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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 （发电机保护相关曲线配合计算）（发电机保护相关曲线配合计算） 感谢大唐公司领导专家学员光临指导感谢大唐公司领导专家学员光临指导 李红军：李红军：1360101646313601016463 发电机保护相关曲线配合计算内容发电机保护相关曲线配合计算内容 一、发电机定子过负荷保护与励磁定子电流限制的配合一、发电机定子过负荷保护与励磁定子电流限制的配合 二、发电机励磁过负荷保护与励磁限制的配合二、发电机励磁过负荷保护与励磁限制的配合 三、发电机失磁保护与三、发电机失磁保护与AVRAVR低励磁限制的配合低励磁限制的配合 四、发电机过激磁保护与励磁系统四、发
2、电机过激磁保护与励磁系统V/HzV/Hz限制的配合限制的配合 一、一、 发电机定子过负荷保护与励磁定子电流限制的配合发电机定子过负荷保护与励磁定子电流限制的配合 1、 定时限过负荷保护，动作于定时限过负荷保护，动作于信号。信号。 1） 动作电流动作电流：按发电机长期允许的负荷电流下能可靠返回的条件整定按发电机长期允许的负荷电流下能可靠返回的条件整定。 1.05 4.23 4.68A 0.95 relr op r KI I K 式中：式中： rel K可靠系数，取可靠系数，取 1.05； r K返回系数，取返回系数，取 0.95； r I发电机额定电流（二次值发电机额定电流（二次值） 。 2）
3、动作时限：取动作时限：取 t=5-9s。 2、 反时限过电流保护（动作于全停或解列灭磁、启动断路器失灵反时限过电流保护（动作于全停或解列灭磁、启动断路器失灵） 。 反时限过电流保护的动作特性反时限过电流保护的动作特性，即过电流倍数与允许持续时间的关系即过电流倍数与允许持续时间的关系，由制造厂家提供的定由制造厂家提供的定 子绕组允许的过负荷能力确定。根据发电机说明书：子绕组允许的过负荷能力确定。根据发电机说明书： 2 137.5sIt，根据继电保护和安全自，根据继电保护和安全自 动装置技术规程（动装置技术规程（GB14285-2006）第）第 4.2.8.2 条规定，反时限部分：动作特性按发电机
4、定子绕组条规定，反时限部分：动作特性按发电机定子绕组 的过负荷能力确定的过负荷能力确定，动作于停机动作于停机。保护应反应电流变化时定子绕组的热积累过程保护应反应电流变化时定子绕组的热积累过程。不考虑在灵敏不考虑在灵敏 系数和时限方面与其他相间短路相配合。系数和时限方面与其他相间短路相配合。 1） 反时限下限定值：按与定时限负荷保护定值配合整定。反时限下限定值：按与定时限负荷保护定值配合整定。 .min 1.05 4.684.91A relr opco r KI IK K 式中：式中： co K配合系数，取配合系数，取 1.05。 2） 反时限上限定值，软件自动计算。反时限上限定值，软件自动计算
5、。 3） 反时限上限时间，软件自动计算。反时限上限时间，软件自动计算。 反时限过电流保护的动作特性按反时限过电流保护的动作特性按下下式计算：式计算： 22 *sr tc K t IK 式中：式中： tc K定子绕组热容量系数；定子绕组热容量系数； * I定子额定电流为基准的标幺值；定子额定电流为基准的标幺值； sr K散热系数。散热系数。 厂家提供的定子过流能力：厂家提供的定子过流能力： * = 37.5It 2 1，适用范围适用范围 10s60s，每年不超过两次。，每年不超过两次。 为与发电机允许的过负荷能力配合，取为与发电机允许的过负荷能力配合，取 tc K=37, sr K=1，即即：
6、2 * 37 1 t I 4） 励磁调节器中的定子电流限制定值（励磁调节器中的定子电流限制定值（UNITROL 6800） ABB UNITROL 6800 励磁调节器定子过流限制方程为：励磁调节器定子过流限制方程为： * 30tI 2 1 5） 定子过负荷保护配合表。定子过负荷保护配合表。 定子电流标幺值：定子电流标幺值： r I I21.81.51.241.21.181.15 允许时间（允许时间（s） * 37.5tI 2 112.516.730.069.885.295.6116.3 定子过负荷保护定子过负荷保护 定值（定值（s） * 37tI 2 112.316.529.668.884.
7、194.3114.7 励磁调节器定子励磁调节器定子 电流限制（电流限制（s） * 30tI 2 110.013.424.055.868.276.593.0 二、发电机励磁过负荷保护与励磁限制的配合二、发电机励磁过负荷保护与励磁限制的配合 1、 基准电流基准电流 额定励磁电流额定励磁电流 fd I应变换至交流侧的有效值应变换至交流侧的有效值， 对于采用桥式不可控整流装置的情况对于采用桥式不可控整流装置的情况， 0.816 fdfd II。 基准电流基准电流整定为：整定为： 0.8160.816 45346000 10.62A frfdra IIn。 式中：式中： fdr I发电机额定励磁电流发电
8、机额定励磁电流； a n励磁变励磁变低低压侧压侧 TA 变比变比； 0.816三相整流桥直流侧转换成交流侧有效值系数三相整流桥直流侧转换成交流侧有效值系数2 30.816。 2、 定时限定时限过负荷过负荷动作于信号。动作于信号。 1） 动作电流：按躲过发电机额定励磁电流整定动作电流：按躲过发电机额定励磁电流整定。 1.05 0.62 0.68A 0.95 relfr op r KI I k 式中：式中： rel K可靠系数，取可靠系数，取 1.05； r K返回系数，取返回系数，取 0.95。 2） 动作时间：取动作时间：取 11s。 3、 反时限过负荷反时限过负荷 1） 发电机允许的转子过负
9、荷能力发电机允许的转子过负荷能力 发电机转子绕组应具有下列规定的过电流能力，时间从发电机转子绕组应具有下列规定的过电流能力，时间从 10s120s。 2 * 133.75It 2） 反时限启动电流：反时限启动电流：与定时限报警取相同定值与定时限报警取相同定值（动作于全停或解列灭磁、启动断路器失灵（动作于全停或解列灭磁、启动断路器失灵） 。 3） 发热常数发热常数：与发电机允许的转子过负荷能力配合：与发电机允许的转子过负荷能力配合取取 33。 4） 励磁调节器中的转子电流限制定值（励磁调节器中的转子电流限制定值（UNITROL 6800） ABB UNITROL 6800 励磁调节器转子过流限制
10、方程为：励磁调节器转子过流限制方程为： 2 * 301tI 5） 转子过负荷保护配合表转子过负荷保护配合表： 转子电流标幺值：转子电流标幺值： fr I I 2.092.01.461.251.15 允许的转子过负允许的转子过负 荷能力（荷能力（s） 2 * 33.751tI10.011.329.860.0104.7 励磁过负荷保护励磁过负荷保护 定值（定值（s） 2 * 331tI 9.811.029.258.7102.3 励磁调节器中的励磁调节器中的 转子电流限制转子电流限制 （s） 2 * 301tI 8.910.026.553.393.0 三、三、 发电机失磁保护与发电机失磁保护与 AV
11、RAVR 低励磁限制的配合低励磁限制的配合 TA 取自发电机机端，变比：取自发电机机端，变比：25000/5A； TV 取自发电机机端，变比：取自发电机机端，变比： 200.10.10.1 kV 3333 。 1 异步边界圆判据异步边界圆判据 失磁保护下抛圆曲线异步极限阻抗图失磁保护下抛圆曲线异步极限阻抗图 异步边界圆动作判据主要用于与系统联系紧密的发电机失磁故障检测异步边界圆动作判据主要用于与系统联系紧密的发电机失磁故障检测。 2 2 2025000 50.336 2.3 22733.320 0.1 dra a rv XUn X Sn 2 2 2025000 5 2.3832.5 733.3
12、20 0.1 ra bd rv Un XX Sn 式中：式中： d X发电机暂态电抗标幺值，取不饱和值；发电机暂态电抗标幺值，取不饱和值； d X发电机同步电抗标幺值；发电机同步电抗标幺值； r U发电机额定电压；发电机额定电压； r S发电机额定视在功率；发电机额定视在功率； a nTA 变比变比； v nTV 变比变比。 2低励限制与低励限制与异步边界圆的异步边界圆的配合配合 失磁异步圆映射至失磁异步圆映射至 P-Q 平面平面 22 2025000 5 13.64 733.320 0.1 ar j rv nU X Sn （发电机的基准阻抗）（发电机的基准阻抗） 22.3 32.5217.4
13、 oab XXX （圆心坐标（圆心坐标 0 -17.4） * 1.28 ooj XXX （圆心标幺值坐标（圆心标幺值坐标 0 -1.28） 232.52.3215.1 oBA RXX （半径）（半径） * 1.11 ooj RRX（圆半径幺值（圆半径幺值 1.11） 将上述曲线按将上述曲线按 22 22 2 2222 oo oooo Z UU R PQ ZRZR 映射至映射至 P-Q 平面得：平面得： 222222 * 0.951.281.281.112.84 ooo CU XXR （圆心坐标圆心坐标 0-2.84） 222222 * 0.951.11 1.281.112.47 ooo RU
14、RXR（半径）（半径） 励磁调节器中低励限制定值励磁调节器中低励限制定值 六六点拟合点拟合有功功率有功功率 P/视在功率视在功率 S无功功率无功功率 Q/视在功率视在功率 S 第第 1 点点0-0.24 第第 2 点点0.25-0.24 第第 3 点点0.43-0.18 第第 4 点点0.64-0.12 第第 5 点点0.90-0.06 第第 6 点点10 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 -0.2 -0.6 -0.8 -1.0 -0.4 P Q B A 图中：图中： A：失磁阻抗圆；：失磁阻抗圆； B：励磁调节器低励限制曲线；：励磁调节器低励限制曲线； 3静稳边界圆判据静稳边界圆判据
15、一般一般凸极机采取静稳园方案，具体原因不在赘述，凸极机凸极机采取静稳园方案，具体原因不在赘述，凸极机 dq XX，在低励失磁故障时，其静稳极，在低励失磁故障时，其静稳极 限的机端阻抗轨迹是滴状曲线。限的机端阻抗轨迹是滴状曲线。 失磁保护滴状曲线静稳极限阻抗图失磁保护滴状曲线静稳极限阻抗图 * 44.4 0.0933 0.03180.056 100 c mts XXX 2 2 * 13.82500 5 0.0560.87 44.413.8 0.1 c ra c rv Un XX Sn 2 2 13.82500 5 0.6229.7 44.413.8 0.1 ra bq rv Un XX Sn 式
16、中：式中： q X为联系电抗和发电机（为联系电抗和发电机（横轴）横轴）同步电抗标幺值，取不饱和值；同步电抗标幺值，取不饱和值； r U、 r S为发电机额定电压和额定视在功率；为发电机额定电压和额定视在功率； a n、 v n为电流互感器和电压互感器变比为电流互感器和电压互感器变比。 4低励限制与低励限制与静稳边界圆的静稳边界圆的配合配合 失磁静稳圆映射至失磁静稳圆映射至 P-Q 平面平面 2 2 13.82500 5 15.54 44.413.8 0.1 ra j rv Un X Sn （基准阻抗）（基准阻抗） 静稳圆在静稳圆在 R-X 平面圆心的标么值（由于不是园的曲线属于近似计算）平面圆
17、心的标么值（由于不是园的曲线属于近似计算） 圆心：圆心： 11 9.70.87 15.540.28 22 obcj XXXX 半径：半径： 11 +9.7+0.87 15.540.34 22 obcj RXXX 将上述曲线按将上述曲线按 22 22 2 2222 oooo oo X UR U PQ XRXR 映射至映射至 P-Q 平面得：平面得： 圆心：圆心： 222222 0.950.280.280.346.79 cooo SU XXR 半径：半径： 222222 0.950.34 0.340.288.25 rooo SU RXR 即按定值整定的静稳圆与上述失磁静稳圆实为同一个圆，也即是以（
18、即按定值整定的静稳圆与上述失磁静稳圆实为同一个圆，也即是以（0，6.79）为圆心，）为圆心，8.25 为为 半径的一个在半径的一个在 P-Q 平面上的圆。平面上的圆。 励磁调节器中低励限制定值：励磁调节器中低励限制定值： 三点拟合三点拟合无功功率无功功率 Q/Sr有功功率有功功率 P/Sr 第第 1 点点-55%0% 第第 2 点点-36%45% 第第 3 点点-27%68% 第第 4 点点-18%90% 0.20.40.60.81.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 B A 图中：图中： A：欠励限制曲线；：欠励限制曲线； B：发电机静稳阻抗边界圆发电机静稳阻
19、抗边界圆。 四、四、 发电机过激磁保护与励磁系统发电机过激磁保护与励磁系统V/HzV/Hz限制的配合限制的配合 发电机在运行中可能因各种原因发生过激磁现象发电机在运行中可能因各种原因发生过激磁现象，过激磁将使发电机的温度升高过激磁将使发电机的温度升高，如果过激磁倍如果过激磁倍 数高且持续时间长数高且持续时间长，可能使发电机定子铁芯因过热而损坏可能使发电机定子铁芯因过热而损坏。所以发电机需装设性能完善的所以发电机需装设性能完善的 V/Hz 限制限制 和过激磁保护和过激磁保护，从而确保发电机的安全稳定运行从而确保发电机的安全稳定运行。要求要求 V/Hz 限制与过激磁保护一定要配合好限制与过激磁保护
20、一定要配合好，作为作为 发电机励磁调节器限制功能的发电机励磁调节器限制功能的 V/Hz 限制一定要先于发电机过激磁保护动作。限制一定要先于发电机过激磁保护动作。V/Hz 限制是指发电机限制是指发电机 在运行时在运行时，发电机机端电压与发电机频率的比值有一个安全允许工作范围发电机机端电压与发电机频率的比值有一个安全允许工作范围，当当 V/Hz 比值超出安全范比值超出安全范 围围，会导致发电机过激磁引起发电机定子铁芯发热会导致发电机过激磁引起发电机定子铁芯发热，必须限制发电机机端电压幅值必须限制发电机机端电压幅值，是通过励磁调节是通过励磁调节 器调节发电机机端电压的手段实现。器调节发电机机端电压的
21、手段实现。 V/Hz 比值控制在安全范围内，此功能称为比值控制在安全范围内，此功能称为 V/Hz 限制。限制。 V/Hz 限制动作条件为发电机过电压或限制动作条件为发电机过电压或 低频率的比值低频率的比值。当发电机负载时当发电机负载时，由于发电机频率为系统频率由于发电机频率为系统频率，实际实际 V/Hz 限制主要是机端电压限制限制主要是机端电压限制。 发电机空载时发电机空载时，由于发电机电压和频率的比值与发电机励磁电流成比例关系由于发电机电压和频率的比值与发电机励磁电流成比例关系，实际空载实际空载 V/Hz 限制主限制主 要为过励磁电流限制要为过励磁电流限制。另外另外，发电机空载时发电机空载时
22、，当发电机频率低于整定值当发电机频率低于整定值 45 Hz 时时，实际发电机不许继实际发电机不许继 续维持机端电压续维持机端电压，需要发出逆变脉冲励磁系统逆变灭磁需要发出逆变脉冲励磁系统逆变灭磁。 V/Hz 限制动作依据生产需要可分为定时限限制动作依据生产需要可分为定时限 动作、反时限动作。励磁动作、反时限动作。励磁 V/Hz 限制一般采用定时限瞬时动作，对励磁进行适当调整，而不使用反时限制一般采用定时限瞬时动作，对励磁进行适当调整，而不使用反时 限，主要考虑防止发电机的温度没有必要的升高。限，主要考虑防止发电机的温度没有必要的升高。 励磁调节器的励磁调节器的 V/Hz 限制与过激磁保护整定配
23、合限制与过激磁保护整定配合， V/Hz 限制值在限制值在 1.05 时动作时动作； 过激磁保护在过激磁保护在 1.07 时启动报警；在时启动报警；在 1.08 时启动反时限动作，从而满足发电机运行的要求。时启动反时限动作，从而满足发电机运行的要求。 发电机过激磁保护整定（以哈尔滨电机厂百万机为例发电机过激磁保护整定（以哈尔滨电机厂百万机为例） ： 1） 按照以下原则对过激磁保护进行整定。按照以下原则对过激磁保护进行整定。 当电机制造厂家提供发电机过激磁能力曲线时当电机制造厂家提供发电机过激磁能力曲线时，反时限过激磁保护的动作值应与过激磁能力曲线反时限过激磁保护的动作值应与过激磁能力曲线 相配合
24、；对于单元接线的发电机变压器，没有相配合；对于单元接线的发电机变压器，没有 GCB 的情况下的情况下，可只装一套过激磁保护，按发电机及，可只装一套过激磁保护，按发电机及 变压器两者之中过激磁能力较低的进行整定。变压器两者之中过激磁能力较低的进行整定。 2） 定时限过激磁保护的整定定时限过激磁保护的整定 定时限过激磁倍数定时限过激磁倍数，可按发电机额定电压可按发电机额定电压/额定频率的额定频率的（1.051.1）倍来整定倍来整定。与发电机的励磁调与发电机的励磁调 节器节器 V/Hz 动作值动作值 1.05 倍配合倍配合整定为整定为 1.07 倍，动作时间倍，动作时间 5s 发信号。发信号。 3）
25、 反时限过激磁保护定值反时限过激磁保护定值 与发电机允许的过激磁能力曲线配合，与发电机允许的过激磁能力曲线配合，1.08 倍倍 100s 为起始动作值为起始动作值。 发电机允许过激磁与保护动作值发电机允许过激磁与保护动作值配合表配合表： 电压电压/频率（频率（pu）1.051.071.081.091.11.121.141.161.181.2 允许时间（允许时间（s）长期长期长期长期150100806050403020 保护定值（保护定值（s）长期长期51008070504030205 励磁调节器时间励磁调节器时间（s）0000000000 发电机过励磁曲线配合关系：发电机过励磁曲线配合关系： 参考文献参考文献 GB/T 14285-2006继电保护和安全自动装置技术规程 DL/T 684-2012 大型发电机变压器继电保护整定计算导则 大型发电机低励磁限制与过激磁保护整定配合研究 陈小明等 哈尔滨电机厂 600MW 级、1000MW 级发电机使用手册 上海电机厂 600MW 级、1000MW 级发电机使用手册 大型汽轮发电机设计、制造与运行汪耕，李希明 UNITROL 6800 同步发电机励磁装置说明书 ABB 公司 GB/T 7409.3-2007 大、中型同步发电机励磁系统技术要求 600-1750MW 发电机变压器组继电保护整定计算书模板北京圣海电力公司