大型发电机定子绕组反时限过负荷保护整定计算问题研究

保护整定计算问题研究马铁军1,郑泽银1,陈炫】，傅煜】，陈俊2

(1.福建福清核电有限公司，福建福清350318;2.南京南瑞继保电气有限公司，南京211102)［摘 要］本文提出一种发电机反时限过电流保护整定计算方案，解决由于发电机反时限过电流保护不能满

足级差关系配合的问题。通过对DUT 684-2012与GB/T 7064-2008的分析比较，本方案实现了极差关系的良 好配合，最后以福清核电工程为例，给出详细讨篡过程，为定子绕组反时限过负荷保护的整定提供经验参考。 ［关键词］发电机定子绕组反时限过负荷保护；定子绕组热容量常数；定值整定；整定原则；配合关系 ［中图分类号］TM31 ［文献标志码］A ［文章编号］1000-3983(2021)03-0059-04Study on Setting Calculation of Inverse Time Overload Protection

of Large Generator Stator WindingMATiejun1, ZHENG Zeyin1, CHENXuan1, FU Yu1, CHEN Jun2(1. Fujian Fuqing Nuclear Power Co., Ltd., Fuqing 350318, China;2. NR Electric Co., Ltd., Nanjing 211102, China)Abstract: In this paper, a setting calculation scheme of generator inverse time over-current protection is proposed to solve the problem that the generator inverse time over-current protection can not meet

the coordination of differential relationship. Through the analysis and comparison of DL/T 684-2012 and GB/T 7064-2008, this scheme realizes the good cooperation of range relationship. Taking Fuqing

Nuclear Power Project as an example, the detailed calculation process is given to provide experience reference for colleagues.Key words： generator stator winding inverse time overload protection; stator winding thermal capacity

constant; setting value; setting principle; coordination relationship0前言1发电机定子绕组过负荷能力的要求1.1定子过负荷国标要求文献［4卜［6］中对于汽轮发电机容量在

针对大型发电机组运行时可能发生的定子绕 组过流等不正常的运行方式，虽然大型发电机、变

压器等继电保护装置中均装设有定子绕组过负荷保

1200MVA及以下的情况，电机允许的过电流时间

护，但是定子绕组过负荷保护的整定值是否合理，

级差关系是否满足继电保护选择性和网源协调的要

与过电流倍数由式（1）表示：）f=37.5s

（1）求，这些关系到机组和电网的安全稳定运行叫式中，人为发电机定子过电流的标幺值，p.u.；

/为过电流持续时间，So文献［2］和［3］推荐了发电机定子绕组过负荷保 护定值整定的计算原则，但其正文中所推荐的整定

计算原则与附录E中发电机若干异常运行状态所做 的要求不一致，容易引起歧义和困扰。1.2文献［2］对定子过负荷的要求文献［2］中附录E.1发电机定子绕组允许过电 流倍数及过电流时间按式（2）计算：心=（V-Df

（2）本文以福建福清核电有限公司（以下简称“福

清核电”）一期工程定值整定计算为例，按照文献［2］

式中，心为定子绕组热容量常数，So当发电 机额定容量在1200MVA及以下时，心=37.5O推荐方法对发电机定子绕组反时限过负荷保护的定

值进行计算，进_步阐述定子过流倍数与允许持续

过流的时间之间的配合关系、存在问题及解决方法。由此可见，文献［2］附录E中发电机若干异常 运行状态的关于发电机定子绕组过流能力的要求与60大型发电机定子绕组反时限过负荷保护整定计算问题研究2021. Nq 3文献［4］内容是相同的叫2定子绕组过负荷保护定值整定问题分析2.1文献［2］推荐的整定原则根据文献［2］、［8］和［9］发电机定子绕组允许的 短时过电流倍数与允许持续时间的关系为：式中，K”为定子绕组热容量常数，s； K”为散 热系数，一般取1.02~1.05。机组（空冷发电机除外） 容量S” W 1200MVA时，K”=37.5 （参见文献［2］附

录E） o2.2定子绕组反时限过负荷保护整定存在的问题由式（2）和式（3）可知，在发电机定子过流

反时限保护的计算中（见表1）,按照文献［2］取

定子绕组热容量常数心=37.5,散热系数K”=1.02, 则定子过流保护动作时间大于国标要求的定子过流

允许时间如 也就是发电机过流保护动作时间大于 发电机的定子过流允许时间。表1定子过流保护动作时间心与国标

要求的定子过流允许时间心关系IJp.u.ii =

37.5(v-v,37.5 , )/s,t2= (/.„2

-l)/s,

1.16122.8108.51.3057.754.31.5031.030.01.9014.614.42.308.88.72.706.06.03.503.33.34.502.01.9即'严37.537.5恒成立。由此可见，按照文献［2］推荐公式，整定的发 电机定子反时限过电流保护不能满足配合关系。2.3定子过流保护与过流能力的配合除了有特别要求说明的，汽轮发电机制造厂家 生产的汽轮发电机定子过流能力一定满足文献［4］ 的规定呵。由于发电机定子反时限过电流保护的散

热系数K” 一般取1.02 ~ 1.05,那么发电机定子反 时限过电流保护的定子绕组热容量常数的值必须小

于 37.5O关于位的取值，在此给出两种方案：方案一：根据额定容量在1200MVA及以下的

发电机，应能承受1.5厶”（1那为发电机额定电流）、

历时30s的过电流的要求，按照式（4）计算出定

子绕组热容量常数瓦的值。即有：Kte=30x（1.52-V）

（4）由式（4）得到的定子绕组热容量常数K”的值

介于36.288和34.425之间。此时经过计算，结果

见表2。表 2 当 K&=36.288, K”=1.02 时，Zi与t2的关系Z./p.u.tl(Z.236.288-V) s, f37.5异 /

1.16118.9108.51.3055.8654.31.5030.030.01.9014.114.42.308.58.72.705.86.03.503.23.34.501.81.9由表2可知:定子电流在1.5厶”以上时，匂小于如 定子电流在1.5乙及以下时，勾大于或等于 如并不是完全配合。即有：V-V t2~it2-i

L > 1.5瓦 _ 37.5人2 _K\"2 3% _ 厶2 _]I. W 1.5方案二：按照反时限过电流保护下限动作电流 10„.^动作时，过流动作时间勾不超过此时发电机过

流允许时间2进行整定。根据文献［2］,过流下限标幺值：= 1.05x 匹= 1.160.95式中，K®为配合系数，取1.0 ~ 1.05；心为 可靠系数，取1.05； &为返回系数，取0.9 ~ 0.95, 条件允许应取较大值；切品*为反时限过电流保护

下限动作电流以定子额定电流为基准的标幺值，p.U.o此时，发电机过流允许时间如% =37.51.162-1= 10&5s此时，按照式（5）计算出定子绕组热容量常 数和：^*=108.5 x （1.162-V）

（5）由式（5）得到的定子绕组热容量常数KJ的

值介于33.114和26.376之间。为了保证反时限 过流保护动作时间一定不超过发电机过流的允许

2021. No 3大电机技术61能力，对应散热系数K”=1.02时，取＜=33.1； K”=1.05 时，取〈*=26.4。由式（2）和式（3）分别计算出的发电机允许 过流时间如 反时限保护动作时间匂（其中导则推

荐值，^=1.02,心=37.5）和按照方案二优化后的 反时限保护动作时间心（K”=1.02, ^*=33.0）数据

见表3O表3发电机过流保护与过流允许时间数据表IJp.u.tjs1.16

108.5122.9108.113054.357.750.81.5030.031.027.31.90

14.414.612.82.308.78.87.82.706.06.05.33.503.33.32.94.501.92.01.7从表3可以看出：优化后的匂小于国标要求的 t2o因此，优化后的定子过流保护反时限部分动作 特性的选取正确。从以上分析可知，方案二优于方案推荐发

电机过流反时限按照方案二进行整定。3福清工程计算实例3.1主要参数发电机型号：TA-1100-78o容量：Pn=1150MW （透平功率为1089MW,

50Hz, 1500r/min）功率因数：cos卩=0.9 （滞后）额定电压：t/N=24kV额定电流：厶=30739A（发透平功率时为

29108A）空载励磁电压：169V空载励磁电流：2156A额定励磁电压：500V额定励磁电流：5889A直轴同步电抗Xd=195.5%直轴瞬变电抗X'd=31.6% （饱和值）直轴超瞬变电抗X\"d=19.0% （饱和值）负序电抗X2=19.1% （饱和值）TA 变比 Sa： 35000/5=7000（5P60, 80VA,发 电机中性点）。发电机厂家提供的定子绕组反时限过负荷曲 线：（厶Ji） =18.75,故定子绕组热容量常数：

心=1&75。散热效应系数：取心=1.02。3.2优化方案瓦”值计算

按照方案二整定。你昨\"心彗= 1.05x需= 1.16 对应的发电机过流允许时间如18.751.162—1=54.25s此时，按照式（3）计算出推荐优化方案的定 子绕组热容量常数玄：K「=54.25x （ 1.16*2）=54.25 x （ 1.162-1.022）=16.557从保护动作配合角度考虑取＜=16.5,相当于

允许值的88%O3.3反时限过负荷保护（1 ）反时限下限电流值下限电流值：与信号段（II段）动作电流配合 整定。^.min-l-05Zow/-1.05x-^ZK jNKr=1.05 x 33974.7 =35673.4A取 35627A ( 1.159/n)。I . ,=^l = ^Z = 5.09A

op-m，nj nTA 7000下限动作时间切曲jfown =____z

/、216.5356272 = 54.4s1op.min~Ksr230739I -1.022（2）反时限上限动作时间切上限电流值：取机端三相短路时流过发电机的

最大三相短路电流。-----1xlOOOxlO?] 1000 X10?托\"73x240.1487 ^3x24= 161777.1A其中，计算公式中所用的X\"d是视在功率为

1000MVA下的等效值。上限动作时间:%-------------4----------= 0.62sI人?（3）反时限动作特性校核表4列出了发电机允许的过负荷曲线及整定的 反时限过负荷保护动作特性，其中，人为发电机的

额定电流（厶=30739 A）。62大型发电机定子绕组反时限过负荷保护整定计算问题研究2021. Na 3表4反时限动作特性定子电流~发电机允许过负荷曲线整定的反时限动作蒔性曲线定计算导则［S］.⑶ 李开相.光照电厂保护整定计算及调试中所遇

问题的处理［J］.贵州水力发电，2009⑷：50-51.［4］ GB/T 7064-200& 隐极同步发电机技术要求1.159Zn（下限）54.5742.6154.4841.2927.17156.2525.413.64［S］-⑸ 蒋建旭，王建伟.一起发电机出口 TV故障引

5.58发机组跳闸的原因及动作情况分析［J］.东北电

力技术，2015(5)： 32-35.2.342.071.101.250.785.263总上限)0.690.62［6］ 杜宁宁，胡婷婷.发电机机端PT故障案例分

0.63析［J］.山东电力技术，20153:73-74.［7］

王晓凯，文博，杜镇安，陈埜，黎恒炬.发电厂

从表4可以看出：当定子电流在上限值、下限 值范围内时，整定的过负荷反时限特性在允许的过 负荷曲线下,满足“网源协调”对定子过负荷的要求。［8］

发变组保护整定计算问题分析及解决方案［J］.

湖北电力，2016⑵：61-64,蔡光德.发电机一变压器组保护整定中的若干

4结论问题［J］.电力系统自动化，2001(19):34-36.基于上文分析，可以看出，发电机定子绕组反

时限过负荷保护不能完全地按照文献［2］的规定进

［9］ 安化龙，范小涛，陈默.关于并网电厂涉

网保护定值配合研究［J］.四川电力技术，

2015(4) ：46-50.行计算，建议对文献［2］进行修订，确保发电机定 子过流反时限保护动作时间小于发电机定子过流允 许时间，满足“网源协调”对定子过负荷的要求。［参考文献］［10］ 江寒林.发电厂主设备的保护整定［J］.中国科

技信息,20(^1):60-65.［收稿日期］2020-09-20［作者简介］马铁军(1983-) , 2005年7月毕业于华北

水利水电大学电气工程及其自动化专业，

［1］ 张忠翼，刘明.大型发电机绕组过负荷保护

和励磁限制配合正定分析Q］.科技与创新，

2015(15):1-4.［2］

DI/T 684-2012大型发电机变压器继电保护整本科，主要从事核电厂电气系统调试维修 工作，高级工程师。(上接第51页)［10］ 刘平安，武中德.水轮发电机镜板和推力头热

弹变形分析［J］,大电机技术，2008⑵:5-6.流润滑性能分析|J］.大电机技术，2011⑵：1-4.［15］耿国山，孙铎，武中德.水轮发电机双托盘支撑推力轴承变形分析［J］.大电机技术，2009⑶:5-7.［收稿日期］2020-10-22［11］ 武中德，吴军令.双向推力轴承设计及热弹流

润滑性能分析［J］.大电机技术，2010(6)： 26-2&［12］ 张宏，解培龙，武中德.水轮发电机组巴氏合

金瓦推力轴承热弹流性能分析［J］.华中电力， 1999,12(4)： 52-53.［13］ 刘平安，武中德.水轮发电机弹性金属塑料瓦

推力轴承的瓦面形状［J］,大电机技术，2008 (3)：

［作者简介］范寿孝(1984-) , 2008年7月毕业于哈尔 滨工业大学机械设计系，硕士学位，现主

要研究方向为发电机轴承技术，高级工程

师。8-10.［14］ 武中德，张宏.三峡右岸发电机推力轴承热弹