繼電保護配置

4繼電愛護裝置的整體配置

4.1概述

為了滿意電力系統(tǒng)穩(wěn)定方面的要求，對于300MW發(fā)電機一變壓器組故障要求

快速切除。為了確保正確快速切除故障，要求對300MW發(fā)電機一變壓器組設(shè)置雙

重快速愛護。

各愛護裝置動作后所掌握的對象，依愛護裝置的性質(zhì)、選擇性要求和故障處

理方式的不同而不同，對于發(fā)電機雙繞組變壓器，通常有以下幾種處理方式：

全停：停汽機、停鍋爐、斷開高壓側(cè)斷路器、滅磁、斷開高壓廠用變壓器低

壓側(cè)斷路器、使機爐及其輔機停止工作。

解列滅磁：斷開高壓側(cè)斷路器、滅磁、斷開高壓廠用變壓器低壓側(cè)斷路器。

解列：斷開高壓側(cè)斷路器。

減出力：削減原動機的輸出功率。

發(fā)信號：發(fā)出聲光信號或光信號。

母線解列：對雙母線系統(tǒng)，斷開母線聯(lián)絡(luò)斷路器，縮小故障波及范圍。

4.2愛護配置依據(jù)一一《繼電愛護和平安自動裝置技術(shù)規(guī)程》

1.對300MW及以上的汽輪發(fā)電機組，應(yīng)裝設(shè)雙重快速愛護，即裝設(shè)發(fā)

電機縱聯(lián)差動愛護、變壓器縱差動愛護和發(fā)電機、變壓器共用縱聯(lián)差動愛

護。

2.發(fā)電機一變壓器組：對100MW及以上的發(fā)電機，應(yīng)裝設(shè)愛護區(qū)為100%

的定子接地愛護。

3.對于定子繞組為星形聯(lián)接，每相有并聯(lián)分支且中性點有分支引出端子的

發(fā)電機，應(yīng)裝設(shè)單繼電器式橫差愛護。

4.200MW及以上的發(fā)電機應(yīng)裝設(shè)負序過電流愛護和單元件低電壓起動的過

電流愛護，當(dāng)靈敏度不滿意要求時，可采納阻抗愛護。

5.對于200MW及以上汽輪發(fā)電機宜裝設(shè)過電壓愛護。

6.對過負荷引起的發(fā)電機定子繞組過電流，應(yīng)裝設(shè)定子繞組過負荷愛

護。

7.發(fā)電機轉(zhuǎn)子承受負序電流的力量，以PtWA為判據(jù)，其中I為以額定電

流為基準(zhǔn)的負序電流標(biāo)么值；I為時間（s）,A為常數(shù)。對不對稱負荷，非

全相運行及外部不對稱短路引起的負序電流，應(yīng)裝設(shè)轉(zhuǎn)子表層過負荷愛

護。

8.100MW及以上A<10的發(fā)電機，應(yīng)裝設(shè)由定時時限和反時時限兩部分組成

的轉(zhuǎn)子表層過負荷愛護。

9.對勵磁系統(tǒng)故障或強勵磁時間過長引起的勵磁繞組過負荷，在100刪及

以上，采納半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng)的發(fā)電機上，應(yīng)裝設(shè)勵磁加回路過負荷愛護，

對300MW及上發(fā)電機，愛護由定時限和反時限兩部分組成。

10.轉(zhuǎn)子水冷汽輪發(fā)電機和100MW及以上的汽輪發(fā)電機，應(yīng)裝設(shè)勵磁回路

一點接地愛護，并可裝設(shè)兩點接地愛護裝置。

11.失磁對電力系統(tǒng)有重大影響的發(fā)電機及100MW及以上的發(fā)電機，應(yīng)裝

設(shè)專用的失磁愛護c

12.對發(fā)電機運行的特別方式，200MW及以上汽輪發(fā)電機，宜裝設(shè)逆功率愛

護。

13.0.8MVA及以上油浸式變壓器和0.4MVA及以上車間內(nèi)的油浸式變壓器，

均應(yīng)裝設(shè)瓦斯愛護。

14.110KV及以上中性點直接接地的電力網(wǎng)中，如變壓潛中性點直接接地運

行，對外部單相接地引起的過電流，應(yīng)裝設(shè)零序電流愛護。

15.高壓側(cè)電壓為500KV的變壓器，對頻率降低和電壓上升引起的變壓器

工作磁密過高，應(yīng)裝設(shè)過勵磁愛護。

16.對220?500KV母線，應(yīng)裝設(shè)能快速有選擇地切除故障的母線愛護，對

1個半斷路器，每組母線應(yīng)裝設(shè)兩套愛護。

17.發(fā)電機一變壓器組的愛護，宜起動斷路器失靈愛護。

18.對220?500KV的母線及變壓器斷路器，當(dāng)非全相運行可能引起電力網(wǎng)

其他愛護越級跳閘，因而造成嚴(yán)峻事故時，應(yīng)在該斷路器上裝設(shè)非全相

運行愛護。

4.3愛護配置

依據(jù)愛護配置依據(jù)和現(xiàn)場實際，綜合考慮愛護動作的牢靠性、靈敏性、選擇

性和快速性，滿意繼電愛護在總體配置上盡量做到完善、合理，避開繁瑣、簡單

的要求，依據(jù)短路愛護、特別運行愛護、發(fā)電機接地愛護及其他愛護的詳細要求,

初步確定配置下列愛護（見圖表）：

表2T短路愛護配置依據(jù)及元件選型

短路愛護配置依據(jù)所選繼電器

發(fā)電機縱差愛護2.1.2.1ZB4522(LCD-7)

發(fā)電機橫差愛護2.1.2.3ZB-1521(LCD-6)

變壓器縱差愛護2.1.2.1ZB-4524(LCD-5)

發(fā)電機-變壓器組縱差愛護2.1.2.1ZB-4524(LCD-5)

變壓器瓦斯愛護2.1.2.13ZB-4524

變壓器零序愛護2.1.2.14ZB-4514

阻抗愛護2.1.2.4ZB-4538(LZ-B)

發(fā)變組短路愛護的配置，與一次接線形式有很大關(guān)系。在300MW發(fā)變組的接線中，

般考慮采納單元接線方式，我們短路愛護就依據(jù)此接線方式來配置。

依據(jù)繼電愛護技術(shù)規(guī)程，為正確反應(yīng)發(fā)變組短路故隙和確?？焖偾谐氏?，配置了發(fā)電

機縱、橫差動愛護，變壓器縱差愛護和發(fā)電機-變壓器組縱差愛護，對發(fā)電機-變壓

器組構(gòu)成了雙重快速愛護。差動愛護雙重化，降低了拒動的幾率；設(shè)置閉鎖，則

降低了誤動的幾率。因此，雙重化加閉鎖，提高了牢靠性，有利于大機組的平安

運行。

變壓器縱差愛護，可以正確反應(yīng)變壓器外部短路故障，為了正確、準(zhǔn)時的反

應(yīng)變壓器內(nèi)部短路故障，選擇裝設(shè)瓦斯愛護。瓦斯愛護分為輕瓦斯愛護和重瓦斯

愛護，分別采用開口杯和擋板式原理，反應(yīng)變壓器內(nèi)部的故障程度，確定發(fā)出信

號還是將變壓器從系統(tǒng)中切除。

在超高壓電網(wǎng)中，單相接地短路故障最多，在各種短路接地故障中，有

80190%是單相接地故障，為了在某些特殊狀況下，不致使電網(wǎng)失去愛護，所以

盡管相鄰線路上配置了完善的近后備愛護，一般還是要在變壓器中性點裝設(shè)零序

電流愛護，對相鄰線路構(gòu)成遠后備。

大型發(fā)電機變壓器組，都接在220KV及以上的母線上。220KV及以上的線路,

一般都有完備的后備愛護。同時，對于220KV及以上的母線，由于母線愛護一般

只有一套，而且有時不投入運行，因此，需要在發(fā)電機變壓器組上裝設(shè)作為相鄰

母線故障的后備愛護，在設(shè)計中，考慮裝設(shè)一套三相全阻抗愛護裝置。

表2-2發(fā)電機接地愛護配置依據(jù)及元件選型

發(fā)電機接地愛護配置依據(jù)所選繼電器

發(fā)電機定子一點接地愛護2.1.2.3ZB-2537(LD-1A)

勵磁回路一點接地愛護2.1.2.3ZB-2532(ZBZ-2A)

勵磁回路兩點接地愛護2.1.2.10ZB-2532(LD-2A)

發(fā)電機最常見的故障之一是定子繞組的單相接地（定子繞組與鐵芯間絕緣破壞）。由于

發(fā)電機中性點是不接地或經(jīng)高阻接地，所以定子單相接地故障并不引起大的故障電流。但由

于大型發(fā)電機在系統(tǒng)中的重要地位，造價昂貴，而目.結(jié)構(gòu)簡單、檢修困難，所以對大型發(fā)電

機的定子接地電流大小和愛護性能提出了嚴(yán)格的要求，特裝設(shè)發(fā)電機定子??點接地愛護，依

據(jù)接地電流的大小，分別動作于信號或停機。

發(fā)電機勵磁回路一點接地故障，是常見的故障形式之一，兩點接地故障也時有發(fā)生。勵

磁回路一點接地故障，對發(fā)電機并未造成危害，但若在相繼發(fā)生其次點接地故障，則將嚴(yán)峻

威逼機組的平安，為此，裝設(shè)勵磁回路一點、兩點接地愛護，分別動作于信號或停

機。

表2-3特別運行愛護配置依據(jù)及元件選型

特別運行愛護配置依據(jù)所詵維電器

對稱過負荷愛護2.1.2ZB-1536

不對稱過負荷愛護2.1.2.7ZB-1536

勵磁回路過負荷愛護2.1.2

失磁愛護2.1.2.11ZB-4540(LZ-l)

逆功率愛護2.1.2.12LNG-3

過電壓愛護2.1.2.5

過激磁愛護2.1.2.15

對「發(fā)電機的特別運行狀態(tài)，如不能準(zhǔn)時發(fā)覺和實行相應(yīng)措施，將使發(fā)電機縮短使用壽

命，或釀成隱患，甚至給整個機組造成直接破壞。因此，針對機組在實際運行中消失過的危

及機組平安的各種特別運行狀態(tài)，都需要實行有效的愛護措施。

300MW發(fā)電機，定子和轉(zhuǎn)子的材料采用率很高，其熱容量和銅損的比值較小，因而熱

時間常數(shù)也比較小。而且在發(fā)電機定子繞組內(nèi)的熱偶元件不能快速反應(yīng)發(fā)電機的負荷變化，

為防止受到過負荷的損害，裝設(shè)反應(yīng)定子繞組平均發(fā)熱狀況的過負荷愛護。而發(fā)電機勵磁繞

組中連熱偶元件都沒有裝設(shè)，所以必需配置勵磁回路過負荷?愛護，以愛護發(fā)電機的轉(zhuǎn)

子繞組。

大型變壓器在正常運行時，工作磁密和飽和磁密相差不大，但當(dāng)電壓頻率比

增加時，工作磁密增加，使勵磁電流增加，特殊是在飽和之后，勵磁電流要急劇

增大，造成過勵磁。變壓器的鐵芯飽和之后，鐵損增加，使鐵芯溫度上升，鐵芯

飽和之后還要使磁場集中到四周的空間中去，使漏磁場增加。靠近鐵芯的繞組導(dǎo)

線、油箱壁以及其他金屬結(jié)構(gòu)件，由于漏磁場而產(chǎn)生渦流損耗，使這些部位發(fā)熱,

引起高溫，嚴(yán)峻時要造成局部變形和損傷四周的絕緣介質(zhì)。所以，必需裝設(shè)變壓

器過激磁愛護。

發(fā)電機在突然甩負荷時，簡單產(chǎn)生不允許的過電壓。特殊是對大機組消失危

及絕緣平安的過電壓是比較常見的現(xiàn)象，為此須裝設(shè)過電壓愛護。

300MW及以上的大型發(fā)電機組，由于勵磁系統(tǒng)環(huán)節(jié)較多，發(fā)電機低勵或失磁成為常見

的故障形式。發(fā)電機低勵或失磁后，將過渡到異步運行，轉(zhuǎn)子消失轉(zhuǎn)差，定子電流增大，定

子電壓下降，有功功率下降，無功功率反向并且增大：在轉(zhuǎn)子回路中消失差頻電流；電力系

統(tǒng)的電壓下降及某些電源支路過電流，這些變化，在肯定條件下，將破壞電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運

行，威逼發(fā)電機本身的平安。為保證電力系統(tǒng)和發(fā)電機的平安，必需裝設(shè)失磁愛護，以便

準(zhǔn)時發(fā)覺低勵和失磁故障并準(zhǔn)時實行必要的措施。

逆功率愛護，用于愛護汽輪機。當(dāng)主汽門誤關(guān)閉，或機爐愛護動作關(guān)閉主汽門而出口

斷路器未跳閘時，發(fā)電機變成電動機運行，要從電力系統(tǒng)汲取有功功率，使汽輪機尾部葉片

過熱，因而造成汽輪機事故。大機組均不允許在此狀態(tài)下長期運行，一般只允許運行幾分鐘。

為愛護汽輪機，必需裝設(shè)逆功率愛護。

表2-4其他愛護配置依據(jù)及元件選型

其它愛護配置依據(jù)所選繼電器

非全相運行愛護2.1.2.18

斷路器失靈愛護2.1.2.17

發(fā)電機冷卻水中斷愛護

主變冷卻器全停愛護

變壓器220KV及以上高壓側(cè)的斷路器，多為分相操作的斷路器，常由于誤操

作或機械方面的緣由，使三相不能同時合閘或跳閘，或在正常運行中突然一相跳

閘。這種運行工況，將在發(fā)電機中流過負序電流，對于在系統(tǒng)中占有重要地位的

電力變壓器，當(dāng)220KV及以上電壓側(cè)為分相操作的斷路器時，要求裝設(shè)非全相運

行愛護。

依據(jù)遠后備的原則，升壓變壓器高壓側(cè)斷路器拒動時，應(yīng)由相鄰元件的后備

愛護切除故障，切除故障的時間長，而且可能把全部電源元件切除。因此，大機

組都應(yīng)裝設(shè)斷路器失靈愛護，用以在斷路器失靈時切除故障。每一母線的全部連

接元件裝設(shè)一套公用的斷路器失靈愛護。

300MW發(fā)電機大部分采納水冷方式。為防止發(fā)電機內(nèi)冷水中斷時，造成發(fā)電

機定子線圈過熱甚至燒毀定子繞組，必需裝設(shè)反應(yīng)發(fā)電機內(nèi)冷水中斷的愛護。

主變壓器由于容量較大，大多采納強油風(fēng)冷的冷卻方式。運行中由于某些緣

由造成冷卻器全停時，將使變壓器油溫快速上升，嚴(yán)峻威逼變壓器的絕緣和使用

壽命。為此必需裝設(shè)主變冷卻器全停愛護，用以監(jiān)視變壓器上層油溫，確保變壓

器的平安運行。

表2-5短路愛護配置方案反應(yīng)的故障類型

短路愛護反映故隙類型

發(fā)電機縱差愛護定子繞組及相間短路

發(fā)電機橫差愛護定子匝間短路或開焊故障

變壓器縱差愛護繞組、套管及引出線的短路故障

發(fā)電機一變壓器組縱差定子繞組及相間短路；繞組、套管及引

愛護出線的短路故障

變壓器瓦斯愛護油箱內(nèi)部故障及油面降低

變壓器零序愛護高壓繞組、引出線及相鄰元件接地

阻抗愛護相間短路、瓦斯和縱差愛護的后備愛護

表2-6發(fā)電機接地愛護配置方案反應(yīng)的故障類型

發(fā)電機接地愛護反映故障類型

發(fā)電機定子一點接地愛護發(fā)電機定子繞組的接地

勵磁回路一點接地愛護勵磁回路接地

勵磁回路兩點接地愛護勵磁回路接地

表2-7特別運行愛護配置方案反應(yīng)的故障類型

特別運行愛護反映故障類型

對稱過負荷愛護定子繞組過電流

不對稱過負荷愛護轉(zhuǎn)子繞組過申流

勵磁回路過負荷愛護勵磁繞組過電流

失磁愛護勵磁回路的失磁

逆功率愛護反應(yīng)逆功率

過電壓愛護定子繞組過電壓

過激磁愛護變壓器鐵芯的過激磁

表2-8其他愛護配置方案反應(yīng)的故障類型

其它愛護反映故障類型

非全相運行愛護反應(yīng)非全相運行

斷路器失靈愛護反應(yīng)斷路器故障

發(fā)電機冷卻水中斷愛護發(fā)電機斷水故障

主變壓器冷卻器全停愛護