繼電保護(hù)課件5 .1 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的基本原理

繼電保護(hù)

5.1電力系統(tǒng)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(shí)，起動(dòng)邏輯控制環(huán)節(jié)，發(fā)出相應(yīng)的跳閘脈沖或信號(hào)。

發(fā)生短路后，利用電流、電壓、線路測(cè)量阻抗等的變化，可以構(gòu)成如下保護(hù)

1、過(guò)電流保護(hù)：反映電流的增大而動(dòng)作。

2、低電壓保護(hù)：反應(yīng)于電壓的降低而動(dòng)作。

3、距離保護(hù)（或低阻抗保護(hù)）：反應(yīng)于短路點(diǎn)到保護(hù)安裝地之間的距離（或

測(cè)量阻抗的減?。┒鴦?dòng)作。

4、利用內(nèi)部故障和外部故障時(shí)被保護(hù)元件兩側(cè)電流相位（或功率方向）的差

別。

雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)。規(guī)定電流的正方向是從母線流向線路。正常運(yùn)行和線路A-B

外部故障時(shí)，A-B兩側(cè)電流的大小相等相位相差180；當(dāng)線路A-B內(nèi)部短路時(shí)，

A-B兩側(cè)電流一般大小不相等，相位相等，從而可以利用兩側(cè)電流相位或功率方

向的差別可以構(gòu)成各種差動(dòng)原理的保護(hù)（內(nèi)部故障時(shí)保護(hù)動(dòng)作），如縱聯(lián)差動(dòng)保

護(hù)，相差高頻保護(hù)、方向高頻保護(hù)等。

5、對(duì)稱分量是否出現(xiàn)

電氣元件在正常運(yùn)行（或發(fā)生對(duì)稱短路）時(shí)，負(fù)序分量和零序分量為零；在

發(fā)生不對(duì)稱短路時(shí)，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。

6、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(shí)所產(chǎn)生的氣體而構(gòu)成瓦斯保護(hù)；反應(yīng)于電動(dòng)機(jī)繞組的

溫度升高而構(gòu)成過(guò)負(fù)荷保護(hù)等。

5.2電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置的要求

1、選擇性

選擇性是指保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)，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(wú)故障部分仍能繼續(xù)安全運(yùn)行。

主保護(hù)：能有選擇性地快速切除全線故障的保護(hù)。

后備保護(hù)：當(dāng)故障線路的主保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)用以切除故障的保護(hù)。

近后備保護(hù)：作為本線路主保護(hù)的后備保護(hù)。

遠(yuǎn)后備保護(hù)：作為下一條相鄰線路主保護(hù)或開關(guān)羽跳后備保護(hù)。

2、速動(dòng)性

速動(dòng)性是指盡可能快地切除故障。短路時(shí)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(duì)用戶工作的影響，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3、靈敏性

靈敏性是指對(duì)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。保護(hù)裝置

的靈敏性，通常用靈敏系數(shù)來(lái)衡量，靈敏系數(shù)越大，則保護(hù)的靈敏度就越高，反

之就越低。

4、可靠性

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(dòng)作的故障時(shí)，它不應(yīng)該

拒絕動(dòng)作，而在其他不屬于它應(yīng)該動(dòng)作的情況下，則不應(yīng)該誤動(dòng)作。

以上四個(gè)基本要求之間，有的相輔相成，有的相互制約，需要針對(duì)不同的使用條

件，分別地進(jìn)行協(xié)調(diào)。

5.3發(fā)電機(jī)可能發(fā)生的故障和異常運(yùn)行狀態(tài)

發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行對(duì)保證電力系統(tǒng)的正常，作和電能質(zhì)量起著決定性的作

用，同時(shí)發(fā)電機(jī)本身也是一個(gè)十分貴重的電器元件，因此，應(yīng)該整對(duì)各種不同的

故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)，裝設(shè)性能完善的繼電保擔(dān)裝置。

發(fā)電機(jī)的內(nèi)部故隙主要是由定子繞組和轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組絕緣損壞引起的，其具

體故障形式有以下兒和：定子繞組相間短路；定子繞組一相的匝間短路;定子繞

組單相接地；轉(zhuǎn)子繞組一點(diǎn)接地或兩點(diǎn)接地；轉(zhuǎn)子勵(lì)磁回路勵(lì)磁電流消失。

發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行狀態(tài)主要有：由于外部短路引起的定子繞組過(guò)電流；由

于負(fù)荷超過(guò)發(fā)電機(jī)額定容量而引起的三相對(duì)稱過(guò)負(fù)荷；由外部不對(duì)稱短路或不對(duì)

稱負(fù)荷（如單相負(fù)荷，非全相運(yùn)行）而引起的發(fā)電機(jī)負(fù)序過(guò)電流和過(guò)負(fù)荷；發(fā)電

機(jī)失去勵(lì)磁電流;勵(lì)磁回路過(guò)負(fù)荷等。

5.4發(fā)電機(jī)保護(hù)裝設(shè)的類型

發(fā)電機(jī)是電力系統(tǒng)的核心，要保證發(fā)電機(jī)的安全、可靠運(yùn)行，就必須針對(duì)其

各種故障和異常工作情況，按照發(fā)電機(jī)容量及重要程度，裝設(shè)完善的繼電保護(hù)裝

置主要包括：（1）反映相間短路的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)；（2）反映定子繞組匝間短路

的匝間短路保護(hù)；（3）反應(yīng)定子單相接地短路的定子接地保護(hù)；（4）反應(yīng)發(fā)電機(jī)

外部相間短路的后備保護(hù)及過(guò)負(fù)荷保護(hù)；（5）反唳勵(lì)磁回路接地的勵(lì)磁回路一點(diǎn)

和兩點(diǎn)接地保護(hù)；（6）反映低勵(lì)磁或欠磁的失磁保護(hù)；（7）反應(yīng)定子繞組過(guò)電壓

的過(guò)電壓保護(hù)；（8）反映發(fā)電機(jī)失步的失步保護(hù)；（9）反映逆功率的逆功率保護(hù)；

（10）反映低頻率的低頻率保護(hù)；（11）反映定子鐵芯過(guò)勵(lì)磁的過(guò)勵(lì)磁保護(hù)等。

5.51\2\3\4#發(fā)電機(jī)保護(hù)配置

針對(duì)上述故障類型及不正常運(yùn)行狀態(tài)，按規(guī)程規(guī)定，發(fā)電機(jī)應(yīng)裝設(shè)以下繼

電保護(hù)裝置。

發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)配置見(jiàn)表5-1

表5T發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)配置

序號(hào)發(fā)電機(jī)故障類型發(fā)電機(jī)G2保護(hù)配置發(fā)電機(jī)G1保護(hù)配置

定子繞組及其引出線的

1縱差動(dòng)保護(hù)縱差動(dòng)保護(hù)

相間短路

2定子繞組的匝間短路橫差動(dòng)保護(hù)橫差動(dòng)保護(hù)

100%的定子

3定子繞組單相接地故障零序電壓保護(hù)

接地保護(hù)

負(fù)序過(guò)電流及單負(fù)序過(guò)電流及單相

4由外部短路引起的過(guò)電流相式低電壓起動(dòng)式低電壓起動(dòng)過(guò)電

過(guò)電流保護(hù)流保護(hù)

對(duì)稱負(fù)荷引起的定子繞組

5過(guò)負(fù)荷保護(hù)過(guò)負(fù)荷保護(hù)

過(guò)電流

6水輪機(jī)定子繞組過(guò)電壓過(guò)電壓保護(hù)過(guò)電壓保護(hù)

7轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)

8勵(lì)磁電流異常下降或完全消失失磁保護(hù)失磁保護(hù)

5.6發(fā)電機(jī)G3,G4的繼電保護(hù)

發(fā)電機(jī)的額定電流：

"=^X1°3=2749(A)

△U“V3xl0.5

電流互感器二次側(cè)電流：

門=^=端".58⑷

5.6.1發(fā)電機(jī)縱差動(dòng)保護(hù)

5.6.1.1發(fā)電機(jī)縱差動(dòng)保護(hù)原理

縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)是反應(yīng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部相間短路的主保護(hù)，故其應(yīng)能快速而靈敏地

切除保護(hù)范圍內(nèi)部所發(fā)生的故障。同時(shí)，在正常運(yùn)行及外部故障時(shí)，又應(yīng)保證動(dòng)

作的選擇性和工作的可靠性。

保護(hù)裝置的測(cè)量元件如能同時(shí)反應(yīng)被保護(hù)設(shè)備兩端的電量，就能正確判斷保

護(hù)范圍區(qū)內(nèi)和區(qū)外的故障。因此用比較被保護(hù)設(shè)備各端電流大小和相位差的方法

而構(gòu)成的縱連差動(dòng)保護(hù)，獲得了廣泛的應(yīng)用。

發(fā)電機(jī)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)按循環(huán)電流原理構(gòu)成，下圖為其單相原理接線圖。

圖5.1發(fā)電機(jī)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)原理圖

發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)有引出線時(shí)，應(yīng)裝設(shè)按循環(huán)電流原理構(gòu)成的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。

保護(hù)裝置采用三相式接線,在差動(dòng)回路的中性線上裝設(shè)電流回路斷線監(jiān)視繼電器,

任何相電流回路斷線時(shí)，該繼電器延時(shí)發(fā)出信號(hào).

目前我國(guó)在縱臉差動(dòng)保護(hù)中廣泛應(yīng)用帶速飽和變流器的差動(dòng)繼電器，為了防

止二次電流回路斷線時(shí)保護(hù)誤動(dòng)作，縱差保護(hù)的匆作電流按躲過(guò)發(fā)電機(jī)的額定電

流整定，但如此整定后反應(yīng)發(fā)電機(jī)的內(nèi)部相間短路時(shí)往往顯得靈敏度不夠，甚至

中性點(diǎn)附近短路時(shí)，保護(hù)有不大的死區(qū)存在。為了改進(jìn)保護(hù)的技術(shù)性能并提高其

靈敏度，必須減小總差保護(hù)的動(dòng)作電流，同時(shí)為了防止由于外部故障時(shí)不平衡電

流引起保護(hù)誤動(dòng)作，則要求繼電器具有比率制動(dòng)特性，所謂比率制動(dòng)特性，即使

保護(hù)的動(dòng)作電流隨著外部故障穿越性電流的增大而自動(dòng)增大，因而保證內(nèi)部故障

時(shí)保護(hù)具有足夠的靈敏度。

BCH-2型差動(dòng)繼電器采用短路線圈的加強(qiáng)型速飽和變流器，他能在較大程度

上削弱保護(hù)區(qū)外故障時(shí)不平衡電流對(duì)保護(hù)裝置的影響，并且有較大的可靠系數(shù)。

因此，BCH-2型助磁式差動(dòng)繼電器在發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)中獲得了廣泛的應(yīng)用2支

5.6.1.2縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的整定計(jì)算⑵題

1、發(fā)電機(jī)的額定電流

Se_50xlQ3

Icf==2749A

V3Ue73x10.5

2、發(fā)電機(jī)出口三相短路電流

1嚴(yán)=14.5759A

3、差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流

（1）按躲開外部短路時(shí)流過(guò)保護(hù)裝置的最大不平衡電流。

IDZ=K3PM=KkKfzqKuFwclD.max=1.3x1x0,5x0.1x14.5759=0.9474（A）

式中勺一一可靠系數(shù)，一般取為1.3；

KLX——電流互感器同型系數(shù)，型號(hào)相同時(shí)Ka=0.5；

K..一一非周期分量系數(shù)，應(yīng)用BCH-2型繼電器時(shí)，K,=U

入?！娏骰ジ衅鞯淖畲笙鄬?duì)誤差，取0J；

/如.max一一最大不平衡電流計(jì)算值；

一一在發(fā)電機(jī)外部三相短路時(shí)，流經(jīng)保護(hù)的最大周期性更路

電流。

計(jì)及電流互感器的變比之后，差動(dòng)繼電器的動(dòng)作電流為:

TIDZ9479

ADZ.J=------=---------------=15.8(A)

ULH3000/5

（2）為防止二次電流回路斷線時(shí)誤動(dòng)作，保護(hù)的動(dòng)作電流應(yīng)大于發(fā)電機(jī)的最大

負(fù)荷電流（一般取額定電流）。

IDZ=KkLf=1.3x2749=3574.08（A）

其中K,一可靠系數(shù)，一般取1.3；

%—發(fā)電機(jī)的額定電流。

計(jì)及電流互感器的變比之后，差動(dòng)繼電器的動(dòng)作電流為:

IDZ3574.08U“

IDZ.—=--------=5.96(A)

n,H3000/5

比較（1）（2）的計(jì)算結(jié)果，應(yīng)該選其中數(shù)值大的，即動(dòng)作電流選取15.80A。

4.差動(dòng)繼電器工作線圈匝數(shù)的計(jì)算

差動(dòng)保護(hù)裝置由BCII-2型繼電器構(gòu)成時(shí)，由于該繼電器的動(dòng)作安匝AW。

=60安匝，因此工作線圈的計(jì)算匝數(shù)卬.,按下式計(jì)算:

Wg.js二普60

=3.80(匝)

IDZ.J15.80

工作線圈匝數(shù)的整定值Wg,取4匝。保護(hù)的實(shí)際動(dòng)作電流為:

34叫=嗎幽=9。。0(修

Wg.z45

.IDZ9000

IDZ.J=------=15(A)

nLH3000/5

5.靈敏度校驗(yàn)

縱差動(dòng)保護(hù)的靈敏度按下式校驗(yàn)：

I(2)D.min=^yX22458=0.866X22458=19448.63(A)

19448.63

=2.16々2

IDZ9(XX)

其中/⑵Dinin—發(fā)電機(jī)出口發(fā)生兩相短路時(shí).，流經(jīng)保護(hù)的最小周期性短路

電流。在計(jì)算/⑵時(shí)，一般按單獨(dú)一臺(tái)發(fā)電機(jī)運(yùn)行，或者系統(tǒng)容量較小，并在

發(fā)電機(jī)進(jìn)行自同期時(shí)發(fā)生故障的情況進(jìn)行。

根據(jù)有關(guān)規(guī)程的要求，差動(dòng)保護(hù)最小靈敏系數(shù)K,,”不小于2,故滿足靈敏度

要求。

6.二次回路斷線監(jiān)視繼電器動(dòng)作電流

斷線監(jiān)視繼電器的動(dòng)作電流，應(yīng)不大于發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行情況下的最大不平衡

電流。當(dāng)電流互感器二次回路斷線時(shí)，通常對(duì)繼電器熱穩(wěn)定的要求是確定動(dòng)作電

流的決定性條件。一般按下式計(jì)算：

IDZ.J=0.2x—=0.2x2749=0.916(A)

IILH3000/5)

動(dòng)作電流取lAo

采用DL—11/2型電流繼電器，將繼電器并聯(lián)使用，動(dòng)作電流為1A。

5.6.1.3選擇繼電保護(hù)元件

此保護(hù)選用帶助磁特性的BCH-2型差動(dòng)繼電器。

5.6.2發(fā)電機(jī)橫聯(lián)差動(dòng)保護(hù)

5.6.2.1橫差動(dòng)保護(hù)的原理

橫聯(lián)差動(dòng)保護(hù)是利用反應(yīng)兩個(gè)支路電流之差的原理，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)定子

繞組匝間短路的保護(hù)。

它有兩種接線方式：

a.每相裝設(shè)兩個(gè)電流互感器和一個(gè)繼電器做成單獨(dú)的保護(hù)。這樣三相總

共需要六個(gè)互感器和三個(gè)繼電器。由于接線復(fù)雜，保護(hù)中的不平衡電流也大，因

此實(shí)際上已經(jīng)很少采用。

b.目前廣泛應(yīng)用的接線方式實(shí)質(zhì)上是把一半繞組的三相電之和去與另一

半繞組三相電流之和進(jìn)行比較，當(dāng)發(fā)生前述各種匝間短路時(shí)，此中性點(diǎn)聯(lián)線上照

樣有環(huán)流通過(guò)，因此，繼電器可以動(dòng)作。由于只使用了一個(gè)互感器，也就不存在

由于互感器的誤差所產(chǎn)生的不平衡電流，因此，起動(dòng)電流較小，靈敏度較高。此

外，這種接線方式也比第一種接線方式簡(jiǎn)單。

運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)勵(lì)磁回路發(fā)生永久性的兩點(diǎn)接地時(shí)，由于發(fā)電機(jī)勵(lì)磁磁勢(shì)

的畸變而引起空氣隙磁通發(fā)生較大的畸變，發(fā)電機(jī)將產(chǎn)生異常的振動(dòng)，此時(shí)勵(lì)磁

回路兩點(diǎn)接地保護(hù)應(yīng)動(dòng)作于跳閘。在這種情況下，雖然按照橫差動(dòng)保護(hù)的工作原

理來(lái)看它不應(yīng)該動(dòng)作，但由于發(fā)電機(jī)已有切除的必要，因此橫差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作于跳

閘也是允許的。基于上述考慮，目前已不采用勵(lì)磁回路兩點(diǎn)接地保護(hù)動(dòng)作時(shí)閉鎖

橫差動(dòng)保護(hù)的措施。為了防止在勵(lì)磁回路中發(fā)生偶然性的瞬間兩點(diǎn)接地時(shí)引起的

誤動(dòng)作，因此，當(dāng)勵(lì)磁回路發(fā)生一點(diǎn)接地后，在投入兩點(diǎn)接地保護(hù)的同時(shí)，也應(yīng)

將橫差動(dòng)保護(hù)切換至0.5-ls的延時(shí)動(dòng)作于跳閘。

由DI.-11/b型差動(dòng)繼電器構(gòu)成的橫聯(lián)差動(dòng)保護(hù)其工作原理是將一組分支繞組的

三相電流之和與另一組分支繞組的三相電流之和進(jìn)行比較。正常工作時(shí)每一組分

支繞組是平衡的，兩個(gè)中性點(diǎn)等電位，中性點(diǎn)的連接線上沒(méi)有電流通過(guò)。如果某

一分支匝間發(fā)生短路，分支繞組的三相平衡被破壞，兩個(gè)中性點(diǎn)之間出現(xiàn)了電位

差，其連接線中就有電流通過(guò)，如該電流大于保護(hù)的動(dòng)作電流，保護(hù)裝置動(dòng)作并

作用于跳閘㈤。5.6.2.2保護(hù)的整定

這種匝間短路保護(hù)沒(méi)有由于電流互感器特性不同而引起的不平衡電流。為了

防止轉(zhuǎn)子瞬間兩點(diǎn)接地時(shí)橫差動(dòng)電流保護(hù)動(dòng)作誤切除發(fā)電機(jī)，增設(shè)了0.5-1S的

延時(shí)。

保護(hù)的動(dòng)作電流，按躲過(guò)外部短路時(shí)最大不平衡電流整定。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)一

般取發(fā)電機(jī)額定電流的20%-30%,即

Idz=（0.2-0.3）Ief=（0.2-0.3）x2749.29?824.79（A）

電流互感器變比的選擇應(yīng)滿足動(dòng)穩(wěn)定的要求，?般按卜.式選擇：

0.25Lf0.25x2749.291門“

n<H=------=--------------=137.46

55

選取I1LH=160ILV/I2jV=800/5A

靈敏度系數(shù)校驗(yàn)：

3/。二不1(6.1)

r八FO

其中3/。等于/。小八一般零序電流的動(dòng)作電流面=0.1（標(biāo)么值），根據(jù)保護(hù)動(dòng)

作條件3/oZ/ow，即：

—^—>0.1

4X-。

將X.。為發(fā)電機(jī)的零序電抗，一臺(tái)發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行，發(fā)電機(jī)有兩個(gè)并決分

支時(shí)，XFO=0.1,將其代入上式得出：

4/>0.04

上式說(shuō)明，保護(hù)的動(dòng)作死區(qū)約為由中性點(diǎn)算起，占總匝數(shù)的百分之四。

6.5.2.3選擇繼電保護(hù)元件

此保護(hù)選取目前廣泛采用的DLTl/b型差動(dòng)繼電器，動(dòng)作電流整定范圍是：串聯(lián)

為2?4A,并聯(lián)為4?8A。

5.6.3發(fā)電機(jī)定子單相接地保護(hù)

根據(jù)安全的要求發(fā)電機(jī)外殼都是接地的，因此，定子繞組因絕緣破壞而引起

的單相接地故障比較普遍。當(dāng)接地電流比較大，能在故障點(diǎn)引起電弧時(shí)，將使繞

組的絕緣和定子鐵心燒壞，并且也容易發(fā)展成相間短路，造成更大的危害。

對(duì)直接與主變壓器連接的大型發(fā)電機(jī)定子單相接地保護(hù)，要求能夠檢測(cè)出發(fā)

電機(jī)中性點(diǎn)附近的接地故障，即保護(hù)范圍應(yīng)為100%；對(duì)于水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)，還進(jìn)一

步要求能夠檢測(cè)出靠近中性點(diǎn)的繞組絕緣下降，即保護(hù)應(yīng)具有較高的靈敏度（以

故障點(diǎn)對(duì)地的過(guò)渡電阻值表示），因?yàn)樵谥行渣c(diǎn)附近有漏水缺陷時(shí)，使絕緣水平

降低，而持續(xù)地漏水又有可能損壞同一線槽或相鄰槽中線棒的絕緣，形成匝旬或

相間短路。如在靠近出線端發(fā)生接地故障，由于發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)對(duì)地電壓升高，使

中性點(diǎn)附近絕緣水平降低的部分發(fā)生閃絡(luò)，從而引起兩點(diǎn)接地故障，發(fā)電機(jī)遭受

嚴(yán)重?fù)p壞。

5.6.3.1發(fā)電機(jī)零序電壓保護(hù)原理

對(duì)發(fā)電機(jī)一變壓器組單元接線，由于發(fā)電機(jī)電壓網(wǎng)絡(luò)的中性點(diǎn)通常不接地或

經(jīng)消弧線圈接地，其接地電流均小于5A,故保護(hù)裝置一般作用于信號(hào)。發(fā)電機(jī)電

壓側(cè)的接地保護(hù)廣泛采用基波零序電壓保護(hù)，用一個(gè)過(guò)電壓繼電器連接在發(fā)電機(jī)

端電壓互感器的開口三角形二次繞組上。

5.6.3.2保護(hù)的整定

發(fā)電機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)由于相電壓中含有三次諧波，機(jī)端電壓互感器開口三角

形側(cè)有三次諧波電壓輸出。另外，由于電壓互感器的誤差也有不大的（小于1伏）

基波零序電壓輸出。通常不平衡電壓又可達(dá)成10-15伏（大部分是三次諧波）,

零序電壓保護(hù)應(yīng)按照躲過(guò)正常運(yùn)行時(shí)的不平衡電壓整定即UDZJ>Ubpo普通電磁

型電壓繼電器的最小動(dòng)作電壓為15伏，零序電壓保護(hù)的動(dòng)作電壓一般按15伏整

定（開口三角二次電壓為100伏時(shí)）

靈敏試按下式校驗(yàn)：

v3Uo100,（。

Kim=---=---=6.67>2

UDZ15

靈敏度滿足要求

5.6.4發(fā)電機(jī)負(fù)序電流及低電壓起動(dòng)的過(guò)電流保護(hù)

5.6.4.1發(fā)電機(jī)負(fù)序過(guò)電流及低電壓起動(dòng)的過(guò)電流保護(hù)原理及配置

原則

當(dāng)電力系統(tǒng)中發(fā)生不對(duì)稱短路或正常運(yùn)行情況下三相負(fù)序不平衡時(shí)，在發(fā)電

機(jī)定子繞組中將出現(xiàn)負(fù)序電流，此電流在發(fā)電機(jī)空隙中建立的負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相對(duì)

于轉(zhuǎn)子為兩倍的同步轉(zhuǎn)速。因此將在轉(zhuǎn)子繞組，阻尼繞組以及轉(zhuǎn)子鐵心等部件上感

應(yīng)于100Hz的倍頻電流。針對(duì)上述情況而裝設(shè)的發(fā)電機(jī)負(fù)序過(guò)電流保護(hù)實(shí)際上是

針對(duì)定子繞組電流不平衡而引起轉(zhuǎn)子過(guò)熱的一種保護(hù)。

考慮到發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)由于負(fù)荷不對(duì)稱而在定子繞組中有負(fù)序電流產(chǎn)生，

制造廠對(duì)發(fā)電機(jī)的長(zhǎng)期允許負(fù)序電流有一定的范圍，故要求負(fù)序電流保護(hù)還應(yīng)起

到監(jiān)視發(fā)電機(jī)負(fù)序過(guò)負(fù)荷的作用，負(fù)序過(guò)負(fù)荷時(shí)，保護(hù)動(dòng)作，并經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的延時(shí)作

用于信號(hào)。由于三相短路無(wú)負(fù)序電流，故需加一相的低電壓起動(dòng)的過(guò)電流保護(hù)。保

護(hù)原理圖如下圖：

圖5.2低電壓起動(dòng)的過(guò)電流保護(hù)原理接線圖

5.6.4.2保護(hù)的整定

動(dòng)作于信號(hào)的保護(hù)按躲過(guò)發(fā)電機(jī)最大可能過(guò)負(fù)荷時(shí)的不平衡電流整定，即:

發(fā)電機(jī)額定電流：

Se5()x1()3

Lf==2749A：

V3UeV3xl0.5

（1）對(duì)反應(yīng)負(fù)序過(guò)負(fù)荷的靈敏元件

動(dòng)作電流應(yīng)躲過(guò)水輪發(fā)電機(jī)在最大可能過(guò)負(fù)荷情況下，計(jì)及系統(tǒng)頻率可能

的降低和負(fù)序電流濾過(guò)器的誤差等因素而引起的不平衡電流，動(dòng)作電流可取為:

IDZ==0.1x2749=274.9A

計(jì)及電流互感器的變比之后，差動(dòng)繼電器的動(dòng)作電流為：

\=—==0.458（A）

（皿hjm.H3000/5'7

取0.46安。

t=9s時(shí)，發(fā)負(fù)序過(guò)負(fù)荷信號(hào)。

（2）對(duì)反應(yīng)負(fù)序過(guò)電流的小靈敏元件

1）按轉(zhuǎn)子發(fā)熱條件整定

動(dòng)作電流的標(biāo)幺值為：

吃=跖=。577

式中A—與發(fā)電機(jī)型號(hào)及冷卻方式有關(guān)的常數(shù)。對(duì)于水發(fā)電機(jī)或調(diào)相機(jī)取決

40。在選擇動(dòng)作電流時(shí)，應(yīng)考慮一個(gè)計(jì)算時(shí)間，在該時(shí)間內(nèi)使運(yùn)行人員有可能采

取措施來(lái)消除產(chǎn)生負(fù)序過(guò)電流的運(yùn)行方式，一般取120秒，故t取120.

IDZ=0.577x2749?1586J7（A）

計(jì)及電流互感器的變比之后，差動(dòng)繼電器的動(dòng)作電流為：

"」=毀*2.6次

2）靈敏度

按后備保護(hù)范圍末端短路最小負(fù)序電流來(lái)進(jìn)行校驗(yàn)：

Kin=I^=19448^=1226>12

IDZ1586.17

（3）低電壓起動(dòng)的過(guò)電流保護(hù)

1.2

x2749=3880.94(A)

碇―兀ef-(185

計(jì)及電流互感器的變比之后，差動(dòng)繼電器的動(dòng)作電流為：

1」=篝*6.46（A）

對(duì)于水輪發(fā)電機(jī)不允許在失磁狀態(tài)下運(yùn)行，低電壓起動(dòng)元件的動(dòng)作電壓采用:

u大=0”.=0.7xl0=7（V）

（4）對(duì)稱過(guò)負(fù)荷保護(hù)

以二令〃=黑'2749=3395.82(A)

計(jì)及電流互感器的變比之后，差動(dòng)繼電器的動(dòng)作電流為:

_IDZ_3395.82

心「皿一3000/5”）

t=9s（與靈敏元件共用時(shí)間繼電器）

5.6.4.3選擇繼電保護(hù)元件

保護(hù)采用DL-2型負(fù)序電流繼電器，爾=120秒。

5.6.5發(fā)電機(jī)定子繞組過(guò)負(fù)荷保護(hù)

5.6.5.1發(fā)電機(jī)定子繞組過(guò)負(fù)荷原理

發(fā)電機(jī)過(guò)負(fù)荷通常是由于系統(tǒng)中切除了電源；生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的短時(shí)沖擊性

負(fù)荷；大型電動(dòng)機(jī)自起動(dòng)；發(fā)電機(jī)強(qiáng)行勵(lì)磁；失瞰運(yùn)行；同期誤操作及振蕩等原

囚引起的。

對(duì)于中小容量的發(fā)電機(jī)，過(guò)負(fù)荷保護(hù)可由一只按相電流的電流繼電器和一只

時(shí)間繼電器構(gòu)成，它只動(dòng)作于信號(hào)。

5.6.5.2保護(hù)的動(dòng)作電流整定

保護(hù)一次側(cè)動(dòng)作電流為；

Idz=—Lr=—X2749=3395.8(A)

Kh0.85

考慮電流互感器的變比之后，動(dòng)作電流:

3395.8

Idz.j=5.66(A)

-3000/5

5.6.6發(fā)電機(jī)過(guò)電壓保護(hù)

圖5.3發(fā)電機(jī)過(guò)電壓保護(hù)原理接線圖

5.6.6.1發(fā)電機(jī)過(guò)電壓保護(hù)產(chǎn)生原因

由于水輪發(fā)電機(jī)在突然甩負(fù)荷時(shí)，由于調(diào)速器動(dòng)作緩慢，轉(zhuǎn)數(shù)迅速上升，發(fā)

電機(jī)端電壓急劇升高，甚至超出鎖定電壓2倍左右，為防止發(fā)電機(jī)繞組絕緣遭到

破壞，應(yīng)在水輪機(jī)上裝過(guò)電壓保護(hù)。

5.6.6.2過(guò)電壓保護(hù)整定

按躲過(guò)暫態(tài)過(guò)電壓整定：

Ud:=(1.5?1.7)U”=(1.5?1.7)xlO.5KVa27.28KV

考慮電壓互感器的變比，繼電器保護(hù)動(dòng)作電壓為：

=27280=2728V

皿100

動(dòng)作時(shí)限為Q5so

5.6.7轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路發(fā)生一點(diǎn)接地時(shí)，由于不能構(gòu)成電流的通路，實(shí)際上在接

地點(diǎn)沒(méi)有電流通過(guò)，因此勵(lì)磁網(wǎng)路仍可保持正常運(yùn)行。如發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路發(fā)

生一點(diǎn)接地后不及時(shí)處理而發(fā)展為兩點(diǎn)接地時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重后果。

采用由ZBZ-2型勵(lì)磁回路一點(diǎn)接地繼電器構(gòu)成的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路一點(diǎn)接地

保護(hù)裝置。

繼電器的構(gòu)成和動(dòng)作原理

ZBZ-2型勵(lì)磁回路一點(diǎn)接地繼電器，同時(shí)作為監(jiān)視勵(lì)磁回路對(duì)地絕緣的元件。

勵(lì)次繞組發(fā)生一點(diǎn)接地時(shí)，繼電器動(dòng)作，發(fā)出故障信號(hào)。

正常運(yùn)行時(shí)，勵(lì)磁回路對(duì)地絕緣良好，變壓器二次側(cè)不成回路（僅有幾亳安

漏電流），繼電器不動(dòng)作。當(dāng)勵(lì)磁回路對(duì)地絕緣下降到一定程度或發(fā)生一點(diǎn)接地

時(shí)，變壓器二次側(cè)通過(guò)地形成通路，繼電器動(dòng)作，繼電器動(dòng)作后，接點(diǎn)閉合，接

通中間繼電器DZX,其常開接點(diǎn)閉合發(fā)生故障信號(hào)，其常閉接點(diǎn)斷開，將DD-

11/40型繼電器線圈回路切斷，以防止其長(zhǎng)期通過(guò)電流而燒壞繼電器線圈。

5.6.8失磁保護(hù)

發(fā)電機(jī)失磁是指發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流全部消失。失磁的主要原因有：勵(lì)磁供電

電源故障、勵(lì)磁繞組開路或短路、自動(dòng)火磁開關(guān)誤跳閘、自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置故障

以及運(yùn)行人員誤操作等。

5.6.8.1發(fā)電機(jī)失磁運(yùn)行的原因和影響

發(fā)電機(jī)失磁通常是指發(fā)電機(jī)勵(lì)磁異常卜降或勵(lì)磁完全消失的故障。

勵(lì)磁異常下降是指發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的降低超過(guò)了靜態(tài)穩(wěn)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(lì)磁異常下降的原因通常是由于主勵(lì)

磁機(jī)或付勵(lì)磁機(jī)故障；半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng)中部分元件損壞造成自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的不正

確動(dòng)作，以及操作上的過(guò)量調(diào)整等。勵(lì)磁異常下降的特點(diǎn)是勵(lì)磁電壓很低，但勵(lì)

磁電流不為0o

勵(lì)磁消失就是發(fā)電機(jī)失去勵(lì)磁電源，他屬于勵(lì)磁異常下降的一種極端情況。

引起發(fā)電機(jī)失磁的原因，不外是由于勵(lì)磁回路開路，例如自動(dòng)滅磁開關(guān)誤跳

閘、勵(lì)磁繞組短路或付勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電源消失等。

發(fā)電機(jī)失磁后，市電力系統(tǒng)本身產(chǎn)生的不利影響：

D使系統(tǒng)出現(xiàn)無(wú)功功率缺額。如果系統(tǒng)的無(wú)功功率儲(chǔ)備不足，則將引起系統(tǒng)

電壓下降，甚至?xí)闺娏ο到y(tǒng)因?yàn)殡妷罕罎⒍呓狻?/p>

2）造成其它發(fā)電機(jī)過(guò)電流。為了供給失磁發(fā)電機(jī)無(wú)功功率，可能造成其它發(fā)

電機(jī)過(guò)電流。失磁發(fā)電機(jī)容量在系統(tǒng)中所占比重越大，這種過(guò)電流越嚴(yán)重。如果

過(guò)電流的發(fā)電機(jī)保護(hù)動(dòng)作跳閘，則會(huì)使無(wú)功功率缺額更大，造成系統(tǒng)電壓進(jìn)一步

下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因?yàn)殡妷罕罎⒍呓狻?/p>

另外，發(fā)電機(jī)失磁對(duì)發(fā)電機(jī)本身也有危害。

1)由于轉(zhuǎn)子損耗增大而造成轉(zhuǎn)子局部過(guò)熱。發(fā)電機(jī)異步運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子的容許

損耗不得超過(guò)勵(lì)磁機(jī)的額定有功功率。

2)發(fā)電機(jī)受交變的異步力矩的沖擊而發(fā)生振動(dòng)。發(fā)電機(jī)的磁路越不對(duì)稱，則

交變的異步力矩越大，發(fā)電機(jī)的振動(dòng)就越厲害。實(shí)際運(yùn)行的轉(zhuǎn)差率越大，振動(dòng)也

越厲害。

5.6,8.2失磁保護(hù)的整定計(jì)算

1、發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)之間發(fā)生振蕩時(shí)，阻抗繼電器不應(yīng)誤動(dòng)作。系統(tǒng)振蕩可按最嚴(yán)

重的工作情況來(lái)考慮，即發(fā)電機(jī)與無(wú)限大系統(tǒng)連接，此時(shí)保護(hù)的測(cè)量阻抗為最

小，并等于一此時(shí)阻抗繼電器的整定阻抗應(yīng)不小于-

2、發(fā)電機(jī)失磁時(shí)，阻抗繼電器應(yīng)可靠動(dòng)作。發(fā)電機(jī)空載失磁時(shí)機(jī)端測(cè)量阻抗最

大，如此時(shí)轉(zhuǎn)差率很小，則測(cè)量阻抗接近于同步電抗-/X”。為保證繼電器可靠

動(dòng)作，整定阻抗應(yīng)大于-必,。具體按下式整定：

105

Z八=-Xz-^---^-=-x0.48x^-—X—=3.17(Q)

2J〃汨26x2.749100

12義2.22xx器=35.24(0)

3、保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)限應(yīng)保證在系統(tǒng)發(fā)生短路和非全相運(yùn)行振蕩的情況下，

不至于誤動(dòng)作，故動(dòng)作時(shí)限一般可整定在1?L5s左右。5.7發(fā)電機(jī)GG2

的繼電保護(hù)

發(fā)電機(jī)的額定電流:

sIQOxlO3

ef=5499(A)

一&“一百X1().5

電流互感器二次側(cè)電流:

5499

=4.58(A)

6000/5

5.7.1發(fā)電機(jī)比率制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)（選用LCD-7型差動(dòng)保護(hù)繼電

器）[30]

對(duì)于大型發(fā)電機(jī)組來(lái)說(shuō)，采用BCH-2型繼電器構(gòu)成的發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)不能保

證縱差死區(qū)小于5%,因此，靈敏度不能滿足要求。由于BCH-2型繼電滯具有速

飽和變流器，在發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障時(shí)，由于非周期分量的作用，保護(hù)將延時(shí)動(dòng)作,

因此，保護(hù)的快速性不能滿足要求。所以對(duì)于大型機(jī)組，普遍采用比率制動(dòng)式縱

差保護(hù)。

保護(hù)的作用原理是基于保護(hù)的動(dòng)作電流/叩隨著外部故障的短路電流而產(chǎn)生

的必的增大而按比例的線性增大，且比/“心增大的更快，使在任何情況下的外

部故障時(shí)，保護(hù)不會(huì)誤動(dòng)作。將外部故障的短路電流作為制動(dòng)電流％,而把流入

差動(dòng)回路的電流作為動(dòng)作電流/叩。比較這兩個(gè)量的大小，只要〃之/加，保護(hù)動(dòng)

作；反之，保護(hù)不動(dòng)作。

1、繼電器最小動(dòng)作電流的計(jì)算：

KufJef2=1.5X1X0.5X0.1X4.58=0.3435（標(biāo)么值）

2、制動(dòng)特性曲線拐點(diǎn)電流的確定：

為保證在發(fā)電機(jī)內(nèi)部短路時(shí)，短路電流小于發(fā)電機(jī)額定電流時(shí)有足夠的靈敏

系數(shù)。一般取&.min=（l~L2）&.2=（l~12）x4.58a5.00（A）

3、比率制動(dòng)系數(shù)的計(jì)算：

一般取.=0.065~0.075,依LCD-7型維電器的比率制動(dòng)特性曲線（差

動(dòng)回路整定為1A時(shí)），以儲(chǔ)力工為斜率，過(guò)原點(diǎn)的直線不與任何一折線相交，故采

用任