大機(jī)組保護(hù)講義

1、大機(jī)組保護(hù)講義 大容量機(jī)組的發(fā)變組保護(hù)一大容量機(jī)組的特點(diǎn)：1參數(shù)方面：隨著機(jī)組容量的增大，xd（同步電抗）、xd（暫態(tài)電抗）、x”d（次暫態(tài)電抗）增大，r減小，這樣造成：（1）異步運(yùn)行時(shí)的異步轉(zhuǎn)矩變小，滑差加大，容易失步。（2）短路電流水平降低，要求保護(hù)更加靈敏。（3）ta（定子回路時(shí)間常數(shù)）增大，使非周期電流分量衰減大大變慢，嚴(yán)重惡化了保護(hù)用電流互感器的各種特性。2結(jié)構(gòu)方面：（1）材料利用率高，要求冷卻條件好，后備保護(hù)完善。（2）汽輪機(jī)軸向長(zhǎng)度與直徑比變大，振動(dòng)加劇，容易發(fā)生匝間短路。3運(yùn)行方面：（1）勵(lì)磁復(fù)雜，容易失磁。（2）保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)都會(huì)帶來(lái)很大危害，同時(shí)要求保護(hù)更快速，更靈敏。（3

2、）不應(yīng)頻繁起停機(jī)，更不可輕易緊急跳閘停機(jī)。二大容量機(jī)組的保護(hù)配置及原理：大容量機(jī)組根據(jù)自身特點(diǎn)及可能發(fā)生的故障和異常情況，一般應(yīng)配置如下保護(hù)：1 發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)。它為定子繞組及其引出線(xiàn)相間短路的主保護(hù)，采用比率制動(dòng)原理，動(dòng)作邏輯為循環(huán)閉鎖方式，保護(hù)范圍是定子繞組及其引出線(xiàn)，一般0秒動(dòng)作切除故障。所謂比率制動(dòng)原理，即是根據(jù)發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的不平衡電流曲線(xiàn)，作出一條躲過(guò)不平衡電流的動(dòng)作邊界曲線(xiàn)，這條曲線(xiàn)叫做比率制動(dòng)曲線(xiàn)，在短路電流小于起始制動(dòng)電流時(shí)，保護(hù)裝置處于無(wú)制動(dòng)狀態(tài)，其動(dòng)作電流很小（小于額定電流），保護(hù)具有較高的靈敏度。當(dāng)外部短路電流增大時(shí)，保護(hù)的動(dòng)作電流又自動(dòng)提高，使其可靠不動(dòng)作。它反應(yīng)了

3、保護(hù)的比率制動(dòng)特性，發(fā)電機(jī)差動(dòng)方程即是以此為依據(jù)寫(xiě)出來(lái)的。 id isd 比率制動(dòng)曲線(xiàn) iq 不平衡電流曲線(xiàn) ig iz比率制動(dòng)特性曲線(xiàn)動(dòng)作方程：idiqkzizig所謂循環(huán)閉鎖方式，即是當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部發(fā)生相間短路時(shí)，二相或三相差動(dòng)同時(shí)動(dòng)作，或者是發(fā)生了一點(diǎn)在區(qū)內(nèi)另外一點(diǎn)在區(qū)外的兩點(diǎn)接地故障時(shí)，一相差動(dòng)動(dòng)作且同時(shí)有負(fù)序電壓產(chǎn)生，那么保護(hù)均出口跳閘。若后一種情況僅一相差動(dòng)動(dòng)作而無(wú)負(fù)序電壓時(shí)則認(rèn)為是ct斷線(xiàn)，負(fù)序電壓常時(shí)間存在而同時(shí)無(wú)差電流時(shí)，則為pt斷線(xiàn)。保護(hù)的邏輯圖如下：只一相差動(dòng)動(dòng)作&+a相差動(dòng) ct斷線(xiàn)b相差動(dòng)&c相差動(dòng) 跳閘t/0u2> pt斷線(xiàn)a相差動(dòng)任兩相差動(dòng)或三

4、相同時(shí)動(dòng)作b相差動(dòng) c相差動(dòng) 發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作邏輯圖2 主變差動(dòng)保護(hù)。它為主變內(nèi)部故障的主保護(hù)，反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)部、套管和引出線(xiàn)的相間和接地短路故障，以及繞組的匝間短路故障。保護(hù)采用有二次諧波制動(dòng)的比率差動(dòng)原理，考慮到循環(huán)閉鎖采用耦合原理受環(huán)境影響大，故出口邏輯采用二次諧波制動(dòng)與單差動(dòng)方式。我廠二期機(jī)組為四側(cè)差動(dòng)，i1+i2+i3+i4kmaxi1，i2，i3，i4。保護(hù)邏輯圖如下：&a相差動(dòng)b相差動(dòng)c相差動(dòng) 跳閘a相二次諧波制動(dòng)b相二次諧波制動(dòng)c相二次諧波制動(dòng) t1/0ct斷線(xiàn)發(fā)信主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作邏輯圖保護(hù)范圍包括發(fā)電機(jī)封母、廠變高壓側(cè)封母、主變及主變高壓側(cè)出線(xiàn)等，一般0秒動(dòng)作切除

5、故障。變壓器差動(dòng)與發(fā)電機(jī)差動(dòng)的最大區(qū)別就在于它存在勵(lì)磁涌流的影響，空載合閘狀態(tài)下或外部短路切除后，勵(lì)磁涌流約為2ie，但負(fù)荷狀態(tài)下，勵(lì)磁電流只有約0.2%ie。而且低壓繞組貼近鐵芯，高壓繞組遠(yuǎn)離鐵芯（漏抗大），故在低壓側(cè)空載合閘涌流大，在高壓側(cè)空載合閘涌流小，這也是大機(jī)組采用單元式接線(xiàn)的一個(gè)重要原因。采用二次諧波制動(dòng)原理雖然能在一定程度上防止空載合閘時(shí)的保護(hù)誤動(dòng)，但也存在二次諧波制動(dòng)比大及內(nèi)部故障時(shí)由自由電流造成保護(hù)拒動(dòng)的可能。另外，由于變壓器是靠磁路聯(lián)接的，而且兩側(cè)ct變比也不一致，這就使得正常運(yùn)行時(shí)的差流較發(fā)電機(jī)差流要大。3 發(fā)變組差動(dòng)保護(hù)。它為發(fā)電機(jī)、變壓器及其引出線(xiàn)故障的雙重化主保護(hù)。

6、我廠二期機(jī)組為五側(cè)差動(dòng)，保護(hù)原理同主變差動(dòng)，保護(hù)范圍包括發(fā)電機(jī)及其引出線(xiàn)、封母，主變及其套管引出線(xiàn)、500kv側(cè)出線(xiàn)，廠變及其套管引出線(xiàn)、低壓側(cè)引線(xiàn)等。一般0秒動(dòng)作切除故障。4 發(fā)電機(jī)定子匝間保護(hù)。它為發(fā)電機(jī)定子匝間短路及定子繞組分支開(kāi)焊故障的主保護(hù)。保護(hù)反應(yīng)發(fā)電機(jī)縱向零序電壓的基波分量?！傲阈颉彪妷喝∽詸C(jī)端專(zhuān)用pt的開(kāi)口三角形繞組，該專(zhuān)用pt采用全絕緣pt，其一次側(cè)中性點(diǎn)與發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)通過(guò)高壓電纜相聯(lián)而不接地。“零序”電壓中的三次諧波不平衡量由三次諧波濾過(guò)器濾除。為準(zhǔn)確、靈敏反應(yīng)內(nèi)部匝間故障，同時(shí)防止外部短路時(shí)保護(hù)誤動(dòng)，本保護(hù)以縱向“零序”電壓中三次諧波增量變化來(lái)區(qū)分內(nèi)外故障。當(dāng)內(nèi)部故障時(shí)，

7、3u0、3uw，當(dāng)外部故障時(shí)，3u0、3u3w。保護(hù)分兩段：i段為次靈敏段：動(dòng)作值必須躲過(guò)任何外部故障時(shí)可能出現(xiàn)的基波不平衡量，保護(hù)瞬時(shí)出口。ii段為靈敏段：動(dòng)作值可靠躲過(guò)正常運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的最大基波不平衡量，并利用“零序”電壓中三次諧波不平衡量的變化來(lái)進(jìn)行制動(dòng)。保護(hù)可帶0.10.5秒延時(shí)出口以保證可靠性。為防止專(zhuān)用pt斷線(xiàn)時(shí)保護(hù)誤動(dòng)，保護(hù)采用可靠的電壓平衡繼電器作為pt斷線(xiàn)閉鎖環(huán)節(jié)。保護(hù)動(dòng)作邏輯圖如下：3u0>3u0h.dz&& 靈敏段出口跳閘專(zhuān)用pt斷線(xiàn) t/03u0>3u0l.dz同時(shí)uwkzu3w 次靈敏段出口跳閘定子匝間保護(hù)出口邏輯5 發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)。大型

8、發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)應(yīng)該滿(mǎn)足以下三個(gè)基本要求：（1）故障點(diǎn)電流不應(yīng)超過(guò)安全電流，出口電壓18kv及以上的發(fā)電機(jī)安全電流為1a。（2）有100%保護(hù)區(qū)。（3）保護(hù)區(qū)內(nèi)任一點(diǎn)發(fā)生接地故障時(shí)保護(hù)應(yīng)有足夠的靈敏度。在發(fā)電機(jī)單相接地故障時(shí)，不同的中性點(diǎn)接地方式，將有不同的接地電流和動(dòng)態(tài)過(guò)電壓以及不同的保護(hù)出口方式。100mw以上的大機(jī)組，一般采用發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地方式，對(duì)于單元連接的發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的消弧線(xiàn)圈，為了減少耦合傳遞過(guò)電壓以及頻率變動(dòng)對(duì)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)位移電壓的影響，一般采用欠補(bǔ)償方式，從而有效地防止了接地故障發(fā)展成相間或匝間短路，使故障點(diǎn)電弧存在時(shí)間大為減少。保護(hù)則采用由3u0定子接地保護(hù)和3

9、w定子接地保護(hù)共同構(gòu)成的100%定子接地保護(hù)。其中，3u0定子接地保護(hù)反應(yīng)發(fā)電機(jī)的零序電壓大小，保護(hù)具有三次諧波濾除功能，靈敏度很高，零序電壓取自發(fā)電機(jī)機(jī)端pt的開(kāi)口三角形繞組，保護(hù)范圍是自機(jī)端向機(jī)尾側(cè)85%95%的定子繞組。保護(hù)的動(dòng)作邏輯如下圖：3u0>t/0 跳閘需要注意的是應(yīng)校核系統(tǒng)高壓側(cè)接地短路時(shí)，通過(guò)升壓變高低壓繞組間的耦合電容cm傳遞到發(fā)電機(jī)側(cè)的基波零序電壓uh0大小，看uh0是否小于3u0定子接地保護(hù)的動(dòng)作電壓，否則會(huì)引起保護(hù)誤動(dòng)。另外，也必須校核廠變低壓側(cè)接地短路時(shí)，傳遞到高壓側(cè)的基波零序電壓ul0大小，否則也可能引起保護(hù)誤動(dòng)，我廠一號(hào)機(jī)組去年就曾發(fā)生過(guò)因6kv側(cè)a相接地

10、造成3u0定子接地保護(hù)誤動(dòng)的事故。事故分析圖如下： 廠用變cb 發(fā)電機(jī)cf ul03w定子接地保護(hù)反應(yīng)發(fā)電機(jī)機(jī)端和中性點(diǎn)側(cè)三次諧波電壓大小和相位，保護(hù)具有較高的基波分量濾除功能，使靈敏度很高，機(jī)端三次諧波電壓取自發(fā)電機(jī)機(jī)端pt的開(kāi)口三角形繞組，中性點(diǎn)三次諧波電壓取自發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)消弧線(xiàn)圈。在正常運(yùn)行情況時(shí)，中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地的發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的三次諧波電壓，總是要比機(jī)端三次諧波電壓要大一些，而中性點(diǎn)側(cè)接地時(shí)，則情況相反。保護(hù)的動(dòng)作邏輯如下圖：3w>t/0 發(fā)信保護(hù)范圍是自機(jī)尾向機(jī)端50%以?xún)?nèi)的定子繞組。引起3w定子接地保護(hù)誤動(dòng)的原因曾有：（1）運(yùn)行人員忘記合發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)接地刀（2）中性點(diǎn)消

11、弧線(xiàn)圈pt變比不合適，應(yīng)為un/3/100，即一次側(cè)為相電壓。專(zhuān)家認(rèn)為：對(duì)于大型機(jī)組，定子單相接地短路應(yīng)該投信號(hào)，通過(guò)轉(zhuǎn)移負(fù)荷，平穩(wěn)停機(jī)，避免了盲目跳閘對(duì)機(jī)組的損害，也避免了大電流燒鐵芯和動(dòng)態(tài)過(guò)電壓的損害。另外，對(duì)大機(jī)組來(lái)說(shuō)，在開(kāi)、停機(jī)過(guò)程中必須投入定子接地保護(hù)。6 發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)。發(fā)電機(jī)失磁時(shí)，吸收無(wú)功，測(cè)量阻抗由第一象限向第三、四象限移動(dòng)，轉(zhuǎn)子電壓下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)異步運(yùn)行，機(jī)端電流上升，甚至造成系統(tǒng)電壓崩潰，表現(xiàn)為機(jī)端電壓下降。根據(jù)這些特征，發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)由發(fā)電機(jī)機(jī)端測(cè)量阻抗判據(jù)、轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)、變壓器高壓側(cè)低電壓判據(jù)、定子過(guò)流判據(jù)構(gòu)成。一般阻抗圓整定為靜穩(wěn)邊界圓，為躲過(guò)發(fā)電機(jī)進(jìn)相

12、運(yùn)行和防止短路時(shí)誤動(dòng)，將靜穩(wěn)極限阻抗圓下移，避開(kāi)一、二象限，按異步阻抗圓整定。失磁前有功越大，進(jìn)入異步邊界阻抗圓就越快。轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)滿(mǎn)足時(shí)發(fā)失磁信號(hào)，此判據(jù)可以預(yù)測(cè)發(fā)電機(jī)是否因失磁而失去穩(wěn)定，從而在發(fā)電機(jī)尚未失去穩(wěn)定之前及早地采取措施（切換勵(lì)磁等），防止事故的擴(kuò)大。j x r -0.5xd -xd對(duì)于無(wú)功儲(chǔ)備不足的系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)電機(jī)失磁后，有可能在發(fā)電機(jī)失去靜穩(wěn)之前，高壓側(cè)電壓就達(dá)到了系統(tǒng)崩潰值。所以轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)滿(mǎn)足并且高壓側(cè)低電壓判據(jù)滿(mǎn)足時(shí)，說(shuō)明發(fā)電機(jī)的失磁已造成了對(duì)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的威脅，經(jīng)“與2”電路發(fā)出跳閘命令，迅速切除發(fā)電機(jī)。轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)滿(mǎn)足并且測(cè)量阻抗判據(jù)滿(mǎn)足，經(jīng)“與3”電路發(fā)出失穩(wěn)信號(hào)。此信號(hào)表明發(fā)電機(jī)由失磁導(dǎo)致失去了靜穩(wěn)。當(dāng)轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)在失磁中拒動(dòng)（如轉(zhuǎn)子電壓檢測(cè)點(diǎn)到轉(zhuǎn)子繞組之間發(fā)生開(kāi)路時(shí)），失穩(wěn)信號(hào)由測(cè)量阻抗判據(jù)產(chǎn)生。汽輪機(jī)在失磁時(shí)允許異步運(yùn)行一段時(shí)間，此間過(guò)流判據(jù)監(jiān)測(cè)汽輪機(jī)的有功功率。若定子電流大于1.05倍的額定電流，表明平均異步功率超過(guò)0.5倍的額定功率，發(fā)出信號(hào)，運(yùn)行人員降低發(fā)電機(jī)的出力，使汽輪機(jī)繼續(xù)作穩(wěn)定異步運(yùn)行。穩(wěn)定異步運(yùn)行一般