發(fā)變組繼電保護技術

發(fā)變組繼電保護技術國電南京自動化股份有限公司電廠自動化分公司2023年4月13日內(nèi)容提要發(fā)電機和變壓器的故障類型和不正常工作狀態(tài)發(fā)電機變壓器的保護發(fā)電機的縱差動保護變壓器縱差動保護發(fā)電機的橫差動和匝間保護發(fā)電機的定子一點接地保護發(fā)電機的轉子一點接地保護發(fā)電機的轉子兩點接地保護發(fā)電機的反時限正、負序保護發(fā)電機失磁保護發(fā)電機失步保護變壓器后備保護變壓器非電量保護發(fā)變組繼電保護技術及應用1.1.1故障類型

1．定子單相接地

2．相間短路

3．匝間短路

4．失磁

5．轉子一點接地

6．轉子二點接地1.1發(fā)電機1發(fā)電機和變壓器的故障類型和不正常工作狀態(tài)發(fā)變組繼電保護技術及應用1.1.2不正常運行狀態(tài)

1．過電流——系統(tǒng)發(fā)生短路時，有短路電流（發(fā)電機引起定子發(fā)熱）——后備保護線路保護若能正常動作則會很快切除過電流而不需要發(fā)電機的保護動作

2．過負荷——正常運行時負荷過大（一般不允許超過5%）

3．過電壓——發(fā)電機若勵磁發(fā)生故障會產(chǎn)生過電壓（突甩負荷）而發(fā)電機定子繞組過電壓能力不高

4．過勵磁當頻率下降時，勵磁電流會增大（也會引起定子過熱）

5．低頻——若處于共振頻率，對汽輪機影響很大，影響汽輪機的壽命。

6．失步——一臺發(fā)電機同整個系統(tǒng)失步，相當于三相短路電流在發(fā)電機內(nèi)來回振蕩

7．逆動率——發(fā)電機主汽門誤關閉，或從系統(tǒng)倒吸功率，從而對汽輪機有損害。

8．負序過流——電力系統(tǒng)發(fā)生不對稱故障，當發(fā)電機定子流這負序電流時，負序電流同轉子本體有2w的相對運行，從而切割轉子本體引起轉子發(fā)熱。

9．誤上電發(fā)變組繼電保護技術及應用1.2.1故障類型

1繞組相間短路

2繞組接地短路或故障

3繞組匝間短路

4套管相間短路

5套管接地短路或故障1.2.2不正常運行狀態(tài)

1過流

2過負荷

3過電壓

4過勵磁

5冷卻系統(tǒng)故障

6漏油,溫度過高

7不接地變壓器中性點過電壓1.2變壓器發(fā)變組繼電保護技術及應用 1發(fā)電機縱差動

2發(fā)變組差動

3單元件橫差保護

4裂相橫差保護

5勵磁機差動保護

6發(fā)電機縱向零序電壓式匝間保護

7發(fā)電機基波零序電壓式定子接地保護

8發(fā)電機三次諧波電壓式定子接地保護

9發(fā)電機零序電流式定子接地保護

10發(fā)電機注入式定、轉子一點接地保護。電橋式一點兩點接地保護

11發(fā)電機轉子兩點接地保護

12發(fā)電機失磁保護（阻抗原理）

13發(fā)電機失磁保護（逆無功原理）

14發(fā)電機失步保護

15發(fā)電機逆功率保護和程跳逆功率保護2發(fā)電機和變壓器的保護2.1發(fā)電機保護發(fā)變組繼電保護技術及應用 16發(fā)電機頻率異常保護

17過激磁保護（包括發(fā)電機、變壓器）

18發(fā)電機過電壓保護

19發(fā)電機過負荷

20過電流保護（定，反時限）

21發(fā)電機負序過負荷

22負序過流保護（定、反時限）

23發(fā)電機轉子繞組過負荷及過流保護

24反應交流勵磁機（或勵磁變）三相電流的轉子過負荷及轉子過流保護

25低壓過流保護

26復合電壓過流保護

27阻抗保護

28發(fā)電機軸電壓和軸電流保護

29發(fā)電機誤上電保護及斷路器閃絡保護

30高壓側斷路器失靈啟動保護

31非電量保護

32不完全差動概念

發(fā)變組繼電保護技術及應用 1變壓器差動、零差保護

2變壓器零序電流保護

3變壓器間隙零序

4變壓器零序過電壓保護

5變壓器過勵磁保護

6變壓器過電壓保護

7變壓器過流保護

8變壓器低壓過流

9變壓器復合低壓過流

10變壓器過負荷保護

11變壓器阻抗保護

12變壓器（重、輕）瓦斯保護

13變壓器油位保護

14變壓器溫度保護

15變壓器壓力釋放保護2.2電力變壓器的保護發(fā)變組繼電保護技術及應用3.1原理

3發(fā)電機的縱差動保護發(fā)變組繼電保護技術及應用3.2保護特性－比率制動原理 發(fā)變組繼電保護技術及應用3.3保護特性－標積制動原理發(fā)變組繼電保護技術及應用3.4不完全差動保護發(fā)變組繼電保護技術及應用3.5三折線的比率制動原理 整定 曲線形狀 制動量和靈敏度3.6發(fā)電機循環(huán)閉鎖方式發(fā)變組繼電保護技術及應用發(fā)變組繼電保護技術及應用對各類發(fā)電機縱差保護的評價各種類型的發(fā)電機縱差保護均有自己的特點：1完全縱差保護發(fā)電機完全縱差保護，是發(fā)電機相間故障的主保護。由于差動元件兩側TA的型號、變比完全相同，受其暫態(tài)特性的影響較小。其動作靈敏度也較高，但不能反應定子繞組的匝間短路及線棒開焊。2不完全縱差保護不完全縱差保護除保護定子繞組的相間短路之外，尚能反應定子線棒開焊及某些匝間短路。但是，由于在中性點側只引入其一分支的電流，故在整定計算時，尚應考慮各分支電流不相等產(chǎn)生的差流。另外，當差動元件兩側TA型號不同及變比不同時，受系統(tǒng)暫態(tài)過程的影響較大。3比率制動式與標積制動式兩者均能有效躲過區(qū)外故障，其動作特性也完全相同。當區(qū)外故障時，標積制動方式縱差保護與比率制動式縱差保護工況完全相同。不同的是標積制動式縱差保護的制動電源反映兩側電流之間的相位敏感，故內(nèi)部故障時其靈敏度更高。3.7變壓器的比率制動原理3.8變壓器的標積制動原理3.9制動系數(shù)和斜率 斜率K表達式發(fā)變組繼電保護技術及應用4.1差動保護原理 變壓器沒有故障時，變比關系成立，當變壓器故障時，將不在成立

4變壓器縱差動保護4.2比率特性差動保護原理 在發(fā)電機保護章節(jié)中詳細講解 發(fā)變組繼電保護技術及應用4.3變壓器差動保護接線－－ 發(fā)變組繼電保護技術及應用4.4變壓器勵磁涌流形成 發(fā)變組繼電保護技術及應用在空投時，由于變壓器磁通的非周期性分量造成變壓器鐵芯嚴重飽和，勵磁電流猛增，產(chǎn)生勵磁涌流.1.與變壓器的結構相關2.與變壓器容量、據(jù)大電源的距離相關3.與變壓器鐵芯中的剩磁大小、方向相關4.與合閘角相關4.5變壓器勵磁涌流形成

u=dΦ/dt(如無剩磁，u=0時合閘涌流最大）發(fā)變組繼電保護技術及應用4.5.1變壓器勵磁涌流的特點1)偏向時間軸一側，涌流中含有直流分量2)波形是間斷的，使其在一個周期內(nèi)正半波與負半波不對稱3)含有很大的二次諧波分量4)A、B、C三相涌流在同一時刻近似等于零發(fā)變組繼電保護技術及應用4.6變壓器差動克服涌流誤動的方法4.6.1涌流制動的兩點要求：（１）保證在涌流狀態(tài)下差動保護不誤動（２）保證當變壓器故障時（即使涌流期間）差動保護應起作用4.6.2

勵磁涌流制動方法（１）二次諧波制動原理空投變壓器時，勵磁電流中含有大量的二次諧波分量變壓器內(nèi)部故障時，電流中二次諧波分量相對較小。但現(xiàn)代大型變壓器勵磁電流波形中二次諧波有減小的趨勢（２）波形間斷角原理（3）波形對稱原理（4）判斷有功功率的大?。?）用電壓作為輔助判據(jù)發(fā)變組繼電保護技術及應用4.7變壓器差動的其它問題

1

變壓器過勵磁2CT的選擇－選擇暫態(tài)特性一致的3

差動保護Y/Delta接線和整定和CT匹配的討論4變壓器差動不能反應零序分量5軟件濾零序6歸算側7整定8與門和或門制動9制動臂的選擇10變壓器零差11區(qū)外故障跳變壓器注意問題發(fā)變組繼電保護技術及應用5.1裂相橫差5.2單元件橫差保護－－濾3w分量5發(fā)電機的橫差動和匝間保護發(fā)變組繼電保護技術及應用5.3縱向零序電壓匝間保護發(fā)變組繼電保護技術及應用為確?？v向零序電壓式匝間保護動作可靠性，除增加一動作小延時及設置負序功率方向元件之外，尚應保證專用TV二次及三次回路滿足反措要求。在TV三次回路不應設置保險或隔離刀閘的輔助接點；在TV端子箱TV二次和三次回路嚴格分開。另外，專用TV一次中性點對地絕緣應高（采用全絕緣式TV，一次中性點通過高壓電纜與發(fā)電機中性點聯(lián)接起來），決不允許一次中性點接地。6.13Uo保護6.23Io保護6.33W保護6發(fā)電機的定子一點接地保護6.4疊加電源方式發(fā)變組繼電保護技術及應用保護的輸入回路應滿足反措要求：機端TV三次回路中不應設置保險或隔離刀閘的輔助接點；TV三次回路與二次回路應在TV端子箱處分開，不應有公共回路；中性點TV（消弧線圈或配電變壓器）二次不應設置保險及其他輔助接點，其二次回路中只能有一個接地點，且接地點在保護盤上；中性點TV一次不應裝保險；機端TV三次回路不允許有多點接地現(xiàn)象。

對于發(fā)電機出口斷路器兩側并有接地電容、或發(fā)電機電壓系統(tǒng)有電纜出線、或擴大單元接線（兩臺機公用一臺變壓器）時，宜設置兩套

保護，分別在不同工況下投入運行。為防止機端TV一次保險保險熔斷特性不良致使

定子接地保護誤動，保護的引入電壓可取中性點TV或消弧線圈或配電變壓器的二次，亦可取機端

元件與中性點

元件組成的“與門”作為定子接地保護。

當廠高變低壓側的中性點（低壓繞組接成Y型）經(jīng)小電阻接地時，發(fā)電機

接地保護定值的整定，尚應考慮與廠高變低壓側的接地保護相配合。提高雙頻式定子接地保護動作可靠性措施發(fā)變組繼電保護技術及應用7.1電橋原理保護7.2疊加直流原理7發(fā)電機的轉子一點接地保護發(fā)變組繼電保護技術及應用

疊加電壓由裝置自產(chǎn)的疊加直流式轉子一點接地保護有以下優(yōu)點：機組停運行時也能檢測轉子繞組及勵磁系統(tǒng)的對地絕緣，具有較高的經(jīng)濟意義；受轉子電壓中高次諧波的影響相對小，不受轉子過電壓的影響；也可以用于無刷勵磁的發(fā)電機。8.1正負序2w原理保護8發(fā)電機的轉子兩點接地保護發(fā)變組繼電保護技術及應用9.1對稱分量原理9發(fā)電機的反時限正、負序保護發(fā)變組繼電保護技術及應用9.2以負序原理保護為例發(fā)變組繼電保護技術及應用10發(fā)電機失磁保護10.1失磁原因正常運行發(fā)電機發(fā)生失磁故障的原因很多，主要有：滅磁開關（MK或LMK）誤跳，轉子回路短路，勵磁電源故障及勵磁調(diào)節(jié)器異常等。發(fā)變組繼電保護技術及應用10發(fā)電機失磁保護10.2失磁的危害理論分析及運行實踐證明，發(fā)電機失磁失步運行，對電力系統(tǒng)、相鄰機組、機組本身及廠用電系統(tǒng)均可能造成危害。1對電力系統(tǒng)的危害發(fā)電機失磁之后，從向系統(tǒng)送出無功變成從系統(tǒng)吸收無功。發(fā)電機維持的有功越大，失磁運行時從系統(tǒng)吸收的無功越多。大機組帶大有功失磁運行時，將從系統(tǒng)吸收的無功很多。如果系統(tǒng)無功貯備不足，大機組的失磁運行可能破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性。2對相鄰機組的危害發(fā)電機失磁運行（特別是大機組失磁運行），從系統(tǒng)吸收無功。造成的無功缺額要由其他機組（特別是相鄰機組）補充，可能使相鄰機組過負荷或過電流。3對廠用系統(tǒng)的影響發(fā)電機失磁后，機端電壓降低，廠用電壓降低，電動機惰轉，電動機電流增大，進而引起廠用電壓更低，電動機電流更大……，惡性循環(huán)下去，可能使廠用系統(tǒng)瓦解。4對發(fā)電機組本身發(fā)電機失磁運行對機組本身的危害是：定子過電流，轉子過熱。發(fā)變組繼電保護技術及應用10.3正常PQ分析10發(fā)電機失磁保護發(fā)變組繼電保護技術及應用10.4失磁阻抗軌跡分析－－等有功圓發(fā)變組繼電保護技術及應用10.5失磁動作邊界－－等無功圓（δ＝90）發(fā)變組繼電保護技術及應用10.6失磁保護轉子邊界（隱極機）－－（δ＝90）發(fā)變組繼電保護技術及應用10.7失磁保護框圖發(fā)變組繼電保護技術及應用振蕩中心在大型汽輪發(fā)電機機端或發(fā)變組內(nèi)部的危害（1）可能引起鍋爐滅火及爐膛爆炸當振蕩中心在發(fā)電機機端時，將造成廠用電系統(tǒng)電壓周期性的嚴重降低，從而導致鍋爐輔機的轉速大幅度擺動，使給粉系統(tǒng)工作不正常，可能造成鍋爐滅火及爐膛爆炸。（2）可能造成鍋爐爆管在振蕩過程中，由于汽輪機轉速波動，調(diào)速器作用使進汽量波動，使鍋爐的水位波動，壓力及溫度大幅度變化，可能致使鍋爐爆管。（3）損壞發(fā)電機振蕩電流很大，使發(fā)電機定子過熱及遭受機械損傷。（4）損壞汽輪機在振蕩過程中，汽機軸系統(tǒng)受一脈振轉矩，可能致使汽輪機大軸損傷。（5）可能破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性。11發(fā)電機失步保護11.1失步原因:失磁-失步11.2失步的危害發(fā)變組繼電保護技術及應用