1、水電站的電氣設備（電氣二次部分）1電氣二次何謂電氣二次？與一次回路沒有直接聯接、由互感器或直流電源供電的回路。實際上是保護、控制與監視裝置及其接線的總稱。一次回路傳送的是電能量，二次回路傳送的是電信號。1 機組與輔助設備的自動控制1.1閘門與閥門的控制（1） 閘門的自動控制1）閘門分類按用途分：泄水系統閘門和引水發電系統閘門。按結構形式分：弧形閘門平面閘門。引水發電系統閘門皆為平面式。2）啟閉機開啟和關閉閘門的起重機械。常用啟閉機有固定卷揚式、門式（即壩頂門機）和液壓式等。（1） 閘門的自動控制（1） 閘門的自動控制（1） 閘門的自動控制（1） 閘門的自動控制3）閘門的控制泄水系統閘門的控制服

2、從防洪調度的需要。有重要防洪功能的水電站設有泄洪閘門監控系統，協調泄洪閘門的控制。（1） 閘門的自動控制引水發電系統閘門的控制（事故閘門的控制）事故閘門：閘門的下游或上游發生事故時能在動水中關閉的閘門。能夠快速關閉的事故閘門稱為快速閘門。事故閘門既能在現地控制，又能在遠方控制，但遠方開啟功能需慎用?，F地控制方式下，能開啟和關閉閘門。在中控室和機旁應設置獨立于監控系統的事故閘門緊急關閉按鈕及回路，并以硬接線的形式接至閘門的控制回路。（1） 閘門的自動控制引水發電系統閘門的控制事故閘門開啟時，應先進行充水平壓。事故閘門在機組正常運行和停機時，維持全開狀態，不隨機組的啟動、停止而啟閉。但當機組因調速

3、器失靈等原因，轉速持續上升到140%左右的額定轉速時，快速閘門將自動緊急下落，保障設備和人員的安全。（2） 進水閥（蝶閥與球閥）的自動控制1） 進水閥既能在現地控制又能在遠方手動控制。2）開啟進水閥之前，先經旁通閥進行充水平壓。3）常規機組的進水閥在機組正常運行和停機時，均維持全開狀態，不隨機組的啟停而啟閉。但當機組因調速器失靈等原因，轉速持續上升到140%左右的額定轉速時，進水閥將自動緊急關閉，保障設備和人員的安全。4）抽水蓄能機組的進水閥的啟閉與機組的啟停聯動。5）進水閥只能停留在全關、全開兩個位置。6）進水閥的正常啟閉采用液壓操作，當控制電源消失時利用重錘蓄能等手段緊急關閥。進水閥的控制

4、進水閥1.3 機組輔助設備與全廠公用設備的控制(已講)1.2 機組的自動控制(專講)1.4 同步系統1.4 同步系統（1）同步的概念對一個交流電源進行調整，使之與另一個交流電源在電壓、頻率、相位角一致，以便能夠并聯。(2) 準同步在使同步電機與另一同步電機或電源進入同步時，調節電壓、頻率和相位角，使該同步電機的狀態盡可能與對方一致的同步過程。在二者相位差幾乎為零時，自動合上發電機斷路器或發變組斷路器，完成并網.1.4 同步系統1）手動準同步: 由工作人員根據同步表的指示，手工升高或降低機組頻率與電壓，使其與電網的頻率與電壓一致，在條件滿足時，手動合上發電機斷路器或發變組斷路器，將機組并入電網。

5、2）自動準同步: 由同步裝置自動檢測機組與電網之間的頻率差與電壓差，自動升高或降低機組頻率與電壓，使其與電網的頻率與電壓一致，在條件滿足時，自動合上發電機斷路器或發變組斷路器，將機組并入電網。同步表1.4同步系統（3）自同步（在水電廠已經不用）將未加勵磁的同步電機加速到接近額定轉速時，并入電網，然后加勵磁，將電機拖入同步的過程。準同步原理數字式準同步裝置接線同步電壓信號的相位補償與幅值補償同步電壓信號的相位補償與幅值補償如果待并列的兩個電源處于同一電壓中（如發電機斷路器兩側或500kV斷路器兩側），則兩側的VT二次電壓信號均取同名的線電壓，不存在相位補償與幅值補償問題。如果待并列的兩個電源處于

6、不同的電壓中（如同步點在發變組高壓側的斷路器），則兩側的VT二次同名電壓信號存在相位差，需進行相位補償與幅值補償。可以設隔離變或轉角變進行相位補償與幅值補償，也可利用智能同步裝置的補償功能。同步裝置的配置1）每臺機組配置一套自動準同步裝置和一套手動準同步裝置，自動準同步裝置為主要并網方式，手動準同步為備用方式。2）高壓開關站和線路合用一套適用于多對象的自動準同步裝置和一套手動準同步裝置。自動準同步裝置用于捕捉同期或同頻合環。2022/7/14232 計算機監控系統的結構與功能2.1概述計算機監控系統，是以計算機為核心構成的對水電站生產過程進行自動監測、控制的系統。起初作為值班人員的輔助監控手段

7、，現在已經可以取代值班人員對水電站監控，實現“無人值班”（少人值守）甚至完全無人值班。2.2 計算機監控系統的構成 (1)電廠控制級（簡稱電廠級）主計算機（數據服務器）:承擔監控系統系統的后臺工作、計算量較大的工作的計算機，負責自動發電控制（AGC）、自動電壓控制（AVC）、實時數據庫、數據統計處理、專家系統等功能。操作員工作站:全廠集中監視和控制的人機接口，用于監控畫面和輸入操作員指令等工作。工程師工作站:用于程序開發、調試和系統維護管理的計算機。通信工作站：實現與上級調度中心控制系統、管理信息系統（MIS）和其他智能電子設備的信息交換的計算機，有時也稱網關機（gateway）。(1)電廠控

8、制級（簡稱電廠級）培訓工作站:用于培訓操作員的計算機。語音報警工作站:啟動揚聲器報警、電話語音報警和手機短信報警的計算機，可將事故情況通知有關人員。 GPS接收和授時裝置：接收GPS或北斗衛星時鐘信號，并將統一的時鐘信號發送到監控系統以及各有關智能電子設備的裝置。授時方式有脈沖式、IRIG-B等。此外，還有模擬屏、電源裝置、打印機等。(2) 現地控制級LCU（Local Control Unit）的配置每臺機組各設置一個LCU；根據電壓等級和出線數量的多少，開關站設置一個或兩個LCU；廠內的廠用電和公用設備可設置一個LCU，大型電廠可分別設置廠用電和公用設備的LCU；壩區設備設置一個LCU。蓄

9、能電站設啟動LCU和下庫LCU（或遠方I/O）。(2) 現地控制級（LCU） LCU的構成： 通用或專用可編程控制器（PLC）工業微機，便于設人機接口。水力機械事故后備保護的繼電器接線或獨立的PLC(僅用于機組LCU)。同步裝置（機組LCU設置專用的手動和自動同步裝置，開關站LCU設置公用的手動和自動同步裝置）。按鈕、開關顯示儀表等。(2) 現地控制級（LCU） LCU的作用LCU通過I/O直接聯系生產過程，同時又經過網絡聯系電廠級的監控設備，起到了承上啟下和下情上達的作用。它從生產過程采集各種信息：電流、電壓、溫度、油壓、流量、油位、開關狀態、繼電保護動作狀態等等，并進行預處理，必要時，輸出

10、信號或操作命令，同時又將處理過的信息上送電廠級設備。另一方面，它接收來自電廠級設備的命令，并執行之。Unit LCU(LCU-1 LCU-4)LAN - S8000E redundant optical ring TCP/IP 100Mbit/sTime Synchronization PulseCE2000 I/O ControllerRelay ProtectionExcitationTurbine GovernorUnit Synchronization DeviceI/O SignalsProcess I/O SignalsLocal Operating( with push butt

11、onsand indication lamps )MODBUSOther Equipment(not in scope of CSCS)Emergency STOPCE2000 I/O ControllerCE2000 I/O ControllerCE2000 I/O ControllerFieldbus F-8000I/O SignalsEnergy Meter /Multi-TransducerCSCS of ZHANGHEWAN PSPP: LCU for Units CE2000 I/O ControllerEmergency ShutdownEthernetLWL SwitchMai

12、n redundantC80-75 CPU 12” TFTLocal HMIRing 1Ring 2Drawing No.: GKWH 454 308 RevCPLC簡介PLC是一種特殊的用于實時控制的工業用計算機，它的主要構成部分是： 微處理器（中央處理單元，CPU）。 存儲器。一般配置隨機存取存儲器 (RAM)和可編程序只讀存儲器(EPROM)存儲程序。輸入輸出接口。與一般微型計算機的區別是：存儲容量小； 處理開關量能力很強，處理模擬量能力稍弱；編程語言由GB/T 15969 （IEC 61131）規定，與計算機編程語言（C, BASIC等）不同。（3）網絡設備交換式以太網是當前的主流網絡

13、介質：光纖，雙絞線光纖完全不受電磁干擾的影響。連接中控室和計算機室設備的介質宜采用雙絞線，LCU之間和從LCU連接到電廠級設備的介質宜采用光纖。交換機：一種多端口的信息傳送設備，由集線器發展而來。它能夠按照輸入信息提供的目標地址，自動把信息送到相應的路由上。以太網的工作機制是CSMA/CD,即帶沖突檢測的載波監聽多路訪問，容易因沖突而浪費時間。采用交換機后，信息的目標地址明確，避免和減少了沖突。（CSMA/CD：Carrier Sense-Multiple Access with Collision Detection)（4）以太網的拓撲形式星形網與環形網從拓撲形式來看，網絡可以分為星形網與環

14、形網，兩種形式應用都很多。星形網以交換機為中心，物理上呈輻射形。但在邏輯上，是按總線方式運行的。環形網的網線（雙絞線或光纖）將相關設備連接在一起，但在邏輯上，設有斷點，實際上也是按總線方式運行的。實際上的很多工程的計算機監控系統網絡是二者的靈活結合。（4）以太網的拓撲形式2.3 計算機監控系統的功能計算機監控系統的功能包括以下各項的部分或全部：數據采集、數據處理、控制與調節、數據通信、時鐘同步、運行管理與指導、人機聯系、培訓仿真、系統維護及軟件開發等。（1）數據采集 監控系統采集必要的電氣量、非電氣量、開關量等。數據的采集通過硬布線I/O和數據通信方式實現。（2）數據處理 監控系統能對采集到的

15、數據進行處理并生成實時數據庫，實現對水電站各主要設備的工況和參數的巡回檢測、記錄、計算、越限報警、復限提示和顯示、打印等功能。2.3 計算機監控系統的功能（3）控制與調節 監控系統能實現上級調度中心控制調節、電站級控制調節以及現地控制級控制調節，實現機組工況的自動轉換、斷路器和隔離開關的分合、負荷的增減等。監控系統還能實現自動發電控制（AGC）和自動電壓控制（AVC）功能。（4）數據通信 在水電站監控系統中，數據通信包括系統內部的實時數據及命令的傳送、外部與電網調度或地區調度以及其他有關方面的信息交換。現地控制級設備與調速器、勵磁調節器、繼電保護裝置等設備之間的數據通信多采用現場總線等方式實現

16、。2.3 計算機監控系統的功能（5）時鐘同步 監控系統內統一時鐘，選用衛星定位系統(北斗或GPS)的接收和授時裝置為電站級各工作站和各LCU等設備進行時鐘校正，同時向廠內繼電保護、故障錄波等裝置提供統一的時鐘信號。（6）運行管理與指導 監控系統能夠實現自動統計主設備的運行時間及事故、故障次數，機組的工況轉換次數，機組附屬設備及全廠公用系統設備的運行時間和動作次數，繼電保護裝置或自動裝置的動作次數等。2.3 計算機監控系統的功能（7）系統自診斷與自恢復 監控系統具備硬軟件在線自診斷能力，發現異常時能自動定位并報警。同時具備自恢復功能，對于冗余配置的設備，能夠自動切換到備用設備運行。（8）人機聯系

17、 運行人員通過控制臺使用顯示器、鍵盤和鼠標、打印機等實現與計算機監控系統的交互，包括完成對電站設備的運行監視、控制調節和參數設置等操作。（9）培訓仿真 監控系統具有仿真培訓功能，向運行操作人員提供操作或軟件開發的培訓。2.4 電氣二次系統的安全防護3 繼電保護3 .1 繼電保護簡介什么是繼電保護？電力系統發生故障時，電氣參數（電流、電壓、頻率等）會偏離正常范圍，例如短路會導致電流突然增大，可能導致設備損壞、系統解列等嚴重后果。繼電保護作為一種自動化裝置的任務，是及時檢測電氣設備故障或異常，并迅速、準確地發出跳閘或停機指令以隔離故障設備，或發出報警信號。(2) 繼電保護的原理如何識別故障和異常？

18、要找出正常運行與故障時系統中電氣量或非電氣量的變化特征（差別），即可找出一種原理，且差別越明顯，保護性能越好。(2) 繼電保護原理說明Q：斷路器QA：斷路器的常開輔助觸頭（與主觸頭位置相同）KA：過電流繼電器（電流整定值為Iset，應大于正常負荷電流，且大于電動機的自啟動電流）YR：跳閘線圈TA：電流互感器，變比為Kn，二次電流為Is(2) 繼電保護原理 正常運行時，一次回路流過負荷電流，IsIset，繼電器KA動作，觸頭閉合，接通跳閘線圈YR，使斷路器Q跳閘，切除了故障。2022/7/1449(3) 對繼電保護的基本要求（四性）繼電保護裝置應滿足可靠性、選擇性、靈敏性和速動性的要求。（1）可

19、靠性：保護該動作時應動作（可信賴性），不該動作時不動作（安全性）；（2）選擇性：首先由故障設備（包括線路）本身的主保護切除故障，當故障設備本身的主保護或斷路器拒動時，才允許由相鄰設備的保護切除故障；（3）靈敏性：在設備的被保護范圍內發生金屬性短路時，保護裝置應具有必要的靈敏系數；（4）速動性：保護裝置應能盡快地切除故障。(4) 保護裝置編號（源自美國標準ANSI）2022/7/1452(5) 繼電保護發展史傳統的繼電保護采用電磁繼電器和模擬電路實現各種功能。上世紀60年代起到90年代，繼電保護經歷了電磁式保護晶體管保護集成電路保護數字式保護（即微機保護）的發展歷程。現在，數字式保護已經成為繼電

20、保護的主要形式。數字技術的采用使繼電保護發生了飛躍的發展，實現了電磁式保護不可能實現的高級功能。但是各種保護的基本原理沒有改變。以下的敘述中，為了便于理解，有時仍會以機電式保護為例來說明。2022/7/14533.2 發電機保護水輪發電機裝設有縱聯差動保護（完全縱差和不完全縱差）、橫差保護（零序電流橫差和裂相橫差）、過電流保護、定子繞組接地保護、轉子回路接地保護、失磁保護、失步保護、過電壓保護、過負荷保護等。（1）主保護1）完全縱聯差動保護1MW及以上的發電機采用縱聯差動保護，反映發電機及其引出線的相間短路故障?？v差保護的基礎是基爾霍夫第一定理。差動保護動作條件：在正確的極性連接下，I1與I2

21、的正方向都是指向發電機的。 正常運行或外部故障時，二者方向相反。差電流幾乎為零，制動電流為二者算術和之半，即等于短路電流。內部短路時，二者方向相同。差電流為二者之算術和，制動電流為二者的算術差之半。2022/7/1456差動保護的動作特性外部短路時，差電流很小，制動電流等于短路電流。保護不會動作；內部短路時，差電流等于兩側短路電流的算術和，制動電流為兩側短路電流算術差的一半，保護可靠動作。右圖中，動作電流：Id.min=0.3拐點處制動電流：Ires.min=1.0制動系數（斜率）K=0.4 點（1）對應內部短路，點（2）對應外部短路3.2 發電機保護2）不完全縱聯差動保護 不完全縱聯差動保護

22、的發電機出口側電流互感器接入全部相電流，中性點側只將部分支路的電流互感器接入。適當選擇中性點側電流互感器的變比，可以保證正常運行時，兩側電流的平衡。適當選擇接入電流互感器的中性點側支路的組合方式和數量，可以使不完全縱差保護能夠兼顧反映相間短路和匝間短路。具體保護范圍及靈敏度隨機組的電磁設計及保護方案的不同而不同。 3.2 發電機保護3）零序電流橫差保護（也稱單元件橫差保護）對定子繞組為多支路的機組，適當地選擇分組方式，在兩個中性點連接線上接入零序電流橫差保護，可以反映大部分匝間短路和一部分相間短路及繞組開焊等故障，具體保護范圍及靈敏度隨機組的電磁設計及保護方案的不同而不同。3.2 發電機保護4

23、）裂相橫差保護對定子繞組為多支路的機組，適當地選擇分組方式，在兩組繞組之間接入裂相橫差保護，可以反映大部分匝間短路和一部分相間短路，具體保護范圍及靈敏度隨機組的電磁設計及保護方案的不同而不同。發電機主保護的“兩橫兩縱”61定子繞組分支的組合方案舉例3.2 發電機保護4）主保護的定量化設計以上列舉了發電機的四種主保護，即所謂“兩縱兩橫”，反映的故障是定子繞組的相間短路和匝間短路。在多支路的情況下，如果隨機地對支路分組和確定引取中性點側電流的支路組別，有可能使保護的覆蓋范圍和靈敏度很不理想。定量化設計以發電機的電磁設計的數十項參數和電力系統參數為依據，窮舉所有可能發生的內部故障（同槽雙層之間及端部

24、搭接的繞組之間），采用變參數的微分方程組計算短路電流，然后分別校驗各種支路組合方式下、四種主保護對各類內部故障的靈敏度，確定最佳的主保護總體方案。發電機的定子繞組2022/7/1464定子繞組展開圖舉例，只畫了A相（19號槽內層間短路為匝間短路，20號槽內層間短路為相間短路）2022/7/14653.2 發電機保護（2）定子接地保護1）90%定子接地保護2）15%定子接地保護3）100%定子接地保護水輪發電機定子繞組單相接地故障電流允許值當單相接地故障電流不大于允許值時，接地保護帶時限動作于信號；當單相接地故障電流大于允許值時，應動作于停機。（2）定子接地保護（基波零序電壓原理） 1）90%定

25、子接地保護（中性點不接地或高阻接地）保護范圍從定子繞組出口算起，90%左右。采用的原理是3U0。（2）定子接地保護（基波零序電壓原理）（2）定子接地保護（三次諧波電壓原理）2)15%接地保護正常運行時，中性點的三次諧波電壓高于機端的三次諧波電壓?？拷行渣c側發生單相接地時，上述情況發生逆轉，機端的三次諧波電壓高于中性點的三次諧波電壓。根據這一現象，可以設置15%接地保護。將發電機的對地電容分為機端和中性點的兩個集中電容Coc/2，機端還有母線、廠用變、主變低壓側的電容（總和為COS），所以機端的對地電容總是大于中性點的。如果中性點經消弧線圈接地，抵消了部分電容，使機端的對地電容更加大于中性點側

26、電容。這也意味著機端的對地容抗總是小于中性點端的對地容抗，機端分得的三次諧波電壓總是小于中性點：US31.3Ugn，延時0.3s2）46 負序過流過負荷保護針對負荷不對稱、非全相、不對稱短路等異?；蚬收稀＿^流部分作為相間短路后備保護。過負荷部分作為轉子表層過熱保護。定時限，發信號。3）49 定子對稱過負荷保護保護定子繞組負荷電流超過額定值引起的發熱。定時限，發信號。（4）異常運行保護4）49F 勵磁繞組過負荷保護保護轉子繞組負荷電流超過額定值引起的發熱。300MW及以上機組設定時限與反時限，作用于停機。100MW以上、300MW以下機組只設定時限，發信號。5）64F 轉子一點接地保護一點接地無

27、大礙，如果發展為兩點接地，則會燒傷轉子繞組。延時發信號。常用原理有兩種：（1）注入低頻信號式；（2）切換式（乒乓式）。6）24 過勵磁保護（300MW及以上機組）防止鐵心磁密過高引起飽和，導致發熱，損壞機組。反時限停機，定時限發信號。采用U/f原理。（U=4.44fN, 所以=kU/f）2022/7/1482（4）異常運行保護7）40 失磁保護反映機組勵磁降低或失去勵磁。機組失磁后成為異步發電機，吸收無功導致系統電壓下降，且機組轉子因異步運行的滑差電流而發熱。采用測量機端阻抗、測量轉子電壓等方式構成保護。作用于解列、停機。8）78 失步保護（300MW以上機組）反映機組與系統之間發生振蕩的保護

28、。振蕩使機組電壓周期性地下降，影響廠用電運行；振蕩導致機組電勢與系統電勢相角差達到180度時，振蕩電流的幅值接近短路電流，危害機組安全。失步保護采用在阻抗平面劃定動作區的方式，按阻抗頂點穿越動作區的次數和停留時間整定。作用于信號，當振蕩中心落在發變組，且失步時間或振蕩次數越限時解列。2022/7/1483（4）異常運行保護9）81F 頻率過高對水輪發電機組自身不造成損害，主要為了系統穩定而設。動作于解列滅磁或程序停機。10）81f 頻率過低 用于調相解列保護和蓄能機組水泵工況失電保護。11）32 逆功率 用于低水頭機組，防止水輪機轉輪空蝕。用于蓄能機組的發電工況，防止出現“反水泵”工況。12）

29、37 低功率（抽水蓄能機組）用于蓄能機組的抽水工況失電保護。13）27 低電壓用作低頻保護的后備。（4）異常運行保護14）50BF 斷路器失靈用于繼電保護的跳閘令已經發出，但發電機斷路器未能跳閘的情況。作用于停機并跳開相鄰斷路器。15）50 誤上電保護停機狀態的發電機因誤操作等原因錯合上斷路器的故障。16）47 電壓相序錯誤 （抽水蓄能機組） 保護蓄能機組換相開關因故障成的電壓相序與旋轉方向不一致。17）50LF 次同步過流專用于啟動過程中頻率低于同步轉速的工況。18）60 VT斷線19）38 軸電流2022/7/1485懸式發電機的軸電流保護2022/7/14863.3 主變壓器保護（僅述及

30、發變組升壓變）主變壓器裝設有差動保護、復壓啟動過電流保護、高壓側單相接地保護、中性點放電間隙保護、低壓側單相接地保護、過激磁保護、過負荷保護、瓦斯保護等。（1）主保護 ：差動保護基本原理與發電機縱差保護相似，建立在電流平衡的基礎之上。但變壓器高低壓繞組之間是磁耦合而非電連接，等效電路中存在勵磁分支，嚴格而言并不適用基爾霍夫第一定律?？墒侵灰‘斶x擇兩側的CT變比，還是能夠使保護裝置區分正常運行/外部短路與內部短路。此外，匝間短路改變了變壓器的變比，打破了原來的電流平衡，差動保護也可能動作。變壓器差動保護固有的不平衡電流88變壓器差動保護原理（機電式）2022/7/1489數字式變壓器差動保護2

31、022/7/1490（1）主保護 ：差動保護（短路電流與勵磁涌流之比較）變壓器差動保護的特殊問題：1）變壓器空載合閘時會產生很大的勵磁涌流，差動保護中出現差電流，如不采取措施，將被誤判為內部短路而跳閘。2022/7/1491變壓器空載合閘的勵磁涌流2022/7/1492空載合閘勵磁涌流的特點1）二次諧波比例較高2）波形有間斷利用以上特點，可構成帶二次諧波制動的差動保護。此外，在過勵磁時，也會產生較大的電流，這時，應是過激磁保護動作，差動保護不應動作。過激磁時的電流富含五次諧波成分，利用這一特點，可在差動保護中加入五次諧波制動特性。2022/7/1494變壓器差動保護接線舉例（2）相間短路后備保

32、護正常運行時，主變內部及高壓引線短路的后備保護均由發電機低壓閉鎖帶記憶過流保護兼任，電流取自發電機中性點CT ，不需另設保護。發電機停機時，GCB打開，系統經由主變倒送廠用電，發電機帶電流記憶的低壓閉鎖過流保護退出，必須另設專門針對此種工況的主變后備保護。在高壓線路發生短路時,這一保護應當避免啟動,或者雖然啟動,但應在定值和時間上與線路后備保護配合。以保證線路后備保護先動作。2022/7/1496（2）相間短路后備保護解決方案有如下幾種，共同點是電流取自主變高壓側CT：1）復合電壓過流保護或低壓過流保護電壓信號應取自主變低壓側VT。為了避免與線路后備保護的配合導致延時過長，此保護宜在GCB閉合

33、時退出。定值按躲開廠用變額定電流或SFC額定電流整定。2022/7/1497復合電壓過流保護2022/7/1498（2）相間短路后備保護2） 方向過流保護 電壓信號取自高壓側VT，電流方向指向主變。整定值按躲主變額定電流計算（抽水蓄能可逆機組）或按躲廠高變額定電流計算（常規機組），延時取1s，躲過振蕩。定值與延時均不需與線路保護配合。發電機斷路器（GCB）閉合運行時不退出，由于保護的方向性，輸電線路短路時不會誤動。2022/7/1499方向過流保護2022/7/14100（3）高壓側單相接地保護（零序電流保護）適用于中性點固定接地的變壓器,兩段的零序電流動作值和時間，分別與相鄰線路保護的零序I

34、或II段以及零序過流相配合。（330kV/500kV）2022/7/14101中性點放電間隙保護適用于中性點經放電間隙接地的變壓器（110kV/220kV）2022/7/14102主變保護(4)低壓側單相接地保護: GCB斷開時，主變低壓繞組和低壓側母線的接地保護(5)過激磁保護：防止主變鐵心過激磁的保護(6)過負荷保護：防止因電流持續超出額定值引起繞組發熱。(7)瓦斯保護：油浸變壓器繞組短路或油位異常的保護。輕瓦斯（油位降低）只發信號，重瓦斯（短路引起油流和氣流沖向油枕）立即跳閘。（8）溫度保護（油溫和繞組溫度）（9）壓力突增保護2022/7/14103瓦斯繼電器原理2022/7/14104

35、采用干簧觸點的瓦斯繼電器105106熱像法測量變壓器繞組溫度（thermal replica）2022/7/141073.4 高壓電纜或高壓管道母線保護如果水電站的主要設備布置在地下廠房，則不論高壓開關站布置在地下或地面，都需要有一段高壓電纜或高壓管道母線聯絡地下與地面。這一段電纜或管道母線應設專門的保護。導引線差動保護是可選的方案之一，但存在電磁干擾問題。很多工程都采用了光纖差動保護方案，即將其視為一段輸電線路，按線路光纖差動保護設置，后備保護（距離保護、零序電流保護）一律不投。電纜的光纖差動保護3.5 高壓母線差動保護將母線視為一個大的電流節點，那么根據基爾霍夫第一定律，所有進線和出線流向

36、母線的電流的相量之和應當為零。I1+I2+I3+.+In=0（n為進出支路的總數）以上關系在正常運行時和母線以外短路時，都是成立的。但當母線上發生短路時，等于增添了不可預期的支路，以上關系不再成立。根據這一特點可以構成母線差動保護。雙母線差動保護需接入母聯斷路器的電流，以便判斷故障發生在哪條母線，只切除故障母線的進出線。雙母線差動的邏輯圖3.6 輸電線路保護（1）電流保護（2）距離保護（3）高頻保護（4）光纖差動保護 (5) 自動重合閘（1）電流保護單側電源的電流保護由以下三段保護組成：1）速斷保護：可無延時地快速切除故障，但只能保護線路的80%左右，不能保護線路末端的故障。用作主保護。2）限

37、時速斷保護：能保護線路的全長和下段線路的一部分，但略帶延時。3）過流保護：能保護線路的全長和下段線路，但帶較長延時，需各級配合。用作后備保護。2022/7/14113三段保護的保護范圍和時間配合2022/7/14114短路電流隨短路發生位置的不同而變化，并與運行方式有關2022/7/14115階段式方向電流保護在雙側或多側電源的網絡中，如果采用階段式電流保護，在保護反方向發生接地短路時，不能依靠動作電流和動作時限來保證選擇性的情況下，必須采用方向電流保護。2022/7/14116雙側電源線路的方向電流保護增設功率方向元件判斷短路電流方向。如果短路功率從母線流向線路，則可判斷為內部短路，是保護應

38、該動作的方向；如果短路功率從線路流向母線，則可判斷為外部短路，是保護應該被閉鎖的方向。兩個方向的電流保護，分別采用三段式，分別實現定值和動作時間的配合。零序電流保護以上所述的相電流保護應用于35kV及以下的系統中，110 kV及以上的中性點接地系統中，多采用零序電流保護（后備保護）。其三段式構成與相電流保護類似，但零序電流的獲取方式與相電流不同。2022/7/14118零序電壓的獲取方式2022/7/14119方向性的三段式零序電流保護的原理接線圖 2022/7/14120（2）距離保護電流保護的動作范圍隨短路電流的變化而改變。而短路電流隨運行方式的變化而變化。為了克服上述缺點，出現了不受運行

39、方式影響的距離保護。 距離保護反應故障點至保護安裝處之間的距離（阻抗），并根據該距離的大小確定動作時限的一種繼電保護裝置。 2022/7/14121距離保護的時限特性距離保護時限特性與三段式電流保護相似2022/7/14122（3）高頻保護以上各種線路保護只采集線路本側的電流電壓信號。這些保護都不能對線路的全線實現快速保護。高頻保護是縱聯保護的一種。它的動作判據不僅包括本側的電流電壓信號，還包括線路對側的電流電壓信號。高頻保護包括高頻距離、高頻方向、高頻相差等，下面僅以高頻距離為例。2022/7/14123高頻保護的基本構成1-阻波器2-結合電容器3-連接濾波器4-電纜5-高頻收、發信機6-刀

40、閘2022/7/14124縱聯保護信號處理的兩種方式2022/7/14125閉鎖式距離縱聯保護原理(1)2022/7/14126閉鎖式距離縱聯保護原理(2)2022/7/14127（4）光纖差動保護光纖差動保護也是縱聯保護的一種，需綜合兩側的電流信號判斷故障是否發生在區內。1）利用光纖通道同時傳送三相電流及中線上零序電流的瞬時采樣值（PCM信號）到對端；2）各端分別計算兩端各相電流及零序電流的幅值和相位，求出兩側同名相電流的相量和及相量差。2022/7/14128光纖通信系統的構成示意圖光纖通道可借助于架空地線復合光纜（OPGW）或自承式光纜(ADSS)2022/7/14129光纖電流差動原理

41、2022/7/14130光纖電流差動根據下式判斷是否動作:|I1+I2|-K |I1-I2|IZD內部短路時，動作值|I1+I2|近似為二者絕對值之和，幅值很大，而制動值|I1-I2| 近似為二者絕對值之差， 幅值小。保護能可靠動作。外部短路時，動作值|I1+I2| 近似為二者絕對值之差，接近于0，而制動值|I1-I2| 近似為二者絕對值之和，幅值很大,動作方程不滿足,保護不動作。2022/7/14131光纖電流差動光纖電流差動的技術關鍵是確保進行比較的兩側電流為同一時刻的電流，為此，應補償因信號傳輸造成的時滯。可以采用衛星對時（北斗或GPS）或實測信號傳輸延遲時間等方式保障兩側電流的同時性。

42、2022/7/14132（5）自動重合閘運行經驗表明，架空線路故障大都是“瞬時性故障”，如雷電引起的絕緣子表面閃絡；大風引起的碰線；通過鳥類以及樹枝等物掉落在導線上引起的短路等。在線路被繼電保護迅速斷開以后，電弧即可熄滅；故障點的絕緣強度重新恢復；外界物體（如樹枝、鳥類等）也被電弧燒掉而消失。此時若把斷開的線路斷路器重新合上，就能夠恢復正常的供電。 2022/7/14133三相一次重合閘2022/7/14134各種一次重合閘的比較1353.7 廠用電保護（1）廠用變壓器保護容量在10MVA及以上者，采用縱差作為主保護，小于此容量者采用電流速斷作為主保護，保護內部短路。電流速斷定值躲過低壓側最大

43、短路電流，在高壓側短路電流為最小時應可靠動作。帶延時的過電流保護，作為主保護的后備保護和低壓側保護的遠后備保護。2022/7/141363.7 廠用電保護（2）電動機保護一般水電站的電動機為380V的低壓電動機。應設的保護包括相間短路保護、單相接地保護、過負荷保護、低電壓保護、斷相保護等。（3）備用電源自動投入在雙電源的情況下，工作電源消失后，備用電源應能自動投入。工作原則是：先斷后投；只投一次。2022/7/141372022/7/141383.8 故障錄波（1）故障錄波器的功能故障錄波器在系統發生故障時，自動、準確地記錄故障前、后過程的各種電氣量的變化情況。根據所記錄波形，可以正確地分析判

44、斷電力系統、線路和設備故障發生的確切地點、發展過程和故障類型，以便迅速排除故障和制定防止對策。 可以分析繼電保護和高壓斷路器是否正確動作，及時發現設備缺陷，以便維修、更正。2022/7/14139（2）故障錄波器的原理錄波裝置對接入的模擬量、開關量信號進行采集，并將采集數據保存到數據緩沖區中，每個周期對緩沖區進行更新。同時將采集的模擬量、開關量與用戶設定的啟動判據對照。一旦滿足啟動條件即開始按將緩沖區的數據和此后的故障過程數據, 全部永久保存起來，形成記錄文件。2022/7/141404 測量與電能計量2022/7/141414.1 電氣量測量（1）測量項目包括電流、電壓、有功功率、無功功率、

45、功率因數、頻率等。發電機、變壓器、高壓母線、輸電線路、廠用電系統的測量項目各不相同，應符合DL/T5137 電測量及電能計量裝置設計技術規程及DL/T 5413 水力發電廠測量裝置配置設計規范的要求。采用計算機監控系統后，經常用屏柜上的液晶顯示屏或中控室的工作站顯示屏代替常規儀表。2022/7/14142測量項目配置舉例（DL/T 5137） 2022/7/14143（2）測量方法 1）直接測量：適用于380/220V交流系統及220V或110V直流系統。2）經CT/VT測量：CT/VT最大輸出為1A或5A/100V，適用于現地顯示儀表。3）經經CT/VT+變送器測量：變送器輸出為420mA，

46、既可以接現地顯示儀表，也可以輸出到計算機監控系統。變送器又可分為單功能變送器和組合式變送器。后者可以用數字通信的方式輸出電流、電壓、功率、功率因數等多個電氣量。2022/7/14144直接測量、經CT/VT測量2022/7/14145經變送器測量2022/7/141464.2 電能計量（1）測量項目1）關口點（與電力系統有電能交換的位置）須按照DL/T5137、DL/T5202的規定及接入系統設計的要求，配置電能計費系統的終端系統，記錄并傳輸雙向有功電能和雙向無功電能。CT采用0.2S級，VT采用0.2級。2）發電機出口、主變高壓側等位置按接入系統設計的要求，配置電能量計量裝置。2022/7/

47、141472）二瓦計法與三瓦計法以下講的兩種接線方式，既適用于測量功率：W,kW,MW/var,kvar,Mvar，也適用于測量電能量：Wh,kWh,MWh/varh,kvarh,Mvarh。2022/7/14148二瓦計與三瓦計2022/7/14149二瓦計與三瓦計2022/7/141504.3 非電量測量（1）測量項目：水輪機-發電機、變壓器、油氣水系統和水庫的溫度、液位、壓力、轉速、流量、閘門開度等。具體配置方案應符合DL/T 5413的要求。（2）測量方法1）直接測量：適用于現地顯示儀表。2）經過非電量變送器測量：（變送器輸出420mA）既能現地顯示，又能輸送到計算機監控系統。2022

48、/7/14151互感器及其選擇（單講）2022/7/14152（跳躍閉鎖問題 ANTI-PUMPING）5 斷路器的操作回路2022/7/14153斷路器的操作回路(無跳躍閉鎖)2022/7/14154帶防跳回路的斷路器操作回路2022/7/141556 控制電源2022/7/14156（1）控制電源的類別1）直流電源2）交流電源廠用電UPS或逆變電源2022/7/14157（2）直流電源系統接線一組蓄電池的系統，采用單母線或單母線分段接線；兩組蓄電池的系統，采用單母線分段接線，蓄電池組分接在不同母線上；兩組蓄電池的系統，在兩段母線切換時，應不中斷供電。兩組蓄電池允許短時并列。直流系統因蓄電池

49、組數不同、充電裝置不同，可以采用的接線方式有67種之多。以下列舉的是大中型水電站常用的接線。2022/7/141582022/7/141592022/7/141602022/7/14161（3）直流系統的主要設備1）蓄電池2）充電裝置3）直流屏4）監控設備2022/7/141621） 蓄電池a)蓄電池的分類鉛酸蓄電池正負電極分別為PbO2和Pb，硫酸溶液作為電解質。* 防酸隔爆式鉛酸蓄電池電池端蓋上有擰緊的防酸隔爆帽，充電過程中產生的氫、氧氣體可經由防酸隔爆帽逸出，酸霧則被阻擋，重新滴落到電池槽中。2022/7/14163a)蓄電池的分類* 閥控式密封鉛酸蓄電池電解液為膠體或被吸附在玻璃纖維隔

50、膜中，沒有流動性。正常時保持氣密和液密狀態，當內部氣壓超過預定值時，安全閥自動開啟，釋放氣體，氣壓降低后安全閥自動閉合。無需補加電解液。（現為水電站的首選，有時被不準確地稱為“免維護”蓄電池）堿性蓄電池，即鎘鎳蓄電池 （國內很少用，有的涉外工程要求）2022/7/14164b) 蓄電池的電壓與個數電壓單體電池有2V、6V和12V三種。12V的蓄電池，最大容量為250Ah。2V的蓄電池，最大容量可達3500Ah。蓄電池組的電壓國內多為220V，少數為110V。國外多為110V或125V。蓄電池組的電池個數，與單體電池的浮充電電壓有關。220V的蓄電池組可能由102107個電池組成。2022/7/

51、14165c）蓄電池組的數量電站總裝機容量在250MW以下時，可只設一組蓄電池?？傃b機容量在250MW以上時，應設兩組蓄電池。220kV500kV變電站應設兩組或兩組以上蓄電池。機組臺數多、樞紐布置分散時，可以裝設多組蓄電池（例如在大壩、主變洞設置獨立的蓄電池組）。機組容量特別大時，以機組為單元設蓄電池。大容量蓄電池組需安裝在專門的蓄電池室。小容量的蓄電池組可以裝于盤柜內。2022/7/14166d) 直流負荷分類按負荷性質分類，可分為經常負荷、事故負荷和沖擊負荷。 經常負荷直流電源在正常和事故工況下，都應可靠供電的負荷稱為經常負荷。 包括繼電保護裝置、勵磁裝置、調速器、監控系統的LCU等。

52、事故負荷在變電站交流電源消失后，全站停電狀態下，必須由蓄電池供電的負荷稱為事故負荷。主要為事故照明負荷。蓄電池承擔事故負荷的持續時間稱為事故放電時間，應不小于1小時。 沖擊負荷沖擊負荷主要有發電機起勵電流、直流油泵等。 2022/7/14167e) 蓄電池的容量蓄電池的容量符號為C,單位為“安時”（Ah）。國內蓄電池的標稱容量多用10小時放電率確定。例如容量為500Ah的蓄電池，如果以50A的恒流放電，理論上應該剛好10個小時放完。所以O.lC的放電率做為標準的放電電流。采用0.1C的放電率做標準，是因為不同放電率放電，釋放出來的總能量是不同的。確定蓄電池容量：分類統計直流負荷及其持續時間，然

53、后通過查圖表、計算或計算機程序來確定蓄電池容量。2022/7/14168f）蓄電池的放電特性2022/7/141692）充電裝置a)充電裝置的功能水電廠的充電裝置大都兼作浮充電裝置。所謂浮充電，指充電裝置承擔負荷，同時向蓄電池補充充電，以彌補蓄電池的自放電，使蓄電池以滿容量的狀態處于備用。長時間的浮充有可能使各電池的端電壓、密度不均衡，出現“落后電池”。此外，極板上可能積累不能還原的PbSO4，影響電池壽命。所以有必要使電池定期地脫離浮充，進行10h放電率放電，再充電到正常電壓，然后重新投入浮充運行。2022/7/14170b) 充電裝置的類型 晶閘管相控型對交流電源諧波污染大。 高頻開關型優

54、點：體積小效率高穩壓精度高模塊化，易于實現冗余 2022/7/14171晶閘管相控型充電裝置2022/7/14172高頻開關電源充電裝置(采用脈寬調制原理）PWM（ Pulse Width Modulation）2022/7/14173脈寬調制與占空比占空比 ：脈波高電位的時間占整個周期的比例. 占空比 = 脈波高電位的時間 /脈波周期假如周期T=64ms，脈沖寬度D=32ms,則占空比=32/64=50% 。假如周期T=64ms，脈沖寬度D=16ms,則占空比=16/64=25% 。PWM即脈沖寬度調制，就是調整占空比。逆變時，如果增大占空比，則增大了方波電壓的有效值，從而增大了整流后直流電

55、壓的幅值。2022/7/14174脈寬調制與占空比2022/7/141752022/7/141763）直流屏由母線、斷路器、刀開關、熔斷器和電流表、電壓表、絕緣監測裝置等組成。大容量的負荷，如事故照明、起勵、直流油泵等，直接從直流屏饋電；繼電保護、調速、勵磁、監控LCU等宜由機旁直流分電屏供電，分電屏由電站的直流屏饋電。2022/7/141774）監控設備監控裝置主要用來統一管理直流系統各裝置，監視直流系統的運行情況，進行采集數據并處理，同時與電站監控系統建立通信聯系。絕緣監視裝置用于在線檢測直流電源系統的絕緣電阻、母線電壓及母線對地電壓，當出現異常時發出報警信號。蓄電池巡檢裝置用于在線檢測蓄

56、電池組電壓、容量，以及每只蓄電池的單體電壓，便于蓄電池組的檢修和維護。2022/7/14178（4）交流電源用于控制的交流電源分為兩類：廠用電；不間斷電源裝置（UPS）或逆變電源。對于交流供電負荷，作為交、直流雙供電源中的交流或其他輔助交流電源，可直接采用廠用電電源，通過設置交流電源分盤或直接取自低壓配電盤。對于監控系統主控級等重要交流負荷，則采用UPS或逆變電源供電。 2022/7/14179（4）交流電源UPS由交流整流直流，再由直流逆變成交流，直流電源可自配蓄電池，也可利用電站直流系統蓄電池。 逆變裝置由直流逆變成交流，直流取自電站直流系統。逆變裝置經常被當作UPS的一種。自配蓄電池的UPS,其蓄電池的維護容易被忽視，所以推薦采用借用電站蓄電池的UPS或逆變電源。2022/7/14180UPS和逆變電源的比較2022/7/14181UPS和逆變電源的冗余方式2022/7/141827 機電設備的布置2022/7/14183（1）廠區布置廠區布置指水電站的主廠房、副廠房、主變壓器場、高壓開關站、引水