电厂继电保护装置及励磁系统课件

1、发电机发电机保护装置保护装置及及励磁系统励磁系统 继电保护是随着电力系统的发展而发展起来的。20世纪初随着电力系统的发展，继电器开始广泛应用于电力系统的保护，这时期是继电保护技术发展的开端。最早的继电保护装置是熔断器。从20世纪50年代到90年代末，在40余年的时间里，继电保护完成了发展的4个阶段，即从电磁式保护装置到晶体管式继电保护装置、到集成电路继电保护装置、再到微机继电保护装置。 随着电子技术、计算机技术、通信技术的飞速发展，人工智能技术如人工神经网络、遗传算法、进化规模、模糊逻辑等相继在继电保护领域的研究应用，继电保护技术向计算机化、网络化、一体化、智能化方向发展。 19世纪的最后25

2、年里，作为最早的继电保护装置熔断器已开始应用。电力系统的发展，电网结构日趋复杂，短路容量不断增大，到20世纪初期产生了作用于断路器的电磁型继电保护装置。虽然在1928年电子器件已开始被应用于保护装置，但电子型静态继电器的大量推广和生产，只是在50年代晶体管和其他固态元器件迅速发展之后才得以实现。静态继电器有较高的灵敏度和动作速度、维护简单、寿命长、体积小、消耗功率小等优点，但较易受环境温度和外界干扰的影响。1965年出现了应用计算机的数字式继电保护。大规模集成电路技术的飞速发展,微处理机和微型计算机的普遍应用,极大地推动了数字式继电保护技术的开发，目前微机数字保护正处于日新月异的研究试验阶段，

3、并已有少量装置正式运行。研究现状 随着电力系统容量日益增大，范围越来越广，仅设置系统各元件的继电保护装置，远不能防止发生全电力系统长期大面积停电的严重事故。为此必须从电力系统全局出发，研究故障元件被相应继电保护装置的动作切除后，系统将呈现何种工况，系统失去稳定时将出现何种特征，如何尽快恢复其正常运行等。系统保护的任务就是当大电力系统正常运行被破坏时，尽可能将其影响范围限制到最小，负荷停电时间减到最短。此外，机、炉、电任一部分的故障均影响电能的安全生产，特别是大机组和大电力系统的相互影响和协调正成为电能安全生产的重大课题。因此，系统的继电保护和安全自动装置的配置方案应考虑机、炉等设备的承变能力，

4、机、炉设备的设计制造也应充分考虑电力系统安全经济运行的实际需要。为了巨型发电机组的安全，不仅应有完善的继电保护，还应研究、推广故障预测技术。发展趋势 微机保护经过近20年的应用、研究和发展，已经在电力系统中取得了巨大的成功，并积累了丰富的运行经验，产生了显著的经济效益，大大提高了电力系统运行管理水平。近年来，随着计算机技术的飞速发展以及计算机在电力系统继电保护领域中的普遍应用，新的控制原理和方法被不断应用于计算机继电保护中，以期取得更好的效果，从而使微机继电保护的研究向更高的层次发展，继电保护技术未来趋势是向计算机化，网络化，智能化，保护、控制、测量和数据通信一体化发展。1.计算机化 随着计算

5、机硬件的迅猛发展，微机保护硬件也在不断发展。电力系统对微机保护的要求不断提高，除了保护的基本功能外，还应具有大容量故障信息和数据的长期存放空间，快速的数据处理功能，强大的通信能力，与其它保护、控制装置和调度联网以共享全系统数据、信息和网络资源的能力，高级语言编程等。这就要求微机保护装置具有相当于一台pc机的功能。继电保护装置的微机化、计算机化是不可逆转的发展趋势。但对如何更好地满足电力系统要求，如何进一步提高继电保护的可靠性，如何取得更大的经济效益和社会效益，尚需进行具体深入的研究。2.网络化 计算机网络作为信息和数据通信工具已成为信息时代的技术支柱，它深刻影响着各个工业领域，也为各个工业领域

6、提供了强有力的通信手段。到目前为止，除了差动保护和纵联保护外，所有继电保护装置都只能反应保护安装处的电气量。继电保护的作用主要是切除故障元件，缩小事故影响范围。因继电保护的作用不只限于切除故障元件和限制事故影响范围，还要保证全系统的安全稳定运行。这就要求每个保护单元都能共享全系统的运行和故障信息的数据，各个保护单元与重合闸装置在分析这些信息和数据的基础上协调动作，确保系统的安全稳定运行。显然，实现这种系统保护的基本条件是将全系统各主要设备的保护装置用计算机网络联接起来，亦即实现微机保护装置的网络化。3.智能化 随着智能电网的发展，分布式发电、交互式供电模式对继电保护提出了更高要求，另一方面通信

7、和信息技术的长足发展，数字化技术及应用在各行各业的日益普及也为探索新的保护原理提供了条件，智能电网中可利用传感器对发电、输电、配电、供电等关键设备的运行状况进行实时监控，然后把获得的数据通过网络系统进行收集、整合，最后对数据进行分析。利用这些信息可对运行状况进行监测，实现对保护功能和保护定值的远程动态监控和修正。另外，对保护装置而言，保护功能除了需要本保护对象的运行信息外，还需要相关联的其它设备的运行信息。一方面保证故障的准确实时识别，另一方面保证在没有或少量人工干预下，能够快速隔离故障、自我恢复，避免大面积停电的发生。3.智能化 保护、控制、测量、数据通信一体化在实现继电保护的计算机化和网络

8、化的条件下，保护装置实际上就是一台高性能、多功能的计算机，是整个电力系统计算机网络上的一个智能终端。它可从网上获取电力系统运行和故障的任何信息和数据，也可将它所获得的被保护元件的任何信息和数据传送给网络控制中心或任一终端。因此，每个微机保护装置不但可完成继电保护功能，而且在无故障正常运行隋况下还可完成测量、控制、数据通信功能，亦即实现保护、控制、测量、数据通信-体化。 当电力系统中的电力元件（如发电机、线路等）或电力系统本身发生了故障危及电力系统安全运行时，能够向运行值班人员及时发出警告信号，或者直接向所控制的断路器发出跳闸命令以终止这些事件发展的一种自动化措施和设备。实现这种自动化措施的成套

9、设备，一般通称为继电保护装置。基 本 要 求 继电保护装置为了完成它的任务，必须在技术上满足选择性、速动性、灵敏性和可靠性四个基本要求。对于作用于继电器跳闸的继电保护，应同时满足四个基本要求，而对于作用于信号以及只反映不正常的运行情况的继电保护装置，这四个基本要求中有些要求可以降低。选 择 性 选择性就是指当电力系统中的设备或线路发生短路时，其继电保护仅将故障的设备或线路从电力系统中切除，当故障设备或线路的保护或断路器拒动时，应由相邻设备或线路的保护将故障切除。速动性速动性是指继电保护装置应能尽快地切除故障，以减少设备及用户在大电流、低电压运行的时间，降低设备的损坏程度，提高系统并列运行的稳定

10、性。一般必须快速切除的故障有：使发电厂或重要用户的母线电压低于有效值(一般为0.7倍额定电压)。 大容量的发电机、变压器和电动机内部故障。(3) 中、低压线路导线截面过小，为避免过热不允许 延时切除的故障。速动性(4) 可能危及人身安全、对通信系统造成强烈干扰的故障。故障切除时间包括保护装置和断路器动作时间，一般快速保护的动作时间为0.04s0.08s，最快的可达0.01s0.04s，一般断路器的跳闸时间为0.06s0.15s，最快的可达0.02s0.06s。对于反应不正常运行情况的继电保护装置，一般不要求快速动作，而应按照选择性的条件，带延时地发出信号。灵敏性 灵敏性是指电气设备或线路在被保

11、护范围内发生短路故障或不正常运行情况时，保护装置的反应能力。能满足灵敏性要求的继电保护，在规定的范围内故障时，不论短路点的位置和短路的类型如何，以及短路点是否有过渡电阻，都能正确反应动作，即要求不但在系统最大运行方式下三相短路时能可靠动作，而且在系统最小运行方式下经过较大的过渡电阻两相或单相短路故障时也能可靠动作。灵敏性 系统最大运行方式：被保护线路末端短路时，系统等效阻抗最小，通过保护装置的短路电流为最大运行方式；系统最小运行方式：在同样短路故障情况下，系统等效阻抗为最大，通过保护装置的短路电流为最小的运行方式。保护装置的灵敏性是用灵敏系数来衡量。可靠性 可靠性包括安全性和信赖性，是对继电保

12、护最根本的要求。安全性：要求继电保护在不需要它动作时可靠不动作，即不发生误动。信赖性：要求继电保护在规定的保护范围内发生了应该动作的故障时可靠动作，即不拒动。继电保护的误动作和拒动作都会给电力系统带来严重危害。可靠性 即使对于相同的电力元件，随着电网的发展，保护不误动和不拒动对系统的影响也会发生变化。以上四个基本要求是设计、配置和维护继电保护的依据，又是分析评价继电保护的基础。这四个基本要求之间是相互联系的，但往往又存在着矛盾。因此，在实际工作中，要根据电网的结构和用户的性质，辩证地进行统一。电力系统继电保护的基本任务是：电力系统继电保护的基本任务是：(1) 自动、迅速、有选择性地将故障元件从

13、电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行。(2) 反应电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件(如有无经常值班人员)而动作于信号，以便值班员及时处理，或由装置自动进行调整，或将那些继续运行就会引起损坏或发展成为事故的电气设备予以切除。此时一般不要求保护迅速动作，而是根据对电力系统及其元件的危害程度规定一定的延时，以免暂短地运行波动造成不必要的动作和干扰而引起的误动。1(3) 继电保护装置还可以与电力系统中的其他自动化装置配合，在条件允许时，采取预定措施，缩短事故停电时间，尽快恢复供电，从而提高电力系统运行的可靠性。电力系统继电保护的用途是：电力系统继

14、电保护的用途是：、当电网发生足以损坏设备或危及电网安全运行的故障时，使被保护设备快速脱离电网；、对电网的非正常运行及某些设备的非正常状态能及时发出警报信号，以便迅速处理，使之恢复正常；、实现电力系统自动化和远动化，以及工业生产的自动控制。 1、利用计算机技术代替继电器技术 ： 2、利用计算机软件代替继电器硬件 ： 发电机保护组成及动作后果发电机保护组成及动作后果发电结构示意 转子：励磁后产生磁场，在水轮机的带动下旋转，产生旋转磁场。 定子：感受交变磁场，线圈切割磁力线发出电能。发电机可能发生的故障 定子绕组相间短路 定子绕组匝间短路 定子绕组一相绝缘破坏引起的单相接地 励磁回路（转子绕组）接地

15、 励磁回路低励（励磁电流低于静稳极限对应的励磁电流）、失磁 发电机主要的不正常工作状态 过负荷 定子绕组过电流 定子绕组过电压 三相电流不对称 过励磁 逆功率 失步、非全相、断路器出口闪络、误上电等发电机的主要保护和作用纵差保护 作用：发电机及其引出线的相间短路保护 规程：1MW以上发电机，应装设纵差保护。对于发电机变压器组：当发电机与变压器间有断路器时，发电机装设单独的纵差保护；当发电机与变压器间没有断路器时，100MW及以下发电机可只装设发电机变压器组公用纵差保护；100MW及以上发电机，除发电机变压器组公用纵差保护还应装设独立纵差保护，对于200MW及以上发电机变压器组亦可装设独立变压器

16、纵差保护。 与发变组差动区别：发变组差动需要考虑厂用分支，要考虑涌流制动、各侧平衡调节。 发电机的主要保护和作用横差保护 v作用：发电机定于绕组一相匝间短路。v要求：定子绕组为星形接线，每相有并联分支且中心点有分支引出端子的发电机。 机端TA横差TA中心点TA发电机的主要保护和作用纵向零序电压 v作用：发电机匝间短路（也能反映相间短路）。v规程：50MW以上发电机，当定子绕组为星形接线，中性点只有三个引出端子时，根据用户和制造厂的要求，也可装设专用的匝间短路保护。 ABC发电机的主要保护和作用定子接地 v作用：定子绕组单相接地是发电机最常见的故障，由于发电机中心点不接地或经高阻接地，定子绕组单

17、相接地并不产生大的故障电流。v常用保护方式：基波零序电压（90）、零序电流、三次谐波零序电压（100） 发电机的主要保护和作用定子接地 v规程：与母线直接连接的发电机：当单相接地故障电流(不考虑消弧线圈的补偿作用)大于允许值时，应装设有选择性的接地保护装置。保护装置由装于机端的零序电流互感器和电流继电器构成，其动作电流躲过不平衡电流和外部单相接地时发电机稳态电容电流整定，接地保护带时限动作于信号，但当消弧线圈退出运行或由于其它原因，使残余电流大于接地电流允许值时应切换为动作于停机。发电机变压器组：对100MW以下发电机应装设保护区不小于90%的定子接地保护，对100MW及以上的发电机应装设保护

18、区为100%的定子接地保护。保护装置带时限动作于信号必要时也可动作于停机 。发电机的主要保护和作用励磁回路接地保护 v作用：励磁回路一点接地故障对发电机并未造成危害。但若继而发生两点接地将严重危害发电机安全。v实现方法：采用乒乓式原理。 v规程：1MW及以下水轮发电机，对一点接地故障宜装设定期检测装置，1MW以上水轮发电机应装设一点接地保护装置。 100MW以及汽轮发电机，对一点接地故障可采用定期检测，装置对两点接地故障应装设两点接地保护装置。 转子水内冷汽轮发电机和100MW及以上的汽轮发电机，应装设励磁回路一点接地保护装置，并可装设两点接地保护装置，对旋转整流励磁的发电机宜装设一点接地故障

19、定期检测装置。 一点接地保护带时限动作于信号两点接地保护应带时限动作于停机。 发电机的主要保护和作用失磁保护 v作用：为防大型发电机低励(励磁电流低于静稳极限所对应的励磁电流)或失去励磁(励磁电流为零)后，从系统中吸收大量无功功率而对系统产生不利影响。 v实现方法：测量机端阻抗、励磁电压、有功、无功。 v规程：100MW以下不允许失磁运行的发电机，当采用半导体励磁系统时宜装设专用的失磁保护；100MW以下但失磁对电力系统有重大影响的发电机，及100MW及以上发电机应装设专用的失磁保护，对600MW的发电机可装设双重化的失磁保护。 发电机的主要保护和作用定子绕组过电流保护 v作用：当发电机纵差保

20、护范围外发生短路，而短路元件的保护或断路器拒绝动作时，为了可靠切除故障，则应装设反应外部短路的过电流保护。这种保护兼作纵差保护的后备保护。 v规程：1MW以上的发电机宜装设复合电压(包括负序电压及线电压)起动的过电流保护 50MW及以上的发电机可装设负序过电流保护和单元件低压起动过电流保护 。 自并励发电机带电流记忆。 发电机的主要保护和作用过负荷保护v作用：发电机长时间超过额定负荷运行时作用于信号的保护。中小型发电机只装设定子过负荷保护；大型发电机应分别装设定子过负荷和励磁绕组过负荷保护。v规程：定子绕组非直接冷却的发电机，应装设定时限过负荷保护保护。装置接一相电流动作于信号。定子绕组为直接

21、冷却且过负荷能力较低(例如低于1.5倍60s)的发电机，过负荷由定时限和反时限两部分组成。 50MW及以上,A10的发电机应装设定时限负序过荷保护；100MW及以上，A10的发电机应装设由定时限和反时限两部分组成的转子表层过热保护。 对励磁系统故障或强励时间过长引起的励磁绕组过负荷，在10MW及以上，采用半导体励磁系统的发电机上应装设励磁绕组过负荷保护。对于300MW以下采用半导体励磁系统的发电机，可装设定时限励磁绕组过负荷保护，带时限动作于信号和动作于降低励磁电流。 发电机的主要保护和作用负序过负荷保护 v作用：电力系统发生不对称短路或者三相负荷不对称(如电气机车、电弧炉等单相负荷的比重太大

22、)时，发电机定于绕组中就有负序电流。该负序电流产生反向旋转磁场，相对于转子为两倍同步转速，因此在转子中出现100Hz的倍频电流，它会使转子端部、护环内表面等电流密度很大的部位过热。造成转子的局部灼伤，因此应装设负序电流保护。中小型发电机多装设负序定时限电流保护；大型发电机多装设负序反时限电流保护，其动作时限完全出发电机转子承受负序电流而发热的能力(A)决定不考虑与系统保护配合。 v规程：50MW及以上,A10的发电机应装设定时限负序过荷保护；100MW及以上，A10的发电机应装设由定时限和反时限两部分组成的转子表层过热保护。发电机的主要保护和作用定于绕组过电压保护v作用： 中小型汽轮发电机通常

23、不装设过电压保护。水轮发电机和大型汽轮发电机都装设过电压保护、以切除突然甩去全部负荷后引起定子绕组过电压。v规程：对于水轮发电机应装设过电压保护；对于200MW及以上的汽轮发电机宜装设过电压保护。发电机的主要保护和作用逆功率保护v作用： 当水轮机导叶或主阀（快速闸门）、汽轮机主汽门误关闭，或机炉保护动作关闭主汽门而发电机出口断路器未跳闸时，发电机失去原动力变成电动机运行，从电力系统吸收有功功率。这种工况对发电机并无危险，但由于鼓风损失，水轮机或汽轮机尾部叶片有可能过热而造成事故，故大型机组要装设用逆功率继电器构成的逆功率保护，用于保护水轮机（汽轮机）。v规程：200MW及以上的汽轮发电机宜装设

24、逆功率保护对燃汽轮发电机应装设逆功率保护。 发电机的主要保护和作用其它保护v 失步保护：大型发电机应装设反应系统振荡过程的失步保护。中小型发电机都不装设失步保护，当系统发生振荡时，由运行人员判断，根据情况用人工增加励磁电流、增加或减少原动机出力、局部解列等方法来处理。 300MW以上宜装设。v 频率异常保护：可能造成水轮机或汽轮机叶片产生损伤并威胁厂用电的安全。低频保护：300MW以上装设，时间累计。v 过励磁保护：300MW以上v 非全相保护：220kV及以上v 断路器断口闪络：220kV及以上发电机保护动作方式v 停机：停机：断开发电机断路器、灭磁；对汽轮发电机还要关闭主汽门；对水轮发电机

25、还要关闭导水机构。v 解列灭磁：解列灭磁：断开发电机断路器、灭磁，水轮机、汽轮机甩负荷。v 解列：解列：断开发电机断路器，汽轮机甩负荷。v 减出力：减出力：将原动机出力减到给定值。v 缩小故障影响范围：缩小故障影响范围：例如双母线系统断开母线联络断路器等。v 程序跳闸：程序跳闸：对于汽轮发电机首先关闭主汽门，待逆功率继电器动作后，再跳开发电机断路器并灭磁；对于水轮发电机，首先将导叶关到空载位置，再跳开发电机断路器并灭磁。v 信号：信号：发出声光信号。前言发电机是电力系统的最重要设备，励磁系统对发电机的稳定性和可靠运行有直接影响。 近十多年来，由于新技术，新工艺和新器件的涌现和使用，使得发电机的

26、励磁方式得到了不断的发展和完善。在自动调节励磁装置方面，也不断研制和推广使用了许多新型的调节装置。由于采用微机计算机用软件实现的自动调节励磁装置有显著优点，很多国家都在研制和试验用微型机计算机配以相应的外部设备构成的数字自动调节励磁装置，这种调节装置将能实现自适应最佳调节。励磁系统定义： 供给同步发电机励磁电流的电源及其附属设备统称为励磁系统。励磁系统组成1、励磁功率单元 ： 单桥三相全控单元（六只可控硅）； 双桥三相全控单元（十二只可控硅）；2、励磁调节单元 ： 双微机励磁控制器； PLC（带触摸屏）励磁控制器；3、励磁变压器 ： 干式 油浸式；4、灭磁单元。励磁系统的主要作用有：励磁系统的

27、主要作用有：1）根据发电机负荷的变化相应的调节励磁电流，以维持机端电压为给定值；2）控制并列运行各发电机间无功功率分配；3）提高发电机并列运行的静态稳定性；4）提高发电机并列运行的暂态稳定性；5）在发电机内部出现故障时，进行灭磁，以减小故障损失程度；6）根据运行要求对发电机实行最大励磁限制及最小励磁限制。励磁系统结构图励磁系统的主要作用有：励磁系统的主要作用有：1）根据发电机负荷的变化相应的调节励磁电流，以维持机端电压为给定值；2）控制并列运行各发电机间无功功率分配；3）提高发电机并列运行的静态稳定性；4）提高发电机并列运行的暂态稳定性；5）在发电机内部出现故障时，进行灭磁，以减小故障损失程度；6）根据运行要求对发电机实行最大励磁限制及最小励磁限制。励磁系统的常见故障励磁系统的常见故障励磁系统常见故障励磁系统常见故障1.1.过电压过电压2.2.逆变不成功逆变不成功3.PT3.PT断线断线4.4.快熔断快熔断5.5.丢脉冲丢脉冲6.6.风机停风机停7.7.强励动作强励动作8.8.欠励动作欠励动作9.VF9.VF限制限制10.10.起励失败起励失败11.11.交流电源消失交流电源消失12.12.直流电源消失直流电源消失调速器常用参数设置调