电气主设备保护

111电气主设备继电保护华北电力大学张举212目录绪论大机组的特点及其保护配置第一章发电机的继电保护第一节发电机的故障和不正常运行状态及配置的保护方式第二节发电机的纵联差动保护第三节发电机的匝间短路保护第四节发电机的定子绕组单相接地保护第五节发电机的失磁保护第六节发电机的后备保护第二章电力变压器的继电保护第一节电力变压器的故障、不正常运行状态及配置的保护方式第二节变压器的差动保护第三节变压器的励磁涌流分析第四节变压器的接地保护第三章母线的继电保护第一节概述第二节母线的电流差动保护第三节电流比相式母线保护和母联相位差动保护第四节微机型母线保护第五节断路器失灵保护313绪论大机组的特点及其保护配置一发电机单机容量增大，主变容量增加发电机单机容量：100MW，200MW，300MW，600MW，800MW，1300MW变压器容量：120MVA，240MVA，360MVA，720MVA（一）设计方参数方面1材料利用率高2GD的绝对值增加，但与容量的比值减小，产生以下影响。（1）惯性时间常数减小。3221074.2SnGDHH为机组从0加速到1时所需的时间。PCOSS2GDHMW10085.06.1171372.2MW20085.0235234.2MW60085.0705497.1（2）发电机结构紧凑，热容量减小。PC减小。C—瓦.秒/0C；P—损耗。定子绕组：eI5.1时，中小机组可运行2分钟。而600MW机组仅可运行30秒。转子绕组：eI2时，中小机组可运行30秒。而600MW机组仅可运行10秒。（3）发电机承受负序电流的能力降低。tIK2*2值减小。中小机组：水轮机组；40汽轮机组30大机组：汽轮机组42发电机参数方面（1）dX增大，中小机组：1.7；600MW机组：2.5~2.7。稳态短路电流值减小。影响发电机后备保护的灵敏度。（2）dX增大，功率极限下降，稳定储备降低。%100eemchPPPK（3）dX增大，发电机的平均异步转矩下降，发电机异步运行的滑差S增大，从系统吸收的无功增加。（4）'dX增大，维持发电机额定电压所需的励磁电流增大。由于突然甩负荷引起的过414电压、过励磁严重。（5）''dX增大，中小机组：0.125~0.15；600MW机组：0.3~0.4。短路电流的周期分量减小。主保护灵敏度降低。（6）大机组的X增大，R减小，定子绕组时间常数增大，短路电流中的非周期分量衰减慢。（二）结构工艺方面1大机组的冷却方式复杂，大多数采用水—氢—氢方式。通风槽结构复杂，发生故障后修复困难。2大机组轴向长度与直径的比明显增大，运行时的振动加剧。匝间的绝缘磨损快，容易发生匝间短路。3大机组的并联分支多，尤其是水轮发电机。中性点引出方式复杂。水轮发电机多采用分布中性点，汽轮发电机的中性点难于引出六个抽头，给匝间保护的实现带来困难。（三）运行方面1大机组的励磁系统复杂，可靠性较低。发生过电压，失磁故障的几率增加。2采用自并励系统的发电机，应考虑故障后短路电流快速衰减的问题。3发生异常运行的工况多，例如逆功率，低频、非全相、误上电等。4采用发电机变压器组的接线方式，发电机变压器之间无断路器，机端故障和发电机失磁后使厂用电电压严重下降。各型机组额定电流)(MWP100200300600800)(MVAS6.117235353667889COS85.085.085.00.90.9)(KVUe5.1075.15182024)(KAIe46.66.83.1119.2421.38二大机组保护的配置加强主保护，适当简化后备保护。最大限度保证机组的安全可靠运行。保护的类型可分为：主保护、后备保护、异常运行保护、非电量保护。保护方案：小机组：采用单主、单后备方式。中等机组：双主、单后备方式。大机组：双主、双后备方式。保护的动作对象：高压侧断路器、母联断路器、灭磁开关、厂用变压器低压侧断路器。保护还需提供的出口：515关主汽门（水轮发电机关导水翼）、减励磁、切换厂用电、起动失灵。保护的跳闸方式：（1）全停：跳高压侧断路器、灭磁、跳厂变低压侧断路器、关主汽门、切换厂用电。（2）解列灭磁：跳高压侧断路器、灭磁、汽机甩负荷。（3）解列；跳高压侧断路器、汽机甩负荷。（4）程序跳闸：对汽轮发电机首先关主汽门，待逆功率后，逆功率保护动作，再跳开发电机断路器并灭磁。对水轮发电机先将导水翼关到空载位置，再跳开发电机断路器并灭磁。（5）减励磁：将发电机的励磁电流减小到给定值。（6）切换厂用电：厂用电由工作电源切换到备用电源。三600MW机组的保护配置方案（一）发电机保护1主保护（1）发电机纵联差动保护（比率制动、标积制动、突变量差动）（2）发电机的定子绕组匝间短路保护高灵敏度横差保护、裂相横差保护、纵向零序电压匝间保护、工频变化量方向匝间保护。（3）100%定子绕组一点接地保护；基波零序电压保护、三次谐波电压保护；（4）转子绕组两点接地保护；2后备保护（1）定子绕组定、反时限过流过负荷保护（2）转子绕组定、反时限负序过流过负荷保护（3）复合电压闭锁的过电流保护（电流可带记忆）（4）阻抗保护3异常运行保护（1）转子绕组一点接地保护（2）失磁保护（3）失步保护（4）定、反时限过励磁保护（5）过电压保护（6）低频保护（7）过频保护（8）逆功率保护616（9）程序跳闸逆功率保护（10）误上电保护（11）断口闪络保护（12）起、停机保护（13）轴电流、轴电压保护（二）变压器保护1主保护（1）发电机变压器组差动保护（2）变压器差动保护2后备保护（1）主变高压侧复合电压过流保护（2）主变高压侧零序电压、电流保护零序电流保护、零序电压保护、间隙零序电流保护、间隙零序电压保护（3）主变高压侧阻抗保护（4）主变中压侧复合电压过流保护（5）主变中压侧零序电流保护零序电流保护、零序电压保护、间隙零序电流保护、间隙零序电压保护（6）主变低压侧零序电压、电流保护（7）主变低压侧后备保护（8）主变压器低压侧接地零序报警（9）主变压器过负荷启动风冷3非电量保护（1）主变压器重瓦斯保护（2）主变压器调压重瓦斯保护（3）主变压器轻瓦斯保护（4）主变压器调压轻瓦斯保护（5）主变压器油温高保护（6）主变压器冷却器故障（7）主变压器压力释放保护（8）变压器绕组温度高保护717第一章发电机的继电保护第一节发电机的故障和不正常运行方式发电机是电力系统中最为重要的电气设备。发电机的故障必将严重影响系统的安全运行和对用户的可靠供电。因此应根据发电机可能发生的故障、不正常运行状态和发电机容量大小配置相应的保护装置。发电机的故障类型主要有：定子绕组：发电机定子绕组及引出线上的相间短路发电机定子绕组的匝间短路发电机定子绕组的单相接地转子绕组：发电机转子绕组的两点接地发电机的不正常运行状态：外部对称短路引起的定子绕组过电流；外部不对称短路引起的负序过电流；发电机失磁、失步、低频、过频、逆功率、过励磁、过电压等发电机的误上电、断口闪络转子绕组的一点接地发电机应配置的保护：按机组的容量大小应配置主保护、后备保护、异常运行保护。1容量在1MW以上的发电机应配置纵联差动保护作为发电机的主保护。2对直接接于母线的发电机定子绕组发生的单相接地故障，当接地时产生的电容电流大于或等于5A时，应装设动作于跳闸的零序电流保护。当接地电容电流小于5A时，应装设动作于信号的接地保护。对发电机变压器组，一般在发电机侧装设反映零序电压的接地保护，保护可作用于信号或跳闸。当该系统的接地电容电流大于5A时，应装设消弧线圈进行补偿。发电机容量在100MW及以上时，应装设保护范围为100%的定子接地保护。3对于发电机定子绕组的匝间短路故障，根据发电机中性点的引出线情况，可分别装设单元件式横差保护；负序功率方向闭锁的纵向零序电压型匝间短路保护，水轮发电机具有多分支时可采用裂相横差保护。4对发电机外部短路引起的过电流应配置后备保护。后备保护的方式有：（1）对于容量小于1MW的发电机可采用简单的过电流保护。容量大于1MW的发电机可采用：（2）复合电压起动的过电流保护。（3）反映对称短路的两段式定时限过电流和反时限过电流保护。818（4）反映不对称短路的两段式定时限负序过电流和反时限负序过电流保护。5对于水轮发电机或大容量的汽轮发电机，由于突然甩负荷引起过电压应装设过电压保护。6对于发电机励磁消失的现象，应装设失磁保护。对于容量较小的水轮发电机可采用灭磁开关联锁断开发电机断路器的方法实现失磁保护。对于容量较大的水轮发电机应装设专门的失磁保护。容量在50MW及以上的汽轮发电机应装设专门的失磁保护。7容量在300MW及以上的发电机应装设失步保护。8对于转子绕组的一点接地应装设转子一点接地保护。保护动作于发信号。对转子绕组的两点接地应装设转子两点接地保护。保护动作于跳闸。9对于大容量的汽轮发电机应装设逆功率和程序跳闸逆功率保护。10大容量发电机还应考虑配置低频保护、过频保护、起停机保护、误上电保护、断口闪络保护等。、11发电机的非电量保护，如采用水冷却的发电机应配置断水保护。919第二节发电机的纵联差动保护一纵联差动保护的基本原理NISI'NI'SIJI图1-1发电机纵联差动保护的单相原理接线图''NSJIII正常运行、区外故障时，机端与中性点的电流是同相位的，且两者大小相等。所以流入继电器的电流为零，保护不动作。区内故障时，若发电机与系统并列运行，忽略各种误差，两侧电流反相位，继电器的电流为两侧短路电流之和。若发电机单独运行，内部故障时继电器的电流为发电机本身提供的短路电流。根据流入继电器的电流大小可判断正常、区外、内部故障。二纵联差动保护的不平衡电流及减小不平衡电流的方法实际上，由于电流互感器存在励磁电流，在正常运行和外部故障时，继电器中的电流不为零，这个电流称为不平衡电流。由互感器的等值电路可知：'ISI'SILH1SLI2UbpII（a）（b）图1-2电流互感器的等值电路及不平衡电流)(1'SLSlSIInI)(1'NLNlNIInI)(1)(1)(1''NLSLlNLSLlNSlNSbpIInIInIInIII所以：不平衡电流是由于两侧的电流互感器的励磁电流产生的。当发生区外短路时，由于短路电流比正常运行电流大的多，故电流互感器会饱和，励磁2LH10110电流增大，不平衡电流也增大。另外，当短路的暂态过程中，短路电流中含有衰减的非周期分量，电流互感器饱和更严重，所以不平衡电流更大。考虑到两侧的电流互感器为同一变比，同样型号，而每个电流互感器的最大幅值误差为10%，所以，不平衡电流的计算公式为：ldwitxfzqbpnIfKKI/max.max.式中：fzqK—非周期分量影响系数。若差动保护采用具有速饱和特性的继电器时可选择为1—1.3。txK—电流互感器的同型系数。取0.5。if—电流互感器的变比误差。取10%。max.dwI—区外短路的最大短路电流。ln—电流互感器的变比。减小不平衡电流方法1对电磁型保护，采用具有速饱和特性的差动继电器，利用其速饱和特性可抑制短路电流中的非周期分量，从而减小不平衡电流；2采用差动保护专用电流互感器，减小互感器的变比误差；3减小电流互感器的二次负载阻抗；4增大电流互感器的变比，例如选择二次电流为1A的CT；三纵差动保护的整定计算（一）利用BCH—2差动继电器构成的普通纵差动保护1按躲过外部短路的最大不平衡电流ldwitxfzqKjdznIfKKKI/max..式中：KK—可靠系数。区1.3。2按躲过电流互感器二次断线产生的不平衡电流式中：lfeKjdznIKI/..feI.—发电机的额定电流。（二）利用BCH—2差动继电器构成的高灵敏度纵差动保护1按躲过外部短路的最大不平衡电流ldwitxfzqKjdznIfKKKI/max..2按电流互感器二次断线不误动断线相不误动条件：1111160)(2phcdeKWWIK非断线相不误动条件：60)2pheKWIK所以