【正文】 差保護(hù)單相原理接線圖。 2. 變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時(shí) 保護(hù)動(dòng)作將故障切除。因此在發(fā)電機(jī)上應(yīng)裝設(shè)定子匝間短路的匝間保護(hù)。 如下圖所示，單元件式橫聯(lián)差動(dòng)保護(hù)采用一只電流互感器，裝于兩分支繞組中性點(diǎn)的連線上，利用分支繞組中性點(diǎn)之間連線上流過的零序電流來實(shí)現(xiàn)保護(hù)。 縱差 TA 縱差 TA 機(jī)殼 (1) 正常運(yùn)行或外部故障時(shí) 保護(hù)裝置中裝設(shè)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。0I 和 0I 。 根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，單元件式橫聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流為 式中 ,gnI —— 發(fā)電機(jī)定子繞組的額定電流 .( ~ )op g nII?發(fā)電機(jī) — 變壓器組保護(hù)設(shè)計(jì) 12 當(dāng)轉(zhuǎn)子回路發(fā)生兩點(diǎn)接地故障時(shí)，由于轉(zhuǎn)子回路的磁通勢(shì)平衡被破壞，而定子同一相的兩個(gè)分支繞組并不是完全位于相同的定子槽中，因而其感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)不同，定子繞組并聯(lián)分支中性點(diǎn)連線上又較大的電流流過，將造成橫差保護(hù)誤動(dòng)。該保護(hù)裝設(shè)在發(fā)電機(jī)的機(jī)端，利用發(fā)電機(jī)外部故障與定子繞組匝間短路時(shí)產(chǎn)生的負(fù)序分量及其負(fù)序功率的方向不同而實(shí)現(xiàn)的。 sag 發(fā)電機(jī) — 變壓器組保護(hù)設(shè)計(jì) 13 可見，負(fù)序功率的方向隨故障點(diǎn)的位置而變化，利用這一特點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)定子繞組的匝間短路保護(hù)。該保護(hù)利用發(fā)電機(jī)定子繞組發(fā)生匝間短路時(shí)，機(jī)端三相對(duì)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)出現(xiàn)的零序電壓 03U 而構(gòu)成。 由于發(fā)電機(jī)在制造上的原因，正常運(yùn)行時(shí)會(huì)出現(xiàn)三次諧波電動(dòng)勢(shì)，使正常運(yùn)行或外部故障時(shí)， TV0 開口三角形繞組上出現(xiàn)較大的零序電壓。 負(fù)序功 率閉鎖的零序電壓匝間保護(hù)原理框圖如下圖所示： 保護(hù)的動(dòng)作電壓 0,opU 按躲過外部嚴(yán)重故障時(shí)的最大不平衡基波零序電壓和三次諧波零序電壓整定即： 負(fù)序功率閉鎖的零序電壓匝間保護(hù)原理方框圖 l－三次諧波濾過器； 2－斷線閉鎖保護(hù)； 3－跳閘出口 發(fā)電機(jī) — 變壓器組保護(hù)設(shè)計(jì) 15 01 ,m ax0 , 03 ,m ax,3op relrelopglU k UkUUk?? 式中 01,maxU —— 最大基波零序電壓，一般取 ～ 03,maxU —— 最大三次諧波零序電壓，一般取 40V relk —— 可靠系數(shù)，取 ,3glk —— 基波對(duì)三次諧波濾過比，微機(jī)型保護(hù)的 ,3glk 取值均大于 100。所以，在一點(diǎn)接地故障后，保護(hù)裝置繼續(xù)測(cè)量接地電阻的位置，若再發(fā)生轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地故障，則以測(cè)得的 ? 值將變化。為此發(fā)電機(jī)裝設(shè)了反映外部故障的過電流保護(hù)。 復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)起動(dòng)元件由一個(gè)過濾式負(fù)序電壓繼電器 FYG和一個(gè)低電壓繼電器組成。由于三相短路時(shí)三線電壓均降低，故低電壓繼電器仍然處于動(dòng)作狀態(tài)，此時(shí)保護(hù)的工作情況即相當(dāng)于低電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)。待負(fù)序電壓消失后負(fù)序電壓繼電器返回，低電壓繼電器又接于相間電壓上，這時(shí) 只要不返回就可以切除故障。當(dāng)發(fā)電機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)，定子繞組中沒有負(fù)序電流或由于負(fù)荷不平衡而引起的負(fù)序分量，當(dāng)外部發(fā)生不對(duì)稱短路時(shí)將出現(xiàn)很大的負(fù)序電流。 兩段式定時(shí)限負(fù)序過電流保護(hù)裝置由作為不對(duì)稱短路起動(dòng)元件的兩個(gè)負(fù)序電流繼電器、作為對(duì)稱短路起動(dòng)元件的低電壓繼電器、電流互感器等組成。 （ 1） .對(duì)反應(yīng)負(fù)序過負(fù)荷的靈敏元件 動(dòng)作電流應(yīng)躲過發(fā)電機(jī)在最大可能過負(fù)荷情況下，計(jì)及系統(tǒng)頻率可能降低和負(fù)序電流濾過器的誤差等原因而引起的不平衡電流，動(dòng)作電流可取為： , 2 , Z op lII? 式中 ,oplI —— 發(fā)電機(jī)額定電流 負(fù)序或負(fù)荷的動(dòng)作時(shí)限應(yīng)大于后備保護(hù)的最大時(shí)限，一般取 5～9s。與此同時(shí) ，負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子之間，正序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與定子負(fù)序電流之間所產(chǎn)生的 100HZ脈動(dòng)電磁轉(zhuǎn)矩，將同時(shí)作用在發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子上，引起發(fā)電機(jī)組的機(jī)械振動(dòng)。 變壓器阻抗保護(hù)通常作為 330KV及以上大型變壓器相間短 路的后備保護(hù)，由起動(dòng)元件、相間阻抗測(cè)量元件、時(shí)間元件、 TV斷線檢測(cè)元件等組成。 阻抗元件時(shí)變壓器阻抗保護(hù)的測(cè)量元件，用于測(cè)量相間短路阻抗發(fā)電機(jī) — 變壓器組保護(hù)設(shè)計(jì) 23 值，構(gòu)成變壓器相間短路的后備保護(hù)。 阻抗保護(hù)邏輯框圖 第三章 反映接地故障的保護(hù) 第一節(jié) 轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù) 發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子回路對(duì)地之間有一定的絕緣電容和分布電阻。 amp。 當(dāng)設(shè) S1 閉合， S2 斷開時(shí)，在 1R 上測(cè)得電壓 1U ；當(dāng) S2 閉合， S1斷開時(shí)，在 1R 上測(cè)得電壓 2U 。 第二節(jié) 定子接地保護(hù) 根據(jù)安全要求，發(fā)電機(jī)的 外殼都是接地的。發(fā)電機(jī)額定電壓越高，其安全電流越小，反之亦然。當(dāng)發(fā)電機(jī)機(jī)端 U相發(fā)生金屬性接地故障時(shí)， U相對(duì)地電壓 . 0UU? ? ,其他兩相對(duì)地電壓升高 3 倍，顯然當(dāng)發(fā)電機(jī)一相金屬性接地時(shí)，極端零序電壓的大小等于發(fā)電機(jī)故障前的相電壓。任何一臺(tái)發(fā)電機(jī)的相電動(dòng)勢(shì)中都含有諧波分量，在設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)時(shí)利用發(fā)電機(jī)繞組的分布和短節(jié)距來消除 5次、 7 次諧波，以消除對(duì)電壓波形的影響。極限情況，當(dāng)發(fā)電機(jī)出線端開路（即 0C?? ）時(shí)， 33SNUU? 。當(dāng)發(fā)電機(jī)定子繞組發(fā)生金屬性單相接地時(shí)，不論發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)有無(wú)消弧線圈恒有331SNUU ??? ? 。 由于正常運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)相電壓中含有三次諧波，因此，在機(jī)端電壓互感器開口三角形繞組一側(cè)也有三次諧波電壓輸出。顯然，保護(hù)在中性點(diǎn) 附近有 5%～ 10%的死區(qū)。 三．基波零序電壓和三次諧波電壓構(gòu)成的 100%定子接地保護(hù) 發(fā)電機(jī) — 變壓器組保護(hù)設(shè)計(jì) 27 基波零序電壓和三次諧波構(gòu)成的 100%定子接地保護(hù)由兩部分組成：一部分是極薄電壓保護(hù)，另一部分是三次諧波電壓保護(hù)，即基波零序電壓保護(hù)來反應(yīng)發(fā)電機(jī) 85%～ 95%的定子繞組單相接地，由三次諧波電壓保護(hù)來反應(yīng)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)附近定子繞組的單相接地。 零序電壓判據(jù)和三次諧波判據(jù)各有獨(dú)立的出口回路，以滿需不同配置的要求。電力變壓器的接地保護(hù)通常由主變壓器零序電壓 03U 元件、主變壓器零序電流 03I 元件、主變壓器間隙零序電流 03I 元件及時(shí)間元件構(gòu)成，根據(jù)變壓器中性點(diǎn)的接地方式進(jìn)行選擇配置。變壓器零序電流Ⅰ段保護(hù) 的動(dòng)作電流和動(dòng)作時(shí)限，分別與相鄰線路零序過電流保護(hù)第Ⅰ段或第Ⅱ段的動(dòng)作電流及動(dòng)作時(shí)限配合進(jìn)行整定；其中10t t t? ?? ， 21t t t? ?? 。中性點(diǎn)接地運(yùn)行方式時(shí)的接地保護(hù)通常采用兩段式零序過電流保護(hù)，而中性點(diǎn)不接地運(yùn)行方式時(shí)的接地保護(hù)通常采用零序過電壓保護(hù)。零序過電壓保護(hù)的動(dòng)作電壓整定值按躲過系統(tǒng)失去中性點(diǎn)且發(fā)生單相接地故障時(shí)所接 TV 二次繞組可能出現(xiàn)的最低電壓整定時(shí)，一般取 180V。兩段式零序過電流保護(hù)用于中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行方式，零序電流閉鎖的零序電壓保護(hù)用于中性點(diǎn)不接地運(yùn)行方式。解列后若故障仍存在，對(duì)于中性點(diǎn)不接地變壓器可由零序過電壓經(jīng)一動(dòng)作時(shí)限先跳閘切除故障；對(duì)于中性點(diǎn)接地變壓器，由于仍有零序電流而閉鎖零序過電壓保護(hù)，只能以零序過電流保護(hù)的長(zhǎng)動(dòng)作時(shí)限跳閘，最終切除故障。對(duì)于發(fā)電機(jī)，由于定子和轉(zhuǎn)子的材料利用率很高，其熱容量和銅損的比值較小因而熱容量常數(shù)也較小。 對(duì)于直接冷卻的大中型發(fā)電機(jī)，定子繞組的過負(fù)荷保護(hù)，由定時(shí)限電流保護(hù)和反時(shí)限電流保護(hù)兩部分組成。 定時(shí)限過負(fù)荷保護(hù)的動(dòng)作電流，按發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行最大勵(lì)磁電流下能可靠返回的 條件整定計(jì)算公式與定子繞組過負(fù)荷保護(hù)計(jì)算公式相同。為防止 以上事故的發(fā)生，發(fā)電機(jī)應(yīng)裝設(shè)轉(zhuǎn)子表層負(fù)序過負(fù)荷保護(hù)，即反時(shí)限負(fù)序電流保護(hù)。Ⅱ段動(dòng)作電流按躲過發(fā)電機(jī)長(zhǎng)期允許的負(fù)序電流，一般取, g nII? ? ，經(jīng) 5～ 10s 延時(shí)后動(dòng)作于信號(hào)。反時(shí)限負(fù)序。定時(shí)限負(fù)序電流保護(hù)動(dòng)作與信號(hào)，反時(shí)限負(fù)序電流保護(hù)動(dòng)作于跳閘。 對(duì)于中小型的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子表層的負(fù)序過負(fù)荷保護(hù)，通常采用兩段式定時(shí)限負(fù)序電流保護(hù)。 三．轉(zhuǎn)子表層的過負(fù)荷保護(hù) 發(fā)電機(jī) — 變壓器組保護(hù)設(shè)計(jì) 33 當(dāng)發(fā)電機(jī)三相負(fù)荷不對(duì)稱或系統(tǒng)發(fā)生不對(duì)稱短路時(shí)，定子繞組中的負(fù)序電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的方向與轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方向相反，以兩倍同步速度切割轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子中感應(yīng)出 100HZ 交變電流，該電流使轉(zhuǎn)子本體、端部、護(hù)環(huán)內(nèi)表面等處因電流密度過大而過熱灼傷，甚至引起護(hù)環(huán)松脫導(dǎo)致發(fā)生重大事故。 二．轉(zhuǎn)子繞組的過負(fù)荷保護(hù) 轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷保護(hù)的配置與整定原則和定子繞組過負(fù)荷保護(hù)相似。 一．定子繞組的過負(fù)荷保護(hù) 發(fā)電機(jī) — 變壓器組保護(hù)設(shè)計(jì) 32 對(duì)于非直吹冷卻方式的中小型發(fā)電機(jī)定子繞組的過負(fù)荷保護(hù)，采用單相式定時(shí)限電流保護(hù)，經(jīng)延時(shí)動(dòng)作與信號(hào)。 當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，中性點(diǎn)經(jīng)放電間隙接地運(yùn)行的變壓器以無(wú)時(shí)限的間隙零序過電流跳開母線聯(lián)絡(luò)斷路器或高壓側(cè)斷路器；若放電間隙零序過電流保護(hù)未動(dòng)作，則以帶時(shí)限的零序過電壓保護(hù)跳開母線聯(lián)絡(luò)斷路器或高壓側(cè)斷路器；中性點(diǎn)直接接地變壓器仍以較短時(shí)限跳開母線聯(lián)絡(luò)斷路器，以較長(zhǎng)時(shí)限跳開直接接地變壓器高壓側(cè)斷路器。這樣保證當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)，中 性點(diǎn)接地運(yùn)行變壓器以零序過電流保護(hù)的短時(shí)限跳開母線聯(lián)絡(luò)斷路器，使兩臺(tái)變壓器分發(fā)電機(jī) — 變壓器組保護(hù)設(shè)計(jì) 31 列運(yùn)行。 壓器 由于分級(jí)絕緣變壓器中性點(diǎn)處繞組的絕緣水平最低，所以，對(duì)于此類變壓器接地保護(hù)動(dòng)作行為的要求是，保護(hù)動(dòng)作后應(yīng)先切除中性點(diǎn)不接地運(yùn)行的變壓器，后切除中性點(diǎn)接地運(yùn)行的變壓器。 對(duì)于中性點(diǎn)可能接地也可能不接地運(yùn)行的全絕緣變壓器，當(dāng)有數(shù)臺(tái)并列運(yùn)行時(shí)，要求其接地保護(hù)的動(dòng)作行為是，保護(hù)動(dòng)作后應(yīng)先切除中性點(diǎn)接地運(yùn)行的變 壓器，后切除中性點(diǎn)不接地運(yùn)行的變壓器。其中， 3 1,maxt t t? ?? ， 43t t t? ?? 。保護(hù)每段動(dòng)作后，都以較短時(shí)限跳開母聯(lián)絡(luò)斷路器或三繞組變壓器中壓側(cè)由源斷路器，以減小故障范圍；以較長(zhǎng)時(shí)限跳開高壓側(cè)斷路器。 （ 1）三次諧波電壓保護(hù)： 設(shè)正常運(yùn)行時(shí)，三次諧波電壓比值為 3K （實(shí)測(cè)最大值），則取3 , 3( )se tKK?? （ 2）基波零序電壓保護(hù) 0 0.3 3 3.3 / setS N setUUU U K? ?發(fā)電機(jī) — 變壓器組保護(hù)設(shè)計(jì) 28 該保護(hù)的動(dòng)作電壓按躲過正常運(yùn)行時(shí)中性點(diǎn)側(cè)但想電壓互感器或機(jī)端電壓互感器開口三角形繞組的最大不平衡電壓整定，即： ,0 ,m a xop rel nu bU K U? 式中 ,0opU —— 基波零序電壓保護(hù)整定值 relK —— 可靠系數(shù)，取 ～ ,maxnubU —— 實(shí)測(cè)基波不平衡電壓 當(dāng) ,0opU ﹤ 10V時(shí)，應(yīng)校驗(yàn)高壓系統(tǒng)接地短路時(shí)傳遞到機(jī)端的基波零序電壓，以避免保護(hù)誤動(dòng)作。無(wú)論發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)有無(wú)消弧線圈，正常運(yùn)行時(shí)機(jī)端三次諧波電壓 3SU 比中性點(diǎn)側(cè)的三次諧波電壓 3NU ；而在距中性點(diǎn) 50%范圍內(nèi)接地時(shí)， 33SNUU? 。這對(duì)于大、中型發(fā)電機(jī)是布允許的。發(fā)電機(jī)機(jī)端也產(chǎn)生零序電壓，為了保證保護(hù)動(dòng)作的選擇性，保護(hù)裝置的整定值應(yīng)避開正常運(yùn)行時(shí)的不平衡電壓（包括三次諧波電壓），以及變壓器高壓側(cè)接地時(shí)在發(fā)電機(jī)機(jī)端產(chǎn)生的零序電壓。發(fā)電 機(jī)機(jī)端接地時(shí) 3 3 3 0NSU E U? ??? ?；當(dāng) ? = 時(shí) 33SNUU? 二．反應(yīng)基波零序電壓的定子接地保護(hù) 根據(jù)發(fā)電機(jī)單相接地時(shí)定子回路出現(xiàn)零序電壓，且零序電壓的大小與接地點(diǎn)的位置有關(guān)的特點(diǎn) ，利用