浅谈发电机变压器保护

1、浅谈火力发电厂发电厂发变组保护配置摘要：本文主要通过对发电厂中发电机变压器保护动作的具体介绍和分析，简单的阐述一些具体的保护在实际当中的作用，以及对发电机变压器未投入保护配置的建议，还有就是自己对于这些保护的认识和实习的具体经验。关键词：发电机变压器，继电保护，火力发电厂绪论：随着我国经济的高速发展不仅加大了工业的用电需求，还伴随着家用电器急剧增加，对电能质量要求有了进一步的提高，这就迫使发电厂不仅要发更多的电，还要提出更高的电能质量要求，来满足工业以及普通的居民用电需求，作为发电厂的主要设备发电机和变压器也就更受关注，它们是否正常的运行关系到整个电力系统的安全和稳定，对于解决这个问题，我们就

2、引进了对运行中的设备保护这样的一个概念，使他们能更安全更稳定的运行。当发电机变压器发生故障时安装在它们身上的保护装置也就在第一时间及时的启动，可以实现在最短时间和在最小区域内，自动将故障设备从系统中切除出去，或发出信号给值班员提醒设备已经出现异常情况，由值班员来排除故障，以减轻或避免设备的损坏或相邻设备的损坏以及对周边地区的供电影响。所以说要保障电力主设备的安全稳定的运行，正确合理的安装主设备保护是必不缺少的一个部分。综上所述，本文将对火力发电厂当中的发电机变压器的保护作进一步的分析，简单的论述一些我对发变组保护的理解，因为发电机变压器的保护比较复杂繁多种类也是各种各样，还有毕竟实习的时间有限

3、，不可能了解那么具体和详细。1发变组主保护的介绍1.1发电机的主保护 发电机的主保护应当发电机发生 发电机的安全运行对电力系统的稳定运行起着决定性的作用。然而发电机是一个旋转的设备，它既要承受着机械、热、力的作用，又要承受着电流电压冲击的影响。因此在发电机的运行过程中，其定子绕组和转子回路均有可能会出现各种各样的故障及不正常的运行方式，发电机的故障主要有，定子绕组的相间短路，定子绕组的匝间短路，定子绕组的单项接地故障，励磁回路上的一点或多点接地，转子回路失去励磁电流，发电机频率上升或下降，转子回路过负荷等等。为确保发电机的安全和稳定的运行，就必须要有及时有效的切除故障的保护。要想给发电机更好的

4、保护就必须要有多元化的保护，多重保护下才可能保障发电机长期正常有效的运行。发电机的主保护一般有这么几种保护方式（1）发电机的差动保护 （2）发电机定子绕组接地保护 （3）发电机的电流、电压保护 （4）发电机励磁回路接地保护 （5）发电机失磁保护 （6）发电机的逆功率保护差动保护：是发电机内部相间短路的主保护，能快速而灵敏地切除发电机定子绕组及引出线之间发生的故障。差动保护又分为横差保护和纵差保护，主要是检测到被保护设备出现不平衡电流时，就跳开也是设备有关的断路器，把设备从系统中切换出来，从而达到保护设备的作用。定子绕组接地保护：是对发电机常见的定子绕组与铁心之间绝缘破坏，而造成的定子绕组单相接

5、地的故障保护，零序电压保护是反应发电机定子绕组接地故障时出现的零序电压而动作的保护，保护动作于发送信号或跳闸。电流、电压保护：发电机后备保护也是采用低电压启动的过电流保护，复合电压启动的过电流保护或负序电流加单相式低电压启动的过电流保护。当对灵敏度和时限配合的要求较高时，就可采用阻抗保护作为后备保护。励磁回路接地保护：发电机励磁绕组由于绝缘损坏较易发生一点接地故障。当发生一点接地故障之后，并不构成电流通路，故无电流流过故障点，励磁绕组的电压仍然保持正常，因此可继续运行，对发电机无直接危害。在发生一点接地后，若发电机让它继续运行，而其他点的绝缘水平就有可能下降，则有可能发生转子回路的第二点接地。

6、励磁回路两点接地后，励磁绕组将被短接一部分，其后果可能造成转子磁场发生畸形、力矩不平衡，引起的机组强烈震动。或因故障点流过很大的故障电流，将会产生电弧烧坏励磁线圈和转子本体等等现象。失磁保护：是指发电机的励磁电流突然全部消失或是部分消失的一种保护，失磁的原因可能有（转子绕组故障、励磁机故障、自动灭磁开关误跳闸、励磁系统故障、自动调节励磁装置故障或是误操作等）。逆功率保护：由于机炉保护动作或其他原因使汽轮机主汽门误关闭而这时断路器未跳闸，发电机将变成电动机运行，从系统吸收有功功率，这种情况对发电机虽然没有危害，但是汽轮机的低压缸的排气温度将会升高，使汽机尾部叶片过热，从而造成汽机事故。故不允许机

7、组在此情况下运行，为及时发现这种异常的情况，对于机组应该采用逆功率保护。1.2变压器的主保护在常见的变压器故障中一般是分油箱内和油箱外，油箱内的故障主要是有：绕组的相间短路、绕组的匝间短路和绕组的接地短路。这些故障产生的电弧不仅会烧坏变压器的铁心和绕组，而且由于温度升高变压器内的绝缘油汽化，可能引起油箱爆炸，后果是十分严重。而变压器油箱外的故障一般最常见的是绝缘套管和引出线的相间短路和接地短路。而日常生活中可能看见的变压器不正常工作状态主要包括：由于外部短路引起的过电流；由于电动机自启动或并联工作的变压器被断开及尖峰负荷等原因所引起的变压器过负荷，油箱漏油造成的油面降低；变压器中性点电压升高；

8、由于外加电压过高或频率降低引起的过励磁等。针对上述故障和不正常工作状态，变压器一般应配置下列继电保护装置。（1） 差动保护或电流速断保护（2） 瓦斯保护（3） 接地保护（4） 过负荷保护（5） 过励磁保护 差动保护：它是用来反应变压器绕组、套管及引出线的各种故障（主要原理是根据被保护设备出现不平衡电流时发出信号或跳闸），且与瓦斯保护配合作为变压器的主保护。瓦斯保护：在油浸式变压器油箱内发生故障时，短路点电弧使变压器油及其他绝缘材料分解，产生气体（含有瓦斯成分），从油箱向油枕流动，反应这种气流与油流而动作的保护称为瓦斯保护。瓦斯保护的测量继电器为气体继电器。接地短路的后备保护：对中性点直接接地电

9、网中的变压器，在其高压侧装设接地（零序）保护，用来反应接地故障，并作为变压器主保护的后备保护和相邻元件的接地故障后备保护过负荷保护：运行中的变压器由于负荷的增加超出变压器的过负荷能力的一种保护。过励磁保护：大容量的变压器，由于额定磁通量的密集，过电压或低频率时容易引起过励磁，可以采用过励磁保护，动作于信号或断开变压器运行。1.3长兴岛发电厂的发变组保护配置长兴岛发电厂的发电机是由容量为1.2万千瓦汽压3.5兆帕汽温435摄氏度的两台由华东电力设计院设计上海电力件事局安装第一公司总承包施工，它的主要保护（1）发电机的差动保护（2）发电机定子绕组接地保护（3）发电机的电流、电压保护（4）发电机励磁

10、回路接地。现在厂用的主变变压器是由其两台运行电压为6300伏，安装16000千伏其电压等级有三个档次：高压侧为（35600-39400）伏、中压侧为（10000-11550）伏、低压侧6300伏的主变变压器，它的保护主要有（1）差动保护或电流速断保护（2）瓦斯保护（3）接地短路的后备保护（4）过负荷保护（5）过励磁保护 2长兴岛发电厂的发变组的保护原理（1）发电机的差动保护图（1）发电机纵差动保护发电机的差动保护一般都是采取纵差保护，是采取TA环流法接线的方法，见上图中电流互感器TA1和TA2的变化比相同，它们之间的定子绕组及其引出线既为纵差保护的保护区。由于装在发电机中性点侧的电流互感器受发

11、电机运转时的振动，接线端子容易松动而造成二次回路断线，因此在差动回路的中性线上接有断线监视的电流继电器KVI，只要任意一相电流互感器二次回路短线时，他就动作，它的动作电流大于正常运行情况下差动保护中性线中的最大不平衡电流，为防止在外部故障时不平衡电流误发断线信号，其动作带有一定延时性。（2）发电机定子绕组接地保护 图 2 反应零序电压的定子接地保护原理图零序电压保护的反应发电机定子绕组接地故障时出现的零序电压而动作的保护，保护动作作于信号，保护的动作电压应躲过正常运行时的不平衡电压整定，此电压整定值较高，因此中性点附近故障时，死区较大。为减小中性点附近的死区应减小正常时输入继电器KV的不平衡电

12、压。（3）发电机电流电压保护发电机的复合电压启动的过电压启动的过电流保护三相原理接线图如下保护的工作情况如下：当保护区内发生对称故障时，电流元件动作，由于机端电压下降，低电压断路器动断触点闭合，由此整套保护动作，经过保护动作时限后，使主断路器于灭磁开关跳闸，当发生在对称短路时，故障相的电流元件动作，同时由于负序电压的出现，在负序电压过滤器的输出端子有负序电压输出，继电器7动作（动作触点打开），低压继电器8失磁，低电压继电器的动断触点闭合，整套保护经延迟时跳主断路器和灭磁开关，保证的整定原则于变压器保护内式。复合电压启动电流保护原理接线图（4）励磁回路的接地保护发电机励磁回路直流电桥式转子两点接

13、地保护附加可调电阻R接至发电机转子绕组两端，当转子绕组K处发生第一点接地时K点将转子绕组电阻分为两部分r1和r2，组成电桥的两臂，另两臂则由附加电阻r的两个部分r3和r4组成，将sk合上，调节r的滑动触头，使毫伏表mv的指示为0.于是电桥处于平衡状态，各臂电阻满足以下关系，r1/r2=r3/r4，断开SB后，接通连接片XB，将电流继电器线圈K和限流电感L接到电桥的对角线上，此时两点接地保护投入运行，这是继电器中没有电流，保护不动作。(5) 发电机失磁保护发电机失磁保护应满足系统和发电机两方面要求，如果系统有足够的无功储备，失磁后系统电压不会低于允许值运行发电机异步运行，没有必要把发电机及时切除

14、，只要求保护先动作于信号，让值班员检查处理，然后经过延时跳闸，以避免系统在无功出现差额后又出现有功差额，如果系统和发电机不允许无励磁异步运行，则失磁保护应瞬时或短延时动作于跳闸，利用失磁后有关差数的变化，可构成失磁保护。(6)发电机的逆功率保护实现逆功率保护，要求有高灵敏度的逆功率继电器，以为主汽门关闭，可能发生在无功功率为任意值时。若无功功率为额定值是发生主汽门关闭，这时要求无功功率继电器能检测出千分之几到百分之几的额定值的有功功率来。（7）变压器的差动保护变压器的差动保护和发电机的差动保护是一样的三绕组变压器差动保护单项原理接线图如果忽略变压器的励磁电流在正常运行和外部故障时，三侧电流向量

15、和（折合同一电压等级）为零如上图在正常情况和外部故障时，流入继电器的电流为i(K)=i(11)+i(22)+i(32)=0,保护不动作，在内部故障时流入继电器的电流为i(K0)=i(11)+i(22)+i(32)=i(K)/nTA,保护将灵敏的动作。三绕组变压器的差动保护不平衡电流比双绕组的要大，为了减小外部不平衡电流影响，提高保护的灵敏度，一般采用制动特性的差动继电器构成差动保护。（8）瓦斯保护 两绕组变压器的瓦斯保护原理接线图如上图所示气体继电器KG的上触点为轻瓦斯保护，动作后延时发出信号，继电器的下触点为重瓦斯保护，动作后经信号继电器KS启动出口中间继电器KCO,跳开变压器两侧断路器，由

16、于重瓦斯反应油流速度的大小而动作，而油流的流速在故障过程中往往很不稳定，所以重瓦斯保护动作后必须有自保持回路，以保证断路器能可靠跳闸，为了防止变压器在换油或进行气体继电器试验时误动作，可通过连接片XB将重瓦斯暂接到信号回路运行。（9）接地保护 在正常情况下电流互感器中没有电流，当发生接地短路时有电流3i通过零序电流保护动作后，以较短的时间跳母联，以较长的时间跳变压器各侧断路变压器中性点直接接地时的零序电流保护，在发电厂变电所单台或并列运行的变压器中性点接到运行时，其接地保护一般采用的是零序电流保护，该保护的电流继电器接地变压器中性点处电流互感器的二次侧，如下图所示 这种保护接线简单动作可靠，电

17、流互感器的变比为变压器额定变比的1/21/3，电流互感器的额定电流可选低一个等级的，在正常情况下，电流互感器中没有电流，当发生接地短路时，有电流3I(0)通过，零序电流保护动作。第一段的保护电流按于被保护侧母线引出线第一段的动作电流在灵敏度上配合的条件整定，即iset=kcokbrai1set式中的i1set为引出线零序电流保护后备段的动作电流。ico为配合系数，取1.11.2。ibra为零序电流分支系数。第二段的动作电流于引出线零序电流的后备保护段在灵敏系数上配。第一段的动作时间T1=0.51S,第二段的时间T2比相邻元件零序电流保护的后备段大T,T4=T3+T器。（10）过负荷保护变压器的

18、负荷一般是由过载引发的过负荷，在一天当中由于负荷并不平衡，所以当发生过负荷是变压器是有一定的过负荷能力的，当发生过负荷时可以出口跳闸，也可以退出出口或发出信号，而且要注意的是过负荷就算要跳闸，也要经过延时继电器几十分钟的整定后才跳闸，所谓变压器正常过负荷即是在运行方式不变的情况下，负荷超过变压器的额定运行。1如果变压器存在较大缺陷有下列情况不准过负荷运行；1）冷却器系统不正常，2）严重漏油，3）色谱分析异常超过规定指标，4）有载调压分接开关异常。2在变压器过负荷时应投入全部冷却器包括所有备用风扇等。3在过负荷时值班人员应立即报告当值调度员设法转移负荷。4变压器在过负荷期间，应加强对变压器的监视

19、。5具体过负荷时间过负荷倍数参照部颁规程处理。（11）过励磁保护变压器过励磁的原因在电力系统中所设置的变压器。经常会发生过励磁的保护现象，引起发生这种现象的原因有很多。首先，我们从比较常见的方向来说明，原因可能是由电网解和环的考虑不周密，或者是由于不恰当，会引起局部地区出现过电压抑制，有时候会引起低频率的运行，另外，铁磁谐振也会引起过电压，L-C谐振也会引起过电压，倘若调节控制装备程序失控，或者是发生误动作的现象也是会引起变压器过励磁。超高电压远距离输电线路丢失负荷时会引起过电压倘若变压器过励磁发生故障，会产生非常严重的影响。过励磁会引发温度的升高，温度的升高会引起设备绝缘的老化发热，这个时候

20、，绕组的绝缘的强度机械性能会受到影响铁心叠片间的绝缘也会随之产生损坏，这种损坏引起绕组对铁心主绝缘的损坏，在变压器事故当中是比较严重的，而相对来说变压器的绝缘发热所引起的变压器油箱的内壁油漆的融化，或随温度的升高变压器油蒸发后留下的渣滓也是对变压器绝缘以及变压器正常工作带来影响。3发变组未投保护的原因说明根据我在发电厂实习单位我见到的实际情况，他们对于发电机变压器的保护具体在实际运行当中投入了哪些保护，首先是发电机的主要保护（1）发电机的差动保护（2）发电机定子绕组接地保护 （3）发电机的电流、电压保护 （4）发电机励磁回路接地保护 （5）发电机失磁保护 （6）发电机的逆功率保护变压器的主保护

21、（1）差动保护或电流速断保护 （2） 瓦斯保护（3）接地保护（4）过负荷保护（5）过励磁保护以上是关于发变组的主要几种保护，这几种保护我在上面也有所介绍，我实习单位的厂用主变压器它是全部装的这几种保护我都介绍了，发电机没有装上发电机的失磁保护和逆功率保护，所以说我所实习的单位在发电机保护方面是成在一定的风险地。下面我主要从几个方面去介绍成在哪些风险，首先我们回顾一下失磁保护和逆功率保护的定义，失磁保护是指发电机的励磁电流突然全部消失或是部分消失的一种保护，失磁的原因可能有（转子绕组故障、励磁机故障、自动灭磁开关误跳闸、励磁系统故障、自动调节励磁装置故障或是误操作等。逆功率保护是指由于机炉保护动

22、作或其他原因使汽轮机主汽门误关闭而断路器未跳闸是，发电机将变成电动机运行，从系统吸收有功功率，这种情况对发电机虽然没有危害，但是汽轮机的低压缸的排气温度将会升高，使汽机尾部叶片过热，从而造成汽机事故。故不允许机组在此情况下运行，为及时发现这种异常的情况，对于机组应该采用逆功率保护。从定义上讲我们可以看出失磁保护就是运行中的发电机由于某种原因突然间的失去励磁电流，我们都知道励磁电流的重要性，就是将发电机的转子磁化使其成为一个磁体，在周围形成一个稳定的磁场，由于汽轮机推动发电机转子转动，因为现在转子就相当一个很大的磁体，转子的转动就形成了一个旋转的磁场，由旋转的磁场去切定子上的铜导线。根据电磁的相关原理，就可以在铜导线上产生电流，这样也就可以发出电了，而当发电机突然失去励磁电流时，我们就可以认为发电机是在空转，是发不出来电流电压以及功率的，那相对来说高压蒸汽就白对发电机做功了，燃烧的煤也就浪费，所以说这对于电厂来说还有成在一定的风险的。逆功率保护从定义上来理解，就是在某种原因下，主蒸汽门已经关闭，主蒸汽不对发电机做功，相对来说发电机是由先前