发变组保护_工程设计

华北电力大学三、发变组保护工程设计和应用华北电力大学发变组保护工程设计和应用•四统一设计－双主单后设计原则：加强主保护，简化后备保护组屏：第1面屏为三套小差、部分后备保护；第2面屏为发变组大差、部分后备保护；第3面屏为非电量保护、操作箱、电压切换回路等。•完全双重化设计－双主双后设计原则：主后备保护完全双重化，提高现场的可维护组屏：第1面屏为全部电气量保护；第2面屏为全部电气量保护；第3面屏为非电量保护、操作箱、电压切换回路等。1、工程设计原则华北电力大学•每套完整、独立的保护装置应能处理可能发生的所有类型的故障。两套保护之间不应有任何电气联系，当一套保护退出时不应影响另一套保护的运行。•220kV及以上电压等级变压器（含发电厂的起动/备用变压器）等主设备，以及容量在100MW及以上的发变组微机保护应按照双重化配置（非电量保护除外）。对于600MW级及以上发电机组应装设双重化的电气量保护，对非电气量保护应根据主设备配套情况，有条件的也可进行双重化配置。•双重化配置的变压器和单元制接线方式的发变组应使用主、后一体化的保护装置；对非单元制接线或特殊接线方式的发变组则应根据主设备的一次接线方式，按双重化的要求进行保护配置。－摘自2005年国网公司18项反措1、工程设计原则－双重化配置要求发变组保护工程设计和应用华北电力大学•两套主保护的电流回路应分别取自电流互感器互相独立的绕组，并合理分配电流互感器二次绕组，避免可能出现的保护死区。•两套主保护的电压回路宜分别接入电压互感器的不同二次绕组。•两套完整、独立的电气量保护和一套非电量保护应使用各自独立的电源回路（包括直流空气小开关及其直流电源监视回路），在保护柜上的安装位置应相对独立。•两套电气量保护的跳闸回路应与断路器的两个跳圈分别一一对应。•非电量保护应同时作用于断路器的两个跳闸线圈。－摘自2005年国网公司18项反措1、工程设计原则－双重化配置要求发变组保护工程设计和应用华北电力大学•1993版规程规定：对发电机变压器组，当发电机与变压器之间有断路器时，发电机装设单独的纵联差动保护；当发电机与变压器之间没有断路器时，100MW及以下发电机，可只装设发电机变压器组共用纵差保护，100MW及以上发电机，除发电机变压器组共用纵差保护外，发电机还应装设单独的纵联差动保护，对200MW～300MW的发电机变压器组亦可在变压器上增设单独的纵差保护。对300MW及以上汽轮发电机变压器组，应装设双重快速保护。•2006版规程规定：对100MW以下的发电机变压器组，当发电机与变压器之间有断路器时，发电机与变压器宜分别装设单独的纵差保护。对100MW及以上发电机变压器组，应装设双重主保护，每一套主保护宜具有发电机纵差保护和变压器纵差保护功能。2、保护配置－发变组大差动保护发变组保护工程设计和应用华北电力大学•目前的情况：西北院、华东院已明确表示新建项目不装设发变组大差动保护。其他院在设计时有此保护，现场投运情况由用户选择。•观点：（1）小差保护有明确的选择性，便于故障定位；（2）大差动保护没有选择性，也不如小差保护灵敏；（3）若小差保护有死区时，应装设大差动保护；（4）若小差保护没有死区，可以不装设大差动保护；（5）改造工程应区别对待。2、保护配置－发变组大差动保护发变组保护工程设计和应用华北电力大学2、保护配置－发变组大差动保护发变组差动高厂变差动发电机差动G主变差动蓝色区域为小差死区TPTP500kVTPPPPPPPP若小差保护有死区时，应装设大差动保护。发变组保护工程设计和应用华北电力大学•高压侧经长输电线缆引接时的主保护配置2、保护配置－起备变主保护配置电缆差动变压器差动电流速断•华东某电厂起动/备用变压器高压侧通过1.8km的高压电缆与老厂220kV母线联接，若起备变差动保护范围包括长电缆，则高压侧电流需经过1.8km的长电缆引至保护装置，造成的后果是：各侧TA二次回路的负载匹配很难，在外部故障时差动回路的暂态不平衡电流将大大增加，直接影响差动保护的性能。•高压侧进线电缆侧的保护配置有：电流速断保护作为长电缆短路故障时的快速主保护，电流按照躲过低压侧短路时流过保护的最大短路电流和变压器励磁涌流整定；过流保护和自产零序过流保护作为主保护相间短路故障和接地故障的后备保护。•不推荐用电缆差动。发变组保护工程设计和应用华北电力大学•两台起备变共用一台断路器时的主保护配置2、保护配置－起备变主保护配置短引线差动变压器差动变压器差动•当公用负荷由每两台机组配置的2台高压厂用起动/备用变压器供电，并由高压厂用工作变压器作为其备用电源或公用负荷由高压厂用工作变压器供电时，2台高压厂用起动/备用变压器高压侧可共用1台断路器。•对于这种主接线方式，每台起动/备用变压器可以装设各自的主保护和后备保护，高压侧电缆可以装设短引线差动保护。发变组保护工程设计和应用华北电力大学2、保护配置－发变组后备保护不应切母联（分段）•发电机变压器组的后备保护如低压过流、负序过流、零序过流等保护除切除被保护设备外，增加缩小故障影响范围，故设时间段先切母联（分段）断路器，后切本侧断路器，这在实际运行中没有必要。为安全可靠性，不应切母联（分段）断路器，其理由如下：•发电厂都与系统联网，当发电机变压器组后备保护动作时，因延时较长，则线路对侧的断路器均由线路保护跳闸，没有缩小故障影响范围的效果。•增加后备保护的一个时间，不利设备的安全。•本设备的保护只切本设备的断路器，不宜切运行中其他断路器，运行实践说明在运行维护、保护试验中造成误切母联的事例较多，增加不安全性。•不符合“加强主保护和简化后备保护”的原则，使接线复杂，连接片增多，增加误动几率。发变组保护工程设计和应用华北电力大学2、保护配置－发变组后备保护配置•对发电机外部相间短路故障和作为发电机主保护的后备，应按下列规定配置相应的保护，保护装置宜配置在发电机的中性点侧：对于1MW及以下与其它发电机或与电力系统并列运行的发电机，应装设过流保护。1MW以上的发电机，宜装设复合电压(包括负序电压及线电压)起动的过电流保护。灵敏度不满足要求时可增设负序过电流保护。50MW及以上的发电机，宜装设负序过电流保护和单元件低压起动过电流保护。并列运行的发电机和发电机变压器组的后备保护，对所连接母线的相间故障，应具有必要的灵敏系数。宜带有二段时限，以较短的时限动作于缩小故障影响的范围或动作于解列，以较长的时限动作于停机。对于装设了定子绕组反时限过负荷及反时限负序过负荷保护，且保护综合特性对发电机变压器组所连接高压母线的相间短路故障具有必要的灵敏系数，并满足时间配合要求，可不再装设后备保护。保护宜动作于停机。－摘自GB14285-2006继电保护和安全自动装置技术规程发变组保护工程设计和应用华北电力大学2、保护配置－发变组后备保护配置发变组保护工程设计和应用•有些人误认为，后备阻抗保护对发电机定子绕组和变压器各侧绕组的相间、匝间短路、YN侧的单相接地短路有很高的灵敏度。实际上后备阻抗保护对发电机定子绕组和变压器绕组的各种内部短路的灵敏度往往很低，达不到绕组短路近后备保护的目的，它只能是发电机和变压器三相引线以及相邻线路和母线的后备保护。•新规程也没有规定装设阻抗保护；•以电流保护最为可靠。华北电力大学2、保护配置－自并励机组后备保护配置高厂变差动发电机差动G主变差动K•自并励发电机，宜采用带电流记忆（保持）的低压过电流保护。•短路后备保护宜带有两个时限，以较短的时限动作于缩小故障范围或动作于解列，以较长的时限动作于停机。•发变组内部故障如K点发生故障，则主变差动保护快速动作，作用于全停。•由于故障时电流曾经大过，全停后机端电压低，满足低压记忆过流保护动作条件，经一定延时动作于跳母联。•解决办法有二：（1）记忆过流若采用两个时限，则需经断路器辅助触点闭锁；（2）记忆过流采用一个时限，动作于全停（推荐方案）。发变组保护工程设计和应用三相电流Imax过流定值TG发电机过流出口1&负序电压U2或任一线电压UD华北电力大学IAIIAIBIIBTV1TV2TVATVBTVCTVD•起备变高压侧后备保护只作变压器主保护的后备，因为低压侧无电源不需要作为高压侧出线的后备保护，高压侧的相间过电流保护整定只需考虑与低压侧相间过电流保护配合。•目前大多数单位的做法是高压侧相间过电流保护采用低压侧复合电压元件闭锁的方式。•考虑到机组投运的分期性以及起动/备用电源运行的特点（图中的IA、IB投入或IIA、IIB投入），该复合电压元件应取自共箱封闭母线处的低压侧电压互感器TV，如图中的TV1和TV2，而不应取自分支母线处的TV。2、保护配置－起备变高压侧后备保护发变组保护工程设计和应用华北电力大学2、保护配置－起备变高压侧后备保护•由于起动/备用变压器的负荷相对固定且无过负荷的可能，采取复合电压闭锁是不合适的。（1）由于系统短路阻抗极小于变压器短路阻抗，变压器低压侧发生故障，电流的灵敏度足可以保证；（2）变压器内部故障时电压的故障量难以计算，无法确定电压的灵敏度；（3）由于低压侧取多端TV，电压断线时将造成拒动或误动。•为了简化后备保护，高压侧可装设无需低压侧复合电压元件闭锁的两段式过电流保护。（1）I段过电流定值按（1.8~2.0）Ih2e整定，时间定值在低压侧过电流保护延时的基础上增加（0.3～0.5）s；（2）II段按躲电动机自起动过程整定，即电流定值为1.3Ih2e，延时整定为（15~20）s。一般变压器1.3Ih2e允许运行时间在60s以上，则1.8Ih2e允许运行时间大于20s。发变组保护工程设计和应用华北电力大学2、保护配置－起备变高压侧后备保护•对于接至500kV系统的起动/备用变压器，高压侧配置阻抗保护，以期与系统的阻抗保护相配合并缩短后备保护延时。•对于起动/备用变压器是单侧电源供电的降压变压器而言，阻抗元件的方向性难以确定，也不需要与系统的阻抗保护配合，况且阻抗元件并不能作为变压器各侧绕组内部短路的近后备保护。•因此，高压侧取消阻抗保护而只装设过电流保护是最简单的、最安全的方案。发变组保护工程设计和应用华北电力大学2、保护配置－分支后备保护配置•厂用分支母线故障率特别高，开关柜故障易造成母线短路，而高备变、高厂变低压侧仅配有复压过流保护，其延时通常在2.0s~3.0s，这样长的动作时间对母线的短路故障无能为力，势必造成昂贵的高备变、高厂变绕组的损坏，给电厂的正常生产造成极大不便，同时也带来了较大的经济损失。•加快分支母线故障的切除速度电弧光保护，增加工程造价（部分600MW机组使用）；配置分支母线保护，工程实施不现实；配置分支限时速断保护。发变组保护工程设计和应用华北电力大学2、保护配置－分支后备保护配置•分支限时速断保护的应用（1）考虑正常的最大负荷电流条件下，按照躲容量最大的一台电动机自启动电流进行整定；（2）按照可靠躲过低压厂用变的最大速断保护定值；（3）考虑电动机成组启动过程中，可靠的躲过电动机自启动电流定值；（4）分支限时速断保护的灵敏度必须大于等于1.5，才有装设的必要；（5）限时速断保护通常考虑与相邻负荷的快速保护延时配合，通常整定为0.3s。发变组保护工程设计和应用华北电力大学2、保护配置－励磁变保护配置•励磁变差动保护存在的问题励磁变高压侧TA选型困难；励磁变差动保护整定困难，尤其是二次谐波比整定。•自并励发电机的励磁变压器宜采用电流速断保护作为主保护；过电流保护作为后备保护。－摘自GB14285-2006继电保护和安全自动装置技术规程发变组保护工程设计和应用华北电力大学•失磁异步运行属于应避免而又不可能完全排除的非正常运行状态。因发电机失磁瞬间可以从发送无功的正常状态，立即阶跃为吸收无功状态，造成对电网非常不利的大幅度无功负荷变化，故应当严格限制失磁异步运行条件。运行实践表明，有限的短时异步运行对发电机组运行是有利的，可能因此恢复励磁，从而避免发电机紧急掉闸对热动力设备的冲击，若不能恢复励磁，短时的异步运行也可以使机组负荷在解列前以适当速度减少以至足以转至其他机组。失