發(fā)變組保護講義課件

發(fā)變組保護講解人：鄔俊常見故障及保護配置一、常見故障及保護配置1.發(fā)電機常用見的故障和不正常工作狀態(tài)1.1常見的故障:定子繞組相間短路，-故障率最高定子繞組匝間短路;(1)同相同分支繞組的匝間短路;(2)同相不同分支繞組間的匝間短路;定子繞組單相接地短路;轉子繞組一點或兩點接地接地;低勵失磁;1.2常見的不正常工作狀態(tài):定子過負荷和定子繞組過電流;定子繞組過電壓;三相電流不對稱;失步;逆功率;過勵磁;轉子繞組過負荷;常見故障及保護配置常見故障及保護配置2.2常見的不正常工作狀態(tài)變壓器常見的不正常工作狀態(tài)包括：外部故障或過負荷引起的過電流；油箱漏油造成的油面降低；變壓器中性點電壓升高；外加電壓過高或頻率過低引起的過勵磁。3.發(fā)電機保護的配置縱聯(lián)差動保護:反應定子繞組及其引出線的相間短路;匝間保護:反應定子繞組的匝間短路故障;單相接地保護:反應定子繞繞組單相接地故障;包括基波零序電壓和三次諧波電壓比率接地保護。轉子回路接地保護:反應轉子回路一點和兩點接地故障;低勵、失磁保護:防止大型發(fā)電機低勵或失磁后，從系統(tǒng)中吸收大量無功功率對系統(tǒng)產(chǎn)生的不利影響;過負荷保護:防止發(fā)電機長期過負荷運行,大型發(fā)電機分別裝設有定子過負荷和轉子繞組過負荷保護;常見故障及保護配置定子繞組過電流保護:發(fā)電機縱差保護的后備保護,同時也可以做發(fā)電機外部故障的后備保護;包括定時限和反時限過電流。定子繞組過電壓保護:用以切除機組突然甩負荷后引起的定子繞組過負荷;負序過電流保護:防止電力系統(tǒng)發(fā)生不對稱短路或者三相負荷不對稱時,定子繞組中產(chǎn)生的負序電流對發(fā)電機造成危害;可分為定時限負序過電流、反時限負序過電流。失步保護:大型發(fā)電機應裝設反應系統(tǒng)振蕩過程的失步保護;逆功率保護:當汽輪機主汽門關閉時,發(fā)電機出口開關未跳閘時,發(fā)電機失去原動力變成電動機運行時,會對汽輪機尾部葉片造成危害,所以大型機組要設逆功率保護用于保護汽輪機;常見故障及保護配置常見故障及保護配置程序逆功率：在逆功率的基礎上加上了汽輪機主汽門的位置閉鎖，即只有保護收到汽輪機主汽門關閉的信號且滿足逆功率定值時，保護才會動作。過勵磁保護:防止發(fā)電機及變壓器因過勵磁造成的危害;頻率異常保護:大型發(fā)電機允許的頻率變化范圍是48.5-50.5Hz,當頻率過低或過高時,會對汽機輪葉片造成危害,頻率異常保護就是防止汽輪機葉片及其拉金的斷裂事故.可分為低頻保護和過頻保護。誤上電（突加電壓）保護：防止發(fā)電機在不具備并網(wǎng)條件下，發(fā)電機出口開關誤合閘，對電網(wǎng)和發(fā)電機造成危害。啟停機保護：在發(fā)電機啟、停機過程中，反應定子繞組相間短路和單相接地故障。常見故障及保護配置發(fā)變組、主變、高廠變、勵磁變保護配置發(fā)變組差動保護：可以同時保護發(fā)電機、主變、高廠變及其之間引線的相間短路故障。主變差動保護：反應主變及其套管引出線的相間短路故障。高廠變差動保護：反應高廠變及套管引出線的相間短路。主變復合電壓過流保護：主變、高壓母線和相鄰線路故障的后備保護。主變高壓側單相接地保護：主變高壓側單相接地故障的后備保護。主變通風啟動保護：當電流超過整定值時，啟動主變冷卻器。主變高壓側間隙保護：主變高壓側中性點經(jīng)間隙接地運行時主變的后備保護。常見故障及保護配置發(fā)變組非電量保護的配置：發(fā)電機斷水保護；主變瓦斯保護，包括重瓦斯和輕瓦斯；主變壓力釋放保護；主變溫度保護，包括油溫和繞組溫度；主變油位異常保護；主變冷卻器全停保護；高廠變瓦斯保護，包括重瓦斯和輕瓦斯；高廠變壓力釋放保護；高廠變溫度保護，包括油溫和繞組溫度；高廠變油位異常保護；保護原理式中IT、IN分別為發(fā)電機機端和中性點二次電流，Iop為差動電流,Ires為制動電流；當發(fā)電機正常運行或外部故障時，可以計算得出差動電流Iop=0（不考慮不平衡電流）；而制動電流Ires=Id，此時保護不動作；當發(fā)電機內(nèi)部發(fā)生故障時，Iop=Id,而Ires=0，此時保護可靠動作；動作方程：保護原理比率制動式差動保護的動作特性式中：Iop.0為最小動作電流；Ires.0為最小制動電流；S為比率制動斜率。保護原理縱差保護的動作特性1.2變斜率比率制動式差動保護變斜率比率制動式差動的動作特性：保護原理縱差保護的動作方程:差動電流、制動電流的計算公式：保護原理其中，Id為差動電流；Ir為制動電流；Icdqd為差動電流起動定值；Ie為額定電流；IT和IN分別為發(fā)電機機端和中性點CT二次電流；Kbl為比率差動制動系數(shù)；Kblr為比率差動制動系數(shù)增量；Kbl1為起始比率差動斜率；Kbl2為最大比率差動斜率；n為最大斜率時的制動電流倍數(shù)，固定取6。保護原理式中：Id為差動電流；Ir為制動電流；I1、I2、I3、I4、I5分別為變壓器各側電流二次值。3.2勵磁涌流閉鎖原理勵磁涌流:變壓器在空載合閘或外部故障切除后電壓突然恢復的過程中，可能會產(chǎn)生很大的沖擊電流，其數(shù)值可達變壓器額定電流的6~8倍，這個電流稱之為勵磁涌流。

保護原理如果變壓器一次側合閘瞬間正好是電壓過零時，由于變壓器鐵芯中的磁通相位落后電壓90度，所以此時鐵芯中的磁通為最大，但是磁通是不能突變的，所以鐵芯中會產(chǎn)生一個方向相反隨時間衰減的直流磁通來抵消這個最大值，經(jīng)過半個周期后，這個直流磁通又與交流磁通方向相同，二者相加，就使得鐵芯飽和，就會產(chǎn)生很大的激磁涌流。經(jīng)過若干個周期以后，直流磁通完全衰竭，鐵芯中就是正常工作的額定交流磁通了。保護原理諧波制動原理采用三相電流中二次諧波與基波的比值作為勵磁涌流閉鎖的判據(jù)，動作方程為：其中I2為每相差動電流中的二次諧波，I1為對應相的差流基波，K2xb為二次諧波制動系數(shù)整定值。當任一相電流中二次諧波的含量超過基波含量的一定值時，閉鎖差動保護。保護原理3發(fā)電機匝間保護3.1單元件式橫差保護對于雙Y接線的定子繞組，匝間短路故障時會在兩中性點連線中出現(xiàn)電流，因此取用中性點連線上的電流可以構成定子繞組的匝間短路保護。這種匝間短路保護要求發(fā)電機必須是雙Y接線，且中性點有六個引出端子，具有一定的局限性。公司的發(fā)電機也是雙Y接線，但是中性點引出線只有三個端子，所以無法采用橫差保護。保護原理3.2縱向零序電壓構成的匝間保護發(fā)電機內(nèi)部匝間短路表現(xiàn)為機端三相對中性點的不平衡（發(fā)電機中性點不直接接地），即對中性點而言機端三相出現(xiàn)縱向零序電壓；當發(fā)電機內(nèi)部或外部發(fā)生單相接地故障時，機端三相對地出現(xiàn)橫向零序電壓。為了檢測發(fā)電機的匝間短路（包括定子繞組開焊故障），必須測量縱向零序電壓但又不反應橫向零序電壓，以免混淆單相接地故障和不對稱短路，為此在發(fā)電機機端裝設一組專用電壓互感器，其一次側中性點與發(fā)電機中性點直接相連，且不接地，用于采集縱向零序電壓。保護原理我公司的匝間保護由經(jīng)工頻變化量負序功率方向閉鎖的高定值段匝間保護和電流比率制動式縱向零序電壓構成的靈敏段匝間保護組成，電流比率制動縱向零序電壓的動作方程為：保護原理式中，Uzo為機端縱向零序電壓，Uzozd為縱向零序電壓整定值，Imax為機端相電流最大值，I2為發(fā)電機機端負序電流，Kzo為比率制動系數(shù)，Ie為發(fā)電機額定電流，制動系數(shù)受工頻變化量負序功率方向影響。保護原理4發(fā)電機定子繞組接地保護4.1基波定子繞組接地保護正常情況下:發(fā)電機三相電壓中的基波零序電壓3U0很??；單相接地故障時:就出現(xiàn)3U0,其大小與故障點位置有關。動作方程：Un0>U0zd式中，Un0為發(fā)電機中性點零序電壓，U0zd為零序電壓整定值?；阈螂妷罕Ｗo能保護發(fā)電機定子繞組從機端到中性點的85%-95%，并不能保護全部定子繞組，存在死區(qū)。保護原理4.2三次諧波定子接地保護正常運行時:機端三次諧波電壓US3<中性點三次諧波電壓UN3；單相接地時：US3/UN3＝（1－α）/α，α<50%時，US3≥UN3三次諧波電壓定子接地保護只能保護發(fā)電機中性點附近25%的范圍。三次諧波保護動作方程：US3/UN3＞Ｋ3wzd式中Ｋ３為三次諧波電壓比值整定值。由基波零序電壓和三次諧波電壓共同構成發(fā)電機定子繞組的100%接地保護。保護原理5發(fā)電機轉子接地保護5.1轉子一點接地保護轉子接地保護采用乒乓式切換采樣原理，工作電路如下圖：保護原理切換圖中的S1、S2電子開關，得到相應回路方程，通過求解方程，可以得到轉子接地電阻Rg，接地位置ɑ。將計算得出的Rg與整定值進行比較，當Rg小于整定值時，發(fā)出轉子繞組一點接地報警或跳閘。5.2轉子二點接地保護若轉子一點接地保護動作于報警方式時，當轉子一點接地保護動作后，延時自動投入轉子兩點接地保護，當接地位置ɑ發(fā)生變化，且改變量達到某一定值時，判為轉子兩點接地故障，動作于跳閘。保護原理6發(fā)電機過負荷保護6.1定子繞組過負荷定子繞組過負荷反應發(fā)電機定子繞組的平均發(fā)熱情況。由定時限和反時限兩部分組成。其反時限動作方程為：式中，KSzd:發(fā)電機發(fā)熱時間常數(shù)；Ksrzd:發(fā)電機散熱效應系數(shù)；Iezd:發(fā)電機額定電流二次值；t:保護實際動作時間。保護原理定子繞組過負荷動作曲線圖圖中，tmin:反時限上限延時定值，tmax:反時限下限延時定值，Iszd:反時限起動定值，Ih:上限電流限值。保護原理6.2負序過負荷保護負序地負荷保護反應發(fā)電機轉子表層過熱狀況，也可反應負序電流引起的其它異常。同樣由定時限和反時限兩部分組成。其反時限動作方程為：式中，I2:發(fā)電機負序電流，Iezd:發(fā)電機額定電流，I2l:發(fā)電機長期允許負序電流（標么值），A:轉子負序發(fā)熱常數(shù)。保護原理負序過負荷動作曲線：圖中，tmin:反時限上限延時定值，tmax:反時限下限延時定值，I2szd:反時限負序電流起動定值，I2h:上限負序電流限值。保護原理7發(fā)電機失磁保護發(fā)電機失磁對發(fā)電機和系統(tǒng)的危害：從系統(tǒng)中吸收大量無功功率，使系統(tǒng)電壓降低，可能導致系統(tǒng)不穩(wěn)定；發(fā)電機失磁進入異步運行狀態(tài)，轉子表面感應差頻電流，引起轉子過熱；定子過電流；異步運行后，發(fā)電機轉矩、有功功率劇烈波動。保護原理發(fā)電機失磁保護的判據(jù)低電壓判據(jù)：一般取母線三相電壓，也可以選擇發(fā)電機機端三相電壓。三相同時低電壓判據(jù)：Upp<Ulezd定子側阻抗判據(jù)異步阻抗圓或靜穩(wěn)邊界圓，動作方程為：保護原理XA：靜穩(wěn)邊界圓，可按系統(tǒng)阻抗整定，異步阻抗圓，XA=0.5X`dXB:隱極機取Xd+0.5X`d，凸極機取0.5(Xd+Xq)+0.5X`d對于阻抗判據(jù)，可以選擇與無功反向判據(jù)結合：Q<-Qzd對于靜穩(wěn)阻抗繼電器，特性如下圖。圖中陰影部分為動作區(qū)，虛線為無功反向動作邊界。保護原理對于異步阻抗繼電器，特性如下圖：保護原理轉子側判據(jù)轉子低電壓判據(jù)：Ur<Urlzd發(fā)電機的變勵磁電壓判據(jù)Ur<Kr*Xdz*(P-Pt)*Uf0式中Xdz=Xd+Xs，Xd為發(fā)電機同步電抗標么值，Xs為系統(tǒng)聯(lián)系電抗標么值，P為發(fā)電機輸出功率標么值，Pt為發(fā)電機凸極功率幅值標么值。對于汽輪機Pt=0，Uf0為發(fā)電機勵空載額定電壓有名值，Kr為可靠系數(shù)。保護原理失磁故障時，如Ur突然下降到零或負值，勵磁低電壓判據(jù)迅速動作（在發(fā)電機抵達靜穩(wěn)極限之前），失磁或低勵故障時，Ur逐漸下降到零或減至某一值，變勵磁低電壓判據(jù)動作。低勵、失磁故障將導致機組失步，失步后Ur和發(fā)電機輸出功率作大幅度波動，通常會使勵磁電壓判據(jù)、變勵磁電壓判據(jù)周期性地動作與返回，因此低勵、失磁故障的勵磁電壓元件在失步后（進入靜穩(wěn)邊界圓）延時返回。保護原理減出力判據(jù)減出力判據(jù)采用有功功率判據(jù)：P>Pzd失磁后導致發(fā)電機失步后，發(fā)電機輸出功率在一定范圍內(nèi)波動，P取一個振蕩周期內(nèi)的平均值。Pzd按機組容量的（40~50）%整定，在失磁情況下，當滿足該條件時，完成減出力。失磁保護是根據(jù)這些判據(jù)進行合理組合，組成不同的動作段，根據(jù)失磁的嚴重程度，選擇不同的出口方式。保護原理8失步保護失步保護反應發(fā)電機失步振蕩引起的異步運行，保護采用三元件失步繼電器動作特性，如下圖：保護原理圖中，①為透鏡部分，它把阻抗平面分成透鏡內(nèi)I和透鏡外的部分O。②為遮擋器特性，它把阻抗平面分成左半部分L和右半部分R。兩種特性的結合，把阻抗平面分成四個區(qū)OL、IL、IR、OR，阻抗軌跡順序穿過四個區(qū)（OL→IL→IR→OR或OR→IR→IL→OL），并在每個區(qū)停留時間大于一時限，則保護判為發(fā)電機失步振蕩。每順序穿過一次，保護的滑極計數(shù)加1，到達整定值時，保護動作。③為電抗線特性，它把動作區(qū)一分為二，電抗線以上為I段，電抗線以下為II段。阻抗軌跡順序穿過四個區(qū)時位于電抗線以下，則認為振蕩中心位于發(fā)變組內(nèi)，位于電抗線以上，則認為振蕩中心位于發(fā)變組外。保護原理9逆功率保護9.1逆功率保護由于各種原因?qū)е掳l(fā)電機失去原動力，發(fā)電機變?yōu)殡妱訖C運行時，此時為防止汽輪機葉片等損壞，需要配置逆功率保護。其動作判據(jù)為：P≤-RPzd9.2程序逆功率保護發(fā)電機在各種過負荷等異常運行動作后，需要程序跳閘時，保護先關閉主汽門，由程序逆功率保護經(jīng)主汽門接點閉鎖和發(fā)變組斷路器位置接點閉鎖，延時動作于跳閘。常見故障三、常見的故障3.1微機保護的優(yōu)點目前，微機保護已經(jīng)普遍應用，微機保護的優(yōu)點明顯，具有可靠性高，精度高，速度快，功能多；靈活性大，通過軟件可以很方便的改變保護與控制特性，利用邏輯判斷實現(xiàn)各種互鎖，一種類型硬件利用不同軟件，可構成不同類型的保護；維護調(diào)試方便，硬件種類少，線路統(tǒng)一，外部接線簡單，大大減少了維護工作量，保護調(diào)試與整定利用輸入按鍵或上方計算機下傳來進行，調(diào)試簡單方便；經(jīng)濟性好，性能價格比高。常見故障3.2常見的故障裝置電源故障裝置電源是將110V或220V直流電源轉