第八章火电厂的继电保护

1、 保定热保定热电厂电厂报告人报告人：胡志光胡志光单位：华北电力大学 电气设备及运行电气设备及运行讲稿讲稿第八章第八章 火电厂的继电保护火电厂的继电保护第八章第八章 目目 录录 第一节第一节 继电保护的基本知识继电保护的基本知识 第二节第二节 发电机的继电保护发电机的继电保护 第三节第三节 变压器的继电保护变压器的继电保护 第四节第四节 发变组辅助性保护发变组辅助性保护 第五节第五节 电动机的继电保护电动机的继电保护 第六节第六节 输电线路的高频保护输电线路的高频保护 复习思考题复习思考题一、一、 继电保护装置的作用继电保护装置的作用 （1）当电力系统发生故障时，能自动地、迅速地、有）当电力系统

2、发生故障时，能自动地、迅速地、有选择性地将故障设备从电力系统中切除，以保护证系统选择性地将故障设备从电力系统中切除，以保护证系统其余部分迅速恢复正常运行，并使故障设备不再继续遭其余部分迅速恢复正常运行，并使故障设备不再继续遭受损坏。受损坏。 （2）当系统发生不正常工作情况时，能自动地、及时）当系统发生不正常工作情况时，能自动地、及时地、有选择性地发出信号通知运行人员进行处理，或者地、有选择性地发出信号通知运行人员进行处理，或者切除那些继续运行会引起故障的电气设备。切除那些继续运行会引起故障的电气设备。第一节第一节 继电保护的基本知识继电保护的基本知识 二、继电保护的组成二、继电保护的组成 继电

3、保护装置一般由测量部分、逻辑部分、执行继电保护装置一般由测量部分、逻辑部分、执行部分、信号部分及操作电源等组成，其方框图如部分、信号部分及操作电源等组成，其方框图如图所示。图所示。 三、继电保护的基本原理三、继电保护的基本原理当线路的当线路的K处发生短路时，由处发生短路时，由TA传感，传感，KA启动，使启动，使KA的常开的常开触点闭合，接通了断路器触点闭合，接通了断路器QF的跳的跳闸线圈闸线圈YR，铁心被吸上，撞开锁，铁心被吸上，撞开锁扣机构（扣机构（LO），断路器跳闸，断），断路器跳闸，断开电源，故障即被切除。同时，断开电源，故障即被切除。同时，断路器路器QF的辅助触点断开，又使的辅助触点断

4、开，又使QF的跳闸线圈的跳闸线圈YR失电，防止失电，防止YR长期长期过流烧毁。短路电流消失后，过流烧毁。短路电流消失后，KA线圈中的电流也随即消失，继电器线圈中的电流也随即消失，继电器的触点在弹簧力的作用下返回断开的触点在弹簧力的作用下返回断开位置。位置。 四、四、对继电保护的基本要求对继电保护的基本要求 1选择性选择性：选择性是指电力系统发生故障时，继电保护仅将：选择性是指电力系统发生故障时，继电保护仅将故障部分切除，保障其它无故障部分继续运行，以尽量缩小停故障部分切除，保障其它无故障部分继续运行，以尽量缩小停电范围。电范围。 2快速性快速性：为了保证电力系统运行的稳定性和对用户可靠供：为了

5、保证电力系统运行的稳定性和对用户可靠供电，以及避免和减轻电气设备在事故时所遭受的损害，要求继电，以及避免和减轻电气设备在事故时所遭受的损害，要求继电保护装置尽快地动作，尽快地切除故障部分。电保护装置尽快地动作，尽快地切除故障部分。 3灵敏性灵敏性：灵敏性是继电保护装置对其保护范围内发生的故：灵敏性是继电保护装置对其保护范围内发生的故障或不正常工作状态的反应能力，一般以灵敏系数障或不正常工作状态的反应能力，一般以灵敏系数Ks表示。表示。 4可靠性可靠性：可靠性是指当保护范围内发生故障或不正常工作：可靠性是指当保护范围内发生故障或不正常工作状态时，保护装置能够可靠动作而不致拒绝动作；而在电气设状态

6、时，保护装置能够可靠动作而不致拒绝动作；而在电气设备无故障或在保护范围以外发生故障时，保护装置不发生误动。备无故障或在保护范围以外发生故障时，保护装置不发生误动。 五、继电器分类五、继电器分类1按结构型式分类按结构型式分类按结构型式分类，继电器主要有机电型、整流型、晶体管型、按结构型式分类，继电器主要有机电型、整流型、晶体管型、集成电路型、微机型等五大类。集成电路型、微机型等五大类。2按反应的物理量分类按反应的物理量分类按反应的物理量分类，继电器主要有电量和非电量两大类。按反应的物理量分类，继电器主要有电量和非电量两大类。(1) 反应电量的继电器有电流继电器、电压继电器、功率继电反应电量的继电

7、器有电流继电器、电压继电器、功率继电器、阻抗继电器等。器、阻抗继电器等。(2) 反应非电量的继电器有瓦斯继电器、温度继电器、压力继反应非电量的继电器有瓦斯继电器、温度继电器、压力继电器等。电器等。3按在保护中的作用分类按在保护中的作用分类按在保护中的作用分类，继电器可分为测量继电器和辅助继电按在保护中的作用分类，继电器可分为测量继电器和辅助继电器两大类。器两大类。(1) 测量继电器直接反应电气量的变化，按所反应电量的不同，测量继电器直接反应电气量的变化，按所反应电量的不同，可分为电流继电器、电压继电器、频率继电器、功率方向继电器、可分为电流继电器、电压继电器、频率继电器、功率方向继电器、差动继

8、电器等。差动继电器等。(2) 辅助继电器用来改进和完善继电保护的功能，一般作为保辅助继电器用来改进和完善继电保护的功能，一般作为保护中的逻辑、执行元件。按其作用不同可分为中间继电器、时间护中的逻辑、执行元件。按其作用不同可分为中间继电器、时间继电器、信号继电器和出口继电器等。继电器、信号继电器和出口继电器等。 六、继电保护分类六、继电保护分类 1按保护对象分类按保护对象分类 继电保护按保护对象不同可分为：元件保护和线路保护。元件保继电保护按保护对象不同可分为：元件保护和线路保护。元件保护又分为：发电机保护、变压器保护、电动机保护、母线保护等。护又分为：发电机保护、变压器保护、电动机保护、母线保

9、护等。线路保护又分为：高压和超高压输电线路保护、高压和低压配电线线路保护又分为：高压和超高压输电线路保护、高压和低压配电线路保护等。路保护等。 2按继电器结构形式分类按继电器结构形式分类 继电保护按采用的继电器结构形式不同可分为：机电式继电保护、继电保护按采用的继电器结构形式不同可分为：机电式继电保护、晶体管式继电保护、大规模集成电路式继电保护和微机数字式继电晶体管式继电保护、大规模集成电路式继电保护和微机数字式继电保护等。保护等。 3按所反应的物理量分类按所反应的物理量分类 继电保护按所反应的物理量不同可分为：电流保护、电压保护、继电保护按所反应的物理量不同可分为：电流保护、电压保护、方向保

10、护、距离保护、差动保护和纵联保护等。方向保护、距离保护、差动保护和纵联保护等。 4按采集的信号方式分类按采集的信号方式分类 继电保护按采集的信号方式不同可分为：反应单端电气量的保护继电保护按采集的信号方式不同可分为：反应单端电气量的保护和反应两端电气量的保护。和反应两端电气量的保护。 5按信号的通讯方式分类按信号的通讯方式分类 对于反应两端电气量的纵联保护，按信号的通讯方对于反应两端电气量的纵联保护，按信号的通讯方式不同可分为：高频保护、光纤保护和微波保护等。式不同可分为：高频保护、光纤保护和微波保护等。 6按保护的作用分类按保护的作用分类 当某一电气设备配置两种及以上的保护时，按保护当某一电

11、气设备配置两种及以上的保护时，按保护的作用不同可分为：主保护（反应被保护元件自身的的作用不同可分为：主保护（反应被保护元件自身的故障并以尽可能短的延时，有选择性地切除故障的保故障并以尽可能短的延时，有选择性地切除故障的保护）、后备保护（当主保护拒动时起作用，从而动作护）、后备保护（当主保护拒动时起作用，从而动作于相应断路器以切除故障元件，后备保护分近后备和于相应断路器以切除故障元件，后备保护分近后备和远后备两种）和辅助保护（为补充主保护和后备保护远后备两种）和辅助保护（为补充主保护和后备保护的不足，而增设的较简单的保护）。的不足，而增设的较简单的保护）。 7. 纵联保护的分类纵联保护的分类 （

12、1）电力线载波纵联保护，也就是常说的高频保护；（）电力线载波纵联保护，也就是常说的高频保护；（2）微）微波纵联保护，简称微波保护；（波纵联保护，简称微波保护；（3）光纤纵联保护，简称光纤保）光纤纵联保护，简称光纤保护；（护；（4）导引线纵联保护，简称导引线保护。）导引线纵联保护，简称导引线保护。 8. 母线差动保护母线差动保护 因为母线上只有进出线路，正常运行情况，进出电流的大因为母线上只有进出线路，正常运行情况，进出电流的大小相等，相位相同。如果母线发生故障，这一平衡就会破坏。小相等，相位相同。如果母线发生故障，这一平衡就会破坏。有的保护采用比较电流是否平衡，有的保护采用比较电流相位有的保护

13、采用比较电流是否平衡，有的保护采用比较电流相位是否一致，有的二者兼有，一旦判别出母线故障，立即启动保是否一致，有的二者兼有，一旦判别出母线故障，立即启动保护动作元件，跳开母线上的所有断路器。如果是双母线并列运护动作元件，跳开母线上的所有断路器。如果是双母线并列运行，有的保护会有选择地跳开母联开关和有故障母线的所有进行，有的保护会有选择地跳开母联开关和有故障母线的所有进出线路断路器，以缩小停电范围。出线路断路器，以缩小停电范围。 八、大型发电机八、大型发电机-变压器组保护出口的动作方式变压器组保护出口的动作方式 1. 全停：停汽轮机、停锅炉、断开发电机出口断路器、断开发全停：停汽轮机、停锅炉、断

14、开发电机出口断路器、断开发电机灭磁开关、跳主变压器高压侧断路器、跳高压厂用变压器低电机灭磁开关、跳主变压器高压侧断路器、跳高压厂用变压器低压侧断路器、使机炉及其辅机停止工作。压侧断路器、使机炉及其辅机停止工作。 2. 解列灭磁：跳主变压器高压侧断路器、跳灭磁开关、跳高压解列灭磁：跳主变压器高压侧断路器、跳灭磁开关、跳高压厂用变压器低压侧断路器。厂用变压器低压侧断路器。 3. 解列：跳主变压器高压侧断路器。解列：跳主变压器高压侧断路器。 4. 减出力、减励磁：减少原动机的输出功率，降低发电机励磁减出力、减励磁：减少原动机的输出功率，降低发电机励磁电流。电流。 5. 程序跳闸：先关闭汽机主汽门，闭

15、锁热工保护。程序跳闸：先关闭汽机主汽门，闭锁热工保护。 6. 发信号：发出声光信号或光信号。发信号：发出声光信号或光信号。 7. 母线解列：对母线系统，断开母线联络断路器，缩小故障波母线解列：对母线系统，断开母线联络断路器，缩小故障波及范围。及范围。 8. 分支断路器跳闸：高压厂变分支断路器跳闸：高压厂变6kV 分支断路器跳闸，发闭锁厂分支断路器跳闸，发闭锁厂用切换信号。用切换信号。 9. 起、停机保护：跳发电机灭磁开关。起、停机保护：跳发电机灭磁开关。 10. 程序逆功率保护：由发电机程序跳闸起动，其保护除关闭程序逆功率保护：由发电机程序跳闸起动，其保护除关闭主汽门外，其余同全停。主汽门外，

16、其余同全停。九、微机保护概述九、微机保护概述 1微机保护装置的特点微机保护装置的特点（1）维护调试方便：除了输入和修改定值及检查外部接线外几乎）维护调试方便：除了输入和修改定值及检查外部接线外几乎不用调试，从而大大减轻了运行维护的工作量。不用调试，从而大大减轻了运行维护的工作量。 （2）可靠性高：能自动识别和排除干扰，防止由于采样信号受到）可靠性高：能自动识别和排除干扰，防止由于采样信号受到干扰而造成保护错误动作。干扰而造成保护错误动作。 （3）易于获得附加功能：能记录保护各部分的动作顺序、动作时）易于获得附加功能：能记录保护各部分的动作顺序、动作时间、故障类型和相别，能实习故障前后电压和电流

17、的录波数据等间、故障类型和相别，能实习故障前后电压和电流的录波数据等 。（4）灵活性大：只要改变软件就可以改变保护的特性和功能，从）灵活性大：只要改变软件就可以改变保护的特性和功能，从而可灵活地适应电力系统发展对保护要求的变化，也减少了现场的而可灵活地适应电力系统发展对保护要求的变化，也减少了现场的维护工作量。维护工作量。（5）保护性能得到很好改善：如接地距离保护承受过渡电阻能力）保护性能得到很好改善：如接地距离保护承受过渡电阻能力的改善、距离保护如何区分振荡和短路、变压器差动保护如何识别的改善、距离保护如何区分振荡和短路、变压器差动保护如何识别励磁涌流和内部故障、母线保护如何检测电流互感器饱

18、和等。励磁涌流和内部故障、母线保护如何检测电流互感器饱和等。 （6）经济性好：微处理器和集成电路芯片的性能不断提高而价格）经济性好：微处理器和集成电路芯片的性能不断提高而价格一直在下降，而电磁型继电器的价格在同一时期内却不断上升。而一直在下降，而电磁型继电器的价格在同一时期内却不断上升。而且，微机保护装置是一个可编程序的装置，它可基于通用硬件实现且，微机保护装置是一个可编程序的装置，它可基于通用硬件实现多种保护功能，使硬件种类大大减少。多种保护功能，使硬件种类大大减少。 2. 微机保微机保护装置的护装置的硬件构成硬件构成：由由数据采集数据采集单元单元 、数据、数据处理单元处理单元 、开关量输入

19、开关量输入输出接口输出接口 、通信接口通信接口 和和电源电源 组成，组成，如图所示。如图所示。3、微机保护装置的软件构成、微机保护装置的软件构成 微机保护主程序框图微机保护主程序框图 微机保护装置的微机保护装置的软件通常可分为监软件通常可分为监控程序和运行程序控程序和运行程序两部分。所谓监控两部分。所谓监控程序包括人机对话程序包括人机对话接口键盘命令处理接口键盘命令处理程序以及为插件调程序以及为插件调试、定值整定、报试、定值整定、报告显示等所配置的告显示等所配置的程序。所谓运行程程序。所谓运行程序就是指保护装置序就是指保护装置在运行状态下所需在运行状态下所需执行的程序。执行的程序。 1发电机的

20、故障类型和保护配置发电机的故障类型和保护配置（1）定子绕组相间短路故障。会引起巨大的短路电流，严重）定子绕组相间短路故障。会引起巨大的短路电流，严重烧损发电机。需要装设瞬时动作的纵联差动保护。烧损发电机。需要装设瞬时动作的纵联差动保护。（2）定子绕组匝间短路故障。又可分为一分支匝间短路和同）定子绕组匝间短路故障。又可分为一分支匝间短路和同相异分支间短路，故障时同样会引起巨大短路电流而烧毁发电相异分支间短路，故障时同样会引起巨大短路电流而烧毁发电机。要求装设瞬时动作的匝间短路保护。机。要求装设瞬时动作的匝间短路保护。（3）定子绕组单相接地故障。这是发电机最常见的故障之一，）定子绕组单相接地故障。

21、这是发电机最常见的故障之一，通常因绝缘破坏使得绕组对铁心短路而引起，故障时的接地电通常因绝缘破坏使得绕组对铁心短路而引起，故障时的接地电流引起的电弧一方面灼伤铁心，另一方面会进一步破坏绝缘，流引起的电弧一方面灼伤铁心，另一方面会进一步破坏绝缘，导致严重的定子绕组两点接地，造成匝间或相间短路。因此对导致严重的定子绕组两点接地，造成匝间或相间短路。因此对于大型发电机，规定装设能灵敏地反应全部绕组接地故障的于大型发电机，规定装设能灵敏地反应全部绕组接地故障的100定子绕组接地保护。定子绕组接地保护。 第二节第二节 发电机的继电保护发电机的继电保护一、发电机的故障、异常类型和保护配置一、发电机的故障、

22、异常类型和保护配置（4）发电机转子励磁绕组接地故障。又分一点接地和两点接）发电机转子励磁绕组接地故障。又分一点接地和两点接地。转子一点接地后可能诱发转子绕组两点接地，而两点接地地。转子一点接地后可能诱发转子绕组两点接地，而两点接地会因磁场不平衡而引起机组剧烈震动，造成灾难性后果。因此会因磁场不平衡而引起机组剧烈震动，造成灾难性后果。因此大型汽轮发电机要求同时装设转子回路一点接地和两点接地保大型汽轮发电机要求同时装设转子回路一点接地和两点接地保护。护。（5）发电机失磁故障。发电机失磁或部分失磁是发电机常见）发电机失磁故障。发电机失磁或部分失磁是发电机常见故障之一，要求及时检测到失磁故障，并根据失

23、磁过程的发展，故障之一，要求及时检测到失磁故障，并根据失磁过程的发展，采取不同的措施，来保证系统和发电机的安全，这就需要装设采取不同的措施，来保证系统和发电机的安全，这就需要装设失磁保护。失磁保护。 除此之外，各种系统异常工况或调节装置故障也可能使发电除此之外，各种系统异常工况或调节装置故障也可能使发电机处在异常运行状态，从而危及发电机安全，因此也需要装设机处在异常运行状态，从而危及发电机安全，因此也需要装设相应的保护装置。相应的保护装置。 2发电机的异常类型和保护配置发电机的异常类型和保护配置（1）负荷不对称出现的负序电流可能引起发电机转子表层过）负荷不对称出现的负序电流可能引起发电机转子表

24、层过热。需装设反时限不对称过负荷保护。热。需装设反时限不对称过负荷保护。（2）对于对称过负荷，需装设反时限对称过负荷保护。）对于对称过负荷，需装设反时限对称过负荷保护。（3）对于励磁回路过负荷，要求装设反时限转子过负荷保护。）对于励磁回路过负荷，要求装设反时限转子过负荷保护。（4）与系统并列运行的发电机可能因机、炉保护动作等原因将）与系统并列运行的发电机可能因机、炉保护动作等原因将汽门关闭而引起逆功率运行，为防止汽轮机叶片与残留尾汽剧烈汽门关闭而引起逆功率运行，为防止汽轮机叶片与残留尾汽剧烈摩擦过热而损坏汽轮机，应装设逆功率保护。摩擦过热而损坏汽轮机，应装设逆功率保护。（5）为了防止过励磁而损

25、坏铁心，应装设过励磁保护。）为了防止过励磁而损坏铁心，应装设过励磁保护。（6）其它异常运行状态还有：定子绕组过电压，低频运行、非）其它异常运行状态还有：定子绕组过电压，低频运行、非全相运行、失步运行等，也应按规程要求装设相应的保护。另外全相运行、失步运行等，也应按规程要求装设相应的保护。另外还需装设阻抗后备保护作为发变组的后备保护。还需装设阻抗后备保护作为发变组的后备保护。（7）当电压互感器或电流互感器回路发生短路故障时，会引起）当电压互感器或电流互感器回路发生短路故障时，会引起某些保护或拒动，因此需要装设相应的电压互感器或电流互感器某些保护或拒动，因此需要装设相应的电压互感器或电流互感器断线

26、检测和闭锁装置。断线检测和闭锁装置。（8）与发电机运行直接有关的热力，机械，冷却系统也装设了）与发电机运行直接有关的热力，机械，冷却系统也装设了各种保护，如热工保护，发电机断水保护等。各种保护，如热工保护，发电机断水保护等。 发电机纵差动保护的原理接线图发电机纵差动保护的原理接线图 二、发电机的纵差动保护二、发电机的纵差动保护 发电机的差动保护配置发电机的差动保护配置两套。保护能在区外发生两套。保护能在区外发生相间短路故障时可靠地躲相间短路故障时可靠地躲过两侧过两侧CT 特性不一致所产特性不一致所产生的不平衡电流。在区内生的不平衡电流。在区内发生相间短路故障时保护发生相间短路故障时保护能灵敏动

27、作，保护采用三能灵敏动作，保护采用三相式接线，由两侧差动继相式接线，由两侧差动继电器构成，瞬时动作于全电器构成，瞬时动作于全停。另配有电流互感器断停。另配有电流互感器断线检测功能，在线检测功能，在TA 断线时断线时瞬时闭锁差动保护，且延瞬时闭锁差动保护，且延时发出时发出TA 断线。断线。 1.发电机纵差动保护的工作原理发电机纵差动保护的工作原理 （1）在正常运行时，每相差动回路两臂电流基本相等，流入差）在正常运行时，每相差动回路两臂电流基本相等，流入差动继电器动继电器13的电流近拟等于零，小于差动继电器的动作电流，差的电流近拟等于零，小于差动继电器的动作电流，差动继电器不动作。差动回路三相电流

28、之和流入断线监视继电器动继电器不动作。差动回路三相电流之和流入断线监视继电器4的的电流亦近似于零，小于断线监视继电器电流亦近似于零，小于断线监视继电器4的动作电流，断线监视继的动作电流，断线监视继电器也不动作。电器也不动作。 （2）当发电机定子绕组及引出线发生相间短路时，则短路相）当发电机定子绕组及引出线发生相间短路时，则短路相的差动继电器中流过短路电流使之启动，其触点闭合启动信号继电的差动继电器中流过短路电流使之启动，其触点闭合启动信号继电器器6发信号，同时启动差动保护出口继电器发信号，同时启动差动保护出口继电器7，上面一对触点作用于，上面一对触点作用于跳开发电机出口断路器，下面一对触点作用

29、于跳开发电机的灭磁开跳开发电机出口断路器，下面一对触点作用于跳开发电机的灭磁开关，使发电机转子灭磁。关，使发电机转子灭磁。 （3）当发电机的外部相间短路时，差动回路的三相电流之和）当发电机的外部相间短路时，差动回路的三相电流之和仍然接近于零，因此差动继电器仍然接近于零，因此差动继电器13均不会动作。均不会动作。 （4）当电流互感器的任何一相回路断线时，只要差动电流小）当电流互感器的任何一相回路断线时，只要差动电流小于差动继电器的动作电流，则差动继电器就不会动作。此时差动回于差动继电器的动作电流，则差动继电器就不会动作。此时差动回路三相电流之和流入断线监视继电器路三相电流之和流入断线监视继电器4

30、的电流大于它的动作电流，的电流大于它的动作电流，所以断线监视继电器所以断线监视继电器4动作，启动时间继电器动作，启动时间继电器5延时发出断线信号。延时发出断线信号。2. 机电式发电机的纵差动保护机电式发电机的纵差动保护 机电式发电机纵差动保护的原理接线图机电式发电机纵差动保护的原理接线图 3. 发电机纵差动微机保护工作原理发电机纵差动微机保护工作原理 （1）差动速断保护：当任一相差动电流大于差动速断整）差动速断保护：当任一相差动电流大于差动速断整定值时瞬时动作于出口继电器。定值时瞬时动作于出口继电器。 （ 2）差流异常报警与）差流异常报警与TA 断线闭锁：装置设有带比率制断线闭锁：装置设有带比

31、率制动的差流报警功能，开放式瞬时动的差流报警功能，开放式瞬时TA 断线、短路闭锁功能。断线、短路闭锁功能。通过通过TA 断线闭锁差动控制字断线闭锁差动控制字整定选择，瞬时整定选择，瞬时TA 断线和断线和短路判别动作后可只发报警信号或闭锁全部差动保护。当短路判别动作后可只发报警信号或闭锁全部差动保护。当TA 断线闭锁比率差动断线闭锁比率差动控制字控制字整定为整定为1时，闭锁比率时，闭锁比率差差动保护。动保护。 发电机纵差动微机保护的逻辑框图发电机纵差动微机保护的逻辑框图反应零序电压的匝间短路保护接线图反应零序电压的匝间短路保护接线图 三、发电机的匝间短路保护三、发电机的匝间短路保护 1.1.反应

32、零序电压的反应零序电压的匝间短路保护匝间短路保护 当发电机定子绕组当发电机定子绕组发生匝间短路时，机发生匝间短路时，机端对中性点的三相电端对中性点的三相电压将不对称，由电压压将不对称，由电压互感器的开口三角形互感器的开口三角形可测出可测出3U0，经三次谐，经三次谐波过滤器滤除三次谐波过滤器滤除三次谐波电压，然后启动过波电压，然后启动过电压保护动作于跳闸。电压保护动作于跳闸。三次谐波过滤器三次谐波过滤器 2. 单继电器式横差动保护的工作原理单继电器式横差动保护的工作原理 正常运行或外部短路时，每一分支绕组流出该相电流的一半，正常运行或外部短路时，每一分支绕组流出该相电流的一半，因此流过中性点连线

33、的电流只是不平衡电流，故保护不动作。因此流过中性点连线的电流只是不平衡电流，故保护不动作。 若发生定子绕组匝间短路，则故障相绕组的两个分支的电势将若发生定子绕组匝间短路，则故障相绕组的两个分支的电势将不相等，因而在定子绕组中出现环流。通过中性点连线，该电流不相等，因而在定子绕组中出现环流。通过中性点连线，该电流大于电流继电器大于电流继电器3的启动电流时，电流继电器动作，启动信号继的启动电流时，电流继电器动作，启动信号继电器电器5发信号，同时启动继电保护出口继电器发信号，同时启动继电保护出口继电器6，跳开发电机断路，跳开发电机断路器，并跳灭磁开关器，并跳灭磁开关MK。 在图中两个星形中性点之间的

34、连接线上接入电流互感器在图中两个星形中性点之间的连接线上接入电流互感器TA，其二次侧经三次谐波过滤器其二次侧经三次谐波过滤器2与电流继电器与电流继电器3相连。切换片相连。切换片XB有两有两个位置，正常投入到保护不带延时位置。当励磁回路发生一点接个位置，正常投入到保护不带延时位置。当励磁回路发生一点接地后，在投入励磁回路两点接地保护的同时，将横差动保护切换地后，在投入励磁回路两点接地保护的同时，将横差动保护切换至时间继电器至时间继电器4，带，带0.51s延时动作，防止转子绕组发生偶然性的延时动作，防止转子绕组发生偶然性的瞬间两点接地时，造成保护误动作。瞬间两点接地时，造成保护误动作。 单继电器式

35、横差动保护的原理接线图单继电器式横差动保护的原理接线图 1电流互感器，电流互感器，2三次谐波过滤器，三次谐波过滤器，3电流继电器电流继电器4时间继电器，时间继电器，5信号继电器，信号继电器，6继电保护出口继电器继电保护出口继电器456四、发电机定子绕组单相接地保护四、发电机定子绕组单相接地保护 发电机定子绕组接地保护配置两套。构成发电机发电机定子绕组接地保护配置两套。构成发电机100%保护区保护区的定子接地保护，保护装置带时限的定子接地保护，保护装置带时限t1 动作于发信号，动作于发信号，t2 动作于动作于全停。设全停。设TV 断线闭锁。区外故障时不误动。断线闭锁。区外故障时不误动。 发电机定

36、子绕组接地保护用于保护发电机定子绕组的单相接地发电机定子绕组接地保护用于保护发电机定子绕组的单相接地故障，双套配置的保护装置中，一套采用零序电压构成的接地保故障，双套配置的保护装置中，一套采用零序电压构成的接地保护，另一套采用三次谐波电压构成的接地保护。保护装置具有以护，另一套采用三次谐波电压构成的接地保护。保护装置具有以下主要功能和技术要求：下主要功能和技术要求：保护范围为定子绕组的保护范围为定子绕组的100；保保护具有护具有TV 断线闭锁功能；断线闭锁功能；保护包括报警段和跳闸段；保护包括报警段和跳闸段；固有延时不大于固有延时不大于70ms。 1利用零序电压构利用零序电压构成的定子接地保护

37、成的定子接地保护 当发电机定子绕组发生当发电机定子绕组发生单相接地短路时，机端对单相接地短路时，机端对地的三相电压将不对称，地的三相电压将不对称，由电压互感器的开口三角由电压互感器的开口三角形可测出形可测出3U0，经三次谐，经三次谐波过滤器滤除三次谐波电波过滤器滤除三次谐波电压，然后启动过电压保护压，然后启动过电压保护动作于跳闸。动作于跳闸。 利用零序电压构成的接地保利用零序电压构成的接地保 护原理图护原理图 过滤器过滤器 2. 利用利用3U0 构成的发电机定子接地微机保护构成的发电机定子接地微机保护 基波零序电压能保护发电机基波零序电压能保护发电机85%95的定子绕组单相接地。的定子绕组单相

38、接地。基波零序电压保护反应发电机零序电压大小。由于保护采用了频基波零序电压保护反应发电机零序电压大小。由于保护采用了频率跟踪、数字滤波及全周傅氏算法率跟踪、数字滤波及全周傅氏算法, 使得零序电压对三次谐波的滤使得零序电压对三次谐波的滤除达除达100 %, 保护只反应基波分量。保护只反应基波分量。 基波零序电压保护设两段定值，一段为灵敏段，另一段为高定基波零序电压保护设两段定值，一段为灵敏段，另一段为高定值段。值段。 1. 灵敏段基波零序电压保护，动作于信号时，其动作方程为：灵敏段基波零序电压保护，动作于信号时，其动作方程为：U0 Uzd。式中。式中U0 为发电机的零序电压，为发电机的零序电压，

39、Uzd 为零序电压整定值。为零序电压整定值。灵敏段动作于跳闸时，还需主变高、中压侧零序电压闭锁，以防灵敏段动作于跳闸时，还需主变高、中压侧零序电压闭锁，以防止区外故障时定子接地基波零序电压灵敏段误动。止区外故障时定子接地基波零序电压灵敏段误动。 2. 高整定值段基波零序电压保护，动作方程为：高整定值段基波零序电压保护，动作方程为：U0 Uhzd 。式中式中U0 为发电机中性点零序电压，为发电机中性点零序电压，Uhzd 为零序电压高整定值。保为零序电压高整定值。保护动作于信号或跳闸均不需经主变高、中压侧零序电压辅助判据护动作于信号或跳闸均不需经主变高、中压侧零序电压辅助判据闭锁。闭锁。 利用基波

40、零序电压构成的发电机定子接地微机保护逻辑框图利用基波零序电压构成的发电机定子接地微机保护逻辑框图3利用三次谐波电压构成的利用三次谐波电压构成的100%定子接地保护工作原理定子接地保护工作原理 正常运行时三次谐波电势和对地电容的等值电路图正常运行时三次谐波电势和对地电容的等值电路图（a）交流电压回路；（）交流电压回路；（b）等值电路）等值电路)CC(2C2CEU)CC(2CEUSGSG33NSGG33SSGG3N3SC2CCUU单相接地时三次谐波电势分布等值电路和单相接地时三次谐波电势分布等值电路和US3、UN3随随 的变化曲线的变化曲线（a）三次谐波电势分布等值电路；（）三次谐波电势分布等值电

41、路；（b）US3、UN3随随 的变化曲线的变化曲线1UUEUE)1(U3N3S33N33S当定子绕组距中性点当定子绕组距中性点 处单相接地时，三次谐波的等值电路如下：处单相接地时，三次谐波的等值电路如下： 此时发电机首端和末此时发电机首端和末端的三次谐波电压为：端的三次谐波电压为： 双频式双频式100%定子接地保护原理接线图定子接地保护原理接线图 综上所述，若以综上所述，若以US3作为动作量，以作为动作量，以UN3作为制动量，则此套保护作为制动量，则此套保护在在 0.5时可以动作。时可以动作。 如下图所示为如下图所示为双频式双频式100%定子接地保护原理接线图，定子接地保护原理接线图，三次谐波

42、三次谐波电压部分用于反应电压部分用于反应 15%范围范围内的接地故障，故障点越接近机端，该部分保护的灵敏性越高。这内的接地故障，故障点越接近机端，该部分保护的灵敏性越高。这样就构成了双频式样就构成了双频式100%保护区的定子绕组单相接地保护。保护区的定子绕组单相接地保护。 4. 利用三次谐波电压比率构成的定子接地微机保护利用三次谐波电压比率构成的定子接地微机保护 三次谐波电压比率判据只保护发电机中性点三次谐波电压比率判据只保护发电机中性点25左右的定子左右的定子接地，机端三次谐波电压取自机端开口三角零序电压，中性点接地，机端三次谐波电压取自机端开口三角零序电压，中性点侧三次谐波电压取自发电机中

43、性点侧三次谐波电压取自发电机中性点TV。 三次谐波保护动作方程：三次谐波保护动作方程：S3N33zd 。式中：。式中：US3、UN3 为机端和中性点三次谐波电压值，为机端和中性点三次谐波电压值，K3zd 为三次谐波电压比值整为三次谐波电压比值整定值。机组并网前后，机端等值容抗有较大的变化，因此三次定值。机组并网前后，机端等值容抗有较大的变化，因此三次谐波电压比率关系也随之变化，装置在机组并网前后各设一段谐波电压比率关系也随之变化，装置在机组并网前后各设一段定值，随机组出口断路器位置接点变化自动切换。定值，随机组出口断路器位置接点变化自动切换。 另外，发电机中性点、机端开口三角形另外，发电机中性

44、点、机端开口三角形TV设有设有 断线报警。由断线报警。由于基波零序电压定子接地保护取自发电机中性点电压、机端开于基波零序电压定子接地保护取自发电机中性点电压、机端开口三角形零序电压，口三角形零序电压，TV断线时会导致保护拒动。因此在发电机断线时会导致保护拒动。因此在发电机中性点、机端开口三角形中性点、机端开口三角形TV 断线时需发报警信号。断线时需发报警信号。利用三次谐波电压构成的发电机定子接地微机保护逻辑框图利用三次谐波电压构成的发电机定子接地微机保护逻辑框图 发电机在长期运行过程中，由于转子内部受潮、冷却介质泄发电机在长期运行过程中，由于转子内部受潮、冷却介质泄漏、绝缘老化以及机械振动等诸

45、多方面的原因，容易造成转子漏、绝缘老化以及机械振动等诸多方面的原因，容易造成转子对地绝缘水平的降低进而引发转子接地故障，转子一点接地故对地绝缘水平的降低进而引发转子接地故障，转子一点接地故障是发电机常见的故障形式之一。当转子发生一点接地故障时，障是发电机常见的故障形式之一。当转子发生一点接地故障时，励磁绕组与地之间尚未形成电气回路，转子的励磁电压和流过励磁绕组与地之间尚未形成电气回路，转子的励磁电压和流过转子的转子电流受到的影响很小，虽然不会对发电机本身造成转子的转子电流受到的影响很小，虽然不会对发电机本身造成直接的危害，但若再相继发生两点接地，则将严重威胁发电机直接的危害，但若再相继发生两点

46、接地，则将严重威胁发电机的安全。发电机正常运行时投入一点接地保护，发生一点接地的安全。发电机正常运行时投入一点接地保护，发生一点接地故障时经延时自动投入两点接地保护。故障时经延时自动投入两点接地保护。五、发电机转子接地保护五、发电机转子接地保护 1. 电桥式发电机转子接地保护电桥式发电机转子接地保护 发电机转子回路一点发电机转子回路一点接地保护的工作原理可参接地保护的工作原理可参见直流绝缘监察装置的有见直流绝缘监察装置的有关内容。关内容。 发电机转子回路两点发电机转子回路两点接地保护的原理接线如图接地保护的原理接线如图所示。转子绕组直流电阻所示。转子绕组直流电阻RL（RL=R L+R L）和电

47、）和电阻阻Rf（Rf=R f+R f）构成）构成直流电桥的四个臂。毫伏直流电桥的四个臂。毫伏表表mV和电流继电器和电流继电器KA接接于滑动触头和地（发电机于滑动触头和地（发电机大轴）之间，即在电桥的大轴）之间，即在电桥的对角线上。对角线上。发电机励磁回路两点接地保护原理接线图发电机励磁回路两点接地保护原理接线图S1. 电桥式发电机转子接地保护电桥式发电机转子接地保护 当利用绝缘检查装置发现当利用绝缘检查装置发现k1点接地后，合上刀开关点接地后，合上刀开关K1，并按，并按下按钮下按钮S，调节电阻，调节电阻Rf的滑动触头，使毫伏表的滑动触头，使毫伏表mV的指示为零。此的指示为零。此时由时由k1点分

48、开的两部分绕组直流电阻点分开的两部分绕组直流电阻R L、R L与由与由Rf滑动头分开滑动头分开的两部分附加电阻的两部分附加电阻R f 、R f组成的四臂直流电桥处于平衡状态。组成的四臂直流电桥处于平衡状态。各臂电阻的关系为：各臂电阻的关系为：R L R f= R f R L 然后合上刀开关然后合上刀开关K2，接入电流继电器，接入电流继电器KA，使励磁回路两点，使励磁回路两点接地保护投入工作。但此时，由于电桥已经平衡，处于对角线上接地保护投入工作。但此时，由于电桥已经平衡，处于对角线上的电流继电器无电流通过，保护不会动作。的电流继电器无电流通过，保护不会动作。 当转子回路发生第二点（当转子回路发

49、生第二点（k2点）接地时，点）接地时，R L的部分电阻被的部分电阻被短接，电桥平衡遭到破坏，电流继电器中将有电流通过。如果该短接，电桥平衡遭到破坏，电流继电器中将有电流通过。如果该电流大于继电器的动作电流，继电器将启动，使发电机的电流大于继电器的动作电流，继电器将启动，使发电机的QF跳闸。跳闸。K2点离点离k1点越远，保护的动作越灵敏。点越远，保护的动作越灵敏。 发电机装设的一点接地保护通常为乒乓式转子一点接地保发电机装设的一点接地保护通常为乒乓式转子一点接地保护，其工作原理如图所示。图中护，其工作原理如图所示。图中S1、S2是两个电子开关，由是两个电子开关，由时钟脉冲控制其工作状态。时钟脉冲

50、控制其工作状态。S1闭合时闭合时S2打开，打开，S2闭合时闭合时S1打打开，两者像打乒乓球一样循环交替地闭合又打开。图中开，两者像打乒乓球一样循环交替地闭合又打开。图中E为发为发电机励磁电势，电机励磁电势，为接地点位置，为接地点位置， =01。电阻。电阻Rg为励磁绕为励磁绕组在组在点接地时的接地电阻，此时励磁电势等效为点接地时的接地电阻，此时励磁电势等效为 E和（和（1- ）E，限流电阻，限流电阻R为高电阻，取样电阻为高电阻，取样电阻R1为低电阻。为低电阻。2. 乒乓式发电机转子一点接地保护乒乓式发电机转子一点接地保护 在发电机转子绕组没有接地故障时，上图中的在发电机转子绕组没有接地故障时，上

51、图中的Rg不存在，取不存在，取样电阻样电阻R1上电压为零，保护装置检测转子回路绝缘良好。当转上电压为零，保护装置检测转子回路绝缘良好。当转子绕组在子绕组在点发生一点接地时，保护装置通过控制电子开关的导点发生一点接地时，保护装置通过控制电子开关的导通和关断改变电路结构参数，然后测量转子励磁电压和取样电通和关断改变电路结构参数，然后测量转子励磁电压和取样电阻阻R1上的电压。当上的电压。当S1导通，导通，S2关断时，通过关断时，通过R1的电流：的电流：I1=E/（Rg+R1+R），取样电阻），取样电阻R1上的电压为：上的电压为：U1=I1R1。 当当S2导通，导通，S1关断时关断时, 通过通过R1的

52、电流：的电流：I2 =（1-）E/（R+R1+Rg），），取样电阻取样电阻R1上的电压为：上的电压为：U1=I2R1。 只要只要0.5，则，则I1 I2， I=I1-I2 0 ，并且，并且U1 U1， U=U1-U1 0 。显然，当接地点。显然，当接地点越靠近励磁绕组的首端或越靠近励磁绕组的首端或末端时，末端时， I越大，越大， U越大，励磁绕组的接地的绝缘电阻越小，越大，励磁绕组的接地的绝缘电阻越小，转子一点接地保护动作越灵敏。转子一点接地保护动作越灵敏。 3. 发电机转子一点接地微机保护发电机转子一点接地微机保护 发电机转子一点接地保护反应发电机转子对地绝缘电阻的下降。一点接地发电机转子一

53、点接地保护反应发电机转子对地绝缘电阻的下降。一点接地设有两段动作值，灵敏段动作于报警，普通段可动作于信号也可动作于跳闸，设有两段动作值，灵敏段动作于报警，普通段可动作于信号也可动作于跳闸，其逻辑框图如下图所示。其逻辑框图如下图所示。发电机转子一点接地微机保护逻辑框图发电机转子一点接地微机保护逻辑框图发电机转子两点接地微机保护逻辑框图发电机转子两点接地微机保护逻辑框图4. 发电机转子两点接地微机保护发电机转子两点接地微机保护 若转子一点接地保护动作于报警方式，当转子接地电阻若转子一点接地保护动作于报警方式，当转子接地电阻Rg 小于普通段整定值，转子一点接地保护动作后，经延时自动小于普通段整定值，

54、转子一点接地保护动作后，经延时自动投入转子两点接地保护，当接地位置投入转子两点接地保护，当接地位置改变达一定值时判为转改变达一定值时判为转子两点接地，动作于跳闸，其逻辑框图如下图所示。子两点接地，动作于跳闸，其逻辑框图如下图所示。 1. 发电机失磁的定义发电机失磁的定义 发电机失磁通常是指发电机励磁异常下降或励磁完全消失的发电机失磁通常是指发电机励磁异常下降或励磁完全消失的故障，一般将前者称为部分失磁或低励故障，后者则称为完全故障，一般将前者称为部分失磁或低励故障，后者则称为完全失磁故障。失磁故障。 （1）励磁异常下降励磁异常下降是指运行中发电机励磁电流的降低超过了是指运行中发电机励磁电流的降

55、低超过了静态稳定极限所允许的程度，使发电机稳定运行遭到破坏。造静态稳定极限所允许的程度，使发电机稳定运行遭到破坏。造成励磁异常下降的原因通常是由于主励磁机或副励磁机故障；成励磁异常下降的原因通常是由于主励磁机或副励磁机故障；励磁系统中硅整流元件部分损坏或自动调节系统不正确动作以励磁系统中硅整流元件部分损坏或自动调节系统不正确动作以及操作上的错误等等，这时励磁电压很低，但仍能维持一定的及操作上的错误等等，这时励磁电压很低，但仍能维持一定的励磁电流。励磁电流。 （2）完全失磁完全失磁是指发电机失去励磁电源，通常表现为励磁回是指发电机失去励磁电源，通常表现为励磁回路开路，其原因包括自动灭磁开关误跳闸

56、、励磁调节器整流装路开路，其原因包括自动灭磁开关误跳闸、励磁调节器整流装置中自动开关误跳闸。励磁绕组断线或端口短路以及副励磁机置中自动开关误跳闸。励磁绕组断线或端口短路以及副励磁机励磁电源消失等等，亦可引起完全失磁。励磁电源消失等等，亦可引起完全失磁。 六、发电机的失磁保护六、发电机的失磁保护 2. 发电机失磁对电力系统的危害发电机失磁对电力系统的危害（1）失磁发电机由失磁前向系统送出无功功率转为从系统吸）失磁发电机由失磁前向系统送出无功功率转为从系统吸收无功功率，尤其是满负荷运行的大型机组会引起系统无功功收无功功率，尤其是满负荷运行的大型机组会引起系统无功功率大量缺额，若系统无功功率容量储备

57、不足，将会引起系统电率大量缺额，若系统无功功率容量储备不足，将会引起系统电压严重下降，甚至导致系统电压崩溃。压严重下降，甚至导致系统电压崩溃。（2）失磁引起的系统电压下降会使相邻发电机励磁调节器动）失磁引起的系统电压下降会使相邻发电机励磁调节器动作，增加其无功输出，引起有关发电机、变压器或线路过流，作，增加其无功输出，引起有关发电机、变压器或线路过流，甚至使后备保护因过流而动作，扩大故障范围。甚至使后备保护因过流而动作，扩大故障范围。（3）失磁引起有功功率摆动和励磁电压下降，可能导致电力）失磁引起有功功率摆动和励磁电压下降，可能导致电力系统某些部分之间失步，使系统发生振荡，甩掉大量负荷。系统某

58、些部分之间失步，使系统发生振荡，甩掉大量负荷。失磁发电机单机容量与电力系统容量之比越大，对系统不利影失磁发电机单机容量与电力系统容量之比越大，对系统不利影响就越严重。响就越严重。 3. 失磁对发电机本身的危害失磁对发电机本身的危害（1）由于出现转差，在转子回路出现差频电流，在转子回路里）由于出现转差，在转子回路出现差频电流，在转子回路里产生附加损耗，可能使转子过热而损坏。产生附加损耗，可能使转子过热而损坏。（2）失磁发电机进入异步运行后，等效电抗降低，定子电流增）失磁发电机进入异步运行后，等效电抗降低，定子电流增大。失磁前发电机输出有功功率越大，失磁失步后转差越大，大。失磁前发电机输出有功功率

59、越大，失磁失步后转差越大，等效电抗越小，过电流越严重，定子因之过热。等效电抗越小，过电流越严重，定子因之过热。（3）失磁失步后发电机有功功率发生剧烈的周期摆动，变化的）失磁失步后发电机有功功率发生剧烈的周期摆动，变化的电磁转矩（可能超过额定值）周期性地作用到轴系上，并通过电磁转矩（可能超过额定值）周期性地作用到轴系上，并通过定子传给机座，引起剧烈振动，同时转差也作周期性变化，使定子传给机座，引起剧烈振动，同时转差也作周期性变化，使发电机周期性地严重超速。这些都直接威胁机组安全。发电机周期性地严重超速。这些都直接威胁机组安全。（4）失磁运行时，发电机定子端部漏磁增加，将使端部的部件）失磁运行时，

60、发电机定子端部漏磁增加，将使端部的部件和边段铁心过热。鉴于低励和失磁故障引起的上述危害，大型和边段铁心过热。鉴于低励和失磁故障引起的上述危害，大型发电机必须装设完善的低励失磁保护，以便及时发现失磁故障发电机必须装设完善的低励失磁保护，以便及时发现失磁故障并及时采取必要的措施。失磁保护构成原理及动作处理方式均并及时采取必要的措施。失磁保护构成原理及动作处理方式均与失磁发展过程中各电量变化紧密相关。与失磁发展过程中各电量变化紧密相关。 4. 发电机失磁保护的构成发电机失磁保护的构成 发电机的失磁微机保护由发电机端测量阻抗判据、变压器高压发电机的失磁微机保护由发电机端测量阻抗判据、变压器高压侧低电压