器〔AVR〕的勵磁過電流保護、勵磁過電流限制器的特性配合。定時限過電流保護對DGT-801A型保護裝置，內部設基準值為75mV〔分流器額定電流時的輸出電壓〕。①定時限過電流動作時分流器電壓計算。定時限過電流動作時分流器電壓為=〔/〕〔/〕75=〔1.05/0.95〕〔1980/3000)75=54.7(mV)式(9.4)式中——轉子電流分流器額定電流為3000A;——轉子額定電流〔對QFS-300-2發電機，=1980(A)。②動作時間整定值計算。按躲過正常強行勵磁時間計算，可取5s〔最大強行勵磁時間可至8~10s〕，即=5s定時限過電流保護動作后發信號。反時限過電流保護①下限動作時分流器電壓整定值計算。按與定時限勵磁過電流保護動作電流配合計算，即=1.05=1.0554.7=57.4(mV)=1.05=1.050.73=0.766式(9.5)②發電機轉子繞組發熱時間常數整定值計算。DGT-801A型保護裝置是以風的季節轉子電流分流器額定電流或分流器額定輸出75mV為基準，應歸算至分流器的額定電流時的整定值，即==30=13.07(s)式(9.6)式中——發電機轉子繞組發熱時間常數，取30s。③發電機轉子繞組的散熱時間常數整定值計算。歸算至分流器額定電流時的整定值，即==1=0.4356式(9.7)式中——發電機轉子繞組散熱時間常數。④下限動作時間整定值計算。以分流器額定電流為基準〔或以75mV力基準〕，=/〔-〕=13.07/〔0.766-0.4356〕=86.7(s)式(9.8)式中——勵磁過電流保護下限動作時分流器電壓的相對值〔以75mV基準〕。以發電機轉子額定電流為基準〔或以=49.5mV為基準〕，得=/〔-〕=/〔-〕=30/(1.16-1)=86.7(s)式(9.9)⑤反時限過電流保護動作時間計算以分流器額定電流為基準。裝置自動計算動作時間，即=/〔-〕=13.07/〔-0.4356〕式(9.10)式中——發電機轉子電流分流器輸出電壓75mV為基準時的相對值。、、、均以分流器的額定電流為基準時的值。以發電機轉子額定電流為基準，裝置自動計算動作時間，即=/〔-〕=30/〔-1〕式(9.11)10.發電機失磁保護整定計算10.1動作判據發電機低勵及失磁保護動作判據可分為：系統側主判據由于發電機低勵失磁故障，無功儲藏缺乏，引起系統側高壓母線三相相間電壓同時下降至低于最低允許電壓值，可能造成系統電壓崩潰，引起系統瓦解，造成大面積停電的重大事故。其低電壓元件動作判據為式中——高壓母線三相相間電壓測量值；——高壓母線相間低電壓動作整定值。發電機側主判據①異步邊界阻抗圓判據。當發電機低勵或失磁時，發電機機端測量阻抗軌跡進入異步邊界阻抗圓〔作為發電機進入異步運行狀態的判據〕內，此時保護動作。發電機失磁異步邊界阻抗圓為圖中圓1，阻抗圓1內為動作區，圓1的圓心在jX軸上，圓心坐標為(O，)，半徑為，圓1和jX軸的交點A、B由下式決定=-0.5=-=(/)·(/)=/式(10.1)式中——異步邊界圓〔下拋圓〕和jX軸的第一交點的縱坐標整定值(〕；——異步邊界圓(下拋圓)和jX軸的第二交點的縱坐標整定值()；——發電機同步電抗和暫態電抗的相對值〔不飽和值〕；——發電機額定基準二次阻抗有名值()；、——發電機額定電壓(kV)、額定視在功率(MVA)；、——發電機電流互感器TA、電壓互感器TV變比；——發電機額定二次電壓；——發電機額定二次電流。圖10.1發電機失磁異步邊界阻抗圓和靜穩邊界阻抗圓l-異步邊界阻抗圓；2-靜穩邊界阻抗圓②靜穩極限邊界阻抗圓判據。當發電機低勵磁或失磁時，發電機機端測量阻抗進入靜穩邊界阻抗圓內，判發電機靜穩破壞，此時保護動作。汽輪發電機機端測量阻抗，在邊界圓周上發電機功角=90，在圓內功角>90，在圓外功角<90。圖中圓2為靜穩極限邊界阻抗圓，圓2的圓心在jX軸上，圓心坐標為〔0，〕，半徑為，直線OC、OD和R軸夾角=10~15，將圓2劃分為兩區，直線OC、OD和圓2圍成保護動作區，即CODBC的內部為動作區，外部為不動作區。圓2與jX軸的交點S、B由下式決定==-=(/)·(/)=+式(10.2)式中——靜穩邊界圓和jX軸的第一交點(jX軸正向交點)的縱坐標整定值()；——靜穩邊界圓和jX軸的第二交點(jX軸負向交點)的縱坐標整定值()；——發電機和系統的聯系電抗相對值〔發電機額定容量為基準〕；——至高壓母線的系統電抗相對值〔發電機額定容量為基準〕；——變壓器電抗相對值〔發電機額定容量為基準〕。靜穩極限轉子繞組變勵磁低電壓動作判據與系統并列運行的發電機，對應某一有功功率P輸出時，相應為維持機組靜穩極限所必需的勵磁電壓為最低勵磁電壓，當P變化時，在靜穩極限條件下，勵磁電壓對應不同的變勵磁電壓。本動作判據主要用于防止發電機低勵失磁故障引起相應勵磁電壓太低，使發電機超出靜穩極限運行。即當時按=動作當>時，按變勵磁低電壓動作特性動作=/〔-〕=(-)時動作=/===+=+式(10.3)式中——發電機轉子低勵磁最小動作電壓；——發電機轉子變勵磁動作電壓；——發電機轉子勵磁電壓；——發電機空載額定電壓時轉子勵磁電壓；——轉子變勵磁動作電壓和功率的比例系數整定值；——比例系數整定值的修正系數〔隱極機=0，=1；凸極機0，>1〕；——總電抗相對值〔歸算至發電機額定容量〕；——發電機直軸同步電抗相對值；——發電機機端與無限大容量系統間的聯系電抗相對值；——變壓器的電抗相對值；——至變壓器高壓母線系統電抗相對值；——發電機額定視在功率二次值〔VA);P——發電機運行二次功率〔W〕；——發電機的反響功率二次幅值〔W〕〔汽輪發電機=0〕；——發電機靜穩極限角〔穩極機=0，=90；凸極機0，=70~80〕；——歸算至發電機機端側的系統電壓相對值；——發電機交軸同步電抗相對值；——發電機額定二次電壓；——發電機額定二次電流。圖10.2變勵磁低電壓動作特性曲線圖上式的變勵磁低電壓判據=f(p)的動作特性曲線如下圖。圖中的曲線1為汽輪發電機變勵磁電壓動作特性曲線(ABC)，AB段，當時，為不變的；BC段，當時，與發電機測量二次功率P成正比增加，變勵磁動作低電壓上升的斜率為=tg，曲線下側為動作區，曲線上側為不動作區。發電機低勵及失磁保護動作輔助判據①閉鎖失磁保護的負序電壓元件。閉鎖的動作判據為式(10.4)式中——發電機機端負序電壓二次值；——負序動作電壓整定值。②閉鎖失磁保護的負序電流元件。閉鎖的動作判據為式(10.5)式中——發電機負序電流二次值；——負序動作電流整定值。當保護滿足上式時瞬時起動閉鎖失磁保護，經8~lOs自動解除閉鎖。③TV斷線閉鎖。機端兩組TV不平衡保護動作時，閉鎖失磁保護〔或負序電壓元件動作閉鎖失磁保護〕。④延時元件。當滿足以上動作判據并經一定延時時，保護動作出口，分別作用于發信號或關閉主汽門停機。10.2整定計算高壓母線三相低電壓元件按躲過系統母線允許正常最低電壓計算，即=/=(0.85-0.9)/式(10.6)式中——可靠系數，取0.85~0.9。——高壓母線三相低電壓相間電壓動作整定值；——高壓母線最低正常運行電壓，其值由調度部門確定〔對220kV系統，有的電廠規定為222kV，而有的規定為218kV)；——高壓母線電壓互感器變比。當系統無功儲藏充足，一臺發電機失磁時，系統高壓母線電壓很少降低，因此有時可不用此判據。A廠的=270kV,那么=/=(0.85-0.9)/式(10.7)=(0.85-0.9)·207000/2200=80~82〔V〕取82V。B廠的=218kV,那么=/=(0.85-0.9)/式(10.8)=(0.85-0.9)·218000/2200=84~89〔V〕取85V。發電機側的主判據①異步邊界阻抗圓整定值計算1)整定值的計算。發電機額定二次基準阻抗值為=(/)·(/)=·=16.997()式(10.9)整定值為：=-0.5=-0.5·0.229·16.997=-1.95()2)整定值為：=-=-2.2·16.997=-37.4()式(10.10)3)異步邊界阻抗圓的圓心和半徑計算。由于〔+〕/2=-〔1.95+37.4〕=-19.67()式(10.11)所以有：異步邊界圓心坐標整定值〔O,j〔+〕/2〕為〔O,-j19.67〕異步邊界圓半徑整定值R==(37.4+1.5)=19.45()②靜穩邊界阻抗圓整定值的計算。=〔0.0122+0.0378〕·353/100=0.177所以==0.177·16.997=1.5()式(10.12)2)整定值的計算。=-=-37.4()式(10.13)③靜穩邊界阻抗圓的圓心和半徑計算。由于〔+〕/2=〔1.5-37.4〕/2=-17.95()式(10.14)所以有：靜穩邊界阻抗圓的圓心坐標〔O,j〔+〕/2〕為〔O,-j17.95〕靜穩邊界阻抗圓半徑R==1/2·〔37.4+1.5〕=19.45()④動作時間整定值計算A廠QFS-300-2型機組：(l)用系統低電壓判據和異步邊界圓判據及靜穩極限變勵磁低電壓判據組成與門，以較短動作時間=0.5s作用于停機。(2)單獨用異步邊界圓判據，以較長動作時間如=1.5s作用于停機。(3)靜穩極限變勵磁低電壓保護動作于信號，并以O.ls延時作用于合50Hz手動勵磁。A廠QFSN2-300-2型機組：(1)用系統低電壓判據和異步邊界圓判據組成與門，以較短動作時間=l.Os作用于停機。(2)單獨用異步邊界圓判據，以較長動作時間=1.5s作用于停機。(3)靜穩邊界圓動作于信號，并以O.ls延時作用于合50Hz手動勵磁。B廠QFSN2-300-2型機組：(1)用系統低電壓判據和異步邊界圓判據組成與門，以較短動作時間=l.Os作用于停機。11.發電機失步保護整定計算隨著電力系統容量不斷增加，大型發電廠高壓母線的系統阻抗j比擬小，一旦發生系統非穩定性振蕩，其振蕩中心很容易進入失步發電機變壓器組的內部，這將嚴重威脅失步的發電機和系統的平安運行，所以自20世紀90年代以來，我國大型發電機組均加裝發電機失步保護11.1動作判據發電機三阻抗元件失步保護三阻抗元件失步保護動作判據特性如下圖，由以下三局部組成：圖11.1三阻抗元件失步保護動作判據特性圖①透鏡特性的阻抗元件。透鏡特性的阻抗元件把阻抗平面分成透鏡內局部in和透鏡外局部out。如果發電機機端測量阻抗進入透鏡圓內，那么發電機電動勢和系統等效電動勢間的功角已大于動穩極限角。②遮擋器直線阻抗元件。遮擋器直線阻抗元件即透鏡主軸，它把阻抗平面分成左半局部L和右半局部R。如果發電機機端測量阻抗落在此直線上，那么功角=180；假設出現不穩定振蕩，機端測量阻抗越過該直線，功角>180，判發電機已失步。以上兩阻抗元件將阻抗平面分成四個區OL、IL、IR、OR〔OL、OR為透鏡區外，IL、IR為透鏡區內〕。假設出現不穩定振蕩，機端測量阻抗軌跡順序穿過四個區(OLILIROR或ORIRILOL)并在每區停留時間大于一時限，那么保護判斷為發電機已失步振蕩。每順序穿過一次，保護滑極計數加1，達滑極整定次數時失步保護動作。③電抗線阻抗元件。電抗線阻抗元件垂直于透鏡主軸，它將動作區一分為二，電抗線以上為I段(up)，電抗線以下為II段(dow)。機端測量阻抗軌跡在電抗線以下順序穿過四個區(OLILIROR或ORIRILOL)，那么認為振蕩中心位于發電機變壓器組內；反之機端測量阻抗Zm軌跡在電抗線以上順序穿過四個區(OLILIROR或ORIRILOL)，那么認為振蕩中心位于發電機變壓器組外。兩種情況的滑極次數可以分別整定，前者保護動作時作用于跳閘，而后者保護動作時作用于信號。11.2整定計算發電機三阻抗元件失步保護整定計算①透鏡特性阻抗元件和遮擋器直線阻抗元件及電抗線阻抗元件的整定計算為：第1象限最遠點整定阻抗=〔+〕=(0.146+0.035)203000/(353200)式(11.1)第Ⅲ象限最遠點整定阻抗==-=-(/)·(/)=-0.225·203000/(353200)=-j3.82436()式(11.2)=(/)·(/)式中——發電機暫態電抗相對值〔發電機額定值為基準值；——主變壓器電抗相對值〔發電機額定值為基準值〕；——最小方式時系統電抗相對值〔發電機額定值為基準值〕；——系統阻抗角，取90；——發電機額定二次阻抗有名值()；——發電機額定電壓(kV)；——發電機額定視在功率(MVA)；——發電機電流互感器變比；——發電機電壓互感器變比；——發電機額定二次電壓(V);——發電機額定二次電流(A)。②電抗線的動作阻抗整定值計算。=(/)·(/)=0.9·0.146·16.997=j2.233()式(11.3)③透鏡內角整定值計算。透鏡內角越小，透鏡越大，保護計時越準確，但必須保證發電機組正常運行耐的最小負荷阻抗位于透鏡之外，以保證保護動作選擇性要求。為此選擇透鏡寬度，透鏡內角整定值為=-=-=-=34.46式(11.4)=式中——最小負荷阻抗相對值；——發電機額定功率因數。取=90，所以失磁保護透鏡實際是圓心在jX軸上的圓。④最小負荷阻抗的有名值為==0.85·16.997=14.447()式(11.5)透鏡圓和R軸的交點電阻值為==3.448()式(11.6)由于?，所以發電機正常運行時遠離透鏡圓。⑤跳閘允許電流計算。按斷路器允許遮斷電流計算，當兩側系統電動勢相角差達180時，斷路器允許遮斷電流僅為斷路器額定遮斷電流的70%，即=0.7，所以跳閘允