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1、RCS-985微机发电机保护 一 发电机定子接地保护 当发电机定子绕组与铁芯间的绝缘损坏将引起定子绕组的单相接地短路。如 果发电机的中性点是绝缘不接地的，此时接地点的接地电流是发电机电压系 统的电容电流。该电流较大时非但烧伤定子绕组的绝缘还会烧损铁芯，还会 将多层铁芯叠片烧接在一起在故障点形成涡流，使铁芯进一步加速熔化导致 铁芯严重损伤 。为了确保发电机的安全应不使发电机的单相接地短路发展成相间短路或匝间 短路因此应该使单相接地故障处不产生电弧或者使接地电弧瞬间熄灭。这个 不产生电弧的最大接地电流被定义为发电机单相接地的安全电流。该电流与 发电机的额定电压有关。目前发电机单相接地的安全电流如无
2、制造厂提供的 规定值可以下表所列数据作为标准 。当单相接地电流小于表上的安全电流时，定子接地保护动作后只发 信号而不跳闸。调度人员应转移负荷、平稳停机，以免再发生一点 接地形成很大的短路电流而烧坏发电机。当单相接地电流大于表上 的安全电流时，定子接地保护应动作于跳闸。 发电机额定电压 (kV)发电机接地电流 允许值(A)发电机额定电压 (kV)发电机接地电流 允许值(A)6.3及以下 4 13.815.752（氢冷发电机可 取为2.5A ）10.5 3 1820 11.1 零序电压定子接地保护假设在右图中F点的A相绕组发生接地 短路。F点到中性点的匝数占该相绕 组总匝数的百分比为a。此时机端T
3、点 各相的对地（对A相的F点）电压为 ：所以机端T点对地的零序电压为：零序电压值随短路点位置a的变化而变化的 关系如图所示。在机端单相接地时零序电压 最大，在中性点处接地时零序电压为零。中性点 3U0基波零序电压保护发电机8595的定子绕组单相接地,在中性点N附 近发生接地故障，保护有死区。基波零序电压保护设两段定值，一段为 灵敏段，另一段为高定值段。1. 灵敏段基波零序电压保护，动作于信号时,其动作方程为:Un0 U0zd式中Un0为发电机中性点零序电压，U0zd为零序电压定值。灵敏段动作于跳闸时，还需主变高、中压侧零序电压闭锁，以防止区外故障时定子接地基波零序电压灵敏段误动。对于RCS-9
4、85B装置，零序电压取自发电机中性点处，灵敏段动作于 跳闸时，需经机端开口三角零序电压闭锁，这主要是为了防止在高、中 压侧发生接地短路时，高、中压侧的零序电压经过变压器绕组间的耦合 电容传递到低压侧，造成灵敏段的零序过电压保护误动。因此当高、中 压侧的零序电压大于40V时将灵敏段的零序过电压保护闭锁 2. 高定值段基波零序电压保护，取中性点零序电压为动作量，动作方 程为：Un0 U0hzd 高定值段可单独整定动作于跳闸。2.2 三次谐波电压比率定子接地保护上述基波零序过电压保护对于中性点附近的单相接地短路是存在死区 的。虽然正常运行时中性点的电压很低，发电机的定子绕组又是全绝 缘的，中性点附近
5、发生接地短路的几率较少。但是不能完全排除中性 点附近发生接地短路的可能性。因此规程规定对容量小于100MW的发电机变压器组中的发电机定子 接地保护中可只装设保护范围不小于90%的基波零序过电压保护。但 对容量大于等于100MW的发电机变压器组中的发电机一定要配置能 对100%的定子绕组发生接地短路的保护。100%的定子绕组接地短路保护的一种方案是用三次谐波电压和基波 零序过电压两种保护联合构成。三次谐波电压定子接地保护对于中性 点附近的单相接地短路有很高的灵敏度，它与基波零序过电压保护正 好有互补性。所以可用这两个保护联合构成100%的定子绕组接地短 路保护。中性点 3U01. 三次谐波电压比
6、率定子接地保护三次谐波电压比率判据只保护发电机中性点25左右的定子接地， 机端三次谐波电压取自机端开口三角零序电压，中性点侧三次谐波电 压取自发电机中性点TV。 三次谐波保护动作方程:U3TU3N K3WZD 式中: U3T、U3N为机端和中性点三次谐波电压值,K3wzd为三次谐波电 压比值整定值。机组并网前后，机端等值容抗有较大的变化，因此三次谐波电压比 率关系也随之变化，本装置在机组并网前后各设一段定值，随机组出 口断路器位置接点变化自动切换。三次谐波电压比率判据可选择动作于跳闸或信号。2. 三次谐波电压差动定子接地保护：三次谐波电压差动判据：式中U3T和U3N为机端、中性点三次谐波电压向
7、量，Kt为自 动跟踪调整系数向量，Kre为三次谐波差动比率定值。本判据 在机组并网后且负荷电流大于0.2Ie(发电机额定电流)时自动投 入。三次谐波电压差动判据动作于信号。发电机定子接地保护定值 序号定值名称定值范围整定步长 1零序电压定值 1.00 20.00 V0.01 V 2零序电压高定值 1.00 20.00 V0.01 V 3零序电压延时 0.00 10.00 S0.01 S 4并网前三次谐波比率定值 0.50 10.000.01 5并网后三次谐波比率定值 0.50 10.000.01 6三次谐波差动比率定值 0.10 2.000.01 7三次谐波保护延时 0.00 10.00 S0
8、.01 S 8跳闸控制字 0000 FFFF 以下是运行方式控制字整定1表示投入，0表示退出 1零序电压保护报警投入0，1 2零序电压保护跳闸投入0，1 3三次谐波电压比率判据投入0，1 4三次谐波电压差动判据投入0，1 5三次谐波电压保护报警投入0，1 6三次谐波电压比率跳闸投入0，1 7零序电压高定值段跳闸投入0，1发电机定子接地保护逻辑框图基波零序电压定子接地保护逻辑框图 三次谐波电压定子接地保护逻辑框图 二 发电机转子接地保护发电机转子接地 当励磁绕组及其相连的直流回路发生一点接地故障时，由于没有形 成短路回路，接地点并没有故障电流，所以并不会产生严重的后果。但 是如果继发第二点接地故
9、障时，接地点流过的故障电流将烧伤转子本体 。部分转子绕组被短接，励磁绕组中电流增加将因过热而烧伤。 部分励磁绕组被短接以后气隙磁场发生的畸变会造成转子振动的加 剧（这一点对于水轮发电机尤其严重）此外两点接地后还可能发生轴系 和汽轮机的磁化。这些都将严量威胁发电机的安全。 中、小型汽轮发电机除装设励磁回路一点接地保护外还需装设专门 的转子两点接地保护，保护动作于跳闸。在一点接地保护动作发信号后 应立即投入两点接地保护，机组还允许继续运行。为避免发生瞬间的两 点接地时不必要地停机，两点接地保护应延时(0.51.0)秒动作于停机。 同时高灵敏的单元件横差保护也加一(0.51.0)秒的延时。 2.1
10、切换采样式（乒乓式）转子一点接地保护 设在转子绕组的K处发生经对地绝缘电阻为Rg的一点接地短路。K点到转子正 电压端的绕组匝数占转子总绕组匝数的百分比为a。S1和S2为两个电子开关，由 时钟脉冲控制它们轮流导通（约每秒钟一次）。转子绕组上的电压U和S1、S2两 端的电压U1、U2为保护装置的测量值。U1的电压上端为正，下端为负。U2的电 压下端为正，上端为负。由于短路点位置a和对地绝缘电阻Rg是两个未知数，因 而需在下述两种状态下列出两个方程进行联立求解。在立方程式时可把两个接地 点直接相连来分析。在保护装置 RCS985内部I1I2I3状态1：S1断开、S2闭合，测得U1和U。据接点电流定理
11、可得：状态2：S1闭合、S2断开，测得U2和U。据接点电流定理可得：联立求解上两式可以求得Rg和a。在这两种状态间隔的短时间内转子绕组两 端的电压U认为不变时，求得Rg和a为：继电器动作方程为：在RCS-985保护中Rset定值分两段。灵敏段动作于信号，定值一般可整定为 20-80K，普通段带延时可动作于信号或跳闸（可选择）。对于水轮发电机和 空冷或氢冷的汽轮发电机普通段定值可整定为20K。2.2 转子两点接地保护若转子一点接地保护动作于报警方式，当转子接地电阻Rg小 于普通段整定值，转子一点接地保护动作后，经延时(15S)自 动投入转子两点接地保护，当接地位置改变达一定值时(装置 内固定为3
12、%),判为转子两点接地，动作于跳闸。发电机转子接地定值序号定值名称定值范围整定步长1一点接地灵敏段电阻定值0.10 100.00 k0.01 k2一点接地电阻定值0.10 100.00 k0.01 k3一点接地延时 0.00 10.00 S0.01 S4两点接地二次谐波电压定值 0.10 10.00 V0.01 V5两点接地延时定值 0.00 - 10.00 S0.01 S6跳闸控制字 0000 FFFF1以下是运行方式控制字整定1表示投入，0表示退出1一点接地灵敏段信号投入0，12一点接地信号投入0，13一点接地跳闸投入0，14两点接地保护投入0，15两点接地二次谐波电压投入0，1转子一点接
13、地逻辑图转子二点接地逻辑图三 启停机保护 发电机启动或停机过程中，配置反应相间故障的保护和定子接地 故障的保护。 对于发电机定子接地故障，配置一套零序过电压启停机保护。 对于发电机、变压器、厂用变、励磁变的故障，根据需要各配 置一组差回路过流保护。具体配置见保护定值单。 由于发电机启动或停机过程中，定子电压频率很低，因此保护采 用了不受频率影响的算法，保证了启停机过程中对发电机的保护。 启停机保护经控制字整定，需选择“低频元件闭锁”投入。发电机启停机保护定值 序号定值值名称定值值范围围整定步长长 1频率闭锁定值40.0 50.0 Hz0.01 Hz 2主变差流定值 0.1 - 10.0 (Ie
14、)0.01 (Ie) 3高厂变差流定值 0.1 - 10.0 (Ie)0.01 (Ie) 4发电机差流定值 0.1 - 10.0 (Ie)0.01 (Ie) 5裂相差流定值 0.1 - 10.0 (Ie)0.01 (Ie) 6励磁变差流定值 0.1 - 10.0 (Ie)0.01 (Ie) 7跳闸控制字 0000 - FFFF1 8定子零序电压定值 5 25.0 V0.01 V 9定子零序电压延时 0.5 10.0 S0.01 S 10跳闸控制字 0000 - FFFF1 以下是运行方式控制字整定1表示投入，0表示退出 1主变差流判据投入0，1 2高厂变差流判据投入0，1 3发电机差流判据投入0，1 4裂相横差差流判据投入0，1 5励磁变差流判据投入0，1 6零序电压判据投入0，1 7低频闭锁 功能投入0，1谢 谢！
