繼電保護原理第五章課件

5.1變壓器保護第5章元件保護5.3母線保護簡介

5.2同步發(fā)電機保護

5.4斷路器失靈保護簡介

2/2/20231第5章元件保護5.1.1變壓器的故障與保護配置變壓器的故障類型油箱內部故障：繞組匝間，繞組相間，中性點接地側的接地短路。油箱外部故障：套管和引出線上發(fā)生的相間短路和接地短路。5.1變壓器保護2/2/20232第5章元件保護變壓器的不正常工作情況外部短路引起的過電流；外部短路引起的中性點過壓；過負荷；油面降低；油溫升高；過勵磁。2/2/20233第5章元件保護變壓器應裝設的繼電保護裝置一般裝設以下保護：1.瓦斯保護2.縱差動保護或電流速斷保護3.相間后備保護4.接地后備保護5.過負荷保護6.過勵磁保護7.其他保護，如冷卻器故障、壓力釋放等2/2/20234第5章元件保護瓦斯保護是變壓器的主保護之一。瓦斯保護的主要元件是瓦斯（氣體）繼電器，安裝位置在油箱與油枕的連接導管中。5.1.2變壓器的瓦斯保護瓦斯繼電器油枕2/2/20235第5章元件保護下開口杯

上開口杯干簧觸點干簧觸點平衡錘放氣閥探針支架擋板進油擋板永久磁鐵永久磁鐵FJ3-80型氣體繼電器的結構圖2/2/20236第5章元件保護QJ1-80型氣體繼電器結構圖罩

頂針

氣塞

磁鐵開口杯重錘探針開口銷彈簧擋板磁鐵螺桿干簧觸點調節(jié)桿

干簧觸點套管

排氣口

2/2/20237第5章元件保護輕瓦斯動作于信號輕瓦斯動作后應檢查變壓器油樣，判別故障類型、程度重瓦斯動作于跳閘，同時發(fā)出信號通常氣體容積的整定范圍為250～300CM3

一般油流流速整定范圍為0.6～1.5m/s

2/2/20238第5章元件保護

瓦斯保護的主要優(yōu)點是結構簡單，靈敏性高，能反應變壓器油箱內的各種故障。特別是能反應輕微匝間短路。它也是油箱漏油或繞組、鐵芯燒損的唯一保護。瓦斯保護不能反應變壓器套管和引出線的故障，需與縱差動保護一起作為變壓器的主保護。2/2/20239第5章元件保護5.1.3變壓器的差動保護KD變壓器縱差動保護與輸電線路縱聯(lián)差動保護的基本原理相同。TA2TA1一、變壓器縱差動保護的原理核心問題仍是不平衡電流問題2/2/202310第5章元件保護5.1.4變壓器縱差動保護不平衡電流產生的原因分析不平衡電流形成原因計算不平衡電流大小整定差動保護動作值躲過不平衡電流影響減小不平衡電流采取技術措施降低動作值，提高靈敏度2/2/202311第5章元件保護變壓器差動保護不平衡電流產生的原因有：TA勵磁特性不一致變壓器各側電流不同相TA變比標準化調整分接頭勵磁電流及勵磁涌流差動保護共同問題變壓器差動保護特殊問題2/2/202312第5章元件保護TA勵磁特性不一致TA勵磁電流TA誤差TA勵磁電流差異差動保護不平衡電流不平衡電流經(jīng)驗公式同型系數(shù)TA誤差10％一次電流TA變比取1變壓器差動保護特點為：TA同型系數(shù)取12/2/202313第5章元件保護變壓器各側電流不同相對于Y，d11型變壓器，正常運行時d側電流超前Y側電流300，形成不平衡電流。方法1.“外轉角”變壓器Y側電流互感器的二次繞組接成三角形，d側的三個電流互感器接成星形。對策：相位補償在保護外將相位補償過來將變壓器各側二次電流調整為同相2/2/202314第5章元件保護cbaCBAKD1KD2KD3一次電流二次電流一次電流二次電流2/2/202315第5章元件保護一次電流縱差動保護電流相量圖二次電流同相Y側△側不同相2/2/202316第5章元件保護采用相位補償接線后，對于TA接成三角形的一側，流入差動臂的電流增加了，應對該側的TA變比進行修正。變壓器星形側電流互感器變比變壓器三角形側電流互感器變比2/2/202317第5章元件保護方法2.“內轉角”在保護內部采用軟件算法進行相位補償變壓器各側電流互感器均接成星形。PST1200采用RCS978采用主變Y側主變△側主變Y側主變△側不變換2/2/202318第5章元件保護！無論哪種相位補償方式應保證差動電流中不含零序成分外部發(fā)生接地故障時，零序電流僅流過變壓器高壓側，不去除零序電流則會產生差動電流，導致保護誤動變壓器高壓側發(fā)生接地故障時，盡管差動電流中不含零序電流，但由于有正序、負序故障電流，差動保護可以動作，靈敏度有所降低。為提高接地故障靈敏度，聯(lián)絡變可設專門的零序電流差動保護（簡稱零差）。2/2/202319第5章元件保護TA變比標準化觀察算例：2/2/202320第5章元件保護TA變比標準化問題解決方法：老式電磁型差動繼電器（如BCH、DCD系列）：使用平衡繞組Wbal,同時在整定時考慮ΔfI1，Δf為平衡線圈選取誤差，取0.05微機型變壓器保護：軟件算法中引入補償系數(shù)平衡二次電流采樣值電流二次回路串入自耦變流器，微調二次電流2/2/202321第5章元件保護調整分接頭變壓器調整分接頭時一側額定電流改變，而另一側電流不變，產生不平衡電流解決方法：計算變壓器額定電流以中間的分接頭為準，整定動作電流時考慮調壓范圍的一半。調壓范圍的一半最大外部故障電流2/2/202322第5章元件保護勵磁電流及勵磁涌流勵磁電流屬于不平衡電流。勵磁電流較小，2～10％額定電流，整定時很容易躲過。變壓器空載合閘或外部故障切除時，電壓突變，變壓器產生勵磁涌流，對差動保護影響很大。如何躲避勵磁涌流影響，是研究變壓器差動保護面臨的主要難點之一。2/2/202323第5章元件保護※勵磁涌流產生的原因根據(jù)能量守恒定律，鐵芯中的磁通不能突變。+

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suruperaperT/2Tωt,u變壓器

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surper周期分量穩(wěn)態(tài)磁通aper非周期分量暫態(tài)磁通sur剩磁當電壓突變時2/2/202324第5章元件保護ωt.mimiimωt.m半周波后磁通達到最大由于鐵芯飽和電流激增im2/2/202325第5章元件保護勵磁涌流錄波（空載合閘）2/2/202326第5章元件保護必須研究勵磁涌流與短路電流的波形區(qū)別，利用電流波形識別勵磁涌流，當發(fā)生勵磁涌流時閉鎖差動保護，防止誤動。勵磁涌流幅值可達5-10倍額定電流，與短路電流相當。勵磁涌流隨著磁通中非周期分量一起衰減，最后消失，勵磁電流回到正常值，涌流衰減時間為秒級。差動保護以動作電流躲過，會導致內部故障拒動差動保護以動作時間躲過，故障切除時間過長2/2/202327第5章元件保護※勵磁涌流的波形特點3.波形存在間斷角。2.含有大量高次諧波，其中以二次諧波成分為主。1.含有較大的非周期分量；波形偏于時間軸一側，嚴重不對稱。2/2/202328第5章元件保護※防止勵磁涌流引起縱差保護誤動的措施2.波形不對稱識別1.采用帶速飽和變流器的差動繼電器BCH、DCD系列老式電磁型繼電器，當差動電流中直流分量含量較高時自動提高動作電流（即具有“直流助磁”特性），防止保護誤動。4.波形間斷角鑒別微機保護可以識別差動電流的正負半周是否對稱，當電流波形嚴重不對稱時判為勵磁涌流情況，閉鎖差動保護。3.二次諧波閉鎖（制動）差動電流中二次諧波含量較高時閉鎖差動保護；或自動提高動作電流，二次諧波越大，動作電流提高越多。差動電流波形中間斷角達到一定值（如600）以上時，閉鎖差動保護。2/2/202329第5章元件保護勵磁涌流產生原因勵磁涌流波形特點防止勵磁涌流影響方法電壓突變，磁通不能突變，產生暫態(tài)磁通，鐵芯嚴重飽和，勵磁電流激增含有很大非周期分量，波形嚴重不對稱含有較大二次諧波分量波形具有間斷角直流助磁，識別波形不對稱二次諧波閉鎖（制動）間斷角鑒別識別波形不對稱空載合閘或外部故障切除時，2/2/202330第5章元件保護不平衡電流產生原因TA勵磁特性不一致變壓器各側電流不同相TA變比標準化調整分接頭勵磁電流及勵磁涌流技術措施整定計算考慮比率制動相位補償系數(shù)補償（平衡線圈）0.051調壓范圍一半波形不對稱識別二次諧波間斷角綜上所述，整定用平衡線圈匝數(shù)必須為整數(shù)引起的誤差，微機保護可不考慮2/2/202331第5章元件保護電磁型差動繼電器以前蘇聯(lián)BCH系列（國產對應型號為DCD）為代表笨重、靈敏度低、內部故障時延時較多、調試復雜共同特點：帶有速飽和鐵芯的變流器變流器：差動電流不直接流入繼電器線圈，經(jīng)過變流器可以濾除差動電流中非周期分量2/2/202332第5章元件保護速飽和鐵芯：變流器鐵芯容易飽和。差動電流中非周期分量不能變換至二次側，全部用于鐵芯勵磁，使鐵芯迅速飽和。減小電流變送比，相當于提高動作電流。直流助磁特性：差動電流中直流分量較大時自動提高動作電流1o動作電流倍數(shù)直流分量含量2/2/202333第5章元件保護直流助磁特性作用：躲避勵磁涌流發(fā)生勵磁涌流時，由于差動電流中直流分量較大，動作電流提高很多，躲過了勵磁涌流。直流助磁特性缺點：發(fā)生內部故障時，由于短路初瞬直流分量可能較大，動作電流提高很多，差動保護無法動作，要等到非周期分量衰減后、動作電流回落，保護才動作。2/2/202334第5章元件保護BCH-2型繼電器特點：帶有短路線圈Wk短路線圈Wk使直流助磁曲線更陡，加強了躲避勵磁涌流的能力。同時改變短路線圈Wk抽頭位置，可以調節(jié)直流助磁特性。1o無短路線圈Wk為A1-A2B1-B2C1-C2D1-D2W''KW'K2/2/202335第5章元件保護BCH系列繼電器均帶有2個平衡線圈Wbal平衡線圈Wbal串入二次電流較小的一側，可以減小TA變比標準化形成的不平衡電流平衡線圈Wbal還可以與差動線圈串聯(lián)、構成工作線圈，調整差動保護動作電流。BCH-1型繼電器均帶有1組制動線圈Wbrk，動作電流具有制動特性，躲避外部故障穿越電流形成的不平衡電流能力較強。制動特性作用同線路縱聯(lián)差動保護。BCH-4型繼電器均帶有4組制動線圈Wbrk，可用于三卷變壓器。2/2/202336第5章元件保護部件作用BCH-1BCH-2BCH-4速飽和鐵芯變流器直流助磁特性，躲避勵磁涌流√√√差動線圈產生動作磁勢（安匝）√√√二次線圈驅動執(zhí)行元件√√√平衡線圈減小TA變比標準化形成的不平衡電流，改變動作電流2個2個2個短路線圈加強直流助磁特性，躲避勵磁涌流無√無制動線圈躲避外部故障穿越電流形成的不平衡電流1個無4個BCH系列繼電器小結2/2/202337第5章元件保護差動保護整定方法與差動繼電器（元件）類型有很大關系，各有特點。BCH-2型繼電器構成差動保護整定步驟確定TA接線形式，變比，計算各側二次額定電流確定差動保護動作電流（一次）計算值確定差動保護動作電流（二次）計算值確定差動繼電器工作線圈匝數(shù)，二次動作電流確定差動繼電器平衡線圈匝數(shù)，校驗誤差確定短路線圈匝數(shù)校驗靈敏度按變壓器容量選：容量大，直流助磁曲線應平緩些，選A1-A2或B1-B2；反之選C1-C2或D1-D2躲過TA二次斷線、勵磁涌流、外部故障電流影響2/2/202338第5章元件保護5.1.5主變差動保護實現(xiàn)關鍵點：采用比例制動技術提高躲避外部故障穿越性短路電流形成的不平衡電流利用二次諧波、波形不對稱等判據(jù)防止勵磁涌流導致變壓器差動保護誤動2/2/202339第5章元件保護比率制動問題比率制動為差動保護通常采用的技術措施，目的是克服外部故障穿越性電流形成的不平衡電流。第4章縱聯(lián)保護中已經(jīng)介紹了線路差動保護采用的比率制動特性。線路差動、變壓器差動、發(fā)電機縱差（本章第2節(jié)）、母線差動（本章第3節(jié)）中采用的比率制動原理是一樣的。目前幾乎所有的線路、變壓器、發(fā)電機、母線差動保護均具有比率制動特性。2/2/202340第5章元件保護差動電流正常運行及外部故障時，內部故障時，動作條件：外部故障時不誤動線路縱差變壓器縱差共同的差動原理2/2/202341第5章元件保護討論外部故障情況無比率制動時整定過程有比率制動時整定過程動作區(qū)動作區(qū)2/2/202342第5章元件保護制動特性：動作電流不是常數(shù)，與制動電流有關思路：取短路電流為制動量，當短路電流增加時，不平衡電流增大，但因為制動電流增加、動作電流提高，可以使動作電流始終高于不平衡電流，防止差動保護誤動。各種比率制動方法區(qū)別在于制動電流的選取及制動特性曲線。2/2/202343第5章元件保護以一個實例進行討論，取某一側電流為制動電流，特性為Iact>Kbrk且Iact>Iact.0。注意外部故障與內部故障情況下2/2/202344第5章元件保護外部故障時，內部故障時，折線段動作特性<<<<不誤動可靠動作整定時2/2/202345第5章元件保護由于動作特性起始部分無制動作用，內部故障時，動作電流均為最小動作電流Iact.0轉折點電流大小取額定電流左右2/2/202346第5章元件保護整定步驟具有制動特性后同樣保證外部故障不誤動，內部故障靈敏度提高2/2/202347第5章元件保護※制動特性獲得BCH-1依靠制動電流流入制動線圈，控制變流器鐵芯飽和度獲得制動特性，制動電流增大，鐵芯趨向飽和，變送比下降，動作電流提高。制動線圈匝數(shù)越多，制動作用越強，制動系數(shù)越大。BCH-1由制動線圈匝數(shù)調整Kbrk。oWbrk增加2/2/202348第5章元件保護微機保護采用軟件方法實現(xiàn)制動特性，折線特性顯然比曲線特性實現(xiàn)、整定均簡單，微機保護均采用折線特性。折線特性兩折線特性Ik較大時TA可能飽和，Iunb增大較多，提高制動系數(shù)，防止誤動對于內部故障則無影響兩種特性均有使用2/2/202349第5章元件保護※制動量選取原則是外部故障有足夠的制動作用，越大越好內部故障可靠動作，制動作用越小越好例如，單電源降壓變，可取負荷側電流為制動電流，內部故障時無制動作用。2/2/202350第5章元件保護多側制動問題雙卷變用于橋式接線，三卷變，母線上采用差動保護時，接入差動回路的電流超過2個。取最大值（如PST1200）“和電流”（如RCS978）母線差動BP－2B采用2/2/202351第5章元件保護各種制動特性及不同的制動量選擇有不同的整定方法，實際工作中必須對照具體保護設備技術說明書相關內容進行整定計算。2/2/202352第5章元件保護5.1.6變壓器相間短路的后備保護和過負荷保護變壓器相間短路的后備保護既是變壓器主保護的后備又是相鄰母線或線路的后備保護。保護形式可采用過電流保護、低電壓起動的過電流保護、復合電壓起動的過電流保護、負序電流保護和低阻抗保護等。變壓器耐受過負荷能力較差，應裝過負荷保護動作于告警信號。2/2/202353第5章元件保護過電流保護保護原理與線路電流Ⅲ段保護相同I>靈敏度較低，很難滿足要求，實際應用較少2/2/202354第5章元件保護過電流保護2/2/202355第5章元件保護低電壓起動過電流保護保護原理U<&I>加設了電壓元件，電流保護部分動作值較過電流保護低，靈敏度有所提高2/2/202356第5章元件保護低電壓起動過電流保護2/2/202357第5章元件保護復合電壓起動過電流保護保護原理電流保護部分與低電壓起動過電流保護相同。電壓部分由2部分組成：負序過電壓，反應不對稱故障單相式低電壓，反應對稱故障與低電壓起動過電流保護相比，電流部分動作值、靈敏度一樣；電壓部分靈敏度提高2/2/202358第5章元件保護復合電壓起動過電流保護2/2/202359第5章元件保護負序電流保護對于大容量變壓器，采用復合電壓起動過電流保護，保護的靈敏系數(shù)可能不滿足要求。可采用負序電流保護。該保護由兩部分組成：負序電流部分：反應不對稱故障；低電壓起動過電流部分：反應對稱故障。2/2/202360第5章元件保護負序電流保護2/2/202361第5章元件保護※更大型的升壓變壓器和系統(tǒng)聯(lián)絡變壓器還可采用低阻抗保護，類似ZⅢ過負荷保護過負荷時三相對稱，過負荷保護只需反應某一相電流。過負荷保護經(jīng)延時5-10s動作于信號。2/2/202362第5章元件保護5.1.7變壓器接地短路的后備保護外部接地故障對變壓器的危害：中性點接地變壓器：過流中性點及高壓側繞組流過故障電流中性點不接地變壓器：中性點過壓中性點對地電壓為高壓母線處零序電壓2/2/202363第5章元件保護◎除500kV、自耦變，變壓器中性點可接地運行也可不接地運行。變壓器中性點是否接地（運行方式）取決于：◎變壓器中性點的絕緣水平絕緣水平較低的變壓器中性點必須接地運行如500kV主變◎變壓器結構如自耦變中性點必須接地運行◎電網(wǎng)結構變壓器中性點接地設置應保證接地故障時健全相電壓不過壓、零序電流水平適當及相對穩(wěn)定2/2/202364第5章元件保護變壓器接地后備保護判據(jù)中性點接地運行變壓器零序過電流3I0>中性點不接地運行變壓器零序過電壓3U0>放電間隙過流為保護變壓器中性點，一般在中性點裝設放電間隙中性點必須接地運行的變壓器配置零序過電流3I0>中性點可接地或不接地運行的變壓器配置零序過電流，零序過電壓，放電間隙過流2/2/202365第5章元件保護※注意縮小故障范圍變壓器后備保護動作首先切除母聯(lián)、分段。※注意選跳順序◎全級絕緣變壓器、中性點帶放電間隙的分級絕緣變壓器中性點耐壓能力較好先切除中性點接地運行主變，再切除中性點不接地運行主變◎中性點不帶放電間隙的分級絕緣變壓器中性點耐壓能力較差先切除中性點不接地運行主變，再切除中性點接地運行主變2/2/202366第5章元件保護中性點直接接地運行變壓器的接地保護配置兩段零序電流保護，分別與線路零序Ⅰ、Ⅲ段配合每段設置兩個延時，短延時t1、t3切除母聯(lián)、分段，長延時t2、t4跳主變

相鄰線路零序Ⅲ段最長動作時間2/2/202367第5章元件保護3I0II3I0It10t30t40T1T3T4QF1母聯(lián)解列（跳QF）跳主變（跳QF1、2）QFQF1TAQET2t20QF2防止主變未并列時因高壓側接地誤跳母聯(lián)2/2/202368第5章元件保護零序Ⅰ段起動電流按與相鄰元件零序電流Ⅰ段配合整定，即配合系數(shù)，取1.1～1.2；零序電流分支系數(shù)相鄰元件零序電流I段起動電流零序電流分支系數(shù)等于最大運行方式下在相鄰元件I段保護范圍末端發(fā)生單相接地短路時，流過本線路的零序電流與流過相鄰元件的零序電流之比2/2/202369第5章元件保護零序Ⅱ段起動電流按與相鄰元件零序電流Ⅲ段配合整定，即配合系數(shù)，取1.1～1.2；零序電流分支系數(shù)相鄰元件零序電流Ⅲ段起動電流零序電流分支系數(shù)等于最大運行方式下在相鄰元件Ⅲ段保護范圍末端發(fā)生單相接地短路時，流過本線路的零序電流與流過相鄰元件的零序電流之比2/2/202370第5章元件保護中性點可接地或不接地運行時變壓器接地保護1.全級絕緣變壓器＃零序電流保護，配置與中性點直接接地變壓器相同＃零序電壓保護，動作電壓較高，180-200V僅當中性點接地變壓器切除后，零序電壓升高，才能動作?？梢姡合惹谐行渣c接地運行變壓器，再切除中性點不接地變壓器2/2/202371第5章元件保護0.3-0.5s抗干擾2/2/202372第5章元件保護中性點裝設放電間隙的分級絕緣變壓器保護配置：在全級絕緣變壓器接地保護上增加了一個放電間隙保護當放電間隙擊穿，放電電流超過100A時，則不需要等中性點接地運行主變跳閘，直接跳開中性點不接地變壓器。除放電間隙保護，零序電流、電壓保護與全級絕緣的變壓器接地保護相同。2/2/202373第5章元件保護跳主變放電間隙保護2/2/202374第5章元件保護5.1.8數(shù)字式變壓器保護測控裝置

主要配置：差動保護相間后備保護接地后備保護非電量保護瓦斯、油溫異常、冷卻故障等*220kV斷路器三相不一致保護差動速斷保護*220kV斷路器失靈保護*自耦變公共繞組過負荷根據(jù)具體情況還有*過激磁保護2/2/202375第5章元件保護2/2/202376第5章元件保護PST12002/2/202377第5章元件保護測控裝置功能：遙測：將主變各側電流、電壓量轉化為數(shù)字信號上傳至后臺及調度中心遙信：將主變各側斷路器、刀閘、主變冷卻系統(tǒng)、主變本體、調壓機構、變壓器保護等發(fā)出的開關量信號上傳至后臺及調度中心遙調：有載調壓變壓器可以由測控裝置將網(wǎng)絡傳來的調壓命令轉為接點形式送調壓機構執(zhí)行遙控：由測控裝置將網(wǎng)絡傳來的斷路器及刀閘的分、合閘命令轉為接點形式送保護操作箱或刀閘操作回路執(zhí)行2/2/202378第5章元件保護第一層：PST-1210三側操作箱及本體保護第二層：PST-1203A二次諧波差動保護第三層：PST-1204C三側后備保護保護第四層：PSR-651變壓器綜合測控單元110kV主變保護一般配1面柜配置實例2/2/202379第5章元件保護220kV主變保護一般配2面柜主保護雙重化配置實例A柜B柜PST-1202A二次諧波原理主保護、后備保護一體PST-1222高壓側操作箱打印機PST-1202B波形對稱原理的差動打印機PST-1210中低操作箱及非電氣量保護2/2/202380第5章元件保護差動保護二次諧波差動保護波形對稱差動保護穩(wěn)態(tài)差動保護工頻變化量差動保護零序電流差動保護間斷角鑒別差動保護差動速斷保護靈敏度高，能反應輕微匝間短路用于聯(lián)絡變，提高接地故障靈敏度動作電流大，不帶勵磁涌流閉鎖，防止內部故障電流過大使TA嚴重飽和，電流畸變導致差動保護誤閉鎖而拒動2/2/202381第5章元件保護五次諧波與二次諧波一樣也用于勵磁涌流鑒別2/2/202382第5章元件保護五次諧波與二次諧波一樣也用于勵磁涌流鑒別2/2/202383第5章元件保護變壓器后備保護應當注意出口方式，并不是所有的后備保護均動作于跳變壓器各側。例如三卷變低壓側后備保護動作應先跳開低壓側母聯(lián)或分段開關，再跳開變壓器低壓側斷路器，變壓器高壓側、中壓側繼續(xù)運行。變壓器后備保護配置方案、出口跳閘邏輯均需要針對變壓器、一次主接線具體情況進行設計。詳細設計內容十分復雜，可在課程設計、畢業(yè)設計環(huán)節(jié)深入地學習。2/2/202384第5章元件保護配置例12/2/202385第5章元件保護配置例22/2/202386第5章元件保護配置例32/2/202387第5章元件保護110kV變壓器保護測控柜實例2/2/202388第5章元件保護2/2/202389第5章元件保護5.2.1發(fā)電機的故障類型、異常工作情況和繼電保護方式相間短路匝間短路接地短路一點接地二點接地5.2同步發(fā)電機保護2/2/202390第5章元件保護相間短路匝間短路單相接地短路定子繞組縱差動保護匝間短路保護定子接地保護轉子一點接地保護轉子兩點接地保護一點接地兩點接地轉子繞組故障類型及保護配置2/2/202391第5章元件保護失磁失磁保護異常工作情況及保護配置定子繞組過電流及過負荷相間短路后備保護、過負荷保護定子繞組過電壓定子繞組過電壓保護發(fā)電機逆功率、頻率降低、失步逆功率保護低頻保護失步保護轉子過負荷轉子過負荷保護2/2/202392第5章元件保護定子正序旋轉磁場定子負序旋轉磁場轉子二次諧波定子負序轉子二次諧波電流轉子表層過熱

100Hz的振動定子負序過負荷、過電流保護定子負序電流危害2/2/202393第5章元件保護5.2.2 同步發(fā)電機的縱差保護完全差動保護不完全差動保護相間短路相間短路匝間短路差動保護接線2/2/202394第5章元件保護完全差動保護接線無故障時相間故障時2/2/202395第5章元件保護假設每相有n個分支無故障時相間故障或匝間短路時不完全差動保護接線2/2/202396第5章元件保護要點：基本原理同線路差動保護和變壓器差動保護接線簡單、不平衡電流較小中性點附近有死區(qū)關鍵問題是如何降低動作電流、提高靈敏度、減小死區(qū)2/2/202397第5章元件保護完全差動保護動作值整定（1）保護起動電流整定1）躲過外部故障產生的最大不平衡電流TA10%誤差可靠系數(shù)1.3非周期分量系數(shù)1~1.3；如采取了措施去掉非周期分量影響時取1。同型系數(shù)0.5外部短路時的最大短路電流2/2/202398第5章元件保護若汽輪發(fā)電機發(fā)電機額定電流則發(fā)電機正常運行時若TA二次回路斷線會誤動。2）防止TA二次回路斷線導致誤動a.設TA二次回路斷線監(jiān)視裝置b.若水輪發(fā)電機則2/2/202399第5章元件保護（2）發(fā)電機差動保護靈敏度校驗發(fā)電機內部故障時流過保護裝置的最小短路電流。實際上應考慮下面兩種情況：①發(fā)電機與系統(tǒng)并列運行以前,在其出線端發(fā)生兩相短路,此時,差動回路串只有由發(fā)電機供給的短路電流。②發(fā)電機采用自同期并列時(此時發(fā)電機先不加勵磁,因此,發(fā)電機的電勢E≈0),在系統(tǒng)最小運行方下,發(fā)電機出線端發(fā)生兩相短路,此時,差動回路中只有由系統(tǒng)供給的短路電流。為提高靈敏度，一般采用具有制動特性的差動繼電器。2/2/2023100第5章元件保護發(fā)電機比率制動式差動保護原理同變壓器差動保護，不平衡電流較小。動作方程速斷動作區(qū)動作區(qū)制動區(qū)不完全差動接線時K為分支系數(shù)動作特性2/2/2023101第5章元件保護保護動作邏輯框圖兩種出口方式：單相出口方式及循環(huán)閉鎖出口方式特點：需設置專門的TA斷線閉鎖，當差電流較大時解除TA斷線閉鎖，適于不完全縱差接線。單相出口方式2/2/2023102第5章元件保護特點：三取二，適于完全縱差接線。循環(huán)閉鎖出口方式內外部不同相同時接地故障2/2/2023103第5章元件保護比率制動式發(fā)電機縱差保護定值整定1.比率制動系數(shù)Kbrk：躲過出口三相短路時最大不平衡電流完全差動：0.3～0.5不完全差動：0.52.啟動電流Iact0：躲過正常工況最大不平衡電流，0.3～0.4IN.G3.拐點電流Ibrk0：建議按躲過外部故障切除后的暫態(tài)過程中產生的最大不平衡電流整定；不完全縱差取值要大一點。0.5~0.8IN.G其余參數(shù)請參照具體的保護說明書。2/2/2023104第5章元件保護比率制動式發(fā)電機縱差保護定值整定校驗靈敏度：機端兩相短路2/2/2023105第5章元件保護變數(shù)據(jù)窗式標積制動縱差保護原理完全差動制動量~外部故障制動量最大內部故障制動量轉為動作量，靈敏度高不完全差動變數(shù)據(jù)窗：故障初期適當提高S，即增加制動量；故障數(shù)據(jù)充分時再降低S，從而提高靈敏度。動作方程2/2/2023106第5章元件保護與循環(huán)閉鎖的比率制動式差動保護邏輯一樣。動作框圖2/2/2023107第5章元件保護5.2.3同步發(fā)電機定子繞組匝間短路保護橫差保護縱向零序電壓式匝間保護反應轉子回路二次諧波電流的匝間短路保護完全縱差動保護不能反應匝間短路2/2/2023108第5章元件保護匝間短路分析2/2/2023109第5章元件保護設A相短路匝數(shù)占總匝數(shù)的比例為兩中性點間電流I0Z為電流流經(jīng)回路的繞組阻抗縱向零序電壓——相對于中性點的零序電壓三相電勢不相等定子負序電流轉子二次諧波電氣量特點：（1）縱向零序電壓（機端對中性點），零序電流（2）縱向負序電壓，負序電流，轉子倍頻電流2/2/2023110第5章元件保護橫聯(lián)差動保護單元件橫差保護裂相橫差保護——適于每相兩分支兩中性點引出線——適于每相兩分支，且每分支都有線引出2/2/2023111第5章元件保護單元件橫差保護保護測量兩個中性點之間連線上的電流保護反應匝間短路及定子繞組開焊故障，保護在較小時有死區(qū)。2/2/2023112第5章元件保護保護動作電流應大于正?；蛲獠抗收蠒r不平衡電流一般Iset=(0.3~0.4)IN.G（1）濾除三次諧波以提高保護的靈敏性。（2）為防止轉子兩點接地時磁場空間不對稱造成保護誤動，在轉子一點接地后橫差保護帶0.5~1S延時動作。注：2/2/2023113第5章元件保護裂相橫差保護——分相橫差保護保護測量每相兩個分支之間的電流差為提高保護的靈敏性，可采用具有制動特性的差動原理，如比率制動、標積制動等。正常運行差電流為0，匝間短路有差電流。2/2/2023114第5章元件保護反應轉子回路二次諧波電流的匝間短路保護動作條件：I2ω>&P2>0I2ω匝間短路產生定子繞組縱向負序電壓、電流，在轉子上感應出的二次諧波電流。P2>0匝間短路及外部不對稱故障均產生定子繞組負序電壓,方向元件只在匝間短路時開放匝間短路保護。保護的動作值只需按躲過與發(fā)電機正常負荷時允許的最大不對稱度(一般取5%左右)相對應的的二次諧波電流整定。2/2/2023115第5章元件保護轉子二次諧波定子負序方向元件，防止發(fā)電機外部不對稱故障保護誤動2/2/2023116第5章元件保護負序功率方向元件分析機端電壓中性點或機端電流_+結論ZS2（1）匝間短路2/2/2023117第5章元件保護_+_+ZS2ZS2（2）外部故障結論（2）內部不對稱相間故障結論a.中性點結論b.機端※P2>0不反應發(fā)電機外部故障。2/2/2023118第5章元件保護縱向零序電壓式匝間保護關鍵：縱向零序電壓，TV一次側中性點與發(fā)電機中性點相連2/2/2023119第5章元件保護※要濾除三次諧波以提高靈敏度；必要時可采用具有制動特性的動作方程?！鶈蜗嘟拥貢r相對地電壓有零序分量，相對中性點電壓無零序分量。即縱向零序電壓不反應單相接地。2/2/2023120第5章元件保護不靈敏段高定值低定值靈敏段三次諧波制動動作條件：3U0>&P2>0應設TV斷線閉鎖2/2/2023121第5章元件保護5.2.4發(fā)電機的單相接地保護當接地電容電流等于或大于5A時，應裝設動作于跳閘的接地保護；當接地電流小于5A時，一般裝設作用于信號的接地保護?！行渣c不接地或經(jīng)過消弧線圈接地2/2/2023122第5章元件保護1發(fā)電機定子繞組單相接地的特點單相接地時的零序電壓機端零序電壓012/2/2023123第5章元件保護2利用零序電壓構成的定子接地保護可用于發(fā)變組，中性點附近有死區(qū)取自機端TV開口三角形或發(fā)電機中性點側TV。整定值躲過不平衡電壓不平衡電壓形成原因：1）發(fā)電機三次諧波電壓，2）變壓器高壓側接地時經(jīng)電容耦合過來的零序電壓。為提高靈敏度，需濾除三次諧波2/2/2023124第5章元件保護減小不平衡電壓影響措施：1）裝設三次諧波濾過器，2）延時躲過外部接地影響。采取以上措施后，整定值為5~10V，死區(qū)為（5~10）%。α01100103U0（V）10%動作電壓NT死區(qū)5~10%保護區(qū)2/2/2023125第5章元件保護3雙頻式100％保護區(qū)定子繞組單相接地保護保護分兩部分：1）反應基波零序電壓2）反應三次諧波電壓NT反應三次諧波電壓反應基波零序電壓保護區(qū)示意圖2/2/2023126第5章元件保護發(fā)電機正常運行時的三次諧波電壓和發(fā)電機電勢中有固有的三次諧波電勢E3-+LNT-+-+LNT正常運行時補償系數(shù)內部單相接地時2/2/2023127第5章元件保護正常運行時可以將作為定子繞組單相接地故障的判據(jù)，這樣保護區(qū)為0<α<0.5∵0<α<0.5時有(1-α)>α即NT反應三次諧波電壓反應基波零序電壓基波零序電壓保護三次諧波電壓保護或2/2/2023128第5章元件保護為了提高反應三次諧波電勢定子繞組單相接地保護的靈敏度,可以采用以下帶制動特性判據(jù):中小型機組大型機組P<1使PUN0≈UT01.32/2/2023129第5章元件保護5.2.5發(fā)電機相間短路后備保護與負序電流保護——外部相間故障遠后備及發(fā)電機主保護近后備~近后備線路主保護采用主保護雙重化方案，則可簡化近后備保護遠后備相間短路后備保護可采用：過電流保護、低電壓起動的過電流保護復合電壓起動的過電流保護負序電流保護和低阻抗保護等2/2/2023130第5章元件保護IA>IB>IC>UCA<≥1≥10/t內t1/0U2>&t2/0（當有記憶時）發(fā)電機復合電壓過電流保護出口邏輯框圖發(fā)信或跳閘如出口全停2/2/2023131第5章元件保護

ZAB<

≥1

&

ZBC<

ZCA<

I>

TA斷線閉鎖t1/0t2/0跳閘或發(fā)信低阻抗保護動作邏輯框圖2/2/2023132第5章元件保護2同步發(fā)電機的負序電流保護和過負荷保護定子繞組負序電流轉子繞組倍頻電流附加渦流損耗，轉子表層發(fā)熱、機械振動發(fā)電機承受I2能力:長期（6~8）%IN.G或12%IN.G短時標幺值允許過熱時間常數(shù)跟發(fā)電機類型與冷卻方式有關——相間短路后備保護兼轉子表層過負荷保護2/2/2023133第5章元件保護負序電流保護（兩部分）：定時限過負荷；反時限過流反時限過流保護特性曲線（三個部分）：上限定時限；反時限；下限定時限2/2/2023134第5章元件保護a-b發(fā)熱越限I段動作值b－c未充分利用散熱Ⅱ段動作值d－e未提供保護如采用定時限負序電流保護I段Ⅱ段2/2/2023135第5章元件保護※發(fā)熱曲線不能與定時限電流曲線很好配合；且對熱積累的過程不能反應。措施：采用反時限負序電流保護。2/2/2023136第5章元件保護負序反時限過流保護修正系數(shù)熱容量曲線反時限負序電流曲線12曲線2保守，一般不選用曲線1利用發(fā)電機散熱，一般采用此特性2/2/2023137第5章元件保護發(fā)電機負序保護邏輯I>IupI>Idowtupt1&t5≥1跳閘或發(fā)信發(fā)信I>Iact高定值低定值過負荷定值反時限2/2/2023138第5章元件保護5.2.6勵磁回路接地保護一點接地保護——一般動作于信號兩點接地保護——動作于跳閘2/2/2023139第5章元件保護勵磁回路一點接地無直接危害，可能發(fā)展成為兩點接地。勵磁回路兩點接地短路電流可能燒壞轉子繞組和鐵芯，轉子磁場畸變引起機組振動。保護配置：水輪發(fā)電機設一點接地保護動作于信號或停機。汽輪發(fā)電機設一點接地保護動作于信號，設兩點接地保護動作于停機。2/2/2023140第5章元件保護直流電橋疊加直流電壓疊加交流電壓切換采樣直流電橋利用定子二次諧波電壓一點接地保護原理兩點接地保護原理2/2/2023141第5章元件保護勵磁回路一點接地檢查裝置兩表法單表法有死區(qū)2/2/2023142第5章元件保護疊加直流電壓式一點接地保護K接通K不接通2/2/2023143第5章元件保護外加交流電壓式一點接地保護——延時動作于信號2/2/2023144第5章元件保護切換采樣式一點接地保護聯(lián)立四個方程，可得Rf=ER1/3△U-R1-2R/32/2/2023145第5章元件保護勵磁回路兩點接地保護——電橋平衡正常時保護不投入。勵磁回路一點接地后，投入保護，調電橋使之平衡。兩點接地后平衡被打破，保護動作于停機。+-K1mvmnUmnK2濾波限幅2/2/2023146第5章元件保護存在問題：1）K1、K2相距較近時保護有死區(qū)2）K1、K2相繼發(fā)生，發(fā)生時間相隔較短時來不及投入保護。2/2/2023147第5章元件保護勵磁回路兩點接地保護——定子二次諧波發(fā)電機轉子繞組兩點接地時，其氣隙磁場將發(fā)生畸變，在定子繞組中將產生二次諧波負序分量電勢。轉子兩點接地保護即反應定子電壓中二次諧波“負序”分量。動作條件為負序二次諧波大于整定值。2/2/2023148第5章元件保護邏輯框圖高定值低定值轉子一點接地2/2/2023149第5章元件保護5.2.7同步發(fā)電機失磁保護發(fā)電機失磁：勵磁電流消失或下降失磁原因：勵磁繞組故障、勵磁回路開路、勵磁系統(tǒng)故障、滅磁開關誤跳、自動調節(jié)勵磁系統(tǒng)故障、誤操作等。2/2/2023150第5章元件保護失磁后發(fā)電機運行的物理過程及其影響（1）失磁后發(fā)電機運行的物理過程δ~~XdXs2/2/2023151第5章元件保護不穩(wěn)定異步運行穩(wěn)定異步運行臨界失步PδPTPTabcd1321）失磁后到失步前（δ<90°)PT基本不變,Q減小至負2)臨界失步δ=90°c點3）失步δ>90°2/2/2023152第5章元件保護失磁的影響對系統(tǒng)的影響:無功缺額導致電壓下降、有功功率擺動危及系統(tǒng)穩(wěn)定性。對失磁機組的影響：定子繞組過流、發(fā)熱，轉子上感應差頻電流、發(fā)熱，異步轉矩導致機組振動。保護行為：動作于信號或跳閘，也可以減出力運行。由系統(tǒng)、機組情況決定失磁后機組可否繼續(xù)運行。2/2/2023153第5章元件保護發(fā)電機失磁過程的機端測量阻抗——機端測量阻抗為發(fā)電機失磁的主要判據(jù)2/2/2023154第5章元件保護圓心半徑P1

P2

P3jXR0jXsP1<P2<P3Zm（1）失磁后到失步前的等有功過程——P≈PT，阻抗軌跡為圓，稱為等有功圓2/2/2023155第5章元件保護（2）臨界失步圓心半徑jXR0jXs-jXdZm——無功為常數(shù),阻抗軌跡稱等無功圓或臨界失步圓。2/2/2023156第5章元件保護（3）異步運行時時最終,Zm落于-jXd與-jX’d之間。-jXd-jX’dS較小S較大RjX異步阻抗圓2/2/2023157第5章元件保護（4）臨界電壓圓——高壓母線電壓為常數(shù)時Zm的軌跡。~~XdXTXsKT=0.8~0.92/2/2023158第5章元件保護KT為常數(shù)時,Zm軌跡為圓——臨界電壓圓圓心半徑RjX02/2/2023159第5章元件保護失磁保護的定子判據(jù)和輔助判據(jù)1.失磁保護的定子判據(jù)1)Zm沿等有功圓由Ⅰ象限進入Ⅳ象限（A點）2)Zm沿等有功圓進入等無功圓（B點）3)Zm進入異步阻抗圓（C點）ACBRjX等有功圓等無功圓異步阻抗圓臨界電壓圓2/2/2023160第5章元件保護通常采用等無功圓（臨界失步圓）或異步阻抗圓作為發(fā)電機失磁的定子判據(jù)。失磁保護的輔助(閉鎖)判據(jù)1)勵磁電壓下降2)負序分量3)延時4)操作閉鎖5)電壓回路斷線2/2/2023161第5章元件保護失磁保護邏輯U<&BZUE<&&t3T30t2T20t1T10Y3Y2Y1轉子電壓機端電流機端電壓高壓側電壓電壓斷線電壓斷線跳閘跳閘減負荷減負荷斷線閉鎖2/2/2023162第5章元件保護5.3母線保護簡介2/2/2023163第11章母線的繼電保護5.3.1母線保護配置原則1.母線故障原因（1）母線、斷路器、電流互感器、電壓互感器絕緣子或套管損壞（2）誤操作母線故障特點：線路及變壓器保護均判為反向故障。2/2/2023164第5章元件保護2.設立母線專用保護的必要性ⅡⅡ14ⅠⅠ23依靠線路對側Ⅱ段保護切除，延時0.5秒保護2、3均判為反向故障，不動作如果不設立母線專用保護，則延時切除故障。2/2/2023165第5章元件保護3.裝設專用母線保護情況1)220~500kV母線2)110kV雙母線3)重要的110kV單母線、35~66kV母線4.母線保護行為快速切除故障母線上連接的所有斷路器。2/2/2023166第5章元件保護2/2/2023167第5章元件保護差動原理電流比相式母線保護5.3.2母線保護原理與線路縱聯(lián)、變壓器縱差、發(fā)電機縱差原理相同正常運行和區(qū)外故障時，“流入”母線的各電流相位相反母線故障時，“流入”母線的各電流相位基本一致問題：母線故障時仍可能有負荷電流“流出”母線。實際很少應用2/2/2023168第5章元件保護母線差動保護分類電流差動（低阻抗型）KD為電流繼電器