电气主设备继电保护的整定计算讲解

电气主设备继电保护的整定计算参考文献：大型发电机变压器继保护整定计算导则电力系统继电保护规定汇编（第二版）一 发电机保护的整定计算（一）比率制动式发电机纵联差动保护的整定计算1I 2I I2 0Z I zh I由上图可见，当cd zh zh W W W 2121==时，流入差动线圈的电流为：)('2'1I I I cd -= 流入制动线圈的电流为： )(21"2'1I I I zh += 正常运行或发生外部故障，bp cd I I I I =-=)('2'1 ，l w d zh n I I I I /)(21."2'1=+= 内部故障时，l d cd n I I I I /)('2'1=-= ，)(21"2'1I I I zh -=，当发电机独立运行时，内部故障时，l d cd n I I I /'1== ，'121I I zh = 保护的动作特性如图所示，横坐标为制动电流，纵坐标为差动电流，当制动电流小于拐点电流0Z I 时，继电器的动作电流为0dz I ，当制动电流大于拐点电流0Z I 时，继电器的动作电流为)(00z zh XL dz dz I I K I I -+=。

比率制动差动保护的动作判据为：0dz d c I I ≥ （0z zh I I <） )(00z zh XL dz cd I I K I I -⋅+≥ （0z zh I I >）式中：cd I —为差动电流；zh I —为制动电流；0dz I —为差动保护最小动作电流；0z I —为比率制动特性的拐点电流XL K —为比率制动特性的斜率；根据以上分析，在正常运行时，由电流互感器存在幅值误差产生的不平衡电流为：l f e i tx fzq bp n I f K K I .⋅⋅⋅=在外部短路时，由电流互感器存在幅值误差产生的不平衡电流为：LH wd i tx fzq bp n I f K K I ⋅⋅⋅=显然，外部短路产生的不平衡电流远大于正常运行产生的不平衡电流。

当外部短路电流为最大时，产生的不平衡电流也最大。

其值为：l wd i tx fzq bp n I f K K I max .max .⋅⋅⋅=对于普通的差动保护，为防止外部短路时，由于不平衡电流造成保护误动，所以保护的动作值必须大于外部短路产生的最大不平衡电流。

而对于比率制动特性的差动保护，保护的动作电流可按躲过正常运行产生的不平衡电流整定，而当外部短路时，可依靠制动特性保证保护可靠不误动。

比率制动差动保护的整定计算主要是确定最小动作电流0dz I 、制动特性的拐点电流0z I 、最大制动系数zh K 三个参数。

（1 ）最小动作电流：按躲过发电机在最大负荷电流下产生的不平衡整定。

LH f e i tx K dz n I f K K I /.0⋅⋅⋅=当取：1.0,5.0,2===i tx K f K K 时LH f e d n I I /1.0.0⋅=即为发电机额定电流的10%。

LH f e K dz n I K I /03.02.0⋅⋅⋅=当取2=k K 时，得：l f e dz n I I /12.0.0=按躲过区外远处短路时，短路电流接近发电机额定电流时产生的不平衡整定。

LH f e i fzp tx K dz n I f K K K I /.0⋅⋅⋅⋅=取：1.0,5.0,5.1,2====i tx fzp K f K K K 时LH f e d n I I /2.0.0⋅=一般可取0.1~0.2倍发电机的额定电流。

（2） 制动特性拐点电流；为保证远处外部短路（此时短路电流接近发电机的额定电流）时差动保护不误动，拐点电流应不大于发电机额定电流。

可取：LH f e z n I I /)0.18.0(.0-= （3 ）确定最大制动系数：按最大外部短路电流时差动保护不误动。

在机端（区外）发生三相短路时，流过差回路的不平衡电流最大，为保证此时保护不误动应有：l d w i tx fzq K dz n I f K K K I max .)3(.max .⋅⋅⋅=式中：m a x.dz I —差动保护的最大动作电流； )3(m a x.wd I —为机端三相短路的电流。

注意到，在外部短路时，制动电流即为：l wd zh n I I /)3(max .=所以有：i tx fzq K zhdz zh f K K K I I K ⋅⋅⋅==max . 取：5.1=K K 、0.2=fzq K 、5.0=tx K 、1.0=i f则：15.0=zh K ，即最大制动系数为0.15，即可保证外部短路保护不误动。

考虑到电流互感器饱和及暂态特性畸变，为安全计，可将最大制动系数提高到0.3。

必须指出，当制动特性不通过坐标原点时，制动系数不是一个常数，而是变化的。

而制动特性的斜率是常数。

两者是不一样的。

不可把制动特性的斜率与制动系数两者相混淆。

（4 ）制动特性的斜率按以上的分析：LH f e d n I I /1.0.0=，LH wd dz n I I /15.0)3(max .max .=对大型发电机，一般有：2.0~16.0''=dx ，因此，机端三相短路电流为发电机额定电流的5~6倍。

所以，比率制动特性的斜率可推算如下：)3(m a x .0m a x ./Z LH wd d dz XL I n I I I K --= 按f e wd I I .)3(max .5=考虑，则：1625.0151.075.0=--=XL K 即制动特性曲线的斜率取0.1625，刚好满足上述要求。

一般地，对发电机差动保护，取制动特性曲线的斜率为0.2可满足要求。

当取l f e d n I I /2.0.0=，l f e n d n I I /6.max .=时： 14.0162.09.0=--=XL K （二）标积制动式纵差动保护设发电机中性点与机端的二次电流分别为'n I 和's I ，它们的相位差为φ，令标积φcos ''s n I I 为制动量，2''||nS I I -为动作量。

构成的标积制动式纵差动保护，其动作判据为：φc o s ||''2''sn zh n S I I K I I ≥- 其制动系数一般取2.18.0-。

（三）故障分量比率制动式纵差动保护该保护只取发生短路后产生的故障分量，与短路前的穿越负荷电流的大小无关。

动作判据为：|2|||''''n s ns I I I I ∆+∆≥∆-∆ I ∆ 20d zh故障分量比率制动式纵差动保护的动作特性如上图所示。

其中，直线1为正常运行与外部短路的制动特性；直线2为内部短路的动作特性，其斜率0.2≥S ；直线3为故障分量纵差保护的整定特性。

直线3的斜率即制动系数，一般取1.0。

0d I ∆—最小动作电流；l f e d n I I /1.0.0=∆或按躲过正常运行负荷状态下产生的不平衡电流。

（四）单元件横差动保护的整定计算选择单元件横差保护用电流互感器的变比。

传统方法：e f e a I I n 2./25.0=保护定值： a f e dz n I I /)3.02.0(.-=对微机保护由于采用了滤过比较高的数字式三次谐波滤过器，可使保护灵敏度提高。

电流互感器的变比按发电机满载运行时中性点连线上的最大不平衡电流选择。

可选择为：e I .2/600、e I .2/400、e I .2/200、e I .2/100。

保护的动作电流取为：a f e n I /05.0.。

要求三次谐波滤过器的滤过比大于80倍。

1实测中性点连线上的基波和三次谐波分量。

2 线性外推出机端三相短路产生的不平衡电流。

3 计算动作电流： 23321)/(k I I K K I bp bp fzq K dz +=式中：K K —可靠系数，取1.3-1.5；fzq K —非周期分量系数，取.15-2.0；1bp I —基波分量不平衡电流；3bp I —三次谐波分量不平衡电流；3k —三次谐波滤过比，取80；（五）水轮发电机裂相横差保护的整定保护采用比率制动特性。

0dz I 按躲过正常运行产生的不平衡电流，由两部分组成。

一是在正常负荷情况下由电流互感器比误差产生的不平衡电流，二是由于转子气隙不对称产生的不平衡电流。

a f e dz n I I /)3.015.0(.0-=a f e z n I I /)0.18.0(.0-=6.05.0-=xl K（六）纵向零序电压的匝间短路保护零序电压元件的动作电压可选择为：V U dz )32(.0-=保护可由负序功率方向元件作为开放纵向零序电压保护的条件。

应有电压互感器二次断线闭锁措施。

（七）发电机定子绕组单相接地保护1 基波零序电压保护按躲过正常运行时开口三角绕组两端出现的不平衡电压整定。

max ..0bp K dz U K U ∙=K K —可靠系数，取1.3-1.5；max .bp U —不平衡电压的最大值，包括两部分。

一是基波分量产生的不平衡电压；二是三次谐波分量产生的不平衡电压。

要求三次谐波率过器的滤过比大于80。

一般可取二次的动作电压为5V 。

2 反映三次谐波的定子绕组单相接地保护机端电压互感器的变比：3100/31003.fe U 中性点电压互感器变比：1003.fe U （1）动作判据：033||/||αK U U N S >3S U —机端的三次谐波电压；3N U —中性点的三次谐波电压；0α—实测正常运行最大负荷时，机端三次谐波电压与中性点三次谐波电压的比值。

K —系数，取 1.05-1.15 ；（2）动作判据：1||/||333>-N N p S U U K U β式中：||33N p S U K U -—为动作量，根据实测3S U 和3n U 的值，计算系数P K ，使正常运行时动作量最小。

|||3N U β—为制动量，β一般取0.2-0.3，使制动量大于动作量。

（八）发电机的低励失磁保护的整定1 系统低电压判据min .)9.085.0(g dz U U -=式中：m in .g U —高压侧最低运行电压；2 异不边界阻抗圆整定yl f e f e d A n n S U X X .2.'5.0-= yl f e f e d B n n S U X X .2.-= 式中：d X 和'd X 分别为发电机的同步电抗和暂态电抗；f e U .和f e S .分别为发电机的额定电压和视在功率；l n 和y n 分别为电流互感器和电压互感器的变比；3 静稳定边界阻抗圆整定 yl f e f e S A n n S U X X .2.= yl f e f e d B n n S U X X .2.-= 式中：S X —为发电机与系统间的联系电抗，包括升压变压器电抗和系统电抗； 在微机保护装置中，采用圆心和半径两个定值，可将上面的计算结果进行转换。