继电保护原理第五章

1、2022-6-25第5章 元件保护12022-6-25第5章 元件保护25.1.1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。2022-6-25第5章 元件保护3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。2022-6-25第5章 元件保护4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20

2、22-6-25第5章 元件保护5瓦斯保护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2022-6-25第5章 元件保护6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 2022-6-25第5章 元件保护7QJ1-80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 2022-6-25第5章 元件保护8轻瓦斯动作于信号轻

3、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 2022-6-25第5章 元件保护9 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。2022-6-25第5章 元件保护105.1.3 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。TA2TA1一、变压器纵差动保护的原理 核心问题仍是不

4、平衡电流问题2022-6-25第5章 元件保护115.1.4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2022-6-25第5章 元件保护12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2022-6-25第5章 元件保护13TA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unbster 1TA/IK K IK同型系数TA误差10

5、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12022-6-25第5章 元件保护14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2022-6-25第5章 元件保护15cbaCBAKD1KD2KD3一次电流YYYA1B1C1III、YYYA2B2C2III、二次电流一次电流A1B1C1III、A2B2C2III、二次电流2022-6-25第5章 元件保护16 一次电流纵差动保

6、护电流相量图二次电流YC1IYB1IYA1IYA2IYB2IYC2IYYA2B2IIYYB2C2IIYYC2A2IIA1IB1IC1IA2IB2IC2I同相Y侧侧不同相2022-6-25第5章 元件保护17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。( )( )35TN YTA YIK5)()(TNTAIK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 2022-6-25第5章 元件保护18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。AA0BB0CC0()()()IIIIIIIII PST1

7、200采用RCS978采用AACBBACCB()/3()/3()/3IIIIIIIII 主变Y侧主变侧AABBBCCCA()/3()/3()/3IIIIIIIII 主变Y侧主变侧不变换2022-6-25第5章 元件保护19！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）。2022-6-25第5章 元件保护20TA变比标准

8、化3 120/5207.8/5观察算例：2022-6-25第5章 元件保护21TA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2022-6-25第5章 元件保护22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。k.maxunb.maxTAUIIn调压范围的一半最大外部故障电流2022

9、-6-25第5章 元件保护23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。2022-6-25第5章 元件保护24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 suruperaperT/2Tt t,u变压器 .m =2 m+ surper+aper+ surper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2022-6-25第5章 元件保护25tt .mimiim

10、 tt .m半周波后磁通达到最大由于铁芯饱和电流激增im2022-6-25第5章 元件保护26励磁涌流录波（空载合闸）2022-6-25第5章 元件保护27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2022-6-25第5章 元件保护28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

11、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。2022-6-25第5章 元件保护29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

12、锁差动保护。2022-6-25第5章 元件保护30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，2022-6-25第5章 元件保护31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.maxk.maxunbfII 比率制动00.maxSTL.max(10)unbIKUf I00Sk.maxT10I

13、K00SL.maxT10IK相位补偿.maxk.maxunbUII 系数补偿（平衡线圈）0.051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2022-6-25第5章 元件保护32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2022-6-25第5章 元件保护33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

14、。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K.dcK.actIKIK.actK.act.0II1o动作电流倍数直流分量含量2022-6-25第5章 元件保护34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。2022-6-25第5章 元件保护35BCH-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

15、力。同时改变短路线圈Wk抽头位置，可以调节直流助磁特性。K.dcK.actIKIK.actK.act.0II1o无短路线圈Wk为A1-A2B1-B2C1-C2D1-D2WKWK2022-6-25第5章 元件保护36BCH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，

16、可用于三卷变压器。2022-6-25第5章 元件保护37部件作用BCH-1BCH-2BCH-4速饱和铁芯变流器直流助磁特性，躲避励磁涌流差动线圈产生动作磁势（安匝）二次线圈驱动执行元件平衡线圈减小TA变比标准化形成的不平衡电流，改变动作电流2个2个2个短路线圈加强直流助磁特性，躲避励磁涌流无无制动线圈躲避外部故障穿越电流形成的不平衡电流1个无4个BCH系列继电器小结2022-6-25第5章 元件保护38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

17、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2022-6-25第5章 元件保护395.1.5 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2022-6-25第5章 元件保护40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

18、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。2022-6-25第5章 元件保护41dMNIII差动电流dMNunbF.maxIIIIKI正常运行及外部故障时，dMNFIIII内部故障时，动作条件：外部故障时不误动dactunb.maxIII线路纵差0.5 10%0.05sterKK K变压器纵差()(1 10%0.05)(0.15)sterKK KUfUU共同的差动原理2022-6-25第5章 元件保护42讨论外部故

19、障情况dunbF.maxIIKI无比率制动时整定过程有比率制动时整定过程动作区动作区2022-6-25第5章 元件保护43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。2022-6-25第5章 元件保护44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dbrk/II2022-6-25第5章 元件保护45外部故障时，dunbkbrk

20、IIKIKIdbrk/IIK内部故障时，dFFbrk(1)(1)IIIIdbrk/1II折线段动作特性actbrkbrkIKIactbrkbrk/IIK灵敏度较低，很难满足要求，实际应用较少2022-6-25第5章 元件保护552022-6-25第5章 元件保护56保护原理relsetN.TreKIIKU.0.7setN TUU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2022-6-25第5章 元件保护572022-6-25第5章 元件保护58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2.N.T0.06setUU单相

21、式低电压，反应对称故障.0.7setN TUU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2022-6-25第5章 元件保护592022-6-25第5章 元件保护60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。2022-6-25第5章 元件保护612022-6-25第5章 元件保护62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。

22、.relsetN TreKIIK2022-6-25第5章 元件保护63 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2022-6-25第5章 元件保护64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 2022-6-25第5章 元

23、件保护65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2022-6-25第5章 元件保护66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，

24、再切除中性点接地运行主变2022-6-25第5章 元件保护67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st15 . 01ttt12tttmax3ttt34 相邻线路零序段最长动作时间2022-6-25第5章 元件保护683I0II3I0It10t30t40T1T3T4QF1母联解列（跳QF）跳主变（跳QF1、2）QFQF1TAQET2t20QF2防止主变未并列时因高压侧接地误跳母联2022-6-25第5章 元件保护690.0.IIsetmetbraset LIKKI零序段起动电流按与相

25、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 2022-6-25第5章 元件保护700.0.setmetbraset LIKKI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 2022-6-25第5章 元件保护71

26、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03U03U升高2022-6-25第5章 元件保护720.3-0.5s抗干扰2022-6-25第5章 元件保护73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

27、全级绝缘的变压器接地保护相同。2022-6-25第5章 元件保护74跳主变跳主变放电间隙保护2022-6-25第5章 元件保护755.1.85.1.8数字式变压器保护测控装置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2022-6-25第5章 元件保护762022-6-25第5章 元件保护77PST12002022-6-25第5章 元件保护78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

28、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 2022-6-25第5章 元件保护79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2022-6-25第5章 元件保护80220kV主

29、变保护一般配2面柜主保护双重化配置实例A柜B柜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2022-6-25第5章 元件保护81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2022-6-25第5章 元件保护82五次谐波与二次谐波一样也用于励磁涌流鉴别

30、2022-6-25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2022-6-25第5章 元件保护84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。2022-6-25第5章 元件保护85配置例12022-6-25第5章 元件保护86配置例22022-6-25第5章 元件保护87配置例32022-6-2

31、5第5章 元件保护88110kV变压器保护测控柜实例2022-6-25第5章 元件保护892022-6-25第5章 元件保护905.2.1 发电机的故障类型、异常工作情况和继电保护方式相间短路匝间短路接地短路一点接地二点接地2022-6-25第5章 元件保护91相间短路匝间短路单相接地短路定子绕组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一点接地两点接地转子绕组故障类型及保护配置2022-6-25第5章 元件保护92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

32、频保护 失步保护转子过负荷转子过负荷保护2022-6-25第5章 元件保护93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2022-6-25第5章 元件保护945.2.2 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2022-6-25第5章 元件保护95完全差动保护接线无故障时无故障时相间故障时相间故障时DNT0IIIDNT0III2022-6-25第5章 元件保护96假设每相有n个分支无故障时无故障时相间故障或匝间短路时相间故障或匝间短路时不完全差动

33、保护接线DNT0InIIDNT0InII2022-6-25第5章 元件保护97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、不平衡电流较小接线简单、不平衡电流较小中性点附近有死区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2022-6-25第5章 元件保护98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k.setrelunb.maxIK Irelaperssk.maxTA0.1/K KK InTA10%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2022-6

34、-25第5章 元件保护99若汽轮发电机F.maxN.G8IIK.setN.GTA0.5 0.6/IIn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./K setN GTAIInb.若水轮发电机F.maxN.G5IIK.setN.GTA0.3 0.4/IIn则.3coseeNTAPII GUen2022-6-25第5章 元件保护100（2）发电机差动保护灵敏度校验senF.minset2KII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

35、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。 2022-6-25第5章 元件保护101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。dact0brkbrk0dbrkbrkbrk0act0brkbrk0ds.().IIIIIKIIIIIII动作方程actIbrkIact0Ibrk0IbrkK速断动作区动作区制动区TNbrk2III制动电流dTNIII差动电流不完全差动接线时TNFbrk

36、2IKII制动电流K为分支系数 动作特性2022-6-25第5章 元件保护102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2022-6-25第5章 元件保护103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2022-6-25第5章 元件保护104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：0.52.启动电流Iact0：躲过正常工况最大不平衡电流，0.30.4IN.G3.拐点电

37、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。2022-6-25第5章 元件保护105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brk1Iact1IdIactIbrkIact0Ibrk0IbrkKbrk1Iact1Idsenact12IKI2022-6-25第5章 元件保护106 变数据窗式标积制动纵差保护原理完全差动制动量0brkNTIcos(180)I ITINI外部故障o180制动量最大内部故障o0制动量转为动作量，灵敏度高不完全差动0brkNF TIcos(180)

38、KII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2cos(180)TNNTIIIIS2022-6-25第5章 元件保护107与循环闭锁的比率制动式差动保护逻辑一样。动作框图2022-6-25第5章 元件保护1085.2.3 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 2022-6-25第5章 元件保护109匝间短路分析120I2022-6-25第5章 元件保护110设A相短路匝数占总匝数的比例为A0EIZ两中性点间电流I0Z为电流流经回路的绕组阻抗0AB

39、CA3(1)UEEEE 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）纵向零序电压纵向零序电压（机端对中性点），零序电流零序电流（2）纵向负序电压纵向负序电压，负序电流负序电流，转子倍频电流转子倍频电流2022-6-25第5章 元件保护111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2022-6-25第5章 元件保护112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，保护在保护反应匝间短路及定子绕组开焊故障，保护在 较小时

40、较小时有有死区死区。2022-6-25第5章 元件保护113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：2022-6-25第5章 元件保护114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。A2IA1IA1A2II正常运行差电流为0，匝间短路有差电流。2022-6-25第5章 元件保护115反应转子回路二次谐波电流的匝间短路保护动作条

41、件：I2 & P20I2 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 。2022-6-25第5章 元件保护116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2022-6-25第5章 元件保护117负序功率方向元件分析2U2I2U2I机端电压中性点或机端电流_+2E2I2U结论ZS2222900UArgPI（1）匝间短路2022-6-25第5章 元件保护

42、1182I2U2E_+2E_+2U2IZS2ZS22U2I2U2I（2）外部故障222900UArgPI222900UArgPI结论（2）内部不对称相间故障结论2Ia.中性点2U2I222900UArgPI结论b.机端P20不反应发电机外部故障。2022-6-25第5章 元件保护119纵向零序电压式匝间保护关键：纵向零序电压，TV一次侧中性点与发一次侧中性点与发电机中性点相连电机中性点相连2022-6-25第5章 元件保护120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。2022-6-2

43、5第5章 元件保护121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2022-6-25第5章 元件保护1225.2.4 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2022-6-25第5章 元件保护1231 发电机定子绕组单相接地的特点单相接地时的零序电压AA(1)UEBBAUEECCAUEENAUE 机端零序电压0AAC33AUUUUaE 03U012022-6-25第5章 元件保护1242 利用零序电压构成的定子接地保护可用于发变组，中

44、性点附近有死区0U3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2022-6-25第5章 元件保护125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）%。01100103U0（V）10%动作电压NT死区510%保护区2022-6-25第5章 元件保护1263 双频式100保护区定子绕组单相接地保护保护分两部分：1）反应基波零序电压反应基波零序电压 2）反应三次谐波电压

45、反应三次谐波电压NT反应三次谐波电压反应基波零序电压保护区示意图2022-6-25第5章 元件保护127发电机正常运行时的三次谐波电压T0U0NU和发电机电势中有固有的三次谐波电势E3s0C3g0C23-+g0C23LT0U0NUNT3E-+ -+g0C23L0NUNs0C3g0C23T0UT3E3E)1 (T00g0s0g0sN0(92)219(2)UKCCK CCU正常运行时)CC(31LKs0g0补偿系数内部单相接地时T0N01UU2022-6-25第5章 元件保护128正常运行时T0N0UU可以将T0N0UU作为定子绕组单相接地故障的判据，这样保护区为00.50 即T0N0UUNT反应

46、三次谐波电压反应基波零序电压基波零序电压保护三次谐波电压保护或2022-6-25第5章 元件保护129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NTNUUUrelN0T0N0()KUUU大型机组NTNPUUUrelN0T0N0()KPUUUPIBICUCA&t2/0（当有记忆时）发电机复合电压过电流保护出口逻辑框图发信或跳闸如出口全停2022-6-25第5章 元件保护132 ZAB 1 & ZBC ZCA TA断线 闭锁t1/0t2/0跳闸或发信低阻抗保护动作逻辑框图2022-6-25第5章 元件保护1332 同步发电机的负序电流保护和过负荷保

47、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AtI22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2022-6-25第5章 元件保护134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2022-6-25第5章 元件保护135a-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2actN.G0.5II13 5ts段2actN.G0.1II2510ts2022-

48、6-25第5章 元件保护136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。2022-6-25第5章 元件保护137负序反时限过流保护aIAt22修正系数2It热容量曲线反时限负序电流曲线12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2022-6-25第5章 元件保护138发电机负序保护逻辑IIupIIdowtupt1&t51跳闸或发信发信IIact高定值低定值过负荷定值反时限2022-6-25第5章 元件保护1395.2.6 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2022-6-25第5章 元件保护140

49、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。2022-6-25第5章 元件保护141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2022-6-25第5章 元件保护142励磁回路一点接地检查装置 两表法单表法有死区2022-6-25第5章 元件保护143叠加直流电压式一点接地保护K接通3050.1RUigEg6050.2RUi

50、gEgK不接通21126030giiRi i2022-6-25第5章 元件保护144外加交流电压式一点接地保护延时动作于信号 00kcyuIzjxz未接地时0I01fyfyR ZkcRZuIzjx接地时2022-6-25第5章 元件保护145切换采样式一点接地保护1f11f21f11f2S1S2(R+R +R )I -( R +R )I =E-( R +R )I +(2R+R +R )I =(1-)E接通断开时1f11f21f11f2S1S2(2R+R +R )I -( R +R )I =E-( R +R )I +(R+R +R )I =(1-)E断开接通时联立四个方程，可得Rf=ER1/3U-R1-2R/3 2022-6-25第5章 元件保护146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。+-K1mvmnUmnK2滤波限幅2022-6-25第5章 元件保护147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。2022-6-25第5章 元件保护148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