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IEEE电站继电保护配置介绍


IEEE 电站继电保护配置介绍
1.0 概述

近年来,国内电力设备企业的出口业务有逐渐加速的趋势。中国电力企业在保持明显制造成本优势的 同时,技术上也开始具有与国际知名电力设备制造商抗衡的实力。除了由设备出口向项目承包型出口转变 外,对外投资也是一个方向。这就要求我们电力工程师要熟悉和掌握国际标准和工程规范的要求。

本文主要介绍按照 IEEE 导则的要求,电站继电保护的配置情况,供大家参考。励磁系统保护,线路 和变电站保护不包括。此外,特殊保护须根据具体工程实际要求进行配置。

一般说来,继电保护的配置应符合下列规定:

当系统异常时,保护装置应能尽快地切除故障或发出报警指示;

把损害限制在故障设备上;

最大限度的降低火灾或爆炸的可能性;

最大限度的降低人身伤害的可能性;

单个继电器或多功能保护继电器的灵敏性和动作时间应相互配合。完全的配合有时可能无法实现, 可允许保护装置无选择性动作或人工干预,但这种情况应尽可能避免。

2.0 配置原则

2.1 名称和保护装置编号

IEEE 标准 C37.2-1996 定义了各种继电保护装置的功能和编号.表 2.1-1 列出了部分常用到的保护装 置:

表 2.1-1, 保护装置编号 编号 名称 2 21 25 27 30 32 延时 Time-delay 距离 Distance 同期检测
Synchronism-check

编号 名称 60 62 63 64 67 68 电压或电流平衡 Voltage or
current balance

时间 Timing 压力 Pressure 装置接地 Apparatus ground 方向过流 方向过流 AC directional
overcurrent

低电压 Undervoltage 信号装置 Annunciator 功率方向 Directional
power

闭锁 Blocking

低电流或低功率 37 38 40 46 47 49 50 51 52 59
Undercurrent or Underpower

69 74 76 78 79 81 85 86 87 94

容许 Permissive 报警 Alarm 直流过流 DC overcurrent 失步 Out-of-step 重合闸 AC Reclosing 频率 Frequency 载波 Carrier 出口继电器 Lock out 差动继电器 Differential 跳闸继电器 Tripping

轴承 Bearing 磁场 Field 反相 Reverse-phase 相序电压
Phase-sequence voltage

热保护 Thermal 瞬时过流 Instantaneous
overcurrent

时间过流 AC time
overcurrent

断路器 AC circuit
breaker

过电压 Overvoltage

2.2 继电保护装置的功能

保护装置应能尽快地切除短路故障。电力系统中设备元件的不正常状况可能会引起设备的损坏或影响 到其他部分的正常运行,保护装置回动作与断路器来切除故障元件。

除了降低短路故障危害,保护装置还应能动作于其它异常运行情况。保护装置的其他功能应包括:发 出报警信号,指示故障类型和故障点等。

2.3 保护区

可以通过调整定值来设定保护元件的保护区,为消除保护死区,保护区会有重叠。主保护是第一道防 线,但主保护失灵时,后备保护动作。

后备保护可以设在远方也可设在就地。远后备保护和相邻元件主保护的保护范围会有搭接,需要加时 限来保证选择性。近后备保护需要一整套冗余保护装置,采用不同原理,不同信号源,不同供电电源。近 后备保护方案一般用于重要保护对象,如发电机。

2.4 保护装置的输入

保护装置的电流信号来自电流互感器(CTs),电压信号来自电压互感器(VTs)。互感器二次侧一般分为 测量级和保护级。

2.4.1 电流互感器 电流互感器(CTs)

在美国,电流互感器二次侧的额定电流一般为 5A。1A 的也有但不普遍。当电流互感器与保护装置之 间的距离较大时,采用 1A 的额定电流优点突出。保护用 CT 的性能应满足继电保护正确动作的要求,首先 应保证在稳态对称短路电流下的误差不超过规定值。对于短路电流非周期分量和 CT 剩磁等的暂态影响,

应根据系统暂态问题的严重程度?继电保护装置的特性等因素来综合考虑。 一般要求 CT 在保护装置启动前 不应饱和。

IEEE 标准对 CT 精确等级的定义与 IEC 标准有所不同。在 IEEE 标准中,保护装置的标准负载是 1? 2?4?和 8 欧姆(阻抗角是 60 度),按 20 倍标称电流时 CT 二次侧的端电压来定义精确等级。对于二次 侧的额定电流一般为 5A 的电流互感器,保护级分为 C100?C200?C400?和 C800。与 IEC60044-1 定 义的方法换算关系如下:

2.4.2 电压互感器 电压互感器(VTs)

当电力系统操作或其他暂态过程引起电压互感器暂态饱和而感抗降低,可能出现铁磁谐振。谐振是零 序性质,输出的三相有功负荷对谐振不起作用。抑制谐振的方法可在零序回路采取阻尼吸能措施,如在电 压互感器开口三角端子上接入低值电阻或在电压互感器一次绕组中性点与地之间接入非线性电阻。

在美国,电压互感器二次侧额定线电压一般为 120 伏。

3.0 发电机保护

3.1 发电机保护配置原则

发电机的重要性勿须多言,对下列故障及异常运行方式,需装设相应的保护装置。

内部故障

a. 定子绕组相间和接地故障

b. 转子(励磁绕组)接地故障

异常运行方式

a. 失磁或欠激磁

b. 过负荷

c. 过电压

d. 低频和超频

e. 电流不平衡

f. 失去原动力(电动机运行)

g. 调相运行与系统解列

h. 失步

i. 次同步振荡

保护双重化/独立电源:发电机保护的配置应保证主保护和后备保护不相互影响。当采用微机型综合保 护装置时,应配置两台或多台微机保护装置。每套保护应有独立的电源系统,电流和电压信号应尽可能取 自不同的 VT 和 CT

发电机带/不带出口断路器:发电机出口装设断路器和不装断路器的接线方案如下:

a) 不装断路器方案:在这个方案,发电机和主变?厂变采用单元制接线。发变组和系统的分断点在主变压 器高压侧断路器,通常布置在开关场内。发电机定子绕组一般为 Y 接,中性点经高阻接地。主变压器的接 线组别一般为 Yn,d11。高厂变可能是一台或两台,也可能是双绕组或三绕组,取决于机组的容量。高厂 变一般采用中阻接地。

b) 装设断路器方案:这种接线方案通常用于联合循环机组或大容量发电机组。同期点在发电机出口断 路器,在主变低压侧。主变和高厂变的配置与不设发电机断路器方案基本相同。发电机定子绕组一般为 Y 接,中性点经高阻接地。

发电机保护出口方式:发电机保护出口通常分为四类,见表 3.1-1。

a) 全跳:保护动作,断开发电机断路器(或发电机变压器组高压侧断路器)?灭磁开关?关闭主汽门。 这种方式可以快速的把发电机和系统分开,用于发电机内部故障和发电机保护区内异常状况。这种保护出 口方式有可能造成汽机超速。

b) 发电机跳闸:保护动作,断开发电机断路器(或发电机变压器组高压侧断路器)?灭磁开关。这种 方式可以不关闭主汽门,一旦故障清除,允许在短时间内重起机组。这种出口方式用于系统故障引起的保 护跳闸。

c) 解列:保护动作,断开发电机变压器组高压侧断路器。这种方式推荐用于不装发电机断路器方案, 可以保持厂用负荷继续运行,不停锅炉和汽机。

d) 程序跳闸:对于锅炉或汽机故障建议采用这种出口方式。保护动作,首先关闭主汽门,待逆功率保 护继电器动作后,再断开发电机断路器并灭磁。可防止汽机超速。

表 3.1-1 发电机保护出口方式 跳闸方式 全跳 发电机跳闸 解列 程序跳闸 * 发电机断路器跳 闸 X X X* X ** X ** X X X X 灭磁开关跳闸 关闭主汽门

发电机变压器组高压侧断路器

表 3.1-1 发电机保护出口方式 跳闸方式 发电机断路器跳 闸 ** 动作于逆功率保护继电器和主汽门位置开关 灭磁开关跳闸 关闭主汽门

3.2 推荐的保护功能

发电机分类:仅是出于配置发电机保护的目的,把发电机分成下面五类:

表 3.2-1. 发电机分类 1 2 3 4 5 容量 100 MW 以上汽轮发电机 容量 100 MW 及以下汽轮发电机 燃机发电机 端电压 1000 伏以上应急发电机 端电压 1000 伏及以下应急发电机

表 3.2-2 给出了对各类发电机的最低保护配置方案。

表 3.2-2. 最低发电机保护功能配置

保护功能
发电机相故障 发电机差动 (87G) 发电机定子接地故障 定子不平衡电流 (负序) (46) 失磁 (40) 外部故障后备保护 (51V, 21) 逆功率 (32) 发电机电压互感器回路监视 (60) 低频 (81U) 低电压 (27) 过电压 (59) 失步 (78) 发电机误上电 不带发电机断路器
(1)

发电机分类 1 X X X X X X X X X X X P X 2 X X X X X X X X X X X P X 3 X X X X X X X X X X X P X 4 X X X X X X X P 5 X X X X P X X P

表 3.2-2. 最低发电机保护功能配置

保护功能
接地检测 (59BN) 出口继电器 (86). 随发电机成套的保护: 欠激磁保护 过激磁保护 发电机励磁系统接地故障 励磁机励磁系统接地故障 过激磁 发电机超温 轴承温度过高 超速 轴振超标 断水保护 冷却介质温度过高
说明: X = “宜”, P = “应”

发电机分类 1 X X 2 X X 3 X X X X 4 5

X X X X X X X X X X X

X X X X X X X X X X X

X X X X X X X X X X X

X X

X X

X X X X X

P P X X

(1) 如果把发电的安全性作为要素,那末当 VT 回路断线时,保护不能误动。发电机电压互感器回路 监视(60)应提供并于其它继电器配合。

大型蒸汽轮机和燃气联合循环机组的发电机和主变之间一般装设发电机断路器。表 3.2-3 给出了这类 发电机保护的跳闸逻辑。

表 3.2-3. 带发电机出口断路器的跳闸逻辑
保护 功能 发电机断 灭磁开 切换厂用 关闭主 主变高压 路器跳闸 关跳闸 电 汽门 侧开关跳 闸 报警

系统后备 过励磁 欠电压

21 or 51V 24 27

X X X X

表 3.2-3. 带发电机出口断路器的跳闸逻辑
保护 功能 发电机断 灭磁开 切换厂用 关闭主 主变高压 路器跳闸 关跳闸 电 汽门 侧开关跳 闸 报警

定子接地故障 逆功率 失磁 负序 误上电 发电机断路器失灵 过电压 发电机母线接地检 测 定子接地故障 VT 信号消失 失步 频率 定子相故障 差动
说明:
(1) (2)

27TN 32 40 46 50/27 50BF 59 59BN 59GN 60FL 78 81 87G 87U

X X X X X X X X X X X X X

X X X X X X X X X X X X

X

X X X X X X

X X X X

P P X X

(1) 此功能在启/停机时闭锁。 (2) 跳开 AVR 并切换到手动,闭锁 21, 32, 51V 和 40。

3.3 发电机保护的整定和配合

3.3.1 系统后备保护 系统后备保护(21 或 51V)

系统后备保护由带时限的继电器构成,用于检测系统主保护不能清除的系统故障,要求跳发电机。在 发电机并网之前,该保护也为发变组提供后备保护。系统后备保护通常采用距离保护(21)或复合电压启动 的反时限过流保护(51V)。相后备保护宜采用电压平衡继电器(60)闭锁以防止电压回路断线造成误动。相 后备保护一般接在发电机中性点侧的 CT 上,可以为发电机提供后备保护。电压取自发电机母线。

因为过流保护很难与距离保护配合,若线路采用距离保护,后备保护最好也采用距离保护;若线路采 用过流保护,后备保护最好也采用过流保护。相过流后备保护(51V)原理简单。保护采用低电压启动或复 合电压启动,整定值可以低于发电机负荷电流。相距离后备保护可选用一个或两个阻抗圆,应注意信号电 压的相角要与系统电压一致。系统后备保护应动作于发电机断路器和灭磁开关,并启动发电机断路器失灵 保护。

3.3.2 过激磁保护 过激磁保护(24)

当电压升高频率不变或频率降低电压不变,就会出现过激磁。电压/频率比值增大,会使铁芯饱和,铁 芯饱和之后,铁损增加使铁芯温度上升。严重时会造成局部变形和损伤周围的绝缘介质。

在发电机启停过程中,将由低频引起过激磁;甩负荷时,可能由于过电压产生过激磁;误操作也可能 造成过激磁。

电压/频率继电器既为发电机提供过激磁保护也为主变压器提供过激磁保护。通常,发电机励磁系统带 有过励限制器,电压/频率继电器可作为过励限制器的后备。

如果装设了发电机出口断路器,就要为主变单独考虑过激磁保护。

继电器的选择:有四种型式的电压/频率继电器?可编程的,反时限,单段式定时限和两段式定时限。最好 的是可编程的,这种类型的继电器可根据被保护设备的特性进行整定。其次是反时限特性的继电器。定时 限的灵活性差一些。

继电器的整定:要进行正确的整定,就必须知道被保护设备的过激磁限值。ANSI/IEEE 给出了下面的 连续运行的限制值:

发电机:1.05p.u.在额定频率下;

变压器:1.05p.u.额定负荷,功率因数 0.8 及以上;1.1p.u.空载。

设备供货商会提供超过上面限制值时的允许时间,需要提醒的是:对于主变压器要考虑分接头的位置。

跳闸:过激磁会导致设备损坏,该保护动作于发电机断路器和灭磁开关,跳闸信号通常连到全跳。由于 时限过长会导致严重的设备损害,程序跳闸不推荐。

3.3.3 低电压保护 低电压保护(27)

对于大型发电机,低电压保护通常只发报警信号。

继电器的选择:一般的发电机综合保护继电器都含有低电压检测和时间功能。

继电器的整定:为了避免低电压保护在启动过程中误动,低电压保护功能只有在发电机并网后启动。该 保护需串接发电机断路器辅助节点。 继电器一般整定在 90%额定电压, 延时应大于切除系统短路所需时间。

跳闸:对于大型发电机,低电压保护通常只发报警信号;对于一些小机组可以动作于跳机。

3.3.4 逆功率保护 逆功率保护(32)

不管是何种原因引起,一旦发电机变成电动机运行,对于汽轮机就会产生大的摩擦鼓风损耗。产生的 热量会造成汽轮机组件出现热应力,会导致汽轮机动静叶摩擦;对于燃气轮机,摩擦鼓风损耗可能会造成

传动装置故障;对于水轮机,逆功率可能导致叶片气穴现象;而对于柴油机,由于有未完全燃烧的燃料, 逆功率可能会引起火灾或爆炸的危险。逆功率保护主要用来保护原动机,还可以参与程序跳闸。

继电器的选择:蒸汽轮机组要求逆功率继电器具有较高的灵敏度(一般为发电机额定功率的 0.5%)用 于其它原动机的逆功率继电器灵敏度可以再发电机额定输出的 10%。 对于蒸汽轮机, 由于程序跳闸的需要, 一般装设两套逆功率保护。其中一套作为后备。

继电器的整定:对于蒸汽轮机,该保护的整定应尽可能的灵敏。对于程序跳闸方案,逆功率保护要配合 主汽阀位置开关动作。故障时先跳主汽阀,当主汽阀关闭后,第一套逆功率保护快速动作跳开发电机断路 器和灭磁开关。第二套逆功率保护不和主汽阀位置开关连锁,整定时加一个长延时,若主汽阀位置开关出 现故障,可作为后备保护。

跳闸:对于蒸汽轮机,该保护作为程序跳闸的一部分。对于其他机组,该保护根据实际情况动作于发电 机跳闸或全跳。 3.3.5 失磁保护(40)

同步发电机部分或全部失磁,无论对发电机还是电网都是有害的。如果不能快速的查出失磁,有可能 会导致系统振荡和发电机损坏。励磁减弱或消失,发电机由发出无功变成吸收无功,发电机的运行会不稳 定。感应发电机运行方式会导致转子表层温度升高,比较高的感应电流也会引起定子绕组过负荷和定子温 度上升。短则十几秒,长则几分钟会造成发电机损坏。失磁的原因可能是:励磁回路开路,励磁回路短路, 历磁开关误动,整流装置故障,励磁控制器故障,励磁机或交流励磁电源故障,等等。

继电器的选择:发电机失磁时有三种现象可能会同时或先后发生:发电机端电压会降低;无功功率流向 发电机;负载等效阻抗由第一象限移动至第四象限。最广泛采用的检测发电机失磁的方法是测量发电机端 阻抗的变化。对于大机组,通常采用双阻抗圆判据。

继电器的整定:失磁阻抗继电器的两个阻抗圆分别按异步边界和静稳边界整定。

跳闸:失磁保护一般动作于发电机断路器和灭磁开关。

3.3.6 负序过流保护 负序过流保护(46)

系统中发生不对称短路,或三相负荷不对称时,将有负序电流流过发电机的定子绕组,并在发电机中 产生对转子以两倍同步转速的磁场,从而在转子中产生倍频电流,形成局部高温,危及设备安全。为防止 发电机的转子遭受负序电流的损伤,大型发电机都要求装设负序电流保护。

表 3.3.6-1. 发电机长期承受负序电流的能力 发电机型式 凸极机 带阻尼绕组 不带阻尼绕组 隐极机 直接冷却 直接冷却( 960 MVA) 直接冷却(961 至 1200 MVA) 直接冷却(1201 至 1500 MVA) 10 8 6 5 10 5 I2 (%)

继电器的选择:可以采用反时限特性的电磁型继电器,也可以采用静态或微机型继电器。微机型的保护 特性可以更贴近发电机的 I22t 能力曲线。

继电器的整定:IEEEC50.13 中定义了隐极机长期承受负序电流的能力,NEMAC50.12 中定义了凸极 机长期承受负序电流的能力。表 3.3.6-1 给出了不同类型发电机长期承受负序电流的能力。

按照 ANSIC50.13,表 3.3.6-2 给出了 I22t 的允许值.

表 3.3.6-2. I22t 的允许值 发电机型式 凸极机 隐极机 间接冷却 直接冷却 (0 ? 800 MVA) 直接冷却 (801 ? 1600 MVA) 30 10 10 ? (0.00625)(MVA-800) I22t 40

跳闸:该保护一般动作于发电机断路器和灭磁开关。

3.3.7 定子接地保护 定子接地保护(27TN,59GN)

绝缘破坏是发电机最常见的一种故障。往往由匝间故障发展成接地故障。由于大中型发电机中性点不 接地或经高阻抗接地,定子单相接地电流幅值被限制在 1~10 安。以期减少定子铁芯受损而需昂贵修理的 几率。

继电器的选择:完全的定子接地保护有两个继电器构成:27TN 和 59GN。59GN 为反时限的过电压继 电器,通过检测机组中性点对地产生的零序电压能够实现定子绕组 95%的保护;27TN 通过检测三谐波电 压来实现定子绕组其余部分的保护。

继电器的整定:27TN 和 59GN 的动作区应重叠,27TN 应根据实测值进行调整。

跳闸:该保护一般动作于主汽门,发电机断路器和灭磁。 3.3.8 发电机断路器失灵保护 发电机断路器失灵保护(50BF)

如果保护发出跳闸指令,而相应的发电机断路器没有断开,就要由断路器失灵保护跳开环绕失灵断路 器四周所有的断路器。

继电器的选择:断路器失灵保护通常由过流检测元件和时限继电器组成, 时限继电器的启动时间和复归 时间应可调。

继电器的整定:失灵保护的动作时间应大于故障元件断路器的跳闸时间和继电保护返回时间之和再加 裕度时间。某些故障并不会产生大的过流,如:定子接地,逆功率,过激磁,低频和负序等,这时应加入 断路器辅助接点 52a 来判断断路器是否失灵。也有人持有不同观点,他们认为 52a 接点在断路器失灵时, 可能会传递不正确的信息。这里需要大家讨论。

跳闸:失灵保护需跳开环绕失灵断路器四周所有的断路器。

3.3.9 误上电保护

发电机在盘车过程中,由于出口断路器误合闸,突然加上三相电压,而使发电机异步启动,会在几秒 钟内给机组造成损伤。一般来说,设置专用的误上电保护比较好,可以用一个低频元件和一个过流元件组 成。

3.3.10 发电机过电压保护 发电机过电压保护(59)

对于大机组,运行中有可能出现危及绝缘安全的过电压,需要装设过电压保护。

继电器的整定:ANSIC37.102 推荐瞬时过电压元件整定值为发电机额定电压的 130 至 150%。延时

过电压元件整定值为发电机额定电压的 110%在 45 至 60 秒内跳闸。注意,过电压保护的整定值应与过 激磁保护配合。

跳闸:与过激磁保护相同。

3.3.11 发电机母线接地保护 发电机母线接地保护 线接地保护(59BN)

59BN 过电压继电器,动作于机组中性点对地产生的零序电压。一般地,在发电机出口断路器打开, 定子接地保护退出工作状态的情况下,该保护可提供对发电机母线接地的保护。

继电器的选择和整定:该保护一般整定在 5 至 10%,带 5 秒的延时。

3.3.12 电压互感器回路断线保护 电压互感器回路断线保护(60FL)

在实际运行中, 电压互感器信号消失的情况不能完全避免。 其原因可能是: 的熔丝熔断; VT 回路断线; 抽屉抽出;触点腐蚀,等等。电压信号消失可能导致某些保护误动作,电压调整器过调导致过激磁。大机 组一般都装设多台 VT,分别接保护,测量和电压调整器。如果保护回路的 VT 断线,应闭锁 21,32,40,5 1V 等保护功能;如果电压调整器回路的 VT 断线,应切换到手动或其他 VT。

继电器的选择:电压互感器回路断线保护由电压平衡及电器(60)实现。它可以比较两个 VT 的二次电 压,当某个 VT 回路断线,就会出现不平衡电压。对于单台 VT 的情况,可以通过检测负序电压和正负序电 流来判断电压互感器回路断线。

继电器的整定:对于电压平衡继电器,整定值一般设定为 15%。对于检测负序电压电流的继电器,当正 序电流正常出现负序电压而没有负序电流的情况时,可以认定发生了电压互感器回路断线。一般加一个非

常短的延时(小于 5 周波),以避免误动作

跳闸:如果电压调整器回路的 VT 断线,应发信号切换到手动或其他 VT;如果保护回路的 VT 断线,应 闭锁 21,32,40,51V 并发出报警信号。 3.3.13 失步保护(78)

负荷变化,失磁,系统开关操作或故障等,都有可能引起电力系统的摆动。如果摆动过大,就可能造 成机组失步。失步振荡电流的幅值与短路电流可比拟,振荡电流在较长时间内反复出现,使发电机遭受力 和热的损伤。振荡过程中出现的扭矩,可能会使大轴扭伤。对于大机组,宜装设失步保护。失步保护动作 后的行为应由系统安全稳定运行的要求决定。

另外,汽轮机快速汽阀操作系统可改善机组的瞬态稳定度,由于截止阀的特性不同,可改善 1 至 2 个 周波。

3.3.14 频率异常保护 频率异常保护(81/O,81/U)

频率异常对发电机和汽轮机都有影响,但频率异常保护主要用于保护汽轮机。汽轮机的每级叶片都有 一自振频率,如果运转频率接近自振频率,可能造成叶片疲劳,甚至断裂。材料疲劳是一个不可逆的积累 过程,所以汽轮机都给出在规定频率下允许的累计运行时间。

继电器的选择:一般的发电机多功能保护继电器都带有频率异常保护,并具有多重定值和延时功能。

继电器的整定:频率异常保护整定需要考虑的因素比较多,下面的意见供参考:

对于汽轮发电机

1) 超频保护一般不用。因为频率升高,说明系统中有功功率过剩,将由调速器或工频调节装置动作于 降低原动机出力,必要时将从系统中切除部分机组,以促使频率恢复正常。

2) 频率异常保护应按照制造厂给出的频率限制值整定,如果当地电网有特殊要求应得到制造厂的确 认。

3) 低频保护应与自动减载装置相配合。

4) 单个的低频保护继电器故障不应误跳机组。

5) 当机组没有并网仅带厂用电运行时,低频保护也要处于工作状态。

6) 频率异常时要向运转员发出报警信号。

7) 锅炉给水泵,循环水泵和凝结水泵受频率影响很大,整定时还要考虑频率对厂用负荷的影响。

对于燃机发电机

1) 燃机对频率的要求比蒸汽轮机组还要严格。如果可能,应由燃机机组供货商提出频率异常保护整定 值,以便与燃机控制装置相配合。

2) 如果当地电网有特殊要求应得到制造厂的确认。

跳闸:频率异常保护一般动作于信号,极端情况动作于主汽门,发电机断路器和灭磁。

3.3.15 发电机次同步谐振保护

在与发电机连接的线路上装串联电容器,美国西部电力系统曾遭遇发电机次同步谐振问题,先后两次 发生大容量机组机轴裂断事故。IEEE 论文集中曾提及有关次同步谐振的改善方案,尚无定论,罗列如下, 仅供参考:

a.采用励磁系统阻尼器,对由扭力互动效应所引发的次同步谐振有效;

b.在升压变压器中性点装滤波器,使串联谐振点位移,从而避免机组遭受次同步谐振的破坏;

c.在线路上装滤波器;

d.使用次同步谐振继电器跳机;

e.使用机轴扭力监测装置;

f.发电机加阻尼绕组;

g.在发电机出口加串联电抗器。

3.3.16 发电机定子差动保护 发电机定子差动保护(87G)

发电机定子相间短路是发电机最严重的故障,大的故障电流会造成绕组,铁芯,甚至大轴的损坏。即 使发电机跳闸,灭磁开关动作,发电机的剩磁还会提供故障电流。持续时间可达数秒。对于相间短路,均 装设纵联差动保护装置。但纵差保护不能检测到匝间短路,须另装匝间保护。

继电器的选择:有三种纵差保护可用作发电机定子相间短路保护。

比率制动式纵差保护:对于中型和大型发电机组,通常采用比率制动式纵差保护方案。这种方案对发电 机内部相间故障能提供快速,灵敏的保护。保护的输入电流分别取自机端和中性点 CT。通常,两组 CT 的 变比和特性应一致。继电器以和电流为制动量;差电流为动作量。通过调整制动量和动作量的比率来调整 灵敏度。这个比率会在 5%至 50%之间。

高阻抗电压差动保护:这种类型的差动保护一般用于母线保护,有时也可以替代比率制动式纵差保护。

自平衡差动保护:自平衡差动保护一般用于小型发电机。

跳闸:对于大机组一般要提供双重保护。差动保护动作于发电机断路器,灭磁,主汽门并启动发电机断 路器失灵保护。

3.4 发变组差动保护 发变组差动保护(87U)

发变组差动保护可作为发电机相间短路的后备保护。对于单元连接的机组,发变组差动保护的范围可 以包括:发电机,主变,封闭母线和高厂变分支。

继电器的选择:由于保护区内包括变压器,建议选用带谐波制动的变压器差动保护。

继电器的整定:如果保护区域包括高厂变的高压侧,强烈建议高厂变高压侧的 CT 和发电机 CT 采用相 同的变比。以避免 CT 饱和造成误动。 4.0 变压器保护

大型电力变压器的保护一般也适用于发电机主变压器,高厂变和启备变的保护。表 2.7-1 给出了对主 变, 压器,高厂变和启备变的最低保护配置方案.这个保护配置方案采用差动保护(87T)作为主保护;接地 保护采用 50G,51G 和 51N;过负荷采用 51;后备保护用 50/51;油浸变需装设瓦斯保护(63)。超温保 护(49)应由变压器制造商提供,其定值应按照 ANSIC57.92 和 C57.96 的有关条文执行。

表 4.0-1. 主变,高厂变和启备变的最低保护配置方案

故障/保护 故障 保护
相间故障 (87T, 50, 51) 接地故障 (51N) 过负荷 (49) 瓦斯保护 (油浸 5,000 kVA 及以上) 油位 超温 过激磁
(1)

主变 X X 报警 X 报警 报警 X X

高厂变 X X 报警 X 报警 报警 X X

启备变 X X 报警 X 报警 报警 X X

跳闸出口继电器

(1) 主变和高厂变过激磁保护应与发电机过激磁保护相配合。

继电器的整定:

变压器差动保护:差动保护(87T)是电力变压器主保护。对于主变,其保护范围可能包括主变高压侧 断路器和发电机出口断路器; 对于高厂变,其保护范围可能从高厂变高压侧 CT 至中压配电装置主进线开关; 对于启备变,其保护范围可能从高压开关场断路器至中压配电装置备用段进线开关。

过电流保护:瞬时过流(50)和时间过流(51)保护装在变压器高压侧,其定值应低于变压器的破坏曲线 并与下游保护配合。

接地过流保护: 主变压器的接地过流保护(51TN)的定值其定值应低于变压器的破坏曲线并与开关场的 中性点接地过流保护配合; 高厂变的接地过流保护 51N(或 51G)的定值应低于变压器的破坏曲线并与下游 保护配合,而且应保护到中性点接地电阻。

热保护(49):热保护通常由变压器制造商提供并在工厂内整定。

过激磁保护:主变,高厂变和启备变一般都要求装过激磁保护(24)。

瓦斯保护(突然超压):该保护由变压器制造商提供,用于瓦斯监测,突然超压监视,油箱压力监视。 可以发跳闸或报警信号。

燃机发电机静态启动过程中(87T)闭锁(GE):对于 GE 燃机,用变频装置静态启动发电机组过程中, 通常闭锁差动保护(87)。 5.0 中压配电装置

表 5.0-1 给出了中压配电装置各种回路的最低保护配置方案

表 5.0-1. 中压配电装置各种回路的最低保护配置方案 主进 故障/保护 故障 保护 相间故障 接地故障 过负荷 低电压 异相电压 开关失灵 注 1 线 关 X X X 注 2 远方配 开关 馈线 X X X X X X 用变 X X X 开 分段 电装置 低压厂

注 1: 当采用快速切换装置时需要。 注 2: 发报警信号给 DCS。

母线差动保护:母差保护可以快速切除母线故障。但除非有特殊要求,中压配电装置一般不装母线差动 保护。

中压电动机保护:影响电动机寿命的因素很多,如:环境,发热,机械损坏,过电压,过电流等。除 上面表中所列保护外,还应考虑电动机温度保护,轴承保护,堵转保护,三相不平衡保护等。同步电机还 要考虑失磁,失步,失相保护。对于容量大于 2500 马力的电动机应考虑差动保护。

6.0 低压厂用 PC/MCC

对于低压厂用 PC 的馈线回路,过负荷和相间短路保护一般由综合保护装置实现。综合保护装置装在 抽屉柜内,电动机回路的保护不需要与下游保护配合,一般只有瞬动和长延时保护。MCC 馈线回路设有短 延时和长延时保护,其定值要与下游保护相配合。

接地故障保护:低压厂用系统一般采用高阻接地,低厂变二次侧单相接地电流很小,需装设接地故障检 测装置。发生单相接地时一般只发信号报警。

低压电动机保护:对于接在 MCC 上的低压电机,其保护由塑壳开关和马达启动器实现;对于接在 PC 上的较大容量的低压电机,一般采用马达综合保护装置。


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