(電氣工程設(shè)計(jì))電氣主設(shè)備保護(hù)

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（建筑電氣工程）電氣主設(shè)

備保護(hù)

20XX年XX月

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電氣主設(shè)備繼電保護(hù)

華北電力大學(xué)

張舉

目錄

緒論大機(jī)組的特點(diǎn)及其保護(hù)配置

第一章發(fā)電機(jī)的繼電保護(hù)

第一節(jié)發(fā)電機(jī)的故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)及配置的保護(hù)方式

第二節(jié)發(fā)電機(jī)的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)

第三節(jié)發(fā)電機(jī)的匝間短路保護(hù)

第四節(jié)發(fā)電機(jī)的定子繞組單相接地保護(hù)

第五節(jié)發(fā)電機(jī)的失磁保護(hù)

第六節(jié)發(fā)電機(jī)的后備保護(hù)

第二章電力變壓器的繼電保護(hù)

第一節(jié)電力變壓器的故障、不正常運(yùn)行狀態(tài)及配置的保護(hù)方式

第二節(jié)變壓器的差動(dòng)保護(hù)

第三節(jié)變壓器的勵(lì)磁涌流分析

第四節(jié)變壓器的接地保護(hù)

第三章母線的繼電保護(hù)

第一節(jié)概述

第二節(jié)母線的電流差動(dòng)保護(hù)

第三節(jié)電流比相式母線保護(hù)和母聯(lián)相位差動(dòng)保護(hù)

第四節(jié)微機(jī)型母線保護(hù)

第五節(jié)斷路器失靈保護(hù)

緒論大機(jī)組的特點(diǎn)及其保護(hù)配置

一發(fā)電機(jī)單機(jī)容量增大，主變?nèi)萘吭黾?/p>

發(fā)電機(jī)單機(jī)容量：100MW.200MW,300MW,600MW,800MW,1300MW

變壓器容量：120MVA,240MVA,360MVA,720MVA

(一)設(shè)計(jì)方參數(shù)方面

1材料利用率高

的絕對(duì)值增加，但與容量的比值減小，產(chǎn)生以下影響。

(1)慣性時(shí)間常數(shù)咸小。

H為機(jī)組從加速到時(shí)所需的時(shí)間。

(2)發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，熱容量減小。

減小。一瓦.秒/；一損耗。

定子繞組：時(shí)，中小機(jī)組可運(yùn)行2分鐘。而600MW機(jī)組僅可運(yùn)行30秒。

轉(zhuǎn)子繞組：時(shí)，中小機(jī)組可運(yùn)行30秒。而600MW機(jī)組僅可運(yùn)行10秒。

(3)發(fā)電機(jī)承受負(fù)序電流的能力降低。

值減小。

中小機(jī)組：水輪機(jī)組；40汽輪機(jī)組30

大機(jī)組：汽輪機(jī)組4

2發(fā)電機(jī)參數(shù)方面

(1)增大，中小機(jī)組：1.7;600MW機(jī)組：2.5~2.7。

穩(wěn)態(tài)短路電流值減小。影響發(fā)電機(jī)后備保護(hù)的靈敏度。

⑵增大，功率極限下降，穩(wěn)定儲(chǔ)備降低。

(3)增大，發(fā)電機(jī)的平均異步轉(zhuǎn)矩下降，發(fā)電機(jī)異步運(yùn)行的滑差增大，從系統(tǒng)吸收的無(wú)功

增加。

(4)增大，維持發(fā)電機(jī)額定電壓所需的勵(lì)磁電流增大。由于突然甩負(fù)荷引起的過(guò)電壓、

過(guò)勵(lì)磁嚴(yán)重。

(5)增大，中小機(jī)組：0.125~0.15;600MW機(jī)組：0.3~0.4。短路電流的周期分量

減小。主保護(hù)靈敏度降低。

(6)大機(jī)組的增大，減小，定子繞組時(shí)間常數(shù)增大，短路電流中的非周期分量衰減慢。

(二)結(jié)構(gòu)工藝方面

1大機(jī)組的冷卻方式復(fù)雜，大多數(shù)采用水一氫一氫方式。通風(fēng)槽結(jié)構(gòu)復(fù)雜，發(fā)生故障后修復(fù)

困難。

2大機(jī)組軸向長(zhǎng)度與直徑的比明顯增大，運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)加劇。匝間的絕緣磨損快，容易發(fā)生

匝間短路。

3大機(jī)組的并聯(lián)分支多，尤其是水輪發(fā)電機(jī)。中性點(diǎn)引出方式復(fù)雜。水輪發(fā)電機(jī)多采用分布

中性點(diǎn)，汽輪發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)難于引出六個(gè)抽頭，給匝間保護(hù)的實(shí)現(xiàn)帶來(lái)困難。

(三)運(yùn)行方面

1大機(jī)組的勵(lì)磁系統(tǒng)復(fù)雜，可靠性較低。發(fā)生過(guò)電壓，失磁故障的幾率增加。

2采用自并勵(lì)系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)，應(yīng)考慮故障后短路電流快速衰減的問(wèn)題。

3發(fā)生異常運(yùn)行的工況多，例如逆功率，低頻、非全相、誤上電等。

4采用發(fā)電機(jī)變壓器組的接線方式，發(fā)電機(jī)變壓器之間無(wú)斷路器，機(jī)端故障和發(fā)電機(jī)失磁后

使廠用電電壓嚴(yán)重下降。

各型機(jī)組額定電流

200600

667889

0.90.9

19.2421.38

二大機(jī)組保護(hù)的配置

加強(qiáng)主保護(hù)，適當(dāng)簡(jiǎn)化后備保護(hù)。最大限度保證機(jī)組的安全可靠運(yùn)行。

保護(hù)的類型可分為：主保汨、后備保護(hù)、異常運(yùn)行保護(hù)、非電量保護(hù)。

保護(hù)方案：小機(jī)組：采用單主、單后備方式。

中等機(jī)組：雙主、單后備方式。

大機(jī)組：雙主、雙后備方式。

保護(hù)的動(dòng)作對(duì)象：

高壓側(cè)斷路器、母聯(lián)斷路器、滅磁開(kāi)關(guān)、廠用變壓器低壓側(cè)斷路器。

保護(hù)還需提供的出口：

關(guān)主汽門(水輪發(fā)電機(jī)關(guān)導(dǎo)水翼)、減勵(lì)磁、切換廠用電、起動(dòng)失靈。

保護(hù)的跳閘方式：

(1)全停：跳高壓側(cè)斷路器、滅磁、跳廠變低壓側(cè)斷路器、關(guān)主汽門、切換

廠用電。

⑵解列滅磁：跳高壓側(cè)斷路器、滅磁、汽機(jī)甩負(fù)荷。

⑶解列；跳高壓側(cè)斷路器、汽機(jī)甩負(fù)荷。

(4)程序跳閘：對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)首先關(guān)主汽門，待逆功率后，逆功率保護(hù)動(dòng)作，再

跳開(kāi)發(fā)電機(jī)斷路器并滅磁，對(duì)水輪發(fā)電機(jī)先將導(dǎo)水翼關(guān)到空載位置，再跳開(kāi)發(fā)電機(jī)斷路器并

滅磁。

⑸減勵(lì)磁：將發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流減小到給定值。

(6)切換廠用電：廠用電由工作電源切換到備用電源。

三60OMW機(jī)組的保護(hù)配置方案

(一)發(fā)電機(jī)保護(hù)

1主保護(hù)

(1)發(fā)電機(jī)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)(比率制動(dòng)、標(biāo)積制動(dòng)、突變量差動(dòng))

(2)發(fā)電機(jī)的定子繞組匝間短路保護(hù)

高靈敏度橫差保護(hù)、裂相橫差保護(hù)、縱向零序電壓匝間保護(hù)、工頻變化量方向匝間保護(hù)。

(3)100%定子繞組一點(diǎn)接地保護(hù)；

基波零序電壓保護(hù)、三次諧波電壓保護(hù)；

(4)轉(zhuǎn)子繞組兩點(diǎn)接地保護(hù)；

2后備保護(hù)

(1)定子繞組定、反時(shí)限過(guò)流過(guò)負(fù)荷保護(hù)

(2)轉(zhuǎn)子繞組定、反時(shí)限負(fù)序過(guò)流過(guò)負(fù)荷保護(hù)

(3)復(fù)合電壓閉鎖的過(guò)電流保護(hù)(電流可帶記憶)

(4)阻抗保護(hù)

3異常運(yùn)行保護(hù)

(1)轉(zhuǎn)子繞組一點(diǎn)接地保護(hù)

(2)失磁保護(hù)

(3)失步保護(hù)

(4)定、反時(shí)限過(guò)勵(lì)磁保護(hù)

(5)過(guò)電壓保護(hù)

(6)低頻保護(hù)

(7)過(guò)頻保護(hù)

(8)逆功率保護(hù)

(9)程序跳閘逆功率保護(hù)

(10)誤上電保護(hù)

(11)斷口閃絡(luò)保護(hù)

(12)起、停機(jī)保護(hù)

(13)軸電流、軸電壓保護(hù)

(二)變壓器保護(hù)

1主保護(hù)

(1)發(fā)電機(jī)變壓器組差動(dòng)保護(hù)

(2)變壓器差動(dòng)保護(hù)

2后備保護(hù)

(1)主變高壓側(cè)復(fù)合電壓過(guò)流保護(hù)

(2)主變高壓側(cè)零序電壓、電流保護(hù)

零序電流保護(hù)、零序電壓保護(hù)、間隙零序電流保護(hù)、間隙零序電壓保護(hù)

(3)主變高壓側(cè)阻抗保護(hù)

(4)主變中壓側(cè)號(hào)合申.壓過(guò)流保護(hù)

(5)主變中壓側(cè)零序電流保護(hù)

零序電流保護(hù)、零序電壓保護(hù)、間隙零序電流保護(hù)、間隙零序電壓保護(hù)

(6)主變低壓側(cè)零序電壓、電流保護(hù)

(7)主變低壓側(cè)后備保護(hù)

(8)主變壓器低壓側(cè)接地零序報(bào)警

(9)主變壓器過(guò)負(fù)荷啟動(dòng)風(fēng)冷

3非電量保護(hù)

(1)主變壓器重瓦斯保護(hù)

(2)主變壓器調(diào)壓重瓦斯保護(hù)

(3)主變壓器輕瓦斯保護(hù)

(4)主變壓器調(diào)壓輕瓦斯保護(hù)

(5)主變壓器油溫高保護(hù)

(6)主變壓器冷卻器故障

(7)主變壓器壓力釋放保護(hù)

(8)變壓器繞組溫度高保護(hù)

第一章發(fā)電機(jī)的繼電保護(hù)

第一節(jié)發(fā)電機(jī)的故障和不正常運(yùn)行方式

發(fā)電機(jī)是電力系統(tǒng)中最為重要的電氣設(shè)備。發(fā)電機(jī)的故障必將嚴(yán)重影響系統(tǒng)的安全運(yùn)

行和對(duì)用戶的可靠供電。因此應(yīng)根據(jù)發(fā)電機(jī)可能發(fā)生的故障、不正常運(yùn)行狀態(tài)和發(fā)電機(jī)容量

大小配置相應(yīng)的保護(hù)裝置，發(fā)電機(jī)的故障類型主要有：

定子繞組：發(fā)電機(jī)定子繞組及引出線上的相間短路

發(fā)電機(jī)定子緣絹的而間短路

發(fā)電機(jī)定子繞組的單相接地

轉(zhuǎn)子繞組：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的兩點(diǎn)接地

發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行狀態(tài)：

外部對(duì)稱短路引起的定子繞組過(guò)電流;

外部不對(duì)稱短路引起的負(fù)序過(guò)電流;

發(fā)電機(jī)失磁、失步、低頻,過(guò)頻、逆功率、過(guò)勵(lì)磁、過(guò)電壓等

發(fā)電機(jī)的誤上電、斷口閃絡(luò)

轉(zhuǎn)子繞組的一點(diǎn)接地

發(fā)電機(jī)應(yīng)配置的保護(hù)：

按機(jī)組的容量大小應(yīng)配置主保護(hù)、后備保護(hù)、異常運(yùn)行保護(hù)。

1容量在1MW以上的發(fā)電機(jī)應(yīng)配置縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)作為發(fā)電機(jī)的主保護(hù)。

2對(duì)直接接于母線的發(fā)電機(jī)定子繞組發(fā)生的單相接地故障，當(dāng)接地時(shí)產(chǎn)生的電容電流大于或

等于5A時(shí)，應(yīng)裝設(shè)動(dòng)作于跳閘的零序電流保護(hù)。當(dāng)接地電容電流小于5A時(shí)，應(yīng)裝設(shè)動(dòng)作

于信號(hào)的接地保護(hù)。

對(duì)發(fā)電機(jī)變壓器組，一般在發(fā)電機(jī)側(cè)裝設(shè)反映零序電壓的接地保護(hù)，保護(hù)可作用于信號(hào)或跳

閘。當(dāng)該系統(tǒng)的接地電容電流大于5A時(shí)，應(yīng)裝設(shè)消弧線圈進(jìn)行補(bǔ)償。發(fā)電機(jī)容量在100MW

及以上時(shí)，應(yīng)裝設(shè)保護(hù)范圍為100席的定子接地保護(hù)。

3對(duì)于發(fā)電機(jī)定子繞組的匝間短路故障，根據(jù)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的引出線情況，可分別裝設(shè)單元

件式橫差保護(hù)；負(fù)序功率方向閉鎖的縱向零序電壓型匝間短路保護(hù)，水輪發(fā)電機(jī)具有多分支

時(shí)可采用裂相橫差保護(hù)。

4對(duì)發(fā)電機(jī)外部短路引起的過(guò)電流應(yīng)配置后備保護(hù)。后備保護(hù)的方式有：

(1)對(duì)于容量小于1MW的發(fā)電機(jī)可采用簡(jiǎn)單的過(guò)電流保護(hù)。

容量大于仆仰的發(fā)電機(jī)可采用：

(2)復(fù)合電壓起動(dòng)的過(guò)電流保護(hù)。

(3)反映對(duì)稱短路的兩段式定時(shí)限過(guò)電流和反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)。

⑷反映不對(duì)稱短路的兩段式定時(shí)限負(fù)序過(guò)電流和反時(shí)限負(fù)序過(guò)電流保護(hù)。

5對(duì)于水輪發(fā)電機(jī)或大容量的汽輪發(fā)電機(jī)，由于突然甩負(fù)荷引起過(guò)電壓應(yīng)裝設(shè)過(guò)電壓保護(hù)。

6對(duì)于發(fā)電機(jī)勵(lì)磁消失的現(xiàn)象，應(yīng)裝設(shè)失磁保護(hù)。對(duì)于容量較小的水輪發(fā)電機(jī)可采用滅磁開(kāi)

關(guān)聯(lián)鎖斷開(kāi)發(fā)電機(jī)斷路器的方法實(shí)現(xiàn)失磁保護(hù)。對(duì)于容量較大的水輪發(fā)電機(jī)應(yīng)裝設(shè)專門的失

磁保護(hù)。容量在50MW及以上的汽輪發(fā)電機(jī)應(yīng)裝設(shè)專門的失磁保護(hù)。

7容量在300MW及以上的發(fā)電機(jī)應(yīng)裝設(shè)失步保護(hù)。

8對(duì)于轉(zhuǎn)子繞組的一點(diǎn)接地應(yīng)裝設(shè)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)。保護(hù)動(dòng)作于發(fā)信號(hào)。對(duì)轉(zhuǎn)子繞組的兩

點(diǎn)接地應(yīng)裝設(shè)轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地保護(hù)。保護(hù)動(dòng)作于跳閘。

9對(duì)于大容量的汽輪發(fā)電機(jī)應(yīng)裝設(shè)逆功率和程序跳閘逆功率保護(hù)。

10大容量發(fā)電機(jī)還應(yīng)考慮配置低頻保護(hù)、過(guò)頻保護(hù)、起停機(jī)保護(hù)、誤上電保護(hù)、斷口閃絡(luò)

佛悟。、

11發(fā)電機(jī)的非電量保護(hù)，如采用水冷卻的發(fā)電機(jī)應(yīng)配置斷水保護(hù)。

第二節(jié)發(fā)電機(jī)的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)

一縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的基本原理

圖17發(fā)電機(jī)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的單相原理接線圖

正常運(yùn)行、區(qū)外故障時(shí)，機(jī)端與中性點(diǎn)的電流是同相位的，且兩者大小相等。所以流入繼電

器的電流為零，保護(hù)不動(dòng)作。

區(qū)內(nèi)故障時(shí)，若發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)并列運(yùn)行，忽略各種誤差，兩側(cè)電流反相位，繼電器的電流為

兩側(cè)短路電流之和°若發(fā)電機(jī)單獨(dú)運(yùn)行，內(nèi)部故障時(shí)繼電器的電流為發(fā)電機(jī)本身提供的短路

電流。根據(jù)流入繼電器的電流大小可判斷正常、區(qū)外、內(nèi)部故障。

二縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的不平衡電流及減小不平衡電流的方法

實(shí)際上，由于電流互感器存在勵(lì)磁電流，在正常運(yùn)行和外部故障時(shí)，繼電器中的電流不為零，

這個(gè)電流稱為不平衡電流，由互感器的等值電路可知:

圖1-2電流互感器的等值電路及不平衡電流

所以：不平衡電流是由于兩側(cè)的電流互感器的勵(lì)磁電流產(chǎn)生的。

當(dāng)發(fā)生區(qū)外短路時(shí)，由于短路電流比正常運(yùn)行電流大的多，故電流互感器會(huì)飽和，勵(lì)磁電流

增大，不平衡電流也增大。

另外，當(dāng)短路的暫態(tài)過(guò)程中，短路電流中含有衰減的非周期分量，電流互感器飽和更嚴(yán)重

所以不平衡電流更大。

考慮到兩側(cè)的電流互感器為同一變比，同樣型號(hào)，而每個(gè)電流互感器的最大幅值誤差為

10$,所以，不平衡電流的計(jì)算公式為：

式中：

一非周期分量影響系數(shù)。若差動(dòng)保護(hù)采用具有速飽和特性的繼電器時(shí)可選擇為1一1.3。

一電流互感器的同型系數(shù)。取0.5。

一電流互感器的變比誤差。取10%。

一區(qū)外短路的最大短路電流。

一電流互感器的變比。

減小不平衡電流方法

1對(duì)電磁型保護(hù)，采用具有速飽和特性的差動(dòng)繼電器，利用其速飽和特性可抑制短路電流中

的非周期分量，從而減小不平衡電流；

2采用差動(dòng)保護(hù)專用電流互感器，減小互感器的變比誤差；

3減小電流互感器的二次負(fù)載阻抗；

4增大電流互感器的變比，例如選擇二次電流為1A的CT;

三縱差動(dòng)保護(hù)的整定計(jì)算

（一）利用BCH-2差動(dòng)繼電器構(gòu)成的普通縱差動(dòng)保護(hù)

1按躲過(guò)外部短路的最大不平衡電流

式中：

一可靠系數(shù)。區(qū)1.3。

2按躲過(guò)電流互感器二次斷線產(chǎn)生的不平衡電流

式中：

一發(fā)電機(jī)的額定電流。

（二）利用BCH-2差動(dòng)繼電器構(gòu)成的高靈敏度縱差動(dòng)保護(hù)

1按躲過(guò)外部短路的最大不平衡電流

2按電流互感器二次斷線不誤動(dòng)

斷線相不誤動(dòng)條件：

非斷線相不誤動(dòng)條件：

所以：

取：

所以：

四發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障縱差動(dòng)保護(hù)的靈敏度分析及發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)特點(diǎn)

（一）發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)內(nèi)部故除靈敏度分析

內(nèi)部經(jīng)過(guò)渡電阻發(fā)生三相短路，短路點(diǎn)距發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的位置用表示。即短路匝數(shù)為發(fā)

電機(jī)一相繞組匝數(shù)的比例。

圖1-3發(fā)電機(jī)定子繞組肉部經(jīng)過(guò)渡電阻短路

01

圖1-4短路電流與口解點(diǎn)位置而關(guān)系一次一

可見(jiàn)，在靠近發(fā)電4/申性點(diǎn)處發(fā)生經(jīng)過(guò)渡電阻的故障時(shí)，縱差動(dòng)保護(hù)可能拒動(dòng)，拒動(dòng)范

圍禰為夕匕區(qū)。死區(qū)大小與差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作電流有關(guān)。

(二)發(fā)電機(jī)縱差動(dòng)保中的特點(diǎn)：

(1)發(fā)電機(jī)縱差動(dòng)保護(hù)不能反應(yīng)定子繞組單相接地故障；

(2)發(fā)電機(jī)縱差動(dòng)保護(hù)不能反應(yīng)定子繞組匝間故障

(3)發(fā)電機(jī)縱差動(dòng)保護(hù)在內(nèi)部經(jīng)過(guò)渡電阻故障時(shí)，靠近中性點(diǎn)附近故障時(shí)有死區(qū)；

(4)當(dāng)發(fā)生異地兩點(diǎn)接地故障時(shí)，一點(diǎn)在縱差保護(hù)范圍內(nèi)，另一點(diǎn)在差動(dòng)保護(hù)范圍

外部，此時(shí)僅有一相差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。

五比率制動(dòng)原理的發(fā)電機(jī)縱差動(dòng)保護(hù)

(一)比率制動(dòng)特性差動(dòng)保護(hù)的特性和基本原理

圖1-5比率制動(dòng)特性的發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)

由上圖可見(jiàn)，當(dāng)時(shí)，流入差動(dòng)線圈的電流為：

流入制動(dòng)線圈的電流為：

正常運(yùn)行或發(fā)生外部故障，，

內(nèi)部故障時(shí)，一當(dāng)發(fā)電機(jī)獨(dú)立運(yùn)行時(shí)，

內(nèi)部故障時(shí)，，

保護(hù)的動(dòng)作特性如圖所示，橫坐標(biāo)為制動(dòng)電流，縱坐標(biāo)為差動(dòng)電流，當(dāng)制動(dòng)電流小于

拐點(diǎn)電流時(shí)，繼電器的動(dòng)作電流為，當(dāng)制動(dòng)電流大于拐點(diǎn)電流時(shí)，繼電器的動(dòng)作電流為。

比率制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)為：

0

0

式中：

一為差動(dòng)電流；

一為制動(dòng)電流；

一為差動(dòng)保護(hù)最小動(dòng)作電流；

一為比率制動(dòng)特性的拐點(diǎn)電流

一為比率制動(dòng)特性的斜率；

(二)比率制動(dòng)特性及差動(dòng)保護(hù)的整定計(jì)算

根據(jù)以上分析，在正常運(yùn)行時(shí)，由電流互感器存在幅值誤差產(chǎn)生的不平衡電流為：

在外部短路時(shí)，由電流互感器存在幅值誤差產(chǎn)生的不平衡電流為：

顯然，外部短路產(chǎn)生的不平衡電流遠(yuǎn)大于正常運(yùn)行產(chǎn)生的不平衡電流。當(dāng)外部短路電流

為最大時(shí)，產(chǎn)生的不平衡電流也最大。其值為：

對(duì)于普通的差動(dòng)保護(hù)，為防止外部短路時(shí)，由于不平衡電流造成保護(hù)誤動(dòng)，所以保護(hù)的

動(dòng)作值必須大于外部短路產(chǎn)生的最大不平衡電流。

而對(duì)于比率制動(dòng)特性的差動(dòng)保護(hù)，保護(hù)的動(dòng)作電流可按躲過(guò)正常運(yùn)行產(chǎn)生的不平衡電

流整定，而當(dāng)外部短路時(shí)，可依靠制動(dòng)特性保證保護(hù)可靠不誤動(dòng)。

比率制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)的整定計(jì)算主要是確定最小動(dòng)作電流、制動(dòng)特性的拐點(diǎn)電流、最大制

動(dòng)系數(shù)三個(gè)參數(shù)。

(1)最小動(dòng)作電流:

按躲過(guò)發(fā)電機(jī)在最大負(fù)荷電流下產(chǎn)生的不平衡整定。

當(dāng)?。?/p>

時(shí)

即為發(fā)電機(jī)額定電流的10%。

(2)制動(dòng)特性拐點(diǎn)電流；

為保證遠(yuǎn)處外部短路(此時(shí)短路電流接近發(fā)電機(jī)的額定電流)時(shí)差動(dòng)保護(hù)不誤動(dòng)，拐點(diǎn)

電流應(yīng)不大于發(fā)電機(jī)額定電流。可?。?/p>

(3)最大制動(dòng)系數(shù)：

在機(jī)端(區(qū)外)發(fā)生三相短路時(shí)，流過(guò)差回路的不平衡電流最大，為保證此時(shí)保護(hù)不誤

動(dòng)應(yīng)有：

式中：

—差動(dòng)保護(hù)的最大動(dòng)作電流；

一為機(jī)端三相短路的電流。

注意到，在外部短路時(shí)，制動(dòng)電流即為：

所以有：

?。?、

則：，即最大制動(dòng)系數(shù)為0.15,即可保證外部短路保護(hù)不誤動(dòng)。必須指出，當(dāng)制動(dòng)特性

不通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)時(shí)，制動(dòng)系數(shù)不是一個(gè)常數(shù)，而是變化的"而制動(dòng)特性的斜率是常數(shù)°兩者

是不一樣的。不可把制動(dòng)特性的斜率與制動(dòng)系數(shù)兩者相混淆。

(4)制動(dòng)特性的斜率

按以上的分析:

對(duì)大型發(fā)電機(jī)，一般有：，因此，機(jī)端三相短路電流為發(fā)電機(jī)額定電流的5~6倍。所以,

比率制動(dòng)特性的斜率可推算如下：

按考慮，則：

即制動(dòng)特性曲線的斜率取0.1625,剛好滿足上述要求。一般地，對(duì)發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)，取

制動(dòng)特性曲線的斜率為0.2可滿足要求。

六標(biāo)積制動(dòng)式縱差動(dòng)保護(hù)

標(biāo)積制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)與比率制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)具有完全類似的動(dòng)作特性。不同之處在于制

動(dòng)量。按上圖中的正方向規(guī)定，標(biāo)積制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作條件為：

式中：

、一分別為發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)和機(jī)端側(cè)的二次電流；

一為兩側(cè)電流的相位差；

當(dāng)發(fā)生區(qū)外故障時(shí)，兩側(cè)電流的相位差為：

制動(dòng)量為最大，等于。而上式的左側(cè)為不平衡電流，動(dòng)作量很小，保護(hù)可靠不誤動(dòng)。

從該式可看出，在外部故障時(shí)，標(biāo)積制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)與比率制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)相比較，具有更

高的可靠性。

在內(nèi)部故障時(shí)，若不考慮發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)電勢(shì)的相位差，故障點(diǎn)對(duì)發(fā)電機(jī)和對(duì)系統(tǒng)的阻抗

角的差別，兩側(cè)電流反相位，.，這說(shuō)明在內(nèi)部故障時(shí)標(biāo)積制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)的制動(dòng)量變?yōu)閯?dòng)

作量，因此，內(nèi)部故障的靈敏度更高。

當(dāng)發(fā)電機(jī)單獨(dú)運(yùn)行時(shí)發(fā)生內(nèi)部故障，此時(shí)有。標(biāo)積制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)的制動(dòng)量為零，更有

利于保護(hù)靈敏動(dòng)作。而對(duì)于比率制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)，在發(fā)電機(jī)單獨(dú)運(yùn)行發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)，制動(dòng)

量不為零。

比率制動(dòng)特性與標(biāo)積制動(dòng)特性的比較:

比率制動(dòng)特性的發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)可表示為：

式中：一般在D.5范圍內(nèi)取值。

將上式展開(kāi)為：

整理后得：

在上式兩邊都加上：一項(xiàng)，整理得：

所以，上式可變?yōu)椋?/p>

即：

式中：

由該式可得出標(biāo)積制動(dòng)式保護(hù)得制動(dòng)系數(shù)與比率制動(dòng)式保護(hù)制動(dòng)系數(shù)的關(guān)系。

所以，標(biāo)積制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)與比率制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)在本質(zhì)上是一樣的。

七微機(jī)發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)的邏輯框圖

差動(dòng)速斷跳閘

比率制動(dòng)

差動(dòng)跳閘

循環(huán)閉鎖

比率制動(dòng)

差動(dòng)跳閘

告警

告警

圖1-6微機(jī)型發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)邏輯框圖

由圖7—3的邏輯框圖看出，微機(jī)發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)的功能包括三部分。

1差動(dòng)速斷部分；2比率制動(dòng)部分；3電流互感器二次斷線及差流越限識(shí)別部分。

差動(dòng)速斷部分主要是為了快速切除嚴(yán)重內(nèi)部故障，其動(dòng)作值一般取發(fā)電機(jī)額定電流的

3~12倍。差動(dòng)速斷部分不受CT二次斷線的控制。

比率制動(dòng)部分又分為兩部分。一部分是單相差動(dòng)動(dòng)作后的跳閘部分，另一部分是任意兩

相差動(dòng)動(dòng)作后的跳閘部分（即循環(huán)閉鎖部分）。因?yàn)?，發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)從原理上是不能反映

單相接地與匝間短路故障的，而只反映相間故障，故內(nèi)部短路時(shí)，至少有兩相差動(dòng)滿足條件。

但是，有一種情況只有一相差動(dòng)元件動(dòng)作，即當(dāng)異地兩點(diǎn)接地故障，其中一點(diǎn)在發(fā)電機(jī)

差動(dòng)保護(hù)范圍內(nèi)部，另一點(diǎn)在發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)范圍外部，此時(shí)要求發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)應(yīng)可靠跳

閘。為此，設(shè)有單相差動(dòng)動(dòng)作的開(kāi)放回路。開(kāi)放的條件可選擇為發(fā)電機(jī)定子一點(diǎn)接地保護(hù)的

瞬動(dòng)接點(diǎn)作為開(kāi)關(guān)量輸入，當(dāng)一相差動(dòng)動(dòng)作，同時(shí)收到定子一點(diǎn)接地動(dòng)作的開(kāi)入信號(hào)，即可

瞬時(shí)跳閘。如發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)引入機(jī)端三相電壓，也可選擇用負(fù)序電壓開(kāi)放一相差動(dòng)動(dòng)作的

跳閘回路。比率制動(dòng)的跳閘部分是否受CT二次斷線的控制，可由保護(hù)定值單中的控制字的

某位置1或清零來(lái)選擇。

差流越限告警可檢查差動(dòng)保護(hù)的接線是否錯(cuò)誤，當(dāng)差電流越限制時(shí)發(fā)出告警信號(hào)。

此外，為了用戶使用方便，保護(hù)屏上設(shè)有控制發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)投退的硬壓板。以開(kāi)入量

方式輸入到微機(jī)保護(hù)中。對(duì)邏輯框圖中的每一功能，在控制字中設(shè)有相應(yīng)的位，可通過(guò)置1

或清零選擇該項(xiàng)功能。

包括：CT二次斷線判別功能投入/退出；

CT二次斷線閉鎖比率制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)投入/退出

差流越限報(bào)警功能投入/退出；

差動(dòng)速斷功能投入/退出；

比率制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)投入/退出。

第三節(jié)發(fā)電機(jī)的定子繞組匝間短路保護(hù)

一定子繞組匝間短路的形式

發(fā)電機(jī)定子繞組匝間短路形式有兩種。即同相一分支的匝間短路；同相不同分支之間的匝間

X

圖1-7定子繞組匝間短路的故障類型

二匝間短路的特點(diǎn)0

匝間短路是一個(gè)縱向不對(duì)稱故障，因此必然產(chǎn)生正、負(fù)、零序分量。

<

亦絹的機(jī)端電壓N

1發(fā)電機(jī)定子繞組常相后兩人并聯(lián)分支時(shí)，發(fā)生匝間短路時(shí)，在每一分支形成的中性點(diǎn)連線

上產(chǎn)生零序電流。

2發(fā)生匝間短路時(shí)，在機(jī)端專用電壓互感器的開(kāi)口三角繞組兩端產(chǎn)生零序電壓。

3發(fā)生匝間短路時(shí)，產(chǎn)生負(fù)序功率，其負(fù)序功率的方向?yàn)橛砂l(fā)電機(jī)內(nèi)部指向外部。當(dāng)采用機(jī)

端電流計(jì)算負(fù)序電流，判斷功率方向時(shí)，發(fā)電機(jī)內(nèi)部發(fā)生不對(duì)稱短路時(shí)，負(fù)序功率的方

向同樣是由發(fā)電機(jī)內(nèi)部指向外部。而發(fā)電機(jī)外部發(fā)生不對(duì)稱故障時(shí)，負(fù)序功率為由外部指向

發(fā)電機(jī)內(nèi)部。分析如下：

(1)發(fā)電機(jī)定子繞絹內(nèi)部發(fā)生麻間短路

(2)發(fā)電機(jī)定子繞組內(nèi)部發(fā)生橫向不對(duì)稱短路

⑶發(fā)電機(jī)定子綠外部法生橫對(duì)稱短路

(4)發(fā)電機(jī)定子繞外部發(fā)生縱向不對(duì)稱短路

圖1-9各種不對(duì)稱故障時(shí)負(fù)序電壓和負(fù)序電流向量圖

由以上分析可見(jiàn)，當(dāng)發(fā)生發(fā)電機(jī)內(nèi)部的匝間短路和不對(duì)稱故障/，負(fù)序電流落后負(fù)序電壓的

角度為；而在發(fā)電機(jī)外部發(fā)生各種不對(duì)稱故障，包括橫向、縱向不對(duì)稱故障，負(fù)序電流超前

負(fù)序電壓的角度為。顯然兩種情況的負(fù)序功率方向不同。因此，可利用負(fù)序功率方向元件作

為匝間保護(hù)的閉鎖元件。

三匝間短路保護(hù)的方案

(一)對(duì)定子繞組為雙接線方式的汽輪發(fā)電機(jī)，可采用單元件式橫差動(dòng)保護(hù)。保護(hù)反應(yīng)兩中

性點(diǎn)連線上的環(huán)流。

對(duì)水輪發(fā)電機(jī)定子繞組每相的并聯(lián)分支多于兩個(gè)時(shí)，可采用將每相的分支分為兩組，構(gòu)成單

元件橫差保護(hù)。也可分成多組，采用多套橫差保護(hù)。

也可采用裂相橫差動(dòng)保護(hù)。具體保護(hù)方案如下：

(1)汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組為兩并聯(lián)分支，中性點(diǎn)有六個(gè)引出端或四個(gè)引出端的情況。

出口

圖170定子繞組為雙Y接線的單元件橫差保護(hù)邏輯圖

圖中，三次諧波濾過(guò)器濾除發(fā)電機(jī)的三次諧波，要求對(duì)基波的濾過(guò)比不小于10C。以

降低橫差保護(hù)的定值自另外，當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組發(fā)生兩點(diǎn)接地時(shí)，轉(zhuǎn)子部分繞組被短路造成發(fā)電機(jī)

氣隙磁場(chǎng)畸變，使發(fā)電機(jī)定子繞組同相的兩個(gè)分支的感應(yīng)電勢(shì)不等，橫差保護(hù)會(huì)動(dòng)作。為防

止轉(zhuǎn)子繞組瞬間兩點(diǎn)接地造成橫差保護(hù)動(dòng)作，故在轉(zhuǎn)子繞組一點(diǎn)接地保護(hù)動(dòng)作后，橫差保護(hù)

經(jīng)延時(shí)回路出口。

⑵水輪發(fā)電機(jī)定子繞組為兩個(gè)分支以上的橫差保護(hù)方案

對(duì)于圖中的（一分支匝間短路）、（同相不同分支匝間短路）（不

同相兩分支相間短路）、（一分支繞組開(kāi)焊）等各種故障軍能反映。因此，它是發(fā)電機(jī)

內(nèi)部短路故障的主保護(hù)。

（二）對(duì)定子繞組為單接線方式的汽輪發(fā)電機(jī)，或定子繞組為雙接線方式的發(fā)電機(jī)，但發(fā)

電機(jī)中性點(diǎn)只能引出三個(gè)端子，可采用反應(yīng)縱向零序電壓的匝間短路保護(hù)。

保護(hù)方案如下：

出口

圖172負(fù)序功率方向閉鎖的縱向零序電壓匝間短路保護(hù)邏輯圖

第四節(jié)發(fā)電機(jī)的定子繞組單相接地保護(hù)

一機(jī)定子繞組單相接地的特點(diǎn)

定子繞組單相接地是發(fā)電機(jī)較常見(jiàn)的故障之一。發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中由于機(jī)械振動(dòng)造成定子

線棒的絕緣磨損，從而發(fā)生定子繞組與定子鐵芯接觸，形成單相接地故障。

單相接地的電路如下圖：

外部設(shè)備的電容電流:

流過(guò)接地點(diǎn)的電容電流為：

可見(jiàn)，在發(fā)電機(jī)定子繞組內(nèi)部發(fā)生金屬性單相接地故障時(shí)，有以下特點(diǎn)：

1在發(fā)生單相接地故障時(shí)，在全系統(tǒng)將出現(xiàn)零序電壓，其值與接地點(diǎn)的位置有關(guān)。接地

后產(chǎn)生的零序電壓為。在機(jī)端電壓互感器的升口三角繞組得到的零序電壓為：

2單相接地故障時(shí)，流過(guò)故障點(diǎn)的是零序電容電流。其大小也與接地點(diǎn)位置有關(guān)。當(dāng)機(jī)

端接地時(shí)，流過(guò)接地點(diǎn)的電容電流最大，為。其中，為發(fā)電機(jī)所在電壓系統(tǒng)所有設(shè)備的每

相對(duì)地分布電容，為發(fā)電機(jī)的相電勢(shì)。

3當(dāng)發(fā)生發(fā)電機(jī)定子繞組內(nèi)部單相接地時(shí)，流過(guò)機(jī)端零序電流互感器的電容電流為所有

外接設(shè)備的電容電流，其方向?yàn)橛砂l(fā)電機(jī)流向母線；當(dāng)發(fā)生外部單相接地時(shí)，流過(guò)機(jī)端零序

電流互感器的電容電流為發(fā)電機(jī)本身的電容電流，其方向?yàn)橛赏獠苛飨虬l(fā)電機(jī)；

二基波零序電壓原理的發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)

保護(hù)反應(yīng)發(fā)生單相接地故障的零序電壓分量。對(duì)微機(jī)保護(hù)來(lái)說(shuō)，主要是采取措施擴(kuò)大它

的保護(hù)范圍。為此，采取的措施是用高壓側(cè)零序電壓閉鎖和加強(qiáng)三次諧波的濾波效果。保護(hù)

的構(gòu)成方案如圖7—4所示。

跳閘或

發(fā)信

圖174發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)原理圖

圖中，為發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)電壓互感器的零序電壓；為機(jī)端電壓互感器的零序電壓；為主變

高壓側(cè)電壓互感器零序電壓。在軟件中，每一個(gè)零序電壓分量是否投入使用，均由控制字選

擇。當(dāng)系統(tǒng)中有中性點(diǎn)PT時(shí)，可將與構(gòu)成與門關(guān)系。這樣可防止機(jī)端電壓互感器一次側(cè)發(fā)

生斷線時(shí)造成的保護(hù)誤動(dòng),在不具備中性點(diǎn)PT時(shí)，可退出此功能，機(jī)端零序電壓和中性點(diǎn)

零序電壓均可單獨(dú)出口。為提高保護(hù)的靈敏度，采用高壓側(cè)零序電壓閉鎖。同時(shí)，對(duì)機(jī)端零

序電壓和中性點(diǎn)零序電壓量均經(jīng)過(guò)零點(diǎn)濾波后采用全周傅立葉算法，使濾波效果大大提高。

在采樣頻率為600Hz的情況下，零點(diǎn)濾波器的差分方程如下：

該濾波器在處的濾波效果都十分明顯。仿真結(jié)果表明，濾過(guò)比大于5000倍。經(jīng)該濾波

器后再用全周傅立葉算法求出基波分量。零點(diǎn)濾波器和全周傅立葉算法級(jí)聯(lián)后的頻率響應(yīng)特

性如圖7—5所示。

0123456

圖1一15零點(diǎn)濾波與全周傅氏算法的基波算法頻率響應(yīng)特性

二反映三次諧波的發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)

1反應(yīng)機(jī)端與中性點(diǎn)三次諧波電壓比的保護(hù)

保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)為：

理論分析表明，發(fā)電機(jī)正常與系統(tǒng)并列運(yùn)行時(shí)，無(wú)論發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)是否接有消弧線圈，

總有機(jī)端三次諧波電壓小于中性點(diǎn)的三次諧波電壓，而當(dāng)發(fā)電機(jī)定子繞組靠近中性點(diǎn)的

50*范圍內(nèi)發(fā)生金屬性接地故障時(shí)，機(jī)端三次諧波電壓大于于中性點(diǎn)的三次諧波電壓，判

據(jù)滿足。但在實(shí)際上，由于多種因素的影響，例如機(jī)端電壓互感器飽和的影響、發(fā)電機(jī)所帶

負(fù)荷的影響、升壓變壓器高壓繞組三次諧波電勢(shì)的影響等，造成正常運(yùn)行時(shí)就是的關(guān)系。參

考文獻(xiàn)5提供的發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行機(jī)端和中性點(diǎn)三次諧波電壓的比值最大達(dá)到1.95倍。因此,

采用這種方案構(gòu)成保護(hù)時(shí)，必須提高定值門檻。這就勢(shì)比影響保護(hù)的靈敏度和保護(hù)范圍。

2自調(diào)整式三次諧波電壓保護(hù)

保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)為：

式中：一為自調(diào)整系數(shù)，它是一個(gè)復(fù)數(shù)。

一為三次諧波制動(dòng)系數(shù)。

分析反映機(jī)端三次諧波與中性點(diǎn)三次諧波電壓幅值比保護(hù)靈敏度不高的原因是由于制動(dòng)

量太大所致。但這是因?yàn)槭苷＿\(yùn)行時(shí)三次諧波電壓的限制。因?yàn)檎＿\(yùn)行時(shí)三次諧波動(dòng)作

量較大，為使保護(hù)不誤動(dòng)，必須提高制動(dòng)量。因此，為提高保護(hù)的靈敏度，必須降低制動(dòng)量，

當(dāng)然也必須降低正常運(yùn)行時(shí)的動(dòng)作量。以保證正常運(yùn)行時(shí)保護(hù)不誤動(dòng)。

自調(diào)整式三次諧波保護(hù)的判據(jù)中就是通過(guò)調(diào)整使：

，正常運(yùn)行時(shí)動(dòng)作量非常小。因而可將制動(dòng)量減小。一般情況下，可取。

由于和的大小和相位隨負(fù)荷的變化而變化,為始終保持正常運(yùn)行時(shí)動(dòng)作量近似為零，

在微機(jī)保護(hù)中采用實(shí)時(shí)跟琮和，因而，復(fù)系數(shù)也是自動(dòng)跟蹤的。在微機(jī)保護(hù)中的算法為：

式中：一為當(dāng)前時(shí)刻；

一為跟蹤計(jì)算的時(shí)間間隔，一般可取2~3個(gè)工頻周期。

采用自調(diào)整式三次諧波保護(hù)的判據(jù)，當(dāng)機(jī)端發(fā)生單相接地時(shí)，近似為零，而很大，動(dòng)

作量增大，而制動(dòng)量為，由于很小，故保護(hù)可靠動(dòng)作。當(dāng)中性點(diǎn)附近發(fā)生接地時(shí)，很大，而

近似為零，從而使動(dòng)作量很大，而制動(dòng)量卻很小，保護(hù)仍可靈敏地動(dòng)作。可見(jiàn)這種保護(hù)方案

單獨(dú)用三次諧波分量即可實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)定子繞組的100席接地保護(hù)。

為進(jìn)一步提高保護(hù)的靈敏度，采用了零點(diǎn)濾波級(jí)聯(lián)傅氏算法的高性能數(shù)字濾波器。濾

除基波分量的零點(diǎn)濾波器的差分方程為：（采樣頻率為600HZ）。

零點(diǎn)濾波器與傅氏算法級(jí)聯(lián)后的頻率響應(yīng)特性如圖7—6所示。

0123456

圖1一16零點(diǎn)濾波級(jí)聯(lián)傅氏算法的三次諧波濾波器頻率響應(yīng)特性

3反應(yīng)三次諧波突變量的定子接地保護(hù)

方案一是反應(yīng)三次諧波幅值比的突變量均成的保護(hù)。判據(jù)為:

方案二是反應(yīng)三次諧波向量比的突變量構(gòu)成的保護(hù)。判據(jù)為：

三次諧波幅值比突變量的定子接地保護(hù)理論上可保護(hù)距發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)50*的范圍內(nèi)

的接地故障，三次諧波向量比突變量的定子接地保護(hù)理論上可保護(hù)100舟發(fā)電機(jī)定子繞組。

第五節(jié)發(fā)電機(jī)的失磁保護(hù)

一失磁對(duì)電力系統(tǒng)和對(duì)發(fā)電機(jī)造成的危害

發(fā)電機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)，除了發(fā)出有功外，還承擔(dān)著同系統(tǒng)發(fā)出感性無(wú)功的任務(wù)。例如

一臺(tái)視在功率為353MK的汽輪發(fā)電機(jī)，功率因數(shù)為0.85,當(dāng)它滿載運(yùn)行時(shí)，發(fā)出的有功

功率為300MW,發(fā)出的無(wú)功功率為186MVA。而無(wú)功功率是由發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)支持的。

由于某種原因，一旦發(fā)電機(jī)失去勵(lì)磁，發(fā)電機(jī)將不能向系統(tǒng)提供無(wú)功。同時(shí)，如果失磁的發(fā)

電機(jī)還在系統(tǒng)中運(yùn)行，它將進(jìn)入異步發(fā)電機(jī)狀態(tài)。此時(shí)，它要從系統(tǒng)中吸收感性無(wú)功。所以,

當(dāng)一臺(tái)大容量的發(fā)電機(jī)失滋后，首先是造成系統(tǒng)大量的無(wú)功缺少。

另外由于異步運(yùn)行，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子機(jī)械轉(zhuǎn)速大于同步轉(zhuǎn)速，由于出現(xiàn)轉(zhuǎn)差，定子繞組電

流增大，轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電流，引起定、轉(zhuǎn)子繞組的附加發(fā)熱。分析表明，發(fā)電機(jī)失磁后

對(duì)電力系統(tǒng)及發(fā)電機(jī)本身都會(huì)造成程度不同的危害，歸納起來(lái)有以下幾方面。

對(duì)電力系統(tǒng)的危害：

(1)發(fā)電機(jī)失磁造成系統(tǒng)中大量無(wú)功缺少，當(dāng)系統(tǒng)中無(wú)功儲(chǔ)備不足，將引起電壓下降。

嚴(yán)重時(shí)引起電壓崩潰，系統(tǒng)瓦解。

(2)一臺(tái)發(fā)電機(jī)失磁造成電壓下降，系統(tǒng)中的其他發(fā)電機(jī)在自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置作用下，

將增加其無(wú)功輸出。從而使某些發(fā)電機(jī)、變壓器、輸電線路過(guò)電流，后備保護(hù)可能因過(guò)流動(dòng)

作，擴(kuò)大了故障范圍。

(3)發(fā)電機(jī)失磁后，由于有功功率擺動(dòng)及系統(tǒng)電壓的降低，可能導(dǎo)致相鄰正常運(yùn)行的

發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)之間失去同步，引起系統(tǒng)振蕩。

對(duì)發(fā)電機(jī)本身的危害：

⑴發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組出現(xiàn)的差頻電流在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生額外損耗，引起轉(zhuǎn)子繞組發(fā)熱。

(2)異步運(yùn)行后，發(fā)電機(jī)的等效電抗降低，由變?yōu)閏因而從系統(tǒng)中吸收的無(wú)功增加，

使定子繞組過(guò)熱。

(3)對(duì)大型直接冷卻式汽輪發(fā)電機(jī)，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)子在縱橫軸方面明顯不對(duì)稱。由于這些原因，在重負(fù)荷下失磁發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和有功將

發(fā)生劇烈擺動(dòng)。這種影響對(duì)水輪發(fā)電機(jī)更為嚴(yán)重。

⑷發(fā)電機(jī)失磁后，定子端部漏磁增強(qiáng)，使端部的部件和端部鐵芯過(guò)熱。

二失磁的基本物理過(guò)程和失磁保護(hù)的判據(jù)

如圖1一17所示為一臺(tái)發(fā)電機(jī)通過(guò)升壓變壓器、聯(lián)絡(luò)線與無(wú)窮大系統(tǒng)相連。

圖1—17單機(jī)與無(wú)窮大系統(tǒng)連接系統(tǒng)圖

設(shè)發(fā)電機(jī)的電勢(shì)為，無(wú)窮大系統(tǒng)母線電壓為，發(fā)電機(jī)的同步電抗為，變壓器的阻抗為

輸電線路的阻抗為。從發(fā)電機(jī)電勢(shì)到無(wú)窮大母線之間的總阻抗為。

對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)，輸送到系統(tǒng)的有功和無(wú)功功率分別為：

對(duì)水輪發(fā)電機(jī)，輸送到系統(tǒng)的有功和無(wú)功功率分別為：

發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程為：

式中：一為慣性時(shí)間常數(shù)。

(秒)

一為發(fā)電機(jī)電勢(shì)與無(wú)窮大母線電壓之間的功角；

一為原動(dòng)機(jī)的輸入功率；

一為發(fā)電機(jī)的輸出電功率。

根據(jù)以上關(guān)系式，分析發(fā)電機(jī)失磁后的電參數(shù)和功角的變化規(guī)律，可得出如下結(jié)論:

(1)發(fā)電機(jī)失磁，勵(lì)磁電流衰減，下降，減小，功角不斷增加。發(fā)電機(jī)從穩(wěn)定運(yùn)行逐

步過(guò)渡到異步運(yùn)行。

(2)在之前，有功基本不變，后，有功略有下降并呈現(xiàn)擺動(dòng)趨勢(shì)。

(3)由于勵(lì)磁電流衰寂，不斷減小。時(shí)，，說(shuō)明發(fā)電機(jī)由發(fā)出感性無(wú)功變?yōu)閺南到y(tǒng)吸收

感性無(wú)功。

(4)由于大量的無(wú)功缺少，造成系統(tǒng)電壓降低。

(5)機(jī)端測(cè)量阻抗從第一象限逐步過(guò)渡到第四象限。

(6)勵(lì)磁電壓下降。

根據(jù)以上結(jié)論，目前構(gòu)成發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)的判據(jù)可分為主判據(jù)和輔助判據(jù)。

失磁保護(hù)的主判據(jù)為：

1靜穩(wěn)邊界阻抗圓判據(jù)。當(dāng)測(cè)量阻抗進(jìn)入靜穩(wěn)邊界圓內(nèi)時(shí)，說(shuō)明功角，發(fā)電機(jī)已失去穩(wěn)

定。

2異步阻抗圓判據(jù)。當(dāng)測(cè)量阻抗進(jìn)入異步圓內(nèi)時(shí)，說(shuō)明功角，發(fā)電機(jī)已處于異步運(yùn)行狀

態(tài)。

3無(wú)功方向判據(jù)。當(dāng)無(wú)功由正(發(fā)出感性無(wú)功)變負(fù)(吸收感性無(wú)功)時(shí)，說(shuō)明發(fā)電機(jī)

失磁。

4系統(tǒng)三相電壓降低。當(dāng)高壓母線電壓低于80k85%額定電壓或發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓低于

70曠75%額定電壓時(shí)，低壓元件動(dòng)作。

5等勵(lì)磁電壓判據(jù)。等勵(lì)磁電壓判據(jù)按與發(fā)電機(jī)的空載勵(lì)磁電壓比較。

6變勵(lì)磁電壓判據(jù)。由于勵(lì)磁電壓的大小與發(fā)電機(jī)的有功有關(guān)，所以，勵(lì)磁電壓低的判

據(jù)也是隨有功變化而改變的。

失磁保護(hù)的輔助判據(jù)為:

需要輔助判據(jù)的理由是為了防止非失磁情況下失磁保護(hù)誤動(dòng)。這些情況有：

(1)發(fā)電機(jī)出口或升壓變壓器高壓側(cè)發(fā)生短路故障。

(2)電力系統(tǒng)發(fā)生振蕩。

(3)水輪發(fā)電機(jī)自同期并列。

(4)電壓互感器二次斷線。

(5)發(fā)電機(jī)通過(guò)升壓變壓器對(duì)高壓長(zhǎng)線路充電。

為防止在上述情況下失磁保護(hù)誤動(dòng)，增加閉鎖判據(jù)。主要有以下幾種判據(jù)。

1用延時(shí)躲過(guò)振蕩的影響。

2用有無(wú)負(fù)序分量區(qū)別振蕩與失磁。

3加入電壓互感器二次斷線判別功能。

4用開(kāi)入量識(shí)別特殊運(yùn)行方式。例如自同期并列操作和長(zhǎng)線充電。

三微機(jī)型發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)的構(gòu)成方案

采用了五個(gè)主判據(jù)。分別是系統(tǒng)電壓低、機(jī)端電壓低判據(jù)；靜穩(wěn)邊界阻抗圓或異步阻抗

圓判據(jù)；等勵(lì)磁電壓判據(jù),變勵(lì)磁電壓判據(jù)。

1系統(tǒng)三相電壓降低。由于失磁造成的電壓降低是三相對(duì)稱的。所以可取其中的一個(gè)相

間電壓進(jìn)行判斷。取機(jī)端電壓和高壓母線電壓。

2定子判據(jù)的阻抗特性圓。針對(duì)阻抗特性在軟件中設(shè)有三項(xiàng)定值。圓心位置和，半徑。

通過(guò)不同整定值，可實(shí)現(xiàn)三種動(dòng)作特性。其特性分別如圖1一伯中的(a)(b)(c)所示.

當(dāng)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)圖1—18(a)和(c)的動(dòng)作特性；當(dāng)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)圖1—18(b)的動(dòng)作特性。

(a)靜穩(wěn)邊界圓(b)水輪發(fā)電機(jī)的靜穩(wěn)圓(c)異步阻抗圓

圖1-18失磁保護(hù)的阻抗特性圓

3等勵(lì)磁電壓判據(jù)

(1)與有功無(wú)關(guān)的等勵(lì)磁電壓判據(jù)。在失磁情況下勵(lì)磁電壓下降為零或負(fù)值。而系統(tǒng)

振蕩、發(fā)生短路時(shí)。勵(lì)磁電壓有較高的數(shù)值。因此，可判斷勵(lì)磁電壓低于某值時(shí)為失磁故障。

一般取額定空載勵(lì)磁電壓的20%~80%。

(2)根據(jù)給定有功的等勵(lì)磁電壓判據(jù)。對(duì)于隱極機(jī)可得：

對(duì)應(yīng)靜穩(wěn)極限，，系統(tǒng)電壓標(biāo)幺值為：。當(dāng)取發(fā)電機(jī)空載額定電壓時(shí)的勵(lì)磁電壓為基準(zhǔn)值

時(shí)，對(duì)標(biāo)幺值則有。所以有：

式中：一發(fā)電機(jī)有功功率標(biāo)幺值。

4變勵(lì)磁電壓判據(jù)。

(1)汽輪發(fā)電機(jī)的變勵(lì)磁電壓判據(jù)。用有名值表示，變?yōu)椋?/p>

式中：一發(fā)電機(jī)額定視在功率，單位：MVA;

一發(fā)電機(jī)有功功率的有名值，單位：MW。仍為標(biāo)幺值。

將也改為有名值，則有：

式中：

系數(shù)為常數(shù)，在微機(jī)保護(hù)中可實(shí)時(shí)計(jì)算有功的值，由決定勵(lì)磁電壓低的動(dòng)作值。隱極

機(jī)的變勵(lì)磁電壓元件的特性如圖1-19所示。圖中的斜線為靜穩(wěn)邊界，陰影線下方為動(dòng)作

區(qū)。

(2)水輪發(fā)電機(jī)的變勵(lì)磁電壓判據(jù)。按標(biāo)幺值有：，取。令,得：

式中：一為水輪發(fā)電機(jī)的臨界失步角。以上兩式表示一臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)經(jīng)與系統(tǒng)聯(lián)系時(shí),

處于靜穩(wěn)邊界的關(guān)系。

對(duì)凸極發(fā)電機(jī)，研究失磁故障所關(guān)心的臨界失步角的范圍為。因?yàn)楫?dāng)，代入上式得。

在此范圍內(nèi)，的關(guān)系近似為直線特性，如圖1-20所示。

動(dòng)作區(qū)

動(dòng)作區(qū)

0

圖1—19隱極極變勵(lì)磁電壓元件圖1—20凸極機(jī)的變勵(lì)磁電壓元件

的特性的特性

對(duì)應(yīng)時(shí)的有功為最大凸極功率。

所以，凸極機(jī)的變網(wǎng)磁電壓判據(jù)為：

變勵(lì)磁電壓判據(jù)在系統(tǒng)振蕩時(shí)，如果振蕩前發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行，靜穩(wěn)儲(chǔ)備不高，則在振

蕩過(guò)程中有可能進(jìn)入變勵(lì)磁電壓判據(jù)的動(dòng)作區(qū)。為防止此時(shí)變勵(lì)磁電壓判據(jù)誤動(dòng)，應(yīng)增加一

四微機(jī)型發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)邏輯框圖

機(jī)端電壓降低到定值，說(shuō)明威到廠用電安全，對(duì)允許異步運(yùn)行的發(fā)電機(jī)可異步運(yùn)行一段時(shí)間

（2~15分鐘），此時(shí)可切換廠用電并減出力。為防止短時(shí)電壓降低，低壓部分設(shè)有延時(shí)元

件T1和T2,一般整定為250MS。

阻抗元件可根據(jù)要求整定為不同的動(dòng)作特性。它受電壓互感器二次斷線和系統(tǒng)故障判斷

閉鎖控制。系統(tǒng)故障由負(fù)序電流元件判斷。針對(duì)三相故障用負(fù)序電流記憶和相電流元件判斷。

因?yàn)樵谥髯儔浩鞲邏簜?cè)、發(fā)電機(jī)機(jī)端發(fā)生短路、PT二次斷線時(shí)，按靜穩(wěn)邊界整定的阻抗元

件會(huì)誤動(dòng)，所以應(yīng)采取閉鎖措施。阻抗元件還可經(jīng)勵(lì)磁電壓低元件控制。是否經(jīng)勵(lì)磁低電壓

元件控制可由軟件中的控制字決定。等勵(lì)磁電壓、變勵(lì)磁電壓經(jīng)或門3輸入與門5。延時(shí)

T3為躲振蕩延時(shí)，防止振蕩時(shí)靜穩(wěn)阻抗圓誤動(dòng)而增設(shè)的時(shí)間元件。一般整定1.5秒。延時(shí)

T6是長(zhǎng)延時(shí)元件。

等勵(lì)磁電壓元件受系統(tǒng)故障元件閉鎖。同時(shí)為防止勵(lì)磁電壓回路斷線造成的誤判，設(shè)有

勵(lì)磁電壓低于8V的閉鎖條件。為防止發(fā)電機(jī)在起動(dòng)或停機(jī)過(guò)程中等勵(lì)磁低電壓元件誤動(dòng)

設(shè)有的閉鎖條件。等勵(lì)磁判據(jù)經(jīng)延時(shí)「4,或門1與機(jī)端電壓低判據(jù)發(fā)出切換廠用電命令。

與系統(tǒng)電壓低判據(jù)發(fā)出跳閘命令。延時(shí)T4是防止干擾或異常工況造成的短時(shí)勵(lì)磁電壓降低

而設(shè)置的。一般取0.1~0.2秒。

變勵(lì)磁電壓元件也受系統(tǒng)故障元件閉鎖。同時(shí)為防止勵(lì)磁電壓回路斷線造成的誤判，設(shè)

有勵(lì)磁電壓低于8V的閉鎖條件。變勵(lì)磁電壓判據(jù)的定值是隨有功P變化的。所以不需要的

閉鎖條件。孌勵(lì)磁電壓判據(jù)經(jīng)延時(shí)T5,或門1與機(jī)端電壓低判據(jù)度出切換廠用申.命令。與

系統(tǒng)電壓低判據(jù)發(fā)出跳閘命令。延時(shí)T5是防止系統(tǒng)振蕩造成變勵(lì)磁電壓元件誤動(dòng)而設(shè)置的。

一般取0.3~0.4秒。

勵(lì)磁電壓低的判據(jù)受機(jī)端電壓高判據(jù)的閉鎖。主要是防止強(qiáng)行減磁時(shí)由于勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的

不可調(diào)負(fù)輸出引起的誤動(dòng)。因?yàn)樵谕獠慷搪坊虬l(fā)電機(jī)突然甩負(fù)荷時(shí)，機(jī)端電壓升高，勵(lì)磁調(diào)

節(jié)器的正輸出逐漸減小到零，端電壓仍較高，于是調(diào)節(jié)器產(chǎn)生負(fù)輸出，此時(shí)勵(lì)磁電壓會(huì)降低

甚至變負(fù)。而低勵(lì)或失磁時(shí)，機(jī)端電壓不會(huì)過(guò)高。如果沒(méi)有這種負(fù)輸出，該判據(jù)可取消。

五微機(jī)失磁保護(hù)的整定計(jì)算

整定計(jì)算的系統(tǒng)接線圖如圖1—22所示。

發(fā)電機(jī)變壓器輸電線路系統(tǒng)

圖1—22發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)的連接圖

1低電壓元件的定值

機(jī)端低電壓元件：

高壓側(cè)低電壓元件：

2阻抗元件的定值

首先將系統(tǒng)圖中各個(gè)元件以標(biāo)幺值表示的阻抗變?yōu)榘l(fā)電機(jī)額定電壓值下的有名值，

式（7—47）~式（7—50）中：

一發(fā)電機(jī)直軸同步電抗標(biāo)幺值；

一變壓器短路電壓的百分?jǐn)?shù)；

一線路每公里正序電抗值（一次有名值）

一輸電線路的長(zhǎng)度（公里）；

一系統(tǒng)電抗的標(biāo)幺值；

一發(fā)電機(jī)額定電流有名值；

一發(fā)電機(jī)的額定電壓有名值；

一變壓器的額定容量；

一系統(tǒng)母線的電壓有名值;

一計(jì)算系統(tǒng)電抗標(biāo)幺值的基準(zhǔn)容量；

一為發(fā)電機(jī)直軸電抗有名值；

一為歸算到發(fā)電機(jī)電壓下的變壓器電抗有名值；

一為歸算到發(fā)電機(jī)電壓下的線路電抗有名值；

一為歸算到發(fā)電機(jī)電壓下的系統(tǒng)電抗有名值；

（1）隱極機(jī)靜穩(wěn)邊界阻抗圓整定

靜穩(wěn)邊界圓的圓心坐標(biāo)為：

式中：

一電流互感器的變匕；

一電壓互感器的變比；

靜穩(wěn)圓的半徑為：

（2）隱極機(jī)異步阻抗圓整定

圓心坐標(biāo)為：。

半徑為：

式（7—54）和式（7—55）中：

一為發(fā)電機(jī)暫態(tài)電抗的有名值；

（3）凸極機(jī)的靜穩(wěn)邊界阻抗圓整定

當(dāng)取時(shí)，為標(biāo)準(zhǔn)圓特性。當(dāng)取時(shí)為蘋果圓特性。

圓心為：

半徑為：

式（7—56）和式（7—57）中：

一為發(fā)電機(jī)縱軸電抗的有名值;

(4)凸極機(jī)的異步阻抗圓整定

圓心為：

半徑為：

3勵(lì)磁低電壓元件的整定

(1)等勵(lì)磁電壓判據(jù)的整定

式中：一為發(fā)電機(jī)空載勵(lì)磁電壓。

(2)變勵(lì)磁電壓元件

凸極功率的計(jì)算：

式中：

,為發(fā)電機(jī)至系統(tǒng)之間的綜合直軸電抗有名值；

,為發(fā)電機(jī)至系統(tǒng)之間的綜合交軸電抗有名值；

變勵(lì)磁電壓系數(shù)的計(jì)算：

式中：

一發(fā)電機(jī)的空載電勢(shì)；

一發(fā)電機(jī)的額定電壓；

根據(jù)對(duì)變勵(lì)磁電壓判據(jù)的分析，在系統(tǒng)振蕩、異步運(yùn)行等工況下，有功功率波動(dòng)(勵(lì)

磁電壓也隨之波動(dòng))有可能使變勵(lì)磁電壓判據(jù)()發(fā)生誤動(dòng)。為此在微機(jī)保護(hù)中，計(jì)算有功

P時(shí)采用在一段時(shí)間求有功功率的平均值的方法。

式中：

一為計(jì)算有功的時(shí)間間隔；

一為工頻一周期的采樣點(diǎn)數(shù)；

一為工頻周期數(shù)。

例如，當(dāng)取計(jì)算間隔秒時(shí)，則取10個(gè)工頻周期有功功率的平均值作為有功的值。

4負(fù)序電流和負(fù)序電壓元件的整定

(1)負(fù)序電流元件

按故障時(shí)有足夠靈敏度整定，同時(shí)應(yīng)躲過(guò)發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行允許的負(fù)序電流值。

式中：

一為發(fā)電機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行允許的負(fù)序電流標(biāo)幺值。

(2)負(fù)序電壓元件

按躲過(guò)正常運(yùn)行的不平衡分量整定。

第二章電力變壓器的繼電保護(hù)

第一節(jié)電力變壓器的故障、不正常運(yùn)行及配置的保護(hù)方式

電力變壓器是電力系統(tǒng)中應(yīng)用十分廣泛的電氣元件。它的故障將對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和供

電可靠性帶來(lái)嚴(yán)重影響。同時(shí)大容量的電力變壓器造價(jià)昂貴，一旦損壞將會(huì)造成巨大經(jīng)濟(jì)損

失。因此，必須根據(jù)變壓器的容量及其重要程度裝設(shè)相應(yīng)的繼電保護(hù)裝置。

變壓器的故障可以分為油箱內(nèi)部和油箱外部的故障。油箱內(nèi)部的故障包括變壓器繞組的

相間短路、接地短路、匝間短路以及變壓器鐵芯的燒損。變壓器油箱內(nèi)部發(fā)生故障是十分危

險(xiǎn)的，因?yàn)楣收袭a(chǎn)生的電弧引起變壓器絕緣油劇烈氣化，從而可能引起變壓器爆炸，所以必

須快速切除這些故障。變壓器油箱外部的故障主要是套管和引出線上發(fā)生的相間及接地短

路。上述接地短路是指變玉器中性點(diǎn)接地一側(cè)的繞組。

變壓器的不正常運(yùn)行狀態(tài)主要是：由于變壓器外部發(fā)生相間短路的過(guò)電流和接地側(cè)外部

發(fā)生接地故障產(chǎn)生的零序過(guò)電流和過(guò)電壓；由于電壓升高頻率降低使變壓器鐵芯中磁通密度

增加產(chǎn)生的過(guò)勵(lì)磁；由于負(fù)荷超過(guò)額定容量引起的過(guò)負(fù)荷；由于變壓器漏油造成的油面降低。

根據(jù)以上故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)及變壓器的容量大小、在系統(tǒng)中的重要程度，變壓器應(yīng)

配置的繼電保護(hù)裝置有：

1瓦斯保護(hù)。

這是一種非電量保護(hù)。其基本原理是依據(jù)變壓器內(nèi)部故障產(chǎn)生電弧，使變壓器的絕緣油

分解氣化，瓦斯繼電器反映產(chǎn)生的氣體或油流的速度而動(dòng)作的保護(hù)。分為重瓦斯和輕瓦斯保

護(hù)。重瓦斯保護(hù)反映內(nèi)部的嚴(yán)重故障，動(dòng)作后跳開(kāi)變壓器各側(cè)斷路器，重瓦斯保護(hù)是變壓器

油箱內(nèi)部故障的主保護(hù)。輕瓦斯保護(hù)反映內(nèi)部較輕微的故障，動(dòng)作于發(fā)信號(hào)。

裝設(shè)瓦斯保護(hù)的變壓器的容量界限是：容量在800KVA及以上的油浸式變壓器。

2縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)或電流速斷保護(hù)

并列運(yùn)行的變壓器，容量在6300KVA及以上或單獨(dú)運(yùn)行的變壓器容量在10000KVA及

以上時(shí)應(yīng)裝設(shè)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)對(duì)變壓器內(nèi)部、套管及引出線上的各種故障均能

起到保護(hù)作用。它是變壓器的主保護(hù)。在容量小于10000KVA的變壓器上可裝設(shè)電流速斷

保護(hù)。

3對(duì)于由外部短路引起的變壓器過(guò)電流，應(yīng)配置后備保護(hù)。

后備保護(hù)的方式可采用：

(1)過(guò)電流保護(hù)，一般用于容量較小、電壓等級(jí)較低的降壓變壓器上。

(2)復(fù)合電壓起動(dòng)的過(guò)電流保護(hù)。一般用于升壓變壓器或過(guò)電流保護(hù)靈敏度不滿足要

求的降壓變壓器上。

(3)負(fù)序電流保護(hù)及單相式低壓起動(dòng)的過(guò)電流保護(hù)。一般用于大容量升壓變壓器或系

統(tǒng)中的聯(lián)絡(luò)變壓器。

(4)阻抗保護(hù)。對(duì)于升壓變壓器或系統(tǒng)中的聯(lián)絡(luò)變壓器，當(dāng)采用(2)(3)的保護(hù)靈

敏度不滿足要求時(shí)，可采用阻抗保護(hù)。

4對(duì)變壓器的接地故障應(yīng)根據(jù)中性點(diǎn)接地方式配置不同的保護(hù)。

中性點(diǎn)直接接地時(shí)應(yīng)配置反映零序電流的接地保護(hù);對(duì)中性點(diǎn)經(jīng)過(guò)放電間隙接地的變

壓器應(yīng)配置間隙電流保護(hù)和零序電壓保護(hù);對(duì)中性點(diǎn)可能接地也可能不接地運(yùn)行的變壓器應(yīng)

配置零序電流和零序電壓保護(hù)。

5過(guò)負(fù)荷保護(hù)。

對(duì)400KVA以上的變壓器，當(dāng)多臺(tái)并列運(yùn)行，或單獨(dú)運(yùn)行并作為具他負(fù)荷的備用電源

時(shí)，應(yīng)根據(jù)情況裝設(shè)過(guò)負(fù)荷保護(hù)。過(guò)負(fù)荷保護(hù)裝于一相上，動(dòng)作后經(jīng)延時(shí)發(fā)信號(hào)。

6過(guò)勵(lì)磁保護(hù)。

高壓側(cè)為500KV及以上的變壓器，對(duì)頻率降低電壓升高引起的變壓器過(guò)勵(lì)磁應(yīng)配置

過(guò)勵(lì)磁保護(hù)。

7變壓器的其他非電量保護(hù)。

除上述的瓦斯保護(hù)外，變壓器還配有其他非電量保護(hù)。包括：油溫高保護(hù)、冷卻器故

障保護(hù)、壓力釋放保護(hù)等。

第二節(jié)變壓器的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)

毫無(wú)疑問(wèn)，差動(dòng)保護(hù)是變壓器的主要保護(hù)之一。變壓器的差動(dòng)保護(hù)在原理上與發(fā)電機(jī)的

差動(dòng)保護(hù)完全一致。但是，由于變壓器本身的特點(diǎn)，在構(gòu)成差動(dòng)保護(hù)時(shí)須考慮許多因素。主

要有以下幾方面。

1變壓器高、中、低三側(cè)（或高、低兩側(cè)）的電流不等，因此，選用的電流互感器的變

比不同，因而，它們必然是不同型號(hào)的互感器，由于互感器幅值誤差產(chǎn)生的不平衡電流比發(fā)

電機(jī)差動(dòng)保護(hù)的不平衡電流增大。

2對(duì)于接線組的變壓器，兩側(cè)同名相的電流有的相位差。由此產(chǎn)生的不平衡電流必須考

慮。

3有載調(diào)壓的變壓器在運(yùn)行中改變分接頭位置時(shí)產(chǎn)生的不平衡電流。

4變壓器在空載合閘或區(qū)外故障切除電壓重新恢復(fù)時(shí)會(huì)產(chǎn)生非常大的勵(lì)磁涌流。

5變壓器差動(dòng)保護(hù)應(yīng)能反映高、低壓繞組的匝間短路。而在發(fā)生匝間短路時(shí)，短路的匝

數(shù)越少，短路環(huán)中的電流越大，但流入差動(dòng)保護(hù)的電流越小。因此，變壓器差動(dòng)保護(hù)應(yīng)具有

較高的靈敏度。

6變壓器差動(dòng)保護(hù)應(yīng)能反映中性點(diǎn)直接接地側(cè)的單相接地故障。當(dāng)經(jīng)過(guò)渡電阻接地時(shí)

故障電流較小，變壓器差動(dòng)保護(hù)的靈敏度下降。

7當(dāng)變壓器發(fā)生匝間短路時(shí)，變壓器仍帶有負(fù)荷，說(shuō)明變壓器發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)有流出電

流，當(dāng)然會(huì)影響保護(hù)的靈敏度。

8發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)僅為兩側(cè)差動(dòng)，而變壓器差動(dòng)保護(hù)除兩側(cè)或三側(cè)差動(dòng)的情況外，有可

能出現(xiàn)多于三側(cè)的情況，甚至達(dá)到六側(cè)差動(dòng)的情況。

關(guān)于勵(lì)磁涌流的問(wèn)題將在下一節(jié)專門討論。關(guān)于多側(cè)差動(dòng)的問(wèn)題是在設(shè)計(jì)微機(jī)保護(hù)的硬

件和軟件時(shí)應(yīng)考慮的問(wèn)題c本節(jié)主要討論前面三個(gè)問(wèn)題。同時(shí)，介紹變壓器的比率式差動(dòng)保

護(hù)的構(gòu)成及原理、整定計(jì)算。

一微機(jī)變壓器差動(dòng)保護(hù)的接線和不平衡電流的補(bǔ)償方法

對(duì)于常規(guī)變壓器差動(dòng)保護(hù)，當(dāng)變壓器的接線組為時(shí)，為消除由此在差動(dòng)繼電器中產(chǎn)生的

不平衡電流，應(yīng)在構(gòu)成差動(dòng)保護(hù)的接線時(shí)，將變壓器一次繞組接為星形一側(cè)的三相CT的二

次連接為三角形,且應(yīng)保證三角形之外引線上電流的相位超前于該相電流互感器二次電流相

位；而變壓器一次繞絹接為三角形一側(cè)的三相CT的二次連接為星形。由干彼種接線煩瑣號(hào)

雜，因此，在微機(jī)保護(hù)中普遍采用了軟件調(diào)整相位的方法。即無(wú)論變壓器采用什么連接組，

都可將變壓器各側(cè)的三相CT按星形接線，然后將二次電流引入相應(yīng)的電流變換器。如圖7

—13所示。

LHA

相的電流變換器.為補(bǔ)償變巨器兩側(cè)電流的相任差,加W護(hù)隹軟件中采用的方法是，對(duì)

女壓哭芻細(xì)為在塊的一flill跳下才外碑?

式中：

、、分別為補(bǔ)償后的A、B、C三相電流的采樣值、、分別為A、B、C三相電流的采樣值。

對(duì)變壓器為連接的一側(cè)則直接用其采樣值計(jì)算。

在常規(guī)的變壓器差動(dòng)保護(hù)中，我們知道，產(chǎn)生不平衡電流的原因還有兩側(cè)電流互感器按標(biāo)準(zhǔn)

變比選擇和平衡線圈計(jì)算匝數(shù)與整定匝數(shù)不等帶來(lái)的影響，而在微機(jī)保護(hù)中這種影響完全可

以通過(guò)軟件的方法進(jìn)行補(bǔ)償，從而使不平衡電流減到最小。

設(shè)某降壓變壓器的參數(shù)如下：

容量：

電壓比：

接線方式：

(1)計(jì)算變壓器各側(cè)額定電流。

110KV側(cè)：

35KV側(cè)：

10KV側(cè)：

(2)選擇各側(cè)電流互感器的變比：

11OKV側(cè)：，選擇：300/5

35KV側(cè)：，選擇：1000/5

10KV側(cè)：，選擇：2000/5

(3)計(jì)算各側(cè)二次電流：

110KV側(cè)：

35KV側(cè)：

10KV側(cè):

(4)以高壓側(cè)為基準(zhǔn)，求各側(cè)電流平衡系數(shù)

設(shè)中壓側(cè)電流平衡系數(shù)為，低壓側(cè)電流平衡系數(shù)為。在本例中可得：

在軟件計(jì)算時(shí)可根據(jù)各側(cè)電流平衡系數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償。假設(shè)在正常運(yùn)行時(shí)該變壓器滿載運(yùn)行，中

壓側(cè)的容量為20MVA,低壓側(cè)的容量為11.5MVA,則有高壓側(cè)電流為：165.3A,中壓側(cè)

電流為300A,低壓側(cè)電流為603.6A。高壓側(cè)二次電流為4.772A,中壓側(cè)二次電流為2.6A,

低壓側(cè)二次電流為1.51A。因此，差電流為：

由以上的例題可見(jiàn)，在微機(jī)變壓器保護(hù)裝置中，采用軟件補(bǔ)償?shù)姆椒?，可將正常運(yùn)行時(shí)

的不平衡電流減少到非常小的值。

二比率制動(dòng)特性的變壓器差動(dòng)保護(hù)

比率制動(dòng)特性既能在外部短路時(shí)具有可靠的制動(dòng)作用，又能保證在變壓器內(nèi)部短路時(shí)具有較

高的靈敏度，因此，變壓器差動(dòng)保護(hù)普遍采用比率制動(dòng)特性。對(duì)于變壓器差動(dòng)保護(hù)來(lái)說(shuō)，由

于空載合閘或區(qū)外故障切除端電壓恢復(fù)時(shí)產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流的影響,需采取防止涌流誤動(dòng)的閉

鎖措施。另外，在變壓器過(guò)激磁時(shí)差動(dòng)保護(hù)可能誤動(dòng)，需采取防止過(guò)激磁時(shí)誤動(dòng)的措施。由

于外部故障產(chǎn)生的不平衡電流比發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)的不平衡電流要大得多，為防止區(qū)外故障誤

動(dòng)，變壓器差動(dòng)保護(hù)的最小動(dòng)作電流及制動(dòng)特性部分的斜率與發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)相比要大。對(duì)

于變壓器內(nèi)部故障有流出電流的情況，為提高保護(hù)的靈敏度，可采用三折線制動(dòng)特性。即動(dòng)

作特性包含三段，當(dāng)制動(dòng)電流小于額定電流時(shí)，無(wú)制動(dòng)作用。制動(dòng)電流在之間時(shí)，制動(dòng)特性

的斜率較低，當(dāng)制動(dòng)電流大于時(shí)，制動(dòng)特性的斜率較高。如圖2—2所示。

0

圖2一2三折線比率制動(dòng)特性

比率制動(dòng)特性的變壓器差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作方程和制動(dòng)電流的選擇。

兩折線特性的動(dòng)作方程：

0

0

其中：

一為差動(dòng)電流；

一為制動(dòng)電流；

一為差動(dòng)保護(hù)最小動(dòng)作電流；

一為比率制動(dòng)特性的拐點(diǎn)電流

一為比率制動(dòng)特性的斜率；

三折線特性的動(dòng)作方程：

0

()

其中：

一為差動(dòng)電流；

一為制動(dòng)電流；

一為差動(dòng)保護(hù)最小動(dòng)作電流；

一為比率制動(dòng)特性的第一拐點(diǎn)電流；

一為比率制動(dòng)特性第一折線段的斜率；

一為比率制動(dòng)特性第二折線段的斜率；

一為比率制動(dòng)特性的第二拐點(diǎn)電流；

對(duì)于變壓器差動(dòng)保護(hù)，各惻電流的正方向均以指向變壓器為正，在這一規(guī)定下，差動(dòng)電流與

制動(dòng)電流分別為：

雙繞組變壓器：

差動(dòng)電流為：

制動(dòng)電流為：

三繞組變壓器：

差動(dòng)電流為：

制動(dòng)電流為：

三變壓器差動(dòng)保護(hù)的整定計(jì)算

1最小動(dòng)作電流

按躲過(guò)變壓器在正常運(yùn)行條件下產(chǎn)生的不平衡電流整定。

式中：

一可靠系數(shù)，取1.5~2.0;

一同型系數(shù)，取1；

一電流互感器變比誤差，取0.1；

一有載調(diào)壓變壓器的調(diào)壓范圍，取全部調(diào)壓范圍的一半；例如，某變壓器的110KV側(cè)為有

載調(diào)壓側(cè)，調(diào)壓范圍為，在計(jì)算時(shí)取。

一變壓器高壓側(cè)的額定電流；

一高壓側(cè)電流互感器的變土；

注意到，上式中沒(méi)有考慮平衡線圈計(jì)算匝數(shù)與整定匝數(shù)不相等產(chǎn)生的不平衡電流。這是因?yàn)?/p>

在微機(jī)變壓器保護(hù)中，已由軟件補(bǔ)償了各側(cè)二次電流不等的影響，所以，可不予考慮。

按上式計(jì)算，當(dāng)時(shí)。

2制動(dòng)特性拐點(diǎn)電流；

3最大制動(dòng)系數(shù)：

在區(qū)外發(fā)生三相短路時(shí)，流過(guò)差回路的不平衡電流最大，為保證此時(shí)保護(hù)不誤動(dòng)應(yīng)有：

式中：

一差動(dòng)保護(hù)的最大動(dòng)作電流；

一為變壓器差動(dòng)保護(hù)范圍外部發(fā)生三相短路的最大短路電流；

按取最大側(cè)短路電流為制動(dòng)電流的原則，在外部短路時(shí)，制動(dòng)電流即為：

所以有：

?。?、、。

則：

4制動(dòng)特性的斜率

按以上的分析：

設(shè)外部三相短路電流為變壓器額定電流的10倍。所以，比率制動(dòng)特性的斜率可推算如

下：

則：

即制動(dòng)特性曲線的斜率取0.46,剛好滿足上述要求。

在微機(jī)變壓器保護(hù)裝置的資料介紹中，一般建議的整定值為：

對(duì)于三折線的比率制動(dòng)特性，在《電氣主設(shè)備繼電保護(hù)原理與應(yīng)用》中，建議的整定值為：

其中，選擇較低的值，主要是為提高內(nèi)部故障有流出電流時(shí)差動(dòng)保護(hù)的靈敏度。選擇較高的

值，主要是為防止外部短路時(shí)保護(hù)誤動(dòng)。

四微機(jī)型變壓器差動(dòng)保護(hù)的邏輯

圖2—3是微機(jī)變壓器差動(dòng)保護(hù)的邏輯圖。其中包括三部分。一是差動(dòng)速斷部分。二是

比率制動(dòng)部分。三是電流互感器二次斷線判別和差流越限判別部分。差動(dòng)速斷部分不受二次

諧波和CT二次斷線的控制，當(dāng)差電流大于差動(dòng)速斷的定值時(shí)立即發(fā)出跳閘命令。比率制動(dòng)

部分按比率制動(dòng)特性判別差動(dòng)保護(hù)是否動(dòng)作。該部分同時(shí)受二次諧波制動(dòng)和五次諧波制.動(dòng)的

控制。其中，二次諧波部分是為防止變壓器出現(xiàn)勵(lì)磁涌流時(shí)誤動(dòng)，五次諧波部分是為防止變

壓器過(guò)激磁時(shí)誤動(dòng)。在微機(jī)變壓器保護(hù)中，一般二次諧波制動(dòng)的整定值為0.15,即當(dāng)二次

諧波分量大于等于基波分量的15%,則閉鎖保護(hù)。為保證差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作的可靠性，采用或

門制動(dòng)方式，即三相差流中，任一相差流中的二次諧波大于等于基波分量的15%時(shí)，立即

閉鎖比率制動(dòng)部分的差動(dòng)保護(hù)。五次諧波閉鎖部分一般用于500KV變壓器差動(dòng)保護(hù)，整定

值選擇為0.3~0.35。即五次諧波大于等于基波分量的30%—35%時(shí)，閉鎖差動(dòng)保護(hù)。

電流互感器二次斷線是否閉鎖比率制動(dòng)特性的差動(dòng)保護(hù).用戶可誦過(guò)定值單中的控制字

選擇。差流越限判別可在正常運(yùn)行時(shí)監(jiān)視各相的差電流，如任一相差電流超過(guò)越限門檻值則

發(fā)出告警信號(hào)。差流越限的門檻值一般取差動(dòng)保護(hù)最小動(dòng)作電流的一半。本框圖表示的是微

機(jī)變壓器差動(dòng)保護(hù)的一種方案。目前，已研制出的微機(jī)型變壓器差動(dòng)保護(hù)的方案還有另外兩

種涌流閉鎖方案。一是采用判別差電流中的間斷角原理構(gòu)成的涌流閉鎖方案，另一種是判別

差電流的波形對(duì)稱性構(gòu)成的涌流閉鎖方案。

A相差動(dòng)速斷-----

圖2—3具*巳次諧波施碓壓:*聆■卜輯圖—差動(dòng)速斷出口

c相差動(dòng)速曲第三節(jié)的勵(lì)磁涌流分析

JI

眾所周一上疫狂器的原邊和平邊是通過(guò)電磁耦合的。所以變壓器在工作時(shí)一定有勵(lì)

磁電流存在遂講此電流織4電源側(cè)存因此會(huì)在差動(dòng)保護(hù)中產(chǎn)生不平衡電流，但是一

I----------1廠口1——-ra,___________

一般的大型區(qū)分慢4舞港演戚L作時(shí)，勵(lì)磁電約為額星電流的:J%一說(shuō)河以叫好評(píng)

不|A相二次諧波-----