发电机保护7UM62的工作原理和一般整定方法电子版本.doc

Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。发电机保护7UM62的工作原理和一般整定方法-发电机保护7UM62的工作原理和一般整定方法一 发电机保护的要求根据规程规定，电压在3kV及以上，容量在25MW及以下的发电机，对下列故障及异常运行方式应装设相应的保护装置：1 定子绕组相间短路；2 定子绕组接地；3 定子绕组匝间短路；4 发电机外部短路；5 对称过负荷；6 定子绕组过电压；7 励磁回路一点及二点接地；8 失磁保护。对于大容量发电机或有特定要求的发电机，还要有失步保护，反时限负序电流保护，过励磁保护，逆功率保护，频率异常保护，在盘车状态下的误合闸保护，非全相运行保护，断路器断口闪络保护，启停机保护。定子绕组相间短路、匝间短路、外部短路的保护一般可以采用差动保护作为主保护，（复压）过流作为后备保护。二 7UM62具有的保护功能7UM62根据定货号的不同，具有不同的保护功能。详见技术说明书的“A1.定货信息和附件”一节。由定货号信息可知，7UM62基本上具有大容量发电机所要求的所有保护功能。针对目前工程应用的情况，下面的介绍侧重小容量机组的应用，对应的定货号是7UM62*-*-0AA0。兼顾大机组。三 7UM62工作原理和整定1 保护功能的配置7UM62的保护功能较多，在功能配置上要注意硬件上是否可以满足要求。特别是定子接地和转子接地保护：它们有不同的保护原理，要求不同的硬件（不同的型号和附件）及接线（电流电压的输入，尤其是UE的分配）。可参阅说明书中表2-2：保护功能和输入的配置；表2-3：输入UE的配置对保护的影响。功能配置的定值清单见节2.2.2.1settings。它的性质原理和7SJ62相似。不同点有：104故障记录可选记录瞬时值，还是有效值。选有效值时，记录长度空间增大16倍。106保护对象可选“发电机/电动机”或“三相变压器”121REFprot（限制性接地保护）要根据接线来配置。150S/E/Fprot（定子接地保护）可选带方向或不带另外：7UM只有两组定值2 系统参数1系统参数1是电力系统的基本参数。它和7SJ62的系统参数1相似，兼有7UT51的1100地址块变压器参数的功能。它包括CT变比、PT变比、CT极性、额定频率、保护对象及其参数：额定电压、视在功率。对于变压器还有接线组别、接地方式。断路器合闸电流、变送器的范围值等。其中UE的接线方式直接与接地保护有联系（见表2-3）且较特殊。系统参数1可对CT的角度误差进行校正地址0204，该CT是Side2的CT。3 系统参数2系统参数2可随定值组一起切换。只有一个参数“1108有功测量模式”。可选发电机或电动机。注意该定值的改变影响有功功率的测量值刚好反向。因而对逆功率保护有影响。7UM若用作抽水蓄能发电机保护，可利用该参数。4 带低电压封入的过流保护（I>+U<，低电压保护的过流保护）该保护用来保护定子不受过流的损坏。在功能配置中应选择保护对象是Side2.低电压封入和低电压闭锁不一样。低电压封入是指过流保护动作之后，若达到低电压的定值，则保护一直动（可整定T-seal-in），不管电流是否返回。保护返回的条件是过流返回或封入时间到且电流返回。这主要用于自并励发电机。参数整定如下：注意：1）一般在自并励发电机时用低电压封入，1206的时间大于1203的时间。2）过流的返回系数可整定，可设为0.95。3）过流保护的电流可以是Side1也可以是Side2,一般取Side2。4）电压取自UL1、UL2、UL3（机端电压或母线电压），用的时正序分量。5 带方向的定时限过流保护（I>>dir）可以选择带方向或不带。保护的电流可以是Side1也可以是Side2，这在功能配置中设定。当选择方向时应注意CT的极性、PT的极性。如A-4节图A-26所示极性及相应的整定好系统参数1时，正向指向线路，反向指向发电机。参数整定如上。注意：1)线路的阻抗角可以整定。7SJ62方向过流灵敏角不可设。2）返回系数固定约为0.95。3）为防止电压死区，当残压小于7V时，采用二周波前的记忆电压。4）方向判定由故障相电流最大的相来判定（单相或两相故障）。对于三相故障，则用A相来判定方向。5）说明书没有涉及PT断线闭锁。6 反时限过流保护反时限过流保护，电流可以是Side1也可以是Side2。反时限特性可选ANSI或IEC特性曲线。和7SJ62的反时限过流相近。它特别之处可带低电压闭锁或带低电压制动。参数整定如下：注意：1）ANSI或IEC曲线在功能配置唯一选择。2）电压对之的影响1407VOLT.INFLUENCE（1） without不考虑电压，只有反时限过流。（2） Voltagecontrolled相当于低电压闭锁。该低电压根据系统参数1中0272SCHEME接线方式的不一样，用来判低电压的值也不一样。主要考虑发变组接线中变压器组别对之的影响。电压判据见表2-5：7 Voltagerestraint 相当于低电压可以改变（降低）反时限过流的启动值。其关系如图2-16所示。当选该项时，1408定值无效。热过负荷保护与7SJ62同。特点是固定评价Side2的电流。8 负序电流保护负序电流保护固定评价Side2的电流。本保护是为了防止不对称负荷导致转子端部护环与转子本体之间等分流较大的部位形成局部高温。这个保护完全由转子负序发热允许限度独立决定，不用和外系统进行时段选择性配合问题，整定只和发电机的参数有关。动作特性如图2-21所示：整定参数如下：1702可设为长期允许的负序电流。常数K由K=(I2/IN)*(I2/IN)*T来定。冷却时间考虑热积累效应，可由公式Tcool-dowL=K/（I2perm/In）*（I2perm/In）定。定时限跳闸段则考虑相间不平衡故障的情况。注意定值K和I2都应转化为二次值。9 差动保护10 差动保护参阅7UT61的整定。失磁保护低励失磁保护是为了保护励磁回路发生故障的发电机，同时避免转子的局部发热。它固定评价电压和Side2的电流。失磁时发电机的物理过程很复杂，失磁保护是根据其静态极限来实现保护。静态极限如图2-51所示；动作特性如图2-54所示。整定失磁保护的三个特性曲线可按以下原则：1/xdCHAR1=1.05/Xd角度ANGLE1取60-80度1/xdCHAR2=0.9*(1/xdCHAR1)角度ANGLE2取90度1/xdCHAR3=Xd-Xd之间，但应大于1。若Xd-Xd都小于1，取1.1。角度ANGLE3取80-110度时间整定可将CHAR1和CHAR2整定一样。根据发电机的励磁系统调整器来定。CHAR3为动稳时间。注意定值要转化为二次值。11 整定参数如下：逆功率保护正常时是发电机向系统送出有功功率，若出现系统向发电机倒送功率，发电机变成电动机。这对发电机设备运行不利。保护要动作。整定参数如下：当有二进制输入>SVtripped(Fno.5086)时，逆功率按3104的时间动作，同时3103的时间作为后备；若无二进制输入>SVtripped(Fno.5086)，则按3103的时间动作。一般来说，逆功率的大小可按下列来:整定：汽轮机P逆/Sn=1-3%;燃气轮机P逆/Sn=1-3%;柴油机P逆/Sn>5%;注意：1） 定值要归算到二次值。2） 功率固定由Side2的电流来算。3） 0210Side2电流CT的极性，1108有功的测量模式对功率的测量有关系，不能设错。12 正功率监视正功率监视可以用作正功率过高或过低保护。当几台发电机并列运行，某一台的正功率太低，它的出力完全可由别的发电机代替，则可将之关闭，这是Pf<保护。若在某个工业网中，发电机负担该工业网的一部分负荷，该网与系统电网有联络线相连。则当系统发生故障导致发电机的出力过大，它可以发出信号或动作于跳闸。这是Pf>保护。可以用作系统的解列。注意：1） 定值要换算成二次值。2） 3206测量模式中精确测量采用16周波积分计算，计算时间相对较长。3） 国内一般不用该保护。13 低电压保护低电压保护一般用来提高系统的稳定性。当出现低电压时（如电压崩溃时）跳闸。其判据是正序基波分量U1<。注意：发电机分二种运行状态：Operatingstatus0:频率在10Hz以下或70Hz以上；Operatingstatus1:频率在10Hz到70Hz之间。当在Operatingstatus0时，低电压不会动作；当低压保护已动作再变成Operatingstatus0时，保护一直动，直到电压恢复正常。低电压U<段可定义返回系数。具有熔丝熔断检测功能。14 过电压保护产生过压的原因有：不正确的操作，励磁不正常，甩负荷，系统解列变成孤岛。过压保护分成两段，其中U>的返回系数可以整定。保护可以选线电压或相电压，但要注意定值一律以线电压的方式来整定。15 频率保护频率保护检测过频或欠频的情况。动作于信号或跳闸。这和7RW600的功能相似。整定值：四段频率可以自由定义。当大于50Hz时为过频保护，反之为欠频保护。但f4可以在4214中指定是过频还是欠频。频率保护带低电压闭锁4215Umin。当正序电压低于该值时，频率保护被闭锁。当过频启动而进入Operatingstatus0时，会一直动作；对于欠频保护，若在状态0，因为无法测准确频率，故欠频将返回。另外，国内的频率保护一般考虑时间的累积。即频率的异常会导致汽轮机材料的疲劳，而材料的疲劳时一个不可逆的积累过程。这和7UM62的频率有一定的差别。16 过励磁保护发电机或变压器过励磁会产生过热使绝缘老化，降低设备的使用寿命。规程规定，对频率降低和电压升高引起的铁心工作磁密过高，300MW及以上发电机和500kV变压器应装设过励磁保护。发电机和变压器由铁心绕组组成，设绕组外加电压为U（v），匝数为W，铁心截面为S（M*M）磁密为B（T）。则有U=4.44fWBS，即B正比于U/f。7UM过励磁保护自动取最大的线电压来进行，并且只有在状态1时有效。整定参数：7UM的过励磁保护分为告警及跳闸两种特性。可参阅图2-74：过励磁跳闸特性。4302，4303定义告警的启动值和时间，相当于定时限告警段。4304，4305定义严重过励磁的启动值和时间，相当于定时限跳闸段。中间由8组（U/f）-t来定义过励磁变化的跳闸时间，分两种情况：1） 当4302定义的启动值小于1.05时，t(u/f<1.05&u/f>4302)=t(u/f=1.05);2） 当4302定义的启动值大于1.05时，则只有u/f>4302的定值保护才可以出口跳闸。17 对于跳闸来说，有积累作用，其根据是4313的冷却时间。若4313定义是0S则无累积作用。带方向的定子90%接地保护当定子发生单相接地时，将产生一个零序电压，根据零序电压一般可对定子绕组9095%范围的接地进行保护。考虑到若使发电机直接接到母线上，为了实现选择性，可加入电流及方向判据，即由3U0和3I0来判定故障发生在发电机侧还是母线侧（系统侧）。UE的取值可以是机端开口三角形电压或中性点的零序PT电压；亦可以由三个相电压计算得来。I0固定由IEE2来采集。18 地址150中，当选择仅3U0时，只有U0来实现定子接地保护；选U0和I0时，不判方向，只要U0>5002的定值并且I0>5003的定值则动作；若选方向，则除了U0、I0达到定值外，还有方向。动作方向性参阅图2-85：直接母线连接的定子接地方向保护特性。灵敏接地电流保护根据设计应用的不一样，灵敏接地电流保护可用于定子接地保护或转子接地保护。它可以对IEE1或IEE2进行评价（在地址0151中配置）。注意，当0150用了90%定子接地保护，则它必然固定的分配了IEE2，这时若0151选WITHIEE2，则灵敏接地电流保护对同一量进行评价（同为定子接地保护）；当0150选择DISABLE，则0151选WITHIEE2用作定子接地保护，它的定值应考虑系统接地时不动，发电机接地时动作。当用作转子接地保护时，可以加附件7XR61和3PP1336，利用注入额定频率的交流电压方式来实现转子接地变保护。接线图如图2-88；这种情况下，设计分配IEE1。19 相当于两段过流保护。5106可用来判定转子回路开路：原理是不开路总会有一些对地电容电流如2mA，若无流则开路。转子接地保护（fn下测R）该保护方案可以很好地实现励磁回路一点接地保护问题。接线设计参阅图2-95或图A-31。硬件上外加7XR61和3PP13附件；在模拟量地输入分配上，固定用IEE1和UE。它的原理是用URE与IRE来算出Re，从而判定转子接地否。（注意这时90%定子接地保护用计算的零序电压，用3次谐波原理的100%定子接地保护无法使用，外加20Hz方波的100%定子接地保护也不好用。大容量发电机保护时要用别的方案。）6006耦合电容包括相关联的耦合电容和自感应。20 6007串联电阻包括电刷电阻、保护电阻合阻尼电阻断路器失灵保护断路器失灵保护是指当跳闸无法使开关跳开（通过检测电流），则在一定的延时之后发出断路器失灵信号给上一级的开关。使接到归母线上的所有电源线都跳开。判开关是否跳开的电流判据可选SIDE1或SIDE2，在地址0170中设定。别的定值如下：注意7002选择OFF时，失灵保护只能由外部来触发；选择BO12时，则当BO12跳闸，则会启动失灵：如果BO12一直时高电平，电流达到7003的定值，延时7004达到时，失灵保护动作；选择CFC时，则由内部CFC逻辑来激发失灵保护。21 基于3次谐波电压的100%定子接地保护原则上，本保护和90%定子接地保护结合起来实现定子的100%接地保护。它的基本原理是定子接地时，发电机机端3次谐波电压上升；发电机中性点3次谐波电压下降。据此来判定定子接地。针对UE的接线，提出U03rdH>或U03rdH<的启动值。整定参数如下：难点是UE对之的影响，可参阅表2-3。根据国内的情况，该值最好采用实测的方法来整定。余下的保护功能一般是大容量发电机才用：22 失步保护对于300MW及以上的发电机，应该装设失步保护。失步保护采用三阻抗元件。它的原理如图2-67：整定参数如下：23 外加20Hz方波的100%定子接地保护24 外加1-3Hz方波的转子一点接地保护启动时的过流保护-