第6章电气主设备微机保护举例

1第6章电气主设备微机保护举例第6章电气主设备微机保护举例2第6章电气主设备微机保护举例电力系统主设备包括发电机、变压器、母线、高压并联电抗器等。本章将以RCS-985型数字式发电机变压器成套保护装置为例，介绍电气主设备微机继电保护的主要功能。3第6章电气主设备微机保护举例6.1概述RCS－985为数字发电机变压器保护装置，适用于大型汽轮发电机、水轮发电机、燃汽轮发电机等类型的发电机变压器组单元接线及其他接线，并能满足电厂自动化系统的要求。该装置提供一个发电机变压器单元所需要的全部电量保护，保护范围包括：主变压器、发电机、高厂变、励磁变（励磁机）。因此，配置原则满足国家电力公司《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》，真正实现了主保护、后备保护的全套双重化，主保护、后备保护共用一组TA。4第6章电气主设备微机保护举例6.1.1装置的主要功能1．主变压器保护功能发变组差动保护主变差动保护两段两时限变压器阻抗保护两段两时限复合电压过流保护两段两时限零序过流保护一段两时限零序电压保护一段两时限间隙零序电流保护过负荷信号、起动风冷、闭锁有载调压及TV断线及TA断线判别等。5第6章电气主设备微机保护举例2．发电机保护功能发电机纵差动保护发电机裂相横差保护高灵敏横差保护两段发电机相间阻抗保护发电机复合电压过流保护纵向零序电压匝间保护工频变化量方向匝间保护定子接地基波零序电压保护定子接地三次谐波电压保护转子一点接地保护转子两点接地保护6第6章电气主设备微机保护举例定反时限定子过负荷保护定反时限转子表层负序过负荷保护失磁保护失步保护过电压保护定反时限过励磁保护逆功率保护程序跳闸逆功率频率保护起停机保护误上电保护轴电流保护TV断线（电压平衡）及TA断线判别等。7第6章电气主设备微机保护举例3．高厂变保护功能高厂变差动保护高厂变两段复压过流保护A分支两段过流保护A分支两段零序过流保护A分支零序电压报警B分支两段过流保护B分支两段零序过流保护B分支零序电压报警过负荷信号、起动风冷、TV断线及TA断线判别等。4．励磁变或励磁机保护功能差动保护两段过流保护定反时限励磁过负荷保护、TA断线判别等。8第6章电气主设备微机保护举例6.1.2装置的主要技术特点1．高性能的硬件、数字算法及滤波性能双CPU硬件结构，每个CPU系统包括两个高性能DSP芯片及一个32位微处理器2．独立的起动元件管理板中设置了独立的总起动元件，动作后开放保护装置的出口继电器正电源；保护装置任一元件损坏均不会引起装置误出口。3．变斜率比率差动保护性能可在区内故障时保证最大的灵敏度，在区外故障时可以躲过暂态不平衡电流。4．工频变化量比率差动性能工频变化量比率差动保护完全反映差动电流及制动电流的变化量，不受正常运行时负荷电流的影响，灵敏度高，抗TA饱和的能力较强。9第6章电气主设备微机保护举例5．高灵敏横差保护的性能相电流比率制动和浮动门槛相结合的新判据，区内故障可靠制动，区内故障灵敏动作；6．纵向零序电压匝间保护性能电流比率制动新判据，区外故障可靠制动，区内匝间故障灵敏动作。7．发电机定子接地保护性能基波零序电压定子接地保护灵敏段经主变高压侧零序电压制动；三次谐波电压判据，自动适应机组并网前后发电机机端、中性点三次谐波电压比率关系，保证发动机起停过程中，三次谐波电压判据不误发信号；8．转子接地保护的性能转子接地保护采用乒乓式原理，直流输入采用高性能的隔离放大器，实时显示转子电压、转子绝缘电阻和接地位置。9．差动各侧电流相位和平衡补偿及可择的励磁涌流判别原理10第6章电气主设备微机保护举例6.1.3装置的主要技术指标1.发电机变压器差动、主变压器、励磁变差动保护比率差动起动定值:0.1In～1.2In(In为额定电流)差动速断定值:3In～14In(In为额定电流)起始比率制动系数:0.05～0.10最大比率制动系数:0.50～0.80二次谐波制动系数:0.1～0.352．发电机差动保护、裂相横差保护、励磁机差动保护比率差动起动定值:0.05In～1.2In(In为额定电流)差动速断定值:3In～10In(In为额定电流)起始比率制动系数:0.05～0.10最大比率制动系数:0.30～0.70比率差动动作时间:≤35ms(2倍定值)差动速断动作时间:≤20ms(1.5倍整定值)11第6章电气主设备微机保护举例3.高厂变差动保护比率差动起动定值:0.1In～1.2In(In为额定电流)差动速断定值:3In～14In(In为额定电流)高压侧过流速断:6In～20In(In为额定电流)起始比率制动系数:0.05～0.10最大比率制动系数:0.50～0.80二次谐波制动系数:0.1～0.35比率差动动作时间:≤35ms(2倍定值)差动速断动作时间:≤20ms(1.5倍整定值)过流速断动作时间:≤40ms(1.5倍整定值)12第6章电气主设备微机保护举例4．发电机横差保护横差保护电流定值:0.1A～50A横差保护电流高定值:0.1A～50A相电流制动系数:0.1～2.0横差保护动作时间:≤35ms(1.5倍定值)横差电流定值误差:±2.5%或±0.02In5．发电机纵向零序电压匝间保护匝间保护零序电压定值：0.1V～20V匝间保护零序电压高定值：1V～20V相电流制动系数：0.5～3.0延时定值：0.01～1S纵向零序电压保护：≤100ms(1.5倍定值)故障分量方向保护：≤35ms13第6章电气主设备微机保护举例6．发电机定子接地保护零序电压定值：0.1V～20V零序电压高定值：10V～20V高压侧零序电压耦合系数：0.01～1.00三次谐波比率定值：0.5～5三次谐波差动调整系数：0.5～3.0三次谐波差动比率定值：0.1～1.0延时定值：0.1～10s7．发电机转子接地保护一点接地电阻定值：0.1～100kΩ两点接地位置定值：1%～10%延时定值：0.1～10s8．发电机定子过负荷保护定时限电流定值：0.1～100A定时限延时定值：0.1～10S反时限起动电流定值：0.1A～10A定子绕组热容量：1～100散热效应系数：0.1～2.014第6章电气主设备微机保护举例6.1.4装置的硬件配置装置有两个完全独立的相同的CPU板，每个CPU板由两个AD公司的高速数字信号处理芯片（DSP）和一个Motorola公司的32位单片微处理器MC68332组成，并具有独立的采样、出口电路。15第6章电气主设备微机保护举例6.2RCS－985应用范围及保护配置RCS－985可适用于125MW机组、300MW-220kV、300MW-500kV发变组单元等各种接线方式的发电机变压器单元及保护配置，本节以125MW机组为例介绍其保护配置方式。16第6章电气主设备微机保护举例6.2.1差动保护配置方案125MW机组的差动保护配置方案如图6-3所示，包括主变差动、发电机纵差、发电机横差、高厂变差动、励磁变（励磁机）差动等保护。6.2.2后备保护配置方案125MW机组单元的后备保护配置方案如图6-4所示。包括：变压器后备保护：高压侧三段各两时限复合电压方向过流保护、三段各两时限零序方向过流保护、两时限零序电压保护、两时限间隙零序电流保护、过负荷报警等、TV断线（电压平衡）及TA断线等功能。中压侧三段各两时限复合电压方向过流保护、三段各两时限零序方向过流保护、两时限零序电压保护、两时限间隙零序电流保护、过负荷报警等、TV断线及TA断线判别等功能。17第6章电气主设备微机保护举例发电机后备保护和异常运行保护：两段相间阻抗保护、两段复合电压过流保护、纵向零序电压匝间保护、定子接地基波零序电压保护、定子接地三次谐波电压保护、转子一点接地保护、转子两点接地保护、定反时限定子过负荷保护、定反时限转子表层负序过负荷保护、失磁保护、过电压保护、逆功率保护、TV断线（电压平衡）及TA断线判别等功能。高厂变后备保护：两段复压过流保护、两分支后备保护（各两段过流保护、两段零序过流保护、零序过电压保护）、过负荷信号、起动风冷、TV断线及TA断线判别等功能。励磁变后备保护：两段过流保护、定反时限励磁过负荷保护及TA断线判别等功能。18第6章电气主设备微机保护举例220KV87T87G87AT87GSTA01TV1TA6TA5TA7TA8TA9TA10TV2TV3******TA02*TA1110KV*TA2DL2TA04TA03DL1TA11TV5DL3DL4DL5DL687MT主变差动87G发电机纵差87GS发电机横差87AT高厂变差动87ET励磁变差动图6-3125MW机组差动保护配置图19第6章电气主设备微机保护举例图6-4125MW机组后备保护配置图TV1TA6TA5TA7TA8TA9TA10TV2TV3*******TA1151AT:过流保护51A:A分支过流保护51B:B分支过流保护51ET:励磁变过流保护59N:匝间保护励磁变过负荷保护64F1:转子一点接地64F2:转子两点接地21:阻抗保护51V:复合电压过流51:对称过负荷46:不对称过负荷40:发电机失磁32R:逆功率59:过电压60:电压平衡220KVTA01TA02*TA1110KV*TA2DL2TA04TA03DL1TV551ST:复合电压过流保护51N2:零序电流保护51N1:间隙零序电流保护母线PT切换来51ST:复合电压过流保护51N2:零序电流保护51N1:间隙零序电流保护母线PT切换来59N:零序过电压保护DL364G:95%定子接地64G:100%定子接地20第6章电气主设备微机保护举例6.2.3保护组屏方案由于一套RCS－985保护装置包括了所有电量保护，一般情况下一个发变组单元按三块屏配置，其中两块屏按两套完整的电量保护配置，第三块屏配置非电量保护、操作回路装置。PRC85APRC85BPRC85CRCS-974GCZX-12ARCS-974H南瑞继保电气有限公司RST运报跳警ESC行闸ENTRCS-985发电机变压器保护装置南瑞继保电气有限公司RST运报跳警ESC行闸ENTRCS-985发电机变压器保护装置21第6章电气主设备微机保护举例6.3RCS－985的主要保护原理6.3.1发电机变压器差动、变压器差动保护、高厂变差动保护、励磁变差动保护1．比率差动原理比率差动保护的动作方程为：IenIe速断定值启动定值差电流制动电流0Kbl1Kbl2比率差动动作区制动区速断动作区12121()(/)()()()/(2)()dblrcdqdrnblblblrrndblrncdqdrnblrblblblblIKIIInIKKKIIIKInIbIInIKKKnbKKnn123412342rdIIIIIIIIII式中为差动电流，为制动电流，为差动电流起动定值，为额定电流。dIrIcdqdInI22第6章电气主设备微机保护举例23第6章电气主设备微机保护举例24第6章电气主设备微机保护举例25第6章电气主设备微机保护举例3．TA饱和时的闭锁原理为防止在区外故障时TA的暂态与稳态饱和时可能引起的稳态比率差动保护误动作，装置采用各侧相电流的综合谐波作为TA饱和的判据，其表达式如下：式中，为某侧某相电流中的综合谐波，为对应相电流的基波，为某一比例常数。故障发生时，保护装置先判出是区内故障还是区外故障，如区外故障，投入TA饱和闭锁判据，当与某相差动电流有关的任意一个电流满足以上表达式即认为此相差流为TA饱和引起，闭锁比率差动保护。1nnxbIKInI1InxbK26第6章电气主设备微机保护举例4．高值比率差动原理为避免区内严重故障时TA饱和等因素引起的比率差动延时动作，装置设有一高比例和高起动值的比率差动保护，只经过差电流二次谐波或波形判别涌流闭锁判据闭锁，利用其比率制动特性抗区外故障时TA的暂态