葛洲壩大型水電廠繼電保護(hù)

工作會(huì)議三峽電廠2011年

吳開武

2015年9月大型水力發(fā)電廠繼電保護(hù)一.

繼電保護(hù)概論；三.

大型水電廠主設(shè)備保護(hù)配置；四.

主要保護(hù)基本原理介紹；五.“五防”及反措基本知識(shí)；二.

高壓斷路器控制回路；一、繼電保護(hù)概論繼電保護(hù)是研究什么的：繼電保護(hù)是研究電力系統(tǒng)故障，和反（電氣）事故措施的一門技術(shù)。繼電保護(hù)的任務(wù)：1.有選擇性地將（短路或超載性）故障元件從電力系統(tǒng)中快速切除，使故障元件損壞程度降低到最小，保證最大限度地恢復(fù)電力系統(tǒng)無故障部分的正常遠(yuǎn)行。2.檢測(cè)和反應(yīng)電氣元件的異常運(yùn)行工況，發(fā)報(bào)警信號(hào)、跳閘。3.盡快恢復(fù)停電部分的供電。電力系統(tǒng)的正常工作狀態(tài)、不正常工作狀態(tài)和故障狀態(tài)正常工作狀態(tài)??電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)——電力系統(tǒng)在不同運(yùn)行條件（負(fù)荷水平、出力配置、系統(tǒng)接線、故障等）下的系統(tǒng)與設(shè)備的工作狀況。根據(jù)對(duì)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的等式和不等式約束條件的滿足情況，可以分為：1、正常運(yùn)行狀態(tài)；2、不正常運(yùn)行狀態(tài)；3、故障狀態(tài)。等式約束條件——由電能性質(zhì)本身決定的，即系統(tǒng)發(fā)出的有功功率和無功功率應(yīng)在任一時(shí)刻與系統(tǒng)中隨機(jī)變化的負(fù)荷功率（包括傳輸損耗）相等，即

S

P

Gi、QGi--分別為第i個(gè)發(fā)電機(jī)或其他發(fā)電設(shè)備發(fā)出的有功和無功功率；

P

Dj、QDj--分別為第j個(gè)負(fù)荷使用的有功和無功功率；△P、△QS--分別電力系統(tǒng)中各種有功功率和無功功率損耗；

正常工作狀態(tài)?

不等式約束條件——涉及供電質(zhì)量和電力設(shè)備安全運(yùn)行的

某些參數(shù)，它們應(yīng)處于安全運(yùn)行的范圍（上限及下限）

內(nèi)，例如Sk、Sk

max表示發(fā)電機(jī)、變壓器或用電設(shè)備的功率潮流及其上限；Ui、Ui

max、Ui

min表示母線電壓及其上、下限；

Iij、Iij

max表示輸、配電線路中的電流及其上限；f、fmax、fmin表示系統(tǒng)頻率及其上、下限。常見的不正常工作狀態(tài)及其危害?不正常運(yùn)行狀態(tài)——所有的等式約束條件均滿足，部分的不等式約束條件不滿足但又不是故障的電力系統(tǒng)工作狀態(tài)。包括：1

因負(fù)荷潮流超過電力設(shè)備的額定上限造成的電流升高（又稱為過負(fù)荷）；2

系統(tǒng)中出現(xiàn)功率缺額而引起的頻率降低；3

發(fā)電機(jī)突然甩負(fù)荷引起的發(fā)電機(jī)頻率升高；4

中性點(diǎn)不接地和非有效接地系統(tǒng)中單相接地引起非接地相對(duì)地電壓的升高；5

電力系統(tǒng)發(fā)生振蕩；

故障狀態(tài)及其危害?故障狀態(tài)——電力系統(tǒng)的所有一次設(shè)備在運(yùn)行過程中由于外力、絕緣老化、過電壓、誤操作、設(shè)計(jì)制造缺陷等原因而故障，例如短路、斷線、復(fù)雜故障等。最常見同時(shí)也是最危險(xiǎn)的故障是發(fā)生各種類型的短路。各種類型的短路

包括：三相短路、兩相短路、兩相短路接地和單相接地短路。大量的

現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，在高壓電網(wǎng)中，單相短路接地次數(shù)占所有短路次

數(shù)的85%以上。在發(fā)生短路時(shí)可能產(chǎn)生以下后果：

1

通過短路點(diǎn)的很大的短路電流和所燃起的電弧，使故障元件損壞。

2

短路電流通過非故障元件，由于發(fā)熱和電動(dòng)力的作用，引起它們的

損壞或縮短使用壽命。

3

電力系統(tǒng)中部分地區(qū)的電壓大大降低，使大量的電力用戶的正常工

作遭到破壞或產(chǎn)生廢品。

4

破壞電力系統(tǒng)的各發(fā)電廠之間并列運(yùn)行的穩(wěn)定性，引起系統(tǒng)振蕩，

甚至使系統(tǒng)瓦解。

繼電保護(hù)的作用?

電力系統(tǒng)自動(dòng)化（控制）——為保證電力系統(tǒng)

正常運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和電能質(zhì)量的自動(dòng)化技術(shù)與

裝備，主要進(jìn)行電能生產(chǎn)過程的連續(xù)自動(dòng)調(diào)

節(jié)，動(dòng)作速度相對(duì)遲緩，調(diào)解穩(wěn)定性高，把整

個(gè)電力系統(tǒng)或其中的一部分作為調(diào)節(jié)對(duì)象。繼電保護(hù)的作用?

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)與安全自動(dòng)裝置——是當(dāng)電網(wǎng)或電力設(shè)備發(fā)生故障，或出現(xiàn)影響安全運(yùn)行的異常情況時(shí)，自動(dòng)切除故障設(shè)備和消除異常情況的技術(shù)與裝備，其特點(diǎn)是動(dòng)作速度快，其性質(zhì)是非連續(xù)調(diào)節(jié)性的。繼電保護(hù)的作用?

電網(wǎng)安全自動(dòng)裝置——為了在故障后迅速恢復(fù)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，或盡快消除運(yùn)行中的異常情況，以防止大面積的停電和保證對(duì)重要用戶的連續(xù)供電，常采用以下的自動(dòng)化措施，如：輸電線路自動(dòng)重合閘、備用電源自動(dòng)投入、低電壓切負(fù)荷、按頻率自動(dòng)減負(fù)荷、電氣制動(dòng)、振蕩解列以及為維持系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定而配備的穩(wěn)定緊急控制系統(tǒng)等。繼電保護(hù)的作用?

繼電保護(hù)裝置——指能反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣設(shè)備發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)，并動(dòng)作于斷路器跳閘或發(fā)出信號(hào)的一種自動(dòng)裝置。繼電保護(hù)的基本原理?

目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)不同運(yùn)行狀態(tài)下具有明顯差異的電氣量有：流過電力元件的相電流、序電流、功率及其方向；元件的運(yùn)行相電壓幅值、序電壓幅值；元件的電壓與電流的比值即“測(cè)量阻抗”等。?

發(fā)現(xiàn)并正確利用能可靠區(qū)分三種運(yùn)行狀態(tài)的可測(cè)參量或參

量的新差異，就可以形成新的繼電保護(hù)原理。

1、線路電流幅值；2、相間或?qū)Φ仉妷悍担?、線路始端電壓和電流之比（即測(cè)量阻抗）4、線路電流相位典型電氣量特征繼電保護(hù)裝置主要包括：測(cè)量環(huán)節(jié)、判據(jù)環(huán)節(jié)、執(zhí)行環(huán)節(jié)（報(bào)警、跳閘）、人機(jī)接口和通訊。電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的工作配合?

主保護(hù)——為了最大限度的縮小故障對(duì)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行

產(chǎn)生的影響，應(yīng)保證由主保護(hù)快速切除任何類型的故障.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的工作配合?

后備保護(hù)——保護(hù)裝置拒動(dòng)、保護(hù)回路中的其它環(huán)節(jié)損壞、斷路器拒動(dòng)、工作電源不正常乃致消失等時(shí)有發(fā)生，造成主保護(hù)不能快速切除故障，這時(shí)需要后備保護(hù)來切除故障。后備保護(hù)由遠(yuǎn)后備或近后備加短路器失靈保護(hù)構(gòu)成。由后備保護(hù)動(dòng)作切除故障，一般會(huì)擴(kuò)大故障造成的影響，一般后備保護(hù)都延時(shí)動(dòng)作，等待主保護(hù)確實(shí)不動(dòng)作后才動(dòng)作。主保護(hù)與后備保護(hù)之間存在動(dòng)作時(shí)間和動(dòng)作靈敏度的配合。電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的工作配合?

遠(yuǎn)后備保護(hù)——一般下級(jí)電力元件的后備保護(hù)安裝在上級(jí)（近電源側(cè)）元件的斷路器處，稱為遠(yuǎn)后備保護(hù)。遠(yuǎn)后備保護(hù)動(dòng)作將切除所有上級(jí)電源側(cè)斷路器，造成事故擴(kuò)大。同時(shí)，其保護(hù)范圍覆蓋所有下級(jí)電力元件的主保護(hù)范圍，它能解決遠(yuǎn)后備保護(hù)范圍內(nèi)所有故障元件任意原因造成的不能切除問題。電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的工作配合?

近后備保護(hù)（或近后備附加斷路器失靈保護(hù)）——在高壓電網(wǎng)中采用遠(yuǎn)后備保護(hù)往往不能滿足靈敏度的要求，因而采用近后備附加斷路器失靈保護(hù)的方案。近后備保護(hù)與主保護(hù)安裝在同一斷路器處，當(dāng)主保護(hù)拒動(dòng)時(shí)，由后備保護(hù)啟動(dòng)斷路器跳閘；當(dāng)斷路器失靈時(shí)，由失靈保護(hù)啟動(dòng)跳開所有與故障元件相連的電源側(cè)斷路器。電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的工作配合工作回路工作原理二、高壓斷路器控制回路控制方式現(xiàn)地手動(dòng)操作遠(yuǎn)方自動(dòng)操作連鎖方式解鎖方式互鎖方式斷路器控制回路要滿足下列基本要求：1、斷路器跳、合閘后應(yīng)能迅速切換對(duì)應(yīng)的操作回路，避免應(yīng)跳回路長(zhǎng)期通電而燒毀跳閘線圈；2、應(yīng)能正確指示斷路器位置狀態(tài)；3、有防跳閉鎖功能；4、應(yīng)能監(jiān)視斷路器控制回路的完好性；5、應(yīng)能實(shí)現(xiàn)各種閉鎖要求；6、控制回路接線應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單，可靠；防止“跳躍”閉鎖：1、按下控制開關(guān)SA合后，斷路器就合閘，如果合閘于永久性故障的線路上時(shí)，繼電保護(hù)裝置會(huì)自動(dòng)跳閘，假如控制開關(guān)“SA合”接觸時(shí)間過長(zhǎng)、或因機(jī)械故障被卡住、或觸電被悍住，則“SA合”一直發(fā)出合閘命令，斷路器事故跳閘后會(huì)再次合閘，合閘后又事故跳閘，如此則出現(xiàn)斷路器多次合閘跳閘現(xiàn)象，及“跳躍”，會(huì)損害斷路器，必須加以防止。2、方法：控制回路中設(shè)有防跳閉鎖繼電器KCF，電流線圈KCFI串聯(lián)在跳閘回路中，電壓線圈KCFV串聯(lián)在合閘回路中，與合閘線圈并聯(lián)?？刂苹芈繁O(jiān)視：1、跳閘后，跳位繼電器K6和綠燈HG接通，表明合閘回路完好；2、合閘后，合位繼電器K7和紅燈HR接通，表明合閘回路完好；斷路器跳閘和合閘后，斷路器的輔助接點(diǎn)會(huì)發(fā)生QF1和QF2會(huì)切換；三、大型水電廠主設(shè)備保護(hù)配置各電壓等級(jí)的繼電保護(hù)系統(tǒng)斷路器操

作回路

廠用電備

自投自動(dòng)

裝置主變冷卻器控制系

統(tǒng)

系統(tǒng)安全

穩(wěn)定監(jiān)測(cè)

（PMU）

與控制（

PSS)系統(tǒng)繼電保護(hù)維護(hù)單位所轄設(shè)備所轄設(shè)備工作會(huì)議三峽電廠2011年

保護(hù)配置原則：雙重化配置保護(hù)配置發(fā)電機(jī)組兩套發(fā)電機(jī)保護(hù)發(fā)電機(jī)差動(dòng)、定子接地、轉(zhuǎn)子接地、失磁、失步、復(fù)壓過流、定子過負(fù)荷、轉(zhuǎn)子過負(fù)荷、。。。。。勵(lì)磁變兩套勵(lì)磁差動(dòng)、過流、過負(fù)荷主變兩套電氣量+一套非電量電氣量：差動(dòng)、過流非電量：瓦斯、壓力、密度、溫升。。。GIS兩套電氣量差動(dòng)、斷路器失靈保護(hù)（一套）線路兩套電氣量光線差動(dòng)、距離、零序、過壓遠(yuǎn)跳。。。高抗兩套電氣量+一套非電量電氣量：差動(dòng)非電量：瓦斯、壓力、溫升、密度。。。廠用電單套三段式電流保護(hù)四、主要繼電保護(hù)原理簡(jiǎn)介三段式電流保護(hù)I段：瞬時(shí)電流速斷作用：快速切除設(shè)備和線路故障發(fā)電機(jī)保護(hù)整定原則：躲過本線路某端最大短路電流I段：瞬時(shí)電流速斷發(fā)電機(jī)保護(hù)保護(hù)范圍I段：瞬時(shí)電流速斷發(fā)電機(jī)保護(hù)優(yōu)點(diǎn)：反映迅速，不反應(yīng)下一段線路故障；

缺點(diǎn)：不能保護(hù)線路全長(zhǎng)，受運(yùn)行方式、故障形式影響發(fā)電機(jī)保護(hù)作用：快速切除I段范圍外的線路故障要求：能保護(hù)線路全長(zhǎng)，動(dòng)作時(shí)間盡量短整定計(jì)算：按躲開下級(jí)各相鄰元件電流速斷保護(hù)的最大動(dòng)作范圍整定II段：限時(shí)電流速斷原理：因?yàn)橐Ｗo(hù)線路全長(zhǎng)，所以保護(hù)范圍必須延伸到下一級(jí)線路去，當(dāng)下一級(jí)線路出口處故障時(shí)，他必須要?jiǎng)幼?，但是這種動(dòng)作是無選擇性的，為了保證動(dòng)作的選擇性，就必須加一定時(shí)限，時(shí)限大小與延伸的范圍有關(guān)。II段：限時(shí)電流速斷作用：作為本線路主保護(hù)拒動(dòng)的后備保護(hù)；做為下線路或開關(guān)拒動(dòng)的后備保護(hù)；保護(hù)范圍：本線路及下線路的全長(zhǎng)；整定原則：動(dòng)作電流必須大于該線路上的最大負(fù)荷電流，同時(shí)還必須考慮在外部故障切除后電壓恢復(fù)，負(fù)荷自啟動(dòng)電流作用下保護(hù)必須返回；III段：定時(shí)限電流速斷時(shí)間整定保護(hù)配合瞬時(shí)速斷、限時(shí)速斷作為線路主保護(hù)，定時(shí)過流作為線路后備保護(hù)發(fā)電機(jī)保護(hù)1.

大型發(fā)電機(jī)的主要故障形式和相應(yīng)的保護(hù)配置(1)

定子繞組相間短路故障：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：

瞬時(shí)動(dòng)作的專用匝間短路保護(hù)(縱向零序電壓、單元件橫差、裂相橫差、不完全縱差)；(3)

定子繞組單相接地故障：

100％定子繞組接地保護(hù)(基波零序電壓、三次諧波零序電壓、外加低頻電源注入式)；(4)

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組及勵(lì)磁回路接地故障

：轉(zhuǎn)子繞組一點(diǎn)接地和

兩點(diǎn)接地保護(hù)(乒乓切換式、外加電源注入式)

；(5)

發(fā)電機(jī)失磁或部分失磁故障：低勵(lì)、失磁保護(hù)。發(fā)電機(jī)保護(hù)2.

各種系統(tǒng)異常工況或調(diào)節(jié)裝置故障和相應(yīng)的保護(hù)配置(1)因負(fù)荷不對(duì)稱等原因出現(xiàn)的負(fù)序電流將引起發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子表層

過熱：定時(shí)限及反時(shí)限負(fù)序電流(不對(duì)稱過電流、過負(fù)荷)保

護(hù)；(2)對(duì)稱過負(fù)荷（定子繞組過負(fù)荷）：定時(shí)限及反時(shí)限相過電流(對(duì)稱過負(fù)荷)保護(hù)；(3)勵(lì)磁回路過負(fù)荷：定時(shí)限及反時(shí)限轉(zhuǎn)子過電流(過負(fù)荷)保護(hù)(測(cè)量直流勵(lì)磁電流或勵(lì)磁變/機(jī)交流電流)；(4)與系統(tǒng)并列運(yùn)行的發(fā)電機(jī)因誤將汽門(水門)關(guān)閉而引起逆功率運(yùn)行及程跳逆功率：逆功率保護(hù)；發(fā)電機(jī)保護(hù)2.

各種系統(tǒng)異常工況或調(diào)節(jié)裝置故障和相應(yīng)的保護(hù)配置(5)

電壓升高或頻率降低引起過激磁而損壞鐵心

：反映伏特赫茲比的定時(shí)限及反時(shí)限過激磁保護(hù)；(6)

其它異常運(yùn)行狀態(tài)還有：定子繞組過電壓，低頻運(yùn)行、失步

運(yùn)行、外部故障后備（過流、低壓過流、復(fù)壓過流、低阻抗

）、非全相（含斷路器或GIS刀閘非全相合閘）運(yùn)行、誤上

電、斷路器斷口閃絡(luò)、軸電流等及其相應(yīng)的保護(hù)；(7)

電壓或電流互感器回路斷線故障

：TV或TA斷線檢測(cè)和閉鎖裝置；發(fā)電機(jī)保護(hù)匝間短路相間短路同相同分支同相不同分支定子繞組內(nèi)部故障可分為三類分支開焊

差動(dòng)保護(hù)原理發(fā)電機(jī)保護(hù)差動(dòng)保護(hù)原理正常運(yùn)行以及發(fā)生保護(hù)區(qū)外故障時(shí)——流入差動(dòng)繼電器的差動(dòng)電流為零，電器不動(dòng)作；當(dāng)發(fā)生發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障時(shí)——流入差動(dòng)繼電器的差動(dòng)電流較大，當(dāng)其超過整定值時(shí)，繼電器判為發(fā)生了發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障而作用于跳閘。比率制動(dòng)式縱差動(dòng)保護(hù)

I

&1nTA1nTA2I

&2

I

&2nTA2

I

&1nTA1?發(fā)電機(jī)保護(hù)差動(dòng)保護(hù)原理折線比率制動(dòng)特性

制動(dòng)特性分為兩段直線，AB段與橫軸平行；而BP段與橫軸傾斜。當(dāng)Ir<Ir0時(shí)：動(dòng)作量Id>Id0即可動(dòng)作，當(dāng)Ir>Ir0時(shí)：制動(dòng)量隨Ir增加按比率增加。

因此，外部嚴(yán)重故障時(shí)，制動(dòng)量很大，可保證不誤動(dòng)；內(nèi)部故障時(shí)，制動(dòng)量較小，保證輕微內(nèi)部故障時(shí)較高的靈敏性。Id0Ir0發(fā)電機(jī)保護(hù)差動(dòng)保護(hù)原理發(fā)電機(jī)橫差動(dòng)保護(hù)

發(fā)電機(jī)裂相橫差保護(hù)基本原理?裂相橫差保護(hù)——大容量發(fā)電機(jī)每相都由兩個(gè)或兩個(gè)以上并聯(lián)分支繞組組成，正常運(yùn)行時(shí)各繞組中電勢(shì)相等，流過相等的負(fù)荷電流；當(dāng)同相內(nèi)非等電位點(diǎn)匝間短路時(shí)，各繞組中電勢(shì)不再相等，出現(xiàn)因電勢(shì)差而在各繞組間產(chǎn)生的環(huán)流。利用這個(gè)環(huán)流可以實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)定子繞組匝間短路的保護(hù)，構(gòu)成裂相橫差保護(hù)的原理。

發(fā)電機(jī)保護(hù)差動(dòng)保護(hù)原理同相同分支匝間短路故障

發(fā)電機(jī)保護(hù)差動(dòng)保護(hù)原理同相不同分支匝間短路故障

發(fā)電機(jī)保護(hù)差動(dòng)保護(hù)原理單元件橫差動(dòng)保護(hù)基本原理單元件橫差動(dòng)能反應(yīng)定子繞組匝間短路、分支線棒開焊及機(jī)內(nèi)繞組相間短路。實(shí)際發(fā)電機(jī)不同中性點(diǎn)間有不平衡電流：（1）定子同相而不同分支的繞組參數(shù)不完全相同，致使兩端的電勢(shì)及支路電流有差異；（2）發(fā)電機(jī)定子氣隙磁場(chǎng)不完全均勻，在不同定子繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)不同；（3）轉(zhuǎn)子偏心，在不同的定子繞組中產(chǎn)生不同電勢(shì)；（4）存在三次諧波電流。.cn發(fā)電機(jī)保護(hù)差動(dòng)保護(hù)原理?

零序電流型橫差保護(hù)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能全面，反應(yīng)的是流過中性點(diǎn)連線不平衡電流的基波分量；?

裂相橫差保護(hù)比較的是發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障時(shí)一相兩部分之間的不平衡，針對(duì)奇數(shù)多分支的水輪發(fā)電機(jī)，還出現(xiàn)了不完全裂相橫差保護(hù)；?

不完全縱差保護(hù)比較的則是機(jī)端相電流與中性點(diǎn)側(cè)部分分支電流和的不同，隨著中性點(diǎn)側(cè)接入分支數(shù)的增多，不完全縱差保護(hù)對(duì)于匝間短路的靈敏性逐漸下降，對(duì)于相間短路的靈敏性卻逐漸上升。

發(fā)電機(jī)保護(hù)定子接地保護(hù)

定子單相接地故障是發(fā)電機(jī)定子繞組絕緣破壞最常見的故障，對(duì)發(fā)電機(jī)的危害主要表現(xiàn)為定子鐵心的燒傷和接地故障擴(kuò)大為相間或匝間短路。

很多大型水電廠采用高阻接地方式（即中性點(diǎn)經(jīng)配電變壓器接地，配電變壓器的二次側(cè)接小電阻），其主要目的是限制發(fā)電機(jī)單相接地時(shí)的L-C諧振暫態(tài)過電壓，防止暫態(tài)過電壓破壞定子繞組絕緣，但另一方面也人為地增大了故障電流，故障時(shí)有可能燒傷定子鐵心甚或發(fā)生災(zāi)難性事故。因此采用這種方式接地的發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)應(yīng)選擇盡快跳閘。?雙頻式定子接地保護(hù)（基波零序電壓定子接地保護(hù)+三次諧波

電壓定子接地保護(hù)）：?注入式定子接地保護(hù)（基波零序電壓定子接地保護(hù)+低頻注入式定子接地保護(hù)）：

發(fā)電機(jī)保護(hù)定子接地保護(hù)發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地時(shí)電氣量的特征?

假設(shè)A相在距離定子繞組中性點(diǎn)α

處發(fā)生金屬性接地故障，

作近似估計(jì)時(shí)機(jī)端各相對(duì)地電動(dòng)勢(shì)為發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地時(shí)的電路圖

發(fā)電機(jī)保護(hù)定子接地保護(hù)利用零序電壓構(gòu)成的定子單相接地保護(hù)?零序電壓隨故障點(diǎn)位置變化的曲線圖如下所示。越靠近機(jī)端，故障點(diǎn)的零序電壓就越高，可以利用基波零序電壓構(gòu)成定子單相接地保護(hù)。因考慮發(fā)電機(jī)三相電壓不平衡、三次諧波以及外部故障時(shí)通過主變高低壓繞組間電容耦合傳遞零序電壓的影響，3U0基波零序定子一點(diǎn)接地保護(hù)的保護(hù)范圍從機(jī)端算起90%-95%的范圍，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)有5%-10%的保護(hù)死區(qū)。

發(fā)電機(jī)保護(hù)定子接地保護(hù)ZN32Cg32Cg3CtΣE

&3ZN3ZS3U

&S0U

&N0正常運(yùn)行時(shí)的中性點(diǎn)三次諧波電壓正常運(yùn)行時(shí)的機(jī)端三次

諧波電壓用集中參數(shù)表示的發(fā)電機(jī)三次諧波等效電路

三次諧波電壓構(gòu)成的定子單相接地保護(hù)三峽電

發(fā)電機(jī)保護(hù)定子接地保護(hù)?當(dāng)發(fā)電機(jī)定子繞組發(fā)生金屬性單相接地時(shí)，設(shè)接地發(fā)生在距中性點(diǎn)α，其等值電路如圖所示，總是有UN3=αE3和US3=(1-α)E3，兩者相比，得（中性點(diǎn)電壓和機(jī)端電壓隨故障點(diǎn)的變化曲線）

利用三次諧波構(gòu)成電壓比率判據(jù)的接地保護(hù)可以反應(yīng)發(fā)電機(jī)定子繞組中α<0.5

范圍內(nèi)的單相接地故障，并且當(dāng)故障點(diǎn)越靠近中性點(diǎn)時(shí)，保護(hù)的靈敏性就越高

；

利用基波零序電壓構(gòu)成的接地保護(hù)，則可以反應(yīng)α>0.15范圍內(nèi)的單相接地故障

，且當(dāng)故障點(diǎn)越靠近發(fā)電機(jī)機(jī)端時(shí)，保護(hù)的靈敏性就越高。發(fā)電機(jī)保護(hù)定子接地保護(hù)?

三次諧波電壓差動(dòng)判據(jù)：–正常運(yùn)行時(shí)，機(jī)端、中性點(diǎn)三次諧波電壓幅值、

相位在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)整系數(shù)kt使

正常運(yùn)行時(shí)差電壓接近為0；–可以保護(hù)100％的定子接地

發(fā)電機(jī)保護(hù)注入式定子接地保護(hù)輔助電源裝置將低頻電壓加在負(fù)載電阻Rn上，并通過接地變壓器，將低頻電壓信號(hào)注入到發(fā)電機(jī)定子繞組對(duì)地的零序回路中。

帶通濾波器:通過20Hz低

頻電壓信號(hào)，防止50Hz

電壓倒灌入電源。

保護(hù)裝置檢測(cè)注入的電壓

、電流信號(hào)，通過計(jì)算接

地故障電阻值判斷接地故

障。

GND發(fā)電機(jī) 主變G接地變壓器RERn負(fù)載電阻CgCbusCtGNDIG0UG0中間CTRCS-985發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置RCS-985U電源裝置分壓器發(fā)電機(jī)保護(hù)定子接地保護(hù)緣。

注入式定子接地保護(hù)特點(diǎn)?

保護(hù)范圍為100%，靈敏度一致，不受接地位置影響。?

不受發(fā)電機(jī)運(yùn)行工況的影響，在發(fā)電機(jī)靜止、起停過程、空載運(yùn)行、并網(wǎng)運(yùn)行、甩負(fù)荷等各種工況下，均能可靠工作?？杀O(jiān)視定子繞組絕緣的緩慢老化。?

接地電阻的實(shí)測(cè)結(jié)果、電阻判據(jù)中的電阻定值為一次值，更直觀。?

無需與主變高壓側(cè)接地后備保護(hù)配合。?

20Hz信號(hào)和工頻、分次諧波、整數(shù)次諧波相差較大，機(jī)組正常運(yùn)行或振蕩時(shí)不會(huì)影響外加20Hz電阻的計(jì)算。?

注入一次繞組電壓僅為1～3％的額定相電壓，不會(huì)損壞定子繞組絕發(fā)電機(jī)保護(hù)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)

當(dāng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組及引線的絕緣嚴(yán)重下降或損壞時(shí)，會(huì)引起勵(lì)磁回路的接地故障，最常見的是勵(lì)磁回路一點(diǎn)接地故障。

發(fā)生一點(diǎn)接地故障時(shí)，由于沒有形成電流回路，對(duì)發(fā)電機(jī)運(yùn)行沒有直接影響，但一點(diǎn)接地以后，勵(lì)磁回路對(duì)地電壓升高，在某些條件下會(huì)誘發(fā)第二點(diǎn)接地，而兩點(diǎn)接地故障將嚴(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)必須裝有靈敏的勵(lì)磁回路一點(diǎn)接地故障保護(hù)。?

大型水電機(jī)組轉(zhuǎn)子接地保護(hù)最優(yōu)方案：–

雙套不同原理配置，一套乒乓式原理，一套注入式原理；–

轉(zhuǎn)子接地保護(hù)采用單裝置就地安裝在勵(lì)磁系統(tǒng)室內(nèi)，避免高壓

電纜長(zhǎng)距離輸送。

發(fā)電機(jī)保護(hù)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)乒乓式勵(lì)磁回路一點(diǎn)接地保護(hù)原理

兩個(gè)狀態(tài)對(duì)未知參數(shù)

（接地電阻Rk和接地位

置α）求解：

S1導(dǎo)通，S2

斷開

S1斷，S2導(dǎo)通時(shí)

發(fā)電機(jī)保護(hù)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)發(fā)電機(jī)保護(hù)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)低頻電壓注入式勵(lì)磁回路

一點(diǎn)接地保護(hù)原理圖t50VUm

tUmUm1Um2

tUi

電源電壓Ug和測(cè)量電壓Um波形圖(a)

Ug的波形圖；(b)

Rk

→

∞時(shí)Um的波形圖；

(c)Rk

=

5kΩ時(shí)Um的波形圖

RS

2-

2U

gRmU

m2-U

m1Rk

=注入式勵(lì)磁回路一點(diǎn)接地保護(hù)的原理

Ug

50V發(fā)電機(jī)保護(hù)失磁保護(hù)????發(fā)電機(jī)失磁故障—發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁突然全部消失或部分消失。引起失磁的原因

—

轉(zhuǎn)子繞組故障、勵(lì)磁機(jī)故障、自動(dòng)滅磁開關(guān)誤跳閘、半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng)中某些元件損壞或回路發(fā)生故障以及誤操作等。失磁故障的形式

—

勵(lì)磁繞組直接短路或經(jīng)勵(lì)磁電機(jī)電樞繞組閉路引起失磁、勵(lì)磁繞組開路引起失磁、勵(lì)磁繞組經(jīng)滅磁電阻短接而失磁，勵(lì)磁繞組經(jīng)整流器閉路（交流電源消失）失磁。

發(fā)電機(jī)失磁故障，這是一種常見的故障，特別對(duì)于大型機(jī)組，勵(lì)磁系統(tǒng)環(huán)節(jié)多，更易發(fā)生這種故障。失磁后，發(fā)電機(jī)將由同步運(yùn)行逐漸轉(zhuǎn)入異步運(yùn)行。在一定條件下，異步運(yùn)行將破壞電力系統(tǒng)的穩(wěn)定，并威脅發(fā)電機(jī)本身的安全。

發(fā)電機(jī)保護(hù)失磁保護(hù)失磁對(duì)電力系統(tǒng)的危害

A.

失磁發(fā)電機(jī)由失磁前向系統(tǒng)送出無功功率轉(zhuǎn)為從系統(tǒng)吸收無功功率，尤其是滿負(fù)荷運(yùn)行的大型機(jī)組會(huì)引起系統(tǒng)無功功率大量缺額，若系統(tǒng)無功功率容量?jī)?chǔ)備不足，將會(huì)引起系統(tǒng)電壓嚴(yán)重下降，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)電壓崩潰。

B.

失磁引起的系統(tǒng)電壓下降會(huì)使相鄰發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器動(dòng)作，增加其無功輸出，引起有關(guān)發(fā)電機(jī)、變壓器或線路過流，甚至使后備保護(hù)因過流而動(dòng)作，擴(kuò)大故障范圍。

C.

失磁引起有功功率擺動(dòng)和勵(lì)磁電壓下降，可能導(dǎo)致電力系統(tǒng)某些部分之間失步，使系統(tǒng)發(fā)生振蕩，甩掉大量負(fù)荷。

發(fā)電機(jī)保護(hù)失磁保護(hù)失磁對(duì)失磁發(fā)電機(jī)本身的危害

A.

由于出現(xiàn)轉(zhuǎn)差，在轉(zhuǎn)子回路出現(xiàn)差頻電流，在轉(zhuǎn)子回路里產(chǎn)生附加損耗，可能使轉(zhuǎn)子過熱而損壞。

B.

失磁發(fā)電機(jī)進(jìn)入異步運(yùn)行后，等效電抗降低，定子電流增大。失磁前發(fā)電機(jī)輸出有功功率越大，失磁失步后轉(zhuǎn)差越大，等效電抗越小，過電流越嚴(yán)重，定子因之過熱。

C.

失磁失步后發(fā)電機(jī)有功功率發(fā)生劇烈的周期擺動(dòng)，變化的電磁轉(zhuǎn)矩(可能超過額定值)周期性地作用到軸系上，并通過定子傳給機(jī)座，引起劇烈振動(dòng)，同時(shí)轉(zhuǎn)差也作周期性變化，使發(fā)電機(jī)周期性地嚴(yán)重超速。這些直接威脅機(jī)組安全。

D.

失磁運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)定子端部漏磁增加，使端部的部件和邊段鐵心過熱。

發(fā)電機(jī)保護(hù)失磁保護(hù)?

以發(fā)電機(jī)完全失去勵(lì)磁時(shí)為例，發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)變化如下：發(fā)電機(jī)失磁后將從電力系統(tǒng)中吸取感性無功功率;fg

為對(duì)應(yīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的頻率，fs

為系統(tǒng)的頻率。

發(fā)電機(jī)保護(hù)失磁保護(hù)發(fā)電機(jī)保護(hù)

2?

發(fā)電機(jī)失磁后，Eq↓、

↑、cosδ

↓，使無功持續(xù)下降；?

當(dāng)EqUS

cos

=US

時(shí)，Q=0；?

到達(dá)靜穩(wěn)極限時(shí)有?

至

=180°有最大反向無功，且失磁前發(fā)電機(jī)帶有功負(fù)荷越大，失磁后反向無功、定子電流也越大；?

如果系統(tǒng)無功儲(chǔ)備不足，就可能在無功和電壓上將系統(tǒng)拖垮！失磁保護(hù)發(fā)電機(jī)保護(hù)失磁保護(hù)?

由于發(fā)電機(jī)失磁，機(jī)端電壓U持續(xù)下降，但P有一段“等有功過程”，U下降導(dǎo)致電流I逐漸增大，且隨P的小波動(dòng)而相應(yīng)變化。?

一旦無功反向，發(fā)電機(jī)滑差使其參數(shù)由同步電抗變?yōu)闀簯B(tài)電抗或次暫態(tài)電抗，數(shù)值大大減小，系統(tǒng)向發(fā)電機(jī)反送很大的無功電流，使失磁發(fā)電機(jī)在失去靜穩(wěn)之后，電流I急劇增大。

發(fā)電機(jī)保護(hù)失磁保護(hù)?發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)常用判據(jù)

系統(tǒng)側(cè)判據(jù)——三相同時(shí)低電壓判據(jù)

本判據(jù)主要用于防止由發(fā)電機(jī)低勵(lì)失磁故障引發(fā)無功儲(chǔ)備不足的系統(tǒng)電壓崩潰，造成大面積停電。

?

取自升壓變壓器高壓母線電壓（保系統(tǒng)）；

?

取自發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓（保廠用電）。

發(fā)電機(jī)保護(hù)失磁保護(hù)X

d

'

2X

dR0XaXb定子側(cè)判據(jù)1——異步邊界阻抗圓

jX

?

能反應(yīng)失磁發(fā)電機(jī)機(jī)端的最

終阻抗，但動(dòng)作可能較晚；對(duì)于遠(yuǎn)離負(fù)荷中心、與系統(tǒng)聯(lián)系薄弱的大型水輪發(fā)電機(jī)是不適宜的。?

躲系統(tǒng)振蕩能力強(qiáng)。?

誤動(dòng)幾率小/短延時(shí)0.5s。

發(fā)電機(jī)保護(hù)失磁保護(hù)OT

R

r1

O1?

X

q

?(X

d

+

X

q)/2

r2

O2定子側(cè)判據(jù)2——靜穩(wěn)極限阻抗圓（水輪發(fā)電機(jī)）

jX

X

SX

/

p.u.失磁保護(hù)RjX?

X

d'd?0.5XX

S.max

+

XT異步邊界阻抗圓C1靜穩(wěn)極限阻抗圓C20U

S

2

/2P等有功圓C0-1-0.5011.522.5-2-1.5

-1-1.5-0.51.5

10.5

0

0.5R

/

p.u.

50%額定負(fù)載

75%額定負(fù)載100%額定負(fù)載

發(fā)電機(jī)保護(hù)定子判據(jù)選擇?

與系統(tǒng)聯(lián)系緊密（對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)等值電抗Xs較?。┑臋C(jī)組宜選擇異步邊界阻抗圓；?

遠(yuǎn)離負(fù)荷中心的發(fā)電機(jī)應(yīng)選擇靜穩(wěn)極限阻抗圓。

發(fā)電機(jī)保護(hù)?低勵(lì)失磁保護(hù)的輔助判據(jù)?

延時(shí)元件

防止系統(tǒng)振蕩時(shí)保護(hù)的誤動(dòng)作。

?

勵(lì)磁低電壓元件

轉(zhuǎn)子低電壓是失磁故障的直接反映，合理地使用轉(zhuǎn)子電壓判據(jù)可加快對(duì)

失磁故障的反應(yīng)速度，改善失磁保護(hù)可靠性以及便于在失磁過程中及時(shí)

采取必要的控制措施，因此轉(zhuǎn)子電壓判據(jù)通常作為失磁保護(hù)的重要的輔

助判據(jù)。

失磁保護(hù)發(fā)電機(jī)保護(hù)發(fā)電機(jī)失步保護(hù)

為什么要裝設(shè)失步保護(hù)？?

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生振蕩、振蕩中心又落在發(fā)變組內(nèi)部時(shí)，機(jī)端電壓將隨振蕩作大幅度波動(dòng)，廠用設(shè)備難以穩(wěn)定運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)可能造成停機(jī)，所以大型發(fā)電機(jī)失步后果嚴(yán)重，必須有相應(yīng)保護(hù)。?

失步振蕩電流與三相短路電流可比擬，且在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)反復(fù)出現(xiàn)，使發(fā)電機(jī)遭受熱、力損傷，特別是周期性作用在旋轉(zhuǎn)軸系上的振蕩扭矩，可能使大軸扭傷或縮短運(yùn)行壽命，所以大型發(fā)電機(jī)一旦發(fā)生失步，振蕩次數(shù)或時(shí)間應(yīng)受嚴(yán)格限制。?

低勵(lì)失磁保護(hù)雖然檢測(cè)失步故障，但失步故障（單機(jī)失步/全廠失步）并非均由低勵(lì)失磁引起的，所以失磁保護(hù)不能代替失步保護(hù)。

發(fā)電機(jī)保護(hù)發(fā)電機(jī)失步保護(hù)失步保護(hù)主要是檢測(cè)振蕩中心位于發(fā)變組內(nèi)部的失步振蕩

?

當(dāng)振蕩中心落在發(fā)變組內(nèi)部時(shí)，機(jī)端電壓將隨振蕩作大幅度波動(dòng)，廠用負(fù)

荷難以穩(wěn)定運(yùn)行，甚至處于制動(dòng)狀態(tài)，可能造成后果嚴(yán)重。

跳閘時(shí)機(jī)的選擇

?

失步振蕩已持續(xù)達(dá)到預(yù)定時(shí)間或振蕩次數(shù)（系統(tǒng)確定）

?

保證斷路器斷開時(shí)的電流不超過斷路器允許開斷電流（兩側(cè)電動(dòng)勢(shì)相角差大于270度

并逐漸變小時(shí)）

αRZcφO信號(hào)區(qū)Z1Z3

Z2ZstⅠⅡ

ⅢX

d

'跳閘區(qū)

Ⅳ發(fā)電機(jī)失步保護(hù)

?

由三個(gè)阻抗元件構(gòu)成：透鏡、

遮擋器和電抗線。

發(fā)電機(jī)保護(hù)三阻抗元件型失步保護(hù)

jX①

透鏡特性阻抗元件，將阻抗平面分為透鏡內(nèi)動(dòng)作區(qū)和透鏡外不動(dòng)作區(qū)；②

遮擋器直線阻抗元件，將阻抗平面分為左半部分和右半部分，其方向與透鏡主軸相同；③

電抗線阻抗元件，垂直于透鏡主軸，其位置由ZC決定，將保護(hù)分為信號(hào)區(qū)和跳閘區(qū)。

?

X

dαRZcφO信號(hào)區(qū)跳閘區(qū)Z1Z3

Z2ZstX

d

'ⅠⅡⅢⅣ

發(fā)電機(jī)保護(hù)三阻抗元件型失步保護(hù)

jX?

透鏡內(nèi)角的整定

α

=120°發(fā)電機(jī)失步保護(hù)

?

Zst

=

X

S.min

+

XT'?

φ

=85°?

Zc

=

0.9ZT

≈

0.9XT

區(qū)分信號(hào)區(qū)和跳閘區(qū)確定透鏡區(qū)域發(fā)電機(jī)保護(hù)發(fā)電機(jī)失步保護(hù)X

d

'X

TX

sOE

&

B

BE

&

A

A跳閘區(qū)信號(hào)區(qū)αφR發(fā)電機(jī)失步（滑極）過程：

jXO信號(hào)區(qū)跳閘區(qū)Z1Z3Z2ⅠⅡⅢⅣAB在左圖中將自右至左，從阻抗平面的I區(qū)進(jìn)入透鏡區(qū)域II，隨后越過遮擋器直線到達(dá)透鏡區(qū)域III，最終逸出透鏡到阻抗平面的IV區(qū)，反映了兩側(cè)電勢(shì)相角差δ由小到大的全過程。

?

對(duì)于上圖所示的簡(jiǎn)化兩機(jī)系統(tǒng)，

E

&B領(lǐng)先

E

&A

，發(fā)生振蕩并失步，假設(shè)振蕩中心在發(fā)變組內(nèi)，則振蕩阻抗軌跡300ms×

=

50ms發(fā)電機(jī)保護(hù)發(fā)電機(jī)失步保護(hù)αR發(fā)電機(jī)失步（滑極）過程：

jXO

信號(hào)區(qū)跳閘區(qū)Z1Z3Z2ⅠⅡⅢⅣ

AφB依據(jù)電網(wǎng)公司提供的系統(tǒng)振蕩的最短振蕩周期（300ms），失步故障發(fā)生時(shí)阻抗軌跡從進(jìn)入透鏡至到達(dá)遮擋器直線所需的最短時(shí)間為：

180°-120°

360°

而作為滑極（失步）的一個(gè)特征判據(jù)

是振蕩阻抗軌跡穿過透鏡的時(shí)間至少是上述時(shí)間的兩倍（100ms）；考慮到一個(gè)振蕩周期內(nèi)轉(zhuǎn)子的非勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，允許前后半個(gè)透鏡的穿越時(shí)間不同，但總的時(shí)間仍要求大于100ms，否則不判為失步。

X/ohm發(fā)電機(jī)保護(hù)發(fā)電機(jī)失步保護(hù)-6-4-2024681012

2

0-2-4-664R/ohmRO電抗線?

振蕩中心在發(fā)電機(jī)組內(nèi)部，失步保護(hù)跳閘時(shí)機(jī)端阻抗軌跡從上向下依次穿越了透鏡的4個(gè)區(qū)域，且在每個(gè)區(qū)域內(nèi)停留了一定的時(shí)間，符合區(qū)內(nèi)滑極條件。?

由于區(qū)內(nèi)滑極次數(shù)整定為1次，故滿足區(qū)內(nèi)失步動(dòng)作條件。

2010年10月，某電廠機(jī)組失步保護(hù)動(dòng)作，失步振蕩時(shí)發(fā)電機(jī)機(jī)端阻抗軌跡如下圖所示（南瑞繼保提供）：

機(jī)端正序阻抗軌跡

X

遮擋器發(fā)電機(jī)保護(hù)軸電流

在大型發(fā)電機(jī)的軸-軸承-基礎(chǔ)所構(gòu)成的回路中有多種原因可能引起電動(dòng)勢(shì)（軸電壓）。軸電壓的數(shù)值可達(dá)數(shù)伏，有時(shí)可超過10V。當(dāng)發(fā)電機(jī)軸端的對(duì)地絕緣損壞時(shí)，在軸電壓的作用下，軸電流可能達(dá)到相當(dāng)大的數(shù)值（幾百安甚至上千安）。

當(dāng)電機(jī)的軸承絕緣擊穿時(shí)，軸電流將損壞軸承和其它部件，其損壞程度取決于軸電流的大小和持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短。如果軸電流密度超過0.2A/cm2，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸軸領(lǐng)的滑動(dòng)表面和軸瓦可能被損壞。軸電流引起的磁場(chǎng)還會(huì)引起大軸磁化。因此，在必要時(shí)可以裝設(shè)軸電流保護(hù)。

軸電流保護(hù)由套裝在大軸上的專用軸電流互感器和靈敏的過電流保護(hù)構(gòu)成。軸電流保護(hù)通常延時(shí)動(dòng)作于告警和跳閘。

發(fā)電機(jī)保護(hù)軸電流軸電流保護(hù)由套裝在大軸上的專用軸電流互感器和靈敏的過電流保護(hù)構(gòu)成。軸電流互感器為兩瓣穿心式，固定于組合軸承蓋板的支架上（不隨大軸旋轉(zhuǎn)），軸電流保護(hù)通常延時(shí)動(dòng)作于告警和跳閘。

發(fā)電機(jī)保護(hù)軸電流實(shí)際運(yùn)行中，因軸電流互感器安裝處的磁場(chǎng)較復(fù)雜，會(huì)給軸電流監(jiān)測(cè)帶來不小的干擾，嚴(yán)重時(shí)甚至影響保護(hù)的可靠測(cè)量。其具體測(cè)量原理如圖。當(dāng)檢測(cè)到絕緣電阻。值小于某值時(shí)，測(cè)量系統(tǒng)輸出報(bào)警信號(hào)至保護(hù)系統(tǒng)。

變壓器保護(hù)變差保護(hù)變壓器故障類型和不正常工作狀態(tài)及其保護(hù)方式：

變壓器保護(hù)變差保護(hù)變壓器故障類型和不正常工作狀態(tài)及其保護(hù)方式：

變壓器保護(hù)變差保護(hù)變壓器故障類型和不正常工作狀態(tài)及其保護(hù)方式：

變壓器保護(hù)變差保護(hù)變壓器故障類型和不正常工作狀態(tài)及其保護(hù)方式：

變壓器保護(hù)變差保護(hù)

變壓器縱差保護(hù)的特殊問題

變壓器縱差與發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)一樣，也都是采用比率制動(dòng)方式達(dá)到外部短路不誤動(dòng)和內(nèi)部短路靈敏動(dòng)作的目的，但它在以下幾方面存在顯著不同：1、三相變壓器連接組產(chǎn)生的不平衡差流一般情況下，變壓器高、低壓側(cè)三相繞組的連接方式可能不同（譬如Y,

d11或Y0,

d11連接組），使其兩側(cè)對(duì)外引出線同名相一次電流之間存在較大相位差，這種相位差會(huì)在差動(dòng)電流中出現(xiàn)很大的不平衡電流。裝置內(nèi)要進(jìn)行相位補(bǔ)償。

變壓器保護(hù)變差保護(hù)2、變壓器各側(cè)電流互感器變比不匹配產(chǎn)生的不平衡差流因?yàn)殡娏骰ジ衅髯儽劝礃?biāo)準(zhǔn)變比設(shè)計(jì)，難于恰好與變壓器變比相匹配，因而有可能產(chǎn)生不平衡電流。在微機(jī)數(shù)字式保護(hù)中，可以由軟件通過計(jì)算來實(shí)現(xiàn)此種電流平衡的精確自動(dòng)調(diào)整。3、調(diào)壓頭調(diào)整產(chǎn)生的不平衡電流4、變壓器各側(cè)電流互感器特性不一致而產(chǎn)生的不平衡差流構(gòu)成差動(dòng)電流的各側(cè)電流互感器因特性不一致而造成傳變誤差不同，從而引起附加的不平衡電流，尤其當(dāng)外部短路故障時(shí)，因電流暫態(tài)分量（主要是非周期分量）及TA飽和等原因，有可能造成很大的不平衡電流。工程設(shè)計(jì)應(yīng)盡量選擇同型同特性的差動(dòng)保護(hù)專用電流互感器，盡量減小電流互感器二次負(fù)荷等；另一方面是在差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作特性上的措施。譬如：廣泛使用的具有比率制動(dòng)特性的差動(dòng)保護(hù)原理，利用穿越電流的大小自動(dòng)改善制動(dòng)特性，具有良好的對(duì)付TA暫態(tài)特性不一致（如飽和）的影響；在有可能引起TA嚴(yán)重飽和的場(chǎng)合，還需要專門判據(jù)來予以對(duì)付。

變壓器保護(hù)變差保護(hù)5、變壓器勵(lì)磁涌流引起的暫態(tài)不平衡差流當(dāng)變壓器空載投人或者外部故障切除后電壓恢復(fù)過程中，因電壓突然升高，勵(lì)磁電流將突然大大增加，這種由電壓突升引起的巨大的暫態(tài)勵(lì)磁電流稱為勵(lì)磁涌流。由于勵(lì)磁涌流是單側(cè)注入性電流，其幅值又很大，因此會(huì)造成比率制動(dòng)判據(jù)誤判而引起差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。

勵(lì)磁涌流產(chǎn)生的根本原因是鐵心的嚴(yán)重飽和，由可能出現(xiàn)的最大磁通

和鐵心磁化曲線來決定勵(lì)磁涌流的最大值

ie.max

，是一個(gè)非線性問題。

變壓器保護(hù)變壓器保護(hù)變差保護(hù)一般情況，三相變壓器勵(lì)磁涌流有以下特點(diǎn)：①

由于三相電壓之間有120°

(2π/3)的相位差，因而

三相勵(lì)磁涌流不會(huì)相同，任何情況下空載投入

變壓器，至少在兩相中要出現(xiàn)不同程度的勵(lì)磁

涌流。②

某相勵(lì)磁涌流(iμ-B-r)可能不再偏離時(shí)間軸的一側(cè)

，變成了對(duì)稱性涌流。其他兩相仍為偏離時(shí)間

軸一側(cè)的非對(duì)稱性涌流。對(duì)稱性涌流的數(shù)值比

較小。非對(duì)稱性涌流仍含有大量的非周期分量

，但對(duì)稱性涌流中無非周期分量。③

三相勵(lì)磁涌流中有一相或兩相二次諧波含量比

較小，但至少有一相比較大。④

勵(lì)磁涌流的波形仍然是間斷的，但間斷角顯著

減小，其中又以對(duì)稱性涌流的間斷角最小。但

對(duì)稱性涌流有另外一個(gè)特點(diǎn)：勵(lì)磁涌流的正向

最大值與反向最大值之間的相位相差120°。這個(gè)

相位差稱為‘波寬’，顯然穩(wěn)態(tài)故障電流的波寬為

180°。

變壓器保護(hù)變差保護(hù)6、變壓器過勵(lì)磁運(yùn)行工況引起的穩(wěn)態(tài)不平衡差流變壓器的過勵(lì)磁——對(duì)于有些工況，例如超高壓遠(yuǎn)距離輸電線路由于突然失去負(fù)荷而造成變壓器的過電壓時(shí)，會(huì)造成鐵芯飽和，使勵(lì)磁電流大大增加。變壓器過勵(lì)磁時(shí)鐵芯的飽和是對(duì)稱的，勵(lì)磁電流沒有間斷現(xiàn)象，也沒有偶次諧波分量。對(duì)于有可能產(chǎn)生過勵(lì)磁的大型變壓器，通常根據(jù)過勵(lì)磁引起的勵(lì)磁電流中含有大量五次諧波分量的特征，采用五次諧波制動(dòng)的方法，來防止縱差動(dòng)保護(hù)的誤動(dòng)，其實(shí)現(xiàn)方法與二次諧波制動(dòng)方法類似。

變壓器保護(hù)零序電流保護(hù)變壓器零序保護(hù)的作用和要求???單相接地故障幾率最高，而接地故障要求較高的保護(hù)靈敏度，通常采用零序保護(hù)作為專用的接地保護(hù)；零序保護(hù)用作變壓器及相鄰元件接地故障的后備保護(hù)。超高壓變壓器采用分級(jí)絕緣，中性點(diǎn)絕緣水平較低，較易于發(fā)生接地故障，500kV變壓器通常直接接地。

變壓器保護(hù)過激磁保護(hù)過激磁現(xiàn)象及危害

1.現(xiàn)象：變壓器鐵心因磁通密度超過飽和限制而使鐵心嚴(yán)重過熱，同時(shí)

引起勵(lì)磁電流猛增并嚴(yán)重畸變，引起進(jìn)一步附加發(fā)熱。

2.原因：

(1)發(fā)變組并列之前，因操作錯(cuò)誤，誤加大勵(lì)磁電流引起過激磁。

(2)發(fā)電機(jī)啟動(dòng)過程中，轉(zhuǎn)子在低速下預(yù)熱時(shí)，

若誤將電壓升至額定值

，則因發(fā)電機(jī)和變壓器低頻運(yùn)行造成過激磁。

(3)

運(yùn)行中，當(dāng)系統(tǒng)過電壓及頻率降低時(shí)也會(huì)發(fā)生過激磁。

3.危害：過激磁將使發(fā)電機(jī)、變壓器的溫度升高，若過激磁倍數(shù)高，持

續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，可能使發(fā)電機(jī)、變壓器的絕緣因過熱而遭受破壞。

(1)現(xiàn)代大型變壓器額定工作磁密(1.7～1.8)T，飽和磁密僅為(1.9～

2.0)T，兩者很接近；(2)冷軋硅鋼片，它的磁化特性曲線很“硬”

。

變壓器保護(hù)變差保護(hù)過激磁保護(hù)基本原理通常用相對(duì)于額定狀態(tài)的過激磁倍數(shù)來反映過激磁狀況，即

在發(fā)生過激磁后，發(fā)電機(jī)、變壓器并不會(huì)立即損壞，有一個(gè)熱積累過程。對(duì)于某一過激磁倍數(shù)，均有對(duì)應(yīng)的允許運(yùn)行時(shí)間。研究表明，過激磁倍數(shù)與允許運(yùn)行時(shí)間之間的關(guān)系為一條反時(shí)限特性曲線。

U*

f*

UTU

NTN

U

/

fU

N

/

fN

BBN===M

=變壓器保護(hù)瓦斯保護(hù)

油浸變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重漏油或小匝數(shù)匝間短路以及繞組斷線故障時(shí)，差動(dòng)保護(hù)等反應(yīng)電量的保護(hù)因靈敏度不夠而不能動(dòng)作，而瓦斯保護(hù)卻能動(dòng)作，因此瓦斯保護(hù)是變壓器內(nèi)部故障的重要的保護(hù)裝置。

瓦斯保護(hù)分為輕、重瓦斯保護(hù)，裝于油箱與油枕之間的導(dǎo)管上。

瓦斯保護(hù)與差動(dòng)保護(hù)特點(diǎn)互補(bǔ)，共同構(gòu)成變壓器主保護(hù)。

線路保護(hù)距離保護(hù)???距離保護(hù)-利用短路發(fā)生時(shí)電壓、電流同時(shí)變化的特征，測(cè)量電壓與電流的比值，反應(yīng)故障點(diǎn)到保護(hù)安裝處的距離而工作的保護(hù)。定距離Lset-與距離保護(hù)的范圍相對(duì)應(yīng)的距離。工作原理大致如下：

線路保護(hù)距離保護(hù)在線路阻抗的方向上，比較測(cè)量阻抗Z

m和整定阻抗Z

set

就可以實(shí)現(xiàn)

Lk與

Lset的比較

Zm<Z

set

時(shí)，說明

Lk<Lset，故障在保護(hù)區(qū)內(nèi)；

Zm

>Z

set

時(shí)，說明

Lk>Lset，故障在保護(hù)區(qū)之外。

線路保護(hù)距離保護(hù)線路保護(hù)距離保護(hù)線路保護(hù)縱聯(lián)保護(hù)?輸電線路的縱聯(lián)保護(hù)——將線路一側(cè)電氣量信息傳到另一側(cè)去，兩側(cè)的電氣量同時(shí)比較、聯(lián)合工作，也就是說在線路兩側(cè)之間發(fā)生縱向的聯(lián)系，以這種方式構(gòu)成的保護(hù)稱之為輸電線路的縱聯(lián)保護(hù)。以兩端輸電線路為例，一套完整的縱聯(lián)保護(hù)其一般構(gòu)成如右圖所示：TV

——

電壓互感器TA

——

電流互感器

縱聯(lián)方向保護(hù)

線路保護(hù)方向縱聯(lián)和距離縱聯(lián)保護(hù)???兩側(cè)保護(hù)繼電器僅反應(yīng)本側(cè)的電氣量，利用通道將繼電器對(duì)故障方向判別的結(jié)果傳送到對(duì)側(cè)，每側(cè)保護(hù)根據(jù)兩側(cè)保護(hù)繼電器的動(dòng)作過程邏輯判斷區(qū)分是區(qū)內(nèi)還是區(qū)外故障。通道傳送的只是邏輯信號(hào)。傳輸通道：電力線載波通道光纖通道（OPGW架空地線復(fù)