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1、发电机,变压器组的继电保护,?,一、发电机故障及不正常运行方式,?,二、发电机变压器组主要继电保护功能,原理及整定原则,?,发变组与高压输电线路元件相比，故障几,率比较小。但发变组故障后会对其本身设,备造成的危害极大，进而造成电力系统的,有功无功缺失，严重危及系统稳定运行，,对电力系统和发变组本身都非常不利。因,此，发变组的继电保护在火电机组运行过,程中起着非常重要的作用。,一、发电机故障及不正常运行方式,?,（一）发电机故障类型,?,（二）发电机不正常运行状态,（一）发电机故障类型,?,发电机正常运行时发生的比较常见的故障有如下,几种：,?,（,1,）定子绕组相间短路。发电机定子绕组发生相,
2、间短路若不及时切除，将烧毁整个发电机组，引,起极为严重的后果，必须有两套或两套以上的快,速保护反应此类故障。,?,（,2,）定子绕组匝间短路。发电机定子绕组发生匝,间短路会在短路环内产生很大电流。因此发生定,子绕组匝间短路时也应快速将发电机切除。,?,3,）定子单相接地。定子单相接地并不属于短路性,故障，但由于以下几方面的原因，对单相接地故,障却要求灵敏而又可靠地反应：很多大型机组,中性点都经高阻接地；电容电流会灼伤故障点,的铁心；绝大部分短路都是首先由于单相接地,没有及时进行处理发展而成；接地时非接地相,电压升高，影响绝缘。,?,（,4,）失磁。由于励磁设备故障、励磁绕组短路等,会引发失磁（
3、全失磁或部分失磁），使发电机进,入异步运行，对系统和发电机的安全运行都有很,大影响。,?,（,5,）转子一点、二点接地故障。转子一点接地对,汽轮发电机组的影响不大，一般都允许继续运行,一段时间。,（二）发电机不正常运行状态,?,由于发电机是旋转设备，加上一般发电机在设计制造时，,考虑的过载能力都比较弱，一些不正常的运行状态将会严,重威胁发电机的运行安全，因此对以下这些状态的处理也,同样必须及时，准确。,?,（,1,）定子负序过流。发电机承受负序过流能力非常弱，,很小的负序电流流经定子绕组，就可能会引起转子铁心的,严重过热，甚至烧损发电机铁心。大机组上一般都配置两,套反应负序过流的保护。,?,（
4、,2,）定子对称过流。当外部发生对称三相短路时，会引,起发电机定子过热，因此应有反应对称过流的保护。,?,（,3,）过负荷。当发电机过负荷时，应及时报警。,?,（,4,）过电压。由于励磁等原因引起过电压时，会,影响发电机的绝缘寿命，因此必须有反应过电压,的保护。,?,（,5,）过励磁。当电压升高、频率降低时，可引起,发电机和主变压器过励磁，从而使发电机过热而,损坏，需装设反应过励磁的保护。,?,（,6,）频率异常。发电机在非额定频率下运行，可,能会引起共振，使发电机疲劳损伤，应配置频率,异常保护。,?,（,7,）发电机与系统之间失步。当发电机和系统失,步时，巨大的交换功率使发电机无法承受而损坏
5、，,应配有监测失步的保护装置。,?,（,8,）误上电。对发电机并网前误合主变出,口断路器的情况做出反应。,?,（,9,）启停机故障。发电机组在没有给励磁,前，有可能发生了绝缘损坏的故障，若能,在并网前及时发现，就可以避免更大的事,故发生。,?,（,10,）逆功率。发电机组在运行中，从系,统吸收有功时，则会引起汽轮机的鼓风损,失而引起汽轮机发热损坏。,二、发电机变压器组主要继电保护功能,原理及整定原则,?,下图为发变组保护柜（,A,柜）的保护压板。,下面结合该保户柜对发变组继电保护功能,原理及整定原则进行介绍。,（一）发电机差动保护（,1XB,）,?,差动保护选择性好、灵敏度高，宜于作为,发电机
6、、变压器及母线等元件的主保护。,?,发电机差动保护用以反应发电机定子绕组,及引出线的相间短路。,?,该保护按比较发电机定子绕组两侧电流大,小及相位的原理构成。,（二）定子接地保护（,2XB,）,?,采用,3,零序电压保护和三次谐波定子接,地保护，可构成,100%,定子接地保护，也可,用外加电源方式构成。,0,U,1,发电机,3,定子接地保护,?,接线引入发电机机端,TV,开口三角处的零,序电压,3,或者引入发电机中性点处配电变压,器二次侧,3,电压。,3,电压来自机端时,应考虑,TV,断线闭锁环节。,?,该保护可靠性高，能切除绝大部分定子绕,组发生的单相接地故障。但它无法检测发,电机中性点附近
7、发生的单相接地故障。,0,U,0,U,0,U,2,三次谐波式定子接地保护,?,三次谐波式定子接地保护的主要任务是检测发电机,中性点附近的单相接地故障。,?,（,1,）接线,?,从发电机机端,TV,开口三角处引入机端三次谐波电压。,?,从发电机中性点,TV,或消弧线圈引入发电机中性点侧,三次谐波电压。,?,（,2,）原理,?,三次谐波式定子接地保护具有反应机端和中性点三,次谐波大小和相位变化的构成原理。,（三）热工保护（,3XB,）,?,热工系统对发电机各个参数进行监测，当,参数异常，热工信号动作与声光报警，提,醒运行人员进行及时处理；当参数超限，,危害机组安全时，如主机轴承振动大，汽,包水位高
8、等情况发生时，热工保护动作，,使机组停运，防止设备损坏。,（四）主变差动保护（,4XB,）,?,主变压器的差动保护范围包括发电机出口到主变压器高压侧。,?,变压器差动保护在以下方面显著不同于发电机差动保护。,?,（,1,）变压器各侧额定电压和额定电流各不相等，各侧电流互,感器的型号又一定相同，所以变压器差动保护的制动系数比,发电机的大，灵敏度相对较低。,?,（,2,）变压器高压绕组常有调压分接头，调节后使最小动作电,流和制动系数相应要加大。,?,（,3,）发电机的差动保护对绕组的匝间短路没有作用。由于变,压器铁心磁路的耦合，变压器的差动保护对匝间短路有保护,作用,(,可视为变压器的一个新绕组发
9、生端口短路,),。,?,（,4,）对变压器绕组的开焊，差动不动作，只能依靠瓦斯,保护等来保护。,?,（,5,）变压器的保护范围除各绕组外，还包括变压器的铁,心，在变压器磁通密度过高的过励磁工况下（没有内部短,路时），铁心严重饱和，励磁电流很大，造成误动作；变,压器空载合闸时的暂态过励磁电流（通常称为励磁涌流）,会流入差动保护的差动回路，为防止励磁涌流引起变压器,差动保护误动，通常根据其特点加上一些闭锁环节，如速,饱和原理、间断角原理、二次谐波与基波之比等。,其它差动保护,?,发电机变压器组差动保护、厂用电变压,器差动保护、高压备用变压器差动、励磁,变压器差动等差动保护，原理都与变压器,差动类似
10、，这里不再讲述。,（五）过电压保护（,5XB,）,?,当发变组甩负荷时，随转速的上升发电机,有可能电压过高，威胁绕组的主绝缘。过,电压保护反应发电机端电压大小而动作。,（六）非全相运行保护（,11XB,）,?,220Kv,断路器通常为分相操作断路器，常由,于误操作或机械方面的原因，使三相不能,同时合闸和跳闸，或在正常运行中突然一,相跳闸，这时发变组中将流过负序电流。,如果靠反应负序电流的反时限保护，则有,可能会因为动作时间较长而导致后备保护,动作，使故障范围扩大，甚至造成系统解,列，因此应安装非全相运行保护。,（七）发电机逆功率保护（,9XB,）,?,发电机逆功率保护主要用于保护汽轮机。当主汽
11、,门误关闭时或机炉保护动作使主汽门关闭而发电,机并未从系统解列时，发电机就变成了同步电动,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。但由于汽轮机的鼓风损失，,其尾部叶片有可能过热，造成汽轮机事故。因此,发电机组不允许在这种状况下长期运行。,?,该保护是以反应发电机从系统吸收有功功率的大,小而动作的，是以主汽门是否关闭的条件来决定,动作时间的。,（八）母差及失灵保护（,6XB,）,?,母线保护主要使用母线差动保护，在高压母线上,常使用高阻抗式差动保护。,?,在高阻抗式差动保护中，差动回路中串联接入一,很大的阻抗，其值高达数百欧甚至上千欧。在外,部故障时，进入继电器的不平衡电流
12、大大减小。,但在内部故障时，通过回路的应是全部短路电流，,将使差动回路的电压大大升高，在此情况下反应,差动回路两端电压的过电压保护动作，将差动回,路中串联阻抗短接，使差动回路变成低阻抗，继,电器动作跳闸。这种保护的动作速度很快。,（九）励磁绕组过负荷保护（,25XB,、,12XB,）,?,过励磁将使发电机和变压器的温度升高，,若过励磁倍数高，持续时间长，可能使发,电机和变压器因过热而遭受破坏。过励磁,保护基于定时限或反时限两种原理，本机,组采用两套保护共同保护发变组。,（十）励磁系统故障（,13XB,）,?,发电机励磁回路由于绝缘损坏较易发生一点接地,故障，由于一点接地不会形成电流通路，对发电
13、,机并未造成危害。但若再相继发生第二点接地时，,部分励磁绕组被短接，使气隙磁通失去平衡，造,成机组振动，故障点电弧将烧伤转子绕组及铁心,造成严重后果。对于大型汽轮发电机，为了机组,安全，并避免不必要的停机，励磁回路一点接地,保护采用,动作于信号（必要时动作于跳闸）,。,（十一）发电机断水保护（,14XB,）,?,大型发电机的定子绕组及转子绕组，其线,棒是中间空心的管状体外包绝缘，蒸馏水,从导体中间流过，用以冷却。一旦断水，,则迅速发热升温，为此装设断水保护。保,护动作后，首先关主汽门，再由逆功率保,护动作，分主变压器高压侧断路器，分灭,磁开关去掉发电机励磁。,（十二）发电机低频保护（,15XB
14、,、,16XB,、,17XB,）,?,低频保护主要用于保护汽轮机不受低频共振的影,响。汽轮机各节叶片都有一共振频率，当系统频,率接近或等于共振频率时，将引起叶片的共振而,损坏汽轮机。,?,低频运行对于汽轮机而言是个疲劳过程，一般汽,轮机低频运行累计达一定时间，汽轮机将疲劳报,废。因此低频运行的时间是个积累的过程。,?,保护装置停运不影响积累值。低频保护反应系统,频率的降低，并受出口断路器辅助触点闭锁，即,发电机退出运行时低频保护也自动退出运行。,（十三）转子一点接地保护（,18XB,）,?,转子一点接地对汽轮发电机组的影响不大，一般,都允许继续运行一段时间，保护只动作于信号。,其保护原理有很多
15、，如叠加直流方法，叠加源电,压为,50V,，内阻为,50,k。利用微机智能化测量克,服了传统保护中绕组正负极灵敏度不均匀的缺点，,能准确计算出转子对地的绝缘电阻值范围可达,200,k。转子分布电容对测量无影响。发电机起,运过程中转子无电压时保护并不失去作用。,（十四）发电机失步保护（,19XB,）,?,失步保护反应发电机机端测量阻抗的变化,轨迹，只反应发电机的失步情况，能可靠,躲过系统短路和稳定振荡，并能在失步开,始的摇摆过程中区分加速失步和减速失步。,失步保护的动作行为由系统安全稳定的要,求决定，只有在振荡次数或持续时间超过,规定时，选择切断电流较小的时刻跳开发,电机。,（十五）发电机失磁保
16、护（,20XB,、,21XB,、,22XB,、,23XB,）,?,发电机失磁是指发电机励磁电流下降或全部消失。,造成失磁的原因有：励磁绕组开路或短路、励磁,系统故障、灭磁开关误跳闸、自动调节励磁装置,故障及误操作等。,?,失磁的发电机一般将与系统失去同步，逐步过渡,到异步运行，从而对发电机和系统都将造成不良,影响。,?,为了保证发电机和电力系统的安全运行，对大型,发电机都装有失磁保护，用以及时发现失磁故障，,并采取必要的处理措施，如向运行人员发出信号、,切换励磁、自动减负荷或动作于跳闸等。,（十六）断路器失灵保护（,26XB,）,?,所谓断路器失灵保护，是指当保护跳断路,器的跳闸脉冲已经发出而
17、断路器却没有跳,开时，由断路器失灵保护以较短的延时跳,开同一母线上的其他元件，以尽快将故障,从电力系统隔离的一种紧急处理办法。,（十七）误上电保护（,24XB,）,?,装设误上电保护，是为了防止发电机启停,机期间的误操作。当发电机盘车或转子静,止时发生误合闸操作时，,定子电流气隙产,生的旋转磁场能在,转子本体中感应工频或,接近工频的电流，会引起转子过热而损伤。,（十八）闭锁热工保护（,123XB,）,?,在机组启动过程中，机组各个参数与额定,运行参数相差很多，如果此时热工保护投,入，则会不停的发跳闸信号，使设备不能,正常启动，因此在机组启动时投入闭锁热,工保护，使热工保护暂时停运。机组启动,后
18、将闭锁热工保护退出。,发变组保护,B,柜,（十九）变压器零序保护,?,主变压器高压侧连接,220kV,电压的电力系统均,为直接接地系统。电力系统各种短路故障中,单相接地故障机率最高。在变压器高压侧所,配置的零序保护用于反应单相接地故障，作,为变压器及相邻元件的后备保护。,（二十）变压器重瓦斯保护,?,瓦斯保护是变压器油箱内绕组短路故障及异常的,主要保护。其作用原理是：变压器内部故障时在,故障点产生有电弧的短路电流，造成油箱内局部,过热并使变压器油分解、产生瓦斯气体进而造成,喷油、冲动气体继电器，瓦斯保护动作。,?,重瓦斯保护是油箱内部故障的主保护，它能反映,变压器内部的各种故障。当变压器组发生
19、少数匝,间短路时，虽然故障点的故障电流很大，但在差,动保护中产生的差流可能不大，差动保护可能拒,动。此时，重瓦斯保护动作切除故障。,（二十一）变压器压力释放保护,?,压力释放保护也是变压器油箱内部故障的,主保护，含压力保护和压力突变量保护。,其作用原理与重瓦斯保护基本相同，但它,是反映变压器油的压力的。压力继电器又,称压力开关，由弹簧和触点构成，置于变,压器本体油箱上部。当变压器内部故障时，,温度升高，油膨胀压力增高，弹簧动作带,动继电器动触点，使触点闭合，切除变压,器。,（二十二）变压器温度及油位保护,?,当变压器温度升高时，温度保护动作发出,报警信号。,?,油位保护是反映油箱内油位异常的保护。,运行时，因变压器漏油或其他原因使油位,降低时动作，发出报警信号。,（二十三）变压器冷却器全停保护,?,为提高传输能力，对于大型变压器均配置,有各种冷却系统。在运行中，若冷却系统,全停，变压器的温度将升高。若不及时处,理，可能导致变压器绕组绝缘损坏。,?,冷却器全停保护，在变压器运行中冷却器,全停时动作。其动作后应立即发出报警信,号，并经长延时切除变压器。,高备变保护柜,
