1、毕业设计（论文）-发电机变压器组保护设计 毕 业 设 计论 文题目发电机变压器组保护设计并列英文题目Design of generator-transformer unit protection系部电力工程系 专业发电厂及电力系统姓名 班级发电0602班指导教师职称副教授 论文报告提交日期2009年6月1日 摘要随着电力工业的迅速发展我国发电机变压器单机容量不断增大电力系统正朝着大机组超高压大电网的方向发展现今我国大容量发电厂不断增多它们在电力系统中地位更显重要为保证整个电力系统的安全经济运行我们应对电厂配置可靠性灵敏性选择性和速动性都很好的保护装置为实现配置方案的优化还应充分考虑到大型发电厂
2、的特点本文系统的阐述了300MW汽轮发电机变压器组保护设计本文共分四篇第一篇简要介绍了大型发电机变压器组常出现的故障及异常运行状态和继电保护配置要求第二篇对300MW发电机变压器组故障异常运行状态及非电量的继电保护原理和相关原理的逻辑框图进行介绍第三篇对300MW发电机变压器组的微机保护装置的选择和动作行为的介绍第四篇对300MW发电机变压器组继电保护配置主接线图的介绍和说明本文在阐述300MW汽轮发电机变压器组保护设计的同时密切结合实际通俗易懂关键词发电机变压器组 继电保护AbstractWith the rapid development of power industry Chinas
3、power generators increasing the capacity of a single transformer the power system is moving in the big units ultra-high pressure large power grid direction Todays large-capacity power plants in China increasing their status in the power system are more important In order to ensure the safety of the
4、entire power system economic operation we should plant configuration reliability sensitivity selectivity and the liquid of very good protection device To achieve the optimal configuration should also be taken fully into account the characteristics of large-scale power plantsSystem described in this
5、article 300MW turbo-generator - transformer unit protection design This article is divided into four the first large-scale generators brief - often groups of transformer faults and abnormal operation and configuration requirements of relay protection second of 300MW generator - transformer unit fail
6、ure abnormal operation and non - Principles of electricity and related principles of relay logic diagram introduced third of 300MW generator - transformer unit of the microprocessor-based protection device of choice and action to introduce acts fourth of 300MW generator - transformer unit relay conf
7、igure the main wiring diagram of the introduction and notesIn this paper the 300MW turbo-generator - transformer design group at the same time to protect a close connection with reality and user-friendlyKeywords generator - transformer unit relay目录摘要前言概述1 第一章 发变组可能出现的故障及异常运行状态1 第二章 发变组保护配置原则及要求3第二篇
8、发变组保护配置4反映短路故障的主保护4 第一节 发电机纵差保护4 第二节 变压器纵差保护8 第三节 发电机匝间短路保护9 第四节 转子两点接地保护15反映短路故障的后备保护16 第一节 过电流保护16 第二节 阻抗保护22反映接地故障的保护23转子一点接地保护23定子接地保护24 主变压器接地保护28反映异常运行的保护31发电机的过负荷保护31发电机定子绕组过负荷保护32发电机转子绕组过负荷保护32发电机转子表层过负荷保护33四 发电机励磁绕组过负荷保护33过励磁保护34失磁保护35失布保护36逆功率保护38非全相运行保护39断路器失灵保护40第八节 发电机启停机保护41非电量保护42主变压器
9、瓦斯保护42高压厂用变压器瓦斯保护44第三篇 发变组微机保护组屏方案44第四篇 发变组系统主接线及其保护配置说明47结束语49参考文献50前言毕业设计是在学校学习生活中的最后一个环节通过本次设计使我系统的掌握了三年来所学专业理论知识提高综合应用能力初步了解实际工程设计培养了我们用运所学知识全面地独立地分析问题的能力本设计是关于大型发电机变压器组继电保护设计其主要内容包括大型发电机组的特点及继电保护的要求大型发电机和变压器的故障及异常运行的保护方式大型发电机变压器组继电保护的特点及配置原则对300MW汽轮发电机变压器组继电保护总配置情况介绍和微机保护装置的选择主要对发电机变压器组的短路故障保护原
10、理异常运行保护原理非电量保护原理和相关原理的逻辑框图介绍在本次设计过程中杨晓敏老师给了我们很大的支持和帮助并在老师精心的辅导下我们完成了毕业设计任务在次我对杨晓敏老师表示感谢另外我也要感谢同学们对我的帮助由于我们的水平有限不妥和和错误之处在所难免敬请老师给予指正李玉仓2009-6-1第一篇 概述第一章 发变组可能出现的故障及异常运行状态一发电机可能出现的故障及异常运行状态保证发电机组安全经济的运行和防止其遭受破坏对于电力系统的稳定运行和对用户不间断供电起决定性作用因此要不断改进和完善继电保护的功能采取较为合理完善的保护配置方案最大限度地保证电力系统的安全运行并将故障和不正常运行方式对电力系统的
11、影响限制到最小范围由于发电机是长期连续运转的设备既要承受机身的振动又要承受电流电压的冲击因而常常导致定子绕组和转子励磁绕组绝缘的损坏因此同步发电机子运行中定子绕组和转子励磁回路都有可能发生危险的故障和不正常的运行情况发电机故障类型有1定子绕组相间短路2定子绕组一相的匝间短路3 定子绕组单相接地4转子绕组一点接地或两点接地5由于转子绕组断线励磁回路故障或灭磁开关误动等原因在造成的转子励磁回路的励磁电流消失或降低发电机异常运行状态有1由外部短路引起的定子绕组过电流2由负荷超过发电机额定容量而引起的定子绕组三相对称过负荷3由于突然甩负荷而一起的定子绕组过电压4由外部不对称短路或不对称负荷 如单相负荷
12、非全相运行等引起的转子表层过负荷5由于励磁回路故障或强励时间过长而引起的转子绕组过负荷6由于汽轮机主汽门突然关闭而引起的发电机过激磁运行及汽轮机低频运行等二变压器可能出现的故障和异常运行方式电力变压器是电力系统中十分重要的元件它的故障将对供电可靠性和系统的正常运行带来严重的影响为了防止电力变压器发生各类故障和不正常运行对电力系统安全运行造成不应有的损失根据有关技术规程的规定应针对电力变压器的故障和不正常运行状态设置相应的继电保护变压器的故障可以分为油箱内故障和油箱外故障油箱内故障指变压器油箱里面发生的故障又分电气故障初始故障1电气故障原因有 1高压或低压绕组相间短路 2中性点直接接地侧的单相接
13、地短路 3高压或低压绕组的匝间短路 4第三绕组上的接地故障或匝间短路内部短路故障产生的电弧不仅会损坏绕组的绝缘烧坏铁芯而且由于绝缘材料和变压器因受热分解而产生大量的气体有可能引起变压器油箱爆炸2初始故障初始故障即初始局部的故障它将对变压器产生缓慢发展的损害作用但一般不能检测起步平衡的电量原因有 1导体之间点气接触不良或铁芯故障在变压器油中可能产生间歇性电弧 2冷却媒介不足将使变压器油温升高如油位过低或油路阻塞容易在绕组上产生局部热点 3分接开关故障并联运行的变压器之间产生环流和负荷分配不合理造成变压器的绕组过热变压器最常见的是外部故障是油箱外部绝缘套管及引出线上的故障可能导致出线的相间短路或单
14、相接地短路变压器的不正常运行状态主要有由于变压器外部相间短路引起的过电流外部接地短路引起的过电流和中性点过电压由于所带负荷超过变压器的额定容量引起的过负荷以及由于漏油等原因引起的油面降低此外对大容量变压器由于其额定工作条件下的磁通密度接近于铁心的饱和磁通在过电压或低频率的等异常运行方式下还会发生变压器的过励磁故障第二章 发变组保护配置原则及要求大型发变组结构复杂有可能发生多种类型的故障和异常运行工况因此需要设置几十种保护并要求这些保护既有明确的职责范围又能相互配合目前国内已经形成各种不同的保护功能的配置方案这些都大同小异但又各具特点都遵循以下原则1各项保护功能配置完善2选用的保护原理性能优良有
15、成熟的运行经验满足各项技术要求3实现双重化配置4组屏合理双重化的两套保护系统应分屏设置非电量保护和电气量保护也应分屏设置以确保在发变组不停运状况下可以对其中任何一套保护系统进行检修调整调试同时要求二次回路设计正确简明接线安全可靠5保护系统应尽可能结构简单具备友好的人机界面合理的通信组网功能各项保护功能投退和整定操作清晰简便支持现场调试和调整功能易于使用和维护6保护出口设计合理配置灵活以满足紧急状态下不同的动作要求和允许根据实际运行条件方便地进行调整发变组保护功能可按设备故障性质分为故障保护和异常运行保护两大类按输入量性质分为电气量保护和非电气量保护两大类按保护对象分为电气设备故障和动力机械设备
16、故障两大类故障保护用以反映保护区域内发生的各种相间短路匝间短路及接地短路等各种类型的短路故障这些故障会对发变组造成直接破坏这类保护构成了发变组的保护主体通常称为主保护另外还需要考虑发变组主保护失效以及辅机和外部相连系统的故障对发变组的破坏问题也需要配置保护通常称为后备保护因此故障保护可分为主保护和后备保护异常保护用以反映各种可能对发变组造成危害的异常运行工况包括可能不利于动力机械设备的异常工况不过这些工况可能不会很快或不会直接造成对机组的破坏为异常工况配置的保护通常也归于后备保护的范畴第二篇 发变组保护配置第一章 反映短路故障的主保护第一节 发电机纵差保护一发电机纵差保护的接线方式 由于发电机
17、结构的特殊性发电机纵差保护根据获取电流的方式不同又完全纵差保护和不完全纵差保护两种1 发电机完全纵差保护 发电机完全纵差保护是利用比较发电机每相定子绕组首末两端全相电流的大小和相位的原理构成的根据纵差保护的基本原理发电机完全纵差保护能够灵敏的反映发电机定子绕组及引出线的相间短路故障但对定子绕组的匝间短路和定子绕组的分支开焊故障却没有作用2 发电机不完全纵差保护 发电机不完全纵差保护是一种能同时反应发电机相间短路匝间短路和分支绕组开焊故障的新型发电机纵差保护它是通过比较发电机机端每相定子的全相电流和中性点侧每相定子的部分相电流大小和相位二构成不完全纵差保护之所以能够反应发电机内部各种短路和开焊故
18、障不同相间和不同匝章间存在或大或小的互感联系当未装设互感器的非故障定子分支绕组中感受到故障的发生使不完全纵差保护动作由此可见发电机完全纵差保护和不完全纵差保护均是比较发电机两侧同相电流的大小和相位而构成不同的是完全纵差保护是比较每相定子首末两端的全相电流而不完全纵差动保护是比较机端每相定子全相电流和中性点侧每相定子的部分相电流而构成所以两者的基本原理相同 只是在保护的整定计算时有所不同二发电机纵差保护的原理 随着发电机组的容量增大对继电保护的不断提高出现了各种不同原理的发电机纵差保护一下对常用的两种原理进行介绍比率制动式发电机纵差保护原理其电流参考方向如图1-1所示中性点侧电流的方向一指向发电
19、机为正方向机端侧电流一流出发电机为正方向动作电流和制动电流的定义为确保比率制动式发电机纵差保护正确动作动作电流和制动电流分别为动作电流 制动电流式中 动作电流 制动电流 机端侧定子相电流 中性点侧定子全相电流或分支绕组电流K平衡系数 当 时为完全纵差保护接线方式 时为不完全纵差保护接线方式 2 纵差保护的动作判据及动作特性 纵差保护的动作判据为式中 差动电流 最小动作电流整定值一般取0305为发电机额定电流 制动电流 最小制动电流整定值一般取0810 比率制动式电流整定值一般取0305当上式中的两个方程都满足时差动元件动作标积制动式发电机纵差保护原理 标积制动式发机电纵差保护是利用基波电流相量
20、的标量构成的比率制动特性的差动保护是相量幅值比率制动的另一种形式电流参考方向仍然如图1-1所示中性点侧电流的正方向指向发电机标积制动式纵差保护的动作电流制动电流及其动作判据为动作电流制动电流动作判据式中 和之间的相位差 S标积制动系数通常取101 当发电机正常运行或保护区外短路时 0制动量最大动作量最小保护可靠不动2 当保护区内短路时 - 制动量为负值呈现动作作用动作量最大保护动作且灵敏显然采用标积制动式纵差保护可以大大提高反应发电机内部故障的灵敏度标积制动式纵差保护和比率制动式纵差保护一样也可以作为发变组的纵差保护当作为发变组纵联差动保护时应增设防止涌流误动的二次谐波制动措施三发电机纵差保护
21、逻辑框图当发电机纵差保护的二相或三相差动元件同时动作时纵差保护才出口跳闸为防止一点在区内另一点在区外的两点接地故障发生当有一相纵差元件动作且同时有负序电压时纵差保护出口跳闸若只有一相纵差元件动作而无负序电压时判为TA断线若负序电压长时间存在而无差电流时判为TV断线第二节 变压器纵差保护一变压器纵联差动保护的基本原理变压器的纵联差动保护简称纵差保护不但可以正确区分内外的短路而且能瞬时切除保护区域内的故障因此变压器纵差保护是变压器的主保护之一变压器纵差保护基本原理与发电机纵差保护原理相似按比较被保护变压器各侧电流的大小和相位的原理构成为了实现这一比较在变压器各侧装设一组电流互感器TATA的一次电流
22、回路的机性端节母线侧将TA二次侧的同极性端子相连接如图1-4所示双绕组变压器纵差保护单相原理接线图显然变压器纵差保护的范围为变压器各侧电流互感器TA所限定的全部区域即变压器高低压绕组套管引出线等如下图所示双绕组变压器为例分析变压器纵差保护原理二变压器差动保护整定1正常运行和外部发生故障时保护不动作2 变压器内部发生故障时保护动作将故障切除 三变压器纵差保护逻辑框图第三节 发电机匝间短路保护由于大容量发电机的额定电流很大其每相定子绕组都有两个并联的分支绕组构成每个分支的匝间或分支之间的短路就称为发电机定子绕组的匝间短路故障当定子绕组匝间短路时被短接的部分绕组内将产生大的环流引起故障出温度升高绝缘
23、损坏并转换为单相接地故障或相间短路故障损坏发电机因此在发电机上应装设定子匝间短路的匝间保护根据发电机匝间短路时的特点可以提出各种不同原理的匝间短路保护方案一单元件式横联差动保护发电机在正常运行情况下每相定子绕组的两个分支上电势相等各供出一半的负荷电流当任一相绕组中发生匝间短路时两个绕组中的电势不相等因而在两个分支绕组中产生环流根据这一特点构成了发电机的匝间短路保护单元件式横联差动保护1保护的接线及其特点如下图所示单元件式横联差动保护采用一只电流互感器装于两分支绕组中性点的连线上利用分支绕组中性点之间连线上流过的零序电流来实现保护且该保护由于只采用一只电流互感器不存在又电流互感器特性不同二引起的
24、不平衡电流所以保护接线简单灵敏度高通常又称该保护为高灵敏的单元件式横联差动保护因此该保护只适合于1定子绕组中性点侧引出6个或4个端子的发电机2中性点侧引出端子较多的水轮发电机2保护原理分析 该保护原理接线如下图该保护实质上是把定子三相绕组的一般绕组中的三相电流之和与三相绕组的另一半绕组中的三相电流之和进行比较利用发生各种匝间短路时中性点连线上的环流而实现的正常运行或外部故障时保护装置中装设了三次谐波滤过器1以消除三次谐波电流的影响提高灵敏度所以正常运行或外部故障时三次谐波滤过器1滤除了三次谐波产生的不平衡电流通过带有延迟的保护装置2的电流小于其整定值即保护不动作2当定子绕组的同分支匝间短路时当
25、同分支匝间短路时由于故障支路和非故障支路的电动势不等有环流产生中性点连线上的电流互感器有故障电流流过当电流大于保护的动作电流整定值时保护动作于跳闸3定子绕组同相不同分支之间发生短路时当同相的两个分支绕组间发生匝间短路且时由于两个支路的电动势差分别产生两个环流和此时中性点连线上流过的电流 当电流大于保护的动作电流整定值时横联差动保护动作与跳闸4保护存在死区有上述分析可知单元件式横联差动保护又一定的死去当定子绕组同分支短路且短路匝数a很小时或者同相不同分支间的短路匝数相同及差别较小时保护不能动作2保护的整定计算原则根据运行经验单元件式横联差动保护的动作电流为式中发电机定子绕组的额定电流当转子回路发
26、生两点接地故障时由于转子回路的磁通势平衡被破坏而定子同一相的两个分支绕组并不是完全位于相同的定子槽中因而其感应的电动势不同定子绕组并联分支中性点连线上又较大的电流流过将造成横差保护误动若此两点接地故障是永久性的则这种动作时允许的但若两点节点故障是永久性的则这种动作瞬时切除发电机是不允许的因此保护需增设051s的延时以躲过转子回路的瞬时两点接地故障二故障分量负序功率方向匝间短路保护故障分量负序功率方向匝间短路保护是中性点侧没有6个或4个引出端子的发电机定子匝间短路保护的一种方案该保护装设在发电机的机端利用发电机外部故障与定子绕组匝间短路时产生的负序分量及其负序功率的方向不同而实现的它不仅可作为发
27、电机内部匝间短路故障的主保护还可以作为发电机内部相间短路及定子绕组开焊的保护故障时负序功率方向的分析以上图所示Y接线发电机为例根据电网中发生不对称故障时将出现负序分量且负序源在故障点这一特点在不同地点发生不对称短路时产生的负序功率方向分析如1发电机外部横向不对称短路时K1点发生两相短路时负序功率的方向由系统指向发电机2发电机内部两相短路时如发电机内部K2点发生两相短路时负序功率的方向由发电机指向系统3发电机定子绕组一相匝间短路时如当定子绕组K3和K4点之间发生短路时负序功率方向亦由发电机指向系统可见负序功率的方向随故障点的位置而变化利用这一特点可以实现定子绕组的匝间短路保护 2保护的构成及动作
28、判据 设机端负序电压和负序电流的故障分量分别为和负序功率的故障的分量为则保护动作的判据可综合为当以上三式都成立时保护跳闸3保护定值的整定及注意事项1 根据经验通常取 大约在01左右可固定选取 2 故障分量负序功率方向 保护若装在发电机中性点 电流取中性点TA 仅反映发电机内部匝间短路故障 三纵向零序电压原理的匝间短路保护零序电压原理的匝间保护是中性点侧没有6个或4个引出端子的发电机定子匝间短路保护的另一种方案该保护利用发电机定子绕组发生匝间短路时机端三相对发电机中性点出现的零序电压而构成1保护的构成原理 在发电机机端装设专用的电压互感器TV0且TV0一次绕组的中性点与发电机中性点相连而不直接接
29、地保护利用的零序电压取自TV0的第三绕组开口三接线当发电机正常运行时无零序电压保护不动作当发电机内部或外部发生单相故障时虽然一次系统出现了零序电压即一次侧三相对地电压不再平衡中性点电位升高但由于TV0一次侧中性点不接地而三相对中性点的电压仍然是对称的第三绕组输出电压仍然为零保护不会动作同理当发电机出现外部相间短路或内部匝数相等的匝间短路时TV0开口三角形绕组也不会出现零序电压保护不会动作当发电机定子绕组发生匝间短路或匝数不相等的匝间短路时三相对中性点的电压不在平衡开口三角形绕组有输出即0使零序电压匝间短路保护动作由于发电机在制造上的原因正常运行时会出现三次谐波电动势使正常运行或外部故障时TV0
30、开口三角形绕组上出现较大的零序电压因此在构成零序电压匝间短路保护时需设置三次谐波滤过器以提高保护的灵敏度当发电机外部短路电流较大时采用负序功率方向闭锁方式在外部短路时使保护退出工作为了防止专用TV0断线在开口三角形绕组输出侧出现较大的零序电压使保护误动作还需装设断线闭锁元件负序功率闭锁的零序电压匝间保护原理框图如下图所示2保护的整定计算保护的动作电压按躲过外部严重故障时的最大不平衡基波零序电压和三次谐波零序电压整定即式中最大基波零序电压一般取0405V 最大三次谐波零序电压一般取40V可靠系数取15基波对三次谐波滤过比微机型保护的取值均大于100第四节 转子两点接地保护当发电机发生励磁绕组两点
31、接地时故障电流过的短路电流数值很大会烧坏转子当部分转子被短接励磁绕组电流增加转子有可能因过热而损坏部分绕组被短接时气隙磁通失去平衡会引起机组剧烈振动可能因此造成灾难性破坏转子两点接地短路时还会使轴系和汽机磁化因此对于发电机很有必要装设转子两点接地保护一原理分析转子两点接地保护共享转子一点接地时测得接地位置的数据所以在一点接地故障后保护装置继续测量接地电阻的位置若再发生转子一点接地故障则以测得的值将变化当其变化值超过整定值时保护装置就认为已发生转子两点接地故障发电机应立即停机二定值整定式中转子连点接地时位置变化的整定值接地位置变化动作值一般可以整定为510为发电机励磁电压动作时限避开瞬时出现的两
32、点接地故障整定一般为0510s三转子两点接地保护逻辑框图第二章 反映短路故障的后备保护第一节 过电流保护发电机差动保护范围外发生故障而故障设备的保护或断路器拒绝动作时将引起发电机过电流为此发电机装设了反映外部故障的过电流保护同时该保护也作为发电机的后备保护发电机复合电压起动的过电流保护复合电压起动的过电流保护由过电流元件复合电压元件和TV断线闭锁元件组成对于自并励的发电机组还需要增加记忆元件作为后备保护复合电压起动的过电流保护需加延时动作在动作时限上与相邻后备保护相配合复合电压启动起动元件由一个过滤式负序电压继电器FYG和一个低电压继电器组成低电压继电器经负序电压继电器的常闭触点接于相间电压上
33、以保证保护装置在对称三相短路时可靠地动作并能够提高低电压继电器对三相短路的灵敏度因为在发生三相短路开始瞬时将会短视出现负序电压使负序电压继电器动作待负序消失后负序电压继电器返回低电压继电器又接在相间电压上若使低电压继电器返回则要求发电机母线的残压必须大于继电器的返回电压由于三相短路时三线电压均降低故低电压继电器仍然处于动作状态此时保护的工作情况即相当于低电压起动的过电流保护 1复合电压起动的过电流保护整定原则 1 电流元件的动作电流按躲过发电机额定电流整定即式中 可靠系数取12 返回系数取085 2 负序电压继电器的动作电压按躲过真反常运行时出现的最大不平衡电压整定根据运行经验通常取 3 低电
34、压元件的动作电压按躲过电动机自起动的电压确定此外还应躲过发电机失磁运行时的最低运行电压一般取2复合电压起动的过电流保护特点 1 由于负序电压继电器的整定值小在后备保护范围内发生不对称短路故障时电压元件有较高的灵敏度 2 在Y 接线的变压器发生不对称短路时电压元件的灵敏度与变压器的接线方式无关 3 三相短路时由于瞬时出现负序电压负序电压继电器动作后低电压继电器由于失压一定能动作待负序电压消失后负序电压继电器返回低电压继电器又接于相间电压上这时只要不返回就可以切除故障3负荷过电流保护逻辑框图二发电机低电压起动的过电流保护 1低电压起动的过电流保护的原理分析发电机过负荷运行情况下其电压不会显著下降而
35、该保护再低电压时才会启动为此此时保护不动作过电流保护按照躲过发电机的额定电流来整定因为不考虑可能出现的最大负荷电流从而降低了保护的动作整定值提高了保护的灵敏度另外电流继电器接在发电机的中性点侧的电流互感器上电压继电器接在相间电压上这样相间短路有较高的灵敏度2保护的整定计算 1过电流保护的动作电流按躲过发电机的额定电流整定即式中 可靠系数取12 返回系数取085 发电机的额定电流 2低电压起动元件的动作值按躲过正常运行情况下可能出现的最低工作电压整定并当发电机外部故障切除后在电动机启动过程中低电压元件应可靠返回即式中 正常运行时可能出现的最小工作电压一般取为发电机额定电压 可靠系数取1112 返
36、回系数取115125 对于汽轮发电机组低电压起动元件的动作电流还应躲过发电机失磁后出现非同步运行方式时的最低电压一般采用 2 过电流保护的动作时限应比发电机电压母线上其他连接元件保护的最大动作时限大二至三个时限阶段即发电机负序过电流保护发电机负序过电流保护一般为两段式负序过电流保护当发电机在正常运行时定子绕组中没有负序电流或由于负荷不平衡而引起的负序分量当外部发生不对称短路时将出现很大的负序电流因此通常采用的定时限负序过电流保护的动作电流不必要考虑躲过发电机正常运行时的负荷电流因而提高了该保护反应不对称故障的灵敏度考虑到发电机正常运行时由于负荷不对称而在定子绕组中有负序电流产生发电机在制造时对
37、长期允许负序电流有一定的裕度故要求负序电流保护还应起到监视发电机负序电流负荷的作用负序过负荷时保护动作并经延时作用于信号1保护原理两段式定时限负序过电流保护装置由作为不对称短路起动元件的两个负序电流继电器作为对称短路起动元件的低电压继电器电流互感器等组成接在负序电流滤过器输出端的负序电流继电器具有较小的整定值称为灵敏电流元件动作于延时信号另一个负序电流继电器具有较大的整定值称为不灵敏电流元件作用于发电机跳闸由于三相对称短路不存在负序电流分量因此负序过电流保护不能反应三相短路故障还需要装设另外一个单相式的低电压起动过电流保护用于反应三相短路故障过负荷保护接于一相电流中的电流继电器和共用时间继电器
38、组成作用后延时发出信号2发电机负序过电流保护整定原则1对反应负序过负荷的灵敏元件动作电流应躲过发电机在最大可能过负荷情况下计及系统频率可能降低和负序电流滤过器的误差等原因而引起的不平衡电流动作电流可取为 式中 发电机额定电流负序或负荷的动作时限应大于后备保护的最大时限一般取59s 2对于反应负序过电流的不灵敏元件A按转子的发热条件整定 B发电机的负序电流保护只与升压变压器上的负序电流相配合动作电流为 式中 配合系数取11 计算方式下变压器高压侧发生故障且流过升压变压器的负序电流正好与变压器的负序电流保护的动作电流相等时流过被保护发电机的负序电流不灵敏电流元件的动作时限选择原则与后备保护相同一般
39、当升压变压器高压侧发生不对称故障时应在25s内切除故障 3 对单相式低压起动的过流保护单相式低压起动的过流保护的过电流保护整定原则同上 4 对对称过负荷保护对称过负荷保护延时动作与信号为了防止外部短路时保护装置误动作其动作时限应比后备保护的动作时限大一个时限阶段动作电流按下式整定式中 可靠系数取105 返回系数取085 发电机额定电流四反时限负序过电流保护在电力系统中发生不对称短路故障或非全相运行时发电机定子绕组内出现负序电流在定子气隙中产生负序旋转磁场旋转磁场具有两倍同步转速在转子中感应出100HZ的电流该电流引起的附加损耗与电流的平方成正比并在槽楔与齿壁之间齿于护环之间端部阻尼环及护环内表
40、面等局部有高密度的电流产生可能造成转子在这些部位的烧伤与此同时负序旋转磁场与转子之间正序旋转磁场与定子负序电流之间所产生的100HZ脉动电磁转矩将同时作用在发电机的转子和定子上引起发电机组的机械振动因此反时限负序过电流保护是防止转子由于负序电流烧伤的主保护保护动作与跳闸同时要求能起到监视发电机负序过负荷的作用并且发出过负荷信号第二节 阻抗保护对于升压变压器或系统联络变压器当采用复合电压起动的过电流保护和负序电流及单项式低电压起动的过电流保护时不能满足灵敏性和选择性要求时可采用阻抗保护变压器阻抗保护通常作为330KV及以上大型变压器相间短路的后备保护由起动元件相间阻抗测量元件时间元件TV断线检测
41、元件等组成当阻抗保护的起动元件和阻抗元件均动作阻抗保护的压板投入TV断线检测元件不动作且经过预定的延时后保护动作与跳闸1起动元件起动元件由由相电流差突变量起动元件和负序电流起动元件两部分组成相电流差突变量起动反应对称短路故障负序电流起动元件反应不对称短路故障起动元件动作判据为 i_I_set或I_2 I_ set2 式中i_为相电流突变量I_2为负序电流I_setI_ set2 分别为相电流突变量起动元件和负序电流起动元件的动作整定值通常均取电流互感器二次额定电流的02倍2阻抗元件阻抗元件时变压器阻抗保护的测量元件用于测量相间短路阻抗值构成变压器相间短路的后备保护阻抗元件采用00接线方式其动作
42、特性可根据需要整定为全阻抗圆特性或偏移阻抗圆特性动作的正方向可以指向变压器也可以指向母线由保护的控制字控制3TV断线检测元件TV断线检测元件的作用是防止TV断线时变压器阻抗保护误动作当该元件检测到TV二次回路断线时将阻抗保护闭锁并发出告警信息阻抗保护逻辑框图第三章 反映接地故障的保护第一节 转子一点接地保护发电机正常运行时转子回路对地之间有一定的绝缘电容和分布电阻当转子回路发生一点接地故障时由于没有形成电流回路对发电机运行没有直接影响一旦发电机发生转子两点接地后励磁绕组将形成短路使转子磁场畸变引起机体强烈震动严重损坏发电机因此有关规程要求发电机必须装有转子回路一点接地保护动作于信号装设转子回路
43、两点接地保护动作于跳闸转子回路一点接地保护原理分析1保护原理 切换采样式转子一点接地保护采用开关切换采样原理通过求解两个不同的接地回路方程实时计算转子接地电阻和接地位置 当设S1闭合S2断开时在上测得电压当S2闭合S1断开时在上测得电压则正常运行时4个电阻R对称转子一点接地时当接地电阻小于或等于接地电阻整定值 时经延时发信号2保护的整定计算保护的接地电阻整定值取决于正常运行时转子回路的绝缘水平当接地电阻的高整定值整定为10K时延时410 s东方工作于发信号当接地电阻低整定值整定为10K时延时14s动作与跳闸第二节 定子接地保护根据安全要求发电机的外壳都是接地的因此发电机定子绕组与铁心间的绝缘在
44、某一点上遭到破坏就有可能发生单相接地故障当接地电流较大在故障点引起电弧时将破坏定子绕组的绝缘及烧坏铁心严重时烧伤发电机所以把不产生电弧的单相接地电流称为安全电流其大小与发电机额定电压有关发电机额定电压越高其安全电流越小反之亦然发电机中性点一般不接地或经消弧线圈接地当发电机内部单相接地时流经接地点的电流为发电机与发电机有直接电联系的个元件的对地电容之和根据规程规定当发电机的接地电容电流等于或大于其安全电流时应装设动作于跳闸的接地保护当接地电流小于安全电流时一般装设作用于信号的接地保护发电机定子绕组单相接地故障的分析定子绕组的单相接地故障的零序电压正常运行时发电机机端三相电压时对称的当发电机机端U
45、相发生金属性接地故障时U相对地电压其他两相对地电压升高倍显然当发电机一相金属性接地时极端零序电压的大小等于发电机故障前的相电压当发电机U相接地发生定子绕组距中性点处则各相机端对地电压将随着故障点的位置不同而改变当接地点发生在中性点处时发电机零序电压的大小等于故障前想电动势的倍2正常运行和定子单相接地时三次谐波电压分布1正常运行时三次谐波电压分布任何一台发电机的相电动势中都含有谐波分量在设计发电机时利用发电机绕组的分布和短节距来消除5次7次谐波以消除对电压波形的影响而三次谐波的相序属零序分量在线电压中可以将它消除但在相电动势中依然存在根据大量实测资料表明每台发电机的相电动势中约有210的三次谐波
46、分量当发电机中性点对地接地时正常运行情况下发电机机端的三次谐波电压总是小于中性点侧的三次谐波电压极限情况当发电机出线端开路即时当发电机中性点经消弧线圈接地时正常运行情况下机端三次谐波电压比中性点侧的三次谐波电压更小因此发电机正常运行时机端三次谐波电压总是小于中性点侧的三次谐波电压2距中性点处发生单相接地时三次谐波分布当发电机定子绕组发生金属性单相接地时不论发电机中性点有无消弧线圈恒有可见发电机中性点接地时发电机机端接地时当 05时二反应基波零序电压的定子接地保护根据发电机单相接地时定子回路出现零序电压且零序电压的大小与接地点的位置有关的特点 利用机端电压互感器开口三角绕组的输出电压构成了反应基波零序电压的零序电压的定子接地保护该保护的过电压元件检测发电机机端电压互感器二次侧开口三角形的输出电压当检测的电压大于保护的动作整定值时过电压元件动画做发信号由于正常运行时发电机相电压中含
