發(fā)變組繼電保護技術(shù)

發(fā)變組繼電保護技術(shù)國電南京自動化股份有限公司電廠自動化分公司2023年4月13日內(nèi)容提要發(fā)電機和變壓器的故障類型和不正常工作狀態(tài)發(fā)電機變壓器的保護發(fā)電機的縱差動保護變壓器縱差動保護發(fā)電機的橫差動和匝間保護發(fā)電機的定子一點接地保護發(fā)電機的轉(zhuǎn)子一點接地保護發(fā)電機的轉(zhuǎn)子兩點接地保護發(fā)電機的反時限正、負序保護發(fā)電機失磁保護發(fā)電機失步保護變壓器后備保護變壓器非電量保護發(fā)變組繼電保護技術(shù)及應(yīng)用1.1.1故障類型

1．定子單相接地

2．相間短路

3．匝間短路

4．失磁

5．轉(zhuǎn)子一點接地

6．轉(zhuǎn)子二點接地1.1發(fā)電機1發(fā)電機和變壓器的故障類型和不正常工作狀態(tài)發(fā)變組繼電保護技術(shù)及應(yīng)用1.1.2不正常運行狀態(tài)

1．過電流——系統(tǒng)發(fā)生短路時，有短路電流（發(fā)電機引起定子發(fā)熱）——后備保護線路保護若能正常動作則會很快切除過電流而不需要發(fā)電機的保護動作

2．過負荷——正常運行時負荷過大（一般不允許超過5%）

3．過電壓——發(fā)電機若勵磁發(fā)生故障會產(chǎn)生過電壓（突甩負荷）而發(fā)電機定子繞組過電壓能力不高

4．過勵磁當(dāng)頻率下降時，勵磁電流會增大（也會引起定子過熱）

5．低頻——若處于共振頻率，對汽輪機影響很大，影響汽輪機的壽命。

6．失步——一臺發(fā)電機同整個系統(tǒng)失步，相當(dāng)于三相短路電流在發(fā)電機內(nèi)來回振蕩

7．逆動率——發(fā)電機主汽門誤關(guān)閉，或從系統(tǒng)倒吸功率，從而對汽輪機有損害。

8．負序過流——電力系統(tǒng)發(fā)生不對稱故障，當(dāng)發(fā)電機定子流這負序電流時，負序電流同轉(zhuǎn)子本體有2w的相對運行，從而切割轉(zhuǎn)子本體引起轉(zhuǎn)子發(fā)熱。

9．誤上電發(fā)變組繼電保護技術(shù)及應(yīng)用1.2.1故障類型

1繞組相間短路

2繞組接地短路或故障

3繞組匝間短路

4套管相間短路

5套管接地短路或故障1.2.2不正常運行狀態(tài)

1過流

2過負荷

3過電壓

4過勵磁

5冷卻系統(tǒng)故障

6漏油,溫度過高

7不接地變壓器中性點過電壓1.2變壓器發(fā)變組繼電保護技術(shù)及應(yīng)用 1發(fā)電機縱差動

2發(fā)變組差動

3單元件橫差保護

4裂相橫差保護

5勵磁機差動保護

6發(fā)電機縱向零序電壓式匝間保護

7發(fā)電機基波零序電壓式定子接地保護

8發(fā)電機三次諧波電壓式定子接地保護

9發(fā)電機零序電流式定子接地保護

10發(fā)電機注入式定、轉(zhuǎn)子一點接地保護。電橋式一點兩點接地保護

11發(fā)電機轉(zhuǎn)子兩點接地保護

12發(fā)電機失磁保護（阻抗原理）

13發(fā)電機失磁保護（逆無功原理）

14發(fā)電機失步保護

15發(fā)電機逆功率保護和程跳逆功率保護2發(fā)電機和變壓器的保護2.1發(fā)電機保護發(fā)變組繼電保護技術(shù)及應(yīng)用 16發(fā)電機頻率異常保護

17過激磁保護（包括發(fā)電機、變壓器）

18發(fā)電機過電壓保護

19發(fā)電機過負荷

20過電流保護（定，反時限）

21發(fā)電機負序過負荷

22負序過流保護（定、反時限）

23發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組過負荷及過流保護

24反應(yīng)交流勵磁機（或勵磁變）三相電流的轉(zhuǎn)子過負荷及轉(zhuǎn)子過流保護

25低壓過流保護

26復(fù)合電壓過流保護

27阻抗保護

28發(fā)電機軸電壓和軸電流保護

29發(fā)電機誤上電保護及斷路器閃絡(luò)保護

30高壓側(cè)斷路器失靈啟動保護

31非電量保護

32不完全差動概念

發(fā)變組繼電保護技術(shù)及應(yīng)用 1變壓器差動、零差保護

2變壓器零序電流保護

3變壓器間隙零序

4變壓器零序過電壓保護

5變壓器過勵磁保護

6變壓器過電壓保護

7變壓器過流保護

8變壓器低壓過流

9變壓器復(fù)合低壓過流

10變壓器過負荷保護

11變壓器阻抗保護

12變壓器（重、輕）瓦斯保護

13變壓器油位保護

14變壓器溫度保護

15變壓器壓力釋放保護2.2電力變壓器的保護發(fā)變組繼電保護技術(shù)及應(yīng)用3.1原理

3發(fā)電機的縱差動保護發(fā)變組繼電保護技術(shù)及應(yīng)用3.2保護特性－比率制動原理 發(fā)變組繼電保護技術(shù)及應(yīng)用3.3保護特性－標(biāo)積制動原理發(fā)變組繼電保護技術(shù)及應(yīng)用3.4不完全差動保護發(fā)變組繼電保護技術(shù)及應(yīng)用3.5三折線的比率制動原理 整定 曲線形狀 制動量和靈敏度3.6發(fā)電機循環(huán)閉鎖方式發(fā)變組繼電保護技術(shù)及應(yīng)用發(fā)變組繼電保護技術(shù)及應(yīng)用對各類發(fā)電機縱差保護的評價各種類型的發(fā)電機縱差保護均有自己的特點：1完全縱差保護發(fā)電機完全縱差保護，是發(fā)電機相間故障的主保護。由于差動元件兩側(cè)TA的型號、變比完全相同，受其暫態(tài)特性的影響較小。其動作靈敏度也較高，但不能反應(yīng)定子繞組的匝間短路及線棒開焊。2不完全縱差保護不完全縱差保護除保護定子繞組的相間短路之外，尚能反應(yīng)定子線棒開焊及某些匝間短路。但是，由于在中性點側(cè)只引入其一分支的電流，故在整定計算時，尚應(yīng)考慮各分支電流不相等產(chǎn)生的差流。另外，當(dāng)差動元件兩側(cè)TA型號不同及變比不同時，受系統(tǒng)暫態(tài)過程的影響較大。3比率制動式與標(biāo)積制動式兩者均能有效躲過區(qū)外故障，其動作特性也完全相同。當(dāng)區(qū)外故障時，標(biāo)積制動方式縱差保護與比率制動式縱差保護工況完全相同。不同的是標(biāo)積制動式縱差保護的制動電源反映兩側(cè)電流之間的相位敏感，故內(nèi)部故障時其靈敏度更高。3.7變壓器的比率制動原理3.8變壓器的標(biāo)積制動原理3.9制動系數(shù)和斜率 斜率K表達式發(fā)變組繼電保護技術(shù)及應(yīng)用4.1差動保護原理 變壓器沒有故障時，變比關(guān)系成立，當(dāng)變壓器故障時，將不在成立

4變壓器縱差動保護4.2比率特性差動保護原理 在發(fā)電機保護章節(jié)中詳細講解 發(fā)變組繼電保護技術(shù)及應(yīng)用4.3變壓器差動保護接線－－ 發(fā)變組繼電保護技術(shù)及應(yīng)用4.4變壓器勵磁涌流形成 發(fā)變組繼電保護技術(shù)及應(yīng)用在空投時，由于變壓器磁通的非周期性分量造成變壓器鐵芯嚴(yán)重飽和，勵磁電流猛增，產(chǎn)生勵磁涌流.1.與變壓器的結(jié)構(gòu)相關(guān)2.與變壓器容量、據(jù)大電源的距離相關(guān)3.與變壓器鐵芯中的剩磁大小、方向相關(guān)4.與合閘角相關(guān)4.5變壓器勵磁涌流形成

u=dΦ/dt(如無剩磁，u=0時合閘涌流最大）發(fā)變組繼電保護技術(shù)及應(yīng)用4.5.1變壓器勵磁涌流的特點1)偏向時間軸一側(cè)，涌流中含有直流分量2)波形是間斷的，使其在一個周期內(nèi)正半波與負半波不對稱3)含有很大的二次諧波分量4)A、B、C三相涌流在同一時刻近似等于零發(fā)變組繼電保護技術(shù)及應(yīng)用4.6變壓器差動克服涌流誤動的方法4.6.1涌流制動的兩點要求：（１）保證在涌流狀態(tài)下差動保護不誤動（２）保證當(dāng)變壓器故障時（即使涌流期間）差動保護應(yīng)起作用4.6.2

勵磁涌流制動方法（１）二次諧波制動原理空投變壓器時，勵磁電流中含有大量的二次諧波分量變壓器內(nèi)部故障時，電流中二次諧波分量相對較小。但現(xiàn)代大型變壓器勵磁電流波形中二次諧波有減小的趨勢（２）波形間斷角原理（3）波形對稱原理（4）判斷有功功率的大?。?）用電壓作為輔助判據(jù)發(fā)變組繼電保護技術(shù)及應(yīng)用4.7變壓器差動的其它問題

1

變壓器過勵磁2CT的選擇－選擇暫態(tài)特性一致的3

差動保護Y/Delta接線和整定和CT匹配的討論4變壓器差動不能反應(yīng)零序分量5軟件濾零序6歸算側(cè)7整定8與門和或門制動9制動臂的選擇10變壓器零差11區(qū)外故障跳變壓器注意問題發(fā)變組繼電保護技術(shù)及應(yīng)用5.1裂相橫差5.2單元件橫差保護－－濾3w分量5發(fā)電機的橫差動和匝間保護發(fā)變組繼電保護技術(shù)及應(yīng)用5.3縱向零序電壓匝間保護發(fā)變組繼電保護技術(shù)及應(yīng)用為確保縱向零序電壓式匝間保護動作可靠性，除增加一動作小延時及設(shè)置負序功率方向元件之外，尚應(yīng)保證專用TV二次及三次回路滿足反措要求。在TV三次回路不應(yīng)設(shè)置保險或隔離刀閘的輔助接點；在TV端子箱TV二次和三次回路嚴(yán)格分開。另外，專用TV一次中性點對地絕緣應(yīng)高（采用全絕緣式TV，一次中性點通過高壓電纜與發(fā)電機中性點聯(lián)接起來），決不允許一次中性點接地。6.13Uo保護6.23Io保護6.33W保護6發(fā)電機的定子一點接地保護6.4疊加電源方式發(fā)變組繼電保護技術(shù)及應(yīng)用保護的輸入回路應(yīng)滿足反措要求：機端TV三次回路中不應(yīng)設(shè)置保險或隔離刀閘的輔助接點；TV三次回路與二次回路應(yīng)在TV端子箱處分開，不應(yīng)有公共回路；中性點TV（消弧線圈或配電變壓器）二次不應(yīng)設(shè)置保險及其他輔助接點，其二次回路中只能有一個接地點，且接地點在保護盤上；中性點TV一次不應(yīng)裝保險；機端TV三次回路不允許有多點接地現(xiàn)象。

對于發(fā)電機出口斷路器兩側(cè)并有接地電容、或發(fā)電機電壓系統(tǒng)有電纜出線、或擴大單元接線（兩臺機公用一臺變壓器）時，宜設(shè)置兩套

保護，分別在不同工況下投入運行。為防止機端TV一次保險保險熔斷特性不良致使

定子接地保護誤動，保護的引入電壓可取中性點TV或消弧線圈或配電變壓器的二次，亦可取機端

元件與中性點

元件組成的“與門”作為定子接地保護。

當(dāng)廠高變低壓側(cè)的中性點（低壓繞組接成Y型）經(jīng)小電阻接地時，發(fā)電機

接地保護定值的整定，尚應(yīng)考慮與廠高變低壓側(cè)的接地保護相配合。提高雙頻式定子接地保護動作可靠性措施發(fā)變組繼電保護技術(shù)及應(yīng)用7.1電橋原理保護7.2疊加直流原理7發(fā)電機的轉(zhuǎn)子一點接地保護發(fā)變組繼電保護技術(shù)及應(yīng)用

疊加電壓由裝置自產(chǎn)的疊加直流式轉(zhuǎn)子一點接地保護有以下優(yōu)點：機組停運行時也能檢測轉(zhuǎn)子繞組及勵磁系統(tǒng)的對地絕緣，具有較高的經(jīng)濟意義；受轉(zhuǎn)子電壓中高次諧波的影響相對小，不受轉(zhuǎn)子過電壓的影響；也可以用于無刷勵磁的發(fā)電機。8.1正負序2w原理保護8發(fā)電機的轉(zhuǎn)子兩點接地保護發(fā)變組繼電保護技術(shù)及應(yīng)用9.1對稱分量原理9發(fā)電機的反時限正、負序保護發(fā)變組繼電保護技術(shù)及應(yīng)用9.2以負序原理保護為例發(fā)變組繼電保護技術(shù)及應(yīng)用10發(fā)電機失磁保護10.1失磁原因正常運行發(fā)電機發(fā)生失磁故障的原因很多，主要有：滅磁開關(guān)（MK或LMK）誤跳，轉(zhuǎn)子回路短路，勵磁電源故障及勵磁調(diào)節(jié)器異常等。發(fā)變組繼電保護技術(shù)及應(yīng)用10發(fā)電機失磁保護10.2失磁的危害理論分析及運行實踐證明，發(fā)電機失磁失步運行，對電力系統(tǒng)、相鄰機組、機組本身及廠用電系統(tǒng)均可能造成危害。1對電力系統(tǒng)的危害發(fā)電機失磁之后，從向系統(tǒng)送出無功變成從系統(tǒng)吸收無功。發(fā)電機維持的有功越大，失磁運行時從系統(tǒng)吸收的無功越多。大機組帶大有功失磁運行時，將從系統(tǒng)吸收的無功很多。如果系統(tǒng)無功貯備不足，大機組的失磁運行可能破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性。2對相鄰機組的危害發(fā)電機失磁運行（特別是大機組失磁運行），從系統(tǒng)吸收無功。造成的無功缺額要由其他機組（特別是相鄰機組）補充，可能使相鄰機組過負荷或過電流。3對廠用系統(tǒng)的影響發(fā)電機失磁后，機端電壓降低，廠用電壓降低，電動機惰轉(zhuǎn)，電動機電流增大，進而引起廠用電壓更低，電動機電流更大……，惡性循環(huán)下去，可能使廠用系統(tǒng)瓦解。4對發(fā)電機組本身發(fā)電機失磁運行對機組本身的危害是：定子過電流，轉(zhuǎn)子過熱。發(fā)變組繼電保護技術(shù)及應(yīng)用10.3正常PQ分析10發(fā)電機失磁保護發(fā)變組繼電保護技術(shù)及應(yīng)用10.4失磁阻抗軌跡分析－－等有功圓發(fā)變組繼電保護技術(shù)及應(yīng)用10.5失磁動作邊界－－等無功圓（δ＝90）發(fā)變組繼電保護技術(shù)及應(yīng)用10.6失磁保護轉(zhuǎn)子邊界（隱極機）－－（δ＝90）發(fā)變組繼電保護技術(shù)及應(yīng)用10.7失磁保護框圖發(fā)變組繼電保護技術(shù)及應(yīng)用振蕩中心在大型汽輪發(fā)電機機端或發(fā)變組內(nèi)部的危害（1）可能引起鍋爐滅火及爐膛爆炸當(dāng)振蕩中心在發(fā)電機機端時，將造成廠用電系統(tǒng)電壓周期性的嚴(yán)重降低，從而導(dǎo)致鍋爐輔機的轉(zhuǎn)速大幅度擺動，使給粉系統(tǒng)工作不正常，可能造成鍋爐滅火及爐膛爆炸。（2）可能造成鍋爐爆管在振蕩過程中，由于汽輪機轉(zhuǎn)速波動，調(diào)速器作用使進汽量波動，使鍋爐的水位波動，壓力及溫度大幅度變化，可能致使鍋爐爆管。（3）損壞發(fā)電機振蕩電流很大，使發(fā)電機定子過熱及遭受機械損傷。（4）損壞汽輪機在振蕩過程中，汽機軸系統(tǒng)受一脈振轉(zhuǎn)矩，可能致使汽輪機大軸損傷。（5）可能破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性。11發(fā)電機失步保護11.1失步原因:失磁-失步11.2失步的危害發(fā)變組繼電保護技術(shù)及應(yīng)用