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1、微机保护原理及整定计算讲课提纲2008-11-26 下午一简要介绍继电保护的任务及基本要求1任务：当被保护元件故障时跳闸切除故障，当被保护元件不正常工作时发出信号报警。电力系统运行中，由于风雨雷电影响，设备缺陷和绝缘老化，运行维护不当和操作错误等原因，致使组成电力系统的电气元件（发电机，变压器，母线，输电线路等）可能发生故障和不正常工作状态。故障主要是各种类型的短路包括三相短路，两相短路，两相接地短路，单相接地短路，以及发电机，变压器同一相绕组的匝间短路。常见的不正常工作状态是过负荷，系统振荡和频率降低。故障的危害是故障点及故障回路的设备可能损坏，影响用户供电及系统稳定。2基本要求：选择性，快
2、速性，灵敏性，可靠性。选择性：指保护装置选择故障元件的能力断路器失灵后宜采用远后备220KV 及以上电压线路宜采用近后备，含主备两套快速性：快速切除故障可以减小故障元件的损坏程度，加快非故障部分电压的恢复，为电动机自启动创造有利条件，提高电网系统运行的稳定性。灵敏性：指保护装置对被保护电气元件可能发生的故障的反应能力，灵敏性通常用灵敏系数 K 来衡量，灵敏系数应根据对保护装置动作最不利的条件进行计算。对于过量保护 K=保护区末端金属性短路时故障参数的最小计算值/保护装置整定动作值对于欠量保护 K=保护装置整定动作值/保护区末端金属性短路时故障参数的最大计算值一般 K1，对主保护不小于 1.5-
3、2,对后备保护不小于 1.2-1.5可靠性: 指保护装置应该动作时,它不应拒动, 而在不应该动作时,它不应误动,它与保护装置本身的设计,制造,安装质量有关,也于调试维护水平有关.二发电机保护原理判据及整定运行中的发电机,定子绕组和励磁回路都可能发生故障,常见故障如下:1.定子绕组相间短路 2. 定子绕组单相接地 3. 定子绕组一相匝间短路 4. 发电机,励磁回路一点或两点接地故障,相应故障装设相应的保护 含纵差保护,横差保护,零序保护,相间短路后备保护,过负荷保护, 励磁回路接地保护,过电压保护,失磁保护,逆功率保护.1. 发电机差动保护原理及整定4.1.14.1.1 二段式比率制动差动保护二
4、段式比率制动差动保护装置设置二段式比率制动差动保护作为发电机的主保护，能反映发电机内 部相间短路等故障。其动作特性图如下：SIres. 0IresIopIop. 0原理方程如下：0 .opopII0 .resresII0 .0 .resresopopIISII0 .resresII式中：为差动电流，为差动动作最小值，为制动电流，为opIop.0IresIres.0I制动电流最小值，为二段式比率制动系数。S 差动电流的计算：op12III&制动电流的计算：/2res12III&式中：为发电机定子绕组两侧二次电流矢量值。1 2I&、4 4.1.2.1.2 TATA 断线闭锁断线闭锁当 TA 断线时
5、，可能引起差动保护的误动作，故可通过 TA 断线识别来闭锁差动保护。 当三相电流大于等于 0.2In 时，启动 TA 断线判别程序，当同时满足以下条件时，认为 TA 断线： 1)三相电流中至少一相电流不变（变化范围小于0.2A） ；2)最大相电流小于 1.2 倍额定电流（线路正常） ； 3)三相电流中一相或两相无电流。 TA 断线闭锁逻辑如下：&TA TA TA TA 4.1.34.1.3 差流速断保护差流速断保护装置设置差流速断保护，在装置检测到任一相差流大于差流速断整定值时，立即保护 动作出口，动作于断路器跳闸，并且发出跳闸信号。4.1.44.1.4 差流越限告警差流越限告警装置设置差流越
6、限告警功能，在装置检测到任一相差流大于差流越限告警整定值时， 差流越限告警，并发出差流越限告警信号。整定: 其动作特性图如下所示：SIresIres.0Iop.0IopABHCDO需要整定的即为上图中所示的A、B、C，图中OD线为实测系统不平衡电流，二段式比率 制动差动保护的整定值应该躲过系统的最大不平衡电流。1.1.1 发电机一次额定电流计算一次额定电流计算公式： nfn nfUPI113cos/式中： 为发电机额定容量， 为发电机功率因数， 为发电机机端额定nPcosnfU1电压。1.1.2 发电机二次额定电流计算二次额定电流计算公式：fLHnf nfnII1 2式中：为发电机一次额定电流
7、，为发电机TA 变比。nfI1fLHn1.1.3 最小动作电流的整定（A 点）op.0I的整定应按保证系统最大负荷时产生的不平衡电流下保护不动作，即：op.0I，op.0relf2nIKTA IV式中，为互感器误差，为可靠系数，一般取1.5。例如：10P互感器误差大约TAVrelK为3，且高、低压共2个电流互感器，则有，当计算的差电.02opfnI1.5 0.03 2I 流定值小于0.5A时，建议取(0.10.2) ，充分考虑系统的安全性，一般应选择nfI2(0.10.2) 。在特殊情况下，可以根据实际测试的不平衡电流来整定较大的值。nfI21.1.4 差动保护最小制动电流的整定（B 点）re
8、s.0I一般整定为=（0.81.0），根据实际情况选取，若没有特殊要求应取较小res.0InfI2值。1.1.5 比率制动系数的整定（C 点）S在下，纵联差动保护最大不平衡电流为D点；保护的最大制动电流应为C点，按(3) k.maxI定义则有：；relapersttSKKKf式中： 电流互感器误差（10P TA互感器为3，5P TA互感器为1）；为互ifstK感器同型系数，取0.5；为可靠系数，取1.31.5； 非周期系数，取relKaperK1.52.0。 实际工程应用中，考虑到电流互感器的饱和或TA暂态特性的不一致，推荐取取S0.30.30.50.5。其保护灵敏度校验：以机端两相金属性短路
9、（发电机不与系统并列）计算保护灵敏度，要求灵敏度不小于2，若没有特殊情况应取较小值。 1.2 差动速断电流的整定差电流速断是纵差保护的一个补充部分，一般需躲过机组非同期合闸产生的最大不平衡电流，对于大机组，一般可取38 倍额定电流，若没有特殊要求应取较小值。 1.3 差流越限电流的整定差流越限反映差动回路中差电流过大，给出告警信号；差流越限电流定值：一般按躲过机组正常运行时的最大不平衡电流整定，推荐整定为0.50.8；差流越限动作时间定值：一般整定为1.03.0s，若没有特殊要求应取较op.0I小值。2发电机后备保护原理及整定含复合电压启动过流,过压,定子一点接地, 转子一点接地,失磁保护,逆
10、功率等IMP34024.1.1 复合电压启动过电流保护 装置设置复合电压启动过电流保护，并且设置为低电压或负序电压启动，同时设置 TV 断线闭锁；复合电压启动、TV 断线可以实现单独投/退。保护动作后，装置自动闭锁相应保护功能，当且仅当装置复归或电流由故障量恢复到整定值的 80%以下，装置解除闭锁， 保护判据如下： =1&0Uab=1&U2 PT PT T1 1=1 &=1Ic Ib Ia T2 2保护动作后，经 T1 延时跳闸 1 动作，跳闸 1 作用于跳发电机母联开关，经 T2 延时跳 闸 2 动作，跳闸 2 作用于下跳发电机断路器和灭磁开关。低电压启动过电流保护功能具有 带有电流记忆功能
11、，以适用自并励发电机系统，可以通过控制字设置其投退。4.1.24.1.2 过电压保护过电压保护装置设置过电压保护，作为发电机突然甩负荷时出现的过电压保护。保护动作后，装 置自动闭锁相应保护功能，当且仅当装置复归时，装置解除闭锁。保护判据如下： 当投入过电压保护且发电机定子端口任一线电压大于过电压定值，经过 Tgy 延时后， 保护跳发电机断路器和跳灭磁开关。4.1.34.1.3 发电机发电机 3U3U0 0 综合定子接地保护综合定子接地保护装置设置发电机 3U0综合定子接地保护，其保护功能由两部分构成，以实现定子 100 接地保护功能。 1）基波 3U0发电机定子接地保护零序电压取自发电机机端
12、TV 的开口绕组或中性点 TV 二次侧(也可从消弧线圈付方绕组 取得)，当发电机 3U0大于保护定值时保护动作，装置可发信号或作用于跳闸，跳闸动作于 跳发电机断路器和跳灭磁开关，保护具有 TV 断线闭锁功能，以防止 TV 断线情况下的保护 误动作。 中性点电压的投退用来表示是否采用中性点的零序电压作为保护判断用，如果投入， 则需要设置“3U0中”电压定值，其与发电机机端零序电压共同构成保护判据。当任意一个 条件满足时，保护出口。如果退出，则只采用发电机机端零序电压作为判据。 2）三次谐波 3U0定子接地保护 当发电机中性点侧（即定子绕组 50靠近中性点的一侧）发生单相接地故障时，则有，且接地点
13、越靠近中性点比值越大，其中 U3E为发电机机端的 3 次谐波，U3N为1UU3N3E发电机中性点的 3 次谐波。采用机端零序基波电压大于整定值、采用发电机机端零序三次 谐波电压大于中性点零序三次谐波电压就可以实现发电机 100定子接地保护。 零序电压取自发电机机端 TV 的开口绕组和中性点 TV 二次侧(也可从消弧线圈副方绕组 取得)。可作用于报警信号或作用于跳闸，保护动作于跳发电机断路器和跳灭磁开关。保护 判据如下： & 3U03U0 =1&TV TV T1 3U0 T2 23U0 3U0 & 10E0Nk1 3Uk2 3UDu 判据中，K1和K2是调整系数，默认情况下为1，Du是浮动0E0
14、Nk1 3Uk2 3UDu电压门坎，默认为0，以躲过正常情况下或扰动信号的干扰，这三个值可根据现场情况灵活 调整。 在基波电压判断部分，保护动作后如果作用于跳闸，经延时1跳断路器和灭磁开关，在 3次谐波电压判断部分，保护动作后如果作用于跳闸，经延时2跳断路器和灭磁开关。4.1.44.1.4 发电机发电机 3I3I0 0定子接地保护定子接地保护装置设置发电机 3I0定子接地保护，作为反映发电机的零序电流过流的保护功能，并 且具有三次谐波滤除功能。零序电流取自发电机专用零序 TA，发电机 3I0定子接地保护一 般用于具有发电机电压母线且有电缆出线的情况。当发电机 3I0大于保护定值时，保护动 作跳
15、发电机断路器同时跳灭磁开关，保护动作可以选择作用于报警信号或作用于跳闸。4.1.54.1.5 负序过电流保护负序过电流保护发电机由于负荷不平衡或外部不对程短路而产生的负序电流，将会产生负序旋转磁场， 它将会在转子本体等部分感应出倍频电流，此电流在转子中部沿轴向流通，在转子端部附 近沿周界方向形成闭合回路。该电流将引起转子过热，在端部、各接触面等电流密度很高 的部位造成局部烧伤。如不及时处理就可能严重损坏发电机。因此电力规程要求容量在 50MW及以上的或者可能经常出现负序过负荷的发电机上，应装设负序过电流保护。 负序电流保护由三种功能构成，定时限负序过负荷保护，定时限负序过流保护和反时 限负序过电流保护。 1)定时限负序过负荷保护。当保护计算负序电流大于负序过负荷整定值时，经延时 发告警信号。 2)定时限负序过电流保护。当计算负序电流大于负序过流整定值时，经延时保护出 口，定时限负序过电流作用于跳母联开关，用于和反
