发电厂继电保护整定计算大唐

发电厂继电保护整定计算北京中恒博瑞数字电力有限公司二零一零年五月目录继电保护基本概念 4.一、电力系统故障 4二、继电保护概念 4三、对继电保护提出的四个基本要求（四性）及其相互关系 4标幺值计算 7.一、定义 7二、基准值选取 7三、标幺值计算 7元件各序等值计算 9.一、设备类型： 9二、等值原因 9三、主要元件等值 91输电线路及电缆 92变压器 113发电机 144系统 145电容器 156电抗器 15不对称故障计算 1.6.一、原理（求解方法） 16二、各种不对称故障故障点电气量计算 17三、保护安装处电气量计算 19四、举例 22阶段式电流保护 2.5.一、I段（电流速断保护） 25二、II 端（延时速断） 25三、III 端（延时过流） 26阶段式距离保护 3.0.一、基础知识 30二、阶段式相间距离保护 31三、阶段式接地距离 32阶段式零序电流保护 3.4.一、基础知识 34二、阶段式零序电流保护整定 34发电厂继电保护整定计算概述 3.61、典型接线 362、发电厂接地方式 363、元件各序参数计算 364、故障计算 375、电厂保护配置特点 37发电机差动保护（比率制动式） 3.91. 原理 392不平衡电流 393比率制式差动保护 39变压器（发变组）差动保护（比率制动） 4.21原理 422平衡系数问题 423相移问题 434零序电流穿越性问题 445变压器的励磁涌流及和应涌流 446不平衡电流的计算 457整定计算 46发电机失磁保护 4.8.1. 基本知识 482. 失磁后果 493. 失磁过程 494. 保护 51发电机失步保护 5.2.1、发电机失步原因 522、振荡时电气量的变化 523、失步保护原理及整定 53发电机定子接地保护 5.5.1故障分析 552. 基波零序电压保护 553. 三次谐波电压保护 56厂用电保护 5.7.一、低压厂用电保护（ 400V 接地，电网的最末端） 57二、低压厂变保护（ 6kV/400V ） 59三、高压电动机 62四、高厂变（启备变）保护 64五、励磁变电流保护 67六、励磁机保护（主励磁机） 68七、高压馈线保护 69继电保护基本概念、电力系统故障1类型:单相断相：纵向；后果并不严重，单重还利用了非全相状态I两相非故障设备。 系统瓦解、崩溃。短路：横向，电压下降、电流急剧增加。KK(1 . 1)二接地故障K(2) LJK(3)丄相间故障2.几率：K（1）、K(2)、K(1 . 1)、K(3)3.后果：1）影响正常供电。2）损坏故障设备、3）系统稳定破坏,、继电保护概念定义：能反映电力系统故障，并作用于断路器或发出生信号的一种自动装置 在每一个需要保护的设备上配置。三、对继电保护提出的四个基本要求（四性）及其相互关系1 选择性：有选择地切除故障。 ”1）只切除故障设备。二 H2）尽可能缩小停电范围思考：如何保证？通过保护原理、整定计算。反映单侧电气量通过整定计算彳二 q保证选择性-反映两侧电气量通过原理2. 速动性：尽可能快。因为故障持续时间越长，后果越严重。1）与选择性间的矛盾：为什么很多保护（反映单侧电气量保护）人为加 延时。解决：如果系统、保护对象能承受，优先保证选择性。否则牺牲选择性， 保证速动性。2）与可靠性间的矛盾，速度越快，可靠性越差，因为延时意味着保护动 作判据连续判别成立，有一次不成立，判据返回、延时清零，不易误动 和拒动；而速断保护判据成立一次就出口，易误动。解决：如果系统、保护对象能承受，速动保护可适当加延时。3. 灵敏性：对保护范围内各种故障的反应能力。一个保护，总是期望其保护范围是稳定的，对于各种方式下各种故障类 型均灵敏反映，但实际上做不到，或者说其保护范围是变化的，所以为保证 最不利情况下满足规定的最小保护范围要求，灵敏性要求保护范围尽可能 大。与选择性构成了一对尖锐矛盾。通过整定计算协调。4. 可靠性：不误动、不拒动 由保护的配置、原理、质量决定。误动、拒动，从后果危害程度看，拒动危害大-提高可靠性问题转化为 解决拒动问题解决办法是保护双重化（即每个保护对象，提供两个独立保护）。1）对于中低压系统，女口 110kV系统或厂用电系统，辐射型结构，一般 是采用反应单侧电气量保护，当地、远方构成双重化。这种双重化的特点是：-动作慢（缺点）可以解决保护拒动或者断路器拒动。（优点）2）对于高压系统（220kV，同步运行系统，存在稳定性问题）或者需快 速切除故障的系统，采用全线速动保护，采用反应两侧电气量保护，当 地配置两套独立保护。这种双重化的特点是：-动作快（优点）无法解决DL拒动，要加失灵保护。（缺点） 注意：双重化解决拒动，放大了误动。5 结论：1）了解四性本来的含义。2）四性之间不是孤立的、静止的，相互之间是关联的、矛盾的。在实际 工作中应根据具体情况，具体处理。3）软件的定位理解， 软件是一个工具， 可以帮助提高计算的效率和准确 性，但软件代替不了人，在处理上述问题时，人是第一位的。54标幺值计算、定义有名值计算缺点：a）不同电压等级反复折算b）不易形成相对的概念一般电力系统的各种计算，包括潮流计算、短路计算、整定计算，都采用标 幺值计算。标幺值定义二基准下的有名值/基准值。、基准值选取三相电力系统中，计算涉及的电气量有:S：视在功率S=T3UI 开路对于三绕组，情况一样Yo/A；Y =三绕组变压器（以及四绕组 丫0/丫0/丫/ ）接线方式一般肯定有 一个绕组（改善电压波形质量），同时高压侧是大电流接地系统 Yo。最常见：Yo/Yo/，通常通过实验方法实测确定零序参数。I加零序电压，II开路 A= X I + XiiiI开路，II加压I加压，II短路I短路，II加压B= Xii + XiiiC= Xi + Xii | Xiii D= Xii + Xi | Xiii然后三个式子联立，解出各侧阻抗，在归算到统一基准下的标幺3. 发电机发电机是一个有源元件、两端元件。E-1正序：QXi=X dXdZeUe2UB2SbX仁Xd/Xd ZbSeSbSe负序:X2近似X2 = Xi零序:X0Xo = 0.15Xi，但中性点不接地，不考虑。4. 系统是一个等值概念，将一个电网向某个母线（节点）等值而出现的，在等值过 程中考虑运行方式，正序和零序会出现最大和最小参数。Xlmin X imaxXomin Xomax各序等值：一禺仝系统是怎么等值来的?如：等值到M母线11正序：X1min（XdXT1） _XL1，三机全开，双回线运行。32X1max=X d+X T+X L1，开一机，单回线运行。负序同上零序：与变压器接地方式有关，两台主变接地11Xo minXt Xlo2 2X 0max=X t+X L0注：发电机端电压往往是非标的：10、13、17、21，计算时，不能按向就 近的电压等级靠，而是要默认以这个额定电为一个新的电压等级。5. 电容器三相之间无互感。 串补、并补、已知CX1 =X2=Xo二1 SbdC uB6. 电抗器三相之间无互感串、并、已知 Xk、Ie、UeX1 =X2=Xo二Xk分裂电抗器：小结：1）各序等值实际就是确定各序等效阻抗支路及其参数。2）折算到统一标幺。不对称故障计算单相K(1)断相(纵向)短路 K(1.1)| Id(横向)I两相I K(2)K(3)、原理(求解方法)=根据故障类型在故障点各序电气量之间的关系复合序网 =计算出故障点各序电气量。=计算全网各序电气量。以最典型的两侧电源线路系统为例，如图，在线路D点发生不对称故障。、各种不对称故障故障点电气量计算1) K(A)Ip Ic故障点边界条件：Ua=OI B= |C = 0UA 1+ UA 2+ UA 0= 0I A1 = I A2 = I A0由此可知，三个序网是串联的可得故障点各序电流及电压:|A1 =| A2 = | A0 =Uai、 u A2、 Uao故障点电压向量图如图Uai2) K(BC)故障点边界条件：Ia=0Ib=-Ic Ub = Uc|A 1=1( |A3+ a Bl|a 2=( |a3+ aBl2 + ac lZNn A | A1 =-| A2二、U A1= U A2显然，其序网是并联的。可得故障点的各序电流、电压Uai = ?U A2 = ?乙 Z2-3) K(B,C)故障点边界条件：IA =0U B= Uc=0U A1= U A2= U AO显然，其序网是并联的可得故障点的各序电流、电压A1三、保护安装处电气量计算保护安装处（M处）电气量-在各序网中先求出Cildi|A = | A1 I A2+ I A0= I fh+C1l d1+C2 I d2+C I d0=I fh+ -： I A 故障分量（突变量）同理：Ua 二Ufh+ AU讨论：1）故障后的状态=正常状态+故障附加状态E M E N2）关于正常负荷状态的考虑从计算的角度，忽略负荷（规程上规定），按空载下进行计算。对于单侧电源系统，空载是指无负荷电流，比如低压馈供网、发电厂厂 用电就是这种情况。Ifh :ZM+Z MN +Z N3）关于C1和C2:一般而言，全系统中各元件 乙=Z2， C1=C2H Co 0K（2），保护处与故障点电流特征相同（不考虑负荷）K（1），保护处与故障点电流特征不同。K（1.1），保护处与故障点电流特征不同。这就是为什么用软件计算时保护安装处电流量会与习惯上的故障特 征不同的原因。4）线路故障母线电压计算通式：U a = U DA+ U MD=U DA+ U MD1 + U MD2 + U M0=U DA+ I A1Z1+I A2Z2+ I AOZO=U DA+ I AlZl + I A2Z1+ I A0Z1 I A0Z1+ I A0Z0=U da+I aZi+(IaoZo - IaoZi)Z0-Z1=U da+(I a+3Iao)Zi3ZiU da + ( I A + K3I o)Zi1.2|dZ 4注：若存在多个相邻元件，应分别整定，取大者。三、III端（延时过流）I、II构成了主保护当地后备近作用：后备“I远方后备远原则：躲正常运行Ifhmax oiii|dZ-1Kk| fhmaxKh其中 :I fhmax = KzqlfhKzq： 2以上Kh :为什么要考虑？a）定值与正常负荷比较接近。b）继电特征继电特性的形成原因：a）常规型：动作：MdcXMth+MlMC当I增大到IdZ时，上式成立，动作返回：Mth_Mdc+M MC应继续降低I，减小到Mdc到In时，上式成立，返回b）微机型：量化误差和噪声。比如：10位AD 去掉符号位，9位AD 1FFH 511 电流量程：额定5A，出口 10倍le。再加上周期分量，20Ie。o511Jn每位数字量型“”5110100A 5A5A边界值 4.9 ：噪声4.8At Kk= d Ic y Iq +K ( Icy - Ig )Icy Ig其中：Iq：启动定值，(0.20.5) IeKKcKapKerlK max取0.40.7Ig :拐点电流，(0.81) IeK max即ICy T,要求ICd f,比率制动。1 . .ICy = ?(It-In) = Izd，以穿越性电流作制动，叫做制动电流。讨论：区外故障，差动电流就是不平衡电流Ibp，动作特性保证其可靠不误动；内部故障，led =刀I = Id，就是故障点总电流，而制动电流是两者相减再 除2,变得较小。也就是说，制动电流在内部故障时，也会起制动作用，但较小, 不会影响保护正确动作。灵敏度校验：按最不利情况，未并网，端部发生K(2)I cdKLM + K(IzdTg)2按照上述原则整定，灵敏度一定是满足的 结论：1主保护，反映相间故障。2不反应同相匝间、开焊故障。4. 标积制动式动作方程同上。区别：制动量InWcos r:-：J = arg( In, - It ) 正常及区外故障：门=0, Izd就是穿越性电流。 内部：门=180，Izd = 0,这样相对于上式更灵敏5. 不完全纵差rAAA.“tf原理相同，区别仅仅是要引入平衡系数。6. 发电机差动保护的出口发电机侧包括高厂变的高压侧、主变的低压侧，都是小电流接地系统，发生 单相接地故障，一次测的接地电流并不大，几安培，发电机差动保护不动作。所 以差动保护只是针对相间故障的保护， 一旦要跳闸，必定是两相以上的故障，两 相差动元件均动作。为提高保护动作的可靠性，有的保护装置采用了 “循环闭锁” 的出口方式，即至少有两个差动元件动作才出口。但是当发生单相接地后，非故障相对地电压升高，极易在非故障相上再发生 绝缘击穿接地，这就形成了两个不同地点的接地故障，相当于是一种相间故障，短路电流很大。比如，定子绕组A相发生接地后，外部又发生 B相接地，此时B相差动元 件电流是穿越性的，不动作，A相动作，这时循环闭锁出口方式将拒动，可采用 负序电压解除闭锁。ABC变压器（发变组）差动保护（比率制动）1. 原理与发动机差动相同，但存在特殊性。两绕组 I H +|L|Cd : y 三绕组 | H + |M + | LI四分支：瓦|两绕组 （Ih Tl ） / 2cIzd（lcy）max|lH|,|m|,|l|1J 三绕组-（|h|+|m|+|l|）I m axj（） （2 ,、四分支：同上对于三分支以上的情况，制动电流的本质仍然是以穿越性电流作制动。 动作特性：与发电机相同。2. 平衡系数问题对发电机：两侧的一次测流过同一个电流， 不平衡仅是二次侧造成的，几 乎不用考虑。对变压器：由于励磁之路，一次侧本身就不是穿越性的，只是近似的穿越， 而且穿越性电流是存在变比的穿越。平衡系数的整定：选最大Se （实际上不一定选最大，但必须用同一个Se）1）计算一次测额定电流l He=Se.3Uhi| Me=Se一 3U miIl Le=Se、3uli2）计算TA二次侧额定电流l h eTA按丫形接线，lHe=nHl Me lMe=nMnL3）选基准侧假设选高压侧I HeI He贝U Kh =1, Km= -Kl=|Me|Leled二 I h + Km Im + Kl IlIzd 一样，各侧电流先乘平衡系数，再构成 注：为什么一定要用同一 Se区外故障时，两侧流过同一个短路功率3. 相移问题以Y/ -11为例:A对三角形侧，流出电流为两绕组电流差，即:I A? = Ia - I BI B? = IB -I CC? =C - I A在正序电流情况下，两侧电流出现 30度相移，11点，如图所示如果是负序，则是1点常规保护，通过TA补偿，即变压器Y侧TA按厶-11接线。微机保护：两侧TA均用丫接线，对于变压器丫侧，作计算如下:IA =（I Atb）/、3这个计算过程相当于模拟了 丫/ - 11接线，然后再用计算得到的IA、B、 I c与另一侧电流做差动电流和制动电流。正序电流相移后保证了其穿越性； 对于外部不对称故障，存在负序电流，同样，上述移相也保证了穿越性。4. 零序电流穿越性问题1）对丫0/丫0,本来就不存在相移，各序均是穿越性的，不误动。2）对Yo/丫，Y/，Y/Y，接地故障，无穿越性零序电流，不误动3）对 Yo/正、负序穿越的，但零序是不穿越的，丫侧有零序，？侧无零序，会 不会误动？通过上式也滤除了 丫侧零序，这也就是为什么相移时要采用上式。 小结：1）差动速断配合使用。2）多拐点，多斜率比率制动特性，原理相同。3）可作为相间接地、匝间、开焊故障的保护。5. 变压器的励磁涌流及和应涌流变压器正常运行时，磁通是稳态的，数值并不大，励磁支路不饱和，阻抗较 大，励磁电流很小。当变压器空载合闸或外部故障切除电源恢复时， 磁通不能突 变，会产生暂态一个暂态磁通，再加上剩磁，再加上稳态磁通，经过一个较短时 间后会达到峰值，导致铁心饱和，励磁阻抗急剧下降，励磁电流急剧增加。以单 相变压器为例。电源侧：u = Um sin（衣+ a ），忽略电阻和漏抗。d dte = Um sin( dt + a )可得出:0= - 0m COS(3t+ a ) + 0m COS a + Osy即空载合闸时，t=0, 0= 0sy,随着时间推移，磁通加大，使得铁芯饱和 最严重的情况是a = 0时，且剩磁为正，如图。如果是带负载合闸，由于付边电流的去磁作用，铁芯不会饱和，因而不会产 生很大的励磁涌流。对于三相变压器，与单相变压器类似，而且无论合闸角是多少，总是有一相 的涌流较大，且三相严重不平衡。 一般特点是：1）a = 30时，涌流相对大些。2）涌流波形出现间断，间断角约 30- 60度。3）涌流包含较大的二次谐波分量，至少有一个两相电流差的二次谐波分量 达到20%以上。三相变压器接线方式对涌流的影响：1）对于丫0侧是电源侧的丫0/?, Y0侧出现较大的零序电流，？侧出现较大的环流。与接地故障一样，这个较大的零序电流将会通过其它的中性点接地的变 压器构成回路，对其它运行中的变压器，这个零序电流就是“和应涌流”。合闸变压器注入大地的零序电流一般按变压器额定电流的几倍估算，各处的和应涌流也就可计算获得，整定变压器零序电流保护时应注意。2）对于丫侧是电源侧的丫/?,会出现较大涌流，但不存在零序电流，同时 ?侧会出现较大的环流，当然也不会产生和应涌流。3）对于丫0/丫变压器，丫0侧会出现较大零序以及和应涌流。4）对于Y/Y变压器，只出现涌流。零序电流不存在。5）对于？侧是电源侧的变压器，同4）。励磁涌流只存在于变压器一侧，会导致变压器差动保护误动，为此差动保护 一般采用二次谐波制动原理和间断角闭锁原理来防止误动。当变压器内部发生严重故障，短路电流很大，可能导致CT饱和，出现较大二次谐波，比率制动式差动保护可能拒动或动作时间过长， 为此增加差动速断保 护作为这种情况的补充，差动速断不采用二次谐波制动和间断角闭锁，所以，整定时应躲开励磁涌流。6. 不平衡电流的计算1）正常运行时的不平衡电流Ibph = （ Ker + ?U + ? m ） In其中：In：变压器基本侧额定电流。Ker： TA的变比误差，包含变压器励磁电流造成的误差。?