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大型发电机变压器继电保护整定与计算导则.pdf

式中：Ig一一发电机额定电流； I2n一一互感器TA0的二次额定电流。 动作电流Iop按外部短路不误动的条件整定。当横差保护的三次谐波滤过比大于或等

15时，其动作电流为 Iop=(0.20~0.30)Ign/na (11) 在励磁回路一点接地保护动作后，发电机可继续运行，为防止励磁回路发生瞬时性 第二点接地故障时横差保护误动，应切换为带0.5～1.0s延时动作于停机。 b)高灵敏单元件横差保护 图4中的TA0(包括TA01和TA02)均为环氧树脂浇注的单匝母线式互感器(LMZ型)， 应满足动、热稳定的要求。 高灵敏单元件横差保护用的互感器变比na，根据发电机满载运行时中性点连线的最 大不平衡电流，可选为600/Im、400／I2n、200/I2n、100/I2n。初步设计时，宜选前三组 2ad 为了减小动作电流和防止外部短路时误动，在额定频率工况下，该保护的三次谐波 滤过比K3应大于80。 高灵敏单元件横差保护动作电流设计值可初选为0.05Ign／na。 作为该保护动作电流的运行值应如下整定： 1)在发电机作常规短路试验时，实测中性点连线电流的基波和三次谐波分量大小(Lumb 和Ih3)，此即单元件横差保护的不平衡电流一次值，如图5的OC和OA(近似线性)。

15时，其动作电流为 Iop=(0.20~0.30)Igm/n。

2)将直线OC和OA线性外推到kmx(发电机机端三相短路电流)，得直线OCD和OAB， 确定最大不平衡电流Iumb.1.max和Iumb.3.max9 3)计算和整定动作电流运行值

GA／T 1038.1-2012标准下载2)将直线OC和OA线性外推到k.m 确定最大不平衡电流Imb.1.max和Iumb.3.max 3)计算和整定动作电流运行值

op=KKab1max+(Imb3.mex / K)

式中：Krel一一可靠系数，取1.3～1.5； K—非周分量系数，取1.5~2.0； K一—三次谐波滤过比，K≥80。 4)如不装励磁回路两点接地保护，则高灵敏单元件横差保护兼顾励磁回路两点接地 故障的保护，瞬时动作于停机。 5)如该保护中有防外部短路时误动的技术措施，动作电流Iop只需按发电机额定负荷 时横差保护的不平衡由流整定

本保护反应发电机相间、匝间短路和分支开焊故障。 如图6所示，该发电机每相6并联分支装设3套差动保护，即： 不完全纵差保护1(2、4、6分支的TA1与TA2)：

裂相横差保护2(1、3、5分支的TA1与2、4、6分支的TA1)； 高灵敏单元件横差保护3(TA0)。 保护1和3已经阐明，这里只讨论裂相横差保护2。

1一不完全纵差保护 2一裂相横差保护； 3一高灵敏单元件横差保护

(a)每相6并联分支装3套差动保护； (b)裂相横差保护原理图 图6多分支分布中性点水轮发电机综合差动保护二次接线图 裂相横差保护就是将一台每相并联分支数为偶数的发电机定子绕组一分为二，各配以电

opo=(0.15~0.30)1gn/n

Ires.0≤(0.8~1.0)Ign / na

同，或者仍用相同变比na=2Ig／I2，增设中间互感器；微机保护可用软件调平衡。

4.1.7纵向零序过电压保护

发电机定子绕组同分支匝间、同相不同分支间或不同相间短路时，会出现纵向(机端 对中性点)零序电压，该电压由专用电压互感器(互感器一次中性点与发电机中性点相连， 个 接地）的开口三角绕组取得。 a)零序过电压保护的动作电压Uoop设计值可初选为

U0.op=2~3(V)

b)为防止外部短路时误动作，可增设负序方向继电器，后者具有动合触点，当发电机内 部短路时，触点闭合。 c)三次谐波电压滤过比应大于80。 d该保护应有电压互感器断线闭锁元件，

发电机定子绕组内部短路时产生的负序电流，可以用装设在转子回路中的电抗变压 器以二次谐波电压的形式来反应。 该保护的二次谐波动作电压Uop，应按下述原则整定：在发电机长期允许的负序电流 2下，实测转子回路中的电抗变换器输出二次谐波电压U2，则 U=KU

实测2是在做发电机常规短路试验时，在很低的励磁电压下，作机端两相稳态短 压变化范围大，为空载额定励磁电压的6～8倍，可靠系数Kc应取较大值，一般为1.5～2.0。 发电机外部短路时，转子电流中也有二次谐波，因此必须增设机端的负序方向元件 作闭锁。 负序功率方向元件采用动合触点。当发电机内部短路时，负序功率由发电机流入系 统，方向元件动合触点闭合。为防止外部短路暂态过程中此保护瞬时误动，保护应增设0.1 0.2s延时

4.1.9故障分量负序方向保护

利用故障分量负序电压和电流(AU2和△I2)，构成故障分量负序方向保护，其动作判 据为

△P, = 3R 式中：△12—△I2的共轭相量；

△P=3R U2△12esen.2

式中：△12—△I2的共轭相量； 2 一负序方向灵敏角，一般取75°

故障分量负序方向继电器是一种方向元件，其阈值&p2很小，具体数值由继电器制 造厂家供给，一般不作整定计算。 故障分量负序方向保护无需装设TV或TA的断线闭锁元件，但TV断线应发信号： 保护较简单；但当发电机未并网前，因△I=0，保护失效，为此还应增设各种辅助判据， 其原理和定值整定随各制造厂家而异，详见厂家技术说明书。

4.2发电机相间短路后备保护

大机组所在电厂的220kV及以上电压等级的出线，要求配置双套快速主保护，并有 比较完善的近后备保护，不再强调要求发一变组提供远后备保护。大型发一变组本身已配备 双重或更多的主保护（例如，发电机纵差、变压器纵差、发一变组纵差、高灵敏单元件横差 等)。尽管如此，大机组装设简化的后备保护仍是必要的。 对于中小型机组，不装设双重主保护，应配置常规后备保护，并使其对所连接高压 母线和相邻线路的相间短路故障具有必要的灵敏度。

该保护由负序过电流元件及低电压启动的单相过电流元件组成。 a)负序过电流元件的动作电流Ip.2按防止负序电流导致转子过热损坏的条件整定，一般 按下式整定

(0.5~0.6) op.2 na

间接冷却式汽轮发电机用0.51：水轮发电机用0.6l

1op2= (√A / 120)1m / na 其他发电机可用 A值由电机制造厂给定。

k.min2 Iona

式中：Imn2—主变压器高压侧母线金属性两相短路时，流过保护的最小负序电流。 要求灵敏系数Ksen≥1.5。 b)单相过电流元件的动作电流Iop.1按发电机额定负荷下可靠返回的条件整定

式中：Krel—一可靠系数，取1.3～1.5； K一返回系数，取0.85～0.95。 灵敏系数按主变压器高压侧母线两相短路的条件校验

中：Krel 一可靠系数，取1.3～1.5； 一返回系数，取0.85～0.95 灵敏系数按主变压器高压侧母线两相短路 条件校验

op.1=K1m/Kn

op.1=K1m/Kn

式中：kmn—主变压器高压侧母线金属性两相短路时，流过保护的最小短路电流。 要求灵敏系数Ksen≥1.2。 c)低电压元件接线电压，动作电压Uop可按下式整定。 对于汽轮发电机

式中：Ugm 发电机额定电压； 电压互感器变比。 对于水轮发电机

灵敏系数按主变压器高压侧母线三相短路的条

Uopn K= X.1(3

式中：kmax一一主变高压侧母线金属性三相短路时的最大短路电流； X一一主变压器电抗，取X=Z。 要求灵敏系数Ksen≥1.2。 低电压元件的灵敏系数不满足要求时，可在主变压器高压侧增设低电压元件。 d)时间元件。复合过电流保护的动作时限，按大于升压变压器后备保护的动作时限 整定，动作于解列或停机。当整定时限与保证发电机安全所允许时限（例如It≤A，转子 负序过负荷允许时限)有予盾且没有负序电流反时限保护时，应以发电机安全的允许时限为 准

保护装置由负序电压及线电压启动的过电流元件组成。 单相电流元件的动作电流，低电压元件的动作电压的整定及灵敏系数校验与4.2. 相同。 负序过电压元件的动作电压按躲过正常运行时的不平衡电压整定，一般取

(0.06~0.08)Ugm 一 n

灵敏系数按主变压器高压侧母线两相短路的条件校验

U2.min Uon

式中：U2min一主变高压侧母线二相短路时，保护安装处的最小负序电压。 要求灵敏系数Ksen≥1.5。 保护动作时间同4.2.1。 当以上保护不满足要求时，采用低阻抗保护。 4.2.3 低阻抗保护 见5.5.7。 4.3 1 定子绕组单相接地保护 我国发电机中性点接地方式主要有以下三种： 不接地(含经单相电压互感器接地)； 经消弧线圈(欠补偿)接地； 经配电变压器高阻接地。 在发电机单相接地故障时，不同的中性点接地方式，将有不同的接地电流和动态过 电压以及不同的保护出口方式。 发电机单相接地电流允许值见附录A。 当机端单相金属性接地电容电流Ic小于允许值时，发电机中性点应不接地，单相接 地保护带时限动作于信号；若Ic大于允许值，宜以消弧线圈(欠补偿)接地，补偿后的残余电 流(容性)小于允许值时，保护仍带时限动作于信号；但当消弧线圈退出运行或由于其他原因 使残余电流大于允许值时，保护应切换为动作于停机。 发电机中性点经配电变压器高阻接地时，接地故障电流大于√2Ic，一般情况下均 将大于允许值，所以单相接地保护应带时限动作于停机，其时限应与系统接地保护相配合。

4.3.1基波零序过电压保护

该保护的动作电压Uop，应按躲过正常运行时中性点单相电压互感器或机端三相电压互 感器开口三角绕组的最大不平衡电压Uumb.max整定，即 1L=K1

式中：Krel—可靠系数，取1.2~1.3。 Uub.max为实测不平衡电压，其中含有大量三次谐波。为了减小Uop，可以增设三次 谐波阻波环节，使Uumb.max主要是很小的基波零序电压，大大提高灵敏度，此时Uop≥5V， 保护死区≥5%。 应校核系统高压侧接地短路时，通过升压变压器高低压绕组间的每相耦合电容CM传递 到发电机侧的零序电压U大小，传递电压计算用近似简化电路，见图7。

图7中，E为系统侧接地短路时产生的基波零序电动势，由系统实际情况确定，一般 总电容。CM为主变压器高低压绕组间的每相耦合电容，见附录J。Z为3倍发电机中性点 对地基波阻抗。 Ug可能引起基波零序过电压保护误动作。因此，应从动作电压整定值及延时两方

面与系统接地保护配合

对于100MW及以上的发电机，应装设无动作死区(100%动作区)单相接地保护。 种保护方案是基波零序过电压保护与三次谐波电压保护共同组成100%单相接地保护。 电压互感器变比为： 机端TV

Ugn /100 /100， n、= Uen n /100V √3

如发电机中性点经消弧线圈或配电变压器接地，保护装置应具有调平衡功能，否则 应增设中间电压互感器。 设机端和中性点三次谐波电压各为U，和U，，三次谐波电压单相接地保护可采用以下 两种原理：

实测发电机正常运行时的最大三次谐波电压比值设为do，则取阈值a=(1.05～1.15)ao。 根据发电机定子绕组对地电容和中性点对地三次谐波阻抗的大小，见图8，可计算ao。ad 可能小于或大于1.0。

式中分子为动作量，调整系数Kp，使发电机正常运行时动作量最小。然后调整系 数β，使制动量βU。在正常运行时恒大于动作量，一般取β=0.2～0.3。 动作判据1)的保护装置简单，但灵敏度较低。动作判据2)较复杂，但灵敏度高。 定子绕组单相接地保护中的三次谐波部分只动作于信号。

U U. M/2 L

GBT 51419-2020 无线局域网工程设计标准电机 三次谐波相电动势：E3 系统高压侧 二次

一发电机中性点对地三次谐波感抗或电阻的三倍；C一发电机每相对地电容之半

一发电机中性点对地三次谐波感抗或电阻的三倍；C一发电机每相对地电容之半 C2一机端外接元件每相对地总电容；CM一主变压器高低压绕组间每相耦合电容 图8发电机三次谐波电压分析计算用等值电路

中性点经配电变压器高阻接地的定子绕组单相

4.3.3 中性点经配电变压器高阻接地的定子绕组单相接地保护 接于配电变压器(变比n)二次侧的电阻Rv，应按机端单相接地时由Rv产生的电阻电流 大于电容电流选定，即

R≤1/(30Cg,n)

式中：C：一 一发电机及机端外接元件每相对地总电容。 a)基波零序过电压保护。与4.3.1相同，但此保护用在中性点经配电变压器高阻接地 的发电机上，灵敏度较低。 b)三次谐波电压单相接地保护。与4.3.2相同。 c)95%定子绕组单相接地基波零序过电流保护。该保护装设在发电机中性点接地连线的 电流互感器上，保护应具有三次谐波阻波部件，其动作电流为

式中：Ker一一电流互感器比误差系数，取为3%； △U%—一机端电压变化百分值，取为10%； na一电流互感器变比； I2一一电流互感器二次额定电流； △Ier一一保护继电器误差，取为5%。 保护经0.5s延时动作于停机。

式中：Ker一电流互感器比误差系数，取为3%； △U%—一机端电压变化百分值，取为10%； na一电流互感器变比； I2n一一电流互感器二次额定电流； △Ier一一保护继电器误差中空微珠无机保温砂浆外墙外保温工程施工方案，取为5%。 保护经0.5s延时动作于停机。 4.3.4 外加交流电源式100%定子绕组单相接地保护