wfb810微机发电机变压器组保护装置技术说明书

WFB-810WFB-810 微机发电机变压器组微机发电机变压器组保护装置技术说明书保护装置技术说明书 地址：河南省许昌市许继大道 38 号 ：0374-3212854 ：0374-3212099 :461000 目目 录录1 1 概述概述-32 根本技术参数根本技术参数-33 主要技术指标主要技术指标-54 4 装置整体说明装置整体说明-8 硬件平台说明-8-10-104.4 装置面板布置图-10-114.6 装置背视图-125 5 保护原理及判据说明保护原理及判据说明- -135.1 发电机比率制动式差动保护-135.2 发电机匝间保护-145.3 变压器发-变组、高厂变、励磁变差动保护-175.4 励磁机比率制动式差动保护-235.5 定子接地保护-265.6 转子一点接地保护-265.7 转子一点接地加两点接地保护-275.8 失磁保护-275.9 逆功率保护-300 复合电压启动(方向)过流保护-315.11 零序方向过流保护-365.12 零序过压保护-395.13 间隙零序电流及零序电压保护-395.14 过负荷(有载调压闭锁、通风启动)- -405.15 低压记忆过流保护-405.16 过流保护-415.17 负序过流保护-425.18 定子对称过负荷保护-435.19 过电压保护-445.20 低频保护-44 TV 断线判别-456 6 订货需知-46附附 A A 人机接口使用说明人机接口使用说明-47附附 B B 装置标准版本选用指南及接线端子装置标准版本选用指南及接线端子-501 1 概述概述WFB-810 发变组保护装置主要适用于电力系统 20MW-100MW 各种接线的发变组保护。WFB-811 装置集成了一台发电机的全部保护，WFB-812 装置集成了一台主变压器的全部电气量保护，WFB-813 装置集成了一台高厂变和励磁变励磁机的全部电气量保护，非电量类保护仍借用 WFB-804 或 WBH-814 装置。WFB-810 微机发变组保护装置可满足中小型发变组双主单后、主后备保护合理分开且相互独立、非电量类保护完全独立的配置要求。同时，该系列保护也能直接与电厂综合自动化系统联接。注：所有 TA 的二次接线均接成“Y型。高性能的硬件:采用 32 位高性能 DSP 处理器、32 位逻辑处理器和 16 位高速串口 A/D；强弱电彻底别离，具有高度自检功能，保证硬件的高可靠性。实时多任务的操作平台:采用 Nucleus Plus 公司的实时多任务操作系统，保证软件运行的稳定性。主后分开的 CPU 运行方式:保护装置采用双电源、双 CPU 运行方式。其中一个 CPU完成某一对象主保护的功能，另一 CPU 完成某一对象后备保护的功能，且相互独立，电源分开、并能单独工作行使其相应保护功能。强大的通信功能:信息和报文可上传，录波数据与 COMTRADE 格式兼容；通信接口兼容性、开放性强，支持 IEC60870-5-103 通信规约。可实现“双主单后，主后备保护分开的保护配置要求；非电量类保护独立于电气量保护，满足“反措的有关要求。跳闸方式在线修改:每种保护动作后的跳闸方式用户可以自己整定，无须再修改保护二次回路接线；跳闸触点可直接接入断路器跳闸回路。友好的人机界面:大屏幕、图形化、汉化、彩色液晶，也可以通过 PC 机进行操作。提供录波功能和完善的波形分析软件 保护装置可记录动作前 4 周期，动作后 6 周期的波形；数据信息可就地打印或通过网络打印机打印，便于事故后的故障分析；提供离线的波形分析软件，该软件可以再现故障开展趋势。完善的事件记录功能:保护动作报告、开关量变位、自检结果、定值改动、录波数据均有记录，可实时打印及召唤打印。2 2 根本技术参数根本技术参数2.12.1 根本数据根本数据额定交流数据a.额定交流电流In：5A 或 1A；b.额定交流电压Un：100V；c.额定频率fn：50Hz。额定直流数据220V 或 110V，允许变化范围 80%115%。打印机辅助交流电源220V， ，50Hz/60Hz，允许变化范围 80%110%。微机保护采样及录波频率 1 200Hz，系统频率跟踪范围 40Hz60Hz。2.22.2 功率消耗功率消耗a.交流电压回路：不大于 0.5VA/相(额定电压下)；b.交流电流回路：不大于 1VA/相(In=5A)； 不大于 0.5VA/相(In=1A)；c.直流回路功率消耗：每个保护装置不大于 35W正常运行 ；每个保护装置不大于 50W保护动作 ；每路开入不大于 1.5W。2.32.3 过载能力过载能力交流电流回路：长期运行2In10s10In1s40In交流电压回路：1.5Un连续工作2.42.4 输出触点输出触点信号触点容量：允许长期通过电流：5A切断电流：0.3A(DC220V，=5ms)跳闸出口触点容量：允许长期通过电流：10A切断电流：0.3A(DC220V，=5ms)辅助继电器触点容量：允许长期通过电流：5A切断电流：0.3A(DC220V，=5ms)2.52.5 绝缘性能绝缘性能绝缘电阻：装置所有电路与外壳之间的绝缘电阻在标准实验条件下，不小于 100M。介质强度：装置所有电路与外壳的介质强度能耐受交流 50Hz，电压 2kV(有效值)，历时 1min试验，而无绝缘击穿或闪络现象。2.62.6 冲击电压冲击电压装置的导电局部对外露的非导电金属局部外壳之间，在规定的试验大气条件下，能耐受幅值为5kV 的标准雷电波短时冲击检验。2.72.7 寿命寿命电寿命：装置输出触点电路在电压不超过 250V，电流不超过，时间常数为 5ms的负荷条件下，装置能可靠动作及返回 1 000 次。机械寿命：装置输出触点不接负荷，能可靠动作和返回 10 000 次。2.82.8 机械性能机械性能工作条件：能承受严酷等级为 I 级的振动响应，冲击响应检验；运输条件：能承受严酷等级为 I 级的振动耐久，冲击及碰撞检验。2.92.9 环境条件环境条件环境温度：工作：-10+50，24h 内平均温度不超过 35；贮存：-25+70在极限值下不施加鼓励量，装置不出现不可逆变化，温度恢复后，装置应能正常工作。大气压力：80kPa 110kPa。相对湿度：最湿月的月平均最大相对湿度为 90%，同时该月的月平均最低温度为 25且外表无凝露。最高温度为 40时，平均最大相对湿度不超过 50%。 抗干扰能力抗干扰能力辐射电磁场干扰：符合 GB/T 14598.9-2002 规定的严酷等级辐射电磁场干扰。快速瞬变：符合 GB/T 14598.10-1996 规定的严酷等级为 IV 级快速瞬变干扰。脉冲群干扰试验：符合 GB/T 14598.13-1998 规定的频率为 1MHz 及 100kHz 衰减振荡波第一个半波为电压幅值共模为 2.5kV，差模为 1kV脉冲群干扰。抗静电放电干扰：符合 GB/T 14598.14-1998 规定严酷等级为 III 级抗静电放电干扰。电磁发射试验：符合 GB/T 14598.16-20024.1 规定的传导发射限值和 4.2 规定的辐射发射限值。级的工频磁场干扰。级的脉冲磁场干扰。级的阻尼振荡磁场干扰。浪涌抗扰度试验：符合 IEC 60255-22-5:2002 中第 4 章规定的严酷等级为级的浪涌骚扰。射频场感应的传导骚扰抗扰度：符合 IEC 60255-22-6:2001 中第 4 章的规定。工频抗扰度试验：符合 IEC 60255-22-7:2003 中第 4 章的规定。3 3 主要技术指标主要技术指标3.13.1 发电机比率制动式差动保护发电机比率制动式差动保护a.最小动作电流整定范围：0.1 In In，误差不超过%或In；b.最小制动电流整定范围：0.5 In In；c.制动特性斜率整定范围：，误差不超过5%；d.差动动作时间：在 2 倍整定值下，动作时间不大于 25ms。3.23.2 发电机匝间保护发电机匝间保护3.2.13.2.1 故障分量负序方向故障分量负序方向(P(P2 2) )保护保护a. 故障分量负序电流(I2)整定范围：0.02 InIn；b. 故障分量负序电压(U2)整定范围：0.5 V 10V；c. 故障分量负序方向最大灵敏角：605；d. 故障分量负序方向动作区：1605；e. 故障分量负序方向灵敏度：在最大灵敏角下，最小动作负序增量P2不大于 0.005Sn(Sn 为二次额定容量)；f. 动作时间：在最大灵敏角下，模拟两相短路，施加U=Un，IIn，动作时间不大于 30ms。3.2.23.2.2 发电机纵向零序过电压型匝间保护发电机纵向零序过电压型匝间保护a.动作电压整定范围：0.5 V 30V，误差不超过2.5%或；b.动作延时：P2未动作时延时可整定为 0.1 s 10s；P2动作时时间不大于 30ms；c.当频率为 150Hz 时，保护动作电压不小于 100 倍基波动作电压；d.P2技术指标同前。3.33.3 主变压器主变压器 ( (发发- -变组、高厂变、励磁变变组、高厂变、励磁变) )差动保护差动保护a. 最小动作电流整定范围：0.2 In 1.0In，误差不超过%或In；b. 最小制动电流整定范围：0.5 In In；c. 制动特性斜率整定范围：0.30.7，误差不超过5%；d. 二次谐波制动系数整定范围：0.150.30 误差不超过10%；e. 差动平衡系数整定范围：0.14；f. 差流速断整定范围：1.0 In 10.0In，误差不超过%或In；g. 差流越限动作电流整定范围：In1.0In，误差不超过%或In；差流越限动作延时整定范围：10s；h. 动作时间：在 2 倍整定值下，差动动作时间不大于 30ms；在倍整定值下，差流速断动作时间不大于 20ms；i. 励磁涌流判别选择功能，控制字“1时为波形比拟原理，为“0时为二次谐波原理；j. 具有电流回路断线闭锁差动保护功能，控制字为“1时闭锁，为“0时不闭锁。3.43.4 励磁机比率制动式差动保护励磁机比率制动式差动保护a. 最小动作电流整定范围：0.1 In In，误差不超过2.5%或In；b. 最小制动电流整定范围：0.5 In In；c. 制动特性斜率整定范围：，误差不超过5%；d. 差动动作时间：在 2 倍整定值下，动作时间不大于 25ms；e. 频率 50Hz、100Hz 可选。3.53.5 定子接地保护定子接地保护a.基波零序动作电压整定范围：5V 50V，误差不超过2.5%或；b.机端三次谐波动作电压：不大于 0.2V；c.三次谐波电压比值(机端/中性点)整定范围：2，误差不超过5%；d.基波零序动作延时整定范围： 10s；e.三次谐波延时整定范围：0.1 s 10s。3.63.6 转子一点接地保护转子一点接地保护a.k50k，误差不超过10%或0.5 k；b.接地电阻低定值整定范围：0.5 k20k，误差不超过10%或0.5 k；c.接地电阻高定值延时整定范围：1.0s 10s，误差不超过1%定值+1s；d.接地电阻低定值延时整定范围：1.0s 10s，误差不超过1%定值+1s。3.73.7 转子一点接地加两点接地保护转子一点接地加两点接地保护a.k50k，误差不超过10%或0.5 k；b.接地电阻定值延时整定范围：1.0s 10s，误差不超过1%定值+1s；c.接地位置变化量 %动作值整定范围：120，误差不超过10%；d.动作延时整定范围 1.0s 10s，误差不超过1%定值+1s。3.83.8 失磁保护失磁保护a.阻抗的最大灵敏角为 2705；b.静稳阻抗动作值整定范围：Z1A=120；Z1B=550，误差不超过%或；c.静稳阻抗动作延时整定范围：0.1s 10s；d.异步阻抗动作值整定范围：Z2A=120，Z2B=550，误差%或；e.异步阻抗动作延时整定范围：0.1s 10s；f.机端三相低电压元件动作值整定范围：50V 100V，误差不超过2.5%；g.系统三相低电压元件动作值整定范围：50V 100V，误差不超过2.5%；h.励磁低电压动作值整定范围：10V 500V；i.延时整定范围：0.1s 10s。3.93.9 逆功率保护逆功率保护a. 动作区：在 90270之间不小于 175；b.额定电压下的动作功率整定范围：0.5%Pe10%Pe，误差不超过2.5%；c. 动作延时整定范围：1 段为 1s20s，2 段为 10s100s；d. 潜动试验电流潜动：U=0，I=10In不误动；电压潜动：U=Un，I=0 不误动。3.103.10 复合电压启动复合电压启动( (方向方向) )过流保护过流保护a. 负序电压整定范围：5V 20V，误差不超过2.5%或；b. 低动作电压整定范围：30V 100V，误差不超过2.5%或；c. 动作电流整定范围：0.2In 10In，误差不超过%或In；d. 动作边界允许误差不超过3；e. 相间功率方向灵敏角误差不超过3；f. 延时时间整定范围： 0.1s 10s 。3.113.11 零序零序方向方向过流保护过流保护a零序动作电流整定范围：0.1In 10In，误差不超过%或In；b延时整定范围：0.1s 10s；c动作边界允许误差不超过3；d零序功率方向最大灵敏角误差不超过3。2 2 零序过压保护零序过压保护a动作电压整定范围：100V300V，误差不超过2.5%或；b动作延时整定范围： 10s 。3 3 间隙零序电流保护间隙零序电流保护a零序电流整定范围：0.1In 10 In，误差不超过%或In；b动作延时整定范围： 10s 。3.143.14 过负荷过负荷( (有载调压闭锁、通风启动有载调压闭锁、通风启动) )a过负荷/有载调压闭锁动作电流整定范围：In10In，误差%或In；通风启动的动作电流整定范围：0.2In2InInIn；误差不超过%或In；b动作延时整定范围： 10s 。5 5 低压低压( (记忆记忆) )过流保护过流保护a.低电压整定范围：50V100V，误差不超过2.5%或；b.动作电流整定范围：0.1In 10In，误差不超过%或In；c.动作延时整定范围： 10s 。3.163.16 过流保护过流保护a.动作电流整定范围：0.2In 10In，误差不超过%或In；b.动作延时整定范围：0.1s 10s 。3.173.17 负序过流保护负序过流保护a. 负序动作电流整定范围：0.1 In In，误差不超过%或In；b. 动作延时整定范围：0.1 s 10s；c. 施加 2 倍正序额定电流应可靠不误动。3.183.18 定子对称过负荷保护定子对称过负荷保护a. 定时限过负荷动作电流整定范围：1 In 2In，误差不超过%或In；b. 反时限过流动作值整定范围：1.1 In 2In，误差不超过%或In；c. 定子绕组热容量常数K整定范围：1100；d. 定时限延时整定范围：0.1 s 10s；e, 反时限延时上限整定范围：0.1 s 10s；g. 反时限延时下限整定范围：10 s 1000s；h. 散热系数 整定范围：；i. 反时限延时误差(与计算值比拟)不超过5%或25ms；)1(IKt2*j. 返回系数不小于 0.96。3.193.19 过电压保护过电压保护a.动作电压整定范围：100V150V，误差不超过2.5%或；b.动作延时整定范围：10s；c.返回系数不小于 0.96。3.203.20 低频保护低频保护a. 段频率 f1整定范围：46 Hz Hz，整定误差不超过0.02Hz；b. 段频率 f2整定范围：44 Hz 48Hz，整定误差不超过0.02Hz；c. 动作延时整定范围：50s；d. 低压闭锁动作值整定范围：50V100V，误差不超过2.5%或。3.213.21 TVTV 断线保护断线保护a.动作电压整定范围：5V50V，误差不超过2.5%或；b. In In，误差不超过2.5%或；c.启动电流：不大于 0.06In；d.动作时间不大于 100ms。说明：说明：如无专门说明，所有延时误差均为2.5%或25ms。3.223.22 记录容量记录容量3.22.13.22.1 故障录波内容和故障事件报告容量故障录波内容和故障事件报告容量保护动作记录动作前 4 个周波、动作后 6 个周波的所有电流电压波形；保护装置可循环记录 100 次故障事件报告、8 次波形数据。3.22.23.22.2 正常波形记录正常波形记录正常时装置可手动录取启动前 4 周波、启动后 6 周波所有电流电压波形，以供记录或校验极性。3.22.33.22.3 事件记录容量事件记录容量可循环记录 200 次事件记录和装置自检报告。事件记录包括软、硬压板投退、开关量变位、定值改动等；装置自检报告包括硬件自检出错报警等。3.233.23 通信接口通信接口两个与内部其它局部电气隔离的 RS485 通信接口，可以复用为光纤接口，也可以转换为两个独立的 Ethernet；一个同步时钟接口；另外有一个 RS232 调试通信接口和独立的打印接口；通信规约可采用电力行业标准 DLT 667-1999(IEC 60870-5-103)。3.243.24 对时方式对时方式a.外部正脉冲秒对时；b.RS485 方式的同步时钟秒对时；c.c.监控系统绝对时间的对时报文。硬件平台说明硬件平台说明保护装置采用许继公司新一代 32 位基于 DSP 技术的通用硬件平台。整体大面板，全封闭机箱，硬件电路采用后插拔式的插件式结构，CPU 电路板采用 6 层板，外表贴装技术，提高了装置可靠性。机箱采用 19in 6U 全宽机箱，抗干扰能力强。硬件框图如图 4.1.1。交流插件多路转换开关DSP1跳闸插件开入开出插件管理机电源插件DSP2跳闸插件开入开出插件电源插件 硬件框图保护装置采用双电源、双 CPU 运行方式。装置有两个完全独立的、相同的 CPU 板，并各自具有独立的采样、A/D 变换、逻辑计算功能；两块 CPU 板硬件电路完全一样，其中一个 CPU 完成某一对象主保护的功能，另一 CPU 完成某一对象后备保护的功能，且相互独立，电源分开、并能单独工作行使其相应保护功能，不会因为某一回路故障如电源而导致整套保护装置拒动。其中外部模拟量信息为两个 CPU 共享。另有一块人机对话板，由一片 DSP 专门处理人机对话任务。人机对话担负键盘操作和液晶显示功能。正常时，液晶显示当前时间、机组的主接线、各侧电流、电压、差电流。人机对话中所有的菜单均为简体汉字；通过本公司为保护提供的软件，可对保护进行更为方便、详尽的监视与控制。装置核心局部采用德州仪器公司(TEXAS INSTRUMENTS)的 32 位数字信号处理器 TMS320C32，主要完成保护的出口逻辑及后台功能，使保护整体精确、高速、可靠。低通滤波多路开关CPU(DSP)GPS对时脉冲16位ADLONWORKS(MC3150)SRAM(1MB)EEPROM(128K)FLASH(1M)CPLD复杂可编程逻辑控制器开入开出LON网32路32路40路模入 CPU 局部硬件框图模拟量变换由 23 块交流变换插件完成，功能是将 TA、TV 二次电气量转换成小电压信号。保护出口和开入分别由两块跳闸出口插件和 2 块开入开出插件构成，完成跳闸出口、信号出口、开关量输入等功能。软件平台采用 ATI 公司的 RTOS 系统 Nucleus Plus。Nucleus Plus 是一个经过测试的内核，保证软件运行的稳定性。WFB-810保护装置1CPU1CPU2MMI规约变换WFB-810保护装置2CPU1CPU2GPS对时脉冲PC机调试电厂综合自动化系统RS-485RS-485ETHERNETETHERNET网络打印机MMI规约变换 系统总体框图构成系统的各装置之间、保护 CPU 与通信管理 CPU 间通过现场总线 Lonworks 相连，可方便的实现数据共享、自检和互检，同时减少各局部的关联性，有利于整体可靠性的提高。单元管理机以串行通信或网络通信方式与电厂监控系统相联，可对电厂监控系统上送事件报告、告警信息等，并可通过电厂监控系统对保护系统所具有的各种功能实施全遥控操作。单元管理机设有两组独立的通信接口 RS-485可配置成光纤 ，还可转换为两独立的 Ethernet，支持 IEC 60870-5-103 通讯规约，满足电厂自动化系统的要求。4.44.4 装置面板布置图装置面板布置图 图 4.4.1 面板布置图面板中信号灯说明如下：每台保护装置有两个保护 CPU，每个 CPU 对应 4 个信号灯，其中：“运行灯为绿灯，装置正常运行时，每秒闪烁 5 次，如果闪烁不正常说明本 CPU 处于不正常运行状态；“启动灯为黄灯，正常运行时熄灭，当本 CPU 中任一保护启动元件启动时点亮；“信号灯为红灯，正常运行时熄灭，当本 CPU 中任一保护动作时点亮；“跳闸灯为红灯，正常运行时熄灭，当本 CPU 中任一保护跳闸时点亮。每台保护装置还有一个“装置故障灯， “装置故障灯为红灯，正常运行时熄灭，当装置发生故障时点亮。( (外形尺寸、开孔尺寸外形尺寸、开孔尺寸) )WFB-810 装置采用 19in 6U 全宽全封闭标准机箱，嵌入式安装于屏(柜)上，机箱外形尺寸和安装开孔尺寸如图和图。图 4 机箱外形尺寸图图 4 安装开孔尺寸图4.64.6 装置背视图装置背视图D#C#UU件件件件件件件CPC件P3#B#9#A#8# 7#2#1#4#5#6#图 4 a WFB-811 装置背视图D#C#UU件件件件件件件CPC件P3#B#9#A#8# 7#2#1#4#5#6#图 4 b WFB-812,WFB-813 装置背视图5 5 保护原理及判据说明保护原理及判据说明5.15.1 发电机比率制动式差动保护发电机比率制动式差动保护 比率制动式差动保护是发电机内部相间短路故障的主保护。保护原理保护原理比率差动原理。比率差动原理。差动动作方程如下：Iop I ( Ires I 时)Iop I + S(Ires I) ( Ires I 时)式中：Iop为差动电流，I为差动最小动作电流整定值，Ires为制动电流，Ires.0为最小制动电流整定值，S为比率制动特性的斜率。各侧电流的方向都以指向发电机为正方向，见图 5.1.1。差动电流： NTopIII制动电流： 2NTresIII式中：IT，IN分别为机端、中性点电流互感器(TA)二次侧的电流，TA 的极性见图。图 电流极性接线示意图根据工程需要，也可将 TA 极性端均定义为靠近发电机侧。5.1.1.25.1.1.2 TATA 断线判别断线判别当任一相差动电流大于 0.15 倍额定电流时启动 TA 断线判别程序，满足以下条件认为 TA 断线：a.本侧三相电流中至少一相电流为零；b.本侧三相电流中至少一相电流不变；c.最大相电流小于倍的额定电流。5.1.1.35.1.1.3 保护逻辑框图见图保护逻辑框图见图 5.1.25.1.2发电机保护通常采用“三取二方式。三相中有任两项同时满足差动条件，差动保护才可动作。以以下图示为“三取一方式，三项中任何一项满足条件，差动动作。如采用“三取一方式进行保护配置，应特别注明。&图 5.1.2 发电机差动保护逻辑框图定值整定定值整定定值整定计算定值整定计算a. 最小动作电流一般取发电机额定电流(In)的 0.10.3 倍；b. 比例制动特性斜率一般可取；c. 电流回路断线的整定：TA 断线闭锁差动整定为“1时，闭锁差动；TA 断线闭锁差动整定为“0时，不闭锁差动。定值清单定值清单定定 值值 名名 称称整定范围整定范围备备 注注发电机比率制动式差动保护发电机比率制动式差动保护最小动作电流IInI最小制动电流IInI制动特性斜率0.3-0.7STA 断线闭锁差动0-11：闭锁 0：不闭锁以下为保护软压板比率制动式差动软压板：投入 ：退出工程应用工程应用机端和中性点电流互感器必须同型号、同变比。5.25.2 发电机匝间保护发电机匝间保护匝间保护作为发电机内部匝间短路的主保护。根据电厂设备情况，可选择以下方案中的一种。5.2.15.2.1 发电机纵向零序过电压及故障分量负序方向型匝间保护发电机纵向零序过电压及故障分量负序方向型匝间保护本保护不仅作为发电机内部匝间短路的主保护，还可作为发电机内部相间短路及定子绕组开焊的保护。5.2.1.15.2.1.1 保护原理保护原理发电机定子绕组发生内部短路，三相机端对中性点的电压不再平衡，因为机端电压互感器中性点与发电机中性点直接相连且不接地，所以互感器开口三角绕组输出纵向 3U0，保护判据为：| 3U0 | Uset式中，Uset为保护的整定值。发电机正常运行时，机端不平衡基波零序电压很小，但可能有较大的三次谐波电压，为降低保护定值和提高灵敏度，保护装置中增设三次谐波阻波功能。为保证匝间保护的动作灵敏度，纵向零序电压的动作值一般整定较小，为防止外部短路时纵向零序不平衡电压增大造成保护误动，须增设故障分量负序方向元件为选择元件，用于判别是发电机内部短路还是外部短路。故障分量负序方向元件采用图 5.2.1.2 所示的逻辑，方案二的综合框图见图。发电机并网后运行时，纵向零序电压元件及故障分量负序方向元件组成“与门实现匝间保护；在并网前，因 I2=0，那么故障分量负序方向元件失效，仅由纵向零序电压元件经短延时 t1 实现匝间保护。并网后不允许纵向零序电压元件单独出口，为此以过电流IIset闭锁该判据，固定Iset=In。&图 5.2.2 匝间保护方案二逻辑框图5.2.1.25.2.1.2 定值整定定值整定a. 纵向基波零序电压保护动作电压设计值可初选为 2V3V，以躲过外部短路时的不平衡电压。b.P2整定同前定定 值值 名名 称称整定范围整定范围备备 注注纵向零序电压匝间保护纵向零序电压匝间保护故障分量负序电流0.02In-0.5InI故障分量负序电压u故障分量负序功率0.1VA-20VAP零序动作电压0.5V-30VUset延时时间tTV 断线闭锁投退0-11：投入，0：退出以下为保护软压板匝间保护软压板：投入 ：退出5.2.1.35.2.1.3 工程应用工程应用为取得发电机纵向零序电压，本保护须接于发电机机端专用电压互感器 TV 的二次侧，该 TV 的一次侧中性点与发电机中性点相连且不接地。5.2.25.2.2 高灵敏零序电流型横差保护高灵敏零序电流型横差保护作为发电机内部匝间、相间短路及定子绕组开焊的主保护。5.2.2.15.2.2.1 保护原理保护原理本保护检测发电机定子多分支绕组的不同中性点连线电流(即零序电流)3I0中的基波成分，保护判据为：判据 1无制动特性：Iop Iset， Iset为动作电流的整定值，见后判据 2有制动特性：Iop I ( Ires I 时) ( Ires I 时)0 .0 .0 .0 .)(opresresresopopIIIISII式中：Iop为横差电流，I为横差最小动作电流整定值，Ires为制动电流取机端三相电流最大值 ，Ires.0为最小制动电流整定值，S为比率制动特性的斜率。判据 1、2 均可单独构成横差保护，用户可通过控制字进行选择。发电机正常运行时，接于两中性点之间的横差保护，不平衡电流主要是基波，在外部短路时，不平衡电流主要是三次谐波成分，为降低保护定值和提高灵敏度，保护中还增加有三次谐波阻波功能。横差保护瞬时动作于出口，当转子发生一点接地时，横差保护经延时 t 动作于出口，t 一般整定为 0.5s。该方案的综合逻辑框图如图 5.2.3。&t 图 5.2.3 横差保护逻辑框图5.2.2.25.2.2.2 定值整定计算定值整定计算a.高灵敏零序电流型横差保护动作电流设计值可初选为Ign/NTA(Ign为发电机额定电流，NTA为横差保护用互感器变比)；b.高灵敏零序电流型横差保护动作电流运行值应如下整定：23max. 3 .unb2max. 1 .unbaperrelset)K/I(IKKIKrel为可靠系数，取 1；Kaper为暂态系数取 2；I为最大外部短路电流时横差 TA 二次侧输出端的基波零序不平衡电流；I为最大外部短路电流时横差 TA 二次侧输出端未经过三次谐波阻波器过滤的三次谐波不平衡电流；I及I都可通过机端常规短路试验IIn曲线的延伸而获得；K3为三次谐波滤过比，K3100。Iset为判据 1无制动特性横差保护 TA 二次侧即保护端子动作电流整定值。定定 值值 名名 称称整定范围整定范围备备 注注横差保护横差保护最小动作电流0.1In -1.0InI最小制动电流0.5In -InI制动特性斜率0.2-S一点接地后延时时间1.0s有无制动选择0-10：无制动 1：有制动 以下为保护软压板横差保护软压板：投入 ：退出5.2.2.35.2.2.3 工程应用工程应用选择无制动特性的横差保护时，定值整定一般在保护投运前做升流实验时，由管理机测取不平衡电流，用线性外推法求出对应外部短路电流最大值(等于 1/Xd，Xd取饱和值)时的I和I。选择有制动特性横差保护时，最小动作电流只需按躲过正常运行时最大不平衡电流整定。5.35.3 变压器变压器发发- -变组、高厂变、励磁变变组、高厂变、励磁变差动保护差动保护比率制动式差动保护是变压器发-变组、高厂变、励磁变的主保护，能反映变压器内部相间短路故障、高压侧单相接地短路及匝间层间短路故障；保护能正确区分励磁涌流、过励磁故障。保护采取自适应提高定值的方式，防止外部故障时由于 TA 饱和引起差动误动，当差流中的三次谐波与基波的比值大于某一定值时，自动提高比率制动差动的动作值、改变比率制动系数和最小制动电流，进一步提高保护的可靠性。请注意，该差动用 CT 接线均采用 Y 型接线方式。发-变组保护装置最多可实现 6 侧差动，动作特性图如下：2 n n制动电流( res)动作电流( op)res.0 图 5.3.1 比率差动动作特性图图中阴影局部要经过励磁涌流判别、TA 断线判别和 TA 饱和判别后才出口，双阴影局部只要经过励磁涌流判别就出口。 .1.1 比率差动原理比率差动原理差动动作方程如下Iop I ( Ires I)Iop I + S(Ires I) ( Ires I ) (5-3-1)Ires 1.2 InIop n + 0.8(Ires 1.2 In) ( Ires 1.2 In ) (5-3-2)Iop为差动电流，I为差动最小动作电流整定值，Ires为制动电流，I为最小制动电流整定值，S为比率制动特性斜率，In为基准侧电流互感器的额定二次电流，各侧电流的方向都以指向变压器为正方向。对于两侧差动：Iop = | 1 + 2 | (5-3-3)IIIres = |1 - 2| / 2 (5-3-4)II对于三侧及以上差动：Iop = | 1 +2 + n | (5-3-5)IIIIres = max |1|，|2|，|n| (5-3-6)III式中：3n6，1 1，2 2，。 。 。n n分别为变压器各侧电流互感器二次侧的电流。III判据(5-3-1)为低定值的比率制动差动，判据(5-3-2)为高定值比率制动差动。.2.2 励磁涌流判别励磁涌流判别装置提供两种励磁涌流识别判据，用户可根据需要由控制字进行选用，该控制字设为“1时，励磁涌流判据为波形畸变判据；该控制字设为“0时，励磁涌流判据为二次谐波判据。.2.1.2.1 二次谐波判据二次谐波判据保护利用三相差动电流中的二次谐波分量作为励磁涌流闭锁判据。判别方程如下： (5-3-7)1 .22 .opopIKI式中：I为 A，B，C 三相差动电流中最大二次谐波电流，K2为二次谐波制动系数，I为三相差动电流中最大基波电流。该判据闭锁方式为“或闭锁，即涌流满足(5-3-7)式，同时闭锁三相保护。波形畸变判据波形畸变判据 保护利用每相差流波形的畸变作为励磁涌流闭锁判据。判别方程如下：Ssum+ K * Ssum (5-3-8)式中：Ssum+为差动电流采样点的不对称度值， Ssum-为对应差动电流的对称度值，K为某一固定系数。该判据闭锁方式为“或闭锁，即任一相涌流满足(5-3-8)式，同时闭锁三相保护。.3.3 TATA 饱和判别饱和判别保护利用每相差流中的三次谐波分量作为 TA 饱和闭锁判据。判别方程如下：I3 K3 * I1 (5-3-9)式中：I3为每相差流中三次谐波电流，K3为三次谐波比例系数装置内部固定，不需整定 ，I1为对应基波电流。 任一相差流满足(5-3-9)式，比率制动差动自动改变该相的最小动作电流和比率制动斜率，保证差动保护正确、可靠动作。.4.4 TATA 断线判据断线判据 当任一相差动电流大于 0.15 倍的额定电流时启动 TA 断线判别程序，满足以下条件认为 TA 断线: 本侧三相电流中至少一相电流不变；最大相电流小于倍的额定电流；本侧三相电流中至少有一相电流为零。 .5.5 差流速断保护差流速断保护当任一相差动电流大于差流速断整定值时瞬时动作于跳各侧断路器。.6.6 差流越限差流越限当差动电流超过一定值时，发告警信号。差流越限定值可整定。 .7.7 比率制动式差动保护极性接线图及保护逻辑图比率制动式差动保护极性接线图及保护逻辑图 差动辅助 .2 比率制动差动极性接线图.3 比率制动差动保护逻辑图5.3.85.3.8 整定计算整定计算11 平衡系数的计算平衡系数的计算各侧参数工程名称高压侧中压侧低压侧TA 一次电流IH=hnUS3IM=mnUS3IL=lnUS3TA 接线方式YYYTA 二次电流Ih=haHNI Im=maMNIIl=laLNI平衡系数K1= hbIIK2=mbIIK3=lbII对上述表格的说明：Sn 为计算平衡系数的基准容量。对于两圈变压器 Sn 为变压器的容量；对于三圈变压器 Sn 一般取变压器高压侧的容量。Uh、Um、Ul分别为变压器高压侧、中压侧、低压侧的额定线电压。Nha、Nma、Nla分别为高压侧、中压侧、低压侧的 TA 变比。TA 的二次侧均接成“Y型Ib为计算平衡系数的基准电流，一般取变压器额定容量下高压侧的二次电流。如果按上述的基准电流计算的平衡系数大于 4 或小于 0.1，那么要更换基准电流IbK4K4 的要求，建议使用中间变流器。22最小动作电流最小动作电流I Iopop。0 0Iop。0为差动保护的最小动作电流，应按躲过变压器额定负载运行时的最大不平衡电流整定，即：Iop.0= =bnirelImUfK)()(式中：Ib为变压器基准侧的额定电流归算到 TA 二次侧的值， Krel为可靠系数，Krel1.5；fi(n)为电流互感器在额定电流下的变比误差。fi(n)210P ，fi(n)25PU 为变压器分接头调节引起的误差相对于额定电压的百分数 ；m 为 TA 和 TAA 变比未完全匹配产生的误差，m 一般取 0.05。一般情况下可取： Iop.0=。bI )5 . 02 . 0( 33 最小制动电流的整定最小制动电流的整定 I = 。bI )0 . 18 . 0(44比率制动斜率比率制动斜率 S S 的整定的整定 最大不平衡电流的计算 a、三圈变压器I =KstKaperfiI +UHI.max +UMI.max +m1I+m2I式中：Kst为 TA 的同型系数，KstKaper 2.05P 或 10P 型 TA或 Kaper=1.0TP 型 TAfi 为 TA 的比值误差，fi=0.1；I为流过靠近故障侧的 TA 的最大外部短路周期分量电流；I.max、I.max分别为在所计算的外部短路时，流过调压侧H、MTA 的最大周期分量电流；I、I分别为在所计算的外部短路时，流过非靠近故障点的另两侧的最大周期分量电流；m1、m2为由于 1 侧和 2 侧的 TA包括 TAA变比不完全匹配而产生的误差，初选可取m1=m2=0.05； b、 两圈变压器 I =KstKaperfi +U +mI 式中的符号与三圈变压器一样。比率制动特性斜率 S 为：S=S= res.0res.maxop.0unb.maxrel-KIIII应根据上式的计算来整定 S 值，一般取 S=0.30.5。55灵敏度计算校验灵敏度计算校验在系统最小运行方式下，计算变压器出口两相短路的最小短路电流Iin。如果变压器具有单侧电源运行的可能性，那么以单侧电源的情况计算，即差动电流I op=min.121sIIII制动电流I res=222min.121sIIII在比率制动式差动保护的动作特性曲线上以Ires=值查找出保护相应的动作电流整定值min. s21IIop.set，见图 5.6.4。那么灵敏系数Ksen为：Ksen= set.opmin. sset.opopIIII要求Ksen2.0。 .466谐波制动的整定谐波制动的整定利用二次谐波来防止励磁涌流误动的差动保护，二次谐波制动比表示差流中的二次谐波分量与基波分量的比值。一般二次谐波制动比可整定为 15%20%。77差流速断差流速断为了加速切除变压器严重的内部故障，常常增设差流速断保护，其动作电流按照避越励磁涌流来整定，即：Iop=KrelI式中：I为变压器实际的最大励磁涌流。Krel为可靠系数，可取 1.151.30。实际的最大的励磁涌流很难测量，应参考整定计算导那么进行整定。差流速断保护的灵敏度系数按正常运行方式下保护安装处两相金属性短路计算，要求Ksen1.2。5.3.95.3.9 定值清单定值清单 11主变差动定值清单主变差动定值清单定定 值值 名名 称称整定范围整定范围备备 注注额定电流基准电流0.1In1.2 In最小动作电流0.1In1.0InI最小制动电流In2InI比例制动特性斜率0.7S2 次谐波制动系数K2差动第 1 侧平衡系数4差动第 2 侧平衡系数4差动第 3 侧平衡系数0.14识别励磁涌流方式0-11：波形畸变 0：二次谐波差流速断电流1In10InTA 断线闭锁差动0-11：闭锁 0：不闭锁差流越限动作电流0.1In1.0In差流越限延时10s比率制动式差动软压板：投入 ：退出差流速断软压板：投入 ：退出差流越限软压板：投入 ：退出2TA2TA 断线定值清单断线定值清单定定 值值 名名 称称整定范围整定范围备备 注注TATA 断线断线额定电流基准电流0.1In1.2 In差动第 1 侧平衡系数4差动第 2 侧平衡系数4差动第 3 侧平衡系数0.14以下为保护软压板TA 断线软压板：投入 ：退出5.45.4 励磁机比率制动式差动保护励磁机比率制动式差动保护 是励磁机内部相间短路故障的主保护，保护原理同发电机比率制动式差动保护。5.4.15.4.1 定值整定定值整定5.45.4 定值整定计算定值整定计算a.最小动作电流一般取励磁机额定电流(In)的 0.10.3 倍；b. 比例制动特性斜率一般可取；c.电流回路断线的整定：TA 断线闭锁控制整定为“1时，闭锁差动；TA 断线闭锁控制整定为“0时，不闭锁差动。5.45.4 定值清单定值清单定定 值值 名名 称称整定范围整定范围备备 注注励磁机差动保护励磁机差动保护最小动作电流IInI最小制动电流0.5IInI制动特性斜率0.3-0.7S频率选择0-10：50Hz 1: 100HzTA 断线闭锁差动0-11：闭锁 0：不闭锁以下为保护软压板比率制动差动软压板：投入 ：退出5.4.25.4.2 工程应用工程应用机端和中性点电流互感器必须同型号、同变比。5.55.5 定子接地保护定子接地保护作为发电机定子回路单相接地故障保护，当发电机定子绕组任一点发生单相接地时，该保护按要求的时限动作于跳闸或信号。5.5.15.5.1 保护原理保护原理基波零序电压保护发电机从机端算起的 85%95%的定子绕组单相接地；三次谐波电压保护发电机中性点附近定子绕组的单相接地。基波零序电压动作判据为：3U0Uop三次谐波电压动作判据为：方案 1： n3ps3KKUU方案 2： n3p n3ps3KKKUUU其中 3U0一般取中性点电压，如果中性点无 TV，那么取机端零序电压，需 TV 断线闭锁；Uop为基波零序电压整定值；U3S和U3n分别为发电机机端 TV 开口三角绕组和中性点 TV 输出中的三次谐波分量；、分别为方案 1、方案 2 的制动系数，它们是不同的正实数。K K零序电压判据和三次谐波判据各有独立的出口回路，以满足不同配置要求(如零序判据作用于直接跳闸，三次谐波判据作用于发信号等)。逻辑框图见图 5.9。 图 5.5 定子接地保护逻辑框图请注意，当发电机机端有母线，负荷较多并且不对称分布时，亦可根据需要再行配置零序电流型定子接地保护。上述逻辑图中未示出。5.5.25.5.2 定值整定定值整定5.55.5 定值整定计算定值整定计算a.基波零序过电压保护该保护的动作电压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U整定，即：max.unbrelopKUU式中，Krel为可靠系数，取。U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U主要是很小的基波零序电压，大大提高灵敏度，此时Uop5V，保护死区5%。当Uop 10V 时，应校验高压系统和高厂变低压侧发生接地短路时传递到机端的基波零序电压，以免误动。b.三次谐波方案 1、2 的选择及其制动系数的整定实测发电机正常运行中假设干个不同负载情况下的比值及n3ps3KmUU，取它们各自的平均值、及各自的最大值、。n3pn3ps3 KKmUUUavem avemmaxm maxm假设,那么采用保护方案 1 投入运行；avem avem假设40V。 图 5.6 转子一点接地保护切换采样原理接线图当Rg小于或等于接地电阻整定值时，经延时发转子一点接地信号或作用于跳闸。在单元管理机上可实时显示转子接地电阻值和接地位置。5.6.25.6.2 定值整定定值整定5.6.5.6.定值整定计算定值整定计算a.接地电阻整定值取决于正常运行时转子回路的绝缘水平；b.接地电阻高定值可整定为 10k及以上，延时(4s10s)动作于发信号；c.接地电阻低定值可整定为 10k以下，延时(1s4s)动作于跳闸。5.6.5.6.定值整定清单定值整定清单定值名称定值名称整定范围整定范围备备 注注转子一点接地保护转子一点接地保护接地电阻高定值k高定值延时时间1.0s-10s接地电阻低定值低定值延时时间1.0s-10s以下为保护软压板转子一点低定值软压板：投入 ：退出转子一点高定值软压板：投入 ：退出5.6.35.6.3 工程应用工程应用转子一点接地保护(包括两点接地保护)不能与其它励磁回路绝缘监视装置共同使用，以免互相影响。5.75.7 转子一点接地加两点接地保护转子一点接地加两点接地保护发电机励磁回路一点接地故障，对发电机并未造成危害，但假设再相继发生第二点接地故障，那么将严重威胁发电机的平安。5.7.15.7.1 保护原理保护原理一点接地保护原理同前，但在这里的一点接地电阻定值只有一段，通过延时发信。在一点接地故障后，保护装置继续测量接地电阻和接地位置，此后假设再发生转子另一点接地故障，那么已测得的值变化，当其变化值超过整定值时，保护装置就确认为已发生转子两点接地故障，发电机被立即跳闸。保护判据为：| | set set为转子两点接地位置变化整定值5.7.25.7.2 定值整定定值整定5.75.7 定值整定计算定值整定计算a.接地电阻整定值取决于正常运行时转子回路的绝缘水平；b.接地位置变化动作值一般可整定为 5%10%；c.动作时限按躲过瞬时出现的两点接地故障整定，一般为 s。5.75.7 定值整定清单定值整定清单定值名称定值名称整定范围整定范围备备 注注转子一点接地保护转子一点接地保护接地电阻定值k延时时间1.0s-10s转子两点接地保护转子两点接地保护接地位置变化(%)20延时时间1.0s-10s以下为保护软压板转子一点接地软压板：投入 ：退出转子二点接地软压板：投入 ：退出5.85.8 失磁保护失磁保护发电机励磁系统故障使励磁降低或全部失磁，从而导致发电机与系统间失步，对机组本身及电力系统的平安造成重大危害。因此大、中型机组要装设失磁保护。失磁保护的主判据可由下述判据中的一个或两个组成。a.定励磁低电压判据为了保证在机组空载运行及PPt的轻载运行情况下失磁时保护能可靠动作，或为了全失磁及严重局部失磁时保护能较快出口，附加装设整定值为固定值的励磁低电压判据，简称为“定励磁低电压判据，其动作方程为：UfdU式中，U为励磁低电压动作整定值，整定为()Ufd0，一般可取UUfd0。假设“定励磁低电压判据单独出口，还需采取“IIn的闭锁措施，以防止发电机并网过程及解列过程中失磁保护误出口。在系统短路等大干扰及大干扰引起的系统振荡过程中， “定励磁低电压判据不会误动作。b.静稳边界阻抗主判据阻抗扇形圆动作判据匹配发电机静稳边界圆，采用 0接线方式(、)，动作特性见图ab.Uab.I5.8.1 所示，发电机失磁后，机端测量阻抗轨迹由图中第 I 象限随时间进入第象限，达静稳边界附近进入圆内。静稳边界阻抗判据满足后，至少延时 1s1.5s 发失磁信号、压出力或跳闸，延时 1s1.5s 的原因是躲开系统振荡。扇形与 R 轴的夹角 1015为了躲开发电机出口经过渡电阻的相间短路，以及躲开发电机正常进相运行。 图 5.8.1 静稳边界阻抗判据动作特性需指出，发电机产品说明书中所刊载的xd值是铭牌值，用“xd(铭牌)符号表示，它是非饱和值，它是发电机制造厂家以机端三相短路但短路电流小于额定电流的情况下试验取得的，误差大，计算定值时应注意。c.稳态异步边界阻抗判据发电机发生但凡能导致失步的失磁后，总是先到达静稳边界，然后转入异步运行，进而稳态异步运行。该判据的动作圆为下抛圆，它匹配发电机的稳态异步边界圆。特性曲线见图 5.8.2。.2 异步阻抗特性曲线d.主变高压侧三相同时低电压判据发电机失磁后，可能引起主变高压侧(系统)电压降低，引发局部电网电压崩溃，因此，在失磁保护配置方案中，应有“三相同时低电压判据。为防止该判据误动，该判据应与其它辅助判据组成“与门出口。此判据主要判断失磁的发电机对系统电压(母线电压)的影响UtU式中，U为主变高压侧电压整定值，一般可取 00.90)Utn。某些场合发电机失磁后，主变高压侧电压不可能降低到整定值以下，那么该判据也可改为“发电机机端三相同时低电压判据，即UgU，U可取(0.750.90)Ugn。采用机端三相低电压判据有时为了保证厂用电，有时仅为了与静稳阻抗判据组成“与门出口，以防止由于静稳阻抗单独出口时可能发生的误动作，因此选择U有较广泛的灵活性。说明：由于失磁保护判据多，逻辑一般较复杂，为便于各方案逻辑清晰，逻辑框图中保护硬压板、各段软压板及启动元件均未画出，实际逻辑中，保护硬压板、各段软压板及启动元件是存在的。5.8.15.8.1 失磁保护方案一失磁保护方案一图 5.8.3 失磁保护方案一逻辑框图该方案的优点是：全失磁或局部失磁失步，或门动作，切换励磁(或压出力)并发失磁信号，经s3s 假设切换励磁(或压出力)失败，那么跳闸，这个长延时 t2 是为了给切换励磁一个时间。该方案简单，可靠适用。方案一应用于失磁后希望先切换励磁而后再跳闸的汽机。假设应用于水机或失磁后不需要切换励磁的汽机，那么 t2 延时可取消，直接由或门动作于跳闸。5.8.25.8.2 失磁保护方案二失磁保护方案二见图 5.8.4，本方案应用于无法引出转子电压的汽机或水机。图 5.8.4 失磁保护方案二逻辑框图稳态异步边界圆的动作区远小于静稳边界扇形动作区。方案二的特点是：全失磁或局部失磁失步，Z1动作，经 t1=1s 延时发失磁信号，尚不跳闸，允许失磁发电机较长时间运行继续向系统输出一定有功，待系统电压Ut 下降到定值以下才跳闸，或者Z2动作后经长延时 t2=1300s 才跳闸。框图中，虽然Z2经 t2 延时单独跳闸，但不会发生因整定误差而在正常进相运行时误跳，因Z2动作圆小。t1 出口一般只宜发失磁信号，不宜自动切换励磁或自动压出力，因为Z1 Pset Pset为逆功率保护动作整定值。保护设有 2 段延时，短延时 t1(1s5s)用于发信号，延时 t2(10s600s)可用于跳闸。5.9.25.9.2 保护动作特性见