1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目 黃龍灘水電廠繼電保護(hù)及 二次回路設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 專 業(yè) 發(fā)電廠及電力系統(tǒng) 班 級(jí) 20123096 指導(dǎo)教師 王 俊 評(píng)閱教師 完成日期 2014年11月1日目 錄 摘要1前 言2第1章 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)簡論31.1 繼電保護(hù)的作用31.2 繼電保護(hù)的基本要求、原理、構(gòu)成與分類41.2.1基本要求41.2.2基本原理41.2.3 構(gòu)成71.2.4分類8第2章 主變壓器保護(hù)設(shè)計(jì)92.1.變壓器保護(hù)重要性92.2.變壓器的故障類型和不正常運(yùn)行狀態(tài)92.3 變壓器保護(hù)配置原則102.4變壓器后備保護(hù)122.4.1 低電壓啟動(dòng)的過電流保護(hù)122.4.2變壓器零序電流保護(hù)

2、132.4.3過負(fù)荷保護(hù)14第3章 發(fā)電機(jī)保護(hù)設(shè)計(jì)153.1發(fā)電機(jī)故障及不正常運(yùn)行狀態(tài)153.1.1發(fā)電機(jī)故障類型153.1.2 不正常運(yùn)行狀態(tài)153.2發(fā)電機(jī)保護(hù)的配置原則163.3發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)173.3.1工作原理173.3.2 發(fā)電機(jī)總差保護(hù)整定183.4發(fā)電機(jī)的橫差保護(hù)203.5發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)223.6發(fā)電機(jī)負(fù)序電流保護(hù)233.6.1 定時(shí)限過電流保護(hù)233.6.2 反時(shí)限負(fù)序過電流保護(hù)243.7發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)253.8勵(lì)磁回路一點(diǎn)接地保護(hù)25第4章 母線保護(hù)264.1.母線保護(hù)配置原則264.2母線差動(dòng)保護(hù)基本原理294.2.1母聯(lián)電流比相式母線差動(dòng)保護(hù)294.2.2具

3、有比率制動(dòng)特性的中阻抗母線差動(dòng)保護(hù)304.2.3雙母線差動(dòng)保護(hù)31第5章 繼電保護(hù)二次回路設(shè)計(jì)355.1 二次回路的基本概念355.2 二次保護(hù)回路全圖365.2.1 主變壓器保護(hù)全圖365.2.2 發(fā)電機(jī)保護(hù)38第6章 結(jié)論39參 考 文 獻(xiàn)40致 謝41黃龍灘水電廠繼電保護(hù)及二次回路設(shè)計(jì)學(xué) 生：謝偉指導(dǎo)老師：王俊（三峽電力職業(yè)學(xué)院）摘 要：由于大型水電站的母線、發(fā)電機(jī)和變壓器的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，在運(yùn)行過程中都可能會(huì)發(fā)生各種各樣的故障和異常運(yùn)行狀態(tài)，為了確保在保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障，都能有選擇性的快速切除故障，需要配置多種繼電保護(hù)裝置，必要時(shí)進(jìn)行多重化配置，從而將水電站中重要設(shè)備的危害和損失降到最小

4、，對電力系統(tǒng)的影響最小。發(fā)電廠和變電所母線是電力系統(tǒng)中的中的一個(gè)重要組成部件，發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行對保證電力系統(tǒng)的正常工作和電能質(zhì)量起著決定性的作用；而變壓器是電力系統(tǒng)十分重要的供電元件再者，發(fā)電機(jī)、變壓器本身就是十分貴重的電氣元件，所以，繼電保護(hù)裝置對大型水電站的正常運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。根據(jù)黃龍灘水電站的接線圖及相關(guān)資料。本設(shè)計(jì)共包括六章，分別對母線、發(fā)電機(jī)、變壓器的繼電保護(hù)進(jìn)行詳細(xì)介紹，并給出相關(guān)的整定計(jì)算，畫出部分二次接線圖。本文主要通過分析原始資料中主要設(shè)備的參數(shù)，首先，需要對電力系統(tǒng)保護(hù)原理進(jìn)行全面系統(tǒng)的復(fù)習(xí)、查閱相關(guān)資料，加深理解；其次，結(jié)合相關(guān)參數(shù)和各種繼電保護(hù)原理，確定適用于黃

5、龍灘水電站的保護(hù)方案，最后，分別對母線處、發(fā)電機(jī)和變壓器進(jìn)行整定計(jì)算和配置，并且根據(jù)系統(tǒng)一次設(shè)計(jì)圖給出部分二次設(shè)計(jì)及其配置圖和一般原理圖。關(guān)鍵詞：水電站、繼電保護(hù)、發(fā)電機(jī)、變壓器、母線、二次回路4前 言本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是針對電力系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的各種不正常狀態(tài)和故障狀態(tài)，對湖北黃龍灘水電站水電站的發(fā)電機(jī)、主變壓器和母線的保護(hù)配置及二次回路設(shè)計(jì)，參照電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及電力工程電氣設(shè)備手冊電氣二次部分，并依據(jù)繼電保護(hù)配置原理，對所選擇的保護(hù)進(jìn)行整定和靈敏性校驗(yàn)從而來確定方案中的保護(hù)是否適用來編寫的。設(shè)計(jì)首先是對保護(hù)的原理進(jìn)行分析,保護(hù)的整定計(jì)算及靈敏性校驗(yàn)。其次是各種設(shè)備的保護(hù)配置圖和二次回路

6、圖。文章內(nèi)容包括原理分析、保護(hù)整定計(jì)算和靈敏性校驗(yàn)。其中發(fā)電機(jī)采取縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)、橫聯(lián)差動(dòng)保護(hù)和定子繞組接地保護(hù)等；變壓器主保護(hù)采用的是縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)和瓦斯保護(hù)，兩者結(jié)合做到優(yōu)勢互補(bǔ)，后備保護(hù)是復(fù)合電壓啟動(dòng)過電流保護(hù)；母線保護(hù)采取的是母聯(lián)比相式差動(dòng)保護(hù)，簡單可靠。黃龍灘電廠創(chuàng)建于1969年，現(xiàn)有兩臺(tái)8.5萬千瓦的水輪機(jī)組（老廠）和兩臺(tái)17萬千瓦水輪機(jī)組（新廠）總裝機(jī)容量為51萬千瓦。通過110kv和220kv高壓線路對外送電。電廠以220kv以及電壓接入湖北電網(wǎng)。發(fā)電機(jī)變壓器組合方式采用單元接線。220kv高壓側(cè)采用雙母線。220kv設(shè)備采用戶外開敞式，220kv斷路器采用sf柱式斷路器。設(shè)計(jì)參數(shù)

7、如下：水輪發(fā)電機(jī)-型號(hào)：sf75-68/11350 ；額定電壓：13.8kv； 額定功率：75mw； 功率因數(shù)cos=0.85； 主變壓器-型號(hào)：sfp8-90000/220； 接線方式：yn,d11 兩側(cè)電壓：24222.5%/13.8kv 水輪發(fā)電機(jī)型號(hào)：sf-j26-40/6400 ；額定電壓：10.5kv； 額定功率：24.5mw； 功率因數(shù)cos=0.85； 主變壓器型號(hào)：sf8-31500/220 接線方式：yn,d11 兩側(cè)電壓：24222.5%/13.8kv 第1章 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)簡論1.1 繼電保護(hù)的作用電力系統(tǒng)運(yùn)行要求安全可靠。但是，電力系統(tǒng)的組成元件數(shù)量多，結(jié)構(gòu)各異，運(yùn)

8、行情況復(fù)雜，覆蓋的地域遼闊。因此，受自然條件、設(shè)備及人為因素的影響（如雷擊、倒塔、內(nèi)部過電壓或運(yùn)行人員誤操作等），電力系統(tǒng)會(huì)發(fā)生各種故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)。最常見、危害最大的故障是各種形式的短路。故障造成的很大的短路電流產(chǎn)生的電弧使設(shè)備損壞。從電源到短路點(diǎn)間流過的短路電流引起的發(fā)熱和電動(dòng)力將造成在該路徑中非故障元件的損壞。靠近故障點(diǎn)的部分地區(qū)電壓大幅度下降，使用戶的正常工作遭到破壞或影響產(chǎn)品質(zhì)量。破壞電力系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性，引起系統(tǒng)振蕩，甚至使該系統(tǒng)瓦解和崩潰。所謂不正常運(yùn)行狀態(tài)是指系統(tǒng)的正常工作受到干擾，使運(yùn)行參數(shù)偏離正常值，如一些設(shè)備過負(fù)荷、系統(tǒng)頻率或某些地區(qū)電壓異常、系統(tǒng)振蕩等。故障和不

9、正常運(yùn)行情況常常是難以避免的，但事故卻可以防止。電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置就是裝設(shè)在每一個(gè)電氣設(shè)備上，用來反映它們發(fā)生的故障和不正常運(yùn)行情況，從而動(dòng)作于斷路器跳閘或發(fā)出信號(hào)的一種有效的反事故的自動(dòng)裝置。它的基本任務(wù)是：自動(dòng)、有選擇性、快速地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使故障元件損壞程度盡可能降低，并保證該系統(tǒng)中非故障部分迅速恢復(fù)正常運(yùn)行。反映電氣元件的不正常運(yùn)行狀態(tài)，并依據(jù)運(yùn)行維護(hù)的具體條件和設(shè)備的承受能力，發(fā)出信號(hào)、減負(fù)荷或延時(shí)跳閘。應(yīng)該指出，要確保電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，除了繼電保護(hù)裝置外，還應(yīng)該設(shè)置電力系統(tǒng)安全自動(dòng)裝置。后者是著眼于事故后和系統(tǒng)不正常運(yùn)行情況的緊急處理，以防止電力系統(tǒng)大面積停電和保

10、證對重要負(fù)荷連續(xù)供電及恢復(fù)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。例如自動(dòng)重合閘、備用電源自動(dòng)投入、自動(dòng)切負(fù)荷、快關(guān)汽門、電氣制動(dòng)、遠(yuǎn)方切機(jī)、在按選定的開關(guān)上實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)解列、過負(fù)荷控制等。隨著電力系統(tǒng)的擴(kuò)大，對安全運(yùn)行的要求也越來越高。為此，還應(yīng)設(shè)置以各級(jí)計(jì)算機(jī)為中心，用分層控制方式實(shí)施的安全監(jiān)控系統(tǒng)，它能對包括正常運(yùn)行在內(nèi)的各種運(yùn)行狀態(tài)實(shí)施控制，這樣才能更進(jìn)一步地確保電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。1.2 繼電保護(hù)的基本要求、原理、構(gòu)成與分類1.2.1基本要求對作于跳閘的繼電保護(hù)，在技術(shù)上應(yīng)滿足四個(gè)基本要求，及可靠性、選擇性、性和靈敏性1.2.2基本原理要完成繼電保護(hù)的基本任務(wù)，首先要提取和利用電力元件在三種運(yùn)行狀態(tài)下的“差

11、異”，然后“區(qū)分”出三種運(yùn)行狀態(tài)（正常、不正常和故障狀態(tài)），最后是“甄別”出發(fā)生故障和出現(xiàn)異常的元件。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)不同運(yùn)行狀態(tài)下具有明顯差異的電氣量有：流過電力元件的相電流、序電流、功率及其方向；元件的運(yùn)行相電壓幅值、序電壓幅值；元件的電壓與電流的比值即“測量阻抗”等。（a）正常運(yùn)行情況（b）三相短路情況圖1-1 我國常用的110kv及以下單側(cè)電源的供電網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)并正確利用能可靠區(qū)分三種運(yùn)行狀態(tài)的可測參量或參量的新差異，就可以形成新的繼電保護(hù)原理。在此以圖1-1為例分析一下利用不同電氣量特征分別能構(gòu)成哪種保護(hù)：1.線路電流幅值2.母線的相間或?qū)Φ仉妷悍?.線路始端電壓與電流之比（即測量阻抗）圖

12、1-2 220kv及以上多側(cè)電源的輸電網(wǎng)路如圖1-2所示，其中：正常運(yùn)行如圖1-2（a）所示，如果規(guī)定電流的正方向是從母線流向線路，那么，a-b兩側(cè)電流的大小相等，相位相差，兩側(cè)電流的矢量和為零。外部短路如圖1-2（b）所示，如果規(guī)定電流的正方向是從母線流向線路，那么，a-b兩側(cè)電流的大小相等，相位相差，兩側(cè)電流的矢量和為零。內(nèi)部短路如圖1-2（c）所示，兩側(cè)電源分別向短路點(diǎn)供給短路電流和，都是由母線流向線路，此時(shí)兩個(gè)電流一般不相等，在理想條件下（兩側(cè)電勢同相位且全系統(tǒng)的阻抗角相等），兩個(gè)電流同相位，兩個(gè)電流的矢量和等于短路點(diǎn)的總電流，其值較大。其他類型的保護(hù)有：1.縱聯(lián)保護(hù)利用某種通信通道同

13、時(shí)比較被保護(hù)元件兩側(cè)正常運(yùn)行與故障時(shí)電氣量差異的保護(hù)。電流差動(dòng)保護(hù)利用內(nèi)部與外部短路時(shí)兩側(cè)電流矢量的差別構(gòu)成。電流相位差動(dòng)保護(hù)利用內(nèi)部與外部短路時(shí)兩側(cè)電流相位的差別構(gòu)成。圖1-3 過電流保護(hù)單相原理圖方向比較式縱聯(lián)保護(hù)利用內(nèi)部與外部短路時(shí)兩側(cè)功率方向的差別構(gòu)成。以上保護(hù)常被用做220kv及以上輸電網(wǎng)絡(luò)和較大容量發(fā)電機(jī)、變壓器、電動(dòng)機(jī)等電力元件的主保護(hù)。2.反映非電量特征的保護(hù)氣體保護(hù)當(dāng)變壓器油箱內(nèi)部的繞組短路時(shí)，反應(yīng)于變壓器油受熱分解所產(chǎn)生的氣體保護(hù)。過熱保護(hù)當(dāng)變壓器油箱內(nèi)部的繞組短路時(shí)，反應(yīng)于電動(dòng)機(jī)繞組溫度的升高而構(gòu)成的保護(hù)。1.2.3 構(gòu)成以過電流保護(hù)為例：（如圖1-3所示） 正常運(yùn)行：

14、lj不動(dòng)故障時(shí)： lj動(dòng) sj動(dòng)（延時(shí)） xj動(dòng) 信號(hào) tq動(dòng) 跳閘保護(hù)裝置由測量元件、邏輯元件和執(zhí)行元件三部分組成。（如圖1-4所示）圖1-4 繼電保護(hù)裝置組成方框圖（1） 測量元件測量從被保護(hù)對象輸入的有關(guān)物理量（如電流、電壓、阻抗、功率方向等），并與已給定的整定值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果給出“是”、“非”、“大于”、“不大于”等具有“0”或“1”性質(zhì)的一組邏輯信號(hào)，從而判斷保護(hù)是否應(yīng)該啟動(dòng)。（2）邏輯元件根據(jù)測量部分輸出量的大小、性質(zhì)、輸出的邏輯狀態(tài)、出現(xiàn)的順序或它們的組合，使保護(hù)裝置按一定的布爾邏輯及時(shí)序邏輯工作，最后確定是否應(yīng)跳閘或發(fā)信號(hào)，并將有關(guān)命令傳給執(zhí)行元件。邏輯回路有：或、與、

15、非、延時(shí)啟動(dòng)、延時(shí)返回、記憶等。（3）執(zhí)行元件：根據(jù)邏輯元件傳送的信號(hào)，最后完成保護(hù)裝置所擔(dān)負(fù)的任務(wù)。如：故障時(shí)跳閘；不正常運(yùn)行時(shí)發(fā)信號(hào)；正常運(yùn)行時(shí)不動(dòng)作。1.2.4分類通常分為以下幾類：（1）按被保護(hù)的對象分類：輸電線路保護(hù)、發(fā)電機(jī)保護(hù)、變壓器保護(hù)、電動(dòng)機(jī)保護(hù)、母線保護(hù)等；（2）按保護(hù)原理分類：電流保護(hù)、電壓保護(hù)、距離保護(hù)、差動(dòng)保護(hù)、方向保護(hù)、零序保護(hù)等；（3）按保護(hù)所反應(yīng)故障類型分類：相間短路保護(hù)、接地故障保護(hù)、匝間短路保護(hù)、斷線保護(hù)、失步保護(hù)、失磁保護(hù)及過勵(lì)磁保護(hù)等；（4） 按構(gòu)成繼電保護(hù)裝置的繼電器原理分類：機(jī)電型保護(hù)（如電磁型保護(hù)和感應(yīng)型保護(hù)）、整流型保護(hù)、晶體管型保護(hù)、集成電路型保

16、護(hù)及微機(jī)型保護(hù)等；（5） 按保護(hù)所起的作用分類：主保護(hù)、后備保護(hù)、輔助保護(hù)等；主保護(hù)滿足系統(tǒng)穩(wěn)定和設(shè)備安全要求，能以最快速度有選擇地切除被保護(hù)設(shè)備和線路故障的保護(hù)。后備保護(hù)主保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)用來切除故障的保護(hù)。又分為遠(yuǎn)后備保護(hù)和近后備保護(hù)兩種。遠(yuǎn)后備保護(hù)：當(dāng)主保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)，由相鄰電力設(shè)備或線路的保護(hù)來實(shí)現(xiàn)的后備保護(hù)。近后備保護(hù)：當(dāng)主保護(hù)拒動(dòng)時(shí)，由本設(shè)備或線路的另一套保護(hù)來實(shí)現(xiàn)后備的保護(hù)；當(dāng)斷路器拒動(dòng)時(shí)，由斷路器失靈保護(hù)來實(shí)現(xiàn)近后備保護(hù)。輔助保護(hù)：為補(bǔ)充主保護(hù)和后備保護(hù)的性能或當(dāng)主保護(hù)和后備保護(hù)退出運(yùn)行而增設(shè)的簡單保護(hù)。第2章 主變壓器保護(hù)設(shè)計(jì)2.1.變壓器保護(hù)重要性變壓器是電力系統(tǒng)中大

17、量使用的重要電 氣設(shè)備，它的安全運(yùn)行是電力系統(tǒng)可靠工作的必要條件。電力變壓器有別于發(fā)電機(jī)，它無旋轉(zhuǎn)部件，是一種靜止的電氣設(shè)備，結(jié)構(gòu)比較簡單，運(yùn)行可靠性較高，發(fā)生故障的機(jī)會(huì)相對較少。但是，變壓器是連續(xù)運(yùn)行的，停電機(jī)會(huì)很少，而且絕大部分安裝在室外，受自然環(huán)境影響較大。另外，變壓器時(shí)刻受到外接負(fù)荷的影響，特別是受電力系統(tǒng)短路故障的威脅較大。因此，電力變壓器在運(yùn)行中，仍然有可能發(fā)生各種類型的故障或出現(xiàn)不正常工作狀態(tài)。它的故障對電力系統(tǒng)的安全連續(xù)運(yùn)行會(huì)帶來嚴(yán)重的影響。特別是大容量變壓器的損壞，對系統(tǒng)的影響更為嚴(yán)重。因此，考慮到變壓器在電力系統(tǒng)中的重要地位及故障和不正常工作狀態(tài)可能造成的嚴(yán)重后果，必須根據(jù)

18、電力變壓器容量和重要程度裝設(shè)相應(yīng)的繼電保護(hù)裝置。2.2.變壓器的故障類型和不正常運(yùn)行狀態(tài)（1）變壓器故障類型變壓器的故障可分為油箱外和油箱內(nèi)兩種故障。油箱外的故障主要是套管和引出線上發(fā)生相間短路及接地短路。油箱內(nèi)的故障包括繞組間相間短路、接地短路、匝間短路及鐵芯的燒損等。油箱內(nèi)故障時(shí)產(chǎn)生的電弧，不僅會(huì)損壞鐵芯的絕緣、燒毀貼心，而且由于絕緣材料和變壓器油因受熱分解而產(chǎn)生大量的氣體，有可能引起變壓器油箱爆炸。對于變壓器發(fā)生的各種故障，保護(hù)裝置應(yīng)盡快的將變壓器切除。實(shí)踐表明，變壓器套管和引出線上的相間短路、接地短路、繞組的匝間短路是比較常見的故障形式；而油箱內(nèi)發(fā)生短路的情況比較少。（2）變壓器不正常

19、工作狀態(tài)變壓器的不正常工作狀態(tài)主要有：油箱外部短路引起的過電流，負(fù)荷長時(shí)間超過額定容量引起的過負(fù)荷，風(fēng)扇故障或漏油等原因引起冷卻能力的下降等。這些不正常運(yùn)行狀態(tài)會(huì)使繞組和鐵芯過熱。此外，對于中性點(diǎn)不接地運(yùn)行的星形接線變壓器，外部接地短路時(shí)有可能造成變壓器中性點(diǎn)過電壓，威脅變壓器的絕緣；大容量變壓器在過電壓或低頻率等異常運(yùn)行工況下會(huì)使變壓器過勵(lì)磁，引起鐵芯和其它金屬構(gòu)件的過熱。變壓器處于不正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，繼電保護(hù)應(yīng)根據(jù)其嚴(yán)重程度，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，使運(yùn)行人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)并采取相應(yīng)的措施，以確保變壓器的安全。變壓器油箱內(nèi)故障時(shí)，除了變壓器各側(cè)電流、電壓變化外，油箱內(nèi)的油、氣、溫度等非電量也會(huì)發(fā)生變化。因此

20、，變壓器保護(hù)分電量保護(hù)和非電量保護(hù)兩種。非電量保護(hù)裝設(shè)在變壓器內(nèi)部。線路保護(hù)中采用的許多保護(hù)如過電流保護(hù)、縱差動(dòng)保護(hù)等在變壓器的電量保護(hù)中都有應(yīng)用，但在配置上有區(qū)別。2.3 變壓器保護(hù)配置原則1.反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)部故障和油面降低的瓦斯保護(hù)容量為800kva及以上的油浸式變壓器，均應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)。當(dāng)油箱內(nèi)部故障產(chǎn)生輕微瓦斯或油面下降時(shí)，保護(hù)裝置應(yīng)瞬時(shí)動(dòng)作于信號(hào)；當(dāng)產(chǎn)生大量瓦斯時(shí)，瓦斯保護(hù)宜動(dòng)作于斷開變壓器各電源側(cè)斷路器。對于高壓側(cè)未裝設(shè)斷路器的線路變壓器組，在采取瓦斯保護(hù)切除變壓器內(nèi)部故障時(shí)，瓦斯保護(hù)可僅動(dòng)作于信號(hào)。對于容量為400kva及以上的車間內(nèi)油浸式變壓器，也應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)。2.相間短路

21、保護(hù)反應(yīng)變壓器繞組和引出線的相間短路的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)或電流速斷保護(hù)，對其中性點(diǎn)直接接地側(cè)繞組和引出線的接地短路以及繞組匝間短路也能起保護(hù)作用。容量為6300kva以下并列運(yùn)行的變壓器以及10000kva以下單獨(dú)運(yùn)行的變壓器，當(dāng)后備保護(hù)時(shí)限大于0.5s時(shí)，應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護(hù)。容量為6300kva及以上、廠用工作變壓器和并列運(yùn)行的變壓器、10000kva及以上廠用備用變壓器和單獨(dú)運(yùn)行的變壓器、以及2000kva及以上用電流速斷保護(hù)靈敏性不符合要求的變壓器，應(yīng)裝設(shè)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。對高壓側(cè)電壓為330kv及以上的變壓器，可裝設(shè)雙重差動(dòng)保護(hù)。對于發(fā)電機(jī)變壓器組，當(dāng)發(fā)電機(jī)與變壓器之間有斷路器時(shí)，變壓器應(yīng)裝設(shè)單

22、獨(dú)的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。當(dāng)發(fā)電機(jī)與斷路器之間沒有斷路器時(shí)，100mw及以下的發(fā)電機(jī)，可只裝設(shè)發(fā)電機(jī)變壓器組共用的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。100mw以上的發(fā)電機(jī)，除發(fā)電機(jī)變壓器組共用縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)外，發(fā)電機(jī)還應(yīng)裝設(shè)單獨(dú)的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。對于200mw及以上的汽輪發(fā)電機(jī)，為提高快速性，在機(jī)端還宜增設(shè)復(fù)合電流速斷保護(hù)，或在變壓器上增設(shè)單獨(dú)的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，即采用雙重快速保護(hù)方式。如果變壓器的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)對單相接地保護(hù)靈敏性不符合要求，可增設(shè)零序差動(dòng)保護(hù)。3.后備保護(hù)對于由外部相間短路引起的變壓器過電流，可采用下列保護(hù)作為后備保護(hù)。(1)過電流保護(hù)。宜用于降壓變壓器，保護(hù)裝置的整定值應(yīng)考慮事故時(shí)可能出現(xiàn)的過負(fù)荷。(2)復(fù)合

23、電壓（包括負(fù)序電壓及線電壓）起動(dòng)的過電流保護(hù)。宜用于升壓變壓器和系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器及過電流保護(hù)不符合靈敏性要求的降壓變壓器。(3) 負(fù)序電流保護(hù)和單相式低電壓啟動(dòng)的過電流保護(hù)。可用于63000kva及以上的升壓變壓器。(4)對于升壓變壓器和系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器，當(dāng)采用上述、保護(hù)不能滿足靈敏性和選擇性要求時(shí)，可采用阻抗保護(hù)。上述各項(xiàng)保護(hù)動(dòng)作后，應(yīng)帶時(shí)限動(dòng)作于跳閘。4.中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)中的變壓器外部接地短路時(shí)的零序電流保護(hù)110kv及以上中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)中，如果變壓器中性點(diǎn)可能接地運(yùn)行，對于兩側(cè)或三側(cè)電源的升壓變壓器或降壓變壓器上應(yīng)裝設(shè)零序電流保護(hù)。作為變壓器主保護(hù)的后備保護(hù)，并作為相鄰元件的后備保護(hù)。

24、 5.過負(fù)荷保護(hù)對于400kva及以上的變壓器，當(dāng)數(shù)臺(tái)并列運(yùn)行或單獨(dú)運(yùn)行并作為其他負(fù)荷的備用電源時(shí)，應(yīng)根據(jù)可能過負(fù)荷的情況裝設(shè)過負(fù)荷保護(hù)。對自耦變壓器和多繞組變壓器，保護(hù)裝置應(yīng)能反應(yīng)公共繞組及各側(cè)過負(fù)荷的情況。過負(fù)荷保護(hù)應(yīng)接于一相電流上，帶時(shí)限動(dòng)作于信號(hào)。在無經(jīng)常值班人員的變電所，必要時(shí)過負(fù)荷保護(hù)可動(dòng)作于跳閘或斷開部分負(fù)荷。 6.過激磁保護(hù)為降低材料消耗，現(xiàn)代大型變壓器鐵芯一般都用新型電工硅鋼片制成，其額定磁密近于飽和磁密，過電壓或低頻率時(shí)容易引起過激磁，因此500kva及以上的大容量變壓器宜裝設(shè)過激磁保護(hù)。2.4變壓器后備保護(hù)2.4.1 低電壓啟動(dòng)的過電流保護(hù)只有在電流元件和電壓元件同時(shí)動(dòng)作

25、后，才能啟動(dòng)時(shí)間繼電器，經(jīng)過預(yù)定的延時(shí)后動(dòng)作于跳閘。由于電壓互感器回路發(fā)生斷線時(shí)，低電壓互感器將誤動(dòng)作，因此在實(shí)際裝置中還需配置電壓回路斷線閉鎖功能，具體邏輯此處從略。采用低電壓繼電器后，電流繼電器的整定值就可以不再考慮并聯(lián)運(yùn)行變壓器切除或電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)時(shí)可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷，而是按大于變壓器的額定電流整定。過電流保護(hù)按躲開可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流小整定，啟動(dòng)電流比較大，只有在電流元件和電壓元件同時(shí)動(dòng)作后，才能啟動(dòng)時(shí)間繼電器，經(jīng)過預(yù)定的延時(shí)后動(dòng)作于跳閘。由于電壓互感器回路發(fā)生斷線時(shí)，低電壓互感器將誤動(dòng)作，因此在實(shí)際裝置中還需配置電壓回路斷線閉鎖功能，具體邏輯此處從略。采用低電壓繼電器后，電流繼電器的

26、整定值就可以不再考慮并聯(lián)運(yùn)行變壓器切除或電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)時(shí)可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷，而是按大于變壓器的額定電流整定。 對于降壓變壓器，負(fù)荷在低壓側(cè)電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)時(shí)高壓側(cè)電壓比低壓側(cè)高了一個(gè)變壓器壓降（標(biāo)幺值）。所以高壓側(cè)取值比較高。對于發(fā)電廠升壓變壓器，負(fù)荷在高壓側(cè)，電機(jī)自啟動(dòng)時(shí)低壓側(cè)電壓實(shí)際上更高，原因是發(fā)電機(jī)在失磁運(yùn)行時(shí)低壓母線電壓會(huì)比較低。電流繼電器靈敏度的校驗(yàn)方法與不帶低壓啟動(dòng)的過電流保護(hù)相同。對于升壓變壓器，如果低壓繼電器只接在一側(cè)電壓互感器上，則另一側(cè)故障時(shí)，往往不能滿足靈敏度要求。此時(shí)可采用兩組低電壓繼電器分別接在變壓器兩側(cè)的電壓互感器上，并用觸電并聯(lián)的方法提高靈敏性。2.4.2變壓器零序電

27、流保護(hù)電力系統(tǒng)中接地故障是最常見的故障形式。接于中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)的變壓器，一般要求在變壓器上裝設(shè)接地保護(hù)，作為變壓器主保護(hù)和相鄰元件接地保護(hù)的后備保護(hù)。發(fā)生接地故障時(shí)，變壓器中性點(diǎn)將出現(xiàn)零序電流，母線將出現(xiàn)零序電壓，變壓器的接地后備保護(hù)通常都是反映這些電氣量構(gòu)成的。中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行的變壓器毫無例外的都采用零序過電流保護(hù)作為變壓器接地后備保護(hù)，零序電流保護(hù)通常采用兩段式。零序電流段與相鄰元件零序電流保護(hù)段相配合；零序電流段與相鄰元件零序電流保護(hù)后備段（注意:不是段）相配合。零序電流保護(hù)在配置上要考慮縮小故障影響范圍的問題。根據(jù)需要，每段零序電流可設(shè)兩個(gè)時(shí)限，并以較短的時(shí)限動(dòng)作于縮小故障影響范

28、圍，以較長時(shí)限斷開變壓器各側(cè)斷路器。圖2-9所示是雙繞組變壓器零序過電流保護(hù)的系統(tǒng)接線和保護(hù)邏輯。零序過電流取自變壓器中性點(diǎn)電流互感器的二次側(cè)。由于是雙母線運(yùn)行，在另一條母線故障時(shí)，零序電流保護(hù)圖2-9零序過電流保護(hù)的系統(tǒng)接線和保護(hù)邏輯應(yīng)斷開母聯(lián)斷路器qf,使變壓器能夠繼續(xù)運(yùn)行。所以零序電流保護(hù)段和段均采用兩個(gè)時(shí)限，短時(shí)限、跳開母聯(lián)斷路器qf，長時(shí)限、跳開變壓兩側(cè)段路器。零序電流保護(hù)段的動(dòng)作電流按下式整定 式中 可靠系數(shù)，取1.2； 零序電流分支系數(shù)； 相鄰元件零序電流段的動(dòng)作電流。零序電流段的短時(shí)限取； 長時(shí)限在上再增加一級(jí)時(shí)限。零序電流保護(hù)段的動(dòng)作也按式0000整定只是式中的應(yīng)理解為相鄰元

29、件零序電流保護(hù)后備段的動(dòng)作電流。動(dòng)作時(shí)限：（為相鄰元件保護(hù)后備段時(shí)限），。零序電流段靈敏系數(shù)按變壓器母線處故障校驗(yàn)，段按相鄰元件末端故障校驗(yàn)。2.4.3過負(fù)荷保護(hù)變壓器的過負(fù)荷電流在大多數(shù)情況下都是三相對稱的，因此裝設(shè)單相過負(fù)荷保護(hù)。變壓器的過負(fù)荷保護(hù)反應(yīng)變壓器對稱過負(fù)荷引起的過電流。保護(hù)只用一個(gè)電流繼電器，接于任意相電流中經(jīng)延時(shí)動(dòng)作于信號(hào)。過負(fù)荷保護(hù)的安裝側(cè)，應(yīng)根據(jù)保護(hù)能反映變壓器各側(cè)繞組可能過負(fù)荷的情況來選擇，具體如下：對雙繞組變壓器，裝于發(fā)電機(jī)電壓側(cè)；對一側(cè)無電源的三繞組升壓變壓器，裝于發(fā)電機(jī)電壓側(cè)和無電源側(cè)；對三側(cè)有電源的三繞組變壓器，三側(cè)均應(yīng)裝設(shè)；對于雙繞組降壓變壓器，裝于高壓側(cè)；對

30、一測電源的三繞組降壓變壓器，若三側(cè)繞組容量相等，只裝于電源側(cè)；若三側(cè)容量相等，則裝于電源側(cè)及繞組容量較小側(cè)；對兩側(cè)有電源的三繞組降壓變壓器，三側(cè)均應(yīng)裝設(shè)；裝于各側(cè)的保護(hù)，均應(yīng)經(jīng)過同一時(shí)間繼電器作用于信號(hào)。 為了防止過負(fù)荷在外部時(shí)誤動(dòng)作，其時(shí)限應(yīng)比變壓器的后備保護(hù)動(dòng)作時(shí)限大一個(gè)t。第3章 發(fā)電機(jī)保護(hù)設(shè)計(jì)3.1發(fā)電機(jī)故障及不正常運(yùn)行狀態(tài)發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行對保證電力系統(tǒng)的正常工作和電能質(zhì)量起著決定性的作用，同時(shí)發(fā)電機(jī)本身也是一個(gè)十分貴重的電器元件，因此，應(yīng)該整對各種不同的故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)，裝設(shè)性能完善的繼電保護(hù)裝置3.1.1發(fā)電機(jī)故障類型發(fā)電機(jī)的故障類型主要有定子繞組相間短路、定子一相繞組內(nèi)的匝間

31、短路、定子繞組單相接地、轉(zhuǎn)子繞組一點(diǎn)接地或兩點(diǎn)接地、轉(zhuǎn)子勵(lì)磁回路勵(lì)磁電流消失等。1.定子繞組相間短路是危及發(fā)電機(jī)最嚴(yán)重的一種故障。短路點(diǎn)有很大的短路電流，其所產(chǎn)生的電弧不但會(huì)燒壞絕緣，還可能損壞鐵芯，甚至引起火災(zāi)，給發(fā)電機(jī)的修復(fù)工作帶來很在困難。2.定子繞組單相匝間短路在匝間電壓作用下，產(chǎn)生環(huán)流，使該處溫度升高，絕緣損壞，并可能轉(zhuǎn)變?yōu)閱蜗嘟拥鼗蛳嚅g短路故障。3.定子繞組單相接地故障點(diǎn)處會(huì)有電流流過定子鐵心，研究證明當(dāng)故障點(diǎn)電流超過5a并持續(xù)一定時(shí)間時(shí)，故障點(diǎn)定子鐵心可能熔化，發(fā)電機(jī)須進(jìn)行大修，定子鐵心須重新選壓。4.轉(zhuǎn)子回路一點(diǎn)或兩點(diǎn)接地轉(zhuǎn)子回路發(fā)生一點(diǎn)接地故障時(shí)，由于沒有電流通路，對發(fā)電機(jī)并

32、無危害。但若不及時(shí)處理，就有可能導(dǎo)致兩點(diǎn)接地故障，造成勵(lì)磁回路短路，可能損壞轉(zhuǎn)子繞組和鐵心。3.1.2 不正常運(yùn)行狀態(tài)發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行狀態(tài)主要有：由于外部短路引起的定子繞組過電流；由于負(fù)荷等超過發(fā)電機(jī)額定容量而引起的三相對稱過負(fù)荷；由于外部不對稱短路或不對稱負(fù)荷（如單相負(fù)荷，非全相運(yùn)行等）而引起的發(fā)電機(jī)負(fù)序過電流和過負(fù)荷；由于突然甩負(fù)荷引起的定子繞組過電壓；由于勵(lì)磁回路故障或強(qiáng)勵(lì)時(shí)間過長而引起的轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷；由于汽輪機(jī)主氣門突然關(guān)閉而引起的發(fā)電機(jī)逆功率等。對于發(fā)電機(jī)變壓器組，對容量在100mw以下的發(fā)電機(jī)，應(yīng)裝設(shè)保護(hù)區(qū)不小于繞組串聯(lián)匝數(shù)90%的定子接地保護(hù)對容量在100mw以上的發(fā)電機(jī)，應(yīng)

33、裝設(shè)保護(hù)區(qū)為100%的定子接地保護(hù)，保護(hù)帶時(shí)限動(dòng)作于信號(hào)，必要時(shí)也可以動(dòng)作于切。3.2發(fā)電機(jī)保護(hù)的配置原則針對上述故障類型及不正常運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)電機(jī)應(yīng)裝設(shè)以下繼電保護(hù)裝置：（1）針對1mw及以上的發(fā)電機(jī)的定子繞組及其引出線的相間短路，應(yīng)裝設(shè)差動(dòng)保護(hù)。（2）對于直接連于母線的發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地故障當(dāng)單相接地故障電流（不考慮消弧線圈的補(bǔ)償作用）大于表的規(guī)定允許值時(shí)，應(yīng)裝設(shè)選擇性的接地保護(hù)裝置。（3）對于發(fā)電機(jī)定子繞組的匝間短路，當(dāng)定子繞組星形接線、每相有并聯(lián)分支且中性點(diǎn)側(cè)有分支引出端時(shí)，應(yīng)裝設(shè)橫差保護(hù)；200mw及以上的發(fā)電機(jī)有條件時(shí)可裝設(shè)雙重化橫差保護(hù)。（4）對于發(fā)電機(jī)外部短路引起的過電流，可

34、采用下列保護(hù)方式： 1）負(fù)序過電流及單元件低電壓啟動(dòng)過電流保護(hù)，一般用于50mw及以上的發(fā)電機(jī)； 2）負(fù)荷過電壓啟動(dòng)的過電流保護(hù)，一般用于1mw以上的發(fā)電機(jī)； 3）過電流保護(hù)，用于1mw及以下的小型發(fā)電機(jī)； 4）帶電流記憶的低壓過電流保護(hù)，用于自并勵(lì)發(fā)電機(jī)。（5）對于由不對稱負(fù)荷或外部不對稱短路而引起的負(fù)序過電流，一般在50mw及以上的發(fā)電機(jī)上裝設(shè)負(fù)序過電流保護(hù)。（6）對于不對稱負(fù)荷引起的發(fā)電機(jī)定子繞組過電流，應(yīng)裝設(shè)接于一相電流的過負(fù)荷保護(hù)。（7）對于水輪發(fā)電機(jī)定子繞組過電壓，應(yīng)裝設(shè)延時(shí)的過電壓保護(hù)。（8）對于發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路的一點(diǎn)接地故障，對1mw及以下的小型發(fā)電機(jī)可裝設(shè)定期檢測裝置；對1mw

35、以上的發(fā)電機(jī)應(yīng)裝設(shè)專用的勵(lì)磁回路一點(diǎn)接地保護(hù)。（9）對于發(fā)電機(jī)勵(lì)磁消失故障，在發(fā)電機(jī)不允許失磁運(yùn)行時(shí)，應(yīng)在自動(dòng)滅磁開關(guān)斷開時(shí)連鎖斷開發(fā)電機(jī)的斷路器；對采用半導(dǎo)體勵(lì)磁及100mw及以上采用電機(jī)勵(lì)磁的發(fā)電機(jī)，應(yīng)增設(shè)直接反應(yīng)發(fā)電機(jī)失磁時(shí)電氣參數(shù)變化的專用保護(hù)。（10）對于轉(zhuǎn)子回路的過負(fù)荷，在100mw及以上，比且采用半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)，應(yīng)裝設(shè)轉(zhuǎn)子過負(fù)荷保護(hù)。（11）對于汽輪發(fā)電機(jī)主汽門突然關(guān)閉而出現(xiàn)的發(fā)電機(jī)變電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的異常運(yùn)行方式，為防止汽輪損壞，對200mw及以上的大容量汽輪發(fā)電機(jī)裝設(shè)逆功率保護(hù)；對于燃汽輪發(fā)電機(jī)，應(yīng)裝設(shè)逆功率保護(hù)。（12）對于300mw及以上的發(fā)電機(jī)，應(yīng)裝設(shè)過勵(lì)磁保護(hù)。（1

36、3）其他保護(hù)：如當(dāng)電力系統(tǒng)震蕩影響機(jī)組安全運(yùn)行時(shí)，在300mw機(jī)組上，宜裝設(shè)失步保護(hù)；當(dāng)汽輪機(jī)低頻運(yùn)行會(huì)造成機(jī)械振動(dòng)，葉片損傷，對汽輪機(jī)危害極大，可裝設(shè)低頻保護(hù)；當(dāng)水冷發(fā)電機(jī)斷水時(shí)，可裝設(shè)斷水保護(hù)等。為了快速消除發(fā)電機(jī)內(nèi)部的故障，在保護(hù)動(dòng)作于發(fā)電機(jī)斷路器跳閘的同時(shí)，還必須動(dòng)作自動(dòng)滅磁開關(guān)，斷開發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路，使定子繞組不再感應(yīng)出勵(lì)磁電動(dòng)勢，繼續(xù)供給短路電流。3.3發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)3.3.1工作原理該保護(hù)是發(fā)電機(jī)內(nèi)部相間短路的主保護(hù)，根據(jù)啟動(dòng)電流的不同有兩種選取原則，與其相對應(yīng)的接線方式也有一些差別。因?yàn)樵摫Ｗo(hù)可以無延時(shí)的切除保護(hù)范圍內(nèi)的各種故障，同時(shí)又不反應(yīng)發(fā)電機(jī)的過負(fù)荷和系統(tǒng)振蕩，且靈敏系數(shù)一

37、般較高，所以縱差動(dòng)保護(hù)毫無例外的用作容量在1mw以上發(fā)電機(jī)的主保護(hù)。該保護(hù)是利用比較發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)和引出線側(cè)電流幅值和相位的原理構(gòu)成，因此在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)測和引出線側(cè)裝設(shè)特性和變比完全相同的電流互感器來實(shí)現(xiàn)縱差保護(hù)。兩組電流互感器之間為縱差保護(hù)的范圍。電流互感器二次側(cè)按照循環(huán)電流接線法接線，即如果兩組電流互感器一次側(cè)極性分別以中性點(diǎn)測和母線側(cè)為正極性，則二次側(cè)同極性相連接。差動(dòng)互感器與兩側(cè)電流互感器的二次繞組并聯(lián)。發(fā)電機(jī)故障時(shí)，如圖00001中的k1點(diǎn)短路，兩側(cè)電流互感器的一、二次電流如圖所示，差動(dòng)繼電器中的電流為=+.當(dāng)大于繼電器的整定電流時(shí)，繼電器動(dòng)作。在正常運(yùn)行或保護(hù)區(qū)外故障時(shí)，流過繼電器

38、的電流為兩側(cè)電流之差（=-），（短路點(diǎn)）。在循環(huán)電流回路兩臂引線阻抗相同、兩側(cè)電流互感器特性完全一致和鐵芯剩磁理想的情況下，量測電流相等（=），流過繼電器的電流為零，此電流稱為不平衡電流。但實(shí)際上差動(dòng)繼電器中流過不大的電流，此電流稱為不平衡電流。差動(dòng)保護(hù)在原理上不反應(yīng)負(fù)荷電流和外部短路電流，只反應(yīng)發(fā)電機(jī)兩側(cè)電流互感器保護(hù)區(qū)內(nèi)的故障電流，因此，縱差保護(hù)在時(shí)限上不必與其他時(shí)限配合，可以瞬時(shí)動(dòng)作于跳閘。3.3.2發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)整定縱差保護(hù)的整定原則如下：bch-2型繼電器構(gòu)成的差動(dòng)保護(hù)1.動(dòng)作電流大于發(fā)電機(jī)額定電流時(shí)差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流保護(hù)動(dòng)作電流應(yīng)躲開外部短路時(shí)最大不平衡電流，即 式中 可靠系數(shù)，采

39、用1.3； 計(jì)算不平衡電流； 考慮非周期分量影響的系數(shù)。當(dāng)采用bch2繼電器時(shí)=1； 電流互感器同形系數(shù)，采用0.5； 在發(fā)電及外部三相短路時(shí)，流經(jīng)保護(hù)的最大周期性短路電流。對于水輪發(fā)電機(jī)，由于電抗的數(shù)值比汽輪發(fā)電機(jī)大，其出口處發(fā)生三相短路的最大短路電流約為：為避免保護(hù)在電流互感器二次回路斷線時(shí)誤動(dòng)作，保護(hù)動(dòng)作電流應(yīng)大于發(fā)電機(jī)的最大負(fù)荷電流，即 = 式中 可靠系數(shù)，采用1.3 發(fā)電機(jī)額定電流取述最大的作為保護(hù)的動(dòng)作電流。差動(dòng)繼電器的動(dòng)作電流 = 式中 接線系數(shù) 電流互感器變比2.靈敏系數(shù) 式中 發(fā)電機(jī)出口兩相短路時(shí)，流經(jīng)保護(hù)最小周期性短路電流。 最小靈敏系數(shù)應(yīng)約為2。綜上可見，按躲開不平衡電流

40、條件整定的差動(dòng)保護(hù)，其起動(dòng)值都遠(yuǎn)較按躲開電流互感器二次回路斷線的條件為小，因此，保護(hù)的靈敏性就高。但是這樣整定后，在正常運(yùn)行條件下發(fā)生電流互感器二次回路斷線時(shí)，在負(fù)荷電流的作用下，差動(dòng)保護(hù)就可能誤動(dòng)作，就這點(diǎn)來看其可靠性是較差的。因此，是否需要考慮斷線在目前還是有爭議的問題。發(fā)電機(jī)縱差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作邏輯如下：發(fā)電機(jī)的縱差保護(hù)可以無延時(shí)的切除保護(hù)范圍內(nèi)的各種故障，同時(shí)又不反應(yīng)發(fā)電機(jī)的過負(fù)荷和系統(tǒng)振蕩，靈敏系數(shù)一般較高。因此，縱差保護(hù)毫無例外的用作容量在1mw以上發(fā)電機(jī)主保護(hù)。3.4發(fā)電機(jī)橫差保護(hù)（1）發(fā)電機(jī)裂相橫差保護(hù)裂相橫差保護(hù)大容量發(fā)電機(jī)每相都由兩個(gè)或兩個(gè)以上并聯(lián)分支繞組組成，正常運(yùn)行時(shí)各繞組

41、中電勢相等，流過相等的負(fù)荷電流；當(dāng)同相內(nèi)非等電位點(diǎn)匝間短路時(shí)，各繞組中電勢不再相等，出現(xiàn)因電勢差而在各繞組間產(chǎn)生的環(huán)流。利用這個(gè)環(huán)流可以實(shí)現(xiàn)對發(fā)電機(jī)定子繞組匝間短路的保護(hù)，構(gòu)成裂相橫差保護(hù)的原理。1）一個(gè)分支繞組內(nèi)部發(fā)生匝間短路時(shí)：圖3-1 某一繞組內(nèi)部匝間短路橫差動(dòng)保護(hù)此時(shí)兩個(gè)分支繞組的電勢將不等，出現(xiàn)環(huán)流，這時(shí)在電流差動(dòng)回路中將會(huì)有，若此電流大于啟動(dòng)電流，保護(hù)可靠動(dòng)作。但是當(dāng)短路匝數(shù)較小時(shí)，環(huán)流也較小，有可能小于啟動(dòng)電流，所以保護(hù)有死區(qū)。2）同相并聯(lián)分支繞組間發(fā)生匝間短路時(shí)：此時(shí)，只要這兩個(gè)分支繞組短路點(diǎn)存在電動(dòng)勢差（比如可簡單地理解為當(dāng)時(shí)），分別產(chǎn)生兩個(gè)環(huán)流、，此時(shí)差動(dòng)電流為。圖3-2

42、同相不同繞組匝間短路橫差動(dòng)保護(hù)（2）單元件橫差動(dòng)保護(hù)單元件橫差動(dòng)匝間短路保護(hù)能反應(yīng)定子繞組匝間短路、分支線棒開焊及機(jī)內(nèi)繞組相間短路。其原理圖如圖3-3所示。圖3-3 單元件橫差動(dòng)保護(hù)接線原理實(shí)際發(fā)電機(jī)不同中性點(diǎn)間有不平衡電流：1）定子同相而不同分支的繞組參數(shù)不完全相同，致使兩端的電勢及支路電流有差異；1）發(fā)電機(jī)定子氣隙磁場不完全均勻，在不同定子繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電勢不同；3）轉(zhuǎn)子偏心，在不同的定子繞組中產(chǎn)生不同電勢；存在三次諧波電流。實(shí)際很多情況下存在較大的三次諧波不平衡電流。因此，單元件橫差動(dòng)保護(hù)需要具有性能良好的三次諧波濾過器。3.5發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)如前所述，由于發(fā)電機(jī)容易發(fā)生繞組

43、線棒和定子鐵芯之間的絕緣破壞，因此發(fā)生單相接地的故障比例很高，約占定子故障的70%-80%。由于大型發(fā)電機(jī)組定子繞組，對地電容交大，當(dāng)發(fā)電機(jī)機(jī)端附近發(fā)生接地短路時(shí)，故障點(diǎn)的電容電流比較大，影響發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行；同時(shí)由于接地故障存在，會(huì)引起接地弧光過電壓，可能導(dǎo)致發(fā)電機(jī)其他位置絕緣的破壞，形成危害嚴(yán)重的相間或匝間短路故障。因此發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)就顯得尤為重要。定子單相接地保護(hù)類型：利用零序電流構(gòu)成的發(fā)電機(jī)定子繞組接地保護(hù)利用零序電壓構(gòu)成的發(fā)電機(jī)定子繞組接地保護(hù)利用三次諧波電壓構(gòu)成的發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)利用零序電壓和疊加電源構(gòu)成的發(fā)電機(jī)100%繞組單相接地保護(hù)這里著重介紹由利用三次諧

44、波電壓構(gòu)成的發(fā)電機(jī)100%繞組單相接保護(hù)。100%定子繞組接地保護(hù)：100%定子繞組的接地保護(hù)由兩部分組成。一部分是由接在發(fā)電機(jī)出線端的電壓互感器的開口三角線圈側(cè)，反應(yīng)零序電壓而動(dòng)作的保護(hù)。它可以保護(hù)8590%定子繞組。第二部分是利用比較發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)和出線端的三次諧波電壓絕對值大小而構(gòu)成的保護(hù)。正常運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的三次諧波電壓比發(fā)電機(jī)出線端的三次諧波電壓大，而在發(fā)電機(jī)內(nèi)部定子接地故障時(shí)，出線端的三次諧波電壓比中性點(diǎn)的三次諧波電壓大。發(fā)電機(jī)出口的三次諧波電壓作為動(dòng)作量，而中性點(diǎn)的三次諧波電壓為制動(dòng)量。當(dāng)發(fā)電機(jī)出口三次諧波電壓大于中性點(diǎn)三次諧波電壓時(shí)，繼電器動(dòng)作發(fā)出接地信號(hào)或跳閘。3.6 發(fā)

45、電機(jī)負(fù)序電流保護(hù)3.6.1 定時(shí)限過電流保護(hù)（1）單相式低電壓啟動(dòng)過電流保護(hù)單相式的低電壓啟動(dòng)過電流保護(hù)由接于相電流上的過電流繼電器ka1和接于線電壓上的低電壓繼電器kv組成，以專門反應(yīng)三相對稱短路。與負(fù)序過電流保護(hù)并聯(lián)工作的，經(jīng)過時(shí)間繼電器kt1的延時(shí)后動(dòng)作于跳閘。（2）負(fù)序過電流保護(hù)（過負(fù)荷信號(hào)部分）ka3具有較小的整定值，當(dāng)負(fù)序電流超過發(fā)電機(jī)的長期允許值時(shí)，經(jīng)時(shí)間繼電器kt2的延時(shí)后，發(fā)出發(fā)電機(jī)的不對稱過負(fù)荷信號(hào)。整定原則：躲開發(fā)電機(jī)長期允許的負(fù)序電流值和最大負(fù)荷下負(fù)序過濾器的不平衡電流（均應(yīng)考慮繼電器返回系數(shù)）。一般情況下其整定值可取為： 式中 負(fù)序過電流保護(hù)值； 長期允許的負(fù)序電流。

46、動(dòng)作時(shí)限應(yīng)保證外部不對稱短路時(shí)動(dòng)作選擇性，一般取510s。（3）負(fù)序過電流保護(hù)（跳閘部分）繼電器ka2具有較大的整定值，經(jīng)時(shí)間繼電器kt1的延時(shí)后動(dòng)作于發(fā)電機(jī)跳閘，以作為防止轉(zhuǎn)子過熱和后備保護(hù)之用。圖3-4發(fā)電機(jī)負(fù)序電流及單相式電壓啟動(dòng)過電流保護(hù)原理接線圖動(dòng)作電流的選擇：給出一個(gè)計(jì)算時(shí)間，在這個(gè)時(shí)間內(nèi)，值班人員有可能采取措施來消除產(chǎn)生負(fù)序電流的運(yùn)行方式。動(dòng)作時(shí)限一般取為35s。兩段式定時(shí)限負(fù)序過電流保護(hù)的動(dòng)作特性與發(fā)電機(jī)允許的負(fù)序電流曲線不能很好地配合。此外，它也不能反應(yīng)負(fù)序電流變化時(shí)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的熱累積過程。3.6.2 反時(shí)限負(fù)序過電流保護(hù)反時(shí)限曲線特性如圖3-5所示。它由上線定時(shí)限、反時(shí)限、

47、下限定時(shí)限三個(gè)部分組成。當(dāng)發(fā)電機(jī)負(fù)序電流大于上限整定值時(shí)，按上限定時(shí)限動(dòng)作。負(fù)序電流在上、下限整定值之間時(shí)按反時(shí)限動(dòng)作。 式中 發(fā)電機(jī)的a值； 發(fā)電機(jī)發(fā)熱同時(shí)的散熱效應(yīng)系數(shù)發(fā)電機(jī)負(fù)序電流標(biāo)幺值。圖3-5反時(shí)限負(fù)序過電流保護(hù)動(dòng)作特性曲線 圖3-6發(fā)電機(jī)反時(shí)限負(fù)序過電流保護(hù)邏輯圖 如果負(fù)序電流低于下限整定值，但不足以使反時(shí)限部分動(dòng)作，或反時(shí)限部分 動(dòng)作時(shí)間太長，則按下限定時(shí)限動(dòng)作。發(fā)電機(jī)反時(shí)限負(fù)序過電流保護(hù)邏輯圖如圖3-6所示負(fù)序反時(shí)限特性能真實(shí)地模擬轉(zhuǎn)子的熱累積過程，并能模擬散熱，即發(fā)電機(jī)發(fā)熱后若負(fù)序電流消失，熱累積并不立即消失，而是慢慢地散熱消失，如此時(shí)負(fù)序電流再次增大，則上一次的熱累積將成為

48、該次的初值。3.7發(fā)電機(jī)失磁保護(hù) 發(fā)電機(jī)失磁故障是指發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁突然全部消失或部分消失，引起失磁的原因有轉(zhuǎn)子繞組故障、勵(lì)磁機(jī)故障、自動(dòng)滅此開關(guān)誤跳閘、半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng)中某些元件損壞或回路發(fā)生故障及誤操作等。各種失磁故障綜合看起來，有以下幾種形式：勵(lì)磁繞組直接斷路或經(jīng)勵(lì)磁電機(jī)電樞繞組閉路而引起的失磁，勵(lì)磁繞組開路引起的失磁，勵(lì)磁繞組經(jīng)滅磁電阻短接而失磁，勵(lì)磁繞組經(jīng)整流器閉路（交流電源消失）失磁。當(dāng)發(fā)電機(jī)完全失磁時(shí)，勵(lì)磁電流將逐漸衰減為零。而發(fā)電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢隨勵(lì)磁電流的減小而減小，最終使發(fā)電機(jī)進(jìn)入穩(wěn)定的異步運(yùn)行。發(fā)電機(jī)異步運(yùn)行對發(fā)電機(jī)本身、電力系統(tǒng)都有很嚴(yán)重的危害，因此發(fā)電機(jī)應(yīng)裝設(shè)失磁保護(hù)。對于1

49、00mw以下不允許失磁運(yùn)行的發(fā)電機(jī)自動(dòng)滅此開關(guān)斷開時(shí)，應(yīng)聯(lián)跳發(fā)電機(jī)斷路器。對于100mw以下但對電力系統(tǒng)影響重大的發(fā)電機(jī)和100mw以上的發(fā)電機(jī)應(yīng)裝設(shè)專用的失磁保護(hù)。3.8勵(lì)磁回路一點(diǎn)接地保護(hù)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路絕緣破壞會(huì)引起轉(zhuǎn)子繞組匝間短路和勵(lì)磁回路一點(diǎn)接地故障以及兩點(diǎn)接地故障。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路一點(diǎn)接地故障很常見，而兩點(diǎn)接地故障也時(shí)有發(fā)生。勵(lì)磁回路一點(diǎn)接地故障，對發(fā)電機(jī)并未造成危害，如果發(fā)生兩點(diǎn)接地故障，將嚴(yán)重威脅發(fā)電機(jī)安全。第4章 母線保護(hù)4.1.母線保護(hù)配置原則發(fā)電廠和變電所的母線是電力系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成原件，當(dāng)母線發(fā)生故障時(shí)使連接在故障母線上的所有元件在修復(fù)故障母線期間，或轉(zhuǎn)換到另一組無故障

50、的母線上以前被迫停電。此外，在電力系統(tǒng)中樞紐變變電所的母線上故障時(shí)，還可能引起系統(tǒng)穩(wěn)定的破壞，造成嚴(yán)重的后果。母線發(fā)生的短路故障可能是各種類型的接地和相間短路故障。母線短路故障類型的比例與輸電線路不同。在輸電線路的短路故障中，單相接地的故障約占故障總數(shù)的80%以上。而在母線故障中，大部分故障是有絕緣子對地放電引起的，母線故障開始階段大多表現(xiàn)為單相接地故障，而隨著電弧的移動(dòng)，故障往往發(fā)展為兩相或三相。母線保護(hù)總的來說可以分為兩大類型：利用供電元件的保護(hù)來保護(hù)母線裝設(shè)母線保護(hù)專用裝置圖4-1 利用發(fā)電機(jī)過的電流保護(hù)切除母線故障一般來說，不用采用專門的母線保護(hù)，而利用供電元件的保護(hù)裝置就可以把母線故

51、障切除。例如：如圖4.1所示的發(fā)電廠采用單母線接線，若接于母線的線路對側(cè)沒有電源，此時(shí)母線的故障就可以利用發(fā)電機(jī)的過電流保護(hù)的斷路器跳閘予以切除。 如圖4-2所示的降壓變電站，其低壓側(cè)母線正常時(shí)分開運(yùn)行，若接于母線上的電路為饋線電路，低壓側(cè)目線上的故障就可以由相應(yīng)變壓器的過電流保護(hù)使變壓器斷路器跳閘予以切除；如圖4.3所示的雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)（或環(huán)形網(wǎng)絡(luò)），當(dāng)變壓器b母線上k點(diǎn)短路時(shí)，則可以有保護(hù)1、4的第ii段動(dòng)作予以切除，等等。圖4-2 利用變壓器過電流保護(hù)切除低壓母線故障圖4-3 在雙側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)上，利用電源側(cè)的保護(hù)切除母線故障當(dāng)利用供電元件的保護(hù)裝置切除母線故障時(shí)，故障切除時(shí)間一般較長。此外，

52、當(dāng)母線同時(shí)運(yùn)行或母線為分段母線時(shí)，上述保護(hù)不能保證有選擇性的切除母線故障；當(dāng)超高壓樞紐變電站和大型發(fā)電廠母線為分段母線時(shí)，上述保護(hù)不能有選擇性的切除母線故障。超高壓樞紐變電站和大型發(fā)電廠的母線聯(lián)系著各個(gè)地區(qū)系統(tǒng)和各臺(tái)大型發(fā)電機(jī)組，母線發(fā)生短路直接破壞了各部分系統(tǒng)之間或各臺(tái)機(jī)組之間的同步運(yùn)行，嚴(yán)重影響了電力系統(tǒng)的安全供電，。雖然母線短路幾率比輸電線短路低得多，但一旦發(fā)生，后果特別嚴(yán)重。因此，對那些威脅電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行、使發(fā)電廠廠用電及重要負(fù)荷的供電電壓低于允許值（一般為額定電壓的60%）的母線故障，必須有選擇性的快速母線保護(hù)。因此，在下列情況下應(yīng)裝設(shè)專門的母線保護(hù)：(1) 在110kv及以上的雙

53、母線和分段母線上，為保證有選擇性的切除一組（或段）母線上發(fā)生的故障，而另一組（或段）無故障母線仍能繼續(xù)運(yùn)行，應(yīng)裝設(shè)專門的母線保護(hù)。(2) 110kv及以上的單母線上，重要發(fā)電廠的35kv母線或高壓側(cè)為110kv及以上的重要變電所的35kv母線，按照裝設(shè)全線速動(dòng)保護(hù)的要求必須快速切除母線上故障時(shí)，應(yīng)裝設(shè)專門的母線保護(hù)。1.對220500kv母線，應(yīng)裝設(shè)能快速有選擇地切除故障的母線保護(hù)。 對3/2接線，每組母線宜裝設(shè)兩套相同原理的母線保護(hù)。 對220kv母線 ，一般還是一套母差，重要母線可考慮兩套。2.對變電所的35110kv電壓的母線，在下列情況下應(yīng)裝設(shè)專用的母線保護(hù)。 a.110kv雙母線 b.110kv單母線，重要發(fā)電廠或110kv以上重要變電所的35kv母線，需快速切除母線上的故障時(shí)。c.35kv電網(wǎng)中，主要變電所的35kv雙母線或分段母線需快速切除一段或一組母線上的故障時(shí)。3.裝設(shè)專用的母線保護(hù)的條件（1）在雙母線同時(shí)運(yùn)行或具有分?jǐn)鄶嗦菲鞯碾p母線或分?jǐn)鄦文妇€，由于供電可靠性要求較高，要求快速而又有選擇性地切除故障母線時(shí)，應(yīng)考慮裝設(shè)專用母線保護(hù)。（2）由于電力系統(tǒng)穩(wěn)定的要求，當(dāng)母線上發(fā)生故障必需快速切除時(shí)，應(yīng)考慮裝設(shè)專用母線保護(hù)。（3）當(dāng)母線發(fā)生故障，主要電站廠用電母線上的殘余電壓低于額定電壓的（5060）時(shí)，為保證廠用電及其它重要用戶的供電質(zhì)量時(shí)