电力设备继电保护原理与整定计算

1、电力设备继电保护原理电力设备继电保护原理与整定计算与整定计算变压器保护变压器保护1.1.电力变压器的故障和异常运行状态电力变压器的故障和异常运行状态 油箱内的故障：油箱内的故障：（1 1）变压器绕组匝间短路）变压器绕组匝间短路（2 2）中性点直接接地的单相短路）中性点直接接地的单相短路（3 3）相间短路、异地两点接地短路）相间短路、异地两点接地短路（4 4）铁心烧损）铁心烧损以上故障后果严重：产生电弧，引起绝缘物剧烈气以上故障后果严重：产生电弧，引起绝缘物剧烈气化，可致油箱爆炸化，可致油箱爆炸一、变压器故障及其保护配置一、变压器故障及其保护配置 油箱外的故障油箱外的故障 变压器套管和引线发生相

2、间短路和接地短路变压器套管和引线发生相间短路和接地短路 变压器异常运行状态变压器异常运行状态 (1)(1)系统发生相间短路引起的过电流系统发生相间短路引起的过电流 (2)(2)中性点直接接地系统接地短路引起的中性点直接接地系统接地短路引起的过电流过电流；中；中 性点非直接接地系统接地故障引起的中性点性点非直接接地系统接地故障引起的中性点过电压过电压 (3)(3)过负荷过负荷(4)(4)漏油引起的油面下降漏油引起的油面下降(5)(5)变压器各部分过热和冷却系统故障变压器各部分过热和冷却系统故障(6)(6)过励磁过励磁2 2 . .电力变压器的保护配置（电力变压器的保护配置（与容量相关与容量相关）

3、 （1 1） 瓦斯保护瓦斯保护 油箱内的各种故障使箱内产生气体油箱内的各种故障使箱内产生气体( (瓦斯瓦斯) ) 少量气体和油流速度较小时，轻瓦斯动作于信号少量气体和油流速度较小时，轻瓦斯动作于信号 故障严重，气体量大、油流速度高时，重瓦斯瞬时动故障严重，气体量大、油流速度高时，重瓦斯瞬时动作于跳闸作于跳闸 瓦斯保护是铁心烧损的唯一保护，对各种内部短路也瓦斯保护是铁心烧损的唯一保护，对各种内部短路也有保护作用有保护作用 动作速度不及差动保护动作速度不及差动保护 800kVA800kVA及以上的油浸式变压器和及以上的油浸式变压器和400kVA400kVA及以上的车间及以上的车间内油浸式变压器均应

4、装设瓦斯保护内油浸式变压器均应装设瓦斯保护（2 2）电流速断保护）电流速断保护 容量在容量在6300kVA6300kVA以下的厂用工作变压器与并列以下的厂用工作变压器与并列运行的变压器运行的变压器 10000kVA10000kVA以下厂用备用变压器和单独运行的以下厂用备用变压器和单独运行的变压器变压器 后备保护时限大于后备保护时限大于0.5s0.5s时，应装设电流速断时，应装设电流速断 整定整定 以变压器副方短路保护不动作为整定条件以变压器副方短路保护不动作为整定条件 校验校验 按保护安装处最小短路电流校验：按保护安装处最小短路电流校验：K Ksensen 2 2（3 3）纵差保护）纵差保护

5、6300kVA6300kVA及以上的厂用工作变和并列运行变压器及以上的厂用工作变和并列运行变压器 10000kVA10000kVA及以上的厂用备用变和单独运行变压器及以上的厂用备用变和单独运行变压器 2000kVA2000kVA及以上用电流速断保护灵敏性不符合要求及以上用电流速断保护灵敏性不符合要求的变压器的变压器 电压为电压为330kV330kV及以上的变压器，可装设双重纵差及以上的变压器，可装设双重纵差 对于发对于发变组单元接线，当发电机与变压器之间变组单元接线，当发电机与变压器之间有断路器时，变压器应装设单独的纵差保护有断路器时，变压器应装设单独的纵差保护 对于大型发对于大型发变组，即使

6、发电机与变压器之间没变组，即使发电机与变压器之间没有断路器，也应装设变压器单独的纵差保护有断路器，也应装设变压器单独的纵差保护（4 4） 零零( (序序) )差差( (动动) )保护保护 变压器中性点直接接地的变压器中性点直接接地的Y Y绕组发生单相接地故障绕组发生单相接地故障时，纵差保护的灵敏度较低时，纵差保护的灵敏度较低 可以采用零差保护提高可以采用零差保护提高接地故障的灵敏度接地故障的灵敏度 空载合闸的激磁涌流和空载合闸的激磁涌流和 调压分接头的调节不增调压分接头的调节不增 加零差保护的不平衡电加零差保护的不平衡电 流流 零差保护灵敏度较高零差保护灵敏度较高（5 5）相间故障的后备保护）

7、相间故障的后备保护 过流保护过流保护用于降压变压器用于降压变压器 低压闭锁过流保护低压闭锁过流保护 用于过流保护灵敏度不足的降压变压器用于过流保护灵敏度不足的降压变压器 复压启动的过流保护复压启动的过流保护用于过流保护灵敏度不足的降压变压器和升压变压器用于过流保护灵敏度不足的降压变压器和升压变压器 负序过电流保护负序过电流保护用于大容量升降压变压器和系统联络变压器用于大容量升降压变压器和系统联络变压器 低阻抗保护低阻抗保护在（在（3 3）（）（4 4）灵敏度不足时用于大容量升降压变压器和）灵敏度不足时用于大容量升降压变压器和系统联络变压器（有效性有待进一步研究：王维俭）系统联络变压器（有效性有

8、待进一步研究：王维俭）（6 6）接地故障的后备保护）接地故障的后备保护 110kV110kV及以上中性点直接接地系统，变压器中及以上中性点直接接地系统，变压器中性点可能接地，也可能不接地性点可能接地，也可能不接地 应装设带或不带方向的零序电流、电压保护应装设带或不带方向的零序电流、电压保护 1 1）变压器分级绝缘、中性点接地运行时）变压器分级绝缘、中性点接地运行时 设置两段式零序电流保护，分别与相邻线路零设置两段式零序电流保护，分别与相邻线路零序电流序电流I I段和后备段配合段和后备段配合 以两段时限跳闸：第一时限动作于跳开母联开以两段时限跳闸：第一时限动作于跳开母联开关，第二时限跳开变压器两

9、侧开关关，第二时限跳开变压器两侧开关 作母线作母线/ /线路后备时线路后备时K Ksensen分别大于分别大于1.5/1.21.5/1.2 2 2）变压器分级绝缘、中性点可能接地）变压器分级绝缘、中性点可能接地/ /不接地运行不接地运行 变压器中性点装设放电间隙变压器中性点装设放电间隙两段式零序电流保护，整定同两段式零序电流保护，整定同 1 1）增设反应零序电压和间隙放电电流的零序电流增设反应零序电压和间隙放电电流的零序电流电压保护为中性点不接地运行时的保护电压保护为中性点不接地运行时的保护 变压器中性点不装设放电间隙变压器中性点不装设放电间隙两段式零序电流保护：整定同两段式零序电流保护：整定

10、同 1 1）增设中性点无零序电流和母线有零序电压的零增设中性点无零序电流和母线有零序电压的零序电流电压保护为中性点不接地运行时的保护序电流电压保护为中性点不接地运行时的保护（7 7）变压器过励磁保护）变压器过励磁保护1 1）变压器过励磁）变压器过励磁 变压器感应电压为变压器感应电压为 U=4.44fWBSU=4.44fWBS 变压器工作磁密为变压器工作磁密为 B=U/4.44fWS=KB=U/4.44fWS=K1 1(U/f)(U/f)（K K为常数，与变压器绕组匝数为常数，与变压器绕组匝数W W、铁芯截面、铁芯截面S S有关）有关） 过励磁倍数为过励磁倍数为 n=B/Bn=B/Be e=(U

11、/U=(U/Ue e)/ (f/f)/ (f/fe e) ) 电压升高（甩负荷）和频率下降（机组跳闸后减电压升高（甩负荷）和频率下降（机组跳闸后减 速而灭磁开关拒动等），都将引起过励磁：速而灭磁开关拒动等），都将引起过励磁：铁芯严重饱和、励磁电流大大增加铁芯严重饱和、励磁电流大大增加铁芯严重发热、绝缘迅速老化铁芯严重发热、绝缘迅速老化2 2）变压器过励磁保护）变压器过励磁保护 传统保护如原理框图：传统保护如原理框图： Uc=U/nynLH(2 fRC)2 + 11/2 =K2U/f = KB ( 2 f RC 1 ) 给定允许过励磁倍数曲线给定允许过励磁倍数曲线 nt nt 时，过励磁保时，过

12、励磁保护按护按ntnt反时限特性整定反时限特性整定 也可按定时限特性整定：也可按定时限特性整定： n=1.11.2 , t=5s 发信号；发信号； n=1.21.4 , t=120s 跳闸；跳闸； 微机保护中均按微机保护中均按ntnt反时限反时限 特性整定特性整定3.其它其它 参照二十五项反事故措施实施细则，220kV主变压器采用具有独立性、完整性、成套性的双重化主保护、后备保护配置。双重化主保护为两种不同原理的差动保护；双套后备保护采用的是相同配置；一套本体非电量保护。 主变压器微机保护双重化是指电气量保护的双重化，要求两套保护完全独立（测量回路、电源），运行时两套保护均投入运行。主变保护双

13、重化配置的保护装置之间不应有任何电气联系。 主变压器二套完整的电气量保护分别作用于断路器的两个跳闸线圈，一套非电量保护的跳闸回路应同时作用于断路器的两个跳闸线圈。 对500kV大容量变压器后备保护根据需要可采用阻抗保护和过励磁保护，复压方向过流灵敏度不足时可使用负序过电流或负序方向过电流保护。自耦变压器主保护可增加零序差动保护。二、变压器纵差保护二、变压器纵差保护（一）（一）变压器纵差保护的基本原则变压器纵差保护的基本原则1.1.变压器纵差保护的原理接线变压器纵差保护的原理接线2.2.变压器纵差保护的基本原则变压器纵差保护的基本原则 各侧电流额定电流不同，需适当选择各侧电流互各侧电流额定电流不

14、同，需适当选择各侧电流互感器变比感器变比 各侧电流相位不同，需适当调整各侧电流相位各侧电流相位不同，需适当调整各侧电流相位 LHLH励磁特性不同产生的励磁特性不同产生的不平衡电流不平衡电流需考虑稳态不平衡电流需考虑稳态不平衡电流 变压器差动保护变压器差动保护: :包含磁路藕合包含磁路藕合需考虑暂态不平衡电流需考虑暂态不平衡电流（二）（二）变压器纵差保护的主要特点变压器纵差保护的主要特点1.1.变压器纵差保护的暂态不平衡电流变压器纵差保护的暂态不平衡电流 差动保护的基本特点差动保护的基本特点, ,是被保护线路是被保护线路/ /设备正常设备正常运行或区外故障，运行或区外故障，满足节点满足节点/ /

15、割集电流定律，割集电流定律，有：有： I Ii i=0=0 变压器差动保护变压器差动保护: :包含磁路藕合包含磁路藕合 I Ii i=I=Iu u ( (I Iu u为变压器励磁电流为变压器励磁电流) )一侧空载合闸时的励磁涌流一侧空载合闸时的励磁涌流: : I Iu u10I10IN N ( (I IN N为变压器额定电流为变压器额定电流) ) 不满足节点不满足节点/ /割集电流定律割集电流定律2.2.变压器的变压器的励磁涌流励磁涌流 励磁涌流远远大于励磁涌流远远大于稳态不平衡电流，是影响变压器稳态不平衡电流，是影响变压器纵差保护工作的主要因素纵差保护工作的主要因素(1) (1) 产生产生励

16、磁涌流的原因励磁涌流的原因 正常工作时正常工作时, , 磁通磁通 滞后于工作电压滞后于工作电压U U的角度为的角度为90900 0 变压器空载合闸或外部固故障切除、电压恢复时，变压器空载合闸或外部固故障切除、电压恢复时， 如果工作电压瞬时值为如果工作电压瞬时值为0 0，应有，应有 = = m m 磁通磁通 不能突变，出现幅值不能突变，出现幅值 m m的非周期分量的非周期分量磁通磁通 考虑铁芯剩余磁通考虑铁芯剩余磁通 s s 出现最大出现最大磁通磁通 maxmax=2 =2 m m+ + s s，铁芯严重饱和，产生铁芯严重饱和，产生励磁涌流励磁涌流(2) (2) 单相变压器的空载合闸单相变压器的

17、空载合闸 工作磁通为工作磁通为 = = m m+ + s s m mcos cos t t t = 0 t = 0 时合闸，时合闸， = = s s t = 180t = 1800 0 时合闸，时合闸， = = maxmax=2 =2 m m+ + s s 铁芯严重饱和，产生很大的铁芯严重饱和，产生很大的励磁涌流励磁涌流 I Iu.maxu.max= 4= 4 20I20Ie.Be.B(3) (3) 三相变压器的空载合闸三相变压器的空载合闸 在任何时刻空载合闸，至少两相出现在任何时刻空载合闸，至少两相出现励磁涌流励磁涌流 可能出现对称可能出现对称涌涌流，两相流，两相涌流差不含直流分量涌流差不含

18、直流分量(4) (4) 空载合闸涌流的主要特点空载合闸涌流的主要特点 包含有很大成分的非周期分量（对称涌流除外）包含有很大成分的非周期分量（对称涌流除外） 包含有大量的高次谐波，而以二次谐波为主包含有大量的高次谐波，而以二次谐波为主 波形之间出现间断波形之间出现间断(5 ) (5 ) 在变压器纵差保护中防止涌流影响的方法在变压器纵差保护中防止涌流影响的方法 采用速饱和采用速饱和BLHBLH 鉴别短路电流和励磁涌流波形的差别鉴别短路电流和励磁涌流波形的差别 利用二次谐波制动等利用二次谐波制动等3.3.变压器纵差保护的稳态不平衡电流变压器纵差保护的稳态不平衡电流 LHLH励磁特性不同产生的励磁特性

19、不同产生的不平衡电流不平衡电流 变压器各侧一次电流幅值变压器各侧一次电流幅值 相位不等相位不等产生的产生的不不平衡电流平衡电流需进行幅值补偿需进行幅值补偿( (选择各侧选择各侧LHLH变比校正二次变比校正二次电流大小电流大小) )需进行相位校正需进行相位校正( (选择各侧选择各侧LHLH接线方式使二接线方式使二次电流相位相同次电流相位相同) )微机变压器保护由软件进行幅值微机变压器保护由软件进行幅值 相位校正相位校正 变压器带负荷调压引起的不平衡电流变压器带负荷调压引起的不平衡电流 变压器各侧二次电流幅值变压器各侧二次电流幅值 相位校正相位校正 不平衡电流具体计算如下：不平衡电流具体计算如下：

20、变压器各侧二次电流幅值变压器各侧二次电流幅值 相位相位校正校正不完全时不完全时 I Iunb.1 unb.1 = = mImId.maxd.max 正确校正后，正确校正后， m5%m 2 2 不满足要求时，使用带制动特性的差动保护不满足要求时，使用带制动特性的差动保护2.2.使用速饱和变流器使用速饱和变流器BLHBLH的差动保护的差动保护(1)(1)速饱和变流器速饱和变流器BLHBLH工作特性工作特性 铁芯截面积较小，极易饱和铁芯截面积较小，极易饱和 BLHBLH二次感应电势二次感应电势E E与磁场密度变化率与磁场密度变化率 B B成正比成正比 加入周期性电流时，加入周期性电流时，B B按磁滞

21、环按磁滞环2 2变化，变化， B B很大，很大， E E也很大，接于也很大，接于BLHBLH二次侧的差动继电器易于动作二次侧的差动继电器易于动作 加入非周期性电流时，加入非周期性电流时， B B按磁滞环按磁滞环2 2/ /变化，变化， B B很很小，小， E E也很小，差动继电器不易动作也很小，差动继电器不易动作 区外故障时区外故障时, ,暂态不平衡电流含大量暂态不平衡电流含大量非周期性电非周期性电流流, ,差动继电器不易误动作差动继电器不易误动作(2)(2)速饱和变流器速饱和变流器BLHBLH的应用的应用 采用速饱和变流器后，暂态不平衡电流的计算中，采用速饱和变流器后，暂态不平衡电流的计算中

22、，非周期分量系数非周期分量系数 K Kapap= =1 1 在内部故障电流含有在内部故障电流含有大量大量非周期性电流时，接有非周期性电流时，接有速速饱和变流器的差动继电器动作速度受到影响：饱和变流器的差动继电器动作速度受到影响： 只有当只有当非周期性电流大量衰减后保护才能动作非周期性电流大量衰减后保护才能动作 大容量发电机、变压器：时间常数很大，非周期性大容量发电机、变压器：时间常数很大，非周期性电流衰减很慢：不能使用电流衰减很慢：不能使用BLHBLH 广泛用于中、小容量广泛用于中、小容量发电机、变压器发电机、变压器差动差动保护中保护中3.3.使用带制动特性的差动保护使用带制动特性的差动保护

23、一般差动保护一般差动保护动作特性：动作特性： RSRS 带制动差动保护带制动差动保护特性：特性：PQSPQS无制动工作区：无制动工作区：PQPQI Iop.minop.minIIunb.minunb.min制动工作区：制动工作区：QSQSKSTSKSTS= = I Iunb.maxunb.max 变压器差动保护的动作电流均取各侧电流相量变压器差动保护的动作电流均取各侧电流相量和的绝对值和的绝对值I Iopop=|=| I Ii i| |作为动作电流。作为动作电流。 由于变压器外部故障时存在较大不平衡电流，由于变压器外部故障时存在较大不平衡电流，因此变压器差动保护常常采用各种带有制动特因此变压器

24、差动保护常常采用各种带有制动特性的差动保护。性的差动保护。 如果制动电流为如果制动电流为I Iresres，比率制动系数为比率制动系数为K Kresres, ,则差动保护动作方程为则差动保护动作方程为: :（1 1）比率制动特性的差动保护）比率制动特性的差动保护 比率制动特性的差动保护利用穿越性故障电流比率制动特性的差动保护利用穿越性故障电流作为制动电流克服差动不平衡电流，以防止在作为制动电流克服差动不平衡电流，以防止在外部短路时差动保护的误动作。外部短路时差动保护的误动作。resresopIKI 下面以双圈变压器为例进行讨论。如果各侧电下面以双圈变压器为例进行讨论。如果各侧电流为流为I Im

25、 m 和和I In n，则普通比率制动特性的差动保护，则普通比率制动特性的差动保护的动作判据为的动作判据为 式中，式中，Kres为比率制动系数，为比率制动系数，Iop.min为最小动作为最小动作电流。电流。 式中第一式是辅助判据，第二式是主判据，两式中第一式是辅助判据，第二式是主判据，两式同时满足时保护跳闸。式同时满足时保护跳闸。.min|mnopmnresmnIIIIIKII1)1)无制动工作区无制动工作区PQPQ正常工作或外部短路电流较小时正常工作或外部短路电流较小时,LH,LH处于不饱处于不饱和工作状态，和工作状态， I Iunbunb很小，无需制动很小，无需制动2)2)制动工作区制动工

26、作区QSQS 外部短路电流大时外部短路电流大时, LH, LH进入饱和工作状态：进入饱和工作状态： I Iunbunb ，I Iresres , , I Iop op 定义制动系数定义制动系数: K: Kresres=I=Iopop/ I/ Iresres 考虑考虑PQPQ段特性后段特性后， K Kresres并非常数并非常数 常用常用QSQS斜率表示制动性能：斜率表示制动性能：m=PR/NKm=PR/NK（2 2）复式比率制动特性的差动保护）复式比率制动特性的差动保护 为了提高比率制动特性差动保护的灵敏性，希望进一步降低在发生变压器内部短路时的制动电流，可采用复式比率制动特性差动保护。其保护

27、算法为：.min|(|) |mnopmnresmnmnIIIIIKIIII 理想条件下在变压器外部短路时差动电流为零，则主判据左边分子项为零；在变压器内部短路时主判据左边分母近似为零，则主判据左边比值很大。 复式比率制动特性变压器差动保护判据计算的比率在内部短路和外部短路两种状态下有极大的差别，使其具有更加良好的选择性。（3 3）标积制动特性的差动保护）标积制动特性的差动保护 原理：差动保护区两侧电流为原理：差动保护区两侧电流为I I1 1， I I2 2时时，以其标积为以其标积为制动量：制动量： I Ires res = | I= | I1 1|.| I|.| I2 2|cos (|cos

28、( ) , ) , 其中其中 =arg(=arg(I I1 1/ I/ I2 2) ) : :区外故障区外故障 =180=1800 0，I Ires res = | I= | I1 1|.| I|.| I2 2| = | I| = | I1 1| |2 2 = I= Ires.max res.max 制动作用最强，差动保护被可靠制动制动作用最强，差动保护被可靠制动区内故障区内故障 90900 0，I Ires res 0 , 15% 15% 20% 20% （I Id2d2为为I Id d中二次谐波分量）中二次谐波分量）（4 4）间断角制动方案（间断角制动方案（涌流检测方法涌流检测方法2 2）

29、涌流的另一特征是出现间断角。根据厂家推涌流的另一特征是出现间断角。根据厂家推荐，一般整定间断角荐，一般整定间断角 J J=60=600 0 70 700 0（5 5）五次谐波制动五次谐波制动（过励磁检测过励磁检测） U=1.3U=1.3 1.5U1.5UN N，变压器稳态过励磁，变压器稳态过励磁: : I Iu u I Iunb.5 unb.5 为防止为防止保护误动，保护误动， 增设增设五次谐波制动五次谐波制动500KV500KV超高压大容量变压器不允许过励磁超高压大容量变压器不允许过励磁运行运行 （铁耗与涡流损耗引起铁芯严重过热，甚（铁耗与涡流损耗引起铁芯严重过热，甚至导致绝缘破坏），另设过

30、励磁保护至导致绝缘破坏），另设过励磁保护带比率制动特性带比率制动特性的差动保护的差动保护动作逻辑动作逻辑三、变压器相间故障的后备保护三、变压器相间故障的后备保护（一）过流保护（一）过流保护 对于对于n n台并联的变压器，其动作电流为台并联的变压器，其动作电流为 Iop= KrelIL.max / Kr Krel、 Kr：可靠系数和返回系数：可靠系数和返回系数 IL.max ：最大负荷电流，应考虑：最大负荷电流，应考虑n台变压器中有一台变压器中有一台被切除后的负荷转移（台被切除后的负荷转移（ IN 为变压器额定电流）为变压器额定电流） IL.max = nIN / (n-1) 对于直接向负荷供电

31、的降压变压器对于直接向负荷供电的降压变压器, , 还需考还需考虑自启动系数虑自启动系数K Kzqzq 考虑在自启动时过流保护应可靠返回，有：考虑在自启动时过流保护应可靠返回，有： I Ir r = K = KrelrelK KzqzqI IL.max L.max = K= Kr r I Iopop其中，返回其中，返回电流电流I Ir r；返回系数；返回系数K Kr r I Iopop= K= KkelkelK KzqzqI IL.max L.max / K/ Kr r 做相邻元件后备保护时灵敏度往往不足，需采做相邻元件后备保护时灵敏度往往不足，需采用其它提高灵敏度的措施用其它提高灵敏度的措施（

32、二）低压闭锁过流保护（二）低压闭锁过流保护 过流保护一般不能满足灵敏度要求过流保护一般不能满足灵敏度要求 提高灵敏度的方法之一是增设低电压闭锁提高灵敏度的方法之一是增设低电压闭锁（1 1）过电流动作值）过电流动作值 按躲开变压器额定电流按躲开变压器额定电流I IN N整定整定 I Iopop = K = KkelkelI IN N / K / Kr r（2 2）低电压动作值整定）低电压动作值整定保证母线最低工作电压整定保证母线最低工作电压整定 U Uopop= 0.9= 0.9 U UN N / ( K/ ( Kkel kel K Kr r) ) K Krelrel为可靠系数，取为可靠系数，取

33、1.1 1.1 1.21.2； K Kr r为电压继为电压继电器返回系数，取电器返回系数，取1.051.051.251.25； 按躲过电动机自启动时最低电压整定按躲过电动机自启动时最低电压整定电压取自变压器低压侧时电压取自变压器低压侧时 Uop= (0.50.6)UN电压取自变压器高压侧时电压取自变压器高压侧时 Uop= 0.7UN灵敏度校验：灵敏度校验：K Ksensen = Uop/ / Ud.max1.2Ud.max:相邻元件保护区末端金属性三相短路时保相邻元件保护区末端金属性三相短路时保 护安装处的最大电压。护安装处的最大电压。 （三）复压启动的过流保护（三）复压启动的过流保护 低压闭

34、锁过流保护灵敏度不满足要求时使用低压闭锁过流保护灵敏度不满足要求时使用 定值整定定值整定（1 1）过电流动作值和相间低电压动作值整定与）过电流动作值和相间低电压动作值整定与 低压闭锁过流保护相同低压闭锁过流保护相同（2 2）躲开正常运行时最大不平衡负序电压）躲开正常运行时最大不平衡负序电压 U U2.op2.op=(0.06=(0.060.12)U0.12)UN N（3 3）同样需设）同样需设PTPT断线闭锁装置断线闭锁装置 灵敏度校验灵敏度校验 （1 1）过电流元件）过电流元件 K Ksensen = I = Id.mind.min/ I/ Iopop 1. 1. 2. 2.I Id.min

35、d.min ：相邻元件保护区末端金属性两相短路时保：相邻元件保护区末端金属性两相短路时保 护安装处的最小短路电流护安装处的最小短路电流（2 2）相间低电压元件）相间低电压元件 K Ksen sen = U= Uopop / U / Ud.max.d.max. 1. 1. 2. 2.U Ud.maxd.max：相邻元件保护区末端金属性三相短路时：相邻元件保护区末端金属性三相短路时 保护安装处的最大电压保护安装处的最大电压（3 3）负序电压元件）负序电压元件 K Ksensen = U = Ud.min.2d.min.2/ U/ U2.op2.op 1. 1. 2. 2.U Ud.min.2 d.

36、min.2 ：相邻元件保护区末端金属性不对称短相邻元件保护区末端金属性不对称短 路时保护安装处的最小负序电压路时保护安装处的最小负序电压（四）相间故障后备保护的方向元件（四）相间故障后备保护的方向元件（1 1）三侧有电源的三绕组升压变压器，相间故）三侧有电源的三绕组升压变压器，相间故障后备保护的高压或中压侧需加装功率方向元障后备保护的高压或中压侧需加装功率方向元件，方向通常指向母线，有利于加速跳开小电件，方向通常指向母线，有利于加速跳开小电源侧的断路器，避免小系统影响大系统。源侧的断路器，避免小系统影响大系统。（2 2）高压侧、中压侧有电源或三侧有电源的三）高压侧、中压侧有电源或三侧有电源的三

37、绕组降压变压器和联络变压器，相间故障后备绕组降压变压器和联络变压器，相间故障后备保护的高压或中压侧需加装功率方向元件，方保护的高压或中压侧需加装功率方向元件，方向通常指向变压器，也可指向本侧母线。向通常指向变压器，也可指向本侧母线。（3 3）使用）使用90900 0接线功率方向继电器。为了消除电接线功率方向继电器。为了消除电压死区，其电压回路可由另一侧电压互感器供压死区，其电压回路可由另一侧电压互感器供电。电。四、变压器接地短路的后备保护四、变压器接地短路的后备保护（一）中性点直接接地的变压器（一）中性点直接接地的变压器 接地后备保护接地后备保护 中性点直接接地的普通变压器接地后备保护由两中性

38、点直接接地的普通变压器接地后备保护由两段式零序过电流保护构成，零序过电流继电器接段式零序过电流保护构成，零序过电流继电器接在变压器接地中性点回路电流互感器二次侧。在变压器接地中性点回路电流互感器二次侧。 对高、中压侧均直接接地的三绕组变压器，高、对高、中压侧均直接接地的三绕组变压器，高、中压侧均应装设零序方向过电流保护，方向指向中压侧均应装设零序方向过电流保护，方向指向本侧母线。本侧母线。（1 1）零序电流继电器的整定）零序电流继电器的整定1 1）零序过电流继电器的动作电流应与相邻线路零）零序过电流继电器的动作电流应与相邻线路零序电流保护第序电流保护第I I或或IIII段或快速主保护相配合：段

39、或快速主保护相配合： I Iop.0.op.0.I I = K= KrelrelK Kfz1fz1I Iop.0.L.op.0.L.I I 式中，式中， I Iop.0.op.0.I I为为I I段零序过电流保护动作电流；段零序过电流保护动作电流；K Krelrel为可靠系数，取为可靠系数，取1.11.1； K Kfz.fz.I I为零序电流分支为零序电流分支系数，其值等于出线零序过电流保护系数，其值等于出线零序过电流保护I I段保护区段保护区末端发生接地短路时，流过本保护的零序电流末端发生接地短路时，流过本保护的零序电流与流过故障线路的零序电流之比，取各种运行与流过故障线路的零序电流之比，取

40、各种运行方式下的最大值；方式下的最大值；I Iop.0.L.op.0.L.I I为线路零序过电流保为线路零序过电流保护护I I或或IIII段动作电流。段动作电流。 110kV110kV及及220kV220kV变压器变压器I I段零序过电流保护以段零序过电流保护以t1t1t0+t0+ t t（t t0 0为线路零序过电流保护为线路零序过电流保护I I段或段或IIII段段的动作时间）断开本侧断路器和母联或分段断的动作时间）断开本侧断路器和母联或分段断路器；以按系统配合要求整定的延时时间路器；以按系统配合要求整定的延时时间t2t2断断开变压器各侧断路器。开变压器各侧断路器。2 2）IIII段零序过电

41、流继电器的动作电流应与相邻段零序过电流继电器的动作电流应与相邻线路零序电流保护后备段相配合线路零序电流保护后备段相配合： I Iop.0.op.0.IIII = K= KrelrelK KfzfzIIIII Iop.0.op.0.LIILII 式中，式中， I Iop.0.op.0.IIII为为IIII段零序过电流保护动作电流；段零序过电流保护动作电流；K Krelrel为可靠系数，取为可靠系数，取1.11.1； K Kfz.fz.IIII为零序电流分支为零序电流分支系数，其值等于出线零序过电流保护后备段保系数，其值等于出线零序过电流保护后备段保护区末端发生接地短路时，流过本保护的零序护区末端

42、发生接地短路时，流过本保护的零序电流与流过故障线路的零序电流之比，取各种电流与流过故障线路的零序电流之比，取各种运行方式下的最大值；运行方式下的最大值；I Iop.0.L.op.0.L.IIII为线路零序过电为线路零序过电流保护后备段动作电流。流保护后备段动作电流。 110kV110kV及及220kV220kV变压器变压器IIII段零序过电流保护以段零序过电流保护以t3t3t1+t1+ t t。（。（t1t1为线路零序过电流保护后备段的为线路零序过电流保护后备段的动作时间）断开本侧断路器和母联或分段断路动作时间）断开本侧断路器和母联或分段断路器；以器；以t4t4t3+t3+ t t断开变压器各

43、侧断路器。断开变压器各侧断路器。（二）中性点不接地的变压器接地后备保护（二）中性点不接地的变压器接地后备保护 对中性点可能接地或不接地运行的变压器，应配对中性点可能接地或不接地运行的变压器，应配置两种接地后备保护：置两种接地后备保护： 用于变压器中性点接地运行状态，通常采用用于变压器中性点接地运行状态，通常采用二段式零序过电流保护，其整定值及灵敏系二段式零序过电流保护，其整定值及灵敏系数计算与前所述完全相同。数计算与前所述完全相同。 用于变压器中性点不接地运行状态时，保护用于变压器中性点不接地运行状态时，保护的配置、整定值计算、动作时间等与变压器的配置、整定值计算、动作时间等与变压器的中性点绝

44、缘水平、过电压保护方式以及并的中性点绝缘水平、过电压保护方式以及并联运行的变压器台数有关，分述如下。联运行的变压器台数有关，分述如下。 （1 1）中性点全绝缘变压器）中性点全绝缘变压器 这种变压器的接地保护，除了两段零序过电流保护外，还应增设零序过电压保护，用于变压器中性点不接地时，所连接的系统发生单相接地故障的情况。 过电压保护动作值Uop.0按下式整定： U0.max Uop.0 Usat ；通常取 Uop.0 =180V 式中， U0.max是在部分中性点接地的电网中发生单相接地时，保护安装处可能出现的最大零序电压； Usat是中性点直接接地系统的电压互感器，在失去接地中性点时发生单相接

45、地、开口三角绕组可能出现的最低电压。2 2）变压器分级绝缘、中性点可能接地）变压器分级绝缘、中性点可能接地/ /不接地运行不接地运行 变压器中性点装设放电间隙变压器中性点装设放电间隙两段式零序电流保护，整定同两段式零序电流保护，整定同 ( (一）一）增设反应零序电压和间隙放电电流的零序电增设反应零序电压和间隙放电电流的零序电流电压保护为中性点不接地运行时的保护流电压保护为中性点不接地运行时的保护 变压器中性点不装设放电间隙变压器中性点不装设放电间隙两段式零序电流保护，整定同两段式零序电流保护，整定同 ( (一）一）增设中性点无零序电流和母线有零序电压的增设中性点无零序电流和母线有零序电压的零序

46、电流电压保护为中性点不接地运行时的保零序电流电压保护为中性点不接地运行时的保护护分级绝缘且中性点装放电间隙的分级绝缘且中性点装放电间隙的变压器接地保护变压器接地保护 （五）变压器的瓦斯保护（五）变压器的瓦斯保护 油箱内的各种故障使箱内油和绝缘材料分解，产油箱内的各种故障使箱内油和绝缘材料分解，产生大量气体生大量气体(瓦斯瓦斯) 少量气体和油流速度较小时，轻瓦斯动作于信号少量气体和油流速度较小时，轻瓦斯动作于信号 故障严重，气体量大、油流速度高时，重瓦斯瞬故障严重，气体量大、油流速度高时，重瓦斯瞬时动作于跳闸时动作于跳闸 瓦斯保护是铁心烧损的唯一保护，对各种内部短瓦斯保护是铁心烧损的唯一保护，对

47、各种内部短路也有保护作用路也有保护作用 动作速度不及差动保护动作速度不及差动保护 轻轻/重瓦斯动作值整定：重瓦斯动作值整定： 气体容积气体容积250300cm3 /油流速度油流速度0.61.5m/s 正常运行正常运行开口杯的重力所产生的力矩小于平衡锤所产生的力开口杯的重力所产生的力矩小于平衡锤所产生的力矩，上下开口杯均上倾，干簧接点断开矩，上下开口杯均上倾，干簧接点断开 油箱内部轻微故障油箱内部轻微故障产生少量的气体并使油面下降，上开口杯露出油面产生少量的气体并使油面下降，上开口杯露出油面(浮力减小浮力减小)，其力矩大于平衡锤力矩后，顺时针转，其力矩大于平衡锤力矩后，顺时针转动，带动永久磁铁靠

48、近干簧触点，使触点闭合，发动，带动永久磁铁靠近干簧触点，使触点闭合，发生生“轻瓦斯轻瓦斯”保护动作信号保护动作信号油箱内部发生严重故障油箱内部发生严重故障大量气体和油流直接冲击挡板，使下开口大量气体和油流直接冲击挡板，使下开口杯顺时针转动，带动永久磁铁靠近干簧触杯顺时针转动，带动永久磁铁靠近干簧触点使之闭合，发出跳闸命令点使之闭合，发出跳闸命令严重漏油严重漏油在油面逐渐降低时，先使上开口杯露出油在油面逐渐降低时，先使上开口杯露出油面，发出报警信号，继之下开口杯露出油面，发出报警信号，继之下开口杯露出油面后亦动作跳闸面后亦动作跳闸发电机保护发电机保护一、发电机故障及其保护配置一、发电机故障及其保

49、护配置（一）发电机的故障和异常运行状态（一）发电机的故障和异常运行状态 1 1发电机的故障：发电机的故障： 定子绕组及引出线相间短路定子绕组及引出线相间短路 定子绕组单相匝间短路和分支开焊定子绕组单相匝间短路和分支开焊 定子绕组单相接地定子绕组单相接地 转子绕组一点或两点接地转子绕组一点或两点接地 励磁回路励磁电流消失励磁回路励磁电流消失2 2发电机异常运行状态发电机异常运行状态 外部相间短路引起的定子绕组过电流外部相间短路引起的定子绕组过电流 外部不对称短路或不对称负荷引起的负序外部不对称短路或不对称负荷引起的负序过过 电流和负序过负荷电流和负序过负荷 定子绕组三相对称过负荷定子绕组三相对称

50、过负荷 突然甩负荷引起的定子绕组过电压突然甩负荷引起的定子绕组过电压 励磁回路故障或强励时间太长引起的转子励磁回路故障或强励时间太长引起的转子绕绕 组过负荷组过负荷 汽轮机主气门突然关闭引起的发电机逆功汽轮机主气门突然关闭引起的发电机逆功率率（二）发电机的保护配置（二）发电机的保护配置（与容量相关与容量相关） 1.1.定子绕组及其引出线相间短路保护定子绕组及其引出线相间短路保护 纵联差动保护是发电机的主保护纵联差动保护是发电机的主保护 1MW1MW以上的发电机应装设纵联差动保护以上的发电机应装设纵联差动保护 发变组发变组当发电机与变压器之间有断路器时，设单独当发电机与变压器之间有断路器时，设单

51、独 的纵的纵差保护差保护 当发电机与变压器之间没有断路器时当发电机与变压器之间没有断路器时 100MW100MW以下的发电机，设发变组共用纵差以下的发电机，设发变组共用纵差 100MW100MW以上的发电机设单独的纵差保护，与发变以上的发电机设单独的纵差保护，与发变组共用纵差构成双重主保护组共用纵差构成双重主保护定子绕组单相接地短路保护定子绕组单相接地短路保护 接地电容电流接地电容电流 5A , 5A , 动作于跳闸动作于跳闸接地电容电流接地电容电流 5A , 5A , 动作于信号动作于信号100MW100MW及以上发电机，设保护区为及以上发电机，设保护区为100%100%的单相接地短路保护的

52、单相接地短路保护 定子绕组单相匝间短路定子绕组单相匝间短路对有六个引出端的双绕组发电机，应设对有六个引出端的双绕组发电机，应设置简单、灵敏的单元件横差保护置简单、灵敏的单元件横差保护4. 4. 发电机外部故障引起的定子过流发电机外部故障引起的定子过流(1)(1)过流保护过流保护用于用于1WM1WM以下的小容量发电机保护以下的小容量发电机保护(2)(2)复压启动的过流保护复压启动的过流保护用于过流保护灵敏度不足的发电机保护用于过流保护灵敏度不足的发电机保护(3)(3)负序过电流及单相低电压起动的过流保护负序过电流及单相低电压起动的过流保护用于用于用于用于50WM50WM及以上的发电机保护及以上的

53、发电机保护5. 5. 发电机的其它保护发电机的其它保护 定子绕组过负荷定子绕组过负荷/ /过电压过电压 发电机失磁保护发电机失磁保护 发电机失步保护发电机失步保护 二、发电机纵差二、发电机纵差/ /横差保护横差保护（一）不带制动的纵差保护（一）不带制动的纵差保护1.1.保护动作值整定保护动作值整定(1).(1).正常运行时正常运行时,LH,LH二次回路断线时保护不误动二次回路断线时保护不误动 I Iopop= K= KrelrelI Igngn/n/nL LI Ign gn ：发电机额定电流：发电机额定电流K Krelrel：可靠系数，取：可靠系数，取 K Krel rel =1.3=1.3

54、为防止在为防止在LHLH二次回路断线、同时区外故障导致保二次回路断线、同时区外故障导致保护误动，另需设置护误动，另需设置LHLH二次回路断线监视装置发出二次回路断线监视装置发出告警信号告警信号, ,由运行人员退出保护由运行人员退出保护 I Iopop= 0.2I= 0.2Ign gn ( (躲开正常运行时的不平衡电流躲开正常运行时的不平衡电流) )(2).(2).躲开外部短路时的最大不平衡电流躲开外部短路时的最大不平衡电流 I Iopop= K= KrelrelI Iunb.max unb.max = K= KkelkelK KererK KapapK KccccI Id.maxd.maxK

55、Krelrel：可靠系数可靠系数，取取 K Krel rel = =1.31.3K Kapap：非周期分量影响系数。非周期分量影响系数。 使用使用BLHBLH时，时， K Kapap = =1 1，否则，否则 K Kapap = =1.31.3 1.51.5K Kcccc:LH:LH同型系数。发电机差动采用同型同型系数。发电机差动采用同型LHLH， K Kcccc= 0.5(= 0.5(相对误差相对误差5%5%) )K Kerer= = 0.1:0.1:满足满足10%10%误差曲线要求时误差曲线要求时LHLH最大最大误差误差I Id.maxd.max: :取外部短路取外部短路K K(3)(3)

56、，Z Zs.mins.min时计算时计算 按条件按条件(2(2）整定，有：）整定，有： I Iopop= = （0.40.4 0.6)I0.6)Igngn 动作更灵敏；但动作更灵敏；但LHLH二次回路断线、同时区外故障将二次回路断线、同时区外故障将导致保护误动导致保护误动 I Iopop I22 I Id.mind.min为内部故障时流过保护的最小短路电流为内部故障时流过保护的最小短路电流 校验条件校验条件（1 1）发电机与系统并列运行前，机端两相短路）发电机与系统并列运行前，机端两相短路 故障：故障： 发电机单独供给的短路电流发电机单独供给的短路电流（2 2）发电机无励磁、与最小运行方式的系

57、统自）发电机无励磁、与最小运行方式的系统自 同期并列时机端两相短路故障：同期并列时机端两相短路故障： 系统单独供给的短路电流系统单独供给的短路电流（二）带制动的纵差保护（二）带制动的纵差保护 一定满足灵敏度要求，一定满足灵敏度要求，无需校验无需校验(1)(1)最小动作电流大于正常运行时最大不平衡电流最小动作电流大于正常运行时最大不平衡电流 I Iop.0op.0= = （0.10.1 0.2)I0.2)Ign gn (2)(2)制动特性拐点对应的制动制动特性拐点对应的制动电流电流 I Ires.0res.0= I= Igngn (3)(3)制动系数制动系数 I Iop.maxop.max= K

58、= KkelkelK KererK KapapK KccccI Id.maxd.max I Ires.maxres.max= I= Iunb.maxunb.max K Kres res = I= Iop.max op.max / I/ Ires.max res.max = K= KkelkelK KererK KapapK Kcc cc ( (推荐取推荐取0.3)0.3)(4)(4)斜率斜率 S= (IS= (Iop.max op.max I Iop.0op.0)/ (I)/ (Ires.max - res.max - I Ires.0res.0) )（三）定子绕组匝间短路的保护（三）定子绕组

59、匝间短路的保护1.1.横差保护横差保护 大容量发电机额定电流很大，各相以两个绕组大容量发电机额定电流很大，各相以两个绕组( (或更多绕组或更多绕组) )并联工作并联工作 同相同绕组或同相不同绕组匝间短路时，两绕组同相同绕组或同相不同绕组匝间短路时，两绕组的电势不再相等的电势不再相等 绕组电势差将在绕组内产生很大环流而不被纵差绕组电势差将在绕组内产生很大环流而不被纵差保护反应保护反应 对有六个引出端的双绕组发电机，应设置简单、对有六个引出端的双绕组发电机，应设置简单、灵敏的单元件横差保护灵敏的单元件横差保护(1)(1)利用两绕组电流之差即可构成三元件横差保护利用两绕组电流之差即可构成三元件横差保

60、护 三元件横差保护接线复杂，可靠性低三元件横差保护接线复杂，可靠性低(2)(2)单元件横差保护单元件横差保护将一半绕组与另一半绕组的三相电流和比较将一半绕组与另一半绕组的三相电流和比较各种单相匝间短路各种单相匝间短路 时，通过两组绕组时，通过两组绕组 的中性点连接线构的中性点连接线构 成短路环流通路成短路环流通路也可反应定子绕组也可反应定子绕组 相间不对称短路：相间不对称短路： 相间短路时，一般相间短路时，一般 两组绕组三相不对两组绕组三相不对 称，可形成环流称，可形成环流 发电机正常运行和外部短路时，有较大三次谐发电机正常运行和外部短路时，有较大三次谐波不平衡电流通过中性点连接线，需滤波处理