发电厂继电保护整定计算71页

1、发电厂继电保护整定计算一、概述二、短路电流计算三、失磁保护整定计算四、失步保护整定计算五、励磁变及励磁机保护整定计算目 录一 概述 发电厂继电保护整定计算属于整个电力系统继电保护整定计算的一部分，高压母线及以外设备的继电保护整定计算属于系统；高压母线以内设备的整定计算属于发电厂。 两者共同之处： 保护在安全可靠性、配合选择性、保护范围及灵敏性都满足要求后，动作速度越快越好； 保护在安全可靠性、配合选择性、快速性满足后，保护范围越大灵敏度越高越好； 一 概述 主系统和主设备保护的安全可靠性、配合选择性、灵敏性、快速性都必须满足要求。 必要时可以牺牲某些三类负荷保护保护的动作选择性，以保证主系统或

2、主设备保护的安全可靠性、配合选择性，特别是快速性的要求。 两者不同之处： 由于被保护设备性能、运行状态、故障类型有很大不同，从而其保护方式、动作原理判据、整定计算要求、整定计算方法就有很多不同。一 概述 整定计算的目的和任务： 整定计算是继电保护运行技术的重要组成部分，也是继电保护装置在运行中保证其正确动作的重要环节，由于整定计算不当，造成继电保护拒动或误动而导致电气事故扩大，其后果是非常严重的，有可能造成电气设备的重大损坏，甚至引起电力系统瓦解，造成大面积停电事故。一 概述 目的和任务： 1）给出一套完整和合理的最佳整定方案和整定值； 2）对所用保护装置予以正确的评价； 3）通过整定计算，应

3、确定现有保护装置配置是否合理或现有保护装置是否能满足一次设备的要求； 4）为制定继电保护运行规程提供依据。一 概述整定计算前的准备工作 1、掌握发电厂主电气系统、厂用系统及所有电气设备情况并建立资料档案； 2、收集并掌握全厂主设备及厂用设备继电保护及有关二次设备技术资料； 3、绘制全厂电气设备等效阻抗图； 4、有关的短路电流计算；二、短路电流计算 1、概述 1）短路故障的原因 自然方面的原因； 人为方面的原因； 设备本身原因； 2）短路种类 单相接地短路 两相接地短路 两相及三相短路 断相或断相接地 绕组匝间短路二、短路电流计算 2、对称短路电流计算 1）阻抗归算 为方便和简化计算，通常将发电

4、机、变压器、电抗器、线路等元件的阻抗归算至同一基准容量和基准电压时的基准标么阻抗。 （1）发电机等旋转电机阻抗的的归算 发电机等旋转电机一般给出的是额定条件下阻抗相对值，其标么阻抗计算为 二、短路电流计算（2）变压器阻抗归算 （3）电抗器阻抗归算 电抗器在额定条件下电抗的百分值 二、短路电流计算（4）线路阻抗归算 二、短路电流计算短路电流算例：三、失磁保护整定计算1、发电机失磁概述 发电机失磁后，无功功率由正变负，功率因数角也由正向负变化，测量阻抗向第四象限过渡，发电机失磁后进入异步运行时，机端测量阻抗将进入临界失步圆内，并最后在x轴上落到 至 范围内。 因此，同步发电机的低励、失磁保护多利用

5、定子回路参数的变化来判别并检测出发电机的低励或失磁故障。 三、失磁保护整定计算1异步边界圆； 2汽轮发电机静稳边界圆三、失磁保护整定计算 对于汽轮发电机，失磁保护宜瞬时或短延时动作于信号，有条件的机组可进行励磁切换。失磁后母线电压低于系统允许值时，带时限动作于解列。当发电机母线电压低于保证厂用电稳定运行要求的电压时，带时限动作于解列，并切换厂用电源。有条件的机组失磁保护也可以动作于自动减出力。当减出力至发电机失磁允许负荷以下，其运行时间接近于失磁允许运行限时时，可动作于程序跳闸。三、失磁保护整定计算 2、发电机低励失磁保护的构成 定子回路可以作为低励失磁保护判据的特征主要有以下几种： a）无功

6、功率改变方向； b) 超越静稳边界； c) 进入异步边界； d）转子功角变化。三、失磁保护整定计算 正常情况下，发电机有可能进相运行，或在发生短路、系统振荡、长线充电、自同步或回路断线等异常运行方式下，机端测量阻抗的轨迹都可能进入第三、四象限，超越静稳边界和异步边界。因此，以上几种特征并非发电机低励、失磁过程中独有的特征，要保证保护的选择性还必须加上其他特征作为保护的辅助判据。三、失磁保护整定计算常用的辅助判据和闭锁元件有以下五种： 1）励磁电流或励磁电压下降 辅助判据； 2）负序分量区分低励失磁和其他故障； 3）利用动作时间躲系统振荡； 4）电压回路断线时需闭锁； 要保证保护装置的选择性，必

7、须同时运用两种或两种以上的闭锁方式。目前国内辅助判据用的较多的是以下两种组成方式三、失磁保护整定计算 a）用励磁低电压元件和时间元件对短路故障、系统振荡和电压回路断线均能实现闭锁。 b）用负序元件、延时元件和电压回路断线闭锁元件实现闭锁，其中负序电压（或电流）元件闭锁用于防止在短路情况下保护误动作；延时元件用于躲过振荡；电压回路断线闭锁元件用于防止断线时保护装置误动作。 失磁保护常由阻抗元件、母线低电压元件和闭锁（启动）元件组成。三、失磁保护整定计算总体配置 a）系统主判据高压母线设低电压元件。 b）发电机判据异步边界阻抗或静稳极限阻抗。 c）辅助判据励磁低电压（或负序电压/电流） d）闭锁元

8、件电压回路断线闭锁 e）功能要求发电机减出力，厂用切换或减励磁。三、失磁保护整定计算 低励失磁保护主判据 a）低电压判据： 1）系统低电压； 2）机端低电压。 b）定子侧阻抗判据 1）异步边界阻抗圆； 2）静稳极限阻抗圆。 c）转子侧判据 1）转子低电压判据； 2）变励磁电压判据。三、失磁保护整定计算 静稳极限变励磁电压判据 对于大型汽轮发电机，当进相运行时可能励磁电压小于恒定低励磁电压判据，恒定励磁低电压辅助判据继电器会处于动作状态，失磁保护可能会失去该辅助判据的闭锁作用，此时宜用变励磁电压判据。 三、失磁保护整定计算 令 则 令 K转子电压判据系数，有的称变励磁电压斜率（ULP） 三、失磁

9、保护整定计算 3、整定计算 失磁保护一（静止励磁）为阻抗型失磁保护，保护装置的输入量有：机端三相电压（TV变比为）、发电机三相电流（TA变比为）、主变高压侧三相电压、励磁直流电压。 需要整定的参数：定子阻抗判据、转子低电压判据、机端低电压判据、系统低电压判据、无功反向判据、减出力判据以及有关时限。 三、失磁保护整定计算（1）定子阻抗判据（一）（静稳边界阻抗圆） 1） jX轴上电抗Xc值为 式中 Xcon 折算到基准容量的发电机与系统间（应计及本厂其他发电机）的最小联系电抗标幺值； UN 发电机额定电压。 2）-jX轴上电抗XB值为 三、失磁保护整定计算 3）校核躲正常运行时负荷阻抗的能力 发电

10、机正常运行的最小负荷阻抗为 式中： 最大功率输出的功率因数角，如 ，则 （滞后功率因数时， ）。 对静稳阻抗边界圆，在 阻抗角方向上，其动作阻抗 为（ )三、失磁保护整定计算要求4）校核躲进相运行时负荷阻抗的能力 发电机正常进相运行时的负荷阻抗 计及0.9可靠系数后可表示为三、失磁保护整定计算 式中 发电机进相感性无功功率，因为发出感性无功功率时， ，因此进相运行时 发电机发出的有功功率，一般情况下取 对静稳阻抗边界圆，在 角方向上（ ）的动作阻抗 可由下式计算出来。 一般令 ，计算进相无功功率分别为10% PN、20% PN、30%PN、40%PN的Zp值。由于不同进相无功时的 、 分别计算

11、出来（同一进相无功时， 与 在同一阻抗角方向上），就可判别躲进相运行时负荷阻抗的能力。 要求进相无功 时， ；当 时 ， 当不满足上述要求时，可选用下切圆或下抛圆，或采用双阻抗特性圆。 三、失磁保护整定计算三、失磁保护整定计算（2）定子阻抗判据（二）（异步阻抗边界圆） -jX轴上两个阻抗值XA、XB的欧姆值为 式中: 折算到基准容量 SB 的暂态电抗标幺 值； 折算到基准容量SB的同步电抗标幺 值（不饱和值） 无需校核躲进相运行时负荷阻抗的能力。 三、失磁保护整定计算 （3）定子阻抗判据（三）（过坐标原点的下抛圆） 1）-jX轴上电抗值XB（另一电抗值是0）为 2）校核躲进相运行时负荷阻抗的能

12、力发电机正常运行时的负荷阻抗 三、失磁保护整定计算对下抛圆定子阻抗特性，在 角方向上（ ）的动作阻抗 为 要求进相无功 三、失磁保护整定计算 定子阻抗特性若用圆心和半径表示 静稳阻抗边界圆圆心和半径为 异步阻抗边界圆圆心和半径为 过原点下抛圆 圆心和半径为三、失磁保护整定计算 （4）无功反向判据 按躲过发电机正常运行允许的进相无功 整定，无功反向定值 为 一般取 无功反向判据与静稳阻抗边界圆结合，可提高进相运行时躲负荷阻抗的能力。 三、失磁保护整定计算 （5）减出力判据（也称过功率判据） 按发电机失磁时允许的异步功率整定，一般可取 (6) 转子电压判据 转子电压判据有励磁低电压判据和变励磁电压

13、判据 励磁低电压判据 动作电压 式中 Kk可靠系数， ，可取=0.8 空载励磁电压实测值三、失磁保护整定计算 （7）系统低电压动作值 一般取系统侧母线电压，设置系统低电压用于防止失磁引发的无功储备不足导致系统电压崩溃。三相同时低电压时的动作电压为 式中 Kk可靠系数， ，建议取0.9 高压母线最低正常运行电压，可取11.05倍额定电压值 三、失磁保护整定计算 当系统容量很大时，系统阻抗很小，系统侧母线电压降低不多，此种情况下低电压元件并不动作，说明失磁时不可能引起系统电压崩溃。 （8）机端低电压动作值 动作电压按不破坏厂用电安全和躲过强励起动电压条件整定，可取 式中 Kk 可靠系数， UN 发

14、电机额定电压。 三、失磁保护整定计算 （8）失磁保护动作时间 a)不允许失磁长时间运行时，保护跳发电机断路器。 其延时应防止系统振荡时保护的误动作，按躲振荡所需的时间整定。对不允许发电机失磁运行的系统，其延时一般取0.51.0s。 异步边界阻抗：母线低电压延时可取0.5s；阻抗判据延时可取0.5s 静稳极限阻抗：母线低电压延时可取0.8s；阻抗判据延时可取1.0s b) 允许失磁后在有限时间内运行时三、失磁保护整定计算 允许失磁后发电机转入异步运行的低励失磁保护装置动作后，应切断灭磁开关，防止在转入异步运行时仍有有损大轴的同步功率存在。动作于励磁切换及发电机减出力的时间元件，其延时结合设备和允

15、许运行条件整定。失磁异步运行情况下，动作于发电机解列的延时，由发电机制造厂和电力部门共同决定允许发电机带（0.40.5）的失磁异步运行时间。以下数据仅供参考： 励磁切换（有备用励磁时），可取0.3s，切换成功即不失磁。 三、失磁保护整定计算 厂用电源切换（专设电压判别），电压可取（0.750.85），可整定11.5s 起动DEH减出力，减出力速率1min内减至0.4倍发电机额定功率，可整定0.5s，动作于减出力。 失磁运行跳灭磁开关，可整定大于68s 失磁运行跳发电机断路器，由失磁保护起动，一般取小于15min三、失磁保护整定计算注意事项： 1)有条件时失磁保护宜尽可能采用转子电压作为闭锁条件

16、，以提高失磁保护动作的可靠性。 2) 失磁后宜先报警；有条件时应优先动作于减出力，当在预定时间内未减到规定值时可动作于解列，失磁危及系统稳定运行时保护也宜动作于解列（与前者解列没有必然的时间配合关系），当减出力到预定值，但运行超过了发电机允许的无励磁运行时间时，宜动作于程序跳闸，当机端电压降低到危及厂用电安全运行时，应切换厂用电源到备用电源。三、失磁保护整定计算 3）主变高压侧系统容量较大时，发电机失磁时高压母线电压降低不多，系统低电压元件很有可能不动作。 4）发电机失磁时机端电压降低较大，但当系统容量较大、低电压动作值较低时，机端低电压元件有可能不能动作。在这种情况下，低电压元件的动作值不宜

17、取得过低。 5）虽然汽轮发电机失磁后，并不立即对发电机有直接危害，但在大容量电力系统中，失磁发电机不宜做较长时间的异步运行。四 失步保护整定计算 1、失步概述 大机组一般与变压器组成单元接线，由于送电网络的不断扩大，使发电机和变压器的阻抗值相对增大，而系统的等效阻抗值相对下降，因此振荡中心通常落在发变组内部，使振荡过程对机组的影响趋于严重。机端电压周期性地严重下降，对发电机组的安全运行极为不利，有可能造成机组损坏，特别对汽轮发电机轴可能发生扭转振荡，使大轴遭受机械损伤，甚至造成严重事故，因此对于大型发电机，需要装设失步保护。四 失步保护整定计算 各种原理的失步保护均应满足正确区分系统短路与振荡

18、以及正确判定失步振荡与稳定振荡（同步摇摆）。失步保护应只在失步振荡情况下动作。失步保护动作后，一般只发信号，当振荡中心位于发变组内部或失步振荡持续时间过长、对发电机安全构成威胁时，才作用于跳闸，而且应在两侧电动势相位差小于90的条件下使断路器断开，以免断路器的断开容量过大。 四 失步保护整定计算 失步保护应能正确区分短路故障及系统振荡，一般是通过整定动作区和时限的相互配合来区分短路故障和系统振荡的。 2、 三元件式失步保护特性四 失步保护整定计算四 失步保护整定计算 a）遮挡器特性整定。决定遮挡器特性的参数是Za、Zb、 ，若失步保护装在机端，则 式中： 最大运行方式下的系统阻抗，； 主变压器

19、电抗，； 系统阻抗角。四 失步保护整定计算 b）内角的整定 式中： 为发电机的最小负荷阻抗，一般取 值一般可取90120 四 失步保护整定计算 三元件失步保护特性的整定 c）校核躲正常运行负荷阻抗、失磁阻抗的能力。 透镜动作特性与+R轴交点的值Rset可表示为 发电机最小负荷阻抗在R轴上的投影 为（可取 ） 四 失步保护整定计算 发电机带额定功率下失磁，机端测量阻抗在R轴上的投影 为（可取 ）要求 、d）电抗线 的整定。一般整定为变压器阻抗 的90，即 四 失步保护整定计算四 失步保护整定计算 e) 滑极次数整定。振荡中心在发变组区外时，滑极次数整定为510次，动作于信号。当动作于跳闸时，可取

20、滑极次数不小于15次。振荡中心在发变组区内时，滑极次数整定为12次，动作于跳闸和发信，单机运行时，建议取滑极次数为1次。四 失步保护整定计算 f） 跳闸允许电流整定。其判据为 ，当 时允许跳闸出口。 按断路器允许遮断电流 计算，断路器（在系统两侧电势相差达180时）允许遮断电流 需由断路器制造厂提供，如无提供值，可按2550的断路器额定遮断电流 考虑。 跳闸允许电流整定值按下式计算： 四 失步保护整定计算 式中： Kk可靠系数，取0.850.90。 3、双遮挡器原理失步保护四 失步保护整定计算 电阻线R1、R2、R3、R4及电抗线Xt将阻抗复平面分成5个区。发电机失步后，机端测量阻抗缓慢从+R

21、向-R方向变化，且依此穿过0区IV区，判断为加速失步过程；从-R向+R方向变化，判为减速失步。测量阻抗依此穿过五个区后记录一次滑极，滑极次数累计达到整定值，变发信或跳闸。 以下阻抗全部折算到发电机额定容量下，其中四 失步保护整定计算 式中： Xs最大运行方式下的系统电抗，； XT 主变压器电抗，； 发电机暂态电抗（取不饱和值），； 决定遮挡器特性的参数是遮挡器电阻值R1、R2、R3、R4和I区IV区测量阻抗停留时间t1、t2、t3、t4。四 失步保护整定计算 1）电抗定值Xt（二次有名值）。应使系统振荡时（即振荡中心落在发电厂系统母线之外）保护能可靠不动。因此， Xt= XT 2）阻抗边界R1

22、（二次有名值）。为给断路器创造一个良好的断开条件 ,取 ， 则R1按下式计算 四 失步保护整定计算 3）阻抗边界R2 4）阻抗边界R3（负值） R3 = -R2 5）阻抗边界R4（负值） R4 = -R1 6）测量阻抗在各区停留时间T1、T2、T3及T4 T1、T2、T3及T4应使保护在系统短路故障时不误动，失步运行时能可靠动作。一般T1、T2、T3及T4应小于最小振荡周期下测量阻抗在各区内的实际停留时间。四 失步保护整定计算 系统振荡时的最小振荡周期为 （具体值由调度给出，一般为0.5s1.5s），并在系统振荡时，发电机功角 的变化是匀速的，测量阻抗在I区内的停留时间为 ，其中 系统振荡时测

23、量阻抗在II区停留时间为 四 失步保护整定计算 T3应小于系统振荡时测量阻抗在III区停留时间 ,按下式整定 T4应小于系统振荡时测量阻抗在IV区停留时间，可在0s与之间选取。 7）失步启动电流 对于需进相运行的水轮机，设置一个启动电流，一般为 四 失步保护整定计算 注意事项 1）振荡中心在发变组外时，可不动作于解列，只动作于信号。 2）多机并网的发电厂中多机失步时，宜分时段解列发电机或整定不同的滑极次数。五、 励磁变及励磁机保护整定计算 1、电流速断保护 1）动作电流 按躲过励磁变低压侧三相短路条件整定。 式中 Krel可靠系数，取1.21.3； XTE折算到基准容量的励磁变电抗标幺值； 五、 励磁变及励磁机保护整定计算 按励磁变低压侧两相短路灵敏度不小于1.5整定 2）动作时间 时取0s 时和快速熔断器配合计算，一般取0.20.3s 3）动作出口