发变组保护原理组成及原理.ppt

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1、发变组保护原理、组成及运行操作 王玉姣,继电保护的任务1）发生故障时，自动、迅速、有选择性的将故障设备从系统中切除，以保证非故障设备继续正常运行。此外，防止故障设备继续遭到破坏。2）反应电气设备的不正常工作状态。根据不正常工作状态的种类和设备运行维护的条件，动作发出信号，减负荷或跳闸，反应不正常工作状态的继电保护允许带一定的延时动作。,一、发变组系统保护概述,发电机组是电力系统中最主要的设备，大容量机组在系统中的地位举足轻重，如何保障发电机在电力系统中的安全运行，就显得非常重要。由于大容量机组一般采用直接冷却技术，体积和质量并不随容量成比例增大，从而使得大型发电机各参数与中小型发电机已大不相同

2、，因此故障和不正常运行时的特性也与中小型机组有了较大差异，给保护带来复杂性。,大型发电机组与中小型发电机组相比，主要不同点表现在：1）短路比减小，电抗增大。大型发电机的短路比大约减小到0.5左右，各种电抗都比中小型发电机大。因此大型发电机组的短路水平反而比中小型机组的短路水平低，这对继电保护是十分不利的。发电机电抗的增大还使其平均异步转矩减低，约从中小型发电机的23倍额定值减至额定值左右。于是失磁后异步运行时滑差增大，一方面要从系统吸取更多的无功功率，对系统稳定运行不利，另一方面也容易引起发电机本体的过热。2）时间常数增大。大型发电机组定子回路时间常数和比值显著增大，短路时定子非周期电流的衰减

3、较慢，整个短路电流偏移在时间轴一侧若干工频周期，使电流互感器更容易饱和，影响大机组保护正确工作。,3）惯性时间常数降低。大容量机组的体积并不随容量成比例地增大，有效材料利用率提高，其直接后果是机组的惯性常数H明显降低，600MW发电机的惯性时间常数在1.75左右，在扰动下机组更易于发生振荡。4）热容量降低。中小型发电机组定子绕组在1.5倍额定电流下允许持续运行2min，转子励磁绕组在2倍额定电流下允许持续运行30s；而330MW机组在同样的工况下，只能持续运行30s和10s。过流能力随着容量的增加而显著下降，负序过电流能力I2t值对中小型机组为30左右，而330MW机组则减小到4.0。,二、保

4、护配置原则1.330MW发电机组的配置原则应以能可靠地检测出发电机可能发生的故障及不正常运行状态为前提，同时在继电保护装置部分退出运行时，不影响机组的安全运行。在对故障进行处理时，应保证满足机组和系统两方面的要求，因此，主保护应双重化。2.关于后备保护，发电机、变压器已有双重主保护甚至已超双重化配置，本身对后备保护已不做要求，高压主母线和高压线路主保护也都实现了双重化，并设置了开关失灵保护，因此，可只设简单的保护来作为相邻母线和线路的短路后备，对于大型机组继电保护的配置原则是：加强主保护（双重化配置），简化后备保护。,3.继电保护双重化配置的原则是：两套独立的CT、PT检测元件，两套独立的保护

5、装置，两套独立的开关跳闸机构，两套独立的控制电缆，两套独立的蓄电池供电。根据继电保护和安全自动装置技术规程DL400-91及相关反措要求，我公司发电机变压器组、高厂变、励磁变压器、#2启备变等主设备保护按全面双重化（即主保护和后备保护均双重化）配置。,三、发电机主要故障、异常，应配保护1、定子绕组的相间短路发电机定子绕组发生相间短路若不及时切除，将烧毁整个发电机组，引起极为严重的后果，必须有二套或两套以上的快速保护反应此类故障。对于相间短路，国内外均装设纵联差动保护装置，瞬时动作于全停。2、定子绕组匝间短路单机容量的增大，汽轮发电机轴向长度与直径之比明显加大，这将使机组运行中振动加剧，匝间绝缘

6、磨损加快，有时还可能引起冷却系统的故障，因此应装设灵敏的匝间短路保护。目前为止，反应发电机定子匝间短路的保护有：单元件横差保护、负序功率方向保护、纵向零序电压保护和转子二次谐波电流保护。,3、定子单相接地定子绕组的单相接地（定子绕组与铁芯间的绝缘破坏）是发电机最常见的一种故障，定子故障接地电流超过一定值就可能造成发电机定子铁芯烧坏，而发电机单相接地故障往往是相间或匝间短路的先兆，大型发电机在系统中的地位重要，铁芯制造工艺复杂、造价昂贵，检修困难，所以对于大型发电机的定子接地电流大小和保护性能提出了严格的要求。为保证大型发电机的安全，中性点经配电变压器高阻接地的330MW机组必须使定子接地保护动

7、作于发电机故障停机。,4、失磁发电机低励（表示发电机的励磁电流低于静稳极限所对应的励磁电流）或失磁，是常见的故障形式。发电机低励或失磁后，将过渡到异步发电机运行状态，对电力系统和发电机本身危害极大。汽轮发电机组有一定的异步运行能力，如东方电机厂生产的330MW汽轮机组在失磁后允许40%负荷持续运行15min。对于汽轮发电机，失磁后还可以采取另一种措施，即监视母线电压，当电压低于允许值时，为防止电力系统发生振荡或造成电压崩溃，迅速将发电机切除；当电压高于允许值时，则不应当立即把发电机切除，而是首先采取降低原动机出力等措施，并随即检查造成失磁的原因，予以消除，使机组恢复正常运行，以避免不必要的事故

8、停机。如果在发电机允许的时间内，不能消除造成失磁的原因，则再由保护装置或由操作人员手动停机。,在我国电力系统中，就有过多次10300MW机组失磁之后用上述方法避免事故停机的事例。通过大量研究并试验，证明容量不超过800MW的二极汽轮发电机若失磁机组快速减载到允许水平，只要电网有相应无功储备，可确保电网电压，失磁机组的厂用电保持正常工作的情况，失磁机组在允许情况下可不跳闸，尽快恢复励磁。应当明白一点，发电机低励产生的危害比完全失磁更严重，原因是低励时尚有一部分励磁电压，将继续产生剩余同步功率和转矩，在功角0360的整个变化周期中，该剩余功率和转矩时正时负地作用在转轴上，使机组产生强烈的振动，功率

9、振荡幅度加大，对机组和电力系统的影响更严重。此情况下一般失步保护会动作，如果失步保护未动作，出于大机组的安全考虑，应迅速拉开灭磁开关。,5、转子接地故障转子绕组绝缘破坏常见的故障形式有两种：转子绕组匝间短路和励磁回路一点接地。转子一点接地对汽轮发电机组的影响不大，一般允许继续运行一段时间。发电机组发生一点接地后，转子各部分对地电位发生变化，比较容易诱发两点接地，汽轮发电机一旦发生两点接地，其后果相当严重，由于故障点流过相当大的故障电流而烧伤转子本体；由于部分绕组被短接，励磁绕组中电流增加，可能因过热而烧伤；由于部分绕组被短接，使气隙磁通失去平衡，从而引起振动。励磁回路两点接地，还可使轴系和汽机

10、磁化。励磁回路两点接地，即使保护正确动作，从防止汽缸和大轴磁化方面来看，已为时晚矣。以往事故证明：一台30万千瓦汽轮发电机，因励磁回路两点接地使大轴和汽缸磁化，为退磁停机需一个月以上，姑且不论检修费用和对国民经济造成的间接损失，仅电能损失就上千万元。励磁回路发生两点接地故障引起的后果非常复杂，处理麻烦。,近年来，大型汽轮发电机装设一点接地保护已属定论，国内外均无异议。但在一点接地保护动作于信号还是动作于跳闸的问题上，存在着不同的看法。主张动作于信号者，则考虑装设两点接地保护；主张动作于停机者，则认为不必再装设两点接地保护，这有利于避免发生汽机磁化。另外，由于目前尚缺少选择性好、灵敏度高、经常投

11、运且运行经验成熟的励磁回路两点接地保护装置，所以也有不装设两点接地保护的意见，进口大型机组，很多不装两点接地保护。ABB公司的UN5000型励磁系统中带有电桥式转子接地保护装置，他们对转子接地保护的设计思想是：当励磁回路绝缘电阻下降到一定值时报警，当绝缘电阻继续下降至一定值时，保护即动作切除发电机组，以防止发生两点接地导致灾难性事故。,6、定子对称过负荷发电机对称过负荷通常是由于系统中切除电源；运行出现短时冲击性负荷；大型电动机自起动；发电机强行励磁；失磁运行；同期操作及振荡等原因引起的。实际上对称过负荷保护，就是定子绕组对称过流保护。对于发电机过负荷，即要在电网事故情况下充分发挥发电机的过负

12、荷能力，以对电网起到最大程度的支撑作用，又要在危及发电机安全的情况及时将发电机解列，防止发电机的损坏。一般发电机都给出过负荷倍数和相应的持续时间。对于330MW汽轮发电机，发电机具有一定的短时过负荷能力，从额定工况下的稳定温度起始，能承受1.3倍额定定子电流下运行至少一分钟。大型发电机定子过负荷保护，根据发电机过负荷能力，一般由定时限和反时限两部分组成。,概念解释：保护启动后出口动作时间是固定的整定时间，称为定时限过电流保护。出口动作时间与过电流倍数相关，电流越大，出口动作越快，成为反时限过电流保护。,7、定子不对称过负荷（转子表层负序过负荷）发电机不对称运行时，为防止发电机的转子遭受负序电流

13、的损伤，大型汽轮发电机都要求装设比较完善的负序电流保护，因为他保护的对象是发电机转子，是转子表层负序发热的唯一主保护，因此，习惯上称它为发电机转子表层负序过负荷保护，它由定时限和反时限两部分组成。发电机转子长期承受负序电流的能力和短时承受负序电流发热的能力，是整定负序电流保护的依据。,8、励磁回路过负荷和定子绕组相同，大型发电机励磁绕组的热容量和热时间常数也相对较小，在发电机过励限制器失灵或强励动作后返回失灵时，为了使发电机励磁绕组不致过热损坏，300MW及以上发电机应装设定时限和反时限励磁绕组过负荷保护，后者作用解列灭磁。应该指出，现代自动调整励磁装置，针对发电机的各种工况，都设有比较完善的

14、励磁限制环节，为防止励磁绕组过电流，设有过励限制器，与励磁绕组过负荷保护有类似的功能，其可靠性由励磁调节器的性能来保证。,注：三套反时限保护的作用：此三套过负荷保护，是发电机安全运行的一道屏障，在灵敏度和延时方面，都不考虑与其他短路保护相配合，发电机的发热状况，是其整定的唯一根据，用于在各种异常运行情况下保障机组的安全。定子过负荷、转子表层负序过负荷、励磁回路过负荷三套反时限保护有各自明确的保护职责，特别是负序电流反时限保护，它是转子表层负序发热的唯一主保护，完全由发电机的转子安全来决定它的动作延时大小。经实例计算，利用上述反时限电流保护，外部远处短路时动作往往太慢，外部近处短路时动作又可能太

15、快，不符合后备保护选择性要求。对于大机组已有双重主保护，两套主保护互为快速后备，并且配备专用的后备保护，利用此三套反时限保护来兼作后备保护的现实意义不大。,9、过电压运行实践中，大型汽轮发电机出现危及绝缘安全的过电压是比较常见的现象。当满负荷下突然甩去全部负荷，电枢（定子）反应突然消失，由于调速系统和自动调整励磁装置都是由惯性环节组成，转速仍将上涨，励磁电流不能突变，使得发电机电压在短时间内也要上升，如果没有自动电压调节器，或励磁系统在手动方式运行，恒励磁电流调节，则电压继续上升，其值可能达到1.31.5倍额定值，持续时间可能达到数秒，甩负荷将导致严重的发电机电压升高。发电机主绝缘的工频耐压水

16、平，一般为1.3倍额定电压持续60S，而实际过电压的数值和持续时间可能超过试验电压和允许时间，因此，对发电机主绝缘构成了直接威胁。ABB的UN5000型励磁调节器在发电机开关断开时，将励磁电流调节器的给定值复归到空载励磁电流值（824.2A）。尽管这样，还是不能完全避免发电机定子过电压的发生。由于上述原因，对于200MW及以上的大型汽轮发电机，国内外都无一例外地装设过电压保护，保持动作电压为1.3Un，经0.5S延时作用于励磁开关、主开关掉闸。,10、过励磁由于发电机或变压器发生过励磁故障时，并非每次都造成设备的明显破坏，往往容易被人忽视，但是多次反复过励磁，将因过热而使绝缘老化，降低设备的使

17、用寿命。对于发电机，当过励倍数 1时，要遭受过励磁的危害，主要表现在发电机定子铁芯背部漏磁场增强，在定子铁芯的定位筋中感应电势，并通过定子铁芯构成闭路，流过电流，不仅造成严重过热，还可能在定位筋和定子铁芯接触面造成火花放电，这对氢冷发电机组十分不利。发电机的允许过励磁倍数一般低于变压器过励磁倍数，更易遭受过励磁的危害，因此，大型发电机需装设完善的过励磁保护。对于发电机出口装设开关的发电机变压器组，为了在各种运行方式下二者都不失去保护，发电机和变压器的过励磁保护应分开设置。,发电机运行中，有以下原因造成过励磁：1）发电机与系统并列之前，由于操作错误，误加大励磁电流引起过励磁，如由于发电机PT断线

18、造成误判断。2）发电机启动过程中，发电机随同汽轮机转子低速暖机，若误将电压升至额定值，则因发电机低频运行而导致过励磁。3）在切除机组的过程中，主汽门关闭，出口开关断开，而灭磁开关拒动。此时汽轮机惰走转速下降，自动励磁调节器力求保持机端电压等于额定值，使发电机遭受过励磁。4）发电机出口开关跳闸后，若自动励磁调节装置手动运行或自动失灵，则电压与频率均会升高，但因频率升高较慢引起发电机过励磁。,11、频率异常频率降低对发电机有许多不利影响，当发电机频率低于额定值一定范围时，发电机的输出功率应降低，功率降低一般与频率降低成一定比例，在低频运行时发电机如果发生过负荷，会导致发电机的热损伤，但限制汽轮发电

19、机组低频运行的决定性因素是汽轮机，而不是发电机。频率异常保护主要用于保护汽轮机，防止汽轮机叶片及其拉金的断裂事故。汽轮机的叶片，都有一自振频率f v，如果发电机运行频率升高或者降低，当f v kn 7.5 Hz 时叶片将发生谐振，（其中k为谐振倍率，k=1，2，3，n为转速（r/min）。），叶片承受很大的谐振应力，使材料疲劳，达到材料所不允许的限度时，叶片或拉金就要断裂，造成严重事故。材料的疲劳是一个不可逆的积累过程，所以汽轮机都给出在规定的频率下允许的累计运行时间。,从对汽轮机叶片及其拉金影响的积累作用方面看，频率升高对汽轮机的安全也是有危险的，所以从这点出发，频率异常保护应当包括反应频率

20、升高的部分。但是，一般汽轮机允许的超速范围比较小；在系统中有功功率过剩时，通过机组的调速系统作用、超速保护，以及必要切除部分机组等措施，可以迅速使频率恢复到额定值；而且频率升高大多数是在轻负荷或空载时发生，此时汽轮机叶片和拉金所承受的应力，要比低频满载时小得多，所以一般频率异常保护中，不设置反应频率升高的部分，而只包括反应频率下降的部分，并称为低频保护。,12、发电机与系统之间失步（失步保护）对于大机组和超高压电力系统，发电机装有快速响应的自动调整励磁装置，并与升压变压器组成单元接线，送电网络不断扩大，使发电机与系统的阻抗比例发生了变化。发电机和变压器阻抗值增加了，而系统的等效阻抗值下降了。因

21、此，振荡中心常落在发电机机端或升压变压器范围内。由于振荡中心落在机端附近，使振荡过程对机组的影响加重。机端电压周期性地严重下降，这点对大型汽轮发电机的安全运行特别不利。因为机炉的辅机都由接在机端的厂用变压器供电，电压周期性地严重下降，将使厂用机械工作的稳定性遭到破坏，甚至使一些重要电动机制动，导致停机、停炉或主辅设备的损坏。对于直吹式制粉系统的锅炉，由于一次风机转速周期性严重下降，可能导致一次粉管中大量煤粉积沉，锅炉也可能濒临灭火，电压回升后，转速又急剧增长，大量煤粉突然涌入炉膛，可能因此而引起炉膛爆燃。,汽轮机转速的暂态上升，随后失步，汽机超速保护动作将调速汽门关闭，直到又恢复同步速为止。这

22、样，就使单元制机组的再热器蒸汽流量的迅速改变，随之而来的是主汽压力和温度的瞬变，直流式锅炉的中间段的大幅改变，炉管承受剧烈的热应力。发电机长时间失步运行，将造成电厂整个生产流程扰乱和破坏，可能造成一些无法预见的后果。失步振荡电流的幅值与三相短路电流可比拟，但振荡电流在较长时间内反复出现，使大型发电机组遭受冲击力和热的损伤，在短路伴随振荡的情况下，定子绕组端部先遭受短路电流产生的应力，相继又承受振荡电流产生的应力，使定子绕组端部出现机械损伤的可能性增加。振荡过程中出现的扭转转矩，周期性作用于机组轴系，使大轴扭伤，缩短运行寿命。对于电力系统来说，大机组与系统之间失步，如不能及时和妥善处理，可能扩大

23、到整个电力系统，导致电力系统的崩溃。,由于上述原因，对于大机组，特别是在单机容量所占比例较大的300MW汽轮发电机，需要装设失步保护，用以及时检出失步故障，迅速采取措施，以保障机组和电力系统的安全运行。为了防止发电机失步和电力系统的振荡，发电厂端往往采取一系列的安全稳定措施，如超高速继电保护、重合闸装置、高起始响应励磁调节器和PSS功率稳定器、联锁切机等。需要提到的是利用DEH的ACC加速度控制快关高、中压调节汽门功能，将可能避免由于短路故障诱发的失步，可能将不稳定振荡转化为稳定振荡，这对于在线稳定机组将大有好处。因此，对于稳定振荡，发电机也没有必要跳闸。当振荡中心落于机端附近时，对于从机端取

24、用励磁电源的自并激励磁方式发电机组将非常不利，失步将导致发电机失磁，使事故来得更为复杂。因此，当检测到振荡中心落在发电机变压器内部时，失步保护应动作于全停。,13、误上电（盘车状态下误合闸）发电机在盘车过程中，由于出口开关误合闸，突然加上三相电压，而使发电机异步启动的情况，在国外曾多次出现过，它能在几秒钟内给机组造成损伤。盘车中的发电机突然加电压后，电抗接近超瞬变电抗，并在启动过程中基本上不变。计及升压变压器的电抗和系统联接电抗，并且在系统联接电抗较小时，流过发电机定子绕组的电流可达34倍额定值，定子电流所建立的旋转磁场，将在转子中产生差频电流，如果不及时切除电源，流过电流的持续时间过长，则在

25、转子上产生的热效应将超过允许值，引起转子过热而遭到损坏。此外，突然加速，还可能因润滑油压低而使轴瓦遭受损坏。因此，对这种突然加电压的异常运行状况，应当有相应的保护装置，以迅速切除电源。对于这种工况，逆功率保护、失磁保护、机端全阻抗保护也能反应，但由于需要设置无延时元件；盘车状态，电压互感器和电流互感器都已退出，限制了其兼作突加电压保护的使用。一般来说，设置专用的误合闸保护比较好，不易出现差错，维护方便。,14、启动和停机时故障（启停机保护）有些情况下，由于操作上的失误或其它原因使发电机在启动或停机过程中产生励磁电流，而此时发电机正好存在短路或其它故障，由于此时发电机的频率低，许多保护继电器的动

26、作特性受频率影响较大，在这样低的频率下，不能正确工作，有的灵敏度大大降低，有的则根本不能动作。鉴于上述情况，对于在低转速下可能加励磁电压的发电机通常要装设反应定子接地故障和反应相间短路故障的保护装置。这种保护，一般称为启停机保护。现在一些微机保护装置都有频率自适应（跟踪）功能，保证偏离工频时，特别在发电机在开停机过程（565Hz），不影响保护的灵敏度。因此没有必要再装设启停机保护。,15、逆功率汽轮机在其主汽门关闭后，发电机变为同步电动机运行，从电机可逆的观点来看，逆功率运行对发电机毫无影响。但对于汽轮机，其转子将被发电机拖动保持3000r/min高速旋转，叶片将和滞留在汽缸内的蒸汽产生鼓风磨

27、擦，所产生的热量不能为蒸汽所带走，从而使汽轮机的叶片（主要是低压缸和中压缸末级叶片）和排汽缸温度急剧升高，使其过热而损坏，一般规定逆功率运行不得超过3min。因此大型机组都要求装设逆功率保护，当发生逆功率时，以一定的延时将机组从电网解列。主汽门关闭后，发电机有功功率下降并变到某一负值，几经摆动之后达到稳态值。发电机的有功损耗，一般约为额定值的1%1.5%，而汽轮机的损耗与真空度及其他因素有关，一般约为额定值的3%4%，有时还要稍大些。因此，发电机变电动机运行后，从电力系统中吸收的有功功率稳态值约为额定值的4%5%，而最大暂态值可达到额定值的10%左右。当主汽门有一定的漏泄时，实际逆功率还要比上

28、述数值小些。现代大型机组一般设置两套逆功率保护，一套是常规的逆功率保护。另一套是程序跳闸专用的逆功率保护，用于防止汽轮机主汽门关闭不严而造成飞车危险，当主汽门关闭时用逆功率元件来将机组从电网安全解列。,16、电流互感器二次断线电流互感器二次侧开路后，全部一次电流都用于铁芯的磁化，铁芯深度饱和，二次侧要产生要很高的电压，对于大容量发电机组，由于电流大，磁势大，所以开路电压很高，例如一台25000/5A的电流互感器，二次开路电压幅值将达43000V，这样高的二次电压，如无特殊保护措施，必将损坏互感器二次绕组、二次设备和连接电缆，并危及人身安全。大机组均系封闭母线，发电机电压回路内的电流互感器均装在

29、封闭母线中，一旦遭受破坏，更换困难，要导致很大的停电损失。在实际运行中，电流互感器二次开路事故不能完全杜绝，特别是发电机回路的电流互感器，安装在受振动的坏境中，更不能完全消除开路故障。因此，从安全来看应装设断线保护。发生断线故障时，电流互感器断线保护应当能把二次电压限制在允许范围内，以防止设备遭受破坏，同时发出信号。进一步要求，对一些在二次断线后可能误动作的保护，如差动保护和负序电流保护等，能够实现闭锁。,对于差动保护是否应该设置CT断线闭锁，美国GE公司的观点是：CT断线是属于一次设备发生故障，应该在一次回路中解决，并且CT断线闭锁功能将降低差动保护的可靠性。所以CT断线后应该尽快处理，而不

30、是闭锁保护出口。GE公司的差动保护的动作电流整定值都小于额定电流，差动保护设备不设断线闭锁功能，CT断线后，差动保护继电器将发出跳闸指令。为了防止断线，GE公司采取的措施是：CT的每相用2-3芯，两端都用2-3个端子并接。,四、主变故障、异常，应配保护变压器和发电机与高压输电线路元件相比，故障几率比较小，但其故障后对电力系统和发电厂的正常生产影响很大。对于超大容量三相一体式主变，本身结构复杂、造价昂贵、运输检修困难，如果发生故障不能及时消除，将会造成电网冲击、变压器的严重损坏，不仅给电厂造成巨大的经济损失，而且在很长时间内给电网造成巨大的负荷缺口压力。,1、相间短路这是变压器最严重的故障类型。

31、它包括变压器箱体内部的相间短路和引出线（从套管出口到电流互感器之间的电气一次引出线）的相间短路。由于相间短路给电网造成巨大冲击，会严重地烧损变压器本体设备，严重时使得变压器整体报废，因此，当变压器发生这种类型的故障时，要求差动保护瞬时切除故障。2、接地（或对铁芯）短路显然这种短路故障只会发生在中性点接地的系统一侧。对这种故障的处理方式和相间短路故障是相同的，但同时要考虑接地短路发生在中性点附近时的灵敏度。3、匝间或层间短路对于大型变压器，为改善其冲击过电压性能，广泛采用新型结构和工艺，匝间短路问题显得比较突出。当短路匝数少，保护对其反应灵敏度又不足时，在短路环内的大电流往往会引起铁芯的严重烧损

32、。如何选择和配置灵敏的匝间短路保护，对大型变压器就显得比较重要。,4、铁芯局部发热和烧损由于变压器内部电磁场分布不均匀、制造工艺水平差、绕组绝缘水平下降、铁芯绝缘损坏、铁芯两点接地等因素，会使铁芯局部发热和烧损，继而引发更严重的相间短路。因此，应检测这类故障并及时采取措施。变压器内部故障的保护，目前普遍采用差动保护和瓦斯保护。这些保护各有所长，也各有其不足。瓦斯保护能反应铁芯局部烧损、绕组内部断线、绝缘逐渐老化、油面下降等故障，但对变压器外部引线短路不能反应，对绝缘突发性击穿的反应不及差动保护快，而且在地震预报期间和变压器新投入的初始阶段等，瓦斯保护不能投跳闸。新型差动保护虽然在灵敏度、快速性

33、方面大有提高，但对上述的部分故障不能反应。例如，对于有的变压器内部发生一相断线差动保护就不能动作，瓦斯保护则可通过开断处电弧对绝缘油的作用而反应出来。,5、变压器过负荷变压器有一定的过负荷能力，但若长期过负荷下运行，会加速变压器绕组绝缘的老化，降低绝缘水平，缩短使用寿命。单侧单源的三绕组降压变压器，三侧绕组容量不同时，在电源侧和容量较小的的绕组侧装设过负荷保护。对于发电机变压器组，发电机比变压器的过负荷能力低，一般发电机已装设对称和不对称过负荷保护，故变压器可不再装设过负荷保护。6、变压器过电流过电流一般是由于外部短路后，大电流流经变压器而引起的。如果不及时切除，变压器在这种电流下会烧损，一般

34、要求和区外保护配合后，经延时切除变压器。7、变压器零序过流中性点接地的变压器发生内部接地故障或外部接地故障，均会使中性点流过零序电流，变压器零序保护能反应这种故障，有选择地将变压器切除，将故障点隔离。,8、变压器过激磁变压器和发电机发生过激磁的机理一样，电压的升高和频率的降低均可导致磁密B的增大，当超过变压器的饱和磁密时，变压器即发生过激磁。现代型变压器，额定工作磁密Be=1.71.8T，饱和磁密Bs=1.92.0T，两者相差已不大，很容易发生过激磁。变压器的铁芯饱和后，铁损增加，使铁芯温度上升。铁芯饱和后还要使磁场扩散到周围的空间中去，使漏磁场增强。靠近铁芯的绕组导线、油箱壁以及其他金属结构

35、件，由于漏磁场而产生涡流，使这些部位发热，引起高温，严重时要造成局部变形和损伤周围的绝缘介质。现代某些大型变压器，当工作磁密达到额定磁密的1.31.4倍时，励磁电流的有效值可达到额定负荷电流的水平。由于励磁电流是非正弦波，含有许多高次谐波分量，而铁芯和其它金属构件的涡流损耗与频率的平方成正比，所以发热严重。,与系统并列运行的变压器，导致过激磁的原因有以下几种：1）电力系统由于发生事故而被分割解列之后，某一部分系统中因甩去大量负荷使变压器电压升高，或由于发电机自励磁引起过电压。2）由于发生铁磁谐振引起过电压，使变压器过励磁。3）由于分接头联接不正确，使电压过高引起过励磁。4）进相运行的发电机跳闸

36、或系统电抗器的退出。为了正确地设计过励磁保护，必须了解变压器的过励磁倍数曲线。,9、变压器冷却器故障对于强迫油循环风冷和自然油循环风冷变压器，当变压器冷却器故障时，变压器散热条件急剧恶化，导致变压器油温和绕组、铁芯温度升高，长时间运行会导致变压器各部件过热和变压器油劣化。规程规定：变压器满载运行时，当全部冷却器退出运行后，允许继续运行时间20分钟，当油面温度不超过75时，允许上升到75，但变压器切除冷却器后允许继续运行1小时。10、油面下降变压器油位下降使液面低于变压器钟罩顶部，变压器上部的引线和铁芯将暴露于空气下，会造成变压器引线闪络，铁芯和绕组过热，造成严重事故。故应在变压器油位下降到危险

37、液面前发出信号，通知值班员及时处理。,五、#5、6发电机变压器保护综述我公司拟采用RCS985数字式发电机变压器保护装置，适用于大型汽轮发电机、水轮发电机、燃汽轮发电机等类型的发电机变压器组单元接线及其他机组接线方式，并能满足电厂自动化系统的要求。RCS985提供一个发电机变压器单元所需要的全部电量保护，保护范围：主变压器、发电机、高厂变、励磁变。对于一个大型发变组单元，配置两套RCS-985保护装置，可以实现主保护、异常运行保护、后备保护的全套双重化，操作回路和非电量保护装置独立组屏。两套RCS-985取不同组TA，主保护、后备保护共用一组TA，出口对应不同的跳闸线圈，因此，具有以下优点：（

38、1）设计简洁，二次回路清晰；（2）运行方便，安全可靠，符合反措要求；（3）整定、调试和维护方便。,1、发变组保护配置方案示意图330MW-220KV发变组按三块屏配置，A、B屏配置两套RCS-985A，分别取自不同的TA，每套RCS-985A包括一个发变组单元全部电量保护。由于主变、厂变等非电量保护回路较多，外部干扰多，因此，非电量保护单独组成C屏。C屏配置非电量保护装置、失灵启动、非全相保护以及220KV断路器操作箱。配置方案示意如下图。发电机主保护有：发电机差动保护、匝间保护和发变组保护。变压器主保护：变压器差动保护、瓦斯保护和发变组保护。,4、发变组保护说明1）发电机差动保护保护作为发电

39、机定子绕组及其出线的相间短路故障的主保护。差动保护瞬时动作于全停。2）发电机定子匝间保护保护作为发电机定子绕组匝间短路故障的主保护。经0.2s延时保护动作于全停,受负序电流闭锁。3）发电机复合电压过流保护作为发电机相间短路故障的后备保护。保护动作后动作于全停。4）发电机100%定子接地保护保护作为发电机定子绕组单相接地故障保护。保护动作出口，延时0.5s动作于发信号或全停。基波零序电压保护发电机8595的定子绕组单相接地。三次谐波电压比率判据只保护发电机中性点25左右的定子接地，机端三次谐波电压取自机端开口三角零序电压，中性点侧三次谐波电压取自发电机中性点TV。发电机中性点附近是否可能首先发生

40、接地故障,过去曾有过两种不同的观点,一种观点认为发电机定子绕组是全绝缘的(中性点和机端的绝缘水平相同),而中性点的运行电压很低,接地故障不可能首先在中性点附近发生。另一种观点则认为,如果定子绕组绝缘的破坏是由于机械的原因,例如水内冷发电机的漏水、冷却风扇的叶片断裂飞出,则完全不能排除发电机中性点附近发生接地故障的可能性。,另外,如果中性点附近的绝缘水平已经下降,但尚未到达定子接地继电器检测出来的程度,这种情况具有很大的潜在危险性。因为一旦在机端又发生另一点接地故障,使中性点电位骤增至相电压,则中性点附近绝缘水平较低的部位,有可能在这个电压作用下发生击穿,故障立即转为严重的相间或匝间短路,我国一

41、台大型水轮发电机,在定子接地保护的死区范围内发生接地故障,后发展为相间短路,致使发电机严重损坏。鉴于现代大型发电机在电力系统中的重要地位及其制造工艺复杂、铁芯检修困难,故要求装设100%的定子接地保护,而且要求在中性点附近绝缘水平下降到一定程度时,保护就能动作。5）发电机对称过负荷保护作为由于发电机过负荷引起的发电机定子绕组过电流故障保护。保护由定时限和反时限两部分组成，定时限部分动作后经9s延时动作于信号或减出力。反时限部分经0.5s延时动作于程序跳闸和启动失灵。6）发电机不对称过负荷保护保护作为发电机不对称过负荷及区外不对称短路故障的后备保护。保护由定时限和反时限两部分组成，定时限部分动作

42、后经9s延时动作于信号或减出力。反时限部分经0.5s延时动作于程序跳闸和启动失灵。,7）发电机失磁保护保护作为发电机励磁电流异常下降或完全消失的失磁故障的保护。并具备断线闭锁功能，PT断线发信号。a)满足定子阻抗静稳判据，转子低电压判据，但系统母线电压未低于允许值，经t0动作于减出力。当机端电压低于允许值时，t1动作于切换厂用电。b)满足定子阻抗静稳判据、转子低电压判据、母线电压低于允许值，当机端电压低于允许值时，经延时t2动作于解列。c)满足定子阻抗静稳判据，转子低电压判据时，经长延时t3动作于解列。8）发电机失步保护发电机失步保护作为发电机失步运行异常状态保护。保护动作于全停。9）发电机逆

43、功率保护发电机逆功率保护作为发电机变为电动机运行的异常运行状态保护。发电机逆功率保护动作,设两段延时，经1s延时动作于信号，经1min延时动作于解列灭磁。10）发电机程序跳闸逆功率保护设一段延时，动作于解列灭磁。,11）过激磁保护过励磁保护作为发电机由于过激磁而导致硅钢片烧损或金属部分严重过热的保护。该保护由低定值和高定值二部分构成。低定值部分经9s延时发信号或降低励磁电流。高定值部分动作于程序跳闸。12）发电机过电压保护作为发电机定子绕组的异常过电压，当发电机端电压高于额定值的30%时，延时0.5s保护动作于全停。13）发电机起停机保护具有发电机无励磁状态下定子绝缘降低检测功能，测量原理与频

44、率无关。保护经1s延时动作于全停。14）发电机定子冷却水中断保护发电机定子绕组采用水直接冷却方式，严禁在不水的情况下加励磁，如运行中冷却水压力，流量均低于整定值时，经2延时发出“发电机断水”信号，经25延时动作全停，不启动失灵。15）转子一点接地保护作为发电机转子单相接地故障保护，保护经9S延时动作于信号。16）发电机转子二点接地保护保护受转子一点接地保护闭锁，发生一点接地保护后保护自动投入，经0.5S延时动作于全停。17）发电机热工保护保护动作于全停。,18）发电机低频保护发电机低频保护作为发电机在低于额定频率下带负载运行的保护。当发电机频率降低到47.5Hz时延时66s和当发电机频率降低到

45、47Hz时延时11s均动作于信号，低频保护受主开关辅助接点控制，发电机并网后低频保护才投入运行19）主变差动保护此保护作为主变压器绕组内部、出线套管及引出线短路故障的主保护。保护瞬时动作于全停。20）主变瓦斯保护a)主变重瓦斯保护，瞬时动作于全停，不启动失灵。重瓦斯保护能切换至信号。b)主变压器轻瓦斯保护，动作于信号。它是主变内部故障的主保护，其中轻瓦斯反映油面下降或空气进入，重瓦斯反映内部故障。注意：主变差动保护与主变瓦斯保护不能同时退出运行。21）主变零序保护用于主变中性点直接接地运行时的后备保护。保护采用二段四延时，It1、IIt3跳220kV母联开关，It2、IIt4动作于全停。,22

46、）主变中性点间隙零序电压、电流保护用于主变中性点经放电间隙接地运行时的后备保护。保护反应零序电压及间隙放电电流，保护的零序电压取自220kV母线电压互感器的开口三角形绕组，间隙放电电流取自中性点间隙下引接线上的电流互感器。保护经0.3s延时动作于全停。23）主变冷却器全停主变通风由主变高压侧B相电流启动，启动通风接点能接至强电回路。主变通风故障分两段，经9s延时动作于信号，若顶层油温75，延时60分钟；若顶层油温75，延时20分钟，动作于全停但不启动失灵。24）主变220kV断路器非全相当发生非全相合闸或跳闸时，由于造成三相负荷不平衡，负序电流在转了表面感应出涡流，保护转子不致发热损坏的保护装

47、置。220kV断路器非全相保护采用负序电流和断路器二相位置不一致辅助触点组成，保护动作三段延时，经0.5s延时全停但不启动失灵，经0.8s延时解除电压闭锁，经1.1s延时启动失灵。,25）主变220kV断路器失灵保护动作二段延时，经 0.5s延时解除失灵保护复压闭锁回路,经0.8s延时启动220kV失灵。26）主变油温高、绕组温度高、压力释放保护或油位异常均动作于信号。27）高厂变差动保护高厂变内部至6kV工作母线进线CT范围内发生相间故障的主保护，保护动作于全停。28）高厂变瓦斯保护它是高厂变内部故障的主保护，其中轻瓦斯反映油面下降或空气进入而动作，重瓦斯根据瓦斯继电器油流流速而动作，反映内

48、部故障。a)重瓦斯保护，瞬时动作于全停，不启动失灵。重瓦斯保护能切换至信号。b)轻瓦斯保护，动作于信号。,29）高厂变复压过流保护此保护作为高厂变主保护的后备保护。保护由高厂变低压侧各绕组的复合电压（低电压和负序电压）和高压侧过电流共同构成，经1.7s延时动作于全停。30）高厂变A（B）分支限时速断保护高压厂变低压分支限时速断保护是6kV厂用母线故障时的保护，经0.5s延时动作于本分支，并闭锁厂用电切换。31）高厂变A（B）分支过流保护高厂变低压侧分支过流保护作为本侧绕组过负荷保护，并作为6kV高压电动机及低压厂变的后备保护。经1.4s延时动作于A（B）分支断路器跳闸，并闭锁厂用电切换。32）

49、高厂变低压侧A（B）分支零序电流保护高厂变零序电流保护作为高压厂变和6kV厂用母线发生单相接地的保护，经1.0s延时动作于A（B）分支断路器跳闸，并闭锁厂用电切换。经1.5s延时动作于全停。33）高厂变油温高、高厂变冷却器全停、绕组温度高、压力释放保护或油位异常均动作于信号。,34）主变、高厂变、#02启备变通风主变、高厂变、#02启备变以电流为判据启动冷却装置的保护。35）励磁变速断保护励磁变速断保护动作于全停。36）励磁变过流保护励磁变过流保护延时经1s动作于全停。37）励磁变差动保护励磁变差动保护动作于全停。38）励磁变过负荷保护励磁变过负荷保护延时经5s动作于信号。39）励磁变温度高励磁变温度高达120报警，高达140动作于全停，不启动失灵。,发变组保护运行规定：发电机误上电，启停机保护应在机组并网后退出，解列后投入。#5.6主变放电间隙零序保护应在拉开主变中性点刀闸后投入，合主变中性点接地刀闸前退出。双重化配置的两套发变组保护（含启备变），因一次系统运行方式变化、试验、公共回路有问题等需要投入、退出某保护是，两套保护屏应同时投入、退出。若因单个保护屏有问题需投入、退出保护时，只需将该屏的某保护投入、退出。发电机差动、主变差动、高厂变差动、发变组差动CT断线等信号,谢谢,