電力設(shè)備繼電保護(hù)原理與整定計(jì)算

電力設(shè)備繼電保護(hù)原理與整定計(jì)算第一頁，共158頁。變壓器保護(hù)第二頁，共158頁。1.電力變壓器的故障和異常運(yùn)行狀態(tài)

油箱內(nèi)的故障：（1）變壓器繞組匝間短路（2）中性點(diǎn)直接接地的單相短路（3）相間短路、異地兩點(diǎn)接地短路（4）鐵心燒損以上故障后果嚴(yán)重：產(chǎn)生電弧，引起絕緣物劇烈氣化，可致油箱爆炸一、變壓器故障及其保護(hù)配置第三頁，共158頁。油箱外的故障

變壓器套管和引線發(fā)生相間短路和接地短路變壓器異常運(yùn)行狀態(tài)

(1)系統(tǒng)發(fā)生相間短路引起的過電流(2)中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)接地短路引起的過電流；中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)接地故障引起的中性點(diǎn)過電壓

(3)過負(fù)荷(4)漏油引起的油面下降(5)變壓器各部分過熱和冷卻系統(tǒng)故障(6)過勵(lì)磁第四頁，共158頁。2.電力變壓器的保護(hù)配置（與容量相關(guān)）

（1）瓦斯保護(hù)油箱內(nèi)的各種故障使箱內(nèi)產(chǎn)生氣體(瓦斯)少量氣體和油流速度較小時(shí)，輕瓦斯動(dòng)作于信號(hào)故障嚴(yán)重，氣體量大、油流速度高時(shí)，重瓦斯瞬時(shí)動(dòng)作于跳閘瓦斯保護(hù)是鐵心燒損的唯一保護(hù)，對(duì)各種內(nèi)部短路也有保護(hù)作用動(dòng)作速度不及差動(dòng)保護(hù)800kVA及以上的油浸式變壓器和400kVA及以上的車間內(nèi)油浸式變壓器均應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)第五頁，共158頁。（2）電流速斷保護(hù)

容量在6300kVA以下的廠用工作變壓器與并列運(yùn)行的變壓器10000kVA以下廠用備用變壓器和單獨(dú)運(yùn)行的變壓器后備保護(hù)時(shí)限大于0.5s時(shí)，應(yīng)裝設(shè)電流速斷整定以變壓器副方短路保護(hù)不動(dòng)作為整定條件校驗(yàn)按保護(hù)安裝處最小短路電流校驗(yàn)：Ksen2第六頁，共158頁。（3）縱差保護(hù)6300kVA及以上的廠用工作變和并列運(yùn)行變壓器10000kVA及以上的廠用備用變和單獨(dú)運(yùn)行變壓器2000kVA及以上用電流速斷保護(hù)靈敏性不符合要求的變壓器電壓為330kV及以上的變壓器，可裝設(shè)雙重縱差對(duì)于發(fā)—變組單元接線，當(dāng)發(fā)電機(jī)與變壓器之間有斷路器時(shí)，變壓器應(yīng)裝設(shè)單獨(dú)的縱差保護(hù)對(duì)于大型發(fā)—變組，即使發(fā)電機(jī)與變壓器之間沒有斷路器，也應(yīng)裝設(shè)變壓器單獨(dú)的縱差保護(hù)第七頁，共158頁。（4）零(序)差(動(dòng))保護(hù)變壓器中性點(diǎn)直接接地的Y繞組發(fā)生單相接地故障時(shí)，縱差保護(hù)的靈敏度較低可以采用零差保護(hù)提高接地故障的靈敏度空載合閘的激磁涌流和調(diào)壓分接頭的調(diào)節(jié)不增加零差保護(hù)的不平衡電流零差保護(hù)靈敏度較高第八頁，共158頁。（5）相間故障的后備保護(hù)過流保護(hù)用于降壓變壓器低壓閉鎖過流保護(hù)

用于過流保護(hù)靈敏度不足的降壓變壓器復(fù)壓?jiǎn)?dòng)的過流保護(hù)用于過流保護(hù)靈敏度不足的降壓變壓器和升壓變壓器負(fù)序過電流保護(hù)用于大容量升降壓變壓器和系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器低阻抗保護(hù)在（3）（4）靈敏度不足時(shí)用于大容量升降壓變壓器和系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器（有效性有待進(jìn)一步研究：王維儉）第九頁，共158頁。（6）接地故障的后備保護(hù)110kV及以上中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)，變壓器中性點(diǎn)可能接地，也可能不接地應(yīng)裝設(shè)帶或不帶方向的零序電流、電壓保護(hù)1）變壓器分級(jí)絕緣、中性點(diǎn)接地運(yùn)行時(shí)

設(shè)置兩段式零序電流保護(hù)，分別與相鄰線路零序電流I段和后備段配合以兩段時(shí)限跳閘：第一時(shí)限動(dòng)作于跳開母聯(lián)開關(guān)，第二時(shí)限跳開變壓器兩側(cè)開關(guān)作母線/線路后備時(shí)Ksen分別大于1.5/1.2

第十頁，共158頁。2）變壓器分級(jí)絕緣、中性點(diǎn)可能接地/不接地運(yùn)行變壓器中性點(diǎn)裝設(shè)放電間隙兩段式零序電流保護(hù)，整定同1）增設(shè)反應(yīng)零序電壓和間隙放電電流的零序電流電壓保護(hù)為中性點(diǎn)不接地運(yùn)行時(shí)的保護(hù)變壓器中性點(diǎn)不裝設(shè)放電間隙兩段式零序電流保護(hù)：整定同1）增設(shè)中性點(diǎn)無零序電流和母線有零序電壓的零序電流電壓保護(hù)為中性點(diǎn)不接地運(yùn)行時(shí)的保護(hù)第十一頁，共158頁。（7）變壓器過勵(lì)磁保護(hù)1）變壓器過勵(lì)磁變壓器感應(yīng)電壓為U=4.44fWBS變壓器工作磁密為B=U/4.44fWS=K1(U/f)（K為常數(shù)，與變壓器繞組匝數(shù)W、鐵芯截面S有關(guān)）過勵(lì)磁倍數(shù)為n=B/Be=(U/Ue)/(f/fe)電壓升高（甩負(fù)荷）和頻率下降（機(jī)組跳閘后減速而滅磁開關(guān)拒動(dòng)等），都將引起過勵(lì)磁：鐵芯嚴(yán)重飽和、勵(lì)磁電流大大增加鐵芯嚴(yán)重發(fā)熱、絕緣迅速老化第十二頁，共158頁。2）變壓器過勵(lì)磁保護(hù)傳統(tǒng)保護(hù)如原理框圖：

Uc=U/nynLH[(2fRC)2+1]1/2=K2U/f=KB(2fRC>>1)給定允許過勵(lì)磁倍數(shù)曲線n–t時(shí)，過勵(lì)磁保護(hù)按n–t反時(shí)限特性整定也可按定時(shí)限特性整定：n=1.1~1.2,t=5s發(fā)信號(hào)；n=1.2~1.4,t=120s跳閘；微機(jī)保護(hù)中均按n–t反時(shí)限特性整定第十三頁，共158頁。3.其它參照《二十五項(xiàng)反事故措施實(shí)施細(xì)則》，220kV主變壓器采用具有獨(dú)立性、完整性、成套性的雙重化主保護(hù)、后備保護(hù)配置。雙重化主保護(hù)為兩種不同原理的差動(dòng)保護(hù)；雙套后備保護(hù)采用的是相同配置；一套本體非電量保護(hù)。主變壓器微機(jī)保護(hù)雙重化是指電氣量保護(hù)的雙重化，要求兩套保護(hù)完全獨(dú)立（測(cè)量回路、電源），運(yùn)行時(shí)兩套保護(hù)均投入運(yùn)行。主變保護(hù)雙重化配置的保護(hù)裝置之間不應(yīng)有任何電氣聯(lián)系。第十四頁，共158頁。主變壓器二套完整的電氣量保護(hù)分別作用于斷路器的兩個(gè)跳閘線圈，一套非電量保護(hù)的跳閘回路應(yīng)同時(shí)作用于斷路器的兩個(gè)跳閘線圈。對(duì)500kV大容量變壓器后備保護(hù)根據(jù)需要可采用阻抗保護(hù)和過勵(lì)磁保護(hù)，復(fù)壓方向過流靈敏度不足時(shí)可使用負(fù)序過電流或負(fù)序方向過電流保護(hù)。自耦變壓器主保護(hù)可增加零序差動(dòng)保護(hù)。第十五頁，共158頁。二、變壓器縱差保護(hù)（一）變壓器縱差保護(hù)的基本原則1.變壓器縱差保護(hù)的原理接線第十六頁，共158頁。2.變壓器縱差保護(hù)的基本原則各側(cè)電流額定電流不同，需適當(dāng)選擇各側(cè)電流互感器變比各側(cè)電流相位不同，需適當(dāng)調(diào)整各側(cè)電流相位LH勵(lì)磁特性不同產(chǎn)生的不平衡電流需考慮穩(wěn)態(tài)不平衡電流變壓器差動(dòng)保護(hù):包含磁路藕合需考慮暫態(tài)不平衡電流第十七頁，共158頁。（二）變壓器縱差保護(hù)的主要特點(diǎn)1.變壓器縱差保護(hù)的暫態(tài)不平衡電流差動(dòng)保護(hù)的基本特點(diǎn),是被保護(hù)線路/設(shè)備正常運(yùn)行或區(qū)外故障，滿足節(jié)點(diǎn)/割集電流定律，有：Ii=0變壓器差動(dòng)保護(hù):包含磁路藕合Ii=Iu(Iu為變壓器勵(lì)磁電流)一側(cè)空載合閘時(shí)的勵(lì)磁涌流:

Iu>10IN(IN為變壓器額定電流)

不滿足節(jié)點(diǎn)/割集電流定律第十八頁，共158頁。2.變壓器的勵(lì)磁涌流勵(lì)磁涌流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于穩(wěn)態(tài)不平衡電流，是影響變壓器縱差保護(hù)工作的主要因素(1)產(chǎn)生勵(lì)磁涌流的原因正常工作時(shí),磁通滯后于工作電壓U的角度為900變壓器空載合閘或外部固故障切除、電壓恢復(fù)時(shí)，如果工作電壓瞬時(shí)值為0，應(yīng)有=–m磁通不能突變，出現(xiàn)幅值m的非周期分量磁通考慮鐵芯剩余磁通s出現(xiàn)最大磁通max=2m+s，鐵芯嚴(yán)重飽和，產(chǎn)生勵(lì)磁涌流第十九頁，共158頁。第二十頁，共158頁。第二十一頁，共158頁。(2)單相變壓器的空載合閘工作磁通為=m+s–mcostt=0時(shí)合閘，=st=1800時(shí)合閘，=max=2m+s鐵芯嚴(yán)重飽和，產(chǎn)生很大的勵(lì)磁涌流Iu.max=420Ie.B(3)三相變壓器的空載合閘在任何時(shí)刻空載合閘，至少兩相出現(xiàn)勵(lì)磁涌流可能出現(xiàn)對(duì)稱涌流，兩相涌流差不含直流分量第二十二頁，共158頁。(4)空載合閘涌流的主要特點(diǎn)包含有很大成分的非周期分量（對(duì)稱涌流除外）包含有大量的高次諧波，而以二次諧波為主波形之間出現(xiàn)間斷(5)在變壓器縱差保護(hù)中防止涌流影響的方法采用速飽和BLH鑒別短路電流和勵(lì)磁涌流波形的差別利用二次諧波制動(dòng)等第二十三頁，共158頁。3.變壓器縱差保護(hù)的穩(wěn)態(tài)不平衡電流LH勵(lì)磁特性不同產(chǎn)生的不平衡電流變壓器各側(cè)一次電流幅值\相位不等產(chǎn)生的不平衡電流需進(jìn)行幅值補(bǔ)償(選擇各側(cè)LH變比校正二次電流大小)需進(jìn)行相位校正(選擇各側(cè)LH接線方式使二次電流相位相同)微機(jī)變壓器保護(hù)由軟件進(jìn)行幅值\相位校正變壓器帶負(fù)荷調(diào)壓引起的不平衡電流第二十四頁，共158頁。變壓器各側(cè)二次電流幅值\相位校正第二十五頁，共158頁。不平衡電流具體計(jì)算如下：變壓器各側(cè)二次電流幅值\相位校正不完全時(shí)Iunb.1=mId.max

正確校正后，m<5%；微機(jī)保護(hù)取m=0變壓器帶負(fù)荷調(diào)壓引起的不平衡電流Iunb.2=UId.max

U:對(duì)應(yīng)變比調(diào)整范圍(11025%KVb變壓器U=5%)LH勵(lì)磁特性不同產(chǎn)生的不平衡電流：Iunb.3=KerKccKapId.maxKap:非周期分量系數(shù)，變壓器兩側(cè)同為TP級(jí)電流互感器取1，同為P級(jí)電流互感器取1.5~2;第二十六頁，共158頁。Ker:LH10%誤差,取0.1；Kcc:LH同型系數(shù)，同型取0.5，否則取1。變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)必須躲過可能出現(xiàn)的最大不平衡電流?？紤]上述各種不平衡電流同時(shí)存在時(shí)，最大可能的不平衡電流為：Iunb.max=Iunb.1+Iunb.2+Iunb.3=(KerKccKap+m+U)Id.max第二十七頁，共158頁。（三）變壓器差動(dòng)保護(hù)的整定計(jì)算1.具有LHB(無制動(dòng))的差動(dòng)保護(hù)(BCH-2)（1）動(dòng)作電流躲過外部短路最大不平衡電流

Iop=KrelIunb.max

=Krel(KerKcc+m+U)Id.max具有LHB，因此不考慮Kap涌流對(duì)策不對(duì)稱涌流：LHB作用對(duì)稱涌流：LHB無制動(dòng)作用，以定值躲過第二十八頁，共158頁。（2）動(dòng)作電流躲過對(duì)稱涌流：

Iop=（1.31.5)IN按此條件整定，LH二次回路斷線時(shí)保護(hù)不會(huì)誤動(dòng)取(1),(2)計(jì)算中較大的為保護(hù)動(dòng)作電流（3）靈敏度校驗(yàn)變壓器大電源側(cè)斷開，小電源側(cè)供電，無電源側(cè)引出線K（2）時(shí)，有Id.min，求得Ksen=Id.min/Iop>2不滿足要求時(shí)，使用帶制動(dòng)特性的差動(dòng)保護(hù)第二十九頁，共158頁。2.使用速飽和變流器BLH的差動(dòng)保護(hù)第三十頁，共158頁。(1)速飽和變流器BLH工作特性鐵芯截面積較小，極易飽和BLH二次感應(yīng)電勢(shì)E與磁場(chǎng)密度變化率B成正比加入周期性電流時(shí)，B按磁滯環(huán)2變化，B很大，E也很大，接于BLH二次側(cè)的差動(dòng)繼電器易于動(dòng)作加入非周期性電流時(shí)，B按磁滯環(huán)2/變化，B很小，E也很小，差動(dòng)繼電器不易動(dòng)作區(qū)外故障時(shí),暫態(tài)不平衡電流含大量非周期性電流,差動(dòng)繼電器不易誤動(dòng)作第三十一頁，共158頁。(2)速飽和變流器BLH的應(yīng)用采用速飽和變流器后，暫態(tài)不平衡電流的計(jì)算中，非周期分量系數(shù)

Kap=1在內(nèi)部故障電流含有大量非周期性電流時(shí)，接有速飽和變流器的差動(dòng)繼電器動(dòng)作速度受到影響：

只有當(dāng)非周期性電流大量衰減后保護(hù)才能動(dòng)作大容量發(fā)電機(jī)、變壓器：時(shí)間常數(shù)很大，非周期性電流衰減很慢：不能使用BLH廣泛用于中、小容量發(fā)電機(jī)、變壓器差動(dòng)保護(hù)中第三十二頁，共158頁。3.使用帶制動(dòng)特性的差動(dòng)保護(hù)一般差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作特性：RS帶制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)特性：PQS無制動(dòng)工作區(qū)：PQIop.min>Iunb.min制動(dòng)工作區(qū)：QSKS>TS=Iunb.max第三十三頁，共158頁。變壓器差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流均取各側(cè)電流相量和的絕對(duì)值Iop=|Ii|作為動(dòng)作電流。由于變壓器外部故障時(shí)存在較大不平衡電流，因此變壓器差動(dòng)保護(hù)常常采用各種帶有制動(dòng)特性的差動(dòng)保護(hù)。如果制動(dòng)電流為Ires，比率制動(dòng)系數(shù)為Kres,則差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作方程為:（1）比率制動(dòng)特性的差動(dòng)保護(hù)比率制動(dòng)特性的差動(dòng)保護(hù)利用穿越性故障電流作為制動(dòng)電流克服差動(dòng)不平衡電流，以防止在外部短路時(shí)差動(dòng)保護(hù)的誤動(dòng)作。第三十四頁，共158頁。下面以雙圈變壓器為例進(jìn)行討論。如果各側(cè)電流為Im和In，則普通比率制動(dòng)特性的差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)為式中，Kres為比率制動(dòng)系數(shù)，Iop.min為最小動(dòng)作電流。式中第一式是輔助判據(jù)，第二式是主判據(jù)，兩式同時(shí)滿足時(shí)保護(hù)跳閘。第三十五頁，共158頁。1)無制動(dòng)工作區(qū)PQ正常工作或外部短路電流較小時(shí),LH處于不飽和工作狀態(tài)，Iunb很小，無需制動(dòng)2)制動(dòng)工作區(qū)QS外部短路電流大時(shí),LH進(jìn)入飽和工作狀態(tài)：Iunb，Ires,Iop定義制動(dòng)系數(shù):Kres=Iop/Ires考慮PQ段特性后，Kres并非常數(shù)常用QS斜率表示制動(dòng)性能：m=PR/NK第三十六頁，共158頁。（2）復(fù)式比率制動(dòng)特性的差動(dòng)保護(hù)為了提高比率制動(dòng)特性差動(dòng)保護(hù)的靈敏性，希望進(jìn)一步降低在發(fā)生變壓器內(nèi)部短路時(shí)的制動(dòng)電流，可采用復(fù)式比率制動(dòng)特性差動(dòng)保護(hù)。其保護(hù)算法為：第三十七頁，共158頁。理想條件下在變壓器外部短路時(shí)差動(dòng)電流為零，則主判據(jù)左邊分子項(xiàng)為零；在變壓器內(nèi)部短路時(shí)主判據(jù)左邊分母近似為零，則主判據(jù)左邊比值很大。復(fù)式比率制動(dòng)特性變壓器差動(dòng)保護(hù)判據(jù)計(jì)算的比率在內(nèi)部短路和外部短路兩種狀態(tài)下有極大的差別，使其具有更加良好的選擇性。第三十八頁，共158頁。（3）標(biāo)積制動(dòng)特性的差動(dòng)保護(hù)原理：差動(dòng)保護(hù)區(qū)兩側(cè)電流為I1，I2時(shí)，以其標(biāo)積為制動(dòng)量：Ires=–|I1|.|I2|cos(),其中=arg(I1/I2):區(qū)外故障

=1800，Ires=|I1|.|I2|=|I1|2=Ires.max制動(dòng)作用最強(qiáng)，差動(dòng)保護(hù)被可靠制動(dòng)區(qū)內(nèi)故障<900，Ires<0,即表現(xiàn)為助動(dòng)作用；

=00，Ires=–|I1|.|I2|，助動(dòng)作用最強(qiáng)，差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作最靈敏第三十九頁，共158頁。很大的外部短路電流下，TA可能飽和,二次電流幅值減小，比率制動(dòng)式縱差保護(hù)的不平衡電流急劇增大而制動(dòng)電流反而減小，可能造成誤動(dòng)。對(duì)于標(biāo)積制動(dòng)式縱差保護(hù)，在外部短路電流作用下，特別是暫態(tài)非周期分量電流的影響下，兩側(cè)TA的傳變持性可能相差較大，出現(xiàn)幅值很大的暫態(tài)不平衡差流，但是兩側(cè)二次電流的相角差別并不太大（在幅值誤差不超過10％時(shí)，相角誤差一般小于70），制動(dòng)電流仍然很大，能夠保證變壓器差動(dòng)保護(hù)不誤動(dòng)。第四十頁，共158頁。3.帶制動(dòng)特性的差動(dòng)保護(hù)的整定（1）比率制動(dòng)特性的整定最小動(dòng)作電流大于正常運(yùn)行時(shí)最大不平衡電流

式中，IN為變壓器的額定電流；Krel為可靠系數(shù),取1.3～1.5；Ker為電流互感器的變比誤差,10P型取0.032，5P型和TP型取0.012；△U為變壓器調(diào)壓引起的誤差,取調(diào)壓范圍中偏離額定值的最大值(百分值)；△m為電流互感器變比未完全匹配產(chǎn)生的誤差,初設(shè)時(shí)取0.05。第四十一頁，共158頁。差動(dòng)起動(dòng)電流按略大于計(jì)算值取值,為可靠躲過額定負(fù)載時(shí)的不平衡電流，可取Iop.min=0.5IN。制動(dòng)特性拐點(diǎn)Q對(duì)應(yīng)的最小制動(dòng)電流

制動(dòng)系數(shù)參照《大型發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)整定計(jì)算導(dǎo)則》，差動(dòng)比率制動(dòng)系數(shù)Kres可按下式計(jì)算：

Krel、Ker、△U、△m定義同前，取值如下：第四十二頁，共158頁。Ker為電流互感器變比誤差，此處取0.1；Kap為非周期分量系數(shù)，兩側(cè)同為TP級(jí)電流互感器時(shí)取1.0；兩側(cè)同為P級(jí)電流互感器時(shí)取1.5～2.0；Kcc為電流互感器的同型系數(shù)，取1.0。因此，可按廠家推薦值整定：Krel=0.5此方法不考慮變壓器負(fù)荷狀態(tài)和外部短路時(shí)電流互感器誤差Ker的差別，整定計(jì)算相對(duì)簡(jiǎn)單，安全可靠，其取值偏保守。第四十三頁，共158頁。（2）差動(dòng)速斷電流保護(hù)

差動(dòng)速斷電流保護(hù)是變壓器差動(dòng)保護(hù)的輔助保護(hù)，當(dāng)內(nèi)部故障電流很大時(shí)，防止因電流互感器飽和時(shí)由涌流識(shí)別算法引起差動(dòng)保護(hù)延遲動(dòng)作。差動(dòng)速斷電流保護(hù)按躲過變壓器初始勵(lì)磁涌流或最大不平衡電流整定：取上兩式計(jì)算較大的值為定值。

K是根據(jù)變壓器容量確定的勵(lì)磁涌流對(duì)額定電流的倍數(shù)。靈敏度校驗(yàn)：正常運(yùn)行方式下，保護(hù)安裝處兩相金屬性短路有大于1.2的靈敏度。第四十四頁，共158頁。（3）二次諧波制動(dòng)方案（涌流檢測(cè)方法1）為可靠防止涌流誤動(dòng)，任意一相二次諧波制動(dòng)判據(jù)動(dòng)作時(shí)，三相差動(dòng)保護(hù)均被閉鎖二次諧波制動(dòng)判據(jù)為：K2=Id2/Id>15%20%（Id2為Id中二次諧波分量）（4）間斷角制動(dòng)方案（涌流檢測(cè)方法2）涌流的另一特征是出現(xiàn)間斷角。根據(jù)廠家推薦，一般整定間斷角J=600~700第四十五頁，共158頁。（5）五次諧波制動(dòng)（過勵(lì)磁檢測(cè)）U=1.31.5UN，變壓器穩(wěn)態(tài)過勵(lì)磁:IuIunb.5為防止保護(hù)誤動(dòng)，增設(shè)五次諧波制動(dòng)500KV超高壓大容量變壓器不允許過勵(lì)磁運(yùn)行（鐵耗與渦流損耗引起鐵芯嚴(yán)重過熱，甚至導(dǎo)致絕緣破壞），另設(shè)過勵(lì)磁保護(hù)第四十六頁，共158頁。帶比率制動(dòng)特性的差動(dòng)保護(hù)

動(dòng)作邏輯第四十七頁，共158頁。三、變壓器相間故障的后備保護(hù)（一）過流保護(hù)

對(duì)于n臺(tái)并聯(lián)的變壓器，其動(dòng)作電流為Iop=KrelIL.max/KrKrel、Kr：可靠系數(shù)和返回系數(shù)IL.max：最大負(fù)荷電流，應(yīng)考慮n臺(tái)變壓器中有一臺(tái)被切除后的負(fù)荷轉(zhuǎn)移（IN為變壓器額定電流）IL.max=nIN/(n-1)

第四十八頁，共158頁。對(duì)于直接向負(fù)荷供電的降壓變壓器,還需考慮自啟動(dòng)系數(shù)Kzq考慮在自啟動(dòng)時(shí)過流保護(hù)應(yīng)可靠返回，有：Ir=KrelKzqIL.max=KrIop其中，返回電流Ir；返回系數(shù)KrIop=KkelKzqIL.max/Kr做相鄰元件后備保護(hù)時(shí)靈敏度往往不足，需采用其它提高靈敏度的措施第四十九頁，共158頁。（二）低壓閉鎖過流保護(hù)過流保護(hù)一般不能滿足靈敏度要求提高靈敏度的方法之一是增設(shè)低電壓閉鎖（1）過電流動(dòng)作值按躲開變壓器額定電流IN整定Iop=KkelIN/Kr第五十頁，共158頁。（2）低電壓動(dòng)作值整定保證母線最低工作電壓整定

Uop=0.9UN/(KkelKr)

Krel為可靠系數(shù)，取1.1~1.2；Kr為電壓繼電器返回系數(shù)，取1.05~1.25；

按躲過電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)時(shí)最低電壓整定電壓取自變壓器低壓側(cè)時(shí)Uop=(0.5~0.6)UN電壓取自變壓器高壓側(cè)時(shí)Uop=0.7UN靈敏度校驗(yàn)：Ksen=Uop/Ud.max1.2Ud.max:相鄰元件保護(hù)區(qū)末端金屬性三相短路時(shí)保護(hù)安裝處的最大電壓。

第五十一頁，共158頁。（三）復(fù)壓?jiǎn)?dòng)的過流保護(hù)低壓閉鎖過流保護(hù)靈敏度不滿足要求時(shí)使用第五十二頁，共158頁。定值整定（1）過電流動(dòng)作值和相間低電壓動(dòng)作值整定與低壓閉鎖過流保護(hù)相同（2）躲開正常運(yùn)行時(shí)最大不平衡負(fù)序電壓U2.op=(0.06~0.12)UN（3）同樣需設(shè)PT斷線閉鎖裝置靈敏度校驗(yàn)

（1）過電流元件

Ksen=Id.min/Iop

1.2.Id.min：相鄰元件保護(hù)區(qū)末端金屬性兩相短路時(shí)保護(hù)安裝處的最小短路電流第五十三頁，共158頁。（2）相間低電壓元件Ksen=Uop/Ud.max.

1.2.Ud.max：相鄰元件保護(hù)區(qū)末端金屬性三相短路時(shí)保護(hù)安裝處的最大電壓（3）負(fù)序電壓元件Ksen=Ud.min.2/U2.op

1.2.Ud.min.2：相鄰元件保護(hù)區(qū)末端金屬性不對(duì)稱短路時(shí)保護(hù)安裝處的最小負(fù)序電壓第五十四頁，共158頁。（四）相間故障后備保護(hù)的方向元件（1）三側(cè)有電源的三繞組升壓變壓器，相間故障后備保護(hù)的高壓或中壓側(cè)需加裝功率方向元件，方向通常指向母線，有利于加速跳開小電源側(cè)的斷路器，避免小系統(tǒng)影響大系統(tǒng)。（2）高壓側(cè)、中壓側(cè)有電源或三側(cè)有電源的三繞組降壓變壓器和聯(lián)絡(luò)變壓器，相間故障后備保護(hù)的高壓或中壓側(cè)需加裝功率方向元件，方向通常指向變壓器，也可指向本側(cè)母線。（3）使用900接線功率方向繼電器。為了消除電壓死區(qū)，其電壓回路可由另一側(cè)電壓互感器供電。第五十五頁，共158頁。四、變壓器接地短路的后備保護(hù)（一）中性點(diǎn)直接接地的變壓器接地后備保護(hù)中性點(diǎn)直接接地的普通變壓器接地后備保護(hù)由兩段式零序過電流保護(hù)構(gòu)成，零序過電流繼電器接在變壓器接地中性點(diǎn)回路電流互感器二次側(cè)。對(duì)高、中壓側(cè)均直接接地的三繞組變壓器，高、中壓側(cè)均應(yīng)裝設(shè)零序方向過電流保護(hù)，方向指向本側(cè)母線。第五十六頁，共158頁。（1）零序電流繼電器的整定1）零序過電流繼電器的動(dòng)作電流應(yīng)與相鄰線路零序電流保護(hù)第I或II段或快速主保護(hù)相配合：

Iop.0.I

=KrelKfz1Iop.0.L.I式中，Iop.0.I為I段零序過電流保護(hù)動(dòng)作電流；Krel為可靠系數(shù)，取1.1；Kfz.I為零序電流分支系數(shù)，其值等于出線零序過電流保護(hù)I段保護(hù)區(qū)末端發(fā)生接地短路時(shí)，流過本保護(hù)的零序電流與流過故障線路的零序電流之比，取各種運(yùn)行方式下的最大值；Iop.0.L.I為線路零序過電流保護(hù)I或II段動(dòng)作電流。第五十七頁，共158頁。110kV及220kV變壓器I段零序過電流保護(hù)以t1＝t0+t（t0為線路零序過電流保護(hù)I段或II段的動(dòng)作時(shí)間）斷開本側(cè)斷路器和母聯(lián)或分段斷路器；以按系統(tǒng)配合要求整定的延時(shí)時(shí)間t2斷開變壓器各側(cè)斷路器。2）II段零序過電流繼電器的動(dòng)作電流應(yīng)與相鄰線路零序電流保護(hù)后備段相配合：Iop.0.II

=KrelKfzIIIop.0.LII第五十八頁，共158頁。式中，Iop.0.II為II段零序過電流保護(hù)動(dòng)作電流；Krel為可靠系數(shù)，取1.1；Kfz.II為零序電流分支系數(shù)，其值等于出線零序過電流保護(hù)后備段保護(hù)區(qū)末端發(fā)生接地短路時(shí)，流過本保護(hù)的零序電流與流過故障線路的零序電流之比，取各種運(yùn)行方式下的最大值；Iop.0.L.II為線路零序過電流保護(hù)后備段動(dòng)作電流。110kV及220kV變壓器II段零序過電流保護(hù)以t3＝t1+t。（t1為線路零序過電流保護(hù)后備段的動(dòng)作時(shí)間）斷開本側(cè)斷路器和母聯(lián)或分段斷路器；以t4＝t3+t斷開變壓器各側(cè)斷路器。第五十九頁，共158頁。（二）中性點(diǎn)不接地的變壓器接地后備保護(hù)對(duì)中性點(diǎn)可能接地或不接地運(yùn)行的變壓器，應(yīng)配置兩種接地后備保護(hù)：用于變壓器中性點(diǎn)接地運(yùn)行狀態(tài)，通常采用二段式零序過電流保護(hù)，其整定值及靈敏系數(shù)計(jì)算與前所述完全相同。用于變壓器中性點(diǎn)不接地運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，保護(hù)的配置、整定值計(jì)算、動(dòng)作時(shí)間等與變壓器的中性點(diǎn)絕緣水平、過電壓保護(hù)方式以及并聯(lián)運(yùn)行的變壓器臺(tái)數(shù)有關(guān)，分述如下。

第六十頁，共158頁。（1）中性點(diǎn)全絕緣變壓器這種變壓器的接地保護(hù)，除了兩段零序過電流保護(hù)外，還應(yīng)增設(shè)零序過電壓保護(hù)，用于變壓器中性點(diǎn)不接地時(shí)，所連接的系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障的情況。過電壓保護(hù)動(dòng)作值Uop.0按下式整定：U0.maxUop.0

Usat；通常取Uop.0=180V式中，U0.max是在部分中性點(diǎn)接地的電網(wǎng)中發(fā)生單相接地時(shí)，保護(hù)安裝處可能出現(xiàn)的最大零序電壓；Usat是中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)的電壓互感器，在失去接地中性點(diǎn)時(shí)發(fā)生單相接地、開口三角繞組可能出現(xiàn)的最低電壓。第六十一頁，共158頁。2）變壓器分級(jí)絕緣、中性點(diǎn)可能接地/不接地運(yùn)行變壓器中性點(diǎn)裝設(shè)放電間隙兩段式零序電流保護(hù)，整定同(一）增設(shè)反應(yīng)零序電壓和間隙放電電流的零序電流電壓保護(hù)為中性點(diǎn)不接地運(yùn)行時(shí)的保護(hù)變壓器中性點(diǎn)不裝設(shè)放電間隙兩段式零序電流保護(hù)，整定同(一）增設(shè)中性點(diǎn)無零序電流和母線有零序電壓的零序電流電壓保護(hù)為中性點(diǎn)不接地運(yùn)行時(shí)的保護(hù)第六十二頁，共158頁。分級(jí)絕緣且中性點(diǎn)裝放電間隙的變壓器接地保護(hù)

第六十三頁，共158頁。（五）變壓器的瓦斯保護(hù)油箱內(nèi)的各種故障使箱內(nèi)油和絕緣材料分解，產(chǎn)生大量氣體(瓦斯)少量氣體和油流速度較小時(shí)，輕瓦斯動(dòng)作于信號(hào)故障嚴(yán)重，氣體量大、油流速度高時(shí)，重瓦斯瞬時(shí)動(dòng)作于跳閘瓦斯保護(hù)是鐵心燒損的唯一保護(hù)，對(duì)各種內(nèi)部短路也有保護(hù)作用動(dòng)作速度不及差動(dòng)保護(hù)輕//重瓦斯動(dòng)作值整定：氣體容積250~300cm3//油流速度0.6~1.5m/s第六十四頁，共158頁。第六十五頁，共158頁。正常運(yùn)行開口杯的重力所產(chǎn)生的力矩小于平衡錘所產(chǎn)生的力矩，上下開口杯均上傾，干簧接點(diǎn)斷開油箱內(nèi)部輕微故障產(chǎn)生少量的氣體并使油面下降，上開口杯露出油面(浮力減小)，其力矩大于平衡錘力矩后，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)永久磁鐵靠近干簧觸點(diǎn)，使觸點(diǎn)閉合，發(fā)生“輕瓦斯”保護(hù)動(dòng)作信號(hào)第六十六頁，共158頁。油箱內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障大量氣體和油流直接沖擊擋板，使下開口杯順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)永久磁鐵靠近干簧觸點(diǎn)使之閉合，發(fā)出跳閘命令嚴(yán)重漏油在油面逐漸降低時(shí)，先使上開口杯露出油面，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，繼之下開口杯露出油面后亦動(dòng)作跳閘第六十七頁，共158頁。發(fā)電機(jī)保護(hù)第六十八頁，共158頁。一、發(fā)電機(jī)故障及其保護(hù)配置（一）發(fā)電機(jī)的故障和異常運(yùn)行狀態(tài)

1．發(fā)電機(jī)的故障：定子繞組及引出線相間短路定子繞組單相匝間短路和分支開焊定子繞組單相接地轉(zhuǎn)子繞組一點(diǎn)或兩點(diǎn)接地勵(lì)磁回路勵(lì)磁電流消失第六十九頁，共158頁。2．發(fā)電機(jī)異常運(yùn)行狀態(tài)

外部相間短路引起的定子繞組過電流外部不對(duì)稱短路或不對(duì)稱負(fù)荷引起的負(fù)序過電流和負(fù)序過負(fù)荷

定子繞組三相對(duì)稱過負(fù)荷突然甩負(fù)荷引起的定子繞組過電壓勵(lì)磁回路故障或強(qiáng)勵(lì)時(shí)間太長(zhǎng)引起的轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷汽輪機(jī)主氣門突然關(guān)閉引起的發(fā)電機(jī)逆功率第七十頁，共158頁。（二）發(fā)電機(jī)的保護(hù)配置（與容量相關(guān)）

1.定子繞組及其引出線相間短路保護(hù)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)是發(fā)電機(jī)的主保護(hù)1MW以上的發(fā)電機(jī)應(yīng)裝設(shè)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)

發(fā)變組當(dāng)發(fā)電機(jī)與變壓器之間有斷路器時(shí)，設(shè)單獨(dú)的縱差保護(hù)當(dāng)發(fā)電機(jī)與變壓器之間沒有斷路器時(shí)100MW以下的發(fā)電機(jī)，設(shè)發(fā)變組共用縱差100MW以上的發(fā)電機(jī)設(shè)單獨(dú)的縱差保護(hù)，與發(fā)變組共用縱差構(gòu)成雙重主保護(hù)第七十一頁，共158頁。定子繞組單相接地短路保護(hù)接地電容電流5A,動(dòng)作于跳閘接地電容電流<5A,動(dòng)作于信號(hào)100MW及以上發(fā)電機(jī)，設(shè)保護(hù)區(qū)為100%的單相接地短路保護(hù)定子繞組單相匝間短路對(duì)有六個(gè)引出端的雙繞組發(fā)電機(jī)，應(yīng)設(shè)置簡(jiǎn)單、靈敏的單元件橫差保護(hù)第七十二頁，共158頁。4.發(fā)電機(jī)外部故障引起的定子過流(1)過流保護(hù)用于1WM以下的小容量發(fā)電機(jī)保護(hù)(2)復(fù)壓?jiǎn)?dòng)的過流保護(hù)用于過流保護(hù)靈敏度不足的發(fā)電機(jī)保護(hù)(3)負(fù)序過電流及單相低電壓起動(dòng)的過流保護(hù)用于用于50WM及以上的發(fā)電機(jī)保護(hù)5.發(fā)電機(jī)的其它保護(hù)定子繞組過負(fù)荷/過電壓發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)

發(fā)電機(jī)失步保護(hù)

第七十三頁，共158頁。二、發(fā)電機(jī)縱差/橫差保護(hù)（一）不帶制動(dòng)的縱差保護(hù)1.保護(hù)動(dòng)作值整定(1).正常運(yùn)行時(shí),LH二次回路斷線時(shí)保護(hù)不誤動(dòng)Iop=KrelIgn/nLIgn：發(fā)電機(jī)額定電流Krel：可靠系數(shù)，取Krel=1.3為防止在LH二次回路斷線、同時(shí)區(qū)外故障導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)，另需設(shè)置LH二次回路斷線監(jiān)視裝置發(fā)出告警信號(hào),由運(yùn)行人員退出保護(hù)Iop=0.2Ign(躲開正常運(yùn)行時(shí)的不平衡電流)第七十四頁，共158頁。第七十五頁，共158頁。(2).躲開外部短路時(shí)的最大不平衡電流

Iop=KrelIunb.max=KkelKerKapKccId.maxKrel：可靠系數(shù)，取Krel=1.3Kap：非周期分量影響系數(shù)。使用BLH時(shí)，Kap

=1，否則Kap

=1.31.5Kcc:LH同型系數(shù)。發(fā)電機(jī)差動(dòng)采用同型LH，Kcc=0.5(相對(duì)誤差5%)Ker=0.1:滿足10%誤差曲線要求時(shí)LH最大誤差I(lǐng)d.max:取外部短路K(3)，Zs.min時(shí)計(jì)算第七十六頁，共158頁。按條件(2）整定，有：Iop=（0.40.6)Ign

動(dòng)作更靈敏；但LH二次回路斷線、同時(shí)區(qū)外故障將導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)Iop<Ign(如上)不使用1)中的LH二次回路斷線閉鎖:保護(hù)定值不能躲過

斷線故障機(jī)率很小,且加強(qiáng)運(yùn)行維護(hù),可大大降低斷線的可能性:傾向于條件(2）整定保護(hù)定值微機(jī)保護(hù)具有更強(qiáng)的裝置故障監(jiān)測(cè)手段,可按條件2）整定保護(hù)定值,輔以下述條件區(qū)分故障或斷線:任意一相電壓工頻變化量元件起動(dòng)任意一相正、負(fù)、零序電壓元件起動(dòng)起動(dòng)后任意一相電流大于1.1Ign滿足任一條件為故障

第七十七頁，共158頁。2.靈敏度校驗(yàn)Ksen=Id.min/Iop>2Id.min為內(nèi)部故障時(shí)流過保護(hù)的最小短路電流校驗(yàn)條件（1）發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)并列運(yùn)行前，機(jī)端兩相短路故障：

發(fā)電機(jī)單獨(dú)供給的短路電流（2）發(fā)電機(jī)無勵(lì)磁、與最小運(yùn)行方式的系統(tǒng)自同期并列時(shí)機(jī)端兩相短路故障：

系統(tǒng)單獨(dú)供給的短路電流第七十八頁，共158頁。（二）帶制動(dòng)的縱差保護(hù)一定滿足靈敏度要求，無需校驗(yàn)(1)最小動(dòng)作電流大于正常運(yùn)行時(shí)最大不平衡電流Iop.0=（0.10.2)Ign(2)制動(dòng)特性拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)的制動(dòng)電流

Ires.0=Ign

(3)制動(dòng)系數(shù)Iop.max=KkelKerKapKccId.maxIres.max=Iunb.max

Kres=Iop.max/Ires.max=KkelKerKapKcc(推薦取0.3)(4)斜率S=(Iop.max–Iop.0)/(Ires.max-Ires.0)第七十九頁，共158頁。（三）定子繞組匝間短路的保護(hù)1.橫差保護(hù)大容量發(fā)電機(jī)額定電流很大，各相以兩個(gè)繞組(或更多繞組)并聯(lián)工作同相同繞組或同相不同繞組匝間短路時(shí)，兩繞組的電勢(shì)不再相等繞組電勢(shì)差將在繞組內(nèi)產(chǎn)生很大環(huán)流而不被縱差保護(hù)反應(yīng)對(duì)有六個(gè)引出端的雙繞組發(fā)電機(jī)，應(yīng)設(shè)置簡(jiǎn)單、靈敏的單元件橫差保護(hù)第八十頁，共158頁。(1)利用兩繞組電流之差即可構(gòu)成三元件橫差保護(hù)三元件橫差保護(hù)接線復(fù)雜，可靠性低第八十一頁，共158頁。(2)單元件橫差保護(hù)將一半繞組與另一半繞組的三相電流和比較各種單相匝間短路時(shí)，通過兩組繞組的中性點(diǎn)連接線構(gòu)成短路環(huán)流通路也可反應(yīng)定子繞組相間不對(duì)稱短路：相間短路時(shí)，一般兩組繞組三相不對(duì)稱，可形成環(huán)流第八十二頁，共158頁。發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行和外部短路時(shí)，有較大三次諧波不平衡電流通過中性點(diǎn)連接線，需濾波處理轉(zhuǎn)子永久性兩點(diǎn)接地時(shí)氣隙磁通畸變，也有較大不平衡電流通過中性點(diǎn)連接線，可使橫差誤動(dòng)畸變氣隙磁通導(dǎo)致發(fā)電機(jī)異常震動(dòng)，需轉(zhuǎn)子永久性兩點(diǎn)接地保護(hù)動(dòng)作跳閘，因此不閉鎖橫差保護(hù)為防止轉(zhuǎn)子瞬時(shí)兩點(diǎn)接地時(shí)橫差誤動(dòng)，在轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地后，橫差切換至0.51s延時(shí)跳閘回路第八十三頁，共158頁。整定計(jì)算當(dāng)單元件橫差保護(hù)使用的三次諧波濾過器濾除三次諧波的濾過比大于或等于15時(shí)，動(dòng)作電流初設(shè)可選為Iop.0=(0.2~0.3)Ign對(duì)使用LMZ型LH且三次諧波濾過器濾除三次諧波的濾過比大于或等于80的高靈敏單元件橫差保護(hù)，動(dòng)作電流初設(shè)可選為Iop.0=0.05Ign實(shí)際整定按躲過外部故障最大三相短路電流時(shí)的基波和三次諧波不平衡電流計(jì)算：第八十四頁，共158頁。轉(zhuǎn)子二次諧波電流保護(hù)(負(fù)序功率方向閉鎖)用于有三個(gè)引出端的單繞組發(fā)電機(jī)：橫差無效定子繞組部分繞組匝間(或相間)短路出現(xiàn)負(fù)序電流分量，氣隙必有負(fù)序(逆轉(zhuǎn))磁場(chǎng),在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)出二次諧波電流，以此起動(dòng)保護(hù)跳閘增設(shè)負(fù)序功率方向閉鎖，防止外部故障誤動(dòng)當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部不對(duì)稱短路時(shí)，故障點(diǎn)負(fù)序電壓最大，負(fù)序功率由發(fā)電機(jī)流出當(dāng)外部不對(duì)稱運(yùn)行或短路時(shí)，負(fù)序功率流入發(fā)電機(jī)，將保護(hù)閉鎖整定：動(dòng)作電流大于正常運(yùn)行允許的定子繞組最大負(fù)序電流(5~8%)Ign對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子二次諧波電流第八十五頁，共158頁。三、發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地短路的保護(hù)根據(jù)安全要求，發(fā)電機(jī)的外殼接地定子繞組因絕緣破壞而引起的單相接地故障比較普遍，且接地電流為電容電流接地電流能在故障點(diǎn)引起電弧時(shí)，將使繞組的絕緣和定子鐵心損壞，也容易發(fā)展成相間短路，造成更大的危害當(dāng)接地電容電流等于或大于允許值時(shí)，應(yīng)裝設(shè)動(dòng)作于跳閘的接地保護(hù)當(dāng)接地電流小于允許值時(shí)，—般裝設(shè)作用于信號(hào)的接地保護(hù)

第八十六頁，共158頁。（一）定子繞組單相接地短路的特點(diǎn)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)采用不接地或經(jīng)消弧線圈接地方式，單相接地短路電流為三相對(duì)地電容電流之和接地點(diǎn)對(duì)地零序電壓與接地點(diǎn)位置有關(guān)設(shè)：A相繞組中性點(diǎn)到接地點(diǎn)間的短路匝數(shù)與A相繞組匝數(shù)比為，接地點(diǎn)各相電壓為：UAD=EA–EA=0UBD=EB–EAUCD=EC–EAUd0=（UAD+UBD+UBD)/3=–EA第八十七頁，共158頁?？紤]發(fā)電機(jī)內(nèi)部對(duì)地電容為C0f，外部對(duì)地電容為C0l，則電流分布如圖所示第八十八頁，共158頁。作出零序等效網(wǎng)絡(luò),求得3I0f=j3C0fUd03I0l=j3C0lUd0Id0=–j3(C0f+C0l)Ud0發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障流過LH0的電流為3I0l發(fā)電機(jī)外部故障流過LH0的電流為3I0f

第八十九頁，共158頁。接地電流比較大、超過允許值時(shí)，應(yīng)使發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地電感電流補(bǔ)償使Id0降低Id0=j[(1/L)–3(C0l+C0l)]Ud0第九十頁，共158頁。根據(jù)發(fā)電機(jī)工作方式選擇保護(hù)方式發(fā)電機(jī)直接連接在電壓母線上與發(fā)電機(jī)直接聯(lián)系的元件較多，C0l較大3I0l較大，可用零序電流保護(hù)跳閘發(fā)電機(jī)–變壓器單元接線無其它與發(fā)電機(jī)直接聯(lián)系的元件，C0l較小3I0l較小，可用零序電壓保護(hù)動(dòng)作于信號(hào)第九十一頁，共158頁。（二）零序電流保護(hù)C0l>>C0f，內(nèi)部故障時(shí)，3I0l>>3I0f，動(dòng)作靈敏正常運(yùn)行時(shí)，一次側(cè)電流很大，LH0不平衡電流很大，應(yīng)使用特別設(shè)計(jì)的LH0整定：(1)躲過外部單相接地時(shí)，發(fā)電機(jī)本身的電容電流以及由于零序電流互感器一次側(cè)三相導(dǎo)線排列不對(duì)稱在二次側(cè)引起的不平衡電流(2)為防止外部相間短路產(chǎn)生的不平衡電流引起接地保護(hù)誤動(dòng)作，在相間保護(hù)動(dòng)作時(shí)保護(hù)閉鎖(3)保護(hù)裝置帶有l(wèi)～2s的時(shí)限，以躲開外部單相接地瞬間發(fā)電機(jī)暫態(tài)(大于穩(wěn)態(tài))電容電流的影響第九十二頁，共158頁。（三）零序電壓保護(hù)當(dāng)接地電流小于允許值時(shí)，—般裝設(shè)作用于信號(hào)的零序電壓接地保護(hù)整定：(1)躲過正常運(yùn)行時(shí)PT開口三次諧波不平衡電壓(2)躲過外部接地短路時(shí)產(chǎn)生的零序電壓經(jīng)變壓器繞組分布電容藕合到發(fā)電機(jī)側(cè)的零序電壓提高動(dòng)作靈敏度措施采用三次諧波濾波器延時(shí)躲開外部接地短路故障時(shí)的零序電壓第九十三頁，共158頁。（四）無死區(qū)100%定子繞組接地短路的保護(hù)零序分量構(gòu)成的定子繞組接地保護(hù)存在動(dòng)作死區(qū)：較小時(shí)零序分量保護(hù)不能動(dòng)作（保護(hù)范圍小于85%）死區(qū)內(nèi)故障可使接地故障發(fā)展為匝間、相間故障，嚴(yán)重?fù)p壞發(fā)電機(jī)需使用無死區(qū)100%定子繞組接地短路的保護(hù)類型附加信號(hào)電源（需附加信號(hào)電源，略）增加三次諧波電壓保護(hù)第九十四頁，共158頁。三次諧波電壓保護(hù)正常運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)含三次諧波電壓以等效電路分析三次諧波電壓分布情況正常運(yùn)行時(shí)三次諧波電壓分布（不帶消弧線圈）第九十五頁，共158頁。類似分析帶消弧線圈時(shí)三次諧波電壓分布情況當(dāng)單相接地、短路匝數(shù)與繞組匝數(shù)比為時(shí)，無論有無消弧線圈，都有UN3=E3Ul3

=(1–)E3

Ul3/UN3=(1–)/第九十六頁，共158頁。當(dāng)<50%時(shí)，有|Ul3|–

|UN3|>0為<50%時(shí)定子繞阻單相接地故障的動(dòng)作判據(jù)為防止高阻接地故障拒動(dòng)，使用高靈敏判據(jù)K=|UN3–kpUl3|–|UN3|>0選擇適當(dāng)kp，正常運(yùn)行時(shí)使（UN3–kpUl3）0選擇<<1（減少制動(dòng)量），有正常運(yùn)行時(shí)K<0,保護(hù)不動(dòng)作；區(qū)內(nèi)故障時(shí)，K>0,保護(hù)靈敏動(dòng)作第九十七頁，共158頁。100%定子繞組接地短路的保護(hù)第九十八頁，共158頁。四、定子、轉(zhuǎn)子繞組的電流保護(hù)包括：定子、轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷保護(hù)發(fā)電機(jī)的負(fù)序過電流保護(hù)對(duì)于大容量發(fā)電機(jī)，由于熱容量降低，過負(fù)荷能力下降，需考慮反時(shí)限動(dòng)作特性：

動(dòng)作時(shí)間與故障電流成反比第九十九頁，共158頁。（一）定子、轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷保護(hù)（1）中小機(jī)組：?jiǎn)蜗喽〞r(shí)限過電流保護(hù)（2）大型機(jī)組：發(fā)電機(jī)的熱容量顯著下降，過負(fù)荷能力隨之下降發(fā)電機(jī)過電流倍數(shù)越大，允許運(yùn)行時(shí)間越短：過負(fù)荷能力具有反時(shí)限特性應(yīng)使用具有反時(shí)限特性的過負(fù)荷保護(hù)t=K/[(I/Ign)2–(1+)]K:與發(fā)電機(jī)熱容量相關(guān)的常數(shù)=0.010.02,修正系數(shù)第一百頁，共158頁。（二）發(fā)電機(jī)的負(fù)序過電流保護(hù)不對(duì)稱負(fù)荷或短路時(shí)，在定子繞組中出現(xiàn)負(fù)序電流對(duì)應(yīng)的負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相對(duì)轉(zhuǎn)子為2倍同步轉(zhuǎn)速，使轉(zhuǎn)子繞組、鐵芯感應(yīng)倍頻電流鐵芯電流密度大的轉(zhuǎn)子端部、護(hù)環(huán)等部位局部灼傷，使轉(zhuǎn)子表層過熱倍頻電磁轉(zhuǎn)矩同時(shí)引起100Hz的機(jī)械震動(dòng)負(fù)序過電流保護(hù)實(shí)際是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子表層過熱保護(hù)第一百零一頁，共158頁。（1）發(fā)電機(jī)的過熱時(shí)間常數(shù)負(fù)序過電流時(shí)，發(fā)電機(jī)允許的發(fā)熱量正比與過熱時(shí)間常數(shù)A(I2*)2?t=(I2/Ign)2?t=A發(fā)電機(jī)的過熱時(shí)間常數(shù)與發(fā)電機(jī)類型和冷卻方式相關(guān)過熱時(shí)間常數(shù)參考值凸極發(fā)電機(jī)：A=40氣冷隱極發(fā)電機(jī)：A=30直冷汽輪發(fā)電機(jī)：A=6~15（100~300MW)A=4(600MW)第一百零二頁，共158頁。(2)負(fù)序過電流保護(hù)作轉(zhuǎn)子表層過熱主保護(hù)如果復(fù)壓過流保護(hù)在作相鄰元件后備時(shí)靈敏度不滿足要求，也以負(fù)序過電流保護(hù)作相鄰元件后備動(dòng)作時(shí)間不能與相鄰元件保護(hù)配合，直接采用以過熱時(shí)間常數(shù)表達(dá)的反時(shí)間特性t=A/[(I2*)2–(0.8I2*)]I2*=I2/Ign

為發(fā)電機(jī)長(zhǎng)期允許的負(fù)序電流標(biāo)么值，一般為0.050.08第一百零三頁，共158頁。五、發(fā)電機(jī)的失磁保護(hù)失磁：發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁部分或全部消失大中型發(fā)電機(jī)發(fā)生部分或全部失磁的異常運(yùn)行狀態(tài)超過總事故次數(shù)的50%故障原因轉(zhuǎn)子繞組故障勵(lì)磁機(jī)故障滅磁開關(guān)誤跳閘運(yùn)行人員誤操作第一百零四頁，共158頁。（一）發(fā)電機(jī)失磁運(yùn)行及其后果圖示系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)的功角特性為：第一百零五頁，共158頁。轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程為PT、P、Pac分別為原動(dòng)機(jī)功率、發(fā)電機(jī)電磁功率及發(fā)電機(jī)異步功率正常運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)電勢(shì)為Ed1,發(fā)電機(jī)、系統(tǒng)電勢(shì)差為1PT=P,1<900Pac=0,發(fā)電機(jī)處于穩(wěn)定同步運(yùn)行狀態(tài)第一百零六頁，共158頁。失磁開始，失步前（

<900）勵(lì)磁電流逐步減??；Ed，PT還來不及減少；為維持功率平衡，

Ed1Ed2,

1

2,…Q由正變負(fù)，

=900時(shí)，由系統(tǒng)吸收無功；系統(tǒng)Q充足時(shí)，Us不變；否則Us降低第一百零七頁，共158頁。失步運(yùn)行（

900）發(fā)電機(jī)失去同步，轉(zhuǎn)子加速旋轉(zhuǎn)，ff轉(zhuǎn)差率S=(fs–ff)/fs較大時(shí)，轉(zhuǎn)子回路感應(yīng)出較大差頻電流差頻電流產(chǎn)生異步功率Pac;PT=Pac時(shí)，穩(wěn)定異步運(yùn)行；部分失磁時(shí)，PT=Pac+P

>900后，由系統(tǒng)吸收更多無功第一百零八頁，共158頁。發(fā)電機(jī)失步運(yùn)行的影響失步運(yùn)行對(duì)系統(tǒng)的影響如果正常運(yùn)行時(shí)向系統(tǒng)輸出無功為Q1，失步運(yùn)行后由系統(tǒng)吸收無功為Q2，則系統(tǒng)出現(xiàn)（Q1+Q2）的無功缺額如果系統(tǒng)無功不足，將引起系統(tǒng)電壓下降，負(fù)載端電容無功出力降低，出現(xiàn)更大無功缺額，甚至造成電壓崩潰、系統(tǒng)瓦解第一百零九頁，共158頁。失步運(yùn)行對(duì)發(fā)電機(jī)的影響失步運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子回路感應(yīng)出較大差頻電流，產(chǎn)生附加溫升和機(jī)振，從而危害轉(zhuǎn)子的安全由于由系統(tǒng)吸收大量無功，引起定子過電流；轉(zhuǎn)差率越大，發(fā)電機(jī)的等值電抗越小，定子過電流也就越大，使定子溫升過高汽輪發(fā)電機(jī)在較小轉(zhuǎn)差率時(shí)就可輸出較大異步有功，允許短時(shí)失步運(yùn)行（視系統(tǒng)無功儲(chǔ)備定）水輪發(fā)電機(jī)較大轉(zhuǎn)差率時(shí)才輸出較大異步有功，且轉(zhuǎn)子溫升、定子過流嚴(yán)重，不允許失步運(yùn)行第一百一十頁，共158頁。（二）發(fā)電機(jī)失磁后的機(jī)端測(cè)量阻抗失磁保護(hù)中廣泛采用阻抗繼電器作為檢測(cè)元件失磁過程中機(jī)端視在阻抗的變化軌跡常用等有功圓、等無功圓、等電壓阻抗圓描述單機(jī)–無窮大系統(tǒng)為分析基礎(chǔ)第一百一十一頁，共158頁。1、失步前的等有功過程(等有功阻抗圓)

<900時(shí)近似為等有功過程機(jī)端視在阻抗為第一百一十二頁，共158頁。考慮以下關(guān)系：機(jī)端視在阻抗為Zf具有阻抗圓特性：圓心半徑第一百一十三頁，共158頁。對(duì)應(yīng)不同的有功，有不同的特性圓；P越大，圓半徑越小由于，當(dāng)Q由正值變?yōu)樨?fù)值時(shí)，

也由正值變?yōu)樨?fù)值，ZJ由I象限進(jìn)入IV象限由1變?yōu)?，機(jī)端視在阻抗由ZJ1變?yōu)閆J2時(shí)，其變化軌跡如圖第一百一十四頁，共158頁。2、靜穩(wěn)極限(等無功阻抗圓)

=900時(shí)發(fā)電機(jī)到達(dá)靜穩(wěn)極限，且機(jī)端視在阻抗為第一百一十五頁，共158頁。即帶入Zf也具有阻抗圓特性：圓心半徑第一百一十六頁，共158頁。系統(tǒng)阻抗不同時(shí)，=900、發(fā)電機(jī)到達(dá)靜穩(wěn)極限時(shí)所吸收的無功不同，有不同的特性圓；Xs越大，圓半徑越大ZJ由阻抗圓特性外進(jìn)入阻抗圓特性內(nèi)時(shí)，可判別為發(fā)電機(jī)失磁采用靜穩(wěn)極限為失磁判據(jù)的阻抗繼電器，等無功圓內(nèi)為其動(dòng)作區(qū)第一百一十七頁，共158頁。3、發(fā)電機(jī)失步并進(jìn)入穩(wěn)定異步運(yùn)行時(shí)的測(cè)量阻抗異步運(yùn)行的發(fā)電機(jī)與電動(dòng)機(jī)具有相似的等效電路，可求其機(jī)端視在阻抗

（X1、X2分別為定、轉(zhuǎn)子繞組漏抗；Xad為定、轉(zhuǎn)子繞組間互感抗；R2(1-s)/s為反應(yīng)發(fā)電機(jī)功率的等效電阻）第一百一十八頁，共158頁。發(fā)電機(jī)空載失磁時(shí)，s0Zf=–j(X1+Xad)=–jXd為發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)電抗其它情況下失磁時(shí)，Zf將隨s的增大而降低考慮極限情況s=

Zf=–j(X1+X2//Xad)=–jXd’為發(fā)電機(jī)暫態(tài)電抗其它情況下–jXd<Zf<–jXd’第一百一十九頁，共158頁。4、發(fā)電機(jī)失磁后機(jī)端測(cè)量阻抗的變化規(guī)律失磁后、失步前，Zf隨Q的減少，由I象限進(jìn)入IV象限在=900的臨界失步點(diǎn)，等有功圓與等無功圓相交越過臨界失步點(diǎn)后，Zf進(jìn)入失步運(yùn)行區(qū)并最終穩(wěn)定于–jXd與–jXd’

之間第一百二十頁，共158頁。5、其它情況下發(fā)電機(jī)的機(jī)端測(cè)量阻抗正常運(yùn)行可用等有功圓分析:=arctg(Q/P)發(fā)出有功和無功：>0只發(fā)出有功：=0欠勵(lì)磁：<0機(jī)端測(cè)量阻抗在等有功圓上變化發(fā)電機(jī)外部故障:Zf=Zd，測(cè)量阻抗在I象限第一百二十一頁，共158頁。系統(tǒng)振蕩對(duì)無窮大系統(tǒng)，Xs

=0失步振蕩時(shí)，考慮轉(zhuǎn)差率s很大，極限情況發(fā)電機(jī)側(cè)電抗為發(fā)電機(jī)暫態(tài)電抗Xd’振蕩中心為Z/2=–jXd’/2，振蕩軌跡將經(jīng)過等無功圓發(fā)電機(jī)自同步并列s0，在不加勵(lì)磁合閘瞬間，與空載失磁情況完全相同合閘后立即加上勵(lì)磁，自同步并列的失磁運(yùn)行時(shí)間極短，應(yīng)防止失磁保護(hù)誤動(dòng)第一百二十二頁，共158頁。（三）發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)發(fā)電機(jī)失磁后對(duì)發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)無嚴(yán)重威脅時(shí)，及時(shí)發(fā)出警告信號(hào)；否則切除失磁發(fā)電機(jī)水輪發(fā)電機(jī)失磁時(shí)，無論系統(tǒng)無功是否充足，均瞬時(shí)發(fā)信；臨近失步時(shí)及時(shí)切機(jī)汽輪發(fā)電機(jī)失磁且系統(tǒng)無功充足時(shí)，瞬時(shí)發(fā)信并自動(dòng)減負(fù)荷；以發(fā)電機(jī)允許無勵(lì)磁運(yùn)行時(shí)限動(dòng)作切機(jī)汽輪發(fā)電機(jī)失磁且系統(tǒng)無功不足、電壓下降嚴(yán)重時(shí)，瞬時(shí)發(fā)信；臨近失步時(shí)及時(shí)切機(jī)第一百二十三頁，共158頁。失磁保護(hù)方式自動(dòng)滅磁開關(guān)跳閘時(shí)聯(lián)鎖跳開發(fā)電機(jī)用于帶直流勵(lì)磁機(jī)的水輪發(fā)電機(jī)及不允許失磁運(yùn)行的汽輪發(fā)電機(jī)對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)故障無保護(hù)作用

反應(yīng)定子參數(shù)變化的失磁保護(hù)（多種保護(hù)方案）ZJ沿等有功圓進(jìn)入等無功圓無功功率改變方向機(jī)端電壓下降，功角增大一般均以等無功圓為失磁判據(jù)第一百二十四頁，共158頁。失磁保護(hù)邏輯框圖(保護(hù)方案舉例)第一百二十五頁，共158頁。整定Z：低阻抗。按等無功圓整定Uf：三相低電壓。按系統(tǒng)允許最低電壓整定Ufd：躲開空載時(shí)最小勵(lì)磁電壓整定，防止出口短路故障或PT斷線時(shí)Z/Uf保護(hù)誤動(dòng)t1：躲開振蕩過程中的短時(shí)低電壓或自同步并列的影響，取t1=0.51st2：躲開振蕩過程中的短時(shí)低電壓或自同步并列的影響，取t1=11.5s第一百二十六頁，共158頁。（四）發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)整定計(jì)算發(fā)電機(jī)低勵(lì)失磁保護(hù)的動(dòng)作主判據(jù)包括系統(tǒng)側(cè)主判據(jù)和發(fā)電機(jī)側(cè)主判據(jù)。1.系統(tǒng)側(cè)主判據(jù)系統(tǒng)側(cè)主判據(jù)為高壓母線三相同時(shí)低電壓，防止由發(fā)電機(jī)低勵(lì)失磁故障引起無功儲(chǔ)備不足而導(dǎo)致的系統(tǒng)電壓崩潰：式中，Uop.3ph為低電壓繼電器的動(dòng)作電壓;Uh.min為高壓母線最低正常運(yùn)行電壓。第一百二十七頁，共158頁。該元件接在升壓變壓器高壓母線的電壓互感器三相線電壓上。系統(tǒng)發(fā)生三相短路時(shí)，三相同時(shí)低電壓，失磁保護(hù)系統(tǒng)側(cè)主判據(jù)將誤動(dòng)。此時(shí)勵(lì)磁回路正常工作，依靠輔助判據(jù)中的勵(lì)磁低電壓閉鎖元件可防止系統(tǒng)側(cè)故障時(shí)失磁保護(hù)系統(tǒng)側(cè)主判據(jù)誤動(dòng)作。系統(tǒng)側(cè)主判據(jù)經(jīng)輔助判據(jù)“與”邏輯輸出，帶短延時(shí)動(dòng)作于發(fā)電機(jī)解列。第一百二十八頁，共158頁。2.發(fā)電機(jī)側(cè)主判據(jù)發(fā)電機(jī)側(cè)主判據(jù)包括：異步邊界阻抗繼電器、靜穩(wěn)極限阻抗繼電器和靜穩(wěn)極限低電壓繼電器。發(fā)電機(jī)側(cè)輔助判據(jù)包括負(fù)序電壓元件、負(fù)序電流元件、勵(lì)磁低電壓元件。（1）異步邊界阻抗繼電器整定(園特性1)

第一百二十九頁，共158頁。（2）靜穩(wěn)極限阻抗繼電器整定1）汽輪發(fā)電機(jī)(園特性2)式中Xcon為發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)間的聯(lián)系電抗（包括升壓變壓器阻抗）的標(biāo)幺值，由系統(tǒng)調(diào)度部門給出。為防止靜穩(wěn)極限阻抗繼電器在I、II象限動(dòng)作區(qū)內(nèi)易發(fā)生非失磁情況下的誤動(dòng)，為此可使用圖中阻抗園特性3，即準(zhǔn)靜穩(wěn)極限阻抗特性園。第一百三十頁，共158頁。2）水輪發(fā)電機(jī)和大型汽輪發(fā)電機(jī)（XdXq）靜穩(wěn)極限阻抗特性是滴狀曲線?？紤]到阻抗特性過于復(fù)雜，且I、II象限動(dòng)作區(qū)內(nèi)易發(fā)生非失磁情況下的誤動(dòng)，可將其改為蘋果園特性。第一百三十一頁，共158頁。（3）靜穩(wěn)極限勵(lì)磁低電壓繼電器與系統(tǒng)并列運(yùn)行的發(fā)電機(jī)，為維持靜態(tài)穩(wěn)定極限，在輸送有功功率P一定的情況下，必需具有一定的勵(lì)磁電壓Ufd。有功功率P值不同，維持靜穩(wěn)極限所要求的勵(lì)磁電壓Ufd也不同。1）汽輪發(fā)電機(jī)

汽輪發(fā)電機(jī)Ufd—P動(dòng)作特性如右圖

第一百三十二頁，共158頁。靜穩(wěn)極限時(shí)=900。則式中，Xd=Xd+Xcon以發(fā)電機(jī)空載額定電壓時(shí)的勵(lì)磁電壓Ufd0為基值時(shí)，標(biāo)幺值Ed=Ufd，Us=1，則有標(biāo)幺值關(guān)系式：

如果P為有名值，則第一百三十三頁，共158頁。靜穩(wěn)極限勵(lì)磁低電壓繼電器的電壓動(dòng)作判據(jù)見Ufd—P動(dòng)作特性圖動(dòng)作特性直線的傾角整定值為：2）水輪發(fā)電機(jī)和大型汽輪發(fā)電機(jī)（XdXq）靜穩(wěn)極限關(guān)系比較復(fù)雜。Ufd—P特性是一條曲線。簡(jiǎn)化計(jì)算時(shí)已將其近似取為直線，如下圖。圖中橫坐標(biāo)為凸極反應(yīng)功率的最大值Pfm。此時(shí)，按下式計(jì)算Pfm：第一百三十四頁，共158頁。靜穩(wěn)極限勵(lì)磁低電壓動(dòng)作判據(jù)為：當(dāng)0PPfm時(shí)，Ufd.op=0；當(dāng)P>Pfm時(shí)，

第一百三十五頁，共158頁。其中，Xd為標(biāo)幺值，sb為靜穩(wěn)極限角,可由圖中曲線查得。圖中P0為發(fā)電機(jī)失磁前輸出的有功功率。（4）低勵(lì)失磁保護(hù)輔助判據(jù)

1）負(fù)序電壓閉鎖元件：第一百三十六頁，共158頁。2）負(fù)序電流閉鎖元件：低勵(lì)失磁故障時(shí)三相對(duì)稱，沒有負(fù)序電壓U2或負(fù)序電流I2，輔助判據(jù)不動(dòng)作，可以開放低勵(lì)失磁保護(hù)出口跳閘；外部不對(duì)稱短路滿足此輔助判據(jù)，負(fù)序電壓、負(fù)序電流閉鎖元件動(dòng)作，閉鎖失磁保護(hù)，防止低勵(lì)失磁保護(hù)誤動(dòng)作。3）勵(lì)磁低電壓閉鎖元件：系統(tǒng)側(cè)三相短路時(shí)，三相同時(shí)低電壓，失磁保護(hù)系統(tǒng)側(cè)主判據(jù)將誤動(dòng)。依靠勵(lì)磁低電壓閉鎖元件可防止系統(tǒng)側(cè)故障時(shí)失磁保護(hù)系統(tǒng)側(cè)主判據(jù)誤動(dòng)作。第一百三十七頁，共158頁。母線保護(hù)第一百三十八頁，共158頁。廠、站母線故障特點(diǎn)母線絕緣子或斷路器套管污閃運(yùn)行人員誤操作：帶地線合閘、帶負(fù)荷拉刀閘故障機(jī)率小，故障影響很大：常造成大面積停電、并可能破壞系統(tǒng)穩(wěn)定對(duì)母線保護(hù)的要求特別強(qiáng)調(diào)可靠性，盡量簡(jiǎn)化保護(hù)配置通常使用母線差動(dòng)保護(hù)第一百三十九頁，共158頁。一、設(shè)置母線保護(hù)的基本原則非重要廠、站母線故障，以電源側(cè)元件的后備保護(hù)切除故障G，B過電流保護(hù)切除其負(fù)荷端母線故障線路II段保護(hù)切除其負(fù)荷端母線故障以下情況需設(shè)置專用的母線保護(hù)110KV及以上雙母線及分段母線（保證有選擇性切除故障母線）110KV及以上單母線，重要電廠35KV母線，高壓側(cè)為110KV的重要降壓站35KV母線（系統(tǒng)穩(wěn)定性要求）第一百四十頁，共158頁。二、母線差動(dòng)保護(hù)基本原理比幅式母線差動(dòng)保護(hù)正常運(yùn)行與區(qū)外故障：Ii=0區(qū)內(nèi)故障：Ii=Id比相式母線差動(dòng)保護(hù)正常運(yùn)行與區(qū)外故障，流入、流出母線電流相位相反：arg(I+/I-)=1800區(qū)內(nèi)故障，流入