发电机变压器组保护整定

1、原始资料
某发电厂要扩建一个新厂，安装两台发电机变压器组，主接线如图(a)所示。

已知参数如下：
（1）发电机 e P =200MW ，cos ϕ=0.85，e U ==15.75kV ，195%d x =，'
24%d
x =，''
14.5%d x =；变压器e S =240MV A ，d U =0.105，接线Y ∆-11，分接头
1212 2.5%15.75kV ±⨯，分级绝缘。

（2）相间短路后备保护范围末端两相短路时，流经发电机的最小短路电流为14900A 。

（3）110kV 母线上出线后备保护动作时间为6s 。

出线的零序后备保护最大动作电流为3250A ，最大动作时间为5s 。

在最大运行方式下，出线的零序后备保护范围末端接地短路时流经变压器的零序电流为620A ，故障线路上的零序电流为903A 。

在最小运行方式下，出线末端金属接地短路时，流经变压器的最小零序电流为1100A 。

（3）保护设计所需的最大三相短路电流的计算结果如图(b)、(c)所示。

它们是归算到115kV 的安数(括号内为最小三相短路电流值)。

（a ）主接线图
(b)110kV 母线短路时，短路电流分布图： (c)15．75kV 母线短路时，短路电流分布图
2、设计内容
⑴、
发电机变压器组的保护方式
发电机变压器组的容量为200MW ，发电机与变压器之间无短路器，因此，除发电机变压器组需装设公用纵差动保护外，发电机、变压器均装设单独的纵差动保护。

按照保护安装设规程，需安装的保护如下： ①、发电机变压器组： 纵差动保护 ②、发电机：a 、纵差动保护
b 、定子接地保护（零序电压保护）
c 、定子绕组匝间短路保护
d 、定子绕组过电压保护
e 、相间短路的后备保护（负序过电流保护+低电压起动保护）
f 、定子绕组过负荷保护（定时限+反时限）
g 、逆功率保护
h 、失磁保护 ③、变压器：a 、纵差动保护 b 、瓦斯保护 c 、单相接地保护 d 、过负荷保护 e 、相间短路的后备保护 ⑵、保护整定计算 Ⅰ、发电机
①、发电机纵差动保护（BCH-2高灵敏度接线） 发电机额定电流：
为统一测量仪器的规格，电流、电压互感器的二次侧电流、电压分别取5A 、100V 。

因此，电流、电压互感器的变比分别为： 互感器二次侧电流: a 、平衡线圈的P W 的选择
按二次回路断线时非段线相保护不动作选择 可取P W =12
b 、差动线圈C W 的选择
按一相断线时断线不动作的条件选择 取C W =25 c 、动作电流 取=2.5dz I A d 、灵敏度校验
(
)
2max 115
8523215.7510.772000 2.5
k l L dz I K n I ⨯
===⨯﹥2 e 、断线监视器CJJ 整定
②、定子接地保护（零序电压保护）
发电机变压器组的高压侧为中性点非直接接地系统而发电机电压网络的中性点不接地或经消弧线圈接地时，一般在发电机电压侧装设零序电压保护并作用于信号，其动作值应满足
不平衡电压bp U 是由电压互感器的误差和三次谐波电压而引起的，通常bp
U 可达10～15V ，所以取零序电压保护的动作电压dz.j 15V U =。

③、定子绕组匝间短路保护（横差动保护） 横差动电流互感器变比计算 取1L n =500。

动作电流 取d op I g =5A
④、定子绕组过电压保护 动作整定值： 动作时间：
④、低电压起动保护
电流继电器动作电流按躲过额定电流整定： 电压继电器动作电压按躲过最低允许运行电压整定： 灵敏度按变压器高压侧母线三相短路的最小短路电流校验：
115
476315.75 2.8586.0852000lm I
K ⨯
=
=⨯g ﹥1.5 变压器母线短路，保护安装处最大剩余电压： 电压灵敏度：
保护整定时间比110KV 母线出线后备保护多一个t ∆ ⑤、负序过电流保护
动作电流按发电机转子发热条件整定： 灵敏度校验： 动作整定时间：
⑥、定子绕组过负荷保护
a 、 定时限 动作电流整定： 动作时间整定： 该保护动作于信号
b 、反时限
下线动作电流整定：
按与定时过流保护动作电流配合 上线动作电流整定：
按躲过高压母线最大短路电流计算 ⑦、失磁保护
该保护采用LZ-2失磁继电器，它的方框图如图1所示。

图1 LZ-2型失磁继电器构成的失磁保护
系统各元件的电抗归算到15.75KV 侧的二次电抗值分别为：
发电机： 2
215.752000
1.95
1.9526.08235.5157.5
N L d N Y U n x S n ⨯==⨯=Ω⨯ 系统： 215.752000
0.135 4.25100157.5x x ⨯=⨯
=Ω⨯ 变压器： 215.752000
0.105 1.38240157.5
B x ⨯=⨯
=Ω⨯ 保护整定：
a 、 按等电压阻抗圆整定1SCJ
取变压器高压侧母线电压0.8b e U U =，即0.8K =，则等电压阻抗圆圆心的坐标为
00r =
等电压阻抗圆的半径为：
从而， 09.44 6.18 3.26a x r x =+=-=Ω b 、按临界失步阻抗圆整定2SCJ 从而，阻抗圆的圆心为： 半径为
c 、 闭锁元件的整定
负序电流闭锁元件的动作值采用定时限负序过电流保护的动作值： 低电压闭锁元件的动作值按临界电压整定： 电路回路断线闭锁元件的整定值： d 、时间元件的整定
1SJ ：从考虑躲避振荡出发：取0.5s
2SJ ：汽轮发电机失步以后可以运行一段时间，以便运行人员采取措施，使之恢复同步运行，取120s
3SJ ：发信号的延时，它大于后备保护的动作时间，取9s 。

Ⅱ、变压器 ①、差动保护 高压侧：
电流互感器采用∆接法，变比： 取1400L n =
电流互感器二次侧电流 低压侧：
电流互感器采用Y 接法，变比： 取22000L n =
电流互感器二次侧电流
12I ＞22I
取高压侧为基本侧
a 、 确定保护装置的一次动作电流 躲过变压器励磁涌流：
躲过外部短路时最大不平衡电流： 其中，
躲过电流互感器二次回路断线时最大负荷电流： 取基本侧的动作电流7.44dz I A = b 、基本侧差动线圈
取8cd W =
c 、 非基本侧的工作线圈匝数g W 和平衡线圈匝数p W ： 取1p W =匝
实际工作线圈=189g p cd W W W +=+=匝 d 、计算f ∆
1.021
0.00221.028
p j p p j cd
W W f W W --∆=
=
=++g g ＜0.005 不必重算
e 、确定制动系数和制动线圈匝数：
制动系数按躲过非基本侧外部短路时的最大不平衡电流整定： 制动线圈匝数： 取2z W =匝 f 、灵敏度
110kV 侧的工作安匝为：
110110514728154.41400
g g cd AW I W ==
⨯=安匝
15.75kV 侧的工作安匝为：
15.7515.7515.75115
476315.759156.502000
g g g AW I W ⨯
==
⨯=安匝 总工作安匝：
154.41156.50310.91g AW =+=安匝
短路电流产生的制动安匝： 负荷电流产生的制动安匝： 总制动安匝： 则62zd AW =安匝 灵敏度：310.9
5.0162
g lm zd
AW K AW =
=
=＞2
②、变压器接地保护 a 、动作值整定：
零序电压保护的动作电压通常取二次值为5V
，电压互感器的变比Y n =
故零序电压保护的一次动作电压为053175dz U V ==
零序电流保护整定按一下两个条件整定：
与被保护侧母线出线的零序电流保护的后备段在灵敏度上配合，一次动作电流为：000 1.20.68732502679dz p fz dzl I K K I A ==⨯⨯=
与中性点不接地运行的变压器的零序电压保护在灵敏度上的配合 选用动作电流02679dz I A = b 、灵敏度校验
min 00331100
1.232679
k lm dz I K I ⨯=
==＞1.2 c 、动作时间整定
Ⅲ、发电机变压器组差动保护 a 、求制动线圈与差动线圈之比 其中420
tan 0.351200
α=
= 110kV 短路时，
15.75kV 侧厂用分支外部短路时， 由此可知，110kV 故障时，m 有最大值 b 、计算基本侧差动线圈 选择=6cdjb I 匝
c 、计算基本侧制动线圈匝数 取5zjb W =匝
d 、动作电流：
e 、 非基本侧差动线圈 取7cd
f W =匝
f 、 非基本侧制动线圈 取6zf W =匝
g 、各侧的工作线圈匝数 基本侧：
计算工作匝数： 11
6+0.8146=8.4422gjb js cdjb cdjb W W mW =+=⨯⨯g 匝
整定工作匝数： 11
=658.522gjb cdjb zjb W W W +=+⨯=匝
非基本侧：
计算工作匝数： 1222 4.968.449.514.4
gf js gjb js I W W I =
=⨯=g g 匝 整定工作匝数： 11
7610
gf cdf zf W W W =+=+⨯=匝。