电力系统继电保护原理.ppt

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1、继电保护,一. 电力系统的不正常状态,1）常见故障：在三相交流电力系统中，最常见和最危险的故障是各种型式的短路，其中包括三相短路、两相短路、两相接地短路、一相接地短路、两点接地短路以及电机和变压器一相绕组上的匝间短路等。除此以外，输电线路还可能发生一相或两相断线以及上述几种故障同时发生的复杂故障。,一. 电力系统的不正常状态,2）不正常工作情况：最常见的不正常工作情况是过负荷。长时间过负荷会使载流设备和绝缘的温度升高，而使绝缘加速老化或设备遭受损坏，甚至引起故障。此外，由于电力系统有功功率缺额而引起的频率降低，水轮发电机突然甩负荷所引起的过电压等也都是不正常工作情况。,一. 电力系统的不正常状

2、态,电力系统短路可能引起下列严重后果： （1）数值很大的短路电流通过短路点将燃起电孤，使故障设备烧坏甚至烧毁； （2）短路电流通过故障设备和非故障设备时，产生热和电动力的作用，致使其绝缘遭到损坏或使设备缩短使用寿命； （3）电力系统中大部分地区的电压下降，使大量电能用户的正常工作遭到破坏或产生废品； （4）破坏电力系统各发电厂之间并列运行的稳定性，而使事故扩大，甚至造成整个电力系统瘫痪。,二继电保护的任务与作用,1. 定义： 继电保护装置是能反应电力系统各电气设备故障或不正常工作情况，并作用于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。,二继电保护的任务与作用,2. 作用： 1）当电力系统出现故障时，

3、给主控制设备的断路器发出跳闸信号，将发生故障的主设备从系统中切除，保证无故障部分继续运行。 2）反应电气设备的不正常工作情况，并根据不正常工作情况和设备运行维护条件的不同（例如有无经常值班人员）发出信号，以便值班人员进行处理，或由装置自动地进行调整，或将那些继续运行而会引起事故的电气设备予以切除。 以防止不正常工作状态发展成故障而造成事故。,三. 继电保护的作用原理,电力系统发生短路时，电气量将发生下述变化。 1电流增大，在短路点与电回间直接联系的电气设备上的电流会增大。 2电压降低。系统故障相的相电压或相间电压会下降，而且离故障点愈近，电压下降愈多，甚至降为零。 3电流电压间的相位角会发生变

4、化。,利用短路时这些电气量的变化，可以构成各种作用原理的继电保护。 1）过电流保护：利用电流增大的特点可以构成过电流保护； 2）低电压保护：利用电压降低的特点可以构成低电压保护； 3）阻抗保护：利用电流增大和电压降低的特点可以构成阻抗保护； 4）方向电流保护：利用电流增大和电流电压间相位角的变化可以构成方向电流保护。,四. 继电保护装置的组成,继电保护装置的功能，就是将检测到的电气量与整定值或设定的边界进行比较，在越过整定值或边界时就动作。这里的越过有两层含义：1）对于反应被测量的量增加而动作的保护装置，是指测量的量大于整定值或越过边界到界外； 2）对于反应被测量的量降低而动作的保护装置，是指

5、测量的量小于整定值或越过边界进入界内。,继电保护装置的功能可用一个等效的自动化开关来描述，其逻辑框图如图所示。,在继电保护技术中，将继电保护装置的自动化开关特性，称为继电特性，即当控制量(输入量)变化到某一定值(整定值或边界)时被控量(输出量)发生突变。 被保护的设备正常运行时，输入量不会越过整定值或边界，自动化开关是打开的，没有输出量，保护装置不动作；当被保护设备发生故障或出现不正常工作状态时，输入量就会越过整定值或边界，自动化开关自动闭合，有输出量及保护装置动作。,继电保护装置一般由三个部分组成，即测量部分、逻辑部分和执行部分 。 1）测量回路1的作用是测量被保护设备物理量（申流、电压、功

6、率方向等）的变化，以确定电力系统是否发生故障和不正常工作情况，而后输出出相应的讯号至逻辑回路。 即：从被保护设备来的输入信号通过测量部分形成有关量，与给定的整定值或设定的边界进行比较，判断出保护是否启动。,2）逻辑回路的作用是根据测量回路的输出讯号进行逻辑判断，以确定是否向执行回路发出相应的讯号。即：根据测量部分输出量的大小、性质、出现的顺序或他们的组合，按规定的逻辑关系工作，确定是否将断路器跳闸或发出信号，并将命令转送给执行部分；,执行回路的作用是根据逻辑回路的判断执行保护的任务，跳闸或发出信号。即：执行部分根据逻辑部分转送的信号，完成保护装置的任务。如果被保护的设备发生故障，动作于断路器跳

7、闸；如果被保护的设备处在不正常状态，就发出相应的信号。,五.对继电保护装置的基本要求,1可靠性 电力系统正常运行时，继电保护装置应可靠不动作；当被保护设备发生故障或不正常工作状态时，继电保护装置应可靠动作。前者称作安全性，如果电力系统正常运行时继电保护装置动作了，误发信号或误将某设备切除，非但未起到保护作用，反而由于误动作造成了电力系统的不安全；后者称作可依赖性，如果被保护设备发生故障或出现不正常工作状态时，继电保护装置拒绝动作，就没有起到保护作用，该保护不可依赖。由此可见，继电保护必须满足可靠性的要求。,2迅速性 迅速性又可称作快速性，是指继电保护装置的动作速度。理论上讲，继电保护装置的动作

8、速度越快越好；但是实际应用中，为防止干扰信号造成保护装置的误动作及保证保护间的相互配合，继电保护不得不人为地设置一动作时限。,3选择性 是指电力系统发生故障时，保护装置仅将故障设备切除，电力系统中的非故障部分仍然保持运行，使停电范围尽量缩小，以保证电力系统中无故障部分仍能继续安全运行。,继电保护的作用与任务,4灵敏度好 保护装置的灵敏度是指它对保护范围内故障的反应能力。灵敏度好就是要求保护在系统的任何运行方式下，当被保护设备任何地点发生任何形式的短路时，都能动作于跳闸。保护装置的灵敏度一般用灵敏系数（Ksen）来衡量。 反应数值上升的保护的灵敏系数为: Ksen保护区内金属短路时故障参数的最小

9、计算值保护的动作参数 反应数值下降的保护的灵敏系数为 Ksen=保护的动作参数保护区内金属短路时故障参数的最大计算值 故障参数（电流、电压、阻抗等）的计算值应根据实际可能的最不利运行方式、故障类型和短路点来计算。 。,六. 继电保护的发展,继电保护及自动装置是一门新学科，从形成概念到现在刚过百年。但其技术确有飞速发展，从初期的机电型发展到今天的微机型，经历了四代的更新。,继电保护及自动装置发展到今天，它的构成原理已形成了两种逻辑，即布线逻辑和数字逻辑。布线逻辑的继电保护装置和自动装置，其功能靠接线来完成，不同原理的装置其接线也不同(及硬件不相同)；数字逻辑装置的功能由计算(程序)来完成，不同原

10、理的装置计算方法(程序)不相同，但硬件基本相同。布线逻辑的装置要实现一种完善的特性(如四边形阻抗边界)，接线将十分复杂，有些边界还不可能实现。数字逻辑装置的原理是由计算(程序)来实现的，因此，可实现特性完善的装置。,七. 继电保护的配置特点,电力系统各电气元件之间通常用断路器QF互相连接，每台断路器都装有相应的继电保护装置，可以向断路器发出跳闸脉冲。实践表明，继电保护装置或断路器有拒绝动作的可能性，因而需要考虑后备保护。实际上，每一电气元件一般都有两种保护装置：主保护和后备保护，必要时还另外增设辅助保护。,1）主保护：反应被保护元件自身的故障并以尽可能短的延时，有选择性地切除故障的保护称为主保

11、护。,2）后备保护：当主保护拒动时起作用，从而动作于相应断路器以切除故障元件。后备保护分近后备和远后备两种：主保护拒动时，由本元件的另一套保护实现后备；或当本元件断路器拒动时，由本站装设断路器失灵保护动作，切除连接在该段母线上的其他有电源元件的断路器，谓之近后备，如图11(b)所示。当主保护或其断路器拒动时，由相邻元件或线路的保护实现后备的，谓之远后备，其保护区如图11(a)所示。,3）辅助保护：为补充主保护和后备保护的不足，而增设的较简单的保护，称为辅助保护。,600MW及以上的发电机组和超高压输电线路的保护，必须遵循双重化原则，即： (1)每一种保护必须配置两个不同原理的保护装置或两个多C

12、PU微机保护装置。 (2)每一种保护必须独立安装在各自的屏内，之间没有任何电气联系。 (3)每一种保护必须使用两套互相独立的信号输入(即独立的电压互感器、电流互感器、开关辅助触点 ）。 (4)每一种保护必须提供互相独立的两套蓄电池直流电源，并有各自独立的充电设施。 (5)每一种保护必须有各自独立的控制电缆及控制电缆的走向(即不同的电缆隧道和电缆架）。 (6)每一种保护必须使用两个各自独立的断路器脱扣执行机构。,发电机变压器组保护,一. 发电机的故障 (1)定子绕组相间短路。定子绕组发生相间短路，若不及时切除，将烧毁整个发电机，会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。

13、(2)定子绕组匝间短路。定子绕组发生匝间短路，也会在短路环内产生很大的短路电流，若不及时切除，后果和相间短路同样严重。国内外都有因匝间短路烧伤甚至烧毁发电机的报道。因此发生定子绕组匝间短路时，也应快速将发电机切除。,(4)定子单相接地。定子单相接地虽不属于短路性故障，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芯；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。 (5)失磁。由于励磁系统故障，会引发失磁(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

14、大影响。大机组要求及时准确地监测出失磁故障。 (6)转子回路接地故障。转子回路一点接地，短时间内对汽轮发电机组的运行影响尚不太大，一般都允许继续运行一段时间。如果发展为两点接地，则有可能发生失磁，甚至烧坏设备。因此，接地故障也必须正确检测，及时处理。,二.发电机不正常运行状态 由于发电机是旋转设备，加上在设计制造时考虑的过载能力比较弱，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。发电机承受负序电流的能力非常弱，很小的负序电流流经定子绕组就可能会引起转子部件的严重过热，甚至会烧损转子铁芯、槽锲和护环。大机组上，一般都配置两

15、套反应负序过流的保护。 (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。,(4)过电压。由于强行励磁等原因引起定子过电压时，会影响发电机定子的绝缘寿命，因此必须有反应定子过电压的保护。 (5)过励磁。当定子电压升高、频率降低时，可引起发电机和主变压器过励磁，从而可能使发电机、主变铁芯过热而损坏，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，使发电机和汽轮机疲劳损伤，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，应配有监测失步的保护装

16、置。,继电保护的配置原则（二）,(8)误上电。由于600MW发电机一变压器组出线一般为32断路器接线，在发电机并网前误合发电机断路器的几率增大，国外有由于误合闸而导致发电机损伤的报道。 (9)启停机故障。发电机组在给励磁前，有可能已发生了绝缘被破坏的故障，若能在加励磁升压前及时检测，就可以避免更大的事故发生。对于大型发电机组，具有启停机故障检测功能，对发电机组的安全将十分有利。 (10)逆功率。发电机组在运行中从系统吸收有功时，会引起汽轮机的鼓风损失而引起汽轮机发热损坏。,发电机主要保护 (1)发电机纵差动保护。切除定子相间短路，传统的差动保护不反应匝间短路故障，瞬时跳开机组。 (2)发电机匝

17、间保护。切除发电机定子匝间短路，瞬时跳开机组。 (3)发电机定子接地保护。切除发电机lOO定子绕组的单相接地故障。 (4)发电机负序过流保护。区外发生不对性短路或非全相运行时，保护机组转子不过热损坏。一般采用反时限特性。,(5)发电机对称过流保护。当区外发生对称过流短路时，保护发电机定子不过热，一般采用反时限特性。 (6)发电机过压保护。反应定子过电压。 (7)发电机过励磁保护。反应发电机过励磁。 (8)发电机失磁保护。反应发电机全失磁或部分失磁。 (9)发电机失步保护。反应发电机和系统之间的失步。 (10)发电机过流、低压过流、复合电压过流、阻抗保护等这些保护作为线路和发电机的后备保护，可灵

18、活配置。,(11)发电机过负荷保护。反应发电机过负荷。 (12)发电机低频保护。反应发电机低频运行。 (13)转子一点接地保护。反应转子一点接地。 (14)转子两点接地保护。反应发电机转子发生两点接地或匝间短路。 (15)励磁绕组过负荷保护。反应发电机励磁机的过负荷，采用反时限特性或定时限特性。 (16)误上电保护。检测发电机在启停机期间可能的误合闸。 (17)启停机保护。在启停机过程中检测绕组的绝缘变化。,发电机保护出口 以上所述各保护的作用仅是它们的主要任务，事实上，保护还有一些其他的辅助功能，如过流保护等，它既是外部短路故障的远后备，也同样是发电机本身短路故障的近后备。 发电机保护既是发

19、电机本身的主保护，又是电网最后一级后备保护。它的出口不仅需要切断发电机一变压器组的主断路器，而且必须同时切断发电机的灭磁开关、工作厂变开关、汽轮机主汽门等。,变压器的故障 (1)相间短路。这是变压器最严重的故障类型。它包括变压器箱体内部和引出线(从套管出口到电流互感器之间的电气一次引出线)的相间短路。由于相间短路会损坏变压器本体，严重时会使得变压器整体报废。因此，当变压器发生这种类型的故障时，要求瞬时切除故障。 (2)接地(或对铁芯)短路。显然这种短路故障只会发生在中性点接地的系统一侧。对这种故障的处理方式和相间短路故障是相同的，但同时要考虑接地短路发生在中性点附近时的灵敏度。,(3)匝间或层

20、间短路。这是大型变压器最为常见也是最为严重的故障。对于大型变压器，为改善其承受冲击过电压的性能，广泛采用纠结式绕组，匝间和层间电压显著升高，匝间短路故障发生的概率有增加的趋势。当短路匝数少，保护对其反应灵敏度不足时，在短路环内的大电流往往会引起线圈的严重烧损，甚至会伤及铁芯。如何选择和配置灵敏的匝间短路保护，对大型变压器就显得更为重要。 (4)铁芯局部发热和烧损。由于变压器、制造上的缺陷，铁芯片间存在局部短路，会使铁芯局部发热和烧损，如不及时发现，继而会引发严重的铁芯故障。因此，要求保护应能及时检测这一类故障。 (5)变压器的故障还有很多，如电流回路的接头松动、漏磁回路的局部过热和放电、高压电

21、场内的局部放电、铁芯的多点接地等。都应有相应的检测手段予以正确、及时的检测。但有些检测手段，从当前的分工方式看，可能已不属于继电保护专业的范畴，但与气体保护(瓦斯保护)却有许多相似之处。,变压器不正常运行状态 变压器不正常运行状态，是指变压器本体没有发生故障，但外部环境变化后引起了变压器如下的非正常工作状态。 (1)过负荷：变压器有一定的过负荷能力，但若长期处于过负荷下运行，会使变压器绕组的绝缘水平下降，加速其老化，缩短其寿命。运行人员应及时了解过负荷运行状态，以便能作相应处理。 (2)过电流：过电流一般是由于外部短路后大电流流经变压器而引起的。由于变压器在这种电流下会烧损，一般要求和区外保护

22、配合后，经延时切除变压器。,(4)其他故障：如通风设备故障、冷却器故障、油位降低等。,变压器保护配置,(1)差动保护：能反应变压器内部各种相间、接地以及匝间短路故障，同时还能反应引出线的短路故障。它反应迅速，瞬时切除，是变压器最重要的保护。 (2)气体重(轻)瓦斯保护：能反应铁芯内部烧损、绕组回路短路及接触不良、局部过热、局部放电、绝缘老化、油面下降等故障，不能反应变压器本体以外的故障。它的优点是几乎能反应变压器本体内部的所有故障。其缺点是灵敏度不高，动作时间较长。 (3)零序电流保护：能反应变压器内部或外部发生的接地性短路故障。一般是由零序电流、间隙零序电流、零序电压共同构成完善的零序电流保

23、护。,(4)后备保护：阻抗保护、复合电压过流保护、低压过流保护、过流保护都能反应变压器的过流状态。但它们的灵敏度不一样，阻抗保护的灵敏度最高，过流保护的灵敏度最低。 (5)开关量保护：温度保护、油位保护、通风故障保护、冷却器故障保护等。反应相应的温度、油位、通风等故障。 (6)中性点过电压保护：保护大型变压器半绝缘绕组中性点过电压。 (7)油箱压力保护：油箱上装有压力释放阀，内部重大短路故障时，保护油箱不变形，出口接信号。也可接跳闸，作为重大故障的多重保护。与重瓦斯保护极为相似。,发电机和变压器差动保护,不论是发电机差动保护还是变压器差动保护，它们都是发变组保护中最重要的保护。由于它们的动作速

24、度很快，又能及时地切除发电机、变压器内部绝大部分短路性故障，因此一直是大型发变组保护首选的保护之一。 差动保护分为纵差保护与横差保护。 纵差保护用于保护相间短路。 横差保护用于保护匝（层）间短路。,一. 发电机纵差动保护 发电机纵差动反应发电机定子绕组的两相或三相短路，它的特点是灵敏度高、动作时间短、可靠性高，但它一般不能反应匝间短路故障。,1. 相间短路故障特征 1）区外短路（k1） 2)区内短路（k2) 3)不平衡电流,2. 比率制动式差动保护 (1)接线方式。从发电机机端和中性点同时引入三相电流。 (2)发电机比率制动式差动保护动作原理方程为：,3.标积制动式差动保护 发电机标积制动式差

25、动保护动作方程为 : 其本质为： 故灵敏度更高。,变压器差动保护 发电厂中变压器差动保护用得较多。它除了用于主变压器、高压厂用变压器、高压备用变压器、励磁变压器等单台变压器外(俗称小差)，还用于发电机一变压器组(俗称大差)。它们的保护原理都一样，所不同的主要是引入的电流量有差异。,1)接线 主变压器、高压备用变压器、高压厂用变压器、励磁变压器差动保护：引自该变压器各侧的三相电流。 发电机一变压器组差动保护：引自主变压器高压侧、发电机中性点侧、厂用变压器、励磁变压器低压侧的三相电流。,2）原理 变压器比率制动式差动保护动作方程 其中各电流的方向，设定流入变压器为正。,3）特点 由于变压器变比的影

26、响，变压器各侧额定电流不同。 由于连接组别的影响，一二次侧的电流相位可能不同。 不平衡电流更复杂。 励磁涌流。,定子接地保护,一.定子单相接地的影响 如果定子绕组与铁芯间的绝缘在某一点上遭到破坏，就会发生定子绕组单相接地故障。实践经验表明，定子绕组单相接地故障是发电机最常见的故障之一。尤其当发电机定子绕组采用水冷方式时，由于偶然的漏水致使定子绕组接地(或某点对地绝缘下降至危险值)就更易发生。由于大型汽轮发电机中性点多是高阻接地方式，定子单相接地故障不会引起很大的故障电流，而主要是由绕组对铁芯的分布电容引起的电容电流。接地故障电流的危害主要表现在如下两个方面： (1)持续的接地电流会产生电弧烧损

27、铁芯，使定子铁芯叠片烧结在一起，造成检修困难。国内烧伤试验表明，对于额定电压大于10kV的发电机，不产生电弧的最大接地电流仅为1A。称为安全电流，而当接地电流为075A持续20min就可能破坏硅钢片的绝缘。实际上中性点采用高阻接地方式时，接地故障电流将大于上述电流值。 (2)接地电流将破坏绕组绝缘，扩大事故。如果一点接地而未及时发现并采取措施，很有可能再发生第二点接地而造成匝间或相间短路故障，严重损坏发电机。,二. 大型发电机的定子接地保护要求满足两个基本条件： (1)有100绕组保护区. (2)保护区内发生带过渡电阻接地故障时保护应有足够高的灵敏系数。 (3)故障点电流不应超过安全电流。 根

28、据故障接地电流的大小，发生接地故障后可能有不同的处理方式： (1)当接地电流小于安全电流时，保护可只发信号，经转移负荷后平稳停机，以避免突然停机对发电机组与系统的冲击。 (2)当接地电流较大时，为保障发电机的安全，应当立即跳闸停机。 大型发电机单相接地保护设计时，规定接地保护应能动作于跳闸，并可根据运行要求打开跳闸压板，使接地保护仅动作于信号,三. 单相接地时的故障特征 1. 基波零序电压 在发电机出口处发生单相接地时，3Uo电压为100V；在中性点发生单相接地时，3Uo电压为0V。因此，3Uo间接反应了接地故障点的位置。 2. 零序三次谐波 靠近中性点接地时，U3T上升，U3N下降。,四.

29、保护动作原理 1发电机3Uo定子接地保护 (1)接线。引入发电机机端TV开口三角处的零序电压3Uo或者引入发电机中性点处接地变压器二次侧3Uo电压。3Uo电压来自机端时应考虑TV断线闭锁环节。 (2)原理。在发电机出口处发生单相接地时，3Uo电压为100V；在中性点发生单相接地时， 3Uo电压为0V。因此，3Uo间接反应了接地故障点的位置。 若3Uo保护整定为5V，则就保护了从机端开始的95定子绕组。,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)接线方式。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

30、电机中性点侧三次谐波电压。 (2)出口逻辑电路。三次谐波保护出口可发信或跳闸。 (3)原理。三次谐波式定子接地保护的构成原理是：反应机端和中性点三次谐波大小和相位的变化。 总体而言，三次谐波保护原理受诸多因素影响。首先是受发电机定子绕组对地电容大小的影响，第二是受中性点接地方式的影响，第三受发电机出力的影响。 (4)整定计算。由于整定计算受运行机组参数影响较大，一般采用现场调试整定的办法。现在微机保护大多采用自动整定的方法，以简化现场整定。,三次谐波定子接地保护。在发电机中性点附近发生单相接地时能灵敏反应，弥补了3Uo定子接地保护的不足。但由于三次谐波保护存在以下几个方面的特点，使得应用起来比

31、较复杂，若不采用微机保护，则要有相当的经验和手段才能将三次谐波保护调试整定好： 1)三次谐波正常值较小，一般只有几伏。 2)三次谐波电压的大小和相位，受发电机定子对地分布电容的影响较大，规律性也不强。 3)发电机绕组的连接方式将会改变三次谐波电势的分布。 4)中性点经高阻或消弧线圈的接地方式会影响灵敏度。 5)三次谐波大小和相位，随着发电机的出力变化而变化,发电机负序电流保护,一. 负序过电流的影响 当发电机在外部或内部发生不对称短路或当发电机供给的负荷不对称时，定子绕组就会流过负序电流。 1）负序电流所建立的发电机气隙旋转磁场的转动方向与转子的运动方向相反，因此该磁场就以两倍的同步速度切割转

32、子，在转子本体、阻尼条及励磁绕组中感生出倍频电流。该电流在转子中引起额外的损耗和发热，如果负序电流足够大，会使发电机转子严重烧伤。 2）负序电流的旋转磁场，产生两倍频率的交变电磁转矩，也会使机组产生100Hz的振动，引起金属疲劳和机械损伤。,二。保护原理 1接线方式 一般构成发电机负序电流保护的电流来自发电机中性点侧三相电流，这样可以兼作发电机并网前的内部短路故障的后备保护。,2原理 负序电流保护有定、反时限两种，大机组用反时限特性。 反时限特性曲线一般由三部分组成：上限定时限；反时限；下限定时限。 当发电机负序电流大于上限整定时，则按上限定时限动作；如果负序电流超过下限整定值，但不足以使反时

33、限部分动作时，则按下限定时限动作；负序电流在此之间，则按反时限规律动 作。 负序反时限特性，能真实地模拟转子的热积累过程，并能模拟散热，即发电机发热后若负序电流消失，热积累并不立即消失，而是慢慢地散热消失，如此时负序电流再次增大，则上一次的 热积累将成为该次的初值。,发电机失磁保护,一. 失磁的原因 发电机低励和失磁是常见的故障形式。造成低励、失磁的原因，主要是励磁回路的部件发生故障、自动励磁调节装置发生故障以及操作不当或由于系统事故造成的。 对各种失磁故障综合起来看，有以下几种形式：励磁绕组开路、励磁绕组短路、励磁绕组经励磁机电枢或整流器闭路等。,二. 失磁时的现象 失磁的发电机将会过渡到异

34、步运行，使转子出现转差、定子电流增大、定子电压降低、有功输出将下降。电气量的这些变化，在一定条件下，将破坏电力系统的稳定运行、威胁发电机的自身安全。,三. 失磁的危害 (1)低励或失磁的发电机，从电力系统吸收无功功率，引起电力系统电压下降。对于大型发电机组，若电压下降幅度太大，可能会引起电力系统的振荡，甚至会导致电力系统电压崩溃而瓦解。 (2)失磁后，由于出现转差，在发电机转子回路中出现差频电流。差频电流在转子回路中产生的损耗，如果超出允许值，将使转子过热。特别是直接冷却的大型机组，其热容量的裕度相对比较小，转子更易过热。而流过转子表层的差频电流，还可能在转子本体与槽楔、护环的接触面上发生严重

35、的局部过热。 (3)失磁的发电机进入异步运行之后，由机端观测的发电机等效电抗降低，从电力系统中吸收的无功功率增加。失磁前带的有功功率越大，转差就越大，等效电抗就越小，所吸收的无功功率就越大。因此，在重负荷下失磁进入异步运行后，如不采取措施，发电机将因过电流使定子绕组过热。,(4)对于直接冷却的大型汽轮发电机，因其单位容量有效材料消耗较少，所以平均异步转矩的最大值较小，惯性常数也相对降低，转子在纵轴和横轴方面也呈现较明显的不对称。由于这些原因，在重负荷下失磁后，这种发电机的转矩、有功功率要发生周期性摆动。在这种情况下，将有很大的超过额定值的电磁转矩，周期性地作用在发电机轴系上，并通过定子传到机座

36、上，转差也会发生周期性变化，其最大值可能达到45，使发电机周期性地超速。这些情况，都直 接威胁着机组的安全。 (5)低励或失磁运行时，定子端部漏磁增强，将使端部和边段铁芯过热，通常是限制发电机失磁异步运行能力的主要条件。,四.保护出口逻辑,失步保护,一. 失步的危害 (1)单元接线的大型发变组电抗较大，而系统规模的增大使系统等效电抗减小，因此振荡中心往往落在发电机附近或升压变压器范围内，使振荡过程对机组的影响大为加重。由于机端电压周期性的严重下降，使厂用辅机工作稳定性遭到破坏，甚至导致停机、停炉和全厂停电这样的重大事故。 (2)失步运行时电机电势与系统等效电势的相位差为180的瞬间，振荡电流的

37、幅值将接近机端三相短路时流经发电机的电流值。对于三相短路故障均有快速保护切除，而振荡电流则要在较长时间内反复出现，若无相应保护会使定子绕组遭受热损伤或端部遭受机械损伤。 (3)振荡过程中产生对轴系的周期性扭力，可能造成大轴严重机械损伤。 (4)振荡过程中，周期性转差变化使转子绕组中感生电流，引起转子绕组发热。 (5)大型机组与系统失去同步，还可能导致电力系统解列甚至崩溃事故。,二. 对失步保护的基本要求 失步保护应能鉴别短路故障、稳定振荡和非稳定振荡，且只在发生非稳定振荡时可靠动作，而在发生短路故障和稳定振荡情况下，不应当误动作。另外失步保护动作于跳闸时，在功角180时使断路器断开，则会因遮断

38、电流最大而对断路器熄弧最为不利，因此失步保护应避免在这一时机动作于跳闸。,三. 失步保护的原理 失步保护的原理是以机端测量阻抗运动轨迹及其随时间的变化特征来构成失步保护判据。,发电机匝间短路保护,一. 横差保护 二. 负序功率方向匝间短路保护 S2方向 系统，内部故障 发电机，外部故障 三. 零序电压匝间短路保护,负序功率方向闭锁的定子纵向零序电压保护 (1)接线。 1)引入纵向零序TV的开口三角形电压3Uo，作为匝间短路保护的主要判据。 2)引入机端电压和电流构成负序功率方向保护。 3)引入纵向(专用)TV及普通TV的电压，构成TV断线闭锁保护。 (2)保护原理。该保护反应纵向零序电压，用负

39、序功率方向区分区内、区外的故障。用断线闭锁来防止TV断线时的误动。,零序电压匝间短路保护原理接线图,负序功率闭锁的零序电压匝间保护原理方框图 l三次谐波滤过器；2断线闭锁保护；3跳闸出口,发电机（变压器）过励磁保护,变压器的工作磁密与电压成正比、与频率成反比。由于大型变压器工作磁密和饱和磁密相差非常小，当变压器的Uf有少许的变化时，就有可能引起过励磁。而这一励磁电流是非正弦的，会有一定量的高次谐波，而铁芯和其他金属部件的涡流损耗与频率平方成正比，所以将会导致变压器严重过热。因此，对于大型变压器都必须要装设过励磁保护。 对于发电机，当Uf(标么值)大于1时，也会引起发电机过励磁。过励磁主要表现为

40、发电机铁芯饱和之后谐波磁密增加，使附加损耗增加，引起过热。另外由于定子铁芯背部漏磁场增强，处于这一漏磁场中的定子定位筋，也要感应出电动势，并且相邻定位筋中的感应电动势存在相位差，并通过定子铁芯形成闭路，流过电流。当过励磁时，漏磁场急剧增强，铁芯中的电流也将随之增大，使之在定位筋附近的部位电流密度很大，将引起局部过热，造成机组局部烧伤。 一般来说，发电机承受过励磁能力比变压器要弱一些，当发电机和变压器之间没有断路器相接时，过励磁保护可按发电机过励磁特性来整定。 过励磁保护可采用定时限和反时限两种。对于大型机组一般采用反时限特性。过励磁保护是通过反应Uf的增加而动作的。,发电机逆功率保护,发电机逆

41、功率保护，主要用于保护汽轮机。当主汽门误关闭时，或机炉保护动作于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。 逆功率保护有两种实现方法。其一是反应逆功率大小的逆功率保护，当发现发电机处于逆功率运行时该保护动作。另外一种是习惯上称为程序跳闸的逆功率保护。程序跳闸的逆功率保护动作时，保护出口先关闭汽轮机的主汽门，然后由逆功率保护与主汽门触点联动跳开发电机一变压器组的主断路器。在发电机停机时，可利用该保护的程序跳闸功能，先将汽

42、轮机中的剩余功率向系统送完后再跳闸，从而更能保证汽轮机的安全。 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。,发电机低频保护,发电机低频保护，主要用于保护汽轮机不受低频共振的影响。汽轮机各级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。 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，汽轮机将达到疲劳寿命。因此，低频运行的时间是个积累的过程，而且不同的低频有不同的积累速度。保护装置停运，不影响“低频运行的时间”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，护也自动退出运行

43、。,变压器瓦斯保护,瓦斯保护是变压器的主要保护,能有效地反应变压器内部故障。 轻瓦斯继电器由开口杯、干簧触点等组成,作用于信号。 重瓦斯继电器由挡板、弹簧、干簧触点等组成,作用于跳闸。 正常运行时,瓦斯继电器充满油,开口杯浸在油内,处于上浮位置,干簧触点断开。 当变压器内部故障时,故障点局部发生过热,引起附近的变压器油膨胀,油内溶解的空气被逐出,形成气泡上升,同时油和其它材料在电弧和放电等的作用下电离而产生瓦斯。当故障轻微时,排出的瓦斯气体缓慢地上升而进入瓦斯继电器,使油面下降,开口杯产生的支点为轴逆时针方向的转动,使干簧触点接通,发出信号。 当变压器内部故障严重时,产生强烈的瓦斯气体,使变压

44、器内部压力突增,产生很大的油流向油枕方向冲击,因油流冲击档板,档板克服弹簧的阻力,带动磁铁向干簧触点方向移动,使干簧触点接通,作用于跳闸。 瓦斯保护能反应变压器油箱内的内部故障,包括铁芯过热烧伤、油面降低等,但差动保护对此无反应。又如变压器绕组产生少数线匝的匝间短路,虽然短路匝内短路电流很大会造成局部绕组严重过热产生强烈的油流向油枕方向冲击,但表现在相电流上却并不大,因此差动保护没有反应,但瓦斯保护对此却能灵敏地加以反应。,线路保护,线路保护配置与电压等级、电网结构有着密切关系，分类如下： 电流保护 零序电流保护 距离保护 纵联保护,电流电压保护 66kV及以下的线路保护通常以电流保护为主，作

45、为相间短路的保护，一般配置两段或三段，再根据实际情况考虑是否再增加方向元件或电压元件。电流电压保护是最早发展的一种保护，原理简单，其三段式阶梯特性是以定量作为故障位置测量保护装置的典型方式，反应的电气量是电力系统的基本电量，即反应电流突然增大、母线电压突然降低。因此，受系统运行方式的影响很大。,距离保护 110kV及以上的高压线路通常以距离保护作为相间短路的保护，一般配置三段。距离保护是以反应从故障点到保护安装处之间阻抗大小（距离大小）的。距离保护的三段式阶梯特性也是以定量测量判断故障位置，但因其判断故障位置的量是非电气量距离，因而其保护区不受系统运行方式的影响。,线路保护简介,零序电流保护

46、110kV及以上电网中变压器中性点直接接地，为大接地电流系统。当发生接地故障时,通过变压器接地点构成短路通路, 系统中会出现零序分量。110kV及以上的高压线路通常以零序电流方向保护作为接地短路的保护，一般配置三段或四段。 运行经验表明,在中性点直接接地系统中,d(1)几率占总故障率的70%90%，零序保护正确动作率达97%以上，该保护简单可靠。,线路保护简介,纵联保护 220kV及以上的高压、超高压线路通常以纵联保护达到全线瞬时切除故障的要求，再配置三段式相间距离保护、三段式接地距离保护及两段零序电流保护作后备。纵联保护依靠测量元件的定性测量判断故障位置，借助于通道，将判别量传送到各侧，然后

47、根据特定的关系，判定区内、区外故障性质，以达到瞬时切除全线故障的目的。判别元件和通道是纵联保护构成的主要部分。,线路保护简介,三段式距离保护和三段式电流保护一样，都是典型的以定量测量判断故障位置的保护，有共同的缺点：依靠定量测量，难以达到全线路瞬时切除故障的要求；共同的优点：能对相邻线路起到远后备的保护作用。 纵联保护依靠测量元件的定性测量判断故障位置。优点：实现全线瞬时切除故障；缺点：需要配置后备保护。,线路保护简介,终端线原则 电流保护I段 按躲本线路末端变压器其它侧故障整定。 电流保护段（可省略） 按本线路末端故障有规定灵敏度整定。 按躲本线路末端变压器其它侧故障整定。 按与本线路变压器

48、时限速断保护配合整定。 电流保护段 按本线路末端故障有规定灵敏度整定。 按本线路变压器其它侧故障有灵敏度整定。 按躲最大负荷电流整定。,通用整定规则,联络线原则 电流保护I段 按躲本线路末端故障整定。 电流保护段 按本线路末端故障有规定灵敏度整定。 按与相邻线路的电流电压保护配合整定。 按躲本线路末端变压器其它小阻抗侧故障整定。 按相邻无保护线路末端故障有灵敏度整定。 电流保护段 按躲最大负荷电流整定。 按相邻线路末端故障有灵敏度整定。 按与相邻变压器时限速断保护配合整定。,通用整定规则,通用整定规则,联络线原则 相间距离保护段 按躲本线路末端故障整定。 按躲本线路末端变压器其它小阻抗侧故障整

49、定。,联络线原则 相间距离保护段 按本线路末端故障有规定灵敏度整定。 按与相邻线路的相间距离保护配合整定。 按与相邻线路的电流电压保护配合整定。 按与相邻线路纵联保护配合整定。 按相邻无保护线路末端故障有灵敏度整定。 按躲本线路末端变压器其它小阻抗侧故障整定。,通用整定规则,联络线原则 相间距离保护段 按本线路故障有规定灵敏度整定。 按躲最小负荷阻抗整定。 按与相邻线路的相间距离保护配合整定。 校核定值不应伸出相邻变压器其它小阻抗侧。（定值若躲不过，时间延长到设置时间；若躲得过，按整定级差取） 按相邻线路末端故障有灵敏度整定。 按相邻变压器末端故障有灵敏度整定。,通用整定规则,电流保护,电流保护配置：,电流保护,电流速断保护（第段）： 对于仅反应于电流增大而瞬时动作电流保护，称为电流速断保护。 图中: 1-最大运行方式下d(3) 2-最小运行方式下d(2) 3-保护1第一段动作电流,电流保护,段整定值的计算和灵敏性校验 为了保护的选择性，动作电流按躲过本线路末端短路时的最大短路短路整定： 保护装