60MW汽轮发电机继电保护设计

1、本次设计的课题是60MW汽轮发电机变压器二次保护设计，本次设计内容通过计算出短路电流选择发电机以及变压器的保护类型，以及整定计算。从保证发电机变压器能够在出现故障及不正常运行情况下可以使设备跳出运行或发出信号考虑设计方案，从而完成60MW汽轮发电机及变压器保护设计。 根据本电厂主接线的型式和容量需要对发电机和变压器分别设置主保护和后备保护，使得保护范围缩小，保护能够相互配合，最大程度让电厂供电和输电的可靠性提高，保证供电的稳定。关键词发电厂 变压器 发电机 短路电流计算 保护装置 AbstractThe design of the subject is 60MW turbine generat

2、or transformer protection design, the design content through the calculated short circuit current transformer protection and choose generator types, and setting calculation,. From ensuring generator transformer can appear in fault and not the normal operation conditions can make the equipment runnin

3、g or jump out to signal considered the design scheme, thus completing 60MW turbine generator and transformer protection design. According to the power plant type and capacity of the connection to generators and transformers set respectively main protection and backup protection, making the scope of

4、protection, the protection can cooperate with each other, the greatest degree to the reliability of power supply and power transmission improve, guarantee the stability of the power supply. Key wordsPower plant Transformer Generator Calculation of short- circuit current Protector目 录摘要IAbstractII第1章绪

5、论11.1 设计背景11.2 设计意义21.3 国内外发展情况2第2章原始数据分析4第3章系统参数及短路电流计算83.2 电流互感器的选择83.3 电压互感器的选择103.4 短路电流计算的目的和意义103.5 短路电流的计算113.5.1 d1点短路电流计算113.5.2 d2点短路电流计算12第4章发电机保护144.1 发电机纵差保护144.2 反应发电机零序电压的匝间短路保护174.2.1 发电机零序电压匝间短路保护的配置174.3 发电机定子绕组单相接地保护184.4 发电机励磁回路接地保护204.4.1 发电机励磁回路接地保护204.5 发电机定子绕组定时限过负荷保护214.6 发电

6、机过电压保护224.7 发电机复合电压起动过电流保护234.8 发电机定时限负序电流保护25第5章变压器保护275.1 变压器电流速断保护275.2 变压器纵差保护285.3 变压器零序电流保护305.4 变压器过负荷保护325.5 变压器复合电压起动过电流保护335.6 变压器非电量保护355.6.2 瓦斯保护整定值37第6章发变组保护386.1 发变组纵联差动保护的配置386.2 发变组纵联差动保护的整定计算39第7章断路器的控制回路407.1 控制回路407.1.2 控制回路40第8章指挥信号448.1 发电机指挥信号介绍448.2 发电机指挥信号回路图45结论46致谢47参考文献48C

7、ontentsAbstract(chinese)IAbstractIIChapter 1 Preface11.1 Design background11.2 Design significance21.3 The domestic and foreign development situation2Chapter 2The original data analysis42.1System parameters42.1The secondary circuit scheme5Chapter 3 System parameters and short-circuit current calcula

8、tion83.1System parameter calculation83.2 Current transformer choice83.3 The voltage transformer choice103.4 Short circuit current significance103.5 The calculation of short-circuit current113.5.1 d1 point the calculation of short-circuit current113.5.2 d2 point the calculation of short-circuit curre

9、nt12Chapter 4 Generator protection144.1 Generator longitudinal differential protection144.1.1 Protection configuration144.1.2Setting value calculation164.2 Zero sequence voltage generator turn-to-turn protection174.2.1 Protection configuration174.2.2 Setting value calculation184.3 Generator stator w

10、inding single grounding protection184.3.1Protection configuration184.3.2Setting value calculation194.4 The generator excitation loop grounding protection204.4.1 The generator excitation loop grounding protection204.5 Generator stator winding set time load protection214.5.1Protection configuration214

11、.5.2Setting valuecalculation224.6 Generator overvoltage protection224.6.1Protection configuration224.6.2Setting value calculation234.7 Generator composite voltage starting over current protection234.7.1Protection configuration234.7.2Setting value calculation244.8 Generator stator time limit negative

12、 sequence current protection254.8.1Protection configuration254.8.2Setting value calculation26Chapter 5 Transformer protection275.1 Transformer electricity flow velocity broken protection275.1.1Protection configuration275.1.2Setting value calculation285.2 Transformer differential protection285.2.1Pro

13、tection configuration285.2.2Setting value calculation295.3 Transformer zero sequence voltage protection305.3.1Protection configuration305.3.2Setting value calculation315.4 Transformer overload protection325.4.1Protection configuration325.4.2 Setting value calculation335.5 Transformer composite volta

14、ge starting over current protection335.5.1Protection configuration335.5.2Setting value calculation345.6 The power transformer protection355.6.1Gas protection355.6.2 The gas protection setting calculation37Chapter 6 Generator transformer protection group386.1 Generator transformer protection configur

15、ation group386.2 Generator transformer protection group setting calculation39Chapter 7 The control circuit breaker40Chapter 7 The control circuit breaker407.1.1Control switch407.1.2 Control circuit40Chapter 7 Command signal448.1 Command signal generator are introduced448.2 Command signal generator c

16、ircuit45Conclusions46Acknowledgements47References48第1章 绪论 设计背景电力系统飞速发展的同时对继电保护不断提出新的要求，而电子技术、计算机技术与通信技术的飞速发展又为继电保护技术的发展注入了新的活力。因此，继电保护技术得天独厚，在40余年的时间里完成了发展的4个阶段。即从电磁式保护装置到晶体管式继电保护装置、到集成电路继电保护装置、再到微机继电保护装置。随着电子技术、计算机技术、通信技术的飞速发展，人工智能技术如人工神经网络、遗传算法、进化规模、模糊逻辑等相继在继电保护领域的研究应用，继电保护技术向计算机化、网络化、一体化、智能化方向发展。

17、19世纪的最后25年里，作为最早的继电保护装置熔断器已开始应用。电力系统的发展，电网结构日趋复杂，短路容量不断增大，到20世纪初期产生了作用于断路器的电磁型继电保护装置。虽然在1928年电子器件已开始被应用于保护装置，但电子型静态继电器的大量推广和生产，只是在50年代晶体管和其他固态元器件迅速发展之后才得以实现。静态继电器有较高的灵敏度和动作速度、维护简单、寿命长、体积小、消耗功率小等优点，但较易受环境温度和外界干扰的影响。1965年出现了应用计算机的数字式继电保护。大规模集成电路技术的飞速发展,微处理机和微型计算机的普遍应用，极大地推动了数字式继电保护技术的开发，目前微机数字保护正处于日新月

18、异的研究试验阶段，并已有少量装置正式运行。目前随着电力系统容量日益增大，范围越来越广，仅设置系统各元件的继电保护装置，远不能防止发生全电力系统长期大面积停电的严重事故。为此必须从电力系统全局出发，研究故障元件被相应继电保护装置的动作切除后，系统将呈现何种工况，系统失去稳定时将出现何种特征，如何尽快恢复其正常运行等。系统保护的任务就是当大电力系统正常运行被破坏时，尽可能将其影响范围限制到最小，负荷停电时间减到最短。此外，机、炉、电任一部分的故障均影响电能的安全生产，特别是大机组和大电力系统的相互影响和协调正成为电能安全生产的重大课题。 设计意义电力系统在生产过程中，有可能发生各类故障和各种不正常

19、运行状态。其中故障一般可分为两类：横向故障和纵向故障。横向故障包括两相短路、单相接地短路、两相接地短路、三相短路四种，纵向对称故障包括单相断相和两相断相，又称非全相运行。电网在发生故障后会造成很严重的后果：1、电力系统电压大幅度下降，广大用户负荷的正常工作遭到破坏。 2、故障处有很大的短路电流，产生的电弧会烧坏电气设备。 3、破坏发电机的并列运行的稳定性，引起电力系统振荡甚至使整个系统失去稳定而解列瓦解。 4、电气设备中流过强大的电流产生的发热和电动力，使设备的寿命减少，甚至遭到破坏。 不正常情况有过负荷、过电压、电力系统振荡等。电气设备的过负荷会发生发热现象，会使绝缘材料加速老化，影响寿命，

20、容易引起短路故障。继电保护被称为是电力系统的卫士，它的基本任务有:1、当电力系统发生故障时，自动迅速、有选择地将故障设备从电力系统中切除，保证系统其余部分迅速恢复正常运行，防止故障进一步扩大。2、当发生不正常工作情况时，能自动有选择将信号上传给运行人员进行处理，或者切除那些继续运行会引起故障的电气设备。 可见继电保护是任何电力系统中二次系统必不可少的组成部分，对保证系统安全运行、保证电能质量、防止故障的扩大和事故的发生，都有极其重要的作用。 国内外发展情况国内外发展情况(文献综述)着重继电保护装置的国内外发展情况，继电器它起源于20世纪60年代中后期，是在英国、澳大利亚和美国的一些学者的倡导下

21、开始进行研究的。计算机技术在70年代初期和中期出现了重大突破，大规模集成电路技术的飞速发展，使得微型处理器和微型计算机进入了实用阶段。价格的大幅度下降，可靠性、运算速度的大幅度提高，促使计算机继电保护的研究出现了垃圾。在70年代后期，出现了比较完善的微机保护样机，并投入到电力系统中试运行。80年代，微机保护在硬件结构和软件技术方面日趋成熟，并已在一些国家推广应用。90年代，电力系统继电保护技术发展到了微机保护时代，它是继电保护技术发展历史过程中的第四代。我国的微机保护研究起步于20世纪70年代末期、80年代初期，尽管起步晚，但是由于我国继电保护工作者的努力，进展却很快。经过10年左右的奋斗，到

22、了80年代末，计算机继电保护，特别是输电线路微机保护已达到了大量实用的程度。我国对计算机继电保护的研究过程中，高等院校和科研院所起着先导的作用。从70年代开始，华中、理工大学、东南大学、华北电力学院、西安交通大力自动化研究院都相继研制了不同原理、不同型式的微机保护装置。到了90年代，我国继电保护进入了微机时代。随着微机保护装置的研究，在微机保护软件、算法等方面也取得了很多理论成果，并且应用于实际之中。第2章 原始数据分析系统主接线和发电机变压器参数图1-1 60MW汽轮机主接线本系统选用60MW汽轮机作为系统中的发电机，对于本系统所选用的汽机QFS-50-2的参数见下表。图2-1 发电机主要参

23、数汽轮发电机型号QFS-60-2额定功率（最大连续功率）60MW额定电压额定电流4124A额定功率因数（cos）额定频率50Hz绕组连接方式Y次暂态电抗Xd额定转速3000r/min 根据所选择的发电机参数，计算主变压器容量：=110%××（1-6%）=110%××（1-6%）=75MVA 主变压器选择容量为75MVA的变压器，下面给出主变压器的参数表。表2-2 主变压器主要参数额定容量75MVA变比236±2×短路阻抗14%接线组别YN，d111、运行中的发电机，定子绕组和励磁绕组回路都有可能发生故障，在电气方面常见的故障如下。（1

24、）定子绕组相间短路定子绕组发生三相或两相短路时，引起很大的短路电流，造成绕组过热，故障点产生的电弧使得绕组绝缘损坏，甚至会导致发电机着火。这是发电机内部最严重的故障。 （2）定子绕组单相匝间短路通常见到的发电机定子绕组单相接地故障是由于绝缘损坏而引起的绕组一相碰壳。发电机是在非直接接地系统中运行的，单相接地后，发电机电压系统电容电流的总和和流经定子铁心，当此电流较大时，如果超过5A，可能使绕组接地处铁心局部融化，还有可能扩大成为相间短路。给发电机的检修带来极大的困难。 （3）定子绕组单相接地定子绕组，某一项发生匝间短路时，被短路的各匝将有短路电流流过，产生局部过热，破坏绕组的绝缘，并可能发展为

25、单相接地故障或相间接地故障。 （4）转子绕组一点接地或两点接地当发电机励磁回路发生一点接地时、由于没有构成接地电流通路，故对发电机没有直接的危害。但是如果在一点接地故障未消除时，另一点又接地，则形成两点接地故障。发电机不正常工作状态：（1）外部短路引起的定子绕组过电流（2）由于外部不对称短路或不对称负荷引起的发电机负序过电流（3）为了反映发电机突然甩负荷时出现的过电压。因上述原因，本发电机继电保护回路系统设计包含如下内容：为了反映发电机定子绕组及其引出线的相间短路，而且本设计中的中性点侧有分相的引出线，应该设置纵差动保护。本设计发电机容量为60MW，而且定子绕组为星形接线，中性点侧只有三个引出

26、线，装设了反映零序电压的匝间短路保护。对于单相接地保护，本设计采用了发电机定子绕组单相接地保护。相间保护应设置后被保护，根据要求本设计的相间后备保护有，发电机复合电压启动过流保护。还有发电机定子绕组定时限过负荷保护，发电机定时限负序电流保护【9】。2、变压器的故障可分为油箱内故障和油箱外故障。油箱内故障有，绕组的相间短路匝间短路，变压器油箱内故障不仅会烧坏变压器，而且由于绝缘物和油在电弧作用下急剧气化，容易导致变压器油箱的爆炸。油箱外的故障有套管及引出线上的相间短路。变压器的不正常工作状态：外部故障引起的过电流、过负荷、过电压等本设中变压器继电保护回路的设计包含如下内容：油箱内保护有变压器的纵

27、差动保护利用电流速断保护与之相配合，相间短路的后备保护装设变压器复合电压启动过流保护。第3章 系统参数及短路电流计算系统参数计算设基准功率SB=100MVA，基准电压UB=Uav根据个电压等级不同，选取不同的值，本次设计中含有两个电压等级分别为242kV和10.5kV，基准电流=，基准电抗=。系统电抗为：变压器短路电压百分比等于短路阻抗百分比为Us%=14%：=×=×发电机的电抗：=75MVA=0.168×=0.168×3.2 电流互感器的选择为了保证电力系统安全经济运行，必须对电力设备的运行情况进行监视和测量。但一般的测量和保护装置不能直接接入一次高压

28、设备，而需要将一次系统的大电流按比例变换成小电流，供给测量仪表和保护装置使用。在测量交变电流的大电流时，为便于二次仪表测量需要转换为比较统一的电流（我国规定电流互感器的二次额定为5A或1A），另外线路上的电压都比较高如直接测量是非常危险的。电流互感器就起到变流和电气隔离作用。 它是电力系统中测量仪表、继电保护等二次设备获取电气一次回路电流信息的传感器，电流互感器将高电流按比例转换成低电流，电流互感器一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表、继电保护等。 所以电流互感器会分为测量用电流互感器和保护用电流互感器。测量用电流互感器的作用是用来计量（计费）和测量运行设备电流的，保护用电流互感器主要与继电装

29、置配合，在线路发生短路过载等故障时，向继电装置提供信号切断故障电路，以保护供电系统的安全。 （1）本设计中由于发电机一次侧电流为：IGN =4124AIgnA式中IGN发电机额定电Ign为发电机二次侧额定电流na为电流互感器变比（2）计算得电流互感器变比为： na=1200故选用的电流互感器标准变比为1200，电流互感器的型号选择为LMZB5-20。 （3）本设计变压器高、低压侧额定电流计算： 式中SN为变压器额定容量U变压器高压侧额定电压U变压器低压侧额定电压（4）计算变压器电流互感器变比：601200 式中n为高压侧电流互感器变比n为低压侧电流互感器变比故选用的低压侧电流互感器标准变比为1

30、200，电流互感器的型号选择为LMZB5-20。高压侧电流互感器变比为60，电流互感器的型号选择为LJW1-10。3.3 电压互感器的选择电压互感器是把高电压按比例关系变换成100V或更低等级的标准二次电压，供保护、计量、仪表装置使用。同时，使用电压互感器可以将高电压与电气工作人员隔离。电压互感器虽然也是按照电磁感应原理工作的设备，但它的电磁结构关系与电流互感器相比正好相反。电压互感器二次回路是高阻抗回路，二次电流的大小由回路的阻抗决定。当二次负载阻抗减小时，二次电流增大，使得一次电流自动增大一个分量来满足一、二次侧之间的电磁平衡关系。可以说，电压互感器是一个被限定结构和使用形式的特殊变压器。

31、电压互感器是发电厂、变电所等输电和供电系统不可缺少的一种电器设备。 （1）电压互感器的变比为：=/=/故选择的电压互感器标准变比为100，电压互感器选择的型号为JSJW-10。3.4 短路电流计算的目的和意义短路是电力系统的严重故障，产生短路的主要原因是电气设备载流部分的相间绝缘或相对地绝缘被破坏。包括自然因素和人为因素。人为因素主要是由于设计、安装及维护不良所带来的设备缺陷发展成短路，还有就是人为事故12。短路所引起的后果是破坏性的主要表现在以下几方面：1、短路时，系统电压大幅度下降，对用户影响很大。2、当电力系统发生短路时，有可能使并列运行的发电机失去同步，破坏系统稳性，是整个系统遭到破坏

32、，引起大片停电，这是短路最严重的后果。3、不对称接地短路所造成的不平衡电流，产生零序不平衡磁通，对临近的通讯产生干扰，并危及设备和人身的安全。在电力系统和电气设备的设计和运行中，短路计算是解决一系列技术问题所不可缺少的基本计算，主要有以下几方面：1、为了合理地配置各种继电保护装置并正确整定其参数，必须对电力网中发生的各种短路进行计算和分析。2、在设计保护回路时，为了整定计算时出现的个点的短路电流，采取限制短路电流的措施等，都要进行必要的短路电流计算。3.5 短路电流的计算根据下图给出的系统60MW发变组等效电路图来对电路点进行计算，图中在最小运行方式下选取了三个个短路点分别为d1、d2点，后文

33、会根据这两个短路点进行计算。图3-1 发电机和变压器变等效电路3.5.1 d1点短路电流计算如下图，当d1点发生三相短路时。图3-2 d1点短路等效电路图 242kV电压等级时的基准电流为：=短路电流标幺值为： 故电路点短路电流的有名值为：kAkAkA3.5.2 d2点短路电流计算如下图，当d2点发生三相短路时。图3-3 d2点短路等效电路图10.5kV电压等级时的基准电流为：=短路电流标幺值为： 故电路点短路电流的有名值为：kAkA18.77kA 第4章 发电机保护4.1 发电机纵差保护 发电机相间短路的纵联差动保护（简称发电机纵差保护）是用于发电机定子绕组及其引出线相间短路故障的主保护，其

34、基本原理与变压器纵差保护的原理相似，按照比较发电机机端侧与中性点侧电流大小和相位的原理构成。 发电机纵联差动保护，根据接入发电机中性点电流的份额，可分为完全纵差动保护和不完全纵差动保护。完全纵差保护能反映发电机内部及其引出线上的相间短路，但不能反映发电机内部匝间短路及分支开焊、对于大电流系统侧的单相接地短路故障，灵明度有所下降。不完全纵差保护，适用于每相定子绕组为多分支的大型发电机。它除了能反映发电机相间短路故障，还能反映定子线棒开焊及分支匝间短路。 基本原理：是基于保护的动作电流随着外部故障的短路电流而产生的最大不平衡电流的增大而按比例的线性增大，且比最大不平衡电流增大的更快，使在任何情况下

35、的外部故障时，保护不会误动作。(这这样就可以避免由于外部短路电流的增大而造成电流互感器饱和而引起不平衡电流的增大，也就是可以避免继电器误动)，将外部故障的短路电流作为制动电流； 图4-1中，Ires电流，即外部短路时流过制动线圈的电流，Iact电器的动作电流，I流，I制动作用的最小制动电流，通常取I等于负荷电流，因为在电流互感器误差很小，不平衡电流很小，继电器具有这样性能，不管外部短路短路电流多大，继电器总不会误动，K为制动系数。图4-1 发电机纵差保护特性图4-2 发电机纵差保护原理图 保护采用三相式接线，KD1、KD2、KD3为差动继电器。在差动回路的中性点上接有断线监视用电流继电器KSB

36、。此外，还有保护跳闸出口中间继电器KOF，信号继电器KH，附加电阻Rab等。当发电机定子绕组或引出线发生相间短路时，相应的差动继电器动作，立即启动保护的出口中间继电器KOF，同时，信号继电器KH动作，一方面掉牌，一方面触点接通，使掉牌未复归光字牌亮。 1、最小动作电流整定 根据发电机的参数所以发电机的额定电流为：IGN=4124A 差动保护的最小动作电流为：=A 式中Krel 2、制动特性的拐点电流整定 制动特性的拐点电流为：=A 3、折现斜率 最大动作电流为：=式中KrelKapKssKerKI(3)发电机出口处的三相短路短路电流。 最大制动电流为：= 所以折现斜率为：m=根据以上计算确定的

37、比率制动特性折线ABC可确保在负荷状态和最大外部短路暂态过程中可靠不误动。 4、灵敏系数校验 由于发电机最小短路为两相短路，所以： 所以灵敏系数Ksen大于2，符合系统要求。 5、短线监视器CJJ整定：=0.2×4.2 反应发电机零序电压的匝间短路保护4.2.1 发电机零序电压匝间短路保护的配置 发电机正常运行或相间短路时，无零序电压。定子绕组单相接地时，故障对地电压等于零，中性点对地电压为相电压，三相定子绕组对中性点电压仍然对称，不出现机端对绕组中性点的零序电压。当定子绕组发生匝间短路时，便出现机端三相对中性点电压不对称，出现了机端对中性点的零序电压。a为短路的绕组匝数与每相总绕组

38、数之比。 为了取得发电机机端对中性点的零序电压，应在发电机端装设一组专用的电压互感器TV，并将TV一次绕组的星形中性点和发电机的中性点直接连接，TV的一组二次绕组接成开口三角形，其开口端反应发电机定子绕组三相对中性点的零序电压3U0 。如下图所示：图4-3 发电机零序电压匝间短路保护 该电压由互感器一次中性点与发电机中性点相连而不接地的电压互感器开口三角形绕组取得。 （1）零序过电压保护的动作电压U值可选择为：VU （2）动作时间整定：4.3 发电机定子绕组单相接地保护 为了安全，发电机的外壳总是接地的。因此，定子绕组某相的绝缘损坏时所发生的对外壳的短接，就是单相接地。单相接地发生的机会比相间

39、短路要多，单项接地时，定子铁芯烧伤的程度与流过接地故障点电流大小及持续时间有关。当接地电流较大时，能在故障点引起电弧，使定子绕组的绝缘和定子铁心烧坏，并且也容易发展成相间或匝间短路，造成更大的危害。故规章规定：发电机额定电压10.5kV，60MW汽轮发电机定子绕组单项接地电流允许值3A，应装设保护区不小于90%的定子接地保护。 基波零序电压的采取，发电机定子回路中性点和定子绕组引出线及主变压器低压绕组和电压互感器的一次绕组的基波零序电压均相同。因此，作为发电机定子接地保护动作参量的基波零序电压，可取自发电机中性点单相电压互感器二次侧或接地消弧线圈的二次电压。图4-4 发电机零序电压的定子绕组单

40、相接地保护原理图 零序电压取自发电机中性点，KV为电压继电器。还有时间继电器KT，信号继电器KH等，当定子绕组某相的绝缘损坏时所发生的对外壳的短接时，相应的电压继电器励磁动作，后动合触电闭合，立即启动时间继电器KT，信号继电器KH动作，发出信号，运行人员可以知道发生故障。为了保证动作的选择性，零序电压保护的整定值应躲开正常运行时机端三相电压互感器开口三角形绕组的最大不平衡电压U整定，即=90V式中Krel可靠系数，取U为实测不平衡电压，在开口三角形产生100V不平衡电压。动作于信号时，动作时间t取9s。对于100MW以下发电机，应装设保护范围不小于90%的定子接地保护，本系统为60MW发电机，

41、故按90%定子接地保护的保护范围整定，需要加装三次谐波带阻过滤器，可是保护范围达到90%95%。4.4 发电机励磁回路接地保护4.4.1 发电机励磁回路接地保护发电机正常运行时，励磁回路对地之间有一定的绝缘电阻和分布电容，它们的大小与发电机的结构、冷却方式等因素有关。当转子绝缘损坏时，就可能引起励磁回路接地故障，常见的是一点接地故障，如不及时处理，还可能接着发生两点接地故障。励磁回路的一点接地故障，由于构不成电流通路，对发电机不会构成直接的危害，那么对于励磁回路的一点接地故障的危害，主要是担心再发生第二点接地故障，因为在一点接地故障后，励磁回路对地电压将有所增高，就有可能再发生第二个接地故障点

42、。发电机励磁回路发生两点接地故障的危害表现为：1、转子绕组的一部分被短路，另一部分绕组的电流增加，这就破坏了发电机气隙磁场的对称性，引起发电机的剧烈振动，同时无功出力降低。2、转子电流通过转子本体，如果转子电流比较大（通常以1500A为界限），就可能烧损转子，有时还造成转子和汽轮机叶片等部件被磁化。3、由于转子本体局部通过转子电流，引起局部过热，使转子发生缓慢变形而形成偏心，进一步加剧振动。当发电机转子绕组发生一点接地时，由于没有构成接地电流的通路，故对发电机没有直接危害。但要抬高转子某些点的电压，若处理得不及时，长期运行抬高电压点的绝缘会被破坏，易形成两点接地，此时，转子磁通的对称性被破坏，

43、使发电机产生强烈的机械振动。4.5 发电机定子绕组定时限过负荷保护防止由于过负荷超过发电机的额定的、容量而引起的过电流保护，在经常有值班人员的情况下，过负荷保护通常作用于信号。由于过负荷电流在大多数情况下是三相对称的，因此，过负荷保护仅接入一相电流，各侧的过负荷保护均经过同一时间继电器发出信号，即采用接一相电流的电流继电器和一个时间继电器构成，带延时动作于信号。大型发电机的材料利用率高，热容量与铜损之比较小，热时间常熟也较小，相对过负荷能力就低，较易因过负荷而温升过高，影响机组正常寿命，应装设过负荷保护。图4-5 发电机定子绕组定时限过负荷保护原理图KA为电流继电器。还有时间继电器KT，当发电

44、机过负荷运行电流增大时，相应的电流继电器KA励磁动作，后动合触点闭合，立即启动时间继电器发出信号，为防止外部故障时过负荷保护误发信号，其时间继电器动作实现要大于后备保护的动时限。由于发电机额定电流IGN=4124A，那么二次额定电流。定子绕组定时限过负荷保护的动作电流按发电机长期允许的负荷电流下能可靠返回的条件整定：=式中 KrelKre动作时间按大于发电机后备保护限度整定，一般取时间为9s以下，所以整定时间取为5s。该保护是动作于信号的保护，仅提供信号给监控人员。4.6 发电机过电压保护发电机出现过电压，不仅对定子绕组绝缘带来威胁，同时使变压器励磁电流剧增，引起变压器的过励磁和过磁通。过励磁

45、可使绝缘因发热而降级，过磁通使变压器铁芯饱和并在铁芯相邻的导磁体内产生巨大的涡流损失，严重时可因涡流发热使绝缘材料遭永久性损坏。过电压保护用来保护发电机各种运行情况下引起的定子过电压。过电压保护动作于跳闸，过电压保护可作为过压启动、闭锁及延时元件、保护取三相线电压，当任一线电压大于整定值，保护即动作。Ungs的延迟后，动合触电闭合，使信号继电器KS和出口继电器KOU同时动作，一方面发出电压保护动作信号，另一方面动作于跳开发电机出口断路器QF。图4-6 发电机过电压保护原理图（1）动作电压报警定值：U=（2）过电压保护整定的动作电压为：=×=0.8×=84V式中 KrelUa

46、ct在50V-100V范围内，满足条件动作时间t=0.5s，动作与解列灭磁。4.7 发电机复合电压起动过电流保护发电机相间短路的后备保护可采用过电流保护、带低电压的过电流保护、复合电压起动的过电流保护、负序过电流保护等。为了防止外部短路所引起的过电流和作为发电机的后备保护，在发电机上可装设过电流保护或带低电压起动的过电流保护。发电机的最大负荷电流通常比较大，采用一般电流保护时，保护的动作电流较大，致使保护反应外部故障时的灵敏系数汪汪不能满足要求，所以对于60MW发电机为了提高灵敏性，采用负荷电压启动的过电流保护。图4-7 发电机复合电压起动过电流保护原理图负序电压继电器KNV和低电压继电器KV

47、组成复合电压原件，当发生不对称短路时，由于负序电压的出现，过电压继电器KV1动作，其常闭触点打开，低电压继电器KV失电而动作，其常闭触点接通，启动中间继电器KML。与此同时，故障相的电流原件动作，于是时间继电器KT启动经保护动作时限后，将发电机断路器当发生三相短路时，短路开始瞬间也有负序电压出现，KNV的常闭触点打开，使KV失电动作，其常闭触点闭合。在负序电压消失后，KNV的常闭触点闭合，KV在动作状态，与以动作的电流继电器一起使整套保护动作。保护装置中过电流元件和相间低电压元件的整定原则与低电压起动过电流保护相同。负序电压元件的起动电压按躲开正常运行方式下负序过滤器出现的最大不平衡电压来正等

48、，根据运行经验，其起动电压为： （1）过流元件的动作电流为：=A式中KrelKr （2）灵敏系数校验： Ksen>2满足条件式中I(2)d2.min为发电机提供给高压侧母线的两相短路电流。 （3）发电机低压元件V 灵敏系数：>，满足条件。式中 Uop*XM*为变压器的标幺值阻抗I*(2)由发电机提供的高压侧母线的最大短路电流表幺值 （4）动作时间整定。取t=1.7s跳母线断路器。4.8 发电机定时限负序电流保护 对于60MW及以上的发电机，通常应装设负序电流保护，作为外部相间短路的远后备保护以及内部相间短路的近后备保护。图4-8 发电机定时限负序电流保护原理图目前对于汽轮发电机，大

49、都采用两段式负序定时限过电流保护。一段定值较大，延时动作与发电机跳闸，以作为防止转子过热和后备保护之用。另一段定值较低，延时发出不对称过负荷信号。（1）动作电流整定：A式中 Krel Kr （2）动作时间整定 动作时间为t=10+0.5=10.5s。第5章 变压器保护5.1 变压器电流速断保护电流速断保护的主要优点是简单可靠、动作迅速，因而获得了广泛的应用。根据如下变压器电流速断保护的原理图:图5-1 变压器电流速断保护原理图电流继电器KA，当电流过大时电流继电器KA励磁动作，触点闭合后中间继电器KH励磁动作发出信号，出口继电器KOF励磁动作，断开QF。保护的动作电流按躲过变压器负荷侧母线d1

50、点短路时的最大短路电流整定，即：=A 式中KrelI(3)d2.mind2点三相短路时的短路电流，在面前已经计算过，此时的三相短路电流值为25020A保护的灵敏系数按d2点最小短路电流整定：=AKsen式中I(2)d1点两相短路电流，I(2)前面已经计算为508A所以动作电流和灵敏系数都符合电流速断保护的要求。5.2 变压器纵差保护电流纵联差动保护原理基于基尔霍夫电流定律，反应于被保护元件的流入电流与流出电流之差而动作。电流总差动保护不但能够正确区分区内外故障，而且不需要与其他元件的保护配合，可以无延时地切除区内各种短路故障，因而被广泛地用作变压器主保护。变压器纵差动保护主要是用来反应变压器绕

51、组套管、引出线上的相间短路，同时也可以反应变压器绕组匝间短路及中性点直接接地系统侧绕组、套管、引出线的单相接地短路。图5-2 变压器纵差保护原理图护采用三相式接线，KD1-KD3差动继电器，此外，还有保护跳闸出口中间继电器KOF，信号继电器KH，当变压器外部短路时，相应的差动继电器动作，立即启动保护的出口中间继电器KOF，跳开发电机出口断路器，瞬时切除故障；同时，信号继电器KH动作，发出信号，断开线路。（1）纵差动保护的最小动作电流应大于变压器额定负载时的不平衡电流，既 式中I为变压器高压侧额定电流n高压侧电流互感器的变比KrelKer （2）起始制动电流的整定：A （3）动作特性曲线斜率S的

52、整定：式中KccI外部短路时，最大穿越短路电流周期分量，为501AKop （4）灵敏系数的计算：Ksen2要求满足要求。5.3 变压器零序电流保护在大电流接地系统中发生接地故障后，就有零序电压出现，利用零序不平衡构成保护接地短路的继电保护装置称为零序电流保护。在本设计中为变压器中性直接接地运行的变压器接地保护。图5-3 变压器零序电流保护原理图零序电流取自变压器中性点，KV为电压继电器。还有时间继电器KT，信号继电器KH等，当单相接地时，相应的电压继电器励磁动作，后动合触电闭合，立即启动时间继电器KT，信号继电器KH动作，发出信号，运行人员可以知道发生故障。 （1）与线路零序电流保护配合，其零

53、序一次动作电流可归纳为按下式整定： I0.op。T=KcoKI式中 I0.op。T变压器零序过电流保护动作电流K0.br Kco I与之相配合的相邻线路保护相应段最大一次动作电流1A （2）动作时间整定： t=t0+t=5s+0.3=5.3s 5.4 变压器过负荷保护对400kVA以上的变压器，当数台变压器并列运行，或单独运行并作为其他负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况装设过负荷保护。过负荷经延时作用于信号。图5-4 变压器过负荷保护原理图（1）动作电流按躲过额定电流进行整定：A式中KrelKr=175A其中 式中UN。com变压器公共绕组的额定电压 SN变压器的额定定容量 U变压器高压

54、绕组的额定电压n变压器高压侧的额定电压变比（2）时间整定应大于相间故障后备保护最大动作时间t>3.5s，t取4s大于复合电压启动过电流保护最大整定时间5.5 变压器复合电压起动过电流保护这种保护是一种变压器相间短路的后备保护，是低电压起动过电流保护的发展，它将原来的三个低电压继电器改由一个负序过电压继电器，与一个接于线电压上的低电压继电器组成9。当发生各种不对称短路时由于出现负序电压，负序过电压继电器一定动作，与过电流继电器配合可作为不对称故障的保护，当发生三相短路时，可由低电压继电器与过电流继电器配合，作为三相短路故障的保护。图5-5 变压器复合电压起动过电流保护的原理图（1）242k

55、V复合电压闭锁方向过流 保护动作电流:A式中 Krel可靠系数，取1.3Kr In。h变压器高压侧二次额定电流。 高压侧低电动作电压:=70V 式中Uact。1电压互感器二次绕组额定电压（2）242kV侧保护灵敏系数校验: Ksen>1.5-1.7,满足要求。保护动作时间整定:s 其中tact。1线路相间后备的动作时限（3） 动作电流=A式中KrelKrIn。h变压器低压侧二次额定电流 低压侧低电压动作电压60V式中 Uact。2为电压互感器二次绕组额定电压（4）灵敏系数校验:Ksen>2，满足条件 保护时间整定:第一级时限s第二级时限s5.6 变压器非电量保护变压器非电量保护为变压器瓦斯保护，瓦斯保护是在容量800KVA以上的变压器油箱内发生故障时，故障点的电弧会使变压器油及其它绝缘物分解产生气体，反应油箱内出现气体而动作的保护。瓦斯保护灵敏、快速、接线简单，可以有效地反应变压器邮箱内的故障及油面降低，它不能反应油箱外套管及引出线上的故障，因此本设计与电流速断保护构成变压器的主