火電廠繼電保護培訓第一頁，共79頁。第一章概述1電力系統(tǒng)的不正常運行狀態(tài)系統(tǒng)中設備的運行參數(shù)偏離了允許值，但還未發(fā)展成故障。2故障電力系統(tǒng)中設備的正常工作已遭到破壞，但未發(fā)展成事故。3事故電力系統(tǒng)的正常工作遭到破壞，且已造成嚴重后果。第二頁，共79頁。繼電保護和自動裝置的任務１、電力系統(tǒng)故障時，保護能自動、準確地切除故障。２、電力系統(tǒng)出現(xiàn)不正常工作狀態(tài)時，根據(jù)運行維護條件確定保護是動作與信號還是跳閘。第三頁，共79頁。對繼電保護的基本要求１、可靠性：保護的動作應安全可靠。

可靠性是指繼電保護裝置在需要它動作時可靠動作（不拒動），不需要它動作時可靠不動作（不誤動）。將繼電保護裝置應該動作時不拒動稱為繼電保護的可依賴性，不應該動作時不誤動也稱為繼電保護的安全性。第四頁，共79頁。２、選擇性：保護的動作應有選擇的。選擇性是指繼電保護裝置動作時，僅將故障元件或設備故障切除，使非故障部分繼續(xù)運行，停電范圍盡可能小。選擇性有兩個含義：第一，應由裝設在故障元件或設備上的繼電保護動作切除故障；第二，考慮繼電保護或斷路器存在拒動的可能，由后備保護切除故障時，也應保證停電范圍盡可能小。按照電力系統(tǒng)安全性要求，故障發(fā)生后首先動作的繼電保護是主保護。故障元件的主保護正確動作的結(jié)果，將故障范圍限制在最小，甚至可以保證所有母線都不停電，這是選擇性的第一個含義。當故障時主保護拒動或斷路器拒動，由后備保護動作切除故障，也是具有選擇性的，即選擇性的第二含義。第五頁，共79頁。３、快速性：保護的動作應快速的。繼電保護裝置應以盡可能快的速度動作切除故障元件或設備。故障切除時間等于保護裝置動作時間和斷路器動作時間之和。第六頁，共79頁。４、靈敏性：保護對故障的反應能力。靈敏性是指繼電保護裝置對保護范圍內(nèi)的故障的反應能力，通常用靈敏系數(shù)ksen來衡量，也稱為靈敏度。第七頁，共79頁。一、繼電保護和自動裝置的基本構(gòu)成

整套裝置總是由測量部分、邏輯部分和執(zhí)行部分構(gòu)成。繼電保護原理結(jié)構(gòu)圖如圖所示。繼電保護的基本構(gòu)成及發(fā)展第八頁，共79頁。二、繼電保護和自動裝置的發(fā)展經(jīng)歷了機電型、整流型、晶體管型、集成電路型和微機保護型等階段，目前在電力系統(tǒng)中運行著大量的微機繼電保護。第九頁，共79頁。常用繼電器一、電流繼電器

電流繼電器在繼電保護裝置中作為測量和啟動元件，反映電流增大超過某一整定數(shù)值時動作。電流繼電器反應電流增大而動作，能夠使繼電器開始動作的最小電流稱為電流繼電器的動作電流。繼電器動作后，再減小電流，使繼電器返回到原始狀態(tài)的最大電流稱為電流繼電器的返回電流。

第十頁，共79頁。二、電壓繼電器電壓繼電器反映電壓變化而動作，分過電壓繼電器和低電壓繼電器兩種。過電壓繼電器反應電壓增大而動作，動作電壓、返回電壓和返回系數(shù)的概念與電流繼電器類似。其返回系數(shù)也恒小于1。低電壓繼電器反應電壓降低而動作，能夠使繼電器開始動作的最大電壓稱為低電壓繼電器的返回電壓。其返回系數(shù)恒大于1。第十一頁，共79頁。三、時間繼電器

時間繼電器在繼電保護中用作時間元件，用于建立繼電保護需要的動作延時。因此對時間繼電器的要求是動作時間必須準確。四、中間繼電器

在繼電保護中，中間繼電器用于增加觸點數(shù)量和觸點容量。第十二頁，共79頁。五、信號繼電器

信號繼電器用于發(fā)出繼電保護動作信號，便于值班人員發(fā)現(xiàn)事故和統(tǒng)計繼電保護動作次數(shù)。信號繼電器的文字符號是kS。根據(jù)需要將信號繼電器串聯(lián)或并聯(lián)接入二次回路，分別選擇電流型信號繼電器、并聯(lián)電壓型信號繼電器。第十三頁，共79頁。如圖所示，為一張限時電流速斷保護原理接線圖第十四頁，共79頁。電流保護的接線方式

１、何謂電流保護的接線方式：電流元件與ＣＴ二次側(cè)的連接方式２、接線方式的種類（１）三相完全星形接線：特點：能反映各種類型的短路故障（２）兩相不完全星形接線：特點：能反映各種類型的相間故障（３）兩相三繼式：適用場合：適用于Ｙ／△接的變壓器保護目的：提高保護的靈敏度第十五頁，共79頁。三相完全星形接線：第十六頁，共79頁。兩相不完全星形接線：第十七頁，共79頁。兩相三繼式：第十八頁，共79頁。變壓器保護（一）變壓器的瓦斯保護1、瓦斯保護當變壓器油箱內(nèi)部發(fā)生故障時，短路電流產(chǎn)生電弧使變壓器油和絕緣介質(zhì)分解，產(chǎn)生大量氣體，而且故障越嚴重，產(chǎn)生的氣體越多，反應這種氣體而動作的保護，稱為氣體保護，也稱瓦斯保護。

第十九頁，共79頁。2、瓦斯保護的優(yōu)缺點優(yōu)點：能反映變壓器油箱內(nèi)各種類型的故障。缺點：不能反映變壓器套管及引出線的故障。變壓器氣體保護分輕瓦斯和重瓦斯保護兩部分。輕瓦斯保護動作時，只發(fā)信號；重瓦斯保護時，瞬時切除變壓器。第二十頁，共79頁。第二十一頁，共79頁。氣體繼電器也稱瓦斯繼電器，是氣體保護的主要元件。安裝在變壓器油箱與油枕之間的連接管道中。我國電力系統(tǒng)采用多是復合式體繼電器。第二十二頁，共79頁。第二十三頁，共79頁。差動保護一、差動保護原理

變壓器差動保護的動作原理與線路縱差動保護相同，通過比較變壓器兩側(cè)電流的大小和相位決定保護是否動作。雙繞組變壓器的差動保護，其原理見圖4-4。第二十四頁，共79頁。第二十五頁，共79頁。電力系統(tǒng)中，變壓器通常采用Y,d11接線方式，兩側(cè)線電流的相位相差300。如果將變壓器兩側(cè)同名相的線電流經(jīng)過電流互感器變換后，直接接入保護的差動回路，即使兩個電流互感器的變比選擇合適，使其二次電流數(shù)值相等，即，流入差動繼電器的電流也不等于零,因此在電流互感器二次采用相位補償接線和幅值調(diào)整。具體為變壓器星形側(cè)的三個電流互感器二次繞組采用三角形接線（自然消除了零序電流的影響），變壓器三角側(cè)的三個電流互感器二次繞組采用星形接線，將引入差動繼電器的電流互感器的變比調(diào)整為原來的倍。微型機差動保護，可以通過軟件計算實現(xiàn)相位校正。第二十六頁，共79頁。變壓器外部故障根據(jù)圖4-4（a）所示電流分布，此時流入差動繼電器KD的電流是變壓器兩側(cè)電流的二次值相量之差，適當選擇電流互感器1TA和2TA的變比，再經(jīng)過相位補償接線和幅值調(diào)整，實際流入差動繼電器的電流只有很小的不平衡電流，繼電器不會動作，差動保護不動作。第二十七頁，共79頁。變壓器內(nèi)部故障根據(jù)圖4-4（b）所示電流分布，此時流入差動繼電器kD的電流是變壓器兩側(cè)電流的二次相量之和，使繼電器動作，差動保護動作。如果變壓器只有一側(cè)有電源，則只有該側(cè)的電流互感器二次電流流入差動繼電器；如果變壓器兩側(cè)有電源，則兩側(cè)的電流互感器二次電流都流入差動繼電器，且數(shù)值相加。變壓器差動保護從原理上能夠保證選擇性，即實現(xiàn)內(nèi)部故障時動作，外部故障時不動作，所以動作時間整定為0S。第二十八頁，共79頁。

差動保護的保護范圍為保護用電流互感器的一次系統(tǒng)，包括變壓器繞組和變壓器繞組的引出線，反應各種短路故障，但不能反應變壓器發(fā)生少數(shù)匝數(shù)短路、鐵芯過熱燒傷，油面降低等。變壓器氣體保護的保護范圍為變壓器油箱內(nèi)部，反應變壓器油箱內(nèi)部的任何短路故障，以及鐵芯過熱燒傷、油面減低等，但不能反應變壓器繞組引出線的故障?？梢姴徽撌遣顒颖Ｗo還是氣體保護，都不能同時反應以上各種故障，所以不能相互取代，變壓器需要同時裝設差動保護和瓦斯保護共同作為變壓器的主保護。第二十九頁，共79頁。后備保護及過負荷保護一、變壓器相間短路的后備保護

變壓器相間短路的后備保護，反應變壓器區(qū)外故障引起的變壓器過電流，并作為變壓器差動保護或電流速斷保護和氣體保護的后備保護。做為后備保護，其動作時限與相鄰元件后備保護配合，按階梯原則整定；其靈敏度按近后備保護和遠后備兩種情況校驗。根據(jù)變壓器容量及短路電流水平，常用的變壓器相間短路的后備保護有過電流保護、低電壓起動的過電流保護、復合電壓起動的后備保護的過電流保護、負序過電流保護、阻抗保護等。第三十頁，共79頁。1.過電流保護

變壓器過電流保護與線路定時限過電流保護原理相同，裝設在變壓器電流側(cè)，由電流元件和時間元件構(gòu)成，保護動作后切除變壓器。電流元件的動作電流按躲過變壓器可能出現(xiàn)的最大負荷電流整定。2.低電壓起動的過電流保護

低電壓起動的過電流保護由電流元件、電壓元件、時間元件等構(gòu)成，變壓器低電壓起動的過電流保護原理框圖如圖4-9所示。電流元件接在變壓器電源側(cè)電流互感器TA二次側(cè)，分別反應三相電流增大時動作；電壓元件接在降壓變壓器低壓側(cè)母線電壓互感器TV二次側(cè)電壓，分別反應三相電壓時動作。當同時有電流元件和電壓元件動作時，經(jīng)過與門Y起動時間電路T1，延時跳開變壓器兩側(cè)斷路器1QF和2QF。第三十一頁，共79頁。第三十二頁，共79頁。低電壓起動的過電流保護，是在定時限過電流保護的基礎上增加了低電壓起動條件。由于采用了低電壓元件，可以保證最大負荷時保護不動作，電流元件動作整定可以按照躲過變壓器額定電流，顯然數(shù)值比定時限過電流保護的動作電流小，因此提高了保護的靈敏度。低電壓元件動作電壓整定，按照躲過正常運行母線可能出現(xiàn)的最低工作電壓，并在外部故障切除后電動機自起動過程中必須返回。需要指出的是，如果一次注接線采用母線分段接線，作為變壓器相間短路的后備保護，應該帶有兩段時限，以較短時限跳開分段斷路器，縮小故障影響范圍；以較長時限跳開各側(cè)斷路器。第三十三頁，共79頁。3.復合電壓起動的過電流保護

如果將圖4-9所示保護的三個低電壓元件，改為負序電壓元件和單個低電壓元件，可構(gòu)成復合電壓起動的過電流保護。復合電壓起動的過電流保護與低電壓起動的過電流保護比較，可以簡化保護接線，并提高不對稱短路時保護的靈敏度第三十四頁，共79頁。三、過負荷保護變壓器過負荷通常是三相對稱的，所以過負荷保護只接一相電流，經(jīng)過延時發(fā)出信號。對于單側(cè)電源三繞組降壓變壓器，如果三側(cè)容量相同，過負荷保護裝在電源側(cè)；如果三側(cè)容量不相同，過負荷保護分別裝在電源側(cè)和容量較小一側(cè)。對于雙側(cè)電源三繞組降壓變壓器或聯(lián)絡變壓器，過負荷保護分別裝在三側(cè)。第三十五頁，共79頁。主變壓器中性點零序過流、間隙過流和零序過壓主變壓器中性點零序過流、間隙過流和零序過壓，是保護設備本身引出線上的接地短路故障的，一般是作為變壓器高壓側(cè)接地故障的后備保護．零序電流保護，是變壓器中性點接地運行時的零序保護；零序電壓保護，是變壓器中性點不接地運行時的零序保護；間隙過流則是用于變壓器中性點經(jīng)放電間隙接地的運行方式中第三十六頁，共79頁。變壓器需要配備零序保護的情況一般有三種：1是多臺變壓器同時運行；只需要1-2臺接地運行2是變器中點有可能接地運行3是變壓器高壓側(cè)中性點直接接地運行，第三十七頁，共79頁。

1、若不止一臺變壓器時，運行方式往往只允許1-2臺接地運行，設計采用中性點零序電流繼電器與經(jīng)相鄰變壓器中性點中性點零序電流繼電器控制的零序電壓繼電器配合使用的變壓器保護方案，保護回路設計先跳中性點不接地變壓器，然后中性點跳直接接地的變壓器，以防止不接地系統(tǒng)的故障點的間歇性弧光過電壓危級電氣設備的安全。為避免全廠所有變壓器全部被切的嚴重后果，保護時間應逐級配合，先斷開母聯(lián)或分斷路器，再經(jīng)零序電壓元件跳開中心點不接地主變，最后經(jīng)零序電流元件跳開中性點接地主變。第三十八頁，共79頁。

2、對中性點有可能直接接地運行，也有可能不接地運行的主變，因失去接地中性點引起的電壓升高，應裝設相應的保護裝置。在直接接地時用零序電流保護。中在性點不接地時用零序電壓保護或裝設放電間隙保護，放到間隙保護起到過電壓保護的作用，當放電間隙被擊穿形成零序電流通路時，利用接在放電間隙回路的零序電流保護，切除該變壓器。變壓器采用放電間隙保護，放電間隙裝于變壓器中性點與地線之間、有棒形、球形、角形多種形式，實際安裝中可以棒形用得最多，零序電壓保護動作電壓按發(fā)生單相接地故障時保護安裝處可能出現(xiàn)最大零序電壓整定，第三十九頁，共79頁。3、對變壓器高壓側(cè)中性點直接接地的自耦變壓器和三繞組變壓器采用零序過電流保護，取自變壓器中性點的零序CT安裝無方向零序保護，在主變兩側(cè)分別裝上零序保護，了為滿足選擇性可增設零序方向元件。方向元件用各斷路器側(cè)CT的自產(chǎn)零序電流。主變中性點零序電流互感器的極性接線可以將中性點零序電流保護指向本側(cè)母線或主變側(cè)。采用斷路器處的零序電流保護，和般高中壓側(cè)方向指向各自的母線，但當中壓側(cè)不無源時，高壓側(cè)零序方向可指向主變。指向母線保護的范圍以為斷路器電流互感器安裝處開始，需要與線路零序保護配合。指向主變，需要主變另一側(cè)出線的接地保護相配合，比國交麻煩。采用主變中性點處地零序電流保護，則保護范圍比斷路器處零序電流保護比要寬一些。小浪底目前運行的主變中性點零序電流保護無方向，這樣的整定配合比較清晰方便，一是限跳開母聯(lián)斷路器，二是限跳開本側(cè)開關。第四十頁，共79頁。主變壓器壓力釋放保護當變壓器內(nèi)部有故障時，油溫升高，油劇烈分解產(chǎn)生大量氣體，使油箱內(nèi)壓力劇增，主變壓力釋放保護動作，防止變壓器爆炸或變形。第四十一頁，共79頁。主變冷卻系統(tǒng)故障保護保護提供過流啟動通風接點，并在主變冷卻系統(tǒng)全停時，由保護動作于各出口。當全部冷卻器停運時，允許運行20分鐘，如上層油溫未達到75℃時，則允許上升到75℃，如上層油溫已達到75℃時，應立即將變壓器從電網(wǎng)中解除；如果上層油溫未達到75℃，時間已達到1小時，應將變壓器從電網(wǎng)中解除，但冷卻器切除后最長允許時間不超過1小時。第四十二頁，共79頁。主變速動油壓保護速動油壓繼電器的保護特性速動油壓繼電器是為防止變壓器油箱在故障中爆裂而研制的。速動油壓繼電器為避免與其他保護裝置的保護參數(shù)重復而出現(xiàn)干擾、誤動的情況，采用了檢測變壓器油箱內(nèi)故障壓力上升速率作為保護參數(shù)，對應不同的壓速率，速動油壓繼電器有不同的響應時間。壓速率高，速動油壓繼電器動作時間短，反之則長。實現(xiàn)了動態(tài)監(jiān)測，動態(tài)保護。第四十三頁，共79頁。斷路器閃絡保護隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，電網(wǎng)的電壓等級越來越高，在發(fā)電機變壓器組準備并網(wǎng)或解列的過程中，致使某相斷路器觸頭擊穿的可能性越來越大。設置斷路器閃絡保護，是防止因斷路器兩觸頭擊穿而損害斷路器的有效措施。該保護用來防止在同期或停機操作時兩個電力系統(tǒng)之間由于電位差大而在斷路器的斷點之間產(chǎn)生閃絡，該保護動作于滅磁開關及啟動斷路器失靈保護。第四十四頁，共79頁。失磁保護發(fā)電機失磁故障是指發(fā)電機的勵磁突然消失或部分消失。對于失磁的原因有：轉(zhuǎn)子繞組故障、勵磁機故障、自動滅磁開關誤跳閘、及回路發(fā)生故障等。第四十五頁，共79頁。當發(fā)電機完全失去勵磁時，勵磁電流將逐漸衰減至零。由于發(fā)電機的感應電勢Ed隨著勵磁電流的減小而減小，因此，其勵磁轉(zhuǎn)矩也將小于原動機的轉(zhuǎn)矩，因此引起轉(zhuǎn)子加速，使發(fā)電機的功角δ增大。當δ超過靜態(tài)穩(wěn)定極限角時，發(fā)電機與系統(tǒng)失去同步。發(fā)電機失磁后將從系統(tǒng)中吸取感性無功供給轉(zhuǎn)子勵磁電流，在定子繞組中感應出電勢。在發(fā)電機超過同步轉(zhuǎn)速后，轉(zhuǎn)子回路中將感應出頻率為ff－fs（fs為系統(tǒng)頻率、ff為發(fā)電機頻率）的電流，此電流產(chǎn)生異步制動轉(zhuǎn)矩，當異步轉(zhuǎn)矩與原動機轉(zhuǎn)矩達到平衡時，即進入穩(wěn)定的異步運行。第四十六頁，共79頁。當發(fā)電機異步運行時，將對發(fā)電機及電力系統(tǒng)產(chǎn)生巨大的應影響。⑴需要從系統(tǒng)中吸收很大的無功功率以建立發(fā)電機磁場。⑵由于從電力系統(tǒng)中吸收無功功率將引起電力系統(tǒng)的電壓下降，如果電力系統(tǒng)的容量較小或無功儲備不足，則可能使失磁的發(fā)電機端電壓、升壓變壓器高壓側(cè)的母線電壓、及其它的臨近點的電壓低于允許值，從而破壞了負荷與電源間的穩(wěn)定運行，甚至引起電壓崩潰而使系統(tǒng)瓦解。⑶由于失磁發(fā)電機吸收了大量的無功功率，因此為了防止其定子繞組的過電流，發(fā)電機所發(fā)的有功功率將減少。⑷失磁發(fā)電機的轉(zhuǎn)速超過同步轉(zhuǎn)速，因此，在轉(zhuǎn)子及勵磁回路中將產(chǎn)生頻率為ff－fs的交流電流，因而形成附加的損耗，使發(fā)電機轉(zhuǎn)子和勵磁回路過熱。第四十七頁，共79頁。發(fā)電機不對稱過負荷保護

發(fā)電機正常運行時，由于輸電線路及負荷不可能三相完全對稱，因此，總存在一定的負序電流，但數(shù)值較小。發(fā)電機帶不對稱負荷運行時，轉(zhuǎn)子雖有發(fā)熱，但如負序電流不大，由于轉(zhuǎn)子散熱效應，其溫升不超過允許值，即發(fā)電機可以承受一定數(shù)值的負序電流長期運行。但負序電流值超過一定數(shù)值，則轉(zhuǎn)子將遭受損傷，甚至遭受破壞。因此，發(fā)電機都要依其轉(zhuǎn)子的材料和結(jié)構(gòu)特點，規(guī)定長期承受的負序電流的限額，這一限額即發(fā)電機穩(wěn)態(tài)承受負序電流能力第四十八頁，共79頁。發(fā)電機不對稱過負荷保護由定時限和反時限組成定時限動作于信號,動作電流按躲過發(fā)電機長期允許的負序電流值和按躲過最大負荷下負序電流濾過器的不平衡電流值整定。反時限保護反應發(fā)電機轉(zhuǎn)子表層熱積累過程。動作特性按發(fā)電機承受負序電流的能力確定動作于全停。第四十九頁，共79頁。過激磁保護發(fā)電機會由于電壓升高或者頻率降低而出現(xiàn)過激磁。發(fā)電機的勵磁電流是有限值的，過大后，將使得發(fā)電機鐵芯的磁通趨于飽和，從而造成鐵芯發(fā)熱，發(fā)電機波形畸變。該保護作為發(fā)電機過勵磁情況下的的保護，保護能與發(fā)電機過激磁特性相匹配。該保護接于發(fā)電機端電壓互感器，由定時限和反時限組成。定時限動作于信號和減勵磁，反時限為動作于全停。第五十頁，共79頁。發(fā)電機過電壓保護發(fā)電機過電壓保護是一套防止輸出端電壓升高而使發(fā)電機絕緣受到損害的繼電保護。

當運行的發(fā)電機突然甩負荷或者帶時限切除發(fā)電機較近的外部故障時，由于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度的增加以及強行勵磁裝置動作等原因，發(fā)電機端電壓將升高。該保護作為發(fā)電機引出線電壓異常升高情況下的后備保護，一般地，整定電壓為1.3倍標稱電壓。第五十一頁，共79頁。發(fā)電機逆功率保護發(fā)電機逆功率保護又稱功率方向保護。一般而言，發(fā)電機的功率方向應該為由發(fā)電機流向母線，但是當汽輪機主汽門突然關閉或其他某種原因，發(fā)電機有可能變?yōu)殡妱訖C運行，即從系統(tǒng)中吸取有功功率。這就是逆功率。當逆功率達到一定值時，發(fā)電機的保護動作，或動作于發(fā)信號或動作于跳閘。第五十二頁，共79頁。并網(wǎng)運行的汽輪發(fā)電機，在汽輪機的主汽門關閉之后，便作為同步電動機運行：吸收有功功率而拖著汽輪機轉(zhuǎn)動，可向系統(tǒng)發(fā)出無功功率。由于汽輪機主汽門已關閉，汽機尾部葉片與殘留蒸汽產(chǎn)生摩擦而形成鼓風損耗，長期運行過熱而損壞。發(fā)電機逆功率保護主要保護汽輪機不受損害。第五十三頁，共79頁。逆功率保護反映發(fā)電機從系統(tǒng)中吸收有功功率的大小。保護帶短時限動作于信號，長時限動作于全停。第五十四頁，共79頁。程序跳閘逆功率保護程跳逆功率是先關掉主汽門，使原動力消失，逆功率后跳發(fā)電機，解決超速的問題。程序跳閘逆功率保護用于確認主汽門關閉后，經(jīng)短延出口全停。第五十五頁，共79頁。逆功率與程序逆功率的區(qū)別首先,“逆功率”是發(fā)電機繼電保護的一種,作為各種原因?qū)е缕啓C原動力失去、發(fā)電機出現(xiàn)有功功率倒送、發(fā)電機變?yōu)殡妱訖C運行異常工況的保護（用于保護汽輪機）。逆功率保護可用于程序跳閘的啟動元件。

而“程序逆功率”嚴格來說不是一種保護，而是為實現(xiàn)跳閘設置的動作過程。程跳逆功率主要是用于程序跳閘，是一種停機方式。

逆功率只要定值達到就動作，程跳逆功率除了要逆功率定值達到，還要汽機主汽門關閉這兩個條件都滿足才能出口。第五十六頁，共79頁。發(fā)電機失步保護同步發(fā)電機正常運行時，定子磁極和轉(zhuǎn)子磁極之間可看成有彈性的磁力線聯(lián)系。當負載增加時，功角將增大，這相當于把磁力線拉長；當負載減小時，功角將減小，這相當于磁力線縮短。當負載突然變化時，由于轉(zhuǎn)子有慣性，轉(zhuǎn)子功角不能立即穩(wěn)定在新的數(shù)值，而是在新的穩(wěn)定值左右要經(jīng)過若干次擺動，這種現(xiàn)象稱為同步發(fā)電機的振蕩。振蕩有兩種類型：一種是振蕩的幅度越來越小，功角的擺動逐漸衰減，最后穩(wěn)定在某一新的功角下，仍以同步轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運行，稱為同步振蕩；另一種是振蕩的幅度越來越大，功角不斷增大，直至脫出穩(wěn)定范圍，使發(fā)電機失步，發(fā)電機進入異步運行，稱為非同步振蕩。

第五十七頁，共79頁。發(fā)電機與系統(tǒng)發(fā)生失步時,將出現(xiàn)發(fā)電機的機械量和電氣量與系統(tǒng)之間的振蕩,這種持續(xù)的振蕩將對發(fā)電機組和電力系統(tǒng)產(chǎn)生有破壞力的影響.

1)

單元接線的大型發(fā)電機-----變壓器組電抗較大,而系統(tǒng)規(guī)模的增大使系統(tǒng)的電抗減小,因此振蕩中心往往落在發(fā)電機端附近或升壓變壓器范圍內(nèi),使振蕩過程對機組的影響大為加重.由于機端電壓周期性的嚴重下降,使廠用輔機工作穩(wěn)定性遭到破壞,甚至導致全廠停機、停爐、停電的重大事故.

2)

失步運行時,當發(fā)電機電勢與系統(tǒng)等效電勢的相位差為180°的瞬間,振蕩電流的幅值接近機端三相短路時的電流.對于三相短路故障發(fā)電機均有快速保護切除,而振蕩電流則要在較長時間內(nèi)反復出現(xiàn),若無相應保護會使定子繞組遭受熱損失或端部遭受機械損傷.

3)

振蕩過程中產(chǎn)生對軸系的周期性扭力,可能造成大軸嚴重機械損傷.

4)

振蕩過程中由于周期性轉(zhuǎn)差變化會在轉(zhuǎn)子繞組中引起感應電流,引起轉(zhuǎn)子繞組發(fā)熱.

5)

大型機組與系統(tǒng)失步,還可能導致電力系統(tǒng)解列甚至崩潰事故.第五十八頁，共79頁。失步保護反應發(fā)電機機端測量阻抗的變化軌跡。阻抗元件電壓取自發(fā)電機機端TV；電流取自發(fā)電機TA。在短路故障，系統(tǒng)穩(wěn)定振蕩，電壓回路斷線等情況下，保護不誤動作。保護斷開斷路器電流不超過斷路器允許開斷電流。第五十九頁，共79頁。發(fā)電機頻率異常運行保護汽輪機的葉片都有一個自然振動頻率,如果發(fā)電機運行頻率低于或高于額定值,在接近或等于葉片自振頻率時,將導致共振,使材料疲勞,達到材料不允許的程度時,葉片就有可能斷裂,造成嚴重事故,材料的疲勞是一個不可逆的積累過程,所以汽輪機給出了在規(guī)定頻率不允許的累計運行時間。低頻運行多發(fā)生在重負荷下,對汽輪機的威脅將更為嚴重,另外對極低頻工況,還將威脅到廠用電的安全,因此發(fā)電機應裝設頻率異常運行保護。第六十頁，共79頁。低頻率繼電器和其相應的時間計數(shù)器應整定為在汽輪機葉片達到疲勞極限前使汽輪發(fā)電機退出運行或報警。低頻保護的時間計數(shù)器應有記憶功能。低頻保護反應系統(tǒng)頻率的降低，并受出口斷路器輔助接點閉鎖。即當發(fā)電機退出運行時低頻保護也退出運行。第六十一頁，共79頁。突加電壓保護突加電壓保護作為發(fā)電機盤車狀態(tài)下,主斷路器誤合閘時的保護。發(fā)變組高壓側(cè)斷路器合閘后,該保護自動退出，解列后自動投入運行。第六十二頁，共79頁。斷線閉鎖保護斷線閉鎖繼電器用來探測電壓互感器或電壓互感器的熔斷器故障或空開跳閘。當發(fā)生故障時，繼電器就動作于信號。第六十三頁，共79頁。發(fā)電機轉(zhuǎn)子接地保護發(fā)電機勵磁回路一點接地故障是常見的故障形式之一,勵磁回路一點接地故障,對發(fā)電機并未造成危害,但相繼發(fā)生第二點接地,即轉(zhuǎn)子兩點接地時,由于故障點流過相當大的故障電流而燒傷轉(zhuǎn)子本體,并使磁勵繞組電流增加可能因過熱而燒傷；由于部分繞組被短接,使氣隙磁通失去平衡從而引起振動甚至還可使軸系和汽機磁化,兩點接地故障的后果是嚴重的,故必須裝設轉(zhuǎn)子接地保護。第六十四頁，共79頁。該保護作為發(fā)電機勵磁回路接地故障情況下的保護。一般配有一點接地保護，二點接地保護。第六十五頁，共79頁。發(fā)電機定子繞組對稱過負荷保護發(fā)電機定子繞組發(fā)電機過負荷通常是由于系統(tǒng)中切除電源、生產(chǎn)過程出現(xiàn)短時沖擊性負荷、大型電動機自啟動、發(fā)電機強行勵磁、失磁運行、同期操作及振蕩等原因引起的。對于大型機組，由于其線性負荷大、材料利用率高、繞組熱容量與銅損比值減小，因而發(fā)熱時間常數(shù)較低。為了避免繞組溫升過高，必須裝設較完善的定子繞組對稱過負荷保護，限制發(fā)電機的過負荷量。限制定子繞組溫升，實際上就是要限制定子繞組電流，所以對稱過負荷保護，就是定子繞組對稱過電流保護。第六十六頁，共79頁。定子過負荷保護反應發(fā)電機定子繞組的平均發(fā)熱狀況。保護動作量同時取發(fā)電機機端、中性點定子電流。分為定時限和反時限定子過負荷保護。第六十七頁，共79頁。發(fā)電機定子匝間保護由于發(fā)電機差動保護不能保護定子繞組匝間短故障，在發(fā)生匝間短路后，若不能及時處理，則可能發(fā)展成為相間故障，造成發(fā)電機重大損壞，因此在大機組中都裝設有發(fā)電機定子匝間短路保護，同時也可保護定子繞組斷線故障。第六十八頁，共79頁。匝間保護的構(gòu)成通常有以下幾種方式:1)橫差保護:當定子繞組出現(xiàn)并聯(lián)分支且發(fā)電機中性點側(cè)有六個引出頭時采用。橫差保護接線簡單、動作可靠、靈敏度高。2)零序電壓原理的匝間保護:采用專門電壓互感器測量發(fā)電機三個相電壓不對稱而生成的零序電壓,該保護由于采用了三次諧波制動故大大提高了保護的靈敏度與可靠性。3)負序功率方向匝間保護:利用負序功率方向判斷是發(fā)電機內(nèi)部不對稱還是系統(tǒng)不對稱故障,保護的靈敏度很高,近年來運行表明該保護在區(qū)外故障時發(fā)生誤動必須增加動作延時,故限制了它的使用。第六十九頁，共79頁。反應零序電壓的匝間短路保護第七十頁，共79頁。當發(fā)電機內(nèi)部發(fā)生匝間短路或發(fā)生對中性點不對稱的各種相間短路時，TV輸出縱向基波零序電壓，縱向零序電壓保護正確動作。發(fā)電機定子匝間保護作為發(fā)電機定子繞組