微机保护原理及整定计算

微机保护原理及整定计算
讲课提纲
2008-11-26下午
一．简要介绍继电保护的任务及基本要求
1．任务：当被保护元件故障时跳闸切除故障，当被保护元件不正常工作时发出信号报警。

电力系统运行中，由于风雨雷电影响，设备缺陷和绝缘老化，
运行维护不当和操作错误等原因，致使组成电力系统的电气元
件（发电机，变压器，母线，输电线路等）可能发生故障和不
正常工作状态。

故障主要是各种类型的短路包括三相短路，两相短路，两相接
地短路，单相接地短路，以及发电机，变压器同一相绕组的匝
间短路。

常见的不正常工作状态是过负荷，系统振荡和频率降
低。

故障的危害是故障点及故障回路的设备可能损坏，影响用
户供电及系统稳定。

2．基本要求：选择性，快速性，灵敏性，可靠性。

选择性：指保护装置选择故障元件的能力
断路器失灵后宜采用远后备
220KV及以上电压线路宜采用近后备，含主备两套快速性：快速切除故障可以减小故障元件的损坏程度，加快非故障部分电压的恢复，为电动机自启动创造有利条件，提高电网系统运
行的稳定性。

灵敏性：指保护装置对被保护电气元件可能发生的故障的反应能力，灵敏性通常用灵敏系数K来衡量，灵敏系数应根据对保护装置动作最不利的条件进行计算。

对于过量保护K=保护区末端金属性短路时故障参数的最小计算值/保护装置整定动作值
对于欠量保护K=保护装置整定动作值/保护区末端金属性短路时故障参数的最大计算值
一般K》1，对主保护不小于1.5-2,对后备保护不小于1.2-1.5
可靠性: 指保护装置应该动作时,它不应拒动, 而在不应该动作时,它不应误动,它与保护装置本身的设计,制造,安装质量有关,也于调试维护水平有关.
二．发电机保护原理判据及整定
运行中的发电机,定子绕组和励磁回路都可能发生故障,常见故障如下:1.定子绕组相间短路2. 定子绕组单相接地3. 定子绕组一相匝间短路4. 发电机,励磁回路一点或两点接地故障,
相应故障装设相应的保护含纵差保护,横差保护,零序保护,相间短路后备保护,过负荷保护, 励磁回路接地保护,过电压保护,失磁保护,逆功率保护.
1. 发电机差动保护原理及整定
4.1.1 二段式比率制动差动保护
装置设置二段式比率制动差动保护作为发电机的主保护，能反映发电机内部相间短路等故障。

其动作特性图如下：
I res.0
I res
I op
I
原理方程如下：
0.op op I I > ()0.res res I I ≤ ()0.0.res res op op I I S I I -+≥
()0.res res I I >
式中：
op I 为差动电流，op.0I 为差动动作最小值，res I 为制动电流，res.0I 为
制动电流最小值，S 为二段式比率制动系数。

差动电流的计算：
op 12
I I I =+&& 制动电流的计算：
/2res 12
I I I =-&& 式中：12
I &、为发电机定子绕组两侧二次电流矢量值。

4.1.2 TA 断线闭锁
当TA 断线时，可能引起差动保护的误动作，故可通过TA 断线识别来闭锁差动保护。

当
三相电流大于等于0.2In 时，启动TA 断线判别程序，当同时满足以下条件时，认为TA 断线：
1) 三相电流中至少一相电流不变（变化范围小于±0.2A ）； 2) 最大相电流小于1.2倍额定电流（线路正常）；
3) 三相电流中一相或两相无电流。

TA 断线闭锁逻辑如下：
TA 断线投入
TA 断线
TA 断线闭锁投入
断线告警显示远传
4.1.3 差流速断保护
装置设置差流速断保护，在装置检测到任一相差流大于差流速断整定值时，立即保护动作出口，动作于断路器跳闸，并且发出跳闸信号。

4.1.4 差流越限告警
装置设置差流越限告警功能，在装置检测到任一相差流大于差流越限告警整定值时，差流越限告警，并发出差流越限告警信号。

整定: 其动作特性图如下所示：
I res res.0
I op.0
I op
A
需要整定的即为上图中所示的A 、B 、C ，图中OD 线为实测系统不平衡电流，二段式比率制动差动保护的整定值应该躲过系统的最大不平衡电流。

1.1.1 发电机一次额定电流计算
一次额定电流计算公式： n
f n n f U P I 113cos /θ=
式中： n P 为发电机额定容量， θcos 为发电机功率因数， n f U 1为发电机机端额定电压。

1.1.2 发电机二次额定电流计算
二次额定电流计算公式：fLH
n f n f n I I 12=
式中：n f I 1为发电机一次额定电流，fLH n 为发电机TA 变比。

1.1.3 最小动作电流op.0I 的整定（A 点）
op.0I 的整定应按保证系统最大负荷时产生的不平衡电流下保护不动作，即： op.0rel f2n I K TA I =⨯⨯V ，
式中，TA V 为互感器误差，rel K 为可靠系数，一般取1.5。

例如：10P 互感器误差大约为±3％，且高、低压共2个电流互感器，则有.02op f n I 1.50.032I =⨯⨯⨯，当计算的差电流定值小于0.5A 时，建议取(0.1～0.2) n f I 2，充分考虑系统的安全性，一般应选择(0.1～0.2)
n f I 2。

在特殊情况下，可以根据实际测试的不平衡电流来整定较大的值。

1.1.4 差动保护最小制动电流res.0I 的整定（B 点）
一般整定为res.0I =（0.8～1.0）n f I 2，根据实际情况选取，若没有特殊要求应取较小值。

1.1.5 比率制动系数S 的整定（C 点）
在(3)k.max
I
下，纵联差动保护最大不平衡电流为D 点；保护的最大制动电流应为C 点，按
定义则有：
rel aper st t S K K K f =⨯⨯⨯；
式中： i f 电流互感器误差（10P TA 互感器为±3％，5P TA 互感器为1％）；st K 为互感器同型系数，取0.5；rel K 为可靠系数，取1.3～1.5；；aper K 非周期系数，取1.5～2.0。

实际工程应用中，考虑到电流互感器的饱和或TA 暂态特性的不一致，推荐S 取0.3～0.5。

其保护灵敏度校验：以机端两相金属性短路（发电机不与系统并列）计算保护灵敏度，要求灵敏度不小于2，若没有特殊情况应取较小值。

1.2 差动速断电流的整定
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，一般可取3～8 倍额定电流，若没有特殊要求应取较小值。

1.3 差流越限电流的整定
差流越限反映差动回路中差电流过大，给出告警信号；
差流越限电流定值：一般按躲过机组正常运行时的最大不平衡电流整定，推荐整定为0.5～0.8op.0I ；差流越限动作时间定值：一般整定为1.0～3.0s ，，若没有特殊要求应取较小值。

2．发电机后备保护原理及整定含复合电压启动过流,过压,定子一点接地,, 转子一点接地,,失磁保护,逆功率等
IMP —3402
4.1.1复合电压启动过电流保护
装置设置复合电压启动过电流保护，并且设置为低电压或负序电压启动，同时设置TV 断线闭锁；复合电压启动、TV 断线可以实现单独投/退。

保护动作后，装置自动闭锁相应保护功能，当且仅当装置复归或电流由故障量恢复到整定值的80%以下，装置解除闭锁，保护判据如下：
保保保保
保保保保保保
Uab<保保保保Ubc<保保保保Uca<保保保保
U2>保保保保保保
PT 保保保保保保
P T 保保
保保保保保保
保1
保保保保保保保保
Ic>保保保保
Ib>保保保保Ia>保保保保保保保保保保保保保保
保保2
保护动作后，经T1延时跳闸1动作，跳闸1作用于跳发电机母联开关，经T2延时跳闸2动作，跳闸2作用于下跳发电机断路器和灭磁开关。

低电压启动过电流保护功能具有带有电流记忆功能，以适用自并励发电机系统，可以通过控制字设置其投退。

4.1.2 过电压保护
装置设置过电压保护，作为发电机突然甩负荷时出现的过电压保护。

保护动作后，装置自动闭锁相应保护功能，当且仅当装置复归时，装置解除闭锁。

保护判据如下：
当投入过电压保护且发电机定子端口任一线电压大于过电压定值，经过Tgy 延时后，保护跳发电机断路器和跳灭磁开关。

4.1.3发电机3U 0 综合定子接地保护
装置设置发电机3U 0综合定子接地保护，其保护功能由两部分构成，以实现定子100％接地保护功能。

1）基波3U 0发电机定子接地保护
零序电压取自发电机机端TV 的开口绕组或中性点TV 二次侧(也可从消弧线圈付方绕组取得)，当发电机3U 0大于保护定值时保护动作，装置可发信号或作用于跳闸，跳闸动作于跳发电机断路器和跳灭磁开关，保护具有TV 断线闭锁功能，以防止TV 断线情况下的保护误动作。

中性点电压的投退用来表示是否采用中性点的零序电压作为保护判断用，如果投入，则需要设置“3U 0中”电压定值，其与发电机机端零序电压共同构成保护判据。

当任意一个条
件满足时，保护出口。

如果退出，则只采用发电机机端零序电压作为判据。

2）三次谐波3U 0定子接地保护
当发电机中性点侧（即定子绕组50％靠近中性点的一侧）发生单相接地故障时，则有
1U U 3N
3E
>，且接地点越靠近中性点比值越大，其中U 3E 为发电机机端的3次谐波，U 3N 为发
电机中性点的3次谐波。

采用机端零序基波电压大于整定值、采用发电机机端零序三次谐波电压大于中性点零序三次谐波电压就可以实现发电机100％定子接地保护。

零序电压取自发电机机端TV 的开口绕组和中性点TV 二次侧(也可从消弧线圈副方绕组取得)。

可作用于报警信号或作用于跳闸，保护动作于跳发电机断路器和跳灭磁开关。

保护判据如下：
保保保保
保保保保保保保保保保保保保3U 0保>3U 0保保TV 保保保保
TV 保保
保保保3U 0保保保保
保保保保保保保保保保保保保
保保2
3U 0保保>3U 0保保保
保保1
0E k13U >k2⨯
判据0E 0N k13U >k23U Du ⨯⨯+中，K1和K2是调整系数，默认情况下为1，Du 是浮动
电压门坎，默认为0，以躲过正常情况下或扰动信号的干扰，这三个值可根据现场情况灵活调整。

在基波电压判断部分，保护动作后如果作用于跳闸，经延时1跳断路器和灭磁开关，在3次谐波电压判断部分，保护动作后如果作用于跳闸，经延时2跳断路器和灭磁开关。

4.1.4发电机3I 0定子接地保护
装置设置发电机3I 0定子接地保护，作为反映发电机的零序电流过流的保护功能，并且具有三次谐波滤除功能。

零序电流取自发电机专用零序TA ，发电机3I 0定子接地保护一般用于具有发电机电压母线且有电缆出线的情况。

当发电机3I 0大于保护定值时，保护动作跳发电机断路器同时跳灭磁开关，保护动作可以选择作用于报警信号或作用于跳闸。

4.1.5负序过电流保护
发电机由于负荷不平衡或外部不对程短路而产生的负序电流，将会产生负序旋转磁场，它将会在转子本体等部分感应出倍频电流，此电流在转子中部沿轴向流通，在转子端部附近沿周界方向形成闭合回路。

该电流将引起转子过热，在端部、各接触面等电流密度很高的部位造成局部烧伤。

如不及时处理就可能严重损坏发电机。

因此电力规程要求容量在50MW 及以上的或者可能经常出现负序过负荷的发电机上，应装设负序过电流保护。

负序电流保护由三种功能构成，定时限负序过负荷保护，定时限负序过流保护和反时限负序过电流保护。

1) 定时限负序过负荷保护。

当保护计算负序电流大于负序过负荷整定值时，经延时发
告警信号。

2) 定时限负序过电流保护。

当计算负序电流大于负序过流整定值时，经延时保护出口，
定时限负序过电流作用于跳母联开关，用于和反时限负序过电流保护配合实现选择性。

3) 反时限负序过电流保护原理如下：
动作方程：2
2()I a t A ->，其中I 2为负序电流值，A 为发电机过热时间常数，范围通
常是1～50，a 为散热系数，范围通常是1～2。

保护的反时限特性曲线由三部分构成：上限短延时、反时限及下限长延时，其特性曲线如下图所示：
I
I up
I s I e
up
t s
反时限负序过电流保护判据如下：
2up
I >I s 2up
I <I <I e 2s
I <I <I
保保保保保保
其中，s I 为负序下限电流定值，s t 为下限长延时，up I 为负序上限电流定值，up t 为上限延时，A 为热值系数，a 为散热系数，e I 为负序最小电流值。

4.1.6频率异常保护
装置设置频率异常保护，通过采集的母线三相电压计算出系统频率，当频率大于或小于频率定值时，保护经延时出口。

保保F<保保保保
保保F>保保保保
DL 保保保保
DL 保保保保保保保保保保保保
保保保保保保保保
其中，T1为低频延时，当低频动作，经T1延时，跳发电机断路器和灭磁开关；
T2为过频延时，当过频动作，跳发电机断路器和灭磁开关。

4.1.7过负荷告警
装置设置发电机过负荷保护，过负荷可通过控制字选择动作或告警，其保护跳闸后，相应保护功能闭锁，仅有复归该装置，才能解除闭锁；若保护动作只报警，当故障量恢复到整定值90%以下，保护功能自动复归。

保护判据如下：
Ia ≥过负荷定值Ic ≥过负荷定值
Ib ≥过负荷定值过负荷保护投入
告警信号显示远传
保护中央信号
其中，Tn 为过负荷延时。

4.1.8 TV 断线告警
装置设置TV 断线告警功能，TV 断线后，保护输出报警信号。

待电压恢复正常后（线电压大于80V ）保护返回。

TV 断线判据为：
当发生三相电压和大于18V ，并且最大线电压与最小线电压差大于18V 时，保护延时5s 发告警信号，信号显示并且远传。

2 发电机后备保护（IMP-3402）整定说明 2.1 复合电压启动过流保护 2.1.1 低压dz U 的整定
对于汽轮发电机，按躲过电动机自启动或发电机失磁而出现非同步运行方式时的最低电压整定。

dz U =(0.5～0.6) ef U ，ef U 为发电机机端二次侧的额定电压；
对于水轮发电机，由于不允许在失磁情况下运行，因此低电压继电器的动作电压整定为：
dz U =0.7 ef U
式中：ef U ：发电机额定线电压。

灵敏系数计算为：. 1.5dz
lm cy max
U K U =
≥
式中：cy.max U 为后备保护范围末端三相短路时，保护安装处最大残压。

2.1.2 负序电压dz2U 的整定
复合电压闭锁中的负序电压元件按躲过正常运行最大不平衡电压整定，经验公式为：
dz2U =(0.06～0.09) ef U
灵敏度计算为：2
1.5
2.min
lm dz U K U =
≥ 式中： 2.min U 为后备保护范围末端两相短路时，保护安装出的最小负序电压值。

2.1.3 过电流dz I 的整定
按发电机额定电流整定，即
f
n
f rel dz K I K I 2=
式中：rel K 为可靠系数，取1.2～1.5；f K 为返回系数，取0.85～0.95；n f I 2为二次额定电路。

灵敏度计算为： 1.25(2)d.min
lm dz
I K I =≥
式中：(2)
d.min I 为后备保护范围末端两相短路时，通过本保护的最小短路电流。

2.1.4 时间f t 的整定
按大于相邻元件保护最大时限'
m ax .dz t 的（2～3）个时间级差Δt 整定，即
(2'
f dz.max t t =+～t ∆)3
式中：'
dz.max t 为相邻元件保护最大动作时限；Δt 为时间级差，一般为0.4～0.5s 。

2.2 过负荷保护整定
保护装置的动作电流整定为：
f
n
f rel dz K I K I 2=
式中：rel K 为可靠系数，取1.05；f K 为返回系数，取0.85～0.95；n f I 2为二次额
定电流。

动作时限：保护延时按躲过后备保护的最大延时整定，应比发电机过电流保护动作时限大（1～2）Δt 。

2.3 过电压保护的整定
定子过电压保护的整定值，应根据电机制造厂提供的允许过电压能力或定子绕组的绝缘状况整定。

a) 对于200MW 及以上汽轮发电机：ef op U U ⨯=3.1
式中：ef U 为发电机额定相间电压（二次值）。

延时0.5s 动作于解列灭磁。

b) 对于水轮发电机： ef op U U ⨯=5.1
延时0.5s 动作于解列灭磁。

c) 对于采用可控硅励磁的水轮发电机： ef op U U ⨯=3.1
延时0.3s 动作于解列灭磁。

2.4 定子接地保护的整定
发电机中性点接地方式主要有以下三种： ——不接地（含经单相电压互感器接地） ——经消弧线圈（欠补偿）接地 ——经配电变压器高阻接地
在发电机单相接地故障时，不同的中性点接地方式，将有不同的接地电流和动态过电压以及不同的保护接口方式。

2.4.1 基波零序电压型定子接地保护
中性点基波零序电压保护应按躲过正常运行时零序电压互感器的最大不平衡电压整定，一般整定为5V ～10V 。

机端基波零序电压保护应校核系统机端接地短路时，通过升压变高低压绕组间的每相耦合电容传递到发电机侧的零序电压。

从定值及延时两方面与系统接地保护配合。

一般整定为15V ～30V （二次值）。

动作时间整定为1s ～9s ，一般可以取2s 。

2.4.2 零序电流型定子接地保护
此保护取发电机中性点对地电流，必须经3次谐波阻波环节，作为90％定子接地的基波零序过电流保护，其动作电流op I 为
%1%1)
1(05.0U U K I er op ∆+∆--=×a
K n I )
1(×er n n I I I ∆+22
式中0.05 — 保护动作死区位于发电机中性点附近5%处；
er K —电流互感器比误差系数，er K =3%；
%U ∆—发电机机端电压变化百分数，%U ∆=10%；
)1(K I —机端单相金属性接地电流；
a n —电流互感器变比；
n I 2—电流互感器二次额定电流；
er I ∆—电流保护继电器动作电流误差,取er I ∆为5%。

保护应经0.5s 延时动作于停机。

IMP--3403
4.1.1转子一点接地保护原理
转子一点接地切换原理如下示意图所示：
以下分析基于：J1和J2不接通。

(1) 当S1合，S2分
aE = (R+Rs+Rx)I1 U1 = I1×Rs
已知量E ，U1，R ，Rs ，未知量Rx ，I1，a (2) 当S1分，S2合
(1-a)E ’ = (R+Rs+Rx)I2 U2 = -I2×Rs
已知量E ’，U2，R ，Rs ，未知量Rx ，I2，a
联合以上4个方程式，就可以求出4个未知量Rx ，I1，I2，a 。

Rx ＝EE ’Rs/(E ’U1-EU2) – (Rs+R)
a = E ’U1/(E ’U1-EU2)
注：转子一点接地保护要求励磁回路正常，并且励磁电压满足大于40V 时保护启动。

4.1.2发电机低励失磁保护原理
TV 断断断断U g<U gset
I g
U ed<U eset
保保
U g 保
保保保
保保保保保保
保保
其中：Ug ：发电机电压
Ig ：发电机电流 Ued ：转子电压 1）Ugset 的整定
母线低压元件用以监视母线电压，按保证电力系统安全运行所允许的最低电压整定，当系统三相电压同时低于设定定值时该元件动作。

Ugset 可取（0.75～0.90）Ugn ，Ugn 为发电机额定相电压。

2）阻抗园的整定
按静稳态边界阻抗圆进行整定，如下图所示：
静稳边界阻抗判据动作特定设计（ZA 与ZB 分别为圆与JX 轴的上下两个交点，全部以绝对值整定）：
圆心：1
(0,
())2
A B Z Z -，因此 圆方程为：222
11[()]()24
A B A B x y Z Z Z Z +--≤-
静稳边界判据满足后，至少延时1～1.5s 发失磁信号或跳闸以躲开系统振荡。

扇形与
R 轴的夹角α取12度是为了躲开发电机出口经过渡电阻的相间短路，以及躲开发电机的正常进相运行。

L1（正）：tan y x α=⨯，取下限tan y x α≤⨯
L1（负）：(tan )y x α=⨯-，取下限tan y x α≤-⨯
以上三个不等式同时满足，表示静稳边界阻抗圆判据满足。

当异步圆满足时，发电机已经处于异步运行状态，这对于水轮机来说是不允许的。

在单一判据产品中一般采用异步阻抗圆判据以防止保护误动，但是在微机保护由于采用了转子和定子端的综合判据，不会轻易误动。

也可以采用进入静稳阻抗圆发信号，进入异步阻抗圆跳闸方式。

但是在低压等级的水轮机保护中没有这个必要。

如果有发电机无法引出转子电压，则采用异步阻抗圆判据。

3) 励磁低压的整定
按躲开空载运行时的最低励磁电压整定。

Ueset 整定为（0.2～0.8）U fd0，U fd0为发电机空载励磁电压(V)，一般取0.8U fd0。

4) 灭磁开关位置
装置在检测到发电机断路器位置信号为合时，开始检测灭磁开关位置信号，如果灭磁开关为分则立即出口，跳开发电机短路器。

注：静稳阻抗园的接线方式为0度接线方式，即[Uab,Iab]，b
I a I b
U a U ab I ab U Z ϖϖϖϖϖϖϖ－－＝＝。

4.1.3 发电机逆功率保护原理
逆功率保护继电器构成。

首先精确测量系统功率大小：
cos cos cos a a a b b b c c c P U I U I U I ϕϕϕ=++
如果发现功率为负值，且绝对值小于定值，则延时1～5S 发信号，延时10～600S 可用
于跳闸，此逆功率定值为二次电量计算值。

定值整定Pset ＝K （Pset1＋Pset2）。

K ： 可靠系数，0.5～0.8；
Pset1：水轮机在逆功率运行时的最小损耗，一般去额定功率的3～4%； Pset2：发电机在逆功率运行时的最小损耗，一般去额定功率的1～1.5%。

3 发电机后备Ⅱ保护（IMP-3403）整定说明 3.1 转子一点接地保护
汽轮发电机通用技术条件规定：对于空冷及氢冷的汽轮发电机，励磁绕组的冷态绝缘电阻不小于1M Ω，直接水冷却的励磁绕组，其冷态绝缘电阻不小于2k Ω。

水轮发电机通用技术条件规定：绕组的绝缘电阻在任何情况下多不低于0.5k Ω；
转子一点接地定值：一般整定:10～40 k Ω，延时t=5s 。

3.2 发电机失磁保护的整定 3.2.1 静稳园判据
阻抗继电器取机端三相电压和三相电流，发电机低励失磁故障时静稳极限阻抗圆以阻抗平面),0(),0(q st jX D jX C -+为直径，此圆的Ⅰ、Ⅱ象限部分容易在非失磁故障情况下误动，而低励失磁故障的机端异步阻抗轨迹却位于Ⅲ、Ⅳ象限，所以将静稳极限阻抗圆修正为阻抗扇形圆弧OADB ，切去阻抗圆的Ⅰ、Ⅱ象限部分，减少失磁保护误动机会。

定值整定：
阻抗圆：XA=OC= st jX ，XB=OD jXq -=； 倾角：β=10°～15°（本装置固定为12°）； 时间元件:按躲系统振荡周期整定，用户自行整定；
负序电压闭锁元件：为了防止外部故障或PT 断线保护误动。

一般整定为6～10V 。

整定算例： 电压为15.75 kV 、
cos ϕ=0.85、容量为200MW 的汽轮发电机，d X =198.08%、
d
X '=25.28%、额定电流为8.625 kV 、配置有阻抗圆构成的失磁保护，试计算其失磁保护定值（电流互感器变比为12000/5，电压互感器变比为15.75/01）。

阻抗圆整定为
12A d X j
X '=12LH YH n j n =×0.24282400
1.9590157.5
=Ω∠︒
Ief
Uef X K X d
K B 3-=
1.2LH
YH
n j n =-× 1.980×=⨯⨯5
.1572400
625.8375.1538.2
︒-∠Ω90
时限元件整定：5.1=t s 时，定子判据动作。

3.2.2 转子（励磁电压）判据
采用转子低电压作为系统故障或系统振荡时的闭锁元件, 其整定值为：
0.fd rel op fd U K U ⨯=
式中：rel K 为可靠系数，取0.20～0.50； 0fd U 为发电机空载额定励磁电压，本装置认为在40V 以上的转子电压有效，否则转子判据不满足；
动作延时为0.2～0.5s ，本装置固定为0.2s 。

3.2.3 系统低电压判据
一般取系统侧母线电压，本判据主要用于防止由发电机失磁故障引发的无功储备不足的系统电压崩溃，其三相同时低电压动作判据：
min .3.h rel ph op U K U ⨯=
式中： rel K 为可靠系数，取0.85～0.90；m in .h U 为高压侧系统最低正常运行电压。

本判据也可以取发电机机端电压，一般按（0.85～0.90）Uef 整定。

3.3 发电机逆功率保护整定
逆功率保护继电器构成。

首先精确测量系统功率大小：
cos cos cos a a a b b b c c c P U I U I U I ϕϕϕ=++
如果发现功率为负值，且绝对值小于定值，则延时1～5S 发信号，延时10～600S 可用于跳闸。

定值整定()set set1set2P K P P =+ K ： 可靠系数，0.5～0.8；
set1P ：水轮机在逆功率运行时的最小损耗，一般去额定功率的3～4%；
set2P ：发电机在逆功率运行时的最小损耗，一般去额定功率的1～1.5%。

三. 变压器保护原理判据及整定
1. 变压器差动保护原理及整定
4.1基本保护功能原理
4.1.1 二段式比率制动差动保护
装置设置二段式比率制动差动保护作为变压器的主保护，能反映变压器内部相间短路故障以及匝间短路等故障，并能正确区分励磁涌流、过励磁故障。

其动作特性图如下：
I res.0
I res
I op
I
图中阴影部分要经过励磁涌流判别才出口。

原理方程如下：
0.op op I I > ()0.res res I I ≤ ()0.0.res res op op I I S I I -+≥
()0.res res I I >
式中：
op I 为差动电流，op.0I 为差动动作最小值，res I 为制动电流，res.0I 为制动电流
最小值，S 为二段式比率制动系数。

差动电流的计算方法：
212
211I I TA U TA U I op &
&+=
制动电流的计算方法：
111222
/2res U TA I I I U TA =
-&&
式中：
12U 、为变压器两侧单相电压（取额定电压），12TA 、为变压器两侧TA 变比（若
TA 为300/5，则变比为300/5=60），12
I &、为变压器两侧二次电流矢量补偿值。

4.1.2二次谐波闭锁
根据对变压器励磁涌流的谐波分析，励磁涌流中含有很大比例的二次谐波分量，而在变压器内部故障电流中，二次谐波的比例很小，因此，可以利用二次谐波制动原理来防止因变压器励磁涌流而导致的差动误动作。

二次谐波闭锁可通过控制字选择投入或者退出。

判断方程如下：
122op op I k I ⨯>
式中：op2I 为A 、B 、C 三相差动电流中最大二次谐波电流，2k 为二次谐波制动系数，op1
I 为三相差动电流中最大基波电流。

4.1.3 TA 断线闭锁
当TA 断线时，可能引起差动保护的误动作，故可通过TA 断线识别来闭锁差动保护。

当三相电流大于等于0.3A 时，启动TA 断线判别程序，当同时满足以下条件时，认为TA 断线：
1） 三相电流中至少一相电流不变（变化范围小于±0.2A ） 2） 最大相电流小于1.2倍额定电流（线路正常） 3） 三相电流中一相或两相无电流。

保护判据如下：
TA 断线投入
TA 断线
TA 断线闭锁投入
断线告警显示远传
4.1.4 相位补偿
电力系统中变压器最常见的接线方式为Y,D-11方式，即高压侧为星形接法，低压侧为
三角形接法，并且电流互感器普遍采用Y-Y 接法，这样就造成Y 侧电流滞后Δ侧电流300
，因此对于Y 侧电流，在装置内部要进行相位补偿。

如下图所示为高、低压侧电压矢量图，其中AB 为高压侧Iab 的电流矢量，ab 为低压侧Iab 的电流矢量，本装置是以高压侧电流向量为基准，将高压侧的相位逆时针旋转30度。

计算方法如下：。