大型發(fā)電機(jī)變壓器組保護(hù)配置與整定計(jì)算

1、1.緒論1.1繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展史繼電保護(hù)的發(fā)展是隨著電力系統(tǒng)和自動化技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的。幾十年來,置應(yīng)用水平獲得很大提高。在20世紀(jì)50年代以前,查不獨(dú)都是用電磁型的機(jī)械元件構(gòu)成。隨著半導(dǎo)體器件的發(fā)展,陸續(xù)推廣了利用整流二極管構(gòu)成的整流型元件和由半導(dǎo)體分隨著我國電力系統(tǒng)想高電壓、大機(jī)組、現(xiàn)代化大電網(wǎng)發(fā)展,繼電保護(hù)技術(shù)及其裝立元件組成的裝置。70年代以后,利用集成電路構(gòu)成的裝置在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)中得到廣泛運(yùn)用。到80年代,微型機(jī)在安全自動裝置和繼電保護(hù)裝置中逐漸應(yīng)用。隨著新技術(shù)、新工藝的采用,繼電保護(hù)硬件設(shè)備的可靠性、運(yùn)行維護(hù)方便性也不斷得到提高。繼電保護(hù)技術(shù)將達(dá)到更高的水平。1.2電力系統(tǒng)繼

2、電保護(hù)的作用1.2.1電力系統(tǒng)的故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)及引起的后果在電力系統(tǒng)中,由于雷擊或鳥獸跨接電氣設(shè)備、設(shè)備制造上的缺陷、設(shè)計(jì)和安裝的錯誤、檢修質(zhì)量不高或運(yùn)行維護(hù)不當(dāng)?shù)仍?往往發(fā)生各種事故。最常見的同時也是最危險的故障是各種形式的短路。其中以單相接地短路最為常見,而三相短路是比較少見的。此外,輸電線路有時可能發(fā)生斷線故障或幾種故障同時發(fā)生的復(fù)合故障。發(fā)生故障可能引起的后果是:(1 故障點(diǎn)通過很大的短路電流和所燃起的電弧,使故障設(shè)備燒壞。(2 系統(tǒng)中設(shè)備,在通過短路電流時所產(chǎn)生的熱和電動力使設(shè)備縮短使用壽命。(3 因電壓降低,破壞用戶工作的穩(wěn)定性或影響產(chǎn)品質(zhì)量。(4 破壞系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性

3、,產(chǎn)生振蕩,甚至使整個系統(tǒng)瓦解。最常見的不正常工作狀態(tài)是過負(fù)荷。所謂過負(fù)荷就是電氣設(shè)備的負(fù)荷電流超過了額定電流。此外,發(fā)電機(jī)有功功率不足所引起的頻率降低,水輪發(fā)電機(jī)突然甩負(fù)荷所引起的過電壓,系統(tǒng)發(fā)生振蕩等都屬于不正常運(yùn)行狀態(tài)。由于過負(fù)荷,加速了設(shè)備絕緣材料的老化和損壞,甚至引起事故擴(kuò)大造成嚴(yán)重故障?？傊?不正常工作狀態(tài)往往影響電能的質(zhì)量、設(shè)備的壽命、用戶生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量等。1.2.2 繼電保護(hù)裝置及任務(wù)(1為防止電力系統(tǒng)中發(fā)生事故一般采取如下對策:改進(jìn)設(shè)計(jì)制造,加強(qiáng)維護(hù)檢修,提高運(yùn)行水平和工作質(zhì)量。采取各項(xiàng)積極措施消除或減少發(fā)生故障的可能性。一旦發(fā)生故障,迅速而有選擇地切除故障元件,保證無故障部

4、分正常運(yùn)行。繼電保護(hù)裝置,就是指反映電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài),并動作于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種制動裝置。(2 基本任務(wù)是:發(fā)生故障時,自動、迅速、有選擇地將故障元件(設(shè)備從電力系統(tǒng)中切除,使非故障部分繼續(xù)運(yùn)行。對不正常運(yùn)行狀態(tài),為保證選擇性,一般要求保護(hù)經(jīng)過一定的延時,并根據(jù)運(yùn)行維護(hù)條件(如有無經(jīng)常值班人員,而動作于發(fā)出信號(減負(fù)荷跳閘,且能與自動重合閘相配合。2.大型發(fā)電機(jī)-變壓器組繼電保護(hù)主要功能2.1繼電保護(hù)的基本原理和保護(hù)裝置的組成2.1.1繼電保護(hù)的基本原理繼電保護(hù)的原理是利用被保護(hù)線路或設(shè)備故障前后某些突變的物理量為信息量,當(dāng)突變量達(dá)到一定值時,起動邏輯控制環(huán)節(jié)

5、,發(fā)出相應(yīng)的跳閘脈沖或信號。(1 利用基本電氣參數(shù)的區(qū)別發(fā)生短路后,利用電流、電壓、線路測量阻抗等的變化,可以構(gòu)成如下保護(hù):a.過電流保護(hù);b.低電壓保護(hù);c.距離保護(hù)(或低阻抗保護(hù)(2利用內(nèi)部故障和外部故障時被保護(hù)元件兩側(cè)電流相位(或功率方向的差別。(3 對稱量是否出現(xiàn)電氣元件在正常運(yùn)行(或發(fā)生對稱短路時,負(fù)序分量和零序分量為零;在發(fā)生不對稱短路時,一般負(fù)序和零序都較大。因此,根據(jù)這些分量的是否存在可以構(gòu)成零序保護(hù)和負(fù)序保護(hù)。此種保護(hù)裝置都具有良好的選擇性和靈敏性。(4 反應(yīng)非電氣量的保護(hù)反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)部故障時所產(chǎn)生的氣體而構(gòu)成瓦斯保護(hù);反應(yīng)于電動機(jī)繞組的溫度升高而構(gòu)成過負(fù)荷保護(hù)等。2.1

6、.2繼電保護(hù)裝置的組成繼電保護(hù)的種類雖然很多,但是在一般情況下,都是由三個部分組成的,即測量部分、邏輯部分和執(zhí)行部分,其原理結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。 圖2-1繼電保護(hù)原理結(jié)構(gòu)圖(1 測量部分測量部分是測量被保護(hù)元件工作狀態(tài)(正常工作、非正常工作或故障狀態(tài)的一個或幾個物理量,并和以給的整定值進(jìn)行比較,從而判斷保護(hù)是否應(yīng)該起動。(2 邏輯部分邏輯部分的作用是根據(jù)測量部分各輸出量的大小、性質(zhì)、出現(xiàn)的順序或它們的組合,使保護(hù)裝置按一定的邏輯程序工作,最后傳到執(zhí)行部分。(3 執(zhí)行部分執(zhí)行部分的作用是根據(jù)邏輯部分送的信號,最后完成保護(hù)裝置所擔(dān)負(fù)的任務(wù)。如發(fā)出信號,跳閘或不動作等。2.2繼電保護(hù)要求2.2.1選

7、擇性選擇性是指保護(hù)裝置動作時,僅將故障元件從電力系統(tǒng)中切除,使停電范圍盡量縮小,以保證系統(tǒng)中的無故障部分仍能繼續(xù)安全運(yùn)行。在要求繼電保護(hù)動作有選擇性的同時,還必須考慮繼電保護(hù)或斷路器有拒絕動作的可能性。在復(fù)雜的高壓電網(wǎng)中,當(dāng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)后備保護(hù)有困難時,在每一元件上應(yīng)裝設(shè)單獨(dú)的主保護(hù)和后備保護(hù)。2.2.2速動性短路時快速切除故障,可以縮小故障范圍,減輕短路引起的破壞程度,減小對用戶工作的影響,提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此,在發(fā)生故障時,應(yīng)力求保護(hù)裝置能迅速動作切除故障。由于速動性與選擇性在一般情況下是矛盾的,為兼顧兩者,一般允許保護(hù)帶有一定的延時切除故障。故障切除的總時間等于保護(hù)裝置和斷路器動作時間之

8、和。對于不同的電壓等級和不同結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò),故障切除的最小時間有不同的要求。一般對400500KV 以上的網(wǎng)絡(luò),約為0.020.04s,對220230KV的網(wǎng)絡(luò)為0.040.1s;對110KV的網(wǎng)絡(luò)為0.10.7s。對配電網(wǎng)絡(luò),切除短路的最小時間取決于不允許電壓長時間降低的用戶,一般為0.51.0s。有些故障不僅要滿足選擇性的要求,同時要求快速切除故障,例如:(1為保證系統(tǒng)穩(wěn)定性,必須快速切除高壓輸電線路上的故障。(2發(fā)電廠或重要用戶的母線電壓低于允許值(一般0.6倍額定電壓的故障。(3大容量的發(fā)電機(jī),變壓器及電動機(jī)內(nèi)部發(fā)生故障。(4110KV線路導(dǎo)線截面過小,不允許延時切除的故障。2.2.3靈敏

9、性是指對保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)的反應(yīng)能力。滿足要求的保護(hù)裝置是在規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi)故障時,無論短路點(diǎn)的位置以及短路的類型如何,都能敏銳感覺,正確反應(yīng)。保護(hù)裝置的靈敏性,通常用靈敏度系數(shù)來衡量,靈敏度系數(shù)越大,則保護(hù)的靈敏度就越高,反之就越低。2.2.4可靠性是指在規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生了屬于它應(yīng)該動作的故障時,它不應(yīng)該拒絕動作,而在其他不屬于它應(yīng)該動作的情況下,則不應(yīng)該誤動作。保證繼電保護(hù)裝置能有足夠的可靠性,應(yīng)注意以下幾點(diǎn):(1選用質(zhì)量好,結(jié)構(gòu)簡單,工作可靠的繼電器和元件。(2設(shè)計(jì)接線時,力求簡單,使用繼電器和繼電器觸點(diǎn)最少。(3正確選定繼電保護(hù)的整定值。(4對保護(hù)裝置要提高安裝和調(diào)

10、整實(shí)驗(yàn)的質(zhì)量,加強(qiáng)經(jīng)常的維護(hù)管理。以上四個基本要求是分析研究繼電保護(hù)的基礎(chǔ),也是貫穿論文的一個基本線索。根據(jù)被保護(hù)元件在電力系統(tǒng)中的地位和作用來確定具體的保護(hù)方式,以滿足其相應(yīng)的要求。3.大型發(fā)變器組保護(hù)的應(yīng)用分析與整定計(jì)算大型發(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)范圍又能相互配合。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,這些都大同小異,但又各具特點(diǎn)。遵循以下原則: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)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

11、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)行檢修、調(diào)整、調(diào)試,同時要求二次回路設(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)下不同的動作要求和允許根據(jù)實(shí)際運(yùn)行條件方便地進(jìn)行調(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)和非電氣量保護(hù)兩大類;按保護(hù)對象分為電氣設(shè)備故障和動力機(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)生的各種相間

12、短路、匝間短路及接地短路等各種類型的短路故障。這些故障會對發(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,以及輔機(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,包括可能不利于動力機(jī)械設(shè)備的異常工況,不過這些工況可能不會很快或不會直接造成對機(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)的范疇。3.1反映短路故障的保護(hù)3.1.1發(fā)電機(jī)的差動保護(hù)(1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

13、不同,又分為完全縱差保護(hù)和不完全縱差保護(hù)兩種。發(fā)電機(jī)完全縱差保護(hù)發(fā)電機(jī)完全縱差保護(hù)是利用比較發(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)成的。根據(jù)縱差保護(hù)的基本原理,發(fā)電機(jī)完全縱差保護(hù)能夠靈敏的反映發(fā)電機(jī)定子繞組及引出線的相間短路故障,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。 發(fā)電機(jī)不完全縱差保護(hù)發(fā)電機(jī)不完全縱差保護(hù)是一種能同時反應(yīng)發(fā)電機(jī)相間短路、匝間短路和分支繞組開焊故障的新型發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)。它是通過比較發(fā)電機(jī)機(jī)端每相定子的全相電流和中性點(diǎn)側(cè)每相定子的部分相電流大小和相位二構(gòu)成。不完全縱差保護(hù)之所以能夠反應(yīng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部各種短路和開焊故障不同相間和不同匝章間存在或大或

14、小的互感聯(lián)系,當(dāng)未裝設(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)動作。由此可見發(fā)電機(jī)完全縱差保護(hù)和不完全縱差保護(hù)均是比較發(fā)電機(jī)兩側(cè)同相電流的大小和相位而構(gòu)成;不同的是完全縱差保護(hù)是比較每相定子首末兩端的全相電流,而不完全縱差動保護(hù)是比較機(jī)端每相定子全相電流和中性點(diǎn)側(cè)每相定子的部分相電流而構(gòu)成。所以,兩者的基本原理相同, 只是在保護(hù)的整定計(jì)算時有所不同。(2發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)的原理隨著發(fā)電機(jī)組的容量增大,對繼電保護(hù)的不斷提高,出現(xiàn)了各種不同原理的發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)。一下對常用的兩種原理進(jìn)行介紹。 比率制動式發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)原理:其電流參考方向如圖3-1所示,中性點(diǎn)側(cè)電流的方向一指向發(fā)電

15、機(jī)為正方向,機(jī)端側(cè)電流一流出發(fā)電機(jī)為正方向。為確保比率制動式發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)正確動作,動作電流和制動電流分別為動作電流圖3-1 發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)原理接線示意圖 G 21I K I Ib op -= (3.1制動電流 2121I K I I b res +=(3.2 式中 op I 動作電流res I 制動電流1I 機(jī)端側(cè)定子相電流 2I 中性點(diǎn)側(cè)定子全相電流或分支繞組電流K 平衡系數(shù),21I I K b = ,1b K ,當(dāng)1=b K 時為完全縱差保護(hù)接線方式 ;1b K 時為不完全縱差保護(hù)接線方式 縱差保護(hù)的動作判據(jù)及動作特性:縱差保護(hù)的動作判據(jù)為min .op op I I min .res

16、res I I (3.4 式中 op I 差動電流min .op I 最小動作電流整定值,一般取(0.30.5n I (n I 為發(fā)電機(jī)額定電流;res I 制動電流;min .res I 最小制動電流整定值,一般取(0.81.0n I ;res K 比率制動式電流整定值,一般取0.30.5當(dāng)上式中的兩個方程都滿足時,差動元件動作。下圖3-2為比率制動式發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)的動作特性圖3-2 比率制動式發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)的動作特性 標(biāo)積制動式發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)原理標(biāo)積制動式發(fā)機(jī)電縱差保護(hù)是利用基波電流相量的標(biāo)量構(gòu)成的比率制動特性的差動保護(hù),是相量幅值比率制動的另一種形式。電流參考方向仍然如圖3-1所示,中性

17、點(diǎn)側(cè)電流的正方向指向發(fā)電機(jī)。標(biāo)積制動式縱差保護(hù)的動作電流、制動電流及其動作判據(jù)為動作電流 21I I I op -= (3.5制動電流 cos 21=I I S I res (3.6動作判據(jù) cos 2121-I I S I I (3.7 式中 1I 和2I 之間的相位差;S 標(biāo)積制動系數(shù),通常取1.0a. 當(dāng)發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行或保護(hù)區(qū)外短路時,21I I =, 0=,制動量最大,動作量最小,保護(hù)可靠不動b. 當(dāng)保護(hù)區(qū)內(nèi)短路時,21I I -=, =180,制動量為負(fù)值,呈現(xiàn)動作作用,動作量最大,保護(hù)動作,且靈敏。采用標(biāo)積制動式縱差保護(hù)可以大大提高反應(yīng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障的靈敏度。標(biāo)積制動式縱差保護(hù)和比

18、率制動式縱差保護(hù)一樣,也可以作為發(fā)變組的縱差保護(hù),不過應(yīng)增設(shè)防止涌流誤動的二次諧波制動措施。 Ires I K(3 發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)邏輯框圖3-3 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)有一相縱差元件動作且同時有負(fù)序電壓時,縱差保護(hù)出口跳閘。若只有一相縱差元件動作而無負(fù)序電壓時,判為TA斷線;若負(fù)序電壓長時間存在而無差電流時,判為TV斷線。3.1.2變壓器的縱聯(lián)差動保護(hù)(1變壓器縱聯(lián)差動保護(hù)的基本原理變壓器的縱聯(lián)差動保護(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。變壓器縱差保護(hù)基本原理與發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)原理相似,

19、按比較被保護(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)這一比較,在變壓器各側(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。如下圖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)的范圍為變壓器各側(cè)電流互感器TA所限定的全部區(qū)域,即變壓器高低壓繞組、套管、引出線等。下面就圖3-4所示雙繞組變壓器為例,分析變壓器縱差保護(hù)原理。 圖3-4 雙繞組變壓器保護(hù)裝置圖 正常運(yùn)行和外部發(fā)生故障時 unb TAr I I I K I I I =-=-=(11122 (3.8 保護(hù)不動作 變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時 TAk TA r k I I I K I

20、 I I =+=+=(11122 (3.9 保護(hù)動作將故障切除(2變壓器縱差保護(hù)與發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)的不同之處: 變壓器各側(cè)的額定電壓和額定電流各不相同,因各側(cè)TA 的型號不同,而且各側(cè)三相接線方式不盡相同,所以各側(cè)相電流的相位也又可能不一致。這將使外部短路時不平衡電流增大,所以變壓器縱差保護(hù)的最大制動系數(shù)比發(fā)電機(jī)的大,靈敏度相對較低。 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)的最小動作電流和制動系數(shù)都相應(yīng)增大。 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)繞組的匝間短路通過變壓器鐵心磁路的

21、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。 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)均不能動作,但變壓器還可以依靠瓦斯保護(hù)或壓力保護(hù)。 變壓器縱差保護(hù)范圍除包括各側(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。這就違反了縱差保護(hù)原理基礎(chǔ)。對于TA 還包括電路的縱差保護(hù)對象(如發(fā)電機(jī)、電動機(jī)、母線、電抗器等。3.1.3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并聯(lián)的分支繞組構(gòu)成。每個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,被短接的部分繞組內(nèi)將產(chǎn)生大

22、的環(huán)流,引起故障出溫度升高,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)定子匝間短路的匝間保護(hù)。根據(jù)發(fā)電機(jī)匝間短路時的特點(diǎn),可以提出各種不同原理的匝間短路保護(hù)方案。單元件式橫聯(lián)差動保護(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,兩個繞組中的電勢不相等,因而在兩個分支繞組中產(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)單元件式橫聯(lián)差動保護(hù)。(1單元件式橫聯(lián)差動保護(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

23、,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)差動保護(hù)該保護(hù)實(shí)質(zhì)上是把定子三相繞組的一般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)行比較,利用發(fā)生各種匝間短路時中性點(diǎn)連線上的環(huán)流而實(shí)現(xiàn)的。因此該保護(hù)只適合于: 定子繞組中性點(diǎn)側(cè)引出6個或4個端子的發(fā)電機(jī) 中性點(diǎn)側(cè)引出端子較多的水輪發(fā)電機(jī)2保護(hù)原理分析 正常運(yùn)行或外部故障時保護(hù)裝置裝設(shè)了三次諧波濾過器1,以消除三次諧波電流的影響,提高靈敏度。所以,正常運(yùn)行或外部故障時,三次諧波濾過器1濾除了三次諧波產(chǎn)生的不平衡電流unb I ,通過帶有延遲的保護(hù)裝置2的電流小于其整定

24、值,即set I I 0,保護(hù)不動作。 當(dāng)定子繞組的同分支匝間短路時當(dāng)同分支匝間短路時,由于故障支路和非故障支路電動勢不等,有環(huán)流0I 產(chǎn)生,中性點(diǎn)連線上的電流互感器有故障電流k I 流過當(dāng)k I 電流大于保護(hù)的動作電流整定值時,保護(hù)動作于跳閘。 定子繞組同相不同分支之間發(fā)生短路時當(dāng)同相的兩個分支繞組間發(fā)生匝間短路,且21a a 時,由于兩個支路的電動勢差,分別產(chǎn)生兩個環(huán)流0I 和0I 。此時中性點(diǎn)連線上流過的電流0I I k =,當(dāng)k I 電流大于保護(hù)的動作電流整定值時,橫聯(lián)差動保護(hù)動作與跳閘。 保護(hù)存在死區(qū)有上述分析可知,單元件式橫聯(lián)差動保護(hù)又一定的死去。當(dāng)定子繞組同分支短路且短路匝數(shù)a

25、很小時或者同相不同分支間的短路匝數(shù)相同及差別較小時,保護(hù)不能動作。3.1.4轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地保護(hù)當(dāng)發(fā)電機(jī)發(fā)生勵磁繞組兩點(diǎn)接地時,故障時流過的短路電流數(shù)值很大,會燒壞轉(zhuǎn)子;當(dāng)部分轉(zhuǎn)子被短接,勵磁繞組電流增加,轉(zhuǎn)子有可能因過熱而損壞;部分繞組被短接時氣隙磁通失去平衡,會引起機(jī)組劇烈振動,可能因此造成災(zāi)難性破壞;轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地短路時還會使軸系和汽機(jī)磁化。因此對于發(fā)電機(jī)很有必要裝設(shè)轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地保護(hù)。3.1.5發(fā)電機(jī)復(fù)合電壓起動的過電流保護(hù)發(fā)電機(jī)差動保護(hù)范圍外發(fā)生故障,而故障設(shè)備的保護(hù)或斷路器拒絕動作時,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,該保護(hù)也作為發(fā)電機(jī)的后備保護(hù)。(1 發(fā)

26、電機(jī)復(fù)合電壓起動的過電流保護(hù)復(fù)合電壓起動的過電流保護(hù)由過電流元件、復(fù)合電壓元件和TV 斷線閉鎖元件組成,對于自并勵的發(fā)電機(jī)組還需要增加記憶元件,作為后備保護(hù)。復(fù)合電壓起動的過電流保護(hù)需加延時動作,在動作時限上與相鄰后備保護(hù)相配合。復(fù)合電壓起動元件由一個過濾式負(fù)序電壓繼電器FYG 和一個低電壓繼電器組成。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可靠地動作,并能夠提高低電壓繼電器對三相短路的靈敏度。因?yàn)樵诎l(fā)生三相短路開始瞬時將會短時出現(xiàn)負(fù)序電壓,使負(fù)序電壓繼電器動作,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。若使低電壓繼電器返回,則

27、要求發(fā)電機(jī)母線的殘壓必須大于繼電器的返回電壓。由于三相短路時三相電壓均降低,故低電壓繼電器仍然處于動作狀態(tài),此時保護(hù)的工作情況即相當(dāng)于低電壓起動的過電流保護(hù)。 復(fù)合電壓起動的過電流保護(hù)整定原則a. 電流元件的動作電流按躲過發(fā)電機(jī)額定 F e fk DZ I K K I .= (3.11 式中 k K 可靠系數(shù),取1.2f K 返回系數(shù),取0.85b. 負(fù)序電壓繼電器的動作電壓,按躲過真反常運(yùn)行時出現(xiàn)的最大不平衡電壓整定。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)通常取F e DZ U U .2.06.0= (3.12c. 低電壓元件的動作電壓按躲過電動機(jī)自起動的電壓確定,此外還應(yīng)躲過發(fā)電機(jī)失磁運(yùn)行時的最低運(yùn)行電壓。一般取:

28、F e DZ U U .6.0(= (3.13(2 復(fù)合電壓起動的過電流保護(hù)特點(diǎn) 由于負(fù)序電壓繼電器的整定值小,在后備保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生不對稱短路故障時,電壓元件有較高的靈敏度; 在/Y 接線的變壓器發(fā)生不對稱短路時,電壓元件的靈敏度與變壓器的接線方式無關(guān); 三相短路時,由于瞬時出現(xiàn)負(fù)序電壓,負(fù)序電壓繼電器動作后低電壓繼電器由于失壓一定能動作。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,這時只要不返回就可以切除故障。(3 復(fù)合過電流保護(hù)邏輯框圖3-5 圖3-5復(fù)合過電流保護(hù)邏輯框圖3.1.6阻抗保護(hù)對于升壓變壓器或系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器,當(dāng)采用復(fù)合電壓起動的過電流保護(hù)和負(fù)序電流及單項(xiàng)

29、式低電壓起動的過電流保護(hù)時不能滿足靈敏性和選擇性要求時,可采用阻抗保護(hù)。阻抗保護(hù)的原理變壓器阻抗保護(hù)通常作為330KV 及以上大型變壓器相間短路的后備保護(hù),由起動元件、相間阻抗測量元件、時間元件、TV 斷線檢測元件等組成。當(dāng)阻抗保護(hù)的起動元件和阻抗元件均動作、阻抗保護(hù)的壓板投入、TV 斷線檢測元件不動作,且經(jīng)過預(yù)定的延時后,保護(hù)動作與跳閘。a.起動元件起動元件由由相電流差突變量起動元件和負(fù)序電流起動元件兩部分組成,相電流差突變量起動反應(yīng)對稱短路故障,負(fù)序電流起動元件反應(yīng)不對稱短路故障。起動元件動作判據(jù)為:set I i 或2.2set I I (3.14式中:i 為相電流突變量;2I 為負(fù)序電

30、流;set I 、2.set I 分別為相電流突變量起動元件和負(fù)序電流起動元件的動作整定值,通常均取電流互感器二次額定電流的0.2倍。 b.阻抗元件阻抗元件時變壓器阻抗保護(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00接線方式,其動作特性可根據(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。c.TV 斷線檢測元件TV 斷線檢測元件的作用是防止TV 斷線時,變壓器阻抗保護(hù)誤動作。當(dāng)該元件檢測到TV 二次回路斷線時,將阻抗保護(hù)閉鎖,并發(fā)出告警信號3.2反映接地故障的保護(hù)3.2.1定子接地保護(hù)根據(jù)安全要求,發(fā)

31、電機(jī)的外殼都是接地的。因此,發(fā)電機(jī)定子繞組與鐵心間的絕緣在某一點(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,將破壞定子繞組的絕緣及燒壞鐵心,嚴(yán)重時燒傷發(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,其大小與發(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,流經(jīng)接地點(diǎn)的電流為發(fā)電機(jī)與發(fā)電機(jī)有直接電聯(lián)系的個元件的對地電容之和。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其安全電流時,應(yīng)裝設(shè)動作于跳閘的接地保護(hù);當(dāng)接地電流小于安全電流時,一般裝設(shè)作用于信號的接地保護(hù)。 基波零序電壓和三次

32、諧波電壓構(gòu)成的100%定子接地保護(hù)保護(hù)的原理分析基波零序電壓和三次諧波構(gòu)成的100%定子接地保護(hù)由兩部分組成:一部分是極薄電壓保護(hù),另一部分是三次諧波電壓保護(hù),即基波零序電壓保護(hù)來反應(yīng)發(fā)電機(jī)85%95%的定子繞組單相接地,由三次諧波電壓保護(hù)來反應(yīng)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,兩部分的保護(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)行時機(jī)端三次諧波電壓3S U 比中性點(diǎn)側(cè)的三次諧波電壓3N U ;而在距中性點(diǎn)50%范圍內(nèi)接地時,33N S U U ?；阈螂妷汉腿沃C波構(gòu)成的100%定子接地保護(hù)的動作判據(jù)為:set N S setK U U U U .333.00/3 (

33、3.15式中:03U 為發(fā)電機(jī)機(jī)端零序電壓; set U .0 為基波零序電壓整定值;3S U 和3N U 分別為機(jī)端TV 和中性點(diǎn)TV 開口三角形開口繞組輸出的三次諧波分量;set K .3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,以滿需不同配置的要求。利用三次諧波構(gòu)成的接地保護(hù),由于反應(yīng)中性點(diǎn)側(cè)附近定子繞組的單相接地故障,在該保護(hù)范圍內(nèi)定子繞組單相接地時,零序電壓較小,該保護(hù)動作與信號;由于反應(yīng)機(jī)端零序電壓的接地保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生接地故障時,零序電壓較大,該保護(hù)可動作與跳閘或信號。3.2.2轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時,轉(zhuǎn)子回路對地之間有一定的絕緣電容和分布電阻。

34、當(dāng)轉(zhuǎn)子回路發(fā)生一點(diǎn)接地故障時,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,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),動作于信號;裝設(shè)轉(zhuǎn)子回路兩點(diǎn)接地保護(hù),動作于跳閘。轉(zhuǎn)子回路一點(diǎn)接地保護(hù)原理分析(1保護(hù)原理:切換采樣式轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)采用開關(guān)切換采樣原理,通過求解兩個不同的接地回路方程,實(shí)時計(jì)算轉(zhuǎn)子接地電阻和接地位置。當(dāng)設(shè)1S 閉合,2S 斷開時,在1R 上測得電壓1U ;當(dāng)2S 閉合,1S 斷開時,在1R 上測得電壓2U 。,則: U U +=3311 R R U R a R

35、f 32311-= (3.16 正常運(yùn)行時:4個電阻R 對稱,21U U =,0=U ,=f R ;轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地時,21U U ,當(dāng)接地電阻小于f R 或等于接地電阻整定值 (.set f f set f R R R 時,經(jīng)延時發(fā)信號。(2保護(hù)的整定計(jì)算:保護(hù)的接地電阻整定值取決于正常運(yùn)行時轉(zhuǎn)子回路的絕緣水平。當(dāng)接地電阻的高整定值整定為k 10時,延時(410 s 東方工作于發(fā)信號;當(dāng)接地電阻低整定值整定為k 10時,延時(14s 動作與跳閘。3.2.3主變壓器接地保護(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,以反應(yīng)變壓器高壓繞組、引出線上的接地短路,并作為變

36、壓器主保護(hù)和相領(lǐng)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03U 元件、主變壓器零序電流03I 元件、主變壓器間隙零序電流03I 元件及時間元件構(gòu)成,根據(jù)變壓器中性點(diǎn)的接地方式進(jìn)行選擇配置。(1中性點(diǎn)直接接地的變壓器接地保護(hù) 保護(hù)原理中性點(diǎn)直接接地的變壓器接地保護(hù),通常采用兩段零序電壓保護(hù),零序電流均由變壓器中性點(diǎn)電流互感器的二次側(cè)獲得,每段保護(hù)均設(shè)置兩個動作時限。保護(hù)每段動作后,都以較短時限跳開母聯(lián)絡(luò)斷路器或三繞組變壓器中壓側(cè)由源斷路器,以減小故障范圍;以較長時限跳開高壓側(cè)斷路器。 保護(hù)邏輯框圖3-6 圖3-6中性點(diǎn)直接接地的變壓器接地保護(hù)邏輯圖 為防止變壓器與

37、系統(tǒng)并列前其高壓側(cè)發(fā)生單相接地時,變壓器的接地保護(hù)誤動作誤跳母聯(lián)斷路器,將變壓器接地保護(hù)動作于母聯(lián)段路器的跳閘回路經(jīng)其高壓側(cè)斷路器的常開觸點(diǎn)1QF1閉鎖。變壓器零序電流段保護(hù)的動作電流和動作時限,分別與相鄰線路零序過電流保護(hù)第段或第段的動作電流及動作時限配合進(jìn)行整定;其中t t t +=01,t t t +=12。變壓器零序電流段保護(hù)的動作電流和動作時限,分別與相鄰線路零序電流保護(hù)后備段的動作電流及動作時限配合進(jìn)行整定。其中,ttt+=max,13,ttt+=34。(2中性點(diǎn)可能接地也可能不接地運(yùn)行變壓器的接地保護(hù)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,其接地保護(hù)需配兩套,一套作為中性

38、點(diǎn)接地運(yùn)行方式時的接地保護(hù),另一套用于中性點(diǎn)不接地運(yùn)行方式時的接地保護(hù)。中性點(diǎn)接地運(yùn)行方式時的接地保護(hù)通常采用兩段式零序過電流保護(hù),而中性點(diǎn)不接地運(yùn)行方式時的接地保護(hù)通常采用零序過電壓保護(hù)。重重保護(hù)的整定計(jì)算、動作時限等與變壓器中性絕緣水平、過電壓保護(hù)方式及并聯(lián)運(yùn)行的變壓器臺數(shù)有關(guān)。全絕緣變壓器的接地保護(hù)對于中性點(diǎn)可能接地也可能不接地運(yùn)行的全絕緣變壓器,當(dāng)有數(shù)臺并列運(yùn)行時,要求其接地保護(hù)的動作行為是,保護(hù)動作后應(yīng)先切除中性點(diǎn)接地運(yùn)行的變壓器,后切除中性點(diǎn)不接地運(yùn)行的變壓器。當(dāng)變壓器所連接的系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時,對中性點(diǎn)接地運(yùn)行的變壓器利用兩段式零序過電流保護(hù)中的較短時限跳開母線聯(lián)絡(luò)斷路器,以

39、較長時限跳開高壓側(cè)斷路器;對于中性點(diǎn)不接地運(yùn)行的變壓器利用零序點(diǎn)過電壓保護(hù)經(jīng)預(yù)定延時后跳開中性點(diǎn)不接地變壓器各側(cè)的斷路器。零序過電壓保護(hù)的動作電壓整定值按躲過系統(tǒng)失去中性點(diǎn)且發(fā)生單相接地故障時所接TV二次繞組可能出現(xiàn)的最低電壓整定時,一般取180V。其動作時限只需躲過暫態(tài)過電壓的時限考慮,無需與其他保護(hù)配合。分級絕緣且中性點(diǎn)不裝設(shè)放電間隙的變壓器由于分級絕緣變壓器中性點(diǎn)處繞組的絕緣水平最低,所以,對于此類變壓器接地保護(hù)動作行為的要求是,保護(hù)動作后應(yīng)先切除中性點(diǎn)不接地運(yùn)行的變壓器,后切除中性點(diǎn)接地運(yùn)行的變壓器。為此,對于分級絕緣且中性點(diǎn)不裝設(shè)放電間隙的變壓器,其接地保護(hù)的配置為兩段式零序過電流保

40、護(hù)和零序電流閉鎖的零序電壓保護(hù)。兩段式零序過電流保護(hù)用于中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行方式,零序電流閉鎖的零序電壓保護(hù)用于中性點(diǎn)不接地運(yùn)行方式。零序過電壓保護(hù)的動作時限要求小于零序過電流的長動作時限,大于零序過電流保護(hù)的短動作時限。這樣保證當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地故障時,中性點(diǎn)接地運(yùn)行變壓器以零序過電流保護(hù)的短時限跳開母線聯(lián)絡(luò)斷路器,使兩臺變壓器分列運(yùn)行。解列后若故障消失,則表明故障不在本變壓器保護(hù)范圍內(nèi)。解列后若故障仍存在,對于中性點(diǎn)不接地變壓器可由零序過電壓經(jīng)一動作時限先跳閘切除故障;對于中性點(diǎn)接地變壓器,由于仍有零序電流而閉鎖零序過電壓保護(hù),只能以零序過電流保護(hù)的長動作時限跳閘,最終切除故障。 分級絕緣且中性

41、點(diǎn)裝設(shè)放電間隙的變壓器的接地保護(hù)根據(jù)分級絕緣變壓器接地保護(hù)動作行為的要求,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及零序過電壓保護(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,中性點(diǎn)經(jīng)放電間隙接地運(yùn)行的變壓器以無時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;若放電間隙零序過電流保護(hù)未動作,則以帶時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限跳開母線聯(lián)絡(luò)斷路器,以較長時限跳開直接接地變壓器高壓側(cè)斷路器。3.3反映異常運(yùn)行的保護(hù)3.3.1發(fā)電機(jī)定子對

42、稱過負(fù)荷保護(hù)發(fā)電機(jī)定子對稱過負(fù)荷保護(hù)原理發(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,由定時限過負(fù)荷和反時限過流兩部分組成;定時限部分,經(jīng)延時動作于信號,有條件時可作用于自動減負(fù)荷;反時限部分按反時限特性動作于跳閘。 保護(hù)原理:定時限過負(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過電流倍數(shù)與允許持續(xù)時間的關(guān)系為: 1(2a I K t +-=* (3.17 式中:K 定子繞組過負(fù)荷常數(shù)*I 定子額定電流為

43、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0.010.02。3.3.2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,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)動方向相反,以兩倍同步速度切割轉(zhuǎn)子,轉(zhuǎn)子中感應(yīng)出100HZ 交變電流,該電流使轉(zhuǎn)子本體、端部、護(hù)環(huán)內(nèi)表面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)組會發(fā)生振動。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),即反時限負(fù)序電流保護(hù)。同時,該保護(hù)還可以兼作系統(tǒng)不對稱故障的后備保護(hù)。對于中小型的

44、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子表層的負(fù)序過負(fù)荷保護(hù),通常采用兩段式定時限負(fù)序電流保護(hù)。段動作電流按與相鄰元件后備保護(hù)配合的條件整定,一般取,(0.50.6op g n I I I=,經(jīng)35s 延時后動作于跳閘。段動作電流按躲過發(fā)電機(jī)長期允許的負(fù)序電流,一般取,0.1op g n I I =,經(jīng)510s 延時后動作于信號。大型發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子表層負(fù)序過負(fù)荷保護(hù),一般由定時限負(fù)序電流保護(hù)反時限負(fù)序電流保護(hù)兩部分組成。定時限負(fù)序電流保護(hù)動作與信號,反時限負(fù)序電流保護(hù)動作于跳閘。定時限負(fù)序電流保護(hù)的動作電流,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。反時限負(fù)序電流保護(hù)的動作電流應(yīng)與發(fā)電機(jī)承受負(fù)序電流的能力相配合。3

45、.3.3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)子勵磁回路過流和過負(fù)荷保護(hù),兼作交流勵磁機(jī)的后備保護(hù),接成三相式。由定時限過負(fù)荷和反時限過流兩部分組成,定時限部分經(jīng)延時動作于信號,反時限部分動作于解列滅磁。其保護(hù)原理:定時限過負(fù)荷保護(hù)的電流元件按正常運(yùn)行額定勵磁電流下能可靠返回的條件整定;反時限過流按轉(zhuǎn)子繞組允許的過熱條件決定,其關(guān)系式為: 2*(1K t I a =-+ (3.18式中: K 轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷常數(shù),整定范圍1100;*I 發(fā)電機(jī)勵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0.010.02。3.3.4失磁保護(hù)發(fā)電機(jī)失磁通常是指發(fā)電機(jī)勵磁

46、異常下降或勵磁完全消失的故障。勵磁異常下降指發(fā)電機(jī)勵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。造成勵磁異常下降的原因通常是由于主勵磁機(jī)故障;誤操作的過量調(diào)整等。完全勵磁消失就是發(fā)電機(jī)失去勵磁電源,通常由于自動滅磁開關(guān)誤跳閘、勵磁調(diào)節(jié)器整流裝置中自動開關(guān)誤跳閘、勵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)動作于跳閘。當(dāng)發(fā)電機(jī)允許失磁運(yùn)行時保護(hù)可動作于信號,并要求失磁保護(hù)與切換勵磁、自動減負(fù)荷等自動控制相結(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

47、電流,差頻電流在轉(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),其平均異步轉(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)

48、電機(jī)轉(zhuǎn)矩、有功功率要發(fā)生劇烈的周期性擺動,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,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,定子端部漏磁增強(qiáng),將使端部的部件和邊段鐵芯過熱。3.3.5逆功率保護(hù)逆功率保護(hù)作用于保護(hù)汽輪機(jī),在發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)并列運(yùn)行的情況下,若汽輪機(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,發(fā)電機(jī)將變?yōu)橥诫妱訖C(jī)運(yùn)行,這種情況下對發(fā)電機(jī)并無危險,但對于汽輪機(jī)由于尾部殘留的蒸汽與葉片的摩擦產(chǎn)生鼓風(fēng)損失,將使尾部葉片過熱。當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)

49、為電動機(jī)后,將從系統(tǒng)中吸收有功功率(即逆功率,其大小將隨機(jī)組轉(zhuǎn)動軸系儲存動能的下降而逐漸增大。逆功率的大小主要取決于發(fā)電機(jī)的損耗、摩擦損耗及鼓風(fēng)損耗,其值約為發(fā)電機(jī)額定功率的35%。因此,裝設(shè)了發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)。逆功率保護(hù)主要由一個靈敏的功率繼電器構(gòu)成,另外還有逆功率測量元件、閉鎖電路、時間電路等組成。由于逆功率的數(shù)值很小,因此要求逆功率繼電器應(yīng)具有較高的靈敏性,動作功率可在15%額定功率范圍內(nèi)調(diào)整。一般按照比較絕對值原理構(gòu)成功率方向繼電器交流測量回路,其交流電壓形成回路采用和差接線方式以獲得兩個比較電量即:和電壓相量、差電壓相量,保護(hù)通過對兩電量的比較來鑒別發(fā)電機(jī)功率方向。當(dāng)發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時

50、:差電壓相量小于和電壓相量(即動作量小于制動量,繼電器不動作;汽輪機(jī)主汽門突然關(guān)閉時:差電壓相量大于和電壓相量(即動作量大于制動量,繼電器動作,經(jīng)一定延時切除發(fā)電機(jī)。逆功率保護(hù)設(shè)兩段延時,以11.5s短時延時動作于信號;以23分鐘的延時動作于斷路器跳閘。發(fā)電機(jī)各種保護(hù)動作于停機(jī)時,通常是同時給汽門和出口斷路器發(fā)出跳閘信號。因此,除短路事故保護(hù)和可能造成機(jī)組嚴(yán)重破壞的故障保護(hù)除外,其他動作于跳閘的保護(hù)都可用逆功率保護(hù)閉鎖,這時先關(guān)閉主汽門,逆功率后再斷開出口斷路器。3.3.6失步保護(hù)隨著電力系統(tǒng)容量不斷增加,大型發(fā)電廠高壓母線的系統(tǒng)阻抗較小,一旦發(fā)生系統(tǒng)非穩(wěn)定性振蕩,其振蕩中心很容易進(jìn)入失步發(fā)電

51、機(jī)變壓器組內(nèi)部,這將嚴(yán)重威脅失步的發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)的安全運(yùn)行。所以發(fā)電機(jī)組均加裝有失步保護(hù),并有多種不同類型判據(jù)的失步保護(hù)。失步保護(hù)的基本原理失步保護(hù)的基本原理主要是通過測量阻抗的軌跡變化情況來檢測是否失步。其主要指標(biāo)有三點(diǎn):一是測量阻抗軌跡為自左向右或自右向左依次穿越整定阻抗區(qū)域,穿越一次則記錄為滑極次數(shù)加一;二是每穿越一個區(qū)域都大于一定延時,以區(qū)別于故障以及區(qū)分失步振蕩和穩(wěn)定振蕩;三是滑極次數(shù)達(dá)到一定值時,則動作出口。失步保護(hù)要求在短路故障、系統(tǒng)振蕩、電壓回路斷線等情況下,保護(hù)不誤動作。失步保護(hù)反應(yīng)發(fā)電機(jī)失步振蕩引起的異步運(yùn)行,失步保護(hù)阻抗元件計(jì)算采用發(fā)電機(jī)正序電壓、正序電流,阻抗軌跡在各種故

52、障下均能正確反映。國內(nèi)失步保護(hù)主要采用三阻抗元件失步保護(hù)動作特性或雙遮擋器失步保護(hù)動作特性。保護(hù)采用三阻抗元件失步繼電器動作特性, 如下圖3-7 圖3-7三阻抗元件失步繼電器動作特性第一部分是透鏡特性,圖中,它把阻抗平面分成透鏡內(nèi)的部分I和透鏡外的部分O。第二部分是遮擋器特性,圖中,它把阻抗平面分成左半部分L和右半部分R。兩種特性的結(jié)合,把阻抗平面分成四個區(qū)OL、IL、IR、OR,阻抗軌跡順序穿過四個區(qū)(OLILIROR或ORIRILOL,并在每個區(qū)停留時間大于一時限,則保護(hù)判為發(fā)電機(jī)失步振蕩。每順序穿過一次,保護(hù)的滑極計(jì)數(shù)加1,到達(dá)整定次數(shù),保護(hù)動作。第三部分特性是電抗線,圖中,它把動作區(qū)一

53、分為二,電抗線以上為I段(U,電抗線以下為II段(D。阻抗軌跡順序穿過四個區(qū)時位于電抗線以下,則認(rèn)為振蕩中心位于發(fā)變組內(nèi),位于電抗線以上,則認(rèn)為振蕩中心位于發(fā)變組外,兩種情況下滑極次數(shù)可分別整定,保護(hù)可動作于報警信號, 也可動作于跳閘。3.3.7發(fā)電機(jī)低頻保護(hù)原理(1 保護(hù)原理大型汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行中允許其頻率變化的范圍為48.550.5Hz,低于48.5Hz 時,累計(jì)運(yùn)行時間和每次持續(xù)運(yùn)行時間達(dá)到定值,保護(hù)動作于信號或跳閘。汽輪機(jī)葉片有自己的自振頻率。并網(wǎng)運(yùn)行的發(fā)電機(jī),當(dāng)系統(tǒng)頻率異常時,汽輪機(jī)葉片可能產(chǎn)生共振,從而使葉片發(fā)生疲勞,長久下去可能損壞汽輪機(jī)的葉片。發(fā)電機(jī)頻率異常保護(hù),是保護(hù)汽輪機(jī)安全

54、的。(2 保護(hù)的邏輯框圖見圖 3-83.3.8發(fā)電機(jī)起停機(jī)保護(hù)原理發(fā)電機(jī)啟動或停機(jī)過程中,頻率低,轉(zhuǎn)速也低。若在啟停機(jī)過程中發(fā)電機(jī)發(fā)生故障,反映工頻的主設(shè)備保護(hù)可能不能正確動作,因此應(yīng)設(shè)置能反映在啟停機(jī)過程中發(fā)生定子接地故障和相間短路故障的啟停機(jī)保護(hù),即:反映發(fā)電機(jī)低速運(yùn)行時的定子接地故障的零序電壓式啟停機(jī)保護(hù),及反映發(fā)電機(jī)低速運(yùn)行時的相間故障的低頻過電流保護(hù)。(1 構(gòu)成原理及邏輯框圖保護(hù)的輸入電壓為取自機(jī)端TV 開口三角形繞組的零序電壓或中性點(diǎn)TV (或消弧線圈或配電變壓器二次電壓,采用專用的測量回路,其工作頻率范圍:5HZ 55HZ ,誤差不大于5%。該保護(hù)只作為發(fā)電機(jī)啟停機(jī)過程中的輔助保

55、護(hù),它由斷路器輔助接點(diǎn)控制,待發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后可自動退出運(yùn)行。動作方程g U U 0033 (3.19式中:03U 機(jī)端TV 開口三角電壓或中性點(diǎn)TV (配電變壓器或消弧線圈二次電壓;g U 03動作電壓整定值。圖3-8保護(hù)的邏輯框圖(2 保護(hù)的邏輯框圖見圖3-9。 圖3-9 基波零序電壓式啟停機(jī)保護(hù)邏輯框圖3.3.9發(fā)電機(jī)意外突加電壓保護(hù)原理突加電壓保護(hù)作為發(fā)電機(jī)盤車狀態(tài)下,主斷路器誤合閘時的保護(hù)。(1 保護(hù)原理發(fā)電機(jī)在盤車或靜止時,發(fā)生出口斷路器誤合閘,系統(tǒng)三相工頻電壓突然加在機(jī)端,使同步發(fā)電機(jī)處于異步啟動工況,由系統(tǒng)向發(fā)電機(jī)定子繞組倒送的電流(正序電流在氣隙中產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場在轉(zhuǎn)子本體中感應(yīng)工

56、頻或接近工頻的電流,從而引起轉(zhuǎn)子過熱而損傷,還可能由于潤滑油油壓不足使旋轉(zhuǎn)軸承磨損。當(dāng)停機(jī)、盤車或起動升速但磁場開關(guān)未閉合時誤合閘,過流元件快速動作于跳閘,同時,由于發(fā)電機(jī)處于同步電機(jī)的異步起動過程,阻抗元件延時動作于跳閘,構(gòu)成雙重化保護(hù);當(dāng)并網(wǎng)前,機(jī)組啟動,斷路器斷開,而磁場開關(guān)閉合時,過流元件退出工作,此時,若正常并網(wǎng),阻抗元件不動作,誤合閘保護(hù)不會動作,若發(fā)生誤合閘,阻抗元件動作于跳閘。(2 保護(hù)邏輯框圖見圖3-10。 圖3-10 突加電壓保護(hù)邏輯框圖3.3.10高壓斷路器非全相保護(hù)(1 基本原理當(dāng)只有一相或兩相斷路器觸頭在合位,且有負(fù)序電流時,保護(hù)動作。作用于跳閘、解除失靈保護(hù)復(fù)合電壓

57、閉鎖及啟動失靈保護(hù)。保護(hù)由三相斷路器位置不對應(yīng)輔助接點(diǎn)與負(fù)序電流組成的與門構(gòu)成,其動作后經(jīng)延時作用于出口。保護(hù)的輸入電流為斷路器側(cè)TA二次三相電流。(2 非全相保護(hù)邏輯框圖見圖3-11。 圖3-11非全相保護(hù)邏輯框圖3.3.11失靈保護(hù)原理(1 保護(hù)原理斷路器失靈保護(hù)是指故障電氣設(shè)備的繼電保護(hù)動作發(fā)出跳閘命令而斷路器拒動時,利用故障設(shè)備的保護(hù)動作信息與拒動斷路器的電流信息構(gòu)成對斷路器失靈的判別,能夠以較短的時限切除同一廠站內(nèi)其他有關(guān)的斷路器,使停電范圍限制在最小,從而保證整個電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行,避免造成發(fā)電機(jī)、變壓器等故障元件的嚴(yán)重?zé)龘p和電網(wǎng)的崩潰瓦解事故。在現(xiàn)代高壓和超高壓電網(wǎng)中,斷路器失靈保護(hù)作為一種近后備保護(hù)方