本文是学习GB-T 32898-2016 抽水蓄能发电电动机变压器组继电保护配置导则. 而整理的学习笔记,分享出来希望更多人受益,如果存在侵权请及时联系我们
本标准规定了抽水蓄能电站发电电动机、主变压器、励磁变压器继电保护的基本配置原则、出口方
式、闭锁逻辑、相关回路及设备要求。
本标准适用于装设单机容量为150 MW
及以上的可逆式水泵水轮发电机组、发电电动机机端装设
断路器和换相开关的抽水蓄能电站发电电动机变压器组继电保护设计。
单机容量150 MW 以下或其他主接线方式的抽水蓄能电站可参照执行。
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件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 2900.1 电工术语 基本术语
GB/T 2900.17 电工术语 量度继电器
GB/T 2900.49 电工术语 电力系统保护
GB/T 2900.1、GB/T 2900.17、GB/T 2900.49
中界定的以及以下术语和定义适用于本文件。
3.1
发电工况 generator mode
从上水库放水流向下水库,驱动机组水泵水轮机转轮转动,将水势能转化为电能的运行状态。
3.2
抽水工况 pump mode
机组从下水库向上水库抽水,将电能转化为水势能的运行状态。
3.3
发电调相工况 generator condenser mode
转轮室压水后转轮在空气中旋转,机组发电方向并网运行的状态。
3.4
抽水调相工况 pump condenser mode
转轮室压水后转轮在空气中旋转,机组抽水方向并网运行的状态。
3.5
静止变频启动 static frequency converter startup
利用静止变频装置通过启动回路驱动机组以抽水方向启动的启动方式。
3.6
背靠背启动 back to back startup
一台机组以拖动工况启动,通过启动回路驱动另一台机组以抽水方向启动的同步启动方式。
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3.7
拖动工况 luncher mode
机组以背靠背方式启动,拖动机运行在发电方向并提供变频电流将被拖动机拖至额定转速并且并
网的一种工况。
3.8
被拖动工况 launched mode
机组以背靠背方式启动,被拖动机组在抽水方向被拖至额定转速并并网的一种工况。
3.9
电气制动 electric braking
机组在正常和非电气故障停机时合上机端短路开关并施加励磁,产生电磁制动力矩加速停机的
过程。
4.1 发电电动机变压器组的各种运行工况应配置完善的保护。
4.2 发电电动机变压器组继电保护除非电量保护外应双重化配置。
4.3 发电电动机和主变压器应各至少配置一套各种运行工况投入的纵差保护。
4.4 发电电动机差动保护应根据定子绕组形式和工程实际条件配置。
4.5
发电电动机变压器组继电保护的外部闭锁信号宜直接取自断路器、隔离开关等设备的辅助接点,
保护闭锁不应采用改变保护定值方式实现。
4.6
发电电动机变压器组保护装置的电压、电流宜采用软件换相方式适应各种工况的转换。
5.1.1 下列故障及异常运行方式应装设相应的保护:
a) 定子绕组相间短路;
b) 定子绕组接地;
c) 定子绕组匝间短路;
d) 定子绕组分支断线;
e) 发电电动机外部相间短路;
f) 定子绕组过电压;
g) 定子绕组过负荷;
h) 转子表层(负序)过负荷;
i) 励磁回路接地;
j) 励磁电流异常下降或消失;
k) 定子铁芯过激磁;
1) 发电机逆功率;
m) 频率异常;
n) 失步;
o) 发电电动机突然加电压;
p) 轴承绝缘破坏;
q) 抽水工况失电或低电压;
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r) 调相工况失电;
s) 静止变频器启动或背靠背启动过程故障;
t) 电气制动短路开关触头接触不良;
u) 启动过程中相序错误;
v) 其他故障和异常运行。
5.1.2 针对5.1.1所列故障及异常运行方式,宜配置保护如下:
a) 纵差保护(含完全纵差保护、不完全纵差保护);
b) 横差保护(含裂相横差保护、单元件横差保护);
c) 复合电压过流保护;
d) 定子接地保护;
e) 转子接地保护;
f) 过励磁保护;
g) 过电压保护;
h) 低电压保护;
i) 过频保护;
j) 低频保护;
k) 失磁保护;
1) 失步保护;
m) 转子表层(负序)过负荷保护;
n) 定子过负荷保护;
o) 发电机逆功率保护;
p) 电动机低功率保护;
q) 误上电保护;
r) 低频过电流保护;
s) 电压相序保护;
t) 电流不平衡保护;
u) 轴电流保护或轴承绝缘保护;
v) 断路器失灵保护。
发电电动机保护功能配置可参照附录 A 的表 A.1 和图 A.1。
a) 停机;
b) 程序跳闸;
c) 缩小故障影响范围;
d) 灭 磁 ;
e) 发信。
发电电动机保护出口方式可参照附录B 的表B.1。
5.2.1.1 配 置 原 则 :
a)
应装设完全纵差保护,反应定子绕组及其引出线的相间短路故障,动作于停机;
b)
可装设不完全纵差保护,反应定子绕组及其引出线的相间短路、匝间短路和分支开焊故障,动
作于停机;
c)
考虑与主变压器纵差保护配合,可配置保护范围包含换相开关或发电电动机断路器的完全纵
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差保护。
5.2.1.2 保护闭锁逻辑:
a) 差动范围包含电气制动短路开关的应在电气制动时闭锁;
b) 差动范围包含被拖动隔离开关的应在静止变频器启动和背靠背启动时闭锁;
c) 差动范围包含拖动隔离开关的应在拖动工况时闭锁。
5.2.1.3 技术要求:
a) 电流互感器二次回路断线时不应闭锁差动保护;
b) 额定频率运行时保护动作时间(2倍整定电流时)不大于30 ms;
c) 低于额定频率运行时保护动作时间(2倍整定电流时)不大于2倍电气周期;
d) 纵差保护在10 Hz~55Hz 范围内应正常工作,10 Hz
以下应采取措施防止误动。
5.2.2.1 配置原则:
装设裂相横差保护或单元件横差保护,反应定子绕组的匝间短路、分支开焊以及相间短路故障,动
作于停机。
5.2.2.2 保护闭锁逻辑:
所有工况均不应闭锁。
5.2.2.3 技术要求:
a) 电流互感器二次回路断线时不应闭锁裂相横差保护;
b) 额定频率运行时保护动作时间(2倍整定电流时)不大于30 ms;
c) 低于额定频率运行时保护动作时间(2倍整定电流时)不大于2倍电气周期;
d) 横差保护在10 Hz~55 Hz范围内应正常工作,10 Hz
以下应采取措施防止误动。
5.2.3.1 配置原则:
装设复合电压过流保护,反应定子绕组及其引出线的相间短路故障,动作于停机。
5.2.3.2 保护闭锁逻辑: 所有工况不宜闭锁。
5.2.3.3 技术要求:
宜具有电流记忆(保持)功能。
5.2.4.1 配置原则:
a)
一套保护装置装设注入式100%定子接地保护,反应定子绕组及其引出线的单相接地故障,动
作于停机;
b)
另一套保护装置装设零序电压定子接地保护,反应定子绕组及其引出线的单相接地故障,动作
于停机。
5.2.4.2 保护闭锁逻辑:
注入式100%定子接地保护电阻判据宜在静止变频器启动、背靠背启动、电气制动时闭锁,也可采
用特定低频段闭锁的方式。
5.2.4.3 技术要求:
a) 注入源应具有电压消失、故障或过载报警功能;
b) 注入式100%定子接地保护可靠反映的发电电动机中性点接地电阻值不低于1
kΩ;
c) 零序电压定子接地保护在10 Hz~55 Hz范围内应正常工作。
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5.2.5.1 配 置 原 则 :
a)
装设转子接地保护,反应转子绕组及其引出线的接地故障,保护动作于发信或程序跳闸;
b) 转子接地保护正常运行时投入其中一套,另一套作为冷备用。
5.2.5.2 保护闭锁逻辑:
所有工况均不应闭锁。
5.2.5.3 技术要求:
采用注入式原理时应具有注入源电压异常报警功能。
5.2.6.1 配 置 原 则 :
a)
装设发电电动机过励磁保护,反应频率降低、电压升高引起的铁芯工作磁密过高;
b)
过励磁保护宜由定时限和反时限两部分组成,定时限部分低定值段动作于发信,定时限部分高
定值段和反时限过励磁保护动作于停机。
5.2.6.2 保护闭锁逻辑: 所有工况均不闭锁。
5.2.6.3 技术要求:
a) 应在10 Hz~65 Hz范围内正常工作,10 Hz 以下应采取措施防止误动;
b) 不宜采用相电压,以防止接地故障时误动。
5.2.7.1 配 置 原 则 :
装设发电电动机过电压保护,反应发电电动机定子过电压异常,防止定子绕组绝缘遭受破坏,动作
于停机。
5.2.7.2 保 护 闭 锁 逻 辑 :
所有工况均不应闭锁。
5.2.8.1 配 置 原 则 :
装设发电电动机低电压保护,反应抽水工况、发电调相工况和抽水调相工况运行时失电故障或低电
压,动作于停机。
5.2.8.2 保 护 闭 锁 逻 辑 :
除抽水工况、发电调相工况和抽水调相工况外,其他工况均应闭锁。
5.2.9.1 配 置 原 则 :
a) 装设发电电动机过频保护,宜动作于程序跳闸;
b)
装设发电电动机低频保护,反应抽水工况、发电调相工况和抽水调相工况运行时失电故障或系
统频率过低,动作于停机。
5.2.9.2 保护闭锁逻辑:
a) 过频保护在所有工况下均不应闭锁;
b)
低频保护除抽水工况、发电调相工况和抽水调相工况外,其他工况均应闭锁。
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5.2.10 失磁保护
5.2.10.1 配置原则:
装设发电电动机失磁保护,反应励磁电流异常下降或完全消失的失磁故障,动作于停机。
5.2.10.2 保护闭锁逻辑:
失磁保护应在机组并网前闭锁。
5.2.11 失步保护
5.2.11.1 配置原则:
装设失步保护,反应发电电动机与系统失去同步时的异步运行状态。失步保护动作于发信,当振荡
中心位于发电电动机—变压器组内部或失步振荡次数超过设定值、对发电电动机安全构成威胁时,作用
于停机。
5.2.11.2 保护闭锁逻辑:
失步保护应在机组并网前闭锁。
5.2.11.3 技术要求:
保护宜具有电流闭锁元件,断开断路器时的电流不应超过断路器允许开断的失步电流。
5.2.12 转子表层(负序)过负荷保护
5.2.12.1 配置原则:
a)
装设转子表层(负序)过负荷保护,反应不对称负荷和外部不对称短路引起的负序电流;
b)
转子表层(负序)过负荷保护应由定时限和反时限两部分组成,定时限部分动作于发信,反时限
部分动作于停机。
5.2.12.2 保护闭锁逻辑:
转子表层(负序)过负荷保护在机组并网前应闭锁。
5.2.13 定子过负荷保护
5.2.13.1 配置原则:
a) 装设定子过负荷保护,反应过负荷引起的发电电动机定子绕组过电流;
b)
定子过负荷保护由定时限和反时限两部分组成,定时限部分动作于发信,反时限部分动作于
停机。
5.2.13.2 保护闭锁逻辑: 所有工况均不应闭锁。
5.2.14 发电机逆功率保护
5.2.14.1 配置原则:
装设发电机逆功率保护,反应发电机变电动机运行的异常运行方式,动作于停机。
5.2.14.2 保护闭锁逻辑:
除发电工况外,其他工况均应闭锁。
5.2.15 电动机低功率保护
5.2.15.1 配置原则:
装设电动机低功率保护,反应电动机运行时的突然失电或入力过低,动作于停机。
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5.2.15.2 保护闭锁逻辑:
除抽水工况外,其他工况均应闭锁。
5.2.16 误上电保护
5.2.16.1 配置原则:
装设发电电动机误上电保护,作为发电电动机启动过程和停机状态时误合发电电动机断路器的保
护,动作于停机。
5.2.16.2 保护闭锁逻辑: 所有工况均不应闭锁。
5.2.16.3 技术要求:
宜具有正常并网后自动退出、解列后自动投入运行的功能。
5.2.17 低频过流保护
5.2.17.1 配置原则:
a)
装设发电电动机低频过流保护,反应静止变频器启动、背靠背启动和电气制动时定子绕组及其
引出线的相间短路故障,动作于停机;
b)
低频过流保护宜装设两段,低定值段躲过最大启动电流,高定值段躲过电气制动电流。
5.2.17.2 保护闭锁逻辑:
a) 低频过流保护低定值段在机组并网后和电气制动时应闭锁;
b) 低频过流保护高定值段在机组并网后应闭锁。
5.2.17.3 技术要求:
a) 保护测量原理应与频率无关;
b) 时间整定值的准确度(1.5倍整定值时):±1%延时定值或2倍电气周期。
5.2.18 电压相序保护配置原则
装设发电电动机电压相序保护,用于判断机组电压相序与旋转方向是否一致,动作于停机。
5.2.19 电流不平衡保护
5.2.19.1 配置原则:
可装设发电电动机电流不平衡保护,用于防止电气制动时定子绕组端头短接(电气制动短路开关)
接触不良故障,动作于灭磁。
5.2.19.2 保护闭锁逻辑:
电流不平衡保护除电气制动外,其他工况均应闭锁。
5.2.19.3 技术要求:
a) 保护测量原理应与频率无关;
b) 时间整定值的准确度(1.5倍整定值时):±1%延时定值或2倍电气周期。
5.2.20 轴电流保护或轴承绝缘保护
5.2.20.1 配置原则:
装设发电电动机轴电流保护或轴承绝缘保护,反映发电电动机轴电流密度超过允许值时转轴轴颈
的滑动表面和轴瓦损坏故障,保护动作于发信,可动作于停机。
5.2.20.2 保护闭锁逻辑:
所有工况均不应闭锁。
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5.2.20.3 技术要求:
轴电流保护宜具有基波分量和三次谐波分量选择功能。
5.2.21 断路器失灵保护
5.2.21.1 配置原则:
装设发电电动机断路器失灵保护,动作于跳开相邻所有断路器。
5.2.21.2 保护闭锁逻辑:
发电电动机断路器失灵保护根据所使用电流互感器的安装位置,设置闭锁逻辑。可在静止变频器
启动、背靠背启动、电气制动时闭锁。
5.2.21.3 技术要求:
断路器失灵保护由发电机保护出口触点和能快速返回的相电流、负序电流判别元件及断路器位置
辅助接点组成。
5.2.22 工况判别方法和保护闭锁逻辑
机组运行工况判别方法和保护闭锁逻辑可参照样例参见附录C 的表C.1
和表C.2。
6.1.1 下列故障及异常运行方式应装设相应的保护:
a) 绕组及其引出线的相间短路和单相接地短路;
b) 绕组的匝间短路;
c) 外部相间短路引起的过电流;
d) 外部接地短路引起的过电流及中性点过电压;
e) 过负荷;
f) 过励磁;
g) 中性点非有效接地侧的单相接地故障;
h) 油位异常;
i) 变压器油温、绕组温度过高及油箱压力过高和冷却系统故障;
j) 其他故障和异常运行。
6.1.2 针对6.1.1所列故障及异常运行方式,宜配置保护如下:
a) 纵差保护;
b) 复合电压过流保护;
c) 过励磁保护;
d) 过负荷保护;
e) 零序电流保护;
f) 间隙零序电流电压保护;
g) 低压侧零序电压保护;
h) 励磁变过流保护;
i) 励磁绕组过负荷保护;
j) 非电量保护。
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保护功能配置可参照表A.2 和图 A.1。
a) 断开主变压器的各侧断路器并停机;
b) 缩小故障影响范围;
c) 发信。
保护出口方式可参照样例参见表 B.2。
6.2.1.1 配置原则:
装设纵差保护,反应主变压器的内部、套管及引出线的短路故障,动作于断开主变压器的各侧断路
器并停机。
6.2.1.2 技术要求:
保护范围包含换相开关和发电电动机断路器时,在机组并网前应采取闭锁措施,宜采用闭锁机端电
流采样通道的方式。
复合电压过流保护配置原则应按以下要求执行:
a)
装设复合电压过流保护,反应相间短路引起的主变压器过电流,动作于缩小故障影响范围或断
开主变压器的各侧断路器;
b)
对于有倒送电运行要求的主变压器,在高压侧装设过流保护,采用发电电动机断路器辅助接点
或方向元件判断倒送电运行状态,动作于断开变压器高压侧断路器。
6.2.3.1 配置原则:
a)
装设主变压器过励磁保护,用于防止由于频率降低、电压升高时引起变压器磁密过高;
b)
过励磁保护宜由定时限和反时限两部分组成,定时限部分低定值段动作于发信,定时限部分高
定值段和反时限过励磁保护动作于断开主变压器各侧断路器并停机。
6.2.3.2 技术要求:
过励磁能力曲线应由主变压器制造厂提供。
装设主变压器过负荷保护,反应可能出现的过负荷情况,动作于发信。
装设主变压器零序电流保护,反应单相接地短路引起的过电流,动作于断开主变压器各侧断路器并
停机。
变压器中性点经放电间隙接地时,应装设变压器间隙零序电流电压保护,断开主变压器各侧断路器
并停机。
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装设低压侧零序电压保护,反应主变压器低压侧及机端母线的单相接地故障,动作于发信或断开主
变压器各侧断路器并停机。
装设励磁变过电流保护,采用电流速断保护作为主保护,过电流保护作为后备保护,动作于断开主
变压器各侧断路器并停机。
励磁绕组过负荷保护配置原则应按以下要求执行:
a) 装设励磁绕组过负荷保护,作为励磁系统异常或强励时间过长的保护;
b)
励磁绕组过负荷可由定时限和反时限两部分组成,定时限部分动作于发信,反时限部分动作于
机组程序跳闸。
6.2.10 非电量保护
非电量保护配置原则应按以下要求执行:
a)
装设主变压器非电量保护,反应主变压器瓦斯、油温、绕组温度及油箱内压力升高超过允许值、
冷却系统故障、油位异常等,动作于发信或断开主变压器各侧断路器并停机。
b)
装设励磁变压器非电量保护,反应励磁变压器绕组温度、铁芯温度升高超过允许值等,动作于
发信或断开主变压器各侧断路器并停机。
6.2.11 工况判别方法和保护闭锁逻辑
机组运行工况判别方法和保护闭锁逻辑可参照样例参见表C.1 和表C.2。
7.1.1 电流互感器二次额定电流宜选用1 A。
7.1.2 发电电动机相间短路后备保护宜采用中性点侧的电流互感器。
7.1.3
断路器失灵保护的电流判别元件应采用靠近发电电动机断路器的变压器侧的电流互感器。
7.1.4
电流互感器带实际二次负荷在稳态短路电流下的准确限值系数或励磁特性(含饱和拐点)应满
足所接保护装置动作可靠性的要求。
7.1.5 双重化配置的每套保护电流应分别取自不同的电流互感器。
7.2.1 双重化配置的每套保护电压应分别取自电压互感器的不同绕组。
7.2.2
发电电动机中性点采用接地变压器时,二次侧负载电阻不宜小于1Ω,最小不应低于0.5Ω。
7.2.3
发电电动机中性点采用接地变压器时,应提供定子接地保护用的二次绕组抽头。
7.3.1 用于220 kV 及以上电压的断路器和容量150 MW
及以上发电电动机的断路器应具有双跳闸线
圈,灭磁开关、高压厂用变压器高压侧断路器、静止变频器输入输出断路器宜具有双跳闸线圈。
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7.3.2
保护装置的跳闸出口宜采用软件跳闸矩阵方式,出口回路应设置有保护出口连接片。
7.3.3 跳闸出口应能自保持,直至断路器断开。
7.3.4 断路器跳闸回路宜具有断线监视功能。
7.3.5
背靠背启动时,拖动机组或被拖动机组的保护动作,应直接联跳背靠背机组,两台机组同时灭
磁,然后跳开拖动机组断路器。
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(资料性附录)
抽水蓄能电站发电电动机变压器组保护配置参考样例
发电电动机保护配置参考样例见表 A.1。
表 A.1 发电电动机保护配置
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表 A.1 ( 续 )
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发电电动机纵差保护(大差)是指保护范围包含发电电动机,以及换相开关或发电电动机断路器的纵差
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主变压器和励磁变压器保护配置参考样例见表 A.2。
表 A.2 主变压器和励磁变压器保护配置
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主变压器纵差保护(大差)是指保护范围包含主变压器,以及换相开关或发电电动机断路器的纵差保护。
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抽水蓄能电站发电电动机变压器组保护配置图参考样例见图 A.1。
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主变压器、励磁变保护A套
27CT 8m 877 y51
主变高压侧电流
13CT 877
机端电流1
7CT 871
机端电流2
19CT
高压厂用变压器
高压侧电流
23CT
SIC输入变压器
高压侧电流
15CT
励 磁 变 压 器 高 压 侧 51 49E
电 流
29CT
主变中性点零序 517
电流
3PT 51 59入
主变低压侧电压 27T 81J
3PT
主变压器 64T
低压侧零序电压
3PT
发电电动机保护A套
87style="width:0.12333in;height:0.17291in" />0G 78G 49G 466
507
32style="width:0.12502in;height:0.17291in" />7G
(870500
-2 F
876
B
51/
816
59,
476
819
81U40G
开口三角电压
零 序 电 压
横差电流 励 磁 电 压 轴 电 流CT |
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4PT
15CT(
16CT(
28CT
27CT
26CT
25CT
14CTI
13CT(
励磁
变压器
12CT
11CT
10CT
9CT
断路器
8CT
7CT
6CT
5CT
4CT
3CT
2CT
1CT
主变
压器
17CT
18CT
19CT(
20CT(
厂用 变压器
拖动开关
被拖动开关
电制动开关
2PT
轴电流CT
发电电动机
3icr
主变压器、励磁变保护B套
28CT 87 871 51 49T
主变高压侧电流
14CT
机端电流1
高压厂用变压器
主变中性点零序
主变低压侧电压 |
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4PT
主 变 压 器
低 压 侧 零 序 电 压
23CT(
24CT(
SFC输入
变压器
启动母线
发电电动机保护B套
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508 F
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图 A.1 抽水蓄能电站发电电动机变压器组保护配置
14
GB/T 32898—2016
(资料性附录)
抽水蓄能电站发电电动机变压器组保护出口方式参考样例
发电电动机保护出口方式参考样例见表 B.1。
表 B.1 发电电动机保护出口方式
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GB/T 32898—2016
表 B.1 ( 续 )
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主变压器和励磁变保护出口方式参考样例见表B.2。
表 B.2 主变压器和励磁变保护出口方式
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GB/T 32898—2016
表 B.2 (续)
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GB/T 32898—2016
(资料性附录)
抽水蓄能电站发电电动机变压器组保护闭锁逻辑参考样例
抽水蓄能机组运行工况判别方法如下:
——发电工况
换相开关(发电方向)合闸位置=1 and 发电机调相模式=0。
——发电调相工况
换相开关(发电方向)合闸位置=1 and 发电电动机断路器分闸位置=0 and
发电机调相模式=1。
——抽水工况
换相开关(抽水方向)合闸位置=1 and 发电电动机断路器分闸位置=0 and
抽水调相模式=0。
——抽水调相工况
换相开关(抽水方向)合闸位置=1 and 发电电动机断路器分闸位置=0 and
抽水调相模式=1。
——拖动工况
拖动隔离开关合闸位置=1。
— 被拖动工况
被拖动隔离开关合闸位置=1。
—— 电气制动
电气制动隔离开关合闸位置=1 and 发电电动机断路器分闸位置=1。
— 断路器分位
发电电动机断路器分闸位置=1。
注1:"1”表示本信号开入接点闭合,"0"表示本信号开入接点断开。
注2:"and"表示"与"逻辑。
注3:本资料性附录可根据实际情况执行。
发电电动机保护闭锁逻辑参考样例见表C.1。
表 C.1 发电电动机保护闭锁逻辑
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GB/T 32898—2016
表 C.1 ( 续 )
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主变压器和励磁变保护闭锁逻辑参考样例见表C.2。
GB/T 32898—2016
表 C.2 主变压器和励磁变保护闭锁逻辑
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GB/T 32898—2016
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