发电机变压机保护知识(2).ppt
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1、发电机变压器保护讲课沈全荣 13705157173shenqrnari-,发变组保护,1、方案介绍2、保护功能介绍3、硬件及功能要求4、试验与运行5、总结,600MW-500KV机组主接线1,600MW-500KV机组主接线2,配置情况:1、主保护双重配置 2、部分发电机专用保护双重配置 3、另外部分发电机保护单套配置 4、主变后备保护单套配置 5、高厂变保护单套配置,传统配置方案,传统配置方案,双重配置的保护,传统配置方案,单套配置的发电机保护部分,传统配置方案,单套配置的主变、厂变保护,使用继电器的类型:1、电磁式继电器 2、整流型继电器 3、静态继电器(晶体管和集成电路性)4、微机型继电
2、器 5、数字式继电器,配置方案,双主双后,即双套主保护、双套后备保护、双套异常运行保护的配置方案。其思想是将一个发变组单元的全套电量保护集成在一套装置中,主保护和后备保护共用一组TA。对于一个发变组单元,配置两套完整的电气量保护,每套保护装置采用不同组TA,均有独立的出口跳闸回路。非电量保护出口跳闸回路完全独立,和操作回路独立组屏。,发变组保护方案设计新思想,600MW-500KV机组TA、TV配置方案(励磁变),600MW-500KV机组TA、TV配置方案(励磁机),发电机内部图示1,600MW-500KV差动保护配置方案1,300MW-500KV差动保护配置方案2,300MW-500KV后
3、备保护配置图,双主双后的优点 运行方便,安全可靠;设计简洁,二次回路清晰,由于主后共用 一组TA,TA总数没有增加或有所下降;整定、调试和维护方便。,保护方案设计思想,发变组保护,1、方案介绍2、保护功能介绍3、硬件及功能要求4、试验与运行5、总结,内部故障保护功能,配置机组内部故障多重主保护:1.发电机差动保护(包括工频变化量差动保护)2.发电机裂相横差保护 3.发电机高灵敏横差保护 4.发电机纵向零序电压匝间保护(包括工频变化量匝间保护)5.发变组差动保护 6.主变差动保护(包括工频变化量差动保护)7.高厂变差动保护 8.励磁变差动保护 9.励磁机差动保护,其他保护功能,保护原理,1、比率
4、差动保护原理2、TA饱和判据3、发电机匝间保护4、定子接地保护5、转子接地保护6、发电机其他保护功能,差动保护现状,大型发电机变压器造价昂贵,内部故障造成的损失巨大,内部故障由于故障点电势可能较低,故障时受过渡电阻影响较大,如何采用新原理,不受过渡电阻影响,提高内部故障时保护灵敏度已成为重要课题。发电机差动保护普遍采用P级TA,区外故障TA不平衡电流大(尤其在非同期合闸时)。变压器差动保护各侧TA不同型,甚至主变高压侧为TPY级、低压侧为5P20级TA,区外故障时导致TA饱和现象,差动保护的功能特点,发电机常规比率制动差动保护变压器常规比率制动差动保护,差动保护的功能特点,变斜率比例差动不设拐
5、点,一开始就带制动特性,差动保护的功能特点,差动保护的功能特点,主变内部C相1.5%匝间故障,变斜率比率差动保护的功能特点,差动保护的功能特点,标积制动式差动保护 依据:区内故障时大于90度,制动量为负。理论上:公式等值于常规比率制动式。,差动保护的功能特点,灵敏的工频变化量比例差动:差电流工频变化量:制动电流工频变化量,差动保护的功能特点,满负荷运行时发电机内部A、B相2.5%经过渡电阻短路,保护原理,1、比率差动保护原理2、TA饱和判据3、发电机匝间保护4、定子接地保护5、转子接地保护6、发电机其他保护功能,变压器差动TA饱和问题,引起原因:1、各侧TA不同型,尤其是高压侧为TPY与5P2
6、0的TA2、正常运行时TA工作点不一致;3、非周期分量的影响;4、故障电流倍数大的影响;,故障电流倍数大引起原因TA饱和现象,TA饱和现象(VA特性不一致,非周期分量),图例为珠江电厂厂变低压侧大型电动机启动时装置录波图,低压侧CT饱和产生差流(峰值0.87倍额定电流),保护装置没有误动。,TA饱和现象(VA特性不一致,非周期分量),TA暂态不一致饱和现象,发电机差动TA饱和问题,以往认为:发电机差动采用保护级TA,并且TA同型;区外故障电流倍数小,一次电流完全相同,二次不平衡差流 小;因此,为提高内部故障灵敏度,降低差动起始定值、比率制动系数。实际情况:发电机差动TA尽管同型,但两侧电缆长度
7、可能不一致,部分 机组TA不是真正同型TA;区外故障电流倍数尽管小,但非周期分量衰减慢;结果,导致TA饱和,不平衡差流增大,差动保护屡有误动发生;,TA不同型导致饱和现象(非同期合闸),现有防TA饱和措施,提高定值:缺点:降低了内部故障灵敏度。采用流出电流判据的标积制动式差动保护:当IH/INB I1/INB I2/INB时差动保护动作电流为无穷大 缺点1:理论计算表明,在发电机内部故障时,也有流出电流,存在拒动可能。缺点2:区外转区内故障时,拒动可能性增加。,TA饱和判据的特点,异步法TA饱和判据抗TA饱和算法:利用变压器、发电机差电流中谐波含量和波形特征来识别电流互感器的饱和关键判据:如何
8、准确判出区外故障,投入抗TA饱和算法:制动电流工频变化量:差电流工频变化量:,区内故障时,制动电流和差电流工频变化量同步出现,TA饱和判据的特点,区外故障时,制动电流与差电流工频变化量异步先后出现,TA饱和判据的特点,发电机区外故障并伴随CT饱和,发电机区内故障,发电机区内故障并伴随CT饱和,区内轻微:t0:正常运行t1:故障时,差动保护的功能特点,区内较严重:t0:正常运行t1:故障时,差动保护的功能特点,区内严重故障:t0:正常运行t1:故障时,差动保护的功能特点,区外TA饱和:t0:正常运行t1:判出区外t2:开始饱和t3:进入动作区t1-t05ms,TA饱和:t0:正常运行t1:判出区
9、外t2:开始饱和t3:进入动作区t1-t05ms,保护原理,1、比率差动保护原理2、TA饱和判据3、发电机匝间保护4、定子接地保护5、转子接地保护6、发电机其他保护功能,现有纵向零序电压匝间保护方案,1、负序方向闭锁的纵向零序电压匝间保护 原理:反应零序电压,用负序功率方向区分区内、外故障。缺点:(1)负序方向元件在外部三相短路暂态过程中和频率偏离额定值时可能会误动;(2)当采用负序功率方向作为动作元件时,灵敏度不高;,现有纵向零序电压匝间保护方案,2、三次谐波分量闭锁纵向零序电压匝间保护 动模和实际机组故障未证实区外故障时纵向零序电压中三次谐波分量会增大 无法用理论模型进行分析(定性分析),
10、妈湾电厂主变高压侧C0故障纵向零序电压波形,零序电压基波分量比故障前增大,三次谐波分量没有增加,现有纵向零序电压匝间保护方案,零序电压匝间保护新方案1,高定值段匝间保护 按躲过各种情况下最大不平衡零序电压整定;灵敏段匝间保护:电流比率制动原理综合电流:采用电流增加量和负序电流加权值,在47.5HZ和52.5HZ频率时,三次谐波的滤波有两个陷波点(三次谐波滤过比大于100),零序电压匝间保护的功能特点,正常运行发电机纵向零序电压波形,零序电压匝间保护的功能特点,零序电压匝间保护新方案1,妈湾电厂主变高压侧C0故障纵向零序电压波形,零序电压基波分量比故障前增大,电流、负序电流增加较大,电流比率制动
11、原理的匝间保护没有误动,浮动门槛技术 对其他工况下(不同负载、电压升高、失磁故障等),零序 电压不平衡值的增大,采用浮动门槛躲过不平衡电压。频率跟踪与数字滤波器结合,频率偏移时,三次谐波滤过比仍大于100由于采取了以上措施,匝间保护只需按躲过正常运行时不平衡基波电压整定,区内故障灵敏动作,区外故障可靠制动。,零序电压匝间保护新方案,零序电压匝间保护新方案2,工频变化量匝间保护 利用故障前后负序电压工频变化量、负序电流工频变化量计算出工频变化量负序方向保护 工频变化量负序功率不是故障前后负序功率之差。,零序电压匝间保护新方案2,工频变化量匝间保护 区内故障:区外故障:区外故障切除:,发电机区内A
12、3-A4匝间故障纵向零序电压波形,零序电压增加,而相电流变化不大,保护灵敏动作。,零序电压匝间保护新方案2,浮动门槛技术 对其他工况下(区外故障、不同负载、电压升高、失磁故障、振荡等),负序电压、负序电流工频变化量不平衡值的增大,采用浮动门槛躲过不平衡量。频率跟踪与数字滤波器结合,频率偏移时,负序电压、电流的相位不受影响由于采取了以上措施,匝间保护只需按躲过正常运行时负序分量,区内故障灵敏动作,区外故障可靠制动。,零序电压匝间保护新方案,高灵敏横差保护的功能特点,高定值段横差保护:相当于一般的单元件横差保护,按躲过最大不平衡电流整定灵敏段横差保护:相电流比率制动原理取最大相电流增加值作制动,发
13、电机变压器区外AB两相故障横差电流波形,横差电流增加,由于相电流也增加,因此能可靠制动。,高灵敏横差保护的功能特点,发电机区内B1-B3匝间故障横差电流波形,横差电流增加,而相电流变化不大,横差保护灵敏动作。,高灵敏横差保护的功能特点,高灵敏横差保护的功能特点,浮动门槛技术 对其他工况下(不同负载、电压升高、失磁故障等),横差电 流不平衡电流的增大,采用浮动门槛躲过不平衡电流电压。频率跟踪与数字滤波器结合,频率偏移时,三次谐波滤过比仍大于100由于采取了以上措施,横差电流定值只需按躲过正常运行时不平衡基波电流整定,区内故障灵敏动作,区外故障可靠制动,保护原理,1、比率差动保护原理2、TA饱和判
14、据3、发电机匝间保护4、定子接地保护5、转子接地保护6、发电机其他保护功能,95%定子接地保护灵敏段:动作于出口时中性点零序电压经主变高压侧开口三角零序电压闭锁,动作于信号时只判中性点零序电压高定值段:躲过各种情况下最大不平衡电压,定子接地保护的功能特点,发电机中性点40%接地电压波形(动模试验),定子接地保护的功能特点,外加电源定子接地保护方案,外加直流电源定子接地保护 灵敏度高 发电机、TV中性点与大地增设隔直电容,改变了一次 设备,影响了安全外加20HZ交流电源的定子接地保护用于中性点经消弧线圈的发电机,灵敏度有所降低电源和滤波电容体积较大。外加12.5HZ交流电源的定子接地保护灵敏度、
15、可靠性高注入变压器大,调试复杂,三次谐波电压定子接地保护,三次谐波电压比率判据 启停机过程中易误动 正常运行机组频率变化时,三次谐波滤过比下降,易 导致误动调整型三次谐波电压判据启停机过程中易误动正常运行机组频率变化时,三次谐波滤过比下降,易导致误动运行方式变化时,易误动,在基波左右个有一个陷波点,陷波点频率为29.4Hz和63.5Hz,可以分理出三次谐波分量,保证了三次谐波率过比大于100。,定子接地保护的功能特点,正常运行时发电机中性点零序电压波形(妈湾电厂),定子接地保护的功能特点,自适应三次谐波电压比率判据:发变组并网前后机端等效电容变化较大,并网前、后各设一个定值,根据各自状态下装置
16、实时显示的最大三次谐波电压比率值整定,装置根据断路器位置接点和负荷电流自动适应状态变化 频率跟踪和数字滤波器相结合,在频率4555Hz范围内三次谐波电压滤过比不受影响在系统频率严重偏离50HZ时,采用按频率比率制动原理,定子接地保护的功能特点,自适应三次谐波电压比率判据优点:频率变化不会误动解决了机组启停机过程中三次谐波电压比率判据误动的问题。,定子接地保护的功能特点,三次谐波电压差动判据:正常运行时,机端、中性点三次谐波电压幅值、相位在一定范围内波动,实时自动调整系数kt使正常运行时差电压接近为0;可以保护100的定子接地,定子接地保护的功能特点,妈湾电厂正常运行三次谐波差动波形:,定子接地
17、保护的功能特点,发电机中性点5%定子接地电压波形(动模试验),定子接地保护的功能特点,发电机中性点40%定子接地电压波形图(动模试验),定子接地保护的功能特点,发电机中性点经10k 定子接地电压波形(电科院动模试验),定子接地保护的功能特点,三次谐波电压差动可靠性:频率跟踪和数字滤波器相结合,在频率49.550.5Hz范围内保护功能不受影响;在机组频率超出49.550.5Hz范围时,闭锁本判据;机组并网后负荷电流大于0.2In时,自动投入本判据;当TV断线时闭锁本判据。由于采用了以上辅助判据,尽管三次谐波电压差动判据在定子接地时灵敏度很高,但是在启停机过程中、区外故障及其他工况下均不会误动。,
18、定子接地保护的功能特点,保护原理,1、比率差动保护原理2、TA饱和判据3、发电机匝间保护4、定子接地保护5、转子接地保护6、发电机其他保护功能,叠加交流电压式一点接地保护(导纳原理)原理性缺陷,整定电阻较大时,易受转子电容影响。叠加直流电压式转子一点接地保护 如从一端加入,正端或负端接地时,灵敏度相差较大叠加20HZ或12.5HZ转子一点接地保护 外加电源、注入变压器、滤波器较大,转子接地保护方案,一点接地设两段 灵敏I段动作于信号 II段动作于信号或跳闸转子两点接地保护 一点接地II段动作于信号,自动延时投入转子两点接地保护,乒乓式转子接地保护,Rg:转子接地电阻:转子接地位置U:励磁电压R
19、:标准电阻S1、S2:光耦继电器切换开关G1、G2:高精度隔离放大器,乒乓式转子接地保护,实时显示转子绕组对大轴绝缘电阻,测量精度高(5)转子一点接地后显示接地位置一点接地后延时投入微机电桥式转子两点接地停机时不能测量转子对地绝缘情况,乒乓式转子接地保护,保护原理,1、比率差动保护原理2、TA饱和判据3、发电机匝间保护4、定子接地保护5、转子接地保护6、发电机其他保护功能,开放式失磁保护方案失磁判据减出力有功判据低电压判据转子电压判据 定子阻抗判据辅助判据,失磁保护的功能特点,减出力采用有功功率判据P Pzd失磁导致发电机失步后,发电机输出功率在一定范围内波动,P取一个振荡周期内的平均值。,失
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