1、RCS-985G W發電機發電機保護保護RCS-985 RCS-985 發電機變壓器組保護發電機變壓器組保護 裝置的總體方案裝置的總體方案 裝置的關鍵技術裝置的關鍵技術 裝置的保護配置裝置的保護配置 保護的基本原理保護的基本原理 總體方案為總體方案為雙主雙后雙主雙后配置，即雙套主保護、雙套配置，即雙套主保護、雙套后備保護、雙套異常運行保護的配置方案。發變后備保護、雙套異常運行保護的配置方案。發變組單元的全套電量保護由兩套裝置構成，每套裝組單元的全套電量保護由兩套裝置構成，每套裝置內都有主保護和后備保護。置內都有主保護和后備保護。 一個發變組單元的兩套完整的電氣量保護其每套一個發變組單元的兩套完

2、整的電氣量保護其每套保護裝置采用不同組的保護裝置采用不同組的TATA，并有獨立的出口跳閘，并有獨立的出口跳閘回路。回路。 非電量保護出口跳閘回路完全獨立，和操作回路非電量保護出口跳閘回路完全獨立，和操作回路獨立組屏。獨立組屏。保護總體方案設計思想保護總體方案設計思想特大型水電機組保護典型配置方案1特大型水電機組保護典型配置方案2特大型水電機組保護典型配置方案3特大型水電機組保護典型配置方案4內部故障保護方案內部故障保護方案 配置機組內部故障多重主保護：配置機組內部故障多重主保護： 1.1.發電機差動保護（包括工頻變化量差動保護）發電機差動保護（包括工頻變化量差動保護） 2.2.發電機裂相橫差保

3、護或不完全差動保護發電機裂相橫差保護或不完全差動保護 3.3.發電機高靈敏橫差保護發電機高靈敏橫差保護 4.4.發電機縱向零序電壓匝間保護發電機縱向零序電壓匝間保護 5.5.發變組差動保護發變組差動保護 6.6.主變差動保護（包括工頻變化量差動保護）主變差動保護（包括工頻變化量差動保護） 7.7.高廠變差動保護高廠變差動保護 8.8.勵磁變差動保護勵磁變差動保護 9.9.勵磁機差動保護勵磁機差動保護其他保護配置方案其他保護配置方案1 主變低阻抗保護17 過電壓保護2 復合電壓過流保護18 發電機定、反時限過勵磁保護 3 零序過流保護19 逆功率保護4 間隙零序電壓保護20 程序跳閘逆功率5 間

4、隙零序電流保護21 頻率保護6 主變定、反時限過勵磁保護22 起停機保護7 發電機低阻抗保護23 誤上電保護8 發電機復合電壓過流保護24 軸電流保護9 發電機95定子接地保護25 高廠變兩段復壓過流保護10 發電機100定子接地保護26 A分支兩段過流保護11 轉子一點接地保護27 A分支兩段零序過流保12 轉子兩點接地保護28 B分支兩段過流保護13 定、反時限定子過負荷保護29 B分支兩段零序過流保護14 定、反時限轉子表層負序過負荷保護30 勵磁變過流保護15 失磁保護31 定、反時限勵磁過負荷保護16 失步保護32 電壓平衡保護 雙主雙后的優點雙主雙后的優點 運行方便，安全可靠；運行

5、方便，安全可靠； 設計簡潔設計簡潔，二次回路清晰，由于主后共用，二次回路清晰，由于主后共用 一組一組TATA，TATA總數沒有增加還可能有所下降；總數沒有增加還可能有所下降； 整定、調試和維護方便。整定、調試和維護方便。保護方案設計思想保護方案設計思想RCS-985硬件配置示意圖交流信號低通濾波A/DDSP1DSP2CPU1外部開入串口打印出口繼電器CPU板低通濾波A/DDSP3DSP4CPU2管理板串口打印+E光隔光隔外部開入QDJ可靠的軟件技術可靠的軟件技術 每個周波每個周波2424點高速采樣率點高速采樣率 并行實時計算：并行實時計算：故障全過程對所有保護繼電故障全過程對所有保護繼電器進行

6、實時計算。即在每一個采樣間隔內器進行實時計算。即在每一個采樣間隔內（0.833ms0.833ms）對所有保護完成計算，并留有）對所有保護完成計算，并留有裕度。裕度。因此，裝置中各保護功能的計算互不因此，裝置中各保護功能的計算互不影響，相當于所有時間內各保護同時工作。影響，相當于所有時間內各保護同時工作。 多種啟動元件：多種啟動元件：不同的保護功能均有對應的不同的保護功能均有對應的啟動元件啟動元件RCSRCS985985保護裝置的關鍵技術保護裝置的關鍵技術1 1、采用了工頻變化量原理的比率差動保護和穩、采用了工頻變化量原理的比率差動保護和穩態量變斜率比率差動保護新原理態量變斜率比率差動保護新原理

7、; ;2 2、全新的異步法、全新的異步法TATA飽和判據；飽和判據；3 3、首次提出并實現了浮動門檻和電流比率制動、首次提出并實現了浮動門檻和電流比率制動相結合的縱向零序電壓匝間保護、高靈敏橫差相結合的縱向零序電壓匝間保護、高靈敏橫差保護新原理；保護新原理；4 4、采用三次諧波電壓差動新原理的、采用三次諧波電壓差動新原理的100100定子接定子接地保護；地保護；5 5、靈敏的、靈敏的TVTV、TATA回路自檢功能；回路自檢功能；6 6、其他先進技術、其他先進技術發電機差動保護存在的主要問題發電機差動保護存在的主要問題 大型發電機造價昂貴，內部故障造成的損失巨大，大型發電機造價昂貴，內部故障造成

8、的損失巨大，內部相間故障由于故障點電勢可能較低，故障時受內部相間故障由于故障點電勢可能較低，故障時受過渡電阻影響較大。如何采用新原理使其少受過渡過渡電阻影響較大。如何采用新原理使其少受過渡電阻的影響，提高內部故障時保護的靈敏度已成為電阻的影響，提高內部故障時保護的靈敏度已成為重要課題。重要課題。 發電機差動保護普遍采用發電機差動保護普遍采用P P級級TATA，區外故障，區外故障TATA不平不平衡電流較大（尤其在非同期合閘時），固定斜率的衡電流較大（尤其在非同期合閘時），固定斜率的比率差動保護其比率制動特性曲線不能很好的與比率差動保護其比率制動特性曲線不能很好的與TATA不平衡電流變化曲線相配合

9、。不平衡電流變化曲線相配合。發電機差動保護發電機差動保護TA極性規定極性規定*1TA2TA發電機差動保護的關鍵技術發電機差動保護的關鍵技術 工頻變化量比率差動工頻變化量比率差動 變斜率比率差動變斜率比率差動 高值比率差動高值比率差動 差動速斷差動速斷工頻變化量比率差動保護工頻變化量比率差動保護ererderrddthdtdIIIIIIIIIIII23 . 075. 026 . 025. 121dIIImax212121ccbbaaIIIIIIIr；工頻變化量比率差動保護工頻變化量比率差動保護 只反映故障分量，不受發電機、變壓器正常運行時只反映故障分量，不受發電機、變壓器正常運行時負荷電流的影響

10、。負荷電流不產生制動電流。負荷電流的影響。負荷電流不產生制動電流。 過渡電阻影響很小。過渡電阻影響很小。 采用高比率制動系數抗采用高比率制動系數抗TATA飽和。飽和。 提高了發電機、變壓器滿負荷下發生內部提高了發電機、變壓器滿負荷下發生內部輕微故障時保護的靈敏度，區外故障不會誤動輕微故障時保護的靈敏度，區外故障不會誤動工頻變化量比率差動保護的優點工頻變化量比率差動保護的優點滿負荷運行時發電機內部A、B相2.5%經過渡電阻短路不設拐點，一開始就帶制動特性不設拐點，一開始就帶制動特性發電機穩態量的變斜率比率差動發電機穩態量的變斜率比率差動保護保護21r21dII21IIII。64固定取為最大斜率時

11、的制動電n ，為最大比率差動斜率K ；為起始比率差動斜率(K ；為比率差動制動系數增K為比率差動制動系數；K 為發電機的額定電流 2bl1blblrbl、變壓器固定取機流倍數，裝置內部發電（定值）定值）量；eIeblr1bl1bl2blblrercdqder2blderblr1blblercdqdrbldnI)nKK(b)n2/()KK(K)nII(Ib)nII(KI)I/I(KKK)nII(IIKI 2.1變斜率比例差動保護方程變斜率比例差動保護方程 發變組、變壓器變斜率比例差動發變組、變壓器變斜率比例差動5432154321112212)()2/()()()()/()(IIIIIIIIII

12、IInInKKbnKKKnIIIbnIIKIIIKKKnIIIIKIdreblrblblblblrercdqderblderblrblblercdqdrbld穩態量的變斜率比率差動穩態量的變斜率比率差動保護保護 變斜率比率差動保護的優點變斜率比率差動保護的優點由于一開始就帶制動特性，差動保護的動作由于一開始就帶制動特性，差動保護的動作特性較好地與差動不平衡電流曲線配合，因特性較好地與差動不平衡電流曲線配合，因此差動起始定值可以此差動起始定值可以安全地降低安全地降低；提高了發電機、變壓器內部輕微故障時保護提高了發電機、變壓器內部輕微故障時保護的靈敏度，尤其是機組起停過程中（的靈敏度，尤其是機組起

13、停過程中（454555Hz55Hz）內部輕微故障差動保護的靈敏度；）內部輕微故障差動保護的靈敏度；可以防止區外故障可以防止區外故障TATA特性不一致造成的保護特性不一致造成的保護誤動。誤動。穩態量的變斜率比率差動穩態量的變斜率比率差動保護保護主變內部主變內部C C相相1.5%1.5%匝間故障匝間故障穩態量的變斜率比率差動穩態量的變斜率比率差動保護保護穩態量的高值比率差動保護穩態量的高值比率差動保護由高比率制動系數抗由高比率制動系數抗TATA飽和飽和區內嚴重故障快速動作區內嚴重故障快速動作rdedIIII70.02.1穩態量的高值比率差動保護穩態量的高值比率差動保護0.70 RCSRCS9859

14、85保護裝置的關鍵技術保護裝置的關鍵技術1 1、采用了工頻變化量原理的比率差動保護和穩、采用了工頻變化量原理的比率差動保護和穩態量變斜率比率差動保護新原理態量變斜率比率差動保護新原理; ;2 2、全新的異步法、全新的異步法TATA飽和判據；飽和判據；3 3、首次提出并實現了浮動門檻和電流比率制動、首次提出并實現了浮動門檻和電流比率制動相結合的縱向零序電壓匝間保護、高靈敏橫差相結合的縱向零序電壓匝間保護、高靈敏橫差保護新原理；保護新原理；4 4、采用三次諧波電壓差動新原理的、采用三次諧波電壓差動新原理的100100定子接定子接地保護；地保護；5 5、靈敏的、靈敏的TVTV、TATA回路自檢功能；

15、回路自檢功能；6 6、其他先進技術、其他先進技術 發電機差動保護所用的發電機差動保護所用的TATA飽和問題飽和問題以往認為：以往認為： 發電機差動采用保護級發電機差動采用保護級TATA，并且，并且TATA同型；同型； 區外故障電流倍數小，一次電流完全相同，二次區外故障電流倍數小，一次電流完全相同，二次 不平衡差流小；不平衡差流小； 因此，為提高內部故障靈敏度，降低差動起始定值、因此，為提高內部故障靈敏度，降低差動起始定值、比率制動系數。比率制動系數。實際情況：實際情況： 發電機差動發電機差動TATA盡管同型，但兩側電纜長度可能不盡管同型，但兩側電纜長度可能不 一致，一致，TATA二次負載不同。

16、部分機組二次負載不同。部分機組TATA不是真正同不是真正同 型型TATA； 區外故障電流倍數盡管小，但非周期分量衰減慢；區外故障電流倍數盡管小，但非周期分量衰減慢； 結果，導致結果，導致TATA飽和，不平衡差流增大，差動保護飽和，不平衡差流增大，差動保護 屢有誤動發生；屢有誤動發生；TATA飽和判據的特點飽和判據的特點全新的全新的“異步法異步法” TATA飽和判據飽和判據 抗抗TATA飽和算法：飽和算法：利用變壓器、發電機差電流中諧利用變壓器、發電機差電流中諧波含量和波形特征來識別電流互感器是否飽和。波含量和波形特征來識別電流互感器是否飽和。 關鍵判據：關鍵判據：根據根據TATA飽和也是在短路

17、過了一段時間飽和也是在短路過了一段時間后才飽和的理論先初步判出是區外故障時，投入后才飽和的理論先初步判出是區外故障時，投入抗抗TATA飽和算法。初步判出區外故障的判據為：飽和算法。初步判出區外故障的判據為： 制動電流工頻變化量制動電流工頻變化量 差動電流工頻變化量差動電流工頻變化量滿足上兩判據時間大于一定值初步判為區外故障。滿足上兩判據時間大于一定值初步判為區外故障。2thd1thrIIII區外故障時，如果區外故障時，如果TATA飽和，制動電流與差電流的工頻變化量電流飽和，制動電流與差電流的工頻變化量電流先后異步出現先后異步出現TATA飽和判據的特點飽和判據的特點區內故障時，無論區內故障時，無

18、論TATA是否飽和，制動電流和差電流的工頻變化量是否飽和，制動電流和差電流的工頻變化量電流同步出現。電流同步出現。TATA飽和判據的特點飽和判據的特點區內輕微故障：t0:正常運行t1:故障時差動保護的功能特點差動保護的功能特點區內較嚴重故障：t0:正常運行t1:故障時差動保護的功能特點差動保護的功能特點區內引線嚴重故障：t0:正常運行t1:故障時差動保護的功能特點差動保護的功能特點區外故障TA飽和：t0:正常運行t1:判出區外t2:開始飽和t3:進入動作區t1-t05ms差動保護的功能特點差動保護的功能特點區外故障TA飽和：t0:正常運行t1:判出區外t2:開始飽和t3:進入動作區t1-t05

19、ms差動保護的功能特點差動保護的功能特點“異步法異步法” TATA飽和判據優點飽和判據優點 區內故障或區內故障區內故障或區內故障TATA飽和時，由于飽和時，由于TATA抗飽抗飽和判據不進行計算，差動保護快速動作。和判據不進行計算，差動保護快速動作。 區外故障時，投入區外故障時，投入TATA抗飽和判據，差動保護抗飽和判據，差動保護不會誤動。不會誤動。 只要從區外短路到只要從區外短路到TATA飽和時間大于飽和時間大于5ms5ms，保護，保護就不會誤動。就不會誤動。RCSRCS985985保護裝置的關鍵技術保護裝置的關鍵技術1 1、采用了工頻變化量原理的比率差動保護和穩、采用了工頻變化量原理的比率差

20、動保護和穩態量變斜率比率差動保護新原理態量變斜率比率差動保護新原理; ;2 2、全新的異步法、全新的異步法TATA飽和判據；飽和判據；3 3、首次提出并實現了浮動門檻和電流比率制動、首次提出并實現了浮動門檻和電流比率制動相結合的縱向零序電壓匝間保護、高靈敏橫差相結合的縱向零序電壓匝間保護、高靈敏橫差保護新原理；保護新原理；4 4、采用三次諧波電壓差動新原理的、采用三次諧波電壓差動新原理的100100定子接定子接地保護；地保護；5 5、靈敏的、靈敏的TVTV、TATA回路自檢功能；回路自檢功能；6 6、其他先進技術、其他先進技術 .縱向零序電壓原理構成的保護方案。在發電機的出口裝設一個專用全絕絕

21、緣電壓互感器，其一次繞組中性點直接與發電機中性點相連而不接地。所以，該電壓互感器二次繞組不能用來測量相對地電壓。只有當發電機內部發生匝間短路或者對中性點不對稱的各種相間短路時，破壞了三相對中性點的對稱，產生了對中性點的零序電壓，即縱向零序電壓，在它的開口三角繞組才有輸出電壓，即3U00，使零序電壓匝間短路保護正確動作。為防止低定值零序電壓匝間短路保護在外部短路時誤動作，還采用一些制動或閉鎖量。專用PT縱向零序電壓匝間保護縱向零序電壓匝間短路保護原理縱向零序電壓匝間短路保護原理ATCNTBNTANTNEEEEU)1 (301、負序方向閉鎖的縱向零序電壓匝間保護 負序方向元件在外部三相短路暫態過程

22、中和頻率偏離額定值時 可能會誤動； 當采用負序功率方向作為動作元件時，靈敏度不高；2、負序方向閉鎖的二次諧波式匝間短路保護 對于發電機組，外部不對稱故障，也會產生二次諧波電流，需 負序方向閉鎖，因此也存在上述缺點；3、三次諧波分量閉鎖縱向零序電壓匝間保護 動模和實際機組故障未證實區外故障時縱向零序電壓中三次諧 波分量會增大現有縱向零序電壓匝間保護方案現有縱向零序電壓匝間保護方案專用TV縱向零序電壓匝間保護判據 高定值段縱向零序電壓匝間短路保護高定值段縱向零序電壓匝間短路保護 按躲過各種情況下最大縱向不平衡零序電壓整定；按躲過各種情況下最大縱向不平衡零序電壓整定；8 812V12V 靈敏段縱向零

23、序電壓匝間保護：靈敏段縱向零序電壓匝間保護：電流比率制動原理電流比率制動原理 1 1 2V2V 制動量采用電流增加量和負序電流的綜合電流加權值。制動量采用電流增加量和負序電流的綜合電流加權值。 、 為發電機的最大相電流和額定電流。為發電機的最大相電流和額定電流。 為電流制動系為電流制動系數。數。匝間短路時相電流變化不大制動量增加不多，保護靈敏動作。匝間短路時相電流變化不大制動量增加不多，保護靈敏動作。外部短路、負荷電流增大等情況下制動量增大保護可靠不動作。外部短路、負荷電流增大等情況下制動量增大保護可靠不動作。maxIeI0kOzdezdmOUIIkU)/1 (0OzdUOzdhOUU 發電機

24、區內發電機區內A3-A4A3-A4匝間故障縱向零序電壓波形。零序匝間故障縱向零序電壓波形。零序電壓增加電壓增加, , 而相電流變化不大而相電流變化不大, , 保護靈敏動作。保護靈敏動作。零序電壓匝間保護的功能特點零序電壓匝間保護的功能特點縱向零序電壓波形，零序電壓基波分量比故障前增大，電流、負縱向零序電壓波形，零序電壓基波分量比故障前增大，電流、負序電流增加較大序電流增加較大, ,電流比率制動原理的匝間保護沒有誤動電流比率制動原理的匝間保護沒有誤動主變高壓側C0故障機端電流與專用TV開口電壓 浮動門檻技術浮動門檻技術 對對其他工況下其他工況下（不同負載、電壓升高、失磁故障（不同負載、電壓升高、

25、失磁故障等）等） ，零序電壓不平衡值的增大，采用浮動門檻躲過，零序電壓不平衡值的增大，采用浮動門檻躲過不平衡電壓。不平衡電壓。 頻率跟蹤與數字濾波器結合，頻率偏移時，三次諧頻率跟蹤與數字濾波器結合，頻率偏移時，三次諧波濾過比仍大于波濾過比仍大于100100 由于采取了以上措施，縱向零序電壓匝間保護的動作由于采取了以上措施，縱向零序電壓匝間保護的動作電壓電壓 只需按躲過正常運行時不平衡基波電壓整定，只需按躲過正常運行時不平衡基波電壓整定，區內故障可靈敏動作，區外故障可可靠制動。區內故障可靈敏動作，區外故障可可靠制動。零序電壓匝間保護的功能特點零序電壓匝間保護的功能特點ZD0U單元橫差保護原理單元

26、橫差保護原理ATATACAT BAT AAT CTABTA 利用利用TA電流構成橫電流構成橫差保護差保護 橫差保護可保護匝橫差保護可保護匝間短路、相間短路、間短路、相間短路、分支繞組開焊分支繞組開焊 故障。故障。高靈敏橫差保護的功能特點高靈敏橫差保護的功能特點 高定值段橫差保護：相當于一般的單元件橫差保護，按高定值段橫差保護：相當于一般的單元件橫差保護，按躲過外部短路時的最大不平衡電流整定。躲過外部短路時的最大不平衡電流整定。 靈敏段橫差保護：采用靈敏段橫差保護：采用相電流比率制動原理相電流比率制動原理 取最大相電流增加值作制動，取最大相電流增加值作制動， 為相電流制動系數。為相電流制動系數。

27、 只要按躲發電機額定電流下的不平衡電流整定。只要按躲發電機額定電流下的不平衡電流整定。時時當當時時當當 emax.zd.hceemax.zd.hcdemax.zd.hcdIIIIIIK1IIIIIzd.hcIzd.hcK發電機變壓器區外發電機變壓器區外ACAC兩相故障橫差電流波形，橫差電流增加，由兩相故障橫差電流波形，橫差電流增加，由于相電流也增加了于相電流也增加了, , 因此能可靠制動。因此能可靠制動。高靈敏橫差保護的功能特點高靈敏橫差保護的功能特點發電機區內發電機區內B1-B3B1-B3匝間故障橫差電流波形，橫差電流增加匝間故障橫差電流波形，橫差電流增加, , 而相電流變而相電流變化不大化

28、不大, , 橫差保護靈敏動作。橫差保護靈敏動作。高靈敏橫差保護的功能特點高靈敏橫差保護的功能特點高靈敏橫差保護的功能特點高靈敏橫差保護的功能特點 浮動門檻技術浮動門檻技術 對對其他工況下其他工況下（不同負載、電壓升高、失磁故障（不同負載、電壓升高、失磁故障等），橫差電流不平衡電流的增大，采用浮動門檻躲等），橫差電流不平衡電流的增大，采用浮動門檻躲過不平衡電流電壓。過不平衡電流電壓。 頻率跟蹤與數字濾波器結合，頻率偏移時，三次諧頻率跟蹤與數字濾波器結合，頻率偏移時，三次諧波濾過比仍大于波濾過比仍大于100100 由于采取了以上措施，橫差電流定值由于采取了以上措施，橫差電流定值 只需按躲過只需按躲

29、過發電機額定電流下的不平衡基波電流整定，區內故障發電機額定電流下的不平衡基波電流整定，區內故障靈敏動作，區外故障可靠制動。靈敏動作，區外故障可靠制動。zd.hcIRCSRCS985985保護裝置的關鍵技術保護裝置的關鍵技術1 1、采用了工頻變化量原理的比率差動保護和穩、采用了工頻變化量原理的比率差動保護和穩態量變斜率比率差動保護新原理態量變斜率比率差動保護新原理; ;2 2、全新的異步法、全新的異步法TATA飽和判據；飽和判據；3 3、首次提出并實現了浮動門檻和電流比率制動、首次提出并實現了浮動門檻和電流比率制動相結合的縱向零序電壓匝間保護、高靈敏橫差相結合的縱向零序電壓匝間保護、高靈敏橫差保

30、護新原理；保護新原理；4 4、采用三次諧波電壓差動新原理的、采用三次諧波電壓差動新原理的100100定子接定子接地保護；地保護；5 5、靈敏的、靈敏的TVTV、TATA回路自檢功能；回路自檢功能；6 6、其他先進技術、其他先進技術發電機定子繞組單相接地示意圖發電機定子繞組單相接地示意圖 單相接地故障時的基波零序電壓 定子接地基波零序電壓保護定子接地基波零序電壓保護CCCCTEEEEEEEUUUU33CBACBA0發電機定子接地短路保護原理發電機定子接地短路保護原理 發電機內單相接地短路時發電機內單相接地短路時 因此可用基波零序電壓保護，因此可用基波零序電壓保護，保護保護 內的單相接內的單相接地

31、短路。由中心點處地短路。由中心點處TV得到得到零序電壓。零序電壓。 在在 內的單相接地短路，內的單相接地短路，只要電弧電阻小于一定值就只要電弧電阻小于一定值就能滿足能滿足 。所以可用。所以可用三次諧波電壓比率保護，保三次諧波電壓比率保護，保護近中心點處護近中心點處 的單相的單相接地短路。接地短路。CTEU330%10010N3T3UU50.%25CNEU0基波定子接地保護判據 （1）靈敏段基波零序電壓保護，動作于信號時,其動作方程為: Un0U0zd 5 10V 式中Un0為發電機中性點零序電壓，U0zd為零序電壓定值。 靈敏段動作于跳閘時，還需主變高、中壓側零序電壓閉鎖，以防止區外故障時定子

32、接地基波零序電壓靈敏段誤動。 （2 2）高定值段基波零序電壓保護，動作方程為： Un0 U0hzd 20 25V 保護動作于信號或跳閘均不需經主變高、中壓側零序電壓輔助判據閉鎖。 1 由于發電機氣隙磁通密度分布非正弦分布和鐵磁飽和影響，在定子繞組中感應電勢除基波分量外還含有高次諧波，其中三次諧波含量較高。 2 對于水電機組三次諧波電壓隨無功近似線性增長。這是因為凸極發電機帶感性無功時，縱軸電樞反應將對三次諧波勵磁勢起助磁作用，而且隨無功增大勵磁必相應增大，勵磁磁通勢三次諧波必然增大。 3 TV飽和引起。將引起三次諧波的虛假增大。 三 次 諧 波 定 子 接 地 保 護三 次 諧 波 定 子 接

33、 地 保 護UN3US3C0f/2C0f/2C0sI03E3NS(1- )E3(1- )圖1-38 發電機內部單相接地時三相諧波電勢分布等值電路圖010 20 30 40 50 60 70 80 90 100E3機端中性點UN3US3E3%圖1-39 US3、UN3隨的變化曲線單相接地時三次諧波分布特點 自適應三次諧波電壓比率判據：自適應三次諧波電壓比率判據： 發變組并網前后機端等效電容變化較大，發變組并網前后機端等效電容變化較大，并網前、并網前、后后各設一個定值，根據各自狀態下裝置實時顯示的各設一個定值，根據各自狀態下裝置實時顯示的最大三次諧波電壓比率值整定，裝置根據斷路器位最大三次諧波電壓

34、比率值整定，裝置根據斷路器位置接點和負荷電流置接點和負荷電流自動適應自動適應狀態變化進行定值切換。狀態變化進行定值切換。 頻率跟蹤和數字濾波器相結合，在頻率頻率跟蹤和數字濾波器相結合，在頻率454555Hz55Hz范范圍內三次諧波電壓濾過比不受影響。圍內三次諧波電壓濾過比不受影響。 在系統頻率嚴重偏離在系統頻率嚴重偏離50HZ50HZ時，采用按時，采用按頻率比率制動頻率比率制動原理。原理。 本保護帶延時發信號或投跳閘。本保護帶延時發信號或投跳閘。wzdNTKUU333定子接地保護的功能特點定子接地保護的功能特點 自適應三次諧波電壓比率判據優點：自適應三次諧波電壓比率判據優點： 頻率變化不會誤動

35、頻率變化不會誤動 解決了機組啟停機過程中三次諧波電壓比率解決了機組啟停機過程中三次諧波電壓比率判據誤動的問題。判據誤動的問題。定子接地保護的功能特點定子接地保護的功能特點 三次諧波電壓差動判據：三次諧波電壓差動判據： 正常運行時，機端、中性點三次諧波電壓幅值、相正常運行時，機端、中性點三次諧波電壓幅值、相位在一定范圍內波動，位在一定范圍內波動，實時自動調整實時自動調整系數系數 使正常使正常運行時差電壓接近為運行時差電壓接近為0 0。 可以保護可以保護100100的定子接地。的定子接地。 本保護帶延時發信號或投跳閘。本保護帶延時發信號或投跳閘。 N3N3tT3UkreUkU定子接地保護的功能特點

36、定子接地保護的功能特點tk 三次諧波電壓差動可靠性：三次諧波電壓差動可靠性： 頻率跟蹤和數字濾波器相結合，在頻率頻率跟蹤和數字濾波器相結合，在頻率49.549.550.5Hz50.5Hz范圍內保護功能不受影響；范圍內保護功能不受影響； 在機組頻率超出在機組頻率超出49.549.550.5Hz50.5Hz范圍時，閉鎖本判據；范圍時，閉鎖本判據； 在機組并網過程中本判據不投入，機組并網后負荷在機組并網過程中本判據不投入，機組并網后負荷電流大于電流大于0.2In0.2In時，自動投入本判據；時，自動投入本判據； 當當TVTV斷線時閉鎖本判據。斷線時閉鎖本判據。 由于采用了以上輔助判據，盡管三次諧波電

37、壓差動判由于采用了以上輔助判據，盡管三次諧波電壓差動判據在定子接地時靈敏度很高，但是在啟停機過程中、據在定子接地時靈敏度很高，但是在啟停機過程中、區外故障及其他工況下均不會誤動。區外故障及其他工況下均不會誤動。定子接地保護的功能特點定子接地保護的功能特點正常運行時發電機中性點零序電壓波形(媽灣電廠)定子接地電壓波形例定子接地電壓波形例1 1 發電機中性點40%接地電壓波形(動模試驗)定子接地電壓波形例定子接地電壓波形例2 2 媽灣電廠正常運行三次諧波差動波形：定子接地電壓波形例定子接地電壓波形例3 3 發電機中性點發電機中性點5%5%定子接地電壓波形定子接地電壓波形( (動模試驗動模試驗) )

38、定子接地電壓波形例4 發電機中性點發電機中性點40%40%定子接地電壓波形圖定子接地電壓波形圖( (動模試驗動模試驗) )定子接地電壓波形例5 發電機中性點經發電機中性點經10k 10k 定子接地電壓波形定子接地電壓波形( (電科院動模試驗電科院動模試驗) )定子接地電壓波形例6t0: 正常運行正常運行t1: 進入靜穩圓進入靜穩圓t2:進入異步圓進入異步圓失磁保護失磁保護發電機機端正序測量阻抗失磁后的變化軌跡t0: 正常運行正常運行t1: 低勵低勵t2: 異步運行異步運行發電機機端正序測量阻抗低勵后的變化軌跡曲線曲線1:異步圓區外振蕩異步圓區外振蕩曲線曲線2:異步圓區內振蕩異步圓區內振蕩系統振

39、蕩時機端正序阻抗的變化軌跡系統振蕩時機端正序阻抗的變化軌跡發電機的失磁保護（一）發電機的失磁保護（一） 系統側的主判據系統側的主判據v 本判據用以防止由于低勵失磁導致系統無功儲備不足而引發的系本判據用以防止由于低勵失磁導致系統無功儲備不足而引發的系統電壓崩潰。本判據用判別變壓器高壓母線三相電壓（也可判發統電壓崩潰。本判據用判別變壓器高壓母線三相電壓（也可判發電機機端）降低作為動作條件。其判據為：電機機端）降低作為動作條件。其判據為： 式中式中 為高壓母線或發電機機端的三相電壓，為高壓母線或發電機機端的三相電壓， 為高壓側系統為高壓側系統最低正常運行電壓或發電機機端額定電壓。最低正常運行電壓或發

40、電機機端額定電壓。 。v 三相同時低電壓繼電器動作后用較短時限（例如三相同時低電壓繼電器動作后用較短時限（例如0.2s0.2s） 就可動就可動作于跳閘。作于跳閘。 v 選用高壓母線三相電壓同時降低判據還是用機端三相電壓同時降選用高壓母線三相電壓同時降低判據還是用機端三相電壓同時降低判據可用定值單中的低判據可用定值單中的低電壓判據電壓選擇低電壓判據電壓選擇控制字選擇。高控制字選擇。高壓母線三相電壓同時降低判據要經過壓母線三相電壓同時降低判據要經過TVTV斷線閉鎖。機端三相電壓斷線閉鎖。機端三相電壓同時降低判據在一組同時降低判據在一組TVTV斷線時可自動切換到另一組斷線時可自動切換到另一組TVTV

41、。 min.hrelph3 .ZDUKUUUmin.hU90. 085. 0Krel發電機的失磁保護（二）發電機的失磁保護（二）發電機側的主判據發電機側的主判據 1)1)異步邊界阻抗圓異步邊界阻抗圓定子側判據定子側判據 如圖中的圓如圖中的圓1 1所示。異步邊界阻抗所示。異步邊界阻抗圓適用于與系統聯系比較緊密（電圓適用于與系統聯系比較緊密（電抗較小）的發電機，例如位于負荷抗較小）的發電機，例如位于負荷中心的單機容量不太大的發電機上。中心的單機容量不太大的發電機上。 2) 2)靜穩邊界阻抗圓靜穩邊界阻抗圓定子側判據定子側判據 如圖中的圓如圖中的圓2 2所示。靜穩邊界阻抗所示。靜穩邊界阻抗圓適用于聯

42、系電抗較大的發電機，圓適用于聯系電抗較大的發電機，例如遠離負荷中心單機容量較大的例如遠離負荷中心單機容量較大的發電機。發電機。 選用異步邊界阻抗圓或者靜穩邊界選用異步邊界阻抗圓或者靜穩邊界阻抗圓可由阻抗圓可由阻抗圓特性選擇阻抗圓特性選擇控制字控制字選擇選擇RjXcXaXbX12345圖7-21 阻抗動作特性 1異步邊界阻抗圓 2汽輪發電機靜穩邊界阻抗圓 3振蕩時機端阻抗端點的軌跡 4準靜穩極限阻抗圓 5無功反向判據0aXbX發電機側的主判據中的輔助判據發電機側的主判據中的輔助判據阻抗繼電器輔助判據阻抗繼電器輔助判據: :a. a.正序電壓正序電壓6V6Vb. b.負序電壓負序電壓0.1Un(0

43、.1Un(發電機額定電壓）發電機額定電壓）c. c.發電機電流發電機電流0.1In0.1In（發電機額定電流）（發電機額定電流）發電機的失磁保護（三）發電機的失磁保護（三） 3) 3)無功反向元件無功反向元件定子側判據定子側判據 與上述阻抗圓特性構成與上述阻抗圓特性構成與與邏輯以防止在非失磁情況下失磁保邏輯以防止在非失磁情況下失磁保護的誤動。其動作判據為：護的誤動。其動作判據為： 無功反向判據在阻抗復數平面上對應的動作特性如上圖中的直線無功反向判據在阻抗復數平面上對應的動作特性如上圖中的直線5 5，直線的下方為動作區。無功反向判據由定值單中的控制字，直線的下方為動作區。無功反向判據由定值單中的

44、控制字無功反向判據投入無功反向判據投入選擇投退。選擇投退。 4)4)轉子低電壓元件（等勵磁電壓元件）轉子低電壓元件（等勵磁電壓元件）轉子側判據轉子側判據 式中式中 為發電機空載時的額定勵磁電壓。為發電機空載時的額定勵磁電壓。 。 ZDQQ0fdrelzd.fdfdUKUU0fdU50. 020. 0Krel發電機的失磁保護（四）發電機的失磁保護（四） 5)5)靜穩極限勵磁低電壓判據（變勵磁電壓判據）靜穩極限勵磁低電壓判據（變勵磁電壓判據）轉子側判據轉子側判據 水輪發電機（凸極機）判據：水輪發電機（凸極機）判據：式中式中 為發電機空載額定勵磁電壓；為發電機空載額定勵磁電壓； 為發電機當前輸出的有

45、功為發電機當前輸出的有功功率標么值；功率標么值； 為發電機凸極功率標么值；為發電機凸極功率標么值； 為發電機的視在功率為發電機的視在功率有名值（裝置自動轉換成標么值）；有名值（裝置自動轉換成標么值）； 、 分別為發電機的同步分別為發電機的同步電抗和系統聯系阻抗；電抗和系統聯系阻抗； 為轉子低電壓判據系數定值；為轉子低電壓判據系數定值； 。定值單中只輸入定值單中只輸入 、 、 三個定值，其它裝置自己計算。三個定值，其它裝置自己計算。 汽輪發電機（隱極機）判據：汽輪發電機（隱極機）判據： 將上式中的凸極功率將上式中的凸極功率 取為零即可。取為零即可。失步后轉子電壓失步后轉子電壓 將作大幅度的波動，

46、為防止變勵磁電壓元件將作大幅度的波動，為防止變勵磁電壓元件不斷的動作返還，采用的方法是如果定子判據中的阻抗元件已動作不斷的動作返還，采用的方法是如果定子判據中的阻抗元件已動作的情況下變勵磁電壓元件動作就展寬（記憶）一段時間，確保低勵、的情況下變勵磁電壓元件動作就展寬（記憶）一段時間，確保低勵、失磁故障時失磁保護可靠動作。失磁故障時失磁保護可靠動作。 g .NfmS0fdxsZD.fdfdSPPVUKUUfmPSPfmPfdUSdrelxsXXKK0fdUg .NSdXSX85. 070. 0KrelxsK0fdUxsKfmP發電機的失磁保護（五）發電機的失磁保護（五） 當失磁保護動作于減出力時

47、，可以投入減出力有功當失磁保護動作于減出力時，可以投入減出力有功元件，該元件的判據為：元件，該元件的判據為： 式中：式中： 為一個振蕩周期內的平均值，為一個振蕩周期內的平均值， 為發電機為發電機的額定容量（的額定容量（MWMW），其取用的百分數要在定值單中），其取用的百分數要在定值單中輸入給保護。輸入給保護。 g .NZDP%5040PPPg .NP發電機的失磁保護（六）發電機的失磁保護（六） 整個整個失磁保護由以下四個判據組組成。失磁保護由以下四個判據組組成。 （1)1) 低電壓判據低電壓判據 即系統側的主判據。見即系統側的主判據。見發電機的失磁保護（一）。發電機的失磁保護（一）。 （2)2

48、)定子側阻抗判據定子側阻抗判據 裝置提供異步阻抗邊界圓和靜穩邊界阻抗圓兩種阻抗動作裝置提供異步阻抗邊界圓和靜穩邊界阻抗圓兩種阻抗動作 特性，可由控制字的整定選擇。為了進一步防止在非失磁特性，可由控制字的整定選擇。為了進一步防止在非失磁 狀況下阻抗判據誤動，阻抗判據再經過無功反向判據閉鎖狀況下阻抗判據誤動，阻抗判據再經過無功反向判據閉鎖 （可選擇投退）和輔助判據閉鎖。輔助判據為下述三個條件（可選擇投退）和輔助判據閉鎖。輔助判據為下述三個條件 的的與與： 正序電壓正序電壓 。 負序電壓負序電壓 ， 為發電機額定電壓。為發電機額定電壓。 發電機相電流發電機相電流 , , 為發電機額定電流。為發電機額

49、定電流。V6U1N2U1 . 0UNUNI1 . 0I NI發電機的失磁保護（七）發電機的失磁保護（七） （3)3)轉子側判據轉子側判據 轉子側判據由轉子低電壓判據和變勵磁電壓判據的轉子側判據由轉子低電壓判據和變勵磁電壓判據的或或邏輯構成。該轉子側判據再與定子側阻抗判據構成邏輯構成。該轉子側判據再與定子側阻抗判據構成與與 邏輯邏輯的關系。由于低勵、失磁故障終將導致機組失步，失步后轉子電的關系。由于低勵、失磁故障終將導致機組失步，失步后轉子電壓壓 和發電機輸出功率作大幅度波動。為防止轉子低電壓元件和和發電機輸出功率作大幅度波動。為防止轉子低電壓元件和變勵磁電壓元件不斷的動作返還，應對該元件的動作

50、行為實行記變勵磁電壓元件不斷的動作返還，應對該元件的動作行為實行記憶。憶。RCS-985RCS-985保護中采用的方法是如果定子判據中的阻抗元件已保護中采用的方法是如果定子判據中的阻抗元件已動作的情況下轉子低電壓元件和變勵磁電壓元件動作后就展寬動作的情況下轉子低電壓元件和變勵磁電壓元件動作后就展寬（記憶）一段時間，確保低勵、失磁故障時失磁保護可靠動作。（記憶）一段時間，確保低勵、失磁故障時失磁保護可靠動作。fdU發電機的失磁保護（八）發電機的失磁保護（八） （4) 4) 減出力判據減出力判據 失磁導致發電機失步后，發電機的輸出功率在一定范圍內失磁導致發電機失步后，發電機的輸出功率在一定范圍內

51、波動，當失磁保護動作于減出力并且一個振蕩周期內的平均波動，當失磁保護動作于減出力并且一個振蕩周期內的平均 輸出功率大于整定值時，減出力有功元件動作。該元件動作輸出功率大于整定值時，減出力有功元件動作。該元件動作 后與勵磁電壓元件，定子阻抗元件組成后與勵磁電壓元件，定子阻抗元件組成與與門后延時動作門后延時動作于減出力，一直減出力到上述的整定值為止。于減出力，一直減出力到上述的整定值為止。水輪發電機失磁保護的動作延時水輪發電機失磁保護的動作延時 水輪發電機是凸極發電機在失磁后的異步運行中其平均異步轉矩水輪發電機是凸極發電機在失磁后的異步運行中其平均異步轉矩小，其所帶的有功功率小。凸極發電機由于小，

52、其所帶的有功功率小。凸極發電機由于 ，產生的凸極，產生的凸極反應功率較大，而且該凸極反應功率以兩倍轉差不斷變化使凸極反應功率較大，而且該凸極反應功率以兩倍轉差不斷變化使凸極發電機在異步運行中功率擺動較大。加之水輪發電機啟動方便，發電機在異步運行中功率擺動較大。加之水輪發電機啟動方便，因此在發電機失磁后讓其保持異步運行的意義不大，所以水輪發因此在發電機失磁后讓其保持異步運行的意義不大，所以水輪發電機在失磁故障后都采取保護動作立即停機的方法。用系統側主電機在失磁故障后都采取保護動作立即停機的方法。用系統側主判據母線三相同時低電壓元件與發電機定、轉子判據控制的動作判據母線三相同時低電壓元件與發電機定

53、、轉子判據控制的動作于解列的延時時間可為于解列的延時時間可為0.50.5秒。該延時應躲過在系統振蕩時母線秒。該延時應躲過在系統振蕩時母線低電壓元件的動作時間，如果該動作于解列的條件中有定子阻抗低電壓元件的動作時間，如果該動作于解列的條件中有定子阻抗元件的話該延時也應躲過在系統振蕩時阻抗元件的動作時間。該元件的話該延時也應躲過在系統振蕩時阻抗元件的動作時間。該延時時間較短以避免系統電壓崩潰。如果采用只用發電機側定、延時時間較短以避免系統電壓崩潰。如果采用只用發電機側定、轉子判據控制動作于解列的，其延時時間可為轉子判據控制動作于解列的，其延時時間可為0.50.51.01.0秒。該延秒。該延時也能躲

54、過在系統振蕩時阻抗元件的動作時間。時也能躲過在系統振蕩時阻抗元件的動作時間。 qdxx 汽輪發電機失磁保護的動作延時汽輪發電機失磁保護的動作延時 汽輪發電機在異步運行中還可帶一定的有功功率，而且由汽輪發電機在異步運行中還可帶一定的有功功率，而且由于于 ，其凸極反應功率較小所以在異步運行中功率擺動不大。，其凸極反應功率較小所以在異步運行中功率擺動不大。加之汽輪發電機啟動不方便，所以在發電機失磁后除保留上述的加之汽輪發電機啟動不方便，所以在發電機失磁后除保留上述的用系統側主判據母線三相同時低電壓元件與發電機定、轉子判據用系統側主判據母線三相同時低電壓元件與發電機定、轉子判據控制的動作于解列的措施（

55、此時延時時間可為控制的動作于解列的措施（此時延時時間可為0.50.5秒）以避免系秒）以避免系統電壓崩潰外，一般都先作用于減出力和切換備用勵磁、跳滅磁統電壓崩潰外，一般都先作用于減出力和切換備用勵磁、跳滅磁開關等措施。動作于減出力和切換備用勵磁等措施的延時時間由開關等措施。動作于減出力和切換備用勵磁等措施的延時時間由設備的允許條件確定，一般延時為設備的允許條件確定，一般延時為0.50.51.01.0秒。該延時同時也能秒。該延時同時也能躲過了定子阻抗元件在系統振蕩中的誤動時間。動作于減出力的躲過了定子阻抗元件在系統振蕩中的誤動時間。動作于減出力的措施經過減出力和發電機定、轉子等判據的控制將出力減少

56、到額措施經過減出力和發電機定、轉子等判據的控制將出力減少到額定容量的定容量的 。切換備用勵磁、跳滅磁開關等措施經過發。切換備用勵磁、跳滅磁開關等措施經過發電機定、轉子等判據的控制。跳滅磁開關是為了防止在異步運行電機定、轉子等判據的控制。跳滅磁開關是為了防止在異步運行過程中由于同步功率的存在而有損大軸。如果經過減出力到額定過程中由于同步功率的存在而有損大軸。如果經過減出力到額定容量的容量的 、或切換備用勵磁等措施以后，發電機定子判據、或切換備用勵磁等措施以后，發電機定子判據在長延時內還一直動作，說明失磁原因在此規定的長延時內尚未在長延時內還一直動作，說明失磁原因在此規定的長延時內尚未消除則應動作

57、于跳閘。該長延時可整定為消除則應動作于跳閘。該長延時可整定為15153030分鐘。分鐘。 qdxx % 5040% 5040失磁保護的出口邏輯失磁保護的出口邏輯 發電機失磁保護發電機失磁保護的出口邏輯的出口邏輯失磁保護共有四段：失磁保護共有四段： 第第段動作于減出力，適用于汽輪發電機；段動作于減出力，適用于汽輪發電機； 第第段動作于停機；段動作于停機； 第第段動作于信號或跳閘（對汽輪發電機而言是切換備段動作于信號或跳閘（對汽輪發電機而言是切換備 用勵磁、跳滅磁開關、投異步電阻、切換廠用電源，用勵磁、跳滅磁開關、投異步電阻、切換廠用電源， 對水輪發電機而言是跳閘停機）；對水輪發電機而言是跳閘停機

58、）； 第第段動作于跳閘。段動作于跳閘。 失磁保護的出口邏輯失磁保護的出口邏輯 失磁保護第失磁保護第段滿足下述條件（與）動作于減出力：段滿足下述條件（與）動作于減出力： 失磁保護硬壓板投入。失磁保護硬壓板投入。 失磁失磁段軟壓板投入。段軟壓板投入。 失磁保護起動元件起動。失磁保護起動元件起動。 段減出力判據投入控制段減出力判據投入控制字置字置1 1時減出力有功元件動作；或時減出力有功元件動作；或段減出力判據投段減出力判據投入控制字置入控制字置0 0。 段轉子電壓判據投入控制字置段轉子電壓判據投入控制字置1 1時轉子低電壓元件或變勵磁電壓元件動作；或時轉子低電壓元件或變勵磁電壓元件動作；或段段轉子

59、電壓判據投入控制字置轉子電壓判據投入控制字置0 0。 段阻抗判據投段阻抗判據投入控制字置入控制字置1 1，同時無功反向判據投入控制字置，同時無功反向判據投入控制字置0 0時，定子阻抗元件動作；或時，定子阻抗元件動作；或段阻抗判據投入控制字置段阻抗判據投入控制字置1 1，同時無功反向判據投入控制字置，同時無功反向判據投入控制字置1 1時，定子阻時，定子阻抗元件及無功反向元件動作。抗元件及無功反向元件動作。 達到整定的延時達到整定的延時（0.50.51S1S）。）。 失磁保護的出口邏輯失磁保護的出口邏輯 失磁保護第失磁保護第段滿足下述條件（與）動作于停機：段滿足下述條件（與）動作于停機： 失磁保護

60、硬壓板投入。失磁保護硬壓板投入。 失磁失磁段軟壓板投入。段軟壓板投入。 失磁保護起動元件起動。失磁保護起動元件起動。 段母線電壓判據投入控段母線電壓判據投入控制字置制字置1 1時高壓母線低電壓元件動作；或時高壓母線低電壓元件動作；或段母線電段母線電壓判據投入控制字置壓判據投入控制字置0 0。 段轉子電壓判據投入段轉子電壓判據投入控制字置控制字置1 1時轉子低電壓元件或變勵磁電壓元件動作；時轉子低電壓元件或變勵磁電壓元件動作；或或段轉子電壓判據投入控制字置段轉子電壓判據投入控制字置0 0。 段阻抗段阻抗判據投入控制字置判據投入控制字置1 1，同時無功反向判據投入控制字，同時無功反向判據投入控制字