发电厂继电保护培训265

1、2021-12-41继电保护 陈延枫联系电话-mail：2021-12-42总纲n第一章第一章 绪论绪论n第二章第二章 发电机保护发电机保护n第三章第三章 变压器及厂用系统保护变压器及厂用系统保护n第四章第四章 线路及母线保护线路及母线保护n第五章第五章 微机保护及装置微机保护及装置2021-12-43第一章第一章 绪论绪论 n一、电力系统继电保护的基本任务及基一、电力系统继电保护的基本任务及基本要求本要求 n二、故障的特征及分类二、故障的特征及分类n三、三、主要继电保护装置的基本原理主要继电保护装置的基本原理n四、保护的分类四、保护的分类2021-12-44关于继

2、电保护及安全自动装置的定义关于继电保护及安全自动装置的定义l当电力系统中的电力元件（如发电机、线路等）或电力当电力系统中的电力元件（如发电机、线路等）或电力系统本身发生了故障或发生了危及其安全稳定的事件时，系统本身发生了故障或发生了危及其安全稳定的事件时，向运行值班人员及时发出警告信号，或者直接向所控制的向运行值班人员及时发出警告信号，或者直接向所控制的断路器发出跳闸命令，以终止这些事件发展的一种自动化断路器发出跳闸命令，以终止这些事件发展的一种自动化措施和设备。措施和设备。2021-12-452021-12-46一、电力系统继电保护的基本任务及一、电力系统继电保护的基本任务及基本要求基本要求

3、n电力系统的运行状态电力系统的运行状态正常运行状态正常运行状态不正常运行状态不正常运行状态：系统的正常工作受到：系统的正常工作受到干扰，是运行参数偏离正常值，如一些干扰，是运行参数偏离正常值，如一些设备过负荷，系统频率异常，电压异常，设备过负荷，系统频率异常，电压异常，系统振荡等。系统振荡等。故障状态故障状态：常见的故障有断线故障，短：常见的故障有断线故障，短路故障。其中最常见，危害最大的是各路故障。其中最常见，危害最大的是各种类型的短路故障。种类型的短路故障。2021-12-47电力系统继电保护的基本任务电力系统继电保护的基本任务n（1 1）有选择性地将故障元件从电力系统中快）有选择性地将故

4、障元件从电力系统中快速、自动地切除，使其损坏程度减至最轻，并速、自动地切除，使其损坏程度减至最轻，并保证系统其他无故障部分继续运行。保证系统其他无故障部分继续运行。 n（2 2）反应系统的不正常工作状态；一般通过）反应系统的不正常工作状态；一般通过发出警报信号，提醒值班人员处理。在无人值发出警报信号，提醒值班人员处理。在无人值班情况下，继电保护装置可视设备承受能力作班情况下，继电保护装置可视设备承受能力作用于减负荷或延时跳闸。用于减负荷或延时跳闸。 2021-12-48电力系统继电保护的基本要求电力系统继电保护的基本要求 n对于反映电力系统故障而作用于断路器跳对于反映电力系统故障而作用于断路器

5、跳闸的继电保护，电力系统对其的基本要求闸的继电保护，电力系统对其的基本要求为具有为具有选择性、速动性、灵敏性和可靠性选择性、速动性、灵敏性和可靠性。( (四性四性) )2021-12-49选择性选择性n继电保护的选择性是指继电保护动作时，仅继电保护的选择性是指继电保护动作时，仅将故障元件或线路从电力系统中切除，使系将故障元件或线路从电力系统中切除，使系统无故障部分继续运行。统无故障部分继续运行。n如果最靠近故障点的继电保护装置或断路器如果最靠近故障点的继电保护装置或断路器因故拒绝动作而不能断开故障元件时，应能因故拒绝动作而不能断开故障元件时，应能有紧邻的电源侧继电保护动作将故障切除。有紧邻的电

6、源侧继电保护动作将故障切除。2021-12-410速动性速动性 n继电保护的速动性是指继电保护以允许继电保护的速动性是指继电保护以允许而又可能的最快速度动作于断路器的跳而又可能的最快速度动作于断路器的跳闸，断开故障元件或线路。闸，断开故障元件或线路。n继电保护快速动作可以减轻故障元件的继电保护快速动作可以减轻故障元件的损坏程度，提高线路故障后自动重合闸损坏程度，提高线路故障后自动重合闸的成功率，特别有利于故障后的电力系的成功率，特别有利于故障后的电力系统同步运行的稳定性。统同步运行的稳定性。 2021-12-411灵敏性灵敏性 n继电保护的灵敏性是指继电保护对设计规定继电保护的灵敏性是指继电保

7、护对设计规定的保护范围内发生故障及异常运行状态的反的保护范围内发生故障及异常运行状态的反应能力。应能力。n继电保护的灵敏性，是可以用定量分析来衡继电保护的灵敏性，是可以用定量分析来衡量的，通常以通入继电保护装置的故障量和量的，通常以通入继电保护装置的故障量和给定的继电保护装置起动值进行比较，其比给定的继电保护装置起动值进行比较，其比值作为考核继电保护灵敏性的指标。值作为考核继电保护灵敏性的指标。2021-12-412可靠性可靠性 n继电保护的可靠性是对电力系统继电保护的最基继电保护的可靠性是对电力系统继电保护的最基本性能要求，它包括两个方面的性能，即可信赖本性能要求，它包括两个方面的性能，即可

8、信赖性与安全性。性与安全性。n可信赖性要求继电保护在设计要求它动作的状态可信赖性要求继电保护在设计要求它动作的状态下，能够准确地完成动作。即要求保护在应动作下，能够准确地完成动作。即要求保护在应动作时，不拒动。时，不拒动。n安全性是要求继电保护在非设计要求它动作的其安全性是要求继电保护在非设计要求它动作的其他所有情况下，能够可靠地不动作。即要求保护他所有情况下，能够可靠地不动作。即要求保护在不应动作时，不误动。在不应动作时，不误动。2021-12-413继电保护整定配合的三个要点：2021-12-414继电保护继电保护直流电源系统反映系统运行状态的电气量和非电气量告警信号断路器通信设备及通道调

9、度自动化信息远传综合自动化系统故障录波安全自动装置系统运行方式继电保护是一个系继电保护是一个系统统2021-12-415二、电力系统故障状态的基本特征二、电力系统故障状态的基本特征 n对正常情况与故障情况比较可得出，电力对正常情况与故障情况比较可得出，电力系统故障时的基本特性是：系统故障时的基本特性是：（1 1）电流增大，即连接短路点与电源的电气）电流增大，即连接短路点与电源的电气设备中的电流增大。设备中的电流增大。（2 2）电压下降，即故障点附近电气设备上的）电压下降，即故障点附近电气设备上的电压降低，而且距故障点的电气距离越近，电压降低，而且距故障点的电气距离越近，电压下降越严重，甚至降为

10、零。电压下降越严重，甚至降为零。2021-12-416电力系统故障状态的基本特征电力系统故障状态的基本特征（3 3）线路始端电压、电流间的相位差及比值）线路始端电压、电流间的相位差及比值将发生变化，即测量阻抗发生变化。正常运将发生变化，即测量阻抗发生变化。正常运行时，测量阻抗为负荷阻抗，数值较大；而行时，测量阻抗为负荷阻抗，数值较大；而故障时，测量阻抗数值较小。故障时，测量阻抗数值较小。（4 4）对于不对称故障，将出现负序分量，而）对于不对称故障，将出现负序分量，而对于接地故障则可能出现零序分量。对于接地故障则可能出现零序分量。（5 5）电流方向发生变化。）电流方向发生变化。2021-12-4

11、17故障的分类故障的分类n内部故障、外部故障内部故障、外部故障n正方向故障、反方向故障正方向故障、反方向故障n对称故障、不对称故障对称故障、不对称故障n相间故障、接地故障相间故障、接地故障n永久性故障、瞬时性故障永久性故障、瞬时性故障n简单故障、复杂故障简单故障、复杂故障n短路故障、断线故障短路故障、断线故障2021-12-418三、主要继电保护装置的基本原理三、主要继电保护装置的基本原理2021-12-419四、继电保护的分类四、继电保护的分类2021-12-420按照保护原理分类按照保护原理分类2021-12-421按照故障类型分类按照故障类型分类n相间故障保护相间故障保护n接地故障保护接

12、地故障保护n匝间短路保护匝间短路保护n非全相运行保护非全相运行保护2021-12-422按照保护的范围分类按照保护的范围分类n主保护、主保护、n后备保护后备保护( (近后备、远后备）、近后备、远后备）、n辅助保护辅助保护2021-12-423按被保护设备分类按被保护设备分类n线路保护线路保护n发电机变压器组保护发电机变压器组保护 n变压器保护变压器保护 n母线保护母线保护 n断路器失灵保护断路器失灵保护 n电动机保护电动机保护n电抗器保护电抗器保护2021-12-424按照保护的硬件结构分类按照保护的硬件结构分类n电磁型保护电磁型保护n晶体管型保护晶体管型保护n集成电路型保护集成电路型保护n微

13、机型保护微机型保护2021-12-425保护的其他分类方式保护的其他分类方式n单端采样保护单端采样保护( (阶段式保护阶段式保护) )、多端采样保护、多端采样保护n序分量保护序分量保护n基波分量保护、谐波分量保护、高频保护基波分量保护、谐波分量保护、高频保护n过量保护、欠量保护过量保护、欠量保护n工频稳态量、工频变化量工频稳态量、工频变化量n电气量、非电气量电气量、非电气量2021-12-426第二章 发电机保护 n第一节第一节 概述概述n第二节第二节 发电机的纵差动保护发电机的纵差动保护 n第三节第三节 发电机定子绕组匝间短路保护发电机定子绕组匝间短路保护 n第四节第四节 发电机定子绕组单相

14、接地保护发电机定子绕组单相接地保护 n第五节第五节 低励失磁保护低励失磁保护n第六节第六节 励磁回路接地保护励磁回路接地保护n第七节第七节 反时限负序电流保护反时限负序电流保护n第八节第八节 发电机其他保护发电机其他保护n典型发电厂保护出口与接线典型发电厂保护出口与接线n思考题思考题2021-12-427第一节第一节 概述概述n一、发电机故障状态n二、发电机的主要异常运行状态n三、发电机的保护配置n四、保护动作方式2021-12-428一、发电机故障状态 一般说来，发电机的内部故障主要是由定于绕组一般说来，发电机的内部故障主要是由定于绕组及转子绕组绝缘损坏而引起的，常见的故障有：及转子绕组绝缘

15、损坏而引起的，常见的故障有：n（1 1）定子绕组相间短路。定子绕组相间短路是对发）定子绕组相间短路。定子绕组相间短路是对发电机危害最大的一种故障形式。由于相间短路电流大，电机危害最大的一种故障形式。由于相间短路电流大，故障点产生的电弧将会破坏绝缘，烧损铁心和绕组，故障点产生的电弧将会破坏绝缘，烧损铁心和绕组，甚至损坏机组。甚至损坏机组。n（2 2）定子绕组的匝间短路。定子绕组匝间短路使，）定子绕组的匝间短路。定子绕组匝间短路使，在匝间电压的作用下，将产生很大的环流，引起故障在匝间电压的作用下，将产生很大的环流，引起故障除温度升高，破坏绝缘，并可能转变成单相接地短路除温度升高，破坏绝缘，并可能转

16、变成单相接地短路或相间短路。或相间短路。2021-12-429发电机故障状态n（3）定子绕组单相接地。定子绕组单相接地时，发电机电压网络的电流或经消弧线圈补偿后的电流将流过定子铁心，当电流较大或持续时间较长使，会使铁心局部融化，给维修工作带来很大困难。n（4）励磁回路一点接地或两点接地。励磁回路一点接地短路时，由于没有电流通路，所以发电机并无危害。但若不及时处理，就有可能导致两点接地故障，可能使转子绕组和铁心烧坏，并因转子磁通的对称性遭到破坏，将引起发电机产生强烈的机械振动。 2021-12-430二、发电机的主要异常运行状态二、发电机的主要异常运行状态n（1）外部短路或系统振荡引起的发电机定

17、子绕组过电流；n（2）定子电流超过额定值的定子绕组过负荷；n（3）励磁回路过负荷；n（4）励磁电流异常下降或消失；n（5）定子绕组过电压；n（6）发电机逆功率运行；n（7）220kV及以上高压电网非全相运行或非全相重合闸时网络中出现负序电流，从而引起发电机转子表层过热及振动等。2021-12-431三、发电机的保护配置n根据部颁DL40091继电保护和安全自动装置技术规程的规定，电压在3kV以上、容量在300MW及以下的发电机对下列故障及异常运行方式应装设相应的保护装置：n（1）定于绕组相间短路保护；n（2）定子绕组接地保护；n（3）定子绕组匝间短路保护；n（4）发电机外部相间短路保护；n（5

18、）定于绕组过电压保护；n（6）定于绕组过负荷保护；2021-12-432发电机的保护配置n（7）转子表层（负序）过负荷保护；n（8）励磁绕组过负荷保护；n（9）励磁回路一点及两点接地保护；n（10）励磁电流异常下降或消失保护；n（11）定子铁芯过励磁保护；n（12）发电机逆功率保护；n（13）低频率保护；n（14）失步保护；n（15）其它故障及异常运行保护。 2021-12-433四、保护动作方式n根据故障及异常运行方式的性质，上述各项保护可动作于：（1）全停，即断开发电机断路器，灭磁，关闭汽轮机主汽门；（2）解列并灭磁，即断开发电机断路器，灭磁，原动机甩负荷；（3）减出力，即将原动机负荷减到

19、给定值；（4）发出声光信号；（5）程序跳闸，即首先关闭原动机主汽门或导水翼，待逆功率继电器动作后，再断开断路器并灭磁。 2021-12-434第二节 发电机的纵差动保护 n一、纵联差动保护的作用原理一、纵联差动保护的作用原理n二、发电机的比率制动式纵联差动保护二、发电机的比率制动式纵联差动保护n三、发电机的标积制动式纵联差动保护三、发电机的标积制动式纵联差动保护n四、保护动作逻辑四、保护动作逻辑2021-12-435纵差保护基本原理 纵(联)差(动)保护是比较被保护设备各引出端电气量(例如电流)大小和相位的一种保护。图1-1为纵联差动保护的原理图示意图。 被保护设备图1-1纵联差动保护的原理图

20、示意图2021-12-436纵差保护基本原理n设被保护设备有n个引出端，各个端子的电流相量如图所示，定义流入为电流正向，则当被保护设备没有短路时恒有电流和为零；当被保护设备本身发生短路时，则电流和正比于短路电流。可见，在正常运行或被保护设备外部发生短路时，该继电器中理论上没有电流，保护可靠不误动；当被保护设备本身发生短路时，短路电流全部输入继电器，保护灵敏动作。 2021-12-437二、发电机的比率制动式纵联差动保护n如图1-2所示，发电机每相首末两端电流各为 和1I2I图1-2发电机比率制动式纵差保护原理图2021-12-438二、发电机的比率制动式纵联差动保护n如图1-2所示，发电机每相

21、首末两端电流各为和 ，定义流入为电流正向n差动电流 (1-1)n制动电流 (1-2)n其动作方程为 (1-3) 1I2IaactnIIIII)(2121abrknIIIII2)()(5 . 02121min min)min(min minbrkIbrkIactIbrkIbrkIKactIbrkIbrkIactIactI2021-12-439比率制动特性 n如图1-3所示，随外部短路电流增大而增大的性能，通常称为“比率制动特性”(折线BC)。 图1-3 发电机纵差保护的比率制动特性2021-12-440三、发电机的标积制动式纵联差动保护n假定发电机接线和参考方向如图1-2所示， “标积制动式”差

22、动保护的动作判据为： （1-4） 式中 为 与 之间的相位角。n当发电机外部短路时，若回路两侧电流的夹角 ， ，式（1-4）中标积制动部分呈现很强的制动作用，继电器可靠制动。n当发电机内部短路故障时，两侧电流的夹角 ，故 ，标积制动部分呈现为动作量，使继电器具有灵敏的动作特性。 cos21221IIKIIres1I2I000cos01800cos2021-12-441四、保护动作逻辑-循环闭锁方式n循环闭锁式的工作原理是：当发电机内部发生相间短路时，两相或三相差动同时动作。根据这一特点，在保护跳闸逻辑上设计了循环闭锁方式。为了防止一点在区内，另外一点在区外的两点接地故障的发生，当有一相差动动作

23、且同时有负序电压时也出口跳闸。保护的逻辑如图1-4所示。n此时若仅一相差动动作，而无负序电压时，即认为TA断线。图1-4 发电机差动循环闭锁方式出口逻辑n负序电压长时间存在，而同时无差电流时，为TV断线。2021-12-442图1-4 发电机差动循环闭锁方式出口逻辑2021-12-443四、保护动作逻辑-单相差动方式 n单相差动方式的工作原理是：任一相差动保护动作即出口跳闸。这种方式另外配有TA断线检测功能。在TA断线时，瞬时闭锁差动保护，且延时发TA断线信号。保护的逻辑图如图1-5所示。 2021-12-444图1-5 发电机差动单相差动方式出口逻辑2021-12-445第三节 发电机定子绕

24、组匝间短路保护 n一、发电机定子绕组匝间短路特点一、发电机定子绕组匝间短路特点n二、单元件式横差保护二、单元件式横差保护n三、负序功率方向匝间短路保护三、负序功率方向匝间短路保护n四、负序功率方向闭锁的转子二次谐波电四、负序功率方向闭锁的转子二次谐波电流匝间短路保护流匝间短路保护n五、负序功率方向闭锁的定子纵向零序电五、负序功率方向闭锁的定子纵向零序电压保护压保护2021-12-446一、发电机定子绕组匝间短路特点n（1）发电机定子绕组一相匝间短路时，在短路电流中有正序、负序和零序分量，且各序电流相等，同时短路初瞬也出现非周期分量。n（2）定子回路中的零序电流，将在并联分支绕组的两个中性点之间

25、的连接线上形成环流。如图1-7所示；n（3）在转子回路中将产生二次及其它次谐波的电流分量。定子中的负序电流将产生反向旋转磁场，在转子回路中感应出二次谐波电流，转子中的电流反过来又在定子中感应出其它次谐波分量，这样反复相互影响，在定、转子回路中产生一系列谐波分量。n（4）短路环中电流的大小与短路匝数大致成反比关系。短路环中的电流与短路匝数的关系曲线如图1-8所示。 2021-12-447图1-7 并联分支间的零序电流图1-8 关系1- 2-)(fID)(fID)( fID2021-12-448二、单元件式横差保护n对于中性点有六个引出端子的发电机，这是一种最简单可靠且灵敏颇高的发电机内部故障（包

26、括各种实际可能的内部故障和定子绕组开焊）的保护方案。采用一个电流互感器，它装于两分支绕组中性点的连线上，如图1-9所示。这是因为匝间短路时，可利用分支绕组中性点（a点和b点）之间的连线上流过的零序电流来实现保护。这种保护没有由电流互感器特性不同而引起的不平衡电流，因此，保护灵敏度较高，接线也较简单。n当采用横差保护时，具有死区。2021-12-449图1-9 采用一个LH的发电机横差保护原理图 1-三次谐波滤过器2021-12-450三、负序功率方向匝间短路保护n当负序功率由发电机流向系统时表示发电机内部发生了故障（包括相间和匝间短路，因为发电机内部的相间短路绝不可能是三相对称短路）。反之，若

27、负序功率由系统流向发电机，则表示发电机本身完好，系统存在不对称故障。 n该保护在短路匝数很小的情况下，即很小时，发电机的负序电抗基本没有改变，负序功率很小，保护存在死区。 2021-12-451负序功率方向匝间短路保护的特点n这种保护对于每分支匝数N=7的大型发电机，一匝短路能动作，而且对于电流互感器和电压互感器没有特殊要求，就是通常装于机端的互感器，装置也极简单，不需附设其它闭锁元件。缺点是只能适用于正常运行时负序电流较小的发电机，特别是在发电机启动过程中或在并网前这种保护将失效。对于正常运行负序电流大的发电机，采用负序功率的故障增量构成保护，保护的动作与故障前的负序功率大小和方向均无关，数

28、字式保护能方便地实现这一原理。2021-12-452四、负序功率方向闭锁的转子二次谐波电流匝间短路保护n发电机定子绕组发生匝间短路或线棒开焊故障时，故障电流中有负序分量，该负序电流分量产生的负序反转磁场在发电机励磁绕组FLQ中感应出二次谐波电流。利用此二次谐波电流来起动保护，其原理接线如图1-10所示。但是，在发电机定子绕组内部或外部发生不对称短路时，故障电流中也存在负序分量，FLQ中也会感应出二次谐波电流。为防止这种故障时保护误动，故采用负序功率方向元件GJ2来闭锁。2021-12-453图1-10 负序功率方向闭锁转子二次谐波电流匝间短路保护原理接线图2021-12-454五、负序功率方向

29、闭锁的定子纵向零序电压保护n对于中性点侧没有六个引出端子的发电机，定子匝间短路保护的另一种方案是利用零序电压。取自机端电压互感器YH0的第三绕组（开口三角接线）。如图1-12所示，YH0一次侧的中性点必须与发电机中性点直接连接，而不能再直接接地，正因为YH0的一次侧中性点不接地，因此YH0的一次绕组必须是全绝缘的，而且它不能被利用来测量相对地的电压。图中的YH0是零序电压匝间短路保护专用的电压互感器。 2021-12-455图1-12 具有负序功率闭锁的零序电压匝间短路保护的原理接线图2021-12-456其他措施n当发电机外部短路电流较大时，由于电枢反应磁通的波形畸变得非常厉害，出现的三次谐

30、波，往往经过三次谐波滤过器后还有相当高的值。为此，可采用负序功率方向闭锁方式，在外部短路时，使保护退出工作，从而进一步提高灵敏度。n为防止专用电压互感器因断线在开口三角绕组侧出现很大的零序电压，使继电器动作，还须装设断线闭锁元件。在断线时，使保护退出工作，并发出信号。2021-12-457第四节 发电机定子绕组单相接地保护 n一、零序电压定子绕组接地保护一、零序电压定子绕组接地保护n二、三次谐波电压型定子接地保护二、三次谐波电压型定子接地保护2021-12-458发电机定子绕组单相接地的危害n发电机最常见的故障之一是定子绕组的单相接地。由于发电机的中性点是不接地或经高阻抗接地的，所以定子绕组单

31、相接地短路并不引起大的故障电流。对于大型发电机，由于它在系统中的地位重要，造价昂贵，而且结构复杂、检修困难，所以对其定子单相接地电流的大小和保护性能提出了严格的要求。2021-12-459发电机定子绕组单相接地保护的要求n大型发电机的定子接地保护要求满足两个基本条件：（1）有100%绕组保护区。（2）保护区内发生带过渡电阻接地故障时保护应有足够高的灵敏系数。n根据故障接地电流的大小，发生接地故障后可能有不同的处理方式：（1）当接地电流小于安全电流时，保护可只发信号，经转移负荷后平稳停机，以避免突然停机对发电机组与系统的冲击。 （2）当接地电流较大时，为保障发电机的安全，应当立即跳闸停机。n大型

32、发电机单相接地保护设计时规定接地保护应能动作于跳闸，并可根据运行要求打开跳闸压板，使接地保护仅动作于信号。 2021-12-460一、零序电压定子绕组接地保护n当发生定子绕组单相接地故障时，在发电机中性点和机端均会产生零序基波电压，其大小与发电机电压、对地电容、中性点接地电阻以及接地故障位置有关；其零序电压与 成正比，故障点离中性点越远，零序电压越高；当 即机端接地时， ，而当 即中性点处接地时， 。n该保护存在死区。一般保护动作电压为510V，即动作区为90%95%。若进一步考虑过渡电阻的影响，则实际动作区将大大缩小。 1EU0000U2021-12-461二、三次谐波电压型定子接地保护n1

33、三次谐波电势的特点（1）正常运行时发电机机端及中性点的三次谐波电压 ：对于中性点不接地的发电机，在正常运行情况时，发电机中性点的三次谐波电压UN3总是大于发电机机端的三次谐波电压US3；对于发电机中性点经配电变压器高阻接地时，其三次谐波电压的分布将受高阻的影响，与之间存在下述关系：幅值上 呈现的“反常”现象，影响保护灵敏度；相位上不再相同。00NSUU2021-12-462三次谐波电势的特点（2）单相接地故障时发电机机端及中性点的三次谐波电压相应的发生变化，当靠近中性点附近发生接地故障时， 减小， 增大。故障点越靠近中性点， 减小得越多，而 增大得越多，使得 。n利用三次谐波电压相对变化的特征

34、可以有效地消除中性点附近的保护死区。 0NU0SU00NSUU0NU0SU2021-12-4632.三次谐波电压型定子绕组单相接地保护方案 n（1）此方案对于发电机中性点经配电变压器高阻接地时，灵敏度较低。n（2）0 . 1)(max00dUUUUNSNS0.1NNPSUUKU2021-12-464保护误动的主要原因n运行情况调研结果表明，我国这类保护误动较多，主要原因是：n（1）中性点侧TV0因各种原因未与发电机中性点连接。有时TV0虽推入箱柜，但触头未接通；有的一次隔离开关未合上。不管哪种原理的三次谐波保护均用中性点三次谐波电压作为制动量，丢失，保护必然误动。n（2）整定计算有误或调试不当

35、。2021-12-4653三次谐波电压型发电机单相接地保护在使用中应注意的问题n（1）认真收集原始数据；n（2）科学地测试 ，切忌将基波电压混入 或 中。n（3）保证各电压互感器变比的正确选择，特别是消弧线圈二次绕组的变比，中性点单相TV0变比应是 。（ 为发电机额定线电压）。变比不合适时，应在保护装置内调整好。n（4）特别注意中性点TV0投入后二次电压的监视，因为正常运行时 有一定值，如中性点TV0二次电压为零，表明TV没有接通，必须查明原因改正。max00)(NSUU0SU0NUVUn1003nU0NU2021-12-466三次谐波电压型发电机单相接地保护在使用中应注意的问题n（5）考虑到

36、发电机中性点附近接地故障时，故障电流小，零序电压低，所以三次谐波电压型单相接地保护一律只投信号，不投跳闸。只有当该型保护运行水平稳定后，对于动作原理为 的接地保护，它的保护范围可以包括整个定子绕组，是定子绕组单相接地故障的第一主保护，基波零序电压型装置成为接地后备保护，再根据发电机定子绝缘的实际状况和接地故障电流的大小，确定是否将动作判据为 的接地保护投跳闸的问题。0 . 1NNPSUUKU0 . 1NNPSUUKU2021-12-467三次谐波电压型发电机单相接地保护在使用中应注意的问题n（6）三次谐波电压型单相接地保护不能在机端共母线的发电机上应用。n（7）升压变铁心饱和引起高压侧三次谐波

37、电动势对发电机 和 的干扰。n（8）发电机中性点经配电变压器接地时，接在副方的电阻应经常清扫其表面的尘土和污垢，否则直接影响三次谐波电压比值 ，可能引起三次谐波电压型定子绕组单相接地保护的误动。 SUNU00NSUU2021-12-468第五节 低励失磁保护n一、发电机失磁原因及危害一、发电机失磁原因及危害n二、失磁发电机机端阻抗的变化轨迹二、失磁发电机机端阻抗的变化轨迹n三、发电机失磁保护的判据三、发电机失磁保护的判据n四、失磁保护构成方案四、失磁保护构成方案2021-12-469一、发电机失磁原因n同步发电机失磁的原因很多，归纳起来，有如下几种：n（1）励磁回路开路，励磁绕组断线，灭磁开关

38、误动作，励磁调节装置的自动开关误动，可控硅励磁装置中部分元件损坏；n（2）励磁绕组由于长期发热，绝缘老化或损坏引起短路；n（3）运行人员误调整等。 2021-12-470发电机失磁对系统的危害n发电机失磁后，它的各种电气量和机械量都会发生变化，且将危及发电机和系统的安全，主要表现在以下几个方面：n（1）低励或失磁的发电机，从电力系统中吸取无功如果电力系统中无功功率储备不足，将使电力系统中邻近的某些点的电压低于允许值，破坏了负荷与各电源间的稳定运行，使电力系统因电压崩溃而瓦解。n（2）当一台发电机发生低励或失磁后，由于电压下降，电力系统中的其他发电机，在自动调整励磁装置的作用下，将增加其无功输出

39、，从而使某些发电机、变压器或线路过电流，其后备保护可能因过电流而动作，使故障的波及范围扩大。 2021-12-471发电机失磁对发电机本身的危害n（1）由于出现转差，在发电机转子回路中出现差频电流。差频电流在转子回路中产生的损耗，如果超出允许值，将使转子过热。特别是直接冷却高利用率的大型机组，其热容量裕度相对降低，转子更容易过热。而流过转子表层的差频电流，还可能使转子本体在与槽楔和护环的接触面上发生严重的局部过热甚至灼伤。n（2）低励或失磁的发电机进入异步运行之后，发电机的等效电抗降低，从电力系统中吸收的无功功率增加。低励或失磁前带的有功功率越大，转差就越大，等效电抗就越小，所吸收的无功功率就

40、越大。在重负荷下失磁后，由于过电流，将使发电机定子过热。2021-12-472发电机失磁对发电机本身的危害n（3）对于直接冷却高利用率的大型汽轮发电机，其平均异步转矩的最大值较小，惯性常数也相对降低，转子在纵轴和横轴方面，也呈现较明显的不对称。由于这些原因，在重负荷下失磁后，这种发电机的转矩、有功功率要发生剧烈的周期性摆动。对于水轮发电机，由于平均异步转矩最大值小，以及转子在纵轴和横轴方面不对称，在重负荷下失磁运行时，也将出现类似情况。在这种情况下，将有很大甚至超过额定值的电磁转矩周期性地作用到发电机的轴系上，并通过定子传递到机座上。此时，转差也作周期性变化，其最大值可能达到45，发电机周期性

41、地严重超速。这些情况，都直接威胁着机组的安全。n（4）低励或失磁运行时，定子端部漏磁增强，将使端部的部件和边段铁芯过热。 2021-12-473二、失磁发电机机端阻抗的变化轨迹n失磁发电机的机端阻抗变化轨迹通常采用等有功阻抗圆，等无功阻抗圆（或临界失步阻抗圆）和等电压阻抗圆来分析，如图1-16所示。n1等有功阻抗圆：由于失磁发电机在失步前的一段时间里有功功率基本不变，系统电压的变化也不明显 ，发电机机端测量阻抗为等有功阻抗圆。失磁发电机的机端测量阻抗的轨迹，最终都是向第四象限移动，而且在一般情况下，失步后的阻抗轨迹，最终将稳定在第四象限内。通常，失磁前，发电机带的有功功率愈大，失磁异步运行的滑

42、差就愈大，测量阻抗进入第四象限的速度就愈快。 2021-12-474失磁发电机机端阻抗的变化轨迹 n2等无功阻抗圆（临界失步圆）当时随着失磁前的有功P的不同，机端测量阻抗在阻抗复平面上的轨迹是一个圆，即等无功阻抗圆（临界失步圆）。n由上述分析可见，发电机失磁后，其机端测量阻抗的变化情况如图1-16所示。发电机正常运行时，其机端测量阻抗位于阻抗复平面第一象限的点。失磁后，其机端测量阻抗沿等有功阻抗圆向第四象限变化。临界失步时达到的无功阻抗圆的点。随即便进入等无功阻抗圆内，稳定在点附近。2021-12-475图1-16 失磁后的发电机机端测量阻抗的变化2021-12-476三、发电机失磁保护的判据

43、n失磁保护由发电机机端测量阻抗判据、定子过流判据、变压器高压侧低电压判据构成。阻抗整定边界为静稳边界圆或异步边界圆，但也可以为其他形状。n辅助判据：1励磁电压下降2不出现负序分量3用延时躲过振荡n此外，当供电给失磁保护的电压互感器一次侧或二次侧发生断线时，失磁保护的阻抗测量元件、低电压元件均会误动作。因此，应设置电压回路断线闭锁元件。当电压回路发生断线时将保护装置解除工作。2021-12-477四、失磁保护构成方案n保护方案体现了这样一个原则：发电机失磁后，电力系统或发电机本身的安全运行遭到威胁时，将故障的发电机切除，以防止故障的扩大。在发电机失磁而对电力系统或发电机的安全不构成威胁时（短期内

44、），则尽可能推迟切机，运行人员可及时排除故障，避免切机。n无励磁异步运行的条件和相应的允许时间决定于发电机的温升情况。n如图1-17所示，以静稳边界圆判据为例，来说明失磁保护原理构成。t1=215min, t3=0.25s t7=11.5s, 2021-12-478失磁保护逻辑出口 n转子低电压判据满足时发失磁信号，并输出切换励磁命令。n转子低电压判据满足并且高压侧低电压判据满足时，说明发电机的失磁已造成了对电力系统安全运行的威胁，经“与2”电路延时t3=0.25s发出跳闸命令，迅速切除发电机。 n转子低电压判据满足并且静稳边界判据满足，经“与3”电路发出失稳信号。 n汽轮机在失磁时允许异步运

45、行一段时间，此间过流判据监测汽轮机的有功功率。若定子电流1.05倍的额定电流，表明平均异步功率超过0.5倍的额定功率，发出压出力命令，压低发电机的出力，使汽轮机继续作稳定异步运行。 2021-12-479图1-17 发电机失磁保护出口逻辑2021-12-480第六节 励磁回路接地保护n一、励磁回路接地故障一、励磁回路接地故障n二、发电机励磁回路一点接地保护二、发电机励磁回路一点接地保护2021-12-481一、励磁回路接地故障n发电机转子一点接地故障是发电机比较常见的故障。由于正常运行时，励磁回路与地之间有一定的绝缘电阻、转子发生一点接地故障时，不会形成故障电流的通路，对发电机不会产生直接危险

46、。但是，当一点接地之后，又发生第二点接地时，即形成了短路电流的通路，这时，不仅可能把励磁绕组和转子烧坏，还可能引起机组强烈振动。产生严重的后果。n由于目前尚缺少选择性好、灵敏度高、经常投运且运行经验成熟的励磁回路两点接地保护装置，所以也有不装此保护的意见。进口大型发电机组，一般不装此保护。2021-12-482二、发电机励磁回路一点接地保护n励磁回路的一点接地保护，除简单、可靠这些一般要求之外，还要求能够反应在励磁回路中任一点发生的接地故障，并且要有足够高的灵敏度。在评价励磁回路一点接地保护时，灵敏度是用故障点对地之间的过渡电阻大小来定义的，若过渡电阻为Rf，保护装置处于动作边界上，则称保护装

47、置在该点的灵敏度为Rf（）。 n励磁回路一点接地保护原理有很多种，这里主要介绍两种原理：叠加直流方法 、切换采样式一点接地保护 2021-12-4831叠加直流方法n采用新型的叠加直流方法，叠加源电压为50V，内阻50k。 图1-18 发电机转子一点接地测量原理图2021-12-484叠加直流方法nK接通时，电流为 （1-6）nK断开时，电流为 （1-7）n解上两式得 ，由 、 可计算的转子接地电阻 。30501fgERUi60502fgERUi21123060iiiiRf1i2ifR2021-12-4852切换采样式一点接地保护n保护原理图如图1-20所示，其中RC网络的接线如图1-21。

48、图1-20 切换采样式一点接地保护的原理图2021-12-486图1-21 RC网络的接线图2021-12-487切换采样式一点接地保护n当未发生接地故障时， 或很大，所以有 ，n当发生接地故障时， 或很小，设定继电器在下述条件下动作：fR231UUU0fR231UUU2021-12-488第七节 反时限负序电流保护 n一、转子发热特点及负序电流反时限动作一、转子发热特点及负序电流反时限动作判据判据n二、转子表层过热保护方案二、转子表层过热保护方案 2021-12-489一、转子发热特点及负序电流反时限动作判据n（1）发电机长期承受负序电流的能力。我国有关规定为：在额定负荷下，汽轮发电机持续负

49、序电流 。负序电流保护通常依据发电机长期允许承受的负序电流值来确定启动门槛值，当负序电流超过长期允许承受的负序电流值后，保护延时发出报警信号。NII%)8%6(22021-12-490转子发热特点及负序电流反时限动作判据n（2）发电机短时承受负序电流的能力。若假定发电机转子为绝热体(即短时内不考虑向周围散热的情况)，则发电机允许负序电流与允许持续时间的关系可用下式来表示 A值反映发电机承受负序电流的能力，A越大说明发电机承受负序电流的能力越强。一般地说，发电机容量越大，相对裕度越小，A值也越小。对发电机A值的规定并不统一，对于300MW直接冷却式大型汽轮发电机A值大致范围是A(68)。AtI2

50、2 2021-12-491二、转子表层过热保护方案n保护方案原理方框图如图1-23所示。在图1-23中，有两个定时限部分和一个反时限部分，其动作特性如图1-24所示。n上限定时限特性应与发变组(发电机变压器组的简称)高压侧两相短路相配合，上限门槛电流可取 即 动作，其动作时间 按与高压出线快速保护相配合，可在0.53s范围内整定。保护作用于跳闸解列。222 Iut222 I2021-12-492转子表层过热保护方案n下限定时限特性则按发电机持续允许负序电流整定，并应在外部不对称短路切除后返回，故动作电流门槛值整定为 n动作时间分为两个，一个是短延时作用于告警信号，以便运行人员采取措施，一般整定

51、为5l0s；另一个是长延时作用于跳闸解列，其动作时间在2501000s范围内整定。 2 d1 IKKIrerel2021-12-493图1-23 转子表层过热保护方案原理方框图2021-12-494图1-24 负序反时限过电流继电器反时限特性负序反时限过电流继电器反时限特性n反时限特性作用于跳闸解列，反时限元件的启动门槛需要与长延时综合考虑。n为了保证长延时精度，往往对最大延时有一定限制，一般取为1000s，也可按下限动作特性的延时选取（但不超过1000s）， 2021-12-495第八节 发电机其他保护n一、发电机逆功率保护一、发电机逆功率保护n二、发电机低频保护二、发电机低频保护n三、定子

52、绕组过电压保护三、定子绕组过电压保护n四、发电机失步保护四、发电机失步保护n五、定子绕组对称过负荷保护五、定子绕组对称过负荷保护n六、励磁回路过负荷保护六、励磁回路过负荷保护2021-12-496一、发电机逆功率保护n在汽轮机发电机组上，由于各种原因误将主汽门关闭，则在发电机断路器跳闸之前，发电机将迅速转为电动机运行，即逆功率运行。一般规定逆功率运行不得超过3min，所以大型汽轮发电机规定装设逆功率保护。一般规定逆功率运行不得超过3min，所以大型汽轮发电机规定装设逆功率保护。n发电机逆功率保护主要用于保护汽轮机。2021-12-4971逆功率继电器基本原理n目前广泛采用以电压量作为参考量，计

53、算机端电流半周平均值的方法。n设定 时，有功功率由发电机送至系统，当 时为滞相运行， 为进相运行；而当 时，发电机呈逆功率运行状态。 n以电压 为参考量，求取 的半周平均值，即按 的相邻过0点作为区间，求取 的半周平均值。 009090090009000027090uiui2021-12-498逆功率继电器基本判据n ，且 能反映 的方向，实际上 所反映的正是有功电流。显然，当 时， 与 为负，表示逆功率运行状态，于是建立判据 PIIcos2 IPI0027090IP，逆功率运行，正常运行00II2021-12-4992逆功率保护构成方案n逆功率保护主要由逆功率继电器组成 ，发变组保护装置中一

54、般有两只逆功率继电器。n其一用于程序跳闸方式，即当过负荷保护、过励磁保护、低励失磁保护等动作后，应保证先关主汽门，等到出现逆功率状态时就确信主汽门已经关闭，这时逆功率继电器动作，允许主断路器跳闸。2021-12-41002021-12-4101逆功率保护n另一种逆功率继电器是用来构成逆功率保护的，当发电机处于逆功率运行是该保护动作。n汽轮发电机逆功率保护的动作功率一般可取为 （1-21）n其延时分两段，短延时1.01.5s动作于信号，长延时23min动作于跳闸。 时）1.0(cos )%0 . 15 . 0(. 1nsetPP2021-12-41022021-12-4103二、发电机低频保护n

55、轮机的叶片都有一个自然振荡频率，如果发电机运行频率升高或者降低，以致接近或等于叶片自振频率时，将导致共振，使材料疲劳，达到材料所不允许的限度时，叶片就有可能断裂，造成严重事故。材料的疲劳是一个不可逆的积累过程，所以汽轮机都给出了在规定的频率下允许的累计运行时间。 2021-12-4104发电机低频保护n目前发电机一般只装设低频异常运行保护(简称低频保护)，发电机低频保护主要用于保护汽轮机。 n低频保护不仅能监视当前频率状况，还能在发生低频工况时，根据预先划分的频率段自动累计各段异常运行的时间，无论达到哪一频率段相应的规定累计运行时间，保护均动作于声光信号告警。 2021-12-41051低频保

56、护基本原理n发电机低频保护通常由以下几部分组成：n（1）高精度频率测量回路。多采用测量机端电压的频率实现。n（2）频率分段启动回路。可根据发电机的要求整定各段启动频率门槛。n（3）低频运行时间累计回路。分段累计低频运行时间，并能显示各段累计时间。n（4）分段允许时间整定及出口回路。在每段累计低频运行时间超过该段允许运行时间时，经出口回路发出信号。 2021-12-4106机组允许的运行频率及相应的运行时间 Nff运行频率10.990.990.9750.9750.9350.935允许时间(min)长期601002021-12-41072低频保护出口方式 段&断路器合时为1时间积累时间积累

57、发信或跳闸发信或跳闸发信或跳闸图1-27 发电机低频保护出口逻辑段段f03t2021-12-4108三、定子绕组过电压保护n对于200MW以上大型汽轮发电机定子电压等级较高，相对绝缘裕度较低，并且在运行实践中表明，大型汽轮发电机出现危及绝缘安全的过电压是比较常见的故障，因此要求装设过电压保护。2021-12-41091发电机定子绕组产生过电压的原因 n若发电机在满负荷下突然甩去全部负荷，由于调速系统和自动励磁调节装置有一定惯性，转速将上升，励磁电流不能突变，发电机电压在较短时间内升高，其值可能达到1.31.5倍额定电压，持续时间可能达到几秒。若调速系统或自动励磁调节装置故障或退出运行，过电压持

58、续时间会更长。发电机主绝缘耐压水平，按通常试验标准为1.3倍额定电压持续60s。实际过电压数值和持续时间有可能超过试验标准，对发电机主绝缘构成直接威胁。 2021-12-4110发电机定子绕组过电压保护的原理 n200MW及以上汽轮发电机宜装设过电压保护，其定值一般取为 , ，动作于解列灭磁。nopUU3 . 1st5 . 02021-12-41112保护方案构成 n我国通常采用一段式或两段式定时限过电压保护，其原因之一是大型发电机变压器组已装有较完善的反时限过励磁保护，该保护在工频下亦能够反映过电压，因此，单纯过电压保护不宜很复杂。n保护反映发电机机端电压大小，电压取自发电机机端TV的线电压

59、，如电压，保护动作于解列灭磁或程序跳闸。其保护出口逻辑如图1-28所示，可分两段发信或跳闸，但一般第段时间发信，第段时间跳闸。2021-12-41122021-12-4113四、发电机失步保护n当电力系统发生诸如负荷突变、短路等破坏能量平衡的事故时，往往会引起不稳定振荡，使一台或多台同步电机失去同步，进而使电网中两个或更多的部分不再运行于同步状态，这就是所谓的同步。失步就是同步机的励磁仍维持着的非同步运行。这种状态表现为有功和无功功率的强烈摆动。2021-12-4114造成失步的原因n系统发生短路故障；n发电机励磁系统故障引起发电机失磁，使发电机电动势剧降；n发电机电动势过低或功率因数过高；n

60、系统电压过低。 2021-12-41152对失步保护的基本技术要求n（1）能正确区分短路与振荡、稳定振荡和失步振荡，失步保护只在失步振荡时动作。n（2）失步保护动作后的行为应由系统安全稳定运行的要求决定，不应立即动作于跳闸；只是在振荡次数或持续时间超过规定时，才选择切断电流较小的时刻使发电机跳闸。 2021-12-4116发电机失步后的阻抗变化n发生失步振荡时，功角的变化是周期性的，测量阻抗Z在复平面上从右至左穿过复平面之后，还将继续沿圆弧运动，若不采取任何措施，Z的终端轨迹将再次从右至左穿过复平面，周而复始。 2021-12-41173发电机失步保护基本原理nZ的轨迹每穿过一次复平面表示失步发电机的