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发电机—变压器组的继电保护一、发电机故障及不正常运行方式二、发电机—变压器组主要继电保护功能原理及整定原则发变组与高压输电线路元件相比，故障几率比较小。但发变组故障后会对其本身设备造成的危害极大，进而造成电力系统的有功无功缺失，严重危及系统稳定运行，对电力系统和发变组本身都非常不利。因此，发变组的继电保护在火电机组运行过程中起着非常重要的作用。一、发电机故障及不正常运行方式（一）发电机故障类型（二）发电机不正常运行状态（一）发电机故障类型发电机正常运行时发生的比较常见的故障有如下几种：（1）定子绕组相间短路。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，必须有两套或两套以上的快速保护反应此类故障。（2）定子绕组匝间短路。发电机定子绕组发生匝间短路会在短路环内产生很大电流。因此发生定子绕组匝间短路时也应快速将发电机切除。3）定子单相接地。定子单相接地并不属于短路性故障，但由于以下几方面的原因，对单相接地故障却要求灵敏而又可靠地反应：①很多大型机组中性点都经高阻接地；②电容电流会灼伤故障点的铁心；③绝大部分短路都是首先由于单相接地没有及时进行处理发展而成；④接地时非接地相电压升高，影响绝缘。（4）失磁。由于励磁设备故障、励磁绕组短路等会引发失磁（全失磁或部分失磁），使发电机进入异步运行，对系统和发电机的安全运行都有很大影响。（5）转子一点、二点接地故障。转子一点接地对汽轮发电机组的影响不大，一般都允许继续运行一段时间。（二）发电机不正常运行状态由于发电机是旋转设备，加上一般发电机在设计制造时，考虑的过载能力都比较弱，一些不正常的运行状态将会严重威胁发电机的运行安全，因此对以下这些状态的处理也同样必须及时，准确。（1）定子负序过流。发电机承受负序过流能力非常弱，很小的负序电流流经定子绕组，就可能会引起转子铁心的严重过热，甚至烧损发电机铁心。大机组上一般都配置两套反应负序过流的保护。（2）定子对称过流。当外部发生对称三相短路时，会引起发电机定子过热，因此应有反应对称过流的保护。（3）过负荷。当发电机过负荷时，应及时报警。（4）过电压。由于励磁等原因引起过电压时，会影响发电机的绝缘寿命，因此必须有反应过电压的保护。（5）过励磁。当电压升高、频率降低时，可引起发电机和主变压器过励磁，从而使发电机过热而损坏，需装设反应过励磁的保护。（6）频率异常。发电机在非额定频率下运行，可能会引起共振，使发电机疲劳损伤，应配置频率异常保护。（7）发电机与系统之间失步。当发电机和系统失步时，巨大的交换功率使发电机无法承受而损坏，应配有监测失步的保护装置。（8）误上电。对发电机并网前误合主变出口断路器的情况做出反应。（9）启停机故障。发电机组在没有给励磁前，有可能发生了绝缘损坏的故障，若能在并网前及时发现，就可以避免更大的事故发生。（10）逆功率。发电机组在运行中，从系统吸收有功时，则会引起汽轮机的鼓风损失而引起汽轮机发热损坏。二、发电机—变压器组主要继电保护功能原理及整定原则下图为发变组保护柜（A柜）的保护压板。下面结合该保户柜对发变组继电保护功能原理及整定原则进行介绍。（一）发电机差动保护（1XB）差动保护选择性好、灵敏度高，宜于作为发电机、变压器及母线等元件的主保护。发电机差动保护用以反应发电机定子绕组及引出线的相间短路。该保护按比较发电机定子绕组两侧电流大小及相位的原理构成。（二）定子接地保护（2XB）采用3零序电压保护和三次谐波定子接地保护，可构成100%定子接地保护，也可用外加电源方式构成。0U1．发电机3定子接地保护接线引入发电机机端TV开口三角处的零序电压3或者引入发电机中性点处配电变压器二次侧3电压。3电压来自机端时应考虑TV断线闭锁环节。该保护可靠性高，能切除绝大部分定子绕组发生的单相接地故障。但它无法检测发电机中性点附近发生的单相接地故障。0U0U0U2．三次谐波式定子接地保护三次谐波式定子接地保护的主要任务是检测发电机中性点附近的单相接地故障。（1）接线从发电机机端TV开口三角处引入机端三次谐波电压。从发电机中性点TV或消弧线圈引入发电机中性点侧三次谐波电压。（2）原理三次谐波式定子接地保护具有反应机端和中性点三次谐波大小和相位变化的构成原理。（三）热工保护（3XB）热工系统对发电机各个参数进行监测，当参数异常，热工信号动作与声光报警，提醒运行人员进行及时处理；当参数超限，危害机组安全时，如主机轴承振动大，汽包水位高等情况发生时，热工保护动作，使机组停运，防止设备损坏。（四）主变差动保护（4XB）主变压器的差动保护范围包括发电机出口到主变压器高压侧。变压器差动保护在以下方面显著不同于发电机差动保护。（1）变压器各侧额定电压和额定电流各不相等，各侧电流互感器的型号又一定相同，所以变压器差动保护的制动系数比发电机的大，灵敏度相对较低。（2）变压器高压绕组常有调压分接头，调节后使最小动作电流和制动系数相应要加大。（3）发电机的差动保护对绕组的匝间短路没有作用。由于变压器铁心磁路的耦合，变压器的差动保护对匝间短路有保护作用(可视为变压器的一个新绕组发生端口短路)。（4）对变压器绕组的开焊，差动不动作，只能依靠瓦斯保护等来保护。（5）变压器的保护范围除各绕组外，还包括变压器的铁心，在变压器磁通密度过高的过励磁工况下（没有内部短路时），铁心严重饱和，励磁电流很大，造成误动作；变压器空载合闸时的暂态过励磁电流（通常称为励磁涌流）会流入差动保护的差动回路，为防止励磁涌流引起变压器差动保护误动，通常根据其特点加上一些闭锁环节，如速饱和原理、间断角原理、二次谐波与基波之比等。其它差动保护发电机—变压器组差动保护、厂用电变压器差动保护、高压备用变压器差动、励磁变压器差动等差动保护，原理都与变压器差动类似，这里不再讲述。（五）过电压保护（5XB）当发变组甩负荷时，随转速的上升发电机有可能电压过高，威胁绕组的主绝缘。过电压保护反应发电机端电压大小而动作。（六）非全相运行保护（11XB）220Kv断路器通常为分相操作断路器，常由于误操作或机械方面的原因，使三相不能同时合闸和跳闸，或在正常运行中突然一相跳闸，这时发变组中将流过负序电流。如果靠反应负序电流的反时限保护，则有可能会因为动作时间较长而导致后备保护动作，使故障范围扩大，甚至造成系统解列，因此应安装非全相运行保护。（七）发电机逆功率保护（9XB）发电机逆功率保护主要用于保护汽轮机。当主汽门误关闭时或机炉保护动作使主汽门关闭而发电机并未从系统解列时，发电机就变成了同步电动机运行，从电力系统吸收有功功率。这种工况，对发电机并无危险。但由于汽轮机的鼓风损失，其尾部叶片有可能过热，造成汽轮机事故。因此发电机组不允许在这种状况下长期运行。该保护是以反应发电机从系统吸收有功功率的大小而动作的，是以主汽门是否关闭的条件来决定动作时间的。（八）母差及失灵保护（6XB）母线保护主要使用母线差动保护，在高压母线上常使用高阻抗式差动保护。在高阻抗式差动保护中，差动回路中串联接入一很大的阻抗，其值高达数百欧甚至上千欧。在外部故障时，进入继电器的不平衡电流大大减小。但在内部故障时，通过回路的应是全部短路电流，将使差动回路的电压大大升高，在此情况下反应差动回路两端电压的过电压保护动作，将差动回路中串联阻抗短接，使差动回路变成低阻抗，继电器动作跳闸。这种保护的动作速度很快。（九）励磁绕组过负荷保护（25XB、12XB）过励磁将使发电机和变压器的温度升高，若过励磁倍数高，持续时间长，可能使发电机和变压器因过热而遭受破坏。过励磁保护基于定时限或反时限两种原理，本机组采用两套保护共同保护发变组。（十）励磁系统故障（13XB）发电机励磁回路由于绝缘损坏较易发生一点接地故障，由于一点接地不会形成电流通路，对发电机并未造成危害。但若再相继发生第二点接地时，部分励磁绕组被短接，使气隙磁通失去平衡，造成机组振动，故障点电弧将烧伤转子绕组及铁心造成严重后果。对于大型汽轮发电机，为了机组安全，并避免不必要的停机，励磁回路一点接地保护采用动作于信号（必要时动作于跳闸）。（十一）发电机断水保护（14XB）大型发电机的定子绕组及转子绕组，其线棒是中间空心的管状体外包绝缘，蒸馏水从导体中间流过，用以冷却。一旦断水，则迅速发热升温，为此装设断水保护。保护动作后，首先关主汽门，再由逆功率保护动作，分主变压器高压侧断路器，分灭磁开关去掉发电机励磁。（十二）发电机低频保护（15XB、16XB、17XB）低频保护主要用于保护汽轮机不受低频共振的影响。汽轮机各节叶片都有一共振频率，当系统频率接近或等于共振频率时，将引起叶片的共振而损坏汽轮机。低频运行对于汽轮机而言是个疲劳过程，一般汽轮机低频运行累计达一定时间，汽轮机将疲劳报废。因此低频运行的时间是个积累的过程。保护装置停运不影响积累值。低频保护反应系统频率的降低，并受出口断路器辅助触点闭锁，即发电机退出运行时低频保护也自动退出运行。（十三）转子一点接地保护（18XB）转子一点接地对汽轮发电机组的影响不大，一般都允许继续运行一段时间，保护只动作于信号。其保护原理有很多，如叠加直流方法，叠加源电压为50V，内阻为50kΩ。利用微机智能化测量克服了传统保护中绕组正负极灵敏度不均匀的缺点，能准确计算出转子对地的绝缘电阻值范围可达200kΩ。转子分布电容对测量无影响。发电机起运过程中转子无电压时保护并不失去作用。（十四）发电机失步保护（19XB）失步保护反应发电机机端测量阻抗的变化轨迹，只反应发电机的失步情况，能可靠躲过系统短路和稳定振荡，并能在失步开始的摇摆过程中区分加速失步和减速失步。失步保护的动作行为由系统安全稳定的要求决定，只有在振荡次数或持续时间超过规定时，选择切断电流较小的时刻跳开发电机。（十五）发电机失磁保护（20XB、21XB、22XB、23XB）发电机失磁是指发电机励磁电流下降或全部消失。造成失磁的原因有：励磁绕组开路或短路、励磁系统故障、灭磁开关误跳闸、自动调节励磁装置故障及误操作等。失磁的发电机一般将与系统失去同步，逐步过渡到异步运行，从而对发电机和系统都将造成不良影响。为了保证发电机和电力系统的安全运行，对大型发电机都装有失磁保护，用以及时发现失磁故障，并采取必要的处理措施，如向运行人员发出信号、切换励磁、自动减负荷或动作于跳闸等。（十六）断路器失灵保护（26XB）所谓断路器失灵保护，是指当保护跳断路器的跳闸脉冲已经发出而断路器却没有跳开时，由断路器失灵保护以较短的延时跳开同一母线上的其他元件，以尽快将故障从电力系统隔离的一种紧急处理办法。（十七）误上电保护（24XB）装设误上电保护，是为了防止发电机启停机期间的误操作。当发电机盘车或转子静止时发生误合闸操作时，定子电流气隙产生的旋转磁场能在转子本体中感应工频或接近工频的电流，会引起转子过热而损伤。（十八）闭锁热工保护（123XB）在机组启动过程中，机组各个参数与额定运行参数相差很多，如果此时热工保护投入，则会不停的发跳闸信号，使设备不能正常启动，因此在机组启动时投入闭锁热工保护，使热工保护暂时停运。机组启动后将闭锁热工保护退出。发变组保护B柜（十九）变压器零序保护主变压器高压侧连接220kV电压的电力系统均为直接接地系统。电力系统各种短路故障中单相接地故障机率最高。在变压器高压侧所配置的零序保护用于反应单相接地故障，作为变压器及相邻元件的后备保护。（二十）变压器重瓦斯保护瓦斯保护是变压器油箱内绕组短路故障及异常的主要保护。其作用原理是：变压器内部故障时在故障点产生有电弧的短路电流，造成油箱内局部过热并使变压器油分解、产生瓦斯气体进而造成喷油、冲动气体继电器，瓦斯保护动作。重瓦斯保护是油箱内部故障的主保护，它能反映变压器内部的各种故障。当变压器组发生少数匝间短路时，虽然故障点的故障电流很大，但在差动保护中产生的差流可能不大，差动保护可能拒动。此时，重瓦斯保护动作切除故障。（二十一