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【正文】 述原則整定的比率之特性，當發電機機端兩相金屬性短路時，差動保護的靈敏系數一定滿足要求，不必進行靈敏度校驗。 解除循環閉鎖的負序電壓一 般可取 2 nUU? ，其中 nU 為發電機電壓互感器的二次額定線電壓。 2 200 16UV? ? ?。 .dinI 差動速斷具有防電流互感器飽和差動保護拒動時的輔助保護作用，對于發電機的差動速斷，其作用也相當于差動保護的高定值，應按躲過區外三相短路產生的最大不平衡差流來整定。為可靠，可取 . (4 ~ 6)d in nII? （倍） ， 一般取 4倍即可。 . 192454 4 1 5 . 4 05000d in nI I A? ? ? ? cbI 若采用電流互感器斷線閉鎖差動保護時，差流如果大就說明發生故障了，此時必須解除電流互感器斷線閉鎖，允許差動保護動作，否則會導致保護出口拒動，有損設備的安全，通常取 ( ~ )cb nII? （倍） ，這里取 1 倍。 192451 3 .8 55000cbIA? ? ? 內蒙古農業大本科畢業設計說明書 17 保護 定子繞組匝間短路保護裝設原 則 ，每相有并聯分支且中性點側有分支引出端的發電機，應裝設零序電流型橫差保護，或裂相橫差保護 、不完全縱差保護。 及以上發電機，當定子繞組為星形接線，中性點只有 3 個引出端子時，根據用戶和制造廠的要求，也可裝設專用的匝間短路保護。 發電機是否裝設匝間保護，國內曾經有兩種不同的意見，一種認為發電機定子繞組的結構不會引起匝間短路，有 100%定子接地保護，可不裝設（國外許多都不裝設）；另一種意見認為，發電機定子繞組有發生匝間短路的可能，如引線部分，希望裝設匝間保護。目前制造廠配套產 品一般都配有匝間保護，故對中性點只有 3 個引出端子的發電機，目前設計時一般都按裝設匝間保護設計。 對中性點有 3個引出端子的大容量發電機的匝間保護，目前一般采用定子零序電壓式保護裝置。還有的采用負序功率增量 2P? 作為匝間保護的動作判據。匝間短路保護應動作于全停。 橫聯差動保護 定子繞組匝間短路時，被短路的各匝將有短路電流流過，產生局部過熱，破壞繞組絕緣，以致轉變為單相接地或相間短路。同一支路繞組間短路，或同相不同支路繞組匝間短路，都稱為定子繞組的匝間短路， 發生匝間短路時縱差保護不能反應，故必須裝設專用保護。在雙星型中性點 N.， Nˊ間加裝電流互感器作為橫差電流繼電器 I的電流源，為橫差保護。發電機正常運行或外部短路時， N， Nˊ間無電流過，橫差保護不動作。當定子繞組的同一分支的匝間發生短路時，短路分支的三相電勢不平衡，于是在 N， Nˊ間有電流流過，當其值大于橫差保護的動作電流時，保護跳開發電機。這種保護的優點是接線簡單，靈敏度也可以很高，其缺點是發電機中性點側必須有 6個引出端子，保護有不大的死區。在大容量發電機中，由于額定電流很大，其每相都是由兩個或多個并聯的繞組組 成。在正常運行的時候，各繞組中的電動勢相等，流過相等的負荷電流。而當任一繞組發生匝間短路時，繞組中的電動勢就不再相等，因而會出現因電動勢差而在各繞組間產生均衡電流。利用這個環流，可以實現對發電機定子繞組匝間短路的保護，即橫差動保護 .這種接線方式只用一個互感器裝于發電機兩組星形中點的連線上，其本質是把一半繞組的三相電流之和去與另一半繞組三相電流之和進行比較。這種接線方式沒有由于互感器誤差所引起的不平衡電流，其起動電流比較小，靈敏度高，且接線非常簡單。轉子回路兩點接地時，衡差動保護可能誤動作，但不必在轉子回路兩 點接地時閉鎖橫差保護在投入兩點接地保護的同時，橫差保護硬切換至帶 ～ 1S的延時動作于跳閘，可防止轉子回輪偶然性的兩點接地時引起的橫差保護誤動作。 600MW發電機組繼電保護 18 圖 33橫差保護原理圖 整定計算 保護動作電流是按躲過外部短路故障時最大不平衡電流以及裝置高次諧波濾過比的大小整定，由于不平衡電流很難確定，因此當橫差保護的三次諧波濾過比大于或等于 15時，在工程設計中可根據以下經驗公式計算 . (0 .2 ~ 0 .3 ) GNop r TA II n? 式中 GNI —— 發電機額定電流 TAn —— 電流互感器變比 . 0 .3 1 9 2 4 5 1 .1 5 55000o p rIA???。 2．靈敏度 系數 校驗 靈敏系數是以保護動作死區占整個繞組的百分比表示的，由下式可求出保護動作死區占的百分比 003 / 4I a X? 式中 03I —— 等于 .oprI ； 0X —— 發電機零序電抗，為 a —— 發電機動作死區的比分比 所以 55 4 95 68 42 44 .2%a ? ? ? ? ? 從 上述計算可知，保護動作整定值越高，保護死區越大，為了減小保護死區，應經三次諧波濾過器，盡量減小 3次諧波不平衡電流。 定子繞組單相接地短路保護裝設原則 發電機定子繞組的單相接地故障的保護應符合以下要求： 內蒙古農業大本科畢業設計說明書 19 ，如無制造廠提供的規定值可參照 下 表中所列數據。 *對氫冷發電機為 發電機額定電壓（ kV） 發電機額定容量（ MW） 接地電流允許值（ A） 50? 4* 汽輪發電機 50~100 3 水輪發電機 10~100 ~ 汽輪發電機 125~200 2* 水輪發電機 40~225 18~20 300~600 1 。當單相接地故障電流（不考慮消弧線圈的補償作用）大于允許值時，應裝設 有選擇性的接地保護裝置。 保護裝置由裝于機端的零序電流互感器和電流繼電器構成。其動作電流按躲過不平衡電流和外部單相接地時發生電機穩態電容電流整定。接地保護帶時限動作信號 ，但當消弧線圈退出運行或由于其他原因使殘余電流大于接地電流允許值時，應切換為動作停機。 當未裝接地保護，或裝有接地保護但由于運行方式改變及靈敏系數不符合要求等原因不能動作時，可由單相接地監視裝置動作于信號。 為檢查發電機定子繞組和發電機回路的絕緣狀況，保護裝置應能監視發電機端零序電壓值。 —— 變壓器組。對 100ＭＷ以下發電機，應裝設 保護區不小于 90%的定子接地保護，對于 100MW 及以上的發電機，應裝設保護區為 100%的定子接地保護。保護帶時限動作與信號，必要時也可以動作于停機。 為檢查發電機定子繞組和發電機回路的絕緣狀況，保護裝置應能監視發電機端零序電壓值。 依據上述原則， 600MW 發電機組應裝設 100%的定子接地保護。 100%保護區 的定子繞組單相接地保護 3 次諧波式 100%定子接地保護 3 次諧波式 100%定子接地保護的構成原理是在基波零序電壓定子繞組接地保護的基礎上，利用 3 次諧波電壓作判據，增加保護動作量，消除基波零序 電壓定子繞組接地保護在中性點附近 15%~5%死區。即 100%保護區的 3 次諧波式定子繞組單相繼電保護是由基波零序電壓定子繞組接地保護和 3 次諧波電壓定子繞組接地保護兩部分共同構成。基波零序電壓定子繞組接地保護，其保護區為靠機端側的定子繞組的85%~95%范圍； 3 次諧波電壓定子繞組接地保護，其保護區為靠近中性點側的定子繞組的 50%范圍；兩保護區加起來構成 100%的保護區，如圖 34 所示。 600MW發電機組繼電保護 20 圖 34 發電機定子繞組單相接地 100%保護區的構成 正常運行時發電機定子繞組 3 次諧波電壓的分布。中性點不接地發電機正 常運行時的 3 次諧波等值電路如圖 35 所示。圖中 GC 為發電機每相對地電容， tC 為機端其他元件的每相對地電容，則有 33/ / ( 2 )S N G G tU U C C C??。顯然在正常情況下，恒有33SNUU? 。 圖 35 中性點不接地發電機正常運行 時的 3次諧波等值電路 若發電機中性點經消弧線圈接地，其 3 次諧波等值電路如圖 36 所示。若為完全補償方式（ 1/LC??? ），三相對地電容為 3( )GtC C C??，則 3372 []1 8 2S G t G tNU C C C CU ??? 如 0tC? ，則 33/ 7 / 9SNUU? 。 可見在正常運行情況下，機端 3 次諧波電壓 3SU 總是小于中性點 3 次諧波電壓3NU 。 內蒙古農業大本科畢業設計說明書 21 圖 36中性點經消弧線圈接地的發電機 正常運行時 3次諧波等值電路圖 定子繞組一點接地后的 3 次諧波電壓分布。當定子繞組距中性點 ? 處發生單相接地時，不管中性點是否經消弧線圈接地， 3 次諧波電壓恒有如下關系 33NUE?? 33(1 )S ??? 331SNUU ???? 當機端發生接地故障時， 1?? ，則 3 0SU ? ， 33NUE? 。在中性點處發生接地故障時， 0?? ，則 33SUE? ， 3 0NU ? 。 3SU 和 3NU 隨 ? 變化的關系如圖 37所示。 圖 37 定子繞組一點接地后 3SU 和 3NU 隨 ? 變化的關系 600MW發電機組繼電保護 22 整定計算 三次諧波保護與中性點基波定子接地保護共同構成 100%接地保護，由于三次諧波保護誤動概率比較大，我國《大型發電機變壓器組保護整定計算導則》推薦僅作用與信號。 一是三次諧變比率保護。動作判斷方程 .3.3tNUU ?? 保護 選擇 RCS985 型，與整定值可取 ..03 3 2 0 01 . 4 2 . 4 23 4 6 . 4 0T V nr e lTVnK n? ? ?? ? ? ? 式中 relK —— 可靠系數，取 14； .TVnn —— 發電機中性點 TV變比 20 33 kV?； .0TVn —— 機端電壓互感器一次繞組與開口三角二次繞組的變比2 0 0 .1/ 3 4 6 .4 033 kV? 。 實際運行并網前應整定為 1(~)? ,現取 1? ，其中 1? 為并網后實測比值。 實際運行并網前應整定為 2(~)? ,現取 2? ，其中 2? 為并網后實測比值。 二是三次諧波電壓差接地保護。動作判據方程 .3 .3 .3t p n r nU K U K U?? 式中 .3tU —— 機端三次諧波電壓； .3nU —— 中性點側的三次諧波電壓； pK —— 調整系數向量（裝置自動跟蹤） rK —— 制動系數（一般取 ） 三是動作時限整定。延時躲過區外后備保護動作時限，可取 5s。 相間短路后備保護裝設原則 發電機相間短路的后備保護可采用過電流保護、帶低電壓的過電流保護、復合電壓啟動 的過電流保護、負序過電流保護等。為了防止外部短路所引起的過電流和作為發電機的后備保護，在發電機上可裝設過電流保護或帶低電壓起動的過電流保護，如內蒙古農業大本科畢業設計說明書 23 這種保護的靈敏度不夠或為了簡化接線，也可裝設負序過電流保護或復合電壓起動的過電流保護。在本設計中采用三相三繼電器式接線，且為了使其靈敏度達到要求采用復合電壓啟動的過電流保護。 流啟動元件由接于相電流的繼電器 4～ 6KA 構成，電壓啟動元件由反應不對稱短路的負序電壓繼電器 U2 和反應對稱短路接于相間電壓的低電壓繼電器 KV構成。只有電流啟動元件和電壓啟動元件都動作時才能啟動時間 繼電器 KT。 由于外部短路，非周期重合閘以及系統震蕩而引起過電流。 1MW 及以上發電機，可裝設復合電壓起動的過電流保護，作為相間短路故障的后備保護。通常在微機保護中可通過改變設置變成簡單過流保護或低壓起動的過流保護，具有更好的適應性，廣泛用于各種中小發電機。保護通常帶兩段時限，其中較短時限用于減小故障范圍，較長時限跳發電機。負序電壓元件和反映相間電壓的低電壓元件，兩者構成或門關系。負序電壓元件主要針對于不對稱故障，提高了反應不對稱故障的保護的靈敏度， 故障相電流繼電器中至少兩個動作，同時負序電壓繼電器 KVN 動作 ，其常閉觸點打開，于是加于低電壓器繼電器上電壓被迫為零，啟動時間繼電器 KT，經過 KT 的延時，其觸點閉合，啟動出口繼電器 KCO，使發電機各側斷路器跳閘 ；低電壓元件主要反映對稱故障，靈敏度較高， 由于短路瞬間也會產生短時的負序電壓，使負序電壓繼電器 KVN啟動，使低壓繼電器 KV 動作，當負序電壓消失后， KV接于相間電壓上，因此只有母線電壓高于 KV 的返回電壓方可使 KV 返回。但三相短路時母線電壓均很低，小于 KV的返回電壓，故 KV 保持動作狀態，此時相當于低電壓啟動的過電流保護。 記憶元件：采用加記憶元件或利用低電壓自保持，以 防止保護裝置中途返回。 接線： LH發電機中性點 YH發電機出口 其余與變壓器相同 動作結果 : 跳 DL， MK 圖 37 復合電壓過電流保護出口邏輯 600MW發電機組繼電保護 24 整定計算 合電壓啟動過電流保護 (1)保護動作電流 rel GNoprKII K? 式中 GNI —— 發電機