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1、发电机变压器组成套保护装置保护整定计算书计算人:批准人:审核人:适用范围: 计算时间: 135MW机组发电机变压器保护定值计算目录1 原始资料211 发电机变压器参数212 整定计算相关资料22 短路电流计算33 发电机变压器组保护配置方案63.1 发电机变压器主接线方式63.2 发电机变压器保护配置64 整定计算74.1 发电机差动保护74.2 主变压器差动保护104.3 发电机纵向零序电压匝间保护144.4 定子绕组接地保护154.5 发电机转子接地保护184.6 发电机相间短路后备保护194.7 定子绕组对称过负荷保护(反时限)204.8 励磁绕组过负荷保护224.9 转子表层负序过负荷
2、保护(发电机负序过负荷保护)234.10 发电机失磁保护254.11 发电机失步保护284.12 发电机过励磁保护304.13 发电机频率异常运行保护324.14 发电机逆功率保护334.15 发电机定子过电压保护344.16 启停机保护354.17 误上电保护364.18 厂变压器差动保护374.19 发变组差动保护394.20 主变压器零序过流过压保护414.21 主变压器过负荷保护434.22 高压厂用变压器高压侧复合电压过流保护454.23 通风启动474.24 非电量保护474.25 其他保护定值单484.26 跳闸方式505 RCS-985A装置定值单515.1 装置参数515.2
3、 系统定值515.3 保护定值555.4 输出接点566 保护压板577 RCS-974定值60整定说明1. 本工程计算条件为某电厂接入系统过渡方案,系统最大、最小运行方式正序、负序、零序阻抗皆由省调度提供； 2. 在对装置进行实际整定时,应核对保护定值单与系统定值的保护投入总控制字是否对应，对于某一种保护功能，如果保护投入控制字置“1”，相应保护定值、控制字才有效，如保护投入总控制字的功能退出，则定值单中相应功能块自动退出，装置上不再显示和打印，也不需整定；3.整定时应先核实设计院图纸与接线是否符合，核对接线变化是否引起保护定值发生变化，以便进行相应的调整；4.在编写操作规程涉及保护相关内容
4、时,操作规程必须与本保护定值相配合；5.跳闸控制字中十六进值与二进值的转换关系如下:00000； 00011； 00102； 00113；01004； 01015； 01106； 01117； 10008； 10019； 1010A； 1011B；1100C； 1101D； 1110E； 1111F.1、原始资料1.1 发电机变压器参数a.发电机QF-135-2-13.8额定功率:Pn=135MW； 额定功率因数(滞后):COS=0.85；额定容量:Sn=158.8MVA； 额定电压:Un=13.8KV；额定电流:In=6645A； 空载励磁电流:Ifo=677A；额定励磁电流:Ifn=164
5、1A； 空载励磁电压(75):Ufo=89.4V；额定励磁电压(100):Ufn=231.2V， 效率:=98.63%； 直轴超瞬变电抗饱和值:Xd=17.64%， 非饱和值Xd=(17.64/0.92)%=19.17%；直轴瞬变电抗饱和值:Xd=22.4%， 非饱和值Xd=(22.4/0.88)%=25.45%；直轴同步电抗饱和值:Xd=170.64%， 非饱和值Xd=170.64%；负序电抗饱和值:X2=19.69%， 非饱和值X2=(19.69/0.92)%=21.4%；零序电抗:Xo=7.53%； 定子绕组每相对地电容:0.4106F；b.主变压器SFP10-160000/220W3额
6、定容量:Sn=160000KVA；额定电压:24222.5%/13.8KV；连接组别:YN,d11；短路阻抗:Ud=13.31%。c.厂用变压器SF10-20000/13.8W3额定容量:Sn=20000KVA；额定电压:13.822.5%/6.3；短路阻抗:Ud=10.19%；连接组别:D,d0；d.励磁变压器ZLSG-1350/15额定容量:Sn=1350KVA；额定电压:13.8/0.46KV；短路阻抗:Ud=5.85%；连接阻抗:Y,d11.1.2 整定计算相关资料大型发电机变压器继电保护整定计算导则发电机变压器继电保护整定算例电力系统继电保护与安全自动装置整定计算电力工程电气设计手册
7、RCS-985A型发电机变压器成套装置技术使用说明书RCS-974变压器非电量装置技术使用说明书技术数据取自发电机、变压器产品说明书。2. 短路电流计算2.1.短路电流计算网络等效阻抗如图，电网对本电厂系统阻抗为归算至某电厂220KV母线上的阻抗,为一点等值：a.等值方式：不含本电厂220KV2发变机组.b.系统正常运行大方式(不包括变压器):ZP1=0.0165；ZP0=0.0269c.系统正常运行小方式(不包括变压器):ZP1=0.0271；ZP0=0.0453d.以Se=100MVA、Ue=230KV为基准值的标幺值.e.数据格式：正序/零序.f.网络等效阻抗图升压变压器电抗:X*1B
8、=10Ud%*Sj/Se=13.31103/160000=0.0832；发电机电抗:X*U =(X,d%/100)(SjCOS/Pe)=17.64%1000.85/135=0.1111高厂变电抗:X*2B =10Ud%*Sj/Se=10.19103/20000=0.5095厂变低压侧至出线断路器之间有4根3240mm2长度为105米的铜芯电缆；其参数为：电缆线路电抗: X*L =XLSj/U2p=0.080.105100/46.32=0.0053X0*=0.35X*L =0.001855 图1、大方式下正序网络等效阻抗图 图2、小方式下正序网络等效阻抗图由于封闭母线尺寸较短,截面大,阻抗值太小
9、,本工程忽略不计.对6KV出线段，本阻抗图只列出其中一回。2.2.运行小方式下,d1发生三相金属性短路电流：a.发电机1G供给短路电流：X*=0.1111+0.0832=0.1943；X*js=X*Se/Sj=0.1943158.8/100=0.308由X*js=0.308在短路电流运算曲线查得I*=3.4；发电机额定电流(基准电压为230KV)：I*j=Se/3Uf ,n=158.8/3230=0.399KAI(3)d1=I*jI*d=3.40.399=1.35KAb.220KV系统供给的短路电流：X*L =0.0271Ij=Sj/3Up=100/3230=0.251I(3)d.min=Ij
10、/ X*=0.251/0.0271=9.26KA2.3.运行小方式下,d2发生三相金属性短路短路电流：a.发电机1G供给短路电流：X*js= X*Se/Sj=0.1111158.8/100=0.1764由Xjs=0.1764在短路电流运算曲线查得I*=6.2；I*j=Se/3Uf ,n=158.8/313.8=6.644KAI(3)d1=6.26.64=41.2KAb.220KV系统供给的短路电流：X*=0.0271+0.0832=0.1103Ij=Sj/3Up=100/313.8=4.18I(3)d.min=Ij/ X*=4.18/0.1103=37.89KA2.4.运行小方式下,d3发生三
11、相金属性短路短路电流：X*=(0.0271+0.0832)/0.1111+0.5095+0.0053=0.0553+0.5095+0.0053 =0.0553+0.5148=0.5701Ij=Sj/3Up=100/36.3=9.16I(3)d.min=Ij/ X*=9.16/0.5701=16.06KA2.5.运行大方式下,d1发生三相金属性短路电流：X*=(0.0165)/（0.1111+0.0832）=0.0152I(3)d.min=Ij/ X*=0.251/0.0152=16.51KA2.6.运行大方式下,d2发生三相金属性短路电流：X*=(0.0165+0.0832)/0.1111=0
12、.05255I(3)d.min=Ij/ X*=4.18/0.05255=79.5KA2.7.运行大方式下,d3发生三相金属性短路电流：X*=(0.0165+0.0832)/0.1111+0.5095+0.0053 =0.05255+0.5095+0.0053=0.56735I(3)d.min=Ij/ X*=9.16/0.56735=16.15KA3.发电机变压器组保护配置方案3.1 发电机变压器主接线方式图3为发电机变压器主接线图，根据国家电力公司2002年“防止电力生产重大事故的二十五项重点要求”继电保护实施细则，发变组保护按双重化配置，共配置两套电量保护RCS-985A和一套非电量保护RC
13、S-974A。3.2 发电机变压器保护配置1.发电机保护发电机差动 定子过负荷 负序过负荷 程序跳闸逆功率 发电机逆功率 发电机过激磁保护 定子过电压 发电机定子匝间保护 定子接地保护 发电机失磁保护 发电机失步保护 发电机频率异常 起停机保护 转子接地保护 励磁绕组过负荷2励磁保护功能过流保护 定、反时限励磁过负荷保护3.主变压器保护主变压器差动 阻抗保护主变压器零序过流 主变压器过负荷断路器失灵保护 非全相运行4.高压厂用变压器高压厂用变压器差动高压厂用变压器高压侧复合电压过流保护高压厂用变压器过负荷高压厂用变压器分支零序过流5.非电量保护主变压器压力瓦斯 高压厂用变压器瓦斯主变压器压力释
14、放 高压厂用变压器压力释放主变压器冷却器故障 高压厂用变压器冷却器故障主变压器绕组温度 高压厂用变压器油温主变压器油温 高压厂用变压器油位主变压器油位次 发电机断水保护系统保护动作联跳 励磁系统故障热工保护图3、机组保护方案配置示意图4.整定计算4.1 发电机差动保护4.1.1发电机稳态比率差动保护保护主要对象:发电机定子绕组及其端部引线的相间短路.发电机机端TA变比:8000/5；发电机中性点TA变比:8000/5.a.发电机一次额定电流：If1n=(Pn/COS)/3Uf1n=13500/(0.851.73213.8)=6645A式中：Pn为发电机额定容量；COS为发电机功率因数；Uf1n
15、为发电机机端额定电压。b.发电机二次额定电流：If2n=If1n/nf1h=6645/(8000/5)=4.153式中If1n为发电机一次额定电流，nflh为发电机TA变比.c.差动电流起动定值Icdqd的整定：Icdqd为差动保护最小动作电流值；应按躲过正常发电机额定负载时的最大不平衡电流整定，即:图4、比率制动特性Icdqd=Krel20.03If2n=1.520.034.153=0.37A 依整定计算导则:实际可取(0.10.3)If2n, 南瑞厂家建议取0.20.3；当一次电流小于1.2倍互感器额定电流时,误差不超过3%,因此按工程经验值兼顾可靠性及灵敏性选取为0.3If2n；则:Ic
16、dqd=0.3If2n=0.34.153=1.2459A 取：1.24A.式中：If2n为发电机二次额定电流；Krel为可靠系数取1.5.d.比率制动系数的整定变斜率比率差动起始斜率：Kbl1=KccKer=0.50.1=0.05 ；Kbl1一般取0.050.1；南瑞设备说明书建议发电机取0.07,工程经验值一般取为0.1,故取：Kbl1=0.1.式中:Kcc为互感器同型系数,取0.5；Ker为互感器比误差系数,最大取0.1.最大不平衡电流:依整定计算导则,Iunb.max=KapKccKerI(3)k.max/n,南瑞厂家建议最大不平衡电流不考虑同型系数:Iunb.max=KapKerIk.
17、max =20.179.5KA=15.9KAKap为非周期分量,一般不小于2；Ker为互感器比误差系数,最大取0.1；Ik.max为发电机最大外部三相短路电流周期分量二次值，小于4倍电流时取4倍电流额定值；变斜率比率差动最大斜率：Kbl2=(Iunb.max*-Icdqd*-2Kbll)/(Ik.max*-2) =(Iunb.max/If1n-Icdqd*-2Kbll)/(Ik.max/If1n -2)=(15.9/6.645 1.24/4.153 - 20.07)/(79.5/6.645 -2)=0.196式中：Iunb.max*为最大不平衡电流标幺值（发电机额定电流）；Icdqd*为差动电
18、流起动值的标幺值（发电机额定电流）；Ik.max*为发电机最大外部三相短路电流周期分量二次值标幺值；为提高安全可靠性，南瑞厂家建议取Kbl2=0.5，故取：Kbl2=0.5。e.灵敏度校验按上述原则整定的比率制动特性，当发电机端两相金属性短路时，差动保护的灵敏系数一定满足Ksen2,即：按发电机端两相金属性短路时计算,根据计算最小短路电流(d2点)I(2)d.min和相应的制动电流Ir,在动作特性曲线上查得对应的动作电流Id,则灵敏系数为：Ksen=I(2)d.min/Id=(341200/2)(5/8000)/3.85=5.792式中:I(2)d.min=412003/2=35679A(Ir
19、-nIe)=35679/( 8000/5)0.5-44.153 =-5.47由上式可知Ir变化调整差流平衡e.差动电流起动定值Icdqd的整定Icdqd为差动保护最小动作电流值；应按躲过正常变压器额定负载时的最大不平衡电流整定；即：Icdqd=Krel（Ker+U+m）Ib2n=1.4(0.012+0.05+0.05)4.18=0.7A(归算到低压侧)依整定计算导则:在工程实用计算中可取0.20.5Ie。 对应于励磁变变压器，由于工作时，强励持续时间较长，两侧TA 特性差异大，差流不平衡值较大，差动启动定值应大于0.5Ie。本工程取0.5Ie， 故取：Icdqd=0.5Ie=0.54.18=2
20、.09A。式中: U为变压器调压引起误差,为22.5%； m为本由于电流互感器变比未完全匹配产生误差可取0.05;Krel为可靠系数1.4; Ker为电流互感器变比误差0.012。f.比率制动系数的整定变斜率比率差动起始斜率:Kbl1=Ker=0.1式中Ker为电流互感器比误差系数最大取0.1， Kbl1一般取0.1070.20；(参照南瑞厂家技术使用说明书)变斜率比率差动最大斜率：Kbl2=(Iunb.max*-Icdqd*-3Kbll)/(Ik.max*-3)=(13.664.18)-(2.094.18)-(30.1)/79500(16004.18)-3=0.278参照南瑞资料,厂家建议取
21、0.7，故取0.7.式中:不平衡电流的计算，对于两绕组变压器：Iunb.max=(KapKccKer+U+m)Ik.max=(1.7510.1+0.05+0.05)79500/1600=13.66A式中: U为变压器调压引起误差，为22.5%； m为本由于电流互感器变比未完全匹配产生误差可取0.05；Iunb.max为最大不平衡电流；Iunb.max*、Icdqd*、Ik.max*为标么值；Ker电流互感器的比误差,最大取0.1；Kcc为电流互感器的同型系数(取1.0)；Ik.max为外部短路时最大穿越短路电流周期分量(二次值，靠近故障侧电流互感器变比为8000/5)； Kap为非周期分量系数
22、，1.52,本工程取1.75.g.比率差动保护灵敏系数的计算灵敏系数应按发电机-变压器不并网、最小运行方式下差动保护区内变压器引出线上(d1点)两相金属性短路计算,根据计算最小短路电流Ik.min和相应的制动电流Ir,在动作特性曲线上查得对应的动作电流Id,则灵敏系数为：Ksen=I(2)d.min/Id=(31350/2)(5/8000)2422/13.85.33=11692422/160013.85.33=4.82式中:I(2)d.min= I(3)d.min3/2=13503/2=1169AIr-nIe=11692422/( 8000/5)13.80.5-64.18 =12.8-25.0
23、8=-12.28由上式可知Ir1.24.2.3保护出口：全停.主变差动保护定值定值名称计算值整定步长整定值比率差动起动电流定值0.168Ie0.01Ie0.5差动速断电流定值5.5Ie0.01Ie6比率差动起始斜率0.10.010.1比率差动最大斜率0.2780.010.7谐波制动系数0.150.010.15差动保护跳闸控制字1183B运行方式控制字整定1表示投入,0表示退出差动速断投入投入1比率差动投入投入1工频变化量比率差动投入投入1（装置自整定）涌流闭锁功能选择二次谐波闭锁0(B柜整定为1,波形判别)TA断线闭锁比率差动退出（不闭锁）04.3 发电机纵向零序电压匝间保护纵向零序电压取自专
24、用电压互感器(发电机机端电压互感器一次中性点与发电机中性点相连)的开口三角绕组，机端开口三角零序电压TV变比:13.8:3/0.1:3/0.1:3 KVa.纵向零序电压匝间保护高定值段动作电压按躲过外部短路最大不平衡电压整定,一般可取Uop=812V,本工程取10V。b.纵向零序电压匝间保护灵敏段动作电压按躲过发电机正常运行方式下最大不平衡电压整定,一般可取Uop=0.53(V)， 南瑞设备厂家推荐取23V,故本工程取Uop=3V. ，在经过区外故障波形分析后，适当降低定值，以提高灵敏度.c.相电流比率制动系数设备厂家推荐取1.0；本工程取1.0.d. 保护出口：全停。装置说明书建议经较短延时
25、(0.10S0.20S)动作于出口，故本工程取t=0.2S。发电机匝间保护定值定值名称计算值整定步长整定值横差起动电流定值A0.01A50横差起动电流高定值A0.01A50横差相电流制动系数0.0110横差延时0.01s10纵向零序电压起动定值3.00V0.01V3纵向零序电压高定值10.00V0.01V10电流制动系数1.000.011纵向零序电压保护延时0.20s0.01s0.2跳闸控制字1183B运行方式控制字整定1表示投入,0表示退出横差保护投入退出0横差保护高定值投入退出0零序电压保护投入投入1零序电压经相电流制动投入1经工频变化量方向闭锁退出0零序电压高定值段投入投入1工频变化量方
26、向匝间保护退出04.4 定子绕组接地保护主变高压侧开口角电压变比: 220:3/0.1:3/0.1:3/0.1 KV；机端开口三角零序电压TV变比: 13.8:3/0.1:3/0.1:3 KV；发电机中性点零序电压TV变比: 13.8:3/0.1 KV.发电机每相对地电容:Cg=0.4106f/ph,机端每相外接电容(包括主低压绕组、高厂变和电压互感器高压绕组、母线等)根据手册可取Ct0.016f/ph,本工程忽略不计.则每相对地总电容电流和总电抗为:C=Cg+Ct=0.4106f/ph；Xc=1/3C=2585.则机端金属性单相接地故障时的电容电流:Ic=3C10-613800/3=3.08
27、A.根据国标电力系统继电保护与安全自动化装置技术规程的规定,对于13.8KV、135MW的发电机,单相接地故障电流允许为2A，他表示在此范围内发生单相接地，发电机定子铁心不会烧坏,只需对定子绕组的绝缘修复,不需对定子铁心进行检修.当接地故障电流超过允许值的规定时,必需减小接地故障电流,本工程采用发电机中性点经电压互感器后接地.4.4.1基波零序过电压保护基波零序电压保护发电机85%90%的定子绕组单相接地.由于中性点单相电压互感器不接熔断器,而机端三相电压互感器必须接熔断器,所以基波零序过电压保护灵敏段取中性点零序电压,Uop应按躲过正常运行方式下中性点单相电压互感器的最大不平衡电压Uunb.
28、max整定灵敏段：Uop=KrelUunb.max式中Krel可靠系数取1.3；Uunb.max为中性点实测不平衡基波零序电压。厂家建议Uop=1213V ,故本工程取Uop=12.7V；保护时限：t=1S动作于停机。动作判据为UnoUozd （动作于跳闸）。式中，Uno为发电机中性点零序电压，Uozd为零序电压定值。按导则要求，应检查下列情况：a.发电机正常运行时，中性点位移电压3Uo应小于5V（二次值）；b.6kV厂用系统单相接地故障，发电机机端或中性点3Uo应小于5V，否则提高定值；c.校验220kV侧接地短路时，发电机传递电压Ugo的大小:高压系统发生接地短路时,高压侧有基波零序电压U
29、ho，按导则要求其值大小约33%60%的Uhn/3；本工程取0.6。Uhn为系统额定相电压.故:Uho=0.33220/3=76.212KV；此电压通过主变高低压绕组间耦合电容CM=6.1nF(选择依据参见导则附件J)；传递到发电机机端有Ugo为：Ugo=76.212KV(j39622.5)/106/(j0.4106)/109/j3.05/(j39622.5)/106/j0.4106/109/j3.05+109/j3.05=76212(j28867.5/-j7756/-j1044168)/(j28867.5/-j7756/-j1044168)-j1044168=76212(-j10499)/(
30、-j10499-j1044168)=76212(-j10499)/(-j1054667)=762120.0099548=759VUozdNtvn/Ntvl=3Uozd式中:Ufo为发电机机端开口三角零序电压；Ntvl为发电机机端开口三角零序电压互感器变比，即(13800/3)/(100/3)/(100/3)；Ntvn为发电机中性点零序电压互感器变比，即(13800/3)/100.e.动作延时:由于发电机中性点经接地变压器电阻接地,单相接地故障电流大,保护动作延时不宜太大,t只与高压系统接地保护瞬动段配合.即大于外部接地故障时最大切除时间即可.高定值段:只取中性点零序电压,一般可整定为2025V
31、；故取:Uop=20V。保护时限：t=1S。保护出口：全停。4.4.2三次谐波电压比率接地保护三次谐波电压比率判据只保护发电机中性点25%左右的定子接地.预整定:a=Krel3Ntvn/Ntvo=1.5379.67/239=1.5实测发电机并网前最大三次谐波电压比值为a1,并网前比率定值：(1.31.5)a1实测发电机并网后运行时最大三次谐波电压比值为a2并网后比率定值:(1.31.5)a2式中:Krel可靠系数取1.5;NTVO为机端开口三角零序电压TV变比，13.8:3/0.1:3 KV；Ntvn为机端中性点零序电压TV变比13.8:3/0.1KV（中性点变压器）。该计算值不能作为最终的整
32、定值.在最终整定时,并网前后都必须经过实测.4.4.3三次谐波电压差动接地保护设备厂家建议取0.3 ； 故整定值为0.3。保护时限：延时需躲过区外故障后备保护延时,本工程取t=5S动作于信号。发电机定子接地保护定值定值名称计算值整定步长整定值零序电压定值12.7V0.01V12.7零序电压高定值20V0.01V20零序电压延时定值 1s0.01s1并网前三次谐波比率定值1.500.011.5并网后三次谐波比率定值1.500.011.5三次谐波差动比率定值0.300.010.3三次谐波保护延时定值5s0.01s5跳闸控制字1183B运行方式控制字整定1表示投入,0表示退出零序电压保护报警投入投入
33、1零序电压保护跳闸投入投入1三次谐波电压比率判据投入1三次谐波电压差动判据投入1三次谐波电压保护报警投入1三次谐波电压保护跳闸退出0零序电压高值段跳闸投入投入14.5 发电机转子接地保护a.转子一点接地保护灵敏段一般整定:2080千欧,动作于信号；故取20千欧。经t=3S动作于信号。b.转子一点接地保护定值段：对于空冷汽轮发电机，一般整定20k,故取：20千欧；经t=3S动作于信号。以上的定值在发电机运行时与转子绕阻绝缘电阻实测值相比较；转子两点接地位移定值固定为3%，转子一点接地保护动作后手动投入转子两点接地保护.投入前必须有一点接地,并且确认一点接地并稳定后,方可投入两点接地保护.为提高转
34、子两点接地的可靠性,转子两点接地保护可整定经定子侧二次谐波电压闭锁,定子侧二次谐波电压一般整定为0.20.5V.保护时限:按导则，动作时限应躲过瞬时出现的两点接地故障整定,并兼顾灵敏性,一般取0.51.0s,工程经验值取1.0s.保护出口：程序跳闸.发电机转子接地保护定值定值名称计算值整定步长整定值一点接地灵敏段电阻定值20.0K0.01K20一点接地电阻定值20.0K0.01K20一点接地延时定值5.00S0.01s3两点接地二次谐波电压0.30V0.01V0.3两点接地延时定值1.0s0.01s1跳闸控制字10009运行方式控制字整定1表示投入,0表示退出一点接地灵敏信号投入投入1一点接地信号投入投入1一点接地跳闸投入退出0两点接地保护投入投入1两点接地二次谐波电压投入14.6 发电机相间短路后备保护发电机复合电压过流保护取机端、中性点电流，变比为8000/5A. a.电流继电器的整定计算电流继电器的动作电流应按躲过发电机额定电流整定:Iop
