发电机保护整定计算核心技术综合规范.doc

定子绕组内部故障主保护

一、纵差保护
1 固定斜率比率制动式纵差保护
1）、比率差动起动电流Iop.0：Iop.0= Krel Ker Ign／na 或 Iop.0= Krel Iunb.0
通常取Iop.0＝(0.1～0.3) Ign／na，推荐取Iop.0＝0.2 Ign／na。
2）、制动特征拐点电流Ires.0
拐点电流宜取Ires.0＝(0.8～1.0)Ign／na ，通常取Ires.0＝0.8Ign／na 。
3）、比率制动特征斜率S： 
① 计算最大不平衡电流Iunb.max ： Iunb.max＝KapKccKer Ik.max／na
式中：Kap——非周期分量系数，取1.5～2.0； Kcc——互感器同型系数，取0.5；
Ker——互感器比误差系数，取0.1； Ik.max——最大外部三相短路电流周期分量。
② 差动保护最大动作电流Iop.max
按躲最大外部短路时产生最大暂态不平衡电流计算： Iop.max＝KrelIunb.max
式中：Krel——可靠系数，取1.3～1.5。
③ 比率制动特征斜率S
通常Ires.max＝Ik.max／na ，则 
2、变斜率比率制动式纵差保护
1）、比率差动起动电流Iop.0：同4.1.1.1“比率差动起动电流”整定。
2）、制动特征拐点电流Ires.1： 对于发电机保护，装置固定取Ires.1＝4Ign／na 。
对于发电机变压器组保护，装置固定取Ires.1＝6Ign／na 。
3） 、比率制动特征起始斜率S1
S1＝Krel KccKer 式中：Krel——可靠系数，取1.5；Kcc——互感器同型系数，取0.5；
 Ker——互感器比误差系数，取0.1； 通常取S1＝0.1
4） 、比率制动特征最大斜率S2： 
① 计算最大不平衡电流Iunb.max： Iunb.max＝KapKccKer Ik.max／na
式中：Kap——非周期分量系数，取1.5～2.0； Kcc——互感器同型系数，取0.5；
Ker——互感器比误差系数，取0.1； Ik.max——最大外部三相短路电流周期分量，
若Ik.max小于Ires.1（最大斜率时拐点电流）时，取Ik.max =Ires.1 。
② 比率制动特征斜率S： 
3、差动电流速断动作电流
按躲过机组非同期合闸和最大外部短路电流产生最大不平衡电流整定
对于大机组，通常取 Isd.op=(3~4) Ign／na

二、横差保护

1、裂相横差保护
1）、起动电流：按躲过发电机额定负载时最大不平衡电流整定： Iop.0＝Krel (Iunb.1+Iunb.2)
通常取Iop.0＝(0.2～0.3)Ign／na 。 机端变比na
2） 制动特征拐点电流：通常取 Ires.0≤(0.8～1.0)Ign／na。
3） 比率制动系数：通常取 Kres.max＝0.5～0.6
2、单元件横差保护
按躲区外短路时最大不平衡电流整定，
当横差保护三次谐波滤过比大于或等于15时，其动作电流为 Iop＝(0.2～0.3)Ign／na
当横差保护三次谐波滤过比大于80时，据经验动作电流可为 Iop＝0.05Ign／na
按躲发电机出口三相短路电流为额定电流时不平衡电流整定： Iop＝Krel K Iunb.1.n
式中：Krel——可靠系数，取1.5～2；
K——区外（发电机出口）故障最大短路电流和发电机额定电流倍数；
Iunb.1.n——实测发电机出口三相短路电流为额定电流时不平衡电流基波有效值。
按躲发电机额定负荷时最大不平衡电流整定，据经验动作电流可为： Iop＝0.05Ign／na
按实测发电机正常满负荷运行时中性点连线最大不平衡电流修正动作电流：Iop＝Krel Iunb.n
式中：Krel——可靠系数，取1.5～2； Iunb.n——实测发电机额定负荷时不平衡电流。

三、纵向零序过电压保护
1、灵敏段定值整定
动作电压（纵向基波零序电压）
按躲正常运行时最大纵向基波零序不平衡电压整定，据经验动作电压为：U0l.op＝ 2～3 V 。
按实测满负荷时最大基波零序不平衡电压整定：U0l.op＝KrelUunb.1
式中：Krel取1.5～2； Uunb.1—正常满负荷运行时最大纵向基波零序不平衡电压实测值。
三次谐波电压制动系数： Kres.3ω＝0.5
电流制动系数：Kres＝1.0
制动电压（三次谐波电压）通常取U3ω.op＝2～5 V 。
2、 高定值段动作电压（纵向基波零序电压）
按躲区外短路时最大纵向基波零序不平衡电压整定： 通常取U0h.op＝8～12 V 。

相间接地后备保护
一、定时限复合电压闭锁过电流保护
1） 过电流定值整定
a） 动作电流：按躲发电机额定电流整定：
式中：Krel——可靠系数，取1.3～1.5； Kr——返回系数，取0.9～0.95。
b） 按主变压器高压侧母线两相短路进行灵敏度校验，要求灵敏系数Ksen≥1.2。

机端变比na 
——主变压器高压侧母线金属性两相短路时，流过保护最小短路电流。
2） 相间低电压元件整定
a） 动作电压
低电压元件取机端TV二次线电压，动作电压Uop可按下式整定。
对于汽轮发电机 对于水轮发电机

式中：Ugn——发电机额定电压； nv——电压互感器变比。

b） 按主变压器高压侧母线三相短路进行灵敏度校验： Ksen＝Uop／(Uk.max／nv)
式中：Uk.max——主变高压侧母线金属性三相短路时发电机机端最大相间电压。
要求灵敏系数Ksen≥1.2。nv 机端变比。
3） 负序电压元件整定
a） 动作电压
按躲过正常运行时不平衡线电压整定
式中：Ugn——发电机额定线电压；
按躲过正常运行时不平衡相电压整定
式中：Ugn——发电机额定相电压；
b） 按主变压器高压侧母线两相短路进行灵敏度校验

式中：U2.min——主变高压侧母线二相短路时发电机机端最小负序电压。
要求灵敏系数Ksen≥1.5。。

励磁回路接地保护
一、 叠加直流式一点接地保护
1） 动作电阻高定值：Rop.G＝10 kΩ
2） 动作电阻低定值：Rop.D＝0.5～1 kΩ

二、切换采样式(乒乓式)一点接地保护
1） 动作电阻高定值：通常取Rop.G＝10～30 kΩ
2） 动作电阻低定值：通常取Rop.D＝0.5～2.5 kΩ

三、定子二次谐波负序电压型两点接地保护
按躲发电机正常运行和区外短路时测得最大二次谐波负序电压整定。
U 2ω2.op＝KrelU2ω2.max
式中：Krel——可靠系数，取8～10；
U2ω2.max——额定工况时实测值，通常为0.1～0.2 V。

四、接地位置改变型两点接地保护
1） 转子一点接地位置改变量
通常取△aop＝5%～10%。

定子绕组单相接地保护
一、 基波零序过电压保护
按躲过正常运行时机端三相电压互感器开口三角绕组最大不平衡电压整定
Uop＝KrelUunb.max
式中：Krel——可靠系数，取1.2～1.3；
Uunb.max——为实测开口三角绕组最大不平衡基波零序电压。
按发电机额定线电压整定
Uop＝（0.05～0.1）Ugnn 式中：Ugnn——发电机额定二次线电压
按发电机额定相电压整定
Uop＝（0.05～0.1）Ugnn 式中：Ugnn——发电机额定二次相电压

按躲过正常运行时发电机中性点最大不平衡电压整定
Uop＝KrelUunb.max
式中：Uunb.max——为实测发电机中性点侧最大不平衡基波零序电压。
二、三次谐波电压单相接地保护
1） 各整定项目
依据保护装置说明书经过实测整定。

发电机过负荷保护
一、 定子绕组对称过负荷保护
1、定时限过负荷保护。
按躲过发电机额定电流整定：
式中：Krel——可靠系数，取1.05； Kr——返回系数，取0.9～0.95。

2、 反时限过电流保护
1） 反时限下限动作电流Is.op
和定时限过负荷保护动作电流配合整定： Is.op＝KcoIOP
式中：Kco——配合系数，取1.05； Iop——定时限过负荷保护动作电流。
2）反时限下限动作时间 Ts：

式中：Ktc——定子绕组热容量常数，由制造厂家提供。通常，Ktc＝37.5；
Ksr——散热系数，通常取Ksr =1.02～1.05；

Ign——发电机额定电流
3） 反时限上限动作时间 Tu：按和线路纵联保护配合整定，取Tu＝0.5 s 。
4） 反时限上限动作电流

二、转子绕组（励磁绕组）过负荷保护
1、定时限过负荷保护
按躲正常运行发电机额定励磁电流整定。Iop
其中
式中：Krel—可靠系数，取1.05； Kr—返回系数，取0.9～0.95；
Ifdn.交—发电机额定励磁电流转换为交流电流二次值
—理论值=0.816； Ifdn—发电机额定励磁电流（额定转子电流）。
2、反时限过负荷保护
1） 、反时限下限动作电流Is.op 和定时限过负荷保护动作电流整定标准相同，即
Is.op＝ 式中：Iop——定时限过负荷保护动作电流。

2） 、反时限下限动作时间Ts

式中：C——转子绕组过热常数，由制造厂家提供；

3） 反时限上限动作时间Tu ：通常取Tu＝0.5 s 。
4） 反时限上限动作电流
Ksr——散热系数，取Ksr=1，

三、 转子表层负序过负荷保护
1、定时限负序过负荷保护。
按躲过发电机长久许可负序电流整定：
式中：Krel——可靠系数，取1.2； Kr——返回系数，取0.9～0.95；
I2∞*——发电机长久许可负序电流，由制造厂家提供，通常I2∞*≤10%；
Ign——发电机额定电流； na——电流互感器变比。

2、 反时限负序过电流保护
1） 、反时限下限动作电流：I2s.op
和定时限过负荷保护动作电流配合整定：I2s.op＝KcoI2.OP
式中：Kco——配合系数，取1.05； I2.op——定时限过负荷保护动作电流。
2） 、反时限下限动作时间T2s

式中：A——转子表层承受负序电流能力常数，由制造厂家提供；
I2∞*——发电机长久许可负序电流标么值，由制造厂家提供；
当计算结果大于1000s时，取T2S=1000 s 。
3、 反时限上限动作时间T2u：按和线路纵联保护配合整定，取T2u＝0.5 s 。
4、 反时限上限动作电流
按反时限负序过流动作特征曲线整定。

式中：A——转子表层承受负序电流能力常数，由制造厂家提供；
I2∞*——发电机长久许可负序电流标么值，由制造厂家提供；

发电机低励失磁保护
一、 低电压判据
1） 系统低电压判据：按躲过高压系统母线许可最低正常运行电压整定
Uop.3ph＝(0.85～0.90)Uh.min／nv
式中：Uop.3ph——三相同时低电压继电器动作电压；
Uh.min——高压系统母线许可最低正常运行电压，由调度部门提供。
2） 机端低电压判据：按躲过强行励磁开启电压及不破坏厂用电安全整定
Uop.3ph＝(0.8～0.85)Ugn／nv 式中：Ugn——发电机额定电压。
二、定子阻抗判据
1） 异步边界阻抗继电器

式中： X′d 、Xd——发电机暂态电抗和同时电抗标么值 (取不饱和值)；
Ugn、Sgn——发电机额定电压（kV)和额定视在功率(MVA)；
na、nv——电流互感器和电压互感器变比。
2） 静稳极限阻抗继电器

式中：Xcon*—，即最小运行方法下系统归算至发电机母线等值电抗标么值。

三、 转子电压判据
1） 励磁低电压：Ufd.op＝Krel Ufdo
式中：Krel——可靠系数，取0.6～0.8；
Ufdo——发电机空载励磁电压。
2） 变励磁电压判据：Ufd.op＝Krel （P－Pt）
变励磁系数Krel、Pt发电机凸极功率由厂家提供。

发电机失步保护
一、 三元件失步保护
1） 遮挡器特征Za、Zb、φ整定
　　　　　φ＝80°～85
式中：Xcon*—即最大运行方法下系统归算至发电机母线等值电抗标么值；
 X′d——发电机暂态电抗(取饱和值)；
Ugn、Sgn——发电机额定电压(kV)和额定视在功率(MVA)；
na、nv——机端电流互感器和电压互感器变比；　　　　φ——系统阻抗角
2） 透镜特征α角整定

式中：RL.min——发电机最小负荷阻抗值（欧姆）；
若α角小于保护装置提议值，则取保护装置提议值（通常为120°）。
若α角大于保护装置提议值，则取计算结果。
3） 电抗线Zc

式中： Xt——变压器电抗值标么值（以发电机额定值为基值），
Sgn——发电机额定视在功率，MVA；
4） Ⅰ段区外滑极次数NⅠ ：　　通常取NⅠ＝4。
5） Ⅱ段区内滑极次数NⅡ ：　　通常取NⅡ＝2。

二、 遮挡器原理失步保护
1 电抗定值Xc

式中：Krel——可靠系数，当滑极次数为1时，取Krel=0.9；当滑极次数≥2时，取Krel=1；
Xt——变压器电抗值标么值（以发电机额定值为基值），
其中：Ud——变压器短路阻抗；
Sgn——发电机额定视在功率，MVA；
STn——变压器额定容量，MVA；
2） 阻抗边界R1

式中：Xcon*——即最大运行方法下系统归算至发电机母线等值电抗标么值；
 X′d——发电机暂态电抗(取不饱和值)；
②
式中：δ1——遮挡器原理失步保护动作区第1内角，通常设置δ1=120°
③ 为确保发电机组正常运行时负荷阻抗在动作区外，故要求校核

式中：RL—发电机正常运行负荷电阻值(欧姆)，；
其中：——发电机额定功率因数；
3） 阻抗边界R2 ：
4） 阻抗边界R3 ： Ｒ3=－Ｒ2
5） 阻抗边界R4 ： Ｒ4=－Ｒ1
6） 1区停留时间t1
按系统最小振荡周期进行整定

δ1——遮挡器原理失步保护动作区第1内角，通常设置δ1=120°
式中：Ｔmin——系统最小振荡周期，通常为Ｔmin =0.5～1.5 s；
Krel——可靠系数，Krel =1.3～1.5。
7） 2区停留时间t2

8） 3区停留时间t3
ｔ3=ｔ1
9） 4区停留时间t4

10） 滑极次数N
通常N＝1～2，通常取N＝2。

发电机异常运行保护
一、定子铁心过励磁保护
1、过励磁保护发信段
1）励磁倍数N1 1.05
2、定过励磁保护跳闸段
1）励磁倍数N2
按制造厂提供，通常取N2=1.25～1.35

二、发电机频率异常保护
1、频率异常保护发信段
1）高值频率定值 50.5
2）低值频率定值 48.5
2、频率异常保护跳闸段
1）高值频率定值 51.5
2）低值频率定值 48
三、发电机逆功率保护
1） 动作功率Pop ：Pop＝Krel（P1+P2）
式中：Krel——可靠系数，取0.5～0.8，提议Krel取较大值；
P1——汽轮机在逆功率运行时最小损耗，通常取额定功率2%～4%，
提议P1取较大值；
P2——发电机在逆功率运行时最小损耗，通常取P2≈(1－η)Pgn。
其中：η——发电机效率，由制造厂家提供，通常取98.6%～98.7%
Pgn——发电机额定功率。

四、发电机定子过电压保护
1） 动作电压

式中：Ugn——发电机额定电压；
nv——电压互感器变比。

五、启停机保护
1、

相闭锁，基波零序过电压保护
1）、按躲过正常运行时机端三相电压互感器开口三角绕组最大不平衡电压整定
Uop＝KrelUunb.max 式中：Krel——可靠系数，取1.2～1.3；
Uunb.max——为实测开口三角绕组最大不平衡基波零序电压。
2）、按躲过正常运行时发电机中性点最大不平衡电压整定
Uop＝KrelUunb.max 式中：Uunb.max——为实测发电机中性点侧最大不平衡零序电压
3）、按发电机额定电压整定：Uop＝（0.05～0.1）Ugnn
式中：Ugnn——发电机额定二次线电压
4）、按发电机额定电压整定：Uop＝（0.05～0.1）Ugnn
式中：Ugnn——发电机额定二次相电压
2、发电机差动动作电流
按比率差动起动电流整定：Iop＝1.3 Iop.0
3、低频过流动作电流
Iop＝0.3Ign/na 式中：Ign——发电机额定电流； na——电流互感器变比。

4、低频闭锁定值
按发电机额定频率整定， fop = Kk * 50 Hz =45Hz
Kk——可靠系数 通常取（80～90）％

六、误上电保护（含断路器闪络保护）
1） 误合闸电流
Iop＝0.2Ign／na 式中：Ign——发电机额定电流； na——电流互感器变比。
2） 负序电流
按躲过发电机正常运行许可负序电流整定

式中：Krel——可靠系数，取1.5；
Kr——返回系数，取0.9～0.95；
I2∞*——长久许可负序电流标么值，由制造厂家提供，通常I2∞*≤10%；
Ign——发电机额定电流；
na——电流互感器变比。
若电流取主变高压侧电流互感器时，需将计算值折算至变压器高压侧。
3） 阻抗元件
a) 取自变压器高压侧TV、TA
①　正向阻抗ZF.op：ZF.op＝Krel（XT+Xd’）
式中：Krel——可靠系数，1.2～1.3；
XT——变压器阻抗(归算至变压器高压侧)二次有名值Ω；
Xd’——发电机暂态电抗(归算至变压器高压侧)二次有名值Ω；
②　反向阻抗ZB.op： ZB.op＝(0.1～0.15)ZF.op
b) 取自发电机机端TV、TA
R
①　正向阻抗ZF.op： ZF.op＝KrelXd’
②　反向阻抗ZB.op： ZB.op＝(1.05～1.1)XT