发电机保护整定计算技术规范标准[详]

定子绕组内部故障主保护

一、纵差保护

1 固定斜率的比率制动式纵差保护

1）、比率差动起动电流I op.0：I op.0= K rel K er I gn ／n a 或 I op.0= K rel I unb.0

一般取I op.0＝(0.1～0.3) I gn ／n a ，推荐取I op.0＝0.2 I gn ／n a 。 2）、制动特性的拐点电流I res.0

拐点电流宜取I res.0＝(0.8～1.0)I gn ／n a ，一般取I res.0＝0.8I gn ／n a 。 3）、比率制动特性的斜率S ： 0

.r max .r 0.op max .op I I I I S es es --=

① 计算最大不平衡电流I unb.max ： I unb.max ＝K ap K cc K er I k.max ／n a

式中：K a p ——非周期分量系数，取1.5～2.0； K cc ——互感器同型系数，取

0.5；

K er ——互感器比误差系数，取0.1； I k.max ——最大外部三相短路电流周期分

量。

② 差动保护的最大动作电流I op.max

按躲最大外部短路时产生的最大暂态不平衡电流计算： I op.max ＝K rel I unb.max

式中：K rel ——可靠系数，取1.3～1.5。

③ 比率制动特性的斜率S

一般I res.max ＝I k.max ／n a ，则 0

.r a max .k 0.op unb.max rel 0

.r max .r 0.op max .op I n /I I I K I I I I S es es es --=

--≥

2、变斜率的比率制动式纵差保护

1）、比率差动起动电流I op.0：同4.1.1.1“比率差动起动电流”的整定。

2）、制动特性的拐点电流I res.1： 对于发电机保护，装置固定取I res.1＝4I gn ／n a 。

对于发电机变压器组保护，装置固定取I res.1＝6I gn ／n a 。

3） 、比率制动特性的起始斜率S 1

S 1＝K rel K cc K er 式中：K rel ——可靠系数，取1.5；K cc ——互感器的同型系数，取0.5；

K er ——互感器比误差系数，取0.1； 一般取S 1＝0.1

4） 、比率制动特性的最大斜率S 2：

① 计算最大不平衡电流I unb.max ： I unb.max ＝K ap K cc K er I k.max ／n a

式中：K a p ——非周期分量系数，取1.5～2.0； K cc ——互感器同型系数，取0.5；

K er ——互感器比误差系数，取0.1； I k.max ——最大外部三相短路电流周期分量，

若I k.max 小于I res.1（最大斜率时的拐点电流）时，取I k.max =I res.1 。

② 比率制动特性的斜率S ： a

gn a max .k a

gn 10.op max .u 2n /I 2n /I n /I 2I I S ---≥

S nb

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的最大不平衡电流整定 对于大机组，一般取 Isd.op=(3~4) Ign ／n a

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的最大不平衡电流整定：I op.0＝K rel (I unb.1+I unb.2) 一般取I op.0＝(0.2～0.3)I gn／n a 。机端变比n a

2）制动特性的拐点电流：一般取I res.0≤(0.8～1.0)I gn／n a。

3）比率制动系数：一般取K res.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，

当横差保护的三次谐波滤过比大于或等于15时，其动作电流为I op＝(0.2～0.3)I gn／n a

当横差保护的三次谐波滤过比大于80时，据经验动作电流可为I op＝0.05I gn／n a 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：I op＝K rel K I unb.1.n 式中：K rel——可靠系数，取1.5～2；

K——区外（发电机出口）故障最大短路电流与发电机额定电流的倍数；

I unb.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的基波有效值。

按躲发电机额定负荷时的最大不平衡电流整定，据经验动作电流可为：I op＝0.05I gn／n a

按实测发电机正常满负荷运行时的中性点连线最大不平衡电流修正动作电流：I op＝K rel I unb.n 式中：K rel——可靠系数，取1.5～2；I unb.n——实测发电机额定负荷时的不平衡电流。

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 。

按实测满负荷时的最大基波零序不平衡电压整定：U0l.op＝K rel U unb.1

式中：K rel取1.5～2；U unb.1—正常满负荷运行时最大纵向基波零序不平衡电压的实测值。

三次谐波电压制动系数：K res.3ω＝0.5

电流制动系数：K res＝1.0

制动电压（三次谐波电压）一般取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：一般取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： a

r gn rel op n K I K I

式中：K rel ——可靠系数，取1.3～1.5； K r ——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K sen ≥1.2。

机端变比n a

——主变压器高压侧母线金属性两相短路时，流过保护的最小短路电

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U op 可按下式整定。

对于汽轮发电机 对于水轮发电机

式中：U gn ——发电机额定电压； n v ——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：K sen＝U op／(U k.max／n v) 式中：U k.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K sen≥1.2。n v 机端变比。

3）负序电压元件整定

a）动作电压

按躲过正常运行时的不平衡线电压整定

式中：U gn——发电机额定线电压；

按躲过正常运行时的不平衡相电压整定

式中：U gn——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K sen≥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：R op.G＝10 kΩ

2）动作电阻低定值：R op.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：一般取R op.G＝10～30 kΩ

2）动作电阻低定值：一般取R op.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的最大二次谐波负序电压整定。

U 2ω2.op＝K rel U2ω2.max

式中：K rel——可靠系数，取8～10；

U2ω2.max——额定工况时实测值，一般为0.1～0.2 V。

四、接地位置变化型两点接地保护

1）转子一点接地位置变化量

一般取△a op＝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的最大不平衡电压整定U op＝K rel U unb.max

式中：K rel——可靠系数，取1.2～1.3；

U unb.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

U op＝（0.05～0.1）U gnn 式中：U gnn——发电机额定二次线电压按发电机额定相电压整定

U op＝（0.05～0.1）U gnn 式中：U gnn——发电机额定二次相电压

按躲过正常运行时发电机中性点的最大不平衡电压整定

U op＝K rel U unb.max

式中：U unb.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

根据保护装置说明书通过实测整定。

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。

按躲过发电机的额定电流整定： a

r gn rel

op n K I K I =

式中：K rel ——可靠系数，取1.05； K r ——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I s.op

与定时限过负荷保护动作电流配合整定： I s.op ＝K co I OP

式中：K co ——配合系数，取1.05； I op ——定时限过负荷保护动作电流。 2）反时限下限动作时间 T s ：

sr

2

.)/(K n I I K T a

gn op s tc

s -=

式中：K tc ——定子绕组热容量常数，由制造厂家提供。一般，K tc ＝37.5；

K sr ——散热系数，一般取K sr =1.02～1.05；

I gn ——发电机额定电流

3） 反时限上限动作时间 T u ：按与线路纵联保护配合整定，取T u ＝0.5 s 。 4） 反时限上限动作电流

a

gn c

op n I K ?+=

sr u t .u K T I

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的额定励磁电流整定。Iop

r

fdn op K I K I 交

.rel =

其中 a

fdn fdn n K I I ?

3.=

交

式中：K rel —可靠系数，取1.05； K r —返回系数，取0.9～0.95；

I fdn.交—发电机额定励磁电流转换为交流电流的二次值

?3K —理论值?3K =0.816； I fdn —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 与定时限过负荷保护动作电流整定原则相同，

即

I s.op ＝r

fdn op K I K I 交

.rel = 式中：I op ——定时限过负荷保护动作电流。

2） 、反时限下限动作时间T s

1

)(1)(2

2..-=

-=

Kr Krel I I

C

C

Ts fdn op s 交

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T u ：一般取Tu ＝0.5 s 。 4） 反时限上限动作电流

交.sr u

.u T C

I fdn op I K ?+=

K sr ——散热系数，取K sr=1，

三、 转子表层负序过负荷保护

1、定时限负序过负荷保护。

按躲过发电机长期允许的负序电流整定：a

r gn

rel

op n K I I

K I *

2.2∞

=

式中：K rel ——可靠系数，取1.2； K r ——返回系数，取0.9～0.95；

I 2∞*——发电机长期允许负序电流，由制造厂家提供，一般I 2∞*≤10%； I gn ——发电机额定电流； n a ——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：I 2s.op

与定时限过负荷保护动作电流配合整定：I 2s.op ＝K co I2.OP

式中：K co ——配合系数，取1.05； I 2.op ——定时限过负荷保护动作电流。 2） 、反时限下限动作时间T 2s

*

222.2*

22

2

*

22)n /

(∞∞-=-=

I I I A

I I A

T a

gn op s s

式中：A ——转子表层承受负序电流能力的常数，由制造厂家提供；

I 2∞*——发电机长期允许负序电流标么值，由制造厂家提供；

当计算结果大于1000s 时，取T 2S =1000 s 。

3、 反时限上限动作时间T 2u ：按与线路纵联保护配合整定，取T 2u ＝0.5 s 。

4、 反时限上限动作电流

按反时限负序过流动作特性曲线整定。

a

n op n I A

g *22u .u I T I ?+=

∞ 式中：A ——转子表层承受负序电流能力的常数，由制造厂家提供；

I 2∞*——发电机长期允许负序电流标么值，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允许最低正常运行电压整定

U op.3ph ＝(0.85～0.90)U h.min ／n v

式中：U op.3ph ——三相同时低电压继电器动作电压；

U h.min ——高压系统母线允许最低正常运行电压，由调度部门提供。

2） 机端低电压判据：按躲过强行励磁启动电压及不破坏厂用电的安全整定

U op.3ph ＝(0.8～0.85)U gn ／n v

式中：U gn ——发电机额定电压。

二、定子阻抗判据

1） 异步边界阻抗继电器

v gn a gn d

a n S n U X X 2'

2?-= v

gn a gn d b n S n U X X 2?-=

式中： X ′d 、X d ——发电机暂态电抗和同步电抗标么值 (取不饱和值)；

U gn 、S gn ——发电机额定电压（kV)和额定视在功率(MVA)； n a 、n v ——电流互感器和电压互感器变比。

2） 静稳极限阻抗继电器

v gn a gn con c n S n U X X 2*?

= v

gn a

gn d b n S n U X X 2?-= 式中：X con*—，即最小运行方式下系统归算至发电机母线的等值电抗标么值。

三、 转子电压判据

1） 励磁低电压：U fd.op ＝K rel U fdo

式中：K rel ——可靠系数，取0.6～0.8；

U fdo ——发电机空载励磁电压。

2） 变励磁电压判据：U fd.op ＝K rel （P －Pt ） 变励磁系数K rel 、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） 遮挡器特性Z a 、Z b 、φ整定

v

gn a

gn con a n S n U X Z 2*?

= v

gn a

gn d b n S n U X Z 2

'

?

= φ＝80°～85

式中：X con*—即最大运行方式下系统归算至发电机母线的等值电抗标么值；

X ′d ——发电机暂态电抗(取饱和值)；

U gn 、S gn ——发电机额定电压(kV)和额定视在功率(MVA)；

n a 、n v ——机端电流互感器和电压互感器变比； φ——系统阻抗

角

2） 透镜特性α角的整定

b

a L

b a Z Z R arctg Z Z arctg

+-?=+-?=min .r

54.12180Z 22180α

式中：R L .min ——发电机最小负荷阻抗值（欧姆）；

若α角小于保护装置的建议值，则取保护装置的建议值（通常为120°）。

若α角大于保护装置的建议值，则取计算结果。 3） 电抗线Z c

v

Tn a

gn d v

gn a

gn d

v

gn a

gn c n S n U U n S n U S S U n S n U Xt

Z 2

2

Tn

gn 2

9.09.09.0?

?=?

?==

式中： X t ——变压器电抗值标么值（以发电机额定值为基值），

S gn ——发电机额定视在功率，MVA ；

4） Ⅰ段区外滑极次数N Ⅰ ： 一般取N Ⅰ＝4。

5） Ⅱ段区内滑极次数N Ⅱ ： 一般取N Ⅱ＝2。

二、 遮挡器原理失步保护

1） 电抗定值Xc

v

Tn a

gn d rel v

gn a

gn d

rel v

gn a

gn rel c n S n U U K n S n U S S U K n S n U Xt

K X 2

2

Tn

gn 2?

?=?

?==

式中：K rel ——可靠系数，当滑极次数为1时，取K rel =0.9；当滑极次数≥2时，取

K rel =1；

X t ——变压器电抗值标么值（以发电机额定值为基值）， 其中：U d ——变压器的短路阻抗；

S gn ——发电机额定视在功率，MVA ； S Tn ——变压器额定容量，MVA ；

2） 阻抗边界R 1

v

gn a

gn con a n S n U X X ???

=2

* v

gn a

gn d

b n S n U X X ???=2'

式中：X con*——即最大运行方式下系统归算至发电机母线的等值电抗标么值；

X ′d ——发电机暂态电抗(取不饱和值)；

② ?+=+=

602

2121ctg X X ctg X X R b

a b a δ 式中：δ1——遮挡器原理失步保护动作区的第1内角，通常设置δ1=120° ③ 为保证发电机组正常运行时的负荷阻抗位于动作区外，故要求校核

L R R 8.01≤

式中：R L —发电机正常运行负荷电阻值(欧姆)，

v

gn a

gn n L n L n S n U Z R ???

==2

cos cos ??；

其中：n ?cos ——发电机额定功率因数；

3）

阻抗边界R 2 ：122

1R R =

4） 阻抗边界R 3 ： Ｒ3=－Ｒ2 5） 阻抗边界R 4 ： Ｒ4=－Ｒ1 6） 1区停留时间t1

按系统最小振荡周期进行整定

360

1211min δδ-=

T K t rel δ1——遮挡器原理失步保护动作区的第1内角，通常设置δ1=120°

2

222R X X arctg

b

a +=δ

式中：Ｔmin ——系统最小振荡周期，一般为Ｔmin =0.5～1.5 s ；

K rel ——可靠系数，K rel =1.3～1.5。

7） 2区停留时间t2

360

2180212min δ-=

T K t rel 8） 3区停留时间t3 ｔ3=ｔ1 9） 4区停留时间t4

3211

4min t t t T K t rel

---=

10） 滑极次数N

通常N ＝1～2，一般取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，一般取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P op：P op＝K rel（P1+P2）

式中：K rel——可靠系数，取0.5～0.8，建议K rel取较大值；

P1——汽轮机在逆功率运行时的最小损耗，一般取额定功率的2%～4%，

建议P1取较大值；

P2——发电机在逆功率运行时的最小损耗，一般取P2≈(1－η)P gn。

其中：η——发电机效率，由制造厂家提供，一般取98.6%～98.7%

P gn——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：U gn——发电机额定电压；

n v——电压互感器变比。

五、启停机保护

1、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的最大不平衡电压整定U op＝K rel U unb.max 式中：K rel——可靠系数，取1.2～1.3；

U unb.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的最大不平衡电压整定

U op＝K rel U unb.max 式中：U unb.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：U op＝（0.05～0.1）U gnn

式中：U gnn——发电机额定二次线电压

4）、按发电机额定电压整定：U op＝（0.05～0.1）U gnn

式中：U gnn——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：I op＝1.3 I op.0

3、低频过流动作电流

I op ＝0.3I gn /n a 式中：I gn ——发电机额定电流； n a ——电流互感器的变

比。

4、低频闭锁定值

按发电机额定频率整定， f op = K k * 50 Hz =45Hz

K k ——可靠系数 一般取（80～90）％

六、误上电保护（含断路器闪络保护）

1） 误合闸电流

I op ＝0.2I gn ／n a 式中：I gn ——发电机额定电流； n a ——电流互感器变比。

2） 负序电流

按躲过发电机正常运行允许的负序电流整定

a

r gn rel

op n K I I K I *2.2∞=

式中：K rel ——可靠系数，取1.5；

K r ——返回系数，取0.9～0.95；

I 2∞*——长期允许负序电流的标么值，由制造厂家提供，一般I 2∞*≤

10%；

I gn ——发电机额定电流； n a ——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