總綱第一章緒論第二章發(fā)電機(jī)保護(hù)第三章變壓器及廠用系統(tǒng)保護(hù)第四章線路及母線保護(hù)第五章微機(jī)保護(hù)及裝置3/4/20251第一章緒論

一、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的基本任務(wù)及基本要求二、故障的特征及分類三、主要繼電保護(hù)裝置的基本原理四、保護(hù)的分類3/4/20252關(guān)于繼電保護(hù)及安全自動裝置的定義當(dāng)電力系統(tǒng)中的電力元件（如發(fā)電機(jī)、線路等）或電力系統(tǒng)本身發(fā)生了故障或發(fā)生了危及其安全穩(wěn)定的事件時，向運行值班人員及時發(fā)出警告信號，或者直接向所控制的斷路器發(fā)出跳閘命令，以終止這些事件發(fā)展的一種自動化措施和設(shè)備。實現(xiàn)這種自動化措施的成套硬件設(shè)備，用于保護(hù)電力元件的，一般通稱為繼電保護(hù)裝置；用于保護(hù)電力系統(tǒng)的則通稱為電力系統(tǒng)安全自動裝置。3/4/20253繼電保護(hù)裝置是保證電力元件安全運行的基本裝備，任何電力元件不得在無繼電保護(hù)的狀態(tài)下運行；電力系統(tǒng)安全自動裝置則用以快速恢復(fù)電力系統(tǒng)的完整性，防止發(fā)生和終止已開始發(fā)生的足以引起電力系統(tǒng)長期大面積停電的重大系統(tǒng)事故，如失去電力系統(tǒng)穩(wěn)定、頻率崩潰和電壓崩潰等。3/4/20254一、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的基本任務(wù)及基本要求電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)正常運行狀態(tài)不正常運行狀態(tài)：系統(tǒng)的正常工作受到干擾，是運行參數(shù)偏離正常值，如一些設(shè)備過負(fù)荷，系統(tǒng)頻率異常，電壓異常，系統(tǒng)振蕩等。故障狀態(tài)：常見的故障有斷線故障，短路故障。其中最常見，危害最大的是各種類型的短路故障。3/4/20255電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的基本任務(wù)（1）有選擇性地將故障元件從電力系統(tǒng)中快速、自動地切除，使其損壞程度減至最輕，并保證系統(tǒng)其他無故障部分繼續(xù)運行。（2）反應(yīng)系統(tǒng)的不正常工作狀態(tài)；一般通過發(fā)出警報信號，提醒值班人員處理。在無人值班情況下，繼電保護(hù)裝置可視設(shè)備承受能力作用于減負(fù)荷或延時跳閘。3/4/20256選擇性繼電保護(hù)的選擇性是指繼電保護(hù)動作時，僅將故障元件或線路從電力系統(tǒng)中切除，使系統(tǒng)無故障部分繼續(xù)運行。如果最靠近故障點的繼電保護(hù)裝置或斷路器因故拒絕動作而不能斷開故障元件時，應(yīng)能有緊鄰的電源側(cè)繼電保護(hù)動作將故障切除。3/4/20258速動性

繼電保護(hù)的速動性是指繼電保護(hù)以允許而又可能的最快速度動作于斷路器的跳閘，斷開故障元件或線路。繼電保護(hù)快速動作可以減輕故障元件的損壞程度，提高線路故障后自動重合閘的成功率，特別有利于故障后的電力系統(tǒng)同步運行的穩(wěn)定性。3/4/20259靈敏性繼電保護(hù)的靈敏性是指繼電保護(hù)對設(shè)計規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障及異常運行狀態(tài)的反應(yīng)能力。繼電保護(hù)的靈敏性，是可以用定量分析來衡量的，通常以通入繼電保護(hù)裝置的故障量和給定的繼電保護(hù)裝置起動值進(jìn)行比較，其比值作為考核繼電保護(hù)靈敏性的指標(biāo)。3/4/202510可靠性

繼電保護(hù)的可靠性是對電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的最基本性能要求，它包括兩個方面的性能，即可信賴性與安全性。可信賴性要求繼電保護(hù)在設(shè)計要求它動作的狀態(tài)下，能夠準(zhǔn)確地完成動作。即要求保護(hù)在應(yīng)動作時，不拒動。安全性是要求繼電保護(hù)在非設(shè)計要求它動作的其他所有情況下，能夠可靠地不動作。即要求保護(hù)在不應(yīng)動作時，不誤動。3/4/202511繼電保護(hù)整定配合的三個要點：保護(hù)的范圍要有配合，上一級的保護(hù)范圍比下一級的范圍小，末端發(fā)生短路時，本級保護(hù)的靈敏度要比上一級保護(hù)的靈敏度高。時間定值上要有配合，上下級保護(hù)的時限要有級差。保護(hù)整定時要考慮方向性。

3/4/202512繼電保護(hù)直流電源系統(tǒng)反映系統(tǒng)運行狀態(tài)的電氣量和非電氣量告警信號斷路器通信設(shè)備及通道調(diào)度自動化信息遠(yuǎn)傳綜合自動化系統(tǒng)故障錄波安全自動裝置系統(tǒng)運行方式繼電保護(hù)是一個系統(tǒng)3/4/202513二、電力系統(tǒng)故障狀態(tài)的基本特征

對正常情況與故障情況比較可得出，電力系統(tǒng)故障時的基本特性是：（1）電流增大，即連接短路點與電源的電氣設(shè)備中的電流增大。（2）電壓下降，即故障點附近電氣設(shè)備上的電壓降低，而且距故障點的電氣距離越近，電壓下降越嚴(yán)重，甚至降為零。3/4/202514電力系統(tǒng)故障狀態(tài)的基本特征（3）線路始端電壓、電流間的相位差及比值將發(fā)生變化，即測量阻抗發(fā)生變化。正常運行時，測量阻抗為負(fù)荷阻抗，數(shù)值較大；而故障時，測量阻抗數(shù)值較小。（4）對于不對稱故障，將出現(xiàn)負(fù)序分量，而對于接地故障則可能出現(xiàn)零序分量。（5）電流方向發(fā)生變化。3/4/202515故障的分類內(nèi)部故障、外部故障正方向故障、反方向故障對稱故障、不對稱故障相間故障、接地故障永久性故障、瞬時性故障簡單故障、復(fù)雜故障短路故障、斷線故障3/4/202516故障特征(故障量）用于繼電保護(hù)狀態(tài)判別的故障量，隨被保護(hù)對象而異，也隨所處電力系統(tǒng)的周圍條件而異。使用得最為普遍的是工頻電氣量。最基本的是通過電力元件的電流和所在母線的電壓，以及由這些量演繹出來的其他量，如功率、相序量、阻抗、頻率等，從而構(gòu)成電流保護(hù)、電壓保護(hù)、阻抗保護(hù)、頻率保護(hù)等。三、主要繼電保護(hù)裝置的基本原理3/4/202517四、繼電保護(hù)的分類按照保護(hù)原理分類按照故障類型分類按照保護(hù)的范圍分類按被保護(hù)設(shè)備分類按照保護(hù)的硬件結(jié)構(gòu)分類保護(hù)的其他分類3/4/2025181)

過電流保護(hù)2)

低電壓保護(hù)3)

高（過）電壓保護(hù)4)

功率方向保護(hù)5)

阻抗（距離）保護(hù)6)

差動保護(hù)7)

暫態(tài)分量保護(hù)8）非電氣量保護(hù)

按照保護(hù)原理分類3/4/202519按照故障類型分類相間故障保護(hù)接地故障保護(hù)匝間短路保護(hù)非全相運行保護(hù)3/4/202520按照保護(hù)的范圍分類主保護(hù)、后備保護(hù)(近后備、遠(yuǎn)后備）、輔助保護(hù)3/4/202521按被保護(hù)設(shè)備分類線路保護(hù)發(fā)電機(jī)變壓器組保護(hù)變壓器保護(hù)母線保護(hù)斷路器失靈保護(hù)電動機(jī)保護(hù)電抗器保護(hù)3/4/202522按照保護(hù)的硬件結(jié)構(gòu)分類電磁型保護(hù)晶體管型保護(hù)集成電路型保護(hù)微機(jī)型保護(hù)3/4/202523保護(hù)的其他分類方式單端采樣保護(hù)(階段式保護(hù))、多端采樣保護(hù)序分量保護(hù)基波分量保護(hù)、諧波分量保護(hù)、高頻保護(hù)過量保護(hù)、欠量保護(hù)工頻穩(wěn)態(tài)量、工頻變化量電氣量、非電氣量3/4/202524第二章發(fā)電機(jī)保護(hù)第一節(jié)概述第二節(jié)發(fā)電機(jī)的縱差動保護(hù)第三節(jié)發(fā)電機(jī)定子繞組匝間短路保護(hù)第四節(jié)發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)第五節(jié)低勵失磁保護(hù)第六節(jié)勵磁回路接地保護(hù)第七節(jié)反時限負(fù)序電流保護(hù)第八節(jié)發(fā)電機(jī)其他保護(hù)典型發(fā)電廠保護(hù)出口與接線思考題3/4/202525第一節(jié)概述一、發(fā)電機(jī)故障狀態(tài)二、發(fā)電機(jī)的主要異常運行狀態(tài)三、發(fā)電機(jī)的保護(hù)配置四、保護(hù)動作方式3/4/202526一、發(fā)電機(jī)故障狀態(tài)

一般說來，發(fā)電機(jī)的內(nèi)部故障主要是由定于繞組及轉(zhuǎn)子繞組絕緣損壞而引起的，常見的故障有：（1）定子繞組相間短路。定子繞組相間短路是對發(fā)電機(jī)危害最大的一種故障形式。由于相間短路電流大，故障點產(chǎn)生的電弧將會破壞絕緣，燒損鐵心和繞組，甚至損壞機(jī)組。（2）定子繞組的匝間短路。定子繞組匝間短路使，在匝間電壓的作用下，將產(chǎn)生很大的環(huán)流，引起故障除溫度升高，破壞絕緣，并可能轉(zhuǎn)變成單相接地短路或相間短路。3/4/202527發(fā)電機(jī)故障狀態(tài)（3）定子繞組單相接地。定子繞組單相接地時，發(fā)電機(jī)電壓網(wǎng)絡(luò)的電流或經(jīng)消弧線圈補(bǔ)償后的電流將流過定子鐵心，當(dāng)電流較大或持續(xù)時間較長使，會使鐵心局部融化，給維修工作帶來很大困難。（4）勵磁回路一點接地或兩點接地。勵磁回路一點接地短路時，由于沒有電流通路，所以發(fā)電機(jī)并無危害。但若不及時處理，就有可能導(dǎo)致兩點接地故障，可能使轉(zhuǎn)子繞組和鐵心燒壞，并因轉(zhuǎn)子磁通的對稱性遭到破壞，將引起發(fā)電機(jī)產(chǎn)生強(qiáng)烈的機(jī)械振動。3/4/202528二、發(fā)電機(jī)的主要異常運行狀態(tài)（1）外部短路或系統(tǒng)振蕩引起的發(fā)電機(jī)定子繞組過電流；（2）定子電流超過額定值的定子繞組過負(fù)荷；（3）勵磁回路過負(fù)荷；（4）勵磁電流異常下降或消失；（5）定子繞組過電壓；（6）發(fā)電機(jī)逆功率運行；（7）220kV及以上高壓電網(wǎng)非全相運行或非全相重合閘時網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)負(fù)序電流，從而引起發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子表層過熱及振動等。3/4/202529三、發(fā)電機(jī)的保護(hù)配置根據(jù)部頒DL400－91《繼電保護(hù)和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定，電壓在3kV以上、容量在300MW及以下的發(fā)電機(jī)對下列故障及異常運行方式應(yīng)裝設(shè)相應(yīng)的保護(hù)裝置：（1）定于繞組相間短路保護(hù)；（2）定子繞組接地保護(hù)；（3）定子繞組匝間短路保護(hù)；（4）發(fā)電機(jī)外部相間短路保護(hù)；（5）定于繞組過電壓保護(hù)；（6）定于繞組過負(fù)荷保護(hù)；3/4/202530發(fā)電機(jī)的保護(hù)配置（7）轉(zhuǎn)子表層（負(fù)序）過負(fù)荷保護(hù)；（8）勵磁繞組過負(fù)荷保護(hù)；（9）勵磁回路一點及兩點接地保護(hù)；（10）勵磁電流異常下降或消失保護(hù)；（11）定子鐵芯過勵磁保護(hù)；（12）發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)；（13）低頻率保護(hù)；（14）失步保護(hù)；（15）其它故障及異常運行保護(hù)。3/4/202531四、保護(hù)動作方式根據(jù)故障及異常運行方式的性質(zhì)，上述各項保護(hù)可動作于：（1）全停，即斷開發(fā)電機(jī)斷路器，滅磁，關(guān)閉汽輪機(jī)主汽門；（2）解列并滅磁，即斷開發(fā)電機(jī)斷路器，滅磁，原動機(jī)甩負(fù)荷；（3）減出力，即將原動機(jī)負(fù)荷減到給定值；（4）發(fā)出聲光信號；（5）程序跳閘，即首先關(guān)閉原動機(jī)主汽門或?qū)恚婀β世^電器動作后，再斷開斷路器并滅磁。3/4/202532第二節(jié)發(fā)電機(jī)的縱差動保護(hù)一、縱聯(lián)差動保護(hù)的作用原理二、發(fā)電機(jī)的比率制動式縱聯(lián)差動保護(hù)三、發(fā)電機(jī)的標(biāo)積制動式縱聯(lián)差動保護(hù)四、保護(hù)動作邏輯3/4/202533縱差保護(hù)基本原理縱(聯(lián))差(動)保護(hù)是比較被保護(hù)設(shè)備各引出端電氣量(例如電流)大小和相位的一種保護(hù)。圖1-1為縱聯(lián)差動保護(hù)的原理圖示意圖。被保護(hù)設(shè)備圖1-1縱聯(lián)差動保護(hù)的原理圖示意圖3/4/202534縱差保護(hù)基本原理設(shè)被保護(hù)設(shè)備有n個引出端，各個端子的電流相量如圖所示，定義流入為電流正向，則當(dāng)被保護(hù)設(shè)備沒有短路時恒有電流和為零；當(dāng)被保護(hù)設(shè)備本身發(fā)生短路時，則電流和正比于短路電流。可見，在正常運行或被保護(hù)設(shè)備外部發(fā)生短路時，該繼電器中理論上沒有電流，保護(hù)可靠不誤動；當(dāng)被保護(hù)設(shè)備本身發(fā)生短路時，短路電流全部輸入繼電器，保護(hù)靈敏動作。3/4/202535二、發(fā)電機(jī)的比率制動式縱聯(lián)差動保護(hù)如圖1-2所示，發(fā)電機(jī)每相首末兩端電流各為和圖1-2發(fā)電機(jī)比率制動式縱差保護(hù)原理圖3/4/202536二、發(fā)電機(jī)的比率制動式縱聯(lián)差動保護(hù)如圖1-2所示，發(fā)電機(jī)每相首末兩端電流各為和，定義流入為電流正向差動電流(1-1)制動電流(1-2)其動作方程為(1-3)3/4/202537比率制動特性如圖1-3所示，隨外部短路電流增大而增大的性能，通常稱為“比率制動特性”(折線BC)。圖1-3發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)的比率制動特性3/4/202538三、發(fā)電機(jī)的標(biāo)積制動式縱聯(lián)差動保護(hù)假定發(fā)電機(jī)接線和參考方向如圖1-2所示，“標(biāo)積制動式”差動保護(hù)的動作判據(jù)為：（1-4）式中為與之間的相位角。當(dāng)發(fā)電機(jī)外部短路時，若回路兩側(cè)電流的夾角，，式（1-4）中標(biāo)積制動部分呈現(xiàn)很強(qiáng)的制動作用，繼電器可靠制動。當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部短路故障時，兩側(cè)電流的夾角，故，標(biāo)積制動部分呈現(xiàn)為動作量，使繼電器具有靈敏的動作特性。3/4/202539四、保護(hù)動作邏輯---循環(huán)閉鎖方式循環(huán)閉鎖式的工作原理是：當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部發(fā)生相間短路時，兩相或三相差動同時動作。根據(jù)這一特點，在保護(hù)跳閘邏輯上設(shè)計了循環(huán)閉鎖方式。為了防止一點在區(qū)內(nèi)，另外一點在區(qū)外的兩點接地故障的發(fā)生，當(dāng)有一相差動動作且同時有負(fù)序電壓時也出口跳閘。保護(hù)的邏輯如圖1-4所示。此時若僅一相差動動作，而無負(fù)序電壓時，即認(rèn)為TA斷線。圖1-4發(fā)電機(jī)差動循環(huán)閉鎖方式出口邏輯負(fù)序電壓長時間存在，而同時無差電流時，為TV斷線。3/4/202540圖1-4發(fā)電機(jī)差動循環(huán)閉鎖方式出口邏輯3/4/202541四、保護(hù)動作邏輯---單相差動方式單相差動方式的工作原理是：任一相差動保護(hù)動作即出口跳閘。這種方式另外配有TA斷線檢測功能。在TA斷線時，瞬時閉鎖差動保護(hù)，且延時發(fā)TA斷線信號。保護(hù)的邏輯圖如圖1-5所示。3/4/202542圖1-5發(fā)電機(jī)差動單相差動方式出口邏輯3/4/202543第三節(jié)發(fā)電機(jī)定子繞組匝間短路保護(hù)一、發(fā)電機(jī)定子繞組匝間短路特點二、單元件式橫差保護(hù)三、負(fù)序功率方向匝間短路保護(hù)四、負(fù)序功率方向閉鎖的轉(zhuǎn)子二次諧波電流匝間短路保護(hù)五、負(fù)序功率方向閉鎖的定子縱向零序電壓保護(hù)3/4/202544一、發(fā)電機(jī)定子繞組匝間短路特點（1）發(fā)電機(jī)定子繞組一相匝間短路時，在短路電流中有正序、負(fù)序和零序分量，且各序電流相等，同時短路初瞬也出現(xiàn)非周期分量。（2）定子回路中的零序電流，將在并聯(lián)分支繞組的兩個中性點之間的連接線上形成環(huán)流。如圖1-7所示；（3）在轉(zhuǎn)子回路中將產(chǎn)生二次及其它次諧波的電流分量。定子中的負(fù)序電流將產(chǎn)生反向旋轉(zhuǎn)磁場，在轉(zhuǎn)子回路中感應(yīng)出二次諧波電流，轉(zhuǎn)子中的電流反過來又在定子中感應(yīng)出其它次諧波分量，這樣反復(fù)相互影響，在定、轉(zhuǎn)子回路中產(chǎn)生一系列諧波分量。（4）短路環(huán)中電流的大小與短路匝數(shù)大致成反比關(guān)系。短路環(huán)中的電流與短路匝數(shù)的關(guān)系曲線如圖1-8所示。3/4/202545圖1-7并聯(lián)分支間的零序電流圖1-8關(guān)系1-2-3/4/202546二、單元件式橫差保護(hù)對于中性點有六個引出端子的發(fā)電機(jī)，這是一種最簡單可靠且靈敏頗高的發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障（包括各種實際可能的內(nèi)部故障和定子繞組開焊）的保護(hù)方案。采用一個電流互感器，它裝于兩分支繞組中性點的連線上，如圖1-9所示。這是因為匝間短路時，可利用分支繞組中性點（a點和b點）之間的連線上流過的零序電流來實現(xiàn)保護(hù)。這種保護(hù)沒有由電流互感器特性不同而引起的不平衡電流，因此，保護(hù)靈敏度較高，接線也較簡單。當(dāng)采用橫差保護(hù)時，具有死區(qū)。3/4/202547圖1-9采用一個LH的發(fā)電機(jī)橫差保護(hù)原理圖1-三次諧波濾過器3/4/202548三、負(fù)序功率方向匝間短路保護(hù)當(dāng)負(fù)序功率由發(fā)電機(jī)流向系統(tǒng)時表示發(fā)電機(jī)內(nèi)部發(fā)生了故障（包括相間和匝間短路，因為發(fā)電機(jī)內(nèi)部的相間短路絕不可能是三相對稱短路）。反之，若負(fù)序功率由系統(tǒng)流向發(fā)電機(jī)，則表示發(fā)電機(jī)本身完好，系統(tǒng)存在不對稱故障。該保護(hù)在短路匝數(shù)很小的情況下，即α很小時，發(fā)電機(jī)的負(fù)序電抗基本沒有改變，負(fù)序功率很小，保護(hù)存在死區(qū)。3/4/202549負(fù)序功率方向匝間短路保護(hù)的特點這種保護(hù)對于每分支匝數(shù)N=7的大型發(fā)電機(jī)，一匝短路能動作，而且對于電流互感器和電壓互感器沒有特殊要求，就是通常裝于機(jī)端的互感器，裝置也極簡單，不需附設(shè)其它閉鎖元件。缺點是只能適用于正常運行時負(fù)序電流較小的發(fā)電機(jī)，特別是在發(fā)電機(jī)啟動過程中或在并網(wǎng)前這種保護(hù)將失效。對于正常運行負(fù)序電流大的發(fā)電機(jī)，采用負(fù)序功率的故障增量構(gòu)成保護(hù)，保護(hù)的動作與故障前的負(fù)序功率大小和方向均無關(guān)，數(shù)字式保護(hù)能方便地實現(xiàn)這一原理。3/4/202550四、負(fù)序功率方向閉鎖的轉(zhuǎn)子二次諧波電流匝間短路保護(hù)發(fā)電機(jī)定子繞組發(fā)生匝間短路或線棒開焊故障時，故障電流中有負(fù)序分量，該負(fù)序電流分量產(chǎn)生的負(fù)序反轉(zhuǎn)磁場在發(fā)電機(jī)勵磁繞組FLQ中感應(yīng)出二次諧波電流。利用此二次諧波電流來起動保護(hù)，其原理接線如圖1-10所示。但是，在發(fā)電機(jī)定子繞組內(nèi)部或外部發(fā)生不對稱短路時，故障電流中也存在負(fù)序分量，F(xiàn)LQ中也會感應(yīng)出二次諧波電流。為防止這種故障時保護(hù)誤動，故采用負(fù)序功率方向元件GJ2來閉鎖。3/4/202551圖1-10負(fù)序功率方向閉鎖轉(zhuǎn)子二次諧波電流匝間短路保護(hù)原理接線圖3/4/202552五、負(fù)序功率方向閉鎖的定子縱向零序電壓保護(hù)對于中性點側(cè)沒有六個引出端子的發(fā)電機(jī)，定子匝間短路保護(hù)的另一種方案是利用零序電壓。取自機(jī)端電壓互感器YH0的第三繞組（開口三角接線）。如圖1-12所示，YH0一次側(cè)的中性點必須與發(fā)電機(jī)中性點直接連接，而不能再直接接地，正因為YH0的一次側(cè)中性點不接地，因此YH0的一次繞組必須是全絕緣的，而且它不能被利用來測量相對地的電壓。圖中的YH0是零序電壓匝間短路保護(hù)專用的電壓互感器。3/4/202553圖1-12具有負(fù)序功率閉鎖的零序電壓匝間短路保護(hù)的原理接線圖3/4/202554其他措施當(dāng)發(fā)電機(jī)外部短路電流較大時，由于電樞反應(yīng)磁通的波形畸變得非常厲害，出現(xiàn)的三次諧波，往往經(jīng)過三次諧波濾過器后還有相當(dāng)高的值。為此，可采用負(fù)序功率方向閉鎖方式，在外部短路時，使保護(hù)退出工作，從而進(jìn)一步提高靈敏度。為防止專用電壓互感器因斷線在開口三角繞組側(cè)出現(xiàn)很大的零序電壓，使繼電器動作，還須裝設(shè)斷線閉鎖元件。在斷線時，使保護(hù)退出工作，并發(fā)出信號。3/4/202555第四節(jié)發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)一、零序電壓定子繞組接地保護(hù)二、三次諧波電壓型定子接地保護(hù)3/4/202556發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地的危害發(fā)電機(jī)最常見的故障之一是定子繞組的單相接地。由于發(fā)電機(jī)的中性點是不接地或經(jīng)高阻抗接地的，所以定子繞組單相接地短路并不引起大的故障電流。對于大型發(fā)電機(jī)，由于它在系統(tǒng)中的地位重要，造價昂貴，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜、檢修困難，所以對其定子單相接地電流的大小和保護(hù)性能提出了嚴(yán)格的要求。3/4/202557發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)的要求大型發(fā)電機(jī)的定子接地保護(hù)要求滿足兩個基本條件：（1）有100%繞組保護(hù)區(qū)。（2）保護(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)生帶過渡電阻接地故障時保護(hù)應(yīng)有足夠高的靈敏系數(shù)。根據(jù)故障接地電流的大小，發(fā)生接地故障后可能有不同的處理方式：（1）當(dāng)接地電流小于安全電流時，保護(hù)可只發(fā)信號，經(jīng)轉(zhuǎn)移負(fù)荷后平穩(wěn)停機(jī)，以避免突然停機(jī)對發(fā)電機(jī)組與系統(tǒng)的沖擊。（2）當(dāng)接地電流較大時，為保障發(fā)電機(jī)的安全，應(yīng)當(dāng)立即跳閘停機(jī)。大型發(fā)電機(jī)單相接地保護(hù)設(shè)計時規(guī)定接地保護(hù)應(yīng)能動作于跳閘，并可根據(jù)運行要求打開跳閘壓板，使接地保護(hù)僅動作于信號。3/4/202558一、零序電壓定子繞組接地保護(hù)當(dāng)發(fā)生定子繞組單相接地故障時，在發(fā)電機(jī)中性點和機(jī)端均會產(chǎn)生零序基波電壓，其大小與發(fā)電機(jī)電壓、對地電容、中性點接地電阻以及接地故障位置有關(guān)；其零序電壓與成正比，故障點離中性點越遠(yuǎn)，零序電壓越高；當(dāng)即機(jī)端接地時，，而當(dāng)即中性點處接地時，。該保護(hù)存在死區(qū)。一般保護(hù)動作電壓為5~10V，即動作區(qū)為90%~95%。若進(jìn)一步考慮過渡電阻的影響，則實際動作區(qū)將大大縮小。3/4/202559二、三次諧波電壓型定子接地保護(hù)1．三次諧波電勢的特點（1）正常運行時發(fā)電機(jī)機(jī)端及中性點的三次諧波電壓：對于中性點不接地的發(fā)電機(jī)，在正常運行情況時，發(fā)電機(jī)中性點的三次諧波電壓UN3總是大于發(fā)電機(jī)機(jī)端的三次諧波電壓US3；對于發(fā)電機(jī)中性點經(jīng)配電變壓器高阻接地時，其三次諧波電壓的分布將受高阻的影響，與之間存在下述關(guān)系：①幅值上呈現(xiàn)的“反常”現(xiàn)象，影響保護(hù)靈敏度；②相位上不再相同。3/4/202560三次諧波電勢的特點（2）單相接地故障時發(fā)電機(jī)機(jī)端及中性點的三次諧波電壓相應(yīng)的發(fā)生變化，當(dāng)靠近中性點附近發(fā)生接地故障時，減小，增大。故障點越靠近中性點，減小得越多，而增大得越多，使得。利用三次諧波電壓相對變化的特征可以有效地消除中性點附近的保護(hù)死區(qū)。3/4/2025612.三次諧波電壓型定子繞組單相接地保護(hù)方案（1）此方案對于發(fā)電機(jī)中性點經(jīng)配電變壓器高阻接地時，靈敏度較低。（2）3/4/202562保護(hù)誤動的主要原因運行情況調(diào)研結(jié)果表明，我國這類保護(hù)誤動較多，主要原因是：（1）中性點側(cè)TV0因各種原因未與發(fā)電機(jī)中性點連接。有時TV0雖推入箱柜，但觸頭未接通；有的一次隔離開關(guān)未合上。不管哪種原理的三次諧波保護(hù)均用中性點三次諧波電壓作為制動量，丟失，保護(hù)必然誤動。（2）整定計算有誤或調(diào)試不當(dāng)。3/4/2025633．三次諧波電壓型發(fā)電機(jī)單相接地保護(hù)在使用中應(yīng)注意的問題（1）認(rèn)真收集原始數(shù)據(jù)；（2）科學(xué)地測試，切忌將基波電壓混入或中。（3）保證各電壓互感器變比的正確選擇，特別是消弧線圈二次繞組的變比，中性點單相TV0變比應(yīng)是。（為發(fā)電機(jī)額定線電壓）。變比不合適時，應(yīng)在保護(hù)裝置內(nèi)調(diào)整好。（4）特別注意中性點TV0投入后二次電壓的監(jiān)視，因為正常運行時有一定值，如中性點TV0二次電壓為零，表明TV沒有接通，必須查明原因改正。3/4/202564三次諧波電壓型發(fā)電機(jī)單相接地保護(hù)在使用中應(yīng)注意的問題（5）考慮到發(fā)電機(jī)中性點附近接地故障時，故障電流小，零序電壓低，所以三次諧波電壓型單相接地保護(hù)一律只投信號，不投跳閘。只有當(dāng)該型保護(hù)運行水平穩(wěn)定后，對于動作原理為的接地保護(hù)，它的保護(hù)范圍可以包括整個定子繞組，是定子繞組單相接地故障的第一主保護(hù)，基波零序電壓型裝置成為接地后備保護(hù)，再根據(jù)發(fā)電機(jī)定子絕緣的實際狀況和接地故障電流的大小，確定是否將動作判據(jù)為的接地保護(hù)投跳閘的問題。3/4/202565三次諧波電壓型發(fā)電機(jī)單相接地保護(hù)在使用中應(yīng)注意的問題（6）三次諧波電壓型單相接地保護(hù)不能在機(jī)端共母線的發(fā)電機(jī)上應(yīng)用。（7）升壓變鐵心飽和引起高壓側(cè)三次諧波電動勢對發(fā)電機(jī)和的干擾。（8）發(fā)電機(jī)中性點經(jīng)配電變壓器接地時，接在副方的電阻應(yīng)經(jīng)常清掃其表面的塵土和污垢，否則直接影響三次諧波電壓比值，可能引起三次諧波電壓型定子繞組單相接地保護(hù)的誤動。3/4/202566第五節(jié)低勵失磁保護(hù)一、發(fā)電機(jī)失磁原因及危害二、失磁發(fā)電機(jī)機(jī)端阻抗的變化軌跡三、發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)的判據(jù)四、失磁保護(hù)構(gòu)成方案3/4/202567一、發(fā)電機(jī)失磁原因同步發(fā)電機(jī)失磁的原因很多，歸納起來，有如下幾種：（1）勵磁回路開路，勵磁繞組斷線，滅磁開關(guān)誤動作，勵磁調(diào)節(jié)裝置的自動開關(guān)誤動，可控硅勵磁裝置中部分元件損壞；（2）勵磁繞組由于長期發(fā)熱，絕緣老化或損壞引起短路；（3）運行人員誤調(diào)整等。3/4/202568發(fā)電機(jī)失磁對系統(tǒng)的危害發(fā)電機(jī)失磁后，它的各種電氣量和機(jī)械量都會發(fā)生變化，且將危及發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)的安全，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）低勵或失磁的發(fā)電機(jī)，從電力系統(tǒng)中吸取無功如果電力系統(tǒng)中無功功率儲備不足，將使電力系統(tǒng)中鄰近的某些點的電壓低于允許值，破壞了負(fù)荷與各電源間的穩(wěn)定運行，使電力系統(tǒng)因電壓崩潰而瓦解。（2）當(dāng)一臺發(fā)電機(jī)發(fā)生低勵或失磁后，由于電壓下降，電力系統(tǒng)中的其他發(fā)電機(jī)，在自動調(diào)整勵磁裝置的作用下，將增加其無功輸出，從而使某些發(fā)電機(jī)、變壓器或線路過電流，其后備保護(hù)可能因過電流而動作，使故障的波及范圍擴(kuò)大。3/4/202569發(fā)電機(jī)失磁對發(fā)電機(jī)本身的危害（1）由于出現(xiàn)轉(zhuǎn)差，在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路中出現(xiàn)差頻電流。差頻電流在轉(zhuǎn)子回路中產(chǎn)生的損耗，如果超出允許值，將使轉(zhuǎn)子過熱。特別是直接冷卻高利用率的大型機(jī)組，其熱容量裕度相對降低，轉(zhuǎn)子更容易過熱。而流過轉(zhuǎn)子表層的差頻電流，還可能使轉(zhuǎn)子本體在與槽楔和護(hù)環(huán)的接觸面上發(fā)生嚴(yán)重的局部過熱甚至灼傷。（2）低勵或失磁的發(fā)電機(jī)進(jìn)入異步運行之后，發(fā)電機(jī)的等效電抗降低，從電力系統(tǒng)中吸收的無功功率增加。低勵或失磁前帶的有功功率越大，轉(zhuǎn)差就越大，等效電抗就越小，所吸收的無功功率就越大。在重負(fù)荷下失磁后，由于過電流，將使發(fā)電機(jī)定子過熱。3/4/202570發(fā)電機(jī)失磁對發(fā)電機(jī)本身的危害（3）對于直接冷卻高利用率的大型汽輪發(fā)電機(jī)，其平均異步轉(zhuǎn)矩的最大值較小，慣性常數(shù)也相對降低，轉(zhuǎn)子在縱軸和橫軸方面，也呈現(xiàn)較明顯的不對稱。由于這些原因，在重負(fù)荷下失磁后，這種發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩、有功功率要發(fā)生劇烈的周期性擺動。對于水輪發(fā)電機(jī)，由于平均異步轉(zhuǎn)矩最大值小，以及轉(zhuǎn)子在縱軸和橫軸方面不對稱，在重負(fù)荷下失磁運行時，也將出現(xiàn)類似情況。在這種情況下，將有很大甚至超過額定值的電磁轉(zhuǎn)矩周期性地作用到發(fā)電機(jī)的軸系上，并通過定子傳遞到機(jī)座上。此時，轉(zhuǎn)差也作周期性變化，其最大值可能達(dá)到4％～5％，發(fā)電機(jī)周期性地嚴(yán)重超速。這些情況，都直接威脅著機(jī)組的安全。（4）低勵或失磁運行時，定子端部漏磁增強(qiáng)，將使端部的部件和邊段鐵芯過熱。3/4/202571二、失磁發(fā)電機(jī)機(jī)端阻抗的變化軌跡失磁發(fā)電機(jī)的機(jī)端阻抗變化軌跡通常采用等有功阻抗圓，等無功阻抗圓（或臨界失步阻抗圓）和等電壓阻抗圓來分析，如圖1-16所示。1．等有功阻抗圓：由于失磁發(fā)電機(jī)在失步前的一段時間里有功功率基本不變，系統(tǒng)電壓的變化也不明顯，發(fā)電機(jī)機(jī)端測量阻抗為等有功阻抗圓。失磁發(fā)電機(jī)的機(jī)端測量阻抗的軌跡，最終都是向第四象限移動，而且在一般情況下，失步后的阻抗軌跡，最終將穩(wěn)定在第四象限內(nèi)。通常，失磁前，發(fā)電機(jī)帶的有功功率愈大，失磁異步運行的滑差就愈大，測量阻抗進(jìn)入第四象限的速度就愈快。3/4/202572失磁發(fā)電機(jī)機(jī)端阻抗的變化軌跡2．等無功阻抗圓（臨界失步圓）當(dāng)時隨著失磁前的有功P的不同，機(jī)端測量阻抗在阻抗復(fù)平面上的軌跡是一個圓，即等無功阻抗圓（臨界失步圓）。由上述分析可見，發(fā)電機(jī)失磁后，其機(jī)端測量阻抗的變化情況如圖1-16所示。發(fā)電機(jī)正常運行時，其機(jī)端測量阻抗位于阻抗復(fù)平面第一象限的ａ點。失磁后，其機(jī)端測量阻抗沿等有功阻抗圓向第四象限變化。臨界失步時達(dá)到的無功阻抗圓的ｂ點。隨即便進(jìn)入等無功阻抗圓內(nèi)，穩(wěn)定在ｃ點附近。3/4/202573圖1-16失磁后的發(fā)電機(jī)機(jī)端測量阻抗的變化3/4/202574三、發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)的判據(jù)失磁保護(hù)由發(fā)電機(jī)機(jī)端測量阻抗判據(jù)、定子過流判據(jù)、變壓器高壓側(cè)低電壓判據(jù)構(gòu)成。阻抗整定邊界為靜穩(wěn)邊界圓或異步邊界圓，但也可以為其他形狀。輔助判據(jù)：1．勵磁電壓下降2．不出現(xiàn)負(fù)序分量3．用延時躲過振蕩此外，當(dāng)供電給失磁保護(hù)的電壓互感器一次側(cè)或二次側(cè)發(fā)生斷線時，失磁保護(hù)的阻抗測量元件、低電壓元件均會誤動作。因此，應(yīng)設(shè)置電壓回路斷線閉鎖元件。當(dāng)電壓回路發(fā)生斷線時將保護(hù)裝置解除工作。3/4/202575四、失磁保護(hù)構(gòu)成方案保護(hù)方案體現(xiàn)了這樣一個原則：發(fā)電機(jī)失磁后，電力系統(tǒng)或發(fā)電機(jī)本身的安全運行遭到威脅時，將故障的發(fā)電機(jī)切除，以防止故障的擴(kuò)大。在發(fā)電機(jī)失磁而對電力系統(tǒng)或發(fā)電機(jī)的安全不構(gòu)成威脅時（短期內(nèi)），則盡可能推遲切機(jī)，運行人員可及時排除故障，避免切機(jī)。無勵磁異步運行的條件和相應(yīng)的允許時間決定于發(fā)電機(jī)的溫升情況。如圖1-17所示，以靜穩(wěn)邊界圓判據(jù)為例，來說明失磁保護(hù)原理構(gòu)成。t1=2～15min,t3=0.25st7=1~1.5s,3/4/202576失磁保護(hù)邏輯出口轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)滿足時發(fā)失磁信號，并輸出切換勵磁命令。轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)滿足并且高壓側(cè)低電壓判據(jù)滿足時，說明發(fā)電機(jī)的失磁已造成了對電力系統(tǒng)安全運行的威脅，經(jīng)“與2”電路延時t3=0.25s發(fā)出跳閘命令，迅速切除發(fā)電機(jī)。轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)滿足并且靜穩(wěn)邊界判據(jù)滿足，經(jīng)“與3”電路發(fā)出失穩(wěn)信號。汽輪機(jī)在失磁時允許異步運行一段時間，此間過流判據(jù)監(jiān)測汽輪機(jī)的有功功率。若定子電流>1.05倍的額定電流，表明平均異步功率超過0.5倍的額定功率，發(fā)出壓出力命令，壓低發(fā)電機(jī)的出力，使汽輪機(jī)繼續(xù)作穩(wěn)定異步運行。3/4/202577圖1-17發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)出口邏輯3/4/202578第六節(jié)勵磁回路接地保護(hù)一、勵磁回路接地故障二、發(fā)電機(jī)勵磁回路一點接地保護(hù)3/4/202579一、勵磁回路接地故障發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點接地故障是發(fā)電機(jī)比較常見的故障。由于正常運行時，勵磁回路與地之間有一定的絕緣電阻、轉(zhuǎn)子發(fā)生一點接地故障時，不會形成故障電流的通路，對發(fā)電機(jī)不會產(chǎn)生直接危險。但是，當(dāng)一點接地之后，又發(fā)生第二點接地時，即形成了短路電流的通路，這時，不僅可能把勵磁繞組和轉(zhuǎn)子燒壞，還可能引起機(jī)組強(qiáng)烈振動。產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。由于目前尚缺少選擇性好、靈敏度高、經(jīng)常投運且運行經(jīng)驗成熟的勵磁回路兩點接地保護(hù)裝置，所以也有不裝此保護(hù)的意見。進(jìn)口大型發(fā)電機(jī)組，一般不裝此保護(hù)。3/4/202580二、發(fā)電機(jī)勵磁回路一點接地保護(hù)勵磁回路的一點接地保護(hù)，除簡單、可靠這些一般要求之外，還要求能夠反應(yīng)在勵磁回路中任一點發(fā)生的接地故障，并且要有足夠高的靈敏度。在評價勵磁回路一點接地保護(hù)時，靈敏度是用故障點對地之間的過渡電阻大小來定義的，若過渡電阻為Rf，保護(hù)裝置處于動作邊界上，則稱保護(hù)裝置在該點的靈敏度為Rf（Ω）。勵磁回路一點接地保護(hù)原理有很多種，這里主要介紹兩種原理：疊加直流方法、切換采樣式一點接地保護(hù)3/4/2025811．疊加直流方法采用新型的疊加直流方法，疊加源電壓為50V，內(nèi)阻>50kΩ。圖1-18發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點接地測量原理圖3/4/202582疊加直流方法K接通時，電流為（1-6）K斷開時，電流為（1-7）解上兩式得，由、可計算的轉(zhuǎn)子接地電阻。3/4/2025832．切換采樣式一點接地保護(hù)保護(hù)原理圖如圖1-20所示，其中RC網(wǎng)絡(luò)的接線如圖1-21。圖1-20切換采樣式一點接地保護(hù)的原理圖3/4/202584圖1-21RC網(wǎng)絡(luò)的接線圖3/4/202585切換采樣式一點接地保護(hù)當(dāng)未發(fā)生接地故障時，或很大，所以有，當(dāng)發(fā)生接地故障時，或很小，設(shè)定繼電器在下述條件下動作：3/4/202586第七節(jié)反時限負(fù)序電流保護(hù)一、轉(zhuǎn)子發(fā)熱特點及負(fù)序電流反時限動作判據(jù)二、轉(zhuǎn)子表層過熱保護(hù)方案

3/4/202587一、轉(zhuǎn)子發(fā)熱特點及負(fù)序電流反時限動作判據(jù)（1）發(fā)電機(jī)長期承受負(fù)序電流的能力。我國有關(guān)規(guī)定為：在額定負(fù)荷下，汽輪發(fā)電機(jī)持續(xù)負(fù)序電流。負(fù)序電流保護(hù)通常依據(jù)發(fā)電機(jī)長期允許承受的負(fù)序電流值來確定啟動門檻值，當(dāng)負(fù)序電流超過長期允許承受的負(fù)序電流值后，保護(hù)延時發(fā)出報警信號。3/4/202588轉(zhuǎn)子發(fā)熱特點及負(fù)序電流反時限動作判據(jù)（2）發(fā)電機(jī)短時承受負(fù)序電流的能力。若假定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子為絕熱體(即短時內(nèi)不考慮向周圍散熱的情況)，則發(fā)電機(jī)允許負(fù)序電流與允許持續(xù)時間的關(guān)系可用下式來表示A值反映發(fā)電機(jī)承受負(fù)序電流的能力，A越大說明發(fā)電機(jī)承受負(fù)序電流的能力越強(qiáng)。一般地說，發(fā)電機(jī)容量越大，相對裕度越小，A值也越小。對發(fā)電機(jī)A值的規(guī)定并不統(tǒng)一，對于300MW直接冷卻式大型汽輪發(fā)電機(jī)A值大致范圍是A≤(6～8)。3/4/202589二、轉(zhuǎn)子表層過熱保護(hù)方案保護(hù)方案原理方框圖如圖1-23所示。在圖1-23中，有兩個定時限部分和一個反時限部分，其動作特性如圖1-24所示。上限定時限特性應(yīng)與發(fā)變組(發(fā)電機(jī)變壓器組的簡稱)高壓側(cè)兩相短路相配合，上限門檻電流可取即動作，其動作時間按與高壓出線快速保護(hù)相配合，可在0.5～3s范圍內(nèi)整定。保護(hù)作用于跳閘解列。3/4/202590轉(zhuǎn)子表層過熱保護(hù)方案下限定時限特性則按發(fā)電機(jī)持續(xù)允許負(fù)序電流整定，并應(yīng)在外部不對稱短路切除后返回，故動作電流門檻值整定為動作時間分為兩個，一個是短延時作用于告警信號，以便運行人員采取措施，一般整定為5～l0s；另一個是長延時作用于跳閘解列，其動作時間在250～1000s范圍內(nèi)整定。3/4/202591圖1-23轉(zhuǎn)子表層過熱保護(hù)方案原理方框圖3/4/202592圖1-24負(fù)序反時限過電流繼電器反時限特性負(fù)序反時限過電流繼電器反時限特性反時限特性作用于跳閘解列，反時限元件的啟動門檻需要與長延時綜合考慮。為了保證長延時精度，往往對最大延時有一定限制，一般取為1000s，也可按下限動作特性的延時選取（但不超過1000s），3/4/202593第八節(jié)發(fā)電機(jī)其他保護(hù)一、發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)二、發(fā)電機(jī)低頻保護(hù)三、定子繞組過電壓保護(hù)四、發(fā)電機(jī)失步保護(hù)五、定子繞組對稱過負(fù)荷保護(hù)六、勵磁回路過負(fù)荷保護(hù)3/4/202594一、發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)在汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組上，由于各種原因誤將主汽門關(guān)閉，則在發(fā)電機(jī)斷路器跳閘之前，發(fā)電機(jī)將迅速轉(zhuǎn)為電動機(jī)運行，即逆功率運行。一般規(guī)定逆功率運行不得超過3min，所以大型汽輪發(fā)電機(jī)規(guī)定裝設(shè)逆功率保護(hù)。一般規(guī)定逆功率運行不得超過3min，所以大型汽輪發(fā)電機(jī)規(guī)定裝設(shè)逆功率保護(hù)。發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)主要用于保護(hù)汽輪機(jī)。3/4/2025951．逆功率繼電器基本原理目前廣泛采用以電壓量作為參考量，計算機(jī)端電流半周平均值的方法。設(shè)定時，有功功率由發(fā)電機(jī)送至系統(tǒng)，當(dāng)時為滯相運行，為進(jìn)相運行；而當(dāng)時，發(fā)電機(jī)呈逆功率運行狀態(tài)。以電壓為參考量，求取的半周平均值，即按的相鄰過0點作為區(qū)間，求取的半周平均值。3/4/202596逆功率繼電器基本判據(jù)，且能反映的方向，實際上所反映的正是有功電流。顯然，當(dāng)時，與為負(fù)，表示逆功率運行狀態(tài)，于是建立判據(jù)3/4/2025972．逆功率保護(hù)構(gòu)成方案逆功率保護(hù)主要由逆功率繼電器組成，發(fā)—變組保護(hù)裝置中一般有兩只逆功率繼電器。其一用于程序跳閘方式，即當(dāng)過負(fù)荷保護(hù)、過勵磁保護(hù)、低勵失磁保護(hù)等動作后，應(yīng)保證先關(guān)主汽門，等到出現(xiàn)逆功率狀態(tài)時就確信主汽門已經(jīng)關(guān)閉，這時逆功率繼電器動作，允許主斷路器跳閘。3/4/2025983/4/202599逆功率保護(hù)另一種逆功率繼電器是用來構(gòu)成逆功率保護(hù)的，當(dāng)發(fā)電機(jī)處于逆功率運行是該保護(hù)動作。汽輪發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)的動作功率一般可取為（1-21）其延時分兩段，短延時1.0~1.5s動作于信號，長延時2～3min動作于跳閘。3/4/20251003/4/2025101二、發(fā)電機(jī)低頻保護(hù)輪機(jī)的葉片都有一個自然振蕩頻率，如果發(fā)電機(jī)運行頻率升高或者降低，以致接近或等于葉片自振頻率時，將導(dǎo)致共振，使材料疲勞，達(dá)到材料所不允許的限度時，葉片就有可能斷裂，造成嚴(yán)重事故。材料的疲勞是一個不可逆的積累過程，所以汽輪機(jī)都給出了在規(guī)定的頻率下允許的累計運行時間。3/4/2025102發(fā)電機(jī)低頻保護(hù)目前發(fā)電機(jī)一般只裝設(shè)低頻異常運行保護(hù)(簡稱低頻保護(hù))，發(fā)電機(jī)低頻保護(hù)主要用于保護(hù)汽輪機(jī)。低頻保護(hù)不僅能監(jiān)視當(dāng)前頻率狀況，還能在發(fā)生低頻工況時，根據(jù)預(yù)先劃分的頻率段自動累計各段異常運行的時間，無論達(dá)到哪一頻率段相應(yīng)的規(guī)定累計運行時間，保護(hù)均動作于聲光信號告警。3/4/20251031．低頻保護(hù)基本原理發(fā)電機(jī)低頻保護(hù)通常由以下幾部分組成：（1）高精度頻率測量回路。多采用測量機(jī)端電壓的頻率實現(xiàn)。（2）頻率分段啟動回路。可根據(jù)發(fā)電機(jī)的要求整定各段啟動頻率門檻。（3）低頻運行時間累計回路。分段累計低頻運行時間，并能顯示各段累計時間。（4）分段允許時間整定及出口回路。在每段累計低頻運行時間超過該段允許運行時間時，經(jīng)出口回路發(fā)出信號。3/4/2025104機(jī)組允許的運行頻率及相應(yīng)的運行時間運行頻率1～0.990.99—0.9750.975～0.935<0.935允許時間(min)長期601003/4/20251052．低頻保護(hù)出口方式Ⅰ段&斷路器合時為1時間積累時間積累發(fā)信或跳閘發(fā)信或跳閘發(fā)信或跳閘圖1-27發(fā)電機(jī)低頻保護(hù)出口邏輯Ⅱ段Ⅲ段3/4/2025106三、定子繞組過電壓保護(hù)對于200MW以上大型汽輪發(fā)電機(jī)定子電壓等級較高，相對絕緣裕度較低，并且在運行實踐中表明，大型汽輪發(fā)電機(jī)出現(xiàn)危及絕緣安全的過電壓是比較常見的故障，因此要求裝設(shè)過電壓保護(hù)。3/4/20251071．發(fā)電機(jī)定子繞組產(chǎn)生過電壓的原因若發(fā)電機(jī)在滿負(fù)荷下突然甩去全部負(fù)荷，由于調(diào)速系統(tǒng)和自動勵磁調(diào)節(jié)裝置有一定慣性，轉(zhuǎn)速將上升，勵磁電流不能突變，發(fā)電機(jī)電壓在較短時間內(nèi)升高，其值可能達(dá)到1.3～1.5倍額定電壓，持續(xù)時間可能達(dá)到幾秒。若調(diào)速系統(tǒng)或自動勵磁調(diào)節(jié)裝置故障或退出運行，過電壓持續(xù)時間會更長。發(fā)電機(jī)主絕緣耐壓水平，按通常試驗標(biāo)準(zhǔn)為1.3倍額定電壓持續(xù)60s。實際過電壓數(shù)值和持續(xù)時間有可能超過試驗標(biāo)準(zhǔn)，對發(fā)電機(jī)主絕緣構(gòu)成直接威脅。3/4/2025108發(fā)電機(jī)定子繞組過電壓保護(hù)的原理200MW及以上汽輪發(fā)電機(jī)宜裝設(shè)過電壓保護(hù)，其定值一般取為,，動作于解列滅磁。3/4/20251092．保護(hù)方案構(gòu)成我國通常采用一段式或兩段式定時限過電壓保護(hù)，其原因之一是大型發(fā)電機(jī)變壓器組已裝有較完善的反時限過勵磁保護(hù)，該保護(hù)在工頻下亦能夠反映過電壓，因此，單純過電壓保護(hù)不宜很復(fù)雜。保護(hù)反映發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓大小，電壓取自發(fā)電機(jī)機(jī)端TV的線電壓，如電壓，保護(hù)動作于解列滅磁或程序跳閘。其保護(hù)出口邏輯如圖1-28所示，可分兩段發(fā)信或跳閘，但一般第Ⅰ段時間發(fā)信，第Ⅱ段時間跳閘。3/4/20251103/4/2025111四、發(fā)電機(jī)失步保護(hù)當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生諸如負(fù)荷突變、短路等破壞能量平衡的事故時，往往會引起不穩(wěn)定振蕩，使一臺或多臺同步電機(jī)失去同步，進(jìn)而使電網(wǎng)中兩個或更多的部分不再運行于同步狀態(tài)，這就是所謂的同步。失步就是同步機(jī)的勵磁仍維持著的非同步運行。這種狀態(tài)表現(xiàn)為有功和無功功率的強(qiáng)烈擺動。3/4/2025112造成失步的原因系統(tǒng)發(fā)生短路故障；發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)故障引起發(fā)電機(jī)失磁，使發(fā)電機(jī)電動勢劇降；發(fā)電機(jī)電動勢過低或功率因數(shù)過高；系統(tǒng)電壓過低。3/4/20251132．對失步保護(hù)的基本技術(shù)要求（1）能正確區(qū)分短路與振蕩、穩(wěn)定振蕩和失步振蕩，失步保護(hù)只在失步振蕩時動作。（2）失步保護(hù)動作后的行為應(yīng)由系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的要求決定，不應(yīng)立即動作于跳閘；只是在振蕩次數(shù)或持續(xù)時間超過規(guī)定時，才選擇切斷電流較小的時刻使發(fā)電機(jī)跳閘。3/4/2025114發(fā)電機(jī)失步后的阻抗變化發(fā)生失步振蕩時，功角的變化是周期性的，測量阻抗Z在復(fù)平面上從右至左穿過復(fù)平面之后，還將繼續(xù)沿圓弧運動，若不采取任何措施，Z的終端軌跡將再次從右至左穿過復(fù)平面，周而復(fù)始。3/4/20251153．發(fā)電機(jī)失步保護(hù)基本原理Z的軌跡每穿過一次復(fù)平面表示失步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁極相對系統(tǒng)同步旋轉(zhuǎn)磁場的磁極運動了3600電角度，稱為一次滑極。根據(jù)發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)具體情況允許幾次滑極。因此保護(hù)要求能記錄滑極次數(shù)，以在達(dá)到規(guī)定值時才動作跳閘。失步保護(hù)反應(yīng)電機(jī)機(jī)端測量阻抗的變化軌跡。3/4/2025116圖1-29失步阻抗軌跡與失步保護(hù)整定圖3/4/2025117發(fā)電機(jī)失步保護(hù)基本原理、、、將阻抗平面分為0～4共5個區(qū)，為阻抗元件動作電抗，在測量阻抗時，加速失步時測量阻抗軌跡從向方向變化，0～4區(qū)依次從右到左排列。減速失步時測量阻抗軌跡從向方向變化，0～4區(qū)依次從左到右排列。當(dāng)測量阻抗從右向左穿過時判斷為加速；當(dāng)測量阻抗從左向右穿過時判定為減速。3/4/2025118發(fā)電機(jī)失步保護(hù)基本原理當(dāng)測量阻抗穿過1區(qū)進(jìn)入2區(qū)，并在1區(qū)及2區(qū)停留的時間分別大于t1和t2后，對于加速過程發(fā)加速失步信號，對于減速過程發(fā)減速失步信號。加速失步信號或減速失步信號作用于降低或提高原動機(jī)出力。若在加速或減速信號發(fā)出后，沒能使振蕩平息，測量阻抗繼續(xù)穿過3區(qū)進(jìn)入4區(qū)，并在3區(qū)及4區(qū)停留的時間分別大于t3和t4后，進(jìn)行滑極計數(shù)。當(dāng)滑極累計達(dá)到整定值即出口跳閘。3/4/2025119無論在加速過程還是在減速過程，測量阻抗在任一區(qū)（1—4區(qū)）內(nèi)停留的時間小于對應(yīng)的延時時間（~）就進(jìn)入下一區(qū)，則判定為短路。當(dāng)測量阻抗軌跡部分穿越這些區(qū)域后以相反的方向返回，則判斷為可恢復(fù)的振蕩(或稱穩(wěn)定振蕩)。3/4/20251204．失步保護(hù)構(gòu)成方案阻抗，次滑極加速信號減速信號加速時減速時跳閘或發(fā)信圖1-30發(fā)電機(jī)失步保護(hù)出口邏輯3/4/2025121五、定子繞組對稱過負(fù)荷保護(hù)發(fā)電機(jī)對稱過負(fù)荷通常是由系統(tǒng)中切除電源；生產(chǎn)過程出現(xiàn)短時沖擊性負(fù)荷；大型電動機(jī)自起動；發(fā)電機(jī)強(qiáng)行勵磁；失磁運行；同期操作及振蕩等原因引起的。3/4/2025122發(fā)電機(jī)過電流倍數(shù)與允許時間由表1-3可見，允許時間隨過電流倍數(shù)呈反時限特性。3/4/20251231．定子繞組對稱過負(fù)荷保護(hù)原理大型發(fā)電機(jī)定子繞組的過負(fù)荷保護(hù)，一般由定時限和反時限兩部分組成。保護(hù)裝置的構(gòu)成形式，與負(fù)序過電流保護(hù)相似。定時限部分的動作電流，按在發(fā)電機(jī)長期允許的負(fù)荷電流下能可靠返回的條件整定，經(jīng)延時動作于減出力。反時限部分在啟動時即報警，然后按反時限特性動作于跳閘，其門檻值一般按過負(fù)荷5%考慮，t1=10s。定子繞組過負(fù)荷保護(hù)，常采用單相式接線。3/4/20251242．保護(hù)出口方式3/4/2025125六、勵磁回路過負(fù)荷保護(hù)勵磁回路過負(fù)荷主要是指發(fā)電機(jī)勵磁繞組過負(fù)荷(過流)。當(dāng)勵磁機(jī)或者整流裝置發(fā)生故障時，或者勵磁繞組內(nèi)部發(fā)生部分繞組短路故障時以及在強(qiáng)勵過程中，都會發(fā)生勵磁繞組過負(fù)荷(過電流)。勵磁回路過負(fù)荷保護(hù)的構(gòu)成原理與定子繞組過負(fù)荷保護(hù)類似，也由定時限元件和反時限元件構(gòu)成。3/4/2025126典型發(fā)電廠保護(hù)出口及接線1.發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)出口：全停接線：發(fā)電機(jī)出口及中性點TA2.匝間短路保護(hù)出口：全停接線：發(fā)電機(jī)出口TA及專用TV3.100%定子繞組單相接地保護(hù)出口：t0發(fā)信，t1全停接線：TV斷線閉鎖，中性點配變TV及發(fā)電機(jī)出口TV3/4/2025127典型發(fā)電廠保護(hù)出口及接線4.低勵失磁保護(hù)出口：t0發(fā)信，t1功率元件減出力及廠用切換，t2阻抗元件全停或程序跳閘，t3系統(tǒng)低電壓元件全停或程序跳閘接線：中性點TA，勵磁電壓，高壓母線c相電壓，發(fā)電機(jī)出口TV及斷線閉鎖5.轉(zhuǎn)子回路一點接地保護(hù)出口：Rf1發(fā)信，Rf2全停接線：勵磁電壓、電流3/4/2025128典型發(fā)電廠保護(hù)出口及接線6.不對稱過負(fù)荷保護(hù)（負(fù)序過電流保護(hù)）出口：t0發(fā)信，反時限全停接線：中性點TA7.程序逆功率保護(hù)出口：t0發(fā)信，t1全停接線：發(fā)電機(jī)中性點TA，出口TV8.逆功率保護(hù)出口：t1發(fā)信，t2全停接線：發(fā)電機(jī)中性點TA，出口TV3/4/2025129典型發(fā)電廠保護(hù)出口及接線9.低頻保護(hù)出口：t1、t2、t3發(fā)信，t4程序跳閘接線：發(fā)電機(jī)出口TV的a、c相電壓及斷路器輔助觸點10.定子繞阻過電壓保護(hù)出口：t1全停接線：發(fā)電機(jī)出口TV的a、c相電壓11.失步保護(hù)出口：t0發(fā)信，t1程序跳閘接線：發(fā)電機(jī)出口TV，發(fā)電機(jī)中性點TA及斷線閉鎖3/4/2025130典型發(fā)電廠保護(hù)出口及接線12.定子繞組對稱過負(fù)荷保護(hù)出口：t0發(fā)信、減負(fù)荷，反時限全停接線：發(fā)電機(jī)中性點TA13.勵磁繞組對稱過負(fù)荷出口：t0發(fā)信、減勵磁，反時限全停接線：勵磁變低壓側(cè)TA3/4/2025131第二章變壓器及廠用系統(tǒng)保護(hù)第一節(jié)變壓器故障、不正常運行狀態(tài)及保護(hù)方式第二節(jié)變壓器差動保護(hù)第三節(jié)瓦斯保護(hù)第四節(jié)變壓器零序保護(hù)第五節(jié)變壓器其他保護(hù)第六節(jié)發(fā)電機(jī)變壓器組公用繼電保護(hù)第七節(jié)廠用系統(tǒng)保護(hù)典型發(fā)電廠變壓器保護(hù)出口與接線思考題3/4/2025132第一節(jié)變壓器故障、不正常運行狀態(tài)及保護(hù)方式一、變壓器的故障二、變壓器不正常運行狀態(tài)三、主變的保護(hù)配置3/4/2025133一、變壓器的故障(1)相間短路。(2)接地(或?qū)﹁F芯)短路。(3)匝間或?qū)娱g短路。(4)鐵芯局部發(fā)熱和燒損。(5)油面下降。3/4/2025134二、變壓器不正常運行狀態(tài)(1)過負(fù)荷(2)過電流(3)零序過流(4)其他故障3/4/2025135三、主變的保護(hù)配置1．差動保護(hù)(1)比率制動式差動保護(hù)，除采用二次諧波閉鎖原理外，還可以采用波形鑒別閉鎖原理或?qū)ΨQ識別原理克服勵磁涌流誤動；(2)工頻變化量比率差動保護(hù)；(3)差動速斷保護(hù)。2．氣體[重(輕)瓦斯]保護(hù)：3/4/2025136主變的保護(hù)配置3．后備保護(hù)配置（1）零序電流保護(hù)：能反應(yīng)變壓器內(nèi)部或外部發(fā)生的接地性短路故障。一般是由零序電流、間隙零序電流、零序電壓共同構(gòu)成完善的零序電流保護(hù)。（2）過負(fù)荷保護(hù)：反應(yīng)變壓器過負(fù)荷狀態(tài)。（3）反時限過激磁保護(hù)。（4）相間后備保護(hù)；阻抗保護(hù)、復(fù)合電壓過流保護(hù)、低壓過流保護(hù)、過流保護(hù)都能反應(yīng)變壓器的過流狀態(tài)。4．開入量保護(hù)3/4/2025137第二節(jié)變壓器差動保護(hù)一、變壓器縱差保護(hù)與發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)的不同二、比率制動的差動保護(hù)原理三、二次諧波制動原理四、差動速斷保護(hù)五、變壓器縱差保護(hù)在設(shè)計運行中應(yīng)注意的問題3/4/20251381．產(chǎn)生不平衡電流的因素(1)變壓器各側(cè)額定電壓和額定電流各不相等，(2)變壓器高壓繞組常有調(diào)壓分接頭，有的還要求帶負(fù)荷調(diào)節(jié)，使變壓器縱差保護(hù)已調(diào)整平衡的二次電流又被破壞，不平衡電流增大，(3)對于定子繞組的匝間短路，發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)完全沒有作用。變壓器各側(cè)繞組的匝間短路，通過變壓器鐵心磁路的耦合，改變了各側(cè)電流的大小和相位，使變壓器縱差保護(hù)對匝間短路有作用(匝間短路可視為變壓器的一個新繞組發(fā)生端口短路)。3/4/2025139產(chǎn)生不平衡電流的因素(4)無論變壓器繞組還是發(fā)電機(jī)定子繞組的開焊故障，它們的縱差保護(hù)均不能動作，變壓器依靠瓦斯保護(hù)或壓力保護(hù)。（5）變壓器在空載合閘時的暫態(tài)過勵磁電流，其值可為的數(shù)倍到10倍以上，這樣大的暫態(tài)勵磁電流通常稱為“勵磁涌流”，它將流入縱差保護(hù)的差動回路，3/4/20251402．勵磁涌流的特點及其制動措施（1）變壓器每相繞組勵磁涌流中含有較大的二次諧波分量，（2）每相涌流及二相涌流差的波形均會出現(xiàn)所謂間斷角。（3）在變壓器內(nèi)、外部故障的短路電流中，二次諧波分量所占比例較小，一般不會出現(xiàn)波形間斷。3/4/2025141制動措施利用特點（1）可以構(gòu)成二次諧波制動的變壓器差動保護(hù)，使之有效地躲過勵磁涌流的影響。為了在發(fā)生涌流時可靠制動，通常對各相差電流分別求取二次諧波對基波的比值，只要其中有一相超過預(yù)先整定的二次諧波制動比，即可閉鎖差動保護(hù)總出口（或閉鎖三相差動元件）。3/4/2025142制動措施利用特點(2)可以構(gòu)成間斷角原理的變壓器差動保護(hù)，所謂間斷角，定義為涌流波形中在基頻周波內(nèi)保持為0的那一段波形所對應(yīng)的電角度。相應(yīng)地定義波寬為涌流波形在一基頻周期內(nèi)不為0的那一段所對應(yīng)的電角度，即波寬。差動保護(hù)的涌流判別元件可采用下述判據(jù)（2-1）3/4/20251433．主變差動的其它輔助性措施（1）差動電流速斷。（2）電流互感器斷線閉鎖。（3）防止在變壓器過勵磁時誤動的措施。3/4/2025144二、比率制動的差動保護(hù)原理主變差動保護(hù)的保護(hù)范圍為三組電流互感器所限定的區(qū)域（即主變壓器本體，發(fā)電機(jī)至主變和廠用高壓變的引線以及主變高壓側(cè)至高壓斷路器的引線），可以反應(yīng)在這個區(qū)域內(nèi)的相間短路，主變高壓側(cè)接地短路以及主變繞組匝間短路故障。因此主變差動保護(hù)是最重要的保護(hù)之一。變壓器差動保護(hù)通常采用與發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)類似的折線比率制動特性3/4/2025145比率制動的差動保護(hù)動作判據(jù)動作方程為對于多側(cè)（如n側(cè)）差動則差動電流和制動電流分別為：3/4/2025146三、二次諧波制動原理在差動保護(hù)中差電流的二次諧波幅值用表示，差電流中二次諧波所占的比率可表示為如下式：如選二次諧波制動系數(shù)為定值，那么只要大于定值就可以認(rèn)為是勵磁涌流出現(xiàn)，保護(hù)不應(yīng)動作。在值小于同時滿足比率差動判據(jù)時才允許保護(hù)動作。二次諧波制動系數(shù)，有0.15、0.20、0.25三種系數(shù)可選。根據(jù)變壓器動態(tài)試驗，典型取值為0.15，一般不宜低于0.15。3/4/2025147四、差動速斷保護(hù)一般情況下比率制動原理的差動保護(hù)能作為電力變壓器主保護(hù)，但是在嚴(yán)重內(nèi)部故障時，短路電流很大的情況下，TA嚴(yán)重飽和使交流暫態(tài)傳變嚴(yán)重惡化，TA的二次側(cè)基波電流為零，高次諧波分量增大，比率制動原理的差動保護(hù)無法反映區(qū)內(nèi)短路故障，從而影響了比率差動保護(hù)的快速動作差動速斷保護(hù)，作為輔助保護(hù)以加快保護(hù)在內(nèi)部嚴(yán)重故障時的動作速度。差動速斷保護(hù)是差動電流過電流瞬時速動保護(hù)。整定值可取正常運行時負(fù)荷電流的5～6倍。3/4/2025148五、變壓器縱差保護(hù)在設(shè)計運行中應(yīng)注意的問題由一次系統(tǒng)參數(shù)引起的縱差保護(hù)區(qū)內(nèi)短路高次諧波問題變壓器縱差保護(hù)的整定計算工作運行中操作不當(dāng)縱差保護(hù)二次電流回路的接地縱差保護(hù)電流互感器二次回路斷線空載合閘試驗電流互感器二次端子極性接反或二次回路接線錯誤3/4/2025149第三節(jié)瓦斯保護(hù)油浸式變壓器利用變壓器油作為絕緣及冷卻介質(zhì)。當(dāng)油箱內(nèi)部發(fā)生短路故障時，在短路電流及故障點電弧的作用下，絕緣油及其它絕緣材料因高溫分解而產(chǎn)生氣體。這些氣體必然會從油箱內(nèi)部流向油箱上面的油枕。故障越嚴(yán)重，產(chǎn)生的氣體就越多，流向油枕的氣流速度也就越大。利用這些氣體來動作的保護(hù)，稱作瓦斯保護(hù)。瓦斯保護(hù)的主要元件是瓦斯繼電器。3/4/2025150圖2-2瓦斯繼電器安裝示意圖圖2-3QJ-80型開口杯擋板式瓦斯繼電器結(jié)構(gòu)圖1—瓦斯繼電器1—罩；2—頂針；3—氣塞；4、11—永久磁鐵；2——油枕5—開口杯；6—重錘；7—指針；8—開口銷；9—彈簧；10—擋板；13、15—干簧觸點14—調(diào)節(jié)桿；17—排氣孔3/4/2025151瓦斯保護(hù)的構(gòu)成輕瓦斯接點動作值用氣體容積來定，保護(hù)動作于發(fā)信。重瓦斯接點動作值用油流速度來定，保護(hù)動作于跳閘瓦斯保護(hù)裝置的主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，可反應(yīng)油箱內(nèi)的一切故障，尤其在反應(yīng)線圈匝間短路時，其靈敏度高，對能產(chǎn)生大量氣體的內(nèi)部故障動作迅速。其缺點是不能反應(yīng)油箱外部套管及引出線上的故障。所以，它與差動保護(hù)共同作為變壓器的主保護(hù)。3/4/2025152第四節(jié)變壓器零序保護(hù)變壓器裝設(shè)零序保護(hù)作為變壓器內(nèi)部繞組、引線、母線和線路接地故障的保護(hù)。變壓器接地保護(hù)方式及其整定值的計算與變壓器的型式、中性點接地方式及所連接系統(tǒng)的中性點接地方式密切相關(guān)。變壓器接地保護(hù)要與線路的接地保護(hù)在靈敏度和動作時間上相配合。3/4/2025153變壓器零序保護(hù)一、中性點可能接地或不接地運行的變壓器接地后備保護(hù)二、零序保護(hù)出口方式3/4/2025154一、中性點可能接地或不接地運行的變壓器接地后備保護(hù)對中性點可能接地或不接地運行的變壓器，應(yīng)配置兩種接地后備保護(hù)。一種接地保護(hù)用于變壓器中性點接地運行狀態(tài)，通常采用二段式零序過電流保護(hù)，另一種接地保護(hù)用于變壓器中性點不接地運行狀態(tài)，這種保護(hù)的配置、整定值計算、動作時間等與變壓器的中性點絕緣水平、過電壓保護(hù)方式以及并聯(lián)運行的變壓器臺數(shù)有關(guān)。3/4/20251551．二段式零序過流保護(hù)圖2-6中性點直接接地變壓器的接地保護(hù)3/4/2025156零序過流保護(hù)330kV變壓器高壓側(cè)I段零序過電流保護(hù)只設(shè)一個時限，即斷開變壓器本側(cè)斷路器。330kV及500kV變壓器高壓側(cè)Ⅱ段零序過電流保護(hù)只設(shè)一個時限，即斷開變壓器各側(cè)斷路器。為線路零序過電流保護(hù)I或Ⅱ段的動作時間；為線路零序過電流保護(hù)后備段的動作時間。3/4/20251572．分級絕緣的變壓器接地保護(hù)這種變壓器的接地保護(hù)，除兩段零序過電流保護(hù)用于變壓器中性點直接接地運行情況以外，還應(yīng)裝設(shè)零序電流電壓保護(hù)用于變壓器中性點不直接接地運行時保護(hù)變壓器。3/4/2025158（1）中性點裝設(shè)放電間隙的變壓器用于變壓器中性點經(jīng)放電間隙接地時的接地保護(hù)，其接線見圖2-7，其增設(shè)的反應(yīng)零序電壓和間隙放電電流的零序電壓電流保護(hù)，用于變壓器中性點經(jīng)放電間隙接地時的接地保護(hù)。裝在放電間隙的回路的零序過電流保護(hù)的動作電流與變壓器的零序阻抗、間隙放電的電弧電阻等因素有關(guān)，難以準(zhǔn)確計算。根據(jù)經(jīng)驗，保護(hù)的一次動作電流可取100A。零序過電壓繼電器的動作值一般取180V3/4/2025159中性點經(jīng)放電間隙接地的分級絕緣變壓器接地后備保護(hù)圖2-7中性點經(jīng)放電間隙接地的分級絕緣變壓器接地后備保護(hù)3/4/2025160中性點經(jīng)放電間隙接地的零序電流、零序電壓保護(hù)用于中性點經(jīng)放電間隙接地的零序電流、零序電壓保護(hù)動作后經(jīng)一較短延時（躲過暫態(tài)過電壓時間）斷開變壓器各側(cè)斷路器，這一延時一般不超過0.3s。3/4/2025161二、零序保護(hù)出口方式變壓器零序電流保護(hù)出口方式圖2-9變壓器零序電流保護(hù)出口邏輯3/4/2025162變壓器間隙零序電壓、零序電流保護(hù)圖2-10變壓器間隙零序電壓、電流保護(hù)出口邏輯3/4/2025163第五節(jié)變壓器其他保護(hù)一、主變壓器溫度保護(hù)二、冷卻器故障保護(hù)3/4/2025164一、主變壓器溫度保護(hù)變壓器運行中，總有部分損耗(如銅損、鐵損、介質(zhì)損耗等)，使變壓器各部分溫度升高。繞組溫度過高時會加速絕緣的老化，縮短變壓器使用壽命。繞組溫度越高，持續(xù)時間越長，造成絕緣老化的速度越快，使用期限越短。研究表明，繞組溫度每增加6℃；變壓器使用壽命將要減少一半。主變溫度保護(hù)就是在冷卻系統(tǒng)發(fā)生故障或其它原因引起變壓器溫度超過限值時，發(fā)出告警信號(以便采取措施)；或者延時作用于跳閘。溫度保護(hù)定值與絕緣材料級別有關(guān)，一般可整定為75℃。3/4/2025165二、冷卻器故障保護(hù)當(dāng)冷卻器故障引起主變超過安全限值時，并不是立即將主變退出運行，常常允許其短時運行一段時間，以便處理冷卻器故障。這期間可以降低變壓器負(fù)荷運行，使變壓器溫度恢復(fù)到正常水平。若在規(guī)定時間內(nèi)溫度不能降至正常水平，才切除發(fā)變組。冷卻器故障保護(hù)一般由反應(yīng)變壓器繞組電流的過流繼電器與時間繼電器構(gòu)成，并與溫度保護(hù)配合使用，構(gòu)成兩段時限保護(hù)。3/4/2025166冷卻器故障保護(hù)原理當(dāng)主變冷卻器發(fā)生故障時，溫度升高，超過限值后溫度保護(hù)首先動作，發(fā)出報警的同時開放冷卻器故障保護(hù)出口。這時主變電流若超過I段整定值，先按繼電器固有延時動作于減出力，使發(fā)變組負(fù)荷降低，促使主變溫度下降，若溫度保護(hù)返回，則發(fā)變組維持在較低負(fù)荷下運行，以減少停運機(jī)會；若溫度保護(hù)仍不能返回，即說明減出力無效，為保證主變壓器的安全，主變冷卻器保護(hù)將以Ⅱ段延時動作于解列或程序跳閘。延時值通常按失去冷卻系統(tǒng)后，變壓器允許運行時間整定。3/4/2025167第六節(jié)發(fā)電機(jī)變壓器組公用繼電保護(hù)發(fā)變組公用保護(hù)有以下幾種：（1）發(fā)變組縱聯(lián)差動保護(hù)，構(gòu)成雙重化主保護(hù)（2）定時限過勵磁保護(hù)（3）復(fù)合電壓過流保護(hù)帶電流記憶（4）非全相運行保護(hù)（5）失靈啟動元件（6）發(fā)電機(jī)誤上電保護(hù)及斷路器閃絡(luò)保護(hù)（7）啟停機(jī)保護(hù)發(fā)電機(jī)定子繞組過負(fù)荷保護(hù)實際上還兼作變壓器過負(fù)荷保護(hù)3/4/2025168一、發(fā)變組縱聯(lián)差動保護(hù)，構(gòu)成雙重化主保護(hù)按有關(guān)規(guī)程規(guī)定，大型發(fā)電機(jī)和變壓器快速主保護(hù)必須雙重化，以確保保護(hù)動作的可靠性。發(fā)變組縱差保護(hù)通常采用三側(cè)電流差動，輸入電流分別取自發(fā)電機(jī)中性點處電流互感器、廠變低壓側(cè)電流互感器以及主變高壓側(cè)斷路器處的電流互感器。保護(hù)區(qū)為發(fā)電機(jī)、主變壓器及其連線以及變壓器至高壓斷路器與發(fā)電機(jī)至廠用變壓器高壓側(cè)間的引線。保護(hù)出口動作于全停。3/4/2025169二、定時限過勵磁保護(hù)1．過勵磁故障的后果及產(chǎn)生原因2.過勵磁保護(hù)的動作判據(jù)和動作特性3．過勵磁保護(hù)裝置原理3/4/2025170定時限過勵磁保護(hù)由于發(fā)電機(jī)或變壓器發(fā)生過勵磁故障時并非每次都造成設(shè)備的明顯破壞，所以往往容易被忽視，但是多次反復(fù)過勵磁，將因過熱而使絕緣老化，降低設(shè)備的使用壽命。我國繼電保護(hù)規(guī)程規(guī)定，對頻率降低和電壓升高引起的鐵心工作磁密過高，300MW及以上發(fā)電機(jī)和500kV變壓器應(yīng)裝設(shè)過勵磁保護(hù)。3/4/20251711．過勵磁故障的后果及產(chǎn)生原因電壓的升高和頻率的降低均可導(dǎo)致磁密的增大。通過測量電壓U和頻率f就能確定勵磁情況。現(xiàn)代大型變壓器，額定工作磁密，飽和磁密，兩者很接近，比較容易發(fā)生過勵磁故障。3/4/2025172過勵磁故障產(chǎn)生原因（1）在發(fā)電機(jī)啟動或停止過程中，當(dāng)轉(zhuǎn)速偏低而電壓仍維持為額定值時，將由低頻引起過勵磁(發(fā)--變組接線方式)。（2）甩負(fù)荷時，發(fā)電機(jī)如不及時減磁，將產(chǎn)生過電壓；在發(fā)--變組方式時，即使機(jī)端電壓能維持先前值，但因變壓器已為空載，也會產(chǎn)生過電壓。（3）超高壓遠(yuǎn)距離輸電線突然丟失負(fù)荷而發(fā)生過電壓。（4）事故時隨著切除故障而將補(bǔ)償設(shè)備同時被切，使充電功率過剩導(dǎo)致過電壓；補(bǔ)償設(shè)備本身故障而被切除時也引發(fā)過電壓。3/4/2025173過勵磁故障產(chǎn)生原因（5）如丟失負(fù)荷發(fā)生在變電所內(nèi)，一次電壓太高，通常的調(diào)壓手段又不足以控制住過電壓的發(fā)生時。（6）事故解列后的局部分割區(qū)域中，若電壓維持額定，由功率缺額造成頻率大幅度降低；（7）電網(wǎng)解、合環(huán)考慮不周或操作不當(dāng)，引起局部地區(qū)出現(xiàn)過電壓或低頻率運行。（8）鐵磁諧振或L-C諧振引起過電壓。（9）各種調(diào)節(jié)設(shè)備的失控或誤動。（10）發(fā)電機(jī)自勵現(xiàn)象。（11）變壓器調(diào)壓分接頭連接不正確。3/4/20251742.過勵磁保護(hù)的動作判據(jù)和動作特性（1）兩段式定時限過勵磁保護(hù)第一段：過勵磁倍數(shù)整定值1.18～1.20，延時2～6s；第二段：過勵磁倍數(shù)整定值1.10，延時45～60s。3/4/2025175過勵磁保護(hù)的動作特性圖2-11過勵磁定時限保護(hù)動作特性示例3/4/20251763．過勵磁保護(hù)裝置原理（1）U/f的測量回路圖2-13過勵磁保護(hù)的U/f測量原理圖3/4/2025177

（2）出口方式圖2-14發(fā)電機(jī)定時限過勵磁保護(hù)出口邏輯3/4/2025178三、復(fù)合電壓過流保護(hù)帶電流記憶保護(hù)反映變壓器電壓、負(fù)序電壓和電流大小，電流電壓一般取自變壓器的同一側(cè)TA和TV。發(fā)變組TA取自發(fā)電機(jī)中性點側(cè)。其邏輯框圖如圖2-15-2所示，可發(fā)信或跳閘。3/4/2025179圖2-15-2復(fù)合電壓過電流保護(hù)出口邏輯3/4/2025180四、非全相運行保護(hù)220kV(及以上)斷路器通常為分相操作斷路器，常由于誤操作或機(jī)械方面的原因，使三相不能同時合閘和跳閘，或在正常運行中突然一相跳閘，這時發(fā)變組中將流過負(fù)序電流。如果靠反應(yīng)負(fù)序電流的反時限保護(hù)，則有可能會因為動作時間較長，而導(dǎo)致相鄰線路對側(cè)保護(hù)先動作，使故障范圍擴(kuò)大，甚至造成系統(tǒng)瓦解事故，因此要求裝設(shè)非全相運行保護(hù)。3/4/2025181非全相運行保護(hù)原理非全相運行保護(hù)一般由靈敏的負(fù)序電流元件和非全相判別回路構(gòu)成，如圖2-16所示。保護(hù)經(jīng)短延時（例如）動作于斷開其它健全相。如果是操縱機(jī)構(gòu)故障，斷開其它全相不能成功，則應(yīng)動作(啟動)斷路器失靈啟動元件，切斷與本回路有關(guān)的母線段上的其它有源回路。3/4/2025182非全相運行保護(hù)原理圖2-16非全相運行保護(hù)電路原理圖3/4/2025183五、失靈啟動元件斷路器失靈啟動元件由靈敏的過流繼電器(三相)與有關(guān)的保護(hù)跳閘出口繼電器輔助觸點共同構(gòu)成。當(dāng)發(fā)變組范圍內(nèi)的任一種保護(hù)出口跳閘時，同時啟動失靈啟動元件，失靈啟動元件則去啟動斷路器的失靈保護(hù)。啟動失靈其邏輯框圖如圖2-17和2-18所示，圖中一般t=0，延時應(yīng)設(shè)置于失靈保護(hù)內(nèi)。瓦斯保護(hù)等非電氣量保護(hù)的出口接點不啟動失靈。3/4/2025184圖2-17高壓側(cè)斷路器啟動失靈保護(hù)出口邏輯Ⅰ3/4/2025185圖2-18高壓側(cè)斷路器啟動失靈保護(hù)出口邏輯Ⅱ3/4/2025186六、發(fā)電機(jī)誤上電保護(hù)及斷路器閃絡(luò)保護(hù)大型發(fā)電機(jī)組，要求裝設(shè)誤上電保護(hù)，以防止發(fā)電機(jī)啟停機(jī)期間的誤操作。當(dāng)發(fā)電機(jī)盤車或轉(zhuǎn)子靜止發(fā)生誤合閘操作時，定子的電流(正序電流)在氣隙產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場能在轉(zhuǎn)子本體中感應(yīng)工頻或接近工頻的電流，會引起轉(zhuǎn)子過熱而損傷。目前，330KV系統(tǒng)中廣泛采用的3／2斷路器接線增加了誤上電的幾率。3/4/2025187誤上電保護(hù)原理將啟停機(jī)過程分為兩個階段，第一階段：開機(jī)→合磁場開關(guān)，在這期間，由于無勵磁，發(fā)電機(jī)不可能進(jìn)行并網(wǎng)操作，因此只要發(fā)電機(jī)斷路器合閘和定子有電流，則必然為誤上電，瞬時跳閘。第二階段：合磁場開關(guān)→并網(wǎng)，在這期間，用阻抗元件來區(qū)分并網(wǎng)和誤上電，并且誤上電情況越嚴(yán)重，跳閘也越快。誤上電保護(hù)在發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后自動退出運行，解列后自動投入運行。如果斷路器未合閘而發(fā)電機(jī)定子有電流，則認(rèn)為斷路器發(fā)生閃絡(luò)。3/4/2025188（7）啟停機(jī)保護(hù)在發(fā)電機(jī)不與系統(tǒng)并網(wǎng)的啟動或停機(jī)過程中，頻率大幅度偏離額定值，許多繼電保護(hù)裝置將在低頻條件下拒動或誤動，特別是對頻率敏感的繼電器，如諧波制動式變壓器差動保護(hù)、三次諧波式定子接