繼電保護原理第五章課件

1、2022-2-5第5章 元件保護12022-2-5第5章 元件保護25.1.1變壓器的故障與保護配置 變壓器的故障類型油箱內(nèi)部故障：繞組匝間，繞組相間，中性點接地側(cè)的接地短路。油箱外部故障：套管和引出線上發(fā)生的相間短路和接地短路。2022-2-5第5章 元件保護3變壓器的不正常工作情況外部短路引起的過電流；外部短路引起的中性點過壓；過負荷；油面降低；油溫升高；過勵磁。2022-2-5第5章 元件保護4變壓器應(yīng)裝設(shè)的繼電保護裝置一般裝設(shè)以下保護：1.瓦斯保護 2.縱差動保護或電流速斷保護3.相間后備保護4.接地后備保護5.過負荷保護6.過勵磁保護7.其他保護，如冷卻器故障、壓力釋放等2022-2

2、-5第5章 元件保護5瓦斯保護瓦斯保護是變壓器的主保護之一。瓦斯保護的主要元件是瓦斯（氣體）繼電器，安裝位置在油箱與油枕的連接導(dǎo)管中。5.1.2 變壓器的瓦斯保護 瓦斯繼電器油枕2022-2-5第5章 元件保護6下開口杯 上開口杯 干簧觸點 干簧觸點 平衡錘 放氣閥 探針 支架 擋板 進油擋板 永久磁鐵 永久磁鐵 FJ3-80型氣體繼電器的結(jié)構(gòu)圖 2022-2-5第5章 元件保護7QJ1-80型氣體繼電器結(jié)構(gòu)圖 罩 頂針 氣塞 磁鐵 開口杯 重錘 探針 開口銷 彈簧 擋板 磁鐵 螺桿 干簧觸點 調(diào)節(jié)桿 干簧觸點 套管 排氣口 2022-2-5第5章 元件保護8輕瓦斯動作于信號輕瓦斯動作后應(yīng)檢查

3、變壓器油樣，判別故障類型、程度重瓦斯動作于跳閘，同時發(fā)出信號通常氣體容積的整定范圍為250300CM3 一般油流流速整定范圍為0.61.5m/s 2022-2-5第5章 元件保護9 瓦斯保護的主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，靈敏性高，能反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)的各種故障。特別是能反應(yīng)輕微匝間短路。它也是油箱漏油或繞組、鐵芯燒損的唯一保護。 瓦斯保護不能反應(yīng)變壓器套管和引出線的故障，需與縱差動保護一起作為變壓器的主保護。2022-2-5第5章 元件保護105.1.3 變壓器的差動保護KD 變壓器縱差動保護與輸電線路縱聯(lián)差動保護的基本原理相同。TA2TA1一、變壓器縱差動保護的原理 核心問題仍是不平衡電流問題2022

4、-2-5第5章 元件保護115.1.4變壓器縱差動保護不平衡電流產(chǎn)生的原因分析不平衡電流形成原因計算不平衡電流大小整定差動保護動作值躲過不平衡電流影響減小不平衡電流采取技術(shù)措施降低動作值，提高靈敏度2022-2-5第5章 元件保護12變壓器差動保護不平衡電流產(chǎn)生的原因有：TA勵磁特性不一致變壓器各側(cè)電流不同相TA變比標(biāo)準(zhǔn)化調(diào)整分接頭勵磁電流及勵磁涌流差動保護共同問題變壓器差動保護特殊問題2022-2-5第5章 元件保護13TA勵磁特性不一致TA勵磁電流TA誤差TA勵磁電流差異差動保護不平衡電流不平衡電流經(jīng)驗公式unbster 1TA/IK K IK同型系數(shù)TA誤差10一次電流TA變比取1變壓器

5、差動保護特點為：TA同型系數(shù)取12022-2-5第5章 元件保護14變壓器各側(cè)電流不同相 對于Y，d11型變壓器，正常運行時d側(cè)電流超前Y側(cè)電流300，形成不平衡電流。方法1.“外轉(zhuǎn)角”變壓器Y側(cè)電流互感器的二次繞組接成三角形，d側(cè)的三個電流互感器接成星形。對策：相位補償在保護外將相位補償過來將變壓器各側(cè)二次電流調(diào)整為同相2022-2-5第5章 元件保護15cbaCBAKD1KD2KD3一次電流YYYA1B1C1III、YYYA2B2C2III、二次電流一次電流A1B1C1III、A2B2C2III、二次電流2022-2-5第5章 元件保護16 一次電流縱差動保護電流相量圖二次電流YC1IYB

6、1IYA1IYA2IYB2IYC2IYYA2B2IIYYB2C2IIYYC2A2IIA1IB1IC1IA2IB2IC2I同相Y側(cè)側(cè)不同相2022-2-5第5章 元件保護17采用相位補償接線后，對于TA接成三角形的一側(cè)，流入差動臂的電流增加了，應(yīng)對該側(cè)的TA變比進行修正。( )( )35TN YTA YIK5)()(TNTAIK變壓器星形側(cè)電流互感器變比 變壓器三角形側(cè)電流互感器變比 2022-2-5第5章 元件保護18方法2.“內(nèi)轉(zhuǎn)角”在保護內(nèi)部采用軟件算法進行相位補償變壓器各側(cè)電流互感器均接成星形。AA0BB0CC0()()()IIIIIIIII PST1200采用RCS978采用AACBB

7、ACCB()/3()/3()/3IIIIIIIII 主變Y側(cè)主變側(cè)AABBBCCCA()/3()/3()/3IIIIIIIII 主變Y側(cè)主變側(cè)不變換2022-2-5第5章 元件保護19！無論哪種相位補償方式應(yīng)保證差動電流中不含零序成分外部發(fā)生接地故障時，零序電流僅流過變壓器高壓側(cè)，不去除零序電流則會產(chǎn)生差動電流，導(dǎo)致保護誤動變壓器高壓側(cè)發(fā)生接地故障時，盡管差動電流中不含零序電流，但由于有正序、負序故障電流，差動保護可以動作，靈敏度有所降低。為提高接地故障靈敏度，聯(lián)絡(luò)變可設(shè)專門的零序電流差動保護（簡稱零差）。2022-2-5第5章 元件保護20TA變比標(biāo)準(zhǔn)化3 120/5207.8/5觀察算例：

8、2022-2-5第5章 元件保護21TA變比標(biāo)準(zhǔn)化問題解決方法：老式電磁型差動繼電器（如BCH、DCD系列）：使用平衡繞組Wbal,同時在整定時考慮fI1，f為平衡線圈選取誤差，取0.05微機型變壓器保護：軟件算法中引入補償系數(shù)平衡二次電流采樣值電流二次回路串入自耦變流器，微調(diào)二次電流2022-2-5第5章 元件保護22調(diào)整分接頭變壓器調(diào)整分接頭時一側(cè)額定電流改變，而另一側(cè)電流不變，產(chǎn)生不平衡電流解決方法：計算變壓器額定電流以中間的分接頭為準(zhǔn)，整定動作電流時考慮調(diào)壓范圍的一半。k.maxunb.maxTAUIIn調(diào)壓范圍的一半最大外部故障電流2022-2-5第5章 元件保護23勵磁電流及勵磁涌

9、流勵磁電流屬于不平衡電流。勵磁電流較小，210額定電流，整定時很容易躲過。變壓器空載合閘或外部故障切除時，電壓突變，變壓器產(chǎn)生勵磁涌流，對差動保護影響很大。如何躲避勵磁涌流影響，是研究變壓器差動保護面臨的主要難點之一。2022-2-5第5章 元件保護24勵磁涌流產(chǎn)生的原因根據(jù)能量守恒定律，鐵芯中的磁通不能突變。+ m- m suruperaperT/2Tt t,u變壓器 .m =2 m+ surper+aper+ surper周期分量穩(wěn)態(tài)磁通aper非周期分量暫態(tài)磁通sur剩磁當(dāng)電壓突變時2022-2-5第5章 元件保護25tt .mimiim tt .m半周波后磁通達到最大由于鐵芯飽和電流激

10、增im2022-2-5第5章 元件保護26勵磁涌流錄波（空載合閘）2022-2-5第5章 元件保護27必須研究勵磁涌流與短路電流的波形區(qū)別，利用電流波形識別勵磁涌流，當(dāng)發(fā)生勵磁涌流時閉鎖差動保護，防止誤動。勵磁涌流幅值可達5-10倍額定電流，與短路電流相當(dāng)。勵磁涌流隨著磁通中非周期分量一起衰減，最后消失，勵磁電流回到正常值，涌流衰減時間為秒級。差動保護以動作電流躲過，會導(dǎo)致內(nèi)部故障拒動差動保護以動作時間躲過，故障切除時間過長2022-2-5第5章 元件保護28勵磁涌流的波形特點3.波形存在間斷角。2.含有大量高次諧波，其中以二次諧波成分為主。1.含有較大的非周期分量；波形偏于時間軸一側(cè)，嚴重不

11、對稱。2022-2-5第5章 元件保護29防止勵磁涌流引起縱差保護誤動的措施2. 波形不對稱識別1.采用帶速飽和變流器的差動繼電器BCH、DCD系列老式電磁型繼電器，當(dāng)差動電流中直流分量含量較高時自動提高動作電流（即具有“直流助磁”特性），防止保護誤動。4.波形間斷角鑒別微機保護可以識別差動電流的正負半周是否對稱，當(dāng)電流波形嚴重不對稱時判為勵磁涌流情況，閉鎖差動保護。3. 二次諧波閉鎖（制動）差動電流中二次諧波含量較高時閉鎖差動保護；或自動提高動作電流，二次諧波越大，動作電流提高越多。差動電流波形中間斷角達到一定值（如600）以上時，閉鎖差動保護。2022-2-5第5章 元件保護30勵磁涌流產(chǎn)

12、生原因勵磁涌流波形特點防止勵磁涌流影響方法電壓突變，磁通不能突變，產(chǎn)生暫態(tài)磁通，鐵芯嚴重飽和，勵磁電流激增含有很大非周期分量，波形嚴重不對稱含有較大二次諧波分量波形具有間斷角直流助磁，識別波形不對稱二次諧波閉鎖（制動）間斷角鑒別識別波形不對稱空載合閘或外部故障切除時，2022-2-5第5章 元件保護31不平衡電流產(chǎn)生原因TA勵磁特性不一致變壓器各側(cè)電流不同相TA變比標(biāo)準(zhǔn)化調(diào)整分接頭勵磁電流及勵磁涌流技術(shù)措施整定計算考慮.maxk.maxunbfII 比率制動00.maxSTL.max(10)unbIKUf I00Sk.maxT10IK00SL.maxT10IK相位補償.maxk.maxunbU

13、II 系數(shù)補償（平衡線圈）0.051調(diào)壓范圍一半波形不對稱識別二次諧波間斷角綜上所述，整定用平衡線圈匝數(shù)必須為整數(shù)引起的誤差，微機保護可不考慮2022-2-5第5章 元件保護32電磁型差動繼電器以前蘇聯(lián)BCH系列（國產(chǎn)對應(yīng)型號為DCD）為代表笨重、靈敏度低、內(nèi)部故障時延時較多、調(diào)試復(fù)雜共同特點：帶有速飽和鐵芯的變流器變流器：差動電流不直接流入繼電器線圈， 經(jīng)過變流器可以濾除差動電流中非周期分量2022-2-5第5章 元件保護33速飽和鐵芯：變流器鐵芯容易飽和。差動電流中非周期分量不能變換至二次側(cè)，全部用于鐵芯勵磁，使鐵芯迅速飽和。減小電流變送比，相當(dāng)于提高動作電流。直流助磁特性：差動電流中直流

14、分量較大時自動提高動作電流K.dcK.actIKIK.actK.act.0II1o動作電流倍數(shù)直流分量含量2022-2-5第5章 元件保護34直流助磁特性作用：躲避勵磁涌流發(fā)生勵磁涌流時，由于差動電流中直流分量較大，動作電流提高很多，躲過了勵磁涌流。直流助磁特性缺點：發(fā)生內(nèi)部故障時，由于短路初瞬直流分量可能較大，動作電流提高很多，差動保護無法動作，要等到非周期分量衰減后、動作電流回落，保護才動作。2022-2-5第5章 元件保護35BCH-2型繼電器特點：帶有短路線圈Wk短路線圈Wk使直流助磁曲線更陡，加強了躲避勵磁涌流的能力。同時改變短路線圈Wk抽頭位置，可以調(diào)節(jié)直流助磁特性。K.dcK.a

15、ctIKIK.actK.act.0II1o無短路線圈Wk為A1-A2B1-B2C1-C2D1-D2WKWK2022-2-5第5章 元件保護36BCH系列繼電器均帶有2個平衡線圈Wbal平衡線圈Wbal串入二次電流較小的一側(cè)，可以減小TA變比標(biāo)準(zhǔn)化形成的不平衡電流平衡線圈Wbal還可以與差動線圈串聯(lián)、構(gòu)成工作線圈，調(diào)整差動保護動作電流。BCH-1型繼電器均帶有1組制動線圈Wbrk，動作電流具有制動特性，躲避外部故障穿越電流形成的不平衡電流能力較強。制動特性作用同線路縱聯(lián)差動保護。BCH-4型繼電器均帶有4組制動線圈Wbrk，可用于三卷變壓器。2022-2-5第5章 元件保護37部件作用BCH-1

16、BCH-2BCH-4速飽和鐵芯變流器直流助磁特性，躲避勵磁涌流差動線圈產(chǎn)生動作磁勢（安匝）二次線圈驅(qū)動執(zhí)行元件平衡線圈減小TA變比標(biāo)準(zhǔn)化形成的不平衡電流，改變動作電流2個2個2個短路線圈加強直流助磁特性，躲避勵磁涌流無無制動線圈躲避外部故障穿越電流形成的不平衡電流1個無4個BCH系列繼電器小結(jié)2022-2-5第5章 元件保護38差動保護整定方法與差動繼電器（元件）類型有很大關(guān)系，各有特點。BCH-2型繼電器構(gòu)成差動保護整定步驟確定TA接線形式，變比，計算各側(cè)二次額定電流確定差動保護動作電流（一次）計算值確定差動保護動作電流（二次）計算值確定差動繼電器工作線圈匝數(shù)，二次動作電流確定差動繼電器平衡

17、線圈匝數(shù)，校驗誤差確定短路線圈匝數(shù)校驗靈敏度按變壓器容量選：容量大，直流助磁曲線應(yīng)平緩些，選A1-A2或B1-B2；反之選C1-C2或D1-D2躲過TA二次斷線、勵磁涌流、外部故障電流影響2022-2-5第5章 元件保護395.1.5 主變差動保護實現(xiàn)關(guān)鍵點：采用比例制動技術(shù)提高躲避外部故障穿越性短路電流形成的不平衡電流利用二次諧波、波形不對稱等判據(jù)防止勵磁涌流導(dǎo)致變壓器差動保護誤動2022-2-5第5章 元件保護40比率制動問題比率制動為差動保護通常采用的技術(shù)措施，目的是克服外部故障穿越性電流形成的不平衡電流。第4章縱聯(lián)保護中已經(jīng)介紹了線路差動保護采用的比率制動特性。線路差動、變壓器差動、發(fā)

18、電機縱差（本章第2節(jié)）、母線差動（本章第3節(jié)）中采用的比率制動原理是一樣的。目前幾乎所有的線路、變壓器、發(fā)電機、母線差動保護均具有比率制動特性。2022-2-5第5章 元件保護41dMNIII差動電流dMNunbF.maxIIIIKI正常運行及外部故障時，dMNFIIII內(nèi)部故障時，動作條件：外部故障時不誤動dactunb.maxIII線路縱差0.5 10%0.05sterKK K變壓器縱差()(1 10%0.05)(0.15)sterKK KUfUU 共同的差動原理2022-2-5第5章 元件保護42討論外部故障情況dunbF.maxIIKI無比率制動時整定過程有比率制動時整定過程動作區(qū)動作

19、區(qū)2022-2-5第5章 元件保護43制動特性：動作電流不是常數(shù)，與制動電流有關(guān)思路：取短路電流為制動量，當(dāng)短路電流增加時，不平衡電流增大，但因為制動電流增加、動作電流提高，可以使動作電流始終高于不平衡電流，防止差動保護誤動。各種比率制動方法區(qū)別在于制動電流的選取及制動特性曲線。2022-2-5第5章 元件保護44以一個實例進行討論，取某一側(cè)電流為制動電流，特性為IactKbrk且IactIact.0。注意外部故障與內(nèi)部故障情況下dbrk/II2022-2-5第5章 元件保護45外部故障時，dunbkbrkIIKIKIdbrk/IIK內(nèi)部故障時，dFFbrk(1)(1)IIIIdbrk/1II

20、折線段動作特性actbrkbrkIKIactbrkbrk/IIK靈敏度較低，很難滿足要求，實際應(yīng)用較少2022-2-5第5章 元件保護552022-2-5第5章 元件保護56保護原理relsetN.TreKIIKU.0.7setN TUU加設(shè)了電壓元件，電流保護部分動作值較過電流保護低，靈敏度有所提高2022-2-5第5章 元件保護572022-2-5第5章 元件保護58保護原理 電流保護部分與低電壓起動過電流保護相同。電壓部分由2部分組成：負序過電壓，反應(yīng)不對稱故障2.N.T0.06setUU單相式低電壓，反應(yīng)對稱故障.0.7setN TUU與低電壓起動過電流保護相比，電流部分動作值、靈敏度

21、一樣；電壓部分靈敏度提高2022-2-5第5章 元件保護592022-2-5第5章 元件保護60對于大容量變壓器，采用復(fù)合電壓起動過電流保護，保護的靈敏系數(shù)可能不滿足要求?？刹捎秘撔螂娏鞅Ｗo。該保護由兩部分組成：負序電流部分：反應(yīng)不對稱故障；低電壓起動過電流部分：反應(yīng)對稱故障。2022-2-5第5章 元件保護612022-2-5第5章 元件保護62更大型的升壓變壓器和系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器還可采用低阻抗保護，類似Z過負荷時三相對稱，過負荷保護只需反應(yīng)某一相電流。過負荷保護經(jīng)延時5-10s動作于信號。.relsetN TreKIIK2022-2-5第5章 元件保護63 外部接地故障對變壓器的危害： 中性

22、點接地變壓器：過流中性點及高壓側(cè)繞組流過故障電流 中性點不接地變壓器：中性點過壓中性點對地電壓為高壓母線處零序電壓2022-2-5第5章 元件保護64除500kV、自耦變，變壓器中性點可接地運行也可不接地運行。 變壓器中性點是否接地（運行方式）取決于：變壓器中性點的絕緣水平 絕緣水平較低的變壓器中性點必須接地運行 如500kV主變 變壓器結(jié)構(gòu) 如自耦變中性點必須接地運行電網(wǎng)結(jié)構(gòu) 變壓器中性點接地設(shè)置應(yīng)保證接地故障時健全相電壓不過壓、零序電流水平適當(dāng)及相對穩(wěn)定 2022-2-5第5章 元件保護65變壓器接地后備保護判據(jù)中性點接地運行變壓器 零序過電流 3I0中性點不接地運行變壓器 零序過電壓 3

23、U0 放電間隙過流為保護變壓器中性點，一般在中性點裝設(shè)放電間隙中性點必須接地運行的變壓器 配置零序過電流 3I0中性點可接地或不接地運行的變壓器 配置零序過電流，零序過電壓，放電間隙過流2022-2-5第5章 元件保護66注意縮小故障范圍 變壓器后備保護動作首先切除母聯(lián)、分段。注意選跳順序全級絕緣變壓器、中性點帶放電間隙的分級絕緣變壓器中性點耐壓能力較好先切除中性點接地運行主變，再切除中性點不接地運行主變中性點不帶放電間隙的分級絕緣變壓器中性點耐壓能力較差先切除中性點不接地運行主變，再切除中性點接地運行主變2022-2-5第5章 元件保護67中性點直接接地運行變壓器的接地保護配置兩段零序電流保

24、護，分別與線路零序、段配合每段設(shè)置兩個延時，短延時t1、t3切除母聯(lián)、分段，長延時t2、t4跳主變st15 . 01ttt12tttmax3ttt34 相鄰線路零序段最長動作時間2022-2-5第5章 元件保護683I0II3I0It10t30t40T1T3T4QF1母聯(lián)解列（跳QF）跳主變（跳QF1、2）QFQF1TAQET2t20QF2防止主變未并列時因高壓側(cè)接地誤跳母聯(lián)2022-2-5第5章 元件保護690.0.IIsetmetbraset LIKKI零序段起動電流按與相鄰元件零序電流段配合整定，即 配合系數(shù)，取1.11.2； 零序電流分支系數(shù)相鄰元件零序電流I段起動電流零序電流分支系數(shù)

25、等于最大運行方式下在相鄰元件I段保護范圍末端發(fā)生單相接地短路時，流過本線路的零序電流與流過相鄰元件的零序電流之比 2022-2-5第5章 元件保護700.0.setmetbraset LIKKI零序段起動電流按與相鄰元件零序電流段配合整定，即 配合系數(shù)，取1.11.2； 零序電流分支系數(shù)相鄰元件零序電流段起動電流零序電流分支系數(shù)等于最大運行方式下在相鄰元件段保護范圍末端發(fā)生單相接地短路時，流過本線路的零序電流與流過相鄰元件的零序電流之比 2022-2-5第5章 元件保護71中性點可接地或不接地運行時變壓器接地保護1.全級絕緣變壓器零序電流保護，配置與中性點直接接地變壓器相同零序電壓保護，動作電

26、壓較高，180-200V僅當(dāng)中性點接地變壓器切除后，零序電壓升高，才能動作。可見：先切除中性點接地運行變壓器，再切除中性點不接地變壓器03U03U升高2022-2-5第5章 元件保護720.3-0.5s抗干擾2022-2-5第5章 元件保護73中性點裝設(shè)放電間隙的分級絕緣變壓器保護配置：在全級絕緣變壓器接地保護上增加了一個放電間隙保護當(dāng)放電間隙擊穿，放電電流超過100A時，則不需要等中性點接地運行主變跳閘，直接跳開中性點不接地變壓器。除放電間隙保護，零序電流、電壓保護與全級絕緣的變壓器接地保護相同。2022-2-5第5章 元件保護74跳主變跳主變放電間隙保護2022-2-5第5章 元件保護75

27、5.1.85.1.8數(shù)字式變壓器保護測控裝置數(shù)字式變壓器保護測控裝置 主要配置：差動保護相間后備保護接地后備保護非電量保護 瓦斯、油溫異常、冷卻故障等*220kV斷路器三相不一致保護差動速斷保護*220kV斷路器失靈保護*自耦變公共繞組過負荷根據(jù)具體情況還有*過激磁保護2022-2-5第5章 元件保護762022-2-5第5章 元件保護77PST12002022-2-5第5章 元件保護78測控裝置功能： 遙測：將主變各側(cè)電流、電壓量轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號上傳至后臺及調(diào)度中心 遙信：將主變各側(cè)斷路器、刀閘、主變冷卻系統(tǒng)、主變本體、調(diào)壓機構(gòu)、變壓器保護等發(fā)出的開關(guān)量信號上傳至后臺及調(diào)度中心 遙調(diào)：有載調(diào)壓

28、變壓器可以由測控裝置將網(wǎng)絡(luò)傳來的調(diào)壓命令轉(zhuǎn)為接點形式送調(diào)壓機構(gòu)執(zhí)行 遙控：由測控裝置將網(wǎng)絡(luò)傳來的斷路器及刀閘的分、合閘命令轉(zhuǎn)為接點形式送保護操作箱或刀閘操作回路執(zhí)行 2022-2-5第5章 元件保護79第一層： PST-1210三側(cè)操作箱及本體保護第二層：PST-1203A二次諧波差動保護第三層： PST-1204C三側(cè)后備保護保護第四層：PSR-651變壓器綜合測控單元110kV主變保護一般配1面柜配置實例2022-2-5第5章 元件保護80220kV主變保護一般配2面柜主保護雙重化配置實例A柜B柜PST-1202A二次諧波原理主保護、后備保護一體PST-1222高壓側(cè)操作箱打印機PST-1

29、202B波形對稱原理的差動打印機PST-1210中低操作箱及非電氣量保護2022-2-5第5章 元件保護81差動保護二次諧波差動保護波形對稱差動保護穩(wěn)態(tài)差動保護工頻變化量差動保護零序電流差動保護間斷角鑒別差動保護差動速斷保護靈敏度高，能反應(yīng)輕微匝間短路用于聯(lián)絡(luò)變，提高接地故障靈敏度動作電流大，不帶勵磁涌流閉鎖，防止內(nèi)部故障電流過大使TA嚴重飽和，電流畸變導(dǎo)致差動保護誤閉鎖而拒動2022-2-5第5章 元件保護82五次諧波與二次諧波一樣也用于勵磁涌流鑒別2022-2-5第5章 元件保護83五次諧波與二次諧波一樣也用于勵磁涌流鑒別2022-2-5第5章 元件保護84變壓器后備保護應(yīng)當(dāng)注意出口方式，

30、并不是所有的后備保護均動作于跳變壓器各側(cè)。例如三卷變低壓側(cè)后備保護動作應(yīng)先跳開低壓側(cè)母聯(lián)或分段開關(guān)，再跳開變壓器低壓側(cè)斷路器，變壓器高壓側(cè)、中壓側(cè)繼續(xù)運行。變壓器后備保護配置方案、出口跳閘邏輯均需要針對變壓器、一次主接線具體情況進行設(shè)計。詳細設(shè)計內(nèi)容十分復(fù)雜，可在課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)深入地學(xué)習(xí)。2022-2-5第5章 元件保護85配置例12022-2-5第5章 元件保護86配置例22022-2-5第5章 元件保護87配置例32022-2-5第5章 元件保護88110kV變壓器保護測控柜實例2022-2-5第5章 元件保護892022-2-5第5章 元件保護905.2.1 發(fā)電機的故障類型、異

31、常工作情況和繼電保護方式相間短路匝間短路接地短路一點接地二點接地2022-2-5第5章 元件保護91相間短路匝間短路單相接地短路定子繞組縱差動保護匝間短路保護定子接地保護轉(zhuǎn)子一點接地保護轉(zhuǎn)子兩點接地保護一點接地兩點接地轉(zhuǎn)子繞組故障類型及保護配置2022-2-5第5章 元件保護92失磁失磁保護異常工作情況及保護配置定子繞組過電流及過負荷相間短路后備保護、過負荷保護定子繞組過電壓定子繞組過電壓保護發(fā)電機逆功率、頻率降低、失步逆功率保護低頻保護 失步保護轉(zhuǎn)子過負荷轉(zhuǎn)子過負荷保護2022-2-5第5章 元件保護93定子正序旋轉(zhuǎn)磁場定子負序旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)子二次諧波 定子負序 轉(zhuǎn)子二次諧波電流 轉(zhuǎn)子表層過熱

32、100Hz的振動 定子負序過負荷、過電流保護 定子負序電流危害2022-2-5第5章 元件保護945.2.2 同步發(fā)電機的縱差保護完全差動保護不完全差動保護相間短路相間短路匝間短路差動保護接線2022-2-5第5章 元件保護95完全差動保護接線無故障時無故障時相間故障時相間故障時DNT0IIIDNT0III2022-2-5第5章 元件保護96假設(shè)每相有n個分支無故障時無故障時相間故障或匝間短路時相間故障或匝間短路時不完全差動保護接線DNT0InIIDNT0InII2022-2-5第5章 元件保護97要點：基本原理同線路差動保護和變壓器差動保護接線簡單、不平衡電流較小接線簡單、不平衡電流較小中性

33、點附近有死區(qū)中性點附近有死區(qū)關(guān)鍵問題是如何降低動作電流、提高靈敏度、減小死區(qū)2022-2-5第5章 元件保護98完全差動保護動作值整定（1）保護起動電流整定1）躲過外部故障產(chǎn)生的最大不平衡電流k.setrelunb.maxIK Irelaperssk.maxTA0.1/K KK InTA10%誤差可靠系數(shù)1.3非周期分量系數(shù)11.3；如采取了措施去掉非周期分量影響時取1。同型系數(shù)0.5外部短路時的最大短路電流2022-2-5第5章 元件保護99若汽輪發(fā)電機F.maxN.G8IIK.setN.GTA0.5 0.6/IIn發(fā)電機額定電流則發(fā)電機正常運行時若TA二次回路斷線會誤動。2）防止TA二次回

34、路斷線導(dǎo)致誤動a.設(shè)TA二次回路斷線監(jiān)視裝置./K setN GTAIInb.若水輪發(fā)電機F.maxN.G5IIK.setN.GTA0.3 0.4/IIn則.3coseeNTAPII GUen2022-2-5第5章 元件保護100（2）發(fā)電機差動保護靈敏度校驗senF.minset2KII發(fā)電機內(nèi)部故障時流過保護裝置的最小短路電流。實際上應(yīng)考慮下面兩種情況：發(fā)電機與系統(tǒng)并列運行以前,在其出線端發(fā)生兩相短路,此時,差動回路串只有由發(fā)電機供給的短路電流。發(fā)電機采用自同期并列時(此時發(fā)電機先不加勵磁,因此,發(fā)電機的電勢E0),在系統(tǒng)最小運行方下,發(fā)電機出線端發(fā)生兩相短路,此時,差動回路中只有由系統(tǒng)供

35、給的短路電流。為提高靈敏度，一般采用具有制動特性的差動繼電器。 2022-2-5第5章 元件保護101發(fā)電機比率制動式差動保護原理同變壓器差動保護，不平衡電流較小。dact0brkbrk0dbrkbrkbrk0act0brkbrk0ds.().IIIIIKIIIIIII動作方程actIbrkIact0Ibrk0IbrkK速斷動作區(qū)動作區(qū)制動區(qū)TNbrk2III制動電流dTNIII差動電流不完全差動接線時TNFbrk2IKII制動電流K為分支系數(shù) 動作特性2022-2-5第5章 元件保護102保護動作邏輯框圖兩種出口方式：單相出口方式及循環(huán)閉鎖出口方式特點：需設(shè)置專門的TA斷線閉鎖，當(dāng)差電流較大

36、時解除TA斷線閉鎖，適于不完全縱差接線。單相出口方式2022-2-5第5章 元件保護103特點：三取二，適于完全縱差接線。循環(huán)閉鎖出口方式內(nèi)外部不同相同時接地故障2022-2-5第5章 元件保護104比率制動式發(fā)電機縱差保護定值整定1.比率制動系數(shù)Kbrk：躲過出口三相短路時最大不平衡電流完全差動：0.30.5不完全差動：0.52.啟動電流Iact0：躲過正常工況最大不平衡電流，0.30.4IN.G3.拐點電流Ibrk0：建議按躲過外部故障切除后的暫態(tài)過程中產(chǎn)生的最大不平衡電流整定；不完全縱差取值要大一點。0.50.8IN.G 其余參數(shù)請參照具體的保護說明書。2022-2-5第5章 元件保護1

37、05比率制動式發(fā)電機縱差保護定值整定校驗靈敏度：機端兩相短路brk1Iact1IdIactIbrkIact0Ibrk0IbrkKbrk1Iact1Idsenact12IKI2022-2-5第5章 元件保護106 變數(shù)據(jù)窗式標(biāo)積制動縱差保護原理完全差動制動量0brkNTIcos(180)I ITINI外部故障o180制動量最大內(nèi)部故障o0制動量轉(zhuǎn)為動作量，靈敏度高不完全差動0brkNFTIcos(180)KII變數(shù)據(jù)窗：故障初期適當(dāng)提高S，即增加制動量；故障數(shù)據(jù)充分時再降低S，從而提高靈敏度。動作方程2cos(180)TNNTIIIIS2022-2-5第5章 元件保護107與循環(huán)閉鎖的比率制動式

38、差動保護邏輯一樣。動作框圖2022-2-5第5章 元件保護1085.2.3 同步發(fā)電機定子繞組匝間短路保護橫差保護 縱向零序電壓式匝間保護 反應(yīng)轉(zhuǎn)子回路二次諧波電流的匝間短路保護 完全縱差動保護不能反應(yīng)匝間短路 2022-2-5第5章 元件保護109匝間短路分析120I2022-2-5第5章 元件保護110設(shè)A相短路匝數(shù)占總匝數(shù)的比例為A0EIZ兩中性點間電流I0Z為電流流經(jīng)回路的繞組阻抗0ABCA3(1)UEEEE 縱向零序電壓相對于中性點的零序電壓三相電勢不相等定子負序電流轉(zhuǎn)子二次諧波電氣量特點：（1）縱向零序電壓縱向零序電壓（機端對中性點），零序電流零序電流（2）縱向負序電壓縱向負序電壓

39、，負序電流負序電流，轉(zhuǎn)子倍頻電流轉(zhuǎn)子倍頻電流2022-2-5第5章 元件保護111橫聯(lián)差動保護單元件橫差保護裂相橫差保護適于每相兩分支兩中性點引出線適于每相兩分支，且每分支都有線引出2022-2-5第5章 元件保護112單元件橫差保護保護測量兩個中性點之間連線上的電流保護測量兩個中性點之間連線上的電流保護反應(yīng)匝間短路及定子繞組開焊故障，保護在保護反應(yīng)匝間短路及定子繞組開焊故障，保護在 較小時較小時有有死區(qū)死區(qū)。2022-2-5第5章 元件保護113保護動作電流應(yīng)大于正?；蛲獠抗收蠒r不平衡電流一般Iset=(0.30.4)IN.G（1）濾除三次諧波以提高保護的靈敏性。（2）為防止轉(zhuǎn)子兩點接地時磁

40、場空間不對稱造成保護誤動，在轉(zhuǎn)子一點接地后橫差保護帶0.51S延時動作。注：2022-2-5第5章 元件保護114裂相橫差保護分相橫差保護保護測量每相兩個分支之間的電流差為提高保護的靈敏性，可采用具有制動特性的差動原理，如比率制動、標(biāo)積制動等。A2IA1IA1A2II正常運行差電流為0，匝間短路有差電流。2022-2-5第5章 元件保護115反應(yīng)轉(zhuǎn)子回路二次諧波電流的匝間短路保護動作條件：I2 & P20I2 匝間短路產(chǎn)生定子繞組縱向負序電壓、電流，在轉(zhuǎn)子上感應(yīng)出的二次諧波電流。P20 匝間短路及外部不對稱故障均產(chǎn)生定子繞組負序電壓,方向元件只在匝間短路時開放匝間短路保護 。保護的動作

41、值只需按躲過與發(fā)電機正常負荷時允許的最大不對稱度(一般取5%左右)相對應(yīng)的的二次諧波電流整定 。2022-2-5第5章 元件保護116轉(zhuǎn)子二次諧波定子負序方向元件，防止發(fā)電機外部不對稱故障保護誤動2022-2-5第5章 元件保護117負序功率方向元件分析2U2I2U2I機端電壓中性點或機端電流_+2E2I2U結(jié)論ZS2222900UArgPI（1）匝間短路2022-2-5第5章 元件保護1182I2U2E_+2E_+2U2IZS2ZS22U2I2U2I（2）外部故障222900UArgPI222900UArgPI結(jié)論（2）內(nèi)部不對稱相間故障結(jié)論2Ia.中性點2U2I222900UArgPI結(jié)論

42、b.機端P20不反應(yīng)發(fā)電機外部故障。2022-2-5第5章 元件保護119縱向零序電壓式匝間保護關(guān)鍵：縱向零序電壓，TV一次側(cè)中性點與發(fā)一次側(cè)中性點與發(fā)電機中性點相連電機中性點相連2022-2-5第5章 元件保護120要濾除三次諧波以提高靈敏度；必要時可采用具有制動特性的動作方程。單相接地時相對地電壓有零序分量，相對中性點電壓無零序分量。即縱向零序電壓不反應(yīng)單相接地。2022-2-5第5章 元件保護121不靈敏段高定值低定值靈敏段三次諧波制動動作條件：3U0 & P20應(yīng)設(shè)TV斷線閉鎖2022-2-5第5章 元件保護1225.2.4 發(fā)電機的單相接地保護當(dāng)接地電容電流等于或大于5A時，

43、應(yīng)裝設(shè)動作于跳閘的接地保護；當(dāng)接地電流小于5A時，一般裝設(shè)作用于信號的接地保護。中性點不接地或經(jīng)過消弧線圈接地2022-2-5第5章 元件保護1231 發(fā)電機定子繞組單相接地的特點單相接地時的零序電壓AA(1)UEBBAUEECCAUEENAUE 機端零序電壓0AAC33AUUUUaE 03U012022-2-5第5章 元件保護1242 利用零序電壓構(gòu)成的定子接地保護可用于發(fā)變組，中性點附近有死區(qū)0U3取自機端TV開口三角形或發(fā)電機中性點側(cè)TV。整定值躲過不平衡電壓不平衡電壓不平衡電壓形成原因：1）發(fā)電機三次諧波電壓， 2）變壓器高壓側(cè)接地時經(jīng)電容耦合過來的零序電壓。為提高靈敏度，需濾除三次諧

44、波2022-2-5第5章 元件保護125減小不平衡電壓影響措施：1）裝設(shè)三次諧波濾過器，2）延時躲過外部接地影響。采取以上措施后，整定值為510V，死區(qū)為（510）%。01100103U0（V）10%動作電壓NT死區(qū)510%保護區(qū)2022-2-5第5章 元件保護1263 雙頻式100保護區(qū)定子繞組單相接地保護保護分兩部分：1）反應(yīng)基波零序電壓反應(yīng)基波零序電壓 2）反應(yīng)三次諧波電壓反應(yīng)三次諧波電壓NT反應(yīng)三次諧波電壓反應(yīng)基波零序電壓保護區(qū)示意圖2022-2-5第5章 元件保護127發(fā)電機正常運行時的三次諧波電壓T0U0NU和發(fā)電機電勢中有固有的三次諧波電勢E3s0C3g0C23-+g0C23LT

45、0U0NUNT3E-+ -+g0C23L0NUNs0C3g0C23T0UT3E3E)1 (T00g0s0g0sN0(92)219(2)UKCCK CCU正常運行時)CC(31LKs0g0補償系數(shù)內(nèi)部單相接地時T0N01UU2022-2-5第5章 元件保護128正常運行時T0N0UU可以將T0N0UU作為定子繞組單相接地故障的判據(jù)，這樣保護區(qū)為00.50 即T0N0UUNT反應(yīng)三次諧波電壓反應(yīng)基波零序電壓基波零序電壓保護三次諧波電壓保護或2022-2-5第5章 元件保護129為了提高反應(yīng)三次諧波電勢定子繞組單相接地保護的靈敏度,可以采用以下帶制動特性判據(jù):中小型機組NTNUUUrelN0T0N0

46、()KUUU大型機組NTNPUUUrelN0T0N0()KPUUUPIBICUCA&t2/0（當(dāng)有記憶時）發(fā)電機復(fù)合電壓過電流保護出口邏輯框圖發(fā)信或跳閘如出口全停2022-2-5第5章 元件保護132 ZAB 1 & ZBC ZCA TA斷線 閉鎖t1/0t2/0跳閘或發(fā)信低阻抗保護動作邏輯框圖2022-2-5第5章 元件保護1332 同步發(fā)電機的負序電流保護和過負荷保護定子繞組負序電流轉(zhuǎn)子繞組倍頻電流附加渦流損耗，轉(zhuǎn)子表層發(fā)熱、機械振動發(fā)電機承受I2能力:長期 （68）%IN.G或12%IN.G短時AtI22標(biāo)幺值允許過熱時間常數(shù)跟發(fā)電機類型與冷卻方式有關(guān)相間短路后備保護兼轉(zhuǎn)

47、子表層過負荷保護2022-2-5第5章 元件保護134負序電流保護（兩部分）：定時限過負荷；反時限過流反時限過流保護特性曲線（三個部分）：上限定時限；反時限； 下限定時限2022-2-5第5章 元件保護135a-b發(fā)熱越限I段動作值bc未充分利用散熱段動作值de未提供保護如采用定時限負序電流保護I段2actN.G0.5II13 5ts段2actN.G0.1II2510ts2022-2-5第5章 元件保護136發(fā)熱曲線不能與定時限電流曲線很好配合；且對熱積累的過程不能反應(yīng)。措施：采用反時限負序電流保護。2022-2-5第5章 元件保護137負序反時限過流保護aIAt22修正系數(shù)2It熱容量曲線反

48、時限負序電流曲線12曲線2保守，一般不選用曲線1利用發(fā)電機散熱，一般采用此特性2022-2-5第5章 元件保護138發(fā)電機負序保護邏輯IIupIIdowtupt1&t51跳閘或發(fā)信發(fā)信IIact高定值低定值過負荷定值反時限2022-2-5第5章 元件保護1395.2.6 勵磁回路接地保護一點接地保護一般動作于信號兩點接地保護動作于跳閘2022-2-5第5章 元件保護140勵磁回路一點接地 無直接危害，可能發(fā)展成 為兩點接地。勵磁回路兩點接地 短路電流可能燒壞轉(zhuǎn)子繞 組和鐵芯，轉(zhuǎn)子磁場畸變 引起機組振動。保護配置：水輪發(fā)電機 設(shè)一點接地保護動作 于信號或停機。 汽輪發(fā)電機 設(shè)一點接地保護

49、動作 于信號，設(shè)兩點接地保護動作于 停機。2022-2-5第5章 元件保護141直流電橋疊加直流電壓 疊加交流電壓切換采樣直流電橋利用定子二次諧波電壓一點接地保護原理兩點接地保護原理2022-2-5第5章 元件保護142勵磁回路一點接地檢查裝置 兩表法單表法有死區(qū)2022-2-5第5章 元件保護143疊加直流電壓式一點接地保護K接通3050.1RUigEg6050.2RUigEgK不接通21126030giiRi i2022-2-5第5章 元件保護144外加交流電壓式一點接地保護延時動作于信號 00kcyuIzjxz未接地時0I01fyfyR ZkcRZuIzjx接地時2022-2-5第5章

50、元件保護145切換采樣式一點接地保護1f11f21f11f2S1S2(R+R +R )I -( R +R )I =E-( R +R )I +(2R+R +R )I =(1-)E接通斷開時1f11f21f11f2S1S2(2R+R +R )I -( R +R )I =E-( R +R )I +(R+R +R )I =(1-)E斷開接通時聯(lián)立四個方程，可得Rf=ER1/3U-R1-2R/3 2022-2-5第5章 元件保護146勵磁回路兩點接地保護電橋平衡正常時保護不投入。勵磁回路一點接地后，投入保護，調(diào)電橋使之平衡。兩點接地后平衡被打破，保護動作于停機。+-K1mvmnUmnK2濾波限幅2022-2-5第5章 元件保護147存在問題：1）K1、K2相距較近時保護有死區(qū) 2）K1、K2相繼發(fā)生，發(fā)生時間相 隔較短時來不及投入保護。2022-2-5第5章 元件保護148勵磁回路兩點接地保護定子二次諧波發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組兩點接地時，其氣隙磁場將發(fā)生畸變，在定子繞組中將產(chǎn)生二次諧波負序分量電勢。轉(zhuǎn)子兩點接地保