中文版发电机保护面板系统描述.docx
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中文版发电机保护面板系统描述
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叶建青 仅供参考,以原文为准!
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1.0介绍3
1.1发电机保护面板3
2.0参考文献错误!
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2.1需要的参考文档错误!
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2.2需要的参考图3
3.0系统概述错误!
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3.1主要系统部件5
3.2相关的控制仪表5
4.0系统部件描述6
4.1硬件错误!
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4.2中性点接地机壳14
5.0系统运行14
5.1系统启动错误!
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5.2正常运行错误!
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5.3系统停运错误!
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5.4报警状态错误!
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6.0技术数据错误!
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6.1数字发电机保护继电器18
1.0
介绍
1.1发电机保护面板
发电机保护面板(GPP)是一个独立的面板,包括一个微处理器,数字保护继电器,和一个人机接口(HMI)。
该面板的目的是要为不同位置的保护继电器和HMI接口提供一个公共的机柜,以便于保护继电器的运行,测试,和维护。
中性点接地电阻(NGR)放置在中性点接地机壳内。
设置该机壳的目的是为了提供一个安全的屏障以防止在中性点接地电阻通电(在故障状态期间)的时候接触NGR.
2.0参考资料
2.1需要的参考文档
2.1.1发电机保护GEK75512H
2.1.2DGP继电器使用手册GEK100666D
2.1.3控制,报警和设定值规范(CSP)XXXXXXX-Rev-0
2.1.4联合循环机组回路描述-T202384A1977-Rev-0
2.1.5联合循环保护回路需求T204384A1955-Rev-0
2.1.6联合循环机组启动和运行描述-T210384A1942-Rev-0
2.2需要的参考图纸
2.2.1GP2100TM发电机保护面板359B6768-Rev-B
2.2.2单线图,主电源分配-E150203D6290-Rev-A1
2.2.3发电机电气连接轮廓图-A1D0127E7326-Rev-D
2.2.4电缆概览384A4345-Rev-E
2.2.5发电机中心点接地设备外罩w/89ND361B2787-Rev-0
2.2.6燃气轮机单线图207D3021-Rev-G
2.2.7控制原理图203D6246-Rev-1
2.2.8控制组态图-S820358B1633-Rev-0
2.2.9T/G控制接口图384A4261-Rev-B
2.2.10接口线列表384A4346-Rev-A
2.2.11透平连接图120E2706-Rev-0
2.2.12蒸汽轮机设备概述-VE14384A4060-Rev-E
2.2.13燃气轮机设备概述-0444384A4046-Rev-A
2.2.14张家港109FA联合循环DCSI/O列表270T573-VE29P-Rev-0
3.0
系统概述
GPP(发电机保护面板)是一个独立的面板,包括一个微处理器,数字保护继电器(DGP),和一个人机接口(HMI)。
DGP继电器使用微处理器技术以获得具有广泛的保护,监视,控制和记录功能的数字继电器系统。
HMI和标准的通讯口可以方面的运行和维护。
分散处理和冗余的电源供应以及诊断和自检程序,在保留最大的系统安全性的同时提供了高度的可靠性。
除了NGR,中性点接地外壳内也放置着中性点接地刀闸和中性点接地变压器(NGT)。
NGT是由DGP继电器监视的接地过流保护功能的一部分。
该功能通过监视NGT,提供了反时限过流保护以检测定子接地故障。
设置NGR的目的是要在发电机定子故障的情况下为故障电流提供一条通路,而且该机壳也是设计用来防止在运行期间人员接触该电阻。
中性点接地系统与熔丝相似,平时保持待用状态,一直某些原因在系统中引起一个故障状态。
那时,与熔丝相似,它发挥作用以保护人员和防止设备损坏。
设备损坏来源于两个因素:
故障的时间长短和大小。
在接地继电器跳闸断路器以限制故障存在的时间的长短的同时,中性点接地电阻被设计用来限制故障表现的大小(因此限制了故障电流在设备上的影响)。
3.1主要系统部件
3.1.1主要部件
∙发电机保护面板(GPP)
∙中性点接地机壳
3.2相关的控制仪表
控制设备包括:
发电机保护面板(GPP)
∙数字发电机保护(DGP)继电器
∙微处理器
∙HMI接口
4.0
系统部件描述
4.1硬件
下面的章节提供了主要部件和它们的基本控制功能的详细描述。
发电机保护面板(GPP)
4.1.1数字发电机保护(DGP)继电器
DGP继电器是一个基于微处理器的数字系统,它使用电流和电压输入来提供专门的发电机保护和控制功能。
在DGP继电器的初次加电期间,微处理器执行一系列的设计用来检测硬件和软件问题的自检。
优先给予建立人机接口(HMI)的能力以便任何异常均能通过LED显示或打印机来输出。
如果检测到了异常,启动进程将被终止,并显示一个信息。
如果未检测到问题,“INITIALIZING”信息将被显示一直到启动完成。
在DGP完成初始化并在线之后(大约一分钟),继电器处理器开始采集并处理数据。
在正常运行期间,DGP继电器通过下面的保护功能:
4.1.2定子差动(87G)
该功能提供了发电机定子在发生内部的相间和三相故障时的高速保护。
87G功能不能保护发电机绕组的匝间故障。
如果系统是不接地或高阻抗接地,它也不能保护单相接地故障。
要使该功能能够提供相接地保护,发电机(或其它并列运行的机器)的中性点需要被接地。
接近中性点的一小部分绕组不能被保护,不能被保护的范围取决于引起保护动作的流过中性点对地阻抗的最小电流所需的电压。
中性点接地回路中的电流限制设备增加了阻抗并且将减少该功能的接地故障保护的覆盖范围。
4.1.3
电流不平衡(46T/46A)
发电机电流不平衡有几种原因,包括不平衡负荷,不平衡系统故障,和电路开路。
定子电流的负序组份与这种电流不平衡直接相关,并且在发电机内建立了一个反向旋转的磁通磁场,它又反过来引起转子铁芯的内部过热。
发电机忍受由不平衡电流引起的过热的能力通常以一个常数的方式表示,它与发电机的文档一起提供。
除了46T,DGP继电器也包括一个电流不平衡报警功能(46A),它由负序组份来启动,动作值与延时可调。
4.1.4失磁(40)
该功能用来检测同步发电机的失磁。
它包括监测发电机内部的两个姆欧(电导率)特性,每一个均有可调的作用范围,偏置,和延时。
提供了在存在负序电压(指示电压互感器熔丝故障,或VTFF状态)的时候闭锁该功能的逻辑。
励磁可能因为断路器的意外跳闸,转子绕组的开路或短路,调节器故障或转子绕组失去电源而引起。
失磁能够对发电机造成损害,并且对系统(电网)的运行有害。
在同步发电机失磁时,它将会变为一台感应发电机,运行在正常转速以上,运行在降低了的功率并从系统接受无功(VAR).由一个监测发电机内部的继电器所感受到的阻抗取决于发电机的特性,在失磁之前的负荷,和励磁故障的类型。
研究显示,第一区的姆欧功能(40-1)能够检测几种励磁故障,它的延时较短,而第二区的姆欧功能(40-2)能够被设置成检测所有的励磁故障情况。
40-2功能需要更长的延时以便减少在稳定电力系统振荡期间发生假的报警/跳闸的发生。
4.1.5防电动机运行(32)
在完全或部分失去原动机时,如果所产生的功率小于机械的无负荷损失,有效功率将开始流进发电机。
发电机的最小的电动机功率在发电机的文档中一起提供。
DGP继电器包括应该带有可调延时的逆功率功能。
两个独立的设定值(32-1和32-2)被整合到了张家港的DGP继电器中。
4.1.6
4.1.6带有电压限制的时间过流(51V)
必须对系统(电网)进行保护以防止发电机造成的故障时间过长。
DGP整合了一个带有电压限制的时间过流功能(51V)以提供系统备用保护的一部分。
每相都有独立的算法来处理,并受由相应相的电压的限制。
该限制是与电压的大小成比例的,与相角无关。
为该功能整合了一个线性复位特性。
4.1.7定子接地(64G/27TN)
在高阻抗接地的发电机系统中,该功能由两个有重叠的区域(64G1和64G2/27TN)来监测定子接地。
64G1在所有的DGP继电器中是标准配置,但是,64G2/27TN功能只在某些形式中被提供(包括张家港)。
这两个区域一起覆盖定子绕组的100%。
通常发电机定子中性点有靠近接地的可能。
在定子接地发生时,对除了在接近中性点的地方接地的故障以外的所有定子接地故障,中心线电压均将升高。
64G1功能使用基频中心线超电压来覆盖由动作电压设定值确定的大约95%的定子绕组。
64G2是基于与产生的总的三次谐波电压相对而言在发电机中心线(VN3)上的三次谐波电压的。
该功能被设计成覆盖定子绕组的中性点端的15%,并由基频和三次谐波电压阈值所监控管理,这两个阈值分别为30和0.5伏特。
三次谐波比较器方法消除了在使用或设定该功能时要知道发电机谐波特性的需要。
27TN功能是带有正向功率监视的三次谐波中性点欠电压功能,并能与Y形或△形连接的电压互感器(VT)一起使用。
由功能覆盖的定子绕组的比例取决于它的阈值设定和在故障发生时由发电机产生的VN3。
在正常状态下,VN3的大小是包括发电机类型,负荷电流,负荷功率因数,系统状态等在内的几个因素的函数,并且在某些状态下,VN3可能非常的小(接近零)。
为了在低VN3电压条件下增强安全性,正向功率的设定窗可以禁用该功能。
但是,应该注意到其它影响VN3电压的状态可能使27TN停用。
在这些场合,64G2可以与27TN一起使用。
在发电机离线时,数字输入DI1可以被配置成闭锁64G2/27TN。
这个功能用来在如燃气轮机发电机的静态启动等条件下增强该功能的安全性。
在静态启动期间,发电机中性点的临时接地可以视为接近中性点的接地故障。
4.1.8
4.1.8接地过流(51GN)
51GN功能是一个用于检测高阻抗或低阻抗接地发电机系统中额定子接地故障的逆过流功能。
该功能使用电流INR,它可能来自剩余的接头或使用发电机中性线电流互感器。
因为该功能与相电流输入无关,它可以连接到发电机升压变压器的中心线电流互感器(CT)上。
4.1.9过励磁(24T/24A)
过励磁可能是由于调节器故障,甩负荷,或在发电机离线时的过励磁引起。
它也可能是由于在调节器或操作员试图维持额定定子电压时转速下降引起。
Volts/Hertz(V/Hz)的大小是与发电机和升压变压器铁芯中的磁通成比例的,并用来检测过励磁。
过励磁保护包括跳闸(24T)和报警(24A)功能。
24T由一个反时限功能和一个带有延时特性的瞬时功能。
这两种特性的结合可以让24T设定值紧密跟随发电机和/或升压变压器的V/HZ限制曲线。
24A和24T为三相中每一相电压均进行计算。
24T可以配置成发电机在线和不在线条件下动作于不同的输出继电器。
该功能整合了一个用户可调的复位特性来模仿发电机冷却。
4.1.10过电压(59G)
该功能由一个带有用户可调的反时限或定时限特点的正序过电压组成。
为功能整合了一个线性复位特性。
过电压可以被视为对Volts/Hz(过励磁)功能的备用保护。
发生这种故障的可能的一些原因是系统扰动或调节器故障。
4.1.11欠电压(27G)
该功能由一个带有用户可调的反时限或定时限特点的正序欠电压组成。
为功能整合了一个线性复位特性。
4.1.12超频/低频(81)
该功能提供超频和低频保护,每个保护都有一个可调的延时。
提供了两个超频(81-1O和81-2O)和四个低频(81-1U,81-2U,81-3U和81-4U)阶段。
一个可调的正序电压监视着所有的频率保护功能。
在启动期间,这个欠电压截止电平和/或数字输入DI1能够用来闭锁频率保护功能。
频率扰动可能由于系统故障或机组的孤立运行而发生,或未被连接的机组可能由于转速控制系统故障而运行在非正常频率下。
4.1.13电压互感器熔丝故障(VTFF)
功能40和51V可能会因一个或多个熔丝熔断而引起的全部或部分的交流电压的失去而动作。
DGP提供了在检测到熔丝故障时闭锁由这些功能引起的跳闸保护。
两个失去一相或多相的交流电压,负序电压(V2)升高,并且/或者正序电压(V1)下降。
V2>15V或V1<50V提供了VTFF的状态的基本显示。
一个扰动监测器(DD)和发电机正序电流(I1)监测器监督该信号它们分别提供在故障和发电机停运状态下的防误动作的保护功能。
4.1.14意外通电(AE)
DGP包含检测发电机意外通电的逻辑。
在发电机处于静止或低转速如果该发电机通电,它将作为一台感应电动机来运行和加速。
在这种情况下的发电机的端电压和电流将会是发电机,变压器和系统阻抗的一个函数。
.
一个瞬时过流信号(50)用来检测意外通电。
该信号由来自正序电压和发电机离线输入(DI1)的逻辑信号来使其处于准备动作状态的。
通过设定2703:
AEARM,这两个“准备”信号能够以“与”或“或”的方式来配置。
在发电机停运之后5秒,50功能被置于准备动作状态。
在正常启动程序中,在电压监测器pickup或发电机在线时该逻辑自动将自己退出准备动作状态。
为了AE逻辑能够发挥作用,必须采取特殊的预防措施来保证DGP继电器和相关的跳闸回路在发电机停运时仍旧保持在运行状态。
另外,DI1必须可靠。
同时应该注意到51V功能的动作标志被用作信号50;因此如果功能51V被禁用,该逻辑将自动被禁用。
4.1.15微处理器
GPP微处理器被设计用来提供高度的可靠性和安全性。
它们提供广泛的保护,监视和控制功能,包括:
∙自诊断和自测试能力。
处理器将它们各自的结果进行互相通讯,以便确定问题所在并提供报告。
在空闲时间,处理器执行常规的自诊断功测试。
∙冗余的电源(110/125Vdc).也提供了一个“电源失去”监测器来提醒操作员。
∙事件顺序记录器。
该记录器在一毫秒内对事件加上时间戳并进行储存。
∙故障报告。
生成的报告包括日期/时间戳,事件发生前后的系统状态,故障电流和电压,以及最多14个需要的点的值。
∙用于个人计算机连接的通讯口
∙HMI小键盘和LED显示器.
4.1.16人机接口(HMI)
HMI由一个小键盘,LED显示器,和允许用户输入设定值和浏览显示的数据的目标LED显示点组成。
4.1.16.1小键盘
小键盘是DGP系统的一个进口方法。
该小键盘有20个键。
Clear:
[CLR]键用于异常中断正在进行中的键盘顺序(比如,在用户需要纠正错误时)。
在按下[CLR]键时,所有或部分的显示变成空白。
Arrow:
箭头键用来在命令([SET],[INF],[ACT])键范围内在分类列表间滚动,或在一个分类内的项目列表间滚动。
Enter:
[ENT]键用来输入数据或输入一个选择。
DataEntry:
数据输入键由数字键和小数点组成。
这些键用于将数据输入到DGP或对提示做出响应进行选择。
End:
[END]键将引起两个动作:
它被用来代表没有更多的设定值更改可以进行,或被用来中断一个会话。
当用于中断一个会话时(用户按下[END]键),MMI变成处于空闲状态(无15分钟的暂停),并且如果先前由MMI闭锁的远程通讯功能和设定值将被启用。
i
Set:
[SET]键用来显示或更改设定值。
用户可以使用箭头键在一个分类中的所有的设定值间滚动。
按下[SET]键将会使当前的分类名被显示。
通过使用箭头键用户可以进入另一个分类,或者通过在按下[ENT]键之后输入设定值编号来进入另一个设定值。
Act:
[ACT]键用来执行动作。
使用箭头键动作分类可以被滚动。
11个可能的动作列表如下。
∙DisableOutputs:
禁止DGP给任何数字输出通道加电。
∙EnableOutputs:
允许DGP给所有的数字输出通道加电。
∙Trip:
该分类用来手动使四个跳闸输出继电器中的任一个动作。
∙Reset:
删除储存在DGP内存中的各种信息。
∙Date-Time:
更改储存在DGP中的当前日期和/或时间。
∙RelayTest:
该分类测试DGP系统的继电器功能。
∙MMITest:
测试显示器,键盘,状态LED,目标LED和打印机。
∙Fix-UpSettingsCRC:
该分类重新计算非易失性内存内的设定值的循环冗余检查。
在DGP报告EEPROM故障,显示储存的设定值与它们的循环冗余检查代码不匹配时使用该分类
∙EnterPassword:
该分类用来输入MMI密码,该密码激活两个输入区中的一个。
第一个区域允许用户更改设定值(设定值)。
第二个区域允许访问控制动作(控制值)。
∙ChangePassword:
该分类用来更改当前起作用的密码。
通过选择“EnterPassword”,一个密码生效。
.
∙DigitalOutputTest:
该分类用来测试DGP系统的数字输出
Information:
[INF]键用来请求信息,8个信息分类列表如下。
∙RequestDGPStatus:
该分类用来显示DGP系统的当前状态。
∙RequestFaultInformation:
该分类用来显示(或打印,在适用的型号中)DGP系统储存的最后三个故障相关的信息。
∙RequestPresentValues:
该分类显示当前的模拟量值和由DGP监视的触点输入的状态。
∙RequestEvents:
该分类用来打印时间顺序信息(在适用的型号中)。
∙ViewPassword:
该分类用来以加密方式浏览远程通讯密码。
∙RequestDGPModel/Version:
该分类用来显示DGP型号和PROM的版本号。
∙StationID:
该分类用来浏览由远程通讯连接下载的32字符站ID字符串。
∙GeneratorID:
该分类用来浏览由远程通讯下载的32字符发电机ID字符串。
4.1.16.2LED显示
该显示包括LED字母数字的字符位置,以平行的方式安排,用来进行状况,状态和报警等信息的通讯。
另外,还有能够编程用来显示需要的数值的目标LED显示点。
除了四个例外:
跳闸,故障,警告,和初始化,所有显示的信息都是某些小键盘操作的结果。
∙在DGP已经引起一个保护跳闸时,一个跳闸信息被显示。
除了跳闸信息,所有的信息都以相同的显示强度被显示出来,大约为全显示强度的一半。
用于设定值更改的用户输入以较低的显示强度来显示以助于将储存的设定值与尚未确认输入到DGP系统的那些值区别开来。
跳闸信息以最高的显示强度显示。
TRIP闪烁以指示DGP系统已经引起了一个保护跳闸。
∙
在DGP发现了一个关键故障时,显示一个故障信息。
在FAIL字后跟着的字段是一个数码,它显示关键自检故障的性质。
该故障信息一直保持在显示页面上,直到一个键被按下或DGP系统已成功重启动(无自检故障)
∙在DGP已经发现了一个非关键的故障时,显示一个警告信息。
在WARN字后跟着的字段是一个数码,它显示关键非关键自检故障的性质。
该警告信息一直保持在显示页面上,直到一个键被按下或DGP系统已成功重启动(无自检故障)
∙在上电程序期间DGP系统正在初始化时,显示初始化信息。
一旦初始化完成,该显示变为空白。
所有作为小键盘操作结果的其它的信息将在显示页面上一直保持显示,直到另一个键被按下,或在15分钟内无任何键被按下。
在该时间段结束时,显示将会变成空白。
4.2中性点接地外壳
中性点接地系统采用两种形式,低阻抗或高阻抗。
低阻抗系统的故障电流大于25安培,而高阻抗系统的故障电流小于或等于25安培。
张家港项目使用带有0.25欧姆的中性点接地电阻(NGR),额定故障电流为350安培的低阻抗系统。
在电力系统的一相无意中接地时,低阻抗接地系统使用中性点接地电阻来限制故障电流。
大多数系统限制故障电流到200-400安培。
在故障发生时,NGR限制能够从地面流回到变压器/发电机的电流。
虽然已被限制,但该电流仍然足够需要的保护继电器来跳闸断路器或从故障系统去除功率。
通常,可以获得480伏特到72KV(线电压)的NGR。
5.0系统运行
下面的章节被提供以帮助对系统运行的理解。
要作为运行说明这些章节还不够详细。
5.1系统启动
5.1.1发电机保护面板
在启动期间,发电机保护面板上的部件的运行通常只限于观察。
在启动期间,该系统的运行是自动的,处理器执行常规的自检功能。
在启动期间,在未必可能发生的故障情况下,操作员所做的将是监视透平停运并调查显示在发电机保护面板上的报警的原因。
5.1.2中性点接地机壳
在启动期间,中性点接地电阻或面板上无需操作员的交互操作。
在启动期间,在未必可能发生的故障情况下,电阻将被通电以限制故障电流。
操作员所做的将是监视透平停运,然后调查显示在发电机保护面板上的报警以确定跳闸的原因。
5.2正常运行
5.2.1发电机保护面板
在正常运行期间,发电机保护面板将执行自动自检和自诊断功能,无需操作员的操作。
如果需要手动执行某个功能,操作员可以使用HMI小键盘来执行测试或输入设定值参数的方式来完成。
。
5.2.2中性点接地机壳
在正常运行期间,中性点接地电阻被断电,但被永久的连接以便在发生故障时保护设备。
不需要任何操作员的操作。
5.3系统停运
5.3.1正常停运
5.3.1.1发电机保护面板
在停运期间,发电机保护面板将提供与正常运行期间相同的保护装置功能。
不需要任何操作员的操作。
5.3.1.2中性点接地机壳
在停运期间,发电机保护将提供与正常运行期间相同的保护装置功能。
不需要任何操作员的操作。
5.3.2紧急停运
5.3.2.1发电机保护面板
在紧急停运期间,发电机保护面板可以自动对DGP继电器功能所覆盖的故障做出响应。
如果故障发生并且收到一个报警,操作员应该检查电厂的信号器和GPP显示画面来确定问题的原因。
关于另外的GPP报警信息,请参考本规程的报警状态部分。
5.3.2.2中性点接地机壳
在紧急停运期间,发电机保护面板可以自动对DGP继电器功能所覆盖的故障做出响应。
中性点接地电阻和面板将不受影响,除非故障发生在由定子接地保护(64G/27TN)保护的区域内。
如果发生定子故障,操作员应该检查GPP显示画面并验证实际的故障状态。
在透平安全停运之后,发电机应该被隔离,进行电气检查。
5.4报警状态
在报警发生时,操作员通常必须检查相关的系统参数并在其它系统上检查可能的报警。
关于其它系统报警请参考专门的描述。
下面是与发电机励磁器控制和保护面板相关的报警的一个总结。
5.4.1发电机保护面板
5.4.1.1过励磁或发电机Volts/Hertz(24G/24T)
防止发电机和/或发电机变压器发生过励磁volts/hertz(磁通)。
包括报警和跳闸功能。
5.4.1.2同期欠电压(27G)
.防止发电机断路器被合闸并连到电力系统中,除非电压匹配。
5.4.1.3发电机定子接地故障(64G1/27TN)
由两个重叠的区域(64G1and64G2/27TN)组成,它们检测定子接地故障,这种设计以与中性点接地电阻(它被设计用来“吸收”或限制故障电流)串联的方式来保护发电机定子。
在这两个重叠设计中的任何部分的动作都表示发电机内部发生了严重的故障。
该发电机应
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