發(fā)電廠及電力系統(tǒng)畢業(yè)專業(yè)論文.doc

畢業(yè)綜合作業(yè)淺談電力系統(tǒng)繼電保護選題類型： 畢業(yè)論文 學生姓名： xxxxx 學 號： 0903110126 系 部： 機電系 專 業(yè)： 發(fā)電廠及電力系統(tǒng) 班 級： 電力0901 指導老師： xx 浙江杭州提交時間：2012年6月摘要 被譽為電力系統(tǒng)“靜靜哨兵”的繼電保護，一年365天，每天24小時站崗放哨，是保證電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行的鋼鐵長城。建國以來常抓不懈的繼電保護正確動作率成績顯著，經過科研制造、設計、運行單位幾代繼電保護人的共同努力，220kv以上超高壓電網的繼電保護裝置正確動作率達到98%以上，對電力系統(tǒng)發(fā)生的各種故障動迅速、正確地隔離，全國沒有發(fā)生過類似美國、法國、印度等國的大面積、長時間的大停電事故，保證我國電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經濟運行，繼電保護功不可沒，同時造就了一支工作責任心強，作風嚴謹、特別能戰(zhàn)斗的繼電保護隊伍。隨著微電子技術的迅速發(fā)展，繼電保護裝置發(fā)生了新飛躍，計算機技術、網絡技術等高薪技術在繼電保護應用技術中得到廣泛采用。但繼電保護的運行幻境基本未變，隨著裝機容量的不斷擴大，電力系統(tǒng)網架結構的不斷擴大，電壓等級的不斷升高，大功率、遠距離輸送電能的超高壓變、直流現(xiàn)代化大電網，對繼電保護全方位的功能要求越來越高，發(fā)展高新技術并逐步時限科技創(chuàng)新、機制創(chuàng)新、管理創(chuàng)新。目前，全國還有2%左右的不正確動作，對電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行危害很大，尤其是超高壓系統(tǒng)的繼電保護不正確動作，旺旺使事故擴大、造成電網穩(wěn)定破壞、大面積停電、設備損壞等， ，教訓是沉痛的，有些不正確動作，多少年來雖然多次反事故措施，仍不斷重復發(fā)生，如tv二次回路需在繼電保護小室一點接地，至今仍因tv二次在生壓站、繼電保護小室多點接地，造成繼電保護不正確動作的事故時有發(fā)生，屢禁不止。還有元器件質量、二次回路設計不當?shù)纫彩抢^電保護不正確動作的多發(fā)病，提高繼電保護正確動作率需要科研制造、設計、運行單位的共同努力。關鍵詞：繼電保護51目 錄摘要. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 第1章 繼電保護的基礎知識. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .61.1繼電保護的概念及作用. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .61.2、對電力系統(tǒng)繼電保護的基本要求. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .61.3、主保護和后背保護的概念. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7第2章 動重合閘. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .92.1 、自動重合閘在電力系統(tǒng)中的作用. . . . . . . . . . . . . . . . .92.1.1、電力系統(tǒng)中采用重合閘的技術經濟效果. . . . . . . . . . . . .92.1.2、裝設重合閘的規(guī)定. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .102.1.3、使用重合閘的不離影響. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .102.2、對自動成河閘裝置的基本要求. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .112.2.1、重合閘不應動作的情況. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .112.2.2、重合閘的啟動方式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .112.2.3、自動重合閘的動作次數(shù). . . . . . . . . . . . . . . . . . . .122.2.4、自動重合閘的復歸方式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .122.2.5、重合閘與繼電保護的配合. . . . . . . . . . . . . . . . . .122.2.6、對雙側電源線路上重合閘的要求. . . . . . . . . . . . . . . .122.2.7、閉鎖重合閘. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .132.3、重合閘動作時限的選擇原則. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .132.3.1、單側電源線路的三相重合閘. . . . . . . . . . . . . . . . .132.3.2、雙側電源線路的三相重合閘. . . . . . . . . . . . . . . . . .142.4、重合閘與繼電保護的配合. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14第3章 力變壓器的繼電保護. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .163.1、電力變壓器的故障類型、不正常運行狀態(tài)及其相應的保護方式. . . .163.2、變壓器的瓦斯保護. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18第4章 發(fā)電機的繼電保護. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204.1、發(fā)電機的故障類型、不正常運行狀態(tài)及其相應的保護方式. . . . . . .204.2、發(fā)電機的縱差動保護和橫差動保護. . . . . . . . . . . . . . . . .214.2.1、發(fā)電機的縱差動保護. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .214.2.2、發(fā)電機的橫差動保護. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .224.3、發(fā)電機的失磁保護. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21第4章 母線保護. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .254.1、概述. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .254.2、保護范圍. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .274.3、母線保護的分類. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .304.4、微機母線保護. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .314.5、分布式母線保護. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .324.5.1、分布式微機母線保護在電力系統(tǒng)自動化系統(tǒng)中的位置. . . . . .324.5.2、分布式微機母線保護的構成原理. . . . . . . . . . . . . . .334.5.3、分布式微機母線保護的特點. . . . . . . . . . . . . . . . .34第5章 電動機的繼電保護. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .355.1、電動機的故障類型和不正常工作狀態(tài). . . . . . . . . . . . . . . .355.2、電動機的保護. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .355.2.1、電動機的縱差保護. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .355.2.2、單相接地保護. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .355.2.3、電動機的低電壓保護. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .355.3、電動機的低電壓保護. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .375.3.1、低電壓保護的裝設原則. . . . . . . . . . . . . . . . . . .375.3.2、低電壓保護裝置的接線. . . . . . . . . . . . . . . . . . .385.3.3、異步電動機低電壓保護的整定原則. . . . . . . . . . . . . . . .385.3.4、同步電動機低電壓保護的整定. . . . . . . . . . . . . . . . .395.3.5、低電壓保護實現(xiàn)的注意事項. . . . . . . . . . . . . . . . .39第6章 微機繼電保護. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .406.1、微機繼電保護的發(fā)展史. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .406.2、微機繼電保護的主要特點. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .416.3、微處理器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .426.4.微機保護軟件構成. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .426.4.1、微機保護的軟件系統(tǒng)配置. . . . . . . . . . . . . . . . . . .426.4.2、中斷的作用. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .436.4.3、保護的中斷服務配置. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .436.5、提高微機繼電保護可靠性的措施. . . . . . . . . . . . . . . . .436.5.1、干擾源. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .44第7章 展望與總結. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47致謝. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48參考文獻. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .49第1章 繼電保護的基礎知識1.1繼電保護的概念及作用在電力系統(tǒng)中，除應采用各次積極措施消除或減少發(fā)生故障的可能性以外，故障一旦發(fā)生必須有效地切除故障元件，這是保證電力系統(tǒng)安全運行的最有效方法之一。切除故障的時間常常要求小到十分之幾甚至百分之幾秒，時間證明只有在每個電氣元件上裝設保護裝置才有可能滿足這個要求。這種保護裝置知道目前為止，大多是有單個繼電器或繼電器與其附屬設備的組合構成的，故稱為繼電保護裝置。在電子式靜態(tài)保護裝置和微機保護裝置出現(xiàn)以后，雖然繼電器已被電子元件或計算機所代替，但仍沿用此名稱。在電力部門常用“繼電保護”一詞泛指繼電保護技術或由各種繼電保護裝置組成的繼電保護系統(tǒng)。繼電保護裝置一詞指各種具體的裝置。繼電保護裝置，就是指能反應電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)，并動作于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種自動裝置。它的基本任務是：（1）當被保護的電力系統(tǒng)元件發(fā)生故障時，應該由元件的繼電保護裝置迅速準確地給距離故障元件最近的斷路器發(fā)出跳閘命令，使故障元件及時從電力系統(tǒng)中斷開，以最大限度地減少電力元件本身的損壞，降低對電力系統(tǒng)安全供電的影響，并滿足電力系統(tǒng)的某些特定要求（如保持電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性等）。（2）反應電氣設備的不正常工作情況，并根據(jù)不正常工作情況和設備運行維護條件的不同（如有無經常值班人員）發(fā)出信號，以便值班人員進行處理，或由裝置自動地進行調整，或將那些繼續(xù)運行而會引起事故的電氣設備予以切除。反應不正常工作情況的繼電保護裝置容許帶一定的延時動作。1.2、對電力系統(tǒng)繼電保護的基本要求 動作于跳閘的繼電保護，在技術上一般應滿足四個基本要求，即選擇性、速動性、靈敏性和可靠性。（1）選擇性繼電保護動作的選擇性是指保護裝置動作時，僅將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使停電范圍盡量縮小，以保證系統(tǒng)中的無故障部分仍能繼續(xù)安全運行。（2）速動性快速地切除故障可以提高電力系統(tǒng)并聯(lián)運行的穩(wěn)定性，減少用戶在電壓降低的情況下工作的時間，以及縮小故障元件的損壞程度。因此，在發(fā)生故障時，應力求保護裝置能迅速動作切除故障。 （3）靈敏性繼電保護的靈敏性，是指對于其保護范圍內發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)的反應能力，保護裝置的靈敏性，通常用靈敏系數(shù)來衡量，它主要決定于被保護元件和電力系統(tǒng)的參數(shù)和運行方式。（4）可靠性保護裝置的可靠性是指在該保護裝置規(guī)定的保護范圍內發(fā)生了它應該動作的故障時，它不應該拒絕動作，而在任何其他該保護不應該動作的情況下，則不應該誤動作。1.3、主保護和后背保護的概念 1、主保護：滿足系統(tǒng)穩(wěn)定和設備安全要求，能以最快速度有選擇地切除被保護設備或線路故障的保護。2、后備保護：主保護或斷路器拒動時用來切除故障的保護，又分為遠后備和近后備。3、遠后備保護：當住保護或斷路器拒動時，由相鄰電力設備的保護來實現(xiàn)的后備保護。4、近后備保護：當主保護拒動時，由本電力設備或線路的保護來實現(xiàn)后備的保護；當斷路器拒動時，由斷路器失靈保護來實現(xiàn)后備保護。5、輔助保護：為補充主保護和后備保護的性能或當住保護和后備保護退出運行而增設的簡單保護。第2章自動重合閘2.1 、自動重合閘在電力系統(tǒng)中的作用在電力系統(tǒng)的故障中，大多數(shù)是送電線路的故障。故障可分為瞬時性故障和永久性故障。瞬時性故障：由雷電引起的絕緣子表面閃絡，大風引起的碰線，通過鳥類以及樹枝等物品掉落在導線上引起的短路等，在線路被繼電保護迅速斷開以后，電弧即行熄滅，故障點的絕緣強度重新恢復，外界物體（如樹枝、鳥類等）也被電弧燒掉而消失。此時，稱這類故障是“瞬時性故障”。架空線路故障大都是瞬時性故障。永久性故障：由于線路倒桿、斷線、絕緣子擊穿或損壞等引起的故障，在線路被斷開之后，它們仍然是存在的。這時，即使再合上電源，由于故障依然存在，線路還要被繼電保護再次斷開，因而就不能回復正常的供電。由于送點線路上的故障具有以上的性質，因此，在線路被斷開以后再進行一次合閘，就有可能大大提高供電的可靠性。由運行人員手動進行合閘，固然也能夠實現(xiàn)上述作用，但由于停電時間過長，用戶電動機多數(shù)已經停轉，因此，其效果就不顯著。為此在電力系統(tǒng)中采用了自動重合閘（ar），即當斷路器跳閘之后，能夠自動地將斷路器重新合閘的裝置。在線路上裝設重合閘裝置以后，由于它并不能夠判斷是瞬時性故障還是永久性故障，因此，在重合以后可能成功，也可能不成功。用重合成功的次數(shù)與總動作次數(shù)之比來表示重合閘的成功率，根據(jù)運行資料的統(tǒng)計，成功率一般在60%90%之間。在微機保護中重合閘裝置應用自適應原理可在重合之前先判斷是瞬時性故障還是永久性故障，可以大大提高重合閘的成功率。2.1.1、電力系統(tǒng)中采用重合閘的技術經濟效果 （1）大大提高供電的可靠性，減少線路停電的次數(shù)，特別是對單側電源的單回線路有為顯著； （2）在高壓輸電線路上采用重合閘，還可以提高電力系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性。 （3）在電網的設計與建設過程中，有些情況下由于考慮重合閘的作用，即可以暫緩架設雙回線路，以節(jié)約投資； （4）對斷路器本身由于機構不良或繼電保護誤動作而引起的誤跳閘，也能起糾正的作用。 對1kv及以上的架空線路和電纜與架空的混合線路，當某上有斷路器時，就應該設自動重合閘裝置；在用高壓熔斷器保護的線路上，一般采用自動自動重合熔斷器；此外，在供電給地區(qū)負荷的電力變壓器上，以及發(fā)電廠和變電站的母線上，必要時也可以裝設自動重合裝置。2.1.2、裝設重合閘的規(guī)定（1）3kv及以上的架空線路和電纜與架空混合線路，在具有斷路器的條件下，如用電設備允許且無備用電源自動投入時，應裝設自動重合閘裝置。（2）旁路斷路器和兼作旁路的母線聯(lián)絡斷路器或分斷斷路器，應裝設自動重合閘裝置。（3）低壓側不帶電源的降壓變壓器，可裝設自用重合閘裝置。（4）必要時，母線故障可采用母線自動重合閘裝置。2.1.3、使用重合閘的不離影響 在采用重合閘以后，當重合于永久性故障上時，它也將帶來一些不利的影響，如： （1）使電力系統(tǒng)又一次受到故障的沖擊，并可能降低系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性。 （2）使斷路器的工作條件變得更加嚴重，因為它要在很短的時間內，連續(xù)切斷兩次短路電流。這種情況對于油斷路器必須加以考慮，因為在第一次跳閘時，由于電弧的作用，已使油的絕緣強度降低，在重合后第二次跳閘時，是在絕緣已經降低的不利條件下進行的，因此，油斷路器在采用了重合閘以后，其遮斷容量也要有不同程度的降低。 在短路容量比較大的電力系統(tǒng)中，上述不利條件往往限制了重合閘的使用。因此，能夠判斷是瞬時性故障或永久性故障，以及檢測消弧情況的自適應重合閘的研究具有重要意義。目前這一技術已趨于成熟已開始在電力系統(tǒng)中試運行。例如在中性點經消弧線圈絕地的電網中，用危機自適應重合閘即可根據(jù)消弧線圈中電流的大小判斷弧光熄滅的情況，從而自動調整重合閘時間。2.2、對自動成河閘裝置的基本要求2.2.1、重合閘不應動作的情況（1）有值班人員手動操作或通過遙控裝置將斷路器斷開時。（2）手動投入斷路器，由于線路上有故障，而隨即被繼電保護將其斷開時。因為在這種情況下，故障是屬于永久性的，它可能是由于檢修質量不合格、隱患未消除或者接地線忘記拆除等原因所產生，因此再重合一次也不可能成功。（3）除上述條件外，當斷路器由繼電保護動作或其他原因而跳閘后，重合閘均應動作，使斷路器重新合閘。2.2.2、重合閘的啟動方式 為了能夠滿足第1項所提出的要求，應優(yōu)先采用由控制開關的位置與斷路器位置不對應的原則來啟動重合閘，即當控制開關在合閘位置而斷路器實際上在斷開位置的情況下，使重合閘起動，這樣就可以保證不論是任何原因使斷路器跳閘以后，都可以進行一次重合重合。當用手動操作控制開關使斷路器跳閘以后，控制開關與斷路器的位置仍然是對應的。因此，重合閘就不會啟動。在某些情況下，當利用保護裝置來起動重合閘時，由于保護裝置動作快，可能使重合閘來不及啟動，因此，必須采取措施（如用自保持回路、記憶回路等），來保證重合閘的可靠動作。2.2.3、自動重合閘的動作次數(shù)自動重合閘裝置的動作次數(shù)應符合預先的規(guī)定。如一次式重合閘就應該只動作一次，當重合于永久性故障而再次跳閘以后，就不應該再動作；對二次式重合閘就應該能夠動作兩次，當?shù)诙沃睾嫌谟谰眯怨收隙l以后，它不應該再動作。在任何情況下，例如裝置本身的元件損壞，繼電器觸電黏住或拒動等，重合閘均不應該使斷路器多次地重合到永久故障上去。2.2.4、自動重合閘的復歸方式自動重合閘在動作以后，應能自動復歸，準備好下一次再動作。但對10kv及以下電壓的線路，如當?shù)赜兄蛋嗳藛T時，為簡化重合閘的實現(xiàn)，也可以采用手動復歸的方式。采用手動復歸的缺點是，當重合閘動作后，在值班人員未及時復歸以前，而又一次發(fā)生故障時，重合閘將拒絕動作，這雷雨季節(jié)，雷害活動較多的地方尤其可能發(fā)生。2.2.5、重合閘與繼電保護的配合自動重合閘裝置應有可能在重合閘以前或重合閘以后加速繼電保護的動作，以便更好地和繼電保護相配合，加速故障的切除。如用控制開關手動合閘并合于永久性故障上時，也宜于采用加速繼電保護動作的措施，因為這種情況與實現(xiàn)重合閘后加速的要求是完全一樣的。當采用重合閘后加速保護時，如果合閘瞬間所產生的沖擊電流或斷路器三相觸頭不同時合閘所產生的零序電流有可能引起繼電保護誤動作時，則應采取措施（如適當增加延遲）予以防止。2.2.6、對雙側電源線路上重合閘的要求 在雙側電源的線路上實現(xiàn)重合閘時兩側電源間的同步問題，并滿足所提出的要求。2.2.7、閉鎖重合閘 （1）自動重合閘裝置應具有接收外來閉鎖信號的功能。 （2）當斷路器處于不正常狀態(tài)（例如操作機構中使用的氣壓、降低液態(tài)等）而不允許實現(xiàn)合閘時，應將自動重合閘裝置閉鎖。2.3、重合閘動作時限的選擇原則2.3.1、單側電源線路的三相重合閘 為了盡可能縮短電源中斷的時間，重合閘的動作時限原則上應越短越好。因為電源中斷后，電動機的轉速急劇下降，電動機被其負荷所制動，當重合閘成功回復供電以后，很多電動機要自起動。此時由于自起動電流很大，往往會引起電網內電壓的降低，因而又造成自起動的困難或拖延其恢復正常工作的時間。電源中斷的時間越長則影響就越嚴重。 重合閘帶有時限的原因： （1）在斷路器跳閘后，要使故障點的電弧熄滅并使周圍介質恢復絕緣強度，是需要一定時間的，必須在這個時間以后進行合閘才有可能成功。在考慮上述時間內，還必須計及符合電動機向故障點反饋電流所產生的影響，因為它是使絕緣強度恢復最慢的因素。（2）在斷路器動作跳閘以后，其觸頭周圍絕緣強度的恢復以及消弧室重新充滿油需要一定的時間。同時其操作機構恢復原狀準備好再次動作也需要一定的時間。重合閘必須在這個時間以后才能向斷路器發(fā)出合閘脈沖，否則，如重合在永久性故障上，就可能發(fā)生斷路器爆炸的嚴重事故。因此，重合閘的動作時限應在滿足以上兩個要求的前提下，力求縮短。如果重合閘是利用繼電保護來起動，則其動作時限還應該加上斷路器跳閘時間。根據(jù)我國一些電力系統(tǒng)的運行經驗，整定時間為1s為宜。2.3.2、雙側電源線路的三相重合閘其時限除滿足以上要求我外，還應考慮線路兩側繼電保護以不同時限切除故障的可能性。從最不利的情況出發(fā)，每一側的重合閘都應該以本側先跳閘而對側后跳閘來作為考慮整定時間的依據(jù)。2.4、重合閘與繼電保護的配合為了能盡量利用重合閘所提供的條件以加速切除故障，繼電保護與之配合時，一般采用如下兩種方式1、 重合閘前加速保護重合閘前加速保護一般又簡稱為“前加速”。 重合閘前加速保護方式一般用于具有幾段串聯(lián)的輻射形線路中,重合閘裝置僅裝在靠近電源的一段線路上。當線路上(包括相鄰線路及以后的線路)發(fā)生故障時,靠近電源側的保護首先無選擇性地瞬時動作于跳閘,而后再靠重合閘來糾正這種非選擇性動作。采用前加速的優(yōu)點：（1） 能夠快速地切除瞬時性故障；（2） 可能使瞬時性故障來不及發(fā)展成永久性故障，從而提高重合閘的成功率；（3） 能保證發(fā)電廠和重要變電站的母線電壓在0。60。7倍額定電壓以上，從而保證電廠和重要用戶的電能質量；（4） 使用設備少，只需裝設一套重合閘裝置，簡單、經濟。前加速的缺點：（1） 斷路器工作條件惡劣，動作次數(shù)較多：（2） 重合于永久性故障時，故障切除的時間可能較長：（3）如果重合閘拒絕合閘，則將擴大停電范圍。甚至會導致在最末一級上的用戶在切除故障前全部停電。前加速保護主要用于35kv以下由發(fā)電廠或重要變電站引出的直配線路上，以便快速切除故障，保證母線電壓。在這些線路上一般只裝設簡單的線路保護。2、重合閘后加速保護 重合閘后加速保護一般又稱為“后加速”。 當線路發(fā)生故障后,保護有選擇性的動作切除故障,重合閘進行一次重合以恢復供電。若重合于永久性故障時,保護裝置即不帶時限無選擇性的動作斷開斷路器,這種方式稱為重合閘后加速。后加速保護的優(yōu)點是：（1）第一次是有選擇性的切除故障，不會擴大停電范圍，特別是在重要的高壓電網中，一般不允許保護無選擇性的動作而后以重合閘來糾正。（2）保證了永久性故障能瞬時切除，并仍然是有選擇性的。（3）和前加速相比，使用中不受網絡結構和負荷條件的限制，一般說來是有利而無害的。后加速的缺點：（1） 每個斷路器上都需要裝設一套重合閘，與前加速相比較為復雜； （2） 第一次切除故障可能帶有延遲?！昂蠹铀佟钡呐浜戏绞綇V泛應用于35kv以上的網絡及對重要負荷供電線路上。在這些線路上一般都裝有性能比較完善的保護裝置。第3章 電力變壓器的繼電保護3.1、電力變壓器的故障類型、不正常運行狀態(tài)及其相應的保護方式 電力變壓器是電力系統(tǒng)中十分重要的供電元件，它的故障將對供電可靠性和系統(tǒng)的正常運行帶來嚴重的影響。同時大容量的電力變壓器也是十分重要的元件，因此，必須根據(jù)變壓器的容量和重要成都考慮裝設性能良好，工作可靠的繼電保護裝置。變壓器的內部故障可以分為油箱內和油箱外故障兩種。油箱內的故障包括繞組的相間短路、接地短路，匝間短路以及貼心的燒損等，對變壓器來講，這些故障都是十分危險的，因為油箱內故障時產生的電弧，將引起絕緣物質的劇烈汽化，從而可能引起爆炸，因此，這些故障應該盡快加以切除。油箱外的故障，主要是套管和引出線上發(fā)生相間短路和接地短路。變壓器的不正常運行狀態(tài)主要有：由于變壓器外部相間短路引起的過電流和外部接地短路引起的過電流和中性點過電壓：由于負荷超過額定容量引起的過負荷以及由于漏油引起的油面降低。此外，對大容量變壓器，由于其額定工作時的磁通密度相當接近于鐵心的飽和磁通密度，因此在過電壓或低頻率等差異常運行狀態(tài)下，還會發(fā)生變壓器的過勵磁故障。根據(jù)上述故障類型和不正常運行狀態(tài)，對變壓器應裝設下列保護。1、瓦斯保護對變壓器油箱內的各種故障以及油面的降低，應裝設瓦斯保護，它反應于油箱內部所產生的氣體或油流而動作。其中輕瓦斯保護動作于信號，重瓦斯動作于跳開變壓器各電源側的斷路器。應裝設瓦斯保護的變壓器容量界限是：800kva及以上的油浸式變壓器和400kva及以上的車間內油浸式變壓器。同樣對帶負荷調壓的油浸式變壓器的調壓裝置，也應裝設瓦斯保護。2、縱差動保護或電流速斷保護對變壓器繞組、套管及引出線上的故障，應根據(jù)容量的不同，裝設縱差動保護或電流速斷保護?？v差動保護適用于：并列運行的變壓器，容量為6300kva以上時；單獨運行的變壓器，容量為10000kva以上時；發(fā)電廠廠用工作變壓器和工業(yè)企業(yè)中的重要變壓器，容量為6300kva以上時。電流速斷保護用于10000kva以下的變壓器，且其過電流保護的時限大于0。5s時。對2000kva以上的變壓器，當電流速斷保護的靈敏性不能滿足要求時，也應裝設縱差動保護。對高壓側電壓為330kv及以上的變壓器，可裝設雙差動保護。上述各保護動作后，均應跳開變壓器各電源側的斷路器。3、外部相同短路時，應采用的保護對于外部相間相間短路引起的變壓器過電流，應采用下列保護作為后備保護。（1）過電流保護，一般用于降壓變壓器，保護裝置的整定值應考慮事故狀態(tài)下可能出現(xiàn)的過負荷電流；（2）復合電壓起動的過電流保護，一般用于容量為63mva及以上的升壓變壓器；（3）負序電流及單相式低電壓起動的過電流保護，一般用于容量為63kva及以上的升壓變壓器；（4）阻抗保護，對于升壓變壓器和系統(tǒng)聯(lián)絡變壓器，當采用第（2）、（3）的保護不能滿足靈敏性和選擇性要求時，可采用阻抗保護。對500kv系統(tǒng)聯(lián)絡變壓器高、中壓側均應裝設阻抗保護。保護可帶兩段時限，以較短的時限用于縮小故障影響范圍；較長的時限用于斷開變壓器各側斷路器。4、外部接地短路時，應采用的保護對中性點直接接地電力網內，由外部接地短路引起電流時，如變壓器中性點接地運行，應裝設零序電流保護。零序電流保護可由兩段組成，每段可各帶兩個時限，并均以較短的時限動作于縮小故障影響范圍，或動作與本側斷路器，以較長的時限動作于斷開變壓器各側斷路器。對自耦變壓器和高、中壓側中性點都直接接地的三繞組變壓器，當有選擇性要求時，應增設零序方向元件。當電力網中部分變壓器中性點接地運行，為防止發(fā)生接地短路時，中性點接地的變壓器跳開后，中性點不接地的變壓器（低壓側有電源）仍帶接地故障繼續(xù)運行，應根據(jù)具體情況，裝設專用的保護裝置，如零序過電壓保護，中性點裝放電間隙加零序電流保護等。5、過負荷保護對400kva以上的變壓器，當數(shù)臺并列運行，或單獨運行并作為其他負荷的備用電源時，應根據(jù)可能過負荷的情況，裝設過負荷保護。過負荷保護接于一相電流上，并延時作用于信號。對無經常值班人員的變電所，必要時過負荷保護可動作于自動減負荷或跳閘。6、過勵磁保護高壓側電壓為500kv及以上的變壓器，對頻率降低和電壓升高而引起的變壓器勵磁電流的升高，應裝設過勵磁保護。在變壓器允許的過勵磁范圍內，保護作用于信號，當過勵磁超過允許值時，可動作于跳閘。過勵磁保護反應于實際工作磁密和額定工作磁密之比（稱為勵磁倍數(shù)）而動作。7、其他保護對變壓器溫度及油箱內壓力升高和冷卻系統(tǒng)故障，應按現(xiàn)行變壓器標準的要求，裝設可作用于信號或動作于跳閘的裝置。3.2、變壓器的瓦斯保護當在變壓器油箱內部發(fā)生故障時，由于故障點電流和電弧的作用，將使變壓器油及其他絕緣材料因局部受熱而分解產生氣體，因氣體比較輕，它們將從油箱向油枕的上部。當故障嚴重時，油會迅速膨脹并產生大量的氣體，此時將有劇烈的氣味夾雜著油流向油枕的上部。利用油箱內部故障時的這一特點，可以構成反應于上述氣體而動作的保護裝置，成為瓦斯保護。氣體繼電器是構成瓦斯保護的主要元件，它安裝在油箱與熱枕之間的連接管道上，油箱內產生的氣體必須通過氣體繼電器才能流向熱枕。為了不妨礙氣體的流通，變壓器安裝時應使頂蓋沿氣體繼電器的方向與水平具有1%1。5%的升高坡度，通往繼電器的連接管具有2%4%的升高坡度。瓦斯保護的主要優(yōu)點是動作迅速、靈敏度高、安裝接線簡單、能反應油箱內部發(fā)生的各種故障。其缺點則是不能反應油箱以外的套管及引出線等部位上發(fā)生的故障。因此瓦斯保護可作為變壓器的主保護之一，與縱差動保護相互配合、相互補充，實現(xiàn)快速而靈敏地切除變壓器油箱內外及引出線上發(fā)生的各種故障。第4章 發(fā)電機的繼電保護4.1、發(fā)電機的故障類型、不正常運行狀態(tài)及其相應的保護方式發(fā)電機的安全運行對保證電力系統(tǒng)的正常工作和電能質量起著決定性的作用，同時發(fā)電機本身也是一個十分貴重的電氣元件。因此，應該針對各種不同的故障和不正常運行狀態(tài)，裝設性能完善的繼電保護裝置。發(fā)電機的故障類型主要有：定子繞組相間短路；定子繞組一相匝間短路；定子繞組單相接地；轉子繞組一點接地或兩點接地；轉子勵磁回路勵磁電流異常下降或完全消失。發(fā)電機的不正常運行狀態(tài)有：由于外部短路引起的定子繞組過電流；由于負荷超過發(fā)電機額定容量而引起的三相對稱過負荷；由于外部短路不對稱短路或不對稱負荷而引起的發(fā)電機負序過電流或過負荷；由于突然甩負荷而引起的定子繞組過電壓；由于勵磁回路故障或強勵時間過長而引起的轉子繞組過負荷；由于汽輪機主汽門突然關閉而引起的發(fā)電機逆功率等。針對上述故障類型及不正常運行狀態(tài)，按規(guī)程規(guī)定，發(fā)電機應裝設以下繼電保護裝置：（1）對1mw以上發(fā)電機的定子繞組及其引出線的相間短路，應裝設縱聯(lián)差動保護。（2）對直接連于母線的發(fā)電機定子單相接地故障，當發(fā)電機電壓網絡的接地電容大于或等于5a時，應裝設動作于跳閘的零序電流保護；當接地電容電流大于5a時，則裝設作用于信號的接地保護。對于發(fā)電機變壓器組，一般在發(fā)電機電壓側裝設作用于信號的接地保護；當發(fā)電機電壓側接地電容電流大于5a時，應裝設消弧線圈。容量在100mw及以上的發(fā)電機，應裝設保護區(qū)為100%的定子接地保護。（3）對于發(fā)電機定子繞組的匝間短路，當繞組接成星形且每相中有引出的并聯(lián)支路時，應裝設單繼電器式的橫聯(lián)差動保護。（4）對于發(fā)電機外部短路引起的過電流，可采用下列保護方式：1）負序過電流及單相式低起動過電流保護，一般用于50mw及以上的發(fā)電機上裝設負序電流保護。2）負荷電壓起動的過電流保護；3）過電流保護，用于1mw以下的小發(fā)電機。（5）對于由不對稱負荷或外部短路而引起的負序過電流，一般在50mw及以上的發(fā)電機上裝設負序電流保護。（6）對于由對稱負荷引起的發(fā)電機定子繞組過電流，應裝設接于一相電流的過負荷保護。（7）對于水輪發(fā)電機定子繞組過電壓，應裝設帶延時的過電壓保護。（8）對于發(fā)電機勵磁回路的接線故障： 1）水輪發(fā)電機一般裝設一點接地保護，小容量機組可采用定期檢測裝置； 2）對汽輪發(fā)電機勵磁回路的一點接地，一般采用定期檢測裝置，對大容量機組則可以裝設一點接地保護。對兩點接地故障，應裝設兩點接地保護，在勵磁回路發(fā)生一點接地后投入。（9）對于發(fā)電機勵磁消失的故障，在發(fā)電機不允許失磁運行時，應在自動滅磁開關斷開時連鎖反應斷開發(fā)電機的斷路器；對采用半導體勵磁以及100mw及以上采用電機勵磁的發(fā)電機，應增設直接反應發(fā)電機失磁時電氣參數(shù)變化的專用失磁保護。（10）對于轉子回路的過負荷，在100mw及以上并采用半導體勵磁系統(tǒng)的發(fā)電機上，應裝設轉子過負荷保護。（11）其他：如當電力系統(tǒng)震蕩影響機組安全運行時，在300mw機組上，宜裝設失步保護。為了快速消除發(fā)電機內部的故障，在保護動作于發(fā)電機斷路器跳閘的同時，還必須動作于自動滅磁開關，斷開發(fā)電機勵磁回路，以使轉子回路電流不會在定子繞組中再感應電動勢，繼續(xù)供給短路電流。4.2、發(fā)電機的縱差動保護和橫差動保護4.2.1、發(fā)電機的縱差動保護對發(fā)電機相間短路的主保護，不但要求能正確區(qū)別發(fā)電機內、外故障，而且還要求無延時地切除內部故障由變壓器差動保護的討論可知，差動保護可以滿足作為發(fā)電機主保護的基本要求。發(fā)電機縱差動保護的特點： 由于被保護的對象是定子繞組，因此，當定子一相繞組發(fā)生匝間短路時，繞組兩端的電流仍同方向，流人差動繼電器的只有不平衡電流，差動繼電器不會動作，故它不能反應匝間短路。在定子繞組不同地點相簡短路時，由于定子繞組各點感應電動勢不同，以及短路回路阻抗不同，所以短路電流的大小不一樣經分析得出如下結論： 1)當過渡電阻不為零時，在中性點附近短路時，差動保護可能不動作，即在中性點附近經電弧電阻短路時，可能出現(xiàn)死區(qū)因此，要求發(fā)電機縱差動保護靈敏度盡可能高，盡可能減少它的死區(qū)。2)由于發(fā)電機電壓系統(tǒng)的中性點一般不接地的或經大阻抗接地，單相接地時的短路電流較小，差動保護不能動作故必須設置獨立的接地保護。4.2.2、發(fā)電機的橫差動保護利用反應兩個支路電流之差的原理，實現(xiàn)對發(fā)電機定子繞組匝間短路的保護即為橫差動保護。它有兩種接線方式： 1、每相裝設兩個電流互感器和一個繼電器做成單獨的保護。這樣三相總共需要六個互感器和三個繼電器。由于接線復雜，保護中的不平衡電流也大，因此實際上已經很少采用。2、目前廣泛應用的接線方式實質上是把一半繞組的三相電之和去與另一半繞組三相電流之和進行比較，當發(fā)生前述各種匝間短路時，此中性點聯(lián)線上照樣有環(huán)流通過，因此，繼電器3可以動作，。由于只使用了一個互感器，也就不存在由于互感器的誤差所產生的不平衡電流，因此，起動電流較小，靈敏度較高。此外，這種接線方式也比第一種接線方式簡單。 運行經驗表明，當勵磁回路發(fā)生永久性的兩點接地時，由于發(fā)電機勵磁磁勢的畸變而引起空氣隙磁通發(fā)生較大的畸變，發(fā)電機將產生異常的振動，此時勵磁回路兩點接地保護應動作于跳閘。在這種情況下，雖然按照橫差動保護的工作原理來看它不應該動作，但由于發(fā)電機已有切除的必要，因此橫差動保護動作于跳閘也是允許的?；谏鲜隹紤]，目前已不采用勵磁回路兩點接地保護動作時閉鎖橫差動保護的措施。為了防止在勵磁回路中發(fā)生偶然性的瞬間兩點接地時引起的誤動作，因此，當勵磁回路發(fā)生一點接地后，在投入兩點接地保護的同時，也應將橫差動保護切換至0。5-1s的延時動作于跳閘。發(fā)電機縱連差動保護的范圍是發(fā)電機定子線圈相間短路的主保護，所有發(fā)電機都必須安裝此保護。發(fā)電機橫差保護是用來保護繞組為雙星型連接的大型發(fā)電機定子線圈同相兩繞組匝間短路的，也就是說縱差保護是所有發(fā)電機必須安裝的保護，而發(fā)電機橫差保護只有在發(fā)電機繞組為雙星形或多星形接線時才會采用。4.3、發(fā)電機的失磁保護發(fā)電機失磁故障是指發(fā)電機的勵磁突然消失或部分消失。對于失磁的原因有：轉子繞組故障、勵磁機故障、自動滅磁開關誤跳閘、及回路發(fā)生故障等。發(fā)電機失磁運行時，會產生兩種結果：一是從系統(tǒng)倒吸無功，根據(jù)理論計算，發(fā)電機帶45%55%左右的有功負荷時，從系統(tǒng)吸收的無功相當于額定有功負荷，看見定子電流是猛增的，將使發(fā)電機定子繞組過熱；另一方面，失磁后發(fā)電機由同步狀態(tài)轉入異步狀態(tài)，將在轉子表面感生出另一個轉子磁場，維持發(fā)電機在穩(wěn)定異步狀態(tài)，同時由于轉差產生的磁場消耗的能量又使發(fā)電機轉子繞組過熱。另一種結果就是轉子的電磁振動。對于水輪發(fā)電機，由于其轉子是凸極式的，散熱效果較好而抗振動性能差，失磁跳機與否取決于振動限制；對于汽輪發(fā)電機，因為轉子是隱極式的，散熱效果差而抗振動效果較佳，所以失磁是否跳機取決于其發(fā)熱容量限制。4.3.1、失磁保護的構成方式失磁保護應能正確反應發(fā)電機的失磁故障，而在發(fā)電機外部故障、電力系統(tǒng)震蕩、發(fā)電機自同步并列以及發(fā)電機低勵磁運行時不誤動作。1。利用自動滅磁開關連鎖跳開發(fā)電機斷路器過去發(fā)電機失磁保護都是采用這種方式。但實際上發(fā)電機失磁并不都是由于自動滅磁開關跳開而引起的，特別是當采用半導體勵磁系統(tǒng)時，由于半導體元件或回路的故障而引起發(fā)電機失磁是可能的，而在這種情況下保護將不能動作。因此這種保護方式一般用于容量在10mw及以上的發(fā)電機和采用半導體勵磁的發(fā)電機，普遍增設了這種方式的保護。2利用失磁后發(fā)電機定子各參數(shù)變化的特點構成失磁保護這種方式的保護所反應的發(fā)電機定子參數(shù)的變化如：機端測量阻抗由第一象限進入第四象限，無功功率改變方向，機端電壓下降，功角增大，勵磁電壓降低等。目前對容量在100mw及以上的發(fā)電機和采用半導體勵磁的發(fā)電機，普遍增設了這種方式的保護。第5章 母線保護5.1、概述母線是電力系統(tǒng)中的一個重要組成元件，當母線上發(fā)生故障時，將使連接在故障母線上的所有元件在修復故障故障母線期間，或轉換到另一組無故障的母線上運行以前被迫停電。此外，在電力系統(tǒng)中樞紐變電所的母線上故障時，還可能引起系統(tǒng)穩(wěn)定的破壞，造成嚴重的后果。一般說來，不采用專門的母線保護，而利用供電元件的保護裝置就可以把母線故障切除。當雙母線同時運行或母線分段單母線時，供電元件的保護裝置則不能保證有選擇性地切除故障母線，因此應裝設專門的母線保護,具體項目如下：1、在110kv及以上的雙母線和分段單母線上，為保證有選擇性地切除任一組（或段）母線上所發(fā)生的故障，而另一組（或段）無故障的母線仍能繼續(xù)進行，應裝設專門的母線保護。2、110kv及以上的單母線，重要發(fā)電廠的35kv母線或高壓側為110kv及以上的重要降壓變電所的35kv母線，按照裝設全線速動保護的要求必須快速切除母線上的故障時，應裝設專用的母線保護。為滿足速動性和選擇性的要求，母線保護都是按差動原理構成的。所以不管母線上元件有多少，實現(xiàn)差動保護的基本原則仍是適用的，即：1）當母線上發(fā)生故障時，所有與電源連接元件都向故障點供給短路電流，而在供電給負荷的連接元件中電流等于零，因此，i總=id。2)在正常運行以及母線范圍以外故障時，在母線上所有連接元件中，流入的電流和流出的電流相等，或表示為i總=0；3）如從每個連接元件中電流的相位來看，則在正常運行以及外部故障時，至少有一個元件中的電流相位和其余元件中的電流相位是相反的，具體地說，就是電流流入的元件和電流流出的元件這兩者的相位相反。而當母線故障時，除電流等于零的元件以外，其它元件中的電流則是同相位的。什么情況下應裝設專門的母線保護？在110kv及以上的雙母線和分段單母線上，為保證有選擇性地切除任一組母線上所發(fā)生的故障，而另一組無故障母線仍能繼續(xù)運行，應裝設專用的母線保護。2110kv及以上的單母線，重要發(fā)電廠的35kv母線或高壓側為110kv及以上的重要降壓變電所的35kv母線，按照裝設全線速動保護的要求必須快速切除母線上的故障 時，應裝設專用母線保護。斷路器失靈保護，當線路、變壓器或母線發(fā)生短路并伴隨斷路器失靈時，相應的繼電保護動作發(fā)出跳閘脈沖后，斷路器拒絕動作時，能夠以較短的時限切除同一發(fā)電廠或變電所內其它有關的斷路器，以使停電范圍限制為最小的一種后備保護。在設計母線保護時還注意以下幾個問題：（1）母線故障對電力系統(tǒng)穩(wěn)定將造成嚴重威脅，必須以極快的速度切除，同時為了防止電流互感器（ta）飽和使保護誤動，也要求保護在故障后幾個毫秒內電流互感器飽和前就能反應。目前已能作到在故障后35ms內動作的保護裝置；（2）由于母線在電力系統(tǒng)中的地位極為重要，對其保護裝置的安全性和可靠性，都要提出極高的要求；（3）母線保護