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1、15MW发电机组发变组继电保护配置应用6700字 摘要：本论文就15MW发电机变压器组单元，在保护要求、设置、原理等方面作了相关探析,旨在从继电技术的运用对提高发电厂主设备安全、稳定性来阐述其重要作用。现行的继电保护技术主要是微机继电保护系统，其速动性能、稳定性能和安全性能等都优于传统的保护技术。 毕业关键词：发电机机组继电保护配置15MW一、概述 (一)发电机组对继电保护的要求 对于动作跳闸的继电保护，在技术上要求满足四个基本要求，即选择性、速动性、灵敏性和可靠性。当前，发电机-变压器组单元制接线在各发电厂得到了广泛应用，在单元内每个元件可能出现的故障和不正常运行状态，其继电保护装置应能反应
2、发电机和变压器单独运行时所应该反应的那些故障和不正常运行状态。但由于设备成组连接，中间无断路器和隔离开关，相当于一个工作元件，因此可以将发变组某些性能相同的保护合并成一个对全组公用的保护。这样的结合，可以使发变组单元的继电保护配置变得简单和经济。 （二）发电机组的继电保护配置 发电机组的安全运行对保证电力系统的正常运行和电能质量起着决定性的作用，同时也是十分贵重的电气设备，结构复杂，一旦发生故障遭到破坏，其检修难度较大，检修时间较长，要造成的经济损失非常之大，因此因针对各种不同的故障和不正常运行状态，装设性能完善的继电保护装置。 1、发变组保护的配置 （1）机组保护可以分为短路保护和异常保护两
3、大类： 1）短路保护：用以反应被保护区域内发生的各种类型的短路故障，这些故障将造成机组的直接破坏，这类保护很重要，所以为防止保护装置或断路器举动，又有主保护和后备保护之分。 2）异常保护：用以反应各种可能给机组造成危害的异常工况，但这些工况不能或不能很快造成机组的直接破坏，这类保护装置，一般都装设一套专用的继电器，不设置后备保护。 （2）发电机的故障有以下几种： 1）定子绕组相间短路； 2）定子绕组一相的匝间短路； 3）定子绕组单相接地故障； 4）转子绕组一点接地或两点接地故障； 5）转子励磁回路励磁电流消失。 （3）发电机不正常运行状态主要有下列几种： 1）由于外部短路引起的定子绕组过流；
4、2）由于负荷超过发电机额定容量而引起的三相对称过负荷； 3）由外部不对称短路或不对称过负荷而引起的发电机负序过电流和过负荷； 4）由于突然甩负荷而引起的定子绕组过电压； 5）由于励磁回路故障或强励时间过长而引起的转子绕组过负荷。 6）由于汽轮机主汽门关闭而引起的发电机逆功率。 （4）变压器内部故障主要有以下几种： 1）油箱内部故障包括相间短路、接地短路、匝间短路以及铁芯的烧损； 2）油箱外部故障主要是套管和引出线上发生相间短路和接地故障。 （5）变压器的不正常运行状态主要有： 1）由于变压器外部短路引起的过电流和外部接地短路引起的过电流和中性点过电压； 2）由于负荷超过额定容量引起的过负荷以及
5、由于漏油等原因引起的油面下降。 针对上述故障类型和不正常运行状态以及机组的特点，根据中华人民共和国行业标准继电保护和安全自动装置技术规程，发变组保护应装设的保护类型有： （1）定子绕组相间短路 （2）定子绕组接地短路 （3）定子绕组匝间短路 （4）发电机差动保护 （5）定子绕组过电压 （6）定子绕组过负荷 （7）转子绕组过负荷 （8）定子绕组负序过负荷 （9）励磁回路一点及两点接地保护 （10）励磁变压器过流保护 （11）变压器差动保护 （12）变压器瓦斯保护 （13）复压过流保护 2、保护装置的控制对象 各保护装置动作后所控制的对象，依保护装置的性质、选择性要求和故障处理方式的不同而不同，对
6、于发电机变压器组，分别动作于： （1）全停：关汽机主汽门，跳发变组出口开关，跳灭磁开关、跳厂用分支开关，启动厂用电快切装置、使本机厂用电切换至启备变转带。 （2）切换厂用电：跳厂用分支开关，启动厂用电快切装置、使本机厂用电切换至启备变转带。二、发-变组继电保护装置的选择 以南京电力自动化厂生产的ND200型微机式发变组保护为例，整套装置分为两个柜，6个CPU，其分配如下： 保护A柜： ICPU1:基波定子接地保护。 II CPU2:1、转子一点接地；2、转子二点接地；3、复合电压过流保护；4、发电机过负荷（定时限、反时限）。 III CPU3:1、失磁保护；2、负序过流（定时限、反时限）；3、
7、励磁绕组过流。 保护B柜： ICPU1:1、主变差动保护；2、主变过负荷保护；3、过流启动通风。 II CPU2:主变负荷电压过流保护； III CPU3:1、主变轻瓦斯；2、主变重瓦斯；3、主变压力释放；4、主变温度高；5、主变冷却器全停。 CPU4:1、厂用分支差动保护；2、厂用分支复压过流保护；3、厂用分支过负荷保护； NDSCX11三相操作箱：对发变组主开关进行操作。三、发变组继电保护原理及逻辑 1、发电机定子接地保护 （1）原理： 15MW发电机中性点采用不接地方式运行，因此，发电机定子单相接地具有一般中性点不接地系统单相接地的特点，不同之处在于系统的零序电压将随定子接地的位置而改变
8、。假设A相定子绕组在距中性点a%定子绕组匝数处d点接地，此时，各相对地不对称，三相对地电压的向量和就是系统产生的零序电压，其值为-a%EA，当只考虑零序电压的大小时零序电压UD0=a%U，这个等式表明，系统的零序电压与故障点位置所决定的a%成正比，当机端接地时，a%=1，UD0为故障相的相电压，当中性点接地时，a%=0，UD0为0，相对应的零序电流情形相同。因此，无论是反应零序电压的或零序电流的接地保护均存在死区，死区在中性点附近。我公司采用基波零序电压定子接地保护，是以机端保护PT开口三角的电压作为动作判据。保护范围为除中性点附近外的定子接地的85%-95%，故障点越靠近机端，灵敏性越好。若
9、故障不能及时发现，一种可能是进一步发展成匝间或相间短路，另一种可能是若在其他地方发生接地，则形成两点接地短路。 （2）其动作逻辑如下： 机端零序电压定值 t/0 全停 2、发电机转子接地保护 （1）原理： 1）转子一点接地保护。转子一点接地不会对发电机构成直接危害，但作用在励磁系统对地绝缘介质上的电压升高，因而可能在绝缘薄弱环节处导致第二点接地。要求保护能反映任一点发生的接地故障。评价保护的灵敏度时使用故障点对地之间的过渡电阻来定义大小，若过渡电阻为R，保护装置处于动作边界上，则称保护装置在该点的灵敏度为R。保护整定电阻的公式中改变K2的值可以改变转子一点接地保护定值，其余都为电路中的固定常数
10、，一般R取10K及以上。 其动作逻辑如下： Rf定值 t/0t1 仅发信或发信且解列、解列灭磁 & U2定值 +t2仅发信或发信且停机 U线定值t/0发信 2）反时限动作逻辑如下： 仅发信或发信且停机电流满足曲线 按反时限曲线时间 反时限动作时间与过电流倍数关系：Kt = -I2* ?C 1式中：I*为发电机定子电流标幺值K为发电机定子绕组允许发热时间的常数 5、发电机失磁保护 （1）原理：本保护以机端失磁阻抗圆为主判据，转子低电压和系统低电压为辅助判据，防止运行中转子失磁或欠励造成进相运行，破坏系统稳定和损坏发电机。发电机从失磁开始到进入稳态异步运行，一般分为三个阶段： 1）失磁后到失步前：
11、转子电流逐渐衰弱，发电机感应电动势随之减小，发电机的电磁功率开始小于原动机的机械功率，于是转子逐渐加速，使功角随之增大，电磁功率又要回升，二者补偿基本上保持电磁功率不变。同时，发电机将从并列运行的电力系统中吸收感性无功维持机端电压。此时，机端的测量阻抗为一个圆的方程，称为等有功阻抗圆。 2）临界失步点：当功角=900时，发电机处于失去静稳定的临界状态，此时机端的测量阻抗也为一个圆的方程，称为临界失步阻抗圆，也称等无功阻抗圆。 3）失步后的异步运行阶段：当发电机超速后，会感应出频率为ff-fs的电流，此电流产生异步制动转矩，当异步制动转矩与原动机转矩达到新的平衡时，即进入稳定的异步运行。 利用失
12、磁后发电机定子各参数变化的特点构成失磁保护。采用机端阻抗圆作为主判据,转子低电压及系统低电压作为辅助判据的方案,阻抗圆可以静稳圆或异步圆进行整定。 （2）其动作逻辑如下： 系统低电压定值 &t3/0发信 阻抗圆满足 & t/0 + t1/0 发信且切换励磁 PT断线 & t2/0发信或发信且停机 Ufd转子低电压 6、发电机负序过流保护 （1）原理：当电力系统中发生不对称短路或在正常运行时三相负荷不平衡时，在发电机定子绕组中将出现负序电流，此电流在发电机气隙磁场中建立的负序旋转磁场相对于转子为两倍的同步转速，因此在发电机转子绕组及转子铁心等部件上感应于100HZ的备频电流，该电流使得电流密度很
13、大的某些部位（如转子端部、护环内表面），可能出现局部灼伤，可能使护环受热松动，导致发电机的重大事故。此时，负序气隙旋转磁场与转子电流之间以及正序气隙旋转磁场与定子负序电流之间所产生的100HZ交变电磁转矩，将同时作用在转子大轴和定子基座上，从而引起100HZ振动。本保护实际上是对定子绕组电流不平衡而引起转子过热的一种保护。 （2）保护动作判据： 1）定时限动作逻辑如下： I2 定值 t/0 发信 2）反时限动作逻辑如下： 仅发信或发信且全停I2满足曲线按反时限曲线时间 反时限动作时间与负序电流倍数关系：At = - I22* ?C I22式中：I2*为发电机负序电流标幺值I2为发电机长期允许负
14、序电流标幺值A为转子表层承受负序电流能力的常数 7、发电机励磁过流保护 （1）原理： 本保护反应发电机励磁系统故障或强励时间过长引起的励磁绕组过电流。我公司电流取自励磁变压器高压侧电流互感器，动作电流整定按照正常运行的额定励磁电流下能可靠返回的条件整定，Idz=Krel*I/Kr。 （2）保护动作逻辑如下： I定值 t/0 全停 8、发变组差动保护 （1）原理：差动保护是发电机内部及外部回路相间短路的主保护，它能快速而灵敏的切除故障，同时在正常运行及外部回路故障时，又能保证动作的选择性和工作的可靠性。 差动速断保护：当三相差流的任一相大于整定值，保护动作出口。按照躲过变压器空投时的励磁涌流和外部短路故障时的最大不平衡电流整定，整定值为3A，动作于全停。正常运行时，由于各种原因产生不平衡电流：1）由变压器励磁涌流产生的；2）由变压器两侧相位不同产生的；3）由CT计算变比和实际变比不同而产生的；由两侧互感器型号不同而产生的；4）由变压器带负荷调整分接头产生的。 比例差动保护：本保护采用二次
