主設(shè)備異常運(yùn)行的其它保護(hù)

1、1主設(shè)備異常運(yùn)行的其它保護(hù) （一）過負(fù)荷保護(hù) 1、發(fā)電機(jī)的過負(fù)荷 對于大型發(fā)電機(jī)，定子和轉(zhuǎn)子的材料利用律很高,其熱容量與銅損的比值較小，因而熱時間常數(shù)也比較小。通常在發(fā)電機(jī)定子繞組內(nèi)總是裝有熱偶元件，反應(yīng)定子繞組過負(fù)荷。但因熱偶元件與銅導(dǎo)線間隔著絕緣層，而且熱偶元件本身還有一定的熱時間常數(shù)，因而不能迅速反應(yīng)發(fā)電機(jī)的負(fù)荷變化。在轉(zhuǎn)子勵磁繞組內(nèi)，就連這樣的熱偶元件也沒有。 因此，為防止受到過負(fù)荷的損害，大型發(fā)電機(jī)都要裝設(shè)反應(yīng)定子繞組和勵磁繞組平均發(fā)熱狀況的過負(fù)荷保護(hù)裝置。 設(shè)發(fā)電機(jī)定子繞組（或轉(zhuǎn)子繞組）正常運(yùn)行的電流為 ，繞組銅損為 。當(dāng)電流由 增大為 時，0I0I0PI2 相應(yīng)的銅損將由 增大到

2、 。若銅損所產(chǎn)生的熱量毫不散失地儲存在繞組之中，則繞組的溫度按指數(shù)規(guī)律由 上升到 ，如圖81所示。 在銅損由 升到 時，近似 地認(rèn)為溫度 隨時間t線性上升， 則在 時間內(nèi)繞組的溫升為： （8-1-1） 其中： 繞組的熱容量。 注意到銅損與電流的平方成正比，則式（8-1-1）變?yōu)椋?（8-1-2） 對于給定的溫升 ，則可得到相應(yīng)的允許時間II0I0t00tt圖81 繞組溫度上升規(guī)律0PP00PPt00001PPPPttCCP C2001PItCI3 與電流的關(guān)系式為： （8-1-3） 其中： 一般發(fā)電機(jī)都給出過負(fù)荷倍數(shù)和相應(yīng)的持續(xù)時間。例如，一直接冷卻的汽輪發(fā)電機(jī)，其定子繞組的過負(fù)荷能力為1.3

3、倍額定電流下允許持續(xù)時間為60s，由式（8-1-3）可算出常數(shù) ；勵磁繞組的過負(fù)荷能力為1.25 倍額定電流下允許持續(xù)60s，同理算出常數(shù) 。已知K值之后，即可求出對應(yīng)于給定電流的允許時間。 對于 的汽輪發(fā)電機(jī)，一般應(yīng)能承受1.5倍定子額定電流 、歷時30s，不發(fā)生有害變形和損傷，但每年不得超過2次，由式（8-1-3），當(dāng) ，201yItKI0KCP ytt 260 1.3141.4K 33.8K 1200nSMVAnI0nII4 ，可得： 。 內(nèi)冷式發(fā)電機(jī)的勵磁繞組，要求能承受短時的過負(fù)荷（以直流過電壓表示）能力如表7所示。實際運(yùn)行中，可以用過電壓代表過電流。 發(fā)電機(jī)除定子繞組和勵磁繞組的過

4、負(fù)荷問題之外還有轉(zhuǎn)子表層由于負(fù)序電流引起的過負(fù)荷。針對這三個部位，要裝設(shè)三套過負(fù)荷保護(hù)。103060120208146125112表7 勵磁繞組短時過負(fù)荷能力30yts37.51200nKSMVA yts 00fdU52、定子繞組的過負(fù)荷保護(hù) 大型發(fā)電機(jī)定子繞組的過負(fù)荷保護(hù)，一般由定時限和反時限兩部分組成。保護(hù)裝置的構(gòu)成形式，與負(fù)序過電流保護(hù)相似。 定時限部分的動作電流，按在發(fā)電機(jī)長期允許的負(fù)荷電流下能可靠返回的條件整定，經(jīng)延時動作于信號。反時限部分的動作特性，按式（8-1-3）確定，其中取 等于額定電流 ，保護(hù)動作于解列或程序跳閘（即首先關(guān)閉主汽門或?qū)~，隨后逆功率繼電器動作，最后才斷開主

5、斷路器，這種程序跳閘保證機(jī)組不發(fā)生飛車災(zāi)難性事故）。 定子繞組過負(fù)荷保護(hù)，可以采用三相式，引入三相電流，電壓形成回路的輸出電壓決定于三相中最大的一相電流。這樣，保護(hù)裝置能夠反應(yīng)伴隨不對稱0InI6 短路之后發(fā)電機(jī)最嚴(yán)重的發(fā)熱情況。但在實際上，常為了簡化而采用單相式接線。 負(fù)荷電流波動，振蕩過程電流的變化，以及短路切除后的電壓恢復(fù)過程中，流過發(fā)電機(jī)的電流不是恒定數(shù)值，定子繞組將出現(xiàn)發(fā)熱和散熱的交替過程。為了正確反應(yīng)發(fā)電機(jī)定子繞組溫升，保護(hù)裝置都要設(shè)置模擬熱積累過程的環(huán)節(jié)。對于模擬式保護(hù)通常用電容充電和放電來模擬發(fā)熱和散熱特性。73、勵磁繞組的過負(fù)荷保護(hù) 勵磁繞組的過負(fù)荷保護(hù)，與定子繞組過負(fù)荷保護(hù)

6、類似，也由定時限部分的動作電流按在正常勵磁電流下能夠可靠返回的條件整定。反時限部分的動作特性按式（8-1-3）來確定。對于300MW以下，采用半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)，可只裝設(shè)定時限勵磁繞組過負(fù)荷保護(hù)；300MW及以上發(fā)電機(jī)，裝設(shè)定時限和反時限勵磁繞組過負(fù)荷保護(hù)，后者作用于解列滅磁。 大型發(fā)電機(jī)的勵磁系統(tǒng)，有的用交流勵磁電源或經(jīng)不可控整流裝置組成。對這種勵磁系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)勵磁繞組的過負(fù)荷保護(hù)，可以配置在直流側(cè)，也可以配置在交流側(cè)。當(dāng)有備用勵磁機(jī)時，保護(hù)裝置配置在直流側(cè)的好處是用備用勵磁機(jī)時勵磁繞組不失去保護(hù)，但此時需要裝設(shè)比較昂貴的直流變換設(shè)備（直流互8 感器或大型分流器）。為了使勵磁繞組過負(fù)荷保

7、護(hù)能兼作勵磁機(jī)、整流裝置及其引出線的短路保護(hù)，常把它配置在勵磁機(jī)中性點(diǎn)側(cè)，當(dāng)中性點(diǎn)沒有引出端子時則配置在勵磁機(jī)的機(jī)端。此時，保護(hù)裝置的動作電流要計及整流系數(shù)，換算到交流側(cè)來。 應(yīng)指出，現(xiàn)代自動調(diào)整勵磁裝置，為防止勵磁繞組過電流，都有過勵限制環(huán)節(jié)，與勵磁繞組過負(fù)荷保護(hù)有類似的功能，從保護(hù)功能方面看，勵磁繞組過負(fù)荷保護(hù)可看作過勵限制環(huán)節(jié)的后備保護(hù)。94、變壓器的過負(fù)荷保護(hù) 變壓器的過負(fù)荷也表現(xiàn)為繞組的溫升發(fā)熱，因此也可用圖81和式（8-1-3）表示。必須說明，按式（8-1-3）構(gòu)成的過負(fù)荷保護(hù)，其動作特性往往與發(fā)電機(jī)或變壓器本身的過負(fù)荷能力（過負(fù)荷倍數(shù)與允許持續(xù)時間）不能較好配合，原因是電氣設(shè)備的

8、過負(fù)荷能力不能簡單地以式（8-1-3）表達(dá)。以變壓器為例，其過負(fù)荷能力與環(huán)境溫度、過負(fù)荷前所帶負(fù)荷、冷卻介質(zhì)溫度、變壓器負(fù)荷曲線及變壓器設(shè)備狀況等因素有關(guān)，要使過負(fù)荷保護(hù)性能與設(shè)備過負(fù)荷能力完全配合幾乎是不可能的。 大容量電氣主設(shè)備不應(yīng)采用兩級定時限過負(fù)荷保護(hù)，理由是：它不能充分發(fā)揮設(shè)備的過負(fù)荷能力；當(dāng)過負(fù)荷在保護(hù)整定閾值上下波動時，保護(hù)反復(fù) 10 動作和返回，不能消除過負(fù)荷；過負(fù)荷狀態(tài)變化時，不能反映變化前的溫升情況。 一種較為精確些的變壓器過負(fù)荷保護(hù)（數(shù)字型）其基本原理介紹如下： 以 表示變壓器油溫， 為額定負(fù)荷時的油溫；以 表示繞組與油的溫差， 為額定負(fù)荷時的溫差；則 即為額定負(fù)荷時的繞

9、組溫度。 變壓器繞組相對于 的溫升 為： （8-1-4） 令 ，上式可改寫為： （8-1-5）oonggnongnongn goongnongnttonongnK 1goongnttKK11 和 由下二式?jīng)Q定： （8-1-6） （8-1-7） 式中： 油的溫度時間常數(shù)； 繞組與油的溫差時間常數(shù)； 過負(fù)荷發(fā)熱特性的指數(shù)，其值由變壓器的 過負(fù)荷特性決定。 為防止過負(fù)荷引起溫升過高，采取甩負(fù)荷技術(shù)措施，若不甩負(fù)荷，溫升預(yù)測為 ，則： （8-1-8） ot gt 11nooonononngggngngnttdIdtIttdIdtIognuuNdTdt12 式中， 是一設(shè)定的時 間常數(shù)，見圖82，其大小

10、 為：由發(fā)出甩負(fù)荷指令的瞬 間開始算起，到對應(yīng)一定的 負(fù)荷下（不甩負(fù)荷）， 預(yù)測溫升 達(dá)到極限值M， 過負(fù)荷保護(hù)動作為止的一段 時間。 事先選定需要甩負(fù)荷的 過負(fù)荷水平 為某值 ，由式（8-1-5）式（8-1-8）預(yù) 測溫升 ，當(dāng) 時甩負(fù)荷指令開始發(fā)出，圖82中 的點(diǎn)劃線，稍后即甩負(fù)荷。nI InI I0uNTtM甩負(fù)荷甩負(fù)荷指令變壓器過負(fù)荷能力過負(fù)荷保護(hù)圖82 過負(fù)荷和甩負(fù)荷過程中的繞組溫升 甩負(fù)荷指令開始發(fā)出 過負(fù)荷保護(hù)動作NTnI IunI I*thIuuM13 實際運(yùn)行于某一 ，初始溫升為 ，由實時的 大小，根據(jù)前述諸式?jīng)Q定實際溫升 ，若沒有甩負(fù)荷，則當(dāng)預(yù)測溫升 時，過負(fù)荷保護(hù)動作（見

11、點(diǎn)劃線）。若中間過程加入減負(fù)荷操作，則 恒小于 ，保護(hù)不動作。若發(fā)生嚴(yán)重過負(fù)荷（ ），雖經(jīng)甩負(fù)荷，但負(fù)荷減小不足夠大，則當(dāng) 時負(fù)荷保護(hù)仍將動作。uMuM*nthI II0nI IM*nthI II14（二）過電壓保護(hù) 在110kV和220kV的電力系統(tǒng)中，低壓側(cè)有電源的變壓器，高壓側(cè)中性點(diǎn)可能接地運(yùn)行或不接地運(yùn)行時，外部單相接地故障將引起不接地中性點(diǎn)的電壓異常升高，因此應(yīng)裝設(shè)零序過電壓保護(hù)。 對于水輪發(fā)電機(jī)，由于調(diào)速系統(tǒng)動作遲緩，在甩負(fù)荷后，轉(zhuǎn)速上升容易出現(xiàn)不允許的過電壓，因此都規(guī)定裝設(shè)過電壓保護(hù)，一般根據(jù)發(fā)電機(jī)的絕緣狀況，動作電壓取1.5倍額定電壓，經(jīng)0.5s解列滅磁。對晶閘管整流勵磁的水輪

12、發(fā)電機(jī)機(jī)，動作電壓取1.3倍額定電壓，動作延時為0.3s。 對于中小型汽輪發(fā)電機(jī)，通常都不裝設(shè)過電壓保護(hù)。但是200MW及以上汽輪發(fā)電機(jī)，則都裝設(shè)了過電壓保護(hù)。這是因為，在運(yùn)行實踐中，大型汽輪發(fā)電15 機(jī)出現(xiàn)危及絕緣安全的過電壓是比較常見的現(xiàn)象。 即使調(diào)速系統(tǒng)和自動調(diào)整勵磁裝置都正常運(yùn)行，當(dāng)滿負(fù)荷下突然甩去全部負(fù)荷，電樞反應(yīng)突然消失，由于調(diào)速系統(tǒng)和自動勵磁裝置都是由慣性環(huán)節(jié)組成，轉(zhuǎn)速仍將上升，勵磁電流不能突變，使得發(fā)電機(jī)電壓在短時間內(nèi)也要上升，其值可能達(dá)到1.31.5倍額定值，持續(xù)時間可能達(dá)到幾秒。如果功頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)或自動調(diào)整勵磁裝置退出運(yùn)行，當(dāng)甩全負(fù)荷時，過電壓的持續(xù)時間要更長。 發(fā)電機(jī)主絕緣

13、的工頻耐壓水平，一般為1.3倍額定電壓持續(xù)60s。而實際過電壓的數(shù)值和持續(xù)時間可能超過試驗電壓和允許時間，因此，對發(fā)電機(jī)主絕緣構(gòu)成了直接威脅。 由于上述原因，對于20萬kW及以上的大型汽輪16 發(fā)電機(jī)，國內(nèi)外都無例外地裝設(shè)過電壓保護(hù)，保護(hù)動作電壓為1.3倍額定電壓，經(jīng)0.5s延時作用于解列滅磁。 發(fā)電機(jī)承受過電壓的能力，是設(shè)計和整定過電壓保護(hù)的依據(jù)。過電壓保護(hù)的動作電壓和動作時間的整定值將隨機(jī)組的不同而不同。 汽輪發(fā)電機(jī)裝設(shè)過勵磁保護(hù)后，可不再裝設(shè)過電壓保護(hù)，因為前者已具備過電壓保護(hù)功能。17（三）逆功率保護(hù) 與電力系統(tǒng)并列運(yùn)行的發(fā)電機(jī)，由于各種原因而停止供給原動機(jī)能量時，將從系統(tǒng)吸取能量變?yōu)?/p>

14、電動機(jī)運(yùn)行，驅(qū)動原動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。 汽輪機(jī)在其主汽門關(guān)閉后，轉(zhuǎn)子和葉片和旋轉(zhuǎn)會引起風(fēng)損，風(fēng)損與轉(zhuǎn)子葉輪直徑和葉片長度有關(guān)，所以在汽輪機(jī)的排汽端風(fēng)損最大，風(fēng)損還與周圍蒸汽密度成正比，一旦機(jī)組失去真空，使排出蒸汽的密度增大，風(fēng)損將劇烈增加；當(dāng)在再熱式機(jī)組的主蒸汽閥門與再熱蒸汽截止閥之間截留了高密度蒸汽，高壓缸中的風(fēng)損也是很大的。因為逆功率運(yùn)行時，沒有蒸汽流通過汽輪機(jī)，由風(fēng)損造成的熱量不能被帶走，使汽輪機(jī)葉片過熱以致?lián)p壞。 發(fā)電機(jī)變?yōu)殡妱訖C(jī)運(yùn)行時，燃?xì)廨啓C(jī)可能有齒輪18 損壞的問題；燈泡式和斜流式等低水頭水輪機(jī)在逆功率運(yùn)行時，低水流量使內(nèi)部壓力降低到某一限度、在局部形成汽泡或汽穴，而后在壓力升高的地方汽穴

15、重新凝聚小時，造成頻率很高、壓力很大的微觀水擊，致使轉(zhuǎn)子葉片表面產(chǎn)生疲勞破壞、溫度升高、電離和化學(xué)腐蝕等作用，此即汽蝕現(xiàn)象；柴油發(fā)電機(jī)組逆功率運(yùn)行時未燃盡的柴油可引發(fā)爆炸或著火的危險。因此對所有各種發(fā)電機(jī)組均裝設(shè)逆功率保護(hù)。對于汽輪機(jī)組，采用油跳閘系統(tǒng)和油調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制汽輪機(jī)閥門、測量蒸汽流量是否小于同步轉(zhuǎn)速的無負(fù)荷蒸汽流量（可由高壓缸壓降準(zhǔn)確確定）作為主保護(hù)，逆功率繼電器作為后備保護(hù)，排汽室溫度作為警報。對于水輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)和柴油機(jī)，逆功率繼電器是主保護(hù)。 我國自行設(shè)計的發(fā)電廠以往不裝設(shè)逆功率保護(hù)，19 但采取下述措施：n主汽門關(guān)閉后，在控制室內(nèi)發(fā)出聲光信號，如主汽門誤關(guān)閉，檢查之后即可迅速恢

16、復(fù)供汽，使機(jī)組正常運(yùn)行，如幾分鐘內(nèi)不能恢復(fù)，可由值班人員斷開發(fā)電機(jī)斷路器。n采用連鎖的方法，當(dāng)主汽門關(guān)閉后，用主汽門的輔助觸點(diǎn)經(jīng)延時去切除發(fā)電機(jī)。 一般來說，上述方法也是可行的，但有不足之處，因為都不能確切地反應(yīng)主汽門關(guān)閉的實際情況。逆功率保護(hù)則能夠確切地反應(yīng)功率反向，及時發(fā)出信號，在允許的時間內(nèi)自動停機(jī)。因此采用逆功率保護(hù)是一種比較完善的辦法。 逆功率保護(hù)主要是由一個靈敏的功率繼電器構(gòu)成的。當(dāng)主汽門突然關(guān)閉后，發(fā)電機(jī)有功功率下降并20 變到某一負(fù)值，幾經(jīng)擺動之后達(dá)到穩(wěn)態(tài)值。發(fā)電機(jī)的有功損耗，一般約為額定值的1%1.5%，而汽輪機(jī)的損耗與真空度及其他因素有關(guān)，一般約為額定值的3%4%，有時還要

17、稍大些。因此，發(fā)電機(jī)變電動機(jī)運(yùn)行后，從電力系統(tǒng)中吸收的有功功率穩(wěn)態(tài)值約為額定值的4%5.5%，而最大暫態(tài)值可達(dá)到額定值的10%左右。當(dāng)主汽門有一定的泄漏時，實際逆向功率還要比上述數(shù)值小些。 主汽門關(guān)閉，可能在無功功率為任意值時發(fā)生而最不利的情況是在接近額定千乏數(shù)時發(fā)生。此時要在 的條件下檢出千分之幾到百分之幾額定值的有功功率來，而且希望從進(jìn)相運(yùn)行到滯相運(yùn)行很寬的范圍內(nèi)，保持動作功率基本不變。因此，逆功率繼電器需要精心設(shè)計和仔細(xì)調(diào)整。cos021（四）發(fā)電機(jī)頻率異常保護(hù) 當(dāng)頻率低于額定值時，發(fā)電機(jī)的輸出功率P應(yīng)降低，有功功率降低一般與頻率降低成一定比例，目前還沒有規(guī)定發(fā)電機(jī)在低頻下的功率降低標(biāo)準(zhǔn)

18、。在低頻運(yùn)行時發(fā)電機(jī)如果發(fā)生過負(fù)荷，也會導(dǎo)致發(fā)電機(jī)的熱損傷，但是限制汽輪發(fā)電機(jī)組低頻運(yùn)行的決定性因素是汽輪機(jī)而不是發(fā)電機(jī)。 只要在額定視在容量（kVA）和額定電壓的105%以內(nèi)、并在汽輪機(jī)的允許超頻率限值范圍內(nèi)運(yùn)行，發(fā)電機(jī)就沒有熱損傷問題。一般來說，水輪發(fā)電機(jī)組沒有低頻或過頻的限制問題。 頻率異常保護(hù)用于保護(hù)汽輪機(jī)，防止汽輪機(jī)葉片及其拉金的斷裂事故，對于極端低頻工況，還將威脅廠用電的安全。汽輪機(jī)的葉片，都有一自振頻率 ，vf22 如果發(fā)電機(jī)運(yùn)行頻率升高或者降低，當(dāng) 時葉片將發(fā)生諧振，其中k為諧振倍率，k=1，2，3，n為轉(zhuǎn)速（r/min），葉片承受很大的諧振應(yīng)力，使材料疲勞，達(dá)到材料所不允許的

19、限度時，葉片或拉金就要斷裂，造成嚴(yán)重事故。材料的疲勞是一個不可逆轉(zhuǎn)的積累過程，所以汽輪機(jī)都給出在規(guī)定的頻率下允許的累計運(yùn)行時間。 頻率升高，說明系統(tǒng)中有功功率過剩，將由調(diào)速器或功頻調(diào)節(jié)裝置動作于降低原動機(jī)的出力，必要時將從系統(tǒng)中切除部分機(jī)組，以促使頻率恢復(fù)正常。當(dāng)頻率下降時，說明系統(tǒng)中出現(xiàn)有功功率缺額，對于帶滿負(fù)荷運(yùn)行的大機(jī)組來說，已不可能再增加原動機(jī)的出力，為促使頻率恢復(fù)正常，就要在本機(jī)之外采取措施，如使調(diào)頻機(jī)組增加原動機(jī)的出力、投入備用機(jī)組、在負(fù)荷側(cè)按頻率自動減負(fù)荷等。7.5vfknHz23 對于頻率異常，雖然有上述措施，但在有功功率擾動過程中頻率總是要出現(xiàn)短時偏離額定值的情況，而材料的疲

20、勞是一個積累過程。因此為保障機(jī)組的安全，仍需要有頻率異常保護(hù)，以監(jiān)視頻率狀況和累計偏離額定值在給定頻率下工作的累計時間，當(dāng)達(dá)到規(guī)定值，動作于聲光信號解列或跳閘停機(jī)。 此外，對于火電廠和核電廠，電動給水泵和冷卻泵受頻率影響很大，嚴(yán)重時可能造成緊急停機(jī)，所以3060萬kW汽輪機(jī)組廣泛采用汽動給水泵。頻率過高還可能導(dǎo)致鍋爐的主燃料關(guān)閉或核反應(yīng)堆緊急停堆。 汽輪機(jī)葉片及其拉金的材料疲勞和斷裂，是一個復(fù)雜的問題，與許多因素有關(guān)，在制造上難于給出準(zhǔn)確的斷裂條件。因此，在給定頻率下運(yùn)行的累計時間達(dá)到規(guī)定值時，只能說明有斷裂的可能，并不說明24 立即要斷裂。因此，通常認(rèn)為頻率異常保護(hù)應(yīng)當(dāng)動作于聲光信號，盡量避

21、免不必要的切除發(fā)電機(jī)。特別是對于低頻保護(hù)更應(yīng)如此，因為低頻保護(hù)動作后，說明系統(tǒng)中缺少有功功率，如再切除發(fā)電機(jī)，則會進(jìn)一步減少發(fā)出的有功功率，促使頻率進(jìn)一步下降，造成惡性循環(huán)而終致系統(tǒng)瓦解。 從對汽輪機(jī)葉片及其拉金影響的積累作用方面看頻率升高對汽輪機(jī)的安全也是有危險的，所以從這點(diǎn)出發(fā)，頻率異常保護(hù)應(yīng)當(dāng)包括反應(yīng)頻率升高的部分。但是，一般汽輪機(jī)允許的超速范圍比較?。辉谙到y(tǒng)中有功功率過剩時，通過各機(jī)組的調(diào)速系統(tǒng)或功頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用，以及必要時切除部分機(jī)組等措施，可以迅速使頻率恢復(fù)到額定值；而且頻率升高大多數(shù)是在輕負(fù)荷或空載時發(fā)生，此時汽輪機(jī)葉片和拉金所25 承受的應(yīng)力，要比低頻滿載時小得多；此外，

22、再考慮到簡化保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)，所以一般頻率異常保護(hù)中，不設(shè)置反應(yīng)頻率升高的部分，而只包括反應(yīng)頻率下降的部分，并稱為低頻保護(hù)。 低頻保護(hù)的段數(shù)及每段的整定值，根據(jù)機(jī)組的要求確定。減少低頻保護(hù)的段數(shù)，必然增加發(fā)電機(jī)不必要跳閘的可能性，因為各段保護(hù)延時大大減小。整定好低頻保護(hù)的動作頻率和時限后，還應(yīng)根據(jù)所在系統(tǒng)的最嚴(yán)重擾動，結(jié)合按頻率自動減負(fù)荷裝置的動作，觀察系統(tǒng)的頻率響應(yīng)，看低頻保護(hù)是否有不必要的切除發(fā)電機(jī)。在自動減負(fù)荷的動態(tài)過程中，低頻保護(hù)不會誤切發(fā)電機(jī)。如果系統(tǒng)頻率響應(yīng)在可恢復(fù)的振蕩與低頻保護(hù)跳開發(fā)電機(jī)之間沒有足夠的裕度，也就是可能誤切發(fā)電機(jī)時，則應(yīng)采取修改自動減負(fù)荷方案，增加其級數(shù)或甩負(fù)荷大小

23、，不應(yīng)修改汽輪機(jī)低頻保護(hù)方案，使汽輪機(jī)葉片冒增加壽命損失的風(fēng)險。26（五）電流互感器二次斷線保護(hù) 電流互感器二次側(cè)開路后，鐵芯磁化強(qiáng)度為： （8-5-1） 式中： 電流互感器一次繞組匝數(shù)； 一次電流幅值； 電流互感器鐵芯平均長度。 二次開路電壓為： （8-5-2） 式中： 鐵芯截面積； 二次繞組匝數(shù)； 動態(tài)導(dǎo)磁率， ； 磁化強(qiáng)度幅值，其值為：10.4sinmW IHtl1WmIl02cosdmeW SHt S2WdddB dHmH10.4mmHW Il27 鐵芯完全飽和后， ；而當(dāng)磁通密度B過零時， 達(dá)到最大值。由于全部一次電流都用于鐵心磁化，所以當(dāng) 值很小時，鐵芯就已深度飽和。而在 值很小時

24、，可認(rèn)為 。再以 表示動態(tài)導(dǎo)磁率的最大值則電流互感器二次開路電壓幅值可由式（8-5-2）求出： （8-5-3） 動態(tài)導(dǎo)磁率的最大值 ，可以由磁化曲線近似求出。設(shè)磁化曲線對稱，圖83中a為飽和點(diǎn)，Oa段可近 似地用下式表示： （8-5-4） 則動態(tài)導(dǎo)磁率為： （8-5-5） 在H=0、B=0時有 ，此時由式BsBaosHH圖83 磁化曲線0ddttcos1tD2mDmEW SHD20,sssHHBBA HH2dsdB dHA HHdD28 （8-5-4）可得： （8-5-6） 因此由式（8-5-5），令H=0、 ，有： （8-5-7） 若以 表示對應(yīng) 的飽和電流，注意到式（8-5-2）和式（8-

25、5-6），則式（8-5-3）表示二次開路電壓幅值為： （8-5-8） 對于大容量發(fā)電機(jī)組， 很大，所以開路電壓 很高，例如一臺15000/5A的電流互感器， ；一臺25000/5A的電流互感器， 。這樣高的二次電壓，如無特殊保護(hù)措施，必將損壞互感器二次繞組、二次設(shè)備和連接電纜。 大機(jī)組均系封閉母線，發(fā)電機(jī)電壓回路內(nèi)的電2ssABH2ssABH2DssBHsIsH22msmsEW SB II2mW ImE25400mEV43000mEV29 流互感器均裝設(shè)在封閉母線中，一旦遭受破壞，更換困難，要招致很大的停電損失。 在實際運(yùn)行中，電流互感器二次開路事故不能完全杜絕，特別是發(fā)電機(jī)回路的電流互感器，

26、安裝在受振動的環(huán)境中，更不能完全消除開路故障。因此，從安全來看應(yīng)裝設(shè)斷線保護(hù)。 發(fā)生斷線故障時，電流互感器斷線保護(hù)應(yīng)能把二次電壓限制在允許范圍之內(nèi)，以防止設(shè)備遭受破壞，同時應(yīng)發(fā)出信號。進(jìn)一步要求，對那些在二次斷線后可能誤動作的保護(hù)，例如低整定值的差動保護(hù)、負(fù)序電流保護(hù)等，能夠?qū)崿F(xiàn)閉鎖更有利于機(jī)組安全運(yùn)行。 斷線保護(hù)可以用二次側(cè)并接放電間隙的方法構(gòu)成也可以用二次側(cè)并接非線性電阻的方法構(gòu)成。 圖84是利用非線性電阻R構(gòu)成的斷線保護(hù)原理圖30 在正常運(yùn)行時，二次電壓很低，R阻值非常大。當(dāng)A點(diǎn)斷線后，電流互感器二次繞組被非線性電阻R閉路，此時二次開路電壓很高，R阻值急劇減小，把二次電壓限制在允許范圍內(nèi)

27、。例如，二次設(shè)備的試驗電壓為2000V持續(xù)1min時，計及一定的裕度，可將二次開路電壓幅值限制在1000V左右。 通常，非線性電阻（例如氧化鋅閥片）熱容量較小，不能長期通過較大的電流。若要求能長期通過TARKHKHKHA信號保護(hù)及儀表圖84 電流互感器斷線保護(hù) TA電流互感器 R非線性電阻 KH熱繼電器TARKK聲光信號保護(hù)及儀表1V2V3V4V圖85 利用雙位置繼電器的 電流互感器斷線保護(hù)31 大電流，體積又會太大。因此，與非線性電阻R串聯(lián)一只熱繼電器KH（或其他形式手動復(fù)歸的繼電器）。當(dāng)非線性電阻中流過較大電流時，繼電器KH動作，其觸點(diǎn)將互感器二次側(cè)短路，并發(fā)出信號。 圖85是用直流雙位置

28、繼電器的一種斷線保護(hù)。雙位置繼電器K的兩個位置均靠機(jī)械結(jié)構(gòu)保持，只是當(dāng)其中一個線圈勵磁后才改變狀態(tài)。繼電器的一個線圈經(jīng)四個二極管V1V4組成的整流元件接到電流互感器二次側(cè)，另一個線圈用于復(fù)歸。當(dāng)電流互感器二次回路斷線時，繼電器K動作，一個觸點(diǎn)將電流互感器二次側(cè)短接，一個觸點(diǎn)發(fā)出聲光信號。因此，非線性電阻R起限壓作用的時間為繼電器的動作時間，約為幾到十幾毫秒，在此時間內(nèi)非線性電阻不應(yīng)當(dāng)因過熱而損壞。 對圖84和圖85所示的斷線保護(hù)，在系統(tǒng)發(fā)生最嚴(yán)重的短路故障時，繼電器應(yīng)可靠不動作，非線性電阻的阻值不應(yīng)當(dāng)有明顯變化，以免影響其它裝置的正32 確工作。目前國內(nèi)生產(chǎn)的非線性電阻，由于特性不穩(wěn)定，多次造

29、成差動保護(hù)和負(fù)序電流保護(hù)誤動，此種非線性電阻應(yīng)停止使用，在這種情況下，因TA二次斷線而使差動保護(hù)動作，有利于電廠的安全運(yùn)行。 對應(yīng)用快速繼電器的斷線保護(hù)裝置，可以用于閉鎖那些電流互感器二次斷線后將誤動作的保護(hù)裝置，如差動保護(hù)、靈敏的負(fù)序電流保護(hù)等。閉鎖的方法，一是將被閉鎖的保護(hù)出口回路斷開，二是將相關(guān)聯(lián)的健全相電流互感器二次側(cè)也同時短接。但是，對于變壓器差動保護(hù)不論用哪一種方法實現(xiàn)閉鎖，都將降低可靠性和增加許多連接電纜。因此，兩種方法未得到推廣使用。 微機(jī)型差動保護(hù)用TA的二次側(cè)均為Y接線，可方便地用軟件實現(xiàn)TA二次側(cè)斷線的檢測和保護(hù)。33（六）非全相運(yùn)行保護(hù) 變壓器220kV及以上高壓側(cè)的斷

30、路器，多為分相操作的斷路器，常由于誤操作或機(jī)械方面的原因，使三相不能同時合閘或跳閘，或在正常運(yùn)行中突然一相跳閘（偷跳）。因此，對于在系統(tǒng)中占有重要地位的電力變壓器，220kV及以上電壓側(cè)為分相操作的斷路器，當(dāng)非全相運(yùn)行可能引起電力系統(tǒng)中其它保護(hù)越級跳閘，造成嚴(yán)重事故時，要求裝設(shè)非全相運(yùn)行保護(hù)。 非全相運(yùn)行保護(hù)，一般由靈敏的負(fù)序電流元件和非全相判別回路組成，如圖86所示。經(jīng)短延時（例如t=0.20.5s）動作于斷開其它健全相。如果是操動機(jī)構(gòu)故障，不能斷開其它健全相，則應(yīng)動作于母線失靈保護(hù)，切斷與本回路有關(guān)母線段上的其它有緣回路，但失靈保護(hù)不允許采用斷路器輔助觸點(diǎn)作判別元件。34 運(yùn)行經(jīng)驗證明：2

31、20kV電壓級的分相操作斷路器發(fā)生非全相運(yùn)行的情況是多見的，并在某些聯(lián)系薄弱的電力系統(tǒng)中，造成穩(wěn)定破壞事故。因此，非全相運(yùn)行保護(hù)得到普遍應(yīng)用。 以往為防止斷路器輔助觸點(diǎn)與主觸點(diǎn)不協(xié)調(diào)，例如主觸點(diǎn)三相已合上或斷開，但輔助觸點(diǎn) 、 、 三相中有一個或兩個未相應(yīng)協(xié)同動作，如果沒有負(fù)序電流 元件，非全相運(yùn)行保護(hù)將誤動，影響嚴(yán)重。實際ABCN2IAQFBQFCQFAQFBQFCQF延時跳閘圖86 非全相運(yùn)行保護(hù)原理圖 被保護(hù)回路斷路器A、B、C相的輔助觸點(diǎn)A B CQF AQFBQFCQF2I35 運(yùn)行證明，即使三相輔助觸點(diǎn)稍有不同步，由于尚有延時0.20.5s非全相運(yùn)行保護(hù)在沒有負(fù)序電流元件（ ）的情況下，也不會誤出口跳閘，所以圖86中的負(fù)序電流元件已被取消，而取消的必要條件是