1、電力系統(tǒng)繼電保護課程設(shè)計報告（20122013學(xué)年 第一學(xué)期）題 目100MW發(fā)電機組繼電保護自動裝置的整定計算系 別 電子與電氣工程系 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 班 級 0920325 學(xué) 號 092032516 姓 名 陳繼輝 指導(dǎo)教師 黃新 完成時間 2012.11.25 評定成績 目錄 第一章 緒 論1第一節(jié) 繼電保繼電保護概述1第二節(jié) 課程設(shè)計的主要內(nèi)容及基本思想22.1畢業(yè)設(shè)計的主要內(nèi)容、功能及技術(shù)指標(biāo)2第二章 短路計算3第一節(jié) 運行方式選擇3第二節(jié) 線路參數(shù)計算32.1基準(zhǔn)值選擇32.2線路等值電抗計算32.3變壓器等值電抗計算3第三節(jié) 短路計算點的選擇43.1電網(wǎng)等效電路圖4

2、3.2 系統(tǒng)阻抗計算43.3 d6點短路計算43.4 d3點短路計算43.4 整定電流選擇4第三章 發(fā)變組保護配置5第一節(jié) 發(fā)電機主保護配置51.1發(fā)電機變壓器電流互感器的選擇：51.2發(fā)電機縱差保護（主保護）51.3 發(fā)電機定子匝間短路保護原理6第二節(jié) 變壓器主保護配置82.1不完全縱差保護82.2 變壓器縱差保護與發(fā)電機縱差保護的不同92.3變壓器縱差保護整定與靈敏度9第四章 發(fā)變組單元后備保護10第一節(jié) 阻抗保護101.1起動元件101.2 阻抗元件101.3 TV斷線檢測元件10第二節(jié) 轉(zhuǎn)子一點接地保護112.1 保護原理：112.2 保護的整定計算：12第三節(jié) 轉(zhuǎn)子兩點接地保護123

3、.1原理分析123.2 定值整定12第五章 發(fā)變組單元異常運行保護配置13第一節(jié) 反時限定子繞組過負荷保護13第二節(jié) 轉(zhuǎn)子繞組的過負荷保護13第三節(jié) 轉(zhuǎn)子表層的過負荷保護13第四節(jié) 勵磁繞組過負荷保護14第五節(jié) 失磁保護145.1 保護原理155.2 保護的邏輯框圖16第六節(jié) 失步保護166.1 失步保護的基本原理166.2 失步保護邏輯框圖17第七節(jié) 發(fā)電機低頻保護187.1 保護原理187.2 保護的邏輯框圖18第八節(jié) 發(fā)電機逆功率保護原理188.1 保護原理188.2 保護邏輯圖見圖19第九節(jié) 發(fā)電機起停機保護原理199.1 構(gòu)成原理及邏輯框圖199.2 保護的邏輯框圖20第十節(jié) 發(fā)電機

4、意外突加電壓保護原理2010.1保護原理2010.2 保護邏輯框圖20第十一節(jié) 非全相保護21第六章 發(fā)變組非電量保護22第一節(jié) 主變輕瓦斯保護221.1 變壓器瓦斯保護的作用221.2 變壓器輕瓦斯保護的原理231.3 輕瓦斯保護的整定23第二節(jié) 主變重瓦斯保護232.1 變壓器重瓦斯保護的原理232.2重瓦斯保護的整定23第七章 發(fā)變組微機保護241.1 發(fā)電機變壓器組微機保護裝置的選擇24第八章 發(fā)變組配置說明241.1 100MW汽輪發(fā)電機變壓器組保護動作行為表24小結(jié)26參考文獻26第一章 緒 論第一節(jié) 繼電保繼電保護概述電力系統(tǒng)在運行中，由于電氣設(shè)備的絕緣老化、損壞、雷擊、鳥害、設(shè)

5、備缺陷或誤操作等原因，可能發(fā)生各種故障和不正常運行狀態(tài)。最常見的而且也是最危險的故障是各種類型的短路，最常見的不正常運行狀態(tài)是過負荷，最常見的短路故障是單相接地。這些故障和不正常運行狀態(tài)嚴(yán)重危及電力系統(tǒng)的安全和可靠運行，這就需要繼電保護裝置來反應(yīng)設(shè)備的這些不正常運行狀態(tài)。 所謂繼電保護裝置，就是指能反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣設(shè)備所發(fā)生的故障或不正常狀態(tài)，并動作于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種自動裝置。它的基本作用是： 當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，能自動地、迅速地、有選擇性地將故障設(shè)備從電力系統(tǒng)中切除，以保證系統(tǒng)其余部分迅速恢復(fù)正常運行，并使故障設(shè)備不再繼續(xù)遭受損壞。 當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生不正常狀態(tài)時，能自動地、及時地、有

6、選擇性地發(fā)出信號通知運行人員進行處理，或者切除那些繼續(xù)運行會引起故障的電氣設(shè)備。可見，繼電保護裝置是電力系統(tǒng)必不可少的重要組成部分，對保障系統(tǒng)安全運行、保證電能質(zhì)量、防止故障的擴大和事故的發(fā)生，都有極其重要的作用。為完成繼電保護的基本任務(wù)，對于動作于斷路器跳閘的繼電保護裝置，必須滿足以下四項基本要求： 選擇性 選擇性是指電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，繼電保護僅將故障部分切除，保障其他無故障部分繼續(xù)運行，以盡量縮小停電范圍。繼電保護裝置的選擇性，是依靠采用合適類型的繼電保護裝置和正確選擇其整定值，使各級保護相互配合而實現(xiàn)的。 快速性 為了保證電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和對用戶可靠供電，以及避免和減輕電氣設(shè)備在事

7、故時所遭受的損害，要求繼電保護裝置盡快地動作，盡快地切除故障部分。但是，并不是對所有的故障情況，都要求快速切除故障，應(yīng)根據(jù)被保護對象在電力系統(tǒng)中的地位和作用，來確定其保護的動作速度。 （3）靈敏性 靈敏性是繼電保護裝置對其保護范圍內(nèi)發(fā)生的故障或不正常工作狀態(tài)的反應(yīng)能力，一般以靈敏系數(shù)K表示。靈敏系數(shù)K越大，說明保護的靈敏度越高。每種繼電保護均有特定的保護區(qū)(發(fā)電機、變壓器、母線、線路等)，各保護區(qū)的范圍是通過設(shè)計計算后人為確定的，保護區(qū)的邊界值稱為該保護的整定值。 可靠性 可靠性是指當(dāng)保護范圍內(nèi)發(fā)生故障或不正常工作狀態(tài)時，保護裝置能夠可靠動作而不致拒絕動作，而在電氣設(shè)備無故障或在保護范圍以外發(fā)

8、生故障時，保護裝置不發(fā)生誤動。保護裝置拒絕動作或誤動作，都將使保護裝置成為擴大事故或直接產(chǎn)生事故的根源。因此，提高保護裝置的可靠性是非常重要的 以上對繼電保護裝置所提出的四項基本要求是互相緊密聯(lián)系的，有時是相互矛盾的。例如，為了滿足選擇性，有時就要求保護動作必須具有一定的延時，為了保證靈敏度，有時就允許保護裝置無選擇地動作，再采用自動重合閘裝置進行糾正，為了保證快速性和靈敏性，有時就采用比較復(fù)雜和可靠性稍差的保護?？傊鶕?jù)具體情況 (被保護對象、電力系統(tǒng)條件、運行經(jīng)驗等)，分清主要矛盾和次要矛盾，統(tǒng)籌兼顧，力求相對最優(yōu)。護概述第二節(jié) 課程設(shè)計的主要內(nèi)容及基本思想 本次設(shè)計的主要內(nèi)容是一個2

9、*200MW火力發(fā)電廠的電氣二次部分設(shè)計。在這次設(shè)計中一共分通過以下幾個步驟來完成成本次的設(shè)計任務(wù)。2.1畢業(yè)設(shè)計的主要內(nèi)容、功能及技術(shù)指標(biāo)1、電廠規(guī)模與主要技術(shù)指標(biāo)：（1）裝機容量: 裝機2臺，容量分別為 2X200MW, UN=15.75KV（2） 保證供電安全、可靠、經(jīng)濟；2、主要內(nèi)容：（1）確定保護配置：根據(jù)設(shè)計任務(wù)書，分析原始資料與數(shù)據(jù)，對電廠擴建發(fā)變機組進行保護配置的選?。?）整定計算：選擇發(fā)電機變壓器的保護配置對其進行整定計算。（3）繪制保護配置圖：根據(jù)電氣主接線發(fā)變機組的保護要求，繪制保護配置圖3、原始資料1.1 發(fā)電廠及110kv電網(wǎng)接線圖(1) 各變電站、發(fā)電廠的操作直流電

10、源電壓U=220V；(2) 發(fā)電廠最大發(fā)電容量225+50=100MW，最小發(fā)電容量為50MW，正常運行方式為發(fā)電廠發(fā)電容量最大，即100MW； (3) 線路X1=0.4/km, X0=0.4/km； (4) 變壓器均為YN，D11，1102.5%/10.5KV, UK=10.5%； (5) t=0.5S,負荷側(cè)后備保護動作時間tdz=1.5S, 允許的最大故障切除時間為0.85S，變壓器和母線均配置有差動保護； (6) 發(fā)電廠升壓變中性點直接接地，其他變壓器不接地；(7) 110KV斷路器跳閘時間為0.07S，(8) 線路AC、BC、AB、CD的最大負荷電流分別為：230、150、230、1

11、40A，負荷自啟動系數(shù)Kss=1.5；第二章 短路計算第一節(jié) 運行方式選擇 電力系統(tǒng)運行方式的變化，直接影響保護的性能。因此，在對繼電保護進行整定計弊之前，首先應(yīng)該分析運行方式。這里要著重說明繼電保護的最大運行方式是指電網(wǎng)在某種連接情況下通過保護的電流值最大，繼電保護的最小運行方式是指電網(wǎng)在某種連接情況下通過保護的電流值最小。因此，系統(tǒng)的最大運行方式不一定就是保護的最大運行方式；系統(tǒng)的最小運行方式也不一定就是保護的最小運行方式。由原始資料得發(fā)電廠最大發(fā)電容量225+50=100MW，最小發(fā)電容量為50MW，正常運行方式為發(fā)電廠發(fā)電容量最大，即G1 G2 G3同時并列運行；所以該發(fā)電機組運行方式

12、為最大運行方式，短路計算以此為依據(jù)。第二節(jié) 線路參數(shù)計算 2.1基準(zhǔn)值選擇基準(zhǔn)功率：SB=100MVA，基準(zhǔn)電壓：VB=115V?；鶞?zhǔn)電流：IB=SB/1.732 VB=100103/1.732115=0.502KA；基準(zhǔn)電抗：ZB=VB/1.732 IB=115103/1.732502=132.25；電壓標(biāo)幺值：E=E(2)=1.052.2線路等值電抗計算(1) 線路L1等值電抗計算正序以及負序電抗：XL1= X1L1=0.460=24XL1*= XL1/ ZB=24/132.25=0.1814零序電抗： XL10= X0L1= 3X1L1=30.460=72XL10*= XL10/ ZB=

13、72/132.25=0.5444(2) 線路L3等值電抗計算正序以及負序電抗： XL3= X1L3=0.490=36XL3*= XL3/ ZB=36/132.25=0.2722零序電抗： XL30= X0L3= 3X1L3=30.490=108XL30*= XL30/ ZB=108/132.25=0.81662.3變壓器等值電抗計算(1) 變壓器T1、T2等值電抗計算XT1= XT2=(UK%/100)(VN2103/ SN)40.333XT1*= XT2*=XT1/ ZB=40.333/132.25=0.3050(2) 變壓器T3等值電抗計算XT3=(UK%/100)(VN2103/ SN)

14、21.175XT3*=XT3/ ZB=21.175/132.25=0.1601第三節(jié) 短路計算點的選擇 3.1電網(wǎng)等效電路圖 由于短路電流計算是電網(wǎng)繼電保護配置設(shè)計的基礎(chǔ),因此分別考慮最大運行方式(三臺發(fā)電機全部投入,系統(tǒng)環(huán)網(wǎng)取開網(wǎng)運行)時各線路未端短路的情況,最小運行方下(三臺中最小的一臺投入,系統(tǒng)按環(huán)網(wǎng)計算)時各線路未端短路的情況。電網(wǎng)等效電路圖如圖3.1所示圖3-1電網(wǎng)等效電路圖由于本設(shè)計只考慮E母線和F母線之前的部分，所以短路計算只選擇d6和d3，這樣能保證流過母線A的電流為最大短路電流3.2 系統(tǒng)阻抗計算 Zs .max=(G1+T1)|( G2+T2) |( G3+T3)= (0.

15、4224+0.3050)|( 0.4224+0.3050) |( 0.2064+0.1601)=0.18253.3 d6點短路計算正序短路電流其中：Xff6= Zs .max +XL3 =0.1825+0.2722=0.4547Id6max*=E/Xff7=1.05/0.45472.3092Id6max=Id6max*IB=2.30920.5021.1592KA3.4 d3點短路計算 (1)最大運行方式正序短路電流Xff3= Zs .max +XL1=0.1825+0.1814=0.3639Id3max*=E/Xff3=1.05/0.36392.8463Id3max=Id3max*IB=2.8

16、4630.5021.4288KA3.4 整定電流選擇 由3.3和3.4分別算出各路短路電流，由于Id6max I_(set,2)式中：i_為相電流突變量；I_2為負序電流；I_set、I_(set,2)分別為相電流突變量起動元件和負序電流起動元件的動作整定值，通常均取電流互感器二次額定電流的0.2倍。1.2 阻抗元件阻抗元件時變壓器阻抗保護的測量元件，用于測量相間短路阻抗值，構(gòu)成變壓器相間短路的后備保護。阻抗元件采用00接線方式，其動作特性可根據(jù)需要整定為全阻抗圓特性或偏移阻抗圓特性，動作的正方向可以指向變壓器，也可以指向母線，由保護的控制字控制。1.3 TV斷線檢測元件TV斷線檢測元件的作用

17、是防止TV斷線時，變壓器阻抗保護誤動作。當(dāng)該元件檢測到TV二次回路斷線時，將阻抗保護閉鎖，并發(fā)出告警信息。BC相間阻抗判據(jù)動作CA相間阻抗判據(jù)動作相電流突變量啟動元件動作負序電流突變量啟動元件動作后備保護應(yīng)連接片投入阻抗保護軟連接片投入機端TV斷線&1保護段動作t1t2保護段動作AB相間阻抗判據(jù)動作圖4-1 保護邏輯圖第二節(jié) 轉(zhuǎn)子一點接地保護發(fā)電機正常運行時，轉(zhuǎn)子回路對地之間有一定的絕緣電容和分布電阻。當(dāng)轉(zhuǎn)子回路發(fā)生一點接地故障時，由于沒有形成電流回路，對發(fā)電機運行沒有直接影響；一旦發(fā)電機發(fā)生轉(zhuǎn)子兩點接地后，勵磁繞組將形成短路，使轉(zhuǎn)子磁場畸變，引起機體強烈震動，嚴(yán)重損壞發(fā)電機。因此，有關(guān)規(guī)程要

18、求發(fā)電機必須裝有轉(zhuǎn)子回路一點接地保護，動作于信號；裝設(shè)轉(zhuǎn)子回路兩點接地保護，動作于跳閘。 2.1 保護原理： 切換采樣式轉(zhuǎn)子一點接地保護采用開關(guān)切換采樣原理，通過求解兩個不同的接地回路方程，實時計算轉(zhuǎn)子接地電阻和接地位置。 當(dāng)設(shè)S1閉合，S2斷開時，在上測得電壓；當(dāng)S2閉合，S1斷開時，在上測得電壓。，則： 正常運行時：4個電阻R對稱，；轉(zhuǎn)子一點接地時，,當(dāng)接地電阻小于或等于接地電阻整定值 時，經(jīng)延時發(fā)信號。2.2 保護的整定計算：保護的接地電阻整定值取決于正常運行時轉(zhuǎn)子回路的絕緣水平。當(dāng)接地電阻的高整定值整定為10K時，延時（410 s）東方工作于發(fā)信號；當(dāng)接地電阻低整定值整定為10K時，延

19、時（14s）動作與跳閘。3.保護邏輯框圖：Rk Rk.set啟動判據(jù)滿足開放判據(jù)滿足勵磁回路一點接地保護投入保護動作&t&第三節(jié) 轉(zhuǎn)子兩點接地保護當(dāng)發(fā)電機發(fā)生勵磁繞組兩點接地時，故障電流過的短路電流數(shù)值很大，會燒壞轉(zhuǎn)子；當(dāng)部分轉(zhuǎn)子被短接，勵磁繞組電流增加，轉(zhuǎn)子有可能因過熱而損壞；部分繞組被短接時氣隙磁通失去平衡，會引起機組劇烈振動，可能因此造成災(zāi)難性破壞；轉(zhuǎn)子兩點接地短路時還會使軸系和汽機磁化。因此對于發(fā)電機很有必要裝設(shè)轉(zhuǎn)子兩點接地保護。3.1原理分析轉(zhuǎn)子兩點接地保護共享轉(zhuǎn)子一點接地時測得接地位置的數(shù)據(jù)。所以，在一點接地故障后，保護裝置繼續(xù)測量接地電阻的位置，若再發(fā)生轉(zhuǎn)子一點接地故障，則以測得

20、的值將變化。當(dāng)其變化值超過整定值時，保護裝置就認為已發(fā)生轉(zhuǎn)子兩點接地故障，發(fā)電機應(yīng)立即停機。3.2 定值整定式中轉(zhuǎn)子連點接地時位置變化的整定值接地位置變化動作值一般可以整定為（5%10%）（為發(fā)電機勵磁電壓）；動作時限避開瞬時出現(xiàn)的兩點接地故障整定，一般為0.51.0s。第五章 發(fā)變組單元異常運行保護配置第一節(jié) 反時限定子繞組過負荷保護對于非直吹冷卻方式的中小型發(fā)電機定子繞組的過負荷保護，采用單相式定時限電流保護，經(jīng)延時動作與信號。保護的電流按在發(fā)電機長期允許的負荷電流下能可靠返回的條件整定，即：式中 發(fā)電機額定電流 可靠系數(shù)，取1.5 返回系數(shù)，取0.85保護的動作時限應(yīng)與發(fā)電機在過負荷條件

21、下允許的時間相配合，并大于相間短路后備保護最大延時。對于直接冷卻的大中型發(fā)電機，定子繞組的過負荷保護，由定時限電流保護和反時限電流保護兩部分組成。定時限部分，經(jīng)延時動作與信號，有條件時可動作于自動減負荷；反時限部分按反時限特性動作與跳閘。第二節(jié) 轉(zhuǎn)子繞組的過負荷保護轉(zhuǎn)子繞組過負荷保護的配置與整定原則和定子繞組過負荷保護相似。對于30MW及以上的發(fā)電機，轉(zhuǎn)子繞組過負荷保護由定時限電流保護和反時限電流保護兩部分組成，定時限部分經(jīng)延時動作與信號，反時限部分動作于解列滅磁。定時限過負荷保護的動作電流，按發(fā)電機正常運行最大勵磁電流下能可靠返回的條件整定計算公式與定子繞組過負荷保護計算公式相同。反時限過負

22、荷保護按：進行整定。第三節(jié) 轉(zhuǎn)子表層的過負荷保護當(dāng)發(fā)電機三相負荷不對稱或系統(tǒng)發(fā)生不對稱短路時，定子繞組中的負序電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，該磁場旋轉(zhuǎn)的方向與轉(zhuǎn)子運動方向相反，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，甚至引起護環(huán)松脫導(dǎo)致發(fā)生重大事故。另外，在定子轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生的100HZ交變電磁力矩的作用下，機組會發(fā)生振動。為防止以上事故的發(fā)生，發(fā)電機應(yīng)裝設(shè)轉(zhuǎn)子表層負序過負荷保護，即反時限負序電流保護。同時，該保護還可以兼作系統(tǒng)不對稱故障的后備保護。對于中小型的發(fā)電機轉(zhuǎn)子表層的負序過負荷保護，通常采用兩段式定時限負序電流保護。段

23、動作電流按與相鄰元件后備保護配合的條件整定，一般取，經(jīng)35s延時后動作于跳閘。段動作電流按躲過發(fā)電機長期允許的負序電流，一般取，經(jīng)510s延時后動作于信號。大型發(fā)電機組轉(zhuǎn)子表層負序過負荷保護，一般由定時限負序電流保護反時限負序電流保護兩部分組成。定時限負序電流保護動作與信號，反時限負序電流保護動作于跳閘。定時限負序電流保護的動作電流，按在發(fā)電機長期允許的負荷電流下能可靠返回的條件整定。反時限負序電流保護的動作電流應(yīng)與發(fā)電機承受負序電流的能力相配合。第四節(jié) 勵磁繞組過負荷保護勵磁繞組過負荷保護與定子繞組過負荷保護類似，也由定時限電流保護和反時限電流保護兩部分組成。定時限部分的動作電流按在正常勵磁

24、電流下能夠可靠返回的條件整定。反時限部分的動作特性按：進行整定，動作于解列滅磁。發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)，有的用交流勵磁電源經(jīng)可控或不可控整流裝置組成。對于這種勵磁系統(tǒng)，發(fā)電機勵磁繞組過負荷保護可以配置在直流側(cè)，也可以配置在交流側(cè)。當(dāng)由備用勵磁機時，保護裝置配置在直流側(cè)可以在使用備用勵磁機時勵磁繞組不失去保護，但此時需要裝設(shè)比較昂貴的直流變換設(shè)備。為了使勵磁繞組過負荷保護能兼作勵磁機、整流裝置及其引出線的短路保護，長裝設(shè)在中性點側(cè)，當(dāng)中性點沒有引出端子時，則配置在勵磁機的機端。此時，保護裝置的動作電流要計及整流系數(shù)換算到交流側(cè)。第五節(jié) 失磁保護發(fā)電機失磁通常是指發(fā)電機勵磁異常下降或勵磁完全消失的故障。

25、勵磁異常下降指發(fā)電機勵磁電流的降低超過了靜態(tài)穩(wěn)定極限所允許的程度，使發(fā)電機穩(wěn)定運行遭到破壞。造成勵磁異常下降的原因通常是由于主勵磁機故障；誤操作的過量調(diào)整等。完全勵磁消失就是發(fā)電機失去勵磁電源，通常由于自動滅磁開關(guān)誤跳閘、勵磁調(diào)節(jié)器整流裝置中自動開關(guān)誤跳閘、勵磁繞組斷線或端口短路等原因引起。對于不允許失磁后繼續(xù)運行的發(fā)電機，失磁保護應(yīng)動作于跳閘。當(dāng)發(fā)電機允許失磁運行時保護可動作于信號，并要求失磁保護與切換勵磁、自動減負荷等自動控制相結(jié)合，以取得發(fā)電機失磁后的最好處理效果。發(fā)電機失磁對發(fā)電機本身的影響主要有: 1、由于發(fā)動機失磁后出現(xiàn)轉(zhuǎn)差,在發(fā)電機轉(zhuǎn)子回路中出現(xiàn)差頻電流,差頻電流在轉(zhuǎn)子回路中產(chǎn)生

26、損耗,如果超出允許值,將使轉(zhuǎn)子過熱。特別是直接冷卻的高力率大型機組,其熱容量裕度相對降低,轉(zhuǎn)子更容易過熱。而轉(zhuǎn)子表層的差頻電流,還可能使轉(zhuǎn)子本體槽楔、護環(huán)的接觸面上發(fā)生嚴(yán)重的局部過熱甚至灼傷； 2、失磁發(fā)電機進入異步運行之后,發(fā)電機的等效電抗降低,從電力系統(tǒng)中吸收無功功率,失磁前帶的有功功率越大,轉(zhuǎn)差就越大,等效電抗就越小,所吸收的無功功率就越大。在重負荷下失磁后,由于過電流,將使發(fā)電機定子過熱；3、對于直接冷卻高力率的大型汽輪發(fā)電機,其平均異步轉(zhuǎn)矩的最大值較小,慣性常數(shù)也相對降低,轉(zhuǎn)子在縱軸和橫軸方面,也呈較明顯的不對稱。由于這些原因, 在重負荷下失磁后,這種發(fā)電機轉(zhuǎn)矩、有功功率要發(fā)生劇烈的

27、周期性擺動，將有很大甚至超過額定值的電機轉(zhuǎn)矩周期性地作用到發(fā)電機的軸系上,并通過定子傳遞到機座上。此時,轉(zhuǎn)差也作周期性變化,其最大值可能達到4%5%, 發(fā)電機周期性地嚴(yán)重超速。這些情況,都直接威脅著機組的安全；4、失磁運行時,定子端部漏磁增強,將使端部的部件和邊段鐵芯過熱。5.1 保護原理對于大型發(fā)電機通常裝設(shè)專門的失磁保護，動作于信號、減負荷或停機。大型機組突然跳閘會給機組本身造成大的沖擊，對系統(tǒng)也會加重擾動，因此一般汽輪發(fā)電機的詩詞保護僅動作于減負荷，轉(zhuǎn)入低負荷異步運行。若不能在允許的異步時間內(nèi)消除失磁因素，保護在動作于跳閘。若大型機組失磁而危及電力系統(tǒng)安全時，保護應(yīng)盡快斷開失磁的發(fā)電機。

28、以靜穩(wěn)態(tài)邊界為動作判據(jù)，采用變勵磁電壓（P）原理，即得動作電壓隨P變化，對于隱極機，動作判據(jù)為式中，整定系數(shù)，單位“伏/瓦”，即為 平面上動作特性直線的斜率；發(fā)電機有功功率，單位“瓦”；發(fā)電機額定功率，單位“瓦”；發(fā)電機勵磁電壓，單位“伏”；5.2 保護的邏輯框圖第六節(jié) 失步保護隨著電力系統(tǒng)容量不斷增加，大型發(fā)電廠高壓母線的系統(tǒng)阻抗較小，一旦發(fā)生系統(tǒng)非穩(wěn)定性振蕩，其振蕩中心很容易進入失步發(fā)電機變壓器組內(nèi)部，這將嚴(yán)重威脅失步的發(fā)電機和系統(tǒng)的安全運行。所以發(fā)電機組均加裝有失步保護，并有多種不同類型判據(jù)的失步保護。6.1 失步保護的基本原理失步保護的基本原理主要是通過測量阻抗的軌跡變化情況來檢測是否

29、失步。其主要指標(biāo)有三點:一是測量阻抗軌跡為自左向右或自右向左依次穿越整定阻抗區(qū)域，穿越一次則記錄為滑極次數(shù)加一；二是每穿越一個區(qū)域都大于一定延時，以區(qū)別于故障以及區(qū)分失步振蕩和穩(wěn)定振蕩；三是滑極次數(shù)達到一定值時，則動作出口。失步保護要求在短路故障、系統(tǒng)振蕩、電壓回路斷線等情況下，保護不誤動作。失步保護反應(yīng)發(fā)電機失步振蕩引起的異步運行，失步保護阻抗元件計算采用發(fā)電機正序電壓、正序電流，阻抗軌跡在各種故障下均能正確反映。國內(nèi)失步保護主要采用三阻抗元件失步保護動作特性或雙遮擋器失步保護動作特性。 保護采用三阻抗元件失步繼電器動作特性, 如下圖第一部分是透鏡特性，圖中，它把阻抗平面分成透鏡內(nèi)的部分I和

30、透鏡外的部分O。第二部分是遮擋器特性，圖中，它把阻抗平面分成左半部分L和右半部分R。 兩種特性的結(jié)合，把阻抗平面分成四個區(qū)OL、IL、IR、OR，阻抗軌跡順序穿過四個區(qū)（OLILIROR或ORIRILOL），并在每個區(qū)停留時間大于一時限，則保護判為發(fā)電機失步振蕩。每順序穿過一次，保護的滑極計數(shù)加1，到達整定次數(shù)，保護動作。第三部分特性是電抗線，圖中，它把動作區(qū)一分為二，電抗線以上為I段（U），電抗線以下為II段（D）。阻抗軌跡順序穿過四個區(qū)時位于電抗線以下，則認為振蕩中心位于發(fā)變組內(nèi)，位于電抗線以上，則認為振蕩中心位于發(fā)變組外，兩種情況下滑極次數(shù)可分別整定，保護可動作于報警信號, 也可動作于跳

31、閘。6.2 失步保護邏輯框圖第七節(jié) 發(fā)電機低頻保護7.1 保護原理大型汽輪發(fā)電機運行中允許其頻率變化的范圍為48.550.5Hz,低于48.5Hz 時,累計運行時間和每次持續(xù)運行時間達到定值,保護動作于信號或跳閘。汽輪機葉片有自己的自振頻率。并網(wǎng)運行的發(fā)電機，當(dāng)系統(tǒng)頻率異常時，汽輪機葉片可能產(chǎn)生共振，從而使葉片發(fā)生疲勞，長久下去可能損壞汽輪機的葉片。發(fā)電機頻率異常保護，是保護汽輪機安全的。7.2 保護的邏輯框圖圖7-2-1保護的邏輯框圖第八節(jié) 發(fā)電機逆功率保護原理發(fā)電機逆功率保護用于保護汽輪發(fā)電機組，當(dāng)主汽門誤關(guān)閉，或機組保護動作于關(guān)閉主汽門而出口斷路器未跳閘時等原因，發(fā)電機將變?yōu)殡妱訖C運行，

32、從系統(tǒng)吸收有功功率。此時由于鼓風(fēng)損失等，汽輪機尾部葉片可能過熱，造成汽輪機損壞。一般汽輪發(fā)電機組不允許這種情況長期存在，而發(fā)電機逆功率保護可以很好的起到這種保護作用。發(fā)電機的功率計算采用三相電壓和三相電流得到。8.1 保護原理逆功率保護反應(yīng)發(fā)電機從系統(tǒng)吸收有功功率的大小。電壓取自發(fā)電機機端 TV，電流取自發(fā)電機機端(或中性點)TA。保護按三相接線，有功功率為：為電壓超前電流的角度，動作判據(jù)為：為逆功率保護動作整定值。保護設(shè)有2 段延時，短延時t1(1s5s)用于發(fā)信號，延時 (10s600s)可用于跳閘。8.2 保護邏輯圖見圖圖8-2-1保護邏輯圖見圖第九節(jié) 發(fā)電機起停機保護原理發(fā)電機啟動或停

33、機過程中，頻率低，轉(zhuǎn)速也低。若在啟停機過程中發(fā)電機發(fā)生故障，反映工頻的主設(shè)備保護可能不能正確動作，因此應(yīng)設(shè)置能反映在啟停機過程中發(fā)生定子接地故障和相間短路故障的啟停機保護，即：反映發(fā)電機低速運行時的定子接地故障的零序電壓式啟停機保護，及反映發(fā)電機低速運行時的相間故障的低頻過電流保護。9.1 構(gòu)成原理及邏輯框圖保護的輸入電壓為取自機端TV 開口三角形繞組的零序電壓或中性點TV（或消弧線圈或配電變壓器）二次電壓，采用專用的測量回路，其工作頻率范圍：5HZ55HZ，誤差不大于5%。該保護只作為發(fā)電機啟停機過程中的輔助保護，它由斷路器輔助接點控制，待發(fā)電機并網(wǎng)后可自動退出運行。動作方程式中： 機端TV

34、 開口三角電壓或中性點TV（配電變壓器或消弧線圈）二次電壓；動作電壓整定值。9.2 保護的邏輯框圖圖9-2-1保護的邏輯框圖第十節(jié) 發(fā)電機意外突加電壓保護原理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。10.1保護原理發(fā)電機在盤車或靜止時，發(fā)生出口斷路器誤合閘，系統(tǒng)三相工頻電壓突然加在機端，使同步發(fā)電機處于異步啟動工況，由系統(tǒng)向發(fā)電機定子繞組倒送的電流（正序電流）在氣隙中產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場在轉(zhuǎn)子本體中感應(yīng)工頻或接近工頻的電流，從而引起轉(zhuǎn)子過熱而損傷，還可能由于潤滑油油壓不足使旋轉(zhuǎn)軸承磨損。當(dāng)停機、盤車或起動升速但磁場開關(guān)未閉合時誤合閘，過流元件快速動作于跳閘，同時，由于發(fā)電機處于同步

35、電機的異步起動過程，阻抗元件延時動作于跳閘，構(gòu)成雙重化保護；當(dāng)并網(wǎng)前，機組啟動，斷路器斷開，而磁場開關(guān)閉合時，過流元件退出工作，此時，若正常并網(wǎng)，阻抗元件不動作，誤合閘保護不會動作，若發(fā)生誤合閘，阻抗元件動作于跳閘。10.2 保護邏輯框圖圖12-2-1 保護邏輯框圖第十一節(jié) 非全相保護發(fā)電機變壓器組的非全相運行故障，大多數(shù)發(fā)生在機組解列、并列的操作過程中，正確地進行機組解列或并列的操作是大幅度地減少因負序電流燒損發(fā)電機轉(zhuǎn)子的簡單而有效的措施。因此只要遵循保持發(fā)電機勵磁、穩(wěn)定機組轉(zhuǎn)速、減少機組出力、控制定子電流的原則，嚴(yán)格按照合理順序進行操作和調(diào)整，完全可以把負序電流控制在允許的范圍之內(nèi)。變壓器

36、220KV及以上高壓側(cè)的斷路器，多為分相操作的斷路器，常由于誤操作或機械方面的原因，使三相不能同時合閘或跳閘，或在正常運行中突然一相跳閘。當(dāng)發(fā)變組裝有轉(zhuǎn)子表層負序過負荷保護時，該保護有較長的延時有可能使相鄰線路對側(cè)后備保護搶先動作，導(dǎo)致故障范圍擴大，甚至造成系統(tǒng)瓦解。因此，對于在系統(tǒng)中占有重要地位的電力變壓器，220KV及以上電壓側(cè)分相操作的斷路器，當(dāng)非全相運行可能引起電力系統(tǒng)中其它保護越級跳閘，造成嚴(yán)重故障時，要求裝設(shè)非全相運行保護。運行經(jīng)驗證明：220KV電壓等級的分相操作斷路器，發(fā)生非全相運行的情況是多見的，并在某些聯(lián)系薄弱的電力系統(tǒng)中造成穩(wěn)定破壞事故。因此，非全相運行保護得到普遍應(yīng)用。

37、非全相運行保護，一般有靈敏的負序電流元件和非全相判別回路組成。經(jīng)短延時（如t=0.20.5s）動作于斷開其他健全相。如果是操動機構(gòu)故障，不能斷開其他健全相，則應(yīng)動作于母線失靈保護，切斷與本回路有關(guān)的母線段上的其他有源電路。但是失靈保護不允許采用斷路器輔助觸點作判別元件。非全相運行故障時，發(fā)電機組運行工況的主要變化：1、由于主斷路器一相或兩相在合閘狀態(tài)，致使發(fā)電機定子電流嚴(yán)重不對稱。（1）在主斷路器一相未斷開時（一相運行）電流幅值的變化規(guī)律是：比故障相滯后的一相電流為零，其它兩相電流基本相等；（2）在主斷路器兩相未斷開時，電流幅值的變化規(guī)律是：比故障相滯后一相電流最大，其它兩相電流基本相等。2、

38、汽輪機打閘后，由于發(fā)變組處于非全相及失磁狀態(tài)下與系統(tǒng)連著，處于穩(wěn)定的異步電動機不對稱運行狀態(tài)（空載），發(fā)電機轉(zhuǎn)速下降不明顯。3、發(fā)電機出口電壓明顯下降，由于發(fā)電機失磁、主斷路器非全相斷開的狀態(tài)下，發(fā)電機變成了一個感性負載，處于穩(wěn)定的異步電動機的不對稱運行狀態(tài)，從系統(tǒng)吸取大量無功功率，使發(fā)電機出口電壓明顯下降。4、由于汽輪機打閘，發(fā)電機滅磁開關(guān)斷開，發(fā)電機從系統(tǒng)吸收有、無功功率，使發(fā)電機有功功率表、無功功率表指示反向。5、非全相運行時，負序電流產(chǎn)生的負序磁場在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生兩倍頻率的脈動轉(zhuǎn)矩，使發(fā)電機組產(chǎn)生100周/秒的振動。6、非全相運行時間過久，轉(zhuǎn)子線槽端頭鋁槽楔會過熱熔化，護環(huán)嵌裝面緊力消失，

39、轉(zhuǎn)子失去平衡，引起機組的強烈振動。非全相運行保護邏輯框圖：圖11-1非全相運行保護邏輯框圖第六章 發(fā)變組非電量保護發(fā)電機-變壓器組非電量保護,主要有變壓器的瓦斯保護、壓力釋放保護、繞組溫度保護、油溫和油位保護，發(fā)電機的斷水保護等，而每一種非電量保護對于發(fā)電機-變壓器組都是缺一不可的，若不重視非電量故障，讓它發(fā)展的話，那么對于發(fā)電機和變壓器將是致命的危害，甚至危及電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。所以，要做好非電量的保護工作，下面主要介紹的變壓器的瓦斯保護。第一節(jié) 主變輕瓦斯保護1.1 變壓器瓦斯保護的作用變壓器的瓦斯保護可用來反應(yīng)油浸式變壓器油箱內(nèi)的各種故障。當(dāng)變壓器油箱內(nèi)故障時，瓦斯保護有著獨特的、其他保

40、護所不具備的優(yōu)點。如變壓器發(fā)生嚴(yán)重漏油、繞組斷線故障或繞組匝間短路產(chǎn)生的短路電流值不足以使其他保護動作時，只有瓦斯保護能夠靈敏的動作發(fā)出信號或跳閘。所以變壓器的瓦斯保護是大型變壓器內(nèi)部故障的重要保護。當(dāng)變壓器油箱內(nèi)發(fā)生故障時，在故障點電流和電弧的作用下，變壓器油及其他絕緣材料因局部受熱而分解產(chǎn)生氣體，這些氣體將從油箱流向油枕的上部。當(dāng)故障嚴(yán)重時，變壓器油會迅速膨脹并產(chǎn)生大量的氣體，此時將有劇烈的氣體夾雜著油流沖向油枕的上部。根據(jù)油箱內(nèi)部故障的這一特點，構(gòu)成變壓器的瓦斯保護。由于變壓器的瓦斯保護是反應(yīng)上述氣流、油流而動作的，所以它是變壓器的非電量保護。變壓器的瓦斯保護分為重瓦斯保護和輕瓦斯保護兩

41、部分。當(dāng)變壓器油箱內(nèi)輕微故障或嚴(yán)重漏油時，輕瓦斯保護動作延時作用于信號；當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時，重瓦斯保護動作，瞬時動作跳開變壓器的各側(cè)斷路器。氣體繼電器變壓器瓦斯保護的主要元件。它安裝在變壓器油箱與油枕之間的連接管道上。為使氣體能順利進入氣體繼電器和油枕，變壓器安裝時，應(yīng)使頂蓋與水平面之間有11.5的坡度，連接管有24的升高坡度。1.2 變壓器輕瓦斯保護的原理當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生輕微故障時，變壓器油分解產(chǎn)生的氣體匯集在氣體繼電器上部迫使繼電器內(nèi)的油面下降，開口杯露出油面，因其受到的浮力減小失去平衡而下沉，帶動永久磁鐵4下降，當(dāng)永久磁鐵4靠近干簧觸點15時，干簧觸點15接通，發(fā)出輕瓦斯動作信號

42、。當(dāng)變壓器漏油嚴(yán)重時，同樣由于油面下降而發(fā)出輕瓦斯信號。1.3 輕瓦斯保護的整定氣體繼電器使用時，通過移動重錘6的位置，可調(diào)整輕瓦斯保護的動作值。其動作值采用氣體容積的大小表示，整定范圍通常為250300。氣體繼電器安裝完畢，從排氣口17打進空氣，檢查輕瓦斯保護動作的可靠性。第二節(jié) 主變重瓦斯保護2.1 變壓器重瓦斯保護的原理當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時，油箱內(nèi)產(chǎn)生大量氣體，強大的氣體伴隨著油流沖擊擋板10，當(dāng)油流的速度達到整定值時，擋板10克服彈簧的反作用力向前移動，帶動永久磁鐵11靠近干簧觸點13，使干簧觸點13閉合，發(fā)出重瓦斯跳閘脈沖，斷開變壓器各側(cè)的斷路器。2.2重瓦斯保護的整定氣體繼電

43、器使用時，通過調(diào)整調(diào)節(jié)螺桿14，改變彈簧9的松緊程度，調(diào)整重瓦斯的動作值，其動作值采用油流速度的大小表示，整定范圍通常為0.61.5 。通過探針7檢查重瓦斯保護動作的可靠性。第七章 發(fā)變組微機保護1.1 發(fā)電機變壓器組微機保護裝置的選擇根據(jù)微機保護裝置的要求，可選擇南京南瑞繼保電氣有限公司的RCS-985A保護裝置，它具有以下幾大特點：1.雙 CPU 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)RCS-985A保護裝置包含兩個獨立的CPU 系統(tǒng)：低通、AD 采樣、保護計算、邏輯輸出完全獨立，CPU2 系統(tǒng)作用于啟動繼電器，CPU1 系統(tǒng)作用于跳閘矩陣。任一CPU 板故障，裝置閉鎖并報警，杜絕硬件故障引起的誤動。2.獨立的起動元件管理板中設(shè)置了獨立的總起動元件，動作后開放保護裝置的出口繼電器正電源；同時針