1、RCS-985发电机变压器组保护RCS-985 发变组保护介绍1、基础理论2、方案介绍3、装置介绍4、保护功能特点5、使用与运行6、调试方法7、投运注意事项8、动作分析9、总结适用范围 发电机变压器组类型发电机变压器组类型汽轮发电机变压器组水轮发电机变压器组燃气轮机组 机组容量机组容量100MW以上发电机变压器机组200MW以上发变组单元机组 总体方案为双主双后，即双套主保护、双套后备保护、双套异常运行保护的配置方案。其思想是将一个发变组单元的全套电量保护集成在一套装置中，主保护和后备保护共用一组TA。 对于一个发变组单元，配置两套完整的电气量保护，每套保护装置采用不同组TA，均有独立的出口跳
2、闸回路。 非电量保护出口跳闸回路完全独立，和操作回路独立组屏。保护总体方案设计思想300MW-500KV机组TA、TV配置方案300MW-500KV机组TA、TV配置方案TA配置方案说明1.A、B屏采用不同的电流互感器；2.主后备共用一组TA；3.主变差动、发电机差动均用到机端电流，一般引入一组TA给两套保护用，对保护性能没有影响。RCS-985保留了两组TA输入，适用于需要两组的特殊场合。4.主变差动、高厂变差动均用到厂变高压侧电流，由于主变容量与厂变容量差别非常大，为提高两套差动保护性能，一般保留两组TA分别给两套保护用，RCS-985通过软件选择，可以适用于只有一组TA的情况。5.220
3、KV侧应有一组失灵启动、非全相保护专用TA。 TV配置方案说明1.A、B屏尽量采用不同的电压互感器或互相独立的绕组。2.对于发电机保护，配置匝间保护方案时，为防止匝间保护专用TV高压侧断线导致保护误动，一套保护需引入两组TV。如考虑采用独立的TV绕组，机端配置的TV数量太多，一般不能满足要求。发电机机端建议配置三个TV绕组：TV1、TV2、TV3，A屏接入TV1、TV3电压，B屏接入TV2、TV3电压。正常运行时，A屏取TV1电压，TV3作备用，B屏取TV2电压，TV3作备用，任一组TV断线，软件自动切换至TV3。（TV3既匝间保护专用TV，只做复压过流的复压后备，不做接地保护的后备）3. 对
4、于零序电压，一般没有两个绕组，同时接入两套保护装置。 300MW-500KV差动保护配置方案1300MW-500KV差动保护配置方案2差动保护配置说明 （1 1）配置方案）配置方案1 1：对于300MW及以上机组，A、B屏均配置发变组差动、主变差动、发电机差动、高厂变差动。 （2 2）配置方案）配置方案2 2：对于100MW以上、300MW以下机组，A屏配置主变差动、发电机差动、高厂变差动；B屏配置发变组差动、发电机差动、高厂变差动。 发变组差动范围一般差至高厂变低压侧，也可选择差至高厂变高压侧。 300MW-500KV后备保护配置图后备保护配置说明 A、B屏均配置发变组单元全部后备保护，各自
5、使用不同的TA。 （1）对于零序电流保护，如没有两组零序TA，则A屏接入零序TA，B屏采用套管自产零序电流。此方式两套零序电流保护范围有所区别，定值整定时需分别计算。 （2）转子接地保护因两套保护之间相互影响，正常运行时只投入一套，需退出本屏装置运行时，切换至另一套转子接地保护。 300MW-500KV机组保护组屏视图保护配置方案PRC85APRC85BPRC85C2.RCS-974H南 瑞 继 保 电 气 有 限 公 司RST运报跳警ESC行闸ENTRCS-985发 电 机 变 压 器 保 护 装 置 南 瑞 继 保 电 气 有 限 公 司RST运报跳警ESC行闸ENTRCS-985发 电
6、机 变 压 器 保 护 装 置 1.RCS-974G300MW-220KV机组TA、TV配置方案300MW-220KV机组TA、TV配置方案300MW-220KV机组TA、TV配置方案300MW-220KV差动保护配置图300MW-220KV后备保护配置图300MW-220KV机组保护组屏视图保护配置方案100MW-220KV机组TA、TV配置方案100MW及以上机组差动保护配置图100MW及以上机组后备保护配置图100MW-220KV机组保护组屏视图保护配置方案 双主双后的优点 运行方便，安全可靠； 设计简洁，二次回路清晰，由于主后共用 一组TA，TA总数没有增加或有所下降； 整定、调试和维
7、护方便。保护方案设计思想合理的整机结构 装置装置采用整体面板采用整体面板、全封闭机箱全封闭机箱 强弱电严格分开强弱电严格分开 取消传统背板配线方式取消传统背板配线方式 先进的先进的电磁兼容电磁兼容技术技术RCS985装置介绍先进的硬件核心 高速数字信号处理器DSP 32位微处理器CPU 独立的CPU处理显示、键盘等人机对话 大屏幕汉字液晶显示先进的硬件核心 独立的双独立的双CPUCPU系统：系统：低通、AD采样、保护计算、逻辑输出 CPU2系统作用于启动继电器，CPU1系统作用于跳闸矩阵 启动一致性，CPU1和CPU2的启动元件相同，保护才出口 任一CPU故障，装置闭锁并报警，杜绝硬件故障引起
8、的误动硬件配置示意图A/DDSP1DSP2CPU1外部开入串口打印CPU板A/DDSP3DSP4CPU2管理板串口打印+E外部开入QDJ可靠的软件技术 每个周波24点高速采样率 并行实时计算：在故障全过程对所有保护继电器进行实时计算。即在每一个采样间隔内（0.833ms）对所有保护完成计算，并留有裕度。 先进的软件可靠性技术完善的事件报文处理 可记录32次故障及动作时序 可记录8次故障波形 可记录最近32次开关量的变位状况及时间 可记录32次自检报告独立的故障录波 CPU录波：记录保护的各种原始模拟量、保护用的中间模拟量、保护的出口状态等。 MON录波：设有完整的故障录波功能，可以连续记录长达
9、4S的发变组单元所有模拟量、开入量、保护动作量波形，记录采用COMTRADE格式，是针对发变组的故障录波器。 录波数据可通过独立的串口输出或打印输出 故障分析软件包能方便用户在故障发生后进行分析灵活的整定方法 后台予设定值，经接口输入装置 输入发变组单元的系统参数容量、电压等级、TA变比、TV变比主接线方式等 装置自动计算一次额定电流、二次额定电流、差动保护各侧调整系数 每种保护功能跳闸方式经跳闸矩阵出口跳闸矩阵的功能特点 灵活的跳闸矩阵：每一种保护均可经跳闸矩阵整定出口方式友好的用户界面 全中文菜单 全中文打印 大屏幕液晶显示，主接线及运行方式一目了然 不进行任何操作即可显示所有模拟量及差电
10、流保护装置“透明化” 实时显示所有模拟量及差电流、相位 实时监测开入量、压板、保护起动 应用专用软件可以监测多达1000个保护装置内部数据和标志，实现了保护装置透明化监视。 后台管理软件与通讯功能开发了相应的PC机软件，利用通讯的方式，提供方便的手段设定装置定值、观察装置状态以及了解记录的信息。例如整定定值，获得模拟量实时值，开入量状态以及获得录波数据等四个RS-485通信接口，其中有两个可以复用为光纤接口支持电力行业标准DL/T667-1999（IEC60870-5-103标准）的通讯规约灵活的后台通讯方式方便的调试手段 设有调试输入接口，用HELP-90A方便地进行调试、传动试验 装置面板
11、设置调试串口 所有保护信息可通过调试串口传至PC机，便于保护状态和性能的二次分析 所有定值可通过PC机进行整定、存盘、打印调试界面例2：变压器差动定值整定调试界面例3：发电机差动保护相关量显示调试界面例4：变压器差动相关量显示调试界面例5：定子接地保护相关量显示内部故障保护功能 配置机组内部故障多重主保护： 1.发电机差动保护（包括工频变化量差动保护） 2.发电机裂相横差保护或不完全差动保护 3.发电机高灵敏横差保护 4.发电机纵向零序电压匝间保护 5.发变组差动保护 6.主变差动保护（包括工频变化量差动保护） 7.高厂变差动保护 8.励磁变差动保护 9.励磁机差动保护其他保护功能1 主变低阻
12、抗保护17 过电压保护2 复合电压过流保护18 发电机定、反时限过励磁保护 3 零序过流保护19 逆功率保护4 间隙零序电压保护20 程序跳闸逆功率5 间隙零序电流保护21 频率保护6 主变定、反时限过励磁保护22 起停机保护7 发电机低阻抗保护23 误上电保护8 发电机复合电压过流保护24 轴电流保护9 发电机95定子接地保护25 高厂变两段复压过流保护10 发电机100定子接地保护26 A分支两段过流保护11 转子一点接地保护27 A分支两段零序过流保护12 转子两点接地保护28 B分支两段过流保护13 定、反时限定子过负荷保护29 B分支两段零序过流保护14 定、反时限转子表层负序过负荷
13、保护30 励磁变过流保护15 失磁保护31 定、反时限励磁过负荷保护16 失步保护32 TV、TA断线功能RCS985保护装置的关键技术1、采用了工频变化量新原理,变斜率比率差动保护新原理；2、全新的异步法TA饱和判据；3、首次提出并实现了浮动门槛和电流比率制动相结合的纵向零序电 压匝间保护、高灵敏横差保护新原理；4、采用三次谐波电压差动新原理的100定子接地保护；5、其他保护功能的特点6、灵敏的TV、TA回路自检功能；发电机差动保护现状发电机纵差保护可以很好地保护定子相间短路（包括横差所不能反应的机端相间故障）因此它是发电机内部故障其它保护所不能替代的主保护。 大型发电机造价昂贵，内部故障造
14、成的损失巨大，内部相间故障由于故障点电势可能较低，故障时受过渡电阻影响较大，如何采用新原理，不受过渡电阻影响，提高内部故障时保护灵敏度已成为重要课题。发电机差动保护普遍采用P级TA，区外故障TA不平衡电流大（尤其在非同期合闸时），固定斜率的比率差动保护，不能很好的与TA不平衡电流变化配合。满负荷运行时发电机内部A、B相2.5%经过渡电阻短路 变斜率比例差动不设拐点，一开始就带制动特性)/(1erblrblblcdqdrbldIIKKKIIKI差动保护的功能特点差动保护的功能特点 一般的差动继电器均选用比率差动，主要是为解决区外故障时，故障电流引起的不平衡电流对差动继电器的影响。当区外故障电流增
15、大时，不平衡电流会增大，制动电流也增大，比率差动特性可让定值也随制动电流也增大而抬高，此特性能躲过不平衡电流。由于硬件的限制，以前的特性大都为直线特性，动作特性随制动电流也增大与不平衡电流随区外故障电流增大不匹配，降低了非线性部分的灵敏度，变斜率比率差动动作特性较好地与差电流的不平衡电流配合（因为差电流的不平衡电流的增加随制动电流的增加是非线性的）。与传统纵差相比，增加了灵敏动作区，减少了易动作区；由于一开始就带制动并且使用了频率跟踪技术，因此、差动起始企可以安全地降低，提高了发电机内部故障时，尤其是机组起停过程中（4555）内部轻微故障差动保护的灵敏度 主变内部C相1.5%匝间故障变斜率比率
16、差动保护的功能特点差动保护的功能特点 可靠的高值比例差动由高比率制动系数抗TA饱和由高定值门槛躲过TA断线rdedIIII70.02.1差动保护的功能特点发电机差动TA饱和问题以往认为： 发电机差动采用保护级TA，并且TA同型； 区外故障电流倍数小，一次电流完全相同，二次不平衡差流 小； 因此，为提高内部故障灵敏度，降低差动起始定值、比率制动系数。实际情况： 发电机差动TA尽管同型，但两侧电缆长度可能不一致，部分 机组TA不是真正同型TA； 区外故障电流倍数尽管小，但非周期分量衰减慢； 结果，导致TA饱和，不平衡差流增大，差动保护屡有误动发生；现有防TA饱和措施提高定值： 缺点：降低了内部故障
17、灵敏度。采用流出电流判据的标积制动式差动保护： 当IH/INB I1/INB I2/INB时差动保护动作电流为无穷大 缺点1：理论计算表明，在发电机内部故障时，也有流出电流，存在拒动可能。 缺点2：区外转区内故障时，拒动可能性增加。TA饱和判据的特点全新的“异步法” TA饱和判据抗TA饱和算法：利用变压器、发电机差电流中谐波含量和波形特征来识别电流互感器的饱和关键判据：如何准确判出区外故障，投入抗TA饱和算法： 制动电流工频变化量： 差电流工频变化量：21ththrIdIII发电机区外故障并伴随CT饱和发电机区内故障发电机区内故障并伴随CT饱和区内轻微：t0:正常运行t1:故障时差动保护的功能
18、特点区内较严重：t0:正常运行t1:故障时差动保护的功能特点区内严重故障：t0:正常运行t1:故障时差动保护的功能特点区外TA饱和：t0:正常运行t1:判出区外t2:开始饱和t3:进入动作区t1-t05msTA饱和：t0:正常运行t1:判出区外t2:开始饱和t3:进入动作区t1-t05ms发变组差动保护的功能 变斜率比率差动保护二次谐波原理或波形识别TA饱和判据 高值比率差动保护二次谐波原理或波形识别 差动速断保护 TA断线闭锁主变差动保护的功能 变斜率比率差动保护二次谐波原理或波形识别TA饱和判据 高值比率差动保护二次谐波原理或波形识别 工频变化量比率差动保护二次谐波原理或波形识别 差动速断
19、保护 TA断线闭锁高厂变差动保护的功能变斜率比率差动保护二次谐波原理或波形识别TA饱和判别高值比率差动保护二次谐波原理或波形识别差动速断保护TA断线闭锁高压侧电流速断：高厂变高压侧内部故障时，小变比TA严重饱和（300-600Ie），高厂变差动可能拒动，增加大变比TA速断保护，能正确动作励磁变差动保护的功能 变斜率比率差动保护二次谐波原理或波形判别TA饱和判据 高值比率差动保护二次谐波原理或波形判别 差动速断保护 TA断线闭锁发电机差动保护的功能 变斜率比率差动保护TA饱和判据 高值比率差动保护 工频变化量比率差动保护 差动速断保护 TA断线闭锁A11A12A13A14A1540201052.
20、510A13A14裂相差动用TA单元横差用TA纵差用TAABCTA安装示意图 发电机裂相横差保护的功能 变斜率比率差动保护TA饱和判据 高值比率差动保护 差动速断保护 TA断线闭锁励磁机差动保护的功能 变斜率比率差动保护TA饱和判据 高值比率差动保护 差动速断保护 TA断线闭锁 满足50Hz、100Hz两种励磁机频率的需要现有纵向零序电压匝间保护方案1、负序方向闭锁的纵向零序电压匝间保护 负序方向元件在外部三相短路暂态过程中和频率偏离额定值时 可能会误动； 当采用负序功率方向作为动作元件时，灵敏度不高；2、负序方向闭锁的二次谐波式匝间短路保护 对于发电机组，外部不对称故障，也会产生二次谐波电流
21、，需 负序方向闭锁，因此也存在上述缺点；3、三次谐波分量闭锁纵向零序电压匝间保护 动模和实际机组故障未证实区外故障时纵向零序电压中三次谐 波分量会增大发电机定子匝间故障 1.单元件式横差保护BACoo3U0YH0E0I0nxf0 xf01nn零序电压匝间保护用电压互感器 n并联分支发电机零序等效电路 nxnnxnnxnnnxEIffff000020000013I3U31131 =E发电机定子匝间故障发电机定子匝间故障 2.纵向零序电压原理构成的保护方案。在发电机的出口装设一个专用全绝绝缘电压互感器，其一次绕组中性点直接与发电机中性点相连而不接地。所以，该电压互感器二次绕组不能用来测量相对地电压
22、。只有当发电机内部发生匝间短路或者对中性点不对称的各种相间短路时，破坏了三相对中性点的对称，产生了对中性点的零序电压，即纵向零序电压，在它的开口三角绕组才有输出电压，即3U00，使零序电压匝间短路保护正确动作。为防止低定值零序电压匝间短路保护在外部短路时误动作，还采用一些制动或闭锁量，因为三次谐波不平衡电压随外部短路电流增大而增大，为提高匝间短路保护动作灵敏度，这个措施是必要的零序电压匝间保护的功能特点 高定值段匝间保护 按躲过各种情况下最大不平衡零序电压整定；灵敏段匝间保护：电流比率制动原理 综合电流：采用电流增加量和负序电流加权值 Ie Imax Ie Imax )/1 (2*3)max(
23、2*30IIIIIIUIIkUemmOzdezdmOOzdhOUU 正常运行发电机纵向零序电压波形零序电压匝间保护的功能特点零序电压匝间保护的功能特点妈湾电厂主变高压侧C0故障纵向零序电压波形，零序电压基波分量比故障前增大，电流、负序电流增加较大,电流比率制动原理的匝间保护没有误动发电机区内A3-A4匝间故障纵向零序电压波形，零序电压增加, 而相电流变化不大, 保护灵敏动作。零序电压匝间保护的功能特点浮动门槛技术 对其他工况下（不同负载、电压升高、失磁故障等） ，零序 电压不平衡值的增大，采用浮动门槛躲过不平衡电压。 频率跟踪与数字滤波器结合，频率偏移时，三次谐波滤过比仍大于100由于采取了以
24、上措施，纵向零序电压匝间保护只需按躲过正常运行时不平衡基波电压整定，区内故障灵敏动作，区外故障可靠制动零序电压匝间保护的功能特点BAC3I03I0E02Xf02Xf0发电机横差保护分析图 高灵敏横差保护的功能特点高灵敏横差保护的功能特点 高定值段横差保护：相当于一般的单元件横差保护，按躲过最大不平衡电流整定 灵敏段横差保护：相电流比率制动原理取最大相电流增加值作制动hczdezdhchcIIdIkI)/1 (发电机变压器区外AB两相故障横差电流波形，横差电流增加，由于相电流也增加, 因此能可靠制动。高灵敏横差保护的功能特点发电机区内B1-B3匝间故障横差电流波形，横差电流增加, 而相电流变化不
25、大, 横差保护灵敏动作。高灵敏横差保护的功能特点高灵敏横差保护的功能特点浮动门槛技术 对其他工况下（不同负载、电压升高、失磁故障等），横差电 流不平衡电流的增大，采用浮动门槛躲过不平衡电流电压。 频率跟踪与数字滤波器结合，频率偏移时，三次谐波滤过比仍大于100由于采取了以上措施，横差电流定值只需按躲过正常运行时不平衡基波电流整定，区内故障灵敏动作，区外故障可靠制动RCS985保护装置的关键技术1、采用了工频变化量新原理,变斜率比率差动保护新原理；2、全新的异步法TA饱和判据；3、首次提出并实现了浮动门槛和电流比率制动相结合的纵向零序电 压匝间保护、高灵敏横差保护新原理；4、采用三次谐波电压差动
26、新原理的100定子接地保护；5、其他保护功能的特点6、灵敏的TV、TA回路自检功能；100%定子接地保护 （1）正常运行时。当发电机中性点没有消弧线圈时，即使三相电势完全对称相等，由于发电机电压系统三相对地电容不完全相等，中性点也有一定的不平衡电压存在。这个不平衡电压一般为额定电压的百分之几。当中性点接有消弧线圈（欠补偿）时，为降低定子接地保护零序电压的动作值，可适当改变并联电阻（视实际情况调整），使一般中性点的不平衡电压可降到规定值以内。 （2）单相接地时。图1-31所示为发电机定子单相接地示意图以及接地时基波零序电压U0与 的关系 ( 为中性点到故障点的匝数占一相总数的百分数) 0.51.
27、00.250.50.751.0U0/E0EAEBECUAUBUCECEBEC(1- )(1- )(1- )(a)单相接地示意图（b)基波零序电压与 的关系 对于金属性接地，假设三相电源电势和三相对地电容完全对称，并设故障点位于定子绕组A相距中性点处。由于接地电流非常小，定子绕组感抗又远小于对地容抗，所完全可以忽略定子绕组感抗压降，这样零序电压U0既是发电机中性点的位移电压，也是定子绕组任一相任一点的零序电压，即 当故障发生在定子绕组任一相的任一点时，零序电压U0=EX 见图1-31（b），U0与成线性关系。 AACBACBAEEEEEUUUU3)(31)E E ()E -E (03131ACA
28、B0 基波零序电压定子接地保护的动作电压，一般可降到510 V 对于主变压器高压侧为中性点直接接地系统，当高压系统发生接地故障时，若直接传递给发电机的零序电压超过定子接地保护的动作值，则可使定子接地保护的动作时限大于系统接地保护的动作时间，从时限上保证选择性 基波零序电压型定子接地保护简单可靠，可以在发电机单相接地电流很小的情况下采用。一般中小型机组都是采用这种接地保护，保护区为80%90%。 发电机三次谐波电势的分布特点 如果把发电机的对地电容等效地看作集中在发电机的中性点N和机端S，每端为1/2Cof，并将发电机端引出线、升压变压器、厂用变压器以及电压互感器等设备的每相对地电容Cos也等效
29、地放在机端，则正常运行情况下的等效网络如图1-32所示，同此即可求出中性点及机端的三次谐波电压分别为： 300003)(22ECCCCUsfsfN30003)(2ECCCUsffS1200033sffNSCCCUU当发电机中性点经消弧线圈接地时，其等值电路如图1-33所示，假设基波电容电流得到完补偿，则 )(3100sfCCL图1-36 发电机三次谐波电势和对地电容的等值电路图图1-37 发电机中性点有消弧线圈时三次谐波电势对地电容的等值电路图UN3US3US3UN3C0f/2C0f/2C0f/2C0f/2C0sC0s3LI03E3NSNSI03E3 此时发电机中性点侧对三次谐波的等值电抗为
30、)276 C32 - (3L)3)32)(3(30030f03sfNfNCC（jXCLjX 发电机端对三次谐波的等值电抗为 )2(32003SfSCCjX 发电机端三次谐波电压和中性点三次谐波电压之比为 )2(92700003333sfsfNSNSCCCCXXUU上式表明，接入消弧圈以后，中性点的三次谐波电压UN3在正常运行时比机端三次谐波电压US3更大。在发电机出线端开路时，COS=0，则在正常运行情况下，尽管发电机的三次谐波电势E3随着发电机的结构及运行状况而改变，但是其机端三次谐波电压与中性点三次谐波电压的比值总是符合以上关系的。 9733NSUU当发电机定子绕组发生金属性单相接地时，设
31、接地发生在距中性点处，其等值电路如图1-34所示。此时不管发电机中性点是否接有消弧线圈，恒有 US3、UN3随而变化的关系如图1-35所示。当UN3.33aEUN33)1 (EaUSaaUUNS133UN3US3C0f/2C0f/2C0sI03E3NS(1- )E3(1- )图1-38 发电机内部单相接地时三相谐波电势分布等值电路图010 20 30 40 50 60 70 80 90 100E3机端中性点UN3US3E3%图1-39 US3、UN3随的变化曲线100%定子接地保护 因此，如果利用机端三次谐波电压US3作为动作量，而用中性点侧三次谐波电压作为制动量来构成接地保护，且当US3UN
32、3时为保护的动作条件，则在正常运行时保护不可能动作，而当中性点附近发生接地时，则具有很高的灵敏性。利用这种原理构成的接地保护，可以反应定子绕组中性点侧约50%范围以内的接地故障。 定子接地保护的功能特点 高性能滤波算法高性能数字滤波器频率跟踪全波傅氏算法每周24点采样率保证了三次谐波率过比大于100正常运行时发电机中性点零序电压波形(妈湾电厂)定子接地保护的功能特点 95%定子接地保护灵敏段： 动作于出口时中性点零序电压经动作于出口时中性点零序电压经主变高、中压主变高、中压侧零序侧零序电压闭锁，电压闭锁，以防止区外故障时定子接地以防止区外故障时定子接地基波零序电压灵敏段误动基波零序电压灵敏段误
33、动。动作于信号时只判中性点零序电压高定值段：躲过各种情况下最大不平衡电压定子接地保护的功能特点 发电机中性点40%接地电压波形(动模试验)定子接地保护的功能特点现有定子接地保护存在问题 三次谐波电压比率判据 启停机过程中易误动 正常运行机组频率变化时，三次谐波滤过比下降，易 导致误动 调整型三次谐波电压判据启停机过程中易误动正常运行机组频率变化时，三次谐波滤过比下降，易导致误动运行方式变化时，易误动自适应三次谐波电压比率判据： 发变组并网前后机端等效电容变化较大，并网前、后各设一个定值，根据各自状态下装置实时显示的最大三次谐波电压比率值整定，装置根据断路器位置接点和负荷电流自动适应状态变化 频
34、率跟踪和数字滤波器相结合，在频率4555Hz范围内三次谐波电压滤过比不受影响wzdNTKUU333定子接地保护的功能特点 自适应三次谐波电压比率判据优点： 频率变化不会误动解决了机组启停机过程中三次谐波电压比率判据误动的问题。定子接地保护的功能特点 三次谐波电压差动判据：正常运行时，机端、中性点三次谐波电压幅值、相位在一定范围内波动，实时自动调整系数kt使正常运行时差电压接近为0；可以保护100的定子接地2)3T333（NNtTUUkreUkU定子接地保护的功能特点 妈湾电厂正常运行三次谐波差动波形：定子接地保护的功能特点发电机中性点5%定子接地电压波形(动模试验)定子接地保护的功能特点发电机
35、中性点40%定子接地电压波形图(动模试验)定子接地保护的功能特点发电机中性点经10k 定子接地电压波形(电科院动模试验)定子接地保护的功能特点 三次谐波电压差动可靠性：频率跟踪和数字滤波器相结合，在频率49.550.5Hz范围内保护功能不受影响；机组并网后负荷电流大于0.2In时，自动投入本判据；当TV断线时闭锁本判据。 由于采用了以上辅助判据，尽管三次谐波电压差动判据在定子接地时灵敏度很高，但是在启停机过程中、区外故障及其他工况下均不会误动。定子接地保护的功能特点RCS985保护装置的关键技术1、采用了工频变化量新原理,变斜率比率差动保护新原理；2、全新的异步法TA饱和判据；3、首次提出并实
36、现了浮动门槛和电流比率制动相结合的纵向零序电 压匝间保护、高灵敏横差保护新原理；4、采用三次谐波电压差动新原理的100定子接地保护；5、其他保护功能的特点；6、灵敏的TV、TA回路自检功能。 一点接地设两段 灵敏I段动作于信号 II段动作于信号或跳闸 转子两点接地保护 一点接地II段动作于信号，自动延时投入转子两点接地保护转子接地保护的功能特点 实时显示转子绕组对大轴绝缘电阻 转子一点接地后显示接地位置 高精度隔离放大器 隔离电压2500V 光耦继电器切换开关转子接地保护的功能特点RRS1S2RRUU发电机转子+-Rg Rg：转子接地电阻 ：转子接地位置 U：励磁电压 R：标准电阻 S1、S2
37、：切换开关 在上图中：当S1合、S2开可得： I1R+(I1-I2)Rg=(1-)u 2I2R+( I1-I2)Rg=u 当S2合、S1开可得： 2I1R+(I1-I2)Rg=(1-)u I2R+( I1-I2)Rg=u 四式联立求解，已知I1、I2、I1、I2R 可求、Rg。当Rg大于定值时，为一点接地故障。当接地位置改变达到一定值时判为两点接地。 当发电机完全失去励磁时，励磁电流将逐渐衰减至零。由于发电机的感应电势Ed随着励磁电流的减小而减小，因此，其电磁转矩也将小于原动机的转矩，因而引起转子加速，使 发电机的功角增大。当超过静态稳定极限角时，发电机与系统失去同步。发电机失磁后将从并列运行
38、的电力系统中吸取电感性无功功率供给转子励磁电流，在定子绕组中感应电势。在发电机超过同步转速后，转子回路中将感应出频率 为的电流，此电流产生异步制动转矩，当异步转矩与原动机转矩达到新的平衡时，即进入稳定的异步运行。 sfff 失磁保护的功能特点发电机各种运行方式下的机端测量阻抗发电机各种运行方式下的机端测量阻抗 （1）发电机正常运行时的机端测量阻抗 当发电机向外输送有功和无功功率时，其机端测量阻抗Zf位于第一象限，如下图中的1点所示，它与R轴的夹角为发电机运行时的功率因数角。 当发电机只输出有功功率时，测量阻抗位于R轴上的2点。 当发电机欠激运行时，它向外输送有功，同时从电网吸收一部分无功功率（
39、Q值变为负)，但仍保持同步并列运行，此时，测量阻抗位于第四象限的3点。 （2）发电机外部故障1时的机端测量阻抗 当采用0接线方式时，故障相测量阻抗位于第一象限，其大小和相位正比于短路点到保护安装地点之间的阻抗Zd，如图中的5点。如继电器接于非故障相，则测绘阻抗的大小和相位需经具体分析后确定。 (3)发电机与系统间发生振荡时的机端测量阻抗 EdUs时，振荡中心位于 处。当XS=0时，振荡中心即位于1/2Xd处此时机端测量阻抗的轨迹沿直线OO变化，如图所示，当=180时、测电阻抗的最小值为Zf=-j1/2Xd。 X21发电机各种运行方式下的机端测量阻抗 发电机失磁后的机端测量阻抗 发电机从失磁开始
40、到进入稳态异步运行，一般可分为三个阶段 1.失磁后到失步前 :sin的增大与Ed的减小相补偿，基本上保持了电磁功率P不变。 与此同时，无功功率Q将随着Ed的减小和的增大而迅速减小，Q值将由正变为负，即发电机变为吸收感性的无功功率。 sinXUEPsdXUXUEQssd2cos22222222212122jssssjjsssssssssssfffePUjXPUjXWeWePUjXjQPjQPPUjXjQPjQPjQPPUjXWUjXUIUsUIjXIsUIUZ 机端测量阻抗变化轨迹说明由于这个圆是在某一定有功功率P不变的条件下做出的，因此称为等有功阻抗圆。机端测量阻抗的轨迹与P有密切关系，对应不
41、同的P值有不同的阻抗圆，且P越大时圆的直径越小。发电机失磁以前，向系统送出无功功率，功率因数角为正，测量阻抗位于第一象限。失磁以后，随着无功功率的变化，功率因数角由正值变为负值，因此测量阻抗也沿着圆周随之由第一象限过渡到第四象限。 2.临界失步点 对汽轮发电机组，当=90时，发电机处于失去静稳定的临界状态，故称为临界失步点。此时输送到受端的无功功率 ,式中Q为负值，表明临界失步时，发电机自系统吸收无功功率，且为一常数，故临界失步点也称为等无功点。 XUQS2机端测量阻抗变化轨迹说明 发电机在输出不同的有功功率P而临界失步时，其无功功率Q恒为常数。因此，在上式中， 为变数，Zf也是一个圆的方程，
42、这个圆称为临界失步阻抗圆，也称等无功阻抗圆。其圆周为发电机以不同的有功功率P临界失步时，机端测量阻抗的轨迹，圆内为失步区。 222222222222)1 (21212)(2jsdsdsjsdsdsjsdsjsssssssffeXXjXXjjXeXXjXXjjXejXXjXeQjUjXjQPjQPQjUjXWjQPjQPQjUjXWUIUZ 2.失步后的异步运行阶段可用图1-24所示的等效电路来表示，此时按图1-25所规定的电流正方向，机端测量阻抗应为 )()(22221XXjSRjXsRjXjXZadadf当发电机运行在失磁时 ， ， ，此时机端的测量阻抗为最大sfff0SSR2dadfjXj
43、XjXZ1当发电机在其他运行方式下失磁时， 将随着转差率的增大而减小，并位于第四像限内。极限情况是当 时， ， 趋近于零， 的数值为最小 fZffSSR2fZdadadfXjXXXXXjZ221考虑到转子面上装有阻尼条，或是隐极机本身的整块转子具有阻尼绕组作用，因此式中的 可用 代替。 dXdX 综上所述，当一台发电机失磁前在过激状态下运行时，其机端测量阻抗位于复数平面的第一象限（如图1-28中的a或a点），失磁以后，测量阻抗沿等有功阻抗圆向第四象限移动。当它与临界失步圆相交时（b或b点），表明机组运行处于静稳定的极限。越过（b或b）点以后，转入异步运行，最后稳定进行于（c或c）点，此时，平均
44、异步功率与调节后的原动机输入功率相平衡。 3.异步状态 对于任意的一个s值，则随 变化都有一个相应的圆，我们给定一组s值，则可得到一个圆族，s=0时圆最大，随 增大，圆逐渐变小，当 ，圆趋向于一个点。显然，这个圆族的外包线给出了发电机异步阻抗的边界，对于任意的s和 值，机端测量阻抗Z的端点，都应当落在这个边界之内。 sst0: 正常运行t1: 进入静稳圆t2:进入异步圆失磁保护的功能特点t0: 正常运行t1: 低励t2: 异步运行失磁保护的功能特点失磁保护的功能特点曲线1:区外振荡曲线2:区内振荡失磁保护配置原则 如果系统有足够的无功储备，在发电机失磁后系统电压不会低于允许值，允许发电机在无励
45、磁状态下异步运行，没有必要立即把失磁发电机切除，而只需发信号，这对系统是有好处的，可以避免在出现无功差额后又出现有功差额。因为发电机在无励磁异步运行时，有相当大的异步转矩，并能输出一定的甚至是接近额定值的有功功率。因此失步定子判据可以选择失磁异步阻抗园与无功反方判据相结合的方式，但是无励磁异步运行的条件和相应的允许时间，还决定于发电机的温升情况，如果系统和发电机不允许无励磁异步运行，则失磁保护装置应瞬时或经短延时动作于跳闸。如果允许无励磁异步运行，则失磁保护只发信号或自动减负荷，而以较长的延时切除失磁的发电机。 开放式失磁保护方案 失磁判据减出力有功判据低电压判据转子电压判据 定子阻抗判据辅助
46、判据 失磁保护的功能特点 减出力采用有功功率判据P Pzd失磁导致发电机失步后，发电机输出功率在一定范围内波动，P取一个振荡周期内的平均值。失磁保护的功能特点 高压侧母线低电压判据Upp Ulezd高压侧PT断线时闭锁此判据 TV断线时闭锁本判据，并发出TV断线信号。失磁保护的功能特点 转子电压判据转子低电压判据： Ur Ur1zd变励磁电压判据： Ur Kr*Xdz* ( P Pt ) * Uf0发变组并网后延时投入失磁后异步运行时经定子判据闭锁自保持失磁保护的功能特点 失磁保护时功率、转子电压变化（动模试验）失磁保护的功能特点 低励失磁时功率、转子电压变化（动模试验）失磁保护的功能特点 定
47、子判据异步阻抗圆、静稳边界圆可选正序电压、正序电流计算阻抗可选择无功反向元件闭锁无功反向值可整定失磁保护的功能特点 辅助判据TV断线切换：正常时用TV1正序电压计算，如TV1断线，自动切换至TV2负序电压闭锁：不对称故障时可闭锁失磁保护电流范围失磁保护的功能特点一次典型的失磁过程阻抗轨迹 开放式的失磁保护方案段：动作于减出力 可选：减出力判据定子阻抗判据转子判据段：跳闸（母线低电压） 可选：低电压判据，定子阻抗判据、转子判据段：跳闸或报警段 可选：定子阻抗判据、转子判据段：长延时跳闸（与减出力段配合） 定子阻抗判据失磁保护的功能特点发电机失步保护 失步运行这种保持励磁的同步机运行模式既不利于机
48、组也不利于系统。由此可能引起水轮和汽轮发电机本身和汽轮发电机组轴的高机械应力和电磁应力。因而目前广泛采用：可以允许汽轮发电机在一定条件下作短时期的失步运行。这个条件可以简要地按在失步过程中，振荡中心是否多次落入发电机升压变压器及至发电机本身为标准。 功能能区分振荡中心在发变组内部或外部，并滑极次数可分别整定能记录滑极次数采用正序电压、正序电流计算阻抗，能区分短路和失步能区分稳定振荡和失步能检测加速失步或减速失步振荡频率0.1- 8 Hz当电流小于出口断路器跳闸允许电流时出口 失步保护功能失步保护的功能特点失步保护的功能特点EaZaZbZcEbo发电机与系统失步时的等效系统图 IuOEbEa系统
49、各点的电流电压关系图 1.左右边界2.中心线3.电抗线失步保护功能失步保护的功能特点振荡中机端阻抗继电器的测量阻抗图 Rjx0ZcZa-ZbOLUORIRIL3211DLRQQQ”失步继电器分析区外失步失步保护的功能特点失步继电器分析区内失步失步保护的功能特点失步继电器分析加速失步失步保护的功能特点失步继电器分析减速失步失步保护的功能特点失步过程分析t0:正常运行t1:区外故障t2:故障切除失步保护的功能特点失步过程分析t0:正常运行t1:区外故障t2:故障切除t3:振荡失步保护的功能特点失步保护的功能特点失步过程分析t0:正常运行t1:功率超调t2:失步振荡失步过程分析一次典型的失步振荡过程
50、 保护采用三元件失步继电器动作特性, 第一部分是透镜特性，图中，它把阻抗平面分成透镜内的部分I和透镜外的部分O。第二部分是遮挡器特性，图中，它把阻抗平面分成左半部分L和右半部分R。 两种特性的结合，把阻抗平面分成四个区OL、IL、IR、OR，阻抗轨迹顺序穿过四个区（OLILIROR或ORIRILOL），并在每个区停留时间大于一时限，则保护判为发电机失步振荡。每顺序穿过一次，保护的滑极计数加1，到达整定次数，保护动作。 第三部分特性是电抗线，图中，它把动作区一分为二，电抗线以上为I段（U），电抗线以下为II段（D）。阻抗轨迹顺序穿过四个区时位于电抗线以下，则认为振荡中心位于发变组内，位于电抗线以
