大型发电机变压器继电保护整定计算导则

K45备案号：6763—2000中华人民共和国电力行业标准DL/T684—1999大型发电机变压器继电保护整定计算导则Guideofcalculatingsettingsofrelayprotectionforlargegeneratorandtransformer2000-02-24批准2000-07-01实施中华人民共和国国家经济贸易委员会发布前言本标准根据原能源部1992年电供函［1992］11号《关于组织编制大机组继电保护装置运行整定条例函》的要求以及广大继电保护工作者的迫切需要而制定。本标准的制定和实施将对提高发电机变压器继电保护装置的正确动作率、保障电气设备的安全及维持电力系统的稳定运行有重要意义。在国家电力调度通信中心及中国电机工程学会继电保护专委会等单位的组织领导下，经过深入调查研究，广泛征求国内各有关单位的专家、教授及广大继电保护工作者的意见，组织多次专题讨论，反复修改条文内容，先后数易其稿，历经数年终于完成了本标准的编制任务。本标准以GB14285—93《继电保护和安全自动装置技术规程》为依据进行编制。本标准的附录A、附录B都是标准的附录。本标准的附录C、附录D、附录E、附录F、附录G、附录H、附录J、附录K、附录L和附录M都是提示的附录。本标准由原能源部电力司、科技司共同提出。本标准由原电力工业部继电保护标准化技术委员会归口。本标准起草单位：华北电力设计院、东北电力设计院、清华大学。本标准参加起草单位：东北电力调度局、西北电力试验研究院。本标准主要起草人：王维俭、孟庆和、宋继成、闫香亭、毛锦庆、侯炳蕴、李玉海。本标准由国家电力调度通信中心负责解释。目次前言1范围2引用标准3总则4发电机保护的整定计算4.1定子绕组内部故障主保护4.2发电机相间短路后备保护4.3定子绕组单相接地保护4.4励磁回路接地保护4.5发电机过负荷保护4.6发电机低励失磁保护4.7发电机失步保护4.8发电机异常运行保护5变压器保护的整定计算5.1变压器纵差保护5.2变压器分侧差动保护5.3变压器零序差动保护5.4变压器瓦斯保护5.5变压器相间短路后备保护5.6变压器接地故障后备保护5.7变压器过负荷保护5.8变压器过励磁保护6发电机变压器组保护的整定计算6.1概述6.2发电机变压器组保护整定计算特点附录A(标准的附录)发电机定子绕组对地电容，机端单相接地电容电流及单相接地电流允许值附录B(标准的附录)本标准用语说明附录C(提示的附录)发电机变压器继电保护整定计算导则有关文字符号附录D(提示的附录)发电机若干异常运行状态的要求附录E(提示的附录)大型汽轮发电机组对频率异常运行的要求附录F(提示的附录)系统联系电抗Xcon的计算附录G(提示的附录)自并励发电机外部短路电流的计算附录H(提示的附录)电力系统振荡时阻抗继电器动作特性分析附录J(提示的附录)变压器电容参数估算值附录K(提示的附录)保护用电流互感器的选择附录L(提示的附录)变压器电抗的计算附录M(提示的附录)非全相故障计算中华人民共和国电力行业标准大型发电机变压器继电保护整定计算导则DL/T684—1999Guideofcalculatingsettingsofrelayprotectionforlargegeneratorandtransformer1范围本标准规定了大型发电机变压器继电保护的整定计算原则和方法，它是设计、科研、运行、调试和制造部门整定计算的依据。本标准适用于GB14285所规定的发电机、变压器容量范围，重点规定了200MW及以上发电机与220～500kV变压器的继电保护的整定计算原则和方法。2引用标准下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。GB1208—87电流互感器GB14285—93继电保护和安全自动装置技术规程GB／T7064—1996透平型同步电机的技术要求IEC44—6(1992)互感器第6部分：保护电流互感器动态性能的要求3总则3.1本标准是发电机变压器继电保护整定计算的基本依据，设计、科研、运行、调试和制造部门应共同遵守。3.2发电机变压器继电保护整定计算的主要任务是：在工程设计阶段保护装置选型时，通过整定计算，确定保护装置的技术规范；对现场实际应用的保护装置，通过整定计算，确定其运行参数(给出定值)。从而使继电保护装置正确地发挥作用，保障电气设备的安全，维持电力系统的稳定运行。3.3发电机变压器继电保护装置的技术性能，必须与本标准中提出的具体规定和要求相符合。3.4发电机变压器继电保护装置必须满足可靠性、选择性、速动性及灵敏性的基本要求，正确而合理的整定计算是实现上述要求的关键。3.5本标准不涉及发电机变压器继电保护的配置；不列举保护装置的具体型式；按不同原理的保护分类编制；整定计算方法适用于国内通用的主要保护原理，本标准所列原理之外的保护其整定计算方法可参考制造厂家技术说明书。3.6部分保护装置的动作时限是根据GB14285给出的；对于未给出动作时限的保护装置，其动作时限应根据设备条件及电力系统的具体情况决定。3.7为简化计算工作，可按下列假设条件计算短路电流：3.7.1可不计发电机、调相机、变压器、架空线路、电缆线路等阻抗参数中的电阻分量；在很多情况下，可假设旋转电机的负序阻抗与正序阻抗相等。3.7.2发电机及调相机的正序阻抗，可采用次暂态电抗X″d的饱和值。3.7.3各发电机的等值电动势(标么值)可假设为1且相位一致。仅在对失磁、失步、非全相等保护装置进行计算分析时，才考虑电动势之间的相角差问题。3.7.4只计算短路暂态电流中的周期分量，但在纵联差动保护装置(以下简称纵差保护)的整定计算中以非周期分量系数Kap考虑非周期分量的影响。3.7.5发电机电压应采用额定电压值，系统侧电压可采用额定电压值或平均额定电压值，不考虑变压器电压分接头实际位置的变动。3.7.6不计故障点的相间和对地过渡电阻。3.8与电力系统运行方式有关的继电保护的整定计算，应以常见运行方式为计算用运行方式。所谓常见运行方式，是指正常运行方式和被保护设备相邻一回线或一个元件停运的正常检修方式。对于运行方式变化较大的系统，应由调度运行部门根据具体情况确定整定计算所依据的运行方式。3.9根据GB14285的规定，按照故障和异常运行方式性质的不同，机组热力系统和调节系统的条件，本标准所列各项保护装置分别动作于：a)停机：断开发电机或发电机变压器组(简称发—变组)断路器、灭磁，关闭原动机主汽门或导水叶，断开厂用分支断路器。b)解列灭磁：断开发电机或发—变组断路器和厂用分支断路器、灭磁，原动机甩负荷。c)解列：断开发电机或发—变组断路器，原动机甩负荷。d)降低励磁。e)减出力：将原动机出力减至给定值。f)缩小故障范围(例如断开母联或分段断路器)。g)程序跳闸：对于汽轮发电机，先关主汽门，待逆功率继电器动作后再断开发电机或发—变组断路器并灭磁；对于水轮发电机，先将导水叶关到空载位置，待逆功率继电器动作后再断开发电机或发—变组断路器并灭磁。h)信号：发出声光信号。3.10除特殊说明外，本标准列出的计算公式，无论用有名值或标么值进行计算，其计算结果(电流、电压、阻抗等)应以二次侧有名值的形式给出。4发电机保护的整定计算4.1定子绕组内部故障主保护定子绕组内部故障包括相间短路、同相不同分支间短路、同相同分支匝间短路和定子绕组的分支开焊故障。4.1.1比率制动式纵差保护比率制动式纵差保护仅反应相间短路故障。具有比率制动特性的差动保护的二次接线如图1所示。当差动线圈匝数Wd与制动线圈匝数Wres的关系为时，差动电流制动电流式中：，——一次电流；，——二次电流；na——电流互感器变比。图1比率制动式差动保护原理接线图差动保护的制动特性如图2中的折线ABC所示。图中，纵坐标为差动电流Id，横坐标为制动电流Ires。为了正确进行整定计算，首先应了解纵差保护的不平衡电流与负荷电流和外部短路电流间的关系。发电机纵差保护用的10P级电流互感器，在额定一次电流和额定二次负荷条件下的比误差为±3%。因此，纵差保护在正常负荷状态下的最大不平衡电流不大于6%。但随着外部短路电流的增大和非周期暂态电流的影响，电流互感器饱和，不平衡电流将急剧增大，实际的不平衡电流与短路电流的关系曲线如图2中的曲线OED所示。图2比率制动式差动保护的制动特性发电机外部短路时，差动保护的最大不平衡电流由式(1)进行估算(1)式中：Kap——非周期分量系数，取1.5～2.0；Kcc——互感器同型系数，取0.5；Ker——互感器比误差系数，取0.1；——最大外部三相短路电流周期分量。比率制动特性纵差保护需要整定计算以下三个参数：1)确定差动保护的最小动作电流，即确定图2中A点的纵座标Iop.0为(2)式中：Krel——可靠系数，取1.5；Ign——发电机额定电流；Iunb.0——发电机额定负荷状态下，实测差动保护中的不平衡电流。实际可取Iop.0＝(0.10～0.30)Ign／na，一般宜选用(0.10～0.20)Ign／na。如果实测Iunb.0较大，则应尽快查清Iunb.0增大的原因，并予消除，避免因Iop.0过大而掩盖一、二次设备的缺陷或隐患。发电机内部短路时，特别是靠近中性点经过渡电阻短路时，机端或中性点侧的三相电流可能不大，为保证内部短路时的灵敏度，最小动作电流Iop.0不应无根据地增大。2)确定制动特性的拐点B。定子电流等于或小于额定电流时，差动保护不必具有制动特性，因此，B点横坐标Ires.0＝(0.8～1.0)Ign／na(3)当Ires.0＞Ign／na时，应调整保护内部参数，使其满足式(3)。3)按最大外部短路电流下差动保护不误动的条件，确定制动特性的C点，并计算最大制动系数。设C点对应的最大动作电流为Iop.maxIop.max＝KrelIunb.max(4)式中：Krel——可靠系数，取1.3～1.5。C点对应的最大短路电流与最大制动电流Ires.max相对应。C点的最大制动系数Kres.max按下式计算Kres.max＝Iop.max／Ires.max＝KrelKapKccKer(5)式(5)的计算值为Kres.max＝0.15，可确保在最大外部短路时差动保护不误动。但考虑到电流互感器的饱和或其暂态特性畸变的影响，为安全计，宜适当提高制动系数值。图2中，取C点的Kres.max≈0.30。该比率制动特性的斜率S(6)A、B、C三点确定的制动特性，确保在负荷状态和最大外部短路暂态过程中可靠不误动。按上述原则整定的比率制动特性，当发电机机端两相金属性短路时，差动保护的灵敏系数一定满足Ksen≥2.0的要求，不必进行灵敏度校验。4.1.2标积制动式纵差保护设发电机机端和中性点侧电流分别为和，它们的相位差为，令标积ItIncos为制动量，为动作量，构成(7)式中：Kres——制动系数，取0.8～1.2。外部短路时，＝0°，式(7)右侧表现为很大的制动作用。当发电机内部短路时，可能呈现90°＜＜270°，使cos＜0,式(7)右侧呈现负值，即不再是制动量而是助动量，保护灵敏动作。本保护仅反应相间短路故障。4.1.3故障分量比率制动式纵差保护该保护只与发生短路后的故障分量(或称增量)有关，与短路前的穿越性负荷电流无关，故有提高纵差保护灵敏度的效果。本保护仅反应相间短路故障，其动作判据为(8)式中：Δ——发电机机端侧故障分量电流；Δ——发电机中性点侧故障分量电流。故障分量纵差保护的动作特性如图3，图中＝－，Δ＝。直线1为故障分量纵差保护在正常运行和外部短路时的制动特性；直线2为故障分量纵差保护在内部短路时的动作特性，其斜率S≥2.0；直线3为故障分量纵差保护的整定特性。整定计算如下：a)纵差保护动作特性(直线3)的倾角，一般取＝45°，即制动系数Kres＝1.0。b)最小动作电流ΔId0≈0.1Ign／na，或ΔId0＞负荷状态下微机输出最大不平衡增量差流。c)灵敏系数校验：Ksen＝ΔI