第六章--發(fā)電廠的繼電保護(hù)(共44頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第六章 發(fā)電廠的繼電保護(hù)第一節(jié) 繼電保護(hù)的基本知識(shí)一、繼電保護(hù)的作用電力系統(tǒng)在運(yùn)行中，由于電氣設(shè)備的絕緣老化或損壞、雷擊、鳥(niǎo)害、設(shè)備缺陷或誤操作等原因，可能發(fā)生各種故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)。最常見(jiàn)的而且也是最危險(xiǎn)的故障是各種類(lèi)型的短路。最常見(jiàn)的不正常運(yùn)行狀態(tài)是過(guò)負(fù)荷。這些故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)嚴(yán)重危及電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。除了應(yīng)采取提高設(shè)計(jì)水平、提高設(shè)備的制造質(zhì)量、加強(qiáng)設(shè)備的維護(hù)檢修、提高運(yùn)行管理質(zhì)量、嚴(yán)格遵守和執(zhí)行電業(yè)規(guī)章制度等項(xiàng)措施，盡可能消除和減小發(fā)生故障的可能性之外，還必須做到一旦發(fā)生故障，能夠迅速、準(zhǔn)確、有選擇性地切除故障設(shè)備，防止事故的擴(kuò)大，迅速恢復(fù)非故障部分

2、的正常運(yùn)行。以減小對(duì)用戶的影響。當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)不正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，應(yīng)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并盡快處理，以免引起設(shè)備故障。要在極短的時(shí)間內(nèi)完成上述任務(wù)，只能借助于繼電保護(hù)裝置才能實(shí)現(xiàn)。繼電保護(hù)裝置是指能反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣設(shè)備所發(fā)生的故障或不正常狀態(tài)，并動(dòng)作于斷路器跳閘或發(fā)出信號(hào)的一種自動(dòng)裝置。它的基本作用是：（1）當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，能自動(dòng)地、迅速地、有選擇性地將故障設(shè)備從電力系統(tǒng)中切除，以保證系統(tǒng)其余部分迅速恢復(fù)正常運(yùn)行，并使故障設(shè)備不再繼續(xù)遭受損壞。（2）當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生不正常工作情況時(shí)，能自動(dòng)地、及時(shí)地、有選擇性地發(fā)出信號(hào)通知運(yùn)行人員進(jìn)行處理，或者切除那些繼續(xù)運(yùn)行會(huì)引起故障的電氣設(shè)備?？梢?jiàn)，繼電保護(hù)裝置是電

3、力系統(tǒng)必不可少的重要組成部分，對(duì)保障系統(tǒng)安全運(yùn)行，保證電能質(zhì)量、防止故障的擴(kuò)大和事故的發(fā)生，都有極其重要的作用。二、繼電保護(hù)的基本組成繼電保護(hù)裝置一般由測(cè)量部分、邏輯部分、執(zhí)行部分、信號(hào)部分及操作電源等組成，其方框圖如圖6-1所示。測(cè)量部分是用來(lái)監(jiān)察被保護(hù)對(duì)象（電氣設(shè)備或輸電線路）的運(yùn)行狀態(tài)，將被保護(hù)對(duì)象的運(yùn)行狀態(tài)信息（如電流、電壓等）通過(guò)測(cè)量、變換、濾波等加工處理后送入邏輯部分；邏輯部分將測(cè)量部分送來(lái)的信息與基準(zhǔn)整定值進(jìn)行比較，判斷保護(hù)裝置是否該動(dòng)作于跳閘或動(dòng)作于信號(hào)，是否需要延時(shí)等，輸出相應(yīng)的信息。執(zhí)行元件根據(jù)邏輯元件輸出的信息，送出跳閘信息至斷路器控制回路或發(fā)出報(bào)警信息至報(bào)警信號(hào)回路。一

4、般的繼電保護(hù)裝置，其邏輯部分、執(zhí)行部分和信號(hào)部分都需要操作電源。在個(gè)別情況下，采用直接作用式繼電器作保護(hù)裝置，附在斷路器操作機(jī)構(gòu)中的繼電器本身，即可實(shí)現(xiàn)測(cè)量、邏輯及信號(hào)元件的作用。通常所說(shuō)的繼電保護(hù)系統(tǒng)，應(yīng)該理解為即包括保護(hù)裝置本身，也包括斷路器，二者要協(xié)同動(dòng)作。圖6-1 繼電保護(hù)裝置的基本組成三、繼電保護(hù)的基本原理如圖6-2所示為最簡(jiǎn)單的輸電線路的電流保護(hù)，其基本工作原理如下：圖6-2 繼電保護(hù)原理示意圖線路在正常工作時(shí)通過(guò)負(fù)荷電流，電流互感器TA的二次側(cè)連接電磁型電流繼電器KA的線圈，它所產(chǎn)生的電磁力小于繼電器彈簧的反作用力，因而繼電器不動(dòng)作，它的常開(kāi)觸點(diǎn)處于斷開(kāi)位置。當(dāng)線路的K處發(fā)生短路

5、時(shí)流過(guò)短路電流，它比負(fù)荷電流大得多，通過(guò)繼電器線圈的電流和它所產(chǎn)生的電磁力都相應(yīng)顯著地增大，銜鐵被吸合，使繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，接通了斷路器QF的跳閘線圈YR，鐵心被吸上，撞開(kāi)鎖扣機(jī)構(gòu)（LO），斷路器跳閘，切斷了線路和電源的聯(lián)系，故障即被切除。短路電流消失后，繼電器線圈中的電流也隨即消失，繼電器的觸點(diǎn)在彈簧力的作用下返回?cái)嚅_(kāi)位置。由上述繼電保護(hù)基本原理可知，電氣設(shè)備從正常工作狀態(tài)到故障或不正常工作狀態(tài)，它的電氣量（如電流、電壓的大小和它們這之間的相位角等）往往會(huì)發(fā)生顯著的變化，繼電保護(hù)裝置就是利用這種變化來(lái)鑒別有、無(wú)故障或不正常工作情況，以電氣量的測(cè)量值或它們之間的相位關(guān)系來(lái)檢測(cè)故障地點(diǎn)，有選

6、擇性地切除故障或顯示電氣設(shè)備的不正常工作狀態(tài)。盡管實(shí)際應(yīng)用的繼電保護(hù)裝置比上述示例復(fù)雜的多，但其基本工作原理是相同的。四、對(duì)繼電保護(hù)的基本要求為完成繼電保護(hù)的基本任務(wù)，對(duì)于動(dòng)作于斷路跳閘的繼電保護(hù)裝置，必須滿足以下四項(xiàng)基本要求：1選擇性選擇性是指電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，繼電保護(hù)僅將故障部分切除，保障其它無(wú)故障部分繼續(xù)運(yùn)行，以盡量縮小停電范圍。例如，圖6-3中線路WL4上K1點(diǎn)短路時(shí)，應(yīng)跳開(kāi)斷路器QF4，而其它非故障線路仍繼續(xù)運(yùn)行。僅將故障線路WL4切除，這就是有選擇性，而不能因?yàn)樽儔浩鱐也有短路電流通過(guò)而將斷路器QF2跳開(kāi)。此時(shí)，如果QF2跳閘了，就稱為“誤動(dòng)作”，將造成母線W3失電，擴(kuò)大了停電范

7、圍。但是，由于某種原因?qū)е翾F4“拒動(dòng)”時(shí)，再跳開(kāi)斷路器QF2切除故障是正確的，仍屬于有選擇性，繼電保護(hù)的這種功能稱為后備保護(hù)，即變壓器T的保護(hù)裝置起到了對(duì)相鄰元件（此處為WL3、WL4、WL5線路）后備保護(hù)的作用。當(dāng)后備保護(hù)動(dòng)作時(shí)，停電范圍雖有所擴(kuò)大，但仍是必要的，否則當(dāng)保護(hù)裝置或斷路器拒動(dòng)時(shí)，故障無(wú)法消除，后果將極其嚴(yán)重。如果在K2點(diǎn)發(fā)生短路，應(yīng)當(dāng)只跳開(kāi)斷路器QF2，切除故障，讓線路WL1及母線W2繼續(xù)運(yùn)行。繼電保護(hù)裝置的選擇性，是依靠采用適當(dāng)類(lèi)型的繼電保護(hù)裝置和正確選擇其整定值，使各級(jí)保擴(kuò)相互配合而實(shí)一的。圖6-3 繼電保護(hù)選擇性說(shuō)明圖2快速性為了保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和對(duì)用戶可靠供電

8、，以及避免和減輕電氣設(shè)備在事故時(shí)所遭受的損害，要求繼電保護(hù)裝置盡快地動(dòng)作，盡快地切除故障部分。但是，并不是對(duì)所有的故障情況，都要求快速切除故障。因?yàn)樘岣呖焖傩詴?huì)使繼電保護(hù)裝置較復(fù)雜，增加投資，有時(shí)也可能影響選擇性。因此，應(yīng)根據(jù)被保護(hù)對(duì)象在電力系統(tǒng)中的地位和作用，來(lái)確定其保護(hù)的動(dòng)作速度。例如：對(duì)大容量的發(fā)電機(jī)和變壓器要求保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)間在工頻幾個(gè)周期之內(nèi)；對(duì)高壓和超高壓輸電線路，要求保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)間在工頻12個(gè)周期之內(nèi)，但對(duì)于某些電壓等級(jí)較低的線路，則允許12s，甚至更長(zhǎng)些。對(duì)于后備保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間，要求大于主保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間。3靈敏性靈敏性是繼電保護(hù)裝置對(duì)其保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生的故障或不正常工作狀態(tài)

9、的反應(yīng)能力，一般以靈敏系數(shù)Ks表示。例如：某線路電流保護(hù)的電流繼電器的整值為6A，短路時(shí)輸入電流為12A，那么它的靈敏系數(shù)就為2。靈敏系數(shù)Ks愈大，說(shuō)明保護(hù)的靈敏度愈高。當(dāng)然應(yīng)有一個(gè)最低要求指標(biāo)。對(duì)于故障狀態(tài)下保護(hù)輸入量增大動(dòng)作的繼電保護(hù)，其靈敏系數(shù)為：Ks=（保護(hù)區(qū)內(nèi)故障時(shí)反應(yīng)量的最小值）/（保護(hù)動(dòng)作量的整定值）對(duì)于故障狀態(tài)下保護(hù)輸入量降低時(shí)動(dòng)作的繼電保護(hù)，其靈敏系數(shù)為：Ks=（保護(hù)動(dòng)作量的整定值）/（保護(hù)區(qū)內(nèi)故障時(shí)反應(yīng)量的最大值）每種繼電保護(hù)均有特定的保護(hù)區(qū)（發(fā)電機(jī)、變壓器、母線、線路等），各保護(hù)區(qū)的范圍是通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算后人為確定的，保護(hù)區(qū)的邊界值稱為該保護(hù)的整定值。顯然，保護(hù)的整定值與保護(hù)

10、區(qū)域大小和保護(hù)裝置動(dòng)作的靈敏度緊密相關(guān)，必須通過(guò)嚴(yán)格的計(jì)算和調(diào)整試驗(yàn)才能確定。4可靠性可靠性是指當(dāng)保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障或不正常工作狀態(tài)時(shí)，保護(hù)裝置能夠可靠動(dòng)作而不致拒絕動(dòng)作；而在電氣設(shè)備無(wú)故障或在保護(hù)范圍以外發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)裝置不發(fā)生誤動(dòng)。保護(hù)裝置拒絕動(dòng)作或誤動(dòng)作，都將使保護(hù)裝置成為擴(kuò)大事故或直接產(chǎn)生事故的根源。因此，提高保護(hù)裝置的可靠性是非常重要的。繼電保護(hù)裝置的可靠性，主要取決于接線的合理性、繼電器的制造質(zhì)量、安裝維護(hù)水平、保護(hù)的整定計(jì)算和調(diào)整試驗(yàn)的準(zhǔn)確度等。以上對(duì)繼電保護(hù)裝置所提出的四項(xiàng)基本要求是互相緊密聯(lián)系的，有時(shí)是相互矛盾的。例如：為了滿足選擇性，有時(shí)就要求保護(hù)動(dòng)作必須具有一定的延時(shí)；

11、為了保證靈敏度，有時(shí)就允許保護(hù)裝置無(wú)選擇地動(dòng)作，再采用自動(dòng)重合閘裝置進(jìn)行糾正；為了保證快速性和靈敏性，有時(shí)就采用比較復(fù)雜和可靠性稍差的保護(hù)?？傊鶕?jù)具體情況（被保護(hù)對(duì)象、電力系統(tǒng)條件、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)等），分清主要矛盾和次要矛盾，統(tǒng)籌兼顧，力求相對(duì)最優(yōu)。五、繼電器分類(lèi)反應(yīng)某些參數(shù)的變化，并自動(dòng)閉合或斷開(kāi)電路的電器，統(tǒng)稱為繼電器。繼電器是繼電保護(hù)裝置的基本組成元件，按繼電器的結(jié)構(gòu)、反應(yīng)的物理量和作用不同，繼電器分為以下幾種類(lèi)型：1按結(jié)構(gòu)型式分類(lèi)按結(jié)構(gòu)型式分類(lèi)，繼電器主要有機(jī)電型、整流型、晶體管型、集成電路型、微機(jī)型等五大類(lèi)。(1) 機(jī)電型繼電器是以電磁原理為基礎(chǔ)，具有機(jī)械可動(dòng)部分的繼電器，按其構(gòu)成原

12、理又可分為電磁型繼電器、感應(yīng)型繼電器、極化繼電器、干簧繼電器等。(2) 整流型繼電器是以二極管原理和比較電路原理為基礎(chǔ)構(gòu)成的，以極化繼電器為執(zhí)行元件。(3) 晶體管型繼電器是以晶體管的放大和開(kāi)關(guān)原理為基礎(chǔ)，由晶體管、二極管、電阻、電容、變換器等元件構(gòu)成的繼電器。(4) 集成電路型繼電器是由線性集成電路(運(yùn)算放大器)構(gòu)成啟動(dòng)和測(cè)量元件，由CMOS等數(shù)字電路構(gòu)成邏輯電路的繼電保護(hù)裝置。(5) 微機(jī)型繼電器是以微處理器為核心，根據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所采集到的電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)，按照給定算法來(lái)檢測(cè)電力系統(tǒng)是否發(fā)生故障以及故障性質(zhì)、范圍等，并由此做出是否需要跳閘或報(bào)警等判斷的一種安全自動(dòng)裝置。2按反應(yīng)的物

13、理量分類(lèi)按反應(yīng)的物理量分類(lèi)，繼電器主要有電量和非電量?jī)纱箢?lèi)。(1) 反應(yīng)電量的繼電器有電流繼電器、電壓繼電器、功率繼電器、阻抗繼電器等。(2) 反應(yīng)非電量的繼電器有瓦斯繼電器、溫度繼電器、壓力繼電器等。3按在保護(hù)中的作用分類(lèi)按在保護(hù)中的作用分類(lèi)，繼電器可分為測(cè)量繼電器和輔助繼電器兩大類(lèi)。(1) 測(cè)量繼電器直接反應(yīng)電氣量的變化，按所反應(yīng)電量的不同，可分為電流繼電器、電壓繼電器、頻率繼電器、功率方向繼電器、差動(dòng)繼電器等。(2) 輔助繼電器用來(lái)改進(jìn)和完善繼電保護(hù)的功能，一般作為保護(hù)中的邏輯、執(zhí)行元件。按其作用不同可分為中間繼電器、時(shí)間繼電器、信號(hào)繼電器等。六、繼電保護(hù)分類(lèi)1按保護(hù)對(duì)象分類(lèi)繼電保護(hù)按保

14、護(hù)對(duì)象不同可分為：元件保護(hù)和線路保護(hù)。元件保護(hù)又分為：發(fā)電機(jī)保護(hù)、變壓器保護(hù)、電動(dòng)機(jī)保護(hù)、母線保護(hù)等。線路保護(hù)又分為：高壓和超高壓輸電線路保護(hù)、高壓和低壓配電線路保護(hù)等。2按繼電器結(jié)構(gòu)形式分類(lèi)繼電保護(hù)按采用的繼電器結(jié)構(gòu)形式不同可分為：機(jī)電式繼電保護(hù)、晶體管式繼電保護(hù)、大規(guī)模集成電路式繼電保護(hù)和微機(jī)數(shù)字式繼電保護(hù)等。3按所反應(yīng)的物理量分類(lèi)繼電保護(hù)按所反應(yīng)的物理量不同可分為：電流保護(hù)、電壓保護(hù)、方向保護(hù)、距離保護(hù)、差動(dòng)保護(hù)和縱聯(lián)保護(hù)等。4按采集的信號(hào)方式分類(lèi)繼電保護(hù)按采集的信號(hào)方式不同可分為：反應(yīng)單端電氣量的保護(hù)和反應(yīng)兩端電氣量的保護(hù)。5按信號(hào)的通訊方式分類(lèi)對(duì)于反應(yīng)兩端電氣量的縱聯(lián)保護(hù)，按信號(hào)的通

15、訊方式不同可分為：高頻保護(hù)、光纖保護(hù)和微波保護(hù)等。6按保護(hù)的作用分類(lèi)當(dāng)某一電氣設(shè)備配置兩種及以上的保護(hù)時(shí)，按保護(hù)的作用不同可分為：主保護(hù)（反應(yīng)被保護(hù)元件自身的故障并以盡可能短的延時(shí)，有選擇性地切除故障的保護(hù)）、后備保護(hù)（當(dāng)主保護(hù)拒動(dòng)時(shí)起作用，從而動(dòng)作于相應(yīng)斷路器以切除故障元件，后備保護(hù)分近后備和遠(yuǎn)后備兩種）和輔助保護(hù)（為補(bǔ)充主保護(hù)和后備保護(hù)的不足，而增設(shè)的較簡(jiǎn)單的保護(hù)）。實(shí)際上，電氣設(shè)備或輸電線路所配置的各種保護(hù)是上述分類(lèi)中的某些組合，但有時(shí)為了強(qiáng)調(diào)保護(hù)的某一特點(diǎn)，在描述中會(huì)將其它功能或結(jié)構(gòu)省略。如：某輸電線路采用的是光纖差動(dòng)保護(hù)（只強(qiáng)調(diào)通訊方式和保護(hù)原理）、某電氣設(shè)備采用的是微機(jī)保護(hù)（強(qiáng)調(diào)的

16、是繼電器的結(jié)構(gòu)）等。七、大型發(fā)電機(jī)組繼電保護(hù)的總體配置大型發(fā)電機(jī)的造價(jià)昂貴、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一旦發(fā)生故障遭到破壞，其檢修難度大，檢修時(shí)間長(zhǎng)，要造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。大機(jī)組在電力系統(tǒng)中占有重要地位，大機(jī)組的突然切除，會(huì)給電力系統(tǒng)造成較大的擾動(dòng)。因此，在考慮大機(jī)組繼電保護(hù)的總體配置時(shí)，比較強(qiáng)調(diào)最大限度地保證機(jī)組安全和最大限度地縮小故障破壞范圍，盡可能避免不必要的突然停機(jī)，對(duì)某些異常工況采用自動(dòng)處理裝置，特別要避免保護(hù)裝置的誤動(dòng)和拒動(dòng)。這樣，不僅要求有可靠性、靈敏性、選擇性和快速性好的繼電保護(hù)裝置，還要求在繼電保護(hù)的總體配置上盡量做到完善、合理，并力求避免繁鎖、復(fù)雜。下面以圖6-4所示的汽輪發(fā)電機(jī)變壓器組為

17、例，來(lái)介紹大型機(jī)組繼電保護(hù)的總體配置情況。大型機(jī)組的繼電保護(hù)裝置可分為短路保護(hù)和異常保護(hù)兩大類(lèi)。圖6-4 汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)雙繞組變壓器組的一次接線圖1短路保護(hù)的配置（1）縱差動(dòng)保護(hù)?？v差動(dòng)保護(hù)作為發(fā)電機(jī)、變壓器區(qū)內(nèi)短路故障的主保護(hù)，瞬時(shí)動(dòng)作于斷路器跳閘。為了確?？焖偾谐收希瑢?duì)于圖6-4所示的發(fā)電機(jī)變壓器組，需配置發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)、升壓變壓器差動(dòng)保護(hù)和發(fā)電機(jī)變壓器組差動(dòng)保護(hù)，對(duì)發(fā)電機(jī)變壓器組構(gòu)成雙重快速保護(hù)。（2）后備保護(hù)。大型發(fā)電機(jī)變壓器組，都接到220kV及以上的母線上運(yùn)行。而220kV及以上的線路，一般都有完備的保護(hù)裝置，對(duì)于相間短路故障，不要求在發(fā)電機(jī)組上裝設(shè)可保護(hù)相鄰線路全線的遠(yuǎn)后備保護(hù)，

18、而對(duì)于220kV及以上的母線，由于母線保護(hù)一般只有一套，而且有時(shí)不投入運(yùn)行，因此需要在發(fā)電機(jī)變壓器組上裝設(shè)反應(yīng)相鄰母線故障的全阻抗保護(hù)作為后備保護(hù)。在母線上發(fā)生相間短路故障時(shí)，應(yīng)保證可靠動(dòng)作，并以可能短的延時(shí)切除母線短路故障。（3）高壓廠用變壓器保護(hù)。由于高壓廠用變壓器的容量只有發(fā)電機(jī)額定容量的610%，它的阻抗相當(dāng)大，所以在高壓廠用變壓器低壓側(cè)發(fā)生兩相短路故障時(shí)，升壓變壓器的差動(dòng)保護(hù)以及發(fā)電機(jī)變壓器組的差動(dòng)保護(hù)常不能滿足要求。因此，高壓廠用變壓器還需配置差動(dòng)保護(hù)。（4）斷路器失靈保護(hù)，所謂斷路器失靈保護(hù)是指在母線引出線上（包括變壓器引線）發(fā)生故障，故障回路上的繼電保護(hù)動(dòng)作而斷路器拒絕動(dòng)作時(shí)，

19、為了縮小事故范圍，用較短的時(shí)間，使母線上其它有關(guān)斷路器跳閘的裝置稱為斷路器失靈保護(hù)，又稱后備接線。因此，大機(jī)組都應(yīng)裝設(shè)斷路器失靈保護(hù)，用以在主變壓器高壓側(cè)斷路器拒動(dòng)時(shí)切除故障（斷開(kāi)所連接在該母線上的所有斷路器），每一組母線的全部連接元件都應(yīng)裝設(shè)一套公用的斷路器失靈保護(hù)。（5）高壓側(cè)零序保護(hù)。大型機(jī)組升壓變壓器的高壓側(cè)，一般都與220kV及以上且中性點(diǎn)直接接地的系統(tǒng)相連接，當(dāng)在高壓側(cè)發(fā)生單相接地短路時(shí)，如果雙重差動(dòng)保護(hù)的靈敏度都能滿足要求，對(duì)變壓器高壓側(cè)繞組及其引出線而言，則不需要裝設(shè)其它反應(yīng)零序電流（三相零序分量方向相同，數(shù)值相等）的后備保護(hù)。但零序電流保護(hù)簡(jiǎn)單可靠，正確動(dòng)作率高，而超高壓電網(wǎng)

20、中，單相接地故障最多，在各種短路故障中，有80%90%是單相接地短路故障，為了在某些特殊情況下，不致使電網(wǎng)失去保護(hù)，一般還是要求在變壓器中性點(diǎn)裝設(shè)零序電流保護(hù)，作為相鄰線路的后備保護(hù)。對(duì)相鄰母線，也要求在變壓器中性點(diǎn)裝設(shè)作為母線后備保護(hù)的零序電流保護(hù)。因此，一般在變壓器中性點(diǎn)裝設(shè)兩段零序電流保護(hù)，一段作為母線的后備，與相鄰線路主保護(hù)相配合；另一段作為相鄰線路的后備，與相鄰線路的后備保護(hù)相配合。對(duì)于220kV系統(tǒng)，變壓器是分級(jí)絕緣的，其中性點(diǎn)可能接地，也可能不接地運(yùn)行，此時(shí)還需要裝設(shè)零序電流電壓保護(hù)，以防止中性點(diǎn)絕緣遭受破壞。（6）發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路兩點(diǎn)接地保護(hù)。當(dāng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路發(fā)生一點(diǎn)接地故障時(shí)，

21、我國(guó)采用發(fā)信號(hào)方式，為了在發(fā)生第二點(diǎn)接地短路時(shí)切除發(fā)電機(jī)，應(yīng)裝設(shè)勵(lì)磁回路兩點(diǎn)接地保護(hù)，動(dòng)作于停機(jī)。（7）發(fā)電機(jī)匝間短路保護(hù)。發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)，不能反應(yīng)定子繞組匝間短路故障，而匝間短路會(huì)給發(fā)電機(jī)造成嚴(yán)重破壞。因此，應(yīng)配置發(fā)電機(jī)匝間短路保護(hù)。2異常運(yùn)行保護(hù)的配置同中小型機(jī)組相比，大型機(jī)組有一系列特點(diǎn)。應(yīng)針對(duì)這些特點(diǎn)對(duì)危及機(jī)組安全的異常工況，裝設(shè)相應(yīng)的保護(hù)裝置，以保障機(jī)組和電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。定子繞組的匝間短路和相間短路故障中，許多是由于定子繞組一點(diǎn)接地故障演變而形成的。因此，定子一點(diǎn)接地保護(hù)在大型機(jī)組保護(hù)中占有重要的地位。由于其地位重要，所以一方面要求它具有足夠高的靈敏度，沒(méi)有死區(qū)，以便在機(jī)組尚未受

22、到嚴(yán)重破壞之前動(dòng)作；另一方面在配置上應(yīng)裝設(shè)兩段定子繞組接地保護(hù)，I段為100%接地保護(hù)，II段為比較簡(jiǎn)單的90%接地保護(hù)，以保證在一段保護(hù)退出運(yùn)行或拒動(dòng)時(shí)，另一段作為后備。針對(duì)大型機(jī)組熱容量相對(duì)下降的特點(diǎn)，應(yīng)配置三套過(guò)負(fù)荷保護(hù)，分別用來(lái)反應(yīng)定子繞組過(guò)負(fù)荷、轉(zhuǎn)子表層過(guò)負(fù)荷和勵(lì)磁繞組過(guò)負(fù)荷。這三套過(guò)負(fù)荷保護(hù)，都由定時(shí)限和反時(shí)限兩部分構(gòu)成，把過(guò)負(fù)荷保護(hù)看作是發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行的一道屏障，在靈敏度和延時(shí)方面，都不考慮與其它短路保護(hù)相配合，發(fā)電機(jī)的發(fā)熱狀況是其整定的唯一根據(jù)。勵(lì)磁回路一點(diǎn)接地故障，也是一種常見(jiàn)的故障形式，應(yīng)配置發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路和勵(lì)磁機(jī)回路一點(diǎn)接地保護(hù)動(dòng)作于信號(hào)。此外，針對(duì)發(fā)電機(jī)低勵(lì)、失磁故障，

23、應(yīng)配置失磁保護(hù)；針對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)斷汽運(yùn)行時(shí)，為防止汽輪機(jī)葉片損壞，應(yīng)配置逆功率保護(hù)；針對(duì)低頻運(yùn)行時(shí)對(duì)汽輪機(jī)葉片的危害，應(yīng)配置低頻保護(hù)；針對(duì)大型變壓器過(guò)勵(lì)磁造成的危害，應(yīng)裝設(shè)變壓器過(guò)勵(lì)磁保護(hù)；針對(duì)大電流互感器斷線造成的危害，應(yīng)裝設(shè)二次電流回路斷線保護(hù)；針對(duì)斷路器非全相跳、合閘故障，為防止事故擴(kuò)大，應(yīng)裝設(shè)非全相運(yùn)行保護(hù)等。總之，大型機(jī)組繼電保護(hù)在總體配置上力求嚴(yán)密，功能上力求完美，但這也帶來(lái)復(fù)雜化問(wèn)題。必須考慮保護(hù)的簡(jiǎn)化，對(duì)那些實(shí)際運(yùn)行中非常稀少的故障可以不考慮或少考慮。對(duì)于圖6-4所示的發(fā)電機(jī)變壓器組，可能配置的保護(hù)裝置列于表6-1中，在表6-1中把保護(hù)裝置劃分為A組和B組，這兩組保護(hù)裝置在結(jié)構(gòu)上

24、和配線方面，彼此保持獨(dú)立。這樣，在運(yùn)行期間進(jìn)行檢測(cè)或維修電器時(shí)，發(fā)電機(jī)變壓器組仍保持有必要的保護(hù)裝置。應(yīng)當(dāng)指出，表6-1中所列出的僅是大型發(fā)電機(jī)變壓器組可能裝設(shè)的各種保護(hù)裝置。對(duì)于不同容量、不同電壓等級(jí)和不同類(lèi)型的發(fā)電機(jī)變壓器組，各自應(yīng)當(dāng)具體裝設(shè)哪些保護(hù)裝置，應(yīng)當(dāng)根據(jù)有關(guān)規(guī)程或規(guī)定并按照實(shí)際情況決定。各保護(hù)裝置動(dòng)作后所控制的對(duì)象，依保護(hù)裝置的性質(zhì)、選擇性要求和故障處理方式的不同而不同。對(duì)于發(fā)電機(jī)雙繞組變壓器組，通常有以下幾種處理方式：全停：停汽機(jī)、停鍋爐、斷開(kāi)高壓側(cè)斷路器、滅磁、斷開(kāi)高壓廠用變壓器低壓側(cè)斷路器、使機(jī)爐及其輔機(jī)停止工作。解列滅磁：斷開(kāi)高壓側(cè)斷路器、滅磁、斷開(kāi)高壓廠用變壓器低壓側(cè)斷

25、路器。解列：斷開(kāi)高壓側(cè)斷路器。減出力：減少原動(dòng)機(jī)的輸出功率。發(fā)信號(hào)：發(fā)出聲光信號(hào)或光信號(hào)。母線解列：對(duì)母線系統(tǒng)，斷開(kāi)母線聯(lián)絡(luò)斷路器，縮小故障波及范圍。在表6-1中，列出了各種保護(hù)裝置在不同處理方式下的控制對(duì)象。大型汽輪發(fā)電機(jī)變壓器組繼電保護(hù)的總體配置及出口控制對(duì)象表序號(hào)保護(hù)裝置名稱組別保 護(hù) 裝 置 出 口處理方式停汽機(jī)停鍋爐跳QF跳QDM跳QF1QF3調(diào)汽門(mén)切換勵(lì)磁跳母聯(lián)發(fā)聲光信號(hào)I短路保護(hù)1發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)A+全停2主變壓器差動(dòng)保護(hù)A+全停3高壓廠用變壓器差動(dòng)保護(hù)A+全停4發(fā)變組差動(dòng)保護(hù)B+全停5全阻抗保護(hù) t1t2B+母線解列解列滅磁6主變高壓側(cè)零序保護(hù) t1t2B+母線解列解列滅磁7發(fā)電

26、機(jī)定子匝間短路保護(hù)B+全停8發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路兩點(diǎn)接地保護(hù)B+全停II異常運(yùn)行保護(hù)9發(fā)電機(jī)定子一點(diǎn)接地保護(hù)I段II段AB+發(fā)信號(hào)解列滅磁10發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路一點(diǎn)接地保護(hù)A+發(fā)信號(hào)11勵(lì)磁變壓器過(guò)負(fù)荷保護(hù)A+發(fā)信號(hào)12定子過(guò)負(fù)荷保護(hù) 定限時(shí)反限時(shí)A+發(fā)信號(hào)解列滅磁13定子負(fù)序過(guò)流保護(hù) 定限時(shí)反限時(shí)A+發(fā)信號(hào)解列滅磁14勵(lì)磁回路過(guò)負(fù)荷保護(hù) 定限時(shí)反限時(shí)A+發(fā)信號(hào)解列滅磁15低頻保護(hù)B+發(fā)信號(hào)16低勵(lì)失磁保護(hù) t0t1t3t2A+發(fā)信號(hào)解列滅磁減出力17過(guò)電壓保護(hù)B+解列滅磁18逆功率保護(hù) t1t2A+發(fā)信號(hào)解列滅磁19失步和失步（預(yù)測(cè)）保護(hù)B+增、減出力20過(guò)勵(lì)磁保護(hù)B+解列滅磁21斷路器失靈保護(hù)B+解

27、列滅磁22非全相運(yùn)行保護(hù)B+解列輔助裝置23電流回路斷線保護(hù)B+發(fā)信號(hào)24電壓回路斷線保護(hù)B+發(fā)信號(hào)25出口裝置B26檢測(cè)裝置A,B27電源裝置A,B廠用6kV分支線保護(hù)+28t0 分支線差動(dòng)保護(hù)t2 +跳QF1,QF3或QF2,QF4解列滅磁29t1 分支線過(guò)電流保護(hù)t2 +跳QF1,QF3或QF2,QF4解列滅磁第二節(jié) 發(fā)電機(jī)的繼電保護(hù)一、發(fā)電機(jī)的故障和異常類(lèi)型及其保護(hù)方式發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行對(duì)保證電力系統(tǒng)的正常工作和電能質(zhì)量起著決定性的作用，同時(shí)發(fā)電機(jī)本身也是一個(gè)十分貴重的電氣元件。因此，應(yīng)該針對(duì)各種故障和異常類(lèi)型，裝設(shè)相應(yīng)的繼電保護(hù)裝置。1發(fā)電機(jī)的故障類(lèi)型發(fā)電機(jī)的故障類(lèi)型主要有：定子繞組相

28、間短路；定子繞組匝間短路；定子繞組單相接地；轉(zhuǎn)子繞組一點(diǎn)接地或兩點(diǎn)接地；勵(lì)磁回路的勵(lì)磁電流異常下降或完全消失。2發(fā)電機(jī)的異常類(lèi)型發(fā)電機(jī)的異常類(lèi)型主要有：由于外部短路引起的定子繞組過(guò)電流；發(fā)電機(jī)對(duì)稱過(guò)負(fù)荷；由于外部不對(duì)稱短路引起的定子負(fù)序過(guò)電流；由于突然甩負(fù)荷而引起的定子繞組過(guò)電壓；由于勵(lì)磁回路故障或強(qiáng)勵(lì)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而引起的轉(zhuǎn)子繞組過(guò)負(fù)荷；由于汽輪機(jī)主汽門(mén)突然關(guān)閉而引起的發(fā)電機(jī)逆功率等。3發(fā)電機(jī)應(yīng)裝設(shè)的保護(hù)(1) 對(duì)于發(fā)電機(jī)定子繞組及其引出線的相間短路，應(yīng)裝設(shè)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。(2) 對(duì)于發(fā)電機(jī)定子繞組的匝間短路，當(dāng)定子繞組每相中有引出的并聯(lián)支路時(shí)，應(yīng)裝設(shè)單繼電器式的橫聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。并聯(lián)支路時(shí)，應(yīng)裝設(shè)由零

29、序電壓構(gòu)成的匝間短路保護(hù)。(3) 對(duì)于發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地故障，當(dāng)接地電流大于或等于5A時(shí)，應(yīng)裝設(shè)動(dòng)作于跳閘的零序電流保護(hù)；當(dāng)接地電流小于5A時(shí)，則裝設(shè)作用于信號(hào)的接地保護(hù)。對(duì)于發(fā)電機(jī)變壓器組，應(yīng)裝設(shè)保護(hù)區(qū)為100的定子接地保護(hù)。(4) 對(duì)于發(fā)電機(jī)外部短路引起的過(guò)電流，應(yīng)裝設(shè)對(duì)稱過(guò)負(fù)荷保護(hù)、負(fù)序電流保護(hù)和單相式低電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)。(5) 對(duì)于發(fā)電機(jī)突然甩負(fù)荷而引起的定子繞組過(guò)電壓，應(yīng)裝設(shè)過(guò)電壓保護(hù)。(6) 對(duì)于發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路的一點(diǎn)接地，應(yīng)裝設(shè)一點(diǎn)接地保護(hù)動(dòng)作與信號(hào)。對(duì)于勵(lì)磁回路兩點(diǎn)接地故障，應(yīng)裝設(shè)兩點(diǎn)接地保護(hù)，在勵(lì)磁回路發(fā)生一點(diǎn)接地后投入。 (7)對(duì)于發(fā)電機(jī)的失磁故障，應(yīng)裝設(shè)直接反應(yīng)發(fā)電

30、機(jī)失磁時(shí)電氣參數(shù)變化的失磁保護(hù)。在發(fā)電機(jī)不允許失磁后異步運(yùn)行時(shí)，應(yīng)在自動(dòng)滅磁開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)連鎖斷開(kāi)發(fā)電機(jī)的斷路器。 (8) 對(duì)于轉(zhuǎn)子回路的過(guò)負(fù)荷，應(yīng)裝設(shè)轉(zhuǎn)子過(guò)負(fù)荷保護(hù)。 (9) 對(duì)于汽輪發(fā)電機(jī)主汽門(mén)突然關(guān)閉，為防止汽輪機(jī)遭到損壞，應(yīng)裝設(shè)逆功率保護(hù)。(10) 當(dāng)電力系統(tǒng)振蕩影響機(jī)組安全運(yùn)行時(shí)，應(yīng)裝設(shè)失步保護(hù)。(11) 當(dāng)汽輪機(jī)低頻運(yùn)行時(shí)，因機(jī)械振動(dòng)會(huì)對(duì)汽輪機(jī)葉片損傷時(shí)，應(yīng)裝設(shè)低頻保護(hù)。(12) 當(dāng)水冷卻發(fā)電機(jī)斷水時(shí)，應(yīng)裝設(shè)斷水保護(hù)等。 為了快速消除發(fā)電機(jī)內(nèi)部的故障，在保護(hù)動(dòng)作于發(fā)電機(jī)斷路器跳閘的同時(shí)，還必須動(dòng)作于自動(dòng)滅磁開(kāi)關(guān)，斷開(kāi)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路，以使轉(zhuǎn)子回路電流不會(huì)在定子繞組中再感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，繼續(xù)供給

31、短路電流。二、發(fā)電機(jī)的縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù) 縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)是發(fā)電機(jī)內(nèi)部相間短路的主保護(hù)。因此，它應(yīng)能快速而靈敏地切除內(nèi)部所發(fā)生的故障。同時(shí)，在正常運(yùn)行及外部故障時(shí)，又應(yīng)保證動(dòng)作的選擇性和工作的可靠性。具有電流互感器二次回路斷線監(jiān)視裝置的發(fā)電機(jī)縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)的原理接線圖如圖6-5所示。保護(hù)裝置采用三相式接線(13為差動(dòng)繼電器)，在差動(dòng)回路的中線上接有斷線監(jiān)視的電流繼電器4，5為時(shí)間繼電器，6為信號(hào)繼電器，7為差動(dòng)保護(hù)出口繼電器。圖6-5 發(fā)電機(jī)縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)的原理接線圖在正常運(yùn)行時(shí)，每相差動(dòng)回路兩臂電流基本相等，流入差動(dòng)繼電器13的電流近似等于零，小于差動(dòng)繼電器的動(dòng)作電流，差動(dòng)繼電器不動(dòng)作。差

32、動(dòng)回路三相電流之和流入斷線監(jiān)視繼電器4的電流亦近似于零，小于斷線監(jiān)視繼電器4的動(dòng)作電流，斷線監(jiān)視繼電器也不動(dòng)作。當(dāng)發(fā)電機(jī)定子繞組及引出線發(fā)生相間短路時(shí)，則短路相的差動(dòng)繼電器中流過(guò)短路電流使之啟動(dòng)，其觸點(diǎn)閉合啟動(dòng)信號(hào)繼電器6發(fā)信號(hào)，同時(shí)啟動(dòng)差動(dòng)保護(hù)出口繼電器7，上面一對(duì)觸點(diǎn)作用于跳開(kāi)發(fā)電機(jī)出口斷路器，下面一對(duì)觸點(diǎn)作用于跳開(kāi)發(fā)電機(jī)的滅磁開(kāi)關(guān)，使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子滅磁。當(dāng)發(fā)電機(jī)的外部相間短路時(shí)，差動(dòng)回路的三相電流之和仍然接近于零，因此差動(dòng)繼電器13均不會(huì)動(dòng)作。當(dāng)電流互感器的任何一相回路斷線時(shí)，只要差動(dòng)電流小于差動(dòng)繼電器的啟動(dòng)電流，則差動(dòng)繼電器就不會(huì)動(dòng)作。此時(shí)差動(dòng)回路三相電流之和流入斷線監(jiān)視繼電器4的電流大于

33、它的啟動(dòng)電流，所以斷線監(jiān)視繼電器4動(dòng)作，啟動(dòng)時(shí)間繼電器5延時(shí)發(fā)出斷線信號(hào)。 為防止縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作，差動(dòng)保護(hù)啟動(dòng)電流的整定原則為： (1) 在正常運(yùn)行情況下，差動(dòng)保護(hù)的啟動(dòng)電流按躲開(kāi)發(fā)電機(jī)的額定電流整定，即電流互感器二次回路斷線時(shí)保護(hù)不應(yīng)動(dòng)作。(2) 差動(dòng)保護(hù)的啟動(dòng)電流按躲開(kāi)外部故障時(shí)的最大不平衡電流整定，即發(fā)電機(jī)外部相間短路時(shí)，差動(dòng)保護(hù)不應(yīng)動(dòng)作。即發(fā)電機(jī)縱差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流應(yīng)為：Idz = Kk·IN （6-1）式中 Kk可靠系數(shù)，取1.21.3；IN發(fā)電機(jī)的額定電流。三、發(fā)電機(jī)的匝間短路保護(hù)1單繼電器式橫差動(dòng)保護(hù)對(duì)于每相有并聯(lián)分支，而每一分支繞組在中性點(diǎn)側(cè)都有引出端的發(fā)電機(jī)

34、，可以采用單繼電器式的橫差動(dòng)保護(hù)。單繼電器式橫差動(dòng)保護(hù)的原理接線圖如圖6-6所示。每相的兩個(gè)并聯(lián)分支分別接成星形，兩星形接線的中性點(diǎn)間用導(dǎo)線連接起來(lái)，電流互感器TA接在兩中性的連線上，電流繼電器接在電流互感器的二次側(cè)。正常運(yùn)行或外部短路時(shí)，每一分支繞組流出該相電流的一半，因此流過(guò)中性點(diǎn)連線的電流只是不平衡電流，故保護(hù)不動(dòng)作。若發(fā)生定子繞組匝間短路，則故障相繞組的兩個(gè)分支的電勢(shì)將不相等，因而在定子繞組中出現(xiàn)環(huán)流。通過(guò)中性點(diǎn)連線，該電流大于電流繼電器3的啟動(dòng)電流時(shí)，電流繼電器動(dòng)作，啟動(dòng)信號(hào)繼電器6發(fā)信號(hào)，同時(shí)啟動(dòng)繼電保護(hù)出口繼電器5，跳開(kāi)發(fā)電機(jī)斷路器，并跳滅磁開(kāi)關(guān)MK。在圖6-6中，兩個(gè)星形中性點(diǎn)

35、之間的連接線上接入電流互感器TA，其二次側(cè)經(jīng)三次諧波濾過(guò)器2與電流繼電器3相連。切換片XB有兩個(gè)位置，正常投入到保護(hù)不帶延時(shí)位置。當(dāng)勵(lì)磁回路發(fā)生一點(diǎn)接地后，在投入勵(lì)磁回路兩點(diǎn)接地保護(hù)的同時(shí)，將橫差動(dòng)保護(hù)切換至帶0.51s延時(shí)動(dòng)作位置，防止轉(zhuǎn)子繞組發(fā)生偶然性的瞬間兩點(diǎn)接地時(shí)，造成保護(hù)誤動(dòng)作。圖6-6 單繼電器式橫差動(dòng)保護(hù)的原理接線圖根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，橫差動(dòng)保護(hù)裝置的動(dòng)作電流應(yīng)為：Idz =（0.20.3）IN （6-2）2反應(yīng)零序電壓的匝間短路保護(hù)對(duì)于200MW及以上的發(fā)電機(jī)，由于結(jié)構(gòu)緊湊，并聯(lián)分支在中性點(diǎn)側(cè)只引出三個(gè)端子，因而無(wú)法裝設(shè)橫差動(dòng)保護(hù)。在此情況下，可以采用反應(yīng)零序電壓的匝間短路保護(hù)。如圖

36、6-7所示為反應(yīng)零序電壓的匝間短路保護(hù)接線圖。發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行及相間短路時(shí)，無(wú)零序電壓。定子繞組單相接地時(shí)，故障相對(duì)地電壓等于零，中性點(diǎn)對(duì)地電壓上升為相電壓。因此三相定子繞組對(duì)中性點(diǎn)的電壓仍然對(duì)稱，不出現(xiàn)零序電壓。若定子繞組發(fā)生匝間短路，則機(jī)端三相對(duì)中性點(diǎn)電壓不對(duì)稱，因而出現(xiàn)了零序電壓。因此利用零序電壓互感器TV、三次諧波濾過(guò)器1和過(guò)電壓繼電器2就構(gòu)成了反應(yīng)零序電壓的定子繞組匝間短路保護(hù)。圖6-7 反應(yīng)零序電壓的匝間短路保護(hù)接線圖四、發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)1利用零序電壓構(gòu)成的定子接地保護(hù)利用零序電壓構(gòu)成的定子接地保護(hù)原理接線圖如圖6-8所示。由圖可見(jiàn)，該保護(hù)從機(jī)端電壓互感器開(kāi)口三角形側(cè)取得零

37、序電壓，接入保護(hù)用的過(guò)電壓繼電器。圖6-8 利用零序電壓構(gòu)成的定子接地保護(hù)原理接線圖在正常運(yùn)行情況下，發(fā)電機(jī)相電壓中存在三次諧波電壓。在變壓器高壓側(cè)發(fā)生接地短路時(shí)，由于變壓器高、低壓繞組之間有電容存在，發(fā)電機(jī)端也會(huì)產(chǎn)生零序電壓。為了保證保護(hù)動(dòng)作的選擇性，其整定值應(yīng)躲開(kāi)上述三次諧波電壓與零序電壓。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，過(guò)電壓繼電器的動(dòng)作電壓一般整定為1530V左右。當(dāng)靠近中性點(diǎn)附近發(fā)生接地故障時(shí)，零序電壓較低。如果零序電壓小于電壓繼電器的動(dòng)作電壓，保護(hù)將不動(dòng)作，因此該保護(hù)存在死區(qū)。死區(qū)的大小與整定值的高低有關(guān)。為了減少死區(qū)，提高保護(hù)的靈敏性，在保護(hù)中增設(shè)了三次諧波電壓濾過(guò)器。此外，還采用時(shí)間繼電器延時(shí)來(lái)

38、躲開(kāi)變壓器高壓側(cè)的接地短路故障，也可利用變壓器高壓側(cè)的零序電壓將接地保護(hù)閉鎖或使之制動(dòng)。采取了上述措施后，保護(hù)范圍將增大，中性點(diǎn)附近的死區(qū)將縮小，其保護(hù)范圍約為由機(jī)端向中性點(diǎn)繞組的85%左右。2利用三次諧波電壓構(gòu)成的100%定子接地保護(hù)由于發(fā)電機(jī)氣隙中的磁通分布并非完全正弦形，因而發(fā)電機(jī)定子繞組感應(yīng)電勢(shì)中存在有三次諧波分量，其值一般不超過(guò)10%。設(shè)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)為N端，機(jī)端為S端，則在正常運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)三次諧波電勢(shì)為；發(fā)電機(jī)每相對(duì)地電容為CG，等值在N及S端，各為；機(jī)端其他連接元件對(duì)地電容為CS，如圖6-9所示。由等值電路，可以將CS與并聯(lián)，然后再與串聯(lián)求出總電容，電壓與將與電容成反比分配。因而

39、和可用下式求出： （6-3）US3與UN3的比值為： （6-4）上式證明，發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)US3<UN3，其比值與E3無(wú)關(guān)。圖6-9 正常運(yùn)行時(shí)三次諧波電勢(shì)和對(duì)地電容的等值電路圖（a）交流電壓回路； （b）等值電路當(dāng)發(fā)電機(jī)的定子繞組距中性點(diǎn)a處單相接地時(shí)，三次諧波電勢(shì)分布的等值電路圖如圖6-10（a）所示，此時(shí)發(fā)電機(jī)首端和末端的三次諧波電壓為： （6-5）分析可見(jiàn)，若a>0.5，則US3<UN3；若a = 0.5，則US3 = UN3；若a<0.5，則US3>UN3。UN3、US3隨a而變化的情況如圖6-10（b）所示。圖6-10 單相接地時(shí)三次諧波電勢(shì)分布等值電

40、路和US3、UN3隨a的變化曲線（a）三次諧波電勢(shì)分布等值電路； （b）US3、UN3隨a的變化曲線綜上所述，若以US3作為動(dòng)作量，以UN3作為制動(dòng)量，則此套保護(hù)在a<0.5時(shí)可以動(dòng)作。再加裝一套基波零序電壓構(gòu)在的接地保護(hù)，二者共同使用，便可獲得100%的保護(hù)效果。利用三次諧波電壓和基波零序電壓構(gòu)成的雙頻式100%定子接地保護(hù)原理接線如圖6-11所示。圖中和分別表示由中性點(diǎn)和機(jī)端取得的交流電壓，由電抗變壓器TX1的一次繞組與電容C1組成對(duì)三次諧波串聯(lián)諧振電路，由電感L1和電容C3組成基波串聯(lián)諧振電路，因此加于整流橋VU1的交流電壓基本上是三次諧波電壓，該電壓與機(jī)端三次諧波電壓成比例。VU

41、1的整流電壓經(jīng)C5濾波后作為動(dòng)作量加入執(zhí)行元件。電抗變壓器TX2的一次繞組與電容C2組成三次諧波串聯(lián)諧振電路，電感L2與電容C4組成基波串聯(lián)諧振電路，因此加于整流橋VU2的交流電壓基本上也是三次諧波電壓，該電壓與中性點(diǎn)三次諧波電壓成比例。VU2的整流電壓經(jīng)C6濾波后作為制動(dòng)量加入執(zhí)行元件。執(zhí)行元件兩端電壓為： （6-6）當(dāng)發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，執(zhí)行元件不會(huì)動(dòng)作；而當(dāng)在a<50%處發(fā)生單相接地故障時(shí)，執(zhí)行元件動(dòng)作。調(diào)節(jié)電位器Rw1便可改變保護(hù)的整定值。中間變壓器TVM的一次側(cè)接至機(jī)端電壓互感器TV1的開(kāi)口三角形側(cè)，反應(yīng)機(jī)端基波零序電壓。經(jīng)整流橋VU3整流和p形濾波器濾波后的直流電壓加于電位器R

42、w2，調(diào)節(jié)其滑動(dòng)端，可以改變基波零序部分的啟動(dòng)電壓。當(dāng)接地點(diǎn)靠近機(jī)端時(shí)，基波零序電壓較高，執(zhí)行元件動(dòng)作。由上述可見(jiàn)，三次諧波電壓部分用于反應(yīng)a<50%范圍內(nèi)的接地故障，故障點(diǎn)越接近中性點(diǎn)，該部分保護(hù)的靈敏性越高；基波零序電壓部分用于反應(yīng)a>15%范圍內(nèi)的接地故障，故障點(diǎn)越接近機(jī)端，該部分保護(hù)的靈敏性越高。這樣，雙頻式保護(hù)構(gòu)成了有100%保護(hù)區(qū)的定子繞組單相接地保護(hù)。圖6-11 雙頻式100%定子接地保護(hù)原理接線圖五、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路的接地保護(hù)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路因?yàn)榻^緣損壞而發(fā)生一點(diǎn)接地是常見(jiàn)的故障。由于一點(diǎn)接地不會(huì)形成接地電流通路，勵(lì)磁電壓仍然正常，因此對(duì)發(fā)電機(jī)無(wú)直接危害，可以繼續(xù)運(yùn)行。

43、但當(dāng)勵(lì)磁繞組發(fā)生兩點(diǎn)接地時(shí)，該繞組將被短接一部分，使氣隙磁通失去平衡，引起機(jī)組振動(dòng)。兩點(diǎn)接地時(shí)，故障點(diǎn)將流過(guò)很大的故障電流，從而燒傷轉(zhuǎn)子本體，而且形成短路電流的通路，可能燒壞轉(zhuǎn)子繞組和鐵芯。此外，汽輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路兩點(diǎn)接地，還可使軸系和汽輪機(jī)的汽缸磁化。因此，兩點(diǎn)接地故障的后果是嚴(yán)重的。對(duì)于大型汽輪發(fā)電機(jī)，考慮到轉(zhuǎn)子回路接地故障的可能性增加和機(jī)組本身重要程度的提高，要求裝設(shè)一點(diǎn)接地保護(hù)和兩點(diǎn)接地保護(hù)。一點(diǎn)接地保護(hù)動(dòng)作于信號(hào)，并在一點(diǎn)接地后投入兩點(diǎn)接地保護(hù)，使之在發(fā)生兩點(diǎn)接地時(shí)，動(dòng)作于跳閘。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路一點(diǎn)接地保護(hù)的工作原理與發(fā)電廠的直流絕緣監(jiān)察裝置類(lèi)似，可參見(jiàn)直流絕緣監(jiān)察裝置的有關(guān)內(nèi)容。發(fā)電

44、機(jī)勵(lì)磁回路兩點(diǎn)接地保護(hù)的原理接線圖如圖6-12所示。轉(zhuǎn)子繞組直流電阻RL（RL=R¢L+R²L）和電阻Rf（Rf=R¢f+R²f）構(gòu)成直流電橋的四個(gè)臂。毫伏表mV和電流繼電器KA接于滑動(dòng)觸頭和地（發(fā)電機(jī)大軸）之間，即在電橋的對(duì)角線上。圖6-12 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路兩點(diǎn)接地保護(hù)原理接線圖當(dāng)利用絕緣檢查裝置發(fā)現(xiàn)d1點(diǎn)接地后，合上刀開(kāi)關(guān)K1，并按下按鈕AN，調(diào)節(jié)電阻Rf的滑動(dòng)觸頭，使毫伏表mV的指示為零。此時(shí)由d1點(diǎn)分開(kāi)的兩部分繞組直流電阻R¢L、R²L與由Rf滑動(dòng)頭分開(kāi)的兩部分附加電阻R¢f、R²f組成的四臂直流電橋處于平

45、衡狀態(tài)。各臂電阻的關(guān)系為：R¢L R²f= R¢f R²L （6-7）然后合上刀開(kāi)關(guān)K2，接入電流繼電器KA，使保護(hù)投入工作。但此時(shí)，由于電橋已經(jīng)平衡，處于對(duì)角線上的電流繼電器無(wú)電流通過(guò)，保護(hù)不會(huì)動(dòng)作。當(dāng)轉(zhuǎn)子回路發(fā)生第二點(diǎn)（d2點(diǎn)）接地時(shí)，R²L的部分電阻被短接，電橋平衡遭到破壞，電流繼電器中將有電流通過(guò)。如果該電流大于繼電器的啟動(dòng)電流，繼電器將動(dòng)作，使發(fā)電機(jī)的QF跳閘。d2點(diǎn)離d1點(diǎn)越遠(yuǎn)，保護(hù)的動(dòng)作越靈敏。六、發(fā)電機(jī)的失磁保護(hù)發(fā)電機(jī)失磁故障是指發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁突然全部消失或部分消失，引起失磁的原因主要有轉(zhuǎn)子繞組故障、勵(lì)磁機(jī)故障、自動(dòng)滅磁開(kāi)關(guān)誤跳閘

46、、半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng)中某些元件損壞或回路發(fā)生故障以及誤操作等。發(fā)電機(jī)失磁后，將從系統(tǒng)吸收大量無(wú)功功率，測(cè)量阻抗和機(jī)端電壓均會(huì)發(fā)生變化。因此，可利用阻抗元件Z作為失磁故障的主要判別元件，構(gòu)成如圖6-13所示的發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)。圖6-13 發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)原理方框圖當(dāng)發(fā)電機(jī)失磁時(shí)，阻抗元件Z和勵(lì)磁低電壓元件Ufd動(dòng)作，啟動(dòng)與門(mén)Y2，立即發(fā)出發(fā)電機(jī)已失步信號(hào)，并經(jīng)時(shí)間元件YS2延時(shí)t2后，通過(guò)或門(mén)H動(dòng)作于跳閘。延時(shí)t2用以躲過(guò)系統(tǒng)振蕩或自同步時(shí)的影響，一般取為11.5s。如果失磁后，機(jī)端電壓下降到低于安全運(yùn)行的允許值，則母線低電壓元件UG動(dòng)作，與門(mén)Y1開(kāi)放，經(jīng)時(shí)間元件YS1延時(shí)t1后，通過(guò)或門(mén)H動(dòng)作于跳閘。

47、延時(shí)t1用以躲過(guò)振蕩過(guò)程中的短時(shí)間電壓降低或自同步并列的影響，一般取為0.51s。由于勵(lì)磁低壓元件Ufd的閉鎖，在短路故障及電壓互感器斷線時(shí)，Y1和Y2都無(wú)輸出，因而保護(hù)不會(huì)誤動(dòng)。當(dāng)電壓互感器斷線時(shí)，低電壓元件UG或阻抗元件Z動(dòng)作，均可發(fā)出電壓回路斷線信號(hào)。當(dāng)勵(lì)磁回路電壓降低時(shí)，勵(lì)磁低壓元件Ufd動(dòng)作，發(fā)出勵(lì)磁回路電壓降低信號(hào)。第三節(jié) 變壓器的繼電保護(hù)一、變壓器的故障和異常類(lèi)型及其保護(hù)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(duì)供電可靠性和系統(tǒng)的正常運(yùn)行帶來(lái)嚴(yán)重的影響。同時(shí)大容量的電力變壓器也是十分貴重的元件，因此，必須根據(jù)變壓器的容量和重要程度考慮裝設(shè)性能良好，工作可靠的繼電保

48、護(hù)裝置。1變壓器的故障和異常類(lèi)型(1) 變壓器的故障可以分為油箱內(nèi)部故障和油箱外部故障兩種。油箱內(nèi)部故障包括：繞組的相間短路、接地短路，匝間短路以及鐵心的燒損等，對(duì)變壓器來(lái)講，這些故障都是十分危險(xiǎn)的，因?yàn)橛拖鋬?nèi)部故障時(shí)產(chǎn)生的電弧，將引起絕緣物質(zhì)的劇烈汽化，從而可能引起爆炸。因此，這些故障應(yīng)該盡快加以切除。油箱外部故障包括：套管和引出線上發(fā)生相間短路和接地短路。上述接地短路均系對(duì)中性點(diǎn)直接接地電力網(wǎng)的一側(cè)而言。(2) 變壓器的運(yùn)行異常類(lèi)型主要有：由于變壓器外部相間短路引起的過(guò)電流和外部接地短路引起的過(guò)電流和中性點(diǎn)過(guò)電壓；由于負(fù)荷超過(guò)額定容量引起的過(guò)負(fù)荷以及由于漏油等原因而引起的油面降低、油溫升高

49、和冷卻器故障等。此外，對(duì)大容量變壓器，由于其額定工作時(shí)的磁通密度相當(dāng)接近于鐵心的飽和磁通密度，因此在過(guò)電壓或低頻率等異常運(yùn)行方式下，還會(huì)發(fā)生變壓器的過(guò)勵(lì)磁故障。2變壓器應(yīng)裝設(shè)保護(hù)(1) 瓦斯保護(hù)。對(duì)變壓器油箱內(nèi)的各種故障以及油面的降低，應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)，它反應(yīng)油箱內(nèi)部所產(chǎn)生的氣體或油流而動(dòng)作。其中輕瓦斯保護(hù)動(dòng)作于信號(hào)，重瓦斯保護(hù)動(dòng)作于跳開(kāi)變壓器各電源側(cè)的斷路器。(2) 縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)或電流速斷保護(hù)。對(duì)變壓器繞組、套管及引出線上的故障，應(yīng)根據(jù)容量的不同，裝設(shè)縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)或電流速斷保護(hù)。保護(hù)動(dòng)作后，應(yīng)跳開(kāi)變壓器各電源側(cè)的斷路器。(3) 外部相間短路時(shí)的后備保護(hù)。對(duì)于外部相間短路引起的變壓器過(guò)電

50、流，應(yīng)采用下列保護(hù)作為后備保護(hù)： 1) 過(guò)電流保護(hù)。一般用于降壓變壓器，保護(hù)裝置的整定值應(yīng)考慮事故狀態(tài)下可能出現(xiàn)的過(guò)負(fù)荷電流。 2) 復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)。一般用于升壓變壓器、系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器及過(guò)電流保護(hù)靈敏度不滿足要求的降壓變壓器。 3) 負(fù)序電流及單相式低電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)。一般用于容量為63MVA及以上的升壓變壓器。 4) 阻抗保護(hù)。對(duì)于升壓變壓器和系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器，為滿足靈敏性和選擇性要求，可采用阻抗保護(hù)。對(duì)500kV系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器高、中壓側(cè)均應(yīng)裝設(shè)阻抗保護(hù)。 (4) 外部接地短路時(shí)的后備保護(hù)。對(duì)中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)，由外部接地短路引起過(guò)電流時(shí)，如果變壓器中性點(diǎn)接地運(yùn)行，應(yīng)裝設(shè)零序電流

51、保護(hù)。為防止發(fā)生接地短路時(shí)，中性點(diǎn)接地的變壓器跳開(kāi)后，中性點(diǎn)不接地的變壓器(低壓側(cè)有電源)仍帶接地故障繼續(xù)運(yùn)行，應(yīng)根據(jù)具體情況，裝設(shè)零序過(guò)電壓保護(hù)，中性點(diǎn)裝放電間隙加零序電流保護(hù)等。(5) 過(guò)負(fù)荷保護(hù)。對(duì)400kVA以上的變壓器，當(dāng)數(shù)臺(tái)并列運(yùn)行，或單獨(dú)運(yùn)行并作為其他負(fù)荷的備用電源時(shí)，應(yīng)根據(jù)可能過(guò)負(fù)荷的情況，裝設(shè)過(guò)負(fù)荷保護(hù)。過(guò)負(fù)荷保護(hù)接于一相電流上，并延時(shí)作用于信號(hào)。(6) 過(guò)勵(lì)磁保護(hù)。高壓側(cè)電壓為500kV及以上的變壓器，對(duì)頻率降低和電壓升高而引起的變壓器勵(lì)磁電流升高，應(yīng)裝設(shè)過(guò)勵(lì)磁保護(hù)。在變壓器允許的過(guò)勵(lì)磁范圍內(nèi)，保護(hù)作用于信號(hào)，當(dāng)過(guò)勵(lì)磁超過(guò)允許值時(shí)，可動(dòng)作于跳閘。 (7) 其他保護(hù)。對(duì)變壓器

52、溫度及油箱內(nèi)壓力升高和冷卻系統(tǒng)故障，應(yīng)按現(xiàn)行變壓器標(biāo)準(zhǔn)的要求，應(yīng)裝設(shè)相應(yīng)的保護(hù)作用于信號(hào)或動(dòng)作于跳閘。二、變壓器的瓦斯保護(hù)當(dāng)在變壓器油箱內(nèi)部發(fā)生故障(包括輕微的匝間短路和絕緣破壞引起的經(jīng)電弧電阻的接地短路)時(shí)，由于故障點(diǎn)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(chǎn)生氣體，因氣體比較輕，它們將從油箱流向油枕的上部。當(dāng)故障嚴(yán)重時(shí)，油會(huì)迅速膨脹并產(chǎn)生大量的氣體，此時(shí)將有劇烈的氣體夾雜著油流沖向油枕的上部。利用油箱內(nèi)部故障時(shí)的這一特點(diǎn)，可以構(gòu)成反應(yīng)于上述氣體而動(dòng)作的保護(hù)裝置，稱為瓦斯保護(hù)。1氣體繼電器的工作原理氣體繼電器是構(gòu)成瓦斯保護(hù)的主要元件，它安裝在油箱與油枕之間的連接管道上，如

53、圖6-14所示，這樣油箱內(nèi)產(chǎn)生的氣體必須通過(guò)氣體繼電器才能流向油枕。為了不妨礙氣體的流通，變壓器安裝時(shí)應(yīng)使頂蓋沿氣體繼電器的方向與水平面具有11.5的升高坡度，通往繼電器的連接管具有24的升高坡度。圖6-14 氣體繼電器安裝示意圖1氣體繼電器； 2油枕圖6-15 氣體繼電器的結(jié)構(gòu)圖1下開(kāi)口杯；2上開(kāi)口杯；3干簧觸點(diǎn)；4平衡錘； 5放氣閥；6探針；7支架；8擋板；9進(jìn)油擋板；10永久磁鐵 目前在我國(guó)電力系統(tǒng)中推廣應(yīng)用的是開(kāi)口杯擋板式氣體繼電器，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖6-15所示。正常運(yùn)行時(shí)，上開(kāi)口杯2和下開(kāi)口杯1都浸在油中，開(kāi)口杯和附件在油內(nèi)的重力所產(chǎn)生的力矩小于平衡錘4所產(chǎn)生的力矩，因此開(kāi)口杯向上傾，

54、干簧觸點(diǎn)3斷開(kāi)。當(dāng)油箱內(nèi)部發(fā)生輕微故障時(shí)，少量的氣體上升后逐漸聚集在繼電器的上部，迫使油面下降。而使上開(kāi)口杯2露出油面，此時(shí)由于浮力的減小，開(kāi)口杯和附件在空氣中的重力加上杯內(nèi)油重所產(chǎn)生的力矩大于平衡錘4所產(chǎn)生的力矩，于是上開(kāi)口杯2順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)永久磁鐵10靠近干簧觸點(diǎn)3，使觸點(diǎn)閉合，啟動(dòng)“輕瓦斯”保護(hù)動(dòng)作于信號(hào)。當(dāng)變壓器油箱內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，大量氣體和油流直接沖擊檔板8，使下開(kāi)口杯1順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，帶動(dòng)永久磁鐵靠近下部干簧的觸點(diǎn)3使之閉合，啟動(dòng)“重瓦斯”保護(hù)動(dòng)作，發(fā)出跳閘信號(hào)。當(dāng)變壓器出現(xiàn)嚴(yán)重漏油而使油面逐漸降低時(shí)，首先是上開(kāi)口杯2露出油面，發(fā)出預(yù)告信號(hào)，當(dāng)油面繼續(xù)下降使下開(kāi)口杯1露出油面后，發(fā)出