發(fā)電廠設(shè)備的繼電保護(hù)培訓(xùn)教材

1、1 / 57第11章 發(fā)電廠設(shè)備的繼電保護(hù) .311.1發(fā)電機(jī)故障、不正常狀態(tài)和運(yùn)行方式 .311.1.1發(fā)電機(jī)的故障 .311.1.2發(fā)電機(jī)不正常運(yùn)行狀態(tài) .411.2變壓器故障、不正常狀態(tài)和運(yùn)行方式 .511.2.1變壓器不正常運(yùn)行狀態(tài) .511.3金陵電廠保護(hù)配置 .611.3.1發(fā)電機(jī)保護(hù) .1111.3.2微機(jī)型主變保護(hù)裝置配置要求、 .1411.3.3微機(jī)型主變本體保護(hù) .1511.3.4微機(jī)型高壓廠變保護(hù)裝置 .1511.3.5停機(jī)備用變壓器保護(hù) .1611.3.6微機(jī)型停機(jī)備用變壓器本體保護(hù)（G柜） .1711.3.7廠用電系統(tǒng)保護(hù) .1711.4保護(hù)原理 .1711.4.1

2、RCS-985系列差動(dòng)保護(hù) .1711.4.2工頻變化量比率差動(dòng)保護(hù) .2111.4.3后備保護(hù) .2311.4.3.1阻抗保護(hù) .2311.4.3.2復(fù)合電壓閉鎖過(guò)流 .2411.4.3.3復(fù)合電壓閉鎖方向過(guò)流 .2511.4.3.4零序方向過(guò)流保護(hù) .2611.4.3.5發(fā)電機(jī)復(fù)合電壓過(guò)流保護(hù) .2711.4.4發(fā)電機(jī)匝間保護(hù) .2811.4.4.1發(fā)電機(jī)高靈敏橫差保護(hù) .2811.4.4.2縱向零序電壓保護(hù) .2811.4.4.3一次斷線閉鎖判據(jù) .2911.4.4.4工頻變化量匝間保護(hù) .2911.4.5發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù) .3011.4.5.1零序電壓定子接地保護(hù) .3011.4.5

3、.2三次諧波電壓比率定子接地保護(hù) .3011.4.5.3三次諧波電壓差動(dòng)定子接地保護(hù) .3011.4.5.4斷線閉鎖原理 .3011.4.6外加電源式發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù) .3111.4.6.1接地電阻定子接地判據(jù) .3211.4.6.2接地電流定子接地判據(jù) .3211.4.6.3外加電源回路故障閉鎖原理 .3211.4.6.4外加電源式定子接地保護(hù)出口邏輯 .3311.4.7發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù) .3311.4.7.1轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù) .3311.4.7.2轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地保護(hù) .3411.4.7.3轉(zhuǎn)子接地保護(hù)出口邏輯 .3411.4.8發(fā)電機(jī)定子過(guò)負(fù)荷保護(hù) .3411.4.8.1定時(shí)限定子過(guò)負(fù)荷

4、保護(hù) .3411.4.8.2定時(shí)限定子過(guò)負(fù)荷出口邏輯 .3511.4.8.3反時(shí)限定子過(guò)負(fù)荷保護(hù) .3511.4.8.4反時(shí)限定子過(guò)負(fù)荷出口邏輯 .3611.4.9發(fā)電機(jī)失磁保護(hù) .3611.4.9.1失磁保護(hù)原理 .3611.4.9.2失磁保護(hù)出口邏輯 .3711.4.10其他保護(hù) .3911.5廠用電保護(hù) .4111.5.1廠用電源的保護(hù) .4111.5.2 WDZ-410保護(hù)原理 .4311.5.3 WDZ-440EX保護(hù)原理 .4611.5.4 400v廠用電保護(hù) .5111.6故障錄波裝置 .5211.7微機(jī)小電流系統(tǒng)接地選線裝置 .5211.7.1小接地電流系統(tǒng)概述 .5311.7

5、.2本裝置選線原理 .5311.8繼電保護(hù)的故障處理 .5411.8.1微機(jī)保護(hù)及自動(dòng)裝置運(yùn)行 .5411.8.2微機(jī)保護(hù)裝置故障處理 .5511.8.3對(duì)于微機(jī)保護(hù)投用/停用要求 .5611.8.4保護(hù)異常處理 .5711.8.5 500 kV系統(tǒng)保護(hù)投運(yùn)操作 .573 / 57第11章 發(fā)電廠設(shè)備的繼電保護(hù)11.1發(fā)電機(jī)故障、不正常狀態(tài)和運(yùn)行方式發(fā)電機(jī)是電力系統(tǒng)中最主要的設(shè)備，特別是大容量機(jī)組大量應(yīng)用后，如何保障發(fā)電機(jī)在在電力系統(tǒng)中 的安全運(yùn)行就相當(dāng)重要。由于大容量機(jī)組一般采用直接冷卻技術(shù)，體積和質(zhì)量并不隨容量成比例增大，從 而使得大型發(fā)電機(jī)各參數(shù)與中小型發(fā)電機(jī)已大不相同，因此故障和不正常

6、運(yùn)行時(shí)的特性也與中小型機(jī)組有 了較大差異，給保護(hù)帶來(lái)復(fù)雜性。11.1.1發(fā)電機(jī)的故障1、定子繞組的相間短路 發(fā)電機(jī)定子繞組發(fā)生相間短路若不及時(shí)切除，將燒毀整個(gè)發(fā)電機(jī)組，引起極為嚴(yán)重的后果，必須有二 套或兩套以上的快速保護(hù)反應(yīng)此類(lèi)故障。對(duì)于相間短路，國(guó)內(nèi)外均裝設(shè)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)裝置，瞬時(shí)動(dòng)作于全 停。2、定子繞組匝間短路 發(fā)電機(jī)定子繞組發(fā)生匝間短路會(huì)在短路環(huán)內(nèi)產(chǎn)生很大的電流，國(guó)內(nèi)外都有因匝間短路燒傷甚至燒毀發(fā) 電機(jī)組的報(bào)道。因此發(fā)生定子繞組匝間短路應(yīng)快速將發(fā)電機(jī)切除。發(fā)電機(jī)定子繞組發(fā)生匝間短路會(huì)在短路環(huán)內(nèi)產(chǎn)生很大電流。由于工作原理不同，發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)將不 能反應(yīng)。目前為止，反應(yīng)發(fā)電機(jī)定子匝間短路的保

7、護(hù)有：?jiǎn)卧M差保護(hù)、負(fù)序功率方向?？v向零序電壓 保護(hù)和轉(zhuǎn)子二次諧波電流保護(hù)。大型發(fā)電機(jī)組由于技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上的考慮，三相繞組中性點(diǎn)側(cè)只引出三個(gè) 端子，沒(méi)有條件裝設(shè)高靈敏橫差保護(hù)。 負(fù)序功率方向保護(hù)的靈敏度受系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)負(fù)序電抗變化影響較大；縱向零序電壓保護(hù)需要單獨(dú)裝設(shè)全絕緣的電壓互感器，容易受電壓互感器斷線等的影響，誤動(dòng)率高；轉(zhuǎn)子 二次諧波電流保護(hù)必須增設(shè)負(fù)序功率方向閉鎖，整定計(jì)算復(fù)雜。這幾類(lèi)匝間保護(hù)運(yùn)行效果很差（誤動(dòng)情況 嚴(yán)重），因而其應(yīng)用都受到了限制。3、定子單相接地 定子單相接地并不屬于短路性故障，但由于以下幾個(gè)方面的原因，對(duì)單相接地故障卻要求靈敏又可靠 地反應(yīng)： 1）很多大容量機(jī)組中性

8、點(diǎn)都是經(jīng)高阻接地；2）電容電流會(huì)灼傷故障點(diǎn)的鐵芯； 3）絕大部分短路都是首先由于單相接地沒(méi)有及時(shí)進(jìn)行處理發(fā)展而成； 4）接地時(shí)非接地相電壓升高，影響絕緣。定子繞組的單相接地（定子繞組與鐵芯間的絕緣破壞）是發(fā)電機(jī)最常見(jiàn)的一種故障，定子故障接地電 流超過(guò)一定值就可能造成發(fā)電機(jī)定子鐵芯燒壞，而且發(fā)電機(jī)單相接地故障往往是相間或匝間短路的先兆， 大型發(fā)電機(jī)在系統(tǒng)中的地位重要，鐵芯制造工藝復(fù)雜、造價(jià)昂貴，檢修困難，所以對(duì)于大型發(fā)電機(jī)的定子 接地電流大小和保護(hù)性能提出了嚴(yán)格的要求。在我國(guó)，為了確保大型發(fā)電機(jī)的安全，不使單相接地故障發(fā)展成相間故障或匝間短路，使單相接地故 障處不產(chǎn)生電弧或者使接地電弧瞬間熄滅，

9、這個(gè)不產(chǎn)生電弧的最大接地電流被定義為發(fā)電機(jī)單相接地的安 全電流。其值與發(fā)電機(jī)額定電壓有關(guān)， 18kV 及以上發(fā)電機(jī)接地電流允許值為 1A 。發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)接地方式與定子接地保護(hù)的構(gòu)成密切相關(guān)，同時(shí)中性點(diǎn)接地方式與單相接地故障電 流、定子繞組過(guò)電壓等問(wèn)題有關(guān)。 大型發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式和定子接地保護(hù)應(yīng)該滿(mǎn)足三個(gè)基本要求， 即：1）故障點(diǎn)電流不應(yīng)超過(guò)安全電流，否則保護(hù)應(yīng)動(dòng)作于跳閘。2）保護(hù)動(dòng)作區(qū)覆蓋整個(gè)定子繞組；有 100% 保護(hù)區(qū)，保護(hù)區(qū)內(nèi)任一點(diǎn)接地故障應(yīng)有足夠高的靈敏度。3）暫態(tài)過(guò)電壓數(shù)值較小，不威脅發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行。大型發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)采用何種接地方式，國(guó)內(nèi)一直存在著是采用消弧線圈還是采用高阻接

10、地爭(zhēng)議。建議 采用消弧線圈接地者，認(rèn)為可以將接地電流限制在安全接地電流以下，熄滅電弧防止故障發(fā)展，從而可以 爭(zhēng)取時(shí)間使發(fā)電機(jī)負(fù)荷平穩(wěn)轉(zhuǎn)移后停機(jī)，減小對(duì)電網(wǎng)的沖擊。而實(shí)際上我國(guó)就曾有過(guò)發(fā)電機(jī)接地電流雖小 于安全電流，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行最終還是發(fā)展成相間短路的教訓(xùn)。中性點(diǎn)經(jīng)配電變壓器高阻接地方式是國(guó)際上與變壓器接成單元的大中型發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)最廣泛采用的 一種接地方式，設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)配電變壓器接地， 主要是為了降低發(fā)電機(jī)定子繞組的過(guò)電壓 （不超 2.6 倍的額定相電壓） ，極大地減少發(fā)生諧振的可能性，保護(hù)發(fā)電機(jī)的絕緣不受損。但是發(fā)電機(jī)單相容量的增 大，一般使三相定子繞組對(duì)地電容增加，相應(yīng)的單相接地電容電流

11、也增大，另外，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)配電變 壓器高阻接地必然導(dǎo)致單相接地故障電流的增大， 其數(shù)值美、 日、法、瑞士等國(guó)以控制在 15A 以下為標(biāo)準(zhǔn)， 這些國(guó)家認(rèn)為在此電流下持續(xù) 510min,定子鐵芯只受輕微損傷。為保證大型發(fā)電機(jī)的安全，中性點(diǎn)經(jīng)配 電變壓器高阻接地的 600MW 機(jī)組必須使定子接地保護(hù)動(dòng)作于發(fā)電機(jī)故障停機(jī)。4、失磁 由于勵(lì)磁設(shè)備故障、勵(lì)磁繞組短路等會(huì)引發(fā)失磁（全失磁和部分失磁），使發(fā)電機(jī)進(jìn)入異步運(yùn)行，對(duì)系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行都會(huì)有很大的影響。大機(jī)組要求及時(shí)準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)出失磁故障。5、轉(zhuǎn)子一點(diǎn)、二點(diǎn)接地故障。大型發(fā)電機(jī)組的勵(lì)磁電壓高， 如采用雙水內(nèi)冷時(shí)， 勵(lì)磁繞組對(duì)地絕緣水平低， 當(dāng)勵(lì)磁

12、回路一點(diǎn)接地時(shí)， 由于沒(méi)有電流通過(guò)故障點(diǎn)， 可以繼續(xù)運(yùn)行。 如果再出現(xiàn)另一點(diǎn)接地時(shí)， 將造成短路， 可能燒壞繞組和轉(zhuǎn)子。 由于轉(zhuǎn)子的磁通對(duì)稱(chēng)性遭到破壞，將引起發(fā)電機(jī)組劇烈的振動(dòng)，并使汽輪機(jī)磁化，故要求勵(lì)磁繞組一點(diǎn)接 地時(shí)發(fā)信號(hào)，兩點(diǎn)接地時(shí)停機(jī)。11.1.2發(fā)電機(jī)不正常運(yùn)行狀態(tài)由于發(fā)電機(jī)是旋轉(zhuǎn)設(shè)備，一些不正常的運(yùn)行狀態(tài)將會(huì)嚴(yán)重威脅發(fā)電機(jī)的運(yùn)行安全，因此對(duì)以下?tīng)顟B(tài)的 處理也同樣必須及時(shí)，準(zhǔn)確。1、 定子負(fù)序過(guò)流。發(fā)電機(jī)承受負(fù)序過(guò)流的能力非常弱，很小的負(fù)序電流流經(jīng)定子繞組，就可能會(huì)引起轉(zhuǎn)子鐵芯的嚴(yán)重過(guò) 熱，甚至燒損發(fā)電機(jī)的鐵芯、槽楔和護(hù)環(huán)。大機(jī)組一般都配置兩套反應(yīng)負(fù)序過(guò)流的保護(hù)。2、 定子對(duì)稱(chēng)電流。

13、當(dāng)外部發(fā)生對(duì)稱(chēng)三相短路時(shí)，會(huì)引起發(fā)電機(jī)定子過(guò)熱，因此應(yīng)有反映對(duì)稱(chēng)過(guò)流的保護(hù)。3、 過(guò)負(fù)荷當(dāng)發(fā)電機(jī)過(guò)負(fù)荷時(shí)，應(yīng)及時(shí)報(bào)警。4、 過(guò)電壓 由于勵(lì)磁等原因引起過(guò)電壓時(shí)，會(huì)影響發(fā)電機(jī)的絕緣壽命，因此必須有反映過(guò)電壓的保護(hù)5、 過(guò)勵(lì)磁 當(dāng)電壓升高、頻率降低時(shí)，可引起發(fā)電機(jī)和主變壓器過(guò)勵(lì)磁，從而使發(fā)電機(jī)過(guò)熱而損壞，需裝設(shè)反應(yīng) 過(guò)勵(lì)磁的保護(hù)。6、 頻率異常 發(fā)電機(jī)在非額定頻率下運(yùn)行，可能會(huì)引起共振，使發(fā)電機(jī)疲勞損傷，應(yīng)配置頻率異常保護(hù)7、 發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)之間失步 當(dāng)發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)之間失步時(shí)， 巨大的交換功率使發(fā)電機(jī)無(wú)法承受而損壞， 應(yīng)配有監(jiān)測(cè)失步的保護(hù)裝置。8 、 誤上電由于大容量機(jī)組出現(xiàn)一般采取 3/2 接線，

14、在發(fā)電機(jī)并網(wǎng)前誤合發(fā)電機(jī)斷路器的幾率增大，國(guó)外又由于誤合閘而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)損傷的報(bào)道。9、 啟停機(jī)故障 發(fā)電機(jī)組在沒(méi)有給勵(lì)磁前，有可能發(fā)生了絕緣破環(huán)的故障，若能在并網(wǎng)之前及時(shí)檢測(cè)，就可以避免更 大的事故發(fā)生。對(duì)于大型發(fā)電機(jī)組，具有啟停機(jī)故障檢測(cè)功能對(duì)發(fā)電機(jī)組的安全將十分有利。10、逆功率 發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行中，從系統(tǒng)中吸收有功時(shí)，則會(huì)引起汽輪發(fā)電機(jī)的鼓風(fēng)損失而引起汽輪機(jī)發(fā)熱損壞。11.2變壓器故障、不正常狀態(tài)和運(yùn)行方式根據(jù)我國(guó)的實(shí)際情況，變壓器和發(fā)電機(jī)與高壓輸電線路元件相比，故障幾率比較小，但其故障后對(duì)電 力系統(tǒng)和發(fā)電廠的正常生產(chǎn)影響很大。對(duì)于超大容量三相一體式主變，本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)昂貴、運(yùn)輸檢 修

15、困難，如果發(fā)生故障不能及時(shí)卻除，將會(huì)造成電網(wǎng)沖擊、變壓器的嚴(yán)重?fù)p壞，不僅給電廠造成巨大的經(jīng) 濟(jì)損失，而且在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)給電網(wǎng)造成巨5 / 57大的負(fù)荷缺口壓力。我公司裝設(shè)了發(fā)電機(jī)出口裝設(shè)開(kāi)關(guān)， 它的好處是， 在發(fā)電機(jī)停機(jī)狀態(tài)下可以通過(guò)主變壓器倒送廠用電， 省卻了廠用電倒閘操作， 省卻了啟動(dòng)變壓器， 全廠只設(shè) 1 臺(tái)分裂變作為啟動(dòng)備用變壓器供機(jī)組安全停機(jī)用。 這樣就對(duì)主變壓器和廠高變保護(hù)的安全性提出了很高的要求，任何一個(gè)變壓器保護(hù)誤跳閘將直接導(dǎo)致機(jī)組 停機(jī)和廠用失壓。1、 相間短路 這是變壓器最嚴(yán)重的故障類(lèi)型。 它包括變壓器箱體內(nèi)部的相間短路和引出線 （從套管出口到電流互感 器之間的電氣一次引出線

16、）的相間短路。由于相間短路給電網(wǎng)造成巨大沖擊，會(huì)嚴(yán)重地?zé)龘p變壓器本體設(shè) 備，嚴(yán)重時(shí)使得變壓器整體報(bào)廢，因此，當(dāng)變壓器發(fā)生這種類(lèi)型的故障時(shí)，要求瞬時(shí)切除故障。2、接地（或?qū)﹁F芯）短路 顯然這種短路故障只會(huì)發(fā)生在中性點(diǎn)接地的系統(tǒng)一側(cè)。對(duì)這種故障的處理方式和相間短路故障是相同 的，但同時(shí)要考慮接地短路發(fā)生在中性點(diǎn)附近時(shí)的靈敏度。3、匝間或?qū)娱g短路對(duì)于大型變壓器， 為改善其沖擊過(guò)電壓性能， 廣泛采用新型結(jié)構(gòu)和工藝， 匝間短路問(wèn)題顯得比較突出。 當(dāng)短路匝數(shù)少，保護(hù)對(duì)其反應(yīng)靈敏度又不足時(shí)，在短路環(huán)內(nèi)的大電流往往會(huì)引起鐵芯的嚴(yán)重?zé)龘p。如何選 擇和配置靈敏的匝間短路保護(hù)，對(duì)大型變壓器就顯得比較重要。4、鐵芯局

17、部發(fā)熱和燒損 由于變壓器內(nèi)部電磁場(chǎng)分布不均勻、制造工藝水平差、繞組絕緣水平下降、鐵芯絕緣損壞、鐵芯兩點(diǎn) 接地等因素，會(huì)使鐵芯局部發(fā)熱和燒損，繼而引發(fā)更嚴(yán)重的相間短路。因此，應(yīng)檢測(cè)這類(lèi)故障并及時(shí)采取 措施。5、 油面下降 由于變壓器漏油等原因造成變壓器內(nèi)油面下降， 會(huì)引起變壓器內(nèi)部繞組過(guò)熱和絕緣水平下降， 給變壓 器的安全運(yùn)行造成危害。因此當(dāng)變壓器油面下降時(shí)，應(yīng)及時(shí)檢測(cè)處理11.2.1變壓器不正常運(yùn)行狀態(tài)變壓器的不正常運(yùn)行狀態(tài)是指變壓器本體沒(méi)有發(fā)生故障，但外部環(huán)境變化后引起了變壓器如下的非正 常工作狀態(tài)。這種非正常運(yùn)行狀態(tài)不及時(shí)處理或告警，預(yù)示著將會(huì)引發(fā)變壓器的內(nèi)部故障。因此，從這種 觀點(diǎn)看，這

18、一類(lèi)保護(hù)也可稱(chēng)之為故障預(yù)測(cè)保護(hù)。1、變壓器過(guò)負(fù)荷變壓器有一定的過(guò)負(fù)荷能力， 但若長(zhǎng)期過(guò)負(fù)荷下運(yùn)行， 會(huì)加速變壓器繞組絕緣的老化， 降低絕緣水平， 縮短使用壽命。單側(cè)單源的三繞組降壓變壓器，三側(cè)繞組容量不同時(shí)，在電源側(cè)和容量較小的的繞組側(cè)裝設(shè)過(guò)負(fù)荷保 護(hù)。對(duì)于發(fā)電機(jī)變壓器組，發(fā)電機(jī)比變壓器的過(guò)負(fù)荷能力低，一般發(fā)電機(jī)已裝設(shè)對(duì)稱(chēng)和不對(duì)稱(chēng)過(guò)負(fù)荷保 護(hù)，故變壓器可不再裝設(shè)過(guò)負(fù)荷保護(hù)。2、變壓器過(guò)電流 過(guò)電流一般是由于外部短路后，大電流流經(jīng)變壓器而引起的。如果不及時(shí)切除，變壓器在這種電流下 會(huì)燒損，一般要求和區(qū)外保護(hù)配合后，經(jīng)延時(shí)切除變壓器。3、變壓器零序過(guò)流 中性點(diǎn)接地的變壓器發(fā)生內(nèi)部接地故障或外部接地

19、故障，均會(huì)使中性點(diǎn)流過(guò)零序電流，變壓器零序保 護(hù)能反應(yīng)這種故障，有選擇地將變壓器切除，將故障點(diǎn)隔離。4、其他故障：如通風(fēng)設(shè)備故障、冷卻器故障等，這些故障也必須做出相應(yīng)的處理。11.3金陵電廠保護(hù)配置發(fā)電機(jī)和主變保護(hù)主要有：1、 相間短路保護(hù)2、 100及 90定子接地保護(hù)3 、 失磁保護(hù)4、 負(fù)序保護(hù)5、 V/HZ 保護(hù)6、 逆功率保護(hù)7、 失步保護(hù)8 、 低頻保護(hù)9、 電壓保護(hù)10、發(fā)電機(jī)誤上電保護(hù)11、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)12、氫氣失壓保護(hù)13、高壓斷路器閃絡(luò)保護(hù)14、后備阻抗保護(hù)15、高壓零序過(guò)電流保護(hù)16、過(guò)負(fù)荷保護(hù)17、CT 二次回路開(kāi)路保護(hù)金陵電廠發(fā)電機(jī)變壓器組保護(hù)由發(fā)電機(jī)保護(hù)A1 柜、A2 柜、主變保護(hù) B1 柜、B2 柜、