發(fā)電機變壓器組保護設(shè)計畢業(yè)設(shè)計(完整)

1、分類號畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）題目發(fā)電機變壓器組保護設(shè)計并列英文題目Design of generator-transformer unit protection系部電力工程系 專業(yè)發(fā)電廠及電力系統(tǒng)姓名 班級發(fā)電0602班指導(dǎo)教師職稱副教授 論文報告提交日期2009年6月1日 摘要隨著電力工業(yè)的迅速發(fā)展，我國發(fā)電機、變壓器單機容量不斷增大，電力系統(tǒng)正朝著“大機組、超高壓、大電網(wǎng)”的方向發(fā)展?，F(xiàn)今我國大容量發(fā)電廠不斷增多，它們在電力系統(tǒng)中地位更顯重要。為保證整個電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟運行，我們應(yīng)對電廠配置可靠性、靈敏性、選擇性和速動性都很好的保護裝置。為實現(xiàn)配置方案的優(yōu)化，還應(yīng)充分考慮到大型發(fā)電廠的

2、特點。本文系統(tǒng)的闡述了300MW汽輪發(fā)電機變壓器組保護設(shè)計。本文共分四篇，第一篇簡要介紹了大型發(fā)電機變壓器組常出現(xiàn)的故障及異常運行狀態(tài)和繼電保護配置要求；第二篇對300MW發(fā)電機變壓器組故障、異常運行狀態(tài)及非電量的繼電保護原理和相關(guān)原理的邏輯框圖進行介紹；第三篇對300MW發(fā)電機變壓器組的微機保護裝置的選擇和動作行為的介紹；第四篇對300MW發(fā)電機變壓器組繼電保護配置主接線圖的介紹和說明。本文在闡述300MW汽輪發(fā)電機變壓器組保護設(shè)計的同時密切結(jié)合實際，通俗易懂。關(guān)鍵詞：發(fā)電機變壓器組 繼電保護AbstractWith the rapid development of power indust

3、ry, Chinas power generators, increasing the capacity of a single transformer, the power system is moving in the big units, ultra-high pressure, large power grid direction. Todays large-capacity power plants in China increasing their status in the power system are more important. In order to ensure t

4、he safety of the entire power system economic operation, we should plant configuration reliability, sensitivity, selectivity and the liquid of very good protection device. To achieve the optimal configuration should also be taken fully into account the characteristics of large-scale power plants.Sys

5、tem described in this article 300MW turbo-generator - transformer unit protection design. This article is divided into four, the first large-scale generators brief - often groups of transformer faults and abnormal operation and configuration requirements of relay protection; second of 300MW generato

6、r - transformer unit failure, abnormal operation and non - Principles of electricity and related principles of relay logic diagram introduced; third of 300MW generator - transformer unit of the microprocessor-based protection device of choice and action to introduce acts; fourth of 300MW generator -

7、 transformer unit relay configure the main wiring diagram of the introduction and notes.In this paper, the 300MW turbo-generator - transformer design group at the same time to protect a close connection with reality, and user-friendly.Keywords: generator - transformer unit relay目錄摘要前言第一篇 概述.1 第一章 發(fā)變

8、組可能出現(xiàn)的故障及異常運行狀態(tài).1 第二章 發(fā)變組保護配置原則及要求.3第二篇 發(fā)變組保護配置4第一章 反映短路故障的主保護.4 第一節(jié) 發(fā)電機縱差保護.4 第二節(jié) 變壓器縱差保護.8 第三節(jié) 發(fā)電機匝間短路保護.9 第四節(jié) 轉(zhuǎn)子兩點接地保護15第二章 反映短路故障的后備保護16 第一節(jié) 過電流保護16 第二節(jié) 阻抗保護22第三章 反映接地故障的保護23第一節(jié) 轉(zhuǎn)子一點接地保護23第二節(jié) 定子接地保護24第三節(jié) 主變壓器接地保護.28第四章 反映異常運行的保護31第一節(jié) 發(fā)電機的過負荷保護.31一 發(fā)電機定子繞組過負荷保護.32二 發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組過負荷保護.32三 發(fā)電機轉(zhuǎn)子表層過負荷保護.3

9、3四 發(fā)電機勵磁繞組過負荷保護.33第二節(jié) 過勵磁保護.34第三節(jié) 失磁保護.35第四節(jié) 失布保護.36第五節(jié) 逆功率保護.38第六節(jié) 非全相運行保護.39第七節(jié) 斷路器失靈保護.40第八節(jié) 發(fā)電機啟停機保護.41第五章 非電量保護.42第一節(jié) 主變壓器瓦斯保護.42第二節(jié) 高壓廠用變壓器瓦斯保護.44第三篇 發(fā)變組微機保護組屏方案.44第四篇 發(fā)變組系統(tǒng)主接線及其保護配置說明.47結(jié)束語.49參考文獻.50 前言畢業(yè)設(shè)計是在學(xué)校學(xué)習(xí)生活中的最后一個環(huán)節(jié)，通過本次設(shè)計使我系統(tǒng)的掌握了三年來所學(xué)專業(yè)理論知識，提高綜合應(yīng)用能力，初步了解實際工程設(shè)計，培養(yǎng)了我們用運所學(xué)知識全面地、獨立地分析問題的能

10、力。本設(shè)計是關(guān)于大型發(fā)電機變壓器組繼電保護設(shè)計，其主要內(nèi)容包括大型發(fā)電機組的特點及繼電保護的要求、大型發(fā)電機和變壓器的故障及異常運行的保護方式、大型發(fā)電機變壓器組繼電保護的特點及配置原則，對300MW汽輪發(fā)電機變壓器組繼電保護總配置情況介紹和微機保護裝置的選擇，主要對發(fā)電機變壓器組的短路故障保護原理、異常運行保護原理、非電量保護原理和相關(guān)原理的邏輯框圖介紹。在本次設(shè)計過程中，楊曉敏老師給了我們很大的支持和幫助，并在老師精心的輔導(dǎo)下我們完成了畢業(yè)設(shè)計任務(wù)。在次，我對楊曉敏老師表示感謝，另外，我也要感謝同學(xué)們對我的幫助。由于我們的水平有限，不妥和和錯誤之處在所難免，敬請老師給予指正。李玉倉2009

11、-6-1第一篇 概述第一章 發(fā)變組可能出現(xiàn)的故障及異常運行狀態(tài)一發(fā)電機可能出現(xiàn)的故障及異常運行狀態(tài)保證發(fā)電機組安全經(jīng)濟的運行和防止其遭受破壞，對于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和對用戶不間斷供電起決定性作用。因此，要不斷改進和完善繼電保護的功能，采取較為合理、完善的保護配置方案，最大限度地保證電力系統(tǒng)的安全運行，并將故障和不正常運行方式對電力系統(tǒng)的影響限制到最小范圍。由于發(fā)電機是長期連續(xù)運轉(zhuǎn)的設(shè)備，既要承受機身的振動，又要承受電流、電壓的沖擊，因而常常導(dǎo)致定子繞組和轉(zhuǎn)子勵磁繞組絕緣的損壞。因此，同步發(fā)電機子運行中定子繞組和轉(zhuǎn)子勵磁回路都有可能發(fā)生危險的故障和不正常的運行情況。發(fā)電機故障類型有：1.定子繞組

12、相間短路；2.定子繞組一相的匝間短路；3. 定子繞組單相接地；4.轉(zhuǎn)子繞組一點接地或兩點接地；5.由于轉(zhuǎn)子繞組斷線、勵磁回路故障或滅磁開關(guān)誤動等原因在造成的轉(zhuǎn)子勵磁回路的勵磁電流消失或降低。發(fā)電機異常運行狀態(tài)有：1.由外部短路引起的定子繞組過電流；2.由負荷超過發(fā)電機額定容量而引起的定子繞組三相對稱過負荷；3.由于突然甩負荷而一起的定子繞組過電壓；4.由外部不對稱短路或不對稱負荷(如單相負荷、非全相運行等）引起的轉(zhuǎn)子表層過負荷；5.由于勵磁回路故障或強勵時間過長而引起的轉(zhuǎn)子繞組過負荷；6.由于汽輪機主汽門突然關(guān)閉而引起的發(fā)電機過激磁運行及汽輪機低頻運行等。二變壓器可能出現(xiàn)的故障和異常運行方式電

13、力變壓器是電力系統(tǒng)中十分重要的元件，它的故障將對供電可靠性和系統(tǒng)的正常運行帶來嚴重的影響。為了防止電力變壓器發(fā)生各類故障和不正常運行對電力系統(tǒng)安全運行造成不應(yīng)有的損失，根據(jù)有關(guān)技術(shù)規(guī)程的規(guī)定，應(yīng)針對電力變壓器的故障和不正常運行狀態(tài)設(shè)置相應(yīng)的繼電保護。變壓器的故障可以分為油箱內(nèi)故障和油箱外故障，油箱內(nèi)故障指變壓器油箱里面發(fā)生的故障又分：電氣故障、“初始”故障。1.電氣故障：原因有(1:高壓或低壓繞組相間短路 （2:中性點直接接地側(cè)的單相接地短路 （3:高壓或低壓繞組的匝間短路 （4:第三繞組上的接地故障或匝間短路內(nèi)部短路故障產(chǎn)生的電弧，不僅會損壞繞組的絕緣、燒壞鐵芯，而且由于絕緣材料和變壓器因受

14、熱分解而產(chǎn)生大量的氣體，有可能引起變壓器油箱爆炸。2.“初始”故障：“初始”故障即初始局部的故障，它將對變壓器產(chǎn)生緩慢發(fā)展的損害作用，但一般不能檢測起步平衡的電量。原因有(1:導(dǎo)體之間點氣接觸不良或鐵芯故障，在變壓器油中可能產(chǎn)生間歇性電弧 （2：冷卻媒介不足將使變壓器油溫升高，如油位過低或油路阻塞，容易在繞組上產(chǎn)生局部熱點 （3：分接開關(guān)故障，并聯(lián)運行的變壓器之間產(chǎn)生環(huán)流和負荷分配不合理，造成變壓器的繞組過熱變壓器最常見的是外部故障，是油箱外部絕緣套管及引出線上的故障，可能導(dǎo)致出線的相間短路或單相接地短路。變壓器的不正常運行狀態(tài)主要有由于變壓器外部相間短路引起的過電流，外部接地短路引起的過電流

15、和中性點過電壓，由于所帶負荷超過變壓器的額定容量引起的過負荷以及由于漏油等原因引起的油面降低。此外對大容量變壓器，由于其額定工作條件下的磁通密度接近于鐵心的飽和磁通，在過電壓或低頻率的等異常運行方式下，還會發(fā)生變壓器的過勵磁故障。第二章 發(fā)變組保護配置原則及要求大型發(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行工況，因此需要設(shè)置幾十種保護，并要求這些保護既有明確的職責(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功能的配置方案，這些都大同小異，但又各具特點。都遵循以下原則：1.各項保護功能配置完善；2.選用的保護原理性能優(yōu)良，有成熟的運行經(jīng)驗，滿足各項技術(shù)要求；3.實現(xiàn)雙重化配置；4.組

16、屏合理，雙重化的兩套保護系統(tǒng)應(yīng)分屏設(shè)置，非電量保護和電氣量保護也應(yīng)分屏設(shè)置，以確保在發(fā)變組不停運狀況下可以對其中任何一套保護系統(tǒng)進行檢修、調(diào)整、調(diào)試，同時要求二次回路設(shè)計正確簡明，接線安全可靠；5.保護系統(tǒng)應(yīng)盡可能結(jié)構(gòu)簡單，具備友好的人機界面，合理的通信組網(wǎng)功能。各項保護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；6.保護出口設(shè)計合理，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)實際運行條件方便地進行調(diào)整。發(fā)變組保護功能可按設(shè)備故障性質(zhì)分為故障保護和異常運行保護兩大類；按輸入量性質(zhì)分為電氣量保護和非電氣量保護兩大類；按保護對象分為電氣設(shè)備故障和動力機械設(shè)備故障兩大

17、類。故障保護用以反映保護區(qū)域內(nèi)發(fā)生的各種相間短路、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，這類保護構(gòu)成了發(fā)變組的保護主體，通常稱為主保護。另外，還需要考慮發(fā)變組主保護失效，以及輔機和外部相連系統(tǒng)的故障對發(fā)變組的破壞問題，也需要配置保護，通常稱為后備保護。因此故障保護可分為主保護和后備保護。異常保護用以反映各種可能對發(fā)變組造成危害的異常運行工況，包括可能不利于動力機械設(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組的破壞，為異常工況配置的保護通常也歸于后備保護的范疇。第二篇 發(fā)變組保護配置第一章 反映短路故障的主保護第一節(jié) 發(fā)電機縱差保護一.發(fā)電機縱差

18、保護的接線方式 由于發(fā)電機結(jié)構(gòu)的特殊性，發(fā)電機縱差保護根據(jù)獲取電流的方式不同，又完全縱差保護和不完全縱差保護兩種。1. 發(fā)電機完全縱差保護 發(fā)電機完全縱差保護是利用比較發(fā)電機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)縱差保護的基本原理，發(fā)電機完全縱差保護能夠靈敏的反映發(fā)電機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)電機縱差保護原理接線示意圖G2. 發(fā)電機不完全縱差保護 發(fā)電機不完全縱差保護是一種能同時反應(yīng)發(fā)電機相間短路、匝間短路和分支繞組開焊故障的新型發(fā)電機縱差保護。它是通過比較發(fā)電機機端每相定子的全相電流和中性點側(cè)每相定子的

19、部分相電流大小和相位二構(gòu)成。不完全縱差保護之所以能夠反應(yīng)發(fā)電機內(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，使不完全縱差保護動作。 不完全縱差動保護原理接線圖（a）中性點側(cè)引出6個端子 （b）中性點側(cè)引出4個端子TA1TA1TA2TA2由此可見發(fā)電機完全縱差保護和不完全縱差保護均是比較發(fā)電機兩側(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是比較機端每相定子全相電流和中性點側(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， 只是在保護的整定計算時有所不同。二發(fā)

20、電機縱差保護的原理 隨著發(fā)電機組的容量增大，對繼電保護的不斷提高，出現(xiàn)了各種不同原理的發(fā)電機縱差保護。一下對常用的兩種原理進行介紹。1. 比率制動式發(fā)電機縱差保護原理：其電流參考方向如圖1-1所示，中性點側(cè)電流的方向一指向發(fā)電機為正方向，機端側(cè)電流一流出發(fā)電機為正方向。(1) 動作電流和制動電流的定義為確保比率制動式發(fā)電機縱差保護正確動作，動作電流和制動電流分別為：動作電流 制動電流式中 動作電流 制動電流 機端側(cè)定子相電流 中性點側(cè)定子全相電流或分支繞組電流K平衡系數(shù)， ，當(dāng) 時為完全縱差保護接線方式 時為不完全縱差保護接線方式。 （2） 縱差保護的動作判據(jù)及動作特性 縱差保護的動作判據(jù)為：

21、 式中 差動電流 最小動作電流整定值，一般?。?.30.5）（為發(fā)電機額定電流）； 制動電流； 最小制動電流整定值，一般取（0.81.0）； 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。2. 標(biāo)積制動式發(fā)電機縱差保護原理 標(biāo)積制動式發(fā)機電縱差保護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，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1-1所示，中性點側(cè)電流的正方向指向發(fā)電機。標(biāo)積制動式縱差保護的動作電流、制動電流及其動作判據(jù)為動作電流制動電流動作判據(jù)式中 和之間的相位差； S標(biāo)積制動系數(shù)，通常取1.0（1） 當(dāng)發(fā)電機正常運行或保護區(qū)外短路

22、時，= =0，制動量最大，動作量最小，保護可靠不動（2） 當(dāng)保護區(qū)內(nèi)短路時，=- =，制動量為負值，呈現(xiàn)動作作用，動作量最大，保護動作，且靈敏顯然，采用標(biāo)積制動式縱差保護可以大大提高反應(yīng)發(fā)電機內(nèi)部故障的靈敏度。標(biāo)積制動式縱差保護和比率制動式縱差保護一樣，也可以作為發(fā)變組的縱差保護；當(dāng)作為發(fā)變組縱聯(lián)差動保護時，應(yīng)增設(shè)防止涌流誤動的二次諧波制動措施。t/oTV斷線U相差動V相差動W相差動二相或三相差動元件動作U相差動V相差動W相差動只一相差動元件動作&U21TA斷線三發(fā)電機縱差保護邏輯框圖跳閘出口當(dāng)發(fā)電機縱差保護的二相或三相差動元件同時動作時，縱差保護才出口跳閘；為防止一點在區(qū)內(nèi)另一點在區(qū)外的兩點

23、接地故障發(fā)生，當(dāng)有一相縱差元件動作且同時有負序電壓時，縱差保護出口跳閘。若只有一相縱差元件動作而無負序電壓時，判為TA斷線；若負序電壓長時間存在而無差電流時，判為TV斷線第二節(jié) 變壓器縱差保護一變壓器縱聯(lián)差動保護的基本原理變壓器的縱聯(lián)差動保護（簡稱縱差保護）不但可以正確區(qū)分內(nèi)、外的短路，而且能瞬時切除保護區(qū)域內(nèi)的故障。因此，變壓器縱差保護是變壓器的主保護之一。保護裝置（a）（b）保護裝置變壓器縱差保護基本原理與發(fā)電機縱差保護原理相似，按比較被保護變壓器各側(cè)電流的大小和相位的原理構(gòu)成。為了實現(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性端節(jié)母線側(cè)，將TA二次側(cè)的同極性端

24、子相連接。如圖1-4所示雙繞組變壓器縱差保護單相原理接線圖。顯然，變壓器縱差保護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。如下圖所示雙繞組變壓器為例，分析變壓器縱差保護原理。變壓器差動保護單相原理接線圖（a）變壓器正常運行或外部故障時電流分布（b）變壓器內(nèi)部故障時電流分布二變壓器差動保護整定1正常運行和外部發(fā)生故障時保護不動作。2. 變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時保護動作將故障切除。 三變壓器縱差保護邏輯框圖第三節(jié) 發(fā)電機匝間短路保護由于大容量發(fā)電機的額定電流很大，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)電機定子繞組的

25、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。因此在發(fā)電機上應(yīng)裝設(shè)定子匝間短路的匝間保護。根據(jù)發(fā)電機匝間短路時的特點，可以提出各種不同原理的匝間短路保護方案。一單元件式橫聯(lián)差動保護發(fā)電機在正常運行情況下，每相定子繞組的兩個分支上電勢相等，各供出一半的負荷電流；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)這一特點，構(gòu)成了發(fā)電機的匝間短路保護單元件式橫聯(lián)差動保護。1.保護的接線及其特點UVW橫差TA縱差TA縱差TA縱差TA如下圖所示，單元件式橫聯(lián)差動保護

26、采用一只電流互感器，裝于兩分支繞組中性點的連線上，利用分支繞組中性點之間連線上流過的零序電流來實現(xiàn)保護。且該保護由于只采用一只電流互感器，不存在又電流互感器特性不同二引起的不平衡電流，所以，保護接線簡單，靈敏度高。通常又稱該保護為高靈敏的單元件式橫聯(lián)差動保護。 UVW橫差TA縱差TA 縱差TA縱差TA機殼機殼因此該保護只適合于：1）定子繞組中性點側(cè)引出6個或4個端子的發(fā)電機2）中性點側(cè)引出端子較多的水輪發(fā)電機2.保護原理分析2 單元件式橫聯(lián)差保護原理接線圖1-三次諧波濾過器；2帶有延時的保護裝置 該保護原理接線如下圖：該保護實質(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

27、中的三相電流之和進行比較，利用發(fā)生各種匝間短路時中性點連線上的環(huán)流而實現(xiàn)的。(1) 正常運行或外部故障時保護裝置中裝設(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，通過帶有延遲的保護裝置2的電流小于其整定值，即，保護不動作。（2）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的電動勢不等，有環(huán)流產(chǎn)生，中性點連線上的電流互感器有故障電流流過當(dāng)電流大于保護的動作電流整定值時，保護動作于跳閘。（3）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，且時，由于兩個支路的

28、電動勢差，分別產(chǎn)生兩個環(huán)流和。此時中性點連線上流過的電流=，當(dāng)電流大于保護的動作電流整定值時，橫聯(lián)差動保護動作與跳閘。（4）保護存在死區(qū)有上述分析可知，單元件式橫聯(lián)差動保護又一定的死去。當(dāng)定子繞組同分支短路且短路匝數(shù)a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，保護不能動作。2.保護的整定計算原則根據(jù)運行經(jīng)驗，單元件式橫聯(lián)差動保護的動作電流為 式中發(fā)電機定子繞組的額定電流當(dāng)轉(zhuǎn)子回路發(fā)生兩點接地故障時，由于轉(zhuǎn)子回路的磁通勢平衡被破壞，而定子同一相的兩個分支繞組并不是完全位于相同的定子槽中，因而其感應(yīng)的電動勢不同，定子繞組并聯(lián)分支中性點連線上又較大的電流流過，將造成橫差保護誤動。若此兩點接

29、地故障是永久性的，則這種動作時允許的；但若兩點節(jié)點故障是永久性的，則這種動作瞬時切除發(fā)電機是不允許的。因此，保護需增設(shè)0.51s的延時，以躲過轉(zhuǎn)子回路的瞬時兩點接地故障。二故障分量負序功率方向匝間短路保護故障分量負序功率方向匝間短路保護是中性點側(cè)沒有6個或4個引出端子的發(fā)電機定子匝間短路保護的一種方案。該保護裝設(shè)在發(fā)電機的機端，利用發(fā)電機外部故障與定子繞組匝間短路時產(chǎn)生的負序分量及其負序功率的方向不同而實現(xiàn)的。它不僅可作為發(fā)電機內(nèi)部匝間短路故障的主保護，還可以作為發(fā)電機內(nèi)部相間短路及定子繞組開焊的保護。sag1. 故障時負序功率方向的分析以上圖所示“Y”接線發(fā)電機為例。根據(jù)電網(wǎng)中發(fā)生不對稱故障

30、時，將出現(xiàn)負序分量，且負序源在故障點這一特點在不同地點發(fā)生不對稱短路時，產(chǎn)生的負序功率方向分析如1）發(fā)電機外部橫向不對稱短路時K1點發(fā)生兩相短路時，負序功率的方向由系統(tǒng)指向發(fā)電機2）發(fā)電機內(nèi)部兩相短路時如發(fā)電機內(nèi)部K2點發(fā)生兩相短路時，負序功率的方向由發(fā)電機指向系統(tǒng)3）發(fā)電機定子繞組一相匝間短路時，如當(dāng)定子繞組K3和K4點之間發(fā)生短路時，負序功率方向亦由發(fā)電機指向系統(tǒng)。可見，負序功率的方向隨故障點的位置而變化，利用這一特點可以實現(xiàn)定子繞組的匝間短路保護。 2.保護的構(gòu)成及動作判據(jù) 設(shè)機端負序電壓和負序電流的故障分量分別為和，負序功率的故障的分量為，則保護動作的判據(jù)可綜合為 當(dāng)以上三式都成立時保

31、護跳閘。3.保護定值的整定及注意事項1)根據(jù)經(jīng)驗，通常?。?， 大約在0.1左右，可固定選取 2)故障分量負序功率方向( )保護，若裝在發(fā)電機中性點(電流取中性點TA)，僅反映發(fā)電機內(nèi)部匝間短路故障。 三縱向零序電壓原理的匝間短路保護零序電壓原理的匝間保護是中性點側(cè)沒有6個或4個引出端子的發(fā)電機定子匝間短路保護的另一種方案。該保護利用發(fā)電機定子繞組發(fā)生匝間短路時，機端三相對發(fā)電機中性點出現(xiàn)的零序電壓而構(gòu)成。1.保護的構(gòu)成原理 在發(fā)電機機端裝設(shè)專用的電壓互感器TV0,且TV0一次繞組的中性點與發(fā)電機中性點相連而不直接接地，保護利用的零序電壓取自TV0的第三繞組（開口三接線）（1） 當(dāng)發(fā)電機正常運

32、行時，無零序電壓保護不動作；（2） 當(dāng)發(fā)電機內(nèi)部或外部發(fā)生單相故障時，雖然一次系統(tǒng)出現(xiàn)了零序電壓，即一次側(cè)三相對地電壓不再平衡，中性點電位升高，但由于TV0一次側(cè)中性點不接地，而三相對中性點的電壓仍然是對稱的，第三繞組輸出電壓仍然為零，保護不會動作。同理當(dāng)發(fā)電機出現(xiàn)外部相間短路或內(nèi)部匝數(shù)相等的匝間短路時，TV0開口三角形繞組也不會出現(xiàn)零序電壓，保護不會動作。（3） 當(dāng)發(fā)電機定子繞組發(fā)生匝間短路或匝數(shù)不相等的匝間短路時，三相對中性點的電壓不在平衡，開口三角形繞組有輸出，即0，使零序電壓匝間短路保護動作。由于發(fā)電機在制造上的原因，正常運行時會出現(xiàn)三次諧波電動勢，使正常運行或外部故障時，TV0開口三

33、角形繞組上出現(xiàn)較大的零序電壓。因此在構(gòu)成零序電壓匝間短路保護時，需設(shè)置三次諧波濾過器，以提高保護的靈敏度。當(dāng)發(fā)電機外部短路電流較大時，采用負序功率方向閉鎖方式，在外部短路時使保護退出工作。為了防止專用TV0斷線在開口三角形繞組輸出側(cè)出現(xiàn)較大的零序電壓使保護誤動作，還需裝設(shè)斷線閉鎖元件。負序功率閉鎖的零序電壓匝間保護原理框圖如下圖所示： 負序功率閉鎖的零序電壓匝間保護原理方框圖l三次諧波濾過器；2斷線閉鎖保護；3跳閘出口2.保護的整定計算保護的動作電壓按躲過外部嚴重故障時的最大不平衡基波零序電壓和三次諧波零序電壓整定即：式中最大基波零序電壓，一般取0.40.5V 最大三次諧波零序電壓，一般取40

34、V可靠系數(shù)，取1.5基波對三次諧波濾過比，微機型保護的取值均大于100。第四節(jié) 轉(zhuǎn)子兩點接地保護當(dāng)發(fā)電機發(fā)生勵磁繞組兩點接地時，故障電流過的短路電流數(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，會引起機組劇烈振動，可能因此造成災(zāi)難性破壞；轉(zhuǎn)子兩點接地短路時還會使軸系和汽機磁化。因此對于發(fā)電機很有必要裝設(shè)轉(zhuǎn)子兩點接地保護。一原理分析轉(zhuǎn)子兩點接地保護共享轉(zhuǎn)子一點接地時測得接地位置的數(shù)據(jù)。所以，在一點接地故障后，保護裝置繼續(xù)測量接地電阻的位置，若再發(fā)生轉(zhuǎn)子一點接地故障，則以測得的值將變化。當(dāng)其變化值超過整定值時，保護裝置就認為已發(fā)

35、生轉(zhuǎn)子兩點接地故障，發(fā)電機應(yīng)立即停機。二定值整定式中轉(zhuǎn)子連點接地時位置變化的整定值接地位置變化動作值一般可以整定為（5%10%）（為發(fā)電機勵磁電壓）；動作時限避開瞬時出現(xiàn)的兩點接地故障整定，一般為0.51.0s。三轉(zhuǎn)子兩點接地保護邏輯框圖勵磁回路兩點接地保護軟連接片勵磁回路兩點接地保護硬連接片勵磁回路一點接地tt保護動作第二章 反映短路故障的后備保護第一節(jié) 過電流保護發(fā)電機差動保護范圍外發(fā)生故障，而故障設(shè)備的保護或斷路器拒絕動作時，將引起發(fā)電機過電流。為此發(fā)電機裝設(shè)了反映外部故障的過電流保護。同時，該保護也作為發(fā)電機的后備保護。一 發(fā)電機復(fù)合電壓起動的過電流保護復(fù)合電壓起動的過電流保護由過電流

36、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)電機組還需要增加記憶元件，作為后備保護。復(fù)合電壓起動的過電流保護需加延時動作，在動作時限上與相鄰后備保護相配合。復(fù)合電壓啟動起動元件由一個過濾式負序電壓繼電器FYG和一個低電壓繼電器組成。低電壓繼電器經(jīng)負序電壓繼電器的常閉觸點接于相間電壓上，以保證保護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。因為在發(fā)生三相短路開始瞬時將會短視出現(xiàn)負序電壓，使負序電壓繼電器動作，待負序消失后，負序電壓繼電器返回，低電壓繼電器又接在相間電壓上。若使低電壓繼電器返回，則要求發(fā)電機母線的殘壓必須大于繼電器的返回電壓。由于三相短路時

37、三線電壓均降低，故低電壓繼電器仍然處于動作狀態(tài)，此時保護的工作情況即相當(dāng)于低電壓起動的過電流保護。 1.復(fù)合電壓起動的過電流保護整定原則(1).電流元件的動作電流按躲過發(fā)電機額定電流整定即： 式中 可靠系數(shù)，取1.2 返回系數(shù)，取0.85(2).負序電壓繼電器的動作電壓，按躲過真反常運行時出現(xiàn)的最大不平衡電壓整定。根據(jù)運行經(jīng)驗通常取 (3).低電壓元件的動作電壓按躲過電動機自起動的電壓確定，此外還應(yīng)躲過發(fā)電機失磁運行時的最低運行電壓。一般?。?2復(fù)合電壓起動的過電流保護特點(1).由于負序電壓繼電器的整定值小，在后備保護范圍內(nèi)發(fā)生不對稱短路故障時，電壓元件有較高的靈敏度；(2).在Y/ 接線的

38、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)；(3).三相短路時，由于瞬時出現(xiàn)負序電壓，負序電壓繼電器動作后低電壓繼電器由于失壓一定能動作。待負序電壓消失后負序電壓繼電器返回，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.負荷過電流保護邏輯框圖機端TV三相斷線低電壓起動元件投入低電壓起動元件動作記憶功能投入相電流過電流元件動作負序過電流元件動作后備保護硬連接片投入1復(fù)合過流軟連接投入二發(fā)電機低電壓起動的過電流保護 1.低電壓起動的過電流保護的原理分析發(fā)電機過負荷運行情況下，其電壓不會顯著下降，而該保護再低電壓時才會啟動，為此，此時保護不動作。過電流保護按照躲

39、過發(fā)電機的額定電流來整定，因為不考慮可能出現(xiàn)的最大負荷電流，從而降低了保護的動作整定值，提高了保護的靈敏度。另外電流繼電器接在發(fā)電機的中性點側(cè)的電流互感器上，電壓繼電器接在相間電壓上，這樣相間短路有較高的靈敏度2.保護的整定計算 （1）過電流保護的動作電流按躲過發(fā)電機的額定電流整定，即： 式中 可靠系數(shù)，取1.2 返回系數(shù)，取0.85 發(fā)電機的額定電流 （2）低電壓起動元件的動作值按躲過正常運行情況下可能出現(xiàn)的最低工作電壓整定，并當(dāng)發(fā)電機外部故障切除后，在電動機啟動過程中低電壓元件應(yīng)可靠返回，即：式中 正常運行時可能出現(xiàn)的最小工作電壓，一般?。榘l(fā)電機額定電壓） 可靠系數(shù)，取1.11.2 返回

40、系數(shù)，取1.151.25 對于汽輪發(fā)電機組，低電壓起動元件的動作電流還應(yīng)躲過發(fā)電機失磁后出現(xiàn)非同步運行方式時的最低電壓，一般采用： (2) 過電流保護的動作時限，應(yīng)比發(fā)電機電壓母線上其他連接元件保護的最大動作時限大二至三個時限階段，即： 三 發(fā)電機負序過電流保護發(fā)電機負序過電流保護一般為兩段式負序過電流保護。當(dāng)發(fā)電機在正常運行時，定子繞組中沒有負序電流或由于負荷不平衡而引起的負序分量，當(dāng)外部發(fā)生不對稱短路時將出現(xiàn)很大的負序電流。因此，通常采用的定時限負序過電流保護的動作電流不必要考慮躲過發(fā)電機正常運行時的負荷電流因而提高了該保護反應(yīng)不對稱故障的靈敏度?？紤]到發(fā)電機正常運行時由于負荷不對稱而在定

41、子繞組中有負序電流產(chǎn)生，發(fā)電機在制造時對長期允許負序電流有一定的裕度，故要求負序電流保護還應(yīng)起到監(jiān)視發(fā)電機負序電流負荷的作用。負序過負荷時，保護動作并經(jīng)延時作用于信號。1.保護原理兩段式定時限負序過電流保護裝置由作為不對稱短路起動元件的兩個負序電流繼電器、作為對稱短路起動元件的低電壓繼電器、電流互感器等組成。接在負序電流濾過器輸出端的負序電流繼電器具有較小的整定值，稱為靈敏電流元件，動作于延時信號；另一個負序電流繼電器具有較大的整定值，稱為不靈敏電流元件，作用于發(fā)電機跳閘。由于三相對稱短路不存在負序電流分量，因此負序過電流保護不能反應(yīng)三相短路故障，還需要裝設(shè)另外一個單相式的低電壓起動過電流保護

42、，用于反應(yīng)三相短路故障。過負荷保護接于一相電流中的電流繼電器和共用時間繼電器組成，作用后延時發(fā)出信號。2.發(fā)電機負序過電流保護整定原則（1）.對反應(yīng)負序過負荷的靈敏元件動作電流應(yīng)躲過發(fā)電機在最大可能過負荷情況下，計及系統(tǒng)頻率可能降低和負序電流濾過器的誤差等原因而引起的不平衡電流，動作電流可取為： 式中 發(fā)電機額定電流負序或負荷的動作時限應(yīng)大于后備保護的最大時限，一般取59s。(2）.對于反應(yīng)負序過電流的不靈敏元件A.按轉(zhuǎn)子的發(fā)熱條件整定： B發(fā)電機的負序電流保護只與升壓變壓器上的負序電流相配合，動作電流為： 式中 配合系數(shù)，取1.1 計算方式下變壓器高壓側(cè)發(fā)生故障且流過升壓變壓器的負序電流正好

43、與變壓器的負序電流保護的動作電流相等時，流過被保護發(fā)電機的負序電流不靈敏電流元件的動作時限選擇原則與后備保護相同，一般當(dāng)升壓變壓器高壓側(cè)發(fā)生不對稱故障時，應(yīng)在25s內(nèi)切除故障。(3).對單相式低壓起動的過流保護單相式低壓起動的過流保護的過電流保護整定原則同上(4).對對稱過負荷保護對稱過負荷保護延時動作與信號，為了防止外部短路時保護裝置誤動作，其動作時限應(yīng)比后備保護的動作時限大一個時限階段，動作電流按下式整定：式中 可靠系數(shù)，取1.05 返回系數(shù)，取0.85 發(fā)電機額定電流四反時限負序過電流保護在電力系統(tǒng)中發(fā)生不對稱短路故障或非全相運行時，發(fā)電機定子繞組內(nèi)出現(xiàn)負序電流，在定子氣隙中產(chǎn)生負序旋轉(zhuǎn)

44、磁場，旋轉(zhuǎn)磁場具有兩倍同步轉(zhuǎn)速在轉(zhuǎn)子中感應(yīng)出100HZ的電流。該電流引起的附加損耗與電流的平方成正比，并在槽楔與齒壁之間、齒于護環(huán)之間、端部阻尼環(huán)及護環(huán)內(nèi)表面等局部有高密度的電流產(chǎn)生，可能造成轉(zhuǎn)子在這些部位的燒傷。與此同時，負序旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子之間，正序旋轉(zhuǎn)磁場與定子負序電流之間所產(chǎn)生的100HZ脈動電磁轉(zhuǎn)矩，將同時作用在發(fā)電機的轉(zhuǎn)子和定子上，引起發(fā)電機組的機械振動。因此，反時限負序過電流保護是防止轉(zhuǎn)子由于負序電流燒傷的主保護。保護動作與跳閘，同時要求能起到監(jiān)視發(fā)電機負序過負荷的作用，并且發(fā)出過負荷信號。第二節(jié) 阻抗保護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和負序電流及單

45、項式低電壓起動的過電流保護時不能滿足靈敏性和選擇性要求時，可采用阻抗保護。變壓器阻抗保護通常作為330KV及以上大型變壓器相間短路的后備保護，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)阻抗保護的起動元件和阻抗元件均動作、阻抗保護的壓板投入、TV斷線檢測元件不動作，且經(jīng)過預(yù)定的延時后，保護動作與跳閘。1.起動元件起動元件由由相電流差突變量起動元件和負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： i_I_set或I_2I_(set,2)式中：i_為相電流突變量；I_2為負序電流；I_set、I_(se

46、t,2)分別為相電流突變量起動元件和負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。2.阻抗元件阻抗元件時變壓器阻抗保護的測量元件，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。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，由保護的控制字控制。3.TV斷線檢測元件TV斷線檢測元件的作用是防止TV斷線時，變壓器阻抗保護誤動作。當(dāng)該元件檢測到TV二次回路斷線時，將阻抗保護閉鎖，并發(fā)出告警信息。阻抗保護邏輯框圖BC相間阻抗判據(jù)動作CA相間阻抗判據(jù)動作相電流突變量啟動元件動作負序電流突變量啟

47、動元件動作后備保護應(yīng)連接片投入阻抗保護軟連接片投入機端TV斷線&1保護段動作t1t2保護段動作AB相間阻抗判據(jù)動作第三章 反映接地故障的保護第一節(jié) 轉(zhuǎn)子一點接地保護發(fā)電機正常運行時，轉(zhuǎn)子回路對地之間有一定的絕緣電容和分布電阻。當(dāng)轉(zhuǎn)子回路發(fā)生一點接地故障時，由于沒有形成電流回路，對發(fā)電機運行沒有直接影響；一旦發(fā)電機發(fā)生轉(zhuǎn)子兩點接地后，勵磁繞組將形成短路，使轉(zhuǎn)子磁場畸變，引起機體強烈震動，嚴重損壞發(fā)電機。因此，有關(guān)規(guī)程要求發(fā)電機必須裝有轉(zhuǎn)子回路一點接地保護，動作于信號；裝設(shè)轉(zhuǎn)子回路兩點接地保護，動作于跳閘。一 轉(zhuǎn)子回路一點接地保護原理分析1.保護原理： 切換采樣式轉(zhuǎn)子一點接地保護采用開關(guān)切換采樣原

48、理，通過求解兩個不同的接地回路方程，實時計算轉(zhuǎn)子接地電阻和接地位置。 當(dāng)設(shè)S1閉合，S2斷開時，在上測得電壓；當(dāng)S2閉合，S1斷開時，在上測得電壓。，則： 正常運行時：4個電阻R對稱，；轉(zhuǎn)子一點接地時，,當(dāng)接地電阻小于或等于接地電阻整定值 時，經(jīng)延時發(fā)信號。2.保護的整定計算：保護的接地電阻整定值取決于正常運行時轉(zhuǎn)子回路的絕緣水平。當(dāng)接地電阻的高整定值整定為10K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10K時，延時（14s）動作與跳閘。第二節(jié) 定子接地保護根據(jù)安全要求，發(fā)電機的外殼都是接地的。因此，發(fā)電機定子繞組與鐵心間的絕緣在某一點上遭到破壞，就有可能發(fā)生單相接地故

49、障。當(dāng)接地電流較大在故障點引起電弧時，將破壞定子繞組的絕緣及燒壞鐵心，嚴重時燒傷發(fā)電機。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)電機額定電壓有關(guān)。發(fā)電機額定電壓越高，其安全電流越小，反之亦然。發(fā)電機中性點一般不接地或經(jīng)消弧線圈接地，當(dāng)發(fā)電機內(nèi)部單相接地時，流經(jīng)接地點的電流為發(fā)電機與發(fā)電機有直接電聯(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；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。一 發(fā)電機定子繞組單相接地故障的分析1. 定子繞組的單相接地故障的零序電壓正常運行時，發(fā)電機機端三相電壓時對稱的。當(dāng)發(fā)

50、電機機端U相發(fā)生金屬性接地故障時，U相對地電壓,其他兩相對地電壓升高倍，顯然當(dāng)發(fā)電機一相金屬性接地時，極端零序電壓的大小等于發(fā)電機故障前的相電壓。當(dāng)發(fā)電機U相接地發(fā)生定子繞組距中性點處，則各相機端對地電壓將隨著故障點的位置不同而改變。當(dāng)接地點發(fā)生在中性點處時，發(fā)電機零序電壓的大小等于故障前想電動勢的倍。2.正常運行和定子單相接地時三次諧波電壓分布（1）正常運行時三次諧波電壓分布。任何一臺發(fā)電機的相電動勢中都含有諧波分量，在設(shè)計發(fā)電機時利用發(fā)電機繞組的分布和短節(jié)距來消除5次、7次諧波，以消除對電壓波形的影響。而三次諧波的相序?qū)倭阈蚍至?，在線電壓中可以將它消除，但在相電動勢中依然存在。根據(jù)大量實測

51、資料表明每臺發(fā)電機的相電動勢中約有2%10%的三次諧波分量。當(dāng)發(fā)電機中性點對地接地時，正常運行情況下，發(fā)電機機端的三次諧波電壓總是小于中性點側(cè)的三次諧波電壓。極限情況，當(dāng)發(fā)電機出線端開路（即）時，;當(dāng)發(fā)電機中性點經(jīng)消弧線圈接地時，正常運行情況下，機端三次諧波電壓比中性點側(cè)的三次諧波電壓更小。因此，發(fā)電機正常運行時機端三次諧波電壓總是小于中性點側(cè)的三次諧波電壓。（2）距中性點處發(fā)生單相接地時三次諧波分布。當(dāng)發(fā)電機定子繞組發(fā)生金屬性單相接地時，不論發(fā)電機中性點有無消弧線圈恒有?？梢姲l(fā)電機中性點接地時;發(fā)電機機端接地時；當(dāng)=0.5時二反應(yīng)基波零序電壓的定子接地保護根據(jù)發(fā)電機單相接地時定子回路出現(xiàn)零序

52、電壓，且零序電壓的大小與接地點的位置有關(guān)的特點 ，利用機端電壓互感器開口三角繞組的輸出電壓構(gòu)成了反應(yīng)基波零序電壓的零序電壓的定子接地保護。該保護的過電壓元件檢測發(fā)電機機端電壓互感器二次側(cè)開口三角形的輸出電壓，當(dāng)檢測的電壓大于保護的動作整定值時，過電壓元件動畫做發(fā)信號。由于正常運行時，發(fā)電機相電壓中含有三次諧波，因此，在機端電壓互感器開口三角形繞組一側(cè)也有三次諧波電壓輸出。此外，當(dāng)變壓器高壓側(cè)發(fā)生接地故障時，由于變壓器高、低繞組之間由耦合電容存在。發(fā)電機機端也產(chǎn)生零序電壓，為了保證保護動作的選擇性，保護裝置的整定值應(yīng)避開正常運行時的不平衡電壓（包括三次諧波電壓），以及變壓器高壓側(cè)接地時在發(fā)電機機端產(chǎn)生的零序電壓。根據(jù)運行經(jīng)驗，保護的起動電壓一般整定為1530KV左右，考慮采用性能良好的三次諧波濾過器后，其動作值可降至510KV。顯然，保護在中性點附近有5%10%的死區(qū)。若定子繞組經(jīng)過渡電阻Rf單相接地時，則死區(qū)更大。這對于大、中型發(fā)電機是布