300MW發(fā)變組保護(hù)詳解

1、第一章概述第一節(jié)發(fā)變組的故障與異常狀況一、發(fā)電機(jī)可能發(fā)生的故障和異常運(yùn)行狀況與所需保護(hù)由于發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，發(fā)生故障的可能性較大，同時(shí)系統(tǒng)故障的可能性 也較大，系統(tǒng)故障甚至可能損傷發(fā)電機(jī)，按照各種故障對發(fā)電機(jī)可能造成的 損壞程度的不同，發(fā)電機(jī)的故障一般可分為故障和異常運(yùn)行兩大工況，并各 自設(shè)置相應(yīng)的保護(hù)。大型發(fā)電機(jī)可能的故障和相應(yīng)的保護(hù)綜述如下：1定子繞組相間短路故障。會(huì)引起巨大的短路電流，嚴(yán)重?zé)龘p發(fā)電機(jī)。 需要裝設(shè)瞬時(shí)動(dòng)作的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。2定子繞組匝間短路故障。故障時(shí)同樣會(huì)引起巨大短路電流而燒毀發(fā) 電機(jī)。要求裝設(shè)瞬時(shí)動(dòng)作的專用匝間短路保護(hù)。3定子繞組單相接地故障。是常見的故障之一，通常因絕緣破

2、壞使得 繞組對鐵心短路而引起，故障時(shí)的接地電流引起的電弧一方面灼傷鐵心，另 一方面會(huì)進(jìn)一步破壞絕緣，導(dǎo)致嚴(yán)重的定子繞組兩點(diǎn)接地，造成匝間或相問 短路。因此對于大型發(fā)電機(jī)，規(guī)定裝設(shè)能靈敏地反響全部繞組接地故障的 100炕子繞組接地保護(hù)。4發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地故障。又分為一點(diǎn)接地和兩點(diǎn)接地。轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地 后可能誘發(fā)轉(zhuǎn)子繞組兩點(diǎn)接地，而兩點(diǎn)接地會(huì)因磁場不平衡而引發(fā)機(jī)組劇烈 震動(dòng)，造成災(zāi)難性后果。因此大型汽輪發(fā)電機(jī)要求同時(shí)裝設(shè)轉(zhuǎn)子回路一點(diǎn)接 地和兩點(diǎn)接地保護(hù)。5發(fā)電機(jī)失磁故障。發(fā)電機(jī)失磁或局部失磁是發(fā)電機(jī)常見故障之一， 要求與時(shí)檢測到失磁故障，并根據(jù)失磁過程的開展，采用不同的措施，來保 證系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)的安全

3、，因此需要裝設(shè)失磁保護(hù)。除此之外，各種系統(tǒng)異常工況或調(diào)節(jié)裝置故障也可能使發(fā)電機(jī)處在異常 運(yùn)行狀態(tài)，從而危與發(fā)電機(jī)安全，因此也需要裝設(shè)相應(yīng)的保護(hù)裝置。如：1負(fù)荷不對稱出現(xiàn)的負(fù)序電流可能引起發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子表層過熱，需裝反時(shí)限不對稱過負(fù)荷保護(hù)。2對于對稱過負(fù)荷，需裝反時(shí)限對稱過負(fù)荷保護(hù)。3對于勵(lì)磁回路過負(fù)荷，需要裝設(shè)反時(shí)限轉(zhuǎn)子過負(fù)荷保護(hù)。4與系統(tǒng)并列運(yùn)行的發(fā)電機(jī)可能因機(jī)、爐保護(hù)動(dòng)作等原因?qū)⑵T關(guān)閉 而引起逆功率運(yùn)行，為防止汽輪機(jī)葉片與殘留尾氣劇烈摩擦過熱而損壞汽輪 機(jī)，應(yīng)裝設(shè)逆功率保護(hù)。5為防止過激磁而損壞鐵心，應(yīng)裝設(shè)過激磁保護(hù)。6其他異常運(yùn)行的狀態(tài)還有：定子繞組過電壓、低頻運(yùn)行、非全相運(yùn) 行、失步運(yùn)行

4、等，也應(yīng)裝設(shè)相應(yīng)的保護(hù)。7當(dāng)電壓互感器或電流互感器發(fā)生斷線故障時(shí)， 會(huì)引起某些保護(hù)誤動(dòng) 或拒動(dòng)，因此需要裝設(shè)相應(yīng)的電壓互感器或電流互感器斷線檢測和閉鎖裝置。 二、變壓器可能發(fā)生的故障和異常運(yùn)行狀況與所需保護(hù)變壓器是電力系統(tǒng)中十分重要的元件，它的故障將對供電可靠性和系統(tǒng) 的正常運(yùn)行帶來嚴(yán)重的影響。為了防止變壓器發(fā)生各類故障和異常運(yùn)行對電 力系統(tǒng)安全運(yùn)行造成不應(yīng)有的損失，根據(jù)有關(guān)規(guī)程規(guī)定，應(yīng)對變壓器的故障 和異常運(yùn)行方式設(shè)立相應(yīng)的繼電保護(hù)。1防止變壓器繞組和引出線相間短路、 直接接地系統(tǒng)側(cè)繞組和引出線 的單相接地短路與繞組匝間短路的差動(dòng)保護(hù)。2防止變壓器油箱內(nèi)部各種短路或斷線故障與油面降低的瓦斯保

5、護(hù)。3防止直接接地系統(tǒng)中變壓器外部接地短路的接地中性點(diǎn)零序電流保 護(hù)、零序電壓保護(hù)與放電間隙的零序電流保護(hù)。4防止變壓器外部相間短路并作為瓦斯保護(hù)和差動(dòng)保護(hù)的后備的過電 流保護(hù)或阻抗保護(hù)。5防止對稱過負(fù)荷的過負(fù)荷保護(hù)。6反響變壓器溫度與油箱內(nèi)壓力升高和冷卻系統(tǒng)故障的相應(yīng)保護(hù)。第二節(jié)發(fā)變組保護(hù)配置的原如此大型發(fā)變組結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有可能發(fā)生多種類型的故障和異常運(yùn)行工況，因 此需要設(shè)置幾十種保護(hù)，并要求這些保護(hù)既有明確職責(zé) X圍又能相互配合。 目前國內(nèi)已經(jīng)形成各種不同的保護(hù)功能的配置方案，這些都某某小異，但又 各具特點(diǎn)。遵循以下原如此：1.各項(xiàng)保護(hù)功能配置完善；2.選用的保護(hù)原理性能優(yōu)良，有成熟的運(yùn)行經(jīng)

6、驗(yàn)，滿足各項(xiàng)技術(shù)要求；3.實(shí)現(xiàn)雙重化配置；4.組屏合理，雙重化的兩套保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)分屏設(shè)置，非電量保護(hù)和電氣量保護(hù)也 應(yīng)分屏設(shè)置，以確保在發(fā)變組不停運(yùn)狀況下可以對其中任何一套保護(hù)系統(tǒng)進(jìn) 展檢修、調(diào)整、調(diào)試，同時(shí)要求二次回路設(shè)計(jì)正確簡明，接線安全可靠；5.保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)盡可能結(jié)構(gòu)簡單，具備友好的人機(jī)界面，合理的通信組網(wǎng)功能。 各項(xiàng)保護(hù)功能投退和整定操作清晰簡便，支持現(xiàn)場調(diào)試和調(diào)整功能，易于使 用和維護(hù)；6.保護(hù)出口設(shè)計(jì)合理，配置靈活，以滿足緊急狀態(tài)下不同的動(dòng)作 要求和允許根據(jù)實(shí)際運(yùn)行條件方便地進(jìn)展調(diào)整。發(fā)變組保護(hù)功能可按設(shè)備故障性質(zhì)分故障保護(hù)和異常運(yùn)行保護(hù)兩大類； 按輸入量性質(zhì)分為電氣量保護(hù)和非電氣量保

7、護(hù)兩大類；按保護(hù)對象分為電氣 設(shè)備故障和動(dòng)力機(jī)械設(shè)備故障兩大類。故障保護(hù)用以反映保護(hù)區(qū)域內(nèi)發(fā)生的 各種相問短路、匝間短路與接地短路等各種類型的短路故障。這些故障會(huì)對 發(fā)變組造成直接破壞，這類保護(hù)構(gòu)成發(fā)變組的保護(hù)主體，通常稱為主保護(hù)。 另外，還需要考慮發(fā)變組主保護(hù)失效，以與輔機(jī)和外部相連系統(tǒng)的故障對發(fā) 變組的破壞問題，也需要配置保護(hù)，通常稱為后備保護(hù)。因此故障保護(hù)可分 為主保護(hù)和后備保護(hù)。異常保護(hù)用以反映各種可能對發(fā)變組造成危害的異常運(yùn)行工況，包括可 能不利于動(dòng)力機(jī)械設(shè)備的異常工況，不過這些工況可能不會(huì)很快或不會(huì)直接 造成對機(jī)組的破壞，為異常工況配置的保護(hù)通常也歸于后備保護(hù)的X疇。第三節(jié)大型發(fā)變

8、組的繼電保護(hù)的特點(diǎn)發(fā)電機(jī)-變壓器組的接線方式在電力系統(tǒng)中獲得了廣泛的應(yīng)用。 發(fā)電機(jī)和 變壓器在單獨(dú)運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)的各種故障和異常運(yùn)行狀態(tài)， 在發(fā)電機(jī)-變壓器 組中都可能發(fā)生。因此，發(fā)電機(jī)-變壓器組的保護(hù)與發(fā)電機(jī)，變壓器的類型根 本一樣。由于發(fā)電機(jī)-變壓器組相當(dāng)于一個(gè)工作單元，故某些同類型的保護(hù)可以合 并，例如全組公共的縱差動(dòng)保護(hù)、后備保護(hù)和過負(fù)荷保護(hù)等，減少保護(hù)的總 套數(shù)，提高了經(jīng)濟(jì)性。發(fā)電機(jī)-變壓器組保護(hù)的特點(diǎn)如下： 一、縱差動(dòng)保護(hù)的特點(diǎn)當(dāng)發(fā)電機(jī)和變壓器之間無斷路器時(shí)，一般共用一套縱差動(dòng)保護(hù)，如圖1-3-1 a所示。該種接線方式適用于容量不大的機(jī)組或發(fā)電機(jī)裝有橫差動(dòng) 保護(hù)的機(jī)組，對于容量為1

9、00MWZ上的機(jī)組或采用一套共用縱差動(dòng)保護(hù)對發(fā) 電機(jī)內(nèi)部故障的靈敏性不滿足要求時(shí)，應(yīng)加裝發(fā)電機(jī)縱差動(dòng)保護(hù)，如圖1-3-1b所示。當(dāng)發(fā)電機(jī)和變壓器間有斷路器時(shí)，發(fā)電機(jī)和變壓器應(yīng)分別裝設(shè)縱差動(dòng)保護(hù)，廠用分支線也應(yīng)包括在變壓器的縱差動(dòng)保護(hù)X圍內(nèi)，如圖1-3-1 c所小0二、后備保護(hù)的特點(diǎn)發(fā)電機(jī)-變壓器組的后備保護(hù)，同時(shí)兼作相鄰元件的后備保護(hù)。當(dāng)實(shí)現(xiàn)后 備保護(hù)而使保護(hù)裝置接線復(fù)雜時(shí)，可縮短對相鄰線路后備作用 X圍，但對相 鄰母線上的三相短路應(yīng)有足夠的靈敏性。發(fā)電機(jī)-變壓器組后備保護(hù)的電流元件應(yīng)接在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)的電流互 感器上，電壓元件接在發(fā)電機(jī)端的電壓互感器上。當(dāng)有廠用分支線時(shí)，后備 保護(hù)應(yīng)帶兩段時(shí)

10、限；以第一段時(shí)限動(dòng)作跳開變壓器高壓側(cè)斷路器，以第二段 時(shí)限跳開各側(cè)斷路器與發(fā)電機(jī)的滅磁開關(guān)。對于大型發(fā)電機(jī)-變壓器組，為確?？焖偾谐收希刹捎秒p重縱差動(dòng)保 護(hù)，在發(fā)電機(jī)-變壓器組高壓側(cè)加裝一套后備保護(hù)，作為相鄰母線保護(hù)的后備， 其接線圖如圖1-3-1 d所示。圖 1-3-1發(fā)電機(jī)一變壓器組縱差保護(hù)的配置a公用一套縱差動(dòng)保護(hù)b發(fā)電機(jī)和變壓器分別裝設(shè)縱差動(dòng)保護(hù)c發(fā)電機(jī)和變壓器間有斷路器時(shí)的縱差動(dòng)保護(hù)d雙重化縱差動(dòng)保護(hù) 三、發(fā)電機(jī)側(cè)接地保護(hù)的特點(diǎn)在發(fā)電機(jī)-變壓器組中，發(fā)電機(jī)單相接地時(shí)，由于發(fā)電機(jī)電壓系統(tǒng)所連接 元件不多，接地電容電流較小小于 5A，因此接地保護(hù)可采用簡單的零序 電壓保護(hù)或完善的10

11、0%6子接地保護(hù)，并動(dòng)作于信號。第二章30萬汽輪發(fā)變組的保護(hù)配置第一節(jié)30萬汽輪發(fā)變組組一次接線圖對不同容量的機(jī)組和不同的接線方式，設(shè)計(jì)方案各有不同。這一章，以某300MW、220KV發(fā)變組保護(hù)的工程為例說明。圖 2-1-1為30萬汽輪發(fā)電機(jī)-變壓器組的一次接線圖圖2-1-130萬汽輪發(fā)變機(jī)組的一次接線圖由上圖可知，該發(fā)變組采用單元接線，發(fā)電機(jī)出口側(cè)沒有裝設(shè)斷路器, 發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)TA16接地。主變壓器高壓側(cè)接入220kV系統(tǒng)，220kV側(cè)采用雙母線接線方式，主變 壓器高壓側(cè)中性點(diǎn)直接接地或經(jīng)放電間隙接地。高壓廠用工作變壓器采用低壓分裂繞組變壓器，其高壓側(cè)從發(fā)電機(jī)出口 處引接，兩個(gè)低壓繞組分別

12、接 6kV高壓廠用工作母線的A、B段上。第二節(jié)30萬汽輪發(fā)變組互感器的配置一、電流互感器的配置由于篇幅所限，本文僅列出本文所涉與的保護(hù)所需的互感器配置。以 下相應(yīng)保護(hù)用簡稱，對應(yīng)保護(hù)全稱見下節(jié) 1發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)裝設(shè)了 3組電 流互感器TA1TA3，TA1用于大差，TA2用于發(fā)差，TA3用于定子過負(fù)荷、 負(fù)序過負(fù)荷、復(fù)壓過流；定子繞組兩中性點(diǎn)上裝設(shè)了零序電流互感器，TA01用于匝間保護(hù)；機(jī)端裝設(shè)了 3組電流互感器TA4TA6 , TA4用于主變差， TA5用于匝問、逆功率、失磁、失步，TA6用于發(fā)差；勵(lì)磁機(jī)兩側(cè)各裝設(shè)了一 組電流互感器，TA31用于勵(lì)磁機(jī)過流，TA32用于勵(lì)磁過負(fù)荷、轉(zhuǎn)子接地、失

13、 磁。主變壓器高壓側(cè)并裝設(shè)了 3組電流互感器TA入TA9，TA7用于阻抗 保護(hù)、非全相、啟動(dòng)失靈，TA8用于主變差，TA9用于大差；主變壓器中性點(diǎn) 側(cè)共裝設(shè)了 2組零序電流互感器，TA16用于主變零序，TA17用于間隙零序。高壓廠用工作變壓器高壓側(cè)裝設(shè)了 2組電流互感器TA1。TA11，TA10 用于廠變差，TA11用于主變差；低壓側(cè)兩分支各裝設(shè)了 2組電流互感器A 段：TA12、TA13, B段：TA14 TA15，TA12、TA14用于廠變差，TA13 TA15 用于大差。二、電壓互感器的配置發(fā)電機(jī)機(jī)端裝設(shè)了 2組電壓互感器TV1、TV2 , TV1用于匝間保護(hù)， TV2用于匝問、逆功率、

14、定子接地、失磁、失步、過壓、低頻、低壓過流、 起停機(jī)。保護(hù)所需的發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)電壓，從 TV6取得；主變壓器高壓側(cè)， 從220KV母線電壓互感器TV3取得；高壓廠用變壓器低壓側(cè)電壓，從 6KV高 壓廠用工作母線A、B段上裝設(shè)的電壓互感器TV4 TV5取得。第三節(jié)30萬發(fā)變組保護(hù)配置與動(dòng)作行為、300MM輪發(fā)電機(jī)-變壓器組繼電保護(hù)配置1 .發(fā)-變組故障與異常保護(hù)1發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)發(fā)差；2主變壓器差動(dòng)保護(hù)主變差；3發(fā)變組差動(dòng)保護(hù)大差；4高壓廠用變壓器差動(dòng)保護(hù)廠變差；5匝問短路保護(hù)匝問；6100%£子接地保護(hù)定子接地；7轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)轉(zhuǎn)子接地；8定子過負(fù)荷保護(hù) 定子過負(fù)荷；9轉(zhuǎn)子外表負(fù)序過

15、負(fù)荷保護(hù)負(fù)序過負(fù)荷；10發(fā)電機(jī)復(fù)合電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)復(fù)壓過流；11勵(lì)磁繞組過負(fù)荷保護(hù)勵(lì)磁過負(fù)荷；12過電壓保護(hù)過壓；13主變壓器或發(fā)電機(jī)的過激磁保護(hù)過激磁；14發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)逆功率；15程序跳閘逆功率保護(hù)程跳逆功率；16失磁保護(hù)失磁；17失步保護(hù)失步；18低頻保護(hù)低頻；19起停機(jī)保護(hù)起停機(jī)；20誤上電保護(hù)；21主變壓器阻抗保護(hù)阻抗；22主變壓器間隙零序保護(hù)間隙零序；23主變壓器零序過電流保護(hù)主變零序；24高廠變壓器高壓側(cè)復(fù)合電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)廠變過流25高廠變壓器低壓A、B分段過電流保護(hù)廠變過流；1主變壓器瓦斯保護(hù);2主變壓器壓力釋放保護(hù)；3主變壓器冷卻器故障保護(hù)；4主變壓器繞組溫度；5

16、主變壓器油溫；6主變壓器油位；7高廠變壓器瓦斯保護(hù)；8高廠變壓器壓力釋放保護(hù)；9高廠變壓器冷卻器故障保護(hù)；10高廠變壓器油溫；11高廠變壓器油位；1發(fā)電機(jī)斷水保護(hù)；2斷路器非全相和斷口閃絡(luò)保護(hù)；3熱工保護(hù)；4勵(lì)磁系統(tǒng)故障保護(hù)；二、保護(hù)裝置的控制對象各保護(hù)裝置動(dòng)作后所控制的對象，依保護(hù)裝置的性質(zhì)、選擇性要求和故 障處理方式的不同而不同。對于發(fā)電機(jī)雙繞組變壓器組通常有以下幾種處理 方式：全停：停汽機(jī)、停鍋爐、斷開高壓側(cè)斷路器、滅磁、斷開高壓廠用變壓 器低壓側(cè)斷路器、使機(jī)爐與其輔機(jī)停止工作。解列滅磁：斷開高壓側(cè)斷路器、滅磁、斷開高壓廠用變壓器低壓側(cè)斷路 器。解列：斷開高壓側(cè)斷路器。減出力：減少原動(dòng)機(jī)

17、的輸出功率。發(fā)信號：發(fā)出聲光信號或光信號。母線解列：對雙母線系統(tǒng)，斷開母線聯(lián)絡(luò)斷路器，縮小故障波與 X圍發(fā)變組保護(hù)配置與其局部動(dòng)作行為表序 號保護(hù)裝置名稱保護(hù)動(dòng)作行為說明停 機(jī)程序 跳閘信 號增減 出力增減 勵(lì)磁1發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)2主變差動(dòng)保護(hù)3發(fā)變組差動(dòng)保護(hù)4發(fā)電機(jī)匝問短路保護(hù)5轉(zhuǎn)公點(diǎn)接地保護(hù)6轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地保護(hù)7復(fù)合電壓過電流保護(hù)8主變阻抗保護(hù)9發(fā)電機(jī)定子 接地保護(hù)基波零序電 壓保護(hù)三次諧波電 壓保護(hù)10主變零序保護(hù)母線解列11定子對稱過 負(fù)荷保護(hù)定時(shí)限反時(shí)限12轉(zhuǎn)子表層過 負(fù)荷定時(shí)限反時(shí)限13轉(zhuǎn)子過負(fù)荷定時(shí)限反時(shí)限解列滅磁14發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)15發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)16發(fā)電機(jī)失步保護(hù)17發(fā)電機(jī)低頻

18、保護(hù)18發(fā)電機(jī)起停機(jī)保護(hù)正常停用，起 停機(jī)時(shí)投入19發(fā)電機(jī)意外突加電壓保護(hù)20高壓斷路器非全相運(yùn)行保護(hù)21高壓斷路器斷口閃絡(luò)保護(hù)滅磁22高壓斷路器失靈保護(hù)起動(dòng)失靈裝置23主艾瓦斯保 護(hù)輕瓦斯重瓦斯第三章發(fā)變組保護(hù)原理第一節(jié) 反映短路故障的保護(hù)一、發(fā)電機(jī)的差動(dòng)保護(hù)發(fā)電機(jī)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)用來對付發(fā)電機(jī)定子繞組和引出線的相間短路故障 這類對發(fā)電機(jī)危害極大的嚴(yán)重故障，是發(fā)電機(jī)的主保護(hù)之一，按照比擬發(fā)電 機(jī)機(jī)端側(cè)和中性點(diǎn)側(cè)電流大小和相位的原理構(gòu)成，應(yīng)瞬時(shí)作用于全停。一發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)的接線方式由于發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)的特殊性，發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)根據(jù)獲取電流的方式不同， 有完全縱差保護(hù)和不完全縱差保護(hù)兩種。1 .發(fā)電機(jī)完全縱

19、差保護(hù)發(fā)電機(jī)完全縱差保護(hù)是利用比擬發(fā)電機(jī)每相定子繞組首末兩端全相電流 的大小和相位的原理構(gòu)成。圖3-1-1 發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)原理接線示意圖圖3-1-1所示為發(fā)電機(jī)完全縱差保護(hù)的單相原理接線示意圖。將變比Kta一樣的兩個(gè)電流互感器分別裝設(shè)在發(fā)電機(jī)出口側(cè)和中性點(diǎn)側(cè)的同一相上，使 流過差動(dòng)保護(hù)裝置的電流為每相定子繞組首末兩端的全相電流。完全縱差保護(hù)能靈敏地反響發(fā)電機(jī)定子繞組與引出線的相間短路，但對 定子繞組的匝間短路和定子繞組的分支開焊故障卻沒有作用。2 .發(fā)電機(jī)不完全縱差保護(hù)不完全縱差保護(hù)是一種同時(shí)反響發(fā)電機(jī)相間短路、匝間短路和分支開焊 故障的新型發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)。它是通過比擬發(fā)電機(jī)機(jī)端每相定子的全相

20、電流 和中性點(diǎn)側(cè)每相定子的局部相電流大小和相位而構(gòu)成。不完全縱差保護(hù)之所以能反響發(fā)電機(jī)內(nèi)部各種短路和開焊故障，是由于三相定子繞組分布在同一定子鐵芯上，不同相間和不同匝間存在或大或小的 互感聯(lián)系，當(dāng)未裝設(shè)互感器的定子分支繞組發(fā)生故障時(shí)，通過互感磁通可以 在裝設(shè)互感器的非故障定子分支繞組中感受到故障的發(fā)生，使不完全縱差保護(hù)動(dòng)作圖3-1-2不完全縱差動(dòng)保護(hù)原理接線圖(a)中性點(diǎn)側(cè)引出6個(gè)端子(b)中性點(diǎn)側(cè)引出4個(gè)端子兩者的根本原理一樣，只是在保護(hù)的整定值計(jì)算時(shí)有所不同。二發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)的原理縱差保護(hù)的原理較多，現(xiàn)就常見的兩種原理進(jìn)展介紹。1 .比率制動(dòng)式發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)原理比率制動(dòng)式發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)的原

21、理與變壓器比率制動(dòng)縱差保護(hù)類似。電流參考方向：中性點(diǎn)側(cè)電流的方向以指向發(fā)電機(jī)為正方向，機(jī)端側(cè)電流以流 出發(fā)電機(jī)為正方向。Ires圖3-1 - 3比率制動(dòng)式發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)的動(dòng)作特性1動(dòng)作電流和制動(dòng)電流的定義:為保證比率制動(dòng)式發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)正確工作,動(dòng)作電流為Iop=| I 1-KbI 2|制動(dòng)電流為Ires = 1 | I 1 + KbI 2|2式中I i機(jī)端側(cè)定子相電流；I 2中性點(diǎn)側(cè)定子全相電流或分支繞組相電流;K b平衡系數(shù)，K=I l/I 2, (=1時(shí)為完全縱差保護(hù)接線方式，(>1時(shí)為不完全縱差保護(hù)接線方式。2縱差保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)與動(dòng)作特性：縱差保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)為I0PA I op,

22、 min ,I res < I res, minI 0PA I op, min+Kes I res-I res , min, I res > I res, min式中I op差動(dòng)電流；I op, min最小動(dòng)作電流整定值，一般取0.30.5In 1n為發(fā)電機(jī)額定電流I res 制動(dòng)電流；I res, min最小制動(dòng)電流整定值，一般取 0.81.0In ；Kres 比率制動(dòng)系數(shù)，一般取0.30.5。當(dāng)以上兩個(gè)方程任一滿足時(shí)，差動(dòng)元件動(dòng)作。2 .標(biāo)積制動(dòng)式發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)原理標(biāo)積制動(dòng)式發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)是利用基波電流相量的標(biāo)量積構(gòu)成的比率 制動(dòng)特性的差動(dòng)保護(hù)，是相量幅值比率制動(dòng)的另一種形式。

23、電流參考方向同 上。標(biāo)積制動(dòng)式縱差保護(hù)的動(dòng)作電流、制動(dòng)電流與其動(dòng)作判據(jù)為動(dòng)作電流IO=| I 1- I 2|制動(dòng)電流Ires=S| I 1| I 21cos 9動(dòng)作判據(jù) | I 1- I 2|S| I i| 121cos 9式中一I 1和I 2之間的相位差；S標(biāo)積制動(dòng)系數(shù)，通常取1。當(dāng)發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行或保護(hù)區(qū)外短路時(shí)，I i=I 2, 9=0,制動(dòng)量最大，動(dòng)作量最小，保護(hù)可靠不動(dòng)。當(dāng)保護(hù)區(qū)內(nèi)短路時(shí)，I i=- I 2, 9=180° ,制動(dòng)量為負(fù)值，動(dòng)作量最大， 保護(hù)動(dòng)作且靈敏。三發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)邏輯框圖采用循環(huán)閉鎖方式動(dòng)作邏輯的發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)邏輯框圖如圖3-1-4所示。當(dāng)發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)

24、的兩相或三相差動(dòng)元件同時(shí)動(dòng)作時(shí)，縱差保護(hù)才出口 跳閘。為防止一點(diǎn)在區(qū)內(nèi)另一點(diǎn)在區(qū)外的兩點(diǎn)接地故障發(fā)生，當(dāng)有一相縱差 元件動(dòng)作且同時(shí)有負(fù)序電壓時(shí)，縱差保護(hù)出口跳閘；假如只有一相縱差元件 動(dòng)作而無負(fù)序電壓時(shí)，判為TA斷線；假如負(fù)序電壓長時(shí)間存在而無差電流時(shí)， 判為TV斷線。圖3-1-4差動(dòng)保護(hù)邏輯框圖二、變壓器的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)變壓器的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)簡稱縱差保護(hù)不但可以正確區(qū)分內(nèi)、外的短 路，而且能瞬時(shí)切除保護(hù)區(qū)域內(nèi)的故障。因此，變壓器縱差保護(hù)是變壓器的主保護(hù)之一。一變壓器縱差保護(hù)的原理變壓器縱差保護(hù)根本原理與發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)原理相似，按比擬被保護(hù)變壓器各側(cè)電流的大小和相位的原理構(gòu)成。為了實(shí)現(xiàn)這一比擬，在

25、變壓器各側(cè)裝 設(shè)一組電流互感器TA, TA的一次電流回路的機(jī)性端節(jié)母線側(cè)，將 TA二次 側(cè)的同極性端子相連接。如圖 3-1-5所示雙繞組變壓器縱差保護(hù)單相原理接 線圖。顯然，變壓器縱差保護(hù)的 X圍為變壓器各側(cè)電流互感器 TA所限定的 全部區(qū)域，即變壓器上下壓繞組、套管、引出線等。下面就圖3-1-5所示雙繞組變壓器為例，分析變壓器縱差保護(hù)原理。unb圖3-1-5變壓器縱差保護(hù)單相原理接線圖a變壓器正常運(yùn)行或外部故障時(shí)的電流分布b變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)電流分布1 .正常運(yùn)行和外部發(fā)生故障時(shí)保護(hù)不動(dòng)作；2 .變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)保護(hù)動(dòng)作將故障切除。二變壓器縱差保護(hù)與發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)的不同之處不同之處有以

26、下幾點(diǎn)：1 .變壓器各側(cè)的額定電壓和額定電流各不一樣，因各側(cè) TA的型號不同, 而且各側(cè)三相接線方式不盡一樣，所以各側(cè)相電流的相位也可能不一致。這 將使外部短路時(shí)不平衡電流增大，所以變壓器縱差保護(hù)的最大制動(dòng)系數(shù)比發(fā) 電機(jī)的大，靈敏度相對較低。2 .變壓器高壓繞組有調(diào)壓分接頭，有的還要求帶負(fù)荷調(diào)節(jié)，使變壓器縱 差保護(hù)已調(diào)整平衡的二次電流又被破壞，不平衡電流增大，這將使變壓器縱 差保護(hù)的最小動(dòng)作電流和制動(dòng)系數(shù)都相應(yīng)增大。3 .對于定子繞組的匝間短路，發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)完全沒有作用，變壓器各 側(cè)繞組的匝問短路通過變壓器鐵心磁路的耦合改變了各側(cè)電流的大小和相 位，使變壓器縱差保護(hù)對匝間短路保護(hù)作用。4 .

27、無論變壓器繞組還是發(fā)電機(jī)定子繞組的開焊故障，它們的完全縱差保 護(hù)均不能動(dòng)作，但變壓器還可以依靠瓦斯保護(hù)或壓力保護(hù)。5 .變壓器縱差保護(hù)X圍除包括各側(cè)繞組外，還包括變壓器的鐵心，即變 壓器綜合差保護(hù)區(qū)域內(nèi)不僅有電路還有磁路。三、發(fā)電機(jī)匝間短路保護(hù)由于大容量發(fā)電機(jī)的額定電流很大，其每相定子繞組都有兩個(gè)并聯(lián)的分 支繞組構(gòu)成。每個(gè)分支的匝間或分支之間的短路，就稱為發(fā)電機(jī)定子繞組的 匝間短路故障。當(dāng)定子繞組匝間短路時(shí)，被短接的局部繞組內(nèi)將產(chǎn)生大的環(huán) 流，引起故障處溫度升高，絕緣損壞，并轉(zhuǎn)換為單相接地故障或相間短路故 障，損壞發(fā)電機(jī)。因此在發(fā)電機(jī)上應(yīng)裝設(shè)定子匝間短路保護(hù)。根據(jù)發(fā)電機(jī)匝 問短路時(shí)的特點(diǎn)，可以

28、提出各種不同原理的匝間短路保護(hù)方案。一單元件式橫聯(lián)差動(dòng)保護(hù)發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行情況下，每相定子繞組的兩個(gè)分支上電勢相等，各供出 一半負(fù)荷電流；當(dāng)任一相繞組中發(fā)生匝間短路時(shí)，兩個(gè)繞組中的電勢不相等， 因而在兩個(gè)分支繞組中產(chǎn)生環(huán)流。根據(jù)這特點(diǎn)，構(gòu)成了發(fā)電機(jī)的匝間短路保 護(hù)一單元件式橫聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。如圖3-1-6所示，單元件式橫聯(lián)差動(dòng)保護(hù)采用一只電流互感器，裝于兩 分支繞組中性點(diǎn)的連線上，利用分支繞組中性點(diǎn)之間連線上流過的零序電流 來實(shí)現(xiàn)保護(hù)。且該保護(hù)由于只采用一只電流互感器，不存在電流互感器特性 不同引起的不平衡電流，所以保護(hù)接線簡單，靈敏度高。通常又稱該保護(hù)為 高靈敏的單元件式橫聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。3J3JJ3

29、?a b(a)中性點(diǎn)側(cè)有6個(gè)引出端子(0中性點(diǎn)側(cè)有4個(gè)引出端子殼殼 機(jī)66AA©差A(yù) 橫TA $差A(yù) 橫TA $2中性點(diǎn)側(cè)引出端子較多的水輪發(fā)電機(jī)圖3-1-7單元件式橫聯(lián)差保護(hù)原理接線圖1-三次諧波濾過器；2-帶有延時(shí)的保護(hù)裝置圖3-1-6單元件式橫差保護(hù)原理接線示意圖該保護(hù)實(shí)質(zhì)上是把定子三相繞組的一半繞組中的三相電流之和與三相繞 組的另一半繞組中的三相電流之和進(jìn)展比擬，利用發(fā)生各種匝間短路時(shí)中性 點(diǎn)連線上的環(huán)流而實(shí)現(xiàn)的。因此該保護(hù)只適合于：1定子繞組中性點(diǎn)側(cè)引出6個(gè)或4個(gè)端子的發(fā)電機(jī)；該保護(hù)原理接線如圖3-1-7所示1正常運(yùn)行或外部故障時(shí)：保護(hù)裝置裝設(shè)了三次諧波濾過器1,以消除三

30、次諧波電流的影響，提高靈敏度。所以，正常運(yùn)行 或外部故障時(shí)，三次諧波濾過器1濾除了三次諧波產(chǎn)生的不平衡電流Iunb,通過帶有延遲的保護(hù)裝置 2的電流小于其整定值，即|0< Iset,保護(hù)不動(dòng)作。2當(dāng)定子繞組的同分支匝間短路時(shí)：當(dāng)同分支匝間短路時(shí)，由于故障支路和非故障支路電動(dòng)勢不等，有環(huán)流|0產(chǎn)生，中性點(diǎn)連線上的電流互感器有故障電流1k流過當(dāng)Ik電流大于保護(hù)的動(dòng) 作電流整定值時(shí)，保護(hù)動(dòng)作于跳閘。3定子繞組同相不同分支之間發(fā)生短路時(shí)：當(dāng)同相的兩個(gè)分支繞組間發(fā)生匝間短路，且 a1 a2時(shí)，由于兩個(gè)支路的電動(dòng)勢差，分別產(chǎn)生兩個(gè)環(huán)流I'。和I。"。此時(shí)中性點(diǎn)連線上流過的電流Ik

31、= Io", 當(dāng)Ik電流大于保護(hù)的動(dòng)作電流整定值時(shí)，橫聯(lián)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作于跳閘。4保護(hù)存在死區(qū)由上述分析可知，單元件式橫聯(lián)差動(dòng)保護(hù)有一定的死區(qū)。當(dāng)定子繞組同 分支短路且短路匝數(shù)a很小時(shí)或者同相不同分支間的短路匝數(shù)一樣與差異較 小時(shí)，保護(hù)不能動(dòng)作。二縱向零序電壓原理的匝間短路保護(hù)零序電壓原理的匝間保護(hù)是匝間短路保護(hù)的另一種方案。該保護(hù)利用發(fā) 電機(jī)定子繞組發(fā)生匝間短路時(shí)，機(jī)端三相對發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)出現(xiàn)的零序電壓而 構(gòu)成。在發(fā)電機(jī)機(jī)端側(cè)裝設(shè)專用的電壓互感器 TV0 ,且TV0 一次繞組的中性點(diǎn) 與發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)相連而不直接接地， 保護(hù)利用的零序電壓取自TV0的第三 繞組開口三角接線,如圖3-1-8

32、所示。1當(dāng)發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，由于大、中型發(fā)電機(jī)采用高阻抗接地或中性 點(diǎn)不接地，所以 理論上說TV0的第三繞組沒有輸出電壓，保護(hù)不動(dòng)作。2當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部或外部發(fā)生單相接地故障時(shí)， 雖然一次系統(tǒng)出現(xiàn)了零序電壓，即一次側(cè)三相對地電壓不再平衡，中性點(diǎn)電位升高3U。，但由于TV017 / 43圖3-1-8零序電壓匝間短路保護(hù)原理接線圖一次側(cè)中性點(diǎn)并不接地，所以即使它的中性點(diǎn)電位升高，而三相對中性點(diǎn)的 電壓仍是對稱的，第三繞組輸出的電壓仍為0,保護(hù)不會(huì)動(dòng)作。同理，當(dāng)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)外部相間短路或內(nèi)部匝數(shù)相等的匝問短路時(shí)，TV0開口三角形繞組也不會(huì)出現(xiàn)零序電壓，保護(hù)不會(huì)動(dòng)作。3當(dāng)發(fā)電機(jī)定子繞組發(fā)生匝間短路或匝數(shù)不等

33、的相間短路時(shí)， 三相一 次對中性點(diǎn)的電壓不再平衡，開口三角形繞組有 3U 0輸出，即3U0W0,使 零序電壓匝間短路保護(hù)動(dòng)作。圖3-1-9為負(fù)序功率閉鎖的零序電壓匝間保護(hù)原理方框圖。由于發(fā)電機(jī) 在制造上的原因，正常運(yùn)行時(shí)會(huì)出現(xiàn)三次諧波電動(dòng)勢，使正常運(yùn)行或外部故 障時(shí)，TV0開口三角繞組上出現(xiàn)較大的零序電壓。因此，在構(gòu)成零序電壓匝 間短路保護(hù)時(shí)，需設(shè)置三次諧波過濾器，以提高保護(hù)的靈敏度。當(dāng)發(fā)電機(jī)外 部短路電流較大時(shí)，電樞反響磁通的波形嚴(yán)重畸變，出現(xiàn)三次諧波，經(jīng)過三 次諧波濾過器后還有相當(dāng)高的值。為此，可采用負(fù)序功率方向閉鎖方式，在 外部短路時(shí)，以保護(hù)退出工作，從而進(jìn)一步提高保護(hù)的靈敏度。為了防止

34、專 用TV0斷線在開口三角形繞組輸出側(cè)出現(xiàn)較大的零序電壓以保護(hù)誤動(dòng)作，還需裝設(shè)斷線閉鎖元件。圖3-1-9負(fù)序功率閉鎖的零序電壓匝間保護(hù)原理方框圖1三次諧波濾過器；2斷線閉鎖保護(hù)四、轉(zhuǎn)子接地保護(hù)轉(zhuǎn)子接地故障分轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地和轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地，一點(diǎn)接地是接地故障， 兩點(diǎn)接地是短路故障，因?yàn)閮牲c(diǎn)接地與一點(diǎn)接地共用一個(gè)測量系統(tǒng)，故將一 點(diǎn)接地放在這里講述。一轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)原理采用乒乓式開關(guān)切換原理，通過求解兩個(gè)不同的接地回路方程，實(shí)時(shí)計(jì) 算轉(zhuǎn)子接地電阻值和接地位置。原理圖見圖 3-1-10所示。其中：S1、S2為 由微機(jī)控制的電子開關(guān)，Rg為接地電阻， 為接地點(diǎn)位置轉(zhuǎn)子電壓負(fù)端為 0,轉(zhuǎn)子電壓正端為100

35、%，E為轉(zhuǎn)子電壓，R1為測量電阻。計(jì)算接地位置并記憶，為判斷轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地作準(zhǔn)備。圖3-1-10轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)切換采樣原理接線圖當(dāng)Rg小于或等于接地電阻高定值時(shí)，經(jīng)延時(shí)發(fā)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地信號，當(dāng) Rg小于或等于接地電阻低定值時(shí)，經(jīng)延時(shí)作用于發(fā)信或跳閘。二轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地保護(hù)原理發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路一點(diǎn)接地故障，對發(fā)電機(jī)并未造成危害，但假如再相繼 發(fā)生第二點(diǎn)接地故障，如此將嚴(yán)重威脅發(fā)電機(jī)的安全。一點(diǎn)接地保護(hù)原理同前所述，但在這里的一點(diǎn)接地電阻定值只有一段，通過延時(shí)發(fā)信。在一點(diǎn)接地故障后，保護(hù)裝置繼續(xù)測量接地電阻和接地位置，此后假如再發(fā)生轉(zhuǎn)子另一點(diǎn)接地故障，如此已測得的值變化，當(dāng)其變化值超過整定值時(shí)，保護(hù)裝置就

36、確認(rèn)為已發(fā)生轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地故障，保護(hù)跳閘。保護(hù)判據(jù) 為：| > set set為轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地位置變化整定值。對于汽輪發(fā)電機(jī)組，勵(lì)磁繞組發(fā)生兩點(diǎn)接地故障時(shí)，氣隙磁場的對稱性被破壞，定子繞組必產(chǎn)生二次諧波電壓，取大于正常運(yùn)行時(shí)最大的二次諧波 電壓值作為轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地保護(hù)的閉鎖判據(jù)，一般該電壓取0.5V。二次諧波電壓動(dòng)作判據(jù)：U2w 0.5V ,其中U2w為發(fā)電機(jī)定子電壓二次諧波值。三轉(zhuǎn)子接地保護(hù)邏輯框圖轉(zhuǎn)子接地保護(hù)邏輯如圖3-1-11所示:圖3-1-11轉(zhuǎn)子接地邏輯框圖發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地啟動(dòng)條件：當(dāng)轉(zhuǎn)子接地電阻小于高定值整定值時(shí)， 轉(zhuǎn)子接地高定值保護(hù)啟動(dòng)，經(jīng)延時(shí)后動(dòng)作于信號；當(dāng)轉(zhuǎn)子接地電阻小于低

37、定 值整定值時(shí)，轉(zhuǎn)子接地低定值保護(hù)啟動(dòng)，經(jīng)延時(shí)后發(fā)信號或跳閘。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地啟動(dòng)條件：當(dāng)轉(zhuǎn)子接地位置變化大于整定值時(shí)，啟 動(dòng)元件動(dòng)作，經(jīng)延時(shí)后跳閘。五、發(fā)電機(jī)復(fù)合電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)XS外發(fā)生故障，而故障設(shè)備的保護(hù)或斷路器拒絕動(dòng)作 時(shí)，將引起發(fā)電機(jī)過電流。為此發(fā)電機(jī)裝設(shè)了反映外部故障的過電流保護(hù)。 同時(shí)，該保護(hù)也作為發(fā)電機(jī)的后備保護(hù)。復(fù)合電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)由過電 流元件、復(fù)合電壓元件和TVt線閉鎖元件組成，對于自并勵(lì)的發(fā)電機(jī)組還需 要增加記憶元件，作為后備保護(hù)。復(fù)合電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)需加延時(shí)動(dòng)作, 在動(dòng)作時(shí)限上與相鄰后備保護(hù)相配合。復(fù)合電壓起動(dòng)元件由一個(gè)過濾式負(fù)序電壓繼電

38、器和一個(gè)低電壓繼電器組 成。低電壓繼電器經(jīng)負(fù)序電壓繼電器的常閉觸點(diǎn)接于相間電壓上，以保證保 護(hù)裝置在對稱三相短路時(shí)可靠地動(dòng)作，并能夠提上下電壓繼電器對三相短路 的靈敏度。因?yàn)樵诎l(fā)生三相短路開始時(shí)將會(huì)短時(shí)出現(xiàn)負(fù)序電壓，使負(fù)序電壓 繼電器動(dòng)作，待負(fù)序消失后，負(fù)序電壓繼電器返回，低電壓繼電器又接在相 間電壓上。假如使低電壓繼電器返回，如此要求發(fā)電機(jī)母線的殘壓必須大于 繼電器的返回電壓。由于三相短路時(shí)三相電壓均降低，故低電壓繼電器仍然 處于動(dòng)作狀態(tài)，此時(shí)保護(hù)的工作情況即相當(dāng)于低電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)。(1)電流元件的動(dòng)作電流按躲過發(fā)電機(jī)額定電流整定即：IKk-11 DZ1 e.FKf式中 KkKf(2)

39、負(fù)序電壓繼電器的動(dòng)作電壓，按躲過正常運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的最大不平衡電壓整定。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)通常取Udz.2 0.06Ue.F(3)低電壓元件的動(dòng)作電壓按躲過電動(dòng)機(jī)自起動(dòng)的電壓確定，此外還應(yīng)躲過發(fā)電機(jī)失磁運(yùn)行時(shí)的最低運(yùn)行電壓。一般取：UdZ (0.6)Ue.F2 .復(fù)合電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)特點(diǎn)(1)由于負(fù)序電壓繼電器的整定值小，在后備保護(hù) XS內(nèi)發(fā)生不對稱短路 故障時(shí)，電壓元件有較高的靈敏度；(2)三相短路時(shí)，由于瞬時(shí)出現(xiàn)負(fù)序電壓，負(fù)序電壓繼電器動(dòng)作后低電 壓繼電器由于失壓一定能動(dòng)作。待負(fù)序電壓消失后負(fù)序電壓繼電器返回，低 電壓繼電器又接于相間電壓上，這時(shí)只要不返回就可以切除故障。復(fù)合過電流保護(hù)邏輯框圖如

40、圖3-1-12所示。當(dāng)復(fù)合電壓元件與過流元件 均滿足時(shí)，啟動(dòng)元件動(dòng)作，經(jīng)延時(shí)后跳閘。六、阻抗保護(hù)對于升壓變壓器，當(dāng)采用復(fù)合電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)和負(fù)序電流與單項(xiàng) 式低電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)時(shí)不能滿足靈敏性和選擇性要求時(shí)，可采用阻抗 保護(hù)。變壓器阻抗保護(hù)通常作為220KVT以上大型變壓器相間短路的后備保 護(hù)，由起動(dòng)元件、相間阻抗測量元件、時(shí)間元件、TM線檢測元件等組成。當(dāng)阻抗保護(hù)的起動(dòng)元件和阻抗元件均動(dòng)作、阻抗保護(hù)的壓板投入、TWt線檢測元件不動(dòng)作，且經(jīng)過預(yù)定的延時(shí)后，保護(hù)動(dòng)作于跳閘。起動(dòng)元件由由相電流差突變量起動(dòng)元件和負(fù)序電流起動(dòng)元件兩局部組 成，相電流差突變量起動(dòng)反響對稱短路故障，負(fù)序電流起動(dòng)元

41、件反響不對稱 短路故障。起動(dòng)元件動(dòng)作判據(jù)為：i > Iset 或 I2 >I(set,2)式中：i為相電流突變量；%為負(fù)序電流；Iset、I(set,2)分別為相電流突變量起動(dòng)元件和負(fù)序電流起動(dòng)元件的動(dòng)作整定值，通常均取電流互感器二 次額定電流的0.2倍。阻抗元件是變壓器阻抗保護(hù)的測量元件，用于測量相間短路阻抗值，構(gòu) 成變壓器相間短路的后備保護(hù)。阻抗元件采用 0。接線方式，其動(dòng)作特性可 根據(jù)需要整定為全阻抗圓特性或偏移阻抗圓特性，動(dòng)作的正方向可以指向變 壓器，也可以指向母線，由保護(hù)的控制字控制。TVW線檢測元件的作用是防止TVt線時(shí)，變壓器阻抗保護(hù)誤動(dòng)作。當(dāng)該 元件檢測到TVT次回

42、路斷線時(shí)，將阻抗保護(hù)閉鎖，并發(fā)出告警信號。第二節(jié)反映接地故障的保護(hù)一、定子接地保護(hù)根據(jù)安全要求，發(fā)電機(jī)的外殼都是接地的。因此，發(fā)電機(jī)定子繞組與鐵 芯間的絕緣在某一點(diǎn)上遭到破壞，就有可能發(fā)生單相接地故障。當(dāng)接地電流 較大在故障點(diǎn)引起電弧時(shí)，將破壞定子繞組的絕緣與燒壞鐵心，嚴(yán)重時(shí)燒傷 發(fā)電機(jī)。所以把不產(chǎn)生電弧的單相接地電流稱為安全電流，具大小與發(fā)電機(jī) 額定電壓有關(guān)。發(fā)電機(jī)額定電壓越高，其安全電流越小，反之亦然。發(fā)電機(jī) 中性點(diǎn)一般不接地或經(jīng)消弧線圈接地，當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部單相接地時(shí)，流經(jīng)接地 點(diǎn)的電流為發(fā)電機(jī)和與發(fā)電機(jī)有直接電聯(lián)系的各元件的對地電容電流之和。 根據(jù)規(guī)程規(guī)定，當(dāng)發(fā)電機(jī)的接地電容電流等于或大于

43、其安全電流時(shí)，應(yīng)裝設(shè) 動(dòng)作于跳閘的接地保護(hù)；當(dāng)接地電流小于安全電流時(shí)，一般裝設(shè)作用于信號 的接地保護(hù)。下面介紹由基波零序電壓和三次諧波電壓構(gòu)成的100%£子接地保護(hù)。一保護(hù)的原理分析基波零序電壓和三次諧波構(gòu)成的100%t子接地保護(hù)由兩局部組成：一局 部是基波電壓保護(hù)，另一局部是三次諧波電壓保護(hù)，即基波零序電壓保護(hù)來 反響發(fā)電機(jī)85%-95%勺定子繞組單相接地，由三次諧波電壓保護(hù)來反響發(fā)電 機(jī)中性點(diǎn)附近定子繞組的單相接地。為提高可靠性，兩局部的保護(hù)區(qū)應(yīng)重疊。 無論發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)有無消弧線圈，正常運(yùn)行時(shí)機(jī)端三次諧波電壓U3比中性點(diǎn)側(cè)的三次諧波電壓Ik?。欢诰嘀行渣c(diǎn)50%洞內(nèi)接地時(shí)，&am

44、p;>5?；阈螂妷汉腿沃C波構(gòu)成的100%t子接地保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)為： 3U>U,setU3/U3>K,set式中：3U 0為發(fā)電機(jī)機(jī)端零序電壓；U 0, set為基波零序電壓整定值；U S3和Un3分別為機(jī)端TVffi中性點(diǎn)TVF 口三角形開口繞組輸出的三次諧波分量；K3,set為三次諧波比例整定值。零序電壓判據(jù)和三次諧波判據(jù)各有獨(dú)立的出口回路，以滿足不同配置的 要求。利用三次諧波構(gòu)成的接地保護(hù)，由于反響中性點(diǎn)側(cè)附近定子繞組的單 相接地故障，在該保護(hù)XB內(nèi)定子繞組單相接地時(shí)，零序電壓較小，該保護(hù)動(dòng) 作于信號；由于反響機(jī)端零序電壓的接地保護(hù) XB內(nèi)發(fā)生接地故障時(shí)，零序電 壓

45、較大，該保護(hù)可動(dòng)作于跳閘或信號。二保護(hù)的整定原如此1 .三次諧波電壓保護(hù)：設(shè)正常運(yùn)行時(shí)，三次諧波電壓比值為K3實(shí)測最大值，如此取K3,set (1.05 1.15)K32 .基波零序電壓保護(hù)該保護(hù)的動(dòng)作電壓按躲過正常運(yùn)行時(shí)中性點(diǎn)側(cè)但想電壓互感器或機(jī)端電 壓互感器開口三角形繞組的最大不平衡電壓整定，即：U op,0KrelUnub,max式中Uop,0 基波零序電壓保護(hù)整定值Krel 可靠系數(shù)，取1.U nub,max 一實(shí)測基波不平衡電壓當(dāng)Uop,。 10V時(shí)，應(yīng)校驗(yàn)高壓系統(tǒng)接地短路時(shí)傳遞到機(jī)端的基波零序電壓，以防止保護(hù)誤動(dòng)作。三、保護(hù)動(dòng)作邏輯框圖圖3-2-1 100%定子接地保護(hù)邏輯框圖當(dāng)機(jī)

46、端TVS中性點(diǎn)TVF口三角形開口繞組輸出的三次諧波分量之比大于 三次諧波比例整定值時(shí)，經(jīng)延時(shí)動(dòng)作于信號；當(dāng)發(fā)電機(jī)機(jī)端零序電壓大于基 波零序電壓整定值時(shí)保護(hù)經(jīng)延時(shí)可動(dòng)作于信號或跳閘二、轉(zhuǎn)子回路一點(diǎn)接地保護(hù)發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子回路對地之間有一定的絕緣電容和分布電阻。 當(dāng)轉(zhuǎn)子回路發(fā)生一點(diǎn)接地故障時(shí)，由于沒有形成電流回路，對發(fā)電機(jī)運(yùn)行沒 有直接影響；一旦發(fā)電機(jī)發(fā)生轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地后，勵(lì)磁繞組將形成短路，使轉(zhuǎn) 子磁場畸變，引起機(jī)體強(qiáng)烈震動(dòng)，嚴(yán)重?fù)p壞發(fā)電機(jī)。因此，有關(guān)規(guī)程要求發(fā) 電機(jī)必須裝有轉(zhuǎn)子回路一點(diǎn)接地保護(hù)，動(dòng)作于信號；裝設(shè)轉(zhuǎn)子回路兩點(diǎn)接地 保護(hù)，動(dòng)作于跳閘。具體見上節(jié)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)局部。三、主變壓器接地

47、保護(hù)變壓器的接地保護(hù)又稱變壓器的零序保護(hù)用于中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中的電力變壓器，以反響變壓器高壓繞組、引出線上的接地短路，并作為變 壓器主保護(hù)和相鄰母線、線路接地故障的后備保護(hù)。電力變壓器的接地保護(hù)通常由主變壓器零序電壓3Uo元件、主變壓器零序電流31。元件、主變壓器 間隙零序電流31。元件與時(shí)間元件構(gòu)成，根據(jù)變壓器中性點(diǎn)的接地方式進(jìn)展 選擇配置。本論文所選變壓器為中性點(diǎn)可能接地也可能不接地運(yùn)行的變壓器。對于中性點(diǎn)可能接地也可能不接地運(yùn)行的每臺變壓器，具接地保護(hù)需配 兩套，一套作為中性點(diǎn)接地運(yùn)行方式時(shí)的接地保護(hù)，另一套用于中性點(diǎn)不接 地運(yùn)行方式時(shí)的接地保護(hù)。中性點(diǎn)接地運(yùn)行方式時(shí)的接地保護(hù)通常采用

48、兩段 式零序過電流保護(hù)，而中性點(diǎn)不接地運(yùn)行方式時(shí)的接地保護(hù)通常采用零序過 電壓保護(hù)。這種保護(hù)的整定計(jì)算、動(dòng)作時(shí)限等與變壓器中性絕緣水平、過電 壓保護(hù)方式與并聯(lián)運(yùn)行的變壓器臺數(shù)有關(guān)。本論文中選用分級絕緣且中性點(diǎn) 裝設(shè)放電間隙的變壓器。根據(jù)分級絕緣變壓器接地保護(hù)動(dòng)作行為的要求，對于分級絕緣且中性點(diǎn) 裝設(shè)放電間隙的變壓器接地保護(hù)的配置為：兩段式零序過電流保護(hù)用于中性 點(diǎn)直接接地運(yùn)行；放電間隙零序過電流與零序過電壓保護(hù)，用于變壓器中性 點(diǎn)經(jīng)放電間隙接地運(yùn)行方式。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，中性點(diǎn)經(jīng)放電問 隙接地運(yùn)行的變壓器以無時(shí)限的間隙零序過電流跳開母線聯(lián)絡(luò)斷路器或高壓 側(cè)斷路器；假如放電間隙零序過電流

49、保護(hù)未動(dòng)作，如此以帶時(shí)限的零序過電 壓保護(hù)跳開母線聯(lián)絡(luò)斷路器或高壓側(cè)斷路器；中性點(diǎn)直接接地變壓器仍以較 短時(shí)限跳開母線聯(lián)絡(luò)斷路器，以較長時(shí)限跳開直接接地變壓器高壓側(cè)斷路器。 其原理圖見圖3-2-2 。圖3-2-2分級絕緣變壓器零序保護(hù)原理框圖第三節(jié)反映異常運(yùn)行的保護(hù)一、發(fā)電機(jī)定子對稱過負(fù)荷保護(hù)發(fā)電機(jī)對稱過負(fù)荷保護(hù)用于大中型發(fā)電機(jī)組作為對稱過流和對稱過負(fù)荷 保護(hù)，接成三相式，取其中的最大相電流判別。主要保護(hù)發(fā)電機(jī)定子繞組的 過負(fù)荷或外部故障引起的定子繞組過電流，由定時(shí)限過負(fù)荷和反時(shí)限過流兩 局部組成；定時(shí)限局部，經(jīng)延時(shí)動(dòng)作于信號，有條件時(shí)可作用于自動(dòng)減負(fù)荷; 反時(shí)限局部按反時(shí)限特性動(dòng)作于跳閘。定

50、時(shí)限過負(fù)荷按發(fā)電機(jī)長期允許的負(fù)荷電流能可靠返回的條件整定。反 時(shí)限過流按定子繞組允許的過流能力整定。發(fā)電機(jī)定子繞組承受的短時(shí)過電 流倍數(shù)與允許持續(xù)時(shí)間的關(guān)系為：K t I*2 (1 a)式中：K 定子繞組過負(fù)荷常數(shù)I* 定子額定電流為基準(zhǔn)的標(biāo)幺值a 與定子繞組溫升特性和溫度裕度有關(guān)，一般為保護(hù)特性曲線見圖3-3-1 ,邏輯框圖見圖圖3-3-2 。圖3-3-1定子對稱過負(fù)荷保護(hù)特性曲線圖3-3-2定子過負(fù)荷保護(hù)邏輯框圖二、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子表層過負(fù)荷保護(hù)原理當(dāng)發(fā)電機(jī)三相負(fù)荷不對稱或系統(tǒng)發(fā)生不對稱短路時(shí)，定子繞組中的負(fù)序 電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，該磁場旋轉(zhuǎn)的方向與轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方向相反，以兩倍同步速 度切割轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子

51、中感應(yīng)出100Hz交變電流，該電流使轉(zhuǎn)子本體、端部、護(hù) 環(huán)內(nèi)外表等處因電流密度過大而過熱灼傷，甚至引起護(hù)環(huán)松脫導(dǎo)致發(fā)生重大 事故。另外，在定子轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生的100Hz交變電磁力矩的作用下，機(jī)組會(huì) 發(fā)生振動(dòng)。為防止以上事故的發(fā)生，發(fā)電機(jī)應(yīng)裝設(shè)轉(zhuǎn)子表層負(fù)序過負(fù)荷保護(hù)， 即反時(shí)限負(fù)序電流保護(hù)。同時(shí)，該保護(hù)還可以兼作系統(tǒng)不對稱故障的后備保 護(hù)。大型發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子表層負(fù)序過負(fù)荷保護(hù)，一般由定時(shí)限負(fù)序電流保護(hù)反 時(shí)限負(fù)序電流保護(hù)兩局部組成。定時(shí)限負(fù)序電流保護(hù)動(dòng)作于信號，反時(shí)限負(fù) 序電流保護(hù)動(dòng)作于跳閘。定時(shí)限負(fù)序電流保護(hù)的動(dòng)作電流，按在發(fā)電機(jī)長期允許的負(fù)荷電流下能可靠返回的條件整定。反時(shí)限負(fù)序電流保護(hù)的動(dòng)作電

52、流 應(yīng)與發(fā)電機(jī)承受負(fù)序電流的能力相配合。三、轉(zhuǎn)子過負(fù)荷保護(hù)轉(zhuǎn)子過負(fù)荷保護(hù)用于大型發(fā)電機(jī)組作為轉(zhuǎn)子勵(lì)磁回路過流和過負(fù)荷保 護(hù)，兼作交流勵(lì)磁機(jī)的后備保護(hù)，接成三相式。由定時(shí)限過負(fù)荷和反時(shí)限過 流兩局部組成，定時(shí)限局部經(jīng)延時(shí)動(dòng)作于信號，反時(shí)限局部動(dòng)作于解列滅磁定時(shí)限過負(fù)荷保護(hù)的電流元件按正常運(yùn)行額定勵(lì)磁電流下能可靠返回的 條件整定；反時(shí)限過流按轉(zhuǎn)子繞組允許的過熱條件決定，其關(guān)系式為：tI*2(1 a)式中：K轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷常數(shù)，整定X圍1100;I*發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路整流器交流側(cè)電流的標(biāo)么值;a 與轉(zhuǎn)子繞組溫升特性和溫度裕度有關(guān)，一般為。四、失磁保護(hù)發(fā)電機(jī)失磁通常是指發(fā)電機(jī)勵(lì)磁異常下降或勵(lì)磁完全消失的故

53、障。勵(lì)磁 異常下降指發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的降低超過了靜態(tài)穩(wěn)定極限所允許的程度，使發(fā) 電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行遭到破壞。造成勵(lì)磁異常下降的原因通常是由于主勵(lì)磁機(jī)故障; 誤操作的過量調(diào)整等。完全勵(lì)磁消失就是發(fā)電機(jī)失去勵(lì)磁電源，通常由于自 動(dòng)滅磁開關(guān)誤跳閘、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器整流裝置中自動(dòng)開關(guān)誤跳閘、勵(lì)磁繞組斷線 或端口短路等原因引起。對于不允許失磁后繼續(xù)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)，失磁保護(hù)應(yīng) 動(dòng)作于跳閘。當(dāng)發(fā)電機(jī)允許失磁運(yùn)行時(shí)保護(hù)可動(dòng)作于信號，并要求失磁保護(hù) 與切換勵(lì)磁、自動(dòng)減負(fù)荷等自動(dòng)控制相結(jié)合，以取得發(fā)電機(jī)失磁后的最好處 理效果。發(fā)電機(jī)失磁對發(fā)電機(jī)本身的影響主要有：1、由于發(fā)動(dòng)機(jī)失磁后出現(xiàn)轉(zhuǎn)差 在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路中出現(xiàn)差頻電流，差頻電

54、流在轉(zhuǎn)子回路中產(chǎn)生損耗，如果超 出允許值,將使轉(zhuǎn)子過熱。特別是直接冷卻的高力率大型機(jī)組 ，其熱容量裕度 相對降低，轉(zhuǎn)子更容易過熱。而轉(zhuǎn)子表層的差頻電流，還可能使轉(zhuǎn)子本體槽楔、 護(hù)環(huán)的接觸面上發(fā)生嚴(yán)重的局部過熱甚至灼傷；2、失磁發(fā)電機(jī)進(jìn)入異步運(yùn)行之后，發(fā)電機(jī)的等效電抗降低，從電力系統(tǒng)中吸收無功功率，失磁前帶的有 功功率越大，轉(zhuǎn)差就越大，等效電抗就越小，所吸收的無功功率就越大。在重負(fù) 荷下失磁后，由于過電流，將使發(fā)電機(jī)定子過熱；3、對于直接冷卻高力率的大 型汽輪發(fā)電機(jī)，具平均異步轉(zhuǎn)矩的最大值較小，慣性常數(shù)也相對降低，轉(zhuǎn)子在 縱軸和橫軸方面，也呈較明顯的不對稱。由于這些原因，在重負(fù)荷下失磁后， 這種發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩、有功功率要發(fā)生劇烈的周期性擺動(dòng)，將有很大甚至超過額 定值的電機(jī)轉(zhuǎn)矩周期性地作用到發(fā)電機(jī)的軸系上，并通過定子傳遞到機(jī)座上。 此時(shí)，轉(zhuǎn)差也作周期性變化，其最大值可能達(dá)到4%5%,發(fā)電機(jī)周期性地嚴(yán) 重超速。這些情況，都直接威脅著機(jī)組的安全；4、失磁運(yùn)行時(shí)，定子端部漏磁 增強(qiáng)，將使端部的部件和邊段鐵芯過熱。邏輯框圖如下：五、逆功率保護(hù)在發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)并列運(yùn)行的情況下，假如汽輪機(jī)主汽門突然關(guān)閉即汽 輪機(jī)處于斷汽運(yùn)行狀態(tài)，而發(fā)電機(jī)出口斷路器未斷開時(shí)，發(fā)電機(jī)將變?yōu)橥?電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，這種情況下對發(fā)電機(jī)并無危險(xiǎn)，但由于尾部殘留的蒸汽與葉片