第六章--發(fā)電廠的繼電保護(hù)44頁

1、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)。最常見的而且也是最危險的故障是各種類型的短路。最常見的不正常運(yùn)行狀態(tài)是過負(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)非故障部分的正常運(yùn)行。以減小對用戶的

2、影響。當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)不正常運(yùn)行狀態(tài)時，應(yīng)能及時發(fā)現(xiàn)并盡快處理，以免引起設(shè)備故障。要在極短的時間內(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)，并動作于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種自動裝置。它的基本作用是：（1）當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，能自動地、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，能自動地、及時地、有選擇性地發(fā)出信號通知運(yùn)行人員進(jìn)行處理，或者切除那些繼續(xù)運(yùn)行會引起故障的電氣設(shè)備?？梢姡^電保護(hù)裝置是電力系統(tǒng)必不可少的重要組成部

3、分，對保障系統(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)裝置一般由測量部分、邏輯部分、執(zhí)行部分、信號部分及操作電源等組成，其方框圖如圖6-1所示。測量部分是用來監(jiān)察被保護(hù)對象（電氣設(shè)備或輸電線路）的運(yùn)行狀態(tài)，將被保護(hù)對象的運(yùn)行狀態(tài)信息（如電流、電壓等）通過測量、變換、濾波等加工處理后送入邏輯部分；邏輯部分將測量部分送來的信息與基準(zhǔn)整定值進(jìn)行比較，判斷保護(hù)裝置是否該動作于跳閘或動作于信號，是否需要延時等，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)出報警信息至報警信號回路。一般的繼電保護(hù)裝置，其邏輯部

4、分、執(zhí)行部分和信號部分都需要操作電源。在個別情況下，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)測量、邏輯及信號元件的作用。通常所說的繼電保護(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通過負(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，因而繼電器不動作，它的常開觸點(diǎn)處于斷開位置。當(dāng)線路的K處發(fā)生短路時流過短路電流，它比負(fù)荷電

5、流大得多，通過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斷開位置。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）往往會發(fā)生顯著的變化，繼電保護(hù)裝置就是利用這種變化來鑒別有、無故障或不正常工作情況，以電氣量的測量值或它們之間的相位關(guān)系來檢測故障地點(diǎn)，有選擇性地切除故障或顯示電氣設(shè)

6、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)，對于動作于斷路跳閘的繼電保護(hù)裝置，必須滿足以下四項基本要求：1選擇性選擇性是指電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，繼電保護(hù)僅將故障部分切除，保障其它無故障部分繼續(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，應(yīng)跳開斷路器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，而不能因為變壓器T也有短路電流通過而將斷路器QF2跳開。此時，如果QF2跳閘了，就稱為“誤動作”，將造成母線W3失電，擴(kuò)大了停電范圍。但是，由于某種原因?qū)е?/p>

7、QF4“拒動”時，再跳開斷路器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)動作時，停電范圍雖有所擴(kuò)大，但仍是必要的，否則當(dāng)保護(hù)裝置或斷路器拒動時，故障無法消除，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)類型的繼電保護(hù)裝置和正確選擇其整定值，使各級保擴(kuò)相互配合而實(shí)一的。圖6-3 繼電保護(hù)選擇性說明圖2快速性為了保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和對用戶可靠供電，以及避免和減輕電氣設(shè)備在

8、事故時所遭受的損害，要求繼電保護(hù)裝置盡快地動作，盡快地切除故障部分。但是，并不是對所有的故障情況，都要求快速切除故障。因為提高快速性會使繼電保護(hù)裝置較復(fù)雜，增加投資，有時也可能影響選擇性。因此，應(yīng)根據(jù)被保護(hù)對象在電力系統(tǒng)中的地位和作用，來確定其保護(hù)的動作速度。例如：對大容量的發(fā)電機(jī)和變壓器要求保護(hù)裝置的動作時間在工頻幾個周期之內(nèi)；對高壓和超高壓輸電線路，要求保護(hù)裝置的動作時間在工頻12個周期之內(nèi)，但對于某些電壓等級較低的線路，則允許12s，甚至更長些。對于后備保護(hù)的動作時間，要求大于主保護(hù)的動作時間。3靈敏性靈敏性是繼電保護(hù)裝置對其保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生的故障或不正常工作狀態(tài)的反應(yīng)能力，一般以靈敏系數(shù)

9、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，說明保護(hù)的靈敏度愈高。當(dāng)然應(yīng)有一個最低要求指標(biāo)。對于故障狀態(tài)下保護(hù)輸入量增大動作的繼電保護(hù)，其靈敏系數(shù)為：Ks=（保護(hù)區(qū)內(nèi)故障時反應(yīng)量的最小值）/（保護(hù)動作量的整定值）對于故障狀態(tài)下保護(hù)輸入量降低時動作的繼電保護(hù)，其靈敏系數(shù)為：Ks=（保護(hù)動作量的整定值）/（保護(hù)區(qū)內(nèi)故障時反應(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)的范圍是通過設(shè)計計算后人為確定的，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)區(qū)域大小和保護(hù)裝置動作的靈

10、敏度緊密相關(guān)，必須通過嚴(yán)格的計算和調(diào)整試驗才能確定。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，保護(hù)裝置能夠可靠動作而不致拒絕動作；而在電氣設(shè)備無故障或在保護(hù)范圍以外發(fā)生故障時，保護(hù)裝置不發(fā)生誤動。保護(hù)裝置拒絕動作或誤動作，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)的整定計算和調(diào)整試驗的準(zhǔn)確度等。以上對繼電保護(hù)裝置所提出的四項基本要求是互相緊密聯(lián)系的，有時是相互矛盾的。例如：為了滿足選擇性，有時就要求保護(hù)動作必須具有一定的延時；為了保證靈敏度，有時就允許

11、保護(hù)裝置無選擇地動作，再采用自動重合閘裝置進(jìn)行糾正；為了保證快速性和靈敏性，有時就采用比較復(fù)雜和可靠性稍差的保護(hù)?？傊?，要根據(jù)具體情況（被保護(hù)對象、電力系統(tǒng)條件、運(yùn)行經(jīng)驗等），分清主要矛盾和次要矛盾，統(tǒng)籌兼顧，力求相對最優(yōu)。五、繼電器分類反應(yīng)某些參數(shù)的變化，并自動閉合或斷開電路的電器，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型：1按結(jié)構(gòu)型式分類按結(jié)構(gòu)型式分類，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。(1) 機(jī)電型繼電器是以電磁原理為基礎(chǔ)，具有機(jī)械可動部分的繼電器，按其構(gòu)成原理又可分為電磁型繼電器、感

12、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)成啟動和測量元件，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)時狀態(tài)數(shù)據(jù)，按照給定算法來檢測電力系統(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警等判斷的一種安全自動裝置。2按反應(yīng)的物理量分類按反應(yīng)的物理量分類

13、，繼電器主要有電量和非電量兩大類。(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)中的作用分類按在保護(hù)中的作用分類，繼電器可分為測量繼電器和輔助繼電器兩大類。(1) 測量繼電器直接反應(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、差動繼電器等。(2) 輔助繼電器用來改進(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、時間繼電器、信號繼電器等。六、繼電保護(hù)分類1按保護(hù)對象分類繼電保護(hù)按保護(hù)對象不同可分為：元件保護(hù)

14、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)、差動保護(hù)和縱聯(lián)保護(hù)等。4按采集的信號方式分類繼電保護(hù)按采集的信號方式不同可分為：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按信號的通訊方式分類對于反應(yīng)兩端電氣量的縱聯(lián)保護(hù)，按信號的通訊方式不同可分為：高頻保護(hù)

15、、光纖保護(hù)和微波保護(hù)等。6按保護(hù)的作用分類當(dāng)某一電氣設(shè)備配置兩種及以上的保護(hù)時，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，有選擇性地切除故障的保護(hù)）、后備保護(hù)（當(dāng)主保護(hù)拒動時起作用，從而動作于相應(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)是上述分類中的某些組合，但有時為了強(qiáng)調(diào)保護(hù)的某一特點(diǎn)，在描述中會將其它功能或結(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)的是繼電器的結(jié)構(gòu)）等。七、大

16、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，檢修時間長，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，會給電力系統(tǒng)造成較大的擾動。因此，在考慮大機(jī)組繼電保護(hù)的總體配置時，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)，對某些異常工況采用自動處理裝置，特別要避免保護(hù)裝置的誤動和拒動。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)變壓器組為例，來介紹大型機(jī)組繼電保護(hù)

17、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。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）縱差動保護(hù)?？v差動保護(hù)作為發(fā)電機(jī)、變壓器區(qū)內(nèi)短路故障的主保護(hù)，瞬時動作于斷路器跳閘。為了確?？焖偾谐收?，對于圖6-4所示的發(fā)電機(jī)變壓器組，需配置發(fā)電機(jī)差動保護(hù)、升壓變壓器差動保護(hù)和發(fā)電機(jī)變壓器組差動保護(hù)，對發(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)，而對于220kV及以上的母

18、線，由于母線保護(hù)一般只有一套，而且有時不投入運(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，應(yīng)保證可靠動作，并以可能短的延時切除母線短路故障。（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，升壓變壓器的差動保護(hù)以及發(fā)電機(jī)變壓器組的差動保護(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)動作而斷路器拒絕動作時，為了縮小事故范圍，用較短的

19、時間，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)斷路器拒動時切除故障（斷開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，如果雙重差動保護(hù)的靈敏度都能滿足要求，對變壓器高壓側(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)簡單可靠，正確動作率高，而超高壓電網(wǎng)中，單相接地故障最多，在各

20、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。對于220kV系統(tǒng)，變壓器是分級絕緣的，其中性點(diǎn)可能接地，也可能不接地運(yùn)行，此時還需要裝設(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)勵磁回路兩點(diǎn)接地保護(hù)。當(dāng)發(fā)電機(jī)勵磁回路發(fā)生一點(diǎn)接地故障時，我國采用發(fā)信號方式，為了在

21、發(fā)生第二點(diǎn)接地短路時切除發(fā)電機(jī)，應(yīng)裝設(shè)勵磁回路兩點(diǎn)接地保護(hù)，動作于停機(jī)。（7）發(fā)電機(jī)匝間短路保護(hù)。發(fā)電機(jī)差動保護(hù)，不能反應(yīng)定子繞組匝間短路故障，而匝間短路會給發(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)針對這些特點(diǎn)對危及機(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，沒有死區(qū)，以便在機(jī)組尚未受到嚴(yán)重破壞之前動作；另一方

22、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)行或拒動時，另一段作為后備。針對大型機(jī)組熱容量相對下降的特點(diǎn)，應(yīng)配置三套過負(fù)荷保護(hù)，分別用來反應(yīng)定子繞組過負(fù)荷、轉(zhuǎn)子表層過負(fù)荷和勵磁繞組過負(fù)荷。這三套過負(fù)荷保護(hù)，都由定時限和反時限兩部分構(gòu)成，把過負(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)。勵磁回路一點(diǎn)接地故障，也是一種常見的故障形式，應(yīng)配置發(fā)電機(jī)勵磁回路和勵磁機(jī)回路一點(diǎn)接地保護(hù)動作于信號。此外，針對發(fā)電機(jī)低勵、失磁故障，應(yīng)配置失磁保護(hù)；針對汽輪發(fā)

23、電機(jī)斷汽運(yùn)行時，為防止汽輪機(jī)葉片損壞，應(yīng)配置逆功率保護(hù)；針對低頻運(yùn)行時對汽輪機(jī)葉片的危害，應(yīng)配置低頻保護(hù)；針對大型變壓器過勵磁造成的危害，應(yīng)裝設(shè)變壓器過勵磁保護(hù)；針對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?？傊?，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，但這也帶來復(fù)雜化問題。必須考慮保護(hù)的簡化，對那些實(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)上和配線方面，彼此保持獨(dú)立。

24、這樣，在運(yùn)行期間進(jìn)行檢測或維修電器時，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。對于不同容量、不同電壓等級和不同類型的發(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)裝置動作后所控制的對象，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、斷開高壓側(cè)斷路器、滅磁、斷開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：斷開高壓側(cè)斷路器、滅磁、斷開高壓廠用變壓器低壓側(cè)斷路器。解列：斷開高壓側(cè)斷路

25、器。減出力：減少原動機(jī)的輸出功率。發(fā)信號：發(fā)出聲光信號或光信號。母線解列：對母線系統(tǒng)，斷開母線聯(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象表序號保護(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)汽門切換勵磁跳母聯(lián)發(fā)聲光信號I短路保護(hù)1發(fā)電機(jī)差動保護(hù)A+全停2主變壓器差動保護(hù)A+全停3高壓廠用變壓器差動保護(hù)A+全停4發(fā)變組差動保護(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)電機(jī)定子匝間短路保護(hù)B+全停

26、8發(fā)電機(jī)勵磁回路兩點(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)信號解列滅磁10發(fā)電機(jī)勵磁回路一點(diǎn)接地保護(hù)A+發(fā)信號11勵磁變壓器過負(fù)荷保護(hù)A+發(fā)信號12定子過負(fù)荷保護(hù) 定限時反限時A+發(fā)信號解列滅磁13定子負(fù)序過流保護(hù) 定限時反限時A+發(fā)信號解列滅磁14勵磁回路過負(fù)荷保護(hù) 定限時反限時A+發(fā)信號解列滅磁15低頻保護(hù)B+發(fā)信號16低勵失磁保護(hù) t0t1t3t2A+發(fā)信號解列滅磁減出力17過電壓保護(hù)B+解列滅磁18逆功率保護(hù) t1t2A+發(fā)信號解列滅磁19失步和失步（預(yù)測）保護(hù)B+增、減出力20過勵磁保護(hù)B+解列滅磁21斷路器失靈保護(hù)B+解列滅磁22非全相運(yùn)行保護(hù)B

27、+解列輔助裝置23電流回路斷線保護(hù)B+發(fā)信號24電壓回路斷線保護(hù)B+發(fā)信號25出口裝置B26檢測裝置A,B27電源裝置A,B廠用6kV分支線保護(hù)+28t0 分支線差動保護(hù)t2 +跳QF1,QF3或QF2,QF4解列滅磁29t1 分支線過電流保護(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)的故障和異常類型及其保護(hù)方式發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行對保證電力系統(tǒng)的正常工作和電能質(zhì)量起著決定性的作用，同時發(fā)電機(jī)本身也是一個十分貴重的電氣元件。因此，應(yīng)該針對各種故障和異常類型，裝設(shè)相應(yīng)的繼電保護(hù)裝置。1發(fā)電機(jī)的故障類型發(fā)電機(jī)的故障類型主要有：定子繞組相間短路；定子繞組匝間短路；

28、定子繞組單相接地；轉(zhuǎn)子繞組一點(diǎn)接地或兩點(diǎn)接地；勵磁回路的勵磁電流異常下降或完全消失。2發(fā)電機(jī)的異常類型發(fā)電機(jī)的異常類型主要有：由于外部短路引起的定子繞組過電流；發(fā)電機(jī)對稱過負(fù)荷；由于外部不對稱短路引起的定子負(fù)序過電流；由于突然甩負(fù)荷而引起的定子繞組過電壓；由于勵磁回路故障或強(qiáng)勵時間過長而引起的轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷；由于汽輪機(jī)主汽門突然關(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)差動保護(hù)。(2) 對于發(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，應(yīng)裝設(shè)單繼電器式的橫聯(lián)差動保護(hù)。并聯(lián)支路時，應(yīng)裝設(shè)由零序電壓構(gòu)成的匝間短路保護(hù)。

29、(3) 對于發(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，應(yīng)裝設(shè)動作于跳閘的零序電流保護(hù)；當(dāng)接地電流小于5A時，則裝設(shè)作用于信號的接地保護(hù)。對于發(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) 對于發(fā)電機(jī)外部短路引起的過電流，應(yīng)裝設(shè)對稱過負(fù)荷保護(hù)、負(fù)序電流保護(hù)和單相式低電壓啟動的過電流保護(hù)。(5) 對于發(fā)電機(jī)突然甩負(fù)荷而引起的定子繞組過電壓，應(yīng)裝設(shè)過電壓保護(hù)。(6) 對于發(fā)電機(jī)勵磁回路的一點(diǎn)接地，應(yīng)裝設(shè)一點(diǎn)接地保護(hù)動作與信號。對于勵磁回路兩點(diǎn)接地故障，應(yīng)裝設(shè)兩點(diǎn)接地保護(hù)，在勵磁回路發(fā)生一點(diǎn)接地后投入。 (7)對于發(fā)電機(jī)的失磁故障，應(yīng)裝設(shè)直接反應(yīng)發(fā)電機(jī)失磁時電氣參數(shù)變化的失磁

30、保護(hù)。在發(fā)電機(jī)不允許失磁后異步運(yùn)行時，應(yīng)在自動滅磁開關(guān)斷開時連鎖斷開發(fā)電機(jī)的斷路器。 (8) 對于轉(zhuǎn)子回路的過負(fù)荷，應(yīng)裝設(shè)轉(zhuǎn)子過負(fù)荷保護(hù)。 (9) 對于汽輪發(fā)電機(jī)主汽門突然關(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，應(yīng)裝設(shè)失步保護(hù)。(11) 當(dāng)汽輪機(jī)低頻運(yùn)行時，因機(jī)械振動會對汽輪機(jī)葉片損傷時，應(yīng)裝設(shè)低頻保護(hù)。(12) 當(dāng)水冷卻發(fā)電機(jī)斷水時，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)動作于發(fā)電機(jī)斷路器跳閘的同時，還必須動作于自動滅磁開關(guān)，斷開發(fā)電機(jī)勵磁回路，以使轉(zhuǎn)子回路電流不會在定子繞組中再感應(yīng)電動勢，繼續(xù)供給短路電流。二、發(fā)電機(jī)的縱聯(lián)

31、電流差動保護(hù) 縱聯(lián)電流差動保護(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，在正常運(yùn)行及外部故障時，又應(yīng)保證動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為差動繼電器)，在差動回路的中線上接有斷線監(jiān)視的電流繼電器4，5為時間繼電器，6為信號繼電器，7為差動保護(hù)出口繼電器。圖6-5 發(fā)電機(jī)縱聯(lián)電流差動保護(hù)的原理接線圖在正常運(yùn)行時，每相差動回路兩臂電流基本相等，流入差動繼電器13的電流近似等于零，小于差動繼電器的動作電流，差動繼電器不動作。差動回路三相電流之和流入斷線

32、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的動作電流，斷線監(jiān)視繼電器也不動作。當(dāng)發(fā)電機(jī)定子繞組及引出線發(fā)生相間短路時，則短路相的差動繼電器中流過短路電流使之啟動，其觸點(diǎn)閉合啟動信號繼電器6發(fā)信號，同時啟動差動保護(hù)出口繼電器7，上面一對觸點(diǎn)作用于跳開發(fā)電機(jī)出口斷路器，下面一對觸點(diǎn)作用于跳開發(fā)電機(jī)的滅磁開關(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，差動回路的三相電流之和仍然接近于零，因此差動繼電器13均不會動作。當(dāng)電流互感器的任何一相回路斷線時，只要差動電流小于差動繼電器的啟動電流，則差動繼電器就不會動作。此時差動回路三相電流之和流入斷線監(jiān)視繼電器4的電流大于它的啟動電流，所以斷線監(jiān)視

33、繼電器4動作，啟動時間繼電器5延時發(fā)出斷線信號。 為防止縱聯(lián)電流差動保護(hù)誤動作，差動保護(hù)啟動電流的整定原則為： (1) 在正常運(yùn)行情況下，差動保護(hù)的啟動電流按躲開發(fā)電機(jī)的額定電流整定，即電流互感器二次回路斷線時保護(hù)不應(yīng)動作。(2) 差動保護(hù)的啟動電流按躲開外部故障時的最大不平衡電流整定，即發(fā)電機(jī)外部相間短路時，差動保護(hù)不應(yīng)動作。即發(fā)電機(jī)縱差動保護(hù)的動作電流應(yīng)為：Idz = KkIN （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單繼電器式橫差動保護(hù)對于每相有并聯(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)，可以采用單繼電器式的橫差動保護(hù)。單繼

34、電器式橫差動保護(hù)的原理接線圖如圖6-6所示。每相的兩個并聯(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，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，每一分支繞組流出該相電流的一半，因此流過中性點(diǎn)連線的電流只是不平衡電流，故保護(hù)不動作。若發(fā)生定子繞組匝間短路，則故障相繞組的兩個分支的電勢將不相等，因而在定子繞組中出現(xiàn)環(huán)流。通過中性點(diǎn)連線，該電流大于電流繼電器3的啟動電流時，電流繼電器動作，啟動信號繼電器6發(fā)信號，同時啟動繼電保護(hù)出口繼電器5，跳開發(fā)電機(jī)斷路器，并跳滅磁開關(guān)MK。在圖6-6中，兩個星形中性點(diǎn)之間的連接線上接入電流互感器TA，其二

35、次側(cè)經(jīng)三次諧波濾過器2與電流繼電器3相連。切換片XB有兩個位置，正常投入到保護(hù)不帶延時位置。當(dāng)勵磁回路發(fā)生一點(diǎn)接地后，在投入勵磁回路兩點(diǎn)接地保護(hù)的同時，將橫差動保護(hù)切換至帶0.51s延時動作位置，防止轉(zhuǎn)子繞組發(fā)生偶然性的瞬間兩點(diǎn)接地時，造成保護(hù)誤動作。圖6-6 單繼電器式橫差動保護(hù)的原理接線圖根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗，橫差動保護(hù)裝置的動作電流應(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)只引出三個端子，因而無法裝設(shè)橫差動保護(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6-7所示為反應(yīng)零序電壓的匝間短路保護(hù)

36、接線圖。發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行及相間短路時，無零序電壓。定子繞組單相接地時，故障相對地電壓等于零，中性點(diǎn)對地電壓上升為相電壓。因此三相定子繞組對中性點(diǎn)的電壓仍然對稱，不出現(xiàn)零序電壓。若定子繞組發(fā)生匝間短路，則機(jī)端三相對中性點(diǎn)電壓不對稱，因而出現(xiàn)了零序電壓。因此利用零序電壓互感器TV、三次諧波濾過器1和過電壓繼電器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，該保護(hù)從機(jī)端電壓互感器開口三角形側(cè)取得零序電壓，接入保護(hù)用的過電壓繼電器。圖6

37、-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，由于變壓器高、低壓繞組之間有電容存在，發(fā)電機(jī)端也會產(chǎn)生零序電壓。為了保證保護(hù)動作的選擇性，其整定值應(yīng)躲開上述三次諧波電壓與零序電壓。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗，過電壓繼電器的動作電壓一般整定為1530V左右。當(dāng)靠近中性點(diǎn)附近發(fā)生接地故障時，零序電壓較低。如果零序電壓小于電壓繼電器的動作電壓，保護(hù)將不動作，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器。此外，還采用時間繼電器延時來躲開變壓器高壓側(cè)的接地短路故障，也可利

38、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。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)電勢中存在有三次諧波分量，其值一般不超過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，發(fā)電機(jī)三次諧波電勢為；發(fā)電機(jī)每相對地電容為CG，等值在N及S端，各為；機(jī)端其他連接元件對地電容為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。因而和可用下式求出： （6-3）US3與U

39、N3的比值為： （6-4）上式證明，發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時US30.5，則US3UN3；若a = 0.5，則US3 = UN3；若aUN3。UN3、US3隨a而變化的情況如圖6-10（b）所示。圖6-10 單相接地時三次諧波電勢分布等值電路和US3、UN3隨a的變化曲線（a）三次諧波電勢分布等值電路； （b）US3、UN3隨a的變化曲線綜上所述，若以US3作為動作量，以UN3作為制動量，則此套保護(hù)在a0.5時可以動作。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

40、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。VU1的整流電壓經(jīng)C5濾波后作為動作量加入執(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，執(zhí)行元件不會動作；而當(dāng)在a50%處

41、發(fā)生單相接地故障時，執(zhí)行元件動作。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Rw2，調(diào)節(jié)其滑動端，可以改變基波零序部分的啟動電壓。當(dāng)接地點(diǎn)靠近機(jī)端時，基波零序電壓較高，執(zhí)行元件動作。由上述可見，三次諧波電壓部分用于反應(yīng)a15%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)勵磁回路的接地保護(hù)發(fā)電機(jī)勵磁回路因為絕緣損壞而發(fā)生一點(diǎn)接

42、地是常見的故障。由于一點(diǎn)接地不會形成接地電流通路，勵磁電壓仍然正常，因此對發(fā)電機(jī)無直接危害，可以繼續(xù)運(yùn)行。但當(dāng)勵磁繞組發(fā)生兩點(diǎn)接地時，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。兩點(diǎn)接地時，故障點(diǎn)將流過很大的故障電流，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)動作于信號，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，動作于跳閘。

43、發(fā)電機(jī)勵磁回路一點(diǎn)接地保護(hù)的工作原理與發(fā)電廠的直流絕緣監(jiān)察裝置類似，可參見直流絕緣監(jiān)察裝置的有關(guān)內(nèi)容。發(fā)電機(jī)勵磁回路兩點(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=RL+RL）和電阻Rf（Rf=Rf+Rf）構(gòu)成直流電橋的四個臂。毫伏表mV和電流繼電器KA接于滑動觸頭和地（發(fā)電機(jī)大軸）之間，即在電橋的對角線上。圖6-12 發(fā)電機(jī)勵磁回路兩點(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，合上刀開關(guān)K1，并按下按鈕AN，調(diào)節(jié)電阻Rf的滑動觸頭，使毫伏表mV的指示為零。此時由d1點(diǎn)分開的兩部分繞組直流電阻RL、RL與由Rf滑動頭分開的兩部分附加電阻Rf、Rf組成的四臂直流

44、電橋處于平衡狀態(tài)。各臂電阻的關(guān)系為：RL Rf= Rf RL （6-7）然后合上刀開關(guān)K2，接入電流繼電器KA，使保護(hù)投入工作。但此時，由于電橋已經(jīng)平衡，處于對角線上的電流繼電器無電流通過，保護(hù)不會動作。當(dāng)轉(zhuǎn)子回路發(fā)生第二點(diǎn)（d2點(diǎn)）接地時，RL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。如果該電流大于繼電器的啟動電流，繼電器將動作，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、勵磁機(jī)故障、自動滅磁開關(guān)誤跳閘、半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng)中某些元件損壞或回路發(fā)生故障以及誤

45、操作等。發(fā)電機(jī)失磁后，將從系統(tǒng)吸收大量無功功率，測量阻抗和機(jī)端電壓均會發(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，阻抗元件Z和勵磁低電壓元件Ufd動作，啟動與門Y2，立即發(fā)出發(fā)電機(jī)已失步信號，并經(jīng)時間元件YS2延時t2后，通過或門H動作于跳閘。延時t2用以躲過系統(tǒng)振蕩或自同步時的影響，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動作，與門Y1開放，經(jīng)時間元件YS1延時t1后，通過或門H動作于跳閘。延時t1用以躲過振蕩過程中的短時間電壓降低或自同步

46、并列的影響，一般取為0.51s。由于勵磁低壓元件Ufd的閉鎖，在短路故障及電壓互感器斷線時，Y1和Y2都無輸出，因而保護(hù)不會誤動。當(dāng)電壓互感器斷線時，低電壓元件UG或阻抗元件Z動作，均可發(fā)出電壓回路斷線信號。當(dāng)勵磁回路電壓降低時，勵磁低壓元件Ufd動作，發(fā)出勵磁回路電壓降低信號。第三節(jié) 變壓器的繼電保護(hù)一、變壓器的故障和異常類型及其保護(hù)方式電力變壓器是電力系統(tǒng)中十分重要的供電元件，它的故障將對供電可靠性和系統(tǒng)的正常運(yùn)行帶來嚴(yán)重的影響。同時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，工作可靠的繼電保護(hù)裝置。1變壓器的故障和異常類型(1) 變壓器的故

47、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，對變壓器來講，這些故障都是十分危險的，因為油箱內(nèi)部故障時產(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)行異常類型主要有：由于變壓器外部相間短路引起的過電流和外部接地短路引起的過電流和中性點(diǎn)過電壓；由于負(fù)荷超過額定容量引起的過負(fù)荷以及由于漏油等原因而引起的油面降低、油溫升高和冷卻器故障等。此外，對大容量變壓器，由于其額定工

48、作時的磁通密度相當(dāng)接近于鐵心的飽和磁通密度，因此在過電壓或低頻率等異常運(yùn)行方式下，還會發(fā)生變壓器的過勵磁故障。2變壓器應(yīng)裝設(shè)保護(hù)(1) 瓦斯保護(hù)。對變壓器油箱內(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作。其中輕瓦斯保護(hù)動作于信號，重瓦斯保護(hù)動作于跳開變壓器各電源側(cè)的斷路器。(2) 縱聯(lián)電流差動保護(hù)或電流速斷保護(hù)。對變壓器繞組、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)電流差動保護(hù)或電流速斷保護(hù)。保護(hù)動作后，應(yīng)跳開變壓器各電源側(cè)的斷路器。(3) 外部相間短路時的后備保護(hù)。對于外部相間短路引起的變壓器過電流，應(yīng)采用下列保護(hù)作為后備保護(hù)： 1) 過電流保護(hù)

49、。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)的過負(fù)荷電流。 2) 復(fù)合電壓啟動的過電流保護(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啟動的過電流保護(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) 外部接地短路時的后備保護(hù)。對中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)，由外部接地短路引起過電流時，如果變壓器中性點(diǎn)接地運(yùn)行，應(yīng)裝設(shè)零序電流保護(hù)。為防止發(fā)生接地短路時，中性點(diǎn)接地的變壓器跳開

50、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) 過負(fù)荷保護(hù)。對400kVA以上的變壓器，當(dāng)數(shù)臺并列運(yùn)行，或單獨(dú)運(yùn)行并作為其他負(fù)荷的備用電源時，應(yīng)根據(jù)可能過負(fù)荷的情況，裝設(shè)過負(fù)荷保護(hù)。過負(fù)荷保護(hù)接于一相電流上，并延時作用于信號。(6) 過勵磁保護(hù)。高壓側(cè)電壓為500kV及以上的變壓器，對頻率降低和電壓升高而引起的變壓器勵磁電流升高，應(yīng)裝設(shè)過勵磁保護(hù)。在變壓器允許的過勵磁范圍內(nèi)，保護(hù)作用于信號，當(dāng)過勵磁超過允許值時，可動作于跳閘。 (7) 其他保護(hù)。對變壓器溫度及油箱內(nèi)壓力升高和冷卻系統(tǒng)故障，應(yīng)按現(xiàn)行變壓器

51、標(biāo)準(zhǔn)的要求，應(yīng)裝設(shè)相應(yīng)的保護(hù)作用于信號或動作于跳閘。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，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，油會迅速膨脹并產(chǎn)生大量的氣體，此時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)部故障時的這一特點(diǎn)，可以構(gòu)成反應(yīng)于上述氣體而動作的保護(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，如圖6-14所示，這樣油箱內(nèi)產(chǎn)生的氣體必須通過氣體繼

52、電器才能流向油枕。為了不妨礙氣體的流通，變壓器安裝時應(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下開口杯；2上開口杯；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 目前在我國電力系統(tǒng)中推廣應(yīng)用的是開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，上開口杯2和下開口杯1都浸在油中，開口杯和附件在油內(nèi)的重力所產(chǎn)生的力矩小于平衡錘4所產(chǎn)生的力矩，因此開口杯向上傾，干簧觸點(diǎn)3斷開。當(dāng)油箱內(nèi)部發(fā)生輕微故障時，少量的氣

53、體上升后逐漸聚集在繼電器的上部，迫使油面下降。而使上開口杯2露出油面，此時由于浮力的減小，開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，于是上開口杯2順時針方向轉(zhuǎn)動，帶動永久磁鐵10靠近干簧觸點(diǎn)3，使觸點(diǎn)閉合，啟動“輕瓦斯”保護(hù)動作于信號。當(dāng)變壓器油箱內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時，大量氣體和油流直接沖擊檔板8，使下開口杯1順時針方向旋轉(zhuǎn)，帶動永久磁鐵靠近下部干簧的觸點(diǎn)3使之閉合，啟動“重瓦斯”保護(hù)動作，發(fā)出跳閘信號。當(dāng)變壓器出現(xiàn)嚴(yán)重漏油而使油面逐漸降低時，首先是上開口杯2露出油面，發(fā)出預(yù)告信號，當(dāng)油面繼續(xù)下降使下開口杯1露出油面后，發(fā)出跳閘信號。2瓦斯保護(hù)的工作原理瓦斯保護(hù)的原理接線如圖6-16所示，上面的觸點(diǎn)表示“輕瓦斯保護(hù)”，動