发电机变压器继电保护整定计算

发电机变压器继电保护整定计算第一章一般规定保护定值的整定计算是配置和设计电力系统继电保护装置的一项主要内容，定值的整定计算正确与否决定了保护装置动作是否具有选择性和灵敏性。

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》已经出版发行，它对发电机和变压器继电保护的定值整定工作必将起到规范化的作用。

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。

为简化计算工作，可按下列假设条件计算短路电流：a.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。

b.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。

c.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。

d.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K ap考虑非周期分量的影响。

e.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。

f.不计故障点的相间和对地过渡电阻。

第二章 发电机保护的整定计算发电机内部短路包括定子绕组不同相之间的相间短路、同相不同分支之间和同相同分支之间的匝间短路，定子绕组的分支开焊故障，以及各种接地故障。

1 差动保护纵差保护是比较被保护设备各个引出端电气量（例如电流）大小和相位的一种保护，见图1。

发电机纵差保护的保护范围，除发电机定子绕组外还应包括发电机出口至断路器的连接线。

不同容量的发电机选用的差动保护装置不同，其整定计算方法也不尽相同。

图1 纵联差动保护原理图1.1 电磁式BCH-2型纵差保护 1.1.1 动作电流的整定计算发电机纵差保护的动作电流，按下面两个条件计算，并取其中较大者为整定值I dz.z 。

a. 躲过外部短路时的最大不平衡电流发电机外部短路时，差动保护的最大不平衡电流由式(2-1)进行估算a)3(max k er cc ap unb.max /n I K K K I = (2-1) 式中：K ap ——非周期分量系数，取1.5～2.0；K cc ——互感器同型系数，取0.5；K er ——互感器比误差系数，取0.1；I k.max (3)——最大外部三相短路电流周期分量。

（0.375左右）unb.max k dz I K I =式中：K k ——可靠系数，取1.2～1.3。

b. 为避免保护在TA （即CT ）二次回路断线时误动，保护动作电流应大于发电机的最大负荷电流e.f k dz I K I =式中：K k ——可靠系数，取1.3，I e.f ——发电机的额定电流。

取二者之中较大值作为动作电流。

差动继电器的动作电流为adz jx j dz n I K I =.式中：K jx ——接线系数；n a ——TA 变比。

1.1.2 差动线圈匝数W cd 的计算dz.jcd.js I AW W =(2-2) 式中：AW 0——BCH-2型差动继电器的动作安匝，取60；I dz.j ——继电器的动作电流。

差动线圈的整定匝数W cd.z ，应选择接近且小于计算匝数W cd.js 的整匝数。

1.1.3 灵敏系数校验2.)2(min .≥=zdz dlmI I K （2-3） 式中：)2(m in .d I ——发电机出口两相短路时流经保护的最小两相短路电流。

当灵敏系数不满足要求时，可采用高灵敏度接线的纵差保护。

1.2 高灵敏度接线的纵差保护用于10MW 及以上和电抗较大的发电机（如水内冷发电机），见图2。

图2 高灵敏度纵差保护原理接线图1.2.1 平衡线圈W p 匝数的选择为防止非断线相继电器的误动作，平衡线圈的匝数应按二次回路断线时非断线相保护不动作的条件进行选择。

e2k 0p.js I K AW W =（2-4） 式中：K k ——可靠系数，取1.1；I 2e ——发电机额定电流的二次值；AW 0——带速饱和中间变流器的差动继电器的动作安匝，取60。

平衡线圈的整定匝数W p.z 应选择接近且小于W p.js 的整数。

1.2.2 差动线圈W cd 的选择按一相断线时断线相不动作的条件选择，所以差动线圈应满足0p cd.js e 2K )(AW W W I K ≤-p e2k 0cd.js W I K AW W +≤将e2k 0p.js I K AW W =代入上式中，可得2ek 0cd.js 2I K AW W ≤（2-5） 差动线圈的整定匝数W cd.z 应选择接近且小于W cd.js 的整数。

1.2.3 动作电流的计算如果所选用的W cd 、W p 与计算值一样，且K k =1.1，并考虑AW 0≤I dz.j W cd ，则2e 02e k 0cd 0dz.j55.02I AW I K AW W AW I ==≥ （2-6） 1.2.4 灵敏度校验当发电机纵差保护范围内发生两相或三相短路时，短路电流将流经两相或三相的差动线圈，而平衡线圈中却没有电流流过，因而差动继电器能灵敏动作。

灵敏度的校验按式（2-3）进行。

1.2.5 断线监视继电器的整定计算CJJ 的动作电流应大于正常运行时最大不平衡电流，其动作时限应大于发电机后备保护的动作时限。

1.3 比率制动式纵差保护 1.3.1 基本原理比率制动式纵差保护对发电机定子绕组极其端部引线的相间短路故障有灵敏的保护作用，但对定子绕组的同相匝间短路和分支绕组开焊故障毫无反应。

具有比率制动特性的差动保护的二次接线如图2所示。

图2 比率制动式差动保护原理接线图当差动线圈匝数W d 与制动线圈匝数W res 的关系为d res W W 5.0=时， 差动电流：I I I n ⋅=⋅⋅d n1t1a -)/(制动电流： a res n I I I /)(5.0t1.n1..-=式中：I ⋅n1，I ⋅t1——一次电流；I ⋅n2，I ⋅t2——二次电流；n a ——电流互感器变比。

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I d ，横坐标为制动电流I res 。

图3 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(2-1)进行估算。

1.3.2 定值计算1.3.2.1 最小动作电流I op.0原则：应按躲过正常发电机额定负载时的最大不平衡电流条件整定。

图3中A 点的纵座标I op.0为I K I n I K I op.0rel gn a op. 0rel unb.0 20.03 ＝××／或＝ (2-7)式中：K rel ——可靠系数，取1.5；I gn ——发电机额定电流；I unb.0——在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I op.0＝(0.10～0.30)I gn ／n a ，一般宜选用(0.10～0.20)I gn ／n a 。

如果实测I unb.0较大，则应尽快查清I unb.0增大的原因，并予消除，避免因I op.0过大而掩盖一、二次设备的缺陷或隐患。

1.3.2.2 最小制动电流I res.0 （B 点）原则：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，I res.0＝(0.8～1.0)I gn ／n a (2-8)当I res.0＞I gn ／n a 时，应调整保护内部参数，使其满足式(2-8)。

1.3.2.3 比率制动系数S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I op.maxI op.max ＝K rel I unb.max (2-9)式中：K rel ——可靠系数，取1.3～1.5。

C 点对应的最大短路电流I k.max (3)与最大制动电流I res.max 相对应。

C 点的最大制动系数K res.max 按下式计算K res.max ＝I op.max ／I res.max ＝K rel K ap K cc K er (2-10)式(2-10)的计算值为K res.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，为安全起见，宜适当提高制动系数值。

图3中，取C 点的K res.max ≈0.30。

该比率制动特性的斜率()S I I In I ＝－／－op.max op.0k.max(3)a res.0(2-11)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K sen ≥2.0的要求，不必进行灵敏系数校验。

1.3.3 差动速断保护差电流速断是纵差保护的一个补充部分。

一般需躲过机组非同期合闸产生的最大不平衡电流。

对于大机组，取额定电流的3～4倍。

2.sd )43(gn I I -=1.4 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I ⋅t 和I ⋅n ，它们的相位差为φ，令标积I t I n cos ϕ为制动量，I I ⋅⋅t n-2I I K I I ⋅⋅≥t n res t n -2cos ϕ(2-12)式中：K res ——制动系数，取0.8～1.2。

外部短路时，ϕ＝0°，式(2-13)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°＜ϕ＜270°，使cos ϕ＜0,式(2-12)右侧呈现负值，即不再是制动量而是助动量，保护灵敏动作，不需要校验灵敏系数。

本保护仅反应相间短路故障。

1.5 不完全纵差保护本保护既反应相间和匝间短路，又兼顾分支开焊故障。

设定子绕组每相并联分支数为a ，在构成纵差保护时，机端接入相电流,但中性点侧TA1每相仅接入n 个分支，a 与n 的关系如下式1≤N ≤a /2 (2-13)式中：a 与N 的取值见表1。

表1 a 与n 的关系本保护不仅反应相间短路，还能对匝间短路和分支开焊起保护作用，其基本原理是利用定子各分支绕组间的互感，使未装设互感器的分支短路时，不完全纵差保护仍可能动作。

比率制动特性发电机不完全纵差保护的整定计算工作，除互感器变比选择不同于完全纵差保护外，其余均可按1.3.2，但当TA1与TA2不同型号时，互感器的同型系数应取K cc ＝1.0。