发电机相间短路后备保护实例

【例5-8】 在图5-7所示网络中，已知发电机次暂态电抗X″=0.129、负序电抗X₂=0.156，以发电机容量和电压为基准的变压器电抗标幺值X₁=0.164，变压器为Yd联结。试确定发电机复合电压起动过电流保护的动作值及灵敏度。其中，正序电压可靠系数取0.7，负序电压可靠系数取0.06，低压元件返回系数取1.15。

【解】 发电机额定电流：

动作电流：

低压元件动作值：U_op1=0.7×6.3kV=4.41kV

负序电压元件动作值：U_op2=0.06×6.3kV=0.378kV

正、负序总阻抗分别为 X_1Σ=0.129+0.164=0.293、X_2Σ=0.156+0.164=0.32

远后备保护灵敏系数分别为

图5-7 例5-8系统接线图

1）保护区末端最小两相短路电流：

2）保护最大相电流：

3）电流元件灵敏度：

4）负序电压灵敏度：

灵敏度，满足要求。

5）低压元件灵敏度

最大残余电压

灵敏度，满足要求。

【例5-9】 在图5-8所示系统中，已知发电机参数：额定功率为25MW、cosφ=0.8、次暂态电抗X″_k=0.129、负序电抗X₂=0.156，且装有自动励磁调节器；负荷自起动系数K_ss=2.5，Δt=0.5s；接相电流的过电流保护采用完全星形接线；电流互感器电流比为3000/5，电压互感器的电压比为6000/100；当选用S_b=31250kVA，U_b=6.3kV时，变压器和电抗器的正、负序电抗为0.164。试求发电机后备保护，并完成下列任务：

分析装设过电流保护、低压过电流保护、复合电压起动的过电流保护的负序电流及单元件式低压起动过电流保护的可能性。算出各保护的动作参数、灵敏度和动作时间。

【解】 （1）分析采用过电流保护的可能性

图5-8 例5-9系统接线图

发电机额定电流：

保护一次动作电流：

保护二次动作电流：

保护的灵敏度：

1）近后备。

发电机母线两相短路电流：

灵敏度，满足要求。

2）远后备。

正序总阻抗： X_Σ1=0.129+0.164=0.293

负序总阻抗： X_Σ2=0.156+0.164=0.32

保护区末端最小两相短路电流：

灵敏度，不满足要求。

（2）分析采用低压起动过电流保护

保护一次动作电流：

保护动作电压：U_op=0.6×6.3kV=3.78kV

电流元件灵敏度：

近后备时，

远后备时，

电压元件灵敏度：

远后备灵敏度为

最高残压为

灵敏度，不满足要求，故也不能采用。

（3）分析采用复合电压起动的过电流保护

负序电压动作值：U_op2=0.06×6.3kV=0.378kV

灵敏度：

1）电流元件灵敏系数同低压过电流保护。

2）低压元件灵敏系数为

3）负序电压元件灵敏系数为

近后备：

最小负序电压为

灵敏度，满足要求。(www.xing528.com)

远后备：

最小负序电压为

灵敏度，满足要求，由上面计算可知，复合电压起动的过电流保护可采用。

保护动作时间t_op=5s。

（4）分析采用负序电流及单元件式低压起动过电流保护的可能性

1）低压元件、过电流元件计算及灵敏度均同复合电压起动的过电流保护。

2）负序电流元件。动作于信号的电流继电器的动作电流为

I_op=0.1I_NG=0.1×2864A=286.4A

动作于跳闸的电流继电器的动作电流为

（注：A为发电机的热容量常数，应根据发电机的类型及容量确定。）

灵敏度：

①近后备。

保护区末端两相短路最小短路电流为

灵敏度为

②远后备。

保护区末端两相短路最小短路电流为

灵敏度为

保护动作时间t_op=5s

【例5-10】 已知QFSN2-300-2型发电机，制造厂提供的发电机定子绕组过电流能力为1.16I_GN（I_GN为发电机额定电流），允许运行时间为120s，1.3I_GN允许运行时间为60s，允许的长期负序电流相对额定电流标幺值为I_2.∞*=0.08；定时限过电流保护动作电流I_op.s.set=3.8A，发电机二次额定电流I_gn=3.4A，高压母线三相最大短路电流二次值I^（3）_k.max=11.53A。分别求定子绕组反时限过电流保护及负序电流保护整定计算。

【解】 由发电机制造厂家提供发热特性，保护动作计算应与发电机发热特性一致，保护动作时间选择，其中K_set=1～1.05，则允许发热时间常数为

K_en=（1.16²-1）×120s=（1.3²-1）×60s=41.5s

在整定计算时取，一般取K_en.set=37.5s。

（1）反时限过电流保护的计算

1）反时限下限动作电流的整定。按与定时限过电流动作电流配合计算，得

I_op.dow=K_relI_op.s.set=1.05×3.8A=4A

动作时间为

发电机定子反时限过电流保护下限动作电流相对值为

发电机散热时间常数K_set=1，发热时间常数整定值K_en.set=41.5（或K_en.set=41.5s/1.1=37.7s，取K_en.set=37.5s）。

保护装置动作时间由保护自动计算，即

2）反时限过电流保护动作电流的计算。上限动作电流按躲过高压母线最大短路电流计算，即

I_op.up=K_relI^（3）_k.max=1.3×11.53A=15A

上限动作时间与线路保护的Ⅰ段时间配合，取t_op.up=0.3～0.4s，按躲过系统振荡时取t_op.up=1s。

（2）反时限负序过电流整定计算

1）下限动作电流的整定计算。定时限负序过电流动作值为

按与定时限过电流动作电流配合计算，得

I_2.op.dow=K_relI_2.op.s.set=1.05×0.3A=0.315A

按下限动作时间为1000s计算，下限动作电流为

取I_2.op.dow=0.32A，I_2.op.dow*=0.095。

2）发电机负序电流发热时间常数A_set的计算。由制造厂家提供的发电机负序电流允许发热时间常数A=8得

A_set=（0.9～1）A=7.2～8s

取A_set=7s。

3）下限动作时间的计算：

取t_2.op.dow=1000s（根据规定取值最大值为1000s）。

动作时间为

4）负序过电流反时限动作时间：

5）上限动作电流的整定计算。按躲过高压母线两相短路时最大负序电流整定，即

其中，次暂态电抗为X″_d=0.16、不饱和负序电抗为X₂=0.173、变压器正序电抗为X_T=0.135。

或，取I_2.op.up=7.5A。

动作时间按与线路保护的Ⅰ段时间配合。