電氣主設(shè)備保護(hù)

（建筑電氣工程）電氣主設(shè)備保護(hù)電氣主設(shè)備繼電保護(hù)華北電力大學(xué)張舉目錄緒論大機(jī)組的特點及其保護(hù)配置第一章發(fā)電機(jī)的繼電保護(hù)第一節(jié)發(fā)電機(jī)的故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)及配置的保護(hù)方式第二節(jié)發(fā)電機(jī)的縱聯(lián)差動保護(hù)第三節(jié)發(fā)電機(jī)的匝間短路保護(hù)第四節(jié)發(fā)電機(jī)的定子繞組單相接地保護(hù)第五節(jié)發(fā)電機(jī)的失磁保護(hù)第六節(jié)發(fā)電機(jī)的后備保護(hù)第二章電力變壓器的繼電保護(hù)第一節(jié)電力變壓器的故障、不正常運(yùn)行狀態(tài)及配置的保護(hù)方式第二節(jié)變壓器的差動保護(hù)第三節(jié)變壓器的勵磁涌流分析第四節(jié)變壓器的接地保護(hù)第三章母線的繼電保護(hù)第一節(jié)概述第二節(jié)母線的電流差動保護(hù)第三節(jié)電流比相式母線保護(hù)和母聯(lián)相位差動保護(hù)第四節(jié)微機(jī)型母線保護(hù)第五節(jié)斷路器失靈保護(hù)緒論大機(jī)組的特點及其保護(hù)配置一發(fā)電機(jī)單機(jī)容量增大，主變?nèi)萘吭黾影l(fā)電機(jī)單機(jī)容量：100MW，200MW，300MW，600MW，800MW，1300MW變壓器容量：120MVA，240MVA，360MVA，720MVA（一）設(shè)計方參數(shù)方面1材料利用率高的絕對值增加，但與容量的比值減小，產(chǎn)生以下影響。（1）慣性時間常數(shù)減小。H為機(jī)組從加速到時所需的時間。（2）發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，熱容量減小。減小。—瓦.秒/；—損耗。定子繞組：時，中小機(jī)組可運(yùn)行2分鐘。而600MW機(jī)組僅可運(yùn)行30秒。轉(zhuǎn)子繞組：時，中小機(jī)組可運(yùn)行30秒。而600MW機(jī)組僅可運(yùn)行10秒。（3）發(fā)電機(jī)承受負(fù)序電流的能力降低。值減小。中小機(jī)組：水輪機(jī)組；40汽輪機(jī)組30大機(jī)組：汽輪機(jī)組42發(fā)電機(jī)參數(shù)方面（1）增大，中小機(jī)組：1.7；600MW機(jī)組：2.5~2.7。穩(wěn)態(tài)短路電流值減小。影響發(fā)電機(jī)后備保護(hù)的靈敏度。（2）增大，功率極限下降，穩(wěn)定儲備降低。（3）增大，發(fā)電機(jī)的平均異步轉(zhuǎn)矩下降，發(fā)電機(jī)異步運(yùn)行的滑差增大，從系統(tǒng)吸收的無功增加。（4過勵磁嚴(yán)重。（50.125~0.15600MW0.3~0.4。短路電流的周期分量減小。主保護(hù)靈敏度降低。（6）大機(jī)組的增大，減小，定子繞組時間常數(shù)增大，短路電流中的非周期分量衰減慢。（二）結(jié)構(gòu)工藝方面1—?dú)洹щy。2匝間短路。3中性點，汽輪發(fā)電機(jī)的中性點難于引出六個抽頭，給匝間保護(hù)的實現(xiàn)帶來困難。（三）運(yùn)行方面1大機(jī)組的勵磁系統(tǒng)復(fù)雜，可靠性較低。發(fā)生過電壓，失磁故障的幾率增加。2采用自并勵系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)，應(yīng)考慮故障后短路電流快速衰減的問題。3發(fā)生異常運(yùn)行的工況多，例如逆功率，低頻、非全相、誤上電等。4使廠用電電壓嚴(yán)重下降。各型機(jī)組額定電流2006006678890.90.919.2421.38二大機(jī)組保護(hù)的配置加強(qiáng)主保護(hù)，適當(dāng)簡化后備保護(hù)。最大限度保證機(jī)組的安全可靠運(yùn)行。保護(hù)的類型可分為：主保護(hù)、后備保護(hù)、異常運(yùn)行保護(hù)、非電量保護(hù)。保護(hù)方案：小機(jī)組：采用單主、單后備方式。中等機(jī)組：雙主、單后備方式。大機(jī)組：雙主、雙后備方式。保護(hù)的動作對象：高壓側(cè)斷路器、母聯(lián)斷路器、滅磁開關(guān)、廠用變壓器低壓側(cè)斷路器。保護(hù)還需提供的出口：保護(hù)的跳閘方式：（1）全停：跳高壓側(cè)斷路器、滅磁、跳廠變低壓側(cè)斷路器、關(guān)主汽門、切換廠用電。（2）解列滅磁：跳高壓側(cè)斷路器、滅磁、汽機(jī)甩負(fù)荷。（3）解列；跳高壓側(cè)斷路器、汽機(jī)甩負(fù)荷。（4）程序跳閘：對汽輪發(fā)電機(jī)首先關(guān)主汽門，待逆功率后，逆功率保護(hù)動作，再滅磁。（5）減勵磁：將發(fā)電機(jī)的勵磁電流減小到給定值。（6）切換廠用電：廠用電由工作電源切換到備用電源。三600MW機(jī)組的保護(hù)配置方案（一）發(fā)電機(jī)保護(hù)1主保護(hù)（1）發(fā)電機(jī)縱聯(lián)差動保護(hù)（比率制動、標(biāo)積制動、突變量差動）（2）發(fā)電機(jī)的定子繞組匝間短路保護(hù)高靈敏度橫差保護(hù)、裂相橫差保護(hù)、縱向零序電壓匝間保護(hù)、工頻變化量方向匝間保護(hù)。（3）100%定子繞組一點接地保護(hù)；基波零序電壓保護(hù)、三次諧波電壓保護(hù)；（4）轉(zhuǎn)子繞組兩點接地保護(hù)；2后備保護(hù)（1）定子繞組定、反時限過流過負(fù)荷保護(hù)（2）轉(zhuǎn)子繞組定、反時限負(fù)序過流過負(fù)荷保護(hù)（3）復(fù)合電壓閉鎖的過電流保護(hù)（電流可帶記憶）（4）阻抗保護(hù)3異常運(yùn)行保護(hù)（1）轉(zhuǎn)子繞組一點接地保護(hù)（2）失磁保護(hù)（3）失步保護(hù)（4）定、反時限過勵磁保護(hù)（5）過電壓保護(hù)（6）低頻保護(hù)（7）過頻保護(hù)（8）逆功率保護(hù)（9）程序跳閘逆功率保護(hù)（10）誤上電保護(hù)（11）斷口閃絡(luò)保護(hù)（12）起、停機(jī)保護(hù)（13）軸電流、軸電壓保護(hù)（二）變壓器保護(hù)1主保護(hù)（1）發(fā)電機(jī)變壓器組差動保護(hù)（2）變壓器差動保護(hù)2后備保護(hù)（1）主變高壓側(cè)復(fù)合電壓過流保護(hù)（2）主變高壓側(cè)零序電壓、電流保護(hù)零序電流保護(hù)、零序電壓保護(hù)、間隙零序電流保護(hù)、間隙零序電壓保護(hù)（3）主變高壓側(cè)阻抗保護(hù)（4）主變中壓側(cè)復(fù)合電壓過流保護(hù)（5）主變中壓側(cè)零序電流保護(hù)零序電流保護(hù)、零序電壓保護(hù)、間隙零序電流保護(hù)、間隙零序電壓保護(hù)（6）主變低壓側(cè)零序電壓、電流保護(hù)（7）主變低壓側(cè)后備保護(hù)（8）主變壓器低壓側(cè)接地零序報警（9）主變壓器過負(fù)荷啟動風(fēng)冷3非電量保護(hù)（1）主變壓器重瓦斯保護(hù)（2）主變壓器調(diào)壓重瓦斯保護(hù)（3）主變壓器輕瓦斯保護(hù)（4）主變壓器調(diào)壓輕瓦斯保護(hù)（5）主變壓器油溫高保護(hù)（6）主變壓器冷卻器故障（7）主變壓器壓力釋放保護(hù)（8）變壓器繞組溫度高保護(hù)第一章發(fā)電機(jī)的繼電保護(hù)第一節(jié)發(fā)電機(jī)的故障和不正常運(yùn)行方式大小配置相應(yīng)的保護(hù)裝置。發(fā)電機(jī)的故障類型主要有：定子繞組：發(fā)電機(jī)定子繞組及引出線上的相間短路發(fā)電機(jī)定子繞組的匝間短路發(fā)電機(jī)定子繞組的單相接地轉(zhuǎn)子繞組：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的兩點接地發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行狀態(tài)：外部對稱短路引起的定子繞組過電流；外部不對稱短路引起的負(fù)序過電流；發(fā)電機(jī)失磁、失步、低頻、過頻、逆功率、過勵磁、過電壓等發(fā)電機(jī)的誤上電、斷口閃絡(luò)轉(zhuǎn)子繞組的一點接地發(fā)電機(jī)應(yīng)配置的保護(hù)：按機(jī)組的容量大小應(yīng)配置主保護(hù)、后備保護(hù)、異常運(yùn)行保護(hù)。1容量在1MW以上的發(fā)電機(jī)應(yīng)配置縱聯(lián)差動保護(hù)作為發(fā)電機(jī)的主保護(hù)。2等于5A5A信號的接地保護(hù)。閘。當(dāng)該系統(tǒng)的接地電容電流大于5A時，應(yīng)裝設(shè)消弧線圈進(jìn)行補(bǔ)償。發(fā)電機(jī)容量在100MW及以上時，應(yīng)裝設(shè)保護(hù)范圍為100%的定子接地保護(hù)。3時可采用裂相橫差保護(hù)。4對發(fā)電機(jī)外部短路引起的過電流應(yīng)配置后備保護(hù)。后備保護(hù)的方式有：（1）對于容量小于1MW的發(fā)電機(jī)可采用簡單的過電流保護(hù)。容量大于1MW的發(fā)電機(jī)可采用：（2）復(fù)合電壓起動的過電流保護(hù)。（3）反映對稱短路的兩段式定時限過電流和反時限過電流保護(hù)。（4）反映不對稱短路的兩段式定時限負(fù)序過電流和反時限負(fù)序過電流保護(hù)。5對于水輪發(fā)電機(jī)或大容量的汽輪發(fā)電機(jī)，由于突然甩負(fù)荷引起過電壓應(yīng)裝設(shè)過電壓保護(hù)。6磁保護(hù)。容量在50MW及以上的汽輪發(fā)電機(jī)應(yīng)裝設(shè)專門的失磁保護(hù)。7容量在300MW及以上的發(fā)電機(jī)應(yīng)裝設(shè)失步保護(hù)。8點接地應(yīng)裝設(shè)轉(zhuǎn)子兩點接地保護(hù)。保護(hù)動作于跳閘。9對于大容量的汽輪發(fā)電機(jī)應(yīng)裝設(shè)逆功率和程序跳閘逆功率保護(hù)。10大容量發(fā)電機(jī)還應(yīng)考慮配置低頻保護(hù)、過頻保護(hù)、起停機(jī)保護(hù)、誤上電保護(hù)、斷口閃絡(luò)11發(fā)電機(jī)的非電量保護(hù)，如采用水冷卻的發(fā)電機(jī)應(yīng)配置斷水保護(hù)。第二節(jié)發(fā)電機(jī)的縱聯(lián)差動保護(hù)一縱聯(lián)差動保護(hù)的基本原理圖1-1發(fā)電機(jī)縱聯(lián)差動保護(hù)的單相原理接線圖器的電流為零，保護(hù)不動作。電流。根據(jù)流入繼電器的電流大小可判斷正常、區(qū)外、內(nèi)部故障。二縱聯(lián)差動保護(hù)的不平衡電流及減小不平衡電流的方法這個電流稱為不平衡電流。由互感器的等值電路可知：（ab）圖1-2電流互感器的等值電路及不平衡電流所以：不平衡電流是由于兩側(cè)的電流互感器的勵磁電流產(chǎn)生的。增大，不平衡電流也增大。另外，當(dāng)短路的暫態(tài)過程中，短路電流中含有衰減的非周期分量，電流互感器飽和更嚴(yán)重，所以不平衡電流更大?？紤]到兩側(cè)的電流互感器為同一變比，同樣型號，而每個電流互感器的最大幅值誤差為10%，所以，不平衡電流的計算公式為：式中：—非周期分量影響系數(shù)。若差動保護(hù)采用具有速飽和特性的繼電器時可選擇為1—1.3?！娏骰ジ衅鞯耐拖禂?shù)。取0.5?！娏骰ジ衅鞯淖儽日`差。取10%。—區(qū)外短路的最大短路電流。—電流互感器的變比。減小不平衡電流方法1的非周期分量，從而減小不平衡電流；2采用差動保護(hù)專用電流互感器，減小互感器的變比誤差；3減小電流互感器的二次負(fù)載阻抗；4增大電流互感器的變比，例如選擇二次電流為1A的CT；三縱差動保護(hù)的整定計算（一）利用BCH—2差動繼電器構(gòu)成的普通縱差動保護(hù)1按躲過外部短路的最大不平衡電流式中：—可靠系數(shù)。區(qū)1.3。2按躲過電流互感器二次斷線產(chǎn)生的不平衡電流式中：—發(fā)電機(jī)的額定電流。（二）利用BCH—2差動繼電器構(gòu)成的高靈敏度縱差動保護(hù)1按躲過外部短路的最大不平衡電流2按電流互感器二次斷線不誤動斷線相不誤動條件：非斷線相不誤動條件：所以：?。核裕核陌l(fā)電機(jī)內(nèi)部故障縱差動保護(hù)的靈敏度分析及發(fā)電機(jī)差動保護(hù)特點（一）發(fā)電機(jī)差動保護(hù)內(nèi)部故障靈敏度分析內(nèi)部經(jīng)過渡電阻發(fā)生三相短路，短路點距發(fā)電機(jī)中性點的位置用表示。即短路匝數(shù)為發(fā)電機(jī)一相繞組匝數(shù)的比例。圖1-3發(fā)電機(jī)定子繞組內(nèi)部經(jīng)過渡電阻短路01圖1-4短路電流與短路點位置的關(guān)系可見，在靠近發(fā)電機(jī)中性點處發(fā)生經(jīng)過渡電阻的故障時，縱差動保護(hù)可能拒動，拒動范圍稱為死區(qū)。死區(qū)大小與差動保護(hù)動作電流有關(guān)。（二）發(fā)電機(jī)縱差動保護(hù)的特點：（1）發(fā)電機(jī)縱差動保護(hù)不能反應(yīng)定子繞組單相接地故障；（2）發(fā)電機(jī)縱差動保護(hù)不能反應(yīng)定子繞組匝間故障（3）發(fā)電機(jī)縱差動保護(hù)在內(nèi)部經(jīng)過渡電阻故障時，靠近中性點附近故障時有死區(qū)；（4外部，此時僅有一相差動保護(hù)動作。五比率制動原理的發(fā)電機(jī)縱差動保護(hù)（一）比率制動特性差動保護(hù)的特性和基本原理0圖1-5比率制動特性的發(fā)電機(jī)差動保護(hù)由上圖可見，當(dāng)時，流入差動線圈的電流為：流入制動線圈的電流為：拐點電流時，繼電器的動作電流為，當(dāng)制動電流大于拐點電流時，繼電器的動作電流為。比率制動差動保護(hù)的動作判據(jù)為：（）（）式中：—為差動電流；—為制動電流；—為差動保護(hù)最小動作電流；—為比率制動特性的拐點電流—為比率制動特性的斜率；（二）比率制動特性及差動保護(hù)的整定計算根據(jù)以上分析，在正常運(yùn)行時，由電流互感器存在幅值誤差產(chǎn)生的不平衡電流為：在外部短路時，由電流互感器存在幅值誤差產(chǎn)生的不平衡電流為：顯然，外部短路產(chǎn)生的不平衡電流遠(yuǎn)大于正常運(yùn)行產(chǎn)生的不平衡電流。當(dāng)外部短路電流為最大時，產(chǎn)生的不平衡電流也最大。其值為：對于普通的差動保護(hù)，為防止外部短路時，由于不平衡電流造成保護(hù)誤動，所以保護(hù)的動作值必須大于外部短路產(chǎn)生的最大不平衡電流。流整定，而當(dāng)外部短路時，可依靠制動特性保證保護(hù)可靠不誤動。比率制動差動保護(hù)的整定計算主要是確定最小動作電流、制動特性的拐點電流、最大制動系數(shù)三個參數(shù)。（1）最小動作電流：按躲過發(fā)電機(jī)在最大負(fù)荷電流下產(chǎn)生的不平衡整定。當(dāng)?。簳r即為發(fā)電機(jī)額定電流的10%。（2）制動特性拐點電流；為保證遠(yuǎn)處外部短路（此時短路電流接近發(fā)電機(jī)的額定電流）時差動保護(hù)不誤動，拐點電流應(yīng)不大于發(fā)電機(jī)額定電流。可?。海?）最大制動系數(shù)：在機(jī)端（區(qū)外）發(fā)生三相短路時，流過差回路的不平衡電流最大，為保證此時保護(hù)不誤動應(yīng)有：式中：—差動保護(hù)的最大動作電流；—為機(jī)端三相短路的電流。注意到，在外部短路時，制動電流即為：所以有：0.15，即可保證外部短路保護(hù)不誤動。必須指出，當(dāng)制動特性是不一樣的。不可把制動特性的斜率與制動系數(shù)兩者相混淆。（4）制動特性的斜率按以上的分析：，5~6倍。所以，比率制動特性的斜率可推算如下：按考慮，則：即制動特性曲線的斜率取0.1625制動特性曲線的斜率為0.2可滿足要求。六標(biāo)積制動式縱差動保護(hù)標(biāo)積制動式差動保護(hù)與比率制動式差動保護(hù)具有完全類似的動作特性。不同之處在于制動量。按上圖中的正方向規(guī)定，標(biāo)積制動式差動保護(hù)的動作條件為：式中：、—分別為發(fā)電機(jī)中性點側(cè)和機(jī)端側(cè)的二次電流；—為兩側(cè)電流的相位差；當(dāng)發(fā)生區(qū)外故障時，兩側(cè)電流的相位差為：，制動量為最大，等于。而上式的左側(cè)為不平衡電流，動作量很小，保護(hù)可靠不誤動。高的可靠性。在內(nèi)部故障時，若不考慮發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)電勢的相位差，故障點對發(fā)電機(jī)和對系統(tǒng)的阻抗作量，因此，內(nèi)部故障的靈敏度更高。當(dāng)發(fā)電機(jī)單獨(dú)運(yùn)行時發(fā)生內(nèi)部故障，此時有：。標(biāo)積制動式差動保護(hù)的制動量為零，更動量不為零。比率制動特性與標(biāo)積制動特性的比較：比率制動特性的發(fā)電機(jī)差動保護(hù)的動作判據(jù)可表示為：式中：一般在0—0.5范圍內(nèi)取值。將上式展開為：整理后得：在上式兩邊都加上：一項，整理得：所以，上式可變?yōu)椋杭矗菏街校河稍撌娇傻贸鰳?biāo)積制動式保護(hù)得制動系數(shù)與比率制動式保護(hù)制動系數(shù)的關(guān)系。所以，標(biāo)積制動式差動保護(hù)與比率制動式差動保護(hù)在本質(zhì)上是一樣的。七微機(jī)發(fā)電機(jī)差動保護(hù)的邏輯框圖差動速斷跳閘比率制動差動跳閘循環(huán)閉鎖比率制動差動跳閘告警告警圖1-6微機(jī)型發(fā)電機(jī)差動保護(hù)邏輯框圖由圖7—3的邏輯框圖看出，微機(jī)發(fā)電機(jī)差動保護(hù)的功能包括三部分。1差動速斷部分；2比率制動部分；3電流互感器二次斷線及差流越限識別部分。差動速斷部分主要是為了快速切除嚴(yán)重內(nèi)部故障，其動作值一般取發(fā)電機(jī)額定電流的3~12倍。差動速斷部分不受CT二次斷線的控制。比率制動部分又分為兩部分。一部分是單相差動動作后的跳閘部分，另一部分是任意兩但是，有一種情況只有一相差動元件動作，即當(dāng)異地兩點接地故障，其中一點在發(fā)電機(jī)跳閘回路。比率制動的跳閘部分是否受CT二次斷線的控制，可由保護(hù)定值單中的控制字的某位置1或清零來選擇。差流越限告警可檢查差動保護(hù)的接線是否錯誤，當(dāng)差電流越限制時發(fā)出告警信號。此外，為了用戶使用方便，保護(hù)屏上設(shè)有控制發(fā)電機(jī)差動保護(hù)投退的硬壓板。以開入量1或清零選擇該項功能。包括：CT二次斷線判別功能投入/退出；CT二次斷線閉鎖比率制動差動保護(hù)投入/退出；差流越限報警功能投入/退出；差動速斷功能投入/退出；比率制動差動保護(hù)投入/退出。第三節(jié)發(fā)電機(jī)的定子繞組匝間短路保護(hù)一定子繞組匝間短路的形式短路。圖1-7定子繞組匝間短路的故障類型二匝間短路的特點匝間短路是一個縱向不對稱故障，因此必然產(chǎn)生正、負(fù)、零序分量。橫差電流互感器圖1-8雙Y機(jī)組的接線和單Y機(jī)組的機(jī)端電壓互感器1上產(chǎn)生零序電流。2發(fā)生匝間短路時，在機(jī)端專用電壓互感器的開口三角繞組兩端產(chǎn)生零序電壓。3端電流計算負(fù)序電流，判斷功率方向時，發(fā)電機(jī)內(nèi)部發(fā)生不對稱短路時，負(fù)序功率的方發(fā)電機(jī)內(nèi)部。分析如下：（1）發(fā)電機(jī)定子繞組內(nèi)部發(fā)生匝間短路（2）發(fā)電機(jī)定子繞組內(nèi)部發(fā)生橫向不對稱短路（3）發(fā)電機(jī)定子繞外部發(fā)生橫向不對稱短路（4）發(fā)電機(jī)定子繞外部發(fā)生縱向不對稱短路圖1-9各種不對稱故障時負(fù)序電壓負(fù)序電流向量圖發(fā)電機(jī)外部發(fā)生各種不對稱故障，包括橫向、縱向不對稱故障，負(fù)序電流超前為匝間保護(hù)的閉鎖元件。三匝間短路保護(hù)的方案性點連線上的環(huán)流。元件橫差保護(hù)。也可分成多組，采用多套橫差保護(hù)。也可采用裂相橫差動保護(hù)。具體保護(hù)方案如下：（1）汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組為兩并聯(lián)分支，中性點有六個引出端或四個引出端的情況。出口圖1-10定子繞組為雙Y接線的單元件橫差保護(hù)邏輯圖圖中，三次諧波濾過器濾除發(fā)電機(jī)的三次諧波，要求對基波的濾過比不小于100。以經(jīng)延時回路出口。（2）水輪發(fā)電機(jī)定子繞組為兩個分支以上的橫差保護(hù)方案ABC圖1-11每相五分支的水輪發(fā)電機(jī)定子繞組三元件式裂相橫差保護(hù)原理接線圖圖中，將每相的1、3、5分支并聯(lián)，2、4分支并聯(lián)后構(gòu)成每相的橫差動保護(hù)，、為橫差保護(hù)繼電器，電流互感器的變比選擇按正常運(yùn)行并聯(lián)后兩支路的二次電流相等的原則。在微機(jī)保護(hù)中，也可用軟件調(diào)整平衡。KaKbKc內(nèi)部短路故障的主保護(hù)。電機(jī)中性點只能引出三個端子，可采用反應(yīng)縱向零序電壓的匝間短路保護(hù)。保護(hù)方案如下：出口圖1-12負(fù)序功率方向閉鎖的縱向零序電壓匝間短路保護(hù)邏輯圖第四節(jié)發(fā)電機(jī)的定子繞組單相接地保護(hù)一機(jī)定子繞組單相接地的特點定子繞組單相接地是發(fā)電機(jī)較常見的故障之一。發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中由于機(jī)械振動造成定子線棒的絕緣磨損，從而發(fā)生定子繞組與定子鐵芯接觸，形成單相接地故障。單相接地的電路如下圖：圖1-13發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地故障電壓電流分布發(fā)電機(jī)的電容電流為：外部設(shè)備的電容電流：流過接地點的電容電流為：可見，在發(fā)電機(jī)定子繞組內(nèi)部發(fā)生金屬性單相接地故障時，有以下特點：1后產(chǎn)生的零序電壓為。在機(jī)端電壓互感器的開口三角繞組得到的零序電壓為：2相對地分布電容，為發(fā)電機(jī)的相電勢。3電流互感器的電容電流為發(fā)電機(jī)本身的電容電流，其方向為由外部流向發(fā)電機(jī)；二基波零序電壓原理的發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)保護(hù)反應(yīng)發(fā)生單相接地故障的零序電壓分量。對微機(jī)保護(hù)來說，主要是采取措施擴(kuò)大它的構(gòu)成方案如圖7—4所示。跳閘或發(fā)信圖1-14發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)原理圖圖中，為發(fā)電機(jī)中性點電壓互感器的零序電壓；為機(jī)端電壓互感器的零序電壓；為主變擇。當(dāng)系統(tǒng)中有中性點PT時，可將與構(gòu)成與門關(guān)系。這樣可防止機(jī)端電壓互感器一次側(cè)發(fā)生斷線時造成的保護(hù)誤動。在不具備中性點PT時，可退出此功能，機(jī)端零序電壓和中性點序電壓和中性點零序電壓量均經(jīng)過零點濾波后采用全周傅立葉算法，使濾波效果大大提高。在采樣頻率為600HZ的情況下，零點濾波器的差分方程如下：5000如圖7—5所示。0123456圖1—15零點濾波與全周傅氏算法的基波算法頻率響應(yīng)特性二反映三次諧波的發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)1反應(yīng)機(jī)端與中性點三次諧波電壓比的保護(hù)保護(hù)的動作判據(jù)為：理論分析表明，發(fā)電機(jī)正常與系統(tǒng)并列運(yùn)行時，無論發(fā)電機(jī)中性點是否接有消弧線圈，50%5提供的發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行機(jī)端和中性點三次諧波電壓的比值最大達(dá)到1.95倍。因此，采用這種方案構(gòu)成保護(hù)時，必須提高定值門檻。這就勢比影響保護(hù)的靈敏度和保護(hù)范圍。2自調(diào)整式三次諧波電壓保護(hù)保護(hù)的動作判據(jù)為：式中：—為自調(diào)整系數(shù)，它是一個復(fù)數(shù)?！獮槿沃C波制動系數(shù)。分析反映機(jī)端三次諧波與中性點三次諧波電壓幅值比保護(hù)靈敏度不高的原因是由于制動當(dāng)然也必須降低正常運(yùn)行時的動作量。以保證正常運(yùn)行時保護(hù)不誤動。自調(diào)整式三次諧波保護(hù)的判據(jù)中就是通過調(diào)整使：，正常運(yùn)行時動作量非常小。因而可將制動量減小。一般情況下，可取。在微機(jī)保護(hù)中采用實時跟蹤和，因而，復(fù)系數(shù)也是自動跟蹤的。在微機(jī)保護(hù)中的算法為：式中：—為當(dāng)前時刻；—為跟蹤計算的時間間隔，一般可取2~3個工頻周期。采用自調(diào)整式三次諧波保護(hù)的判據(jù)，當(dāng)機(jī)端發(fā)生單相接地時，近似為零，而很大，動單獨(dú)用三次諧波分量即可實現(xiàn)發(fā)電機(jī)定子繞組的100%接地保護(hù)。為進(jìn)一步提高保護(hù)的靈敏度，采用了零點濾波級聯(lián)傅氏算法的高性能數(shù)字濾波器。濾除基波分量的零點濾波器的差分方程為：（采樣頻率為600HZ零點濾波器與傅氏算法級聯(lián)后的頻率響應(yīng)特性如圖7—6所示。0123456圖1—16零點濾波級聯(lián)傅氏算法的三次諧波濾波器頻率響應(yīng)特性3反應(yīng)三次諧波突變量的定子接地保護(hù)方案一是反應(yīng)三次諧波幅值比的突變量構(gòu)成的保護(hù)。判據(jù)為：方案二是反應(yīng)三次諧波向量比的突變量構(gòu)成的保護(hù)。判據(jù)為：三次諧波幅值比突變量的定子接地保護(hù)理論上可保護(hù)距發(fā)電機(jī)中性點50%的范圍內(nèi)的接地故障，三次諧波向量比突變量的定子接地保護(hù)理論上可保護(hù)100%發(fā)電機(jī)定子繞組。第五節(jié)發(fā)電機(jī)的失磁保護(hù)一失磁對電力系統(tǒng)和對發(fā)電機(jī)造成的危害發(fā)電機(jī)在正常運(yùn)行時，除了發(fā)出有功外，還承擔(dān)著向系統(tǒng)發(fā)出感性無功的任務(wù)。例如，一臺視在功率為353MW的汽輪發(fā)電機(jī)，功率因數(shù)為0.85，當(dāng)它滿載運(yùn)行時，發(fā)出的有功功率為300MW186MVA臺大容量的發(fā)電機(jī)失磁后，首先是造成系統(tǒng)大量的無功缺少。對電力系統(tǒng)及發(fā)電機(jī)本身都會造成程度不同的危害，歸納起來有以下幾方面。對電力系統(tǒng)的危害：（1）發(fā)電機(jī)失磁造成系統(tǒng)中大量無功缺少，當(dāng)系統(tǒng)中無功儲備不足，將引起電壓下降。嚴(yán)重時引起電壓崩潰，系統(tǒng)瓦解。（2）一臺發(fā)電機(jī)失磁造成電壓下降，系統(tǒng)中的其他發(fā)電機(jī)在自動調(diào)節(jié)勵磁裝置作用下，作，擴(kuò)大了故障范圍。（3電機(jī)與系統(tǒng)之間失去同步，引起系統(tǒng)振蕩。對發(fā)電機(jī)本身的危害：（1）發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組出現(xiàn)的差頻電流在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生額外損耗，引起轉(zhuǎn)子繞組發(fā)熱。（2定子繞組過熱。（3劇烈擺動。這種影響對水輪發(fā)電機(jī)更為嚴(yán)重。（4）發(fā)電機(jī)失磁后，定子端部漏磁增強(qiáng)，使端部的部件和端部鐵芯過熱。二失磁的基本物理過程和失磁保護(hù)的判據(jù)如圖1—17所示為一臺發(fā)電機(jī)通過升壓變壓器、聯(lián)絡(luò)線與無窮大系統(tǒng)相連。圖1—17單機(jī)與無窮大系統(tǒng)連接系統(tǒng)圖設(shè)發(fā)電機(jī)的電勢為，無窮大系統(tǒng)母線電壓為，發(fā)電機(jī)的同步電抗為，變壓器的阻抗為，輸電線路的阻抗為。從發(fā)電機(jī)電勢到無窮大母線之間的總阻抗為。對汽輪發(fā)電機(jī)，輸送到系統(tǒng)的有功和無功功率分別為：對水輪發(fā)電機(jī)，輸送到系統(tǒng)的有功和無功功率分別為：發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)動方程為：式中：—為慣性時間常數(shù)。（秒）—為發(fā)電機(jī)電勢與無窮大母線電壓之間的功角；—為原動機(jī)的輸入功率；—為發(fā)電機(jī)的輸出電功率。根據(jù)以上關(guān)系式，分析發(fā)電機(jī)失磁后的電參數(shù)和功角的變化規(guī)律，可得出如下結(jié)論：（1過渡到異步運(yùn)行。（2）在之前，有功基本不變，后，有功略有下降并呈現(xiàn)擺動趨勢。（3感性無功。（4）由于大量的無功缺少，造成系統(tǒng)電壓降低。（5）機(jī)端測量阻抗從第一象限逐步過渡到第四象限。（6）勵磁電壓下降。根據(jù)以上結(jié)論，目前構(gòu)成發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)的判據(jù)可分為主判據(jù)和輔助判據(jù)。失磁保護(hù)的主判據(jù)為：1靜穩(wěn)邊界阻抗圓判據(jù)。當(dāng)測量阻抗進(jìn)入靜穩(wěn)邊界圓內(nèi)時，說明功角，發(fā)電機(jī)已失去穩(wěn)定。2態(tài)。3無功方向判據(jù)。當(dāng)無功由正（發(fā)出感性無功）變負(fù)（吸收感性無功）時，說明發(fā)電機(jī)失磁。4系統(tǒng)三相電壓降低。當(dāng)高壓母線電壓低于80%~85%額定電壓或發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓低于70%~75%額定電壓時，低壓元件動作。5等勵磁電壓判據(jù)。等勵磁電壓判據(jù)按與發(fā)電機(jī)的空載勵磁電壓比較。6據(jù)也是隨有功變化而改變的。失磁保護(hù)的輔助判據(jù)為：需要輔助判據(jù)的理由是為了防止非失磁情況下失磁保護(hù)誤動。這些情況有：（1）發(fā)電機(jī)出口或升壓變壓器高壓側(cè)發(fā)生短路故障。（2）電力系統(tǒng)發(fā)生振蕩。（3）水輪發(fā)電機(jī)自同期并列。（4）電壓互感器二次斷線。（5）發(fā)電機(jī)通過升壓變壓器對高壓長線路充電。為防止在上述情況下失磁保護(hù)誤動，增加閉鎖判據(jù)。主要有以下幾種判據(jù)。1用延時躲過振蕩的影響。2用有無負(fù)序分量區(qū)別振蕩與失磁。3加入電壓互感器二次斷線判別功能。4用開入量識別特殊運(yùn)行方式。例如自同期并列操作和長線充電。三微機(jī)型發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)的構(gòu)成方案采用了五個主判據(jù)。分別是系統(tǒng)電壓低、機(jī)端電壓低判據(jù)；靜穩(wěn)邊界阻抗圓或異步阻抗圓判據(jù)；等勵磁電壓判據(jù)、變勵磁電壓判據(jù)。1系統(tǒng)三相電壓降低。由于失磁造成的電壓降低是三相對稱的。所以可取其中的一個相間電壓進(jìn)行判斷。取機(jī)端電壓和高壓母線電壓。2定子判據(jù)的阻抗特性圓。針對阻抗特性在軟件中設(shè)有三項定值。圓心位置和，半徑。1—18abc當(dāng)時，可實現(xiàn)圖1—18（a）和（c）的動作特性；當(dāng)時，可實現(xiàn)圖1—18（b）的動作特性。(a)靜穩(wěn)邊界圓(b)水輪發(fā)電機(jī)的靜穩(wěn)圓(c)異步阻抗圓圖1—18失磁保護(hù)的阻抗特性圓3等勵磁電壓判據(jù)（1蕩、發(fā)生短路時。勵磁電壓有較高的數(shù)值。因此，可判斷勵磁電壓低于某值時為失磁故障。一般取額定空載勵磁電壓的20%~80%。（2）根據(jù)給定有功的等勵磁電壓判據(jù)。對于隱極機(jī)可得：時，對標(biāo)幺值則有：。所以有：式中：—發(fā)電機(jī)有功功率標(biāo)幺值。4變勵磁電壓判據(jù)。（1）汽輪發(fā)電機(jī)的變勵磁電壓判據(jù)。用有名值表示，變?yōu)椋菏街校骸l(fā)電機(jī)額定視在功率，單位：MVA；—發(fā)電機(jī)有功功率的有名值，單位：MW。仍為標(biāo)幺值。將也改為有名值，則有：式中：系數(shù)為常數(shù)，在微機(jī)保護(hù)中可實時計算有功的值，由決定勵磁電壓低的動作值。隱極機(jī)的變勵磁電壓元件的特性如圖1—19（2）水輪發(fā)電機(jī)的變勵磁電壓判據(jù)。按標(biāo)幺值有：，?。?。令，得：—處于靜穩(wěn)邊界的關(guān)系。在此范圍內(nèi)，的關(guān)系近似為直線特性，如圖1—20所示。動作區(qū)動作區(qū)0圖1—19隱極極變勵磁電壓元件圖1—20凸極機(jī)的變勵磁電壓元件的特性的特性對應(yīng)時的有功為最大凸極功率。所以，凸極機(jī)的變勵磁電壓判據(jù)為：變勵磁電壓判據(jù)在系統(tǒng)振蕩時，如果振蕩前發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行，靜穩(wěn)儲備不高，則在振定延時。四微機(jī)型發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)邏輯框圖切系統(tǒng)電壓廠用電T1T2機(jī)端電壓斷線判T3阻抗元件PT斷線信號失穩(wěn)信號切換勵磁、減出力跳閘失磁信號圖1—21微機(jī)型發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)邏輯框圖該框圖可分為四部分。即低電壓部分、阻抗部分、等勵磁電壓部分和變勵磁電壓部分。低電壓部分判斷機(jī)端電壓和系統(tǒng)電壓。低壓判據(jù)受電壓互感器二次斷線閉鎖控制。當(dāng)失（2~15T1和T2，一般整定為250MS。阻抗元件可根據(jù)要求整定為不同的動作特性。它受電壓互感器二次斷線和系統(tǒng)故障判斷因為在主變壓器高壓側(cè)、發(fā)電機(jī)機(jī)端發(fā)生短路、PT二次斷線時，按靜穩(wěn)邊界整定的阻抗元3輸入與門5T3為躲振蕩延時，防止振蕩時靜穩(wěn)阻抗圓誤動而增設(shè)的時間元件。一般整定1.5秒。延時T6是長延時元件。等勵磁電壓元件受系統(tǒng)故障元件閉鎖。同時為防止勵磁電壓回路斷線造成的誤判，設(shè)有勵磁電壓低于8V的閉鎖條件。為防止發(fā)電機(jī)在起動或停機(jī)過程中等勵磁低電壓元件誤動，設(shè)有的閉鎖條件。等勵磁判據(jù)經(jīng)延時T4，或門1與機(jī)端電壓低判據(jù)發(fā)出切換廠用電命令。與系統(tǒng)電壓低判據(jù)發(fā)出跳閘命令。延時T4是防止干擾或異常工況造成的短時勵磁電壓降低而設(shè)置的。一般取0.1~0.2秒。變勵磁電壓元件也受系統(tǒng)故障元件閉鎖。同時為防止勵磁電壓回路斷線造成的誤判，設(shè)有勵磁電壓低于8V的閉鎖條件。變勵磁電壓判據(jù)的定值是隨有功P變化的。所以不需要的閉鎖條件。變勵磁電壓判據(jù)經(jīng)延時T5，或門1與機(jī)端電壓低判據(jù)發(fā)出切換廠用電命令。與T5是防止系統(tǒng)振蕩造成變勵磁電壓元件誤動而設(shè)置的。

一般取0.3~0.4秒。勵磁電壓低的判據(jù)受機(jī)端電壓高判據(jù)的閉鎖。主要是防止強(qiáng)行減磁時由于勵磁調(diào)節(jié)器的甚至變負(fù)。而低勵或失磁時，機(jī)端電壓不會過高。如果沒有這種負(fù)輸出，該判據(jù)可取消。五微機(jī)失磁保護(hù)的整定計算整定計算的系統(tǒng)接線圖如圖1—22所示。發(fā)電機(jī)變壓器輸電線路系統(tǒng)、圖1—22發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)的連接圖1低電壓元件的定值機(jī)端低電壓元件：高壓側(cè)低電壓元件：2阻抗元件的定值首先將系統(tǒng)圖中各個元件以標(biāo)幺值表示的阻抗變?yōu)榘l(fā)電機(jī)額定電壓值下的有名值。式（7—47）~式（7—50）中：—發(fā)電機(jī)直軸同步電抗標(biāo)幺值；—變壓器短路電壓的百分?jǐn)?shù)；—線路每公里正序電抗值（一次有名值）——系統(tǒng)電抗的標(biāo)幺值；—發(fā)電機(jī)額定電流有名值；—發(fā)電機(jī)的額定電壓有名值；—變壓器的額定容量；—系統(tǒng)母線的電壓有名值；—計算系統(tǒng)電抗標(biāo)幺值的基準(zhǔn)容量；—為發(fā)電機(jī)直軸電抗有名值；—為歸算到發(fā)電機(jī)電壓下的變壓器電抗有名值；—為歸算到發(fā)電機(jī)電壓下的線路電抗有名值；—為歸算到發(fā)電機(jī)電壓下的系統(tǒng)電抗有名值；（1）隱極機(jī)靜穩(wěn)邊界阻抗圓整定靜穩(wěn)邊界圓的圓心坐標(biāo)為：式中：—電流互感器的變比；—電壓互感器的變比；靜穩(wěn)圓的半徑為：（2）隱極機(jī)異步阻抗圓整定圓心坐標(biāo)為：。半徑為：式（7—54）和式（7—55）中：—為發(fā)電機(jī)暫態(tài)電抗的有名值；（3）凸極機(jī)的靜穩(wěn)邊界阻抗圓整定當(dāng)取時，為標(biāo)準(zhǔn)圓特性。當(dāng)取時為蘋果圓特性。圓心為：半徑為：式（7—56）和式（7—57）中：—為發(fā)電機(jī)縱軸電抗的有名值；（4）凸極機(jī)的異步阻抗圓整定圓心為：半徑為：3勵磁低電壓元件的整定（1）等勵磁電壓判據(jù)的整定式中：—為發(fā)電機(jī)空載勵磁電壓。（2）變勵磁電壓元件凸極功率的計算：式中：，為發(fā)電機(jī)至系統(tǒng)之間的綜合直軸電抗有名值；，為發(fā)電機(jī)至系統(tǒng)之間的綜合交軸電抗有名值；變勵磁電壓系數(shù)的計算：

式中：—發(fā)電機(jī)的空載電勢；—發(fā)電機(jī)的額定電壓；根據(jù)對變勵磁電壓判據(jù)的分析，在系統(tǒng)振蕩、異步運(yùn)行等工況下，有功功率波動（勵P時采用在一段時間求有功功率的平均值的方法。式中：—為計算有功的時間間隔；—為工頻一周期的采樣點數(shù)；—為工頻周期數(shù)。例如，當(dāng)取計算間隔秒時，則取10個工頻周期有功功率的平均值作為有功的值。4負(fù)序電流和負(fù)序電壓元件的整定（1）負(fù)序電流元件按故障時有足夠靈敏度整定，同時應(yīng)躲過發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行允許的負(fù)序電流值。式中：—為發(fā)電機(jī)長期運(yùn)行允許的負(fù)序電流標(biāo)幺值。（2）負(fù)序電壓元件按躲過正常運(yùn)行的不平衡分量整定。第二章電力變壓器的繼電保護(hù)第一節(jié)電力變壓器的故障、不正常運(yùn)行及配置的保護(hù)方式電力變壓器是電力系統(tǒng)中應(yīng)用十分廣泛的電氣元件。它的故障將對系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和供失。因此，必須根據(jù)變壓器的容量及其重要程度裝設(shè)相應(yīng)的繼電保護(hù)裝置。變壓器的故障可以分為油箱內(nèi)部和油箱外部的故障。油箱內(nèi)部的故障包括變壓器繞組的上述接地短路是指變壓器中性點接地一側(cè)的繞組。變壓器的不正常運(yùn)行狀態(tài)主要是：由于變壓器外部發(fā)生相間短路的過電流和接地側(cè)外部根據(jù)以上故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)及變壓器的容量大小、在系統(tǒng)中的重要程度，變壓器應(yīng)配置的繼電保護(hù)裝置有：1瓦斯保護(hù)。這是一種非電量保護(hù)。其基本原理是依據(jù)變壓器內(nèi)部故障產(chǎn)生電弧，使變壓器的絕緣油油箱內(nèi)部故障的主保護(hù)。輕瓦斯保護(hù)反映內(nèi)部較輕微的故障，動作于發(fā)信號。裝設(shè)瓦斯保護(hù)的變壓器的容量界限是：容量在800KVA及以上的油浸式變壓器。2縱聯(lián)差動保護(hù)或電流速斷保護(hù)6300KVA及以上或單獨(dú)運(yùn)行的變壓器容量在10000KVA及以上保護(hù)作用。它是變壓器的主保護(hù)。在容量小于10000KVA的變壓器上可裝設(shè)電流速斷保護(hù)。3對于由外部短路引起的變壓器過電流，應(yīng)配置后備保護(hù)。后備保護(hù)的方式可采用：（1）過電流保護(hù)，一般用于容量較小、電壓等級較低的降壓變壓器上。（2的降壓變壓器上。（3）負(fù)序電流保護(hù)及單相式低壓起動的過電流保護(hù)。一般用于大容量升壓變壓器或系統(tǒng)中的聯(lián)絡(luò)變壓器。（423度不滿足要求時，可采用阻抗保護(hù)。4對變壓器的接地故障應(yīng)根據(jù)中性點接地方式配置不同的保護(hù)。配置零序電流和零序電壓保護(hù)。5過負(fù)荷保護(hù)。對400KVA應(yīng)根據(jù)情況裝設(shè)過負(fù)荷保護(hù)。過負(fù)荷保護(hù)裝于一相上，動作后經(jīng)延時發(fā)信號。6過勵磁保護(hù)。高壓側(cè)為500KV及以上的變壓器，對頻率降低電壓升高引起的變壓器過勵磁應(yīng)配置過勵磁保護(hù)。7變壓器的其他非電量保護(hù)。除上述的瓦斯保護(hù)外，變壓器還配有其他非電量保護(hù)。包括：油溫高保護(hù)、冷卻器故障保護(hù)、壓力釋放保護(hù)等。第二節(jié)變壓器的縱聯(lián)差動保護(hù)毫無疑問，差動保護(hù)是變壓器的主要保護(hù)之一。變壓器的差動保護(hù)在原理上與發(fā)電機(jī)的要有以下幾方面。1變壓器高、中、低三側(cè)（或高、低兩側(cè)）的電流不等，因此，選用的電流互感器的變電機(jī)差動保護(hù)的不平衡電流增大。2對于接線組的變壓器，兩側(cè)同名相的電流有的相位差。由此產(chǎn)生的不平衡電流必須考慮。3有載調(diào)壓的變壓器在運(yùn)行中改變分接頭位置時產(chǎn)生的不平衡電流。4變壓器在空載合閘或區(qū)外故障切除電壓重新恢復(fù)時會產(chǎn)生非常大的勵磁涌流。5變壓器差動保護(hù)應(yīng)能反映高、低壓繞組的匝間短路。而在發(fā)生匝間短路時，短路的匝較高的靈敏度。6變壓器差動保護(hù)應(yīng)能反映中性點直接接地側(cè)的單相接地故障。當(dāng)經(jīng)過渡電阻接地時，故障電流較小，變壓器差動保護(hù)的靈敏度下降。7當(dāng)變壓器發(fā)生匝間短路時，變壓器仍帶有負(fù)荷，說明變壓器發(fā)生內(nèi)部故障時有流出電流，當(dāng)然會影響保護(hù)的靈敏度。8發(fā)電機(jī)差動保護(hù)僅為兩側(cè)差動，而變壓器差動保護(hù)除兩側(cè)或三側(cè)差動的情況外，有可能出現(xiàn)多于三側(cè)的情況，甚至達(dá)到六側(cè)差動的情況。關(guān)于勵磁涌流的問題將在下一節(jié)專門討論。關(guān)于多側(cè)差動的問題是在設(shè)計微機(jī)保護(hù)的硬護(hù)的構(gòu)成及原理、整定計算。一微機(jī)變壓器差動保護(hù)的接線和不平衡電流的補(bǔ)償方法對于常規(guī)變壓器差動保護(hù)，當(dāng)變壓器的接線組為時，為消除由此在差動繼電器中產(chǎn)生的不平衡電流，應(yīng)在構(gòu)成差動保護(hù)的接線時，將變壓器一次繞組接為星形一側(cè)的三相CT的二位；而變壓器一次繞組接為三角形一側(cè)的三相CT的二次連接為星形。由于這種接線煩瑣復(fù)雜，因此，在微機(jī)保護(hù)中普遍采用了軟件調(diào)整相位的方法。即無論變壓器采用什么連接組，都可將變壓器各側(cè)的三相CT按星形接線，然后將二次電流引入相應(yīng)的電流變換器。如圖7—13所示。LHALHBLHCLHaLHbYLHc?圖2—1微雙繞組變壓器差動保護(hù)接線圖中，和分別為變壓器高、低壓側(cè)一次電流的正方向。變機(jī)保護(hù)中對應(yīng)于變壓器高壓側(cè)ABCabc相壓器繞組為連接的一側(cè)按下式處理：式中：A、B、CA、B、C三相電流的采樣值。對變壓器為連接的一側(cè)則直接用其采樣值計算。以通過軟件的方法進(jìn)行補(bǔ)償，從而使不平衡電流減到最小。設(shè)某降壓變壓器的參數(shù)如下：容量：電壓比：接線方式：（1）計算變壓器各側(cè)額定電流。110KV側(cè)：35KV側(cè)：10KV側(cè)：（2）選擇各側(cè)電流互感器的變比：110KV側(cè)：，選擇：300/535KV側(cè)：，選擇：1000/510KV側(cè)：，選擇：2000/5（3）計算各側(cè)二次電流：110KV側(cè)：35KV側(cè)：10KV側(cè)：（4）以高壓側(cè)為基準(zhǔn)，求各側(cè)電流平衡系數(shù)設(shè)中壓側(cè)電流平衡系數(shù)為，低壓側(cè)電流平衡系數(shù)為。在本例中可得：壓側(cè)的容量為20MVA，低壓側(cè)的容量為11.5MVA，則有高壓側(cè)電流為：165.3A，中壓側(cè)電流為300A603.6A4.772A2.6A側(cè)二次電流為1.51A。因此，差電流為：的不平衡電流減少到非常小的值。二比率制動特性的變壓器差動保護(hù)的斜率較低，當(dāng)制動電流大于時，制動特性的斜率較高。如圖2—2所示。0圖2—2三折線比率制動特性比率制動特性的變壓器差動保護(hù)的動作方程和制動電流的選擇。兩折線特性的動作方程：（）（）其中：—為差動電流；—為制動電流；—為差動保護(hù)最小動作電流；—為比率制動特性的拐點電流—為比率制動特性的斜率；三折線特性的動作方程：（）（）其中：—為差動電流；—為制動電流；—為差動保護(hù)最小動作電流；—為比率制動特性的第一拐點電流；—為比率制動特性第一折線段的斜率；—為比率制動特性第二折線段的斜率；—為比率制動特性的第二拐點電流；制動電流分別為：雙繞組變壓器：差動電流為：制動電流為：三繞組變壓器：

差動電流為：制動電流為：三變壓器差動保護(hù)的整定計算1最小動作電流按躲過變壓器在正常運(yùn)行條件下產(chǎn)生的不平衡電流整定。式中：—可靠系數(shù)，取1.5~2.0；—同型系數(shù)，取1；—電流互感器變比誤差，取0.1；—110KV側(cè)為有載調(diào)壓側(cè)，調(diào)壓范圍為，在計算時取。—變壓器高壓側(cè)的額定電流；—高壓側(cè)電流互感器的變比；在微機(jī)變壓器保護(hù)中，已由軟件補(bǔ)償了各側(cè)二次電流不等的影響，所以，可不予考慮。2制動特性拐點電流；3最大制動系數(shù)：在區(qū)外發(fā)生三相短路時，流過差回路的不平衡電流最大，為保證此時保護(hù)不誤動應(yīng)有：式中：—差動保護(hù)的最大動作電流；—為變壓器差動保護(hù)范圍外部發(fā)生三相短路的最大短路電流；按取最大側(cè)短路電流為制動電流的原則，在外部短路時，制動電流即為：所以有：?。簞t：4制動特性的斜率按以上的分析：設(shè)外部三相短路電流為變壓器額定電流的10則：即制動特性曲線的斜率取0.46，剛好滿足上述要求。在微機(jī)變壓器保護(hù)裝置的資料介紹中，一般建議的整定值為：值，主要是為防止外部短路時保護(hù)誤動。四微機(jī)型變壓器差動保護(hù)的邏輯圖2—3是微機(jī)變壓器差動保護(hù)的邏輯圖。其中包括三部分。一是差動速斷部分。二是諧波和CT二次斷線的控制，當(dāng)差電流大于差動速斷的定值時立即發(fā)出跳閘命令。比率制動壓器過激磁時誤動。在微機(jī)變壓器保護(hù)中，一般二次諧波制動的整定值為0.15，即當(dāng)二次諧波分量大于等于基波分量的15%15%500KV為0.3~0.35。即五次諧波大于等于基波分量的30%—35%時，閉鎖差動保護(hù)。差電流的波形對稱性構(gòu)成的涌流閉鎖方案。圖2—3具有二次諧波制動的變壓器差動邏輯圖或第三節(jié)變器的勵磁涌流分析眾所周知，變壓器的原邊和副邊是通過電磁耦合的。所以變壓器在工作時一定有勵磁電流存在在電源側(cè)存在，因此會在差動保護(hù)中產(chǎn)生不平衡電流，但是，一般的大型常工作時，勵約為額定電流的1%—3%。所以由此產(chǎn)生的不或平衡電流可不種情況變壓器會產(chǎn)生非常大的勵磁與二是當(dāng)變發(fā)生外部壓或以下分析變壓器空載合閘產(chǎn)生產(chǎn)生勵磁涌流的機(jī)理。一單相變壓器空載合閘產(chǎn)生的勵磁涌流圖2-4單相變壓器的勵磁涌流設(shè)變壓器的一次繞組為1合閘時，則根據(jù)電磁感應(yīng)原理得：其中：，式中：為積分常數(shù)。由初始條件確定。設(shè)在合閘前變壓器鐵芯中有剩磁，則有：式中：于是：為電壓的初相角。當(dāng)時合閘，則變壓器鐵芯中的磁通為：其中：部分為穩(wěn)態(tài)磁通，為暫態(tài)磁通。圖2-5變壓器空載合閘時產(chǎn)生勵磁涌流的圖解分析以上分析了在合閘后一個周期的時間內(nèi)變壓器鐵芯中的磁通變化和勵磁電流的變化?？紤]到合閘回路的電阻分量，暫態(tài)磁通實際上是衰減的，暫態(tài)過程結(jié)束后進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，由于在空載合閘時，變壓器鐵芯中的磁通非常大，而變壓器鐵芯本身又具有非線性特點，所以合閘回路會產(chǎn)生很大的勵磁電流。該電流可達(dá)到正常運(yùn)行時勵磁電流的幾百倍，相當(dāng)于額定電流的6—8波形。圖2-6變壓器空載合閘時的勵磁涌流波形由以上分析和波形圖可得出勵磁涌流的特點如下：（1）涌流波形對于時間軸不對稱，其中含有大量的衰減直流分量。（2）涌流的波形呈現(xiàn)非正弦，含有大量高次諧波，其中以二次諧波的含量最大。大多數(shù)分析結(jié)果表明，二次諧波的含量不低于基波分量的17%。（3）涌流的波形不連續(xù)，兩個周期之間有間斷，其對應(yīng)的角度稱為間斷角。分析表明，單相變壓器空載合閘的涌流間斷角不小于120度。（4）涌流的波形不對稱，即當(dāng)前點的瞬時值與相隔半個周期的瞬時值不是大小相等符號相反的關(guān)系。影響涌流特征的因素有：（1）合閘時電壓的初相角。對于單相變壓器而言，當(dāng)時合閘，涌流最嚴(yán)重。當(dāng)時合閘，將不產(chǎn)生涌流。（2）鐵芯中剩磁的大小和方向。（3）變壓器鐵芯的飽和磁通。二三相變壓器的勵磁涌流磁涌流是兩相涌流之差。影響三相變壓器勵磁涌流特征的因素有：（1）電源電壓的大小和初相角；（2）系統(tǒng)阻抗的大小和相角；（3）變壓器三相繞組的接線方式和中性點接地方式；（4（5（6）合閘前鐵芯中剩磁的大小和方向；（7）電流互感器的傳變特性；經(jīng)過大量的分析表明，三相變壓器空載合閘時產(chǎn)生的勵磁涌流具有以下特征：（1）對于三相變壓器而言，三相電壓的相角互差，所以無論電壓初相角是多少總會產(chǎn)生勵磁涌流。（2）由于對差動保護(hù)來說，勵磁涌流總是兩相涌流之差，所以在三個涌流中，有一個勵磁涌流不存在直流分量，其波形對時間軸對稱。（317.1%三相變壓器的勵磁涌流中有一相或兩相中的二次諧波含量小于17.1%磁涌流中二次諧波分量大于17.1%。（4角可能小于。三在變壓器差動保護(hù)中，識別勵磁涌流防止差動保護(hù)誤動的方法1規(guī)電磁型保護(hù)裝置中廣泛采用的BCH—1差動繼電器即具有這一功能。2諧波識別法中二次諧波含量的大小。式中：—二次諧波電流有效值；—基波電流有效值；—二次諧波含量比例門檻值；15%15%15%15%閉鎖與門開放的原則。3間斷角原理分析表明，勵磁涌流的波形不連續(xù)，有一定的間斷，其無電流部分所對應(yīng)的角度稱為間斷角。而變壓器內(nèi)部故障時差電流的波形是連續(xù)的。在對變壓器的勵磁特性進(jìn)行簡化后可得出，單相變壓器空載投入時勵磁涌流的間斷角為：式中：—變壓器空載投入時勵磁涌流的間斷角；—變壓器空載投入時電壓的初相角；—變壓器鐵心的飽和磁通密度；—剩余磁通密度；—變壓器鐵心的最大工作磁通密度；—變壓器空載投入前系統(tǒng)電壓與額定壓之比；在微機(jī)變壓器差動保護(hù)種應(yīng)用該原理需要解決的問題是：多大的采樣頻率才能準(zhǔn)確

地測量間斷角的大?。欢喔叩牟蓸泳炔拍苷_判斷電流進(jìn)入間斷范圍；如何解決由于電流互感器傳變引起的間斷角變形問題。設(shè)A為變壓器勵磁涌流的最小間斷角，B為保護(hù)整定的閉鎖間斷角，N為工頻每周期設(shè)，，按上式可計算出。所以在判斷間斷角原理的變壓器差動保護(hù)中，采樣頻率可取1800HZ，即。4波形對稱原理涌流。判別波形對稱性的公式為：式中：—當(dāng)前差電流的采樣值；—對應(yīng)半周前時刻差電流的采樣值；圖2—7是故障電流波形與典型的勵磁涌流波形。圖2—7故障電流與勵磁涌流波形由圖2—7可看出，對于故障電流，由于與的符號相反，所以的值較小，而的值較大，換器的傳變特性的影響，至少有四分之一周期的采樣點不滿足波形對稱公式的判椐。在LFP—972C首先求出和在半周內(nèi)的積分值，分別為和，然后用下式判斷。式中：—為由程序設(shè)定的常數(shù)。由于當(dāng)和都很小時可能發(fā)生誤判，所以增加另一判椐。式中：—為差電流的半周積分值；—為變壓器的額定電流；—為固定比例系數(shù)；勵磁涌流時，上述判椐不滿足，閉鎖變壓器差動保護(hù)。第四節(jié)變壓器的接地保護(hù)一中性點直接接地的變壓器的接地保護(hù)直接接地側(cè)，如故障點在差動保護(hù)范圍內(nèi)，可由差動保護(hù)動作切除故障，若差動保護(hù)拒動，變壓器內(nèi)部繞組故障、引出線、母線和線路接地故障的后備保護(hù)。一般配置兩段式零序電流保護(hù)，每段可設(shè)置兩個時限。其接線圖如下圖所示。跳開母聯(lián)斷路器t跳開變壓器各側(cè)斷路器圖2-8中性點直接接地變壓器的零序電流保護(hù)零序電流取自接地變壓器的中性點聯(lián)線上。保護(hù)設(shè)置兩段。各段的整定配合原則如下：（1）零序電流保護(hù)的第一段的動作電流按與相鄰線路零序電流保護(hù)的第一或第二段配合。式中：—變壓器零序電流保護(hù)一段動作電流；—可靠系數(shù)，取1.2；—零序電流與流過線路的零序電流之比。當(dāng)高壓母線上無其他接地變壓器時其值等于1壓母線上有其他接地變壓器或等值零序阻抗時，分支系數(shù)小于1?！€路零序電流保護(hù)一段或二段的動作電流；對于高壓側(cè)電壓為110KV及220KV斷開母聯(lián)或分段斷路器，以較長的時限斷開變壓器各側(cè)斷路器。各時限的整定原則是：式中：—線路零序電流保護(hù)一段或二段的動作時間；對與高壓側(cè)為330KV或500KV的變壓器，可只設(shè)一個時限，保護(hù)動作后跳開本側(cè)斷路器。（2）零序電流保護(hù)的第二段的動作電流按與相鄰線路零序電流保護(hù)的后備段配合。式中：—變壓器零序電流保護(hù)二段動作電流；—可靠系數(shù)，取1.2；—零序電流與流過線路的零序電流之比。當(dāng)高壓母線上無其他接地變壓器時其值等于1壓母線上有其他接地變壓器或等值零序阻抗時，分支系數(shù)小于1。—線路零序電流保護(hù)后備段的動作電流；對于高壓側(cè)電壓為110KV及220KV斷開母聯(lián)或分段斷路器，以較長的時限斷開變壓器各側(cè)斷路器。各時限的整定原則是：式中：—線路零序電流保護(hù)后備段的動作時間；對與高壓側(cè)為330KV或500KV的變壓器，可只設(shè)一個時限，保護(hù)動作后跳開本側(cè)斷路器。（3）靈敏系數(shù)校驗二中性點可能接地或不接地運(yùn)行的變壓器的接地保護(hù)點的絕緣水平、并聯(lián)運(yùn)行的變壓器臺數(shù)有關(guān)。1中性點全絕緣的變壓器的零序電壓保護(hù)零序電壓保護(hù)的動作電壓按以下原則整定。（1）零序電壓保護(hù)的動作電壓應(yīng)大于部分變壓器中性點接地的系統(tǒng)中，保護(hù)安裝處可能出現(xiàn)的最大零序電壓；在中性點直接接地系統(tǒng)中一般有：。所以有：取，則有：在開口三角得到的零序電壓為：所以，繼電器的動作電壓值取180伏。（2）零序電壓保護(hù)的動作電壓應(yīng)小于中性點直接接地系統(tǒng)的電壓互感器在失去接地點后發(fā)生單相接地時，開口三角繞組可能出現(xiàn)的最低電壓；中性點接地系統(tǒng)的電壓互感器的變比為：式中：—線電壓；當(dāng)失去接地點后發(fā)生單相接地，則一次系統(tǒng)中的零序電壓為：產(chǎn)生的零序電壓小于300伏。一般可達(dá)到230伏。所以，動作電壓取180伏可滿足要求。與其他保護(hù)配合，故其動作時間可按躲過暫態(tài)過電壓時間考慮，一般取0.3秒。2變壓器中性點為分級絕緣，但中性點裝有放電間隙除裝設(shè)兩段零序電流保護(hù)外，應(yīng)裝設(shè)反映間隙電流的保護(hù)和零序電壓保護(hù)。隙電流，所以可用零序電壓和間隙電流按或邏輯構(gòu)成接地保護(hù)。零序電壓保護(hù)的動作電壓同上。間隙電流保護(hù)的動作電流根據(jù)經(jīng)驗一次值可取100A。第八章母線的繼電保護(hù)第一節(jié)概述母線是發(fā)電廠和變電站中的重要設(shè)備。它是電源和負(fù)荷的集中點。運(yùn)行經(jīng)驗表明，雖然母線發(fā)生故障的幾率較輸電線路?。ǜ鶕?jù)國外的統(tǒng)計資料母線故障占系統(tǒng)所有故障的6%~7%成很大的損失，破壞電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。因此母線故障是電力系統(tǒng)中最為嚴(yán)重的故障。電力系統(tǒng)中的母線接線形式主要可分為：1單母線：包括單母線形式；帶分段的單母線形式；2線形式等。33/2（又稱一個半接線方式）斷路器母線形式；根據(jù)母線的接線形式，母線保護(hù)可分為單母線的母線保護(hù)、雙母線的母線保護(hù)和一個半斷路器的母線保護(hù)。對于單母線形式，母線保護(hù)的作用是要正確區(qū)分母線內(nèi)部故障和母線外部（線路側(cè)）故障；而對于雙母線形式，要求母線保護(hù)一方面能正確區(qū)分母線內(nèi)部故障和母線外部故障，另一方面還要求母線保護(hù)能正確區(qū)分出故障母線。根據(jù)母線的重要程度和對系統(tǒng)穩(wěn)定的要求，可采用由供電元件的后備保護(hù)或線路保護(hù)中對母線故障有靈敏度的保護(hù)段作為母線故障的保護(hù)，或采用專設(shè)的母線保護(hù)。由供電元件的后備保護(hù)構(gòu)成的母線保護(hù)：如圖3—1為由發(fā)電機(jī)的后備保護(hù)作為母線故障的后備保護(hù)，圖3—2為由變壓器電源3—3為由距離保護(hù)的II段或III段構(gòu)成對母線故障的保護(hù)。對于接地故障也可由零序電流保護(hù)的IIIII段、VI段作為母線故障的保護(hù)。圖3—1由發(fā)電機(jī)后備保護(hù)實現(xiàn)的母線保護(hù)MN電源圖3—2由變壓器電源側(cè)后備保護(hù)實現(xiàn)的母線保護(hù)變壓器后MN備保護(hù)系統(tǒng)圖3—3由距離保護(hù)II段或III段實現(xiàn)的母線保護(hù)注意到以上的對母線故障的保護(hù)都不需要再增加特殊設(shè)備，但這些保護(hù)全部是帶延時的母線保護(hù)。根據(jù)我國國家標(biāo)準(zhǔn)《繼電保護(hù)及安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》GB14285—1993的規(guī)定，在下列情況下應(yīng)裝設(shè)專門的母線保護(hù)：（1）110kV雙母線和220kV及以上的母線上，為了保證快速而有選擇性的切除任一條保護(hù)。對于一個半斷路器接線的每一條母線應(yīng)裝設(shè)兩套母線保護(hù)。（2）110KV及以上的單母線，重要發(fā)電廠的35KV母線或高壓側(cè)為110KV及以上的重要降壓變電站的35KV母線，按照系統(tǒng)的要求必須快速切除母線故障時，應(yīng)裝設(shè)專門的母線保護(hù)。從電路上看，母線可看作是電路中的一個節(jié)點。在電力系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)時，該線差動母線保護(hù)。如果規(guī)定由母線流向線路的電流為正，而由線路流向母線的電流則為負(fù)。在忽略流比相式母線保護(hù)。護(hù)等已在系統(tǒng)中獲得應(yīng)用。第二節(jié)母線的電流差動保護(hù)一單母線的完全電流差動保護(hù)的工作原理連接元件的同相的電流互感器按同極性端相連，構(gòu)成母線的差動保護(hù)。圖3—4所示為在一條母線上有三個連接元件的母線差動保護(hù)的單相原理接線圖。123I-I圖3—4單母線完全差動母線保護(hù)單相原理接線圖圖中為正常運(yùn)行時線路1和線路23常運(yùn)行，在一次側(cè)必有如下關(guān)系：即：也必然滿足：即流入繼電器的電流為零，繼電器不動作。當(dāng)發(fā)生母線外部故障時。例如，故障點在線路3平衡電流比正常運(yùn)行時的更大。不平衡電流為：—分別為線路1、2、3互感器的勵磁電流。當(dāng)在母線上發(fā)生故障時，如果線路1和線路2、3變?yōu)槎搪冯娏鳎胰渴橇飨蚬收夏妇€的。因此，流入繼電器的電流為：?！謩e為流過線路1、2、3的短路電流的二次值。如果我們?nèi)±^電器的整定值為躲過區(qū)外短路的最大不平衡電流，則在母線內(nèi)部故障開斷路器1DL—3DL。從而將故障切除。二完全差動母線保護(hù)的整定計算（1）躲過母線外部發(fā)生短路的最大不平衡電流(2)由于母線差動保護(hù)電流回路中的連接元件多，接線復(fù)雜。因此電流互感器二次發(fā)生斷線的幾率多，當(dāng)任一支路中的電流互感器二次發(fā)生斷線，必然在差回路產(chǎn)生該支路電流對應(yīng)的二次電流，當(dāng)該電流大于保護(hù)定值時會使保護(hù)誤動作。為防止這種情況下的誤動，傳統(tǒng)的母線保護(hù)采用提高整定值的方法。因此，整定值應(yīng)躲過最大負(fù)荷支路電流互感器二次斷線產(chǎn)生的電流。式中：：母線連接元件中，最大負(fù)荷支路上最大負(fù)荷電流。取以上兩者中的大者為定值。在最新研究的微機(jī)型母線保護(hù)中，設(shè)有專門判斷電流互感器二次發(fā)生斷線的軟件，當(dāng)不考慮第二個條件。3靈敏系數(shù)校驗：—當(dāng)母線上可能出現(xiàn)的最少連接元件時發(fā)生母線內(nèi)部故障的最小電流。三雙母線固定連接方式的母線差動保護(hù)（一）構(gòu)成以及作用原理對于單母線接線，當(dāng)母線上發(fā)生故障時，必須將母線上所有連接元件切除。為提高供支路固定聯(lián)于兩條母線上—件稱為選擇元件。固定連接方式的雙母線保護(hù)的起動元件和選擇元件均采用差動原理實現(xiàn)，雙母線固定連接方式的母線差動保護(hù)的構(gòu)成如圖3—5所示。圖中畫出在I母線和II母線上分別接有兩個元件。在分析故障時假定他們都與電源相連。XL1XL21LH2LH125LHI5II6LH343LH4LHXL3XL4圖3—5雙母線固定連接方式的母線差動保護(hù)原理圖保護(hù)由三部分組成，1LH2LH6LH組成母線Ⅰ的差動保護(hù)，1CJ為I母線故障的選擇元件。3LH、4LH、5LH組成II母線的差動保護(hù)，2CJ為II母線故障的選擇元件。3CJ為整套保護(hù)的啟動元件。5DL為母聯(lián)斷路器。保護(hù)的直流回路構(gòu)成如圖8—5所示。當(dāng)起動元件動作后一方面起動ZJ3選擇元件1CJ動作后，起動ZJ1，由它的接點去跳開連接于I母線上的所有斷路器。當(dāng)選擇元件2CJ動作后，起動ZJ2，由它的接點去跳開連接于II母線上的所有斷路器。下面分幾種情況說明其工作過程。1正常運(yùn)行或區(qū)外故障時不平衡電流，故在正常運(yùn)行或外部故障時，保護(hù)不會誤動。圖3—6是在固定連接方式下，

在線路21CJ—3CJXL1XL21LH2LH5LH125III6LH343LH4LHXL3XL4圖3—6固定連接方式下發(fā)生外部故障的電流分布2發(fā)生母線內(nèi)部故障時如圖3—7所示，在母線Ⅰ上發(fā)生故障，假設(shè)圖中四個元件均與電源聯(lián)系，則電流分布情況如圖中所示。1CJ、3CJ中流入全部短路電流的二次值，所以1CJ、3CJ啟動，跳開1DL、2DL和5DL；2CJ中為不平衡電流，不動作，所以母線Ⅱ仍可繼續(xù)運(yùn)行。當(dāng)母線Ⅱ故障時，分析同上。2CJ、3CJ起動，跳開3DL、4DL、和5DL，母線Ⅰ繼續(xù)運(yùn)行。XL1XL21LH2LH1CJ125LHI53CJII6LH343LH4LH2CJXL3XL4圖3—7固定連接方式下I母線內(nèi)部故障的電流分布3固定連接破壞時發(fā)生外部故障例如線路3由母線II切換到母線I8—8隨之切換，所以外部短路時，1CJ、2CJ中有較大的差動電流而誤動，但3CJ流過的電流仍為不平衡電流，由于其整定值已躲過外部斷路的最大不平衡電流，所以不會誤動。由于起動元件不動作，所以整套保護(hù)不會誤動。XL1XL21LH2LH1CJ125LH5III3CJ6LH343LH4LHXL3XL42CJ圖3—8固定連接方式破壞后發(fā)生外部故障的電流分布4固定連接方式破壞發(fā)生母線內(nèi)部短路時由圖3—9中的電流分布可知，1CJ2CJ3CJ從而使母線保護(hù)失去選擇性，所以將兩條母線上的元件都切除。定計算與單母線完全產(chǎn)差動母線保護(hù)的整定計算原則相同。XL1XL21LH2LH1CJ5LH12I5II3CJ6LH34XL3XL4圖3—9固定連接方式破壞后I母線內(nèi)部故障的電流分布2CJ四減小差動保護(hù)不平衡電流影響的方法（一）采用速飽和中間變流器這是一種在電磁型差動繼電器構(gòu)成的保護(hù)中普遍采用的方法。分析可知，在外部短路的的特點可大大減小流入差回路的不平衡電流。（二）在差回路串入強(qiáng)制電阻不平衡電流大大增加。為減小不平衡電流，可在差回路接入一個電阻。和有強(qiáng)制電阻的等效電路，如圖3—10所示。（a）差回路無強(qiáng)制電阻（b）差回路有強(qiáng)制電阻圖3—1析差回路接有強(qiáng)制電阻的等值電路由圖8—10（a）的等值電路得，當(dāng)差回路無強(qiáng)制電阻時，不平衡電流為：當(dāng)差回路有強(qiáng)制電阻時，不平衡電流為：從而可求得：所以有：式中：8—8一措施。（三）采用帶制動特性的差動保護(hù)得了廣泛應(yīng)用。對于母線保護(hù)也可采用比率制動特性。制動電流的選取方式：1最大值制動2各元件電流絕對值之和制動3綜合制動大括弧右上角的+號表示大括弧內(nèi)的值只取正值，如為負(fù)值則取零。第三節(jié)電流比相式母線保護(hù)與母聯(lián)相位差動保護(hù)一電流比相式母線保護(hù)（一）電流比相式母線保護(hù)的基本原理件的電流方向為由線路流向母線，兩者的相位完全相反。如圖3—11所示為最簡單的情況，設(shè)母線上僅有兩個元件，在正常運(yùn)行或外部故障時，電流流向母線，而電流流出母線，兩者相位相同。因此，可利用這種相位的差別判斷是否發(fā)生母線故障。1234（a）外部故障（b）內(nèi)部故障圖3—11母線外部、內(nèi)部故障時的電流分布從波形圖上看，正常運(yùn)行或者點故障時：母線內(nèi)部故障時：其波形如圖3—12所示。(a)內(nèi)部故障（b）外部故障圖3—12母線內(nèi)、外部故障的電流波形（二）電流比相式母線保護(hù)的構(gòu)成小母線中間圖3—切換比相式母線保護(hù)的單相原理方框圖變流器

裝置電流比比相式母線保護(hù)的構(gòu)成原理如圖所中間將各支路的二比相延時展寬出口次電流變中間半波整入小母線1、2上，切換裝置是用于雙母線系統(tǒng)時切換保護(hù)切換變流

裝置180理如圖3—14所示。ZLH1132D1D2輸出ZLH2D3D4圖3—14電壓形成及相位比較回路原理圖圖3—14是假設(shè)母線上僅有兩個元件，圖中為單相接線圖。設(shè)、分別為元件1和元件2的A相電流互感器的二次電流。經(jīng)中間變換器后經(jīng)二極管進(jìn)行半波整流，由D1和D3整流后的電壓分別接至小母線1上，由D2和D4整流后的電壓接于小母線2上，小母線3為公共點。以下分兩種情況說明其工作原理。1正常運(yùn)行或母線外部故障時180度。在為正半周時，二極管D2導(dǎo)通，小母線2為負(fù)電位，負(fù)半周時，二極管D1導(dǎo)通，小母線1為負(fù)電位。注意到外部故障特征，與相位為180度，當(dāng)為正半周時，剛好為負(fù)半周，此時二極管D3導(dǎo)通，小母線1為負(fù)電位，為正半周時，二極管D4導(dǎo)通，小母線2為負(fù)電位。可見，當(dāng)正常運(yùn)行或發(fā)生母線外部故障時，小母線1、2出現(xiàn)連續(xù)的負(fù)電位。三極管T1、T3均截止，T2導(dǎo)通，輸出為0伏。保護(hù)不動作。D1導(dǎo)通的波形D2導(dǎo)通的波形D3導(dǎo)通的波形D4導(dǎo)通的波形小母線1的波形小母線2的波形圖3—15母線外部故障時電流比相母線保護(hù)小母線的波形2母線內(nèi)部故障時0度。當(dāng)為正半周時，D2D4D1、D3均導(dǎo)通，因此在小母線1、2上產(chǎn)生間斷的負(fù)電位。且在時間上小母線1、2輪流出現(xiàn)負(fù)電位。如圖3—16所示。D1導(dǎo)通的波形D2導(dǎo)通的波形D3導(dǎo)通的波形D4導(dǎo)通的波形小母線1的波形小母線2的波形圖3—16母線內(nèi)部故障時電流比相母線保護(hù)小母線的波形當(dāng)小母線1有負(fù)電位期間，T3截止，此時小母線2不出現(xiàn)負(fù)電位，因此，T1保持導(dǎo)通狀態(tài)，T2保持截止?fàn)顟B(tài)。故比相電路輸出為高電位。對電容器充電。3設(shè)置時間電路的作用180電流相位差不等于180度時，在小母線1、2上的負(fù)電位必然出現(xiàn)間斷。從而使保護(hù)誤判為內(nèi)部故障。為此必須設(shè)置一延時回路，通常取3.3ms，相當(dāng)于工頻角度為60度。此延時電路由RC12的電位間斷時間必須大于3.3ms（相當(dāng)于工頻60度）時，保護(hù)才能動作。電流比相式母線保護(hù)具有以下特點：（1）電流比相式母線保護(hù)只與電流相位有關(guān)，而與電流的幅值大小無關(guān)。（2）不需考慮不平衡電流的影響，提高了母線保護(hù)的靈敏度（3）不要求采用同型號和同變比的CT，增加了使用的靈活性。（4）對雙母線系統(tǒng)可在每條母線上裝設(shè)電流比相式母線保護(hù)，從而克服了固定連接方式母線差動保護(hù)不適應(yīng)母線運(yùn)行方式變化的缺點。二母聯(lián)相位差動保護(hù)8—16閘，當(dāng)發(fā)生I母線故障或II母線故障時，流過母聯(lián)斷路器的電流方向必有180度的變性能，適應(yīng)運(yùn)行方式的靈活性。圖中，在兩條母線上共有四個元件。由1LH—4LH的二次構(gòu)成一個總差回路。該回路中串有差動繼電器CJ。由差動回路的電流與母聯(lián)電流互感器5LH的二次電流共同作用于相位護(hù)不動作。當(dāng)I母線發(fā)生故障時，差動回路有很大的短路電流，起動元件動作。同時，差電流與母聯(lián)電流共同作用與相位比較元件，此時，流過母聯(lián)斷路器的電流為從II母線流向III母線上的所有元件切除，保證II母線繼續(xù)運(yùn)行。1LH2LH12選擇I母線III5LH選擇II母線34圖3—17母聯(lián)相位差動保護(hù)原理圖（1）Ⅰ母線發(fā)生故障時，母聯(lián)中電流方向從Ⅱ母線流向Ⅰ母線（2）Ⅱ母線發(fā)生故障時，母聯(lián)中電流方向從Ⅰ母線流向Ⅱ母線，兩種情況下電流相位變化1800無固定連接的要求。這是它的優(yōu)點。第四節(jié)微機(jī)型母線保護(hù)近年來，微機(jī)保護(hù)發(fā)展十分迅速。隨著線路保護(hù)和發(fā)電機(jī)、變壓器微機(jī)保護(hù)的發(fā)展，性能明顯得到改善，提高了母線保護(hù)的可靠性和適應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行方式變化的靈活性。常規(guī)母線保護(hù)遇到的主要問題有：1對完全差動或不完全差動母線保護(hù)，要求各支路電流互感器的變比相同。2發(fā)生母線外部故障時由于各電源支路都向故障支路提供短路電流，使故障支路的電流互感器嚴(yán)重飽和，從而產(chǎn)生很大的不平衡電流，引起母線保護(hù)誤動。3對雙母線固定連接方式的母線差動保護(hù)，當(dāng)固定連接方式破壞時，母線內(nèi)部故障，保護(hù)將失去選擇性，限制了系統(tǒng)的運(yùn)行方式。4采用母聯(lián)相位差動式母線保護(hù)，當(dāng)母聯(lián)斷路器斷開時選擇元件無法工作。另外，在件后故障并不能消除。5特殊情況下母線內(nèi)部故障，但有流出母線的電流，這種情況對差動原理的保護(hù)會降低其靈敏度，對電流比相式母線保護(hù)則會發(fā)生誤判。而采用微機(jī)式母線保護(hù)后可通過軟件調(diào)整使二次電流達(dá)到平衡。針對電流互感器的飽和的可靠性。采用隔離刀閘位置與電流求和方法自動識別母線的運(yùn)行方式。一比率制動式微機(jī)母線保護(hù)（一）微機(jī)型母線保護(hù)工作原理、微機(jī)型母線保護(hù)采用比率制動特性，由分相式比率差動元件構(gòu)成。為適應(yīng)各種母線結(jié)構(gòu)形式，分別設(shè)置了大差動和各母線的小差動判據(jù)。要求電流互感器的同名端在母線側(cè)，母聯(lián)電流互感器的同名端在I斷路器和分段斷路器電流所構(gòu)成的差動回路。微機(jī)型母線保護(hù)具有以下主要特點：1構(gòu)成微機(jī)差動保護(hù)時，不要求各支路電流互感器變比相同。通過軟件的調(diào)整可實現(xiàn)二次電流的平衡。2具有抗CT飽和的措施，保證在外部故障CT飽和情況下，母線保護(hù)不發(fā)生誤動。3根據(jù)隔離刀閘位置和電流自動識別母線運(yùn)行方式。4采用瞬時值差動算法，保護(hù)動作速度快。5采用電壓閉鎖元件，提高了保護(hù)的可靠性。（二）比率制動判據(jù)差動電流為連接于母線上各元件的電流向量和：制動電流為連接于母線上各元件電流幅值和：保護(hù)的動作條件為：（8—16）動作區(qū)（8—17）圖3—18比率制動特性式中：為差動電流；為差動保護(hù)的最小動作電流為制動電流；為制動系數(shù)；圖8—是比率制動差動保護(hù)的動作特性及動作區(qū)。二復(fù)式比率制動式母線差動保護(hù)復(fù)式比率制動式母線差動保護(hù)是在普通比率制動差動保護(hù)基礎(chǔ)上，在制動量中引入差動電流，從而使其在母線外部故障時具有極強(qiáng)的制動作用，保證了外部故障可靠不誤動，而在母線內(nèi)部故障時無制動，提高了內(nèi)部故障的靈敏度。保護(hù)的動作條件為：動作區(qū)圖3—19微機(jī)母線保護(hù)的復(fù)式比率制動特性動作區(qū)式中：為母線上各元件電流的向量和，為母線上各元件電流的絕對值和。為復(fù)式比率制動母線差動保護(hù)制動特性的斜率。三工頻變化量比率差動保護(hù)響，可采用工頻變化量比率差動保護(hù)。也稱為故障分量比率制動差動保護(hù)。差動電流為：制動電流為：對于一般比率制動差動保護(hù)的動作條件為：其中：式中：—為浮動門檻—為固定門檻—為工頻變化量比率差動保護(hù)的制動系數(shù)四比率制動系數(shù)的選取對保護(hù)性能的影響比率制動系數(shù)的選取應(yīng)綜合考慮母線內(nèi)部故障時有流出母線的電流時母線保護(hù)應(yīng)有足夠的靈敏度，母線外部故障時由于電流互感器飽和產(chǎn)生誤差時母線保護(hù)不應(yīng)誤動作兩個因素。對普通比率制動特性的分析如下：I，流出母線的電流為。則此時有：流出母線保護(hù)的動作條件為：流入母線即：圖3—20母線內(nèi)部故障時有流出電流的情況器產(chǎn)生的誤差為。則有如下關(guān)系：差動電流為：制動電流為：區(qū)外故障保護(hù)不誤動應(yīng)滿足：（8—25）圖3—21母線外部故障時電流互感器飽和的情況當(dāng)制動系數(shù)有0.3變化到0.8時，可得到以下關(guān)系：制動系數(shù)內(nèi)部故障允許流出母線電流比例外部故障允許CT最大誤差0.353.8%46.2%0.442.8%57.2%0.533.3%66.7%0.625%75%0.717.6%82.4%0.811.1%88.9%對復(fù)式比率制動式母線保護(hù)的分析：根據(jù)其動作條件，內(nèi)部故障有流出母線的電流時，保護(hù)動作的條件為：即：外部故障時故障支路CT飽和產(chǎn)生誤差為，則差動電流與制動電流分別為：保護(hù)不誤動的條件為：當(dāng)制動系數(shù)從1到4變化時，可得到以下關(guān)系：制動系數(shù)內(nèi)部故障允許流出母線電流比例外部故障允許CT最大誤差133.3%66.75220%80%314.3%85.7%411.1%88.9%五母線保護(hù)的電壓閉鎖元件為提高母線保護(hù)的可靠性，設(shè)有電壓閉鎖元件。包括低電壓閉鎖元件，反映母線對稱短路，負(fù)序電壓元件，反映母線的不對稱短路，零序電壓元件，反映母線接地故障。電壓閉鎖元件的整定：1相間低電壓閉鎖元件按躲過母線正常運(yùn)行的最低電壓。2負(fù)序電壓元件按躲過正常運(yùn)行的最大不平衡電壓整定。3零序電壓元件按躲過正常運(yùn)行的不平衡電壓整定。六檢測電流互感器飽和的方法誤動。為防止這種情況下的誤動，在微機(jī)保護(hù)中采取了一些檢測電流互感器保和的方法。部故障發(fā)生到電流互感器飽和需要一段時間。在電流互感器飽和之前存在一個線性傳變區(qū)。二次電流波形如圖3—22所示。圖3—22電流互感器飽和后的電流波形根據(jù)以上分析提出的識別電流互感器飽和的方法如下。（1短路電流二次值）的不同可識別出電流互感器的飽和。（2）自適應(yīng)阻抗加權(quán)法。利用工頻變化量電壓元件作為母線保護(hù)的起動元件，當(dāng)其動作時（3）諧波制動法。該方法利用了差電流中含有諧波分量的特征識別電流互感器的飽和。由仿真實驗得出，當(dāng)電流互感器暫態(tài)飽和時在二次電流中將產(chǎn)生以二次諧波為主的諧波分量。當(dāng)電流互感器穩(wěn)態(tài)飽和時在二次電流中將產(chǎn)生以三次諧波為主的諧波分量。第五節(jié)斷路器失靈保護(hù)在電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中，有時會出現(xiàn)某個元件發(fā)生故障，繼電保護(hù)裝置正確發(fā)出跳后備保護(hù)。實現(xiàn)斷路器失靈保護(hù)的方法是當(dāng)某個元件發(fā)生故障，保護(hù)正確發(fā)出跳閘命令后，如該元DL400—91《繼電保護(hù)和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定，在220KV—500KV的電力系統(tǒng)中及110KV的特別重要的變電站，可按下列規(guī)定裝設(shè)斷路器失靈保護(hù)。1線路保護(hù)采用近后備方式且斷路器確有可能發(fā)生拒動時，對220KV—500KV分相操2線路保護(hù)采用遠(yuǎn)后備方式，且斷路器確有可能拒動時，如果由其他線路或變壓器的后線的情況。3如果斷路器和電流互感器之間的距離較長，在其間發(fā)生故障不能由該回路的主保護(hù)切除故障，而由其他線路或變壓器后備保護(hù)切除故障又將擴(kuò)大停電范圍并引起嚴(yán)重后果時。圖3—23說明斷路器失靈保護(hù)的系統(tǒng)圖如圖3—23d5DLB的斷路