大型发电机变压器组保护配置与整定计算.docx

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1、1.绪论11继电保护技术的开展史继电保护的开展是随着电力系统和自动化技术的开展而开展的。几十年来，置应用水平获得很大提高。在20世纪50年代以前，查不独都是用电磁型的机械元件构成。随着半导体器件的开展，陆续推广了利用整流二极管构成的整流型元件和由半导体分随着我国电力系统想高电压、大机组、现代化大电网开展，继电保护技术及其装立元件组成的装置。70年代以后，利用集成电路构成的装置在电力系统继电保护中得到广泛运用。到80年代，微型机在平安自动装置和继电保护装置中逐渐应用。随着新技术、新工艺的采用，继电保护硬件设备的可靠性、运行维护方便性也不断得到提高。继电保护技术将到达更高的水平。1.2电力系统继电

2、保护的作用电力系统的故障和不正常运行状态及引起的后果在电力系统中，由于雷击或鸟兽跨接电气设备、设备制造上的缺陷、设计和安装的错误、检修质量不高或运行维护不当等原因，往往发生各种事故。最常见的同时也是最危险的故障是各种形式的短路。其中以单相接地短路最为常见，而三相短路是比较少见的。此外，输电线路有时可能发生断线故障或几种故障同时发生的复合故障。发生故障可能引起的后果是：(1)故障点通过很大的短路电流和所燃起的电弧，使故障设备烧坏。(2)系统中设备，在通过短路电流时所产生的热和电动力使设备缩短使用寿命。(3)因电压降低，破坏用户工作的稳定性或影响产品质量。(4)破坏系统并列运行的稳定性，产生振荡，

3、甚至使整个系统瓦解。最常见的不正常工作状态是过负荷。所谓过负荷就是电气设备的负荷电流超过了额定电流。此外，发电机有功功率缺乏所引起的频率降低，水轮发电机突然甩负荷所引起的过电压，系统发生振荡等都属于不正常运行状态。由于过负荷，加速了设备绝缘材料的老化和损坏，甚至引起事故扩大造成严重故障。总之，不正常工作状态往往影响电能的质量、设备的寿命、用户生产产品的质量等。继电保护装置及任务(1)为防止电力系统中发生事故一般采取如下对策：改良设计制造，加强维护检修，提高运行水平和工作质量。采取各项积极措施消除或减少发生故障的可能性。一旦发生故障，迅速而有选择地切除故障元件，保证无故障局部正常运行。继电保护装

4、置，就是指反映电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种制动装置。（2）根本任务是：发生故障时，自动、迅速、有选择地将故障元件1设备）从电力系统中切除,使非故障局部继续运行。对不正常运行状态，为保证选择性，一般要求保护经过一定的延时，并根据运行维护条件（如有无经常值班人员），而动作于发出信号（减负荷跳闸），且能与自动重合闸相配合。2.大型发电机-变压器组继电保护主要功能2.1 继电保护的根本原理和保护装置的组成继电保护的根本原理继电保护的原理是利用被保护线路或设备故障前后某些突变的物理量为信息量，当突变量到达一定值时，起动逻辑控制环节，发出相应的跳闸脉冲或信

5、号。（1）利用根本电气参数的区别发生短路后，利用电流、电压、线路测量阻抗等的变化，可以构成如下保护：a.过电流保护；b低电压保护；c距离保护（或低阻抗保护）（2）利用内部故障和外部故障时被保护元件两侧电流相位（或功率方向）的差异。（3）对称量是否出现电气元件在正常运行（或发生对称短路）时，负序分量和零序分量为零；在发生不对称短路时，一般负序和零序都较大。因此，根据这些分量的是否存在可以构成零序保护和负序保护。此种保护装置都具有良好的选择性和灵敏性。（4）反响非电气量的保护反响变压器油箱内部故障时所产生的气体而构成瓦斯保护；反响于电动机绕组的温度升高而构成过负荷保护等。继电保护装置的组成继电保护

6、的种类虽然很多，但是在一般情况下，都是由三个局部组成的，即测量局部、逻辑局部和执行局部，其原理结构如图2-1所示。测量局部故障参数量逻辑 局部原理结构执行 局部输出信号(1)测量局部测量局部是测量被保护元件工作状态(正常工作、非正常工作或故障状态)的一个或几个物理量，并和以给的整定值进行比较，从而判断保护是否应该起动。(2)逻辑局部逻辑局部的作用是根据测量局部各输出量的大小、性质、出现的顺序或它们的组合，使保护装置按一定的逻辑程序工作，最后传到执行局部。(3)执行局部执行局部的作用是根据逻辑局部送的信号,最后完成保护装置所担负的任务。如发出信号，跳闸或不动作等。2.2继电保护要求选择性选择性是

7、指保护装置动作时，仅将故隙元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，以保证系统中的无故障局部仍能继续平安运行。在要求继电保护动作有选择性的同时，还必须考虑继电保护或断路器有拒绝动作的可能性。在复杂的高压电网中，当实现远后备保护有困难时，在每一元件上应装设单独的主保护和后备保护。速动性短路时快速切除故障，可以缩小故障范围，减轻短路引起的破坏程度，减小对用户工作的影响，提高电力系统的稳定性。因此，在发生故障时，应力求保护装置能迅速动作切除故障。由于速动性与选择性在一般情况下是矛盾的，为兼顾两者，一般允许保护带有一定的延时切除故障。故障切除的总时间等于保护装置和断路器动作时间之和。对于不同的电压等级

8、和不同结构的网络，故障切除的最小时间有不同的要求。一般对400500KV以上的网络,约为0.02-0.04s,对220230KV的网络为0.040.1s；对IlOKV的网络为0.107s。对配电网络，切除短路的最小时间取决于不允许电压长时间降低的用户，一般为05L0so有些故障不仅要满足选择性的要求，同时要求快速切除故障，例如：(1)为保证系统稳定性，必须快速切除高压输电线路上的故障。(2)发电厂或重要用户的母线电压低于允许值(一般0.6倍额定电压)的故障。(3)大容量的发电机，变压器及电动机内部发生故障。(4)1IOKV线路导线截面过小，不允许延时切除的故障。灵敏性是指对保护范围内发生故障或

9、不正常运行状态的反响能力。满足要求的保护装置是在规定的保护范围内故障时，无论短路点的位置以及短路的类型如何，都能敏锐感觉，正确反响。保护装置的灵敏性，通常用灵敏度系数来衡量，灵敏度系数越大，那么保护的灵敏度就越高，反之就越低。可靠性是指在规定的保护范围内发生了属于它应该动作的故障时，它不应该拒绝动作，而在其他不属于它应该动作的情况下，那么不应该误动作。保证继电保护装置能有足够的可靠性，应注意以下几点：(1)选用质量好，结构简单，工作可靠的继电器和元件。(2)设计接线时，力求简单，使用继电器和继电器触点最少。(3)正确选定继电保护的整定值。(4)对保护装置要提高安装和调整实验的质量，加强经常的维

10、护管理。以上四个根本要求是分析研究继电保护的根底，也是贯穿论文的一个根本线索。根据被保护元件在电力系统中的地位和作用来确定具体的保护方式，以满足其相应的要求。3.大型发变器组保护的应用分析与整定计算大型发变组结构复杂，有可能发生多种类型的故障和异常运行工况，因此需要设置几十种保护，并要求这些保护既有明确职责范围又能相互配合。目前国内已经形成各种不同的保护功能的配置方案，这些都大同小异，但又各具特点。遵循以下原那么：1.各项保护功能配置完善；2.选用的保护原理性能优良，有成熟的运行经验，满足各项技术耍求；3.实现双重化配置；4.组屏合理，双重化的两套保护系统应分屏设置,非电量保护和电气量保护也应

11、分屏设置，以确保在发变组不停运状况下可以对其中任何一套保护系统进行检修、调整、调试，同时要求二次回路设计正确简明，接线平安可靠；5.保护系统应尽可能结构简单，具备友好的人机界面，合理的通信组网功能o各项保护功能投退和整定操作清晰简便，支持现场调试和调整功能，易于使用和维护；6.保护出口设计合理，配置灵活，以满足紧急状态下不同的动作要求和允许根据实际运行条件方便地进行调整。发变组保护功能可按设备故障性质分故障保护和异常运行保护两大类；按输入量性质分为电气量保护和非电气量保护两大类；按保护对象分为电气设备故障和动力机械设备故障两大类。故障保护用以反映保护区域内发生的各种相间短路、匝间短路及接地短路

12、等各种类型的短路故障。这些故障会对发变组造成直接破坏，这类保护构成发变组的保护主体，通常称为主保护。另外，还需要考虑发变组主保护失效，以及辅机和外部相连系统的故障对发变组的破坏问题，也需要配置保护，通常称为后备保护因此故障保护可分为主保护和后备保护。异常保护用以反映各种可能对发变组造成危害的异常运行工况，包括可能不利于动力机械设备的异常工况，不过这些工况可能不会很快或不会直接造成对机组的破坏，为异常工况配置的保护通常也归于后备保护的范畴。3.1 反映短路故障的保护发电机的差动保护(1)发电机纵差保护的接线方式由于发电机结构的特殊性，发电机纵差保护根据获取电流的方式不同，又分为完全纵差保护和不完

13、全纵差保护两种。发电机完全纵差保护发电机完全纵差保护是利用比较发电机每相定子绕组首末两端全相电流的大小和相位的原理构成的。根据纵差保护的根本原理，发电机完全纵差保护能够灵敏的反映发电机定子绕组及引出线的相间短路故障，但对定子绕组的匝间短路和定子绕组的分支开焊故障却没有作用。发电机不完全纵差保护发电机不完全纵差保护是一种能同时反响发电机相间短路、匝间短路和分支绕组开焊故障的新型发电机纵差保护。它是通过比较发电机机端每相定子的全相电流和中性点侧每相定子的局部相电流大小和相位二构成。不完全纵差保护之所以能够反响发电机内部各种短路和开焊故障不同相间和不同匝章间存在或大或小的互感联系，当未装设互感器的非

14、故障定子分支绕组中感受到故障的发生，使不完全纵差保护动作。由此可见发电机完全纵差保护和不完全纵差保护均是比较发电机两侧同相电流的大小和相位而构成；不同的是完全纵差保护是比较每相定子首末两端的全相电流，而不完全纵差动保护是比较机端每相定子全相电流和中性点侧每相定子的局部相电流而构成。所以，两者的根本原理相同，只是在保护的整定计算时有所不同。(2)发电机纵差保护的原理随着发电机组的容量增大，对继电保护的不断提高，出现了各种不同原理的发电机纵差保护。一下对常用的两种原理进行介绍。比率制动式发电机纵差保护原理：其电流参考方向如图3-1所示，中性点侧电流的方向一指向发电机为正方向，机端侧电流一流出发电机

15、为正方向。为确保比率制动式发电机纵差保护正确动作，动作电流和制动电流分别为动作电流/.,=1-M（3.1）制动电流%=g,+K（3.2）式中一动作电流45一制动电流4一机端侧定子相电流一中性点侧定子全相电流或分支绕组电流平衡系数，Kb=L,h,当z,=1时为完全纵差保护接/2线方式；勺1时为不完全纵差保护接线方式纵差保护的动作判据及动作特性：纵差保护的动作判据为【op,/,.minIreSres.min（34）式中&一差动电流Qmin最小动作电流整定值，一般取（030.5）In（/“为发电机额定电流）；Ires一制动电流；gmin一最小制动电流整定值，一般取（081.0）/；Ky-比率制动式电流整定值，一般取0.30.5当上式中的两个方程都满足时，差动元件动作。以下图3-2为比率制动式发电机纵差保护的动作特性图3-2比率制动式发电机纵差保护的动作特性标积制动式发电机纵差保护原理标积制动式发机电纵差保护是利用基波电流相量的标量构成的比率制动特性的差动保护，是相量幅值比率制动的另一种形式。电流参考方向仍然如图3-1所示，中性点侧电流的正方向指向发