电机电压制动反时限过电流保护优化措施

1.电压制动电流动作特性

电压制动电流动作特性如图5-9所示。过电流元件动作电流受发电机端电压的大小控制，动作电流和端电压的关系为

当U_g≥0.9U_gn时，I_op=I_op.set

当0.1U_gn≤U_g≤0.9U_gn时，

当U_g≤0.1U_gn时，I_op=0.1I_op.set

其中，U_g为发电机端二次电压；U_gn为发电机二次额定电压；I_op为过电流元件动作电流；I_op.set为过电流元件整定值。

2.反时限动作特性

图5-9 电压制动电流特性

（1）IEEE反时限动作特性方程

动作时间为

返回时间为

式中，t_op为动作时间（s）；T为时间常数整定值（s）；I_k为短路电流二次值（A）；I_op为动作电流（A）；A、B、p为反时限动作特性形状常数；t_re为返回时间（s）；T_r为复归时间常数。IEEE反时限动作特性常数见表5-4。

表5-4 IEEE反时限动作特性常数

（2）IEC反时限动作特性

动作时间为

返回时间为

IEC（BS）反时限动作特性常数见表5-5。

表5-5 IEC（BS）反时限动作特性常数

【例5-11】 已知某发电机组参数P=600MW，S_N=667MVA，电流互感器电流比为25000/5，二次额定电流I_n=3.85A。计算过负荷保护整定值。

【解】 （1）定时限对称过负荷保护整定计算

1）动作电流按躲过发电机额定电流整定：，或I_op1.set*=4.25/5=0.85

2）动作时间。按与线路后备保护最长动作时间配合。

（2）反时限对称过负荷保护整定计算

1）由制造厂家提供的发电机对称过负荷发热允许时间，适应范围为10～60s，为此取发热时间常数K₁=37.5s，最长动作时间取t_op.max=60s。

2）选取IEEE极端反时限，动作时间为

①反时限保护最小动作电流按和定时限对称过负荷保护配合，即，或I_op2.set*=4.4/5=0.88

②动作时间常数的计算。根据发电机对称过负荷发热允许时间方程，确定两端点的电流相对值，即t_op=10s对应为电流为I_*（10）；t_op=60s对应的电流为I_*（60）。将t_op=10s和t_op=60s代入发电机对称允许发热允许时间式，得，解得t_op=10s对应电流为I_*（10）=2.179，代入反时限特性方程计算得

解得T_（10）=0.908s。

同理，，解得t_op=60s对应电流为I_*（60）=1.275，代入反时限特性方程计算，解得T（60）=0.44s。

将T（10）=0.908s和T（60）=0.44s在I_g*≥1.15时分别计算保护动作时间，并和发电机允许的发热时间特性比较，发电机允许持续时间为

反时限保护动作时间为

将允许持续时间t_en，动作时间t_op1和t_op2代入公式，计算结果见表5-6。

3）选择IEC标准反时限特性曲线C，由式计算。

①反时限保护最小动作电流计算同前，。

②动作时间常数整定值T和发电机对称过负荷允许时间配合计算，由80T=37.5计算得T=37.5/80=0.468，动作时间特性曲线按下式计算：

将动作时间t_op3计算结果列入表5-6中，和发电机对称过负荷发热允许时间配合比较。

表5-6 发电机对称过负荷发热允许时间和反时限保护动作时间比较表

（续）

由表5-6可见，IEEE极端反时限T=0.44动作时间t_op1，IEEE极端反时限T=0.887动作时间t_op2，IEC标准反时限T=0.468动作时间t_op3和允许持续时间t_en均不能很好配合，用观察法确定取IEEE极端反时限T=0.44与t_en特性比较接近，但配合不理想。

【例5-12】 某600MW机组参数见表5-7。试整定计算该机组电压制动反时限过电流保护。

表5-7 某600MW机组参数表

【解】 （1）过电流元件起动电流的整定计算

1）选用电压制动相过电流元件。

2）起动电流整定值的计算。按躲过发电机额定电流计算：

式中，可靠系数取K_rel=1.25；返回系数取K_re=0.95；I_gn为发电机二次额定电流。(www.xing528.com)

（2）电压制动过电流

选取电压制动的过电流功能元件，“Voltage Restraint”设置为“ENABLED”。其动作特性如图5-9所示。

（3）主变压器高压母线短路故障的分析计算

1）高压母线三相短路故障的分析计算。高压母线三相短路电流衰减时间常数计算：

三相短路临界电抗X⁽³⁾_cri的计算：

因为X_t=0.185＜X⁽³⁾_cri=0.39，所以高压母线三相短路时，发电机的短路电流最终衰减为零。

2）高压母线两相短路故障的分析计算。考虑严重情况，设发电机未并网空载运行时发生两相短路。高压母线两相短路电流衰减时间常数为

两相短路的临界电抗为

由上面计算可知，X⁽²⁾_cri＜X_t或T_dk＜0时高压母线两相短路时，两相短路电流不衰减，由于强励作用，两相短路电流反而增大。

（4）选取IEEE极端反时限特性计算

1）时间常数T的计算。线路出口短路动作时间的计算。为保证线路出口短路时保护有选择性动作，动作时间为

t_op=t_op.max+Δt=（2.5+0.5）s=3s

高压出线出口三相短路考虑不衰减，按和出线后备保护配合计算，高压侧出口三相短路电流为

高压侧出口三相短路机端残压为

时间常数为

取T=1.6s。

2）机端三相或两相短路时，电压制动反时限过电流保护动作时间的计算。由于机端三相或两相短路时电压小于0.1U_gn，所以动作电流I_op=0.1I_op.set，动作时间为

靠近机端三相或两相短路时，电压制动反时限过电流保护动作时间为0.277s，所以动作时间很短，考虑电流衰减，实际动作时间可能要大一些。

3）校验振荡时保护动作的情况。假设系统电动势和发电机电动势相等，当发生系统振荡时，最大振荡电流和最低残压计算如下。

最大振荡电流为

振荡时发电机端最小电压U_swi.min相对值为

振荡时保护最小动作时间t_op为

以上计算说明：系统振荡时，该保护可能误动作，因此当选择IEEE极端反时限保护时需要采用振荡闭锁。

（5）选择IEEE非常反时限特性曲线的计算

1）时间常数T为

选取T=1.78s。

2）机端三相或两相短路时，电压制动反时限过电流保护动作时间的计算。由于机端三相或两相短路时电压小于0.1U_gn，所以动作电流I_op=0.1I_op.set，动作时间为

3）系统振荡时保护动作时间t_op为

上述计算说明：系统振荡时，选取IEEE非常反时限特性不会误动作，可不加装振荡闭锁。

（6）选取IEC标准反时限特性曲线

1）IEC标准反时限特性时间常数的计算。高压出线出口三相短路或出线后备保护配合计算时间常数为

取T=0.6s。

2）机端三相或两相短路时，电压制动反时限过电流保护动作时间的计算。由于机端三相或两相短路时电压U_k＜0.1U_gn，所以动作电流I_op=0.1I_op.set，动作时间为

3）系统振荡时，保护动作时间t_op为，所以系统振荡时保护可能误动作。

以上计算说明：选用IEC标准反时限特性曲线C（BS142）与选用IEEE极端反时限特性在相同的外部短路故障的配合的情况下，前者在区内相间短路故障动作时间更短，同时说明系统发生振荡时，选取IEC标准反时限特性曲线C（BS142）可能会误动作，所以应加装振荡闭锁。

（7）电压制动反时限过电流保护返回时间的确定

取返回时间T_re=0s，采用瞬时返回。

（8）结论

1）选用IEEE极端反时限特性曲线，机端三相短路动作时间t_op=0.227s，能防止三相短路因电流衰减拒动，但系统振荡可能误动作，应加装TV闭锁和振荡闭锁。

2）选用IEEE非常反时限特性曲线，机端三相短路动作时间t_op=0.9s，能防止系统振荡误动作，应加装TV闭锁，可不必加装振荡闭锁。但自并励机组在三相短路时可能拒动，应加装电流记忆回路。

3）选用IEC标准反时限特性曲线，振荡时可能会误动作。