大型发电机—变压器组的继电保护设计(2)

过电压就较严重。

（4）由于大型机组的材料利用率高，就必须采用复杂的冷却方式，故障几率增加。

单机容量的增大，汽轮发电机轴向长度与直径之比明显加大，从而使机组振荡加剧，匝间绝缘磨损加快，有时候可能引起冷却系统故障。

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第三章 发电机常见故障和继电保护配置

发电机的安全运行对保证电力系统的正常工作和电能质量起着决定性的作用。同时发电机本身也是一个十分贵重的电气元件，因此，应该针对各种不同的故障和不正常运行状态，装设性能完善的继电保护装置。

发电机的故障类型主要有：定子绕组相间短路；定子绕组一相的匝间短路；定子绕组单相接地；转子绕组一点接地或两点接地；转子励磁回路励磁电流消失。

发电机的不正常运行状态主要有：由于外部短路引起的定子绕组过流；由于负荷超过发电机额定容量而引起的三相对称过负荷；由外部不对称短路或不对称负荷而引起的发电机负序过电流和过负荷；由于突然甩负荷而引起的定子绕组过电压；由于励磁回路故障或强励时间过长而引起的转子绕组过负荷，由于汽轮机主汽门突然关闭而引起的发电机逆功率等。

大型机组的保护装置可以分为短路保护和异常运行保护两类。

短路保护，用以反应被保护区域内发生的各种类型的短路故障，这些故障将造成机组的直接破坏。因此，这类保护很重要，所以为防止保护装置或断路器拒动，又有主保护和后备保护之分。

异常运行保护，用以反应各种可能给机组造成危害的异常工况，但这些工况不会或不能很快造成机组的直接破坏。这类保护装置，一般都装设一套专用的继电器，不设后备保护。

发电机-变压器组的保护与发电机、变压器单独工作时的保护类型选择基本相同。但其保护对象，除了发电机、变压器之外，还包括高压厂用变压器、励磁变压器等厂用分支。

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第四章 发电机继电保护整定计算, 原理图

4.1参数计算

1、计算发电机及主变压器的额定电流

（1）发电机G1、G2的额定电流

ING?SNG

3UNGcos??300

?20?0.85?10189(A)

（2）主变压器T1、T2的额定电流

低压侧： INT.1?SNT

UNT.2

SNT

3UNT.1?3600003?20360?242?10392(A) 高压侧：INT.2???858.9(A)

（3）厂用变压器T3的额定电流

高压侧： INT.1?40?103

UNT.2

40?103

3?6.3?100.4(A) 低压侧： INT.2??3665.7(A)

2、等值电路的等值阻抗的计算

图4.1等效阻抗

（1）选取基准值，计算基准电抗标幺值。基准容量Sd?100MVA,基准电压 4

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Ud1?230kV,Ud2?20kV,Ud3?6.3kV;基准电流

Id1?100

3?230?0.25(kA),Id2?100

3?20?2.887(kA),Id3?100

?6.3?9.164(kV).

变压器电抗

XT1?XT2?

XT3?

XT4Uk%Sd14100???0.0397100SNT10035318100??0.451004015100?XT5???0.37510040

发电机电抗

''''''XG1?XG2?XdSd23.5100???0.0666 SNG100352.9

（2）选择短路计算点，计算各短路电流值。

k1点：

Xc*?(0.0666?0.0397)300?0.374 100?0.85

查t?0s曲线得：Iz*?2.8

Izj?300

?230?0.85?0.886kA

Ik1?2.8?0.886?2.48kA

k2点：

Xc*?0.0666300=0.234 100?0.85

查t?0s曲线得：Iz*?4.3

Izj?300

?20?0.85?10kA

Ik2?4.3?10?43kA

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4.2 保护的配置

发电机—变压器组继电保护的总配置见表

表4.1 发电机—变压器组继电保护的总配置

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

保护名称

发动机纵联差动保护 主变压器的纵联差动保护

发电机——变压器组的纵联差动保护

定子绕组接电保护 定子绕组匝间保护

失磁保护 过励磁保护 过电压保护 逆功率保护 对称过负荷保护 不对称过负荷保护

阻抗保护 主变压器零序保护 非全相保护 主变压器瓦斯保护 断路器失灵保护 发电机断水保护 转子一点接地保护

所选择的保护装置型号

BCD-25 BCD-24 BCD-24 BCD-10 BLY-2

BZ-9,BY-25,BFL-8,BB-6

BGC-3 BY-8 BG-3 BL-24 BFL-9 BZ-33 BL-52 BFL-9 Q.J-80 BL-17/8 BS-7A BD-13

4.3各保护装置的整定计算

1、发电机采用BCD-25型差动继电器构成纵联差动保护

（1）继电器最小动作电流的整定，即

Iop.r?KrelKnpKstKerrING/KTA?1.3?1.3?0.5?0.1?10189/(12000/5)?0.3587(A) 继电器动作电流档有0.更多内容请访问久久建筑网
5、1.0、1.5A等，取IIop.r?0.5A?0.3587A

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（2）制动特性拐点取纵坐标0.5A，横坐标为10189/2400=4.2454（A）。

（3）制动系数的选择。外部故障时流过制动回路的电流为Ires.r.max?Ik.max/KTA,外部故障时流过差动回路的电流为Iop.r.max?KrelKnpKstKerrIk.max/KTA,则制动系数为

Kres.max?Iop.r.max

Ires.k.max?KrelKnpKstKerr?1.3?1.3?0.5?0.1?0.085

继电器的制动系数整定范围有0.2、0.3更多内容请访问久久建筑网
5、0.6，实取Kres?0.2?0.085

（4）制动绕组的接法。两个制动绕组非别接于两差动臂中。

)（5）灵敏系数校验。按发电机独立运行时出口两相短路时校验。Ik(32.min?43A，

)Ik(.2min?(3)（A）,Ik.min?0.866?43?37.238(kA),通过差动回路电流为37238/2400=15.512

同时此电流通过制动绕组为其一半，即

Ires.r?0.5?15.51?7.7(A)

由制动特性曲线可计算对应Ires?6.67A时的动作电流为

Iop.r?0.5?(7.7?4.2)?0.2?1.19(A)

则Ks.min?13.34/1.19?11.2?2，满足灵敏性要求。

图4.2 发电机纵差保护制动特性曲线

发电机纵差保护原理：发电机纵联差动保护的基本原理是比较发电机两侧的电流幅值大小和相位，它反映发电机及其引出线的相间短路故障。将发电机两侧电流比和型号相同的电流互感器二次侧同极性连接，差动继电器KD与二次绕组并联。 7

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保护采用三相式接线。由于装在发电机中性点侧的电流互感器受发电机运转时的振动影响，接线端子容易松动而造成二次回路断线。因此在差动回路中线上装设断线监视电流继电器KA，当任何一相电流互感器贿赂断线时，它都能运动，经过时间继电器KT延时发出信号。为使差动保护范围包括发电机引出线（或电缆）在内。所使用的电流互感器应装设在靠近断路器的地方。

图4.3 具有断线监视装置的发电机纵差保护原理接线图

2.主变压器采用BCD-24型差动继电器构成纵联差动保护的整定计算

（1）计算基本参数，并将及计算结果列入表

表4.2纵联差动保护的整定计算

额定电压（kv）

电流互感器接线方式

一次额定电流（A）

电流互感器变比

二次额定电流(A)

自藕变流器变比

自藕变流器一次侧端子

自藕变流器型式

自藕变流器二次侧端子 242 20 ? 858.9 ? 10392 1250/5?250 12000/5?2400 3?858.9/250?5.9504 1.3741 1—13 选FY-1 1—5 10392/2400?4.3303

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由表可知，要变压器纵差保护差动回路的电流正常运行时为零，则自藕变流器的变比应选为5.9504/4.3303?1.374，但实际选取的变比为6.97/5?1.394，这样变压器高压侧的二次计算电流为

Iset?5.9504/1.394?4.2686（A） 相对误差?m?4.3303?4.2686?0.0142?0.05，?m是一个很小的数值，满足要求。 4.3303

(2) 最小动作电流的整定。按在最大负荷条件下差动回路不平衡，即

Iop.r.o?1.3?(1.3?1?0.1?0.05?0.0142)?4.3304?1.0932（A）

继电器的整定范围位0.更多内容请访问久久建筑网
5、1.0、1.更多内容请访问久久建筑网
5、2.0A，取Iop.r.o=1.5A>1.09A

(3)确定制动特性曲线拐点坐标.取纵坐标1.5A,与横坐标4.33A,交点如图所示。

(4)制动系数Kres的计算式为

Kres=Iop.r.max=Krel（Knp+KstKerr+?U??m） Ires.r.max

) =1.3?(1.3?1?0.1?0.05?0.0142

=0.2525

继电器制动系数的整定范围为0.2、0.3更多内容请访问久久建筑网
5、0.6；取Kres=0.35?0.2525．

（5）制动绕组的接入。发电机侧、高压侧及厂用分支侧均接入制动绕组。

（6）差用速断的整定。在BCD-24中，增设了差动速断保护。一般取动作电流Iopr=（5~8）ING，在此取Iopr=8 ?4.3303?34.64（A）。

（7）两次谐波制动比。制动比范围在15%~20%，取二次谐波制动比为17%。

（8）校验灵敏性。按高压侧断路器断开，变压器高压侧出口发生两相短路校验。低压侧流入继电器的动作电流为Iop.r?2330.2?242/20/2400?11.748(A)，同时半个制动绕组中也流过11.748A，故制动电流为Ires.r?0.5?11.748?8.874(A)

根据制动特性曲线可求出Iop.r?1.5?(5.874?4.3303)?0.35?2.04(A) 则灵敏系数Ks.min?11.848?5.76?2，满足要求。 2.04

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图4.4 变压器纵差保护制动曲线

变压器纵联差动保护原理：

图4.5 变压器纵联差动保护原理图

3.发电机—变压器组采用BCD-24型差动变压器构成纵联差动保护的整定计算 为满足可靠性要求，在发电机和主变压器分别装设纵差保护的同时，在增设一套发电机—变压器组纵差保护，其保护范围见图，其整定计算同变压器纵差保护。

4.采用BD-10型定子绕组单相接地保护的整定计算

该保护有100%的保护区，动作电压按经验值整定，对基波零序电压U0.op.r?5V，对三次谐波电压U3.op.r?0.2V，保护经1S延时动作于发信号，也可切换于解列灭磁。

发电机定子绕组单相接地原理：变压器的纵联差动保护的工作原理同线路纵差保护相似，变压器差动保护二次侧采用环流法连接并广泛用在双绕组或三绕组变压器

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