【正文】 整功能易于使用和維護(hù) 6 保護(hù)出口設(shè)計(jì)合理配置靈活以滿足緊急狀態(tài)下不同的動(dòng)作要求和允許根據(jù)實(shí)際運(yùn)行條件方便地進(jìn)行調(diào)整 發(fā)變組保護(hù)功能可按設(shè)備故障性質(zhì)分為故障保護(hù)和異常運(yùn)行保護(hù)兩大類按輸入量性質(zhì)分為電氣量保護(hù)和非電氣量保護(hù)兩大類按保護(hù)對(duì)象分為電氣設(shè)備故障和動(dòng) 力機(jī)械設(shè)備故障兩大類 故障保護(hù)用以反映保護(hù)區(qū)域內(nèi)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(huì)對(duì)發(fā)變組造成直接破壞這類保護(hù)構(gòu)成了發(fā)變組的保護(hù)主體通常稱為主保護(hù)另外還需要考慮發(fā)變組主保護(hù)失效以及輔機(jī)和外部相連系統(tǒng)的故障對(duì)發(fā)變組的破壞問(wèn)題也需要配置保護(hù)通常稱為后備保護(hù)因此故障保護(hù)可分為主保護(hù)和后備保護(hù) 異常保護(hù)用以反映各種可能對(duì)發(fā)變組造成危害的異常運(yùn)行工況包括可能不利于動(dòng)力機(jī)械設(shè)備的異常工況不過(guò)這些工況可能不會(huì)很快或不會(huì)直接造成對(duì)機(jī)組的破壞為異常工況配置的保護(hù)通常也歸于后備保護(hù)的范疇 第二篇 發(fā)變組保護(hù)配置 第一章 反映短路故障的主保護(hù) 第一節(jié) 發(fā)電機(jī)縱差保護(hù) 一發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)的接線方式 由于發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)的特殊性發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)根據(jù)獲取電流的方式不同又完全縱差保護(hù)和不完全縱差保護(hù)兩種 1 發(fā)電機(jī)完全縱差保護(hù) 發(fā)電機(jī)完全縱差保護(hù)是利用比較發(fā)電機(jī)每相定子繞組首末兩端全相電流的大小和相位的原理構(gòu)成的根據(jù)縱差保護(hù)的基本原理發(fā)電機(jī)完全縱差保護(hù)能夠靈敏的反映發(fā)電機(jī)定子繞組及引出線的相間短路故障但對(duì)定子繞組的匝間短路和定子繞組的分支開(kāi)焊故障卻沒(méi)有作用 2 發(fā)電機(jī)不完全縱差保護(hù) 發(fā)電機(jī)不完全縱差保護(hù)是一種能 同時(shí)反應(yīng)發(fā)電機(jī)相間短路匝間短路和分支繞組開(kāi)焊故障的新型發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)它是通過(guò)比較發(fā)電機(jī)機(jī)端每相定子的全相電流和中性點(diǎn)側(cè)每相定子的部分相電流大小和相位二構(gòu)成 不完全縱差保護(hù)之所以能夠反應(yīng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部各種短路和開(kāi)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(dāng)未裝設(shè)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(hù)動(dòng)作 由此可見(jiàn)發(fā)電機(jī)完全縱差保護(hù)和不完全縱差保護(hù)均是比較發(fā)電機(jī)兩側(cè)同相電流的大小和相位而構(gòu)成不同的是完全縱差保護(hù)是比較每相定子首末兩端的全相電流而不完全縱差動(dòng)保護(hù)是比較機(jī)端每相定子全相電流和 中性點(diǎn)側(cè)每相定子的部分相電流而構(gòu)成所以兩者的基本原理相同 只是在保護(hù)的整定計(jì)算時(shí)有所不同 二．發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)的原理 隨著發(fā)電機(jī)組的容量增大對(duì)繼電保護(hù)的不斷提高出現(xiàn)了各種不同原理的發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)一下對(duì)常用的兩種原理進(jìn)行介紹 比率制動(dòng)式發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)原理 其電流參考方向如圖 11 所示中性點(diǎn)側(cè)電流的方向一指向發(fā)電機(jī)為正方向機(jī)端側(cè)電流一流出發(fā)電機(jī)為正方向 動(dòng)作電流和制動(dòng)電流的定義 為確保比率制動(dòng)式發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)正確動(dòng)作動(dòng)作電流和制動(dòng)電流分別為 動(dòng)作電流 制動(dòng)電流 式中 動(dòng)作電流 制動(dòng) 電流 機(jī)端側(cè)定子相電流 中性點(diǎn)側(cè)定子全相電流或分支繞組電流 K 平衡系數(shù) 當(dāng) 時(shí)為完全縱差保護(hù)接線方式 時(shí)為不完全縱差保護(hù)接線方式 2 縱差保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)及動(dòng)作特性 縱差保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)為 式中 差動(dòng)電流 最小動(dòng)作電流整定值一般取 03～ 05 為發(fā)電機(jī)額定電流 制動(dòng)電流 最小制動(dòng)電流整定值一般取 08～ 10 比率制動(dòng)式電流整定值一般取 03～ 05 當(dāng)上式中的兩個(gè) 方程都滿足時(shí)差動(dòng)元件動(dòng)作 標(biāo)積制動(dòng)式發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)原理 標(biāo)積制動(dòng)式發(fā)機(jī)電縱差保護(hù)是利用基波電流相量的標(biāo)量構(gòu)成的比率制動(dòng)特性的差動(dòng)保護(hù)是相量幅值比率制動(dòng)的另一種形式電流參考方向仍然如圖 11所示中性點(diǎn)側(cè)電流的正方向指向發(fā)電機(jī)標(biāo)積制動(dòng)式縱差保護(hù)的動(dòng)作電流制動(dòng)電流及其動(dòng)作判據(jù)為 動(dòng)作電流 制動(dòng)電流 動(dòng)作判據(jù) 式中 和之間的相位差 S 標(biāo)積制動(dòng)系數(shù)通常取 10 1 當(dāng)發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行或保護(hù)區(qū)外短路時(shí) 0 制動(dòng)量最大動(dòng)作量最小保護(hù)可靠不動(dòng) 2 當(dāng)保護(hù)區(qū)內(nèi)短路時(shí) 制動(dòng)量為負(fù)值呈現(xiàn)動(dòng)作作 用動(dòng)作量最大保護(hù)動(dòng)作且靈敏 顯然采用標(biāo)積制動(dòng)式縱差保護(hù)可以大大提高反應(yīng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障的靈敏度標(biāo)積制動(dòng)式縱差保護(hù)和比率制動(dòng)式縱差保護(hù)一樣也可以作為發(fā)變組的縱差保護(hù)當(dāng)作為發(fā)變組縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)時(shí)應(yīng)增設(shè)防止涌流誤動(dòng)的二次諧波制動(dòng)措施 三．發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)邏輯框圖 當(dāng)發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)的二相或三相差動(dòng)元件同時(shí)動(dòng)作時(shí)縱差保護(hù)才出口跳閘為防止一點(diǎn)在區(qū)內(nèi)另一點(diǎn)在區(qū)外的兩點(diǎn)接地故障發(fā)生當(dāng)有一相縱差元件動(dòng)作且同時(shí)有負(fù)序電壓時(shí)縱差保護(hù)出口跳閘 若只有一相縱差元件動(dòng)作而無(wú)負(fù)序電壓時(shí)判為 TA 斷線若負(fù)序電壓長(zhǎng)時(shí)間存在而無(wú)差電流時(shí)判為 TV 斷線 第二節(jié) 變壓器縱差保護(hù) 一．變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的基本原理 變壓器的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)簡(jiǎn)稱縱差保護(hù)不但可以正確區(qū)分內(nèi)外的短路而且能瞬時(shí)切除保護(hù)區(qū)域內(nèi)的故障因此變壓器縱差保護(hù)是變壓器的主保護(hù)之一 變壓器縱差保護(hù)基本原理與發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)原理相似按比較被保護(hù)變壓器各側(cè)電流的大小和相位的原理構(gòu)成為了實(shí)現(xiàn)這一比較在變壓器各側(cè)裝設(shè)一組電流互感器 TATA的一次電流回路的機(jī)性端節(jié)母線側(cè)將 TA二次側(cè)的同極性端子相連接如圖 14 所示雙繞組變壓器縱差保護(hù)單相原理接線圖顯然變壓器縱差保護(hù)的范圍為變壓器各側(cè)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(hù)原理 二．變壓器差動(dòng)保護(hù)整定 1．正常運(yùn)行和外部發(fā)生故障時(shí) 保護(hù)不動(dòng)作 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 三．變壓器縱差保護(hù)邏輯框圖 第三節(jié) 發(fā)電機(jī)匝間短路保護(hù) 由于大容量發(fā)電機(jī)的額定電流很大其每相定子繞組都有兩個(gè)并聯(lián)的分支繞組構(gòu)成每個(gè)分支的匝間或分支之間的短路就稱為發(fā)電機(jī)定子繞組的匝間短路故障當(dāng)定子繞組匝間短路時(shí)被短接的部分繞組內(nèi)將產(chǎn)生大的環(huán)流引起故障出溫度升高絕緣損壞并轉(zhuǎn)換為單相接地故障或相間短路故障損壞發(fā) 電機(jī)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)根據(jù)發(fā)電機(jī)匝間短路時(shí)的特點(diǎn)可以提出各種不同原理的匝間短路保護(hù)方案 一．單元件式橫聯(lián)差動(dòng)保護(hù) 發(fā)電機(jī)在正常運(yùn)行情況下每相定子繞組的兩個(gè)分支上電勢(shì)相等各供出一半的負(fù)荷電流當(dāng)任一相繞組中發(fā)生匝間短路時(shí)兩個(gè)繞組中的電勢(shì)不相等因而在兩個(gè)分支繞組中產(chǎn)生環(huán)流根據(jù)這一特點(diǎn)構(gòu)成了發(fā)電機(jī)的匝間短路保護(hù)單元件式橫聯(lián)差動(dòng)保護(hù) 1 保護(hù)的接線及其特點(diǎn) 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(guò)的零序電流來(lái)實(shí)現(xiàn)保護(hù)且該保護(hù)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(hù)接線簡(jiǎn)單靈敏度高通常又稱該保護(hù)為高靈敏的單元件式橫聯(lián)差動(dòng)保護(hù) 因此該保護(hù)只適合于 1 定子繞組中性點(diǎn)側(cè)引出 6 個(gè)或 4 個(gè)端子的發(fā)電機(jī) 2 中性點(diǎn)側(cè)引出端子較多的水輪發(fā)電機(jī) 2 保護(hù)原理分析 該保護(hù)原理接線如下圖 該保護(hù)實(shí)質(zhì)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(jìn)行比較利用發(fā)生各種匝間短路時(shí)中性點(diǎn)連線上的環(huán)流而實(shí)現(xiàn)的 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(guò)器 1 以消除三次諧波電流的影響 提高靈敏度所以正常運(yùn)行或外部故障時(shí)三次諧波濾過(guò)器 1 濾除了三次諧波產(chǎn)生的不平衡電流通過(guò)帶有延遲的保護(hù)裝置 2 的電流小于其整定值即＜保護(hù)不動(dòng)作 2 當(dāng)定子繞組的同分支匝間短路時(shí) 當(dāng)同分支匝間短路時(shí)由于故障支路和非故障支路的電動(dòng)勢(shì)不等有環(huán)流產(chǎn)生中性點(diǎn)連線上的電流互感器有故障電流流過(guò)當(dāng)電流大于保護(hù)的動(dòng)作電流整定值時(shí)保護(hù)動(dòng)作于跳閘 3 定子繞組同相不同分支之間發(fā)生短路時(shí) 當(dāng)同相的兩個(gè)分支繞組間發(fā)生匝間短路且時(shí)由于兩個(gè)支路的電動(dòng)勢(shì)差分別產(chǎn)生兩個(gè)環(huán)流和此時(shí)中性點(diǎn)連線上流過(guò)的電流 當(dāng)電流大于保護(hù)的動(dòng)作電流整定值時(shí)橫聯(lián)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作 與跳閘 4 保護(hù)存在死區(qū) 有上述分析可知單元件式橫聯(lián)差動(dòng)保護(hù)又一定的死去當(dāng)定子繞組同分支短路且短路匝數(shù) a 很小時(shí)或者同相不同分支間的短路匝數(shù)相同及差別較小時(shí)保護(hù)不能動(dòng)作 2 保護(hù)的整定計(jì)算原則 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 式中發(fā)電機(jī)定子繞組的額定電流 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(guò)將造成橫差保護(hù)誤動(dòng)若此兩點(diǎn)接地故障是永久性的則這種動(dòng)作時(shí)允許的但若兩點(diǎn) 節(jié)點(diǎn)故障是永久性的則這種動(dòng)作瞬時(shí)切除發(fā)電機(jī)是不允許的因此保護(hù)需增設(shè) 05～ 1s 的延時(shí)以躲過(guò)轉(zhuǎn)子回路的瞬時(shí)兩點(diǎn)接地故障 二．故障分量負(fù)序功率方向匝間短路保護(hù) 故障分量負(fù)序功率方向匝間短路保護(hù)是中性點(diǎn)側(cè)沒(méi)有 6個(gè)或 4個(gè)引出端子的發(fā)電機(jī)定子匝間短路保護(hù)的一種方案該保護(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)的它不僅可作為發(fā)電機(jī)內(nèi)部匝間短路故障的主保護(hù)還可以作為發(fā)電機(jī)內(nèi)部相間短路及定子繞組開(kāi)焊的保護(hù) 故障時(shí)負(fù)序功率方向的分析 以上圖所示 Y 接線發(fā)電機(jī)為例根據(jù)電網(wǎng)中 發(fā)生不對(duì)稱故障時(shí)將出現(xiàn)負(fù)序分量且負(fù)序源在故障點(diǎn)這一特點(diǎn)在不同地點(diǎn)發(fā)生不對(duì)稱短路時(shí)產(chǎn)生的負(fù)序功率方向分析如 1 發(fā)電機(jī)外部橫向不對(duì)稱短路時(shí) K1 點(diǎn)發(fā)生兩相短路時(shí)負(fù)序功率的方向由系統(tǒng)指向發(fā)電機(jī) 2 發(fā)電機(jī)內(nèi)部?jī)上喽搪窌r(shí)如發(fā)電機(jī)內(nèi)部 K2 點(diǎn)發(fā)生兩相短路時(shí)負(fù)序功率的方向由發(fā)電機(jī)指向系統(tǒng) 3發(fā)電機(jī)定子繞組一相匝間短路時(shí)如當(dāng)定子繞組 K3 和 K4點(diǎn)之間發(fā)生短路時(shí)負(fù)序功率方向亦由發(fā)電機(jī)指向系統(tǒng) 可見(jiàn)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) 2 保護(hù)的構(gòu)成及動(dòng)作判據(jù) 設(shè)機(jī)端負(fù)序電壓和負(fù)序電流的 故障分量分別為和負(fù)序功率的故障的分量為則保護(hù)動(dòng)作的判據(jù)可綜合為 當(dāng)以上三式都成立時(shí)保護(hù)跳閘 3 保護(hù)定值的整定及注意事項(xiàng) 1 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)通常取 大約在 01％左右可固定選取 2 故障分量負(fù)序功率方向 保護(hù)若裝在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn) 電流取中性點(diǎn) TA 僅反映發(fā)電機(jī)內(nèi)部匝間短路故障 三．縱向零序電壓原理的匝間短路保護(hù) 零序電壓原理的匝間保護(hù)是中性點(diǎn)側(cè)沒(méi)有 6個(gè)或 4個(gè)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)的零序電壓而構(gòu)成 1 保護(hù)的構(gòu)成原理 在發(fā)電機(jī)機(jī)端裝設(shè)專用的電壓互感器 TV0且 TV0一次繞組的中性點(diǎn)與發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)相連而不直接接地保護(hù)利用的零序電壓取自 TV0 的第三繞組開(kāi)口三接線 當(dāng)發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)無(wú)零序電壓保護(hù)不動(dòng)作 當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部或外部發(fā)生單相故障時(shí)雖然一次系統(tǒng)出現(xiàn)了零序電壓即一次側(cè)三相對(duì)地電壓不再平衡中性點(diǎn)電位升高但由于 TV0 一次側(cè)中性點(diǎn)不接地而三相對(duì)中性點(diǎn)的電壓仍然是對(duì)稱的第三繞組輸出電壓仍然為零保護(hù)不會(huì)動(dòng)作同理當(dāng)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)外部相間短路或內(nèi)部匝數(shù)相等的匝間短路時(shí) TV0 開(kāi)口三角形繞組也不會(huì)出現(xiàn)零序電壓 保護(hù)不會(huì)動(dòng)作 當(dāng)發(fā)電機(jī)定子繞組發(fā)生匝間短路或匝數(shù)不相等的匝間短路時(shí)三相對(duì)中性點(diǎn)的電壓不在平衡開(kāi)口三角形繞組有輸出即 0 使零序電壓匝間短路保護(hù)動(dòng)作 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(kāi)口