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1、第十章 厂用继电保护及备用电源自动投入装置第一节 厂用变压器继电保护一、高压厂用工作变压器简称高厂变继电保护的配置由于现在国产及引进型的 300MW 机组一般均承受发变机一变压器组单元接线，高厂变与发电机之间，主变与发电机之间均为直接连接，不装设断路器， 所以发变组作为一个整体观念，是一个电气连接。承受这种接线方式的高厂变与发变组地保护现在一般承受成套微机保护装置。漳山公司 300MW 发电机变压器组继电保护装置选用了东南大学、国电南自，西北电科院联合生产的 DGT801 型数字式发变组保护装置。发电机、主变压器、高厂变的各类保护配置了 A、B、C 三个保护柜，其中 A、B 柜中有两套完整电量
2、保护，承受双 CPU 并行工作，C 柜为非电量保护和单套电气保护。高厂变保护主要有：1、高厂变差动保护原来只承受折线比率制动原理，现承受二次谐波制动的比率差动保护，并使用了变数据窗快速算法。为防止 CT 断线差动误动，任一相电流互感器断线， 均应能闭锁差动，CT 断线功能设置开关，使其能投能退。保护瞬时动作于全停。（a） 二次谐波制动原理对变压器实现纵差保护的原理可以保护变压器的内部，套管及引线，由于变压器高，低压侧承受不同的接线组别，则变压器各侧电流的大小和相位均不同， 且高，低压侧是通过电磁联系，在靠近电源的一侧有励磁电流，这些特点将导致差动回路的暂态不平衡电流和稳态不平衡电流大大增加，使
3、差动保护处于不利的工作条件下，这构成了实现变压器的差动保护特别回路。变压器正常运行时的励磁电流由于其很小，在外部故障时，由于电压降低，励磁电流也减小，则影响更小。当变压器正常运行空载投入和外部故障切除后电压恢复时，可能消灭数值很大的励磁电流，其包含有大量的高次谐波，其中二次谐波占主要的，而正常运行和内部故障时，二次谐波含量很小，利用二次谐波作为制动量可以有效防止差动在变压器励磁时误动作。（b） 比率制动差动原理原理与发电机一样，见前面介绍利用比率制动原理的差动保护，既可在内部故障时有较高灵敏度，又对正常不平衡电流有制动作用。差动保护规律框图：A 相差动B 相差动+C 相差动+出口跳闸A 相二次
4、谐波制动差动B 相二次谐波制动差动+C 相二次谐波制动差动TA 断线信号2、高厂变 A、B 分支限时速断保护作为分支上相间短路故障的保护和厂用变压器后备保护。分支对流保护动DZ作电流 I按躲过变压器该分支可能消灭的最大负荷电流 Ilmax 来整定，即：KuIDZKfIl maxF式中 Ku 为牢靠系数，取 1.21.3，KF 为过流继电器返回系数，k作后延时跳故障分支，并闭锁该段厂用快切。3、高厂变复合电压闭锁过流保护=0.95，动高厂变高压侧承受复合电压闭锁过流保护，同样也是变压器相间短路故障的后备保护。特点是用负序电压继电器来启动低电压继电器，又用低电压继电器启动过流继电器。为保证选择性，
5、复合电压元件配置两套，输入电压分别取自厂用变低压侧两个分支上的电压，并承受了两段延时出口，发生一样短路故障时，经延时动作于解列灭磁。4、高厂变瓦斯保护变压器内部故障，有时故障电流比较小，反映电流的保护往往不能动作， 对于油浸变压器，油箱内短路时，在短路电流和短路点电弧的作用下，绝缘油和其它绝缘材料会因受热而分解，产生气体，这些气体必定会从油箱流向油枕上部， 故障越严峻，产生的气体就越多，流向油枕的气流速度也越快，利用这种气体而动作。在变压器内部发生严峻漏油或匝数很少的匝间短路及绕组断线故障时，瓦斯保护将动作。瓦斯保护装在油箱与油枕之间的连接收道上，主要部件是瓦斯继电器，瓦斯继电器承受开口标与挡
6、板复合式。瓦斯保护有转，重瓦斯保护之分，轻瓦斯动作于气体体积的大小，延时作用于信号，重瓦斯动作于油流速度的大小而动作，瞬时动作于跳闸，并可切换为发信号，不乱动失灵。5、高厂变通风保护由高厂变高压侧电流启动，动作于启动风扇。6、高厂变其他非电量保护（1） 高厂变油温保护，动作于信号。（2） 高厂变冷却器保护，动作于信号。（3） 高厂变油位保护，动作于信号。（4） 高厂变压力释放保护，动作于全停，不启动失灵保护。7、高压厂变低压分支复合电压过流保护它作为高厂主变低压分支故障的后备保护。保护由 A或 B分支的复合电压和过电流共同构成，并与 6.3KVI 作馈线过流保护相协作，保护带时限动作于本分支跳
7、闸，并闭锁本段厂用电快切装置。二、励磁变压器继电保护配置1、励磁变压器过电流保护作为励磁变差动保护的后备保护。励磁变压器高压侧过电流短延时动作于程序跳闸。2、励磁变压器差动保护为励磁变压器内部短路及引出线故障的主保护。保护瞬时动作于全停 1。3、励磁变温度保护保护动作于信号。三、高压厂用启动/备用变压器继电保护的配置简称启备变启备变继电保护柜包括二套完整的保护装置。被保护设备包括启备变及低压分支，二套保护中电量保护配置各自相互独立的电流互感器和电压互感器，两套装置之间没有任何电联系，任一套退出，影响另一套保护正常工作，保护动作于两分支断路器。漳山公司启备变保护，选用了东南大学、国电南自，西北电
8、科院联合研制的 DG801 型数字式保护装置，配置了 A、B 二个保护柜，两套完整的电量保护分别布置在 A、B 柜，非电量保护配置在 A、B 柜。启备变主要配置有以下保护1、差动保护作为启备变变压器绕组内部，出线套管短路故障的主保护，原理同高厂变， 也承受二次谐波电流制动原理的比率制动式差动保护，承受三侧差动判据，设有CT 断线闭锁功能，保护瞬时动作于启备变高，低压侧三个开关跳闸。2、过激磁保护作为启备变由于过激磁而导致硅钢片烧损或金属局部严峻过热的保护。承受 V/F 原理，反响过激磁倍数而动作。保护由定时限和反时限构成，定时限局部分两段和过激磁特性近似相匹配， 经延时发信号。反时限局部按启备
9、变对励磁力量动作于启备变凹凸压侧三个开关跳闸。3、启备变零序电流保护作为启备变高压绕组及引出线单相接地保护的后备保护，同时作为 220KV 系统发变组相邻元件接故障的后备保护，保护接于启备变中性点引出线的 CT 上， 保护带时限动作于启备变凹凸压侧三个开关跳闸。4、阻抗保护用于反响启备变相间短路故障的后备保护，保护阻抗元件具有偏移特性， 正反向阻抗均可分别整定，保护规律图见图。ZABZt出口BCZCA5、电压平衡保护用作检测 DT 或 PT 的熔断器故障，动作于信号。6、启/备变复合电压过流保护作为启备变主保护的后备保护，保护由启备变两低压侧的复合电压和高压侧过电流共同构成，经延时动作于启备变
10、凹凸侧开关跳闸。7、启备变低压分支复合电压过流保护作为低压分支故障的后备保护保护由 A或 B分支的复合电压和过电流共同构成，保护与 6.3KVI 作段馈线过流保护相协作，保护带时限动作于本分支跳闸。8、启备变低压分支限时速断保护作为低压分支母线故障的保护保护由启备变 AB分支限时速断电流构成，设一段延时，动作于本分支跳闸。9、失灵保护起动回路由主断路器关心接点，保护出口接点和负序电流或零序电流判据构成，保护经压板输出接点至强电回路。10、启备变非电量保护a、启备变轻瓦斯保护，保护动作于信号。b、启备变重瓦斯保护，保护动作无延时于跳启备变凹凸压侧开关，并可切换为发信号，不启动失灵。c、启备变压力
11、释放保护，保护动作于全停，不启动失灵。d、启备变冷却器故障保护，保护动作于信号，并可依据启备变油温带时限动作于跳启备变凹凸压侧开关。e、启备变绕组温度，保护动作于信号。f、启备变油温，保护动作于信号。g、启备变油位，保护动作于信号。11、启备变通风保护由启备变高压侧电流起动，起动通风接点接至强电回路，启动冷却器。以上保护非电量保护布置于 A 柜，电量保护 A、B 柜配置完全一样。12、分接头有载调压分接开关重瓦斯，瞬时动作于各侧开关。13、分接头轻瓦斯动作于信号。四、低压厂用变压器简称低厂变保护一低压厂用变压器保护的配置低压厂用变压器容量一般在 1000KVA 左右，应配置如下继电保护。（1）
12、 电流速断保护；（2） 定时限过电流保护；（3） 低压侧零序过流保护。（4） 瓦斯保护或温度保护，对于油浸式低压变有瓦斯保护，而对于低压干式变则对应于温度保护。二低压厂用变压器保护整定应留意以下几个问题（1） 电流速断按躲过低压母线三相短路计算。（2） 定时限过流保护动作电流按躲过电动机自起动计算，同时应和出线最大定值的保护及额定电流最大的熔断器协作。厂用变压器过流保护动作时间比低压厂用变压器出线保护大 1 个时间级差。和熔断器协作时，应比熔断器熔断时间大 1 个时间级差。T=tft式中：T 为厂用变压器过流保护动作时间，S；t 为熔断器在电流为 Iact，L 时的熔断时间 S；Iact,L
13、为厂用变压器过流保护折算至低压侧的动作电流。当 t1.52。其次节 高压电动机保护的配置现大型发电厂的高压厂用电动机普遍承受综合保护。下面介绍保护及其原理。一、接地保护零序保护电动机接地保护承受零序 CT 就取电动机的 Io，构成电动机接地保护，为防止电动机在较大的启动电流下，由于不平衡电流引起零序保护误动，保护承受最大相电流作制动量。1、如承受真空断路器，取保护装置固有动作时间，为接地保护整定动作时间，一般 0.3S。2、如承受F-C 回路。应考虑熔断器的熔断时间相协作，一般取动作时间为0.4S。二、短路保护正序过流1、保护在电机启动过程中，能躲过最大启动电流 Istmax。即保护在电机启动
14、过程中，只有大于 Istmax 保护才动作。2、电机启动完毕后保护大于正常运行短路保护动作电流才动作。3、对于承受真空断路器电跳保护动作时间取装置固有动作时间，一般取 0S。4、对于承受F-C 回路动作时间应和熔断器的熔断时间相协作，一般对于额定电流较小的熔断器，动作时间取 0.3S，对于额定电流较大的熔断器动作时间取0.4S。5、综合保护推断电机启动是否完毕，是按整定的电动机启动时间最大实测值，乘以 1.11.2 整定，对于启动时间较长的电动给水泵，送、引风机、一次风机，磨等，启动时间一般取 2025S，而对其他快速启动电动机取 810S。三、不平衡包括断相和反相保护负序过流1、对于承受真空
15、断路器的电机可不考虑电动机的两相运行，该保护可作电动机内部两相短路时速断保护的后备保护，一般取负序过流保护动作电流为电动机二次额定电流，动作时间为0.4 S。2、对于承受 F-C 回路的电机应考虑熔断器熔断一相且真空接触器未能三相联跳，造成电机两相运行， 保护应能牢靠动作，一般取负序过流保护动作电流为电动机二次额定电流的 0.3 倍。动作时间一般为 0.4S。四、启动时间过长保护是过流单元组合启动时间单元实现的，过流整定为大于 1.125 倍电动机二次侧额定电流，也就是当超过启动时间后如电动机电流仍大于 1.125 倍额定电流， 则保护动作跳开电机启动时间整定为 2.560S。五、堵转保护对允
16、许承受的堵转时间长于自身启动时间的电动机，运行中消灭堵转，利用过流单元和过宠保护来实现堵转保护。允许堵转时间按电动机在起动时最大可能的起动时间，并有 20%的裕度整定。电流一般按 1.3 倍电机额定电流整定。六、热过载包括过热跳闸和过热报警保护该保护功能是在各种运行工以下，建立电动机的发热模型，对电动机供给准确保护，考虑到正、负序电流对电动机的热效应不同，在发热模型中承受热等效电流 Ieg，其表达式为：K I 2 + KI 2Ieg =1 12 2式中 K1 为系数，电动机起动时，K1=0.5，起动完毕后K1=1。K2 为考虑负序电流在发热模型中的热效应的系数，一般取K2=6。装置测量回路可获
17、得电机实际运行电流的正序重量 I1 和负序重量 I2。将 Ieg 供给应发热模型，便可获得了计及 I1 和 I2 的与流进电动机的实际电流相对应的总的热效应，从而确保对电动机供给准确，牢靠而有效的过载保护。过宠保护分为跳闸输出和报警信号输出。第三节 高压厂用备用电源快速切换随着大容量机组的不断消灭，厂用电容量不断增长，为了解决对大型锅炉运行工况的稳定性和对电动机冲击的影响，现在一般承受厂用电源快速切换装置来切换厂用电源。一、对快速切换装置的根本要求1、适用于高压厂用电源，其断路器的固有合闸时间不大于 5HZ。2、装置只允许动作一次。3、工作电源和备用电源为两个独立电源。正常时，两电源同步，寻常
18、由一个电源工作电源供电。在起动，停机或发生故障时，需要从一个电源切换至另一个电源。4、电源切换不能造成运行中断，设备损坏。5、无论什么缘由，工作电源分支断路器跳闸时，只要相角差或电压差小于整定值，应不经延时合上备用电源断路器，假设大于整定值时快速切换应闭锁， 转入同步捕获和残压闭锁，令备用电源断路器。6、当因厂用分支过流保护动作断开工作电源断路器时，闭锁快切装置。7、PT 故障，不应启动快切装置。8、当某种缘由工作母线电压消逝，而备用电源正常时，应延时自动断开工作电源分支断路器，然后由工作分支断路器关心触点起动快切装置合上备用电源断路器。漳山公司承受 MFC2023-2 型微机厂用电源快速切换
19、装置。二、微机型厂用电源快速切换装置 MFC200-2 功能1、快切装置具有检查周期的快速切换，同期捕获切换和检查残压的切换功能。2、优先检同期，进展快速切换，不满足快切条件时，自动转入同期捕获切换和检查残压切换。3、快切装置应具有正常状况下的手动切换，事故和不正常状况下的自动切换功能，手动切换加闭锁功能，可以在 DCS 操作员站上进展，也可以在装置面板上进展操作，自动切换由保护电动或装置检测到不正常状况后自动启动，不正常状况包括工作电源开关误跳和厂用电母线失压。4、手动切换方式可选并联和串联，自动切换方式可选串联和并联。5、误拉母线 PT 和 DT 断线时快切装置应闭锁切换。6、有保护闭锁快
20、切装置的接口，母线故障，由分支过流保护来闭锁自投。7、快切装置的投入和退出可就地和远方操作，装置故障和装置动作有相应的信号。8、快切装置的只能动作一次，在下次动作前，必需经人工复归。9、快切装置有启动分支保护后加速保护功能，从而避开多用电源误投入故障造成事故扩大。10、备用电源失电时，应闭锁自投；但当备用PT 检修时，可由检修人员在装置上解除闭锁，也就是说假设此时厂用电源发生故障时，装置仍能进展切换。11、快切装置，应有去耦合功能，即当由于开关柜动造成并列运行时，装置将依据不同的切换方式分别处理并给出位置特别闭锁信号。12、装置具有在线试验功能（1） 母线，工作电源备用电源电压；（2） 母线与
21、工作电源或备用电源间的频差和相位差；（3） 全部功能投退和参数整定设置；（4） 外部特别状况，如 PT 断线，后备电源失电等；（5） 内部特别状况，如 CPU 故障，电源故障等。14、装置应有录波功能，能记录切换过程中的母线电压，频率和相位变化。15、记录实际切换过程中工作电源开关和备用电源开关的合，分闸时间。16、录波数据不因掉电或复归而丧失。17、录波数据能通过打印机打印出来。18、应有与 DCS 上位机的通信接口，可以在 DCS 上位机上进展录波分析。三、设备参数1、直流工作电源：DC110V20%2、输入电压信号：AC110V，50HZ3、出口接点容量：DC110V，10A4、直流电源
22、回路：当正常工作时消耗功率，不大于 30W，切换时，不大 940W。5、过载力量（1） 沟通电流回路：2 倍额定电流连续工作，10 倍额定电流允许的，40 倍额定电流允许/S。（2） 沟通电压回路，1.5 倍额定电压连续工作。（3） 直流电源回路，80%120%额定电压，连续工作。6、测量准确度（1） 电压电流：不大于2%；（2） 频率：不大于0.1HZ；（3） 相角：不大于 0.5；（4） 延时：不大于 1%。7、输出接点容量跳合闸出口：DC110V，10A接通 信号出口：DC110V，2.5A断开8、装置自身时钟精度，24h 不大于/S。9、整个快速切换过程时间1事故同时切换；12ms+设
23、定延时+备用开关固有合闸时间； 事故串联切换12ms+工作开关固有跳闸时间+备用开关固有合闸时间。 四、MFC2023-2 型厂用电快切的应用依据实际需要，可以全部承受厂用电快切装置的全部功能，也可选用其中局部功能。具体承受哪些待以后依据实际定。如仅承受事故切换和不正常切换。由保护启动，失跳工作电源断路器，在确认工作断路器已断开，且满足切换条件时合上备用电源断路器，其实现由串切，同期捕获和残压闭锁 3 种切换，依据状况，必要时也可起用正常并联切换方式。1、正常切换正常切换是双向的，可以由于工作电源切向备用电源，也可以由备用电源切向工作电源。正常切换由手动启动。（1） 并联切换只有在快切大事满足
24、时才能实现。（2） 正常同时切换串切手动起动，先发跳工作备用开关命令，在切换条件满足时，完全备用工作断路器命令。假设要保证先分后令，可在合闸命令前加设定延时。正常串切可有三种实现方式，快速，同期捕获，残压。快切不成功时，自动转入同期捕获和残压切换。2、事故切换由保护起动，只能由工作电源单向切至备用电源。（1） 串切保护启动，先跳工作断路器，在确认工作断路器已跳开且切换条件满足时， 合上备用电源。母线断电时间至少或备用电源断路器的合闸时间。串切有 3 种实现方式，即快速，同期捕获，残压切换。（2） 事故同时切换保护启动，先发工作断路器跳闸命令，在切换条件满足时，马上或经延时发合备用电源断路器命令
25、，母线断电时间小于备用电源断路器合闸时间。五、厂用电快切装置整定原则1、频差闭锁整定原则频差闭锁值按实测数据整定，如无实测数据，由于 300MW 及以上机组的频差特性格外相像，当装置有辅同期合闸功能时，闭锁频差取f=45HZ；装置仅有快切功能时，取f=23HZ。2、快切闭锁相角差整定原则电动机在自启动过程中，按允许合闸角 600 计算，快切按实际频差f 计算， 断路器合闸时间按快切发出合闸脉冲至断路器的手动时间计算，则合闸过程角 。 =360ftc式中 tc 为备用电源断路器合闸时间，f 为 6KV 母线电压与备用电源电压之间的频差。当 tc60ms，合闸过程中的频差f 取 0.6HZ，此时
26、13。当 60mstc100ms 时，取f=0.8HZ， 17.3。快切闭锁角Q 为：Q=60-假设用差压闭锁，则差压闭锁值 或D u = 2usm D QN2式中， N 为额定二次电压，43 100ms，快切功能停用，由捕同期功能完成合备用电源时，捕同期合闸原则应选定在一周后期和其次周前期， 为简化计算，取保 等近似值， =300420或-6060范围内，f 是捕同期过程中的频差实测值， tc100ms，不具备快切条件时，备用电源自投可用慢切功能。此时，应在反响电压较小的状况下允许合闸，此电压可按备用电源断路器合上时，反响电压不超过40% N 为计算原则，当tc100ms 时，准确的计算应按反响电压实际衰减曲线由合闸瞬间反响电压 =40% N 点向前推 tc 后的反响电压值，即为残压闭锁电压 1.L，所以 1.L40% N。假设 tc60ms，可近似取 1.L40% N。5、失压起动电压 2act 整定原则当厂用工作电源断路器未断开，而母线电压消逝时，备自投装置的起动电压，即失压启动电压 2act 一般取 2act=0.250.3 N6、失压启动时间 T1 整定原则按躲过故障时残压 2act 的时间并和其对应切除故障的保护动作最长时间相协作，一般取 T2=0.50.6s。7、备用电源有电压鉴定整定原则 3act按备用电源 6KV 母线最低电压整定，一般取 3act=0.7 N。