电力系统微机继电保护于群第6章节电气主设备微机保护举例.ppt

第6章 电气主设备微机保护举例,电力系统主设备包括发电机、变压器、母线、高压并联电抗器等 本章将以RCS-985型数字式发电机变压器成套保护装置为例，介绍电气主设备微机继电保护的主要功能6.1 概述 RCS－985为数字发电机变压器保护装置，适用于大型汽轮发电机、水轮发电机、燃汽轮发电机等类型的发电机变压器组单元接线及其他接线，并能满足电厂自动化系统的要求 该装置提供一个发电机变压器单元所需要的全部电量保护，保护范围包括：主变压器、发电机、高厂变、励磁变（励磁机）因此，配置原则满足国家电力公司《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》，真正实现了主保护、后备保护的全套双重化，主保护、后备保护共用一组TA6.1.1 装置的主要功能 1．主变压器保护功能 发变组差动保护 主变差动保护 两段两时限变压器阻抗保护 两段两时限复合电压过流保护 两段两时限零序过流保护 一段两时限零序电压保护 一段两时限间隙零序电流保护 过负荷信号、起动风冷、闭锁有载调压及TV断线及TA断线判别等2．发电机保护功能 发电机纵差动保护 发电机裂相横差保护 高灵敏横差保护 两段发电机相间阻抗保护 发电机复合电压过流保护 纵向零序电压匝间保护 工频变化量方向匝间保护 定子接地基波零序电压保护 定子接地三次谐波电压保护 转子一点接地保护 转子两点接地保护,定反时限定子过负荷保护 定反时限转子表层负序过负荷保护 失磁保护 失步保护 过电压保护 定反时限过励磁保护 逆功率保护 程序跳闸逆功率 频率保护 起停机保护 误上电保护 轴电流保护 TV断线（电压平衡）及TA断线判别等。

3．高厂变保护功能 高厂变差动保护 高厂变两段复压过流保护 A分支两段过流保护 A分支两段零序过流保护 A分支零序电压报警 B分支两段过流保护 B分支两段零序过流保护 B分支零序电压报警 过负荷信号、起动风冷、TV断线及TA断线判别等 4．励磁变或励磁机保护功能 差动保护 两段过流保护 定反时限励磁过负荷保护、TA断线判别等6.1.2 装置的主要技术特点 1．高性能的硬件、数字算法及滤波性能 双CPU硬件结构，每个CPU系统包括两个高性能DSP芯片及一个32位微处理器 2．独立的起动元件 管理板中设置了独立的总起动元件，动作后开放保护装置的出口继电器正电源；保护装置任一元件损坏均不会引起装置误出口 3．变斜率比率差动保护性能 可在区内故障时保证最大的灵敏度，在区外故障时可以躲过暂态不平衡电流 4．工频变化量比率差动性能 工频变化量比率差动保护完全反映差动电流及制动电流的变化量，不受正常运行时负荷电流的影响，灵敏度高，抗TA 饱和的能力较强5．高灵敏横差保护的性能 相电流比率制动和浮动门槛相结合的新判据，区内故障可靠制动，区内故障灵敏动作； 6．纵向零序电压匝间保护性能 电流比率制动新判据，区外故障可靠制动，区内匝间故障灵敏动作。

7．发电机定子接地保护性能 基波零序电压定子接地保护灵敏段经主变高压侧零序电压制动； 三次谐波电压判据，自动适应机组并网前后发电机机端、中性点三次谐波电压比率关系，保证发动机起停过程中，三次谐波电压判据不误发信号； 8．转子接地保护的性能 转子接地保护采用乒乓式原理，直流输入采用高性能的隔离放大器，实时显示转子电压、转子绝缘电阻和接地位置 9．差动各侧电流相位和平衡补偿及可择的励磁涌流判别原理,,6.1.3 装置的主要技术指标 1.发电机变压器差动、主变压器、励磁变差动保护 比率差动起动定值: 0.1In～1.2In(In为额定电流) 差动速断定值: 3In～14In(In为额定电流) 起始比率制动系数: 0.05～0.10 最大比率制动系数: 0.50～0.80 二次谐波制动系数: 0.1～0.35 2．发电机差动保护、裂相横差保护、励磁机差动保护 比率差动起动定值: 0.05In～1.2In(In为额定电流) 差动速断定值: 3In～10In(In为额定电流) 起始比率制动系数: 0.05～0.10 最大比率制动系数: 0.30～0.70 比率差动动作时间: ≤ 35 ms (2倍定值) 差动速断动作时间: ≤ 20ms (1.5倍整定值),,3.高厂变差动保护 比率差动起动定值: 0.1In～1.2In(In为额定电流) 差动速断定值: 3In～14In(In为额定电流) 高压侧过流速断: 6In～20In(In为额定电流) 起始比率制动系数: 0.05～0.10 最大比率制动系数: 0.50～0.80 二次谐波制动系数: 0.1～0.35 比率差动动作时间: ≤ 35 ms (2倍定值) 差动速断动作时间: ≤ 20ms (1.5倍整定值) 过流速断动作时间: ≤ 40ms (1.5倍整定值),4．发电机横差保护 横差保护电流定值: 0.1A～50A 横差保护电流高定值: 0.1A～50A 相电流制动系数: 0.1～2.0 横差保护动作时间: ≤ 35 ms (1.5倍定值) 横差电流定值误差: ±2.5% 或 ±0.02In 5．发电机纵向零序电压匝间保护 匝间保护零序电压定值： 0.1V～20V 匝间保护零序电压高定值：1V～20V 相电流制动系数： 0.5～3.0 延时定值： 0.01～1S 纵向零序电压保护： ≤ 100 ms (1.5倍定值) 故障分量方向保护： ≤ 35 ms,6．发电机定子接地保护 零序电压定值： 0.1V～20V 零序电压高定值： 10V～20V 高压侧零序电压耦合系数： 0.01～1.00 三次谐波比率定值： 0.5～5 三次谐波差动调整系数： 0.5～3.0 三次谐波差动比率定值： 0.1～1.0 延时定值： 0.1～10s 7．发电机转子接地保护 一点接地电阻定值： 0.1～100 kΩ 两点接地位置定值： 1%～10% 延时定值： 0.1～10s 8．发电机定子过负荷保护 定时限电流定值： 0.1～100A 定时限延时定值： 0.1～10S 反时限起动电流定值： 0.1A～10A 定子绕组热容量： 1～100 散热效应系数： 0.1～2.0,6.1.4 装置的硬件配置 装置有两个完全独立的相同的 CPU 板，每个 CPU 板由两个AD 公司的高速数字信号处理芯片（DSP）和一个 Motorola 公司的32 位单片微处理器 MC68332组成，并具有独立的采样、出口电路。

6.2 RCS－985应用范围及保护配置 RCS－985可适用于125MW机组、300MW-220kV、300MW-500kV发变组单元等各种接线方式的发电机变压器单元及保护配置，本节以125MW机组为例介绍其保护配置方式6.2.1 差动保护配置方案 125MW机组的差动保护配置方案如图6-3所示，包括主变差动、发电机纵差、发电机横差、高厂变差动、励磁变（励磁机）差动等保护 6.2.2 后备保护配置方案 125MW机组单元的后备保护配置方案如图6-4所示包括： 变压器后备保护：高压侧三段各两时限复合电压方向过流保护、三段各两时限零序方向过流保护、两时限零序电压保护、两时限间隙零序电流保护、过负荷报警等、TV断线（电压平衡）及TA断线等功能中压侧三段各两时限复合电压方向过流保护、三段各两时限零序方向过流保护、两时限零序电压保护、两时限间隙零序电流保护、过负荷报警等、TV断线及TA断线判别等功能发电机后备保护和异常运行保护：两段相间阻抗保护、两段复合电压过流保护、纵向零序电压匝间保护、定子接地基波零序电压保护、定子接地三次谐波电压保护、转子一点接地保护、转子两点接地保护、定反时限定子过负荷保护、定反时限转子表层负序过负荷保护、失磁保护、过电压保护、逆功率保护、TV断线（电压平衡）及TA断线判别等功能。

高厂变后备保护：两段复压过流保护、两分支后备保护（各两段过流保护、两段零序过流保护、零序过电压保护）、过负荷信号、起动风冷、TV断线及TA断线判别等功能 励磁变后备保护：两段过流保护、定反时限励磁过负荷保护及TA断线判别等功能图6-3 125MW机组 差动保护配置图,图6-4 125MW机组后备保护配置图,,6.2.3保护组屏方案 由于一套RCS－985保护装置包括了所有电量保护，一般情况下一个发变组单元按三块屏配置，其中两块屏按两套完整的电量保护配置，第三块屏配置非电量保护、操作回路装置6.3 RCS－985的主要保护原理 6.3.1发电机变压器差动、变压器差动保护、高厂变差动保护、励磁变差动保护 1．比率差动原理 比率差动保护的动作方程为：,,,,,式中 为差动电流， 为制动电流， 为差动电流起动定值， 为额定电流3．TA 饱和时的闭锁原理 为防止在区外故障时TA 的暂态与稳态饱和时可能引起的稳态比率差动保护误动作，装置采用各侧相电流的综合谐波作为TA 饱和的判据，其表达式如下： 式中， 为某侧某相电流中的综合谐波， 为对应相电流的基波， 为某一比例常数 故障发生时，保护装置先判出是区内故障还是区外故障，如区外故障，投入TA 饱和闭锁判据，当与某相差动电流有关的任意一个电流满足以上表达式即认为此相差流为TA 饱和引起，闭锁比率差动保护。

4．高值比率差动原理 为避免区内严重故障时TA 饱和等因素引起的比率差动延时动作，装置设有一高比例和高起动值的比率差动保护，只经过差电流二次谐波或波形判别涌流闭锁判据闭锁，利用其比率制动特性抗区外故障时TA 的暂态和稳态饱和，而在区内故障TA 饱和时也能可靠正确快速动作稳态高值比率差动的动作方程如下：,,,5．差动速断保护、电流速断保护 当任一相差动电流大于差动速断整定值时瞬时动作于出口继电器 6．差动保护在过激磁状态下的闭锁判据 由于在变压器过激磁时，变压器励磁电流将激增，可能引起发变组差动、变压器差动保护误动作因此在装置中采取差电流的五次谐波与基波的比值作为过激磁闭锁判据来闭锁差动保护其判据如下： 其中 、 分别为每相差动电流中的基波和五次谐波， 为五次谐波制动系数，装置中固定取0.25图6-7 比率差动的逻辑框图,,6.3.2发电机差动保护 1．比率差动原理 发电机比率差动动作特性如图6-8所示，动作方程如下：,,,,式中 为差动电流， 为制动电流， 为差动电流起动定值， 为发电机额定电流2．高性能TA 饱和闭锁原理 为防止在区外故障时TA 的暂态与稳态饱和时可能引起的稳态比率差动保护误动作，装置采用各侧相电流的波形判别作为TA 饱和的判据。

故障发生时，保护装置先判出是区内故障还是区外故障，如区外故障，投入TA 饱和闭锁判据，当与某相差动电流有关的任意一个电流满足以上表达式即认为此相差流为TA 饱和引起，闭锁比率差动保护 3．高值比率差动原理 为避免区内严重故障时TA 饱和等因素引起的比率差动延时动作，装置对发电机同样设有一高比例和高起动值的比率差动保护，利用其比率制动特性抗区外故障时TA 的暂态和稳态饱和，而在区内故障TA 饱和时能可靠正确动作稳态高值比率差动的动作方程如下：,,4．差动速断保护 当任一相差动电流大于差动速断整定值时瞬时动作于出口继电器 比率差动的逻辑框图如图6-9所示请比较与图6-7中的区别图6-9发电机比率差动的逻辑框图,,6.3.3工频变化量比率差动保护 发电机、变压器内部轻微故障时，稳态差动保护由于负荷电流的影响，不能灵敏反应为此本装置配置了变压器工频变化量比率差动保护、发电机工频变化量比率差动保护，并设有控制字方便投退 工频变化量比率差动动作特性如图6-10所示，动作方程如下：,,,,,其中： 为浮动门坎，随着变化量输出增大而逐步自动提高取1.25 倍可保证门槛电压始终略高于不平衡输出，保证在系统振荡和频率偏移情况下，保护不误动。

注意：工频变化量比率差动保护的制动电流选取与稳态比率差动保护不同 程序中依次按每相判别，当满足以上条。