发电机组继电保护毕业设计

1、本科毕业设计说明书600MW发电机组继电保护学 院：机电工程学院专 业：农业电气化及自动化姓 名：学 号：指导教师：职 称：设计完成日期：摘要此说明书为600MW发电机继电保护的设计说明。根据任务要求对两台QFSN-600-ZYH发电机组成的发电机组进行了短路计算。依照变压器参数选择出相应的电压互感器与电流互感器。根据发电机的容量和电压等级制定了保护方案并对各个保护设备进行了整定计算。保护方案有：纵差保护、横差保护、发电机失磁保护、复合电压启动的过电流保护、定子绕组对称过负荷保护、励磁绕组过负荷保护、过电压保护、发电机逆功率保护励磁绕组一点接地保护等。用AutoCAD制图软件绘制出了保护配置接

2、线图。【关键字】:发电机组；短路计算；继电保护；整定AbstractThis specification is 600MW generator relay protection design. According to the requirements of task of two QFSN-600-ZYH generator generating set consisting of a short-circuit calculation. According to the parameters of the transformer to choose the appropriate volt

3、age transformer and current transformer. According to the capacity of the generator and the voltage developed protection scheme and the protection equipment for the setting calculation. Protection schemes are: longitudinal differential protection, the transverse differential protection, the loss-of-

4、excitation protection of generator, compound voltage over current protection, overload protection, symmetrical stator winding excitation winding overload protection, over voltage protection, the excitation winding of generator reverse power protection for one point grounding fault protection. Use Au

5、toCAD to map out the protection configuration wiring diagram. Key words : generator；short-circuit calculation；relay protection；setting目录第一章绪论11.1继电保护的作用及意义11.2继电保护发展现状及存在的问题1继电保护的历史回顾和展望1继电保护发展存在的问题及解决办法21.3电力系统继电保护概念31.4选题的目的及意义41.5对保护设计方案的拟定4第二章系统参数计算及短路计算52.1系统参数计算5设备参数5电抗计算62.2短路电流计算8短路计算的目的9序网的

6、制定9电网等效电路图9短路计算过程102.2.4.1最大运行方式下的短路电流计算10最小运行方式下的短路电流计算11第三章发电机保护的配置及整定计算123.1发电机定子绕组回路相间短路保护12定子绕组回路相间短路主保护的装设原则12纵联差动保护13整定计算153.2定子绕组匝间短路保护17定子绕组匝间短路保护装设原则17横联差动保护17整定计算183.3定子绕组单相接地短路保护18定子绕组单相接地短路保护装设原则183.3.2 100%保护区的定子绕组单相接地保护19整定计算223.4相间短路后备保护22相间短路后备保护装设原则22整定计算243.5发电机过电压保护25发电机过电压保护配置原则

7、25整定计算263.6发电机对称及不对称过负荷保护26发电机对称及不对称过负荷保护装设原则及构成原理26定子绕组对称过负荷保护26保护转子的发电机不对称过负荷保护装设28整定计算31发电机定子绕组对称过负荷保护整定计算31发电机转子表层负序过负荷反时限特性曲线的确定323.7发电机励磁回路继电保护34发电机励磁回路继电保护配置34励磁回路过负荷保护装设原则及设置34励磁回路一点接地保护原理及设置34整定计算35励磁回路过负荷保护整定计算35励磁回路一点接地保护整定计算373.8发电机低励失磁保护38整定计算403.9发电机失步保护42发电机失步保护装设原则及构成原理42整定计算453.10发电

8、机逆功率保护47发电机逆功率保护装设原则48大机组发电机逆功率保护优点48整定计算49结束语50致谢51参考文献52第一章 绪论1.1继电保护的作用及意义电力系统在生产过程中，有可能发生各类故障和各种不正常情况。其中故障一般可分为两类：横向不对称故障和纵向不对称故障。横向不对称故障包括两相短路、单相接地短路、两相接地短路三种，纵向对称故障包括单相断相和两相断相，又称非全相运行。电网在发生故障后会造成很严重的后果：（1）电力系统电压大幅度下降，广大用户负荷的正常工作遭到破坏。 （2）故障处有很大的短路电流，产生的电弧会烧坏电气设备。 （3）破坏发电机的并列运行的稳定性，引起电力系统震荡甚至使整个

9、系统失去稳定而解列瓦解。 （4）电气设备中流过强大的电流产生的发热和电动力，使设备的寿命减少，甚至遭到破坏。 不正常情况有过负荷、过电压、电力系统振荡等.电气设备的过负荷会发生发热现象，会使绝缘材料加速老化，影响寿命，容易引起短路故障。 继电保护被称为是电力系统的卫士，它的基本任务有：（1）当电力系统发生故障时，自动、迅速、有选择地将故障设备从电力系统中切除，保证系统其余部分迅速恢复正常运行，防止故障进一步扩大。 （2）当发生不正常工作情况时，能自动、及时地选择信号上传给运行人员进行处理，或者切除那些继续运行会引起故障的电气设备。 可见继电保护是任何电力系统必不可少的组成部分，对保证系统安全运

10、行、保证电能质量、防止故障的扩大和事故的发生，都有极其重要的作用。1.2继电保护发展现状及存在的问题继电保护的历史回顾和展望改革开放以来，我国经济的快速发展刺激着电网的快速发展，尤其是近几年全国各个地区出现的缺电现象直接促进了大规模机组的投产和电网建设进程的急剧加快。同时随着现代社会对电网供电可靠性的要求的不断提高，就需要我们继电保护发挥更加重要的作用，针对系统出现的故障能及时切除，确保电网的安全稳定经济运行。我国继电保护的发展大体经历了以下几个跨越：（1）60年代中期独立研制并生产了第一套高压电网复杂保护，即整流型距离保护；（2）60年代末到80年代中期我国广泛采用晶体管型保护；（3）到80

11、年代末，集成电路保护已形成完整系列，逐步取代晶体管保护；（4）1984年微机线路保护通过鉴定并获得应用，此后，不同原理、不同种类的微机保护相继研制生产，取得了引人注目的成果，到90年代，我国继电保护技术已完全进入微机保护数字式时代。从以上的发展过程来看，继电保护技术总是根据电力系统的需要，不断地从相关的学科中吸取最新成果而发展和完善自身的。总的来说，继电保护技术的发展可以概括为4个阶段、2次飞跃。4个阶段是电磁型（整流型）、晶体管型、集成电路型、微机型。第1次飞跃是由电磁型到晶体管型，主要体现在保护由电磁式向静态式转变，保护装置弱电化、无触点化、小型化和低功耗。第2次飞跃是由集成电路型到微机型

12、，主要体现在保护由模拟式向数字式转变，保护装置智能化和信息化。 电力系统继电保护现已发展到了微机保护阶段，微机继电保护指的是以数字式计算机（包括微型机）为基础而构成的继电保护。以下各级电网所需的各种保护设备，目前我国的微机保护的研究和制造均已居于国际先进水平。在新的继电保护理论研究方面，人工神经网络在继电保护中的应用在九十年代被广泛研究。人工智能技术如神经网络、遗传算法、进化规划、模糊逻辑等在电力系统各个领域都得到了应用，电力系统保护领域内的一些研究工作也转向人工智能的研究。专家系统、人工神经网络（ANN）和模糊控制理论逐步应用于电力系统继电保护中，必将为继电保护的发展注入了活力。继电保护发展

13、存在的问题及解决办法继电保护的重要性是显然的,是关系到电网稳定的重要设备。继电保护装置历经电磁型、整流型,发展到80年代的晶体管、集成电路型,直到现在的微机型。微机保护也经历了从简单发展到现在的智能型,保护装置越来越人性化、智能化。然而,继电保护发展至今,虽设备已经很先进,但仍有一些问题没有得到很好解决。现针对一些比较现实的问题举例说明。（1）加强对外部二次回路的维护,适时推行状态检修。继电保护发展至今,从保护原理的设计,到生产厂家制造工艺,到售后服务,各方面都已比较完善。微机保护装置的性能已非常稳定,由于保护装置性能不稳定引起的误动基本上没有出现过,所发生的保护误动作基本上是保护装置外部原因

14、引起的。从统计的结果看误动有以下几个主要原因:CT二次电缆回路接触不良;端子排锈蚀或电缆绝缘下降引起跳闸回路接通;所使用的CT性能不满足保护要求,区外故障时越级跳闸;继电保护工作人员的误操作;运行人员误投退保护压板。而运行过程中其他因素引起逻辑变化的情况,至今尚未发生过,这足以说明,当前使用的CPU芯片性能已非常稳定,因此在我们的检验工作中,没有必要对其CPU的正确性进行很详细的校验。而应对继电保护设备实行状态检修,也就是说，只要保护装置不告警,就不用进行检修。当然,这要有一个逐步完善的过程,需要大量的配套工程,但这是一种发展趋势。（2）尽快规范通讯规约管理,减少相关转换环节。继电保护的技术已

15、经很成熟,而近几年发展起来的综合自动化技术,对我们是一个全新的领域。由于其技术新,硬件成本低,利润高,其发展速度非常之快,这对维护工作是一个很大的挑战。综合自动化系统以“四遥”(指遥控、遥信、遥测、遥调)装置与后台监控机为核心,与保护装置相比,“四遥”装置的原理比较简单。另外,据研究表明,“四遥”装置很少出问题,问题最多的就是后台监控机,究其原因,除了技术未成熟以外,计算机质量比较差也是一个重大原因。从近几年所出现的问题看,监控系统的问题可归纳为:误发信号、主机电源烧损、主机硬盘损坏及通讯串口损坏等。而维护工作中难度最大的是通讯问题,当前,综合自动化系统还处于发展阶段,四方、南瑞、南自、东方电

16、子等厂家都自成一家,各有各的通讯规约,致使维护工作越来越难,一旦碰到通讯问题,必须请厂家人员才能处理,而且经常要几个相关厂家一起到场才行。如此一来,既降低了设备的安全运行可靠性,又提高维护的成本。因此，应尽快统一电力系统通讯规约,规范通讯规约管理。（3）注重数据备份,缩短故障处理时间。监控系统问题,出现最多的是硬件问题,而硬盘损坏是仅次于通讯问题的一个难题,此时硬盘上所有的数据都丢失。整个系统必须重装,这个工作的工作量很大。所以,维护人员应对所有监控系统进行硬盘备份,一旦硬盘损坏,整个硬盘更换即可。此外,验收时应要求厂家提供系统重装所需的安装盘,如监控系统盘、各种硬件如网卡、声卡、PLC(中央

17、音响驱动卡,四方监控系统)卡安装盘,做好系统重装的准备。这样也可大大缩短故障处理时间。（4）推行继电保护网络化管理,减少管理成本。继电保护发展至今,各方面已非常成熟,但继电保护管理工作太繁琐,耗费大量的人力物力。电力系统自动化程度也越来越高,光纤等的投入使用使自动化的可靠性也越来越高,但继电保护远程管理在这方面还没有得到很好地应用。设想,如果定值的更改、检查,保护运行情况监控、信号的采取,加上前面提到的继电保护状态检修,都能进行远程管理,出人为事故的机率也将大大降低。继电保护技术发展迅速,对保护人员提出了更高的要求。作为继电保护维护工作者,应从管理方式方法入手,从根本上改变继电保护工作局面，对

18、于工作过程中发现的问题要及时更正和改进。1.3电力系统继电保护概念继电保护装置可视为由测量部分、逻辑部分和执行部分等部分组成，各部分功能如下：（1）测量部分。测量部分是测量从被保护对象输入的有关电气量，并与已给定的整定值进行比较，根据比较的结果，判断保护是否应该启动的部件。（2）逻辑部分。逻辑部分是根据测量部分输出量的大小、性质、输出的逻辑状态、出现的顺序或它们的组合，使保护装置按一定的布尔逻辑及时序逻辑关系工作，最后确定是否应该使断路器跳闸或发出信号，并将有关命令传给执行部分的部件。（3）执行部分。执行部分是根据逻辑部分传送的信号，最后完成保护装置所担负的对外操作的任务的部件。如检测到故障时

19、，发出动作信号驱动断路器跳闸；在不正常运行时发出告警信号；在正常运行时，不产生动作信号。1.4选题的目的及意义发电机是电力系统中大量使用的重要电气设备,发电机安全运行对保护电力系统的正常工作和电能质量起着决定性作用，同时发电机本身也是一个十分贵重的电气元件，因此，应该针对各种不同的故障和不正常运行状态，装设性能完善的继电保护装置。一旦发生发电机故障，保护装置能够有选择的快速将其从系统中切除，并将发电机励磁开关跳开并灭磁。当同步发电机处于异常工作状态时，保护装置应及时发出信号，以便于运行人员快速处理。在电力系统中运行的发电机，由于容量相差悬殊，在设计、结构、工艺、励磁乃至运行等方面都有很大的差异

20、，这就使得发电机极其励磁回路发生故障，故障的几率和异常工作状态有所不同，进而所装设的保护也有差异。对发电机的保护是非常重要的，也是非常有必要的。虽然现在微机保护占主导地位，但它的基础仍然是常规保护，都是基于常规保护原理发展起来的。只有掌握了常规保护的基本原理，才能更好地用于微机保护。1.5对保护设计方案的拟定发电机的故障主要分为定子故障和转子故障，其故障类型主要有：1. 定子绕组相间短路；2. 定子绕组匝间短路；3. 定子绕组接地短路；4. 发电及外部相间短路；5. 定子绕组过电压；6. 定子绕组过负荷；7. 转自表层过负荷；8. 励磁绕组过负荷；9. 励磁回路接地；10. 励磁电流异常下降或

21、消失11. 发电机逆功率；12. 失步；13. 其他故障异常运行。按照上述故障类型设置相应保护，并进行整定计算。第二章 系统参数计算及短路计算2.1系统参数计算设备参数600MW发电机QFSN-600-ZYH型两台，参数如下：额定容量：666.67MVA；额定功率：600MW；功率因数：0.9；额定电压：20kV；额定电流：19245A；额定励磁电压（计算值）：429.1V；空载励磁电压：123.5V；额定励磁电流(计算值)：4202A；空载励磁电流：1268A额定频率：50Hz；额定转速：3000r/min；定子绕组每相直流电阻（75）0.001488 转子绕组直流电阻（75）0.09744

22、4 直轴同步电抗 X d：226.963 直轴瞬变电抗 X d（饱和值非饱和值） ：26.71030.353 直轴超瞬变电抗 X d（饱和值非饱和值） ：20.38322.156 交轴同步电抗 X q：220.928 交轴瞬变电抗 X q（饱和值非饱和值） ：39.19544.540 交轴超瞬变电抗 X q（饱和值非饱和值） ：19.84021.566 零序电抗 X 0（饱和值非饱和值） ：9.56810.072 负序电抗 X 2（饱和值非饱和值） ：20.11221.861 定子绕组漏抗X L：15.761 转子绕组漏抗X F：15.675 正序电阻： 0.400 负序电阻： 3.736 零

23、序电阻： 0.324 发电机波阻抗Z C： 74.793 SSPL-800000/500型变压器两台，参数如下：额定容量：800MVA；短路电压百分值 U%：10%；变比：52522.5/20kV；连接组别：YN，d11。输电线路主要参数：线路名称导线型号线路长度(km)线路形式线路1LGJ-400/50279.8单回线0.27677.2线路2LGJ-500/45266.4双回线0.27536.6线路3LGJ-630/55600单回线0.273163.8电压互感器与电流互感器：电流互感器变比：；电压互感器变比：。系统参数：系统1在最大运行方式下短路功率为5000MVA，在最小运行方式下短路功率

24、为4000MVA；系统2在最大运行方式下短路功率为4000MVA，在最小运行方式下短路功率为3000MVA；系统3在最大运行方式下短路功率为2500MVA，在最小运行方式下短路功率为2000MVA；电抗计算基准电压：；基准容量：；基准电流：。发电机电抗计算：发电机额定电压：；发电机额定功率：；发电机功率因数：；发电机次暂态电抗：；发电机电抗：。变压器电抗计算：变压器额定电压：变压器额定容量：短路电压百分值：变压器电抗：线路电抗计算：单回线计算公式：；双回线计算公式： ；线路1电抗：；线路2电抗：；线路3电抗：。系统电抗计算：系统1最大运行方式下短路功率：；系统1最小运行方式下短路功率：；系统2

25、最大运行方式下短路功率：；系统2最小运行方式下短路功率：；系统3最大运行方式下短路功率：；系统3最小运行方式下短路功率：；计算公式：；系统1：；系统2：；系统3：；。系统与线路总电抗计算：最大运行方式时：最小运行方式时：表2-1 电抗计算表（标幺值） 基准容量：电抗名称发电机电抗变压器电抗线路1电抗线路2电抗线路3电抗系统1最打运行方式电抗系统1最小运行方式电抗电抗值0.30.1250.280.0660.590.20.25电抗名称系统2最大运行方式电抗系统2最小运行方式电抗系统3最大运行方式电抗系统3最小运行方式电抗系统与线路最大运行方式总电抗系统与线路最小运行方式总电抗电抗值0.250.33

26、0.40.50.1590.1882.2短路电流计算短路是电力系统的严重故障，产生短路的主要原因是电气设备载流部分的相间绝缘或相对地绝缘被破坏。包括自然因素和人为因素。人为因素主要是由于设计、安装及维护不良所带来的设备缺陷发展成短路，还有就是人为事故。短路所引起的后果是破坏性的主要表现在以下几方面：1短路时，系统电压大幅度下降，对用户影响很大。2当电力系统发生短路时，有可能使并列运行的发电机失去同步，破坏系统稳性，是整个系统遭到破坏，引起大片停电。这是短路最严重的后果。3不对称接地短路所造成的不平衡电流，产生零序不平衡磁通，对临近的通讯产生干扰，并危及设备和人身的安全。短路计算的目的在电力系统和

27、电气设备的设计和运行中，短路计算是解决一系列技术问题所不可缺少的基本计算，主要有以下几方面：1为了合理地配置各种继电保护和自动装置并正确整定其参数，必须对电力网中发生的各种短路进行计算和分析。2在设计和选择发电厂和电力系统电气主接线时，为了比较各种不同方案的接线图，确定是否要采取限制短路电流的措施等，都要进行必要的短路电流计算。3进行电力系统暂态稳定计算，研究短路对用户工作的影响，也包含部分短路计算。序网的制定本设计主要是对发电机进行常规保护的配置及整定计算，所以以下所有的短路计算是为了正确选择和校验电气设备，以及进行继电保护装置的整定计算、灵敏度校验。在短路电流计算过程中我们一般采用近似计算

28、：即在短路电流的最简化计算中，可以假定短路电路连接到内阻抗为零的恒电势源上，计算时略去负荷，选定基准功率SB和基准电压UB=Uav，（本设计已给出）算出电源对短路点的组合电抗标幺值X*而电源的电势标幺值取作1，这样算出的短路电流要比实际的大些。但是它们的差别随短路点距离的增大而迅速地减少。因为短路点愈远，电源电压恒定的假设条件就愈接近实际情况，尤其是当发电机有自动励磁调节器时，更是如此。利用这种简化的计算，可以对短路电流的最大可能作近似的估计。在电力系统中不对称故障占系统故障中的大部分，通常分析不对称故障的常用方法是对称分量法，根据对称分量法，一组不对称的三相向量可以分解为正序、负序和零序三组

29、对称的三相向量。因此，在计算当中首先必需做出电力系统的各序网络。为此，应根据电力系统的接线图、中性点接地情况等原始资料，在故障点分别施加各序电势，然后逐步查明各序电流流通的情况。凡是某一序电流能流通的元件都必须包括在该序网络中，并用相应的序参数和等值电路表示。短路电流计算的方法，常用的有欧姆法（又称有名单位制法）和标幺制法（又称相对单位制法）。本设计采用标幺制法进行短路计算，而且要对大、小方式都进行计算。电网等效电路图由于短路电流计算是电网继电保护配置设计的基础,因此分别考虑最大运行方式(两台发电机全部投入)时各线路未端短路的情况,最小运行方下(一台发电机投入运行)时各线路未端短路的情况。电网

30、等效电路图如图2-1所示图2-1 系统等值电路图短路计算过程化简系统等值电路图，如图2-2图2-2 最简系统等值电路图X为系统电抗；XT1、XT2分别为变压器；XG1、XG2分别为发电机电抗。.1最大运行方式下的短路电流计算最大运行方式为G1、G2两台发电机同时投入运行，如图2-2。1.K1点短路电流计算流入G1的短路电流归算到20kV侧：；三相短路电流：；两相短路电流：。2.K2点短路电流计算：流入G1的短路电流归算到20kV侧：；三相短路电流：；两相短路电流：。.2最小运行方式下的短路电流计算最小运行方式为一台发电机投入运行，如图2-3图2-3 最小运行方式下等值电路图1.K1点短路电流计

31、算流入G1的短路电流归算到20kV侧：；三相短路电流：；两相短路电流：。2.K2点短路电流计算：流入G1的短路电流归算到20kV侧：；三相短路电流：；两相短路电流：。表2-2 短路电流计算表 单位：kA短路名称三相短路两相接地短路单相接地短路短路点K1点K2点K1点K2点K1点K2点最大与行方式96.1367.9383.2558.83最小运行方式96.1367.9383.2558.83第三章 发电机保护的配置及整定计算3.1发电机定子绕组回路相间短路保护定子绕组回路相间短路主保护的装设原则对发电机定子绕组机器引出线的相间短路故障，应按下列规定配置相应的保护作为发电机的主保护：1.1MW及以下单

32、独运行的发电机，如中性点侧有引出线，则在中心点出装设过电流保护，如中性点侧无引出线，则在发电机端装设低电压保护。2.1MW及以下与其他发电机或与电力系统并列运行发电机，应在发电机端装设电流速断保护。例如，电流速断灵敏系数不符合要求，可装设纵联差动保护；对中性点侧没有引出线的发电机，可装设低压过流保护。3. 1MW以上的发电机，应装设纵联差动保护。4对100MW及以下的发电变压器组，当发电机与变压器之间有断路器时，发电机与变压器宜分别装设单独的纵联差动保护功能。5. 对100MW级以上发电机变压器组，应装设双重保护，每一套主保护宜具有发电机纵联差动保护和变压器纵联差动保护功能。6. 在穿越性短路

33、、穿越性励磁涌流及自同步或非同步合闸过程中，纵联差动保护应采取措施，减轻电流互感器饱和及剩磁的影响，提高保护动作可靠性。7. 纵联差动保护，应装设电流回路断线监视装置，断线后动作与信号。电流回路断线允许差动保护跳闸。8. 本条中规定装设的过电流保护、电流速断保护、低电压保护、低压过流和差动保护均应动作于停机。纵联差动保护比率制动式差动保护原理：比率制动性是指继电器的动作电流随外部短路电流的增大而自动增大，而且动作电流增大比不平衡电流的增大还要快的特性，这样就可以避免继电器误动。实现这种特性的纵差继电器以差动电流作为动作电流，引入一侧或多侧短路电流作为制动电流。图3-1与3-2示出了传统的比率制

34、动式差动继电器的接线原理图和制动特性。在图3-2中，是制动电流，即外部短路时流过制动线圈的电流，是差动电流，即差动继电器的动作电流。图3-2中EB示出了不平衡电流随外部短路电流增长的情况。设最低外表短路电流为OD，相应的最低不平衡电流为DB，为了保护继电器不误动，动作电流至少应大于DB，取=DC，从图3-2可知，只有在最大外部短路电流为OD时，继电器才有必要取如此大的整定值，在其他的外部短路时，不平衡电流没有那么大，因此动作电流就不必像那么大。当制动电流流入继电器制动线圈时，就使继电器的动作电流随外部短路电流增减而自动增减。继电器的制动电流的引入是通过图3-1中的电抗变压器TAM1实现的，他的

35、一次绕组N1和N2同极性地分别流过电流和。TAM1和TAM2的二次匝数相同，N1=N2=N3/2，设电流互感器变比等于nTA时，则有式中 制动电流；差动电流；、流过机端电流互感器的一次和二次电流；、流过中性点侧的电流互感器的一次和二次电流；电流互感器变比。3-1差动保护原理接线图3-2差动保护制动特性曲线当外部（k点）短路时，由于，所以，。实际上电流互感器有一定误差，随着的增大，虽然要增大，但制动电流也增大。与3-2中，OG表示最小动作电流，表示继电器开始具有制动作用的最小制动电流，通常取等于或小于负荷电流。因为在负荷电流下，电流互感器误差很小，不平很电流也很小，。所以，此时没有制动作用的继电

36、器也不会误动作。而当外部短路电流大于负荷电流，也随增大时，若。调整继电器的制动特性使之具有，如图3-2值得直线EA，则继电器就具有这样性能：不管外部短路电流多大，继电器总不会误动，被称为制动系数。当发电机发生内部相间短路（k2）时，若发电机与系统相连，则系统将向故障点送短路电流，发电机向故障点送短路电流，此时式中总的短路电流。当时，继电器动作十分灵敏。若发电机孤立运行，发电机内部相间短路时，则为保证继电器动作，制动系数不得大于1，因为表示继电器在动作电流等于制动电流是刚刚动作，通常。带比率制动特性的用于发电机的差动继电器的最小（起始）动作整定电流一般可取0.3倍发电机额定电流。整定计算1.最小

37、动作电流最小动作电流按躲过正常工作情况下最大不平衡差流来整定，继电器的最小动作电流为；式中可靠系数，可取1.52，本计算中取2；发电机额定电流；发电机额定负荷状态下，实测差动保护中的不平衡电流。带入参数得。根据运行经验，为避免误动，故取2.比率制动系数按最大外部短路电流下差动保护不误动的条件，确定制动特性，并计算最大制动系数。躲过最大动作电流为，其值为；其中发电机外部短路时，差动保护的最大不平衡电流由下式进行估算；式中非周期分量系数，取1.52，本计算中取2；互感器同型系数，取0.5；互感器比误差系数，取0.1最大外部三相短路电流周期分量.对应的最大短路电流与最大制动电流相对应。最大制动系数按

38、下式计算经验值一般取0.30.5,现取0.4。按照上述原则整定的比率之特性，当发电机机端两相金属性短路时，差动保护的灵敏系数一定满足要求，不必进行灵敏度校验。3.负序电压闭锁启动值解除循环闭锁的负序电压一般可取，其中为发电机电压互感器的二次额定线电压。4.差动速断倍数差动速断具有防电流互感器饱和差动保护拒动时的辅助保护作用，对于发电机的差动速断，其作用也相当于差动保护的高定值，应按躲过区外三相短路产生的最大不平衡差流来整定。为可靠，可取（倍），一般取4倍即可。5.解除电流互感器断线功能差流倍数若采用电流互感器断线闭锁差动保护时，差流如果大就说明发生故障了，此时必须解除电流互感器断线闭锁，允许差

39、动保护动作，否则会导致保护出口拒动，有损设备的安全，通常取（倍），这里取1倍。3.2定子绕组匝间短路保护定子绕组匝间短路保护装设原则1.对定子绕组为星形接线，每相有并联分支且中性点侧有分支引出端的发电机，应装设零序电流型横差保护，或裂相横差保护、不完全纵差保护。2.50MW及以上发电机，当定子绕组为星形接线，中性点只有3个引出端子时，根据用户和制造厂的要求，也可装设专用的匝间短路保护。发电机是否装设匝间保护，国内曾经有两种不同的意见，一种认为发电机定子绕组的结构不会引起匝间短路，有100%定子接地保护，可不装设（国外许多都不装设）；另一种意见认为，发电机定子绕组有发生匝间短路的可能，如引线部分

40、，希望装设匝间保护。目前制造厂配套产品一般都配有匝间保护，故对中性点只有3个引出端子的发电机，目前设计时一般都按装设匝间保护设计。对中性点有3个引出端子的大容量发电机的匝间保护，目前一般采用定子零序电压式保护装置。还有的采用负序功率增量作为匝间保护的动作判据。匝间短路保护应动作于全停。横联差动保护定子绕组匝间短路时，被短路的各匝将有短路电流流过，产生局部过热，破坏绕组绝缘，以致转变为单相接地或相间短路。同一支路绕组间短路，或同相不同支路绕组匝间短路，都称为定子绕组的匝间短路，发生匝间短路时纵差保护不能反应，故必须装设专用保护。在双星型中性点N.，N间加装电流互感器作为横差电流继电器I的电流源，

41、为横差保护。发电机正常运行或外部短路时，N，N间无电流过，横差保护不动作。当定子绕组的同一分支的匝间发生短路时，短路分支的三相电势不平衡，于是在N，N间有电流流过，当其值大于横差保护的动作电流时，保护跳开发电机。这种保护的优点是接线简单，灵敏度也可以很高，其缺点是发电机中性点侧必须有6个引出端子，保护有不大的死区。在大容量发电机中，由于额定电流很大，其每相都是由两个或多个并联的绕组组成。在正常运行的时候，各绕组中的电动势相等，流过相等的负荷电流。而当任一绕组发生匝间短路时，绕组中的电动势就不再相等，因而会出现因电动势差而在各绕组间产生均衡电流。利用这个环流，可以实现对发电机定子绕组匝间短路的保

42、护，即横差动保护.这种接线方式只用一个互感器装于发电机两组星形中点的连线上，其本质是把一半绕组的三相电流之和去与另一半绕组三相电流之和进行比较。这种接线方式没有由于互感器误差所引起的不平衡电流，其起动电流比较小，灵敏度高，且接线非常简单。转子回路两点接地时，衡差动保护可能误动作，但不必在转子回路两点接地时闭锁横差保护在投入两点接地保护的同时，横差保护硬切换至带0.51S的延时动作于跳闸，可防止转子回轮偶然性的两点接地时引起的横差保护误动作。图3-3横差保护原理图整定计算1.动作电流保护动作电流是按躲过外部短路故障时最大不平衡电流以及装置高次谐波滤过比的大小整定，由于不平衡电流很难确定，因此当横

43、差保护的三次谐波滤过比大于或等于15时，在工程设计中可根据以下经验公式计算式中 发电机额定电流电流互感器变比。2灵敏度系数校验灵敏系数是以保护动作死区占整个绕组的百分比表示的，由下式可求出保护动作死区占的百分比式中 等于；发电机零序电抗，为0.09568发电机动作死区的比分比所以从上述计算可知，保护动作整定值越高，保护死区越大，为了减小保护死区，应经三次谐波滤过器，尽量减小3次谐波不平衡电流。3.3定子绕组单相接地短路保护定子绕组单相接地短路保护装设原则发电机定子绕组的单相接地故障的保护应符合以下要求：1.发电机定子绕组的单相接地故障电流允许值按制造厂的规定值，如无制造厂提供的规定值可参照下表

44、中所列数据。*对氢冷发电机为 2.5A发电机额定电压（kV）发电机额定容量（MW）接地电流允许值（A）6.34*10.5汽轮发电机501003水轮发电机1010013.815.75汽轮发电机1252002*水轮发电机40225182030060012.与母线直接连接的发电机。当单相接地故障电流（不考虑消弧线圈的补偿作用）大于允许值时，应装设有选择性的接地保护装置。保护装置由装于机端的零序电流互感器和电流继电器构成。其动作电流按躲过不平衡电流和外部单相接地时发生电机稳态电容电流整定。接地保护带时限动作信号，但当消弧线圈退出运行或由于其他原因使残余电流大于接地电流允许值时，应切换为动作停机。当未装

45、接地保护，或装有接地保护但由于运行方式改变及灵敏系数不符合要求等原因不能动作时，可由单相接地监视装置动作于信号。为检查发电机定子绕组和发电机回路的绝缘状况，保护装置应能监视发电机端零序电压值。3.发电机变压器组。对100以下发电机，应装设保护区不小于90%的定子接地保护，对于100MW及以上的发电机，应装设保护区为100%的定子接地保护。保护带时限动作与信号，必要时也可以动作于停机。为检查发电机定子绕组和发电机回路的绝缘状况，保护装置应能监视发电机端零序电压值。依据上述原则，600MW发电机组应装设100%的定子接地保护。3.3.2 100%保护区的定子绕组单相接地保护3次谐波式100%定子接

46、地保护3次谐波式100%定子接地保护的构成原理是在基波零序电压定子绕组接地保护的基础上，利用3次谐波电压作判据，增加保护动作量，消除基波零序电压定子绕组接地保护在中性点附近15%5%死区。即100%保护区的3次谐波式定子绕组单相继电保护是由基波零序电压定子绕组接地保护和3次谐波电压定子绕组接地保护两部分共同构成。基波零序电压定子绕组接地保护，其保护区为靠机端侧的定子绕组的85%95%范围；3次谐波电压定子绕组接地保护，其保护区为靠近中性点侧的定子绕组的50%范围；两保护区加起来构成100%的保护区，如图3-4所示。图3-4 发电机定子绕组单相接地100%保护区的构成正常运行时发电机定子绕组3次

47、谐波电压的分布。中性点不接地发电机正常运行时的3次谐波等值电路如图3-5所示。图中为发电机每相对地电容，为机端其他元件的每相对地电容，则有。显然在正常情况下，恒有。图3-5 中性点不接地发电机正常运行时的3次谐波等值电路若发电机中性点经消弧线圈接地，其3次谐波等值电路如图3-6所示。若为完全补偿方式（），三相对地电容为，则如，则。可见在正常运行情况下，机端3次谐波电压总是小于中性点3次谐波电压。图3-6中性点经消弧线圈接地的发电机正常运行时3次谐波等值电路图定子绕组一点接地后的3次谐波电压分布。当定子绕组距中性点处发生单相接地时，不管中性点是否经消弧线圈接地，3次谐波电压恒有如下关系当机端发生

48、接地故障时，则，。在中性点处发生接地故障时，则，。和随变化的关系如图3-7所示。图3-7 定子绕组一点接地后和随变化的关系整定计算三次谐波保护与中性点基波定子接地保护共同构成100%接地保护，由于三次谐波保护误动概率比较大，我国大型发电机变压器组保护整定计算导则推荐仅作用与信号。一是三次谐变比率保护。动作判断方程保护选择RCS-985型，与整定值可取式中 可靠系数，取14；发电机中性点TV变比；机端电压互感器一次绕组与开口三角二次绕组的变比。实际运行并网前应整定为,现取1.4，其中为并网后实测比值。实际运行并网前应整定为,现取1.4，其中为并网后实测比值。二是三次谐波电压差接地保护。动作判据方

49、程式中 机端三次谐波电压；中性点侧的三次谐波电压；调整系数向量（装置自动跟踪）制动系数（一般取0.3）三是动作时限整定。延时躲过区外后备保护动作时限，可取5s。3.4相间短路后备保护相间短路后备保护装设原则发电机相间短路的后备保护可采用过电流保护、带低电压的过电流保护、复合电压启动的过电流保护、负序过电流保护等。为了防止外部短路所引起的过电流和作为发电机的后备保护，在发电机上可装设过电流保护或带低电压起动的过电流保护，如这种保护的灵敏度不够或为了简化接线，也可装设负序过电流保护或复合电压起动的过电流保护。在本设计中采用三相三继电器式接线，且为了使其灵敏度达到要求采用复合电压启动的过电流保护。流

50、启动元件由接于相电流的继电器46KA构成，电压启动元件由反应不对称短路的负序电压继电器U2和反应对称短路接于相间电压的低电压继电器KV构成。只有电流启动元件和电压启动元件都动作时才能启动时间继电器KT。由于外部短路，非周期重合闸以及系统震荡而引起过电流。1MW及以上发电机，可装设复合电压起动的过电流保护，作为相间短路故障的后备保护。通常在微机保护中可通过改变设置变成简单过流保护或低压起动的过流保护，具有更好的适应性，广泛用于各种中小发电机。保护通常带两段时限，其中较短时限用于减小故障范围，较长时限跳发电机。负序电压元件和反映相间电压的低电压元件，两者构成或门关系。负序电压元件主要针对于不对称故

51、障，提高了反应不对称故障的保护的灵敏度，故障相电流继电器中至少两个动作，同时负序电压继电器KVN动作，其常闭触点打开，于是加于低电压器继电器上电压被迫为零，启动时间继电器KT，经过KT的延时，其触点闭合，启动出口继电器KCO，使发电机各侧断路器跳闸；低电压元件主要反映对称故障，灵敏度较高，由于短路瞬间也会产生短时的负序电压，使负序电压继电器KVN启动，使低压继电器KV动作，当负序电压消失后，KV接于相间电压上，因此只有母线电压高于KV的返回电压方可使KV返回。但三相短路时母线电压均很低，小于KV的返回电压，故KV保持动作状态，此时相当于低电压启动的过电流保护。记忆元件：采用加记忆元件或利用低电

52、压自保持，以防止保护装置中途返回。接线：LH-发电机中性点 YH-发电机出口 其余与变压器相同动作结果: 跳DL，MK图3-7 复合电压过电流保护出口逻辑整定计算1.复合电压启动过电流保护(1)保护动作电流式中 发电机额定电流；可靠系数，取1.2；返回系数，取0.85。在20KV侧归算到500KV侧得(2)负序电压继电器动作电压按躲过正常运行时的不平衡电压整定：式中额定相间电压(3)接在相间的低电压继电器动作电压按躲过电动机自启动的条件整定，此外还应躲过失去励磁时的非同步运行方式是的电压降：(4)灵敏系数按后备保护范围末端进行校验:Ksen1.21)电流元件：当发电机定子绕组为星形接线，并且保

53、护用的电流互感器也接成星形时：式中后备保护范围末端金属性不对称短路时，通过保护的最小一次稳态电流2)负序电压元件：式中后备保护范围末端金属性不对称短路时，保护安装处的最小负序电压。两相短路:Ksen=10500/1200=8.751.23)相间电压元件:式中后备保护范围末端金属性三相短路时，保护安装处的最大相间电压。Ksen=12000/(0.09120000)=12000/1820=6.591.2动作时限整定与主保护配合：取t=3.5s。 保护出口：全停。3.5发电机过电压保护发电机过电压保护配置原则对于汽轮发电机，由于它装有快速动作的调速器，当转速超过额定值的10%以后，汽轮机的危急保安器

54、会立即动作，关闭主汽门，可以在一定程度防止由于机组转速升高而引起的过电压。当发电机突然甩负荷或者带时限切除距发电机较近的外部故障时，由于转子电枢反应及外部故障时强行励磁装置动作等原因，也会引起发电机机端电压升高。因此，对于小型汽轮发电机一般不考虑装设过电压保护。而对大、中型汽轮发电机运行中出现危及绝缘安全的过电压现象有事还会发生的，因此需要考虑装设过电压保护。而水轮机组由于水锤效应等原因，发电机甩负荷引起超速时不能快速关闭导水叶，常会发生超时过电压现象，因此水轮发电机特别需要装设过电压保护。对发电机定子绕组的异常过电压，应按下列规定装设过电压保护：1.对水轮发电机，应装设过电压保护，其整定值根

55、据定子绕组绝缘状况决定。过电压保护宜动作于解列灭磁。2.对于100MW及以上的汽轮发电机，宜装设过电压保护，其整定值根据定子绕组绝缘状况决定，过电压保护宜动作于解列灭磁或程序跳闸。顺便说明，由于过电压时三相对称出现的，故过电压保护可由接在发电机机端互感器上的一个过电压继电器和时间继电器组成。如果发电机变压器组设有过激磁保护时，过电压保护可以取消。但制造厂一般是把两种保护都配置上，故用户常是同时并用。整定计算1.报警值(1)动作电压报警值整定式中 可靠系数，取1.1；发电机电压互感器的二次额定电压（线）。(2)动作延时 发报警信号。2.跳闸值(1)动作电压式中 可靠系数，取1.3；发电机电压互感器的二次额定电压（线）。(2)动作延时 动作于解列灭磁，无解列灭磁出口时动作全停。3.6发电机对称及不对称过负荷保护3.6.1发电机对称及不对称过负荷保护装设原则及构成原理3.6.1.1定子绕组对称过负荷保护发电机由于外部系统负荷的变化，热力或电气调节系统的原因都可能产生过负荷，为此，对于发电机需要装设定子绕组过