电力系统继电保护 教学课件 韩笑 第五章.ppt

2019/6/26,第5章 元件保护,1,在线教务辅导网：,教材其余课件及动画素材请查阅在线教务辅导网,QQ:349134187 或者直接输入下面地址：,,2019/6/26,第5章 元件保护,2,5.1 变压器保护,第5章 元件保护,5.3母线保护简介,5.2同步发电机保护,5.4断路器失灵保护简介,2019/6/26,第5章 元件保护,3,5.1.1变压器的故障与保护配置,变压器的故障类型,油箱内部故障： 绕组匝间，绕组相间，中性点接地侧的接地短路。,油箱外部故障： 套管和引出线上发生的相间短路和接地短路。,5.1 变压器保护,2019/6/26,第5章 元件保护,4,变压器的不正常工作情况,外部短路引起的过电流； 外部短路引起的中性点过压； 过负荷； 油面降低； 油温升高； 过励磁。,2019/6/26,第5章 元件保护,5,变压器应装设的继电保护装置,一般装设以下保护：,1.瓦斯保护,2.纵差动保护或电流速断保护,3.相间后备保护,4.接地后备保护,5.过负荷保护,6.过励磁保护,7.其他保护，如冷却器故障、压力释放等,2019/6/26,第5章 元件保护,6,瓦斯保护是变压器的主保护之一。 瓦斯保护的主要元件是瓦斯（气体）继电器， 安装位置在油箱与油枕的连接导管中。,5.1.2 变压器的瓦斯保护,瓦斯 继电器,油枕,2019/6/26,第5章 元件保护,7,下开口杯,上开口杯,干簧触点,干簧触点,平衡锤,放气阀,探针,支架,挡板,进油挡板,永久磁铁,永久磁铁,FJ3-80型气体继电器的结构图,2019/6/26,第5章 元件保护,8,QJ1-80型气体继电器结构图,罩,顶针,气塞,磁铁,开口杯,重锤,探针,开口销,弹簧,挡板,磁铁,螺杆,干簧触点,调节杆,干簧触点,套管,排气口,2019/6/26,第5章 元件保护,9,轻瓦斯动作于信号,轻瓦斯动作后应检查变压器油样， 判别故障类型、程度,重瓦斯动作于跳闸，同时发出信号,通常气体容积的整定范围为250300CM3,一般油流流速整定范围为0.61.5m/s,2019/6/26,第5章 元件保护,10,瓦斯保护的主要优点是结构简单，灵敏性高，能反应变压器油箱内的各种故障。特别是能反应轻微匝间短路。它也是油箱漏油或绕组、铁芯烧损的唯一保护。 瓦斯保护不能反应变压器套管和引出线的故障，需与纵差动保护一起作为变压器的主保护。,2019/6/26,第5章 元件保护,11,5.1.3 变压器的差动保护,KD,变压器纵差动保护与输电线路纵联差动保护的基本原理相同。,TA2,TA1,一、变压器纵差动保护的原理,核心问题仍是 不平衡电流问题,2019/6/26,第5章 元件保护,12,5.1.4变压器纵差动保护不平衡电流产生的原因,分析不平衡电流形成原因,计算不平衡电流大小,整定差动保护动作值,躲过不平衡电流影响,减小不平衡电流,采取技术措施,降低动作值，提高灵敏度,2019/6/26,第5章 元件保护,13,变压器差动保护不平衡电流产生的原因有：,TA励磁特性不一致,变压器各侧电流不同相,TA变比标准化,调整分接头,励磁电流及励磁涌流,差动保护共同问题,变压器差动保护 特殊问题,2019/6/26,第5章 元件保护,14,TA励磁特性不一致,TA励磁电流,TA误差,TA励磁电流差异,差动保护不平衡电流,不平衡电流经验公式,同型 系数,TA误差 10,一次 电流,TA 变比,取1,变压器差动保护特点为： TA同型系数取1,2019/6/26,第5章 元件保护,15,变压器各侧电流不同相,对于Y，d11型变压器，正常运行时d侧电流超前Y侧电流300，形成不平衡电流。,方法1.“外转角” 变压器Y侧电流互感器的二次绕组接成三角形， d侧的三个电流互感器接成星形。,对策：相位补偿,在保护外将相位补偿过来,将变压器各侧二次电流调整为同相,2019/6/26,第5章 元件保护,16,c,b,a,C,B,A,KD1,KD2,KD3,2019/6/26,第5章 元件保护,17,一次电流,纵差动保护电流相量图,二次电流,同相,Y侧,侧,不同相,2019/6/26,第5章 元件保护,18,采用相位补偿接线后，对于TA接成三角形的一侧，流入差动臂的电流增加了，应对该侧的TA变比进行修正。,变压器星形侧电流互感器变比,变压器三角形侧电流互感器变比,2019/6/26,第5章 元件保护,19,方法2.“内转角”,在保护内部采用软件算法进行相位补偿,变压器各侧电流互感器均接成星形。,PST1200采用,RCS978采用,主变Y侧,主变侧,2019/6/26,第5章 元件保护,20,！无论哪种相位补偿方式应保证差动电流中不含零序成分,外部发生接地故障时，零序电流仅流过变压器高压侧，不去除零序电流则会产生差动电流，导致保护误动,变压器高压侧发生接地故障时，尽管差动电流中不含零序电流，但由于有正序、负序故障电流，差动保护可以动作，灵敏度有所降低。,为提高接地故障灵敏度，联络变可设专门的零序电流差动保护（简称零差）。,2019/6/26,第5章 元件保护,21,TA变比标准化,观察算例：,2019/6/26,第5章 元件保护,22,TA变比标准化问题解决方法：,老式电磁型差动继电器（如BCH、DCD系列）： 使用平衡绕组Wbal,同时在整定时考虑fI1， f为平衡线圈选取误差，取0.05,微机型变压器保护： 软件算法中引入补偿系数平衡二次电流采样值,电流二次回路串入自耦变流器，微调二次电流,2019/6/26,第5章 元件保护,23,调整分接头,变压器调整分接头时一侧额定电流改变， 而另一侧电流不变，产生不平衡电流,解决方法：计算变压器额定电流以中间的分接头为准， 整定动作电流时考虑调压范围的一半。,调压范围的一半,最大外部故障电流,2019/6/26,第5章 元件保护,24,励磁电流及励磁涌流,励磁电流属于不平衡电流。,励磁电流较小，210额定电流，整定时很容易躲过。,变压器空载合闸或外部故障切除时，电压突变， 变压器产生励磁涌流，对差动保护影响很大。,如何躲避励磁涌流影响， 是研究变压器差动保护面临的主要难点之一。,2019/6/26,第5章 元件保护,25,励磁涌流产生的原因,根据能量守恒定律，铁芯中的磁通不能突变。,+ m,- m, sur,u,per,aper,T/2,T,t,u,变压器 .m =2 m+ sur,per+aper+ sur,per周期分量 稳态磁通,aper非周期分量 暂态磁通,sur剩磁,当电压突变时,2019/6/26,第5章 元件保护,26,t,.m,im,i,im,t,.m,半周波后磁通达到最大,由于铁芯饱和 电流激增,im,2019/6/26,第5章 元件保护,27,励磁涌流录波（空载合闸）,2019/6/26,第5章 元件保护,28,必须研究励磁涌流与短路电流的波形区别， 利用电流波形识别励磁涌流， 当发生励磁涌流时闭锁差动保护，防止误动。,励磁涌流幅值可达5-10倍额定电流，与短路电流相当。,励磁涌流随着磁通中非周期分量一起衰减，最后消失， 励磁电流回到正常值，涌流衰减时间为秒级。,差动保护以动作电流躲过，会导致内部故障拒动,差动保护以动作时间躲过，故障切除时间过长,2019/6/26,第5章 元件保护,29,励磁涌流的波形特点,3.波形存在间断角。,2.含有大量高次谐波，其中以二次谐波成分为主。,1.含有较大的非周期分量；波形偏于时间轴一侧，严重不对称。,2019/6/26,第5章 元件保护,30,防止励磁涌流引起纵差保护误动的措施,2. 波形不对称识别,1.采用带速饱和变流器的差动继电器,BCH、DCD系列老式电磁型继电器，当差动电流中直流分量含量较高时自动提高动作电流（即具有“直流助磁”特性），防止保护误动。,4.波形间断角鉴别,微机保护可以识别差动电流的正负半周是否对称，当电流波形严重不对称时判为励磁涌流情况，闭锁差动保护。,3. 二次谐波闭锁（制动）,差动电流中二次谐波含量较高时闭锁差动保护；或自动提高动作电流，二次谐波越大，动作电流提高越多。,差动电流波形中间断角达到一定值（如600）以上时，闭锁差动保护。,2019/6/26,第5章 元件保护,31,励磁涌流产生原因,励磁涌流波形特点,防止励磁涌流影响方法,电压突变，磁通不能突变，,产生暂态磁通，铁芯严重饱和，,励磁电流激增,含有很大非周期分量，波形严重不对称,含有较大二次谐波分量,波形具有间断角,直流助磁，识别波形不对称,二次谐波闭锁（制动）,间断角鉴别,识别波形不对称,空载合闸或外部故障切除时，,2019/6/26,第5章 元件保护,32,不平衡电流产生原因,TA励磁特性不一致,变压器各侧电流不同相,TA变比标准化,调整分接头,励磁电流及励磁涌流,技术措施,整定计算考虑,比率制动,相位补偿,系数补偿（平衡线圈）,0.05,1,调压范围一半,波形不对称识别,二次谐波,间断角,综上所述，整定用,平衡线圈匝数必须为整数引起的误差，微机保护可不考虑,2019/6/26,第5章 元件保护,33,电磁型差动继电器,以前苏联BCH系列（国产对应型号为DCD）为代表,笨重、灵敏度低、内部故障时延时较多、调试复杂,共同特点：带有速饱和铁芯的变流器,变流器：差动电流不直接流入继电器线圈， 经过变流器可以滤除差动电流中非周期分量,2019/6/26,第5章 元件保护,34,速饱和铁芯：变流器铁芯容易饱和。差动电流中非周期分量不能变换至二次侧，全部用于铁芯励磁，使铁芯迅速饱和。减小电流变送比，相当于提高动作电流。,直流助磁特性： 差动电流中直流分量较大时自动提高动作电流,1,o,动作电流倍数,直流分量含量,2019/6/26,第5章 元件保护,35,直流助磁特性作用：躲避励磁涌流 发生励磁涌流时，由于差动电流中直流分量较大， 动作电流提高很多，躲过了励磁涌流。,直流助磁特性缺点： 发生内部故障时，由于短路初瞬直流分量可能较大， 动作电流提高很多，差动保护无法动作， 要等到非周期分量衰减后、动作电流回落，保护才动作。,2019/6/26,第5章 元件保护,36,BCH-2型继电器特点：带有短路线圈Wk,短路线圈Wk使直流助磁曲线更陡，加强了躲避励磁涌流的能力。同时改变短路线圈Wk抽头位置，可以调节直流助磁特性。,1,o,无短路线圈,Wk为A1-A2,B1-B2,C1-C2,D1-D2,2019/6/26,第5章 元件保护,37,BCH系列继电器均带有2个平衡线圈Wbal,平衡线圈Wbal串入二次电流较小的一侧， 可以减小TA变比标准化形成的不平衡电流,平衡线圈Wbal还可以与差动线圈串联、构成工作线圈， 调整差动保护动作电流。,BCH-1型继电器均带有1组制动线圈Wbrk，动作电流具有制动特性，躲避外部故障穿越电流形成的不平衡电流能力较强。制动特性作用同线路纵联差动保护。,BCH-4型继电器均带有4组制动线圈Wbrk，可用于三卷变压器。,2019/6/26,第5章 元件保护,38,BCH系列继电器小结,2019/6/26,第5章 元件保护,39,差动保护整定方法与差动继电器（元件）类型有很大关系，各有特点。,BCH-2型继电器构成差动保护整定步骤,确定TA接线形式，变比， 计算各侧二次额定电流,确定差动保护动作电流（一次）计算值,确定差动保护动作电流（二次）计算值,确定差动继电器工作线圈匝数，二次动作电流,确定差动继电器平衡线圈匝数，校验误差,确定短路线圈匝数,校验灵敏度,按变压器容量选：容量大，直流助磁曲线应平缓些，选A1-A2或B1-B2；反之选C1-C2或D1-D2,躲过TA二次断线、励磁涌流、 外部故障电流影响,2019/6/26,第5章 元件保护,40,5.1.5 主变差动保护实现,关键点：,采用比例制动技术提高躲避外部故障穿越性 短路电流形成的不平衡电流,利用二次谐波、波形不对称等判据防止励磁涌流 导致变压器差动保护误动,2019/6/26,第5章 元件保护,41,比率制动问题,比率制动为差动保护通常采用的技术措施，目的是克服外部故障穿越性电流形成的不平衡电流。,第4章纵联保护中已经介绍了线路差动保护采用的比率制动特性。线路差动、变压器差动、发电机纵差（本章第2节）、母线差动（本章第3节）中采用的比率制动原理是一样的。,目前几乎所有的线路、变压器、发电机、母线差动保护均具有比率制动特性。,2019/6/26,第5章 元件保护,42,差动电流,正常运行及外部故障时，,内部故障时，,动作条件：外部故障时不误动,线路纵差,变压器纵差,共同的差动原理,2019/6/26,第5章 元件保护,43,讨论外部故障情况,无比率制动时整定过程,有比率制动时整定过程,2019/6/26,第5章 元件保护,44,制动特性：动作电流不是常数，与制动电流有关,思路：取短路电流为制动量，当短路电流增加时，不平衡电流增大，但因为制动电流增加、动作电流提高，可以使动作电流始终高于不平衡电流，防止差动保护误动。,各种比率制动方法区别在于制动电流的选取及制动特性曲线。,2019/6/26,第5章 元件保护,45,以一个实例进行讨论，取某一侧电流为制动电流，特性为IactKbrk且IactIact.0。,注意外部故障与内部故障情况下,2019/6/26,第5章 元件保护,46,外部故障时，,内部故障时，,折线段 动作特性,不误动,可靠动作,整定时,2019/6/26,第5章 元件保护,47,由于动作特性起始部分无制动作用，内部故障时，动作电流均为最小动作电流Iact.0,转折点电流大小 取额定电流左右,2019/6/26,第5章 元件保护,48,整定步骤,具有制动特性后,同样保证外部故障不误动，内部故障灵敏度提高,2019/6/26,第5章 元件保护,49,制动特性获得,BCH-1依靠制动电流流入制动线圈，控制变流器铁芯饱和度获得制动特性，制动电流增大，铁芯趋向饱和，变送比下降，动作电流提高。,制动线圈匝数越多，制动作用越强，制动系数越大。BCH-1由制动线圈匝数调整Kbrk。,2019/6/26,第5章 元件保护,50,微机保护采用软件方法实现制动特性，折线特性显然比曲线特性实现、整定均简单，微机保护均采用折线特性。,折线特性,两折线特性,Ik较大时TA可能饱和，Iunb增大较多，提高制动系数，防止误动,对于内部故障 则无影响,两种特性均有使用,2019/6/26,第5章 元件保护,51,制动量选取,原则是外部故障有足够的制动作用，越大越好,内部故障可靠动作，制动作用越小越好,例如，单电源降压变，可取负荷侧电流为制动电流， 内部故障时无制动作用。,2019/6/26,第5章 元件保护,52,多侧制动问题,双卷变用于桥式接线，三卷变，母线上采用差动保护时，接入差动回路的电流超过2个。,取最大值（如PST1200）,“和电流”（如RCS978）,母线差动BP2B采用,2019/6/26,第5章 元件保护,53,各种制动特性及不同的制动量选择有不同的整定方法，实际工作中必须对照具体保护设备技术说明书相关内容进行整定计算。,2019/6/26,第5章 元件保护,54,5.1.6 变压器相间短路的后备保护和过负荷保护,变压器相间短路的后备保护既是变压器主保护的后备又是相邻母线或线路的后备保护。保护形式可采用过电流保护、低电压起动的过电流保护、复合电压起动的过电流保护、负序电流保护和低阻抗保护等。 变压器耐受过负荷能力较差，应装过负荷保护动作于告警信号。,2019/6/26,第5章 元件保护,55,过电流保护,保护原理与线路电流段保护相同,I,灵敏度较低，很难满足要求，实际应用较少,2019/6/26,第5章 元件保护,56,过电流保护,2019/6/26,第5章 元件保护,57,低电压起动过电流保护,保护原理,U,加设了电压元件，电流保护部分动作值较过电流保护低， 灵敏度有所提高,2019/6/26,第5章 元件保护,58,低电压起动过电流保护,2019/6/26,第5章 元件保护,59,复合电压起动过电流保护,保护原理 电流保护部分与低电压起动过电流保护相同。,电压部分由2部分组成：,负序过电压，反应不对称故障,单相式低电压，反应对称故障,与低电压起动过电流保护相比，电流部分动作值、 灵敏度一样；电压部分灵敏度提高,2019/6/26,第5章 元件保护,60,复合电压起动过电流保护,2019/6/26,第5章 元件保护,61,负序电流保护,对于大容量变压器，采用复合电压起动过电流 保护，保护的灵敏系数可能不满足要求。可采 用负序电流保护。 该保护由两部分组成： 负序电流部分：反应不对称故障； 低电压起动过电流部分：反应对称故障。,2019/6/26,第5章 元件保护,62,负序电流保护,2019/6/26,第5章 元件保护,63,更大型的升压变压器和系统联络变压器 还可采用低阻抗保护，类似Z,过负荷保护,过负荷时三相对称，过负荷保护只需反应某一相电流。 过负荷保护经延时5-10s动作于信号。,2019/6/26,第5章 元件保护,64,5.1.7变压器接地短路的后备保护,外部接地故障对变压器的危害：,中性点接地变压器：过流 中性点及高压侧绕组流过故障电流,中性点不接地变压器：中性点过压 中性点对地电压为高压母线处零序电压,2019/6/26,第5章 元件保护,65,除500kV、自耦变，变压器中性点可接地运行也可不接地运行。,变压器中性点是否接地（运行方式）取决于：,变压器中性点的绝缘水平 绝缘水平较低的变压器中性点必须接地运行 如500kV主变,变压器结构 如自耦变中性点必须接地运行,电网结构 变压器中性点接地设置应保证接地故障时健全相电压不过压、零序电流水平适当及相对稳定,2019/6/26,第5章 元件保护,66,变压器接地后备保护判据,中性点接地运行变压器 零序过电流 3I0,中性点不接地运行变压器 零序过电压 3U0 放电间隙过流,为保护变压器中性点， 一般在中性点装设放电间隙,中性点必须接地运行的变压器 配置零序过电流 3I0,中性点可接地或不接地运行的变压器 配置零序过电流，零序过电压，放电间隙过流,2019/6/26,第5章 元件保护,67,注意缩小故障范围 变压器后备保护动作首先切除母联、分段。,注意选跳顺序,全级绝缘变压器、中性点带放电间隙的分级绝缘变压器 中性点耐压能力较好 先切除中性点接地运行主变，再切除中性点不接地运行主变,中性点不带放电间隙的分级绝缘变压器 中性点耐压能力较差 先切除中性点不接地运行主变，再切除中性点接地运行主变,2019/6/26,第5章 元件保护,68,中性点直接接地运行变压器的接地保护,配置两段零序电流保护，分别与线路零序、段配合,每段设置两个延时，短延时t1、t3切除母联、分段， 长延时t2、t4跳主变,相邻线路零序段最长动作时间,2019/6/26,第5章 元件保护,69,3I0,II,3I0,I,t1,0,t3,0,t4,0,T1,T3,T4,QF1,母联解列 （跳QF）,跳主变 （跳QF1、2）,QF,QF1,TA,QE,T2,t2,0,QF2,防止主变未并列时因高压侧接地误跳母联,2019/6/26,第5章 元件保护,70,零序段起动电流按与相邻元件零序电流段配合整定，即,配合系数，取1.11.2；,零序电流分支系数,相邻元件零序电流I段起动电流,零序电流分支系数等于最大运行方式下 在相邻元件I段保护范围末端发生单相接地短路时， 流过本线路的零序电流与流过相邻元件的零序电流之比,2019/6/26,第5章 元件保护,71,零序段起动电流按与相邻元件零序电流段配合整定，即,配合系数，取1.11.2；,零序电流分支系数,相邻元件零序电流段起动电流,零序电流分支系数等于最大运行方式下 在相邻元件段保护范围末端发生单相接地短路时， 流过本线路的零序电流与流过相邻元件的零序电流之比,2019/6/26,第5章 元件保护,72,中性点可接地或不接地运行时变压器接地保护,1.全级绝缘变压器,零序电流保护，配置与中性点直接接地变压器相同,零序电压保护，动作电压较高，180-200V,仅当中性点接地变压器切除后，零序电压升高，才能动作。,可见：先切除中性点接地运行变压器， 再切除中性点不接地变压器,2019/6/26,第5章 元件保护,73,0.3-0.5s 抗干扰,2019/6/26,第5章 元件保护,74,中性点装设放电间隙的分级绝缘变压器,保护配置： 在全级绝缘变压器接地保护上增加了一个放电间隙保护,当放电间隙击穿，放电电流超过100A时， 则不需要等中性点接地运行主变跳闸， 直接跳开中性点不接地变压器。,除放电间隙保护，零序电流、电压保护与全级绝缘的 变压器接地保护相同。,2019/6/26,第5章 元件保护,75,跳主变,放电间隙 保护,2019/6/26,第5章 元件保护,76,5.1.8数字式变压器保护测控装置,主要配置：,差动保护,相间后备保护,接地后备保护,非电量保护 瓦斯、油温异常、冷却故障等,*220kV断路器三相不一致保护,差动速断保护,*220kV断路器失灵保护,*自耦变公共绕组过负荷,根据具体 情况还有,*过激磁保护,2019/6/26,第5章 元件保护,77,2019/6/26,第5章 元件保护,78,PST1200,2019/6/26,第5章 元件保护,79,测控装置功能：,遥测：将主变各侧电流、电压量转化为数字信号上传至后台及调度中心,遥信：将主变各侧断路器、刀闸、主变冷却系统、主变本体、调压机构、变压器保护等发出的开关量信号上传至后台及调度中心,遥调：有载调压变压器可以由测控装置将网络传来的调压命令转为接点形式送调压机构执行,遥控：由测控装置将网络传来的断路器及刀闸的分、合闸命令转为接点形式送保护操作箱或刀闸操作回路执行,2019/6/26,第5章 元件保护,80,第一层： PST-1210三侧操作箱及本体保护,第二层：PST-1203A二次谐波差动保护,第三层： PST-1204C三侧后备保护保护,第四层：PSR-651变压器综合测控单元,110kV主变保护一般配1面柜,配置实例,2019/6/26,第5章 元件保护,81,220kV主变保护一般配2面柜 主保护双重化,配置实例,PST-1202A二次谐波原理 主保护、后备保护一体,PST-1222高压侧操作箱,打印机,PST-1202B波形 对称原理的差动,打印机,PST-1210中低操 作箱及非电气量保护,2019/6/26,第5章 元件保护,82,差动保护,二次谐波差动保护,波形对称差动保护,稳态差动保护,工频变化量差动保护,零序电流差动保护,间断角鉴别差动保护,差动速断保护,灵敏度高， 能反应轻微匝间短路,用于联络变， 提高接地故障灵敏度,动作电流大，不带励磁涌流闭锁，防止内部故障电流过大使TA严重饱和，电流畸变导致差动保护误闭锁而拒动,2019/6/26,第5章 元件保护,83,五次谐波与二次谐波一样也用于励磁涌流鉴别,2019/6/26,第5章 元件保护,84,五次谐波与二次谐波一样也用于励磁涌流鉴别,2019/6/26,第5章 元件保护,85,变压器后备保护应当注意出口方式，并不是所有的后备保护均动作于跳变压器各侧。,例如三卷变低压侧后备保护动作应先跳开低压侧母联或分段开关，再跳开变压器低压侧断路器，变压器高压侧、中压侧继续运行。,变压器后备保护配置方案、出口跳闸逻辑均需要针对变压器、一次主接线具体情况进行设计。,详细设计内容十分复杂，可在课程设计、毕业设计环节深入地学习。,2019/6/26,第5章 元件保护,86,配置例1,2019/6/26,第5章 元件保护,87,配置例2,2019/6/26,第5章 元件保护,88,配置例3,2019/6/26,第5章 元件保护,89,110kV变压器保护测控柜实例,2019/6/26,第5章 元件保护,90,2019/6/26,第5章 元件保护,91,5.2.1 发电机的故障类型、异常工作情况和继电保护方式,5.2 同步发电机保护,2019/6/26,第5章 元件保护,92,纵差动保护,匝间短路保护,定子接地保护,转子一点接地保护,转子两点接地保护,故障类型及保护配置,2019/6/26,第5章 元件保护,93,失磁,失磁保护,异常工作情况及保护配置,定子绕组过电流及过负荷,相间短路后备保护、过负荷保护,定子绕组过电压,定子绕组过电压保护,发电机逆功率、频率降低、失步,逆功率保护 低频保护 失步保护,转子过负荷,转子过负荷保护,2019/6/26,第5章 元件保护,94,定子正序旋转磁场,定子负序旋转磁场,转子二次谐波,定子负序,转子二次谐波电流,转子表层过热,100Hz的振动,定子负序过负荷、过电流保护,定子负序电流危害,2019/6/26,第5章 元件保护,95,5.2.2 同步发电机的纵差保护,完全差动保护,不完全差动保护,相间短路,相间短路 匝间短路,差动保护接线,2019/6/26,第5章 元件保护,96,完全差动保护接线,无故障时,相间故障时,2019/6/26,第5章 元件保护,97,假设每相有n个分支,无故障时,相间故障或匝间短路时,不完全差动保护接线,2019/6/26,第5章 元件保护,98,要点：基本原理同线路差动保护和变压器差动保护,接线简单、不平衡电流较小,中性点附近有死区,关键问题是如何降低动作电流、提高灵敏度、减小死区,2019/6/26,第5章 元件保护,99,完全差动保护动作值整定,（1）保护起动电流整定,1）躲过外部故障产生的最大不平衡电流,TA10%误差,可靠系数1.3,非周期分量系数11.3；如采取了措施去掉非周期分量影响时取1。,同型系数0.5,外部短路时的最大短路电流,2019/6/26,第5章 元件保护,100,若汽轮发电机,发电机额定电流,则,发电机正常运行时若TA二次回路断线会误动。,2）防止TA二次回路断线导致误动,a.设TA二次回路断线监视装置,b.,若水轮发电机,则,2019/6/26,第5章 元件保护,101,（2）发电机差动保护灵敏度校验,发电机内部故障时流过保护装置的最小短路电流。实际上应考虑下面两种情况： 发电机与系统并列运行以前,在其出线端发生两相短路,此时,差动回路串只有由发电机供给的短路电流。 发电机采用自同期并列时(此时发电机先不加励磁,因此,发电机的电势E0),在系统最小运行方下,发电机出线端发生两相短路,此时,差动回路中只有由系统供给的短路电流。,为提高灵敏度，一般采用具有制动特性的差动继电器。,2019/6/26,第5章 元件保护,102,发电机比率制动式差动保护,原理同变压器差动保护，不平衡电流较小。,动作方程,不完全差动接线时,K为分支系数,动作特性,2019/6/26,第5章 元件保护,103,保护动作逻辑框图,两种出口方式：单相出口方式及循环闭锁出口方式,特点：需设置专门的TA断线闭锁，当差电流较大时解除TA断线闭锁，适于不完全纵差接线。,单相出口方式,2019/6/26,第5章 元件保护,104,特点：三取二，适于完全纵差接线。,循环闭锁出口方式,内外部不同相同时接地故障,2019/6/26,第5章 元件保护,105,比率制动式发电机纵差保护定值整定,1.比率制动系数Kbrk：躲过出口三相短路时最大不平衡电流,完全差动：0.30.5,不完全差动：0.5,2.启动电流Iact0：躲过正常工况最大不平衡电流，0.30.4IN.G,3.拐点电流Ibrk0：建议按躲过外部故障切除后的暂态过程中产生的最大不平衡电流整定；不完全纵差取值要大一点。0.50.8IN.G,其余参数请参照具体的保护说明书。,2019/6/26,第5章 元件保护,106,比率制动式发电机纵差保护定值整定,校验灵敏度：,机端两相短路,2019/6/26,第5章 元件保护,107,变数据窗式标积制动纵差保护原理,完全差动制动量,外部故障,制动量最大,内部故障,制动量转为动作量，灵敏度高,不完全差动,变数据窗：故障初期适当提高S，即增加制动量；故障数据充分时再降低S，从而提高灵敏度。,动作方程,2019/6/26,第5章 元件保护,108,与循环闭锁的比率制动式差动保护逻辑一样。,动作框图,2019/6/26,第5章 元件保护,109,5.2.3 同步发电机定子绕组匝间短路保护,横差保护,纵向零序电压式匝间保护,反应转子回路二次谐波电流的匝间短路保护,完全纵差动保护不能反应匝间短路,2019/6/26,第5章 元件保护,110,匝间短路分析,2019/6/26,第5章 元件保护,111,设A相短路匝数占总匝数的比例为,两中性点间电流I0,Z为电流流经回路的绕组阻抗,纵向零序电压相对于中性点的零序电压,三相电势不相等,定子负序电流,转子二次谐波,电气量特点： （1）纵向零序电压（机端对中性点），零序电流 （2）纵向负序电压，负序电流，转子倍频电流,2019/6/26,第5章 元件保护,112,横联差动保护,单元件横差保护,裂相横差保护,适于每相两分支两中性点引出线,适于每相两分支，且每分支都有线引出,2019/6/26,第5章 元件保护,113,单元件横差保护,保护测量两个中性点之间连线上的电流,保护反应匝间短路及定子绕组开焊故障，保护在较小时有死区。,2019/6/26,第5章 元件保护,114,保护动作电流应大于正常或外部故障时不平衡电流 一般Iset=(0.30.4)IN.G,（1）滤除三次谐波以提高保护的灵敏性。,（2）为防止转子两点接地时磁场空间不对称造成保护误动，在转子一点接地后横差保护带0.51S延时动作。,注：,2019/6/26,第5章 元件保护,115,裂相横差保护分相横差保护,保护测量每相两个分支之间的电流差,为提高保护的灵敏性，可采用具有制动特性的差动原理，如比率制动、标积制动等。,正常运行差电流为0，匝间短路有差电流。,2019/6/26,第5章 元件保护,116,反应转子回路二次谐波电流的匝间短路保护,动作条件：I2 & P20,I2 匝间短路产生定子绕组纵向负序电压、电流，在转子上感应出的二次谐波电流。,P20 匝间短路及外部不对称故障均产生定子绕组负序电压,方向元件只在匝间短路时开放匝间短路保护 。,保护的动作值只需按躲过与发电机正常负荷时允许的最大不对称度(一般取5%左右)相对应的的二次谐波电流整定 。,2019/6/26,第5章 元件保护,117,转子二次谐波,定子负序方向元件，防止发电机外部不对称故障保护误动,2019/6/26,第5章 元件保护,118,负序功率方向元件分析,机端电压,中性点或机端电流,_,+,结论,ZS2,（1）匝间短路,2019/6/26,第5章 元件保护,119,_,+,_,+,ZS2,ZS2,（2）外部故障,结论,（2）内部不对称相间故障,结论,a.中性点,结论,b.机端,P20不反应发电机外部故障。,2019/6/26,第5章 元件保护,120,纵向零序电压式匝间保护,关键：纵向零序电压，TV一次侧中性点与发电机中性点相连,2019/6/26,第5章 元件保护,121,要滤除三次谐波以提高灵敏度； 必要时可采用具有制动特性的动作方程。,单相接地时相对地电压有零序分量，相对中性点电压无零序分量。即纵向零序电压不反应单相接地。,2019/6/26,第5章 元件保护,122,不灵敏段,高定值,低定值,灵敏段,三次谐波制动,动作条件：3U0 & P20,应设TV断线闭锁,2019/6/26,第5章 元件保护,123,5.2.4 发电机的单相接地保护,当接地电容电流等于或大于5A时，应装设动作于跳闸的接地保护； 当接地电流小于5A时，一般装设作用于信号的接地保护。,中性点不接地或经过消弧线圈接地,2019/6/26,第5章 元件保护,124,1 发电机定子绕组单相接地的特点,单相接地时的零序电压,机端零序电压,2019/6/26,第5章 元件保护,125,2 利用零序电压构成的定子接地保护,可用于发变组，中性点附近有死区,取自机端TV开口三角形或发电机中性点侧TV。,整定值躲过不平衡电压,不平衡电压形成原因： 1）发电机三次谐波电压， 2）变压器高压侧接地时经电容耦合过来的零序电压。,为提高灵敏度，需滤除三次谐波,2019/6/26,第5章 元件保护,126,减小不平衡电压影响措施： 1）装设三次谐波滤过器， 2）延时躲过外部接地影响。,采取以上措施后，整定值为510V，死区为（510）%。,2019/6/26,第5章 元件保护,127,3 双频式100保护区定子绕组单相接地保护,保护分两部分：1）反应基波零序电压 2）反应三次谐波电压,保护区示意图,2019/6/26,第5章 元件保护,128,发电机正常运行时的三次谐波电压,和,发电机电势中有固有的三次谐波电势E3,正常运行时,补偿系数,内部单相接地时,2019/6/26,第5章 元件保护,129,正常运行时,0 即,2019/6/26,第5章 元件保护,130,为了提高反应三次谐波电势定子绕组单相接地保护的灵敏度,可以采用以下带制动特性判据:,中小型机组,大型机组,P1 使 PUN0UT0,1.3,2019/6/26,第5章 元件保护,131,5.2.5 发电机相间短路后备保护与负序电流保护,外部相间故障远后备及发电机主保护近后备,近后备,线路主保护,采用主保护双重化方案，则可简化近后备保护,远后备,相间短路后备保护可采用： 过电流保护、 低电压起动的过电流保护 复合电压起动的过电流保护 负序电流保护和低阻抗保护等,2019/6/26,第5章 元件保护,132,发信或跳闸 如出口全停,2019/6/26,第5章 元件保护,133,2019/6/26,第5章 元件保护,134,2 同步发电机的负序电流保护和过负荷保护,定子绕组负序电流,转子绕组倍频电流,附加涡流损耗，转子表层发热、机械振动,发电机承受I2能力:长期 （68）%IN.G或,12%IN.G,短时,标幺值,允许过热时间常数 跟发电机类型与冷却方式有关,相间短路后备保护兼 转子表层过负荷保护,2019/6/26,第5章 元件保护,135,负序电流保护（两部分）： 定时限过负荷； 反时限过流 反时限过流保护特性曲线（三个部分）： 上限定时限； 反时限； 下限定时限,2019/6/26,第5章 元件保护,136,a-b发热越限,I段动作值,bc未充分 利用散热,段动作值,de未提供保护,如采用定时限负序电流保护,I段,段,2019/6/26,第5章 元件保护,137,发热曲线不能与定时限电流曲线很好配合； 且对热积累的过程不能反应。,措施：采用反时限负序电流保护。,2019/6/26,第5章 元件保护,138,负序反时限过流保护,曲线2保守，一般不选用,曲线1利用发电机散热， 一般采用此特性,2019/6/26,第5章 元件保护,139,发电机负序保护逻辑,高定值,低定值,过负荷定值,反时限,2019/6/26,第5章 元件保护,140,5.2.6 励磁回路接地保护,一点接地保护一般动作于信号,两点接地保护动作于跳闸,2019/6/26,第5章 元件保护,141,励磁回路一点接地 无直接危害，可能发展成 为两点接地。,励磁回路两点接地 短路电流可能烧坏转子绕 组和铁芯，转子磁场畸变 引起机组振动。,保护配置：水轮发电机 设一点接地保护动作 于信号或停机。 汽轮发电机 设一点接地保护动作 于信号，设两点接地保护动作于 停机。,2019/6/26,第5章 元件保护,142,直流电桥 叠加直流电压 叠加交流电压 切换采样,直流电桥 利用定子二次谐波电压,一点接地 保护原理,两点接地 保护原理,2019/6/26,第5章 元件保护,143,励磁回路一点接地检查装置,两表法,单表法,有死区,2019/6/26,第5章 元件保护,144,叠加直流电压式一点接地保护,K接通,K不接通,2019/6/26,第5章 元件保护,145,外加交流电压式一点接地保护 延时动作于信号,2019/6/26,第5章 元件保护,146,切换采样式一点接地保护,联立四个方程，可得Rf=ER1/3U-R1-2R/3,2019/6/26,第5章 元件保护,147,励磁回路两点接地保护电桥平衡,正常时保护不投入。励磁回路一点接地后，投入保护，调电桥使之平衡。两点接地后平衡被打破，保护动作于停机。,+,-,K1,mv,m,n,Umn,K2,滤波,限幅,2019/6/26,第5章 元件保护,148,存在问题：1）K1、K2相距较近时保护有死区 2）K1、K2相继发生，发生时间相 隔较短时来不及投入保护。,2019/6/26,第5章 元件保护,149,励磁回路两点接地保护定子二次谐波,发电机转子绕组两点接地时，其气隙磁场将发生畸变，在定子绕组中将产生二次谐波负序分量电势。转子两点接地保护即反应定子电压中二次谐波“负序”分量。,动作条件为负序二次谐波 大于整定值。,2019/6/26,第5章 元件保护,150,逻辑框图,高定值,低定值,转子一点接地,2019/6/26,第5章 元件保护,151,5.2.7 同步发电机失磁保护,发电机失磁：励磁电流消失或下降,失磁原因：励磁绕组故障、励磁回路开路、 励磁系统故障、灭磁开关误跳、 自动调节励磁系统故障、误操作等。,2019/6/26,第5章 元件保护,152,失磁后发电机运行的物理过程及其影响,（1）失磁后发电机运行的物理过程,2019/6/26,第5章 元件保护,153,1）失磁后到失步前（90),PT基本不变,Q减小至负,2)临界失步=90c点,3）失步90,2019/6/26,第5章 元件保护,154,失磁的影响,对系统的影响:无功缺额导致电压下降、有功 功率摆动危及系统稳定性。,对失磁机组的影响：定子绕组过流、发热，转子上感应差频电流、发热，异步转矩导致机组振动。,保护行为：动作于信号或跳闸，也可以减出力运行。由系统、机组情况决定失磁后机组可否继续运行。,2019/6/26,第5章 元件保护,155, 发电机失磁过程的机端测量阻抗,机端测量阻抗为发电机失磁的主要判据,2019/6/26,第5章 元件保护,156,圆心,半径,P1,P2,P3,jX,R,0,jXs,P1 P2 P3,Zm,（1）失磁后到失步前的等有功过程,PPT，阻抗轨迹为圆，称为等有功圆,2019/6/26,第5章 元件保护,157,（2）临界失步,圆心,半径,jX,R,0,jXs,-jXd,Zm,无功为常数,阻抗轨迹称等无功圆或临界失步圆。,2019/6/26,第5章 元件保护,158,（3）异步运行,时,时,最终,Zm落于-jXd与-jXd之间。,2019/6/26,第5章 元件保护,159,（4）临界电压圆,高压母线电压为常数时Zm的轨迹。,KT=0.80.9,2019/6/26,第5章 元件保护,160,KT为常数时,Zm轨迹为圆临界电压圆,圆心,半径,R,jX,0,2019/6/26,第5章 元件保护,161,失磁保护的定子判据和辅助判据,1.失磁保护的定子判据,1)Zm沿等有功圆由象限进入象限 （A点）2)Zm沿等有功圆进入等无功圆 （B点）3)Zm进入异步阻抗圆 （C点）,A,C,B,R,jX,等有功圆,等无功圆,异步阻抗圆,临界电压圆,2019/6/26,第5章 元件保护,162,通常采用等无功圆（临界失步圆）或异步阻抗圆作为发电机失磁的定子判据。,失磁保护的辅助(闭锁)判据,1)励磁电压下降 2)负序分量 3)延时 4)操作闭锁 5)电压回路断线,2019/6/26,第5章 元件保护,163, 失磁保护逻辑,U,&,B,Z,UE,&,&,Y3,Y2,Y1,转子电压,机端电流,机端电压,高压侧电压,电压断线,电压断线,跳闸,跳闸,减负荷,减负荷,断线闭锁,2019/6/26,第11章 母线的继电保护,164,5.3 母线保护简介,2019/6/26,第5章 元件保护,165,5.3.1母线保护配置原则,1.母线故障原因,（1）母线、断路器、电流互感器、电压互感器绝缘子或套管损坏 （2）误操作,母线故障特点：线路及变压器保护均判为反向故障。,2019/6/26,第5章 元件保护,166,2.设立母线专用保护的必要性,依靠线路对侧段保护切除，延时0.5秒,保护2、3均判为反向故障，不动作,如果不设立母线专用保护，则延时切除故障。,2019/6/26,第5章 元件保护,167,3.装设专用母线保护情况,1)220500kV母线,2)110kV双母线,3)重要的110kV单母线、3566kV母线,4.母线保护行为,快速切除故障母线上连接的所有断路器。,2019/6/26,第5章 元件保护,168,2019/6/26,第5章 元件保护,169,差动原理,电流比相式母线保护,5.3.2 母线保护原理,与线路纵联、变压器纵差、发电机纵差原理相同,正常运行和区外故障时， “流入”母线的各电流相位相反 母线故障时， “流入”母线的各电流相位基本一致,问题：母线故障时仍可能有负荷电流“流出”母线。,实际很少应用,2019/6/26,第5章 元件保护,170,母线差动 保护分类,电流差