1. GE Multilin发变组保护应用

1.1 大容量发变组保护的要求

大型发变组单机容量大、造价昂贵，保护的拒动或误动将造成十分严重的后果，所以大型机组继电保护的技术指标要求更高。自并励励磁方式和发电机出口开关的应用，使保护的设置和出口方式上和常规发电机变压器组相比发生了显著的变化。
发电机是电力系统中最主要的设备，大容量机组在系统中的地位举足轻重，如何保障发电机在电力系统中的安全运行，就显得非常重要。由于大容量机组一般采用直接冷却技术，体积和质量并不随容量成比例增大，从而使得大型发电机各参数与中小型发电机已大不相同，因此故障和不正常运行时的特性也与中小型机组有了较大差异，给保护带来复杂性。大型发电机组与中小型发电机组相比，主要不同点表现在：

短路比减小，电抗增大。

大型发电机的短路比大约减小到0.5左右，各种电抗都比中小型发电机大。因此大型发电机组的短路水平反而比中小型机组的短路水平低，这对继电保护是十分不利的。由于 Xd的增大，使发电机的静稳储备系数Kck减小，因此在系统受到扰动或发电机发生失磁故障时，很容易失去静态稳定。由于 Xd1、Xd2 、Xd 等参数的变大，使发电机平均异步转矩大大降低，约从中小型发电机的2～3倍额定值减小至额定值左右。于是失磁后异步运行时滑差增大，允许异步运行的负载更小、时间更短，另一方面要从系统吸取更多的无功功率，对系统稳定运行不利。

时间常数增大。

大型发电机组定子回路时间常数 Ta和比值Ta/Tam显著增大，短路时定子非周期电流的衰减较慢，整个短路电流偏移在时间轴一侧若干工频周期，使电流互感器更容易饱和，影响大机组保护正确工作

惯性时间常数降低。

大容量机组的体积并不随容量成比例地增大，有效材料利用率提高，其直接后果是机组的惯性常数H明显降低，600MW发电机的惯性时间常数在1.75左右，在扰动下机组更易于发生振荡

热容量降低。

        有效材料利用率提高的另一后果是发电机的热容量（WS/℃）与铜损、铁损之比显著下降。例如200MW及更小的发电机的定子绕组对称过负荷能力为1.5倍额定电流，允许持续运行120S，转子绕组过负荷能力为2倍额定激磁电流，允许持续运行30S；对于600MW汽轮发电机，定子绕组过负荷能力规定为1.5倍额定电流、30S，转子绕组过负荷能力为2倍额定激磁电流、10S。转子表层承受负序过负荷的能力 I2t，中小汽轮发电机组（间接冷却方式）为30S，600MW（直接冷却方式）汽轮发电机减小到10S。

        大机组造价昂贵，发生故障将造成巨大损失。考虑大机组总体配置时，比较强调最大限度地保证机组安全最大限度地缩小故障破坏范围，对某些异常工况采用自动处理装置。
        大机组单机容量大，故障跳闸会对系统产生严重的影响，所以配置保护时着眼点不仅限于机组本身，而且要从保障整个系统安全运行综合来考虑，尽可能避免不必要的突然停机。
        要求选择可靠性、灵敏性、选择性和快速性好的保护继电器，还要求在继电保护的总体配置上尽量做到完善、合理，并力求避免繁琐、复杂。
        600MW及以上发电机组的配置原则应该以能可靠地检测出发电机可能发生的故障及不正常运行状态为前提，同时，在继电保护装置部分退出运行时，应不影响机组的安全运行。在对故障进行处理时，应保证满足机组和系统两方面的要求，因此，主保护应双重化。
       关于后备保护，发电机、变压器已有双重主保护甚至已超双重化配置，本身对后备保护已不做要求，高压主母线和超高压线路主保护也都实现了双重化，并设置了开关失灵保护，因此，可只设简单的保护来作为相邻母线和线路的短路后备，对于大型机组继电保护的配置原则是：加强主保护（双重化配置），简化后备保护。
       继电保护双重化配置的原则是：两套独立的CT、PT检测元件，两套独立的保护装置，两套独立的开关跳闸机构，两套独立的控制电缆，两套独立的蓄电池供电。
        根据《继电保护和安全自动装置技术规程》DL400-91及相关反措要求，发电机变压器组、厂高变、励磁变压器、启动变压器等主设备保护均应按全面双重化（即主保护和后备保护均双重化）配置。

1.2 GE发变组保护的主要功能

1.2.1 G60发电机保护

        G60发电机保护是GE公司UR（通用继电器）系列成员之一。G60采用一种利用CT饱和前的电气特性来快速检测CT饱和，及创新的自适应的动态差动动作策略，从而在内外部故障时、CT饱和时既保证了区内故障时差动动作的快速性，又不失去区外故障时差动保护的安全性。G60采用了GE全球研发中心开发的微机技术如FlexLogic（用户自编程的灵活逻辑）、FlexElement（用户自编程的灵活保护元件）和通信技术，因而既具有最先进的保护功能，又具有强大的计算机逻辑编程功能和通信能力的新一代微机保护。
        G60发电机管理继电器是一种为由蒸汽轮机、燃气轮机或水轮机驱动的交流发电机提供保护、监视、控制和记录功能的微机式保护继电器。
提供有电流、电压和频率保护，以及故障分析诊断等功能。电压、电流和功率测量作为标准特性内置于继电器内。电流参数提供有全波RMS有效值幅值，或基波RMS有效值及相角（即相量PHASOR）。
同时G60支持PMU功能，无需另外配置PMU装置即可实现同步相量测量。
差动保护：
        提供有差动速断和比率差动保护功能。GE的比率差动保护具有与众不同的创新及领先之处。就是对CT饱和问题的检测及处理。并且G60保护对发电机两侧的差动保护CT的变比及额定二次电流不作强制要求，可接受发电机两侧CT变比不相同，额定二次电流不相同，G60内部自动对两侧的CT变比进******折算。
GE的G60对CT饱和检测与自适应处理如下：
        G60的差动保护制动量采用最大值判据，在外部穿越性故障时具有很好的制动性。G60采用了GE差动专利技术－－自适应的差动动作策略，当检测到由很大的交流电流引起差动保护CT饱和时，动态的将差动动作模式切换至“二中选二”动作模式，即此时不仅需要差动保护起动，同时还需判断故障类型，只有判断为差动区内故障时，差动保护才被开放，从而动作出口。从而既不失去区内故障时差动动作的灵敏性，又具有区外故障时的很高的安全性。

1.2.2 T60/T35变压器保护

        T60/T35变压器保护是GE公司UR（通用继电器）系列成员之一，T60/T35采用了双比率双拐点比率制动差动动作特性，还采用了GE的先进的新颖的二次谐波制动技术。
        T60/T35变压器管理继电器用来保护小型、中型及大型三相变压器。T60/T35继电器可用来接受多组三相相电流输入（即4侧制动绕组的变压器）和4个接地电流输入，并可接受连接有一个半断路器上的变压器绕组。T35在内部自动地由软件进行幅值和相角变换补偿，无需外部的中间变流器，差动CT也无需在外部进行星－三角的相角连接移相，各侧差动CT可全部连接成星形。
        T60/T35具有双拐点双比率制动的差动动作特性，制动量采用最大值判据，在外部穿越性故障时具有很好的制动性。通过应用制动程度不同的两个制动斜率，既保证了小负荷电流运行时检测内部故障的灵敏性和快速性，又保证了在外部穿越故障电流引起CT饱和时不会导致差动保护误动作。另外T60/T35的励磁涌流谐波制动采用了GE的谐波制动专利技术--励磁涌流时，不仅考虑二次谐波与基波的幅值比例，还考虑二次谐波与基波的相角关系，在二次谐波与基波向量相角差接近±90度（涌流时的二次谐波方向）时，将二次谐波的制动比适当的降低，而且降低门槛值的使用时间长短也是自适应的动态调整。从而即使此时励磁涌流所产生的二次谐波值较小，仍将闭锁差动保护不误动。对现代变压器特别有用，从而不必为避免励磁涌流时差动误动而将二次谐波的制动比整定得较低，以免在差动区内故障（特别是那些伴随有相当大的二次谐波分量的故障）时，由二次谐波制动带来额外的动作延时，甚至导致差动保护被错误的被制动。从而使得GE的差动保护动作更灵敏、更快速。

1.3 发变组保护的特点

GE 发变组保护由GE UR系列保护装置组成，包含了600MW-1000MW机组所需要的保护功能，所有组成产品的硬件和软件模式完全相同，主要特点包括：

1）高速采样：
UR系列保护的采样速率在每周波64点，其故障录波也是同样高的采样速率，而其他保护的采样速率不到20点/频率。
2）快速动作与可靠性：
GE发电机保护在国内大型发电机得到很多应用，迄今未发现误动。UR系列更是采用了快速采样和小矢量算法，动作速度快且可靠。
3）灵活性：
UR系列保护具有Flexlogic灵活的可编程技术，用户可以按照现场需要进行逻辑修改。Flexelement灵活的用户生成保护元件，用户可以现场创造新的保护动作元件。
USER-PROGRAMMABLE LEDS：用户可编程的信号灯，除保护设定的信号灯外，用户还可编程增加48个信号灯。
USER-PROGRAMMABLE BUTTON：用户可编程的带红绿灯按扭（备选），用于开关控制，保护的投退，设定整定组等。
FLEXCURVES：灵活的用户自定义曲线，用户可任意设定任何曲线，满足保护的要求。
4）可扩展性：
UR是采用统一的硬件模块。发电机保护、变压器保护、线路保护、母线保护等均采用统一的硬件模块。不同保护的硬件可以互相替代。因此用户只需要备有一套模块即可满足不同保护的备件需要。
5）强大的通信功能：
UR系列保护不仅具有传统的RS232、RS485接口，而且还可以直接连接10M/100M以太网，TCP/IP通信，可以让远程用户方便维护保护。
直接的开关量远方输入/输出（DIRECT I/O）：UR 继电器之间可用光纤通信板，远方传输开关量的输入/输出，传输时间很快（4毫秒），解决了由于远方跳闸和接受远方信息的困难。
每个UR继电器一个事件记录器，UR储存最新的1024个SOE事件，所有事件带日期和时间，分辨率达1ms。
用户软件URPC集成了通信、定值整定、时间记录、录波分析、实时监控等功能于一体，不同的UR保护均采用统一的软件操作。
6）发电机保护G60 的主要保护特点：
①差动保护带有CT饱和检测功能，防止发电机出口短路CT饱和，和发变组高压侧短路直流分量引起CT饱和的误动，增加了安全性。
②灵敏的逆功率保护，最低的整定值可达：0.001PU，对1A，100V二次额定，最低的整定值可达：0.087瓦，保护特性基本上与无功功率无关。
③可带PT 断线检测功能
④带FD 故障增量检测器，使保护不会误动，增加安全性。
⑤100%定子接地保护：不仅有中性点三次谐波低电压保护（有功功率自适应），还有中性点和出线侧三次谐波电压比较功能。
7）变压器保护T60/T35的主要保护特点：
新的差动保护原理：不仅比较二次谐波和基波的大小，而且比较两者的相位，解决了变压器二次谐波较小（<10%）和变压器带故障充电引起的误动。

1.4 GE发变组保护的典型方案

以一台600MW发电机组为例介绍GE 发变组保护的示例方案，具体方案应根据项目情况确定。
由GE公司UR系列G60数字式发电机保护装置， T35数字式变压器保护，T60数字式变压器保护、F35数字式多线路管理保护装置、C30数字式非电量保护装置构成的完整的全数字型发变组保护方案。
1．发电机保护

相间保护

1）发电机差动保护（单套），其保护范围包括发电机出线和中性点侧套管。由发电机保护I-G60实现。
2）发变组差动保护（单套），其保护范围包括发电机中性点套管，高厂变低压侧和500 kV断路器侧。由发变组保护I-T35实现。

转子接地故障保护（单套）

保护由发电机机端零序电压和中性点侧三次谐波电压共同构成100%保护区的定子接地保护，设PT断线闭锁。由发电机保护I-G60实现。

起停机保护（单套）

由于GE公司 UR系列保护装置具有频率跟踪功能，保护装置适应频率的工作范围为20~65HZ，在起停机过程中各种保护功能仍然能够同正常运行一样对相间和接地故障起到保护作用。因此不需要再单独设置起停机保护。

失磁保护（单套）

发电机失磁保护由阻抗元件、低电压元件和闭锁（起动）元件组成。具备PT断线闭锁功能。由发电机保护I-G60实现。

发电机不对称过负荷保护（单套）

保护由速断，定时限和反时限三部分组成，速断动作于全停，定时限部份具有灵敏的报警单元，经延时动作于信号；反时限部分动作电流按照发电机承受负序电流的能力确定，保护能反应负序电流变化时发电机转子的热积累过程。该保护装置能就地显示负序电流，也可以通过2接口上传给监控系统（或DCS）以供运行人员检测电流的负序分量。由发电机保护I-G60实现。

过激磁保护（单套）

保护由低定值和高定值两部分组成，采用电压与频率比值原理，低定值部分经延时发信号和减励磁，高定值部分动作于解列灭磁或程序跳闸。由发电机保护I-G60实现。

逆功率、程跳逆功率保护（单套）

逆功率保护动作分两段时限，t1发信号,t2动作于解列。具备PT断线闭锁功能。
程跳逆功率保护为程序跳闸专用。由发电机保护I-G60实现

失步保护（单套）

失步保护可用双或三阻抗元件（可设置）或测量振荡中心电压及变化率等原理构成，在短路故障、系统稳定振荡、电压回路断线等情况下，保护继电器不会误动作。保护有电流或相角闭锁功能。当失步由失磁引起时，失磁保护闭锁失步保护，按失磁保护的动作判据动作。由发电机保护I-G60实现。

频率保护（单套）

频率保护应由频率继电器和计时器组成，按照汽机叶片疲劳极限是否超过而分别发出警报或使汽轮发电机退出运行。继电器应能累计发电机组整个寿命期间在不同周波下的运行时间。由发电机保护I-G60实现。

PT断线闭锁（单套）

转子接地保护（单套）

转子接地保护一般可由励磁系统实现。

误上电保护（单套）

误上电保护用于保护当发电机在盘车情况下，突然被误起动。发电机投入后能可靠退出。由发电机保护I-G60实现

阻抗保护（单套）

阻抗保护作为发变组的后备保护。由发电机保护I-G60实现。

带电流记忆的低压过流保护（单套）

带电流记忆的低压过流保护作为发变组的后备保护。由发电机保护I-G60实现。

过负荷保护（单套）

过负荷保护实现因过负荷引起的发电机定子绕组过负荷保护，保护由速断，定时限和反时限三部分组成，要求保护装置具有电流记忆功能。由发电机保护I-G60实现。

电流互感器二次回路断线

保护用电流互感器二次回路断线能发出信号。
由各电量保护装置分别实现。

定子匝间保护（单套）

设置专用的匝间保护,并受负序功率方向继电器闭锁。当PT断线时，保护不误动，并应发出信号。由发电机保护I-G60实现

发电机过电压保护（单套）

经延时动作于解列灭磁。由发电机保护I-G60实现。

2．主变保护

主变差动保护（单套）

其保护范围包括发电机出线侧套管，高厂变高压侧和500 kV断路器侧。由主变保护I-T35实现。

主变高压侧零序过电流保护（单套）

由主变保护I-T35实现。

主变通风保护（单套）

主变通风起动电流回路接于主变高压侧，接点能接于强电回路。由主变保护I-T35实现。

3．高厂变保护

A高厂变差动保护（单套）

其保护范围包括厂变高压侧套管和两个6kV进线断路器。由高厂变A保护I-T35实现。

A高厂变复合电压过流保护（单套）

对高厂变提供后备保护，该保护由低压侧复合电压和高压侧过流构成，短延时动作于跳厂用电，长延时动作于解列灭磁。由高厂变A保护I-T35实现。

A高厂变A1、A2分支零序保护（单套）

设两段延时，一段延时动作于本分支跳闸，二段延时动作于全停。由高厂变A保护I-T35实现。

A高厂变A1、A2分支限时速断保护、过流保护（单套）

动作于本分支跳闸。由高厂变A保护I-T35实现。

A高厂变A1、A2分支6kV侧进线开关零序保护（单套）

动作于本分支跳闸。由高厂变A保护I-T35实现。

A高厂变通风保护（单套）

A高厂变通风起动电流回路接于A厂变高压侧，接点能接于强电回路。由高厂变A保护I-T35实现。

B高厂变差动保护（单套）

其保护范围包括厂变高压侧套管和两个6kV进线断路器。由高厂变B保护I-T35实现。

B高厂变复合电压过流保护（单套）

对高厂变提供后备保护，该保护由低压侧复合电压和高压侧过流构成，短延时动作于跳厂用电，长延时动作于解列灭磁。由高厂变B保护I-T35实现。

B高厂变B1、B2分支零序保护（单套）

设两段延时，一段延时动作于本分支跳闸，二段延时动作于全停。由高厂变B保护I-T35实现。

B高厂变B1、B2分支限时速断保护、过流保护（单套）

动作于本分支跳闸。由高厂变B保护I-T35实现。

B高厂变B1、B2分支6kV侧进线开关零序保护（单套）

动作于本分支跳闸。由高厂变B保护I-T35实现。

B高厂变通风保护（单套）

B高厂变通风起动电流回路接于B厂变高压侧，接点应能接于强电回路。由高厂变B保护I-T35实现。

4．励磁变保护

励磁变差动保护（单套）

保护瞬时动作于全停。由励磁变保护I-T35实现。

励磁变速断、过流保护（单套）

保护动作于全停。由励磁变保护I-T35实现。

励磁变过负荷保护（单套）

经延时动作于减励磁。由励磁变保护I-T35实现。

励磁回路过负荷保护（单套）

保护由定时限和反时限两部分组成。定时限部分动作电流按正常运行最大励磁电流下能可靠返回的条件整定, 带时限动作于信号, 并动作于降低励磁电流；反时限部分动作特性按发电机励磁绕组的过负荷能力确定, 并动作于全停。由励磁变保护I-T35实现。

5．非电量保护
1）发电机断水保护：动作于全停。
2）热工保护：动作于全停。
3）主变温度高报警：动作于信号。
4）主变温度高跳闸：动作于全停。
5）主变油位：动作于信号。
6）主变压力释放：动作于信号或全停。
7）主变重瓦斯：动作于全停。
8）主变轻瓦斯：动作于信号。
9）主变冷却器全停：动作于全停。
10）A高厂变温度高报警：动作于信号。
11）A高厂变温度高跳闸：动作于全停。
12）A高厂变油位：动作于信号。
13）A高厂变压力释放：动作于信号或全停。
14）A高厂变重瓦斯：动作于全停。
15）A高厂变轻瓦斯：动作于信号。
16）A高厂变冷却器全停：动作于全停。
17）B高厂变温度高报警：动作于信号。
18）B高厂变温度高跳闸：动作于全停。
19）B高厂变油位：动作于信号。
20）B高厂变压力释放：动作于信号或全停。
21）B高厂变重瓦斯：动作于全停。
22）B高厂变轻瓦斯：动作于信号。
23）B高厂变冷却器全停：动作于全停。
24）励磁变超温报警：动作于信号。
25）励磁变超温跳闸：动作于全停。
以上功能由非电量保护C30实现。