第八章繼電保護及自動裝置

1、第八章 繼電保護及自動裝置第一節(jié) 繼電保護的作用及原理所謂繼電保護， 就是指能反映電力系統(tǒng)中電氣設備所發(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。 在電力系統(tǒng)中， 由于電氣設備的絕緣老化或損壞、 雷擊、 鳥害、設備缺陷或誤操作等原因， 可能發(fā)生各種故障和不正常運行狀態(tài)。其中最常見 也是最危險的故障是各種類型的短路， 包括三相短路、 兩相短路、 兩相接地短路以及中性點 直接接地中的單相接地短路， 此外，還可能發(fā)生輸電線路的一相斷線、 兩相斷線以及發(fā)電機、 變壓器一相繞組的匝間短路。一繼電保護的作用電力系統(tǒng)發(fā)生故障或出現(xiàn)不正常運行狀態(tài)時， 可能引起系統(tǒng)全部或部分正常工作

2、受到破 壞，使電能質量變壞到不能允許的程度， 甚至造成人身傷亡和電氣設備的損壞。所以， 在電 力系統(tǒng)中應采取各種措施消除或減少發(fā)生各種故障的可能性，另外， 故障一旦發(fā)生， 必須迅速而有選擇性地將故障設備從系統(tǒng)中切除， 以保證無故障設備的繼續(xù)運行。 要想完成上述任 務，只能通過繼電保護裝置才能實現(xiàn)，繼電保護的作用就是：當電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，能自動地、迅速地、有選擇性地將故障設備從電力系統(tǒng)中切除， 以保證系統(tǒng)其余部分迅速恢復正常運行，并使故障設備不再繼續(xù)遭受損壞。當系統(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)出信號通知運行人員進 行處理，或者切除那些繼續(xù)運行會引起故障的電氣設備。

3、由此可見， 繼電保護裝置是電力系統(tǒng)必不可少的重要組成部分， 對保障系統(tǒng)安全運行， 保證 電能質量、防止故障的擴大和事故的發(fā)生，都有極其重要的作用。二繼電保護的基本原理電氣設備從正常工作到故障或不正常運行， 其電氣量往往會發(fā)生顯著的變化， 主要特征 是：電流增大。 短路時故障點和電源之間的電氣設備和輸電線路上的電流，將由負荷電流變?yōu)槎搪冯娏?。電壓降低?當發(fā)生相間短路或接地短路故障時， 系統(tǒng)各點的相間電壓或相電壓值下降， 且 越靠近短路點的電壓越低，短路點的電壓為零。電流和電壓之間的相位角改變。正常運行時電流和電壓之間的相位角是負荷的功率因數(shù) 角，一般為20° 30°。在保護

4、裝置的正方向發(fā)生短路時， 典雅和電流之間的相位角一般為 60° 85°而在保護的反方向短路時，電壓和電流之間的相位角則為180°+（ 60°-85°）。不對稱短路時，出現(xiàn)負序分量的電流和電壓；接地短路時，出現(xiàn)零序分量的電流和電壓。 在正常對稱運行時，既無零序分量也無負序分量。因此， 利用短路時電氣量的變化，便可構成各種原理的繼電保護。列如，根據(jù)短路故障時電流的增大， 可構成過電流保護； 根據(jù)電壓的降低，可構成低電壓保護； 根據(jù)電流和電壓 之間相位角的變化， 可構成功率方向保護；根據(jù)電壓和電流的比值，可構成距離保護；根據(jù)部對稱時出現(xiàn)的零序和負序分

5、量，可構成零序保護等。另外，還有一些反應非電量的保護， 如變壓器的瓦斯保護，過負荷保護等。一般一套繼電保護裝置由以下三部分組成，如圖81 所示。圖81讎電保護原理方框圉1測量部分。測量部分從被保護設備輸入有關信號，并和已給定的整定值進行比較，從而 判斷保護是否應該動作。2 邏輯部分。邏輯部分是根據(jù)測量部分輸出的信號大小、性質、出現(xiàn)的順序，經過邏輯部 分的判斷，最后確定是否應該使短路器跳閘或發(fā)出信號。3執(zhí)行部分。執(zhí)行部分接受邏輯部分傳送來的信號，最后發(fā)出使保護跳閘的命令或在不正 常運行時，發(fā)出相應的信號。第二節(jié)繼電保護的基本要求根據(jù)繼電保護在電力系統(tǒng)中所擔負的任務，繼電保護必須滿足以下四個要求，

6、即選擇性、速動性、靈敏性和可靠性。一. 選擇性所謂繼電保護裝置動作的選擇性就是指當電力系統(tǒng)中的設備或線路發(fā)生短路時，其繼電保護裝置僅將故障設備或線路從系統(tǒng)中切除，當故障設備或線路的保護或斷路器拒絕動作 時，應由相鄰設備或線路的保護將故障切除。電網有選擇性切除故陣示意圖如圖8 2所示電網，當在線路 Li的di點故障時，應有故障線路上的保護1和2動作，使斷路器1DL和2DL跳閘，將故障線路 Li切除。這時變電站 B仍可由線路繼續(xù) L?供電。 當線路L3的d2點發(fā)生故障時，應由該線路的保護5動作，使斷路器 5DL跳閘，將線路L3切除。這樣，在發(fā)生故障時，只有故障設備被切除，停電范圍限制在最小，保護裝

7、置的上述 動作，稱為有選擇性。如當線路L4上d3發(fā)生故障時，如果該處的保護 6或斷路器6DL拒動， 則應有線路L3的保護5動作，使5DL跳閘，從而達到切除故障的目的?？梢姳Ｗo5對線路L4起到后備保護的作用。這種由上一級元件的保護實現(xiàn)對下一級元件故障時的后備保護， 通常稱為遠后備保護。有時，為了防止一套保護（主保護）拒動時，造成擴大事故，可在同 一處另外再裝設一套后備保護，當主保護拒動時，可由后備保護動作跳閘。 這種在就地實現(xiàn)的后備保護稱為近后備保護。遠后備保護對相鄰元件的保護裝置，斷路器、二次回路和直流電源引起的拒動，均能實現(xiàn)后備作用。而近后備保護只能對保護裝置的拒動起到后備作用，對斷路器拒動

8、實現(xiàn)近后備的保護裝置稱為斷路器失靈保護。二. 速動性快速切除故障可以提高電力系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性，減少用戶在低電壓下的工作時間，以及減輕設備的損壞程度。E8-3電力系統(tǒng)并列運行示意圖如圖83中，如K點發(fā)生短路，A廠母線電壓降到幾乎接近于零而甩負荷，汽輪機調速系 統(tǒng)來不及作相應的調整， 發(fā)電廠A的機組轉速必然升高。 此時，發(fā)電廠B甩去的負荷不多（有 較高的殘壓），發(fā)電機轉速增加不少，這樣A、B兩廠的發(fā)電機就產生轉速差。如果短路持續(xù)的時間較長，兩廠的發(fā)電機將失去同步，使系統(tǒng)發(fā)生振蕩甚至瓦解。如果能迅速切除故障， 因兩廠發(fā)電機的轉差尚小，則故障切除后，很容易被拉入同步，恢復系統(tǒng)穩(wěn)定運行。因此， 快速

9、切除故障是提高系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性、防止事故進一步擴大的重要措施。另外，系統(tǒng)發(fā)生短路時，電壓大幅度降低，用戶的電動機受到制動而轉速減慢，若遲 緩切除故障，電動機將停止轉動，用戶的正常運行遭到破壞。若快速切除故障，電壓很快恢復，電動機就容易自啟動并迅速恢復正常運行，從而大大減小對用戶正常生產的影響。 另外，短路時，故障設備本身將通過很大的短路電流，由于電動力和熱效應的作用，設備也將遭到嚴重破壞，短路時間越長，設備損壞越嚴重，所以快速切除故障， 便能減輕電氣設備的損壞程度，防止故障的進一步擴大。再則，快速切除故障，短路點易于去游離，從而可以提高自 動重合閘的成功率。切除故障的總時間等于保護裝置的動

10、作時間和斷路器跳閘時間之和。一般快速保護的動作時間為0.08 0.12S，最快可達0.02 0.04;斷路器的跳閘時間一般為 0.1 0.15S,最快可 達0.04 0.05S。所以，最快的故障切除時間為 0.06 0.09S。三. 靈敏性保護裝置對在保護范圍內發(fā)生的故障和不正常運行狀態(tài)的反應稱為保護裝置的靈敏度。 為使保護裝置確實起到保護作用，要求其在各種運行方式下都應具有足夠的靈敏性。對相間短路保護來說，不但在最大運行性方式下三相金屬性短路時能夠靈敏動作，而且在最小運行方式下也應有足夠的靈敏度。所謂最小運行方式，是指故障時，流過保護裝置的電流為最小的運行方式。最大運行方式是指故障時流過保護

11、裝置的電流為最大的運行方式。保護裝置的靈敏度用靈敏系數(shù)Ks來表示。對反應故障時參數(shù)上升的保護裝置，其靈敏系數(shù)為：,保護區(qū)末端金屬性短路時故障參數(shù)的最小計算值KS=保護裝置的動作值對反應故障時參數(shù)降低的保護裝置，其靈敏系數(shù)為：,保護裝置的動作值KS=保護區(qū)末端金屬性短路對故障參數(shù)的最大計算值各種不同的保護裝置的靈敏系數(shù)是不同的，一般對主保護的靈敏系數(shù)要求不小于1.5 2;對后備保護的靈敏系數(shù)要求不小于1.21.5。四可靠性保護裝置的可靠性是指在該保護裝置規(guī)定的保護范圍內發(fā)生了它應該動作的故障時，它應可靠動作，而不應該拒動。而在其他任何不屬于它的保護范圍內故障時，它應可靠地不動作，而不應該誤動。保

12、護裝置的拒動或誤動都會造成嚴重的后果，使事故擴大。保護裝置不能正確動作的原因主要有：繼電器及元件質量差， 安裝調試質量不高， 運行維護不當或設計整定計算錯誤。因此，為保證保護的可靠性，應選用質量高、動作可靠的繼電器和元器件，保護接線應盡量簡單，減少繼電器及串聯(lián)接點，提高安裝和調試質量，加強維護和管理。保護裝置的四個基本要求即相互聯(lián)系，有時又相互矛盾，所以在裝設保護時要從全局考慮。 一般來說，在保證可靠性的前提下， 首先要滿足選擇性，對于非選擇性動作是絕對不允許的。第三節(jié)輸電線路的保護一.高頻保護1高頻保護的構成及分類高頻保護可分為三個主要部分：即保護部分，收發(fā)信機部分，通道部分。如圖84所示。

13、團高頻通道的組成框團保護部分是反映故障時的電氣量的變化；收發(fā)信機是發(fā)出高頻信號和接受高頻信號的裝置； 通道是傳送高頻信號的路徑。高頻保護按測量元件的實現(xiàn)原理分為：測量元件為方向元件的高頻方向保護；測量元件為方向阻抗元件的高頻距離保護；測量元件為相位比較元件的高頻相差動保護。2.相差動咼頻保護的基本原理相差動咼頻保護是基于利用咼頻電流信號比較被保護線路兩端電流相位的原理構成的。鬆部斜5和外部短呢辭如圖85所示，設電流從母線流向線路為正，由線路流向母線為負。當保護線路內部故障時，如圖85 ( a)兩端的電流 ?和入都從母線流向線路，同時為正方向，兩個電流同相， 相位差 忙0°，兩端保護動

14、作，跳開斷路器。而當外部短路時，如圖8 5 (b)電流 希從母線流向線路為正，電流 入從線路流向母線為負，相位差0=180°，兩端保護不動作。相差動高頻保護的高頻信號可以按允許信號和閉鎖信號兩種方式工作，我國目前廣泛采用按閉鎖方式工作的相差動高頻保護。在工頻電流的正半波， 操作發(fā)信機發(fā)高頻信號； 在工頻電流的負半波，使發(fā)信機停止發(fā)信。如圖86所示，當線路外部故障時，兩端工頻操作電流相位相反，如圖中 a、b所示。各端發(fā)信機均于工頻操作電流正半周時發(fā)信，于負半周時停信，如圖中c、d所示，因而兩端收信機均收到連接不斷的信號，如圖中e所示。由于高頻信號在傳輸過程中有衰耗，故收信機收到對側發(fā)來

15、信號的幅值要小一些。此時收信機輸出的電流為零，如圖中f所示。因兩側繼電器線圈中無電流通過，如圖中g所示，故保護不動作。當線路內部故障時，兩端工頻操作電流相位相同，如圖中a，和b，所示。兩端發(fā)信機均于工頻操作電流正半波時發(fā)信，于負半波時停信。如圖中c，和d，所示。兩端收信機收到斷續(xù)信號，如圖中e，所示。此時收信機輸出斷續(xù)的電流方波，如圖中f，所示，該方波電流經加工后使兩側繼電器線圈中有電流通過，如圖中g，所示，故保護動作。M側淀過器輸出端電壓N側濾過器輸出端電壓M側發(fā)送的高頻信號收信機收到的高頻信號收信機輸岀電流繾電器線圈中電流厠BE相差動高頻保護動作原理說明觀3 高頻方向保護工作原理圖8T高頻

16、方向保護原理框圉圖87是高頻閉鎖方向保護的原理框圖。該圖只表示線路一側的高頻閉鎖方向保護裝置，線路另一側和其完全相同。圖中P-為反方向功率方向元件，P+為正方向功率方向元件。當P-動作時，一方面起動發(fā)信機發(fā)信，另一方面閉鎖P+控制的停信回路。當 P+動作時，延時t2停止發(fā)信。當P+動作，且收不到高頻信號時可發(fā)出跳閘命令。以圖88雙側電源系統(tǒng)說明該保護的工作原理。當D點短路時，在 AB線路上，A側P+動作，B側P+動作，而兩側的 P-均不動作。所以兩 側保護滿足跳閘條件，短路器 1、2跳閘，切除故障點。如果是在 BC線路上故障，短路器3、4跳閘。而短路器1、2由于B側P-動作，發(fā)信機發(fā)信，所以短

17、路器1、2不動作。圖8 9為一個多電源環(huán)網，當D點故障時，線路MN和MP上的功率流向如圖中實線所示， 而當6DL跳閘后，MN線路上的功率流向為從 N向M，如圖中虛線所示。6DL跳閘前，MN線路上N側P-動作，發(fā)出閉所信號，1DL、2DL均不跳閘，當6DL跳開 后MN線路上的功率方向發(fā)生變化，即N側P-返回，P+動作，而M側P+返回，P-動作。如果N側P+動作快，而M側P+返回慢，就會有一小段時間，兩側均為P+動作，從而停止一旦P-動作則閉鎖 于P-先動作，閉鎖 二.距離保護所謂距離保護, 間的一種保護裝置。發(fā)信，1DL、2DL保護誤動。解決的方法有兩種，其一是加延時，即先感受為區(qū)外故障，之 后

18、若感受為區(qū)內故障，連續(xù)停信時間必須大于60ms才能跳閘。其二是讓 P-動作優(yōu)先于P+，P+動作回路。這樣，在上述情況下，一開始MN線路上N側P-動作，由N側P+動作回路，這樣在功率倒向后，仍能可靠發(fā)出閉鎖信號。就是反應故障點到保護安裝處的距離，并根據(jù)該距離的遠近確定動作時當故障點距保護安裝處越近時，保護感受到的距離越小， 動作時間就越短；反之，當故障點離保護越遠，保護感受到的距離越大，動作時間就越長。這樣，故障將 總是由距故障點近的保護首先切除，從而保證在任何形狀電網中，故障線路都能有選擇地切 除。1距離保護的組成測量元件。作用是測量故障點至保護安裝處的阻抗（距離），并和整定阻抗進行比較，以確

19、定保護是否動作。測量元件通常采用阻抗繼電器，是保護中的關鍵元件。起動元件。它的主要作用是當發(fā)生故障時， 立即起動整套保護，并可兼作距離川短的測量 元件。起動元件可采用電流繼電器或阻抗繼電器， 也可采用反應負序、零序電流或其他增量 的電流元件。方向元件。它是判別故障時短路功率的方向，防止在保護安裝處反方向故障時誤動。一般采用功率方向繼電器，也可采用具有方向性的阻抗繼電器，兼作測量元件。時間元件。它的作用是建立距離n段和川段的動作時限，以保證保護動作的選擇性。通常采用時間繼電器或時間電路作時間元件。2.距離保護的基本原理距離保護的測量元件應能測量故障點到保護安裝處的距離。而測量故障點到保護安裝處的

20、距離，實際上是測量故障點至保護安裝處的線路阻抗。故障時，保護安裝處的母線電壓？和母線流向線路的電流 ？的比值即為故障點至保護安裝處的線路阻抗Zk。若假設保護用電流互感器和電壓互感器變比均為1則測量元件的阻抗 Zm = ?m/?m=?/?=ZK。測量元件將側得的阻抗Zm和整定阻抗Zs進行比較，當Zm V Zs時，表明故障在保護范圍內，保護動作；當 Zm > Zs時，表明故障在保護范圍外，保護不動作。所以距離保護又叫低阻抗保護。由于Zk只和故障點到保護安裝處的距離有關，基本上不受運行方式的影響。gs-10 三皆式距離保護的階梯時釀特性距離保護的動作時限t和故障點至保護安裝處的距離I的關系，稱

21、為距離保護的時限特性。目前廣泛采用的是三段式階梯時限特性，如圖8 10所示。距離保護的第I、 n、川段和電流保護的第I、 n、川段相似，其根本不同之處是距離保護各段的保護范圍基本上不隨運行 方式而改變。為了保證選擇性，瞬時動作的距離I段保護范圍應限制在本線路內，如圖810中保護n段的測量元件的整定阻抗 Z/zdi應小于線路阻抗Zab,通常距離i段的保護范圍為被 保護線路全長的80 85%其動作時間為元件的固有動作時間。距離n段整定阻抗相似帶時 限電流速段，即其保護范圍不超過相鄰下一線路距離I段的保護范圍，同時在時限上和相鄰的下一線路距離I段的動作時限t/2進行配合，即ti = t i + A

22、t距離I段和n段可共同作為線路的主保護。 距離川段作為本線路距離I段、 n段的近后備及 作相鄰下一線路得遠后備保護， 其整定阻抗的選擇和過電流保護相似， 應躲過正常運行時的 最小負荷阻抗來整定，動作時限也按階梯原則整定。3 阻抗繼電器全阻抗繼電器。全阻抗繼電器的特性圓是以坐標原點 為圓心、以整定阻抗 ZZd為半徑所作的一個圓 11所示。圓內為動作區(qū)，當測量阻抗如圖8 Z落在圓上時繼電器剛好動作，對應此時的阻抗叫繼電器的動作阻抗，以 Zdz.j表示。當采用絕對值比較方式是，這種阻抗繼電器 的動作阻抗條件是：I Z IWI Zzd I 不論？ j和？間相位差 幅此時總是成立的， 繼電器無方向性。將

23、式兩邊同乘以電流 壓條件為I ?Zj IW 電壓？Z可通過中間變壓器因此全阻抗 ?，則得動作電0B-11全阻抗違電爭的動作特性?Zzd ITV取得，當TV的輸入電壓為?時，使輸出電壓K/?j=?Zj。而?Z?時，使輸出電壓 K?=?Z。故上式可寫成全阻抗讎電器原理接線國若采用它作測量元件， 有時尚需另 要求，其特性圓是一個以整定阻抗圖呂一 13方向陰抗繼電器的動作特性可以通過電抗變壓器 TL取得，當輸入電流為I K?j IWI K? I移相得 I ?j/? IWI K/Ku I 由此可知，采用絕對值比較的全阻抗繼電器 可按圖8 12接線。這里有三個參數(shù)需分辨 清楚：測量阻抗Z （繼電器端子上的

24、感受 電抗），即？/?隨故障點和保護安裝處之間 的距離而變。動作阻抗 Zdz.j （繼電器剛好 動作時的測量阻抗），即保護范圍邊界短路 時的測量阻抗。整定阻抗乙d（根據(jù)動作阻抗選擇繼電器參數(shù) KjK所決定的阻抗）,其值 應和動作阻抗相近， 整定阻抗預定了保護范 圍。？ 方向阻抗繼電器上述全阻抗繼電器無方向性，不能判別短路故障的方向加一個方向元件和之配合。 而方向阻抗繼電器可滿足這- Zzd為直徑，圓周過坐標原點的圓，如圖8 13所示。園內為動作區(qū)。當保護正方向故障時，測量阻 抗Zj位于第I象限，只要 Zj落在園內，繼電器就 動作。而保護反方向短路時，Zj位于第川象限，不可能落在園內，繼電器就不

25、會動作，故該繼電器的 動作具有方向性。三.電流速斷保護第四節(jié)發(fā)電機保護一.發(fā)電機的縱差保護發(fā)電機的縱差保護反應發(fā)電機定子繞組及其 引出線的相間短路，是發(fā)電機的主要保護。1.帶斷線監(jiān)視的發(fā)電機縱差保護08-14帶斷陵監(jiān)視的發(fā)電赫縱差保護原理接銭團圖8 14為帶斷線監(jiān)視的發(fā)電機縱差保護原理接線圖，保護采用三相式接線，1KD 3KD為差動繼電器。在差動回路的中性線上接有斷線監(jiān)視電流繼電器KMD，KPO為出口中間繼電器，其線圈上并聯(lián)的電阻Rf是為了提高信號繼電器KS的可靠性。保護的動作電流應按在正常情況下，電流互感器二次斷線時保護不動作的條件整定。即|PU=K rellLG斷線監(jiān)視繼電器的動作電流I

26、PUK應按躲過正常運行時的不平衡電流整定，一般為Ipuk=0.2I lg/ nT整定之后還應按保護范圍內的最小短路電流來校驗靈敏度，一般要求不小于2。在靠近中性點發(fā)生相間短路時，短路電流非常小，保護可能不動作，即為縱差動保護的死區(qū)。2采用BCH 2型差動繼電器的發(fā)電機縱差保護如圖8 15為BCH 2型差 動繼電器構成的發(fā)電機縱差保護 原理圖。當電流互感器二次回路斷 線時，斷線相差動繼電器的差動線 圈及其三個平衡線圈中均通過數(shù) 值相等的負荷電流，由于每相繼電 器的差動線圈和平衡線圈反極性 串聯(lián)，因此，斷線相差動繼電器鐵 心中的工作磁通相互抵消， 該繼電 器不會動作。在非斷線相的差動繼 電器中，只

27、有平衡線圈通過負荷電 流，只要適當?shù)倪x擇平衡線圈的匝 數(shù)，就可以使非斷線繼電器不動 作。一般經過選擇有：IpUK=0.55I LG2可見動作電流小，故內部短路時靈敏度高，以稱之為高靈敏度的縱差保護。 二發(fā)電機定子繞組匝間短路保護 發(fā)電機繞組發(fā)生匝間短路時，縱差動保護不能反應，所以裝設了發(fā)電機匝間短路保護。1 橫差電流保護e-16 損電機走子繞組單讎電器式摘差電瀟保護原理國對于定子繞組的每一支路中性點側都有引出端的發(fā)電機，可以采用定子繞組單繼電器的橫差電流保護，其保護的接線原理如圖 816所示。一般根據(jù)運行經驗，保護的動作電流通常取為發(fā)電機額定電流的 20 30%，即Ipu=(0.2 0.3)l

28、e當短路的匝數(shù)非常少時，中性連線的電流很小，因此保護將不動作，出現(xiàn)死區(qū)。2 反應零序電壓的匝間短路保護發(fā)電機正常運行及相間短路時，無零序電 壓。定子繞組單相接地時， 故障相對地電壓等于 零，中相點對地電壓上升為相電壓，此時三相定子繞組對中性點的電壓仍然對稱，不出現(xiàn)零序電壓。若定子繞組發(fā)生匝間短路，則機端三相對中性點電壓不對稱，因而出現(xiàn)零序電壓，因此可利 用此零序電壓來構成定子繞組的匝間短路保護。 其原理接線如圖8 17所示。此種保護仍存在死 區(qū)。3反應轉子回路二次諧波電流的匝間短路保護 發(fā)電機定子繞組發(fā)生匝間短路時，定子繞組電流中有負序分量，負序分量建立的負序磁場，以同步轉速沿和轉子旋轉方向相

29、反的方向旋轉。因 此，負序磁場在轉子繞組中感應出二次諧波電勢， 二次諧波電流，可以實現(xiàn)匝間短路 保護。圖8 18示出了該保護的原 理圖。采用負序功率方向繼電器后，:2TA f 保護的整定值只需按躲開和發(fā)電機拝正常運行時允許的最大不對稱度相 對應的在轉子回路感應的二次諧波 電流來整定，其靈敏度較高。 三發(fā)電機定子繞組單相接地保護發(fā)電機定子外殼是接地的，當 某相絕緣損壞發(fā)生對外殼短路時就 是單相接地，單相接地發(fā)生的機會 比匝間或相間短路多。»-11疫應零序電壓的匝間短路保護轉子回路中出現(xiàn)了二次諧波電流，禾U用該8-18反應轉子二孜諧波電疣的匝間短路保護原理框團1負序電瀟過濾黠；2負序電壓

30、過濾器；?一二次諧波過濾器：咋一負序功率方商繼電器：12二次諧波電疥繼電器般規(guī)定，發(fā)生單相接地時，接地電流小于5A時，一般裝設作用于通常用于并聯(lián)在發(fā)電機電壓母線上運行的發(fā)1反應零序電流的定子繞組單相接地保護 反應零序電流的發(fā)電機定子繞組單相接地保護, 電機。利用發(fā) 電機內、外部 接地時，流過 零序電流互 感器的零序 電流差別較 大的特點，保 護將有足夠 的靈敏型，如圖8 19所 示。保護的動 作電流可只 按躲開外部 單相接地時 流過零序電流互感器的零序電流和正常情況下零序電流互感器二次側出現(xiàn)的不平衡電流來 整定。保護一般帶有 1 2S的時限，以躲開外部單相接地時暫態(tài)電容電流的影響。2 反應零序

31、電壓的發(fā)電機定子繞組單相接 地保護 對于發(fā)電機一變壓器組，接地電容電流較 少，所以一般裝設反應零序電壓的接地保 護，如圖820所示。從機端電壓互感器開 口三角側取得3?o,過電壓繼電器 KV通過 三次諧波濾過器接于開口三角形的兩端。電壓繼電器的動作電壓可整定為10V左右。3.具有100%保護范圍的發(fā)電機定子繞組接 地保護上面兩種發(fā)電機定子單相接地保護都存在 著死區(qū)，利用3次諧波電壓和基波零序電壓 可構成的雙 頻式100%定 子接地保護， 如圖8 21所 示。圖中，？ N 和？S分別表 示由中性點 和機端取得 的交流電壓， 由電抗變壓 器1TL的一 次繞組和電 容C1組成對3 次諧波串聯(lián)K 鸚瞬

32、電機弼諧振電路，由電感Li和電容C3組成基波串聯(lián)諧振電路， 因此加于整流橋 ZL1的交流電壓基 本上是3次諧波電壓，該電壓和機端3次諧波電壓成比例。ZL1的整流電壓經 C5濾波后作為動作量加入執(zhí)行元件。電抗變壓器2TL的一次繞組和電容 C2組成3次諧波串聯(lián)諧振電路， 電感L2和電容C4組成基波串聯(lián)諧振電路，因此加于整流橋ZL2的交流電壓基本上也是 3次諧波電壓，該電壓和中性點 3 次諧波電壓成比例。 ZL2 的整流電壓經 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：Uab = | ? S3| | ? N3|正常情況下，| ? S3| < | ?N3| , UabV 0，執(zhí)行

33、元件不動作；而在 a V 50他發(fā)生單相接地故障 時，I ?S3| > |?N3| , Uab> 0,執(zhí)行元件動作。調節(jié)電位器Rwi便可改變保護的整定值。中間變壓器TV的一次側接至機端電壓互感器1TV的開口三角形側，反應機端基波零序電壓。經整流橋ZL3整流和n型濾波器濾波后的直流電壓加于電位器Rw2調節(jié)其滑動端，可以改變基波零序部分的啟動電壓。當接地靠近機端時,基波零序電壓較高,執(zhí)行元件動作。由上述 可見, 3 次諧波電壓部分用于反應 a < 50%范圍內的接地故障,故障點越靠近中性點,該部 分保護的靈敏性越高；基波零序電壓部分用于反應a> 15%范圍內的接地故障,故障

34、點越接近機端,該保護部分的靈敏性越高。這樣,雙頻式保護構成了有100%保護區(qū)的定子繞組單相接地保護。四發(fā)電機失磁保護1 失磁保護的判據(jù) 發(fā)電機失磁保護的主要判據(jù)都是依據(jù)失磁后發(fā)電機定子回路的參數(shù)變化來判斷的。一般主要判據(jù)有以下三種：監(jiān)測發(fā)電機無功功率方向的變化。監(jiān)測機端測量阻抗是否落入靜態(tài)邊界圓內。 監(jiān)測機端測量阻抗是否落入異步阻抗圓內。 為了防止失磁保護在其它非失磁情況下誤動,還應在主判據(jù)的基礎上再加入一些閉鎖措施。 通常稱這些措施為輔助判據(jù)。在失磁保護中,常用輔助判據(jù)主要有以下五種：轉子勵磁電壓 UL降低。負序分量出現(xiàn)。因失磁過程中，定子三相電路仍然是對稱的，無負序分量出現(xiàn)，而在發(fā)生各種短

35、路時, 總是伴隨有負序分量出現(xiàn), 即使是三相短路, 在短路初期也會短時出現(xiàn)負序分 量。利用延時躲過系統(tǒng)振蕩。 因為發(fā)生振蕩時, 失磁阻抗繼電器總是周期性地動作, 而失磁失 步后,測量阻抗則穩(wěn)定地落在異步阻抗圓內。電壓回路斷線閉鎖。以防止電壓互感器二次斷線時阻抗元件動作。利用操作閉鎖。 例如當發(fā)電機并列時, 為防止失磁阻抗繼電器的誤動, 可采用操作閉鎖的 方法將失磁保護閉鎖,并列完成后再自動投入失磁保護。2失磁保護的構成及原理H圖822是一種以靜穩(wěn)邊界圓為主判據(jù)，轉子低電壓為輔助判據(jù)的失磁保護原理方框圖。圖中Z為失磁阻抗繼電器，其動作特性為靜穩(wěn)邊界阻抗圓。Uv為低電壓元件，ULV為轉子低電壓元件

36、。當發(fā)生失磁故障時，如母線電壓降低到保證系統(tǒng)安全運行的允許電壓一下，同時，轉子低電壓元件動作，則Y有輸出，經延時ti跳閘。延時ti用以躲開振蕩過程中短時的電壓降低，一般取 0.5 1S。如果失磁后機端測量阻抗進入靜穩(wěn)邊界圓內，Z元件動作，同時轉子低電壓元件動作，Y2有輸出，經時間元件t 2延時跳閘。丫2動作后立即發(fā)出失磁信號， 說明發(fā)電機已和系統(tǒng)失去同步。延時t2躲過系統(tǒng)振蕩和自同期并列的影響，一般取1 1.5S。在發(fā)電機外部短路或電壓互感器二次回路斷線時，由于ULv元件不會動作，因而失磁保護不會誤動。當電壓互感器斷線時，可由UV元件經延時，t3發(fā)出失壓信號。第五節(jié) 變壓器保護一變壓器瓦斯保護

37、在油浸式變壓器油箱內發(fā)生故障時，由于故障點電弧的作用， 變壓器油及其它絕緣材料分解，產生氣體，利用這種氣體實現(xiàn)的保護稱為瓦斯保護。瓦斯保護的測量元件是氣體繼電器，它安裝在變壓器油箱和油枕間的連接管道上。為便于氣流順利通過氣體繼電器，變壓器的頂蓋和水平面間應有 1 1.5%的坡度，連接管道應有 2 4%勺坡度。瓦斯繼電器的型式較多，這里以性能較好的開口杯擋板式瓦斯繼電器的結構和工作原理進行 介紹。開口杯擋板式氣體繼電器的結構如圖8 23所示。上部有一個附帶永久磁鐵4的 開口杯5，下部有一面附帶永久磁鐵 11的擋 板10。正常情況下，繼電器內充滿油，開口 杯在油的浮力和重錘 6的作用下，處于上翹

38、位置，永久磁鐵4遠離干簧接點15，干簧接 點15斷開。擋板10在彈簧9的保持下，處 于正常位置，其附帶的永久磁鐵 11遠離干 簧接點13,干簧接點13可靠斷開。當變壓器內部發(fā)生輕微故障時，產生少量氣體，匯集在瓦斯繼電器的上部，迫使瓦斯繼7 3©8-23開口杯檔槻式氣體繼電器結構圖1罩；2頂誹J 3氣塞：* 一永久磁段:：5開口杯：6重錘；T一探針；8開口銷； g譚簧：io擋板：獲礒皺；12螺 桿；坤一干贊袖點（重瓦斯用）；14凋節(jié)桿 ；噸一干琶軸點（輕瓦斯用）:伯一套管電器內油面下降，使開口杯露出油面。 物體在氣體中所受浮力比在油中受到的浮力小，因而開口杯失去平衡，繞軸落下，永久磁鐵

39、4隨之落下，接通干簧觸點，發(fā)生輕瓦斯動作信號當變壓器嚴重漏油時，同樣會發(fā)生“輕瓦斯動作”信號。當變壓器內部發(fā)生嚴重故障時,油箱內產生大量的氣體,形成強烈油流，油流從油箱通過瓦斯繼電器沖向油枕， 該油流速度將超過重瓦斯擊力將克服彈簧的作用力，擋板被 沖動，永久磁鐵靠近干簧接點， 使 干簧接點閉合，發(fā)出跳閘脈沖，斷 開變壓器各電源側的斷路器。瓦斯保護的原理接線如圖8 24所示，瓦斯繼電器 KG的輕瓦斯觸 點（上觸點）閉合，延時發(fā)出“輕 瓦斯動作”信號。重瓦斯觸點（下 觸點）閉合后，經信號繼電器 KS 切換壓板，起動出口中間繼電器（下?lián)醢澹┱ǖ挠土魉俣?，油流對擋板的沖KPO作用于跳開變壓器斷路器。

40、出口中間繼電器是自保持中間繼電器。切換壓板的作用是改變重瓦斯的出口方式，當變壓器換油或氣體繼電器實驗時，通過切換壓板，將保護換接于電阻R回路，以防止重瓦斯誤動跳閘。二變壓器縱差動保護變壓器縱差動保護主要用來反應變壓器油箱內部、套管及引出線上的各種短路故障。其原理接線如圖825所示。變壓器兩 側裝設的電流互感器按循環(huán)電流法接 線，兩電流互感器之間為縱差動保護 的保護范圍。由于變壓器兩側電流的 大小和相位都不相同，兩側互感器的 型式、變比和接線方式也不相同，并 且在靠近電源側有勵磁電流存在，特 別是在空載合閘時，將有很大的勵磁 涌流出現(xiàn)。這些特點都將導致差動回 路中的不平衡電流大大增加，使變壓 器

41、的縱差動保護處于不利的工作條件 下，這就構成了變壓器縱差保護的特 殊性。所以為保證保護的可靠性，應 采取措施減小或消除不平衡電流對保 護的影響。一般采取的措施有： 當變壓器采用 Y/ 接線時，變壓器 兩側的電流互感器應采用 /Y接線，8-25變壓器縱差動保護原理接袋圖以實現(xiàn)相位補償。當變壓器兩側的電流互感器的變比不能理想匹配時，應增設平衡線圈，實現(xiàn)數(shù)值補償。 對于空載合閘時出現(xiàn)的勵磁涌流，可采用帶短路線圈的速飽和型差動繼電器來消除這種影響。對于外部短路時所產生的不平衡電流，可通過提高保護的整定值躲開這種影響。 變壓器縱差動保護的整定原則按躲過變壓器空載合閘和外部短路故障后，電壓恢復時的勵磁涌流

42、整定。I dz = K k| N式中：氐一可靠系數(shù)，取1.3 ;IN變壓器額定電流。按躲過外部短路時的最大不平衡電流整定。I dz = K k| bp.max = K K (0.21k.max)式中：K<可靠系數(shù)，取1.3 ；I bp.max 最大不平衡電流；I k.max 外部故障時最大短路電流的周期分量?？紤]電流互感器二次回路斷線，按躲過變壓器正常運行的最大負荷電流整定。Idz = K kI fh.max式中：K<可靠系數(shù)，取1.3 ；Ifh.max 變壓器正常運行時的最大負荷電流，在最大負荷電流不能確定時，可用變壓器的額定電流?？筛鶕?jù)以上三個條件算出的結果，選用其中最大者作為

43、整定值。三.變壓器的接地保護 1 .中性點直接接地變壓器的零序電流保護 圖8 26示出了中 性點直接接地雙繞 組變壓器的零序電 流保護原理圖。保護 用電流互感器接于 中性點引出線上，其 額定電壓可選擇低 一級的，其變比根據(jù) 接地短路電流引起 的熱穩(wěn)定和電動力 穩(wěn)定條件來選擇。保 護的動作電流按和 被保護側母線零序圖&一船中性點直接接地變壓器零序電流保護原理團電流保護后備段在靈敏系數(shù)上配合的條件整定。保護的靈敏度按后備保護范圍末端接地短路校驗，靈敏度不小于 1.2。保護的動作時限應比引出線零序電流后備段的最大動作時限大一 個階梯時限。2. 中性點可能接地或不接地變壓器的接地短路保護分級絕

44、緣變壓器分級絕緣變壓器，其中性點的耐壓強度較低，若中性點未裝放電保護，為防止中性點絕緣在工頻過電壓作用下?lián)p壞，不允許在無接地中性點的情況下帶接地故障點運行，因此，當發(fā)生接地故障時，應先切除中性點不接地變壓器，然后切除中性點接地變壓器。圖8 27示出了這種變壓器(無放電間隙)接地保護的原理接線圖，其中t1> t2。110-i20kV信號7I由 110-£20kV TV 來由其它變廉序盧畫它變凰H的#唐 電慷保護塞 電刪護-27中性點言接接地變壓器零序電疏焊護原理閤M2QF全絕緣變壓器全絕緣變壓器的接地故障保護原理框圖如圖8 28所示。變壓器除裝設零序電流保護外，還增設零序電壓保護

45、，作為變壓器中性點不接地運行時的保護。零序電壓元件的動作值應躲開部分中性點接地系統(tǒng)中發(fā)生接地短路時，保護安裝處可能出現(xiàn)的最大零序電壓，一般可取 Upuo=180V。由于零序電壓保護僅在系統(tǒng)中發(fā)生接地短路，且中性點接地的變壓器已全部斷開后才動作，因此保護的動作時限無需和電網中其它接地保護的動作時限相配合，可以整定的很小。為躲開電網單相接地短路時的暫態(tài)過程的影響，保護通常帶0.3 0.5S的延時。E8-2B全絕嫌變壓器的接地故障保護原理框圖第六節(jié)微機型線路保護本節(jié)以WXH 11型系列微機型線路保護為列說明其結構。一硬件原理該裝置配置有高頻、距離、零序和綜合重合閘的四個CPU插件，管理人機對話、打印

46、、多CPU之間通信的接口插件，變換插件，以VFC為原理的兩個模數(shù)轉換插件，開關量輸出、開關量輸入、邏輯、跳閘、信號，告警及逆變電源插件。接口插件面板上裝有復位鍵、液晶顯示器、鍵盤、打印機插座，主要電路作用如下：1和各CPU進行串行通信的接口電路 接口插件主要完成人機對U8-29爭行通信的接口電歸話及巡檢等功能，而這些 功能依賴于各單片機的串 行接口、該插件單片機內 串行接口和各保護插件的 串行口按輻射狀相連，每進行雙向的串行通信，而各保護插件之間不能互相通信，如圖8 29所示。圖中CPUo'CPU.CPU2、CPU3、CPU4分別代表接口、高頻、距離、零序電流和綜合插件。正常運行狀態(tài)，

47、接 口插件不斷地通過串行口向各CPU插件發(fā)出巡檢令，當各CPU均正常時，應分別作出回答。如果某一 CPU插件自檢出硬件故障， 一方面驅動該 CPU告警繼電器，一方面收到巡檢令后 向接口插件傳送故障信息及出錯碼，接口插件收到錯碼后，驅動總告警繼電器，并顯示（或打?。┏龉收闲畔ⅰＨ绻涌诓寮l(fā)巡檢令，某一CPU未作回答，則接口插件通過外部復位開關量輸出強制使該 CPU復位，然后再發(fā)巡檢令，如果仍得不到回答，則驅動總告警開 關量輸出，并顯示（或打?。┏鲈揅PU出錯信息。采用先復位后報警是為了防止某一保護插件因干擾造成程序出錯但無硬件損壞時，可在復位后使其恢復正常工作，不必告警。如果人機對話插件發(fā)生故

48、障而不能執(zhí)行循環(huán)檢測程序時，其它CPU插件在規(guī)定的時間內收不到巡檢命令，就驅動巡檢中斷繼電器告警。2.鍵盤輸入電路通過鍵盤并借助于液晶顯示可以輸入命令、地址和數(shù)據(jù)。3. 液晶顯示電路 正常運行時，可通過顯示器顯示裝置的工作狀態(tài)，調試時，可顯示命令、數(shù)據(jù)。4. 硬件時鐘電路正常時可自動、手動設置年、月、日 時、分、秒，并自動辨別月結束。其電源由直流供電,直流電消失時，由電池供電，以保持時鐘繼續(xù)運行。5. 硬件自復位電路 如圖8 30所示，每隔 500ms由MC146818的SQW端發(fā)送一標準脈 沖，給74LS393計數(shù)器的輸入端， 8031單片機定時對74LS393計數(shù)器 進行檢測并清零。如果接

49、口插件由 于程序出錯不能對計數(shù)器進行檢測 并清零，那么經過一定的時間， 74LS393計數(shù)器將通過其 2QD端向 8031發(fā)復位信號，使接口插件重新 投入正常工作。另外，接口插件設 有兩路開入量，即啟動反饋開入量和外部垠時鐘SWQ1MC14W1BCLP1CLP22QL1QD2A1A 2OD8P172+5V Y帥31RESET圈83D自復位電躋P鍵開入量，通過啟動反饋來完成整理總報告的功能，通過外部 P鍵開入量來完成復制總報告功能。第七節(jié)廠用電源快速切換裝置一.廠用電源切換方式在發(fā)電廠中，保證廠用電連續(xù)可靠供電是保證發(fā)電機組安全運行的基本條件，廠用工作電源和備用電源之間的快速切換是實現(xiàn)廠用電連續(xù)

50、可靠供電的重要手段，按工作電源和備用電源之間的切換方式不同，分為以下幾種類型。1按開關動作順序分類并聯(lián)切換。先合上備用電源，兩電源短時并聯(lián)，再跳開工作電源，這種方式多用于正常切換。并聯(lián)切換方式又分為并聯(lián)自動切換和并聯(lián)半自動切換兩種。串聯(lián)切換。先跳開工作電源，再合上備用電源，母線斷電時間至少為備用開關合閘時間， 此中方式多用于事故切換。同時切換。這種方式介于并聯(lián)切換和串聯(lián)切換之間。 合備用電源命令在跳工作電源命令發(fā) 出之后、工作電源開關跳開之前發(fā)出。母線斷電時間大于0而小于備用電源開關合閘時間，可設置延時來調整。這種方式既可用于正常切換，也可用于事故切換。2按啟動原因分類正常切換。由運行人員手動啟動，快切裝置按事先設定的手動切換方式(并聯(lián)、同時)進行分合閘操作。事故切換。由保護啟動，發(fā)變組、廠用變和其他保護出口跳工作進線開關的同時，啟動快切裝置進行切換，快切裝置按事先設定的自動切換方式(串聯(lián)、同時)進行分合閘操作。不正常切換。有兩種情況，一是母線失壓，母線電壓低于整定電壓達到整定時間后，裝置自行啟動，并按自動方式進行切換。 二是工作開關誤跳， 由工作開關輔助接點啟動裝置，在 切換條件滿足時合上備用電源。3.按切換速度分類 按切換速度可分為：快速切換、短延時切換、同期捕