电力系统元件保护运行现状分析正文.doc

1、摘要大型发变机组是现代电力系统最重要的组成部分之一，它造价昂贵，结构复杂，一旦故障，检修期长，给国民经济造成的直接和间接经济损失巨大。大型发变组保护的拒动和误动，均将产生严重后果，决不可掉以轻心，因此，必然对大型机组的可靠性、灵敏性、选择性和快速性提出了更高的要求。由于大型发变组不可避免地存在一些故障及不正常运行方式的可能，迅速地切除或隔离故障点，是继电保护的主要任务。本文主要介绍了现代大型发电机一变压器继电保护的配置目的、原理，并系统地介绍了目前大型发变组保护配置的以下主保护及后备保护：发电机差动保护、变压器差动保护、发电机定子匝间保护、发电机定子接地保护，发电机对称过负荷保护、发电机负序过

2、负荷保护，发电机失磁保护、发电机转子接地保护、发电机(变压器)过激磁保护、发电机逆功率保护等。通过对这些保护原理的分析，指出存在的问题，并提出相应的改进措施。同时，本论文还就一些存在争议的问题提出了自己的观点，并对发变组保护发展的趋势作了相应的探讨。关键词：主保护；后备保护；存在问题；发展趋势AbstractLarge-scale Generator-Transformer Unit Protection is one of the most important part of the modern electrical power system.Its costly and complexs

3、tructuredOnce it fails，a longterm examination and repair is neededIt will bring huge economic losses directly and indirectlyThe incorrect or rejected tripping of Large-scale Generator Transformer Unit Protection will cause serious consequencesTherefore，it put forward higher requirements to the relia

4、bility , sensitivity, selectivity and speed of Large-scale GeneratorTransformer Unit ProtectionThere are some inevitable faults and abnormal run mode with Largescale GeneratorTransformer，therefore，rapid removal or segregation point of failure is the main task of relay protectionThis passage mainly i

5、ntroduces the purposes，principles of the modern Large-scale Generator-Transformer Unit Protection and introduces the following main protections and back-up protections：the generator differential protection，the transformer differential protection，the protection of inter-turn，the stator ground fault p

6、rotection，the generator symmetry overload protection，the negative sequence overload protection，the generator excitationloss protection，the rotor earth-fault protection，the generator(or transformer)over excitation protection，the generator reverse power protection，etc. Meanwhile，the author put forward

7、 her point of view on some controversial issuesThe development trend of microcomputer protection is also discussedKeywords: Main Protection; Back-up Protection; Existent Problems; Development Trend目录1绪论61.1课题的来源、目的、意义61.2电力系统元件保护运行现状分析61.2.1元件保护运行情况概述61.2.2发电机保护、变压器保护不正确动作情况分析71.3国内外发变组微机保护的发展及理论研究7

8、1.4数字式发变组保护的热点问题探讨81.5本课题的主要任务92发电机保护配置92.1发电机故障类型及不正常运行状态92.2发电机保护类型102.3各保护的基本原理与配置原则102.3.1 发电机纵差动保护102.3.2 发电机匝间短路的横差动保护112.3.3发电机100%定子绕组单相接地保护112.3.4 发电机的负序过流保护122.3.5发电机的失磁保护142.3.6励磁回路接地保护172.3.7 发电机相间短路后备保护192.3.8同步发电机失步保护、逆功率保护、低频保护212.3.9同步发电机异常工况保护223变压器保护配置243.1变压器的故障类型及不正常运行状态243.2各保护的

9、基本原理与配置原则243.2.1 瓦斯保护243.2.2电力变压器的纵联差动保护253.2.3 负序电流及单相式低压起动的过电流保护263.2.4 复合电压起动的过电流保护273.2.5变压器的过负荷保护283.2.6变压器接地保护294短路电流和发电机保护的整定计算304.1发电机纵联差动保护的整定计算304.2发电机负序过负荷保护的整定计算314.2.1定时限负序过负荷（分高定值和低定值）.314.2.2反时限负序过电流324.3 发电机过负荷保护(定反时限)334.3.1 定时限过负荷保护334.3.2 反时限过负荷保护334.4发电机过励磁保护344.4.1定时限过励磁保护344.4.

10、2反时限过励磁保护344.4.3异步边界阻抗继电器354.4.4静稳极限励磁低电压继电器354.5发电机定子接地保护374.5.1100%定子接地保护374.5.2 95%定子接地保护384.6 发电机励磁绕组过负荷保护384.6.1 定时限过负荷电流定值384.6.2 定时限过负荷动作时间394.6.3 反时限过流速断定值394.6.4速断动作时间394.7发电机转子一点接地保护394.8发电机过电压保护395变压器保护整定计算395.1 变压器参数计算405.2 最小动作电流405.3 制动特性斜率405.4 拐点电流405.5 灵敏系数415.6 差动电流速断动作电流415.7 增大的最

11、小动作电流41结束语37参考文献38致谢39附录40英文文献中文翻译华北科技学院毕业设计（论文）第 51 页 共 51页1绪论1.1课题的来源、目的、意义我国电力工业的发展建设己进入到大电网、大机组、超高压输电阶段，随着三峡工程的竣工，将形成全国联网的局面，这就对电力系统的运行和保护提出了更高的要求。电气主设备(发电机、变压器、母线等)是电力系统中的重要元件，其运行状况在很大程度上会影响电力系统的安全稳定运行，因此主设备的故障诊断和保护就显得非常重要。发变组是发电机变压器组的简称，指的是单元式发电系统，也就是说一台发电机出线直接接至升压变压器的低压侧线圈，有升压变压器升压后再与母线进行连接，然

12、后母线再与电网进行并网。对发电机来说，为了满足大电网对机组容量规模经济的要求，其单机容量在逐渐增大。一方面，单机容量的增加，机组造价提高，机组容量占电网总容量的比重加大，一旦发生事故，对国民经济造成的直接和问接损失十分巨大；另一方面，大机组材料利用率的提高，新的工艺结构、新的冷却和励磁方式等的应用，提高了大型机组的运行效率，同时也给继电保护带来了困难，如：发电机热容量相对下降，定、转子承受过热能力降低，因此，过负荷保护中的反时限特性应能更贴近机组的实际发热、散热特性等。机组安全的重要性，对机组保护装置的选择性、快速性、可靠性、灵敏性提出了更高的要求。经过多年的科研与开发，主设备保护也和线路保护

13、一样经历了电磁式、晶体管式、集成电路式和数字式保护四个阶段。相对而言，电气主设备保护的发展滞后于线路保护的发展，主要原因是电气主设备的机电和电磁特性复杂，保护配置品种繁多，参数复杂，并且长期以来对主设备缺乏科学的故障分析工具，不像线路保护那样可以比较清楚地分析故障成因及故障过程。目前电力系统中还有一些老电厂采用传统式保护，但是新建电站的主设备基本选用数字式保护。数字式保护装置凭借其数学运算、记忆、逻辑处理、自适应性、综合决策功能，以及配置灵活等特点将逐步取代传统的电磁型保护，成为大型和超大型发变机组的主要保护设备。1.2电力系统元件保护运行现状分析1.2.1元件保护运行情况概述2009年运行中

14、，全国电力系统元件保护正确动作率93.49，其中：1OOMW及以上发电机保护正确动作率98.18；220kV及以上变压器保护正确动作率82.54；220kV及以上母线保护正确动作率81.05；并联电抗器保护正确动作率60.00。1.2.2发电机保护、变压器保护不正确动作情况分析2009年运行中，100MW及以上发电机保护正确动作率9818，比2008年准确动作率(9707)提高了111个百分点。造成发电机不正确动作的主要原因：运行维护管理不善占发电机保护不正确动作相当大的比重。另外，影响发电机保护正确动作的还有制造质量不良、元件老化，以及原理缺陷，保护抗干扰性能差，CPU死机，元器件老化等等。

15、2002年上半年元件保护装置共动作483次，正确动作432次，不正确动作51次，其正确动作率为8944。2002年上半年造成100MW及以上发电机保护不正确动作的原因，主要是运行管理上的闯题：有运行维护不良、整定计算错误、误碰。基建部门的调试质量不良，还有制造质量不良等等。多次造成发电机保护不正确动作原因主要有：电压互感器二次回路上端子接线松动，引起保护装置交流回路谐振产生过电压；因下雨造成发电机出口A相PT柜进水短路；发电机不对称负荷保护整定不当误动跳闸；发变组差动保护中高厂变高压侧TA变比错误；保护装置引线虚焊接触不良；纵差保护电流采样异常，保护用的A/D模块插件内部存在故障；比率制动特性

16、偏移造成保护误动，等等。1.3国内外发变组微机保护的发展及理论研究因为大型发变组微机保护技术含量较高，国外只有少数著名的电气设备公司有相应产品，如GEC阿尔斯通的LGPG型发电机保护装置，ABB公司的REG216型发变组保护装置，GE公司的GESDGP型发电机保护，还有西门子公司的7UM622等系列产品。与国内的机组保护产品相比，这些保护装置结构紧凑，工艺水平较高，调试软件的功能较完备，人机接口良好，阀世较早，具有丰富的现场运行经验。国内微机发变组保护装置的研制始于八十年代初，主要以东南大学史世文教授带领的学术梯队为代表。1994年至1996年，先后有四套微机发电机变压器组保护装置通过鉴定。随

17、后，国内几家主要的电气设备公司与东南大学、清华大学、华中科技大学、华北电力大学等高校合作研制，引用新原理和新的计算机技术发展成果，进一步改善发变组保护装置性能。现投入市场的比较典型的有：南自的DGTS01型发变组保护，许继的WFB-800型发变组保护，南瑞RCS985型发变组保护等。这些装置在保护新原理的应用以及动作性能上具有一定的优势，也更符合国内的要求。经过数年的运行实践，国内的发变组微机继电保护装置积累了许多宝贵经验，同时也暴露出一些不足，例如：保护应该以简单的设计结构来提高其可靠性，在我国，由于电力系统比较薄弱，很多由系统解决的问题交由保护来解决，使得继电保护复杂而且脆弱；机组容量级别

18、多，电压等级多，主接线类型多更使主设备保护复杂化，而且对于同样的一次设备和一次系统，由于保护人员和设计人员对保护理解的差异，保护配置的内容相差也较大。另一方面，国内电力建设的快速发展需要开发新的保护装置，以满足其结构简洁明晰，性能可靠完备、硬软件模块化、配置更灵活要求。1.4数字式发变组保护的热点问题探讨一般认为加快保护的动作速度可以提高系统的稳定性，但也应考虑到，对系统稳定影响不大的主设备，将保护的动作时间略微延长一点使得保护装置能确保判据的准确性，则可以大大增强保护装置的可靠性。因此，主设备对系统稳定的敏感程度分析对合理处理保护可靠性和系统稳定性之间的问题有很重要的作用。在比率制动式差动保

19、护中，制动系数和制动曲线的斜率是两回事，但是在现场中往往将之混淆，不同的制动特性曲线套用同一个斜率。将发电机变压器保护整定导则和现场实际情况相结合的实用化整定软件的开发和推广使用也将是一个热点。上个世纪90年代以来，开展了自适应保护及人工智能技术在继电保护领域的应用研究，对于后者尽管迄今不太成熟，但在继电保护智能化方面开辟了一个崭新的领域。其主要研究方向包括：模糊数学和模糊集理论；专家系统应用研究；人工神经网络应用研究。网络化继电保护的作用将不只限于切除故障元件和限制故障影响范围，还要保证全系统的安全稳定运行。各个保护单元都能通过网络共享全系统的运行和故障信息的数据，保护装置得到的系统故障信息

20、越多，对故障元件故障性质，故障位置的判断就越准确。目前，对自适应原理的研究已经取得了一些成果，主要是利用就地电量和非电量信息来实现自适应保护；进一步的网络化自适应保护则基于全网信息的自适应保护，以网络为基础，真正实现对系统运行方式和故障状态的自适应变化。微机保护通常使用的信号分析工具是傅立叶算法，它是纯频域的分析方法，在时域没有分析能力，不适合对突变信号进行时一频分析。而小波分析则通过把信号分解为不同位置和尺度的小波函数，使其在时域和频域都具有良好的局部化性能。小波分析在主设备保护的应用着眼于用小波分析捕捉和处理微弱突变信号的能力进行有效的状态检测和利用小波寻找新的故障特征。1.5本课题的主要

21、任务本文的通过充分利用资料，了解目前国内外大型发变组保护的主要配置，并结合国内外大型机组，尤其是兰溪某电厂4台机组的发变组保护运行过程中存在的问题，对现代的发变组保护的原理、存在问题、改进措施等作一阐述。提出大型火力发电机组更加完善的保护配置，并分析励磁变差动保护误动原因分析，提出了励磁变不能设差动这一观点。本文以兰溪某电厂匝间保护逻辑分析为例来阐明本人对负序功率方向宜采取允许式和闭锁式的看法；通过对兰溪电厂及几个省内电厂转子接地保护误动或误报警的事例来分析几种不同原理的转子接地保护的优缺点；通过逆功率保护、匝间保护等几个在整定过程中存在的问题来说明保护配置的必要性。分析得出发电机主保护配置完

22、全纵差保护，裂相保护和中性点不平衡电流保护是合理的，定子分支结构应优先选择中性点不平衡电流保护；分析了主保护的双重化配置，无纵差保护，但发电机中性点不平衡电流保护能很好的保护内部相间短路故障或内部匝间短路故障，只是不能很好地检测发电机三相同时短路故障，保护可靠性略有降低；针对大型发电机的特点，讨论了大机组后备主保护配置的合理性。通过发电机逆功率保护在某电厂的应用，进行大型机组逆功率保护运行分析研究，通过机组逆功率保护动作过程，论证大型发变机组加装逆功率保护是非常必要的，根据发电机及调速器的特点提出了逆功率保护动作不需要加闭锁条件，定值分两端整定，经短延时出口的改进方案。研究机组保护中性点电流互

23、感器TA的配置对保护的影响，借助机组中性点TA故障致使保护误动作事件来分析说明：对于定子多分支发电机，配置保护时，除了考虑保护的完备可靠之外更应该慎重考虑TA的安装位置，应考虑TA散热效果及使用环境。最后对发电机组轴电流保护及相关非电量保护进行分析，论证加装轴电流保护对发变机组的轴瓦免受电腐蚀是非常必要的，通过目前轴电流保护应用情况，提出在大轴加装TA测轴电流方案，论证了机组相关非电量保护如机组过速保护水内冷机组纯水系统保护对机组安全运行的重要性。对大型发电机组保护配置的完备性进行分析。2发电机保护配置2.1发电机故障类型及不正常运行状态故障类型有定子绕组相间短路；定子绕组匝间短路，可能发展为

24、单相接地短路和相间短路；定子绕组单相接地，较常见，可造成铁芯烧伤或局部融化；转子绕组一点接地和两点接地，一点接地时危害不严重；两点接地时，因破坏了转子磁通的平衡，可能引起发电机的强烈震动或将转子绕组烧损。不正常运行状态有由于外部短路引起的定子绕组过电流；由于负荷等超过发电机额定容量而引起的三相对称过负荷，温度升高，绝缘老化；由于外部不对称短路或不对称负荷而引起的发电机负序过电流和过负荷，在转子中感应出100hz的倍频电流，可使转子局部灼伤或使护环受热松脱，而导致发电机重大事故。此外，引起发电机的100hz的振动；由于突然甩负荷引起的定子绕组过电压，调速系统惯性较大发电机，在突然甩负荷时，可能出

25、现过电压，造成发电机绕组绝缘击穿；由于励磁回路故障或强励时间过长而引起的转子绕组过负荷；由于汽轮机主气门突然关闭而引起的发电机逆功率，当机炉保护动作或调速控制回路故障以及某些人为因素造成发电机转为电动机运行时，发电机将从系统吸收有功功率，即逆功率；转子励磁回路励磁电流急剧下降或消失，从系统吸收无功功率，造成失步，从而引起系统电压下降，甚至可使系统崩溃。2.2发电机保护类型发电机保护类型有发电机纵差动保护，定子绕组及其引出线的相间短路保护；发电机横差动保护，定子绕组一相匝间短路的保护；发电机单相接地保护，对发电机定子绕组单相接地短路的保护；发电机失磁保护，反应转子励磁回路励磁电流急剧下降或消失；

26、发电机过电流保护，反应外部短路引起的过电流，同时兼作纵差动保护的后备保护；负序电流保护，反应不对称短路或三相负荷不对称时，发电机定子绕组中出现的负序电流；过负荷保护，发电机长时间超过额定负荷运行时作用于信号的保护；过电压保护，反应突然甩负荷而出现的过电压；转子一点接地保护和两点接地保护，励磁回路的接地故障保护；转子过负荷保护，逆功率保护。2.3各保护的基本原理与配置原则2.3.1 发电机纵差动保护保护基本原理：比较发电机两侧的电流的大小和相位，它是反映发电机及其引出线的相间故障。发电机纵联差动保护的构成的两侧电流互感器同变比，同型号。纵差保护作用：反应发电机定子绕组及其引出线的相间短路，是发电

27、机的主要保护。纵差动保护整定方法按照以下两个原则来整定：在正常情况下，电流互感器二次回路断线时保护不应误动。 继电器的起动电流为 (2-2)保护装置的起动电流，按躲开外部故障时的最大不平衡电流整定。 (2-3)再根据前面对不平衡电流的分析，有 (2-4)2.3.2 发电机匝间短路的横差动保护横差动保护原理：在大容量发电机中，由于额定电流很大，其每相都是由两个或多个并联的绕组组成。在正常运行的时候，各绕组中的电动势相等，流过相等的负荷电流。而当任一绕组发生匝间短路时，绕组中的电动势就不再相等，因而会出现因电动势差而在各绕组间产生均衡电流。利用这个环流，可以实现对发电机定子绕组匝间短路的保护。横差

28、动保护有两种接线方式：一种是每相装设两个电流互感器和一个继电器构成单独的保护，三相共需要六个互感器和三个继电器。由于这种方式接线复杂，保护中的不平衡电流较大，在实际中已经很少采用。目前广泛应用的接线方式是只用一个互感器装于发电机两组星形中点的连线上，其本质是把一半绕组的三相电流之和去与另一半绕组三相电流之和进行比较。这种接线方式没有由于互感器误差所引起的不平衡电流，其起动电流比较小，灵敏度高，且接线非常简单。保护动作电流：应按躲过系统内不对称短路或发电机失磁失步时转子偏心产生的最大不平衡电流来整定。根据运行经验一般可采用下式计算，即 (2-5)动作时限：与转子两点接地保护动作延时相配合。一般取

29、 (2-6)2.3.3发电机100%定子绕组单相接地保护发电机100%定子绕组接地保护种类很多，广泛使用的是利用三次谐波电压构成的100%定子绕组接地保护。该保护保护一般由两部分组成：一部分是零序电压保护，保护定子绕组的85%以上；另一部分利用发电机三次谐波电压构成，它用来消除零序电压保护的死区，从而实现保护100%定子绕组的接地保护。为可靠起见，两部分保护区有一段重叠。利用发电机三次谐波电压构成的部分保护原理：是利用发电机中性点和出线端的三次谐波电压在正常运行和接地故障时变化相反的特点构成。正常运行时，发电机中性点的三次谐波电压比发电机出线端的三次谐波电压大；而在发电机内部定子接地时，出线端

30、的三次谐波却比中性点的大。利用这个特点，使发电机出口的三次谐波电压成为动作分量，而使中性点的三次谐波分量成为制动分量，从而使发电机出口三次谐波电压大于中性点三次谐波电压时让继电器动作。这样，保护就会在正常时制动，而在定子绕组接地时保护可靠动作。2.3.4 发电机的负序过流保护负序过电流产生原因及其的危害：当电力系统中发生不对称短路或在正常运行情况下三相负荷不平衡时，在发电机定于绕组中将出现负序电流。此电流在发电机空气隙中建立的负序旋转磁场相对于转子为两倍的同步转速，因此将在转子绕组、阻尼绕组以及转子铁心等部件上感应100Hz的倍频电流，该电流使得转子上电流密度很大的某些部位(如转子端部、扩环内

31、表面等)，可能出现局部的灼伤，甚至可能使扩环受热松脱，从而导致发电机的重大事故。此外，负序气隙旋转磁场与转子电流之间，以及正序气隙旋转磁场与定子负序电流之间所产生的100Hz交变电磁转矩，将同时作用在转子大轴和定于机座上，从而引起100Hz的振动。负序电流在转子中所引起的发热量，正比于负序电流的平方及所持续时间的乘积。不使转子过热所允许的负序电流和时间的关系 (2-7)式中：i2流经发电机的负序电流值；ti2所持续的时间；在时间t内的平均值，使用中应采用以发电机额定电流为基准的标么值；A与发电机型式和冷却方式有关的常数。同步发电机的负序电流保护原理：保护反应发电机定子绕组的电流大小, 保护一般

32、由两部分组成，即定时限过负荷与反时限过流。反时限过流。反时限特性曲线由三个部分组成： 上限定时限；反时限；下限定时限。当发电机电流大于上限整定值时，则按上限定时限动作；如果电流超过下限整定值，但不足以使反时限部分动作时，则按下时限动作；电流在此间则按反时限规律。为了使转子不致过热，则：图2-1发电机允许负序电流与持续时间的关系图曲线表明：发电机允许负序电流的时间是随I2大小而变化,针对此情况，装设发电机负序过流保护。负序定时限过流保护由两段式构成：I段经t1延时动作于跳闸；段 段经t2延时动作于信号。1、在ab段内：t1大于允许时间, 对发电机不安全；2、在bc段内：t1小于允许时间,未充分利

33、用发电机的承受负序电流的能力；3、在cd段内：发信号，而靠近d点时，由于运行人员处理的时间已大于允许时间,对发电机安全来讲不利；4、在de段内，保护根本不反应。负序反时限过流保护保护用于防止发电机因过负荷而引起发电机定子绕组过热，上图反应了反时限负序电流保护动作特性与允许负序电流反时限之间的配合关系，由于动作特性曲线在允许曲线之下,对发电机的安全来讲是绝对有利的。但是由长期运行实践经验表明在长时间区域内是偏于保守，实际持续允许的负序电流比所确定的值要大。因此负序反时限过流保护的动作特性通常可以在允许的负序电流曲线之上，此时保护装置的动作特性可表示为 (2-8)修正常数（考虑到转子的散热条件）图

34、2-2 负序保护电流时间图2.3.5发电机的失磁保护 失磁的原因：励磁回路开路，励磁绕组断线，灭磁开关误动作，励磁调节装置的自动开关误动，可控硅励磁装置中部分元件损坏；励磁绕组由于长期发热，绝缘老化或损坏引起短路；运行人员误调整等。失磁后的物理过程90转子加速剧烈异步运行阶段。失磁的危害有转子中fG-fS的差频电流过热。失磁后，若不失步，无直接危害。失步后，对发电机及系统有不利影响，故应装设专门的失磁保护 。装设原则： 100MW以下失磁对电力系统有重大影响的发电机和100MW以上的发电机，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。失磁后，功角 逐渐增大，当功角 =0

35、时，其机端测量阻抗沿等有功阻抗圆向第四象限变化； (2-9)失磁后，失步前机端阻抗的特点有：圆的大小与P有关，P增大则圆的半径减小。 失磁前，发电机向系统送无功，Q为正，ZK位于第象限。 失磁后，随Q的变化，Q由正变成负，ZK从到象限，圆越小，从到越快。 圆的位置与jXs有关。临界失步点等无功阻抗圆(=90)(2-10)图2-3 临界失步(或静稳极限)阻抗圆失步后的阻抗轨迹，最终将稳定在第四象限内的异步边界阻抗圆内。结论：（1）发电机正常运行时，其机端测量阻抗位于阻抗复平面第一象限的点，（2）失磁后，其机端测量阻抗沿等有功阻抗圆向第四象限变化；（3）临界失步时达到等有功阻抗圆与等无功阻抗圆的交

36、点点。（4）进入等无功阻抗圆内，并最终稳定运行在点附近。主要判据：（1）阻抗整定边界：常为静稳边界圆或异步边界圆，或逆无功判据；（2）高压侧母线低电压判据：以防止母线电压降到不能维持系统稳定运行的水平；（3）定子过电流判据：用以判断失此后机组运行是否安全。辅助判据和闭锁措施：（1）转子低电压判据：可以较早的发现发电机是否失磁；（2）不出现负序分量（3）振荡闭锁措施：用延时躲过振荡（4）电压回路断线闭锁元件：当电压回路发生断线时将保护装置解除工作 逆无功原理发电机失磁保护保护构成原理：逆无功原理的失磁保护主判据是逆无功和定子过电流。失磁的危害判据有系统低电压和机端低电压，用来判别发电机失磁对系统

37、及对厂用电的影响 为减少发电机失磁运行时的危害程度，采用发电机有功功率判据。阻抗原理的失磁保护保护构成原理：主判据是机端测量阻抗判据。失磁的危害判据有系统低电压、定子过电流和机端低电压，用来判别发电机失磁对系统、发电机及对厂用电的影响。延时躲振荡，通常整定为11.5s，同时也可避开外部短路可能引起的误动作。图2-4 失磁保护逻辑框图 2.3.6励磁回路接地保护 励磁回路故障的原因及危害有破坏了气隙磁通的对称性，引起发电机剧烈振动； 部分绕组中将由于过电流而过热，烧坏转子，也可能使转子、汽轮机的汽缸等部件磁化；高速旋转的转子由于其励磁电流分布不均，从而和定子三相电流形成不对称电磁力，使转子发生机

38、械损坏。保护的装设原则为水轮发电机装设励磁回路一点接地保护，一般不装设两点接地保护。汽轮发电机装设励磁回路一点接地保护及两点接地保护当一点接地时动作于信号，若又发生两点接地时，保护应动作于停机。大型机组可不装设两点接地保护。常用的保护：励磁回路一点接地检查装置。适用范围：1MW以下的水轮发电机和容量在100MW以下的汽轮发电机。基本原理：定期检测励磁回路正、负极对地电压的大小 (2-11)若则表示励磁回路正常； 若则表示励磁回路发生了特点：当接地发生在绕组中部，检测装置不能发现故障，存在“死区”。 图2-5 发电机转子一点接地测量原理图 图2-6 发电机转子保护的逻辑图保护的特点：（1）转子分

39、布电容对测量无影响。（2）发电机起动，转子无电压时，保护不失去作用。发电机励磁回路两点接地保护：1、电桥原理转子两点接地保护 图2-7 电桥原理转子两点接地保护原理框图保护原理：（1）正常运行时，电桥平衡，电流继电器中无电流流过（2）在励磁绕组发生一点接地后，电桥的平衡被破坏，毫安表中有输出，调节可调电阻，使电桥达到一个新的平衡状态，两点接地保护被投入。 （3）当励磁绕组第二点接地时，电桥的平衡破坏，电流继电器中有电流流过。如果流过继电器中的电流大于其整定电流时，则保护动作于跳闸。2、反映定子电压二次谐波的转子两点接地保护 保护的原理：（1）发电机转子绕组两点接地时，其气隙磁场将发生畸变，定子

40、绕组中将产生2次谐波负序分量。（2）在转子一点接地后，自动投入转子两点接地保护在转子一点接地后，自动投入转子两点接地保护 (2-22)为转子一点接地保护动作条件。2.3.7 发电机相间短路后备保护1、复合电压启动过电流保护适用范围：1MW以下的发电机和升压变压器、系统联络变压器和过电流保护不能满足灵敏度要求的降压变压器 构成：A电压元件：（1）负序电压元件和反映相间电压的低电压元件，两者构成或门关系（2）负序电压元件主要针对于不对称故障，提高了反应不对称故障的保护的灵敏度；（3） 低电压元件主要反映对称故障，灵敏度较高。B记忆元件采用加记忆元件或利用低电压自保持，以防止保护装置中途返回。2、负

41、序电流和单相式低电压启动的过电流保护图2-8 过电流保护保护逻辑框图适用范围：50MW以上发电机和63MVA及以上升压变压器 构成：（1）负序电流元件和单相式低电压启动的过电流保护 （2）负序电流元件用来反应不对称故障；（3）单相式低电压启动的过电流保护主要反映对称故障。3、低阻抗保护适用范围：330500kV大型升压及降压变压器。作用：作为变压器引线、母线、相邻线路相间故障后备保护图2-9 低阻抗保护保护逻辑框图2.3.8同步发电机失步保护、逆功率保护、低频保护 1、发电机失步保护失步：当电力系统发生诸如负荷突变、短路等破坏能量平衡的事故时，引起不稳定振荡，使一台或多台同步电机失去同步，进而

42、使电网中两个或更多的部分不再运行于同步状态。发电机失步的危害：（1）使发电机组遭受力和热的损伤，（2）周期性作用在旋转轴系上的振荡扭矩，可能使大轴扭伤或缩短运行寿命。保护的配置：（1）中小型发电机组的失步故障一般由运行值班人员处理，不装失步保护。（2）对大型发电机(特别是汽轮发电机)，必须有相应的失步保护。对失步保护的基本技术要求：（1） 能正确区分短路与振荡、稳定振荡和失步振荡，失步保护只在失步振荡时动作。（2） 失步保护动作后的行为应由系统安全稳定运行的要求决定，不应立即动作于跳闸；而应在振荡次数或持续时间达到规定时动作。（3）应能选择切断电流较小的时刻使发电机跳闸。 2、发电机逆功率保护

43、逆功率的危害：逆功率运行对发电机并无直接危害，但残留在汽轮机尾部的蒸汽与长叶片摩擦，会使叶片过热。作用：防止发电机处于逆功率运行。我国目前要求在200MW及以上汽轮发电机组上装设逆功率保护。延时分两段，短延时1.01.5s动作于信号，长延时23min动作于跳闸。 3、发电机低频保护低频的危害：接近叶片自振频率时，将导致共振，使材料疲劳，材料的疲劳是一个不可逆的积累过程，若达到材料所不允许的限度时，叶片就有可能断裂，造成严重事故 对低频保护的要求（1）能监视当前频率状况，（2） 能在发生低频工况时，根据预先划分的频率段自动累计各段异常运行的时间，达到任一频率段相应的规定累计运行时间，保护均动作于

44、声光信号告警。 （3）在并网前及解列后低频保护应退出，并网后自动投入。机组允许的运行频率及相应的运行时间运行频率f10.99(5049.5)0.990.975(49.548.75)0.9750.935(48.7546.75)0.935允许时间(min)长期601002.3.9同步发电机异常工况保护 1、发电机过励磁保护我国继电保护规程规定，对频率降低和电压升高引起的铁心工作磁密过高，300MW及以上发电机和500kV变压器应装设过励磁保护。 产生过励磁的原因：（1）产生过励磁的原因主要有电压的升高或频率的降低。（2）通过测量电压U和频率f就能确定励磁情况。两段式定时限过励磁保护（1）第一段：过

45、励磁倍数整定值1.181.20，延时26s； （2）第二段：过励磁倍数整定值1.10，延时4560s。图2-9 异常工况保护逻辑图2、发电机过电压保护若发电机在满负荷下突然甩去全部负荷，由于调速系统和自动励磁调节装置有一定惯性，转速将上升，励磁电流不能突变，发电机电压在较短时间内升高，其值可能达到1.31.5倍额定电压，持续时间可能达到几秒。我国通常采用简单的一段式或两段式定时限过电压保护，一般第段时间发信，第段时间跳闸。 误上电保护原则：（1）容量在600MW及以上的发电机组，要求装设误上电保护。（2） 第一阶段：开机合磁场开关，在这期间，由于无励磁，发电机不可能进行并网操作，因此只要发电机断路器合闸和定子有电流，则必然为误上电，瞬时跳闸。（3） 第二阶段：合磁场开关并网，在这期间，用阻抗元件来区分并网和误上电，并且误上电情况越严重，跳闸也越快。