发电厂继电保护整定计算[详细]课件.ppt
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1、发电厂继电保护整定计算发电厂继电保护整定计算一、概述二、短路电流计算三、失磁保护整定计算四、失步保护整定计算五、励磁变及励磁机保护整定计算目目 录录一一 概述概述 发电厂继电保护整定计算属于整个电力系统发电厂继电保护整定计算属于整个电力系统继电保护整定计算的一部分,高压母线及以外设继电保护整定计算的一部分,高压母线及以外设备的继电保护整定计算属于系统;高压母线以内备的继电保护整定计算属于系统;高压母线以内设备的整定计算属于发电厂。设备的整定计算属于发电厂。两者共同之处:两者共同之处:保护在安全可靠性、配合选择性、保护范围保护在安全可靠性、配合选择性、保护范围及灵敏性都满足要求后,动作速度越快越
2、好;及灵敏性都满足要求后,动作速度越快越好;保护在安全可靠性、配合选择性、快速性满保护在安全可靠性、配合选择性、快速性满足后,保护范围越大灵敏度越高越好;足后,保护范围越大灵敏度越高越好;一一 概述概述 主系统和主设备保护的安全可靠性、配合选择主系统和主设备保护的安全可靠性、配合选择性、灵敏性、快速性都必须满足要求。性、灵敏性、快速性都必须满足要求。必要时可以牺牲某些三类负荷保护保护的动必要时可以牺牲某些三类负荷保护保护的动作选择性,以保证主系统或主设备保护的安全可作选择性,以保证主系统或主设备保护的安全可靠性、配合选择性,特别是快速性的要求。靠性、配合选择性,特别是快速性的要求。两者不同之处
3、:两者不同之处:由于被保护设备性能、运行状态、故障类型由于被保护设备性能、运行状态、故障类型有很大不同,从而其保护方式、动作原理判据、有很大不同,从而其保护方式、动作原理判据、整定计算要求、整定计算方法就有很多不同。整定计算要求、整定计算方法就有很多不同。一一 概述概述 整定计算的目的和任务:整定计算的目的和任务:整定计算是继电保护运行技术的重要组成部分,整定计算是继电保护运行技术的重要组成部分,也是继电保护装置在运行中保证其正确动作的重也是继电保护装置在运行中保证其正确动作的重要环节,由于整定计算不当,造成继电保护拒动要环节,由于整定计算不当,造成继电保护拒动或误动而导致电气事故扩大,其后果
4、是非常严重或误动而导致电气事故扩大,其后果是非常严重的,有可能造成电气设备的重大损坏,甚至引起的,有可能造成电气设备的重大损坏,甚至引起电力系统瓦解,造成大面积停电事故。电力系统瓦解,造成大面积停电事故。一一 概述概述 目的和任务:目的和任务:1)给出一套完整和合理的最佳整定方案和整定)给出一套完整和合理的最佳整定方案和整定值;值;2)对所用保护装置予以正确的评价;)对所用保护装置予以正确的评价;3)通过整定计算,应确定现有保护装置配置是)通过整定计算,应确定现有保护装置配置是否合理或现有保护装置是否能满足一次设备的要否合理或现有保护装置是否能满足一次设备的要求;求;4)为制定继电保护运行规程
5、提供依据。)为制定继电保护运行规程提供依据。一一 概述概述整定计算前的准备工作整定计算前的准备工作 1、掌握发电厂主电气系统、厂用系统及所有电、掌握发电厂主电气系统、厂用系统及所有电气设备情况并建立资料档案;气设备情况并建立资料档案;2、收集并掌握全厂主设备及厂用设备继电保护、收集并掌握全厂主设备及厂用设备继电保护及有关二次设备技术资料;及有关二次设备技术资料;3、绘制全厂电气设备等效阻抗图;、绘制全厂电气设备等效阻抗图;4、有关的短路电流计算;、有关的短路电流计算;二、短路电流计算二、短路电流计算 1、概述、概述 1)短路故障的原因)短路故障的原因 自然方面的原因;自然方面的原因;人为方面的
6、原因;人为方面的原因;设备本身原因;设备本身原因;2)短路种类)短路种类 单相接地短路单相接地短路 两相接地短路两相接地短路 两相及三相短路两相及三相短路 断相或断相接地断相或断相接地 绕组匝间短路绕组匝间短路二、短路电流计算二、短路电流计算 2、对称短路电流计算、对称短路电流计算 1)阻抗归算)阻抗归算 为方便和简化计算,通常将发电机、变压器、为方便和简化计算,通常将发电机、变压器、电抗器、线路等元件的阻抗归算至同一基准容量电抗器、线路等元件的阻抗归算至同一基准容量和基准电压时的基准标么阻抗。和基准电压时的基准标么阻抗。(1)发电机等旋转电机阻抗的的归算)发电机等旋转电机阻抗的的归算 发电机
7、等旋转电机一般给出的是额定条件下阻发电机等旋转电机一般给出的是额定条件下阻抗相对值,其标么阻抗计算为抗相对值,其标么阻抗计算为 *B SGGG NSXXS二、短路电流计算二、短路电流计算(2 2)变压器阻抗归算变压器阻抗归算 (3)电抗器阻抗归算)电抗器阻抗归算 电抗器在额定条件下电抗的百分值电抗器在额定条件下电抗的百分值 *%1 0 0kB STT NUSXS*2%1001003LNbsLNBSLLLbsLNBSLNUIUSXXXU IUI%LX二、短路电流计算二、短路电流计算(4)线路阻抗归算)线路阻抗归算 *22*22*22*B SB SLLLB Sa vB SB SLLLB Sa vB
8、 SB SLLLB Sa vLLLLLLSSZZZUUSSRRRUUSSXXXUUZRjXZRjX二、短路电流计算二、短路电流计算 短路电流算例短路电流算例:三、失磁保护整定计算三、失磁保护整定计算 1、发电机失磁概述、发电机失磁概述 发电机失磁后,无功功率由正变负,功率因发电机失磁后,无功功率由正变负,功率因数角也由正向负变化,测量阻抗向第四象限过渡,数角也由正向负变化,测量阻抗向第四象限过渡,发电机失磁后进入异步运行时,机端测量阻抗将发电机失磁后进入异步运行时,机端测量阻抗将进入临界失步圆内,并最后在进入临界失步圆内,并最后在x轴上落到轴上落到 至至 范围内。范围内。因此,同步发电机的低励
9、、失磁保护多利用定因此,同步发电机的低励、失磁保护多利用定子回路参数的变化来判别并检测出发电机的低励子回路参数的变化来判别并检测出发电机的低励或失磁故障。或失磁故障。dxdx三、失磁保护整定计算三、失磁保护整定计算1异步边界圆;2汽轮发电机静稳边界圆三、失磁保护整定计算三、失磁保护整定计算 对于汽轮发电机,失磁保护宜瞬时或短延时对于汽轮发电机,失磁保护宜瞬时或短延时动作于信号,有条件的机组可进行励磁切换。失动作于信号,有条件的机组可进行励磁切换。失磁后母线电压低于系统允许值时,带时限动作于磁后母线电压低于系统允许值时,带时限动作于解列。当发电机母线电压低于保证厂用电稳定运解列。当发电机母线电压
10、低于保证厂用电稳定运行要求的电压时,带时限动作于解列,并切换厂行要求的电压时,带时限动作于解列,并切换厂用电源。有条件的机组失磁保护也可以动作于自用电源。有条件的机组失磁保护也可以动作于自动减出力。当减出力至发电机失磁允许负荷以下,动减出力。当减出力至发电机失磁允许负荷以下,其运行时间接近于失磁允许运行限时时,可动作其运行时间接近于失磁允许运行限时时,可动作于程序跳闸。于程序跳闸。三、失磁保护整定计算三、失磁保护整定计算 2、发电机低励失磁保护的构成发电机低励失磁保护的构成 定子回路可以作为低励失磁保护判据的特征主要定子回路可以作为低励失磁保护判据的特征主要有以下几种:有以下几种:a)无功功率
11、改变方向;)无功功率改变方向;b)超越静稳边界;超越静稳边界;c)进入异步边界;进入异步边界;d)转子功角变化。)转子功角变化。三、失磁保护整定计算三、失磁保护整定计算 正常情况下,发电机有可能进相运行,或在正常情况下,发电机有可能进相运行,或在发生短路、系统振荡、长线充电、自同步或回路发生短路、系统振荡、长线充电、自同步或回路断线等异常运行方式下,机端测量阻抗的轨迹都断线等异常运行方式下,机端测量阻抗的轨迹都可能进入第三、四象限,超越静稳边界和异步边可能进入第三、四象限,超越静稳边界和异步边界。因此,以上几种特征并非发电机低励、失磁界。因此,以上几种特征并非发电机低励、失磁过程中独有的特征,
12、要保证保护的选择性还必须过程中独有的特征,要保证保护的选择性还必须加上其他特征作为保护的辅助判据。加上其他特征作为保护的辅助判据。三、失磁保护整定计算三、失磁保护整定计算 常用的辅助判据和闭锁元件有以下五种:常用的辅助判据和闭锁元件有以下五种:1)励磁电流或励磁电压下降)励磁电流或励磁电压下降 辅助判据;辅助判据;2)负序分量区分低励失磁和其他故障;)负序分量区分低励失磁和其他故障;3)利用动作时间躲系统振荡;)利用动作时间躲系统振荡;4)电压回路断线时需闭锁;)电压回路断线时需闭锁;要保证保护装置的选择性,必须同时运用两要保证保护装置的选择性,必须同时运用两种或两种以上的闭锁方式。目前国内辅
13、助判据用种或两种以上的闭锁方式。目前国内辅助判据用的较多的是以下两种组成方式的较多的是以下两种组成方式三、失磁保护整定计算三、失磁保护整定计算 a)用励磁低电压元件和时间元件对短路故障、系)用励磁低电压元件和时间元件对短路故障、系统振荡和电压回路断线均能实现闭锁。统振荡和电压回路断线均能实现闭锁。b)用负序元件、延时元件和电压回路断线闭锁元)用负序元件、延时元件和电压回路断线闭锁元件实现闭锁,其中负序电压(或电流)元件闭件实现闭锁,其中负序电压(或电流)元件闭锁用于防止在短路情况下保护误动作;延时元锁用于防止在短路情况下保护误动作;延时元件用于躲过振荡;电压回路断线闭锁元件用于件用于躲过振荡;
14、电压回路断线闭锁元件用于防止断线时保护装置误动作。防止断线时保护装置误动作。失磁保护常由阻抗元件、母线低电压元件和失磁保护常由阻抗元件、母线低电压元件和闭锁(启动)元件组成。闭锁(启动)元件组成。三、失磁保护整定计算三、失磁保护整定计算 总体配置总体配置 a)系统主判据)系统主判据高压母线设低电压元件。高压母线设低电压元件。b)发电机判据)发电机判据异步边界阻抗或静稳极限阻抗。异步边界阻抗或静稳极限阻抗。c)辅助判据)辅助判据励磁低电压(或负序电压励磁低电压(或负序电压/电流)电流)d)闭锁元件)闭锁元件电压回路断线闭锁电压回路断线闭锁 e)功能要求)功能要求发电机减出力,厂用切换或减励磁。发
15、电机减出力,厂用切换或减励磁。三、失磁保护整定计算三、失磁保护整定计算 低励失磁保护主判据低励失磁保护主判据 a)低电压判据:)低电压判据:1)系统低电压;)系统低电压;2)机端低电压。)机端低电压。b)定子侧阻抗判据)定子侧阻抗判据 1)异步边界阻抗圆;)异步边界阻抗圆;2)静稳极限阻抗圆。)静稳极限阻抗圆。c)转子侧判据)转子侧判据 1)转子低电压判据;)转子低电压判据;2)变励磁电压判据。)变励磁电压判据。三、失磁保护整定计算三、失磁保护整定计算 静稳极限变励磁电压判据静稳极限变励磁电压判据 对于大型汽轮发电机,当进相运行时可能励磁对于大型汽轮发电机,当进相运行时可能励磁电压小于恒定低励
16、磁电压判据,恒定励磁低电压电压小于恒定低励磁电压判据,恒定励磁低电压辅助判据继电器会处于动作状态,失磁保护可能辅助判据继电器会处于动作状态,失磁保护可能会失去该辅助判据的闭锁作用,此时宜用变励磁会失去该辅助判据的闭锁作用,此时宜用变励磁电压判据。电压判据。0)(fdcondGNfdUXXSPU三、失磁保护整定计算三、失磁保护整定计算 令 则 令 K转子电压判据系数,有的称变励磁电压斜转子电压判据系数,有的称变励磁电压斜率(率(ULP)conddXXX0fddGNfdUXSPUGNfddSUXK/0三、失磁保护整定计算三、失磁保护整定计算 3、整定计算、整定计算 失磁保护一(静止励磁)为阻抗型失
17、磁保护,保失磁保护一(静止励磁)为阻抗型失磁保护,保护装置的输入量有:机端三相电压(护装置的输入量有:机端三相电压(TV变比为)、变比为)、发电机三相电流(发电机三相电流(TA变比为)、主变高压侧三相变比为)、主变高压侧三相电压、励磁直流电压。电压、励磁直流电压。需要整定的参数:定子阻抗判据、转子低电需要整定的参数:定子阻抗判据、转子低电压判据、机端低电压判据、系统低电压判据、无压判据、机端低电压判据、系统低电压判据、无功反向判据、减出力判据以及有关时限。功反向判据、减出力判据以及有关时限。三、失磁保护整定计算三、失磁保护整定计算(1)定子阻抗判据(一)(静稳边界阻抗圆)定子阻抗判据(一)(静
18、稳边界阻抗圆)1)jX轴上电抗轴上电抗Xc值为值为 式中式中 Xcon 折算到基准容量的发电机与系统间(应折算到基准容量的发电机与系统间(应计及本厂其他发电机)的最小联系电抗标幺值;计及本厂其他发电机)的最小联系电抗标幺值;UN 发电机额定电压。发电机额定电压。2)-jX轴上电抗轴上电抗XB值为值为 2()NT ACco nBT VUnjXjXSn2()NTABdBTVUnjXjXSn 三、失磁保护整定计算三、失磁保护整定计算 3)校核躲正常运行时负荷阻抗的能力)校核躲正常运行时负荷阻抗的能力 发电机正常运行的最小负荷阻抗为发电机正常运行的最小负荷阻抗为 式中:式中:最大功率输出的功率因数角,
19、最大功率输出的功率因数角,如如 ,则,则 (滞后功率因数(滞后功率因数时,时,)。对静稳阻抗边界圆,在对静稳阻抗边界圆,在 阻抗角方向上,其动作阻抗角方向上,其动作阻抗阻抗 为(为()2.min0.9()jNTAloaNTVUnZeSncos0.9025.80opZ0三、失磁保护整定计算三、失磁保护整定计算 要求要求4)校核躲进相运行时负荷阻抗的能力)校核躲进相运行时负荷阻抗的能力 发电机正常进相运行时的负荷阻抗发电机正常进相运行时的负荷阻抗 计及计及0.9可靠可靠系数后可表示为系数后可表示为2sin(sin)()22CBCBopCBXXXXZX X.min1.3loaopZZ2arctan.
20、220.9()GGQjPNTAloa QTVGGUnZenPQ.loaQZ三、失磁保护整定计算三、失磁保护整定计算 式中式中 发电机进相感性无功功率,因为发发电机进相感性无功功率,因为发出感性无功功率时,出感性无功功率时,因此进相运行时,因此进相运行时 发电机发出的有功功率,一般情况下取发电机发出的有功功率,一般情况下取 对静稳阻抗边界圆,在对静稳阻抗边界圆,在 角方向上角方向上()的动作阻抗)的动作阻抗 可由下式计算出来。可由下式计算出来。GQ0GQ 0GQ GPGNPParctanGGQP02sin(sin)()22CBCBopCBXXXXZX XopZ一般令一般令 ,计算进相无功功率分别
21、为,计算进相无功功率分别为10%PN、20%PN、30%PN、40%PN的的Zp值。值。由于不同进相无功时的由于不同进相无功时的 、分别计算出来分别计算出来(同一进相无功时,(同一进相无功时,与与 在同一阻抗角方向在同一阻抗角方向上),就可判别躲进相运行时负荷阻抗的能力。上),就可判别躲进相运行时负荷阻抗的能力。要求进相无功要求进相无功 时,时,;当;当 时时 ,当不满足上述要求时,可选用下当不满足上述要求时,可选用下切圆或下抛圆,或采用双阻抗特性圆。切圆或下抛圆,或采用双阻抗特性圆。GNPP.loa QZopZ.loa QZopZ20%GNQP.1.3loa QopZZ30%GNQP.1.1
22、loa QopZZ三、失磁保护整定计算三、失磁保护整定计算三、失磁保护整定计算三、失磁保护整定计算(2)定子阻抗判据(二)(异步阻抗边界圆)定子阻抗判据(二)(异步阻抗边界圆)-jX轴上两个阻抗值轴上两个阻抗值XA、XB的欧姆值为的欧姆值为 式中式中:折算到基准容量折算到基准容量 SB 的暂态电抗的暂态电抗标幺标幺 值;值;折算到基准容量折算到基准容量SB的同步电抗标的同步电抗标幺幺 值(不饱和值)值(不饱和值)无需校核躲进相运行时负荷阻抗的能力。无需校核躲进相运行时负荷阻抗的能力。22()2()dNT AABT VNT ABdBT VXUnj XjSnUnj Xj XSndXdX三、失磁保护
23、整定计算三、失磁保护整定计算 (3)定子阻抗判据(三)(过坐标原点的下抛圆)定子阻抗判据(三)(过坐标原点的下抛圆)1)-jX轴上电抗值轴上电抗值XB(另一电抗值是(另一电抗值是0)为)为 2)校核躲进相运行时负荷阻抗的能力)校核躲进相运行时负荷阻抗的能力发电机正常运行时的负荷阻抗发电机正常运行时的负荷阻抗 2()NTABdBTVUnjXjXSn 2arctan.220.9()GGQjPNTAloa QTVGGUnZenPQ三、失磁保护整定计算三、失磁保护整定计算对下抛圆定子阻抗特性,在对下抛圆定子阻抗特性,在 角方向上角方向上()的动作阻抗)的动作阻抗 为为 要求进相无功要求进相无功 arc
24、tanGGQP00cos(90)sinopBBZXXopZ20%GNQP.1.3loa QopZZ30%GNQP.1.1loa QopZZ三、失磁保护整定计算三、失磁保护整定计算 定子阻抗特性若用圆心和半径表示定子阻抗特性若用圆心和半径表示 静稳阻抗边界圆圆心和半径为静稳阻抗边界圆圆心和半径为 异步阻抗边界圆圆心和半径为异步阻抗边界圆圆心和半径为 过原点下抛圆过原点下抛圆 圆心和半径为圆心和半径为(0,)2BCXXj2BCXX(0,)2BAXXj2BAXX(0,)2BXj2BX三、失磁保护整定计算三、失磁保护整定计算 (4)无功反向判据)无功反向判据 按躲过发电机正常运行允许的进相无功按躲过发
25、电机正常运行允许的进相无功 整定,整定,无功反向定值无功反向定值 为为 一般取一般取 无功反向判据与静稳阻抗边界圆结合,可提无功反向判据与静稳阻抗边界圆结合,可提高进相运行时躲负荷阻抗的能力。高进相运行时躲负荷阻抗的能力。perQsetQpersetrelNQQKP15%setNQP三、失磁保护整定计算三、失磁保护整定计算 (5)减出力判据(也称过功率判据)减出力判据(也称过功率判据)按发电机失磁时允许的异步功率整定,一般可取按发电机失磁时允许的异步功率整定,一般可取(6)转子电压判据转子电压判据 转子电压判据有励磁低电压判据和变励磁电压判据转子电压判据有励磁低电压判据和变励磁电压判据 励磁低
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