發(fā)電機-變壓器組短路故障后備保護

發(fā)電機—變壓器組短路故障后備保護（一）概論發(fā)電機—變壓器組單元接線方式的機組容量一般在10萬kW以上。這些發(fā)電機按規(guī)定裝設后備保護后，變壓器低壓側就無需另裝后備保護。當發(fā)電機（特別是直接冷卻方式）已裝設轉子表層負序過負荷保護（即負序電流反時限保護）時，只要該保護能對相鄰高壓母線相間短路具有必要的靈敏度，而且與有關保護滿足時間配合的要求，發(fā)-變組就不再另設相間短路后備保護。必須明確：轉子表層負序過負荷保護的動作時限完全取決于發(fā)電機轉子的負序發(fā)熱特性，與其它保護的動作時限無關，上述“時間配合”只是在既定的轉子表層負序過負荷保護的時限特性前提下，檢查它與其它相關保護在時限上是否同時能滿足“配合”要求,1如果不滿足，則必須另設發(fā)-變組后備保護。對于發(fā)-變組高、低壓側相間短路后備保護，如果前述電流、電壓（包括負序電流、電壓）保護靈敏度不滿足要求，則將采用阻抗保護。作為消除差動保護死區(qū)或機端短路的輔助保護，常常采用時限電流（或負序電流）速斷保護。2（二）時限電流速斷保護1、用于消除差動保護死區(qū)或作為相鄰母線的后備保護時，時限電流速斷保護裝設在升壓變的高壓側，其動作電流按保證高壓母線兩相短路時有足夠靈敏度來整定，即：

（9-2-1）式中：—相鄰母線兩相短路時流過保護裝置的最小相電流或負序電流；。相電流速斷保護的動作區(qū)以表示，三相短路時動作區(qū)大于兩相短路動作區(qū)，為整定動作時限，應以三相短路為計算條件，三相短路保護動作區(qū)為：

（9-2-2）式中：—相電流的分支系數(shù)3—發(fā)電機超瞬變縱軸電抗—升壓變短路電抗以，（單機運行，保護區(qū)最大)，為例,有,相當于220kV線路58.5km左右。負序電流速斷保護在兩相短路時的動作區(qū)為：

（9-2-3）式中：—負序電流分支系數(shù)，仍取單機運行時=1其它參數(shù)同上，得，相當于220kV輸電線約30.8kM。根據(jù)或，就可由與輸電線路保護的配合關系，整定時限電流速斷保護的動作時限。42、作為發(fā)電機機端相間短路的輔助保護，電流速斷保護可裝在發(fā)電機中性點側；當發(fā)電機裝有雙重主保護時，也可裝在機端。其動作電流按相鄰高壓母線三相短路保護不動作整定，即相電流速斷保護的動作電流為：

（9-2-4）式中：—相鄰高壓母線三相短路時流過保護裝置的最大電流；。其保護動作區(qū)（按三相短路計算）為：

（9-2-5）若為負序電流速斷保護，則動作電流為：

（9-2-6）式中：—相鄰高壓母線兩相短路時流過保護裝置的最大負序電流。5其保護動作區(qū)（按兩相短路計算）為：

（9-2-7）因為本保護的動作區(qū)限定不超過高壓母線，所以不帶延時。注意校驗系統(tǒng)振蕩電流是否可能使相電流速斷保護誤動。6（三）阻抗保護當其他后備保護不滿足靈敏度要求時，不得不改用阻抗保護作為發(fā)-變組相間短路后備保護。1、阻抗繼電器的構成同名相全電壓全電流的阻抗繼電器設阻抗保護裝設在機端，短路發(fā)生在升壓變高壓側系統(tǒng)中，考慮升壓變?yōu)閅，d11接線方式。為了使阻抗繼電器的測量阻抗等于保護裝設點到故障點間的阻抗，阻抗繼電器必須接入機端相電流和相電壓（不應是線電壓和對應相電流之差），證明如下：高壓側BC相短路，，觀察低壓側b相電流和b相電壓為（發(fā)電機正、負序阻抗均為）7

（9-3-1）

（9-3-2）因此接入和的阻抗繼電器的測量阻抗為：

（9-3-3）利用正序、負序電流電壓的全阻抗繼電器這種繼電器的測量阻抗為：

（9-3-4）注意上式中、、、均為實數(shù)，不是向量。因此阻抗繼電器裝設在機端，短路發(fā)生在Y，d11接線的Y側，保護裝設點到故障點的正、負序阻抗為，零序阻抗為，發(fā)電機正、負序阻抗均為，則各種短路時的測量阻抗絕對值各為：8三相短路時：代入式（7-2-11）有：

（9-3-5）兩相短路時：代入式（7-2-11）有（設、的阻抗角相同）：

（9-3-6）同一點兩相接地短路時：9在、、阻抗角相等的條件下有：

（9-3-7）從上分析可知：僅當諸阻抗角相同時才有,實際上個阻抗角并不相同，對兩相短路和同一地點兩相接地短路，阻抗繼電器的測量阻抗與實際短路阻抗有一定偏差。單相接地短路時：代入式（7-2-11）得（設諸阻抗角均相同）

（9-3-8）可見這時比大了，即此類阻抗繼電器在單相接地短路時的動作區(qū)比相間短路時的小。102、阻抗繼電器的整定計算這里僅討論阻抗保護作為近后備保護的動作阻抗整定。與相鄰元件主保護相配合：

（9-3-9）式中：—考慮繼電器、互感器等誤差的誤差系數(shù)，可取為0.85—考慮變壓器調壓抽頭引起的阻抗變化的調壓系數(shù)，取作0.9—變壓器額定電壓下的短路阻抗，保護裝在高壓側時，—相鄰元件主保護的最小動作區(qū)所對應的阻抗。保護裝在機端時，11

—分支系數(shù)按相鄰母線短路，阻抗保護可靠動作來整定，得：

（9-3-10）這里指阻抗保護裝設在機端的情況，。根據(jù)選定的所確定的動作區(qū)，與有關保護取得選擇性配合，決定動作時限的大小。123、阻抗保護的動作行為分析不言而喻，阻抗保護應在電壓互感器二次側斷線和系統(tǒng)振蕩條件下不誤動，必要說增設相應的附加技術措施，不在贅述。在兩側電源的情況下，接于機端同名相電壓、相電流的阻抗保護動作區(qū)與單側電源時相同。但是利用正、負序電壓、電流的全阻抗繼電器，兩側電源情況使它的動作區(qū)有所變化，此變化與兩側電源電動勢的大小和相角差有關。只有當兩側電源電動勢大小相同、相角差為零的特殊條件下才有,兩側電動勢相角差越大，測量阻抗越小，保護越容易誤動。這里要特別分析一下阻抗保護對變壓器內部短路的動作行為，結論是阻抗保護不適宜作變壓器內部短路的后備保護。13為說明這一問題，我們來分析變壓器內部兩相短路的情況。設有Y,d11接線的雙繞組變壓器，Y側中性點直接接地運行，在Y側繞組M點發(fā)生B、C兩相Z(a)(b)圖87變壓器內部兩相接地短路的說明圖(a)接線圖；(b)復合序網(wǎng)圖14接地短路，為簡化計，認為同一點接地，如圖87所示。短路后，Y側繞組被分成兩部分，相當于一個自藕變壓器。M點到中性點繞組相當于公共繞組，用表示。M點相當于中壓側輸出端，用R、S、T表示。這樣，即可做出M點兩相接地短路的復合序網(wǎng)圖，如圖87(b)所示，設利用同名相全電壓全電流的阻抗繼電器Z裝設在P點，則可求出繼電器的測量阻抗為：

（9-3-11）其中，、和、分別為P點的特殊相正序、負序電壓和正序、負序電流，均可由復合序網(wǎng)圖求出。在圖87(b)中，、和表示變壓器各端子上看到的等效阻抗，變壓器的短路阻抗，當應當注意，和并不是和Y兩側繞組的阻抗。、15和的大小與短路點的位置有關，在極端情況下，故障發(fā)生在A、B、C端時，，，；而故障發(fā)生在中性點時，，和則為兩側繞組的阻抗，仍有。設兩側電源電動勢，并認為正序和負序阻抗相等。此時，正序、負序和零序綜合阻抗分別為：

（9-3-12）進而由圖87(b)可以直接求出保護裝設點的電流和電壓：

（9-3-13）16和

（9-3-14）將式（9-3-12）（9-3-13）（9-3-14）代入式（9-3-11），則得到裝在P點的繼電器測量阻抗為：

（9-3-15）式（9-3-15）說明，在圖87(a)中裝在P點的阻抗繼電器，當變壓器內部發(fā)生兩相接地短路故障時，其測量阻抗決定于、和助增系數(shù)：