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1、第二十九届中国电网调度运行会收录论文全集第二十九届中国电网调度运行会收录论文全集 - 1 - 关于影响主设备保护动作值的问题探讨 关于影响主设备保护动作值的问题探讨 郭跃华 赵毅 蒋瑞兰 刘峻岐 （甘肃省电力公司调度中心 兰州市 730050） 摘摘 要要 本文主要探讨了我省主设备保护装置的动作值在整定计算中， 因各种原 因的存在，使其不能达到最佳可靠性、灵敏性的整定范围，分析了由于这些原因 的存在而可能对保护装置动作的影响，并分别对主设备内部故障时各种保护动作 值的整定方案进行了探讨，对照继电保护和安全自动装置技术规程及大型 发电机变压器继电保护整定导则 ，结合我省主设备保护装置的实际情况，
2、详细分 析了各种保护的整定计算方法，并对反应主设备外部故障的各种后备保护与电网 保护配合的矛盾进行了探讨，提出了合理的配合与改善的方案。 关键词关键词 主设备保护的定值计算 影响保护动作值的原因 改善方案及措施 0 前言 电力系统重要的电气元件是其主设备发电机、变压器。这些主设备具有造价高，结 构复杂的特点，在系统中起着发电、变电、联络电网等重要作用，一旦发生故障，对电力系 统的安全、稳定、经济运行造成的影响是不可估量的。 随着电网的发展, 主设备保护的配置 已由早期的机电型逐渐过渡到微机型，但我省电网中元件保护的配置水平与运行水平因多方 面的原因还落后于全国，网中元件保护配置有些还未达到国家
3、标准，也不尽合理，还有部分 六、七十年代生产的继电保护老、旧设备在运行。对电网中这些错综复杂的装置以及运行方 式的多变，使得保护装置在定值整定上的难度以及与电网保护的配合上其复杂程度也在不断 增加，在电网实际运行中，系统运行方式是不断变化的，继电保护装置要保证在不同系统运 行方式下都能正确动作，在计算继电保护定值时要根据电网结构的不同，运行要求的不同， 在保证满足其灵敏性、选择性、快速性和可靠性的前提下求取最佳方案。针对我省主设备保 护中存在的问题进行分析如下。 1 主设备内部故障时的保护动作值 1.1 变压器工频变化量比率差动保护的最小动作电流 工频变化量比率差动保护只与发生短路后的工频变化
4、量 （或称增量） 有关与故障前的穿 越性负荷电流无关，其动作方程为 İ d 1.25İ dt+İ dth İ d =|İ 1+İ 2 +.+ İ m| 其中：İ dt 为浮动门坎，随着变化量输出增大而逐步提高，取 1.25 倍可保证门槛 电压始终略高于不平衡输出。İ1m 分别为变压器各侧电流的工频变化量。İ d 为差流 的半周期分值。İ dth 为固定门坎。工频变化量差流起动元件不受负荷电流的影响，灵敏度 很高。变压器保护中，其工频变化量差流起动定值由装置内部设定，无需用户整定。此起动 元件用来开放工频变化量比率差动保护。存在的问题是在变压器各侧的电流互感器二次侧额 定电流（1A 或 5A）不
5、一致时,使变压器差动调整倍数各侧相差很大，导致工频变化量频繁起 第二十九届中国电网调度运行会收录论文全集第二十九届中国电网调度运行会收录论文全集 - 2 - 动。 鉴于此问题的存在，目前使用变压器工频变化量比率差动保护,装置的生产厂家均建议将 工频变化量比率差动退出， 而靠稳态比率来保护变压器内部故障,并建议稳态比率差动的最小 动作电流整定到 0.5Ie 左右。后针对此问题进行了软件升级，将工频变化量比率差动投入现 处于试用阶段。 1.2. 发电机纵向基波另序过电压保护的动作电压 发电机内部短路，使三相对中性点电压不平衡，就一定会出现纵向基波另序电压 3U0， 发电机正常运行时，电压互感器的不
6、平衡基波另序电压很小，但可能有较大三次谐波零序不 平衡电压，因此必须在保护装置中增加三次谐波阻波功能。一般纵向零序电压保护由零序电 压元件及负序方向元件“与门”输出,并增设电压互感器断线闭锁元件。 基波另序电压定值按发电机正常运行时的零序不平衡电压整定，计算式为： 3U0=Kk (3U0bp1) 2+(3U0bp3/K3)2 Kk可靠系数 一般取 1.3-1.5 3U0bp1发电机正常运行时实测基波零序不平衡电压。 3U0bp3发电机正常运行时实测三次谐波零序不平衡电压。 K3三次谐波滤过比，要求大于 80。 按上式公式计算，基波另序电压定值可能很小，但目前此定值因现场实测基波，三次 谐波零序
7、电压较困难，导致保护定值不能精确整定，装置本身三次谐波滤过比也不能确定， 因此定值的精确度存在一定难度。清华大学王维俭教授曾讲到，理论上讲，纵向基波另序过 电压保护能反应发电机相间、匝间短路和分支绕组开焊故障，实际上，当 3U01-2V 时，小匝 数的匝间短路和每相多分支的水轮发电机一个分支开焊时，保护已不能动作。由此可见，为 保证发电机内部故障的灵敏度，不应任意无根据的增大 3U0，要得到较精确的动作值，必须 实测发电机正常运行时，中性点的基波零序不平衡电压 3U0bp1 和三次谐波零序不平衡电压 3U0bp3 的数值。 1.3. 发电机比率制动特性纵差保护的最小动作电流 比率制动纵差保护仅
8、反应发电机定子的相间短路故障，其差动继电器的制动特性如图： 2 1 Idzo 0 Ireso 1 2 3 4 5 Ikmax 为了正确进行整定计算,首先应知道纵差保护的不平衡电流，负荷电流和外部短路电流 之间的关系。发电机外部短路时,差动保护的最大不平衡电流应由下式估算: Ibpmax = Kf Kc Ker I kmax /na Kf 非周期分量系数.取 1.5-2.0 第二十九届中国电网调度运行会收录论文全集第二十九届中国电网调度运行会收录论文全集 - 3 - KC 互感器同型系数.取 0.5 Ker 互感器比误差系数.取 0.1 I kmax 最大外部三相短路电流周期分量. na 互感器
9、变比. 而确定差动保护的初始动作电流,按下式计算: Idz0 = Kk Ibp.0 Ibp.0 发电机额定负荷状态下,实测差动保护中的不平衡电流; Kk 可靠系数. 在计算中, 实测差动保护中的不平衡电流 Ibp.0 因种种原因,不能准确提供作为计算依 据,所以差动保护的最小动作电流一般取: Idz0 = (0.10.2) Ign/na 但是，目前因有些一次设备性能不很理想,加之差动用电流互感器特性不一致, Idz0 不 能按上式整定,只能适当增大,如有些电厂发电机差动保护,发电机机端用国产电流互感器,而 发电机中性点用进口电流互感器,两端电流互感器为不同型式又得不到准确的实测 Ibp.0,只
10、 能相应的增大 Idz0。性能正常的发电机比率制动式纵差保护应尽可能减小最小动作电流 Idzo， 来达到最大限度缩小保护动作死区。 由于一次设备和其他原因增大最小动作电流 Idzo, 有可能会造成发电机内部故障时,特别是靠中性点经过度电阻短路时机端与中性点侧的三相 电流不大,而影响其灵敏度。相反，如果不适当增大 Idzo,而造成保护误动也是不可取的,通 过的这样分析权衡利弊只能取后者。 1.4. 发电机高灵敏单元件横差保护的动作电流 高灵敏单元件横差保护专用电流互感器变比通常比较小,其保护的动作电流要求在做 发电机常规短路试验时,实测中性点连线电流的基波 Ibpj.和三次谐波分量 Ibp.3
11、的大小,然 后做线性外推到 I kmax,确定其最大的不平衡电流 Ibp.3max 和 Ibpj.max, 其动作电流由下 式整定： Idz0 = Kk Kf I 2bpj.max + (I2bp.3max/k3)2 Kk 可靠系数. Kf 非周期分量. K3 三次谐波滤过比, K3 50 在实际整定 Idz0 时,往往因现场实测不平衡电流方法上的问题,得到的曲线不是线性的, 且不能分出基波与三次谐波分量,况且保护装置的三次谐波滤过比能否达到要求,也需要实 测。目前，系统中部分发电机横差保护还是机电型或整流型的老原理的横差保护，没有高灵 敏的功能，部分新更换的微机保护虽然配置了高灵敏横差保护，
12、但仍用原电流互感器，变比 较大也不能充分实现高灵敏的功能。故高灵敏单元件横差的动作电流在整定计算前，必须要 求现场精确实测中性点连线电流的基波 Ibpj.和三次谐波分量 Ibp.3 的数值，根据实际配置 电流互感器来确定横差电流的高灵敏动作值。 1.5发电机定子绕组单相接地保护的动作值 正常情况下，发电机三相电压中基波另序电压 3U0 很小，当定子绕组发生单相接地故 障时会出现 3U0，利用基波另序电压构成定子绕组单相接地的另序电压动作值由下诉因素决 定： 第二十九届中国电网调度运行会收录论文全集第二十九届中国电网调度运行会收录论文全集 - 4 - （1） 主变高压侧发生故障，高压侧有基波另序
13、电压 U0h，经主变高低压绕组间的耦合电容 传送到发电机机端，使发电机机端产生不平衡电压 Ubp0h。 （2） 发电机本身的三次谐波零序电压 US（机端） ，或 UN（中性点）并计及三次谐波滤过比 K3，则有三次谐波零序不平衡电压 Ubp03 ： Ubp03 =Us /K3 （对机端 PT） 或 Ubp03 =Un /K3 （对中性点 PT） (3) 发电机（包括电压互感器）本身的零序不平衡基波电压 Ubpog。 为确定基波零序电压的定值，应校核当高压侧发生接地故障时， 发电机定子绕组单相接地 保护是否动作，意即： UzdjKk Ubp0h Kk可靠系数取 1.1-1.2。 Ubp0h高压侧不
14、平衡零序电压，需要实测。 为提高基波另序过电压保护的灵敏度，应有三次谐波阻波环节，因为发电机本身的基波 另序不平衡电压很小，而三次谐波电压却很高，所以对装置的三次谐波阻波能力也有要求。 可见，发电机基波另序过电压保护的整定值与高压系统接地保护之间及装置的三次谐波阻波 能力均有关，而且实测数据准确与否直接影响了保护定值的可靠及灵敏性。 1.6. 发电机失磁保护中三相低电压判据的动作值 失磁保护中三相低电压元件一般取自升压变压器的高压母线的电压互感器三相线电 压上。对于处于负荷中心区域的大型汽轮发电机也可取自机端母线。低电压元件的动作值按 系统稳定所允许的电压临界值整定，低电压元件的动作区是指发电
15、机失磁后，系统某一电压 下降到临界值时，机端测量阻抗的轨迹。 取自变压器的高压母线电压，其动作电压为： Udz=0.85-0.9 Un (由系统决定) 取自发电机机端母线电压，其动作电压为： Udz=0.75-0.8 Un (由厂用系统决定) 失磁故障只是一台发电机的异常工况，但是如果失磁保护组成方案不完善，有可能扩 大为局部系统的电压或无功崩溃。我省系统中有些电厂当一台发电机失磁时不足以导致高 压侧母线电压下降到 0.85-0.9Un，也不会引发系统大面积事故。但是在局部地区却能出现 不利的运行情况，形成该局部电网无功储备不足，或者某些发电机自动电压调节器失灵、 停用、或者运行人员操作不当，
16、或者厂内相邻机组季节性停运或大修，一台发电机机组失 磁故障酿成局部电网的大面积事故的可能性是存在的。为此在计算低电压判据时，一定要 认真核算动作值的灵敏度，根据失磁保护的不同配置方案来确定低电压判据的电压取向， 而且应注意失磁保护方案配置中有无包含“三相同时低电压”判据，独立、迅速出口跳闸 的功能。 2 反应主设备外部故障的后备保护动作值 2.1 低阻抗保护 主设备的低阻抗保护主要作为变压器的引线、各侧母线和相邻线路相间故障的后备保 护，当电流、电压保护不能满足灵敏度要求或根据电网保护间配合的要求，可以装设全阻抗 或带偏移特性的方向阻抗保护。 第二十九届中国电网调度运行会收录论文全集第二十九届中国电网调度运行会收录论文全集 - 5 - 2.1.1 对于装在发电机变压器组的发电机出口处的全阻抗保护的动作值 作为远后备保护时，其动作阻抗按躲最低负荷阻抗或与相邻元件后备保护配合来整定。 按躲最低负荷阻抗整定：
