3.5定子绕组单相接地保护
4 基波定子接地保护判据
• （1）灵敏段基波零序电压保护，动作于信号时,其动 作方程为:
• Un0＞U0zd • 式中Un0为发电机中性点零序电压，U0zd为零序电压定
值。 • 灵敏段动作于跳闸时，还需主变高、中压侧零序电压
闭锁，以防止区外故障时定子接地基波零序电压灵敏 段误动。 • （2）高定值段基波零序电压保护，动作方程为： • Un0＞ U0hzd • 保护动作于信号或跳闸均不需经主变高、中压侧零序 电压辅助判据闭锁。
t1 t0
区内轻微： t0:正常运行 t1:故障时
3.3 变斜率比例差动保护
t1 t0
区内较严重： t0:正常运行 t1:故障时
3.3 变斜率比例差动保护
t1
区内严重故障： t0:正常运行 t1:故障时
t0
3.4 发电机差动TA饱和问题
以往认为：
－发电机差动采用保护级TA，并且TA同型； －区外故障电流倍数小，一次电流完全相同，二次不平衡差流
3.2 工频变化量差动保护
1 重叠原理的应用
ES M Z I
N ER
ZK
UF
U
UF
ES M Il
N ER
Ul
UF
短路后状态
M I
N
U
UF
短路附加状态
正常负荷状态
U U Ul I I Il
3.2 工频变化量差动保护
• 2 灵敏的工频变化量比例差动
Id 1.25IdtIdth Id 0.6Ir Id 0.75Ir 0.3Ie
动作区域上多了两块灵敏动作区，少了一块易误动区，在区内故障时保证较高的灵
敏度，在区外故障时可以躲过暂态不平衡电流，提高了差动保护的可靠性。
3.3 变斜率比例差动保护
• 2 变斜率比例差动的优点
• 由于一开始就带制动，差动保护动作特性较好 地与差流不平衡电流配合，因此差动起始定值 可以安全地降低；
–提高了发电机、变压器内部轻微故障时保护的灵敏 度，尤其是机组起停过程中（45～55Hz）内部轻微 故障差动保护的灵敏度；
励磁变
高厂变
300MW-500KV机组TA、TV配置方案
1.2
220kV
母线PT
配置方案 二
A屏 主变压器 RCS-985
B屏
RCS-985
C屏
CZX-12A RCS-974G
发电机
励磁变
高厂变
300MW-220KV机组TA、TV配置方案
1.2
220k V
配置方案 三
110k V
B
主变压器
TV 5
• 3 TV饱和引起。将引起三次谐波的虚假增大。
2.6 独立的故障录波
• CPU录波：记录保护的各种原始模拟量、保护用 的中间模拟量、保护的出口状态等。
• MON录波：设有完整的故障录波功能，可以连续 记录长达4S的发变组单元所有模拟量、开入量、 保护动作量波形，记录采用COMTRADE格式，是 针对发变组的故障录波器。
• 完善的波形分析软件
2.7 跳闸矩阵的功能特点
RCS-985
微机发变组保护
中国 ·南京 ·南瑞继保
内容提要
• 一 保护功能配置 • 二 性能特点 • 三 保护原理
一 保护功能配置
1.1 保护总体方案设计思想
• 总体方案为双主双后，即双套主保护、双套后备保护、 双套异常运行保护的配置方案。其思想是将一个发变 组单元的全套电量保护集成在一套装置中。
3.2 工频变化量差动保护
4 满负荷运行时发电机内部A、B相2.5%经过渡电阻短路
3.3 变斜率比例差动保护
• 1 变斜率比例差动
–不设拐点，一开始就带制动特性
Id KblIr Icdqd KblKb1lKbl r (Ir/Ie)
3.3 变斜率比例差动保护
重合动作区 灵敏动作区 易误动区 不平衡电流
–可以防止区外故障TA不一致造成的误动。
3.3 变斜率比例差动保护
3 主变内部C相1.5%匝间故障
3.3 变斜率比例差动保护
• 4 可靠的高值比例差动
–由高比率制动系数抗TA饱和
I Id d
1.2Ie 0.7 0 Ir
–区内严重故障快速动作
3.3 变斜率比例差动保护
3.3 变斜率比例差动保护
2.3 先进的硬件核心 一
• 高速数字信号处理器DSP • 大规模逻辑门阵列FPGA • 可编程逻辑门阵列CPLD • 并行高精度A/D • 32位微处理器CPU • 独立的CPU处理显示、键盘等人机对话 • 大屏幕汉字液晶显示
2.3先进的硬件核心二
• 高速数字信号处理器DSP＋32位微处理器CPU • 双CPU系统：低通、AD采样、保护计算、逻
备用
三 保护原理
3.1 RCS－985保护装置的关键技术
1、采用了工频变化量原理、变斜率比率差动保护新原理; 2、全新的异步法TA饱和判据； 3、首次提出并实现了浮动门槛和电流比率制动相结合的纵向零序电
压匝间保护、复式零序电压匝间保护、高灵敏横差保护新原理； 4、采用三次谐波电压差动新原理的100％定子接地保护； 5、新型外加电源定子、转子接地保护； 6、灵敏的TV、TA回路自检功能； 7、其他先进技术
辑输出
1、CPU2作用于启动继电器，CPU1作用于跳闸矩阵2、 启动一致性，CPU1和CPU2的启动元件相同，保护才 出口 3、两个CPU系统之间均进行完善的自检和互检，任 一CPU板故障，闭锁装置并发报警信号
2.4 RCS-985硬件配置示意图
低通
交
滤波
流
信
号
CPU板
显示
人机CPU
人机通 讯口
低通 滤波
3.4 发电机差动TA饱和问题
t3
t2
t1 t0
TA饱和： t0:正常运行 t1:判出区外 t2:开始饱和 t3:进入动作区 t1-t0＝5ms
3.5定子绕组单相接地保护
1 定子接地保护的必要性
a 单相接地引起非故障相及中性点电位升高。 b 中性点附近经过渡电阻接地若保护灵敏度不够而未动
作，经过长期运行，在机端侧再发生第二点接地，中 性点电位升高，第一个接地点接地电流增大，而过渡 电阻减小，结果发生相间或匝间严重短路。 c 其次单相接地引起铁心的损伤。机组越大分布电容越 大，接地容性电流越大。接地电流较大引起电弧，引 起绕组绝缘及定子铁心损坏。
3.5定子绕组单相接地保护
2 单相接地故障时的基波零序电压
αEA
UC
αEB
UB
(1-α)EC (1-α)EB
U0/E0
1.0
αEC
UA
(1-α)EC
0ห้องสมุดไป่ตู้5
(a)单相接地示意图
α
0.25 0.5
0.75 1.0
（b)基波零序电压与α的关系
3.5 定子绕组单相接地保护 3 基波零序电压定子接地保护的特点
小； 因此，为提高内部故障灵敏度，降低差动起始定值、比率制动系数。
实际情况：
－发电机差动TA尽管同型，但两侧电缆长度可能不一致，部分 机组TA不是真正同型TA；
－区外故障电流倍数尽管小，但非周期分量衰减慢； 结果，导致TA饱和，不平衡差流增大，差动保护屡有误动发生；
3.4 发电机差动TA饱和问题
1 现有防TA饱和措施
投发电机差动保护 投发电机后备保护 投发电机匝间保护 投定子接地零序电压保护 投三次谐波电压保护 投转子一点接地保护 投转子两点接地保护
投定子过负荷
投负序过负荷 投失磁保护
投失步保护 投过电压保护 投过励磁保护 投逆功率保护 投频率保护 投误上电保护 投起停机保护 投励磁变差动保护 投励磁过负荷
备用 断水保护投跳 热工保护投跳
• 对于主变压器高压侧中性点不论是否接地， 当高压系统发生接地故障时，直接传递给发 电机的零序电压超过定子接地保护的动作值， 对于跳闸接地保护可以经主变高压侧零序电 压闭锁，基波报警可以用时间避开。
• 基波零序电压型定子接地保护简单可靠，是 现在用的比较普遍的保护，保护区80%~90%
• 中性点接地时基波保护存在死区。
• 对于一个发变组单元，配置两套完整的电气量保护， 每套保护装置采用不同组TA，均有独立的出口跳闸回 路。
• 非电量保护出口跳闸回路完全独立，和操作回路独立 组屏。
主变压器
1.2 配置方案一
500kV
A屏 RCS-985
B屏 RCS-985
C屏
RCS-974F RRCCSS--997744GAG
发电机
3.5定子绕组单相接地保护
5 三次谐波电压产生
• 1 由于发电机气隙磁通密度分布非正弦分布和 铁磁饱和影响，在定子绕组中感应电势除基波 分量外还含有高次谐波，其中三次谐波含量较 高。
• 2 对于水电机组三次谐波电压随无功近似线性 增长。这是因为凸极发电机带感性无功时，纵 轴电枢反应将对三次谐波励磁势起助磁作用， 而且随无功增大励磁必相应增大，励磁磁通势 三次谐波必然增大。
• 灵活的跳闸矩阵：每一种保护均可经跳闸矩阵 整定出口方式
6B17 24V光耦+（输入）
6B14 6B13 6B15 6B1 6B2 6B3 6B4 6B5 6B6 6B7 6B8 6B9 6B10 6B11 6B12
对时 打印 信号复归 投主变差动保护 投主变相间后备 投主变接地保护 投主变不接地保护 投发变组差动
备用 投高厂变差动 投高厂变高压侧后备 投高厂变A分支后备 投高厂变B分支后备
备用 备用
保护功能压板
5B29 24V光耦+（输入）
5B3 5B25 5B4 5B5 5B6 5B7 5B8 5B9 5B10 5B11 5B12 5B13 5B14 5B15 5B16 5B17 5B18 5B19 5B20 5B21 5B22 5B23 5B24