【正文】 電氣量保護和非電氣量保護兩大類按保護對象分為電氣設備故障和動 力機械設備故障兩大類 故障保護用以反映保護區(qū)域內發(fā)生的各種相間短路匝間短路及接地短路等各種類型的短路故障這些故障會對發(fā)變組造成直接破壞這類保護構成了發(fā)變組的保護主體通常稱為主保護另外還需要考慮發(fā)變組主保護失效以及輔機和外部相連系統(tǒng)的故障對發(fā)變組的破壞問題也需要配置保護通常稱為后備保護因此故障保護可分為主保護和后備保護 異常保護用以反映各種可能對發(fā)變組造成危害的異常運行工況包括可能不利于動力機械設備的異常工況不過這些工況可能不會很快或不會直接造成對機組的破壞為異常工況配置的保護通常也歸于后備保護的范疇 第二篇 發(fā)變組保護配置 第一章 反映短路故障的主保護 第一節(jié) 發(fā)電機縱差保護 一發(fā)電機縱差保護的接線方式 由于發(fā)電機結構的特殊性發(fā)電機縱差保護根據獲取電流的方式不同又完全縱差保護和不完全縱差保護兩種 1 發(fā)電機完全縱差保護 發(fā)電機完全縱差保護是利用比較發(fā)電機每相定子繞組首末兩端全相電流的大小和相位的原理構成的根據縱差保護的基本原理發(fā)電機完全縱差保護能夠靈敏的反映發(fā)電機定子繞組及引出線的相間短路故障但對定子繞組的匝間短路和定子繞組的分支開焊故障卻沒有作用 2 發(fā)電機不完全縱差保護 發(fā)電機不完全縱差保護是一種能 同時反應發(fā)電機相間短路匝間短路和分支繞組開焊故障的新型發(fā)電機縱差保護它是通過比較發(fā)電機機端每相定子的全相電流和中性點側每相定子的部分相電流大小和相位二構成 不完全縱差保護之所以能夠反應發(fā)電機內部各種短路和開焊故障不同相間和不同匝章間存在或大或小的互感聯(lián)系當未裝設互感器的非故障定子分支繞組中感受到故障的發(fā)生使不完全縱差保護動作 由此可見發(fā)電機完全縱差保護和不完全縱差保護均是比較發(fā)電機兩側同相電流的大小和相位而構成不同的是完全縱差保護是比較每相定子首末兩端的全相電流而不完全縱差動保護是比較機端每相定子全相電流和 中性點側每相定子的部分相電流而構成所以兩者的基本原理相同 只是在保護的整定計算時有所不同 二．發(fā)電機縱差保護的原理 隨著發(fā)電機組的容量增大對繼電保護的不斷提高出現(xiàn)了各種不同原理的發(fā)電機縱差保護一下對常用的兩種原理進行介紹 比率制動式發(fā)電機縱差保護原理 其電流參考方向如圖 11 所示中性點側電流的方向一指向發(fā)電機為正方向機端側電流一流出發(fā)電機為正方向 動作電流和制動電流的定義 為確保比率制動式發(fā)電機縱差保護正確動作動作電流和制動電流分別為 動作電流 制動電流 式中 動作電流 制動 電流 機端側定子相電流 中性點側定子全相電流或分支繞組電流 K 平衡系數 當 時為完全縱差保護接線方式 時為不完全縱差保護接線方式 2 縱差保護的動作判據及動作特性 縱差保護的動作判據為 式中 差動電流 最小動作電流整定值一般取 03～ 05 為發(fā)電機額定電流 制動電流 最小制動電流整定值一般取 08～ 10 比率制動式電流整定值一般取 03～ 05 當上式中的兩個 方程都滿足時差動元件動作 標積制動式發(fā)電機縱差保護原理 標積制動式發(fā)機電縱差保護是利用基波電流相量的標量構成的比率制動特性的差動保護是相量幅值比率制動的另一種形式電流參考方向仍然如圖 11所示中性點側電流的正方向指向發(fā)電機標積制動式縱差保護的動作電流制動電流及其動作判據為 動作電流 制動電流 動作判據 式中 和之間的相位差 S 標積制動系數通常取 10 1 當發(fā)電機正常運行或保護區(qū)外短路時 0 制動量最大動作量最小保護可靠不動 2 當保護區(qū)內短路時 制動量為負值呈現(xiàn)動作作 用動作量最大保護動作且靈敏 顯然采用標積制動式縱差保護可以大大提高反應發(fā)電機內部故障的靈敏度標積制動式縱差保護和比率制動式縱差保護一樣也可以作為發(fā)變組的縱差保護當作為發(fā)變組縱聯(lián)差動保護時應增設防止涌流誤動的二次諧波制動措施 三．發(fā)電機縱差保護邏輯框圖 當發(fā)電機縱差保護的二相或三相差動元件同時動作時縱差保護才出口跳閘為防止一點在區(qū)內另一點在區(qū)外的兩點接地故障發(fā)生當有一相縱差元件動作且同時有負序電壓時縱差保護出口跳閘 若只有一相縱差元件動作而無負序電壓時判為 TA 斷線若負序電壓長時間存在而無差電流時判為 TV 斷線 第二節(jié) 變壓器縱差保護 一．變壓器縱聯(lián)差動保護的基本原理 變壓器的縱聯(lián)差動保護簡稱縱差保護不但可以正確區(qū)分內外的短路而且能瞬時切除保護區(qū)域內的故障因此變壓器縱差保護是變壓器的主保護之一 變壓器縱差保護基本原理與發(fā)電機縱差保護原理相似按比較被保護變壓器各側電流的大小和相位的原理構成為了實現(xiàn)這一比較在變壓器各側裝設一組電流互感器 TATA的一次電流回路的機性端節(jié)母線側將 TA二次側的同極性端子相連接如圖 14 所示雙繞組變壓器縱差保護單相原理接線圖顯然變壓器縱差保護的范圍為變壓器各側電流互感器 TA 所限定的全部區(qū)域即變 壓器高低壓繞組套管引出線等如下圖所示雙繞組變壓器為例分析變壓器縱差保護原理 二．變壓器差動保護整定 1．正常運行和外部發(fā)生故障時 保護不動作 2 變壓器內部發(fā)生故障時 保護動作將故障切除 三．變壓器縱差保護邏輯框圖 第三節(jié) 發(fā)電機匝間短路保護 由于大容量發(fā)電機的額定電流很大其每相定子繞組都有兩個并聯(lián)的分支繞組構成每個分支的匝間或分支之間的短路就稱為發(fā)電機定子繞組的匝間短路故障當定子繞組匝間短路時被短接的部分繞組內將產生大的環(huán)流引起故障出溫度升高絕緣損壞并轉換為單相接地故障或相間短路故障損壞發(fā) 電機因此在發(fā)電機上應裝設定子匝間短路的匝間保護根據發(fā)電機匝間短路時的特點可以提出各種不同原理的匝間短路保護方案 一．單元件式橫聯(lián)差動保護 發(fā)電機在正常運行情況下每相定子繞組的兩個分支上電勢相等各供出一半的負荷電流當任一相繞組中發(fā)生匝間短路時兩個繞組中的電勢不相等因而在兩個分支繞組中產生環(huán)流根據這一特點構成了發(fā)電機的匝間短路保護單元件式橫聯(lián)差動保護 1 保護的接線及其特點 如下圖所示單元件式橫聯(lián)差動保護采用一只電流互感器裝于兩分支繞組中性點的連線上利用分支繞組中性點之間連線上流過的零序電流來實現(xiàn)保護且該保護由于 只采用一只電流互感器不存在又電流互感器特性不同二引起的不平衡電流所以保護接線簡單靈敏度高通常又稱該保護為高靈敏的單元件式橫聯(lián)差動保護 因此該保護只適合于 1 定子繞組中性點側引出 6 個或 4 個端子的發(fā)電機 2 中性點側引出端子較多的水輪發(fā)電機 2 保護原理分析 該保護原理接線如下圖 該保護實質上是把定子三相繞組的一般繞組中的三相電流之和與三相繞組的另一半繞組中的三相電流之和進行比較利用發(fā)生各種匝間短路時中性點連線上的環(huán)流而實現(xiàn)的 正常運行或外部故障時 保護裝置中裝設了三次諧波濾過器 1 以消除三次諧波電流的影響 提高靈敏度所以正常運行或外部故障時三次諧波濾過器 1 濾除了三次諧波產生的不平衡電流通過帶有延遲的保護裝置 2 的電流小于其整定值即＜保護不動作 2 當定子繞組的同分支匝間短路時 當同分支匝間短路時由于故障支路和非故障支路的電動勢不等有環(huán)流產生中性點連線上的電流互感器有故障電流流過當電流大于保護的動作電流整定值時保護動作于跳閘 3 定子繞組同相不同分支之間發(fā)生短路時 當同相的兩個分支繞組間發(fā)生匝間短路且時由于兩個支路的電動勢差分別產生兩個環(huán)流和此時中性點連線上流過的電流 當電流大于保護的動作電流整定值時橫聯(lián)差動保護動作 與跳閘 4 保護存在死區(qū) 有上述分析可知單元件式橫聯(lián)差動保護又一定的死去當定子繞組同分支短路且短路匝數 a 很小時或者同相不同分支間的短路匝數相同及差別較小時保護不能動作 2 保護的整定計算原則 根據運行經驗單元件式橫聯(lián)差動保護的動作電流為 式中發(fā)電機定子繞組的額定電流 當轉子回路發(fā)生兩點接地故障時由于轉子回路的磁通勢平衡被破壞而定子同一相的兩個分支繞組并不是完全位于相同的定子槽中因而其感應的電動勢不同定子繞組并聯(lián)分支中性點連線上又較大的電流流過將造成橫差保護誤動若此兩點接地故障是永久性的則這種動作時允許的但若兩點 節(jié)點故障是永久性的則這種動作瞬時切除發(fā)電機是不允許的因此保護需增設 05～ 1s 的延時以躲過轉子回路的瞬時兩點接地故障 二．故障分量負序功率方向匝間短路保護 故障分量負序功率方向匝間短路保護是中性點側沒有 6個或 4個引出端子的發(fā)電機定子匝間短路保護的一種方案該保護裝設在發(fā)電機的機端利用發(fā)電機外部故障與定子繞組匝間短路時產生的負序分量及其負序功率的方向不同而實現(xiàn)的它不僅可作為發(fā)電機內部匝間短路故障的主保護還可以作為發(fā)電機內部相間短路及定子繞組開焊的保護 故障時負序功率方向的分析 以上圖所示 Y 接線發(fā)電機為例根據電網中 發(fā)生不對稱故障時將出現(xiàn)負序分量且負序源在故障點這一特點在不同地點發(fā)生不對稱短路時產生的負序功率方向分析如 1 發(fā)電機外部橫向不對稱短路時 K1 點發(fā)生兩相短路時負序功率的方向由系統(tǒng)指向發(fā)電機 2 發(fā)電機內部兩相短路時如發(fā)電機內部 K2 點發(fā)生兩相短路時負序功率的方向由發(fā)電機指向系統(tǒng) 3發(fā)電機定子繞組一相匝間短路時如當定子繞組 K3 和 K4點之間發(fā)生短路時負序功率方向亦由發(fā)電機指向系統(tǒng) 可見負序功率的方向隨故障點的位置而變化利用這一特點可以實現(xiàn)定子繞組的匝間短路保護 2 保護的構成及動作判據 設機端負序電壓和負序電流的 故障分量分別為和負序功率的故障的分量為則保護動作的判據可綜合為 當以上三式都成立時保護跳閘 3 保護定值的整定及注意事項 1 根據經驗通常取 大約在 01％左右可固定選取 2 故障分量負序功率方向 保護若裝在發(fā)電機中性點 電流取中性點 TA 僅反映發(fā)電機內部匝間短路故障 三．縱向零序電壓原理的匝間短路保護 零序電壓原理的匝間保護是中性點側沒有 6個或 4個引出端子的發(fā)電機定子匝間短路保護的另一種方案該保護利用發(fā)電機定子繞組發(fā)生匝間短路時機端三相對發(fā)電機中性點出 現(xiàn)的零序電壓而構成 1 保護的構成原理 在發(fā)電機機端裝設專用的電壓互感器 TV0且 TV0一次繞組的中性點與發(fā)電機中性點相連而不直接接地保護利用的零序電壓取自 TV0 的第三繞組開口三接線 當發(fā)電機正常運行時無零序電壓保護不動作 當發(fā)電機內部或外部發(fā)生單相故障時雖然一次系統(tǒng)出現(xiàn)了零序電壓即一次側三相對地電壓不再平衡中性點電位升高但由于 TV0 一次側中性點不接地而三相對中性點的電壓仍然是對稱的第三繞組輸出電壓仍然為零保護不會動作同理當發(fā)電機出現(xiàn)外部相間短路或內部匝數相等的匝間短路時 TV0 開口三角形繞組也不會出現(xiàn)零序電壓 保護不會動作 當發(fā)電機定子繞組發(fā)生匝間短路或匝數不相等的匝間短路時三相對中性點的電壓不在平衡開口三角形繞組有輸出即 0 使零序電壓匝間短路保護動作 由于發(fā)電機在制造上的原因正常運行時會出現(xiàn)三次諧波電動勢使正常運行或外部故障時 TV0 開口三角形繞組上出現(xiàn)較大的零序電壓因此在構成零序電壓匝間短路保護時需設置三次諧波濾過器以提高保護的靈敏度當發(fā)電機外部短路電流較大時采用負序功率方向閉鎖方式在外部短路時使保護退出工作為了防止專用 TV0 斷線在開口三角形繞組輸出側出現(xiàn)