继电保护配置

4继电爱护装置的整体配置

4.1概述

为了满意电力系统稳定方面的要求，对于300MW发电机一变压器组故障要求

快速切除。为了确保正确快速切除故障，要求对300MW发电机一变压器组设置双

重快速爱护。

各爱护装置动作后所掌握的对象，依爱护装置的性质、选择性要求和故障处

理方式的不同而不同，对于发电机双绕组变压器，通常有以下几种处理方式：

全停：停汽机、停锅炉、断开高压侧断路器、灭磁、断开高压厂用变压器低

压侧断路器、使机炉及其辅机停止工作。

解列灭磁：断开高压侧断路器、灭磁、断开高压厂用变压器低压侧断路器。

解列：断开高压侧断路器。

减出力：削减原动机的输出功率。

发信号：发出声光信号或光信号。

母线解列：对双母线系统，断开母线联络断路器，缩小故障波及范围。

4.2爱护配置依据一一《继电爱护和平安自动装置技术规程》

1.对300MW及以上的汽轮发电机组，应装设双重快速爱护，即装设发

电机纵联差动爱护、变压器纵差动爱护和发电机、变压器共用纵联差动爱

护。

2.发电机一变压器组：对100MW及以上的发电机，应装设爱护区为100%

的定子接地爱护。

3.对于定子绕组为星形联接，每相有并联分支且中性点有分支引出端子的

发电机，应装设单继电器式横差爱护。

4.200MW及以上的发电机应装设负序过电流爱护和单元件低电压起动的过

电流爱护，当灵敏度不满意要求时，可采纳阻抗爱护。

5.对于200MW及以上汽轮发电机宜装设过电压爱护。

6.对过负荷引起的发电机定子绕组过电流，应装设定子绕组过负荷爱

护。

7.发电机转子承受负序电流的力量，以PtWA为判据，其中I为以额定电

流为基准的负序电流标么值；I为时间（s）,A为常数。对不对称负荷，非

全相运行及外部不对称短路引起的负序电流，应装设转子表层过负荷爱

护。

8.100MW及以上A<10的发电机，应装设由定时时限和反时时限两部分组成

的转子表层过负荷爱护。

9.对励磁系统故障或强励磁时间过长引起的励磁绕组过负荷，在100删及

以上，采纳半导体励磁系统的发电机上，应装设励磁加回路过负荷爱护，

对300MW及上发电机，爱护由定时限和反时限两部分组成。

10.转子水冷汽轮发电机和100MW及以上的汽轮发电机，应装设励磁回路

一点接地爱护，并可装设两点接地爱护装置。

11.失磁对电力系统有重大影响的发电机及100MW及以上的发电机，应装

设专用的失磁爱护c

12.对发电机运行的特别方式，200MW及以上汽轮发电机，宜装设逆功率爱

护。

13.0.8MVA及以上油浸式变压器和0.4MVA及以上车间内的油浸式变压器，

均应装设瓦斯爱护。

14.110KV及以上中性点直接接地的电力网中，如变压潜中性点直接接地运

行，对外部单相接地引起的过电流，应装设零序电流爱护。

15.高压侧电压为500KV的变压器，对频率降低和电压上升引起的变压器

工作磁密过高，应装设过励磁爱护。

16.对220〜500KV母线，应装设能快速有选择地切除故障的母线爱护，对

1个半断路器，每组母线应装设两套爱护。

17.发电机一变压器组的爱护，宜起动断路器失灵爱护。

18.对220〜500KV的母线及变压器断路器，当非全相运行可能引起电力网

其他爱护越级跳闸，因而造成严峻事故时，应在该断路器上装设非全相

运行爱护。

4.3爱护配置

依据爱护配置依据和现场实际，综合考虑爱护动作的牢靠性、灵敏性、选择

性和快速性，满意继电爱护在总体配置上尽量做到完善、合理，避开繁琐、简单

的要求，依据短路爱护、特别运行爱护、发电机接地爱护及其他爱护的详细要求,

初步确定配置下列爱护（见图表）：

表2T短路爱护配置依据及元件选型

短路爱护配置依据所选继电器

发电机纵差爱护2.1.2.1ZB4522(LCD-7)

发电机横差爱护2.1.2.3ZB-1521(LCD-6)

变压器纵差爱护2.1.2.1ZB-4524(LCD-5)

发电机-变压器组纵差爱护2.1.2.1ZB-4524(LCD-5)

变压器瓦斯爱护2.1.2.13ZB-4524

变压器零序爱护2.1.2.14ZB-4514

阻抗爱护2.1.2.4ZB-4538(LZ-B)

发变组短路爱护的配置，与一次接线形式有很大关系。在300MW发变组的接线中，

般考虑采纳单元接线方式，我们短路爱护就依据此接线方式来配置。

依据继电爱护技术规程，为正确反应发变组短路故隙和确保快速切除故隙，配置了发电

机纵、横差动爱护，变压器纵差爱护和发电机-变压器组纵差爱护，对发电机-变压

器组构成了双重快速爱护。差动爱护双重化，降低了拒动的几率；设置闭锁，则

降低了误动的几率。因此，双重化加闭锁，提高了牢靠性，有利于大机组的平安

运行。

变压器纵差爱护，可以正确反应变压器外部短路故障，为了正确、准时的反

应变压器内部短路故障，选择装设瓦斯爱护。瓦斯爱护分为轻瓦斯爱护和重瓦斯

爱护，分别采用开口杯和挡板式原理，反应变压器内部的故障程度，确定发出信

号还是将变压器从系统中切除。

在超高压电网中，单相接地短路故障最多，在各种短路接地故障中，有

80190%是单相接地故障，为了在某些特殊状况下，不致使电网失去爱护，所以

尽管相邻线路上配置了完善的近后备爱护，一般还是要在变压器中性点装设零序

电流爱护，对相邻线路构成远后备。

大型发电机变压器组，都接在220KV及以上的母线上。220KV及以上的线路,

一般都有完备的后备爱护。同时，对于220KV及以上的母线，由于母线爱护一般

只有一套，而且有时不投入运行，因此，需要在发电机变压器组上装设作为相邻

母线故障的后备爱护，在设计中，考虑装设一套三相全阻抗爱护装置。

表2-2发电机接地爱护配置依据及元件选型

发电机接地爱护配置依据所选继电器

发电机定子一点接地爱护2.1.2.3ZB-2537(LD-1A)

励磁回路一点接地爱护2.1.2.3ZB-2532(ZBZ-2A)

励磁回路两点接地爱护2.1.2.10ZB-2532(LD-2A)

发电机最常见的故障之一是定子绕组的单相接地（定子绕组与铁芯间绝缘破坏）。由于

发电机中性点是不接地或经高阻接地，所以定子单相接地故障并不引起大的故障电流。但由

于大型发电机在系统中的重要地位，造价昂贵，而目.结构简单、检修困难，所以对大型发电

机的定子接地电流大小和爱护性能提出了严格的要求，特装设发电机定子••点接地爱护，依

据接地电流的大小，分别动作于信号或停机。

发电机励磁回路一点接地故障，是常见的故障形式之一，两点接地故障也时有发生。励

磁回路一点接地故障，对发电机并未造成危害，但若在相继发生其次点接地故障，则将严峻

威逼机组的平安，为此，装设励磁回路一点、两点接地爱护，分别动作于信号或停

机。

表2-3特别运行爱护配置依据及元件选型

特别运行爱护配置依据所诜维电器

对称过负荷爱护2.1.2ZB-1536

不对称过负荷爱护2.1.2.7ZB-1536

励磁回路过负荷爱护2.1.2

失磁爱护2.1.2.11ZB-4540(LZ-l)

逆功率爱护2.1.2.12LNG-3

过电压爱护2.1.2.5

过激磁爱护2.1.2.15

对「发电机的特别运行状态，如不能准时发觉和实行相应措施，将使发电机缩短使用寿

命，或酿成隐患，甚至给整个机组造成直接破坏。因此，针对机组在实际运行中消失过的危

及机组平安的各种特别运行状态，都需要实行有效的爱护措施。

300MW发电机，定子和转子的材料采用率很高，其热容量和铜损的比值较小，因而热

时间常数也比较小。而且在发电机定子绕组内的热偶元件不能快速反应发电机的负荷变化，

为防止受到过负荷的损害，装设反应定子绕组平均发热状况的过负荷爱护。而发电机励磁绕

组中连热偶元件都没有装设，所以必需配置励磁回路过负荷•爱护，以爱护发电机的转

子绕组。

大型变压器在正常运行时，工作磁密和饱和磁密相差不大，但当电压频率比

增加时，工作磁密增加，使励磁电流增加，特殊是在饱和之后，励磁电流要急剧

增大，造成过励磁。变压器的铁芯饱和之后，铁损增加，使铁芯温度上升，铁芯

饱和之后还要使磁场集中到四周的空间中去，使漏磁场增加。靠近铁芯的绕组导

线、油箱壁以及其他金属结构件，由于漏磁场而产生涡流损耗，使这些部位发热,

引起高温，严峻时要造成局部变形和损伤四周的绝缘介质。所以，必需装设变压

器过激磁爱护。

发电机在突然甩负荷时，简单产生不允许的过电压。特殊是对大机组消失危

及绝缘平安的过电压是比较常见的现象，为此须装设过电压爱护。

300MW及以上的大型发电机组，由于励磁系统环节较多，发电机低励或失磁成为常见

的故障形式。发电机低励或失磁后，将过渡到异步运行，转子消失转差，定子电流增大，定

子电压下降，有功功率下降，无功功率反向并且增大：在转子回路中消失差频电流；电力系

统的电压下降及某些电源支路过电流，这些变化，在肯定条件下，将破坏电力系统的稳定运

行，威逼发电机本身的平安。为保证电力系统和发电机的平安，必需装设失磁爱护，以便

准时发觉低励和失磁故障并准时实行必要的措施。

逆功率爱护，用于爱护汽轮机。当主汽门误关闭，或机炉爱护动作关闭主汽门而出口

断路器未跳闸时，发电机变成电动机运行，要从电力系统汲取有功功率，使汽轮机尾部叶片

过热，因而造成汽轮机事故。大机组均不允许在此状态下长期运行，一般只允许运行几分钟。

为爱护汽轮机，必需装设逆功率爱护。

表2-4其他爱护配置依据及元件选型

其它爱护配置依据所选继电器

非全相运行爱护2.1.2.18

断路器失灵爱护2.1.2.17

发电机冷却水中断爱护

主变冷却器全停爱护

变压器220KV及以上高压侧的断路器，多为分相操作的断路器，常由于误操

作或机械方面的缘由，使三相不能同时合闸或跳闸，或在正常运行中突然一相跳

闸。这种运行工况，将在发电机中流过负序电流，对于在系统中占有重要地位的

电力变压器，当220KV及以上电压侧为分相操作的断路器时，要求装设非全相运

行爱护。

依据远后备的原则，升压变压器高压侧断路器拒动时，应由相邻元件的后备

爱护切除故障，切除故障的时间长，而且可能把全部电源元件切除。因此，大机

组都应装设断路器失灵爱护，用以在断路器失灵时切除故障。每一母线的全部连

接元件装设一套公用的断路器失灵爱护。

300MW发电机大部分采纳水冷方式。为防止发电机内冷水中断时，造成发电

机定子线圈过热甚至烧毁定子绕组，必需装设反应发电机内冷水中断的爱护。

主变压器由于容量较大，大多采纳强油风冷的冷却方式。运行中由于某些缘

由造成冷却器全停时，将使变压器油温快速上升，严峻威逼变压器的绝缘和使用

寿命。为此必需装设主变冷却器全停爱护，用以监视变压器上层油温，确保变压

器的平安运行。

表2-5短路爱护配置方案反应的故障类型

短路爱护反映故隙类型

发电机纵差爱护定子绕组及相间短路

发电机横差爱护定子匝间短路或开焊故障

变压器纵差爱护绕组、套管及引出线的短路故障

发电机一变压器组纵差定子绕组及相间短路；绕组、套管及引

爱护出线的短路故障

变压器瓦斯爱护油箱内部故障及油面降低

变压器零序爱护高压绕组、引出线及相邻元件接地

阻抗爱护相间短路、瓦斯和纵差爱护的后备爱护

表2-6发电机接地爱护配置方案反应的故障类型

发电机接地爱护反映故障类型

发电机定子一点接地爱护发电机定子绕组的接地

励磁回路一点接地爱护励磁回路接地

励磁回路两点接地爱护励磁回路接地

表2-7特别运行爱护配置方案反应的故障类型

特别运行爱护反映故障类型

对称过负荷爱护定子绕组过电流

不对称过负荷爱护转子绕组过申流

励磁回路过负荷爱护励磁绕组过电流

失磁爱护励磁回路的失磁

逆功率爱护反应逆功率

过电压爱护定子绕组过电压

过激磁爱护变压器铁芯的过激磁

表2-8其他爱护配置方案反应的故障类型

其它爱护反映故障类型

非全相运行爱护反应非全相运行

断路器失灵爱护反应断路器故障

发电机冷却水中断爱护发电机断水故障

主变压器冷却器全停爱护