微機(jī)繼電保護(hù)原理課程課件

1、微機(jī)繼電保護(hù)原理第一章微機(jī)繼電保護(hù)基礎(chǔ)第一節(jié)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的任務(wù)與要求一.電力系統(tǒng)的不正常狀態(tài)1）常見故障：在三相交流電力系統(tǒng)中，最常見和最危險(xiǎn)的故障是各種型式的短路，其中包括三相短路、兩相短路、兩相接地短路、一相接地短路、兩點(diǎn)接地短路以及電機(jī)和變壓器一相繞組上的匝間短路等。除此以外，輸電線路還可能發(fā)生一相或兩相斷線以及上述幾種故障同時(shí)發(fā)生的復(fù)雜故障。 第一節(jié)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的任務(wù)與要求2）不正常工作情況：最常見的不正常工作情況是過負(fù)荷。長(zhǎng)時(shí)間過負(fù)荷會(huì)使載流設(shè)備和絕緣的溫度升高，而使絕緣加速老化或設(shè)備遭受損壞，甚至引起故障。此外，由于電力系統(tǒng)有功功率缺額而引起的頻率降低，水輪發(fā)電機(jī)突然甩負(fù)荷

2、所引起的過電壓等也都是不正常工作情況。 第一節(jié)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的任務(wù)與要求電力系統(tǒng)短路可能引起下列嚴(yán)重后果： （1）數(shù)值很大的短路電流通過短路點(diǎn)將燃起電孤，使故障設(shè)備燒壞甚至燒毀； （2）短路電流通過故障設(shè)備和非故障設(shè)備時(shí)，產(chǎn)生熱和電動(dòng)力的作用，致使其絕緣遭到損壞或使設(shè)備縮短使用壽命； （3）電力系統(tǒng)中大部分地區(qū)的電壓下降，使大量電能用戶的正常工作遭到破壞或產(chǎn)生廢品； （4）破壞電力系統(tǒng)各發(fā)電廠之間并列運(yùn)行的穩(wěn)定性，而使事故擴(kuò)大，甚至造成整個(gè)電力系統(tǒng)癱瘓。 第一節(jié)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的任務(wù)與要求二繼電保護(hù)的任務(wù)與作用 1. 定義：繼電保護(hù)裝置是能反應(yīng)電力系統(tǒng)各電氣設(shè)備故障或不正常工作情況，并作用于

3、斷路器跳閘或發(fā)出信號(hào)的一種自動(dòng)裝置。 第一節(jié)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的任務(wù)與要求2. 作用：1）當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，給主控制設(shè)備的斷路器發(fā)出跳閘信號(hào)，將發(fā)生故障的主設(shè)備從系統(tǒng)中切除，保證無(wú)故障部分繼續(xù)運(yùn)行。2）反應(yīng)電氣設(shè)備的不正常工作情況，并根據(jù)不正常工作情況和設(shè)備運(yùn)行維護(hù)條件的不同（例如有無(wú)經(jīng)常值班人員）發(fā)出信號(hào)，以便值班人員進(jìn)行處理，或由裝置自動(dòng)地進(jìn)行調(diào)整，或?qū)⒛切├^續(xù)運(yùn)行而會(huì)引起事故的電氣設(shè)備予以切除。 以防止不正常工作狀態(tài)發(fā)展成故障而造成事故。第一節(jié)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的任務(wù)與要求三. 繼電保護(hù)的作用原理電力系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)，電氣量將發(fā)生下述變化。 1電流增大，在短路點(diǎn)與電回間直接聯(lián)系的電氣設(shè)備上

4、的電流會(huì)增大。 2電壓降低。系統(tǒng)故障相的相電壓或相間電壓會(huì)下降，而且離故障點(diǎn)愈近，電壓下降愈多，甚至降為零。 3電流電壓間的相位角會(huì)發(fā)生變化。第一節(jié)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的任務(wù)與要求利用短路時(shí)這些電氣量的變化，可以構(gòu)成各種作用原理的繼電保護(hù)。1）過電流保護(hù)：利用電流增大的特點(diǎn)可以構(gòu)成過電流保護(hù)；2）低電壓保護(hù)：利用電壓降低的特點(diǎn)可以構(gòu)成低電壓保護(hù)；3）阻抗保護(hù)：利用電流增大和電壓降低的特點(diǎn)可以構(gòu)成阻抗保護(hù)；4）方向電流保護(hù)：利用電流增大和電流電壓間相位角的變化可以構(gòu)成方向電流保護(hù)。 第一節(jié)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的任務(wù)與要求四. 繼電保護(hù)裝置的組成繼電保護(hù)裝置的功能，就是將檢測(cè)到的電氣量與整定值或設(shè)定的邊界

5、進(jìn)行比較，在越過整定值或邊界時(shí)就動(dòng)作。這里的越過有兩層含義：1）對(duì)于反應(yīng)被測(cè)量的量增加而動(dòng)作的保護(hù)裝置，是指測(cè)量的量大于整定值或越過邊界到界外；2）對(duì)于反應(yīng)被測(cè)量的量降低而動(dòng)作的保護(hù)裝置，是指測(cè)量的量小于整定值或越過邊界進(jìn)入界內(nèi)。 第一節(jié)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的任務(wù)與要求被保護(hù)的設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)，輸入量不會(huì)越過整定值或邊界，自動(dòng)化開關(guān)是打開的，沒有輸出量，保護(hù)裝置不動(dòng)作；當(dāng)被保護(hù)設(shè)備發(fā)生故障或出現(xiàn)不正常工作狀態(tài)時(shí)，輸入量就會(huì)越過整定值或邊界，自動(dòng)化開關(guān)自動(dòng)閉合，有輸出量及保護(hù)裝置動(dòng)作。 在繼電保護(hù)技術(shù)中，將繼電保護(hù)裝置的自動(dòng)化開關(guān)特性，稱為繼電特性，即當(dāng)控制量(輸入量)變化到某一定值(整定值或邊界)時(shí)

6、被控量(輸出量)發(fā)生突變。 輸入量第一節(jié)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的任務(wù)與要求繼電保護(hù)裝置一般由三個(gè)部分組成，即測(cè)量部分、邏輯部分和執(zhí)行部分 。第一節(jié)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的任務(wù)與要求1）測(cè)量回路1的作用是測(cè)量被保護(hù)設(shè)備物理量（申流、電壓、功率方向等）的變化，以確定電力系統(tǒng)是否發(fā)生故障和不正常工作情況，而后輸出出相應(yīng)的訊號(hào)至邏輯回路。 即：從被保護(hù)設(shè)備來(lái)的輸入信號(hào)通過測(cè)量部分形成有關(guān)量，與給定的整定值或設(shè)定的邊界進(jìn)行比較，判斷出保護(hù)是否啟動(dòng)。第一節(jié)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的任務(wù)與要求2）邏輯回路2的作用是根據(jù)測(cè)量回路的輸出訊號(hào)進(jìn)行邏輯判斷，以確定是否向執(zhí)行回路發(fā)出相應(yīng)的訊號(hào)。即：根據(jù)測(cè)量部分輸出量的大小、性質(zhì)、出現(xiàn)的

7、順序或他們的組合，按規(guī)定的邏輯關(guān)系工作，確定是否將斷路器跳閘或發(fā)出信號(hào)，并將命令轉(zhuǎn)送給執(zhí)行部分； 第一節(jié)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的任務(wù)與要求3）執(zhí)行回路3的作用是根據(jù)邏輯回路的判斷執(zhí)行保護(hù)的任務(wù)，跳閘或發(fā)出信號(hào)。即：執(zhí)行部分根據(jù)邏輯部分轉(zhuǎn)送的信號(hào)，完成保護(hù)裝置的任務(wù)。如果被保護(hù)的設(shè)備發(fā)生故障，動(dòng)作于斷路器跳閘；如果被保護(hù)的設(shè)備處在不正常狀態(tài)，就發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)。 第一節(jié)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的任務(wù)與要求五.對(duì)繼電保護(hù)裝置的基本要求1可靠性(安全性和依附性) 電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，繼電保護(hù)裝置應(yīng)可靠不動(dòng)作；當(dāng)被保護(hù)設(shè)備發(fā)生故障或不正常工作狀態(tài)時(shí)，繼電保護(hù)裝置應(yīng)可靠動(dòng)作。前者稱作安全性，如果電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)繼電保

8、護(hù)裝置動(dòng)作了，誤發(fā)信號(hào)或誤將某設(shè)備切除，非但未起到保護(hù)作用，反而由于誤動(dòng)作造成了電力系統(tǒng)的不安全；后者稱作可依賴性，如果被保護(hù)設(shè)備發(fā)生故障或出現(xiàn)不正常工作狀態(tài)時(shí)，繼電保護(hù)裝置拒絕動(dòng)作，就沒有起到保護(hù)作用，該保護(hù)不可依賴。由此可見，繼電保護(hù)必須滿足可靠性的要求。 第一節(jié)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的任務(wù)與要求2迅速性 迅速性又可稱作快速性，是指繼電保護(hù)裝置的動(dòng)作速度。理論上講，繼電保護(hù)裝置的動(dòng)作速度越快越好；但是實(shí)際應(yīng)用中，為防止干擾信號(hào)造成保護(hù)裝置的誤動(dòng)作及保證保護(hù)間的相互配合，繼電保護(hù)不得不人為地設(shè)置一動(dòng)作時(shí)限。 第一節(jié)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的任務(wù)與要求3選擇性 是指電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)裝置僅將故障設(shè)備切

9、除，電力系統(tǒng)中的非故障部分仍然保持運(yùn)行，使停電范圍盡量縮小，以保證電力系統(tǒng)中無(wú)故障部分仍能繼續(xù)安全運(yùn)行。 第一節(jié)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的任務(wù)與要求4靈敏度好 保護(hù)裝置的靈敏度是指它對(duì)保護(hù)范圍內(nèi)故障的反應(yīng)能力。靈敏度好就是要求保護(hù)在系統(tǒng)的任何運(yùn)行方式下，當(dāng)被保護(hù)設(shè)備任何地點(diǎn)發(fā)生任何形式的短路時(shí)，都能動(dòng)作于跳閘。保護(hù)裝置的靈敏度一般用靈敏系數(shù)（Ksen）來(lái)衡量。反應(yīng)數(shù)值上升的保護(hù)的靈敏系數(shù)為: Ksen保護(hù)區(qū)內(nèi)金屬短路時(shí)故障參數(shù)的最小計(jì)算值保護(hù)的動(dòng)作參數(shù)反應(yīng)數(shù)值下降的保護(hù)的靈敏系數(shù)為 Ksen=保護(hù)的動(dòng)作參數(shù)保護(hù)區(qū)內(nèi)金屬短路時(shí)故障參數(shù)的最大計(jì)算值故障參數(shù)（電流、電壓、阻抗等）的計(jì)算值應(yīng)根據(jù)實(shí)際可能的最不

10、利運(yùn)行方式、故障類型和短路點(diǎn)來(lái)計(jì)算。 第一節(jié)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的任務(wù)與要求六.繼電保護(hù)的發(fā)展繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置是一門新學(xué)科，從形成概念到現(xiàn)在剛過百年。但其技術(shù)確有飛速發(fā)展，從初期的機(jī)電型發(fā)展到今天的微機(jī)型，經(jīng)歷了四代的更新。 表01 不同類型的繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置性能比較保護(hù)類型 優(yōu) 點(diǎn) 缺點(diǎn)及存在的問題機(jī)電型(1901年) 簡(jiǎn)單、可靠、價(jià)廉、技術(shù)成熟、耐浪涌性強(qiáng) 動(dòng)作速度慢，不易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的裝置 晶體管型 (1960年) 動(dòng)作速度較快，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的裝置，比較經(jīng)濟(jì)，易于掌握 抗干擾能力差，元器件多，易發(fā)生特性變化和元件損壞 集成電路型 (1970年) 動(dòng)作速度快，易實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的裝置，有自檢功能

11、元器件較多，接線復(fù)雜，抗干擾能力差，價(jià)格高 微機(jī)型 (1972年) 動(dòng)作速度快，易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的裝置，自檢功能完善，有很好的附加功能，調(diào)試方便 技術(shù)跨度大，廠家對(duì)軟件保密，用戶檢修難度大第一節(jié)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的任務(wù)與要求繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置發(fā)展到今天，它的構(gòu)成原理已形成了兩種邏輯，即布線邏輯和數(shù)字邏輯。布線邏輯的繼電保護(hù)裝置和自動(dòng)裝置(以下簡(jiǎn)稱裝置)，其功能靠接線來(lái)完成，不同原理的裝置其接線也不同(及硬件不相同)；數(shù)字邏輯裝置的功能由計(jì)算(程序)來(lái)完成，不同原理的裝置計(jì)算方法(程序)不相同，但硬件基本相同。布線邏輯的裝置要實(shí)現(xiàn)一種完善的特性(如四邊形阻抗邊界)，接線將十分復(fù)雜，有些邊界還不可能實(shí)現(xiàn)。

12、數(shù)字邏輯裝置的原理是由計(jì)算(程序)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此，可實(shí)現(xiàn)特性完善的裝置。 第一節(jié)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的任務(wù)與要求七. 繼電保護(hù)的配置特點(diǎn)電力系統(tǒng)各電氣元件之間通常用斷路器QF互相連接，每臺(tái)斷路器都裝有相應(yīng)的繼電保護(hù)裝置，可以向斷路器發(fā)出跳閘脈沖。實(shí)踐表明，繼電保護(hù)裝置或斷路器有拒絕動(dòng)作的可能性，因而需要考慮后備保護(hù)。實(shí)際上，每一電氣元件一般都有兩種保護(hù)裝置：主保護(hù)和后備保護(hù)，必要時(shí)還另外增設(shè)輔助保護(hù)。 第一節(jié)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的任務(wù)與要求1）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(shí)，有選擇性地切除故障的保護(hù)稱為主保護(hù)。 第一節(jié)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的任務(wù)與要求2）后備保護(hù)：當(dāng)主保護(hù)拒動(dòng)時(shí)起作用，

13、從而動(dòng)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：主保護(hù)拒動(dòng)時(shí)，由本元件的另一套保護(hù)實(shí)現(xiàn)后備；或當(dāng)本元件斷路器拒動(dòng)時(shí)，由本站裝設(shè)斷路器失靈保護(hù)動(dòng)作，切除連接在該段母線上的其他有電源元件的斷路器，謂之近后備，如圖11(b)所示。當(dāng)主保護(hù)或其斷路器拒動(dòng)時(shí)，由相鄰元件或線路的保護(hù)實(shí)現(xiàn)后備的，謂之遠(yuǎn)后備，其保護(hù)區(qū)如圖11(a)所示。 第一節(jié)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的任務(wù)與要求3）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(jiǎn)單的保護(hù)，稱為輔助保護(hù)。 600MW機(jī)組保護(hù)雙重化原則600MW及以上的發(fā)電機(jī)組和超高壓輸電線路的保護(hù)，必須遵循雙重化原則，即：(1)每一種保護(hù)必須配置兩個(gè)不同原理的

14、保護(hù)裝置或兩個(gè)多CPU微機(jī)保護(hù)裝置。(2)每一種保護(hù)必須獨(dú)立安裝在各自的屏內(nèi)，之間沒有任何電氣聯(lián)系。(3)每一種保護(hù)必須使用兩套互相獨(dú)立的信號(hào)輸入(即獨(dú)立的電壓互感器、電流互感器、開關(guān)輔助觸點(diǎn) ）。(4)每一種保護(hù)必須提供互相獨(dú)立的兩套蓄電池直流電源，并有各自獨(dú)立的充電設(shè)施。(5)每一種保護(hù)必須有各自獨(dú)立的控制電纜及控制電纜的走向(即不同的電纜隧道和電纜架）。(6)每一種保護(hù)必須使用兩個(gè)各自獨(dú)立的斷路器脫扣執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 第二節(jié)微機(jī)繼電保護(hù)的特點(diǎn)1調(diào)試維護(hù)方便 2可靠性高 3動(dòng)作正確率高 4易于獲得各種附加功能 5保護(hù)性能容易得到改善 6使用靈活方便 7具有遠(yuǎn)方監(jiān)控特性 第三節(jié)微機(jī)保護(hù)的硬件結(jié)構(gòu)一

15、. 微機(jī)保護(hù)的硬件構(gòu)成第三節(jié)微機(jī)保護(hù)的硬件結(jié)構(gòu)一. 微機(jī)保護(hù)的硬件構(gòu)成1信號(hào)輸入電路 1）模擬量輸入2）開關(guān)量輸入2單片微機(jī)系統(tǒng) 3人機(jī)接口部分4輸出通道部分 5電源部分 6.通信部分 第三節(jié)微機(jī)保護(hù)的硬件結(jié)構(gòu)四、微機(jī)保護(hù)結(jié)構(gòu)框圖 在實(shí)際應(yīng)用中，微機(jī)保護(hù)裝置分為單CPU和多CPU的結(jié)構(gòu)方式。在中、低壓變電所中，多數(shù)簡(jiǎn)單的保護(hù)裝置，采用單CPU結(jié)構(gòu)，而在大型發(fā)電廠和高壓及超高壓變電所中，復(fù)雜的保護(hù)裝置，廣泛采用多CPU的結(jié)構(gòu)方式。 第三節(jié)微機(jī)保護(hù)的硬件結(jié)構(gòu)(一)單CPU的結(jié)構(gòu)原理 第三節(jié)微機(jī)保護(hù)的硬件結(jié)構(gòu)(二)多CPU微機(jī)保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)原理 第三節(jié)微機(jī)保護(hù)的硬件結(jié)構(gòu)(三)第三代微機(jī)保護(hù)裝置的硬件

16、結(jié)構(gòu) 第三節(jié)微機(jī)保護(hù)的硬件結(jié)構(gòu)三、微機(jī)保護(hù)管理機(jī)屏每臺(tái)機(jī)組設(shè)置一塊保護(hù)管理機(jī)屏，負(fù)責(zé)該機(jī)組的各套保護(hù)裝置的通信接口的組合，并分別與機(jī)組的DCS進(jìn)行通信接口；同時(shí)提供與保護(hù)的數(shù)據(jù)網(wǎng)的接口，傳輸保護(hù)裝置的各種信息以及進(jìn)行遠(yuǎn)方診斷和整定，并在該屏上配置噴墨彩色打印機(jī)。保護(hù)管理機(jī)具有以下功能：保護(hù)管理機(jī)利用URPC軟件，實(shí)現(xiàn)電氣接線畫面。畫面分為總畫面和分畫面，在分畫面上，可以選出各保護(hù)裝置內(nèi)的保護(hù)配置內(nèi)容，調(diào)用并分析各保護(hù)裝置的各種信息，對(duì)各保護(hù)裝置進(jìn)行整定等。各保護(hù)裝置向保護(hù)管理機(jī)屏提供的信息至少包括：定值清單、保護(hù)事件記錄、裝置告警及異常、故障跳閘報(bào)告(含故障類型、故障波形等)。保護(hù)管理機(jī)屏，至

17、少應(yīng)有能接人各保護(hù)裝置的串行口，并提供一定數(shù)量的備用接口，以便擴(kuò)建各種保護(hù)接人，還應(yīng)有串行輸出接口。在保護(hù)管理機(jī)內(nèi)，應(yīng)有操作許可密碼，密碼分為三級(jí)：一級(jí)為運(yùn)行人員查看，二級(jí)為檢修人員投入和退出保護(hù)，三級(jí)為繼保專業(yè)人員整定。保護(hù)裝置的參數(shù)、整定和投運(yùn)情況，可作為分畫面顯示。在CRT畫面上，應(yīng)有光字牌報(bào)警功能。 第四節(jié)微機(jī)保護(hù)的軟件結(jié)構(gòu)一. 接口軟件接口軟件是指人機(jī)接口部分的軟件，其程序可分為監(jiān)控程序和運(yùn)行程序。執(zhí)行哪一部分程序由接口面板的工作方式或顯示器上顯示的菜單選擇來(lái)決定。調(diào)試方式下執(zhí)行監(jiān)控程序，運(yùn)行方式下執(zhí)行運(yùn)行程序。監(jiān)控程序主要就是鍵盤命令處理程序，是為接口插件(或電路)及各CPU保護(hù)插

18、件(或采樣電路)進(jìn)行調(diào)節(jié)和整定而設(shè)置的程序。 第四節(jié)微機(jī)保護(hù)的軟件結(jié)構(gòu)2保護(hù)軟件的配置 各保護(hù)CPU插件的保護(hù)軟件配置為主程序和中斷服務(wù)程序。主程序通常都有三個(gè)基本模塊：初始化和自檢循環(huán)模塊、保護(hù)邏輯判斷模塊和跳閘處理模塊。通常把保護(hù)邏輯判斷和跳閘處理總稱為故障處理模塊。一般而言，前后二個(gè)模塊，在不同的保護(hù)裝置中基本上是相同的，而保護(hù)邏輯判斷模塊就隨不同的保護(hù)裝置而相差甚遠(yuǎn)。如距離保護(hù)中保護(hù)邏輯就包含有振蕩閉鎖程序部分，而零序電流保護(hù)就沒有振蕩閉鎖程序部分。中斷服務(wù)程序有定時(shí)采樣中斷服務(wù)程序和串行口通信中斷服務(wù)程序。 第四節(jié)微機(jī)保護(hù)的軟件結(jié)構(gòu)中斷程序與主程序各模塊間的關(guān)系第四節(jié)微機(jī)保護(hù)的軟件結(jié)

19、構(gòu)3保護(hù)軟件的三種工作狀態(tài) 保護(hù)軟件有三種工作狀態(tài)：運(yùn)行、調(diào)試和不對(duì)應(yīng)狀態(tài)。不同狀態(tài)時(shí)程序流程也就不相同。有的保護(hù)沒有不對(duì)應(yīng)狀態(tài)，只有運(yùn)行和調(diào)試兩種工作狀態(tài)。 當(dāng)保護(hù)插件面板的方式開關(guān)或顯示器菜單選擇為“運(yùn)行”，則該保護(hù)就處于運(yùn)行狀態(tài)，其軟件就執(zhí)行保護(hù)主程序和中斷服務(wù)程序。 當(dāng)選擇為“調(diào)試”時(shí)，復(fù)位CPU后就工作在調(diào)試狀態(tài)。 當(dāng)選擇為“調(diào)試”但不復(fù)位CPU并且接口插件工作在運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，就處于不對(duì)應(yīng)狀態(tài)。也就是說保護(hù)CPU插件與接口插件狀態(tài)不對(duì)應(yīng)。設(shè)置不對(duì)應(yīng)狀態(tài)是為了對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換插件進(jìn)行調(diào)整，防止在調(diào)試過程中保護(hù)頻繁動(dòng)作及告警。 第二章發(fā)電機(jī)變壓器組保護(hù)第一節(jié)發(fā)電機(jī)故障和不正常運(yùn)行方式一. 600

20、MW發(fā)電機(jī)和特點(diǎn)(1)短路比減小，電抗增大。大型發(fā)電機(jī)的短路比約為o5左右，各種電抗都比中小型發(fā)電機(jī)大。因此大型發(fā)電機(jī)組承受短路的各種能力反而比中小型機(jī)組低，這對(duì)繼電保護(hù)是十分不利的。發(fā)電機(jī)電抗的增大，還使其平均異步轉(zhuǎn)矩減低，約從中小型發(fā)電機(jī)的23倍額定值減至額定值左右。于是失磁后異步運(yùn)行時(shí)滑差增大，一方面，要從系統(tǒng)吸取更多的無(wú)功功率，對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行不利，另一方面，也容易引起發(fā)電機(jī)本體某些部件的過熱。(2)時(shí)間常數(shù)增大。大型發(fā)電機(jī)組Ta值及TaTd”值均顯著增大。短路時(shí)直流分量(或非周期分量)衰減較慢，整個(gè)短路電流偏移在時(shí)間軸一側(cè)若干工頻周期，使電流互感器更容易飽和，影響大機(jī)組保護(hù)正確工作。(

21、3)慣性時(shí)間常數(shù)降低。600MW發(fā)電機(jī)的慣性時(shí)間常數(shù)在175左右，在擾動(dòng)下，機(jī)組更易于發(fā)生振蕩。(4)熱容量降低。中小型發(fā)電機(jī)組定子繞組在15倍額定電流下允許持續(xù)運(yùn)行2min，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組在2倍額定電流下允許持續(xù)運(yùn)行30s；而600MW機(jī)組在同樣的工況下，只能持續(xù)運(yùn)行30s和10s。負(fù)序過電流能力巧值，隨著容量的增加而顯著下降，對(duì)中小型機(jī)組為30左右，而600MW機(jī)組，則減小到4.0。 第一節(jié)發(fā)電機(jī)故障和不正常運(yùn)行方式二. 發(fā)電機(jī)的故障(1)定子繞組相間短路。定子繞組發(fā)生相間短路，若不及時(shí)切除，將燒毀整個(gè)發(fā)電機(jī)，會(huì)引起極為嚴(yán)重的后果，必須有兩套或兩套以上的快速保護(hù)反應(yīng)此類故障。(2)定子繞組匝

22、間短路。定子繞組發(fā)生匝間短路，也會(huì)在短路環(huán)內(nèi)產(chǎn)生很大的短路電流，若不及時(shí)切除，后果和相間短路同樣嚴(yán)重。國(guó)內(nèi)外都有因匝間短路燒傷甚至燒毀發(fā)電機(jī)的報(bào)道。因此發(fā)生定子繞組匝間短路時(shí)，也應(yīng)快速將發(fā)電機(jī)切除。第一節(jié)發(fā)電機(jī)故障和不正常運(yùn)行方式二. 發(fā)電機(jī)的故障(4)定子單相接地。定子單相接地雖不屬于短路性故障，但由于以下幾方面的原因，對(duì)單相接地故障卻要求靈敏而又可靠地反應(yīng)：很多600MW機(jī)組中性點(diǎn)都經(jīng)高阻接地；電容電流會(huì)灼傷故障點(diǎn)的鐵芯；絕大部分短路都是首先由于單相接地沒有及時(shí)進(jìn)行處理發(fā)展而成；接地時(shí)非接地相電壓升高，影響絕緣。(5)失磁。由于勵(lì)磁系統(tǒng)故障，會(huì)引發(fā)失磁(全失磁或部分失磁)，使發(fā)電機(jī)進(jìn)入異步

23、運(yùn)行，對(duì)系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行都有很大影響。大機(jī)組要求及時(shí)準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)出失磁故障。(6)轉(zhuǎn)子回路接地故障。轉(zhuǎn)子回路一點(diǎn)接地，短時(shí)間內(nèi)對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行影響尚不太大，一般都允許繼續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間。如果發(fā)展為兩點(diǎn)接地，則有可能發(fā)生失磁，甚至燒壞設(shè)備。因此，接地故障也必須正確檢測(cè)，及時(shí)處理。 第一節(jié)發(fā)電機(jī)故障和不正常運(yùn)行方式三.發(fā)電機(jī)不正常運(yùn)行狀態(tài)由于發(fā)電機(jī)是旋轉(zhuǎn)設(shè)備，加上在設(shè)計(jì)制造時(shí)考慮的過載能力比較弱，一些不正常的運(yùn)行狀態(tài)將會(huì)嚴(yán)重威脅發(fā)電機(jī)的運(yùn)行安全，因此對(duì)以下這些狀態(tài)的處理也同樣必須及時(shí)，準(zhǔn)確. (1)定子負(fù)序過流。發(fā)電機(jī)承受負(fù)序電流的能力非常弱，很小的負(fù)序電流流經(jīng)定子繞組就可能會(huì)引起轉(zhuǎn)子部件的

24、嚴(yán)重過熱，甚至?xí)龘p轉(zhuǎn)子鐵芯、槽鍥和護(hù)環(huán)。大機(jī)組上，一般都配置兩套反應(yīng)負(fù)序過流的保護(hù)。(2)定子對(duì)稱過流。當(dāng)外部發(fā)生對(duì)稱三相短路時(shí)，會(huì)引起發(fā)電機(jī)定子過熱，因此應(yīng)有反應(yīng)對(duì)稱過流的保護(hù)。(3)過負(fù)荷。第一節(jié)發(fā)電機(jī)故障和不正常運(yùn)行方式(4)過電壓。由于強(qiáng)行勵(lì)磁等原因引起定子過電壓時(shí)，會(huì)影響發(fā)電機(jī)定子的絕緣壽命，因此必須有反應(yīng)定子過電壓的保護(hù)。(5)過勵(lì)磁。當(dāng)定子電壓升高、頻率降低時(shí)，可引起發(fā)電機(jī)和主變壓器過勵(lì)磁，從而可能使發(fā)電機(jī)、主變鐵芯過熱而損壞，需裝設(shè)反應(yīng)過勵(lì)磁的保護(hù)。(6)頻率異常。發(fā)電機(jī)在非額定頻率下運(yùn)行可能會(huì)引起共振，使發(fā)電機(jī)和汽輪機(jī)疲勞損傷，應(yīng)配置頻率異常保護(hù)。(7)發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)之間失步

25、。當(dāng)發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)失步時(shí)，巨大的交換功率使發(fā)電機(jī)無(wú)法承受而損壞，應(yīng)配有監(jiān)測(cè)失步的保護(hù)裝置。 第一節(jié)發(fā)電機(jī)故障和不正常運(yùn)行方式(8)誤上電。由于600MW發(fā)電機(jī)一變壓器組出線一般為32斷路器接線，在發(fā)電機(jī)并網(wǎng)前誤合發(fā)電機(jī)斷路器的幾率增大，國(guó)外有由于誤合閘而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)損傷的報(bào)道。(9)啟停機(jī)故障。發(fā)電機(jī)組在給勵(lì)磁前，有可能已發(fā)生了絕緣被破壞的故障，若能在加勵(lì)磁升壓前及時(shí)檢測(cè)，就可以避免更大的事故發(fā)生。對(duì)于大型發(fā)電機(jī)組，具有啟停機(jī)故障檢測(cè)功能，對(duì)發(fā)電機(jī)組的安全將十分有利。(10)逆功率。發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行中從系統(tǒng)吸收有功時(shí)，會(huì)引起汽輪機(jī)的鼓風(fēng)損失而引起汽輪機(jī)發(fā)熱損壞。 第二節(jié)發(fā)電機(jī)保護(hù)配置一.發(fā)電機(jī)保護(hù)配

26、置的原則在發(fā)電機(jī)故障時(shí)，應(yīng)能將損失減到最?。辉诜钦顩r時(shí)，應(yīng)能在充分利用發(fā)電機(jī)自身能力的前提下，確保機(jī)組本身的安全。 第二節(jié)發(fā)電機(jī)保護(hù)配置二. 發(fā)電機(jī)主要保護(hù)(1)發(fā)電機(jī)縱差動(dòng)保護(hù)。切除定子相間短路，傳統(tǒng)的差動(dòng)保護(hù)不反應(yīng)匝間短路故障，瞬時(shí)跳開機(jī)組。(2)發(fā)電機(jī)匝間保護(hù)。切除發(fā)電機(jī)定子匝間短路，瞬時(shí)跳開機(jī)組。(3)發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)。切除發(fā)電機(jī)lOO定子繞組的單相接地故障。(4)發(fā)電機(jī)負(fù)序過流保護(hù)。區(qū)外發(fā)生不對(duì)性短路或非全相運(yùn)行時(shí)，保護(hù)機(jī)組轉(zhuǎn)子不過熱損壞。一般采用反時(shí)限特性。 第二節(jié)發(fā)電機(jī)保護(hù)配置(5)發(fā)電機(jī)對(duì)稱過流保護(hù)。當(dāng)區(qū)外發(fā)生對(duì)稱過流短路時(shí)，保護(hù)發(fā)電機(jī)定子不過熱，一般采用反時(shí)限特性。 (

27、6)發(fā)電機(jī)過壓保護(hù)。反應(yīng)定子過電壓。(7)發(fā)電機(jī)過勵(lì)磁保護(hù)。反應(yīng)發(fā)電機(jī)過勵(lì)磁。(8)發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)。反應(yīng)發(fā)電機(jī)全失磁或部分失磁。(9)發(fā)電機(jī)失步保護(hù)。反應(yīng)發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)之間的失步。(10)發(fā)電機(jī)過流、低壓過流、復(fù)合電壓過流、阻抗保護(hù)等這些保護(hù)作為線路和發(fā)電機(jī)的后備保護(hù)，可靈活配置。第二節(jié)發(fā)電機(jī)保護(hù)配置(11)發(fā)電機(jī)過負(fù)荷保護(hù)。反應(yīng)發(fā)電機(jī)過負(fù)荷。(12)發(fā)電機(jī)低頻保護(hù)。反應(yīng)發(fā)電機(jī)低頻運(yùn)行。(13)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)。反應(yīng)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地。 (14)轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地保護(hù)。反應(yīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)生兩點(diǎn)接地或匝間短路。(15)勵(lì)磁繞組過負(fù)荷保護(hù)。反應(yīng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁機(jī)的過負(fù)荷，采用反時(shí)限特性或定時(shí)限特性。(16)誤上電保護(hù)。

28、檢測(cè)發(fā)電機(jī)在啟停機(jī)期間可能的誤合閘。(17)啟停機(jī)保護(hù)。在啟停機(jī)過程中檢測(cè)繞組的絕緣變化。 第二節(jié)發(fā)電機(jī)保護(hù)配置三. 發(fā)電機(jī)保護(hù)出口以上所述各保護(hù)的作用僅是它們的主要任務(wù)，事實(shí)上，保護(hù)還有一些其他的輔助功能，如過流保護(hù)等，它既是外部短路故障的遠(yuǎn)后備，也同樣是發(fā)電機(jī)本身短路故障的近后備。發(fā)電機(jī)保護(hù)既是發(fā)電機(jī)本身的主保護(hù)，又是電網(wǎng)最后一級(jí)后備保護(hù)。它的出口不僅需要切斷發(fā)電機(jī)一變壓器組的主斷路器，而且必須同時(shí)切斷發(fā)電機(jī)的滅磁開關(guān)、工作廠變開關(guān)、汽輪機(jī)主汽門等。第三節(jié)變壓器故障和不正常運(yùn)行方式一. 變壓器的故障(1)相間短路。這是變壓器最嚴(yán)重的故障類型。它包括變壓器箱體內(nèi)部和引出線(從套管出口到電流互

29、感器之間的電氣一次引出線)的相間短路。由于相間短路會(huì)損壞變壓器本體，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使得變壓器整體報(bào)廢。因此，當(dāng)變壓器發(fā)生這種類型的故障時(shí)，要求瞬時(shí)切除故障。(2)接地(或?qū)﹁F芯)短路。顯然這種短路故障只會(huì)發(fā)生在中性點(diǎn)接地的系統(tǒng)一側(cè)。對(duì)這種故障的處理方式和相間短路故障是相同的，但同時(shí)要考慮接地短路發(fā)生在中性點(diǎn)附近時(shí)的靈敏度。 第三節(jié)變壓器故障和不正常運(yùn)行方式(3)匝間或?qū)娱g短路。這是大型變壓器最為常見也是最為嚴(yán)重的故障。對(duì)于大型變壓器，為改善其承受沖擊過電壓的性能，廣泛采用糾結(jié)式繞組，匝間和層間電壓顯著升高，匝間短路故障發(fā)生的概率有增加的趨勢(shì)。當(dāng)短路匝數(shù)少，保護(hù)對(duì)其反應(yīng)靈敏度不足時(shí)，在短路環(huán)內(nèi)的大電流

30、往往會(huì)引起線圈的嚴(yán)重?zé)龘p，甚至?xí)拌F芯。如何選擇和配置靈敏的匝間短路保護(hù)，對(duì)大型變壓器就顯得更為重要。(4)鐵芯局部發(fā)熱和燒損。由于變壓器、制造上的缺陷，鐵芯片間存在局部短路，會(huì)使鐵芯局部發(fā)熱和燒損，如不及時(shí)發(fā)現(xiàn)，繼而會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的鐵芯故障。因此，要求保護(hù)應(yīng)能及時(shí)檢測(cè)這一類故障。(5)變壓器的故障還有很多，如電流回路的接頭松動(dòng)、漏磁回路的局部過熱和放電、高壓電場(chǎng)內(nèi)的局部放電、鐵芯的多點(diǎn)接地等。都應(yīng)有相應(yīng)的檢測(cè)手段予以正確、及時(shí)的檢測(cè)。但有些檢測(cè)手段，從當(dāng)前的分工方式看，可能已不屬于繼電保護(hù)專業(yè)的范疇，但與氣體保護(hù)(瓦斯保護(hù))卻有許多相似之處。 第三節(jié)變壓器故障和不正常運(yùn)行方式二.變壓器不正常運(yùn)

31、行狀態(tài) 變壓器不正常運(yùn)行狀態(tài)，是指變壓器本體沒有發(fā)生故障，但外部環(huán)境變化后引起了變壓器如下的非正常工作狀態(tài)。 (1)過負(fù)荷：變壓器有一定的過負(fù)荷能力，但若長(zhǎng)期處于過負(fù)荷下運(yùn)行，會(huì)使變壓器繞組的絕緣水平下降，加速其老化，縮短其壽命。運(yùn)行人員應(yīng)及時(shí)了解過負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，以便能作相應(yīng)處理。(2)過電流：過電流一般是由于外部短路后大電流流經(jīng)變壓器而引起的。由于變壓器在這種電流下會(huì)燒損，一般要求和區(qū)外保護(hù)配合后，經(jīng)延時(shí)切除變壓器。 第三節(jié)變壓器故障和不正常運(yùn)行方式(4)其他故障：如通風(fēng)設(shè)備故障、冷卻器故障、油位降低等。 這些故障也都必須作相應(yīng)的檢測(cè)和處理。 第四節(jié)變壓器保護(hù)配置(1)差動(dòng)保護(hù)：能反應(yīng)變壓器

32、內(nèi)部各種相間、接地以及匝間短路故障，同時(shí)還能反應(yīng)引出線的短路故障。它反應(yīng)迅速，瞬時(shí)切除，是變壓器最重要的保護(hù)。(2)氣體重(輕)瓦斯保護(hù)：能反應(yīng)鐵芯內(nèi)部燒損、繞組回路短路及接觸不良、局部過熱、局部放電、絕緣老化、油面下降等故障，不能反應(yīng)變壓器本體以外的故障。它的優(yōu)點(diǎn)是幾乎能反應(yīng)變壓器本體內(nèi)部的所有故障。其缺點(diǎn)是靈敏度不高，動(dòng)作時(shí)間較長(zhǎng)。(3)零序電流保護(hù)：能反應(yīng)變壓器內(nèi)部或外部發(fā)生的接地性短路故障。一般是由零序電流、間隙零序電流、零序電壓共同構(gòu)成完善的零序電流保護(hù)。 第四節(jié)變壓器保護(hù)配置(4)后備保護(hù)：阻抗保護(hù)、復(fù)合電壓過流保護(hù)、低壓過流保護(hù)、過流保護(hù)都能反應(yīng)變壓器的過流狀態(tài)。但它們的靈敏度不

33、一樣，阻抗保護(hù)的靈敏度最高，過流保護(hù)的靈敏度最低。(5)開關(guān)量保護(hù)：溫度保護(hù)、油位保護(hù)、通風(fēng)故障保護(hù)、冷卻器故障保護(hù)等。反應(yīng)相應(yīng)的溫度、油位、通風(fēng)等故障。(6)中性點(diǎn)過電壓保護(hù)：保護(hù)大型變壓器半絕緣繞組中性點(diǎn)過電壓。(7)油箱壓力保護(hù)：油箱上裝有壓力釋放閥，內(nèi)部重大短路故障時(shí)，保護(hù)油箱不變形，出口接信號(hào)。也可接跳閘，作為重大故障的多重保護(hù)。與重瓦斯保護(hù)極為相似。 保護(hù)動(dòng)作出口 各項(xiàng)保護(hù)裝置，宜根據(jù)故障和異常運(yùn)行方式的性質(zhì)及熱力系統(tǒng)具體條件，按各條的規(guī)定分別動(dòng)作于：a停機(jī) 斷開發(fā)電機(jī)斷路器、滅磁，對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)，還要關(guān)閉主汽門；對(duì)水輪發(fā)電機(jī)還要關(guān)閉導(dǎo)水翼； b. 解列滅磁 斷開發(fā)電機(jī)斷路器，滅磁，

34、汽輪機(jī)甩負(fù)荷；c. 解列 斷開發(fā)電機(jī)斷路器，汽輪機(jī)甩負(fù)荷；d減出力 將原動(dòng)機(jī)出力減到給定值；e縮小故障影響范圍 例如雙母線系統(tǒng)斷開母線聯(lián)絡(luò)斷路器等；f. 程序跳閘 對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)首先關(guān)閉主汽門，待逆功率繼電器動(dòng)作后，再跳發(fā)電機(jī)斷路器并滅磁。對(duì)水輪發(fā)電機(jī)，首先將導(dǎo)水翼關(guān)到空載位置，再跳開發(fā)電機(jī)斷路器并滅磁；g減勵(lì)磁 將發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流減至給定值；h勵(lì)磁切換 將勵(lì)磁電源由工作勵(lì)磁電源系統(tǒng)切換到備用勵(lì)磁電源系統(tǒng)；i廠用電源切換 由廠用工作電源供電切換到備用電源供電；j分出口 動(dòng)作于單獨(dú)回路；k信號(hào) 發(fā)出聲光信號(hào)。保護(hù)配置實(shí)例第五節(jié)發(fā)電機(jī)和變壓器差動(dòng)保護(hù) 不論是發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)還是變壓器差動(dòng)保護(hù)，它們都是發(fā)

35、變組保護(hù)中最重要的保護(hù)。由于它們的動(dòng)作速度很快，又能及時(shí)地切除發(fā)電機(jī)、變壓器內(nèi)部絕大部分短路性故障，因此一直是大型發(fā)變組保護(hù)首選的保護(hù)之一。 差動(dòng)保護(hù)分為縱差保護(hù)與橫差保護(hù)?？v差保護(hù)用于保護(hù)相間短路。橫差保護(hù)用于保護(hù)匝（層）間短路。第五節(jié)發(fā)電機(jī)和變壓器差動(dòng)保護(hù)一. 發(fā)電機(jī)縱差動(dòng)保護(hù)發(fā)電機(jī)縱差動(dòng)反應(yīng)發(fā)電機(jī)定子繞組的兩相或三相短路，它的特點(diǎn)是靈敏度高、動(dòng)作時(shí)間短、可靠性高，但它一般不能反應(yīng)匝間短路故障。 第五節(jié)發(fā)電機(jī)和變壓器差動(dòng)保護(hù)1. 相間短路故障特征1）區(qū)外短路（k1）2)區(qū)內(nèi)短路（k2)3)不平衡電流第五節(jié)發(fā)電機(jī)和變壓器差動(dòng)保護(hù)2. 比率制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)(1)接線方式。從發(fā)電機(jī)機(jī)端和中性點(diǎn)同時(shí)

36、引入三相電流。 (2)發(fā)電機(jī)比率制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作原理方程為：第五節(jié)發(fā)電機(jī)和變壓器差動(dòng)保護(hù)(3)動(dòng)作特性。第五節(jié)發(fā)電機(jī)和變壓器差動(dòng)保護(hù)(4)斷線閉鎖（5）循環(huán)閉鎖 第五節(jié)發(fā)電機(jī)和變壓器差動(dòng)保護(hù)第五節(jié)發(fā)電機(jī)和變壓器差動(dòng)保護(hù)由于發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)一般都不直接接地，因此就不存在單相差動(dòng)動(dòng)作的問題，可以檢測(cè)兩相或兩相以上同時(shí)出口跳閘的循環(huán)閉鎖方式。該方法的特點(diǎn)如下。1)兩相或兩相以上差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，判為內(nèi)部短路故障。2)一相差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，同時(shí)有負(fù)序電壓存在，認(rèn)為是發(fā)生了一點(diǎn)區(qū)內(nèi)，一點(diǎn)區(qū)外的短路故障。3)僅一相差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，認(rèn)為是TA斷線，這樣就不需另設(shè)TA斷線閉鎖環(huán)節(jié)。 第五節(jié)發(fā)電機(jī)和變壓器差動(dòng)保護(hù)3.標(biāo)積制

37、動(dòng)式差動(dòng)保護(hù) 發(fā)電機(jī)標(biāo)積制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作方程為 :其本質(zhì)為：故靈敏度更高。第五節(jié)發(fā)電機(jī)和變壓器差動(dòng)保護(hù)4.變壓器差動(dòng)保護(hù) 發(fā)電廠中變壓器差動(dòng)保護(hù)用得較多。它除了用于主變壓器、高壓廠用變壓器、高壓備用變壓器、勵(lì)磁變壓器等單臺(tái)變壓器外(俗稱小差)，還用于發(fā)電機(jī)一變壓器組(俗稱大差)。它們的保護(hù)原理都一樣，所不同的主要是引入的電流量有差異。 第五節(jié)發(fā)電機(jī)和變壓器差動(dòng)保護(hù)1)接線主變壓器、高壓備用變壓器、高壓廠用變壓器、勵(lì)磁變壓器差動(dòng)保護(hù)：引自該變壓器各側(cè)的三相電流。 發(fā)電機(jī)一變壓器組差動(dòng)保護(hù)：引自主變壓器高壓側(cè)、發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)、廠用變壓器、勵(lì)磁變壓器低壓側(cè)的三相電流。 2）原理變壓器比率制動(dòng)式差動(dòng)

38、保護(hù)動(dòng)作方程 其中各電流的方向，設(shè)定流入變壓器為正。 3）特點(diǎn)由于變壓器變比的影響，變壓器各側(cè)額定電流不同。由于連接組別的影響，一二次側(cè)的電流相位可能不同。不平衡電流更復(fù)雜。勵(lì)磁涌流。第六節(jié)定子接地保護(hù)一.定子單相接地的影響如果定子繞組與鐵芯間的絕緣在某一點(diǎn)上遭到破壞，就會(huì)發(fā)生定子繞組單相接地故障。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，定子繞組單相接地故障是發(fā)電機(jī)最常見的故障之一。尤其當(dāng)發(fā)電機(jī)定子繞組采用水冷方式時(shí)，由于偶然的漏水致使定子繞組接地(或某點(diǎn)對(duì)地絕緣下降至危險(xiǎn)值)就更易發(fā)生。由于大型汽輪發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)多是高阻接地方式，定子單相接地故障不會(huì)引起很大的故障電流，而主要是由繞組對(duì)鐵芯的分布電容引起的電容電流。接地

39、故障電流的危害主要表現(xiàn)在如下兩個(gè)方面： (1)持續(xù)的接地電流會(huì)產(chǎn)生電弧燒損鐵芯，使定子鐵芯疊片燒結(jié)在一起，造成檢修困難。國(guó)內(nèi)燒傷試驗(yàn)表明，對(duì)于額定電壓大于10kV的發(fā)電機(jī)，不產(chǎn)生電弧的最大接地電流僅為1A。稱為安全電流，而當(dāng)接地電流為075A持續(xù)20min就可能破壞硅鋼片的絕緣。實(shí)際上中性點(diǎn)采用高阻接地方式時(shí)，接地故障電流將大于上述電流值。 (2)接地電流將破壞繞組絕緣，擴(kuò)大事故。如果一點(diǎn)接地而未及時(shí)發(fā)現(xiàn)并采取措施，很有可能再發(fā)生第二點(diǎn)接地而造成匝間或相間短路故障，嚴(yán)重?fù)p壞發(fā)電機(jī)。 二. 大型發(fā)電機(jī)的定子接地保護(hù)要求滿足兩個(gè)基本條件：(1)有100繞組保護(hù)區(qū).(2)保護(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)生帶過渡電阻接地故

40、障時(shí)保護(hù)應(yīng)有足夠高的靈敏系數(shù)。(3)故障點(diǎn)電流不應(yīng)超過安全電流。根據(jù)故障接地電流的大小，發(fā)生接地故障后可能有不同的處理方式： (1)當(dāng)接地電流小于安全電流時(shí)，保護(hù)可只發(fā)信號(hào)，經(jīng)轉(zhuǎn)移負(fù)荷后平穩(wěn)停機(jī)，以避免突然停機(jī)對(duì)發(fā)電機(jī)組與系統(tǒng)的沖擊。 (2)當(dāng)接地電流較大時(shí)，為保障發(fā)電機(jī)的安全，應(yīng)當(dāng)立即跳閘停機(jī)。 大型發(fā)電機(jī)單相接地保護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，規(guī)定接地保護(hù)應(yīng)能動(dòng)作于跳閘，并可根據(jù)運(yùn)行要求打開跳閘壓板，使接地保護(hù)僅動(dòng)作于信號(hào)三. 單相接地時(shí)的故障特征1. 基波零序電壓在發(fā)電機(jī)出口處發(fā)生單相接地時(shí)，3Uo電壓為100V；在中性點(diǎn)發(fā)生單相接地時(shí)，3Uo電壓為0V。因此，3Uo間接反應(yīng)了接地故障點(diǎn)的位置。 2. 零序

41、三次諧波靠近中性點(diǎn)接地時(shí)，U3T上升，U3N下降。四.保護(hù)動(dòng)作原理1發(fā)電機(jī)3Uo定子接地保護(hù) (1)接線。引入發(fā)電機(jī)機(jī)端TV開口三角處的零序電壓3Uo或者引入發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)處接地變壓器二次側(cè)3Uo電壓。3Uo電壓來(lái)自機(jī)端時(shí)應(yīng)考慮TV斷線閉鎖環(huán)節(jié)。 (2)原理。在發(fā)電機(jī)出口處發(fā)生單相接地時(shí)，3Uo電壓為100V；在中性點(diǎn)發(fā)生單相接地時(shí)，3Uo電壓為0V。因此，3Uo間接反應(yīng)了接地故障點(diǎn)的位置。若3Uo保護(hù)整定為5V，則就保護(hù)了從機(jī)端開始的95定子繞組。 2三次諧波式定子接地保護(hù) 三次諧波式定子接地保護(hù)的主要任務(wù)是檢測(cè)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)附近的單相接地故障。 (1)接線方式。從發(fā)電機(jī)機(jī)端TV開口三角處引入機(jī)

42、端三次諧波電壓。從發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)TV或消弧線圈引入發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)三次諧波電壓。 (2)出口邏輯電路。三次諧波保護(hù)出口可發(fā)信或跳閘。 (3)原理。三次諧波式定子接地保護(hù)的構(gòu)成原理是：反應(yīng)機(jī)端和中性點(diǎn)三次諧波大小和相位的變化。 總體而言，三次諧波保護(hù)原理受諸多因素影響。首先是受發(fā)電機(jī)定子繞組對(duì)地電容大小的影響，第二是受中性點(diǎn)接地方式的影響，第三受發(fā)電機(jī)出力的影響。 (4)整定計(jì)算。由于整定計(jì)算受運(yùn)行機(jī)組參數(shù)影響較大，一般采用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試整定的辦法?，F(xiàn)在微機(jī)保護(hù)大多采用自動(dòng)整定的方法，以簡(jiǎn)化現(xiàn)場(chǎng)整定。三次諧波定子接地保護(hù)。在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)附近發(fā)生單相接地時(shí)能靈敏反應(yīng)，彌補(bǔ)了3Uo定子接地保護(hù)的不足。但由于三

43、次諧波保護(hù)存在以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)，使得應(yīng)用起來(lái)比較復(fù)雜，若不采用微機(jī)保護(hù)，則要有相當(dāng)?shù)慕?jīng)驗(yàn)和手段才能將三次諧波保護(hù)調(diào)試整定好：1)三次諧波正常值較小，一般只有幾伏。2)三次諧波電壓的大小和相位，受發(fā)電機(jī)定子對(duì)地分布電容的影響較大，規(guī)律性也不強(qiáng)。3)發(fā)電機(jī)繞組的連接方式將會(huì)改變?nèi)沃C波電勢(shì)的分布。4)中性點(diǎn)經(jīng)高阻或消弧線圈的接地方式會(huì)影響靈敏度。5)三次諧波大小和相位，隨著發(fā)電機(jī)的出力變化而變化 第六節(jié)發(fā)電機(jī)負(fù)序過電流保護(hù) 一. 負(fù)序過電流的影響當(dāng)發(fā)電機(jī)在外部或內(nèi)部發(fā)生不對(duì)稱短路或當(dāng)發(fā)電機(jī)供給的負(fù)荷不對(duì)稱時(shí)，定子繞組就會(huì)流過負(fù)序電流。1）負(fù)序電流所建立的發(fā)電機(jī)氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)方

44、向相反，因此該磁場(chǎng)就以兩倍的同步速度切割轉(zhuǎn)子，在轉(zhuǎn)子本體、阻尼條及勵(lì)磁繞組中感生出倍頻電流。該電流在轉(zhuǎn)子中引起額外的損耗和發(fā)熱，如果負(fù)序電流足夠大，會(huì)使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子嚴(yán)重?zé)齻?）負(fù)序電流的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，產(chǎn)生兩倍頻率的交變電磁轉(zhuǎn)矩，也會(huì)使機(jī)組產(chǎn)生100Hz的振動(dòng)，引起金屬疲勞和機(jī)械損傷。 二。保護(hù)原理1接線方式 一般構(gòu)成發(fā)電機(jī)負(fù)序電流保護(hù)的電流來(lái)自發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)三相電流，這樣可以兼作發(fā)電機(jī)并網(wǎng)前的內(nèi)部短路故障的后備保護(hù)。 2原理負(fù)序電流保護(hù)有定、反時(shí)限兩種，大機(jī)組用反時(shí)限特性。 反時(shí)限特性曲線一般由三部分組成：上限定時(shí)限；反時(shí)限；下限定時(shí)限。 當(dāng)發(fā)電機(jī)負(fù)序電流大于上限整定時(shí)，則按上限定時(shí)限動(dòng)作；如果負(fù)

45、序電流超過下限整定值，但不足以使反時(shí)限部分動(dòng)作時(shí)，則按下限定時(shí)限動(dòng)作；負(fù)序電流在此之間，則按反時(shí)限規(guī)律動(dòng)作。 負(fù)序反時(shí)限特性，能真實(shí)地模擬轉(zhuǎn)子的熱積累過程，并能模擬散熱，即發(fā)電機(jī)發(fā)熱后若負(fù)序電流消失，熱積累并不立即消失，而是慢慢地散熱消失，如此時(shí)負(fù)序電流再次增大，則上一次的熱積累將成為該次的初值。 第七節(jié)發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)一. 失磁的原因發(fā)電機(jī)低勵(lì)和失磁是常見的故障形式。造成低勵(lì)、失磁的原因，主要是勵(lì)磁回路的部件發(fā)生故障、自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置發(fā)生故障以及操作不當(dāng)或由于系統(tǒng)事故造成的。對(duì)各種失磁故障綜合起來(lái)看，有以下幾種形式：勵(lì)磁繞組開路、勵(lì)磁繞組短路、勵(lì)磁繞組經(jīng)勵(lì)磁機(jī)電樞或整流器閉路等。 二. 失磁時(shí)

46、的現(xiàn)象失磁的發(fā)電機(jī)將會(huì)過渡到異步運(yùn)行，使轉(zhuǎn)子出現(xiàn)轉(zhuǎn)差、定子電流增大、定子電壓降低、有功輸出將下降。電氣量的這些變化，在一定條件下，將破壞電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行、威脅發(fā)電機(jī)的自身安全。 三. 失磁的危害 (1)低勵(lì)或失磁的發(fā)電機(jī)，從電力系統(tǒng)吸收無(wú)功功率，引起電力系統(tǒng)電壓下降。對(duì)于大型發(fā)電機(jī)組，若電壓下降幅度太大，可能會(huì)引起電力系統(tǒng)的振蕩，甚至?xí)?dǎo)致電力系統(tǒng)電壓崩潰而瓦解。(2)失磁后，由于出現(xiàn)轉(zhuǎn)差，在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路中出現(xiàn)差頻電流。差頻電流在轉(zhuǎn)子回路中產(chǎn)生的損耗，如果超出允許值，將使轉(zhuǎn)子過熱。特別是直接冷卻的大型機(jī)組，其熱容量的裕度相對(duì)比較小，轉(zhuǎn)子更易過熱。而流過轉(zhuǎn)子表層的差頻電流，還可能在轉(zhuǎn)子本體與

47、槽楔、護(hù)環(huán)的接觸面上發(fā)生嚴(yán)重的局部過熱。 (3)失磁的發(fā)電機(jī)進(jìn)入異步運(yùn)行之后，由機(jī)端觀測(cè)的發(fā)電機(jī)等效電抗降低，從電力系統(tǒng)中吸收的無(wú)功功率增加。失磁前帶的有功功率越大，轉(zhuǎn)差就越大，等效電抗就越小，所吸收的無(wú)功功率就越大。因此，在重負(fù)荷下失磁進(jìn)入異步運(yùn)行后，如不采取措施，發(fā)電機(jī)將因過電流使定子繞組過熱。(4)對(duì)于直接冷卻的大型汽輪發(fā)電機(jī)，因其單位容量有效材料消耗較少，所以平均異步轉(zhuǎn)矩的最大值較小，慣性常數(shù)也相對(duì)降低，轉(zhuǎn)子在縱軸和橫軸方面也呈現(xiàn)較明顯的不對(duì)稱。由于這些原因，在重負(fù)荷下失磁后，這種發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩、有功功率要發(fā)生周期性擺動(dòng)。在這種情況下，將有很大的超過額定值的電磁轉(zhuǎn)矩，周期性地作用在發(fā)電機(jī)

48、軸系上，并通過定子傳到機(jī)座上，轉(zhuǎn)差也會(huì)發(fā)生周期性變化，其最大值可能達(dá)到45，使發(fā)電機(jī)周期性地超速。這些情況，都直接威脅著機(jī)組的安全。 (5)低勵(lì)或失磁運(yùn)行時(shí)，定子端部漏磁增強(qiáng)，將使端部和邊段鐵芯過熱，通常是限制發(fā)電機(jī)失磁異步運(yùn)行能力的主要條件。四. 失磁過程主要電量變化特點(diǎn)1）失磁到臨界失步階段2）不穩(wěn)定異步運(yùn)行階段3）穩(wěn)定異步運(yùn)行階段五. 機(jī)端阻抗變化特性1）失磁至臨界失步2）靜穩(wěn)邊界及臨界失步3）穩(wěn)態(tài)異步空載其它工況六. 保護(hù)判據(jù)4）減出力判據(jù)PPzd七.保護(hù)出口邏輯 第八節(jié)失步保護(hù)一. 失步的危害(1)單元接線的大型發(fā)變組電抗較大，而系統(tǒng)規(guī)模的增大使系統(tǒng)等效電抗減小，因此振蕩中心往往落在

49、發(fā)電機(jī)附近或升壓變壓器范圍內(nèi)，使振蕩過程對(duì)機(jī)紐的影響大為加重。由于機(jī)端電壓周期性的嚴(yán)重下降，使廠用輔機(jī)工作穩(wěn)定性遭到破壞，甚至導(dǎo)致停機(jī)、停爐和全廠停電這樣的重大事故。 (2)失步運(yùn)行時(shí)電機(jī)電勢(shì)與系統(tǒng)等效電勢(shì)的相位差為180的瞬間，振蕩電流的幅值將接近機(jī)端三相短路時(shí)流經(jīng)發(fā)電機(jī)的電流值。對(duì)于三相短路故障均有快速保護(hù)切除，而振蕩電流則要在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)反復(fù)出現(xiàn)，若無(wú)相應(yīng)保護(hù)會(huì)使定子繞組遭受熱損傷或端部遭受機(jī)械損傷。 (3)振蕩過程中產(chǎn)生對(duì)軸系的周期性扭力，可能造成大軸嚴(yán)重機(jī)械損傷。 (4)振蕩過程中，周期性轉(zhuǎn)差變化使轉(zhuǎn)子繞組中感生電流，引起轉(zhuǎn)子繞組發(fā)熱。 (5)大型機(jī)組與系統(tǒng)失去同步，還可能導(dǎo)致電力系統(tǒng)解列甚至崩潰事故。二.對(duì)失步保護(hù)的基本要求失步保護(hù)應(yīng)能鑒別短路故障、穩(wěn)定振蕩和非穩(wěn)定振蕩，且只在發(fā)生非穩(wěn)定振蕩時(shí)可靠動(dòng)作，而在發(fā)生短路故障和穩(wěn)定振蕩情況下，不應(yīng)當(dāng)誤動(dòng)作。另外失步保護(hù)動(dòng)作于跳閘時(shí)，在功角180時(shí)使斷路器斷開，則會(huì)因遮斷電流最大而對(duì)斷路器熄弧最為不利，因此失步保護(hù)應(yīng)避免在這一時(shí)機(jī)動(dòng)作于跳閘。三. 失步保護(hù)的原理失步保護(hù)的原理是以機(jī)端測(cè)量阻抗運(yùn)動(dòng)軌跡及其隨時(shí)間的變化特征來(lái)構(gòu)成失步保護(hù)判據(jù)。第九節(jié)發(fā)電機(jī)匝間短路保護(hù)一. 橫差保護(hù)二. 負(fù)序功