GB/T 40586-2021 并网电源涉网保护技术要求

　　ICS 29 . 240 . 0 1 CCS F 2 1

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 40586—2021

　　并网电源涉网保护技术要求

　　Technicalrequirementsofgrid-relatedprotection

　　ofgrid-connectedpower

　　2021-10-1 1 发布 2022-05-01 实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　发

　　布

　　GB/T 40586—202 1

　　GB/T 40586—202 1

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1 . 1—2020《标准化工作导则 第 1 部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利。 本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

　　本文件由中国电力企业联合会提出。

　　本文件由全国电网运行与控制标准化技术委员会(SAC/TC 446)归口 。

　　本文件起草单位：中国电力科学研究院有限公司、国家电网公司国家电力调度控制中心、中国南方电网电力调度控制中心、南瑞集团有限公司、内蒙古电力(集团)有限责任公司、清华大学、国网上海市电力公司、国网安徽省电力有限公司、国网辽宁省电力有限公司、国家电网公司西北分部、国家电网公司东北分部、国网北京市电力公司、广西电网有限责任公司、国网青海省电力公司电力科学研究院、国网江西省电力有限公司电力科学研究院、国家电网有限公司华中分部。

　　本文件主要起草人：陈国平、李文锋、周成、孙华东、许涛、郭强、于钊、安宁、张剑云、王超、何飞、冷喜武、周济、陆明、牛 拴 保、张 艳 军、齐 军、霍 超、阴 宏 民、魏 平、孙 骁 强、桂 林、宋 兴 光、顾 军、汤 伟、马世俊、何洪、王东 阳、赵 学 茂、王 卫、宫 成、杨 超、濮 钧、肖 洋、邵 德 军、肖 明、邹 进、赵 红 光、王 吉 利、韩志勇、李志强、张振宇、高磊、王官宏、李莹、柯贤波、任龙飞、刘洋、王克非、汪旸、边宏宇、马晓伟。

　　GB/T 40586—202 1

　　并网电源涉网保护技术要求

　　1 范围

　　本文件规定了并网电源涉网保护的总体要求、同步机组涉网保护的技术要求、新能源场站及分布式电源涉网保护技术要求。

　　本文件适用于单机容量 100 MW 及以上火电、燃气及核电机组，40 MW 及以上水电、光热机组，接入 220 kV及以上电压等级的同步发电机组，接入 35 kV及以上电压等级的新能源场站、储能电站、分布式电源和调相机。 其他并网电源参照执行。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。 其中，注 日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件;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 31464 电网运行准则

　　GB 38755 电力系统安全稳定导则

　　GB/T 38969 电力系统技术导则

　　DL/T 684 大型发电机变压器继电保护整定计算导则

　　DL/T 1523 同步发电机进相试验导则

　　DL/T 1648 发电厂及变电站辅机变频器高低电压穿越技术规范

　　DL/T 5153 火力发电厂厂用电设计技术规程

　　3 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件。

　　3.1

　　涉网保护 grid-relatedprotection

　　在发电机组(含新能源)及同步调相机、静止同步补偿器等无功调节设备的保护和控制装置中，动作行为和参数设置与电网运行方式相关、或需要与电网侧安全自动装置相协调的部分。

　　注：如同步发电机组定子过电压保护、转子过负荷保护、失磁保护、失步保护、频率异常、超速保护、顶值与过励限制、风机过电压保护等。

　　[来源：GB 38755—2019,2 . 12]

　　3.2

　　失磁保护 loss-of-fieldprotection

　　发电机部分或完全失去励磁时的保护。

　　[来源：DL/T 1309—2013,3 . 2]

　　3.3

　　失步运行 out-of-stepoperation

　　发电机因扰动失去同步，同时保持全部或部分励磁的运行状态。

　　GB/T 40586—202 1

　　[来源：DL/T 1309—2013,3 . 3]

　　3.4

　　失步保护 out-of-stepprotection

　　发电机或电力系统失去同步时，用于防止失步加剧的保护。

　　[来源：DL/T 1309—2013,3 . 4]

　　3.5

　　过激磁保护 over-excitationprotection

　　用于防止发电机或升压变压器过磁通引起设备损坏的保护。

　　注：也称为过 V/Hz保护或过磁通保护。

　　[来源：DL/T 1309—2013,3 . 5,有修改]

　　3.6

　　汽轮机超速限制 over-speedprotectioncontrol;opc

　　一种抑制超速的控制功能。 当汽轮机转速达到或超过额定转速的 103%或转子加速度超过规定值时，自动关闭调节汽门，当转速恢复正常时再开启调节汽门，如此反复，直至正常转速控制回路可以维持额定转速。

　　[来源：GB/T 36285—2018,3 . 10]

　　3.7

　　过激磁限制 voltsperhertzlimiter

　　防止发电机或与其相连的变压器过磁通的电压调节器一种附加功能单元。

　　[来源：DL/T 1309—2013,3 . 7,有修改]

　　3.8

　　低励限制 underexcitationlimiter

　　在励磁系统输出电流减少时，防止发电机超越静态稳定极限或超越由定子端部铁芯发热所要求的发电机热容量的电压调节器一种附加功能单元。

　　[来源：DL/T 1309—2013,3 . 8,有修改]

　　3.9

　　过励限制 overexcitationlimiter

　　将励磁系统输出电流限制在允许范围之内的电压调节器一种附加功能单元。

　　[来源：DL/T 1309—2013,3 . 10,有修改]

　　3 . 10

　　过励保护 overexcitationprotector

　　在过励限制器无法将励磁系统输出电流限制在允许范围内时发出保护信号、切换励磁通道的电压调节器一种附加功能单元。

　　[来源：DL/T 1309—2013,3 . 11,有修改]

　　3 . 1 1

　　定子绕组过负荷保护 statorwindingsoverloadprotection

　　发电机过负荷或外部故障引起的定子绕组过电流时，用于防止因热积累烧毁定子绕组的保护功能，通常由定时限过负荷及反时限过电流两部分组成。

　　[来源：DL/T 684—2012,4 . 5,有修改]

　　3 . 12

　　转子绕组过负荷保护 excitedwindingsoverloadprotection

　　发电机励磁绕组过负荷时，用于防止因热积累烧毁励磁绕组的保护功能，通常由定时限和反时限两部分组成。

　　GB/T 40586—202 1

　　注：也称励磁绕组过负荷保护。

　　[来源：DL/T 684—2012,4 . 5,有修改]

　　3 . 13

　　定子电流限制 statorcurrentlimiter

　　将定子电流限制在允许范围之内的电压调节器一种附加功能单元。

　　[来源：DL/T 1309—2013,3 . 12,有修改]

　　3 . 14

　　电压调差率 voltagecompensativeratio

　　发电机在功率因数等于零的情况下，无功电流从零变化到发电机额定定子电流值时，发电机端电压的变化率。 负载电流补偿器退出后的电压调差率称自然电压调差率。

　　注：也称为电压调差系数。

　　[来源：GB/T 7409 . 1—2008,2 . 21]

　　3 . 15

　　零功率保护 zero-powerprotection

　　机组功率突降时，用于防止汽轮机超速和轴系断裂的保护功能。

　　3 . 16

　　汽轮机功率负荷不平衡控制 powerloadunbalancedcontrol;PLU

　　汽轮机的机械功率大于发电机组有功功率且超过限值时，快速关闭调节汽门减小机械功率，当不平衡值小于限值后，调节汽门延时复位。

　　[来源：DL/T 1870—2018,3 . 16,有修改]

　　3 . 17

　　发电厂-类辅机 firstclassauxiliaryinpowerplant

　　发电厂一类辅机是短时(小于 5 s) 中断供电将会造成机组停机或机组输出功率大幅下降，影响电网安全运行的辅机。

　　注：包括给煤机、给粉机、空气预热器、空冷岛冷却风机等。

　　[来源：DL/T 1648—2016,3 . 1]

　　3 . 18

　　新能源场站 renewableenergystation

　　集中接入电力系统的风电场或光伏电站并网点以下所有设备。

　　注：包括变压器、母线、线路、变流器、储能、风电机组、光伏发电系统、无功调节设备及辅助设备等。

　　[来源：GB 38755—2019,2 . 11]

　　4 总体要求

　　4 . 1 涉网保护在保护电源安全的同时，应能有效预防由于外部系统干扰的误动。

　　4 . 2 涉网保护定值应根据 GB 38755 与 GB/T 38969 中要求与发电设备配合，保证电源充分发挥其设计的过载能力。

　　4 . 3 启动条件相同或相关的保护应协调配合。

　　4 . 4 新建并网电源的涉网保护评估应作为并网运行条件之一，涉网保护每年校核一次。

　　4 . 5 涉网保护相关设备改造、软件升级、定值与动作逻辑修改完成后均应开展保护的校核工作。

　　4 . 6 当电网结构、线路参数和短路电流水平发生变化时(如近区接入新能源与电力电子设备等)，应及时校核涉网保护的配置与定值，避免保护不正确动作。

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　　5 同步机组涉网保护技术要求

　　5 . 1 定子绕组对称过负荷保护

　　5 . 1 . 1 发电机定子绕组过负荷保护宜包括定时限和反时限两部分。

　　5 . 1 . 2 定子绕组过负荷保护定时限延时应按躲过系统相间短路后备 Ⅲ段的最大延时整定，动作于告警或自动减负荷。

　　5 . 1 . 3 定子绕组过负荷保护反时限的动作特性应与定子绕组允许的过热特性协调配合，反时限功能应动作于解列机组或程序跳闸。 反时限整定公式宜采用式(1) 。

　　t1 = Iα …………………………( 1 )

　　式中：

　　t1 —定子绕组对称过负荷保护动作时间，单位为秒(s) ;

　　K1 — 定子绕组热容量系数(由发电机制造厂家提供);

　　I定 — 以额定定子电流为基准的定子电流标幺值;

　　α —散热系数。

　　5 . 1 . 4 反时限的上限值应与机端三相短路或系统振荡时机组最大电流相配合，最小动作时间应大于出线纵联保护动作时间(与振荡配合时，应大于系统振荡周期)。

　　5 . 2 转子绕组过负荷保护

　　5 . 2 . 1 发电机转子绕组过负荷保护宜包括定时限和反时限两部分。

　　5 . 2 . 2 转子绕组过负荷保护反时限的动作特性与转子绕组允许的过热特性相同，反时限功能应动作于解列机组或程序跳闸。 反时限整定公式宜采用式(2) 。

　　t2 = I 1 …………………………( 2 )

　　式中：

　　t2 —转子绕组过负荷保护动作时间，单位为秒(s) ;

　　K2 — 转子绕组热容量系数(由发电机制造厂家提供);

　　I转 — 以额定励磁电流为基准的转子电流标幺值;

　　5 . 2 . 3 转子绕组过负荷保护定时限功能动作于告警。

　　5 . 2 . 4 若以励磁变过负荷保护替代转子绕组过负荷保护功能，其动作特性应与 5 . 2 . 2 要求一致。

　　5 . 3 低励失磁保护

　　5 . 3 . 1 发电机组低励失磁保护应能躲过系统振荡(含同步振荡)，宜动作于解列。

　　5 . 3 . 2 发电机组低励失磁保护应具备不同测量原理复合判据的多段式方案。 与系统联系紧密的发电厂或采用自并励励磁方式的发电机组宜将阻抗判据作为失磁保护的复合判据之一，优先采用定子阻抗判据与机端三相正序低电压的复合判据。

　　5 . 3 . 3 发电机组低励失磁保护阻抗定值应基于系统最小运行方式的电抗值确定。

　　5 . 4 失步保护

　　5 . 4 . 1 发电机组失步保护应能正确区分短路与振荡，正确判定失步振荡与稳定振荡。

　　5 . 4 . 2 发电机组失步保护应采用三元件式或遮挡器式的失步保护。

　　5 . 4 . 3 当失步振荡中心位于发变组外时应发出信号;当失步振荡中心位于发变组内，滑极次数超过规

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　　定值时，保护应动作于解列。

　　5 . 4 . 4 保护的整定应与系统振荡周期配合。

　　5 . 5 频率异常保护

　　5 . 5 . 1 汽轮发电机组应配置频率异常保护，动作定值应满足 GB/T 31464 中汽轮发电机组频率异常运行能力的要求，且应具备频率异常单次持续时间与频率异常累计时间统计功能。

　　5 . 5 . 2 发电机组低频保护应与电网的低频减载装置配合，遵循低频保护后于电网低频减载动作的原则。

　　5 . 5 . 3 发电机组过频保护应与电网高频切机装置配合，遵循高频切机先于过频保护动作的原则。

　　5 . 5 . 4 同一电厂过频保护应采用时间元件与频率元件的组合，分轮次动作。

　　5 . 6 汽轮机超速限制(OPC)

　　5 . 6 . 1 汽轮发电机组宜配置 OPC。

　　5 . 6 . 2 OPC应与机组过频保护、电网高频切机协调配合，遵循高频切机先于 OPC, OPC先于过频保护动作的原则，电网有特殊要求除外。

　　5 . 6 . 3 OPC整定时，同厂机组宜差异化整定，同时也应防止 OPC反复动作。

　　5 . 7 过激磁保护

　　5 . 7 . 1 发电机应配置过激磁保护，防止过激磁运行时因铁芯发热、漏磁增加、电流波形畸变等原因损坏发电机或变压器。

　　5 . 7 . 2 发变组单元接线形式下，过激磁保护整定值应与发电机或变压器过激磁能力低者相配合，不应超过设备的过激磁能力。 当发电机与主变压器之间有断路器时，过激磁保护应与发电机过激磁能力相配合，并且应为变压器配置单独的过激磁保护。

　　5 . 7 . 3 发电机组过激磁保护可装设由低定值和高定值两部分组成的定时限过激磁保护或反时限过激磁保护，有条件时应优先装设反时限过激磁保护。

　　5 . 7 . 4 发电机组过激磁保护如果配置定时限保护，其低定值部分应动作于信号，高定值部分应动作于解列;如果配置反时限保护，反时限保护应动作于解列。

　　5 . 7 . 5 过激磁保护启动值由电压运行上限与频率运行下限比值确定。

　　5 . 8 发电机定子过电压保护

　　5 . 8 . 1 发电机应配置定子过电压保护，以防止输出端电压升高而使发电机绝缘受到损害。

　　5 . 8 . 2 发电机定子过电压保护的整定值应根据电机制造厂提供的允许过电压能力或定子绕组的绝缘状况决定。 保护动作于解列灭磁。

　　5 . 8 . 3 水轮发电机，不宜低于额定电压的 1 . 5 倍，动作时限取 0 . 5 s;汽轮发电机，一般不低于额定电压的 1 . 3 倍，动作时限取 0 . 5 s。

　　5 . 9 变压器零序过流保护

　　5 . 9 . 1 中性点直接接地的主变压器应配置零序过流保护，作为主保护或相应断路器拒动时的后备保护，可由两段式零序过电流保护构成。

　　5 . 9 . 2 每段零序过电流保护的动作电流应与出线零序过电流保护的相应后备段相配合。

　　5 . 10 发电机复合电压过流保护

　　5 . 10 . 1 发电机应配置复合电压过流保护，作为主保护或相应断路器拒动时的后备保护。

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　　5 . 10 . 2 过电流保护按发电机额定负荷下可靠返回下整定，灵敏系数按主变压器高压侧母线两相短路的条件检验，与主变压器后备保护的动作时间配合，动作于停机。

　　5 . 10 . 3 低电压元件接线电压，按躲过发电机失磁时最低机端电压整定;灵敏系数按主变压器高压侧母线三相短路的条件检验。

　　5 . 10 . 4 负序电压元件接相电压或线电压，按躲过正常运行时的不平衡电压整定，灵敏系数按主变压器高压侧母线两相短路的条件检验。

　　5 . 10 . 5 当发电机为自并励方式时，电流元件应具有记忆功能，记忆时间稍长于动作时限。

　　5 . 1 1 一类辅机保护

　　5 . 1 1 . 1 发电厂一类辅机应配置高、低电压保护。

　　5 . 1 1 . 2 对频率敏感的一类辅机，应配置频率异常保护。

　　5 . 1 1 . 3 系统异常时，发电厂一类辅机保护定值应满足 DL/T 5153 的要求。

　　5 . 1 1 . 4 发电厂一类辅机变频器高、低电压保护定值应满足 DL/T 1648 要求。

　　5 . 12 零功率保护

　　零功率保护应具备防止电网扰动等原因(如直流闭锁)误动的措施。

　　5 . 13 过励限制及过励保护

　　5 . 13 . 1 发电机的电压调节器应配置过励限制功能，应采用与转子过负荷保护相同的计算公式，其反时限动作特性应与转子过负荷保护反时限动作特性相配合，应将励磁电流限制到机组长期允许运行值以下，且不低于额定励磁电流。 过励限制反时限动作定值曲线、转子过负荷保护反时限动作定值曲线、转子过负荷能力曲线配合关系如图 1 所示。

　　5 . 13 . 2 发电机的电压调节器可选配过励保护，其反时限动作特性应与过励限制、转子绕组过负荷保护相配合。

　　5 . 13 . 3 当过励保护动作出口于解列机组时，过励保护反时限应采用与转子过负荷保护相同计算公式;当过励保护动作出口于通道切换或报警时，过励保护反时限的热容量系数应大于过励限制反时限的热容量系数，且小于转子过负荷保护热容量系数。

　　5 . 13 . 4 高起始响应励磁系统应具备瞬时励磁电流限制功能。 瞬时励磁电流限制应先于转子绕组过负荷保护动作。

　　5 . 13 . 5 励磁变过负荷保护定值应与过励限制配合。

　　图 1 电压调节器过励限制、转子绕组过负荷保护、过励保护与转子过负荷能力配合关系示意图

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　　5 . 14 过激磁限制

　　5 . 14 . 1 电压调节器应配置过激磁限制(V/Hz 限制)功能，其限制特性应与发变组中发电机或变压器的定子铁芯过激磁保护相匹配(单元接线按变压器整定)，限制应先于保护动作。

　　5 . 14 . 2 过激磁限制整定值曲线与过激磁保护定时限高段整定值配合关系如图 2 所示。

　　图 2 过激磁限制与过激磁保护定时限配合关系示意图

　　5 . 14 . 3 过激磁限制整定值曲线与过激磁保护反时限整定曲线配合关系如图 3 所示。

　　图 3 过激磁限制与过激磁保护反时限配合关系示意图

　　5 . 15 低励限制

　　5 . 15 . 1 电压调节器中应配置低励限制，限制定值应基于发电机进相试验结果确定。

　　5 . 15 . 2 电压调节器中的低励限制应与失磁保护相协调，遵循低励限制先于失磁保护动作的原则。 低励限制定值与发电机进相能力应根据 GB/T 31464 与 DL/T 1523 进行整定与实测，并需要结合电压进行修正。

　　5 . 16 定子电流限制

　　5 . 16 . 1 发电机的电压调节器可选配定子电流限制功能。

　　5 . 16 . 2 定子电流限制应与发电机定子过负荷能力相协调，不应限制机组强励能力。

　　5 . 17 电压调差率

　　5 . 17 . 1 单元接线机组应采用负调差，调差率设置范围应为主变短路阻抗的- 20%~- 50%。 且应满

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　　足发电机无功电流由零增加到额定无功电流时，发电机电压变化不大于 5%额定电压的要求。

　　5 . 17 . 2 单元接线的多台机组接于同一高压母线的情况，各个发电机变压器组的等效调差应相等。

　　注：总调差为折算到以主变容量为基准值的发电机调差系数与主变短路阻抗之和。

　　5 . 18 汽轮机功率负荷不平衡控制

　　5 . 18 . 1 为防止当机械功率与电气功率差值较大时机组飞车，发电机可配置汽轮机功率负荷不平衡控制。

　　5 . 18 . 2 汽轮机功率负荷不平衡控制应具有防止因电网扰动等原因误动的措施，如增加辅助判据等。

　　5 . 19 无功限制

　　无功限制应与发电机的功率特性(PQ) 曲线相协调，不应限制机组强励能力。

　　5 . 20 其他

　　发变组保护中的主变过负荷、主变复压过流、主变过励磁、转子表层负序过负荷等其他涉网保护，应按照 DL/T 684 的要求进行整定。

　　6 新能源场站及分布式电源涉网保护技术要求

　　6 . 1 高/低电压保护

　　风电场及其无功补偿设备、光伏发电站及其无功补偿设备的高电压保护应满足图 4 要求;风电场及其无功补偿设备的低电压保护定值应满足图 5 要求;光伏发电站及其无功补偿设备的低电压保护定值应满足图 6 要求。 储能电站、分布式电源的电压耐受能力应与新能源场站的电压耐受能力一致。

　　注 ：图中的标幺值以并网点标称电压为基准。

　　图 4 风电场及其无功补偿设备、光伏发电站及其无功补偿设备高电压保护定值示意图

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　　注 ：图中的标幺值以并网点标称电压为基准。

　　图 5 风电场及其无功补偿设备低电压保护定值示意图

　　注 ：图中的标幺值以并网点标称电压为基准。

　　图 6 光伏发电站及其无功补偿设备低电压保护定值示意图

　　6 . 2 频率异常保护

　　新能源场站、分布式电源与储能电站的频率保护动作定值应至少与 GB/T 31464 中汽轮发电机组频率异常运行能力的要求相同。

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　　参 考 文 献

　　[1] GB/T 7409 . 1—2008 同步电机励磁系统 定义

　　[2] GB/T 36285—2018 火力发电厂汽轮机电液控制系统技术条件

　　[3] DL/T 1309—2013 大型发电机组涉网保护技术规范

　　[4] DL/T 1870—2018 电力系统网源协调技术规范