三峡发变组保护技术特点尹项根

1、2021-12-18学术报告1 三峡电站发电机变压器组保护三峡电站发电机变压器组保护 配置方案及技术特点配置方案及技术特点u华中科技大学电力系华中科技大学电力系u尹项根尹项根u二零零三年六月二零零三年六月2021-12-18三峡发变组保护目录2 报告内容目录报告内容目录u三峡工程及电气系统概况三峡工程及电气系统概况u三峡左岸电站发变组及其保护概况三峡左岸电站发变组及其保护概况u三峡机组继电保护关键技术问题三峡机组继电保护关键技术问题u三峡左岸电站发电机变压器组继电保护配置方案三峡左岸电站发电机变压器组继电保护配置方案u三峡机组继电保护装置的主要原理及技术特点三峡机组继电保护装置的主要原理及技术

2、特点2021-12-18三峡发变组保护-工程概况（1/3）31. 三峡工程及电气系统概况三峡工程及电气系统概况u三峡工程位于长江西陵峡中段，湖北宜昌三斗坪；三峡工程位于长江西陵峡中段，湖北宜昌三斗坪；u三峡坝顶高程三峡坝顶高程 185m，正常蓄水位，正常蓄水位 175m，坝顶，坝顶全长全长1983m；u三峡电站三峡电站2003年年8月首批月首批4台机组开始发电，台机组开始发电，2008年全部建成投产；年全部建成投产；u三峡工程是世界最大规模的水电枢纽工程，也是三峡工程是世界最大规模的水电枢纽工程，也是治理长江的关键工程，具有防洪、发电、航运、治理长江的关键工程，具有防洪、发电、航运、灌溉等综合

3、效益；灌溉等综合效益；2021-12-18三峡发变组保护-工程概况（2/3）4续续1. 三峡工程及电气系统概况三峡工程及电气系统概况u三峡电站分为左岸电站，右岸电站及右岸地下三峡电站分为左岸电站，右岸电站及右岸地下电站等个独立电站；电站等个独立电站；u左岸电站装机左岸电站装机14台，右岸电站装机台，右岸电站装机12台，地下台，地下电站装机电站装机 6 台（扩建预留）；台（扩建预留）；u单机容量单机容量 700 MW，总装机容量（只计地上电，总装机容量（只计地上电站）站）18.2 GW；u原定供电范围：华中、华东、四川重庆，最大原定供电范围：华中、华东、四川重庆，最大送电分别为送电分别为12.0

4、、7.2、2.0 GW，现增广东；，现增广东；u三峡电站年发电量三峡电站年发电量 84.7 TWh；2021-12-18三峡发变组保护-工程概况（3/3）5续续1. 三峡工程及电气系统概况三峡工程及电气系统概况u全部机组采用发电机变压器组扩大单元形式一全部机组采用发电机变压器组扩大单元形式一次升压至次升压至 500kV 接入电力网；接入电力网；u不设发电机端断路器（预留位置）；不设发电机端断路器（预留位置）；u500kV 主接线采用一个半断路器接线方式和置主接线采用一个半断路器接线方式和置于厂坝之间的于厂坝之间的 GIS 封闭母线；封闭母线；u左岸电站左岸电站 8 回出线：分送荆门回出线：分送

5、荆门 2 回，荆州回，荆州 1 回，回，万县万县 2 回及直流换流站回及直流换流站 3 回。回。2021-12-18三峡发变组保护-机组及保护概况（1/5）62. 左岸发变组及保护概况左岸发变组及保护概况u左岸电站左岸电站 分为左一电厂（分为左一电厂（8台机组）和左二电台机组）和左二电厂（厂（6台机组）；台机组）；u左一电厂：左一电厂： ABB 和和ALSTOM公司提供公司提供 8 台水台水轮机、发电机、变压器、轮机、发电机、变压器、GIS及相应发变组的及相应发变组的保护与控制设备；保护与控制设备；u左二电厂：左二电厂： SIEMENS 和和VGS公司提供公司提供 6 台水台水轮机、发电机、变

6、压器、轮机、发电机、变压器、GIS及相应发变组的及相应发变组的保护与控制设备；保护与控制设备；2021-12-18三峡发变组保护-机组及保护概况（2/5）7续续2. 左岸发变组及保护概况左岸发变组及保护概况u机组基本参数：机组基本参数：U=20kVU=20kV，I=22.453/24.249kAI=22.453/24.249kA，P=700/756MWP=700/756MW（777.8/840MVA)，COS= 0.9COS= 0.9，转速转速n=75rpmn=75rpm，极对数，极对数p=40p=40； u机组其它情况：水冷，自并励，定子绕组回叠机组其它情况：水冷，自并励，定子绕组回叠波绕、

7、每相波绕、每相 5 5并联分支、每分支并联分支、每分支36(34)36(34)匝、每匝、每相对地电容相对地电容1.4(1.8)F1.4(1.8)F，转子绕组对地电容，转子绕组对地电容0.5(2.6)F0.5(2.6)F，中性点高阻接地（经配电变）；，中性点高阻接地（经配电变）；u变压器变压器基本参数基本参数：840MVA840MVA，550kV/20kV550kV/20kV，连接，连接组组Y0-d11Y0-d11，铁心形式为三相五柱整体，中性点，铁心形式为三相五柱整体，中性点直接或经小电抗接地，直接或经小电抗接地，UkUk=15%=15%；2021-12-18三峡发变组保护-机组及保护概况（3

8、/5）8续续2. 左岸发变组及保护概况左岸发变组及保护概况u定子绕组分析图（定子绕组分析图（ABB- ALSTOM发电机）：发电机）：同相异支同槽11%异相异支同槽11%同相同支同槽78%2021-12-18三峡发变组保护-机组及保护概况（4/5）9续续2. 左岸发变组及保护概况左岸发变组及保护概况u定子绕组分析图（定子绕组分析图（SIEMENS-VGS发电机）：发电机）：同相异支同槽18%异相异支同槽29%同相同支同槽53%2021-12-18三峡发变组保护-机组及保护概况（5/5）10续续2. 左岸发变组及保护概况左岸发变组及保护概况u定子绕组分析：定子绕组分析：同相同支同槽，占同相同支同

9、槽，占77.852.9，同相异支同槽，占同相异支同槽，占11.117.6，异相异支同槽，占异相异支同槽，占11.129.4，最小同相同支同槽匝数，最小同相同支同槽匝数，1匝匝2匝，匝，最小同支同槽匝比，最小同支同槽匝比，2.785.88；u定子短路分析：定子短路分析：匝间、分支间、相间均可能发生短路。匝间、分支间、相间均可能发生短路。2021-12-18三峡发变组保护-关键问题（1/2）113. 机组保护关键技术问题机组保护关键技术问题u因三峡巨型机组价格昂贵、地位重要，对以下几因三峡巨型机组价格昂贵、地位重要，对以下几方面提出较高的技术要求：方面提出较高的技术要求：灵敏、速动、可靠、选择性；

10、灵敏、速动、可靠、选择性；完备的保护功能配置，不留死角；完备的保护功能配置，不留死角；主要和重要保护保证合理的冗余度；主要和重要保护保证合理的冗余度；保护分区独立，局部失效不影响整体；保护分区独立，局部失效不影响整体；自检和自诊断功能，能自闭锁和报警；自检和自诊断功能，能自闭锁和报警；智能化原理和数字化技术。智能化原理和数字化技术。2021-12-18三峡发变组保护-关键问题（2/2）12续续3. 机组保护关键技术问题机组保护关键技术问题u因三峡机组定子绕组分支数多，使短路、断线因三峡机组定子绕组分支数多，使短路、断线主保护灵敏度难以达到；主保护灵敏度难以达到；u因三峡机组定子绕组匝间短路可能

11、性大，必须因三峡机组定子绕组匝间短路可能性大，必须配置匝间保护，技术难度大；配置匝间保护，技术难度大；u因三峡机组定子绕组对地分布电容大，绝缘监因三峡机组定子绕组对地分布电容大，绝缘监测和定子接地保护的难度大；测和定子接地保护的难度大；u因三峡机组转子绕组对地分布电容大，绝缘监因三峡机组转子绕组对地分布电容大，绝缘监测和转子一点接地保护难度大。测和转子一点接地保护难度大。2021-12-18三峡发变组保护-配置（1/8）134. 左岸发变组保护配置左岸发变组保护配置u发变组保护系统特点：发变组保护系统特点：全数字式保护系统，全数字式保护系统，两个全独立子系统形成双重化双屏结构，两个全独立子系统

12、形成双重化双屏结构，硬、软件自检和容错功能，硬、软件自检和容错功能，防止直流换流站谐波影响的措施，防止直流换流站谐波影响的措施，故障录波和事件顺序记录功能（分辨率故障录波和事件顺序记录功能（分辨率 5 ms），），与电站时钟同步功能（误差与电站时钟同步功能（误差1 ms）；）；2021-12-18三峡发变组保护-配置（2/8,A-1）14续续4. 左岸发变组保护配置左岸发变组保护配置u发变组保护系统配置发变组保护系统配置子系统：子系统：01, 87GSP, 发电机完全纵差发电机完全纵差02, 87GUP, 发电机裂相（分相横差）发电机裂相（分相横差）03, 64G, 发电机定子接地发电机定子接

13、地*04, 40G, 发电机失磁发电机失磁*05, 78G, 发电机失步发电机失步06, 11G, 发电机后备发电机后备07, 51G, 发电机定子过负荷（过流）发电机定子过负荷（过流）08, 59G, 发电机定子过电压发电机定子过电压2021-12-18三峡发变组保护-配置（3/8,A-2）15续续4. 左岸发变组保护配置左岸发变组保护配置09, 52B, 断路器保护断路器保护10, 87T, 主变压器差动主变压器差动*11, 51TN, 主变压器零序主变压器零序*12, 51ST, 厂用变压器过流厂用变压器过流13, 51STL, 厂用变压器过负荷厂用变压器过负荷14, 51ET, 励磁变

14、压器过流励磁变压器过流15, 51ETL, 励磁变压器过负荷励磁变压器过负荷16, 95, TV断线闭锁断线闭锁？17, 96, TA断线闭锁断线闭锁2021-12-18三峡发变组保护-配置（4/8,A-3）16续续4. 左岸发变组保护配置左岸发变组保护配置18, 54T, 主变冷却系统故障主变冷却系统故障19, 63T, 主变压力释放主变压力释放20, 80TL, 主变轻瓦斯主变轻瓦斯21, 54ST, 厂用变冷却系统故障厂用变冷却系统故障22, 63ST, 厂用压力释放厂用压力释放23, 80STL, 厂用变轻瓦斯厂用变轻瓦斯24, 54ET, 励磁变冷却系统故障励磁变冷却系统故障25,

15、63ET, 励磁压力释放励磁压力释放26, 80ETL, 励磁变轻瓦斯励磁变轻瓦斯2021-12-18三峡发变组保护-配置（5/8,A-4）17续续4. 左岸发变组保护配置左岸发变组保护配置其它保护：其它保护： 清洁水中断，清洁水中断， 瓦温过高，瓦温过高， 过速，过速， 油压过低。油压过低。2021-12-18三峡发变组保护-配置（6/8,B-1）18续续4. 左岸发变组保护配置左岸发变组保护配置u发变组保护系统配置发变组保护系统配置子系统：子系统：01, 60G, 发电机不平衡（单元件横差）发电机不平衡（单元件横差）02, 64G, 发电机定子接地发电机定子接地*03, 40G, 发电机失

16、磁发电机失磁*04, 51GR, 发电机负序电流发电机负序电流05, 24G, 发电机变压器组过激磁发电机变压器组过激磁06, 64E, 励磁绕组一点接地励磁绕组一点接地07, 38/51 上导轴承绝缘监视上导轴承绝缘监视08, 51EL, 励磁绕组过负荷励磁绕组过负荷2021-12-18三峡发变组保护-配置（7/8,B-2）19续续4. 左岸发变组保护配置左岸发变组保护配置09, 87T, 主变差动主变差动*10, 51TN, 主变零序主变零序*11, 87ST, 厂用变差动厂用变差动12, 87ET, 励磁变差动励磁变差动13, 95, TV断线闭锁断线闭锁14, 96, TA断线闭锁断线

17、闭锁15, 80TH, 主变重瓦斯主变重瓦斯16, 49T, 主变温度升高主变温度升高17, 80STH, 厂用变重瓦斯厂用变重瓦斯2021-12-18三峡发变组保护-配置（8/8,B-3）20续续4. 左岸发变组保护配置左岸发变组保护配置18, 49ST, 厂用变温度升高厂用变温度升高19, 80ETH, 励磁变重瓦斯励磁变重瓦斯20, 49ET, 励磁变温度升高励磁变温度升高2021-12-18三峡发变组保护保护原理及特点（1/8）215. 发变组保护原理及技术特点发变组保护原理及技术特点u定子匝间短路保护之一：裂相保护定子匝间短路保护之一：裂相保护定子每相绕组定子每相绕组5分支在中性点侧

18、分为两组，每分支在中性点侧分为两组，每组安装组安装 TA，反相引入装置构成差动回路（分，反相引入装置构成差动回路（分相横差保护）；相横差保护）；第一组：第一组：1-2-3 分支，分支，TA变比变比 18000/1；第二组：第二组：4-5 分支，分支， TA变比变比 12000/1；特点：特点：ABB 改进标积制动，改进标积制动， Siemens 比率制动，初始量饱和识别。比率制动，初始量饱和识别。2021-12-18三峡发变组保护保护原理及特点（2/8）22续续5. 发变组保护原理及技术特点发变组保护原理及技术特点u定子匝间短路保护之二：不平衡保护定子匝间短路保护之二：不平衡保护定子每相定子每

19、相 绕组绕组 5 分支分支 在在 中性点侧中性点侧 分为两组，分为两组，属同组的三相绕组并联，在两组连线上安装属同组的三相绕组并联，在两组连线上安装 TA（单元件横联差动）；（单元件横联差动）；TA变比变比 500/1；特点：特点：ABB 瞬时最大值，特殊延时控制瞬时最大值，特殊延时控制 Siemens 模值；模值；问题：抑制三次谐波；校核问题：抑制三次谐波；校核TA变比防饱和。变比防饱和。2021-12-18三峡发变组保护保护原理及特点（3/8）23续续5. 发变组保护原理及技术特点发变组保护原理及技术特点u定子相间短路保护：纵联差动保护定子相间短路保护：纵联差动保护分相差动，分相差动， 定

20、子每相绕组在机端和中性点侧定子每相绕组在机端和中性点侧分别安装分别安装 TA，同相引入装置构成差动回路；，同相引入装置构成差动回路； TA变比变比 30000/1；特点：特点：ABB 改进标积制动，多侧电流直接改进标积制动，多侧电流直接 引入，最大侧电流选择，引入，最大侧电流选择， Siemens 比率制动，初始量饱和识别。比率制动，初始量饱和识别。2021-12-18三峡发变组保护保护原理及特点（4/8）24续续5. 发变组保护原理及技术特点发变组保护原理及技术特点u定子绕组接地保护：基波零序电压结合外加交定子绕组接地保护：基波零序电压结合外加交流注入信号方案（前者构成流注入信号方案（前者构

21、成95% 保护区，前者保护区，前者构成构成 100% 保护区并实现绝缘监视）保护区并实现绝缘监视）ABB方案（发信与跳闸）方案（发信与跳闸） ：零序电压取自机端和中性点（不同测点构零序电压取自机端和中性点（不同测点构成双重化，成双重化，A、B屏共屏共4套），套），由中性点变压器二次侧注入由中性点变压器二次侧注入12.5Hz信号，信号，检测对地绝缘电阻检测对地绝缘电阻 。2021-12-18三峡发变组保护保护原理及特点（5/8）25续续5. 发变组保护原理及技术特点发变组保护原理及技术特点定、转子接地保护共用注入电源；定、转子接地保护共用注入电源；SIEMENS方案方案（发信与跳闸）（发信与跳闸

22、） ：零序电压取自中性点（零序电压取自中性点（ A、B屏共屏共2套），套），由中性点变压器二次侧注入由中性点变压器二次侧注入20.0Hz正弦正弦信信号，检测对地绝缘电阻号，检测对地绝缘电阻 。问题（定子接地）：问题（定子接地）：零序电压方案需抑制三次谐波，可增加变零序电压方案需抑制三次谐波，可增加变压器高压侧接地闭锁措施，提高灵敏度。压器高压侧接地闭锁措施，提高灵敏度。2021-12-18三峡发变组保护保护原理及特点（6/8）26续续5. 发变组保护原理及技术特点发变组保护原理及技术特点u励磁绕组及回路接地保护（发信与跳闸）：励磁绕组及回路接地保护（发信与跳闸）：ABB方案：方案：经经 隔直电容隔直电容 对对 励磁绕组双极励磁绕组双极 注入注入12.5Hz信号，检测对地绝缘信号，检测对地绝缘；SIEMENS方案：方案：通过耦合单元（两只通过耦合单元（两只40k电阻）给励磁回电阻）给励磁回路双极注入变极性直流偏置电压信号，路双极注入变极性直流偏置电压信号，检检测绝缘；用测绝缘；用切换方式消除励磁电压影响。切换方式消除励磁电压影响。2021-12-18三峡发变组保护保护原理及特点（7/8）27续续5. 发变组保护原理及技术特点发变组保护原理及技术特点