繼電保護(hù)的配置

繼電保護(hù)的配置5.1330MW發(fā)電機(jī)的繼電保護(hù)配置5.1.1發(fā)電機(jī)故障形式和相應(yīng)的保護(hù)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(duì)發(fā)電機(jī)可能造成的損壞程度不同，發(fā)電機(jī)的故障形式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)。（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)，需裝設(shè)瞬時(shí)動(dòng)作的縱差動(dòng)保護(hù)。（2） 定子繞組匝間短路故障。又可分為一分支匝間短路和同相異分支間短路，故障時(shí)同樣會(huì)引起巨大的短路電流而燒毀發(fā)電機(jī)，需裝設(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，這是發(fā)電機(jī)最常見的故障之一，通常因絕緣破壞使得繞組對(duì)鐵心短路引起，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，造成匝間或相間短路。需裝設(shè)能靈敏地反映全部繞組接地故障的100%定子繞組接地保護(hù)。（4） 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組接地故障。又分一點(diǎn)接地和兩點(diǎn)接地。轉(zhuǎn)子繞組一點(diǎn)接地可能引發(fā)轉(zhuǎn)子繞組兩點(diǎn)接地，而兩點(diǎn)接地會(huì)因磁場(chǎng)不平衡而引起機(jī)組劇烈震動(dòng)，造成災(zāi)難性的后果。需裝設(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)失磁或部失磁是發(fā)電機(jī)常見故障之一，要求及時(shí)檢測(cè)到失磁故障，并根據(jù)失磁過程的發(fā)展，采取不同的措施，來保證系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)的安全，需裝設(shè)失磁保護(hù)。5.1.2相間短路縱差保護(hù)（1） 發(fā)電機(jī)縱差動(dòng)保護(hù)用來對(duì)付發(fā)電機(jī)定子繞組和引出線的相間短路故障這類對(duì)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，應(yīng)瞬時(shí)動(dòng)作全停。（2） 縱差動(dòng)保護(hù)的基本原理：縱差動(dòng)保護(hù)的工作原理可用下圖來說明，它通過比較發(fā)電機(jī)機(jī)端與中性點(diǎn)側(cè)同相電流的大小和相位來檢測(cè)保護(hù)區(qū)內(nèi)相間短路故障。如圖所示，變比nta相同的兩個(gè)電流互感器TA1和TA2，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，在圖示極性下，若一次系統(tǒng)假定正向的選取為中性點(diǎn)指向機(jī)端，則TA副方電流I1/Nta1和12/Nta2，假定正方向如圖所示,流過差動(dòng)繼電器KD的動(dòng)作電流1=。在保護(hù)區(qū)內(nèi)部K2點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)，I1和I2基本反向，流入KD的電流約為兩TA二次側(cè)電流之和，即，它大于KD的整定電流值而動(dòng)作。在保護(hù)區(qū)外部K1點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)，I1和12同相，流入KD的電流為兩TA二次側(cè)電流之差，即。當(dāng)兩TA特性一致時(shí)，，流入KD的電流為0，故KD不會(huì)動(dòng)作。12II(3)提K1TA1K212Nta2II1212II(3)提K1TA1K212Nta2II12Ntal_Nta2高差動(dòng)保護(hù)靈敏系數(shù)的措施！★盡量減★改善縱差動(dòng)保護(hù)的特性。目前在大型機(jī)組縱差動(dòng)保護(hù)中廣泛采用了具有折線比率制動(dòng)特性的縱差動(dòng)保護(hù)意圖5.1.3定子繞組匝間短路保護(hù)>Tmbr，這包括選用特性盡可能一致的TA。（1） 現(xiàn)代大型發(fā)電機(jī)的定子繞組通常采用雙層繞組，并且每相可能包括兩個(gè)及以上并聯(lián)分支，匝間短路故障主要是指屬于同一分支的位于同槽的上下導(dǎo)體間發(fā)生短路，當(dāng)然還有繞組端部匝間短路以及因兩點(diǎn)接地引起的匝間短路。由于匝間短路發(fā)生在同一相繞組，從該相繞組中性點(diǎn)側(cè)與機(jī)端側(cè)的TA上測(cè)得的電流相同，故總差動(dòng)保護(hù)不反應(yīng)匝間短路。計(jì)算和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，匝間短路處電流可能超過機(jī)端三相短路電流，會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞鐵心和繞組，因此匝間短路是發(fā)電機(jī)的一種嚴(yán)重故障。（2） 零序電壓匝間短路保護(hù)的基本原理發(fā)電機(jī)定子繞組發(fā)生匝間短路故障時(shí)，三相繞組的對(duì)稱性遭到破壞，在定子,轉(zhuǎn)子繞組中將出現(xiàn)如下特征電量：★屬于第一分支的三相繞組中性點(diǎn)與屬于第二分支的三相繞組中性點(diǎn)之間的連線上會(huì)產(chǎn)生以基波為主的不平衡電流，它可以用來構(gòu)成橫聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。★定子繞組中性點(diǎn)側(cè)與機(jī)端側(cè)相線上出現(xiàn)的負(fù)序電流，機(jī)端出現(xiàn)的負(fù)序電壓，它們?cè)诙ㄗ永@組中產(chǎn)生與同步旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)反向旋轉(zhuǎn)的負(fù)序磁場(chǎng)，它相對(duì)于轉(zhuǎn)子以兩倍同步轉(zhuǎn)速運(yùn)動(dòng)，在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)出二次諧波電流，這些電量可以用來構(gòu)成反映轉(zhuǎn)子二次諧波電流和機(jī)端負(fù)序功率方向的匝間短路保護(hù)。★機(jī)端三相對(duì)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)出現(xiàn)的基波零序電壓3U.它可以用來構(gòu)成零序電壓匝間短路保護(hù)。（3） 反映匝間短路的零序電壓取自機(jī)端專用電壓互感器TV0的第三繞組，TVO必須如圖那樣，將其一次側(cè)的中性點(diǎn)與發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)直接連接，而不能直接接地，正因如此，TV0的一次繞組必須是絕緣的。

/2CC即一次側(cè)三相對(duì)地電壓不再平衡，中』性點(diǎn)電位升高3U&、但是/2CC即一次側(cè)三相對(duì)地電壓不再平衡，中』性點(diǎn)電位升高3U&、但是tvo—次側(cè)中性點(diǎn)并不接地，所以即使它的糜點(diǎn)電位升高!而三相對(duì)中性點(diǎn)的電壓仍然完全對(duì)稱,第三繞組輸出的電壓3Uo仍等于0.只有當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部發(fā)生匝間短路或者發(fā)生中性點(diǎn)不對(duì)稱的各種相間短路時(shí),TV0的三相一次對(duì)中性點(diǎn)的電壓不再平衡，第三繞組才有輸出電壓，即3Uo#0,使零序電壓匝間短路保護(hù)正確動(dòng)作。由此可知，零序電壓原理的保護(hù)不僅反應(yīng)匝間短路，還可以反應(yīng)發(fā)電機(jī)相間短路故障。5.1.4定子繞組單相接地保護(hù)如果定子繞組與鐵心間的絕緣在某一點(diǎn)上遭到破壞，就會(huì)發(fā)生定子繞組單相接地故障。定子繞組單相接地故障是發(fā)電機(jī)最常見的故障之一，尤其當(dāng)發(fā)電機(jī)定子繞組采用水冷方式時(shí)，由于偶然的漏水致使定子繞組接地就更容易發(fā)生,定子單相接地故障不會(huì)引起很大的故障電流，而主要由繞組對(duì)鐵心的分布電容引起的電容電流，接地危害主要有：★持續(xù)的接地電流會(huì)產(chǎn)生電弧燒損鐵心，使定子鐵心疊片燒結(jié)在一起，造成檢修困難?！锝拥仉娏鲗⑵茐睦@組絕緣，擴(kuò)大事故。定子單相接地保護(hù)的基本原理定子單相接地保護(hù)是于發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式有關(guān)的，以中性點(diǎn)通過變壓器高電阻接地方式來說明。零序基波電壓。當(dāng)發(fā)生定子繞組單相接地故障時(shí)，在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)和機(jī)端均會(huì)產(chǎn)生零序基波電壓，其大小與發(fā)電機(jī)電壓，對(duì)地電容，中性點(diǎn)接地電阻，以及接地接地故障位置有關(guān)。計(jì)算接地故障零序基波電壓的簡(jiǎn)化等值電路如圖,設(shè)故障點(diǎn)位于定子繞組A相距中性點(diǎn)a處，｛EMBEDEquation.KSEE3|En為額定電壓，為中性點(diǎn)接地電阻，為故障點(diǎn)電弧電阻，為發(fā)電機(jī)定子繞組每相對(duì)地電容，為發(fā)電機(jī)外部每相對(duì)地等值電容，由圖可得由上式可見，當(dāng)機(jī)端發(fā)生接地故障時(shí)，，最大；當(dāng)中性點(diǎn)直接接地時(shí)，，當(dāng)靠近中性點(diǎn)發(fā)生接地故障時(shí)，因很小，會(huì)很小，所以用零序基波電壓來檢測(cè)定子繞組接地故障，在中性點(diǎn)附近存在著死區(qū)。(2)零序三次諧波電壓。發(fā)電機(jī)容量無論大小，它們的相電壓中總有少量的三次諧波，很顯然，三次諧波電勢(shì)時(shí)零序性質(zhì)的，因此不會(huì)出現(xiàn)在線電壓中。正常運(yùn)行時(shí)不存在三次諧波電流主通路，這時(shí)三相繞組中的三次諧波電勢(shì)通過繞組對(duì)地分布電容和發(fā)電機(jī)所連設(shè)備對(duì)地導(dǎo)納形成機(jī)端側(cè)和中性點(diǎn)側(cè)對(duì)地零序三次諧波電壓和，通常有W。當(dāng)發(fā)生發(fā)電機(jī)定子接地故障時(shí)，減小，增大。故障點(diǎn)越靠近中性點(diǎn)，減小的越多，而增大的越多。利用三次諧波電壓與相對(duì)變化的特征可以有效地消除中性點(diǎn)附近的保護(hù)死區(qū)。5.1.5低勵(lì)失磁保護(hù)1.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)磁完全消失的故障，一般將前者稱為部分失磁或低勵(lì)磁故障，后者則成為完全失磁故障。失磁對(duì)電力系統(tǒng)危害有：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。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)，變壓器后線路過流，甚至使其后備保護(hù)動(dòng)作，擴(kuò)大故障范圍。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)生震蕩，甩掉大量負(fù)荷。2.失磁保護(hù)原理目前廣泛使用各種特殊的阻抗繼電器構(gòu)成發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)。阻抗繼電器的動(dòng)作方程：幅值比較式相位比較5.1.6定子繞組過電壓保護(hù)若發(fā)電機(jī)在滿負(fù)荷下突然甩去全部負(fù)荷，由于調(diào)速系統(tǒng)和自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置有一定慣性，轉(zhuǎn)速將上升，勵(lì)磁電流不能突變，發(fā)電機(jī)電壓在較短時(shí)間內(nèi)升高，其值可能達(dá)到1.3-1.5倍額定電壓，持續(xù)時(shí)間可能達(dá)到幾秒，對(duì)發(fā)電機(jī)絕緣構(gòu)成直接威脅。發(fā)電機(jī)實(shí)際運(yùn)行承受過電壓的能力隨具體機(jī)組不同而不同，一般發(fā)電機(jī)過電壓的能力及持續(xù)時(shí)間見下表過電壓能力1.051.101.151.201.30持續(xù)時(shí)間（S）2406020我國(guó)通常采用一段式定時(shí)限過電壓保護(hù)，其原因之一是大型發(fā)電機(jī)組變壓器已裝有較完善的反時(shí)限過勵(lì)磁保護(hù)，該保護(hù)在工頻下亦能夠反映過電壓，因此，單純過電壓保護(hù)不宜很復(fù)雜。5.2變壓器繼電保護(hù)配置5.2.1變壓器故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)設(shè)置的保護(hù)（1） 防御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及繞組匝間短路的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。（2） 防御變壓器油箱內(nèi)部各種短路或斷線故障及油面下降的瓦斯保護(hù)。（3） 防御直接接地系統(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)以及放電間隙的零序電流保護(hù)。（4） 防御變壓器過勵(lì)磁的過勵(lì)磁保護(hù)。（5） 防御變壓器外部相間短路并作為瓦斯保護(hù)和差動(dòng)保護(hù)后備的過電流保護(hù)。（6） 反應(yīng)變壓器溫度及油箱內(nèi)壓力升高和冷卻系統(tǒng)故障的相應(yīng)保護(hù)。5.2.2主變壓器內(nèi)部故障差動(dòng)保護(hù)主變壓器差動(dòng)保護(hù)通常為三側(cè)電流差動(dòng)，即主變高壓側(cè)電流引自高壓斷路器處的電流互感器，主變低壓側(cè)電流分為兩路，一路引自高壓廠用變壓器高壓側(cè)電流互感器，另一路引自發(fā)電機(jī)機(jī)端處的電流互感器。故主變差動(dòng)保護(hù)的范圍為三組電流互感器所限定的區(qū)域，可以反應(yīng)在這個(gè)區(qū)域內(nèi)的相間短路，主變高壓側(cè)接地短路以及主變繞組匝間短路故障。因此主變差動(dòng)保護(hù)是最重要的保護(hù)之一。主變差動(dòng)保護(hù)電流互感器接線如下圖：*■ h Hit…….…常不同，例如常見的主變具有高低壓雙側(cè)繞組,型接線方式,因此變壓器兩側(cè)同名相電流的相位不一致土在方面因變壓器壓器差動(dòng)保護(hù)的二次回路中，代表原，副方電流在詵取由流互感器的二次接線方式干變比時(shí)考慮講’ . 三角形接線，而變壓器三角形側(cè)的電流互感器感器二次回路同名相電流分別與得相位一致，實(shí)*■ h Hit…….…常不同，例如常見的主變具有高低壓雙側(cè)繞組,型接線方式,因此變壓器兩側(cè)同名相電流的相位不一致土在方面因變壓器壓器差動(dòng)保護(hù)的二次回路中，代表原，副方電流在詵取由流互感器的二次接線方式干變比時(shí)考慮講’ . 三角形接線，而變壓器三角形側(cè)的電流互感器感器二次回路同名相電流分別與得相位一致，實(shí)三相變壓器高，低壓側(cè)繞組接采用Y，dll變壓器三角形線方式通刃則的電流比星型側(cè)對(duì)高，低壓側(cè)額定電的幅值與相位基正。圖中變壓器副方采用星型接現(xiàn)了相位校正。5.2.3變壓器零序保護(hù)護(hù)的電涼互感器接線流流也不同。為了應(yīng)的線電

保證在變流招前30度°另常運(yùn)行情況下,變比K的影響,本一致星型側(cè)的電流互感器副方線卜這樣變壓器兩側(cè)電流行相位與幅值校主變壓器高壓側(cè)連接220KV及以上電壓的電力系統(tǒng)均為直接接地系統(tǒng)。實(shí)踐表明，電力系統(tǒng)各種短路故障中單相接地故障機(jī)率最高。在變壓器高壓側(cè)所配置的零序保護(hù)用于反應(yīng)單相接地故障，作為變壓器及相鄰兀件的后備保護(hù)。零序電壓元件的輸入取自相應(yīng)的母線電壓互感器的開口三角形，用于反應(yīng)單相接地時(shí)的零序過電壓，間隙零序電流元件的輸入取自放電間隙對(duì)地連線的電流互感器，用于反應(yīng)間隙放電電流。單相接地后，若放電間隙未動(dòng)作，則零序電壓元件動(dòng)作，經(jīng)延時(shí)t0動(dòng)作于解列滅磁，切除變壓器：若間隙零序電流元件動(dòng)作，則瞬時(shí)動(dòng)作于解列滅礠。5.2.4主變壓器瓦斯保護(hù)變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重漏油或匝數(shù)很少的匝間短路故障以及繞組斷線故障時(shí)，差動(dòng)保護(hù)及其它反應(yīng)電量的保護(hù)均不能動(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)部故障的重要保護(hù)裝置。瓦斯保護(hù)有輕，重瓦斯保護(hù)之分，裝于油箱于油枕之間的連接導(dǎo)管上。當(dāng)變壓器嚴(yán)重漏油或輕微故障時(shí)，在所產(chǎn)生的氣體壓力作用下，使變壓器外殼內(nèi)油面降低，引起輕瓦斯保護(hù)動(dòng)作，延時(shí)作用于信號(hào)。若變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障，變壓器油和絕緣材料分解產(chǎn)生大量氣體，迫使油從油箱經(jīng)導(dǎo)管沖向油枕，沖動(dòng)重瓦斯保護(hù)動(dòng)作，瞬時(shí)作用于跳閘。輕瓦斯保護(hù)動(dòng)作值采用氣體容積大小表示。整定范圍通常為250?300cm3。重瓦斯保護(hù)動(dòng)作值采用油流速度大小表示。整定范圍通常為0.6?1.5cm/s。5.3母線繼電保護(hù)配置高壓母線發(fā)生故障的原因多種多樣，可以歸納為三種：一是母線上所連設(shè)備（包括開關(guān)，電流互感器，電壓互感器，避雷器）故障：二是母線瓷瓶,包括隔離刀閘，支持瓷瓶閃絡(luò)或母線的帶電導(dǎo)線直接閃絡(luò)：三是人為的操作和帶電作業(yè)引起的故障。最簡(jiǎn)單的單母線固定連接的差動(dòng)保護(hù)如下圖，圖中母線M上有4條引出線，4條引出線上流過的電流分別為.各引出線上裝有完全相同的電流互感器，這些電流互感器同極性端連在一起，差動(dòng)繼電器中的電流為所有電流互感器副方向電流之和，電流互感器副方線圈中的電流分別為。單母線差動(dòng)保護(hù)原理圖在正常運(yùn)行和外部短路的