GBT 32898-2016 抽水蓄能发电电动机变压器组继电保护配置导则

抽水蓄能发电电动机变压器组继电保护配置导则中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局IGB/T32898—2016前言 12规范性引用文件 3术语和定义 14总则 25发电电动机保护 26变压器保护 87对相关回路及设备的要求 10附录A(资料性附录)抽水蓄能电站发电电动机变压器组保护配置参考样例 12附录B(资料性附录)抽水蓄能电站发电电动机变压器组保护出口方式参考样例 15附录C(资料性附录)抽水蓄能电站发电电动机变压器组保护闭锁逻辑参考样例 18参考文献 21Ⅲ本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。本标准由中国电力企业联合会提出并归口。本标准主要起草单位：国网新源控股有限公司、南网调峰调频发电公司、南京南瑞继保电气有限公司、华东桐柏抽水蓄能发电有限责任公司、湖北白莲河抽水蓄能有限公司、国网新源控股有限公司北京十三陵蓄能电厂、华东宜兴抽水蓄能有限公司。抽水蓄能发电电动机变压器组继电保护配置导则本标准规定了抽水蓄能电站发电电动机、主变压器、励磁变压器继电保护的基本配置原则、出口方式、闭锁逻辑、相关回路及设备要求。本标准适用于装设单机容量为150MW及以上的可逆式水泵水轮发电机组、发电电动机机端装设断路器和换相开关的抽水蓄能电站发电电动机变压器组继电保护设计。单机容量150MW以下或其他主接线方式的抽水蓄能电站可参照执行。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T2900.1电工术语基本术语GB/T2900.17电工术语量度继电器GB/T2900.49电工术语电力系统保护3术语和定义3.1GB/T2900.1、GB/T2900.17、GB/T2900.49中界定的以及以下术语和定义适用于本文件。发电工况generatormode从上水库放水流向下水库，驱动机组水泵水轮机转轮转动，将水势能转化为电能的运行状态。抽水工况pumpmode机组从下水库向上水库抽水，将电能转化为水势能的运行状态。发电调相工况generatorcondensermode转轮室压水后转轮在空气中旋转，机组发电方向并网运行的状态。抽水调相工况pumpcondensermode转轮室压水后转轮在空气中旋转，机组抽水方向并网运行的状态。利用静止变频装置通过启动回路驱动机组以抽水方向启动的启动方式。一台机组以拖动工况启动，通过启动回路驱动另一台机组以抽水方向启动的同步启动方式。2拖动工况lunchermode机组以背靠背方式启动，拖动机运行在发电方向并提供变频电流将被拖动机拖至额定转速并且并机组以背靠背方式启动，被拖动机组在抽水方向被拖至额定转速并并网的一种工况。机组在正常和非电气故障停机时合上机端短路开关并施加励磁，产生电磁制动力矩加速停机的过程。4.1发电电动机变压器组的各种运行工况应配置完善的保护。4.2发电电动机变压器组继电保护除非电量保护外应双重化配置。4.3发电电动机和主变压器应各至少配置一套各种运行工况投入的纵差保护。4.4发电电动机差动保护应根据定子绕组形式和工程实际条件配置。4.5发电电动机变压器组继电保护的外部闭锁信号宜直接取自断路器、隔离开关等设备的辅助接点，保护闭锁不应采用改变保护定值方式实现。4.6发电电动机变压器组保护装置的电压、电流宜采用软件换相方式适应各种工况的转换。5发电电动机保护5.1一般原则5.1.1下列故障及异常运行方式应装设相应的保护：a)定子绕组相间短路；b)定子绕组接地；c)定子绕组匝间短路；d)定子绕组分支断线；e)发电电动机外部相间短路；f)定子绕组过电压；g)定子绕组过负荷；h)转子表层(负序)过负荷；i)励磁回路接地；j)励磁电流异常下降或消失；k)定子铁芯过激磁；1)发电机逆功率；m)频率异常；o)发电电动机突然加电压；p)轴承绝缘破坏；q)抽水工况失电或低电压；r)调相工况失电；s)静止变频器启动或背靠背启动过程故障；t)电气制动短路开关触头接触不良；u)启动过程中相序错误；v)其他故障和异常运行。a)纵差保护(含完全纵差保护、不完全纵差保护);b)横差保护(含裂相横差保护、单元件横差保护);c)复合电压过流保护；d)定子接地保护；f)过励磁保护；g)过电压保护；i)过频保护；j)低频保护；k)失磁保护；m)转子表层(负序)过负荷保护；n)定子过负荷保护；o)发电机逆功率保护；p)电动机低功率保护；q)误上电保护；r)低频过电流保护；s)电压相序保护；t)电流不平衡保护；u)轴电流保护或轴承绝缘保护；v)断路器失灵保护。发电电动机保护功能配置可参照附录A的表A.1和图A.1。a)停机；b)程序跳闸；c)缩小故障影响范围；e)发信。发电电动机保护出口方式可参照附录B的表B.1。a)应装设完全纵差保护，反应定子绕组及其引出线的相间短路故障，动作于停机；b)可装设不完全纵差保护，反应定子绕组及其引出线的相间短路、匝间短路和分支开焊故障，动c)考虑与主变压器纵差保护配合，可配置保护范围包含换相开关或发电电动机断路器的完全纵4差保护。a)差动范围包含电气制动短路开关的应在电气制动时闭锁；b)差动范围包含被拖动隔离开关的应在静止变频器启动和背靠背启动时闭锁c)差动范围包含拖动隔离开关的应在拖动工况时闭锁。a)电流互感器二次回路断线时不应闭锁差动保护；b)额定频率运行时保护动作时间(2倍整定电流时)不大于30ms;c)低于额定频率运行时保护动作时间(2倍整定电流时)不大于2倍电气周期；d)纵差保护在10Hz～55Hz范围内应正常工作，10Hz以下应采取措施防止误动。装设裂相横差保护或单元件横差保护，反应定子绕组的匝间短路、分支开焊以及相间短路故障，动作于停机。所有工况均不应闭锁。5.2.2.3技术要求：a)电流互感器二次回路断线时不应闭锁裂相横差保护；b)额定频率运行时保护动作时间(2倍整定电流时)不大于30ms;c)低于额定频率运行时保护动作时间(2倍整定电流时)不大于2倍电气周期；d)横差保护在10Hz～55Hz范围内应正常工作，10Hz以下应采取措施防止误动。装设复合电压过流保护，反应定子绕组及其引出线的相间短路故障，动作于停机。宜具有电流记忆(保持)功能。a)一套保护装置装设注入式100%定子接地保护，反应定子绕组及其引出线的单相接地故障，动作于停机；b)另一套保护装置装设零序电压定子接地保护，反应定子绕组及其引出线的单相接地故障，动作于停机。注人式100%定子接地保护电阻判据宜在静止变频器启动、背靠背启动、电气制动时闭锁，也可采用特定低频段闭锁的方式。a)注入源应具有电压消失、故障或过载报警功能；b)注入式100%定子接地保护可靠反映的发电电动机中性点接地电阻值不低于1kΩ;c)零序电压定子接地保护在10Hz～55Hz范围内应正常工作。5a)装设转子接地保护，反应转子绕组及其引出线的接地故障，保护动作于发信或程序跳闸；b)转子接地保护正常运行时投入其中一套，另一套作为冷备用。所有工况均不应闭锁。采用注入式原理时应具有注入源电压异常报警功能。a)装设发电电动机过励磁保护，反应频率降低、电压升高引起的铁芯工作磁密过高；b)过励磁保护宜由定时限和反时限两部分组成，定时限部分低定值段动作于发信，定时限部分高定值段和反时限过励磁保护动作于停机。所有工况均不闭锁。a)应在10Hz～65Hz范围内正常工作，10Hz以下应采取措施防止误动；b)不宜采用相电压，以防止接地故障时误动。装设发电电动机过电压保护，反应发电电动机定子过电压异常，防止定子绕组绝缘遭受破坏，动作于停机。所有工况均不应闭锁。装设发电电动机低电压保护，反应抽水工况、发电调相工况和抽水调相工况运行时失电故障或低电除抽水工况、发电调相工况和抽水调相工况外，其他工况均应闭锁。a)装设发电电动机过频保护，宜动作于程序跳闸；b)装设发电电动机低频保护，反应抽水工况、发电调相工况和抽水调相工况运行时失电故障或系a)过频保护在所有工况下均不应闭锁；b)低频保护除抽水工况、发电调相工况和抽水调相工况外，其他工况均应闭锁。6装设发电电动机失磁保护，反应励磁电流异常下降或完全消失的失磁故障，动作于停机。失磁保护应在机组并网前闭锁。装设失步保护，反应发电电动机与系统失去同步时的异步运行状态。失步保护动作于发信，当振荡中心位于发电电动机—变压器组内部或失步振荡次数超过设定值、对发电电动机安全构成威胁时，作用于停机。失步保护应在机组并网前闭锁。保护宜具有电流闭锁元件，断开断路器时的电流不应超过断路器允许开断的失步电流。a)装设转子表层(负序)过负荷保护，反应不对称负荷和外部不对称短路引起的负序电流；b)转子表层(负序)过负荷保护应由定时限和反时限两部分组成，定时限部分动作于发信，反时限部分动作于停机。转子表层(负序)过负荷保护在机组并网前应闭锁。a)装设定子过负荷保护，反应过负荷引起的发电电动机定子绕组过电流；b)定子过负荷保护由定时限和反时限两部分组成，定时限部分动作于发信，反时限部分动作于停机。所有工况均不应闭锁。装设发电机逆功率保护，反应发电机变电动机运行的异常运行方式，动作于停机。装设电动机低功率保护，反应电动机运行时的突然失电或人力过低，动作于停机。7GB/T32898—2016装设发电电动机误上电保护，作为发电电动机启动过程和停机状态时误合发电电动机断路器的保所有工况均不应闭锁。宜具有正常并网后自动退出、解列后自动投入运行的功能。a)装设发电电动机低频过流保护，反应静止变频器启动、背靠背启动和电气制动时定子绕组及其b)低频过流保护宜装设两段，低定值段躲过最大启动电流，高定值段躲过电气制动电流。a)低频过流保护低定值段在机组并网后和电气制动时应闭锁；b)低频过流保护高定值段在机组并网后应闭锁。5.2.17.3技术要求：a)保护测量原理应与频率无关；b)时间整定值的准确度(1.5倍整定值时):±1%延时定值或2倍电气周期。装设发电电动机电压相序保护，用于判断机组电压相序与旋转方向是否一致，动作于停机。可装设发电电动机电流不平衡保护，用于防止电气制动时定子绕组端头短接(电气制动短路开关)电流不平衡保护除电气制动外，其他工况均应闭锁。a)保护测量原理应与频率无关；b)时间整定值的准确度(1.5倍整定值时):±1%延时定值或2倍电气周期。装设发电电动机轴电流保护或轴承绝缘保护，反映发电电动机轴电流密度超过允许值时转轴轴颈的滑动表面和轴瓦损坏故障，保护动作于发信，可动作于停机。所有工况均不应闭锁。8轴电流保护宜具有基波分量和三次谐波分量选择功能。装设发电电动机断路器失灵保护，动作于跳开相邻所有断路器。发电电动机断路器失灵保护根据所使用电流互感器的安装位置，设置闭锁逻辑。可在静止变频器断路器失灵保护由发电机保护出口触点和能快速返回的相电流、负序电流判别元件及断路器位置辅助接点组成。机组运行工况判别方法和保护闭锁逻辑可参照样例参见附录C的表C.1和表C.2。6变压器保护6.1.1下列故障及异常运行方式应装设相应的保护：a)绕组及其引出线的相间短路和单相接地短路；b)绕组的匝间短路；c)外部相间短路引起的过电流；d)外部接地短路引起的过电流及中性点过电压；f)过励磁；g)中性点非有效接地侧的单相接地故障；h)油位异常；i)变压器油温、绕组温度过高及油箱压力过高和冷却系统故障；j)其他故障和异常运行。6.1.2针对6.1.1所列故障及异常运行方式，宜配置保护如下：b)复合电压过流保护；f)间隙零序电流电压保护；g)低压侧零序电压保护；i)励磁绕组过负荷保护；j)非电量保护。9保护功能配置可参照表A.2和图A.1。a)断开主变压器的各侧断路器并停机；b)缩小故障影响范围；c)发信。保护出口方式可参照样例参见表B.2。6.2配置与技术要求装设纵差保护，反应主变压器的内部、套管及引出线的短路故障，动作于断开主变压器的各侧断路器并停机。保护范围包含换相开关和发电电动机断路器时，在机组并网前应采取闭锁措施，宜采用闭锁机端电流采样通道的方式。复合电压过流保护配置原则应按以下要求执行：a)装设复合电压过流保护，反应相间短路引起的主变压器过电流，动作于缩小故障影响范围或断开主变压器的各侧断路器；b)对于有倒送电运行要求的主变压器，在高压侧装设过流保护，采用发电电动机断路器辅助接点或方向元件判断倒送电运行状态，动作于断开变压器高压侧断路器。a)装设主变压器过励磁保护，用于防止由于频率降低、电压升高时引起变压器磁密过高；b)过励磁保护宜由定时限和反时限两部分组成，定时限部分低定值段动作于发信，定时限部分高定值段和反时限过励磁保护动作于断开主变压器各侧断路器并停机。过励磁能力曲线应由主变压器制造厂提供。装设主变压器过负荷保护，反应可能出现的过负荷情况，动作于发信。装设主变压器零序电流保护，反应单相接地短路引起的过电流，动作于断开主变压器各侧断路器并停机。变压器中性点经放电间隙接地时，应装设变压器间隙零序电流电压保护，断开主变压器各侧断路器装设低压侧零序电压保护，反应主变压器低压侧及机端母线的单相接地故障，动作于发信或断开主变压器各侧断路器并停机。装设励磁变过电流保护，采用电流速断保护作为主保护，过电流保护作为后备保护，动作于断开主变压器各侧断路器并停机。励磁绕组过负荷保护配置原则应按以下要求执行：a)装设励磁绕组过负荷保护，作为励磁系统异常或强励时间过长的保护；b)励磁绕组过负荷可由定时限和反时限两部分组成，定时限部分动作于发信，反时限部分动作于机组程序跳闸。非电量保护配置原则应按以下要求执行：a)装设主变压器非电量保护，反应主变压器瓦斯、油温、绕组温度及油箱内压力升高超过允许值、冷却系统故障、油位异常等，动作于发信或断开主变压器各侧断路器并停机。b)装设励磁变压器非电量保护，反应励磁变压器绕组温度、铁芯温度升高超过允许值等，动作于发信或断开主变压器各侧断路器并停机。机组运行工况判别方法和保护闭锁逻辑可参照样例参见表C.1和表C.2。7对相关回路及设备的要求7.1电流互感器配置及要求7.1.1电流互感器二次额定电流宜选用1A。7.1.2发电电动机相间短路后备保护宜采用中性点侧的电流互感器。7.1.3断路器失灵保护的电流判别元件应采用靠近发电电动机断路器的变压器侧的电流互感器。7.1.4电流互感器带实际二次负荷在稳态短路电流下的准确限值系数或励磁特性(含饱和拐点)应满足所接保护装置动作可靠性的要求。7.1.5双重化配置的每套保护电流应分别取自不同的电流互感器。7.2.1双重化配置的每套保护电压应分别取自电压互感器的不同绕组。7.2.2发电电动机中性点采用接地变压器时，二次侧负载电阻不宜小于1Ω,最小不应低于0.5Ω。7.2.3发电电动机中性点采用接地变压器时，应提供定子接地保护用的二次绕组抽头。7.3.1用于220kV及以上电压的断路器和容量150MW及以上发电电动机的断路器应具有双跳闸线圈，灭磁开关、高压厂用变压器高压侧断路器、静止变频器输入输出断路器宜具有双跳闸线圈，7.3.2保护装置的跳闸出口宜采用软件跳闸矩阵方式，出口回路应设置有保护出口连接片。7.3.4断路器跳闸回路宜具有断线7.3.5背靠背启动时，拖动机组或被拖动机组的保护动作，应直接联跳背靠背机组，两台机组同时灭抽水蓄能电站发电电动机变压器组保护配置参考样例发电电动机保护配置参考样例见表A.1。表A.1发电电动机保护配置1纵差保护(小差)2纵差保护(大差)3裂相横差保护456零序电压定子接地保护7三次谐波电压定子接地保护8注入式100%定子接地保护9转子接地保护过频保护转子表层(负序)过负荷保护轴电流保护或轴承绝缘保护注1:发电电动机纵差保护(小差)是指保护范围仅包含发电发电电动机纵差保护(大差)是指保护范围包含发电电注4:发电电动机差动保护方案可根据电站具体设计条件灵活配置，包括纵主变压器和励磁变压器保护配置参考样例见表A.2。表A.2主变压器和励磁变压器保护配置纵差保护(小差)2纵差保护(大差)3456零序电流保护789注1:主变压器纵差保护(小差)是指保护范围仅包含主注2:保护功能编码依据IEEEStdC37.2—2008规定，未规定的采用国注4:主变压器纵差保护方案可根据电站具体抽水蓄能电站发电电动机变压器组保护配置图参考样例见图A.1。27CT27CT机端电流187CT8-2-2高压侧电流主变中性点零序3PT81主变低压侧电压813PT主变压器低压侧零序电压机端电流1机端电流2中性点电流机端电压零序电压横差电流励磁电压轴电流CT28CT△换换相开关励磁6cr2CT500kV主变压器20CT(厂用发电电动机49T’28CT49T’机端电流1678CT67机端电流2高压厂用变压器SFC输入变压器高压侧电流30CT主变中性点零序电流4PT主变低压侧电压4PT主变压器照E⑩2764T23CT(变压器机端电流1机端电流2中性点电流47G2PT机端电压3ICT流中性点零序电压横差电流励磁电压图A.1抽水蓄能电站发电电动机变压器组保护配置(资料性附录)抽水蓄能电站发电电动机变压器组保护出口方式参考样例发电电动机保护出口方式参考样例见表B.1。表B.1发电电动机保护出口方式保护名称保护出口方式发信灭磁跳发电电动机断路器停机程序跳闸跳主变压器高压侧断路器跳相邻机组(背靠动时)(静止动时)启动消防启动断路器失灵保护纵差保护○O○○OOOO裂相横差保护OOOOOOO单元件横差保护OOOO○O○复合电压过流保护OOOO○○O定子过负荷保护定时限O反时限○OOO○转子表层(负序)过负荷保护定时限O反时限○OOOO失磁保护OOOOO失步保护OOOOO过电压保护低定值O高定值OOO○OO○低电压保护OOO○○频率异常保护过频保护OO○○O低频保护○O〇OO过励磁保护定时限低定值O定时限高定值O○O○OOO反时限OOOOOOO电动机低功率保护OO○OO发电机逆功率保护OOOOO低频过流保护低定值O○○OOO高定值O○OO○O零序电压定子接地保护OOO○○○O器跳闸器组靠背机组背启动时)(静止动时)护三次谐波电压定子接地保护O注入式100%定子接地保护OOOO转子接地保护OOOOOOOO○O○O○○○O○○OOOO○○OOO轴电流保护或轴绝缘保护O主变压器和励磁变保护出口方式参考样例见表B.2。表B.2主变压器和励磁变保护出口方式器跳闸器主变压器高压侧断路器组跳高压厂用变压器侧断器OOOOOOOO○OO〇O○○OOO○OOOO○○OOOO零序电流保护O○OOOO○OOOOOO○○OOOOO○器跳闸器主变压器高压侧断路器组跳高压厂用变压器侧断器OOOOOOO〇OO○OO〇OOOOOOGB/T32898—2016(资料性附录)抽水蓄能电站发电电动机变压器组保护闭锁逻辑参考样例抽水蓄能机组运行工况判别方法如下：——发电工况换相开关(发电方向)合闸位置=1and发电机调相模式=0。——发电调相工况换相开关(发电方向)合闸位置=1and发电电动机断路器分闸位置=0and发电机调相模式=1。—抽水工况换相开关(