电气二次设备(包括继电保护、自动装置)

水电站机电运行技术问答电气二次设备（包括继电保护、自动装置）1、水电站的那些电气设备属于二次设备？答：凡与电网或输电线直接连接，且通过大电流、高电压的发、变电设备和厂用电设备，称为电气一次设备，如水轮发电机，电力变压器，断路器和隔离开关等。凡为水电站的电气一次设备、水力机械和水工机械设备的正常运行而设置监视、控制、保护、信号等电气设备，称为电气二次设备，如各种电气仪表、控制开关、信号器具、继电器及其他自动装置等。连接电气二次设备的电路称为二次回路。2、水电站有那几种基本控制回路和信号回路？答：常用的有：（1）电动机的正、反转控制回路（2）多地点控制回路（3）连锁控制及先后顺序控制回路（4）行程控制回路（5）时间控制3、红、绿灯和直流电源监视灯为什么都要串联一个电阻？阻值多大？更换电阻时应注意些什么？答：目的是为了防止灯座处短路造成断路器误动。直流电源监视灯串一个电阻的目的是为了防止灯丝或灯座处短接造成直流短路。所串电阻的瓦数和欧姆数是：直流电压为220V的串2.5KΩ、25W的电阻；110V的串1KΩ，25W电阻；48—60V的串0.2KΩ、8W的电阻。更换电阻时应使用原规格的电阻。如果没有原规格的电阻而换成其他规格电阻时，应作以下测量：将灯座短路后测量跳合闸线圈两端的电压降不应大于额定电压的10%。4、什么叫主保护、后备保护和辅助保护？答：主保护指满足系统稳定及设备安全要求，有选择地切除被保护设备和全线路故障的保护。例如发电机差动保护，线路高频保护等。后备保护指主保护或断路器拒动时，用以切除故障的保护。后备保护又分为远后备保护和近后备保护两种方式，远后备保护为主保护或断路器拒动时，由相邻电力设备或线路的保护实现后备。近后备保护是指当本元件的主保护拒动作时，由本元件的同一安装处的另一套保护实现后备作用；当断路器拒动作时，由断路器失灵保护实现后备。辅助保护是为了补充主保护和后备保护的不足而增设的简单保护。如用电流速断保护来加速切除故障或消除方向元件的死区等。5、断路器失灵保护的构成原理是怎么样的？答：所有连接至一条母线上的元件的保护装置，当其出口继电器动作于跳开本元件断路器的同时，也供电给失灵保护中的公用时间继电器，该时间继电器的延时应大于故障线路断路器跳闸时间及保护返回时间之和，因此并不影响正常切除故障。如果故障线路的断路器拒动时，则失灵保护中的时间继电器动作，启动出口继电器，使连接至该条母线上所有其他有电源的饿断路器跳闸，从而切除故障，起到了断路器拒动时的后备保护。6、水电站应装设那几种基本保护？答：（1）纵差动保护，用以防御定子绕组及其引出线的相间短路故障（2）横差动保护，用以防御具有并联分支的定子绕组单相匝间或层间短路故障（3）过电压保护，当水轮发电机组甩负荷时，防止机组转速升高而引起定子绕组的过电压（4）定子绕组单相接地保护，当发电机的电压系统接地电流大于5A时才于装设，如用零序电压或零序电流构成发电机的定子接地保护（5）过电流保护，防御发电机外部短路引起的定子绕组过电流，并作为主保护（差动保护）的后备保护，常装设复合电压（包括负序电压和线电压）启动的过电流保护或低电压启动的过电流保护（6）失磁保护，为防止因发电机失磁而从电网吸收大量无功电流而设置的（7）转子励磁回路一点接地保护，监视水轮发电机励磁回路对地绝缘之用（8）对称过负荷保护，防御过负荷引起的过电流1---6项保护装置动作于跳闸停机，7、8项保护仅动作于发信号对大容量水轮发电机，除装有上述保护外，还装有负序功率闭锁，负序电流，转子两点接地，定子100%接地，转子过负荷等保护和断线闭锁装置。7、为什么有的过电流保护要加装低电压闭锁？答：过电流保护的动作电流是按躲开被保护设备的最大工作电流来整定的。由于负载电动机启动和自启动，以及并联工作的变压器突然断开一台等原因引起的最大工作电流的数值可能很大，以至按躲开最大工作电流条件整定的过电流保护，在发生外部短路时可能不能满足灵敏度的要求。在这种情况下，就必须采用低电压闭锁或复合电压闭锁（包括负序电压和线电压）的方法来提高过电流保护的灵敏度。电网短路时总伴随着电压剧烈降低，利用这仪特点，在过电流保护上加装低电压闭锁，即只有电压降低到整定值时过电流保护才能动作，这样就可以把正常运行和短路故障区别开来。因此，加装了低电压闭锁的过电流保护，就不按躲开最大工作电流来整定，而只按发电机或变压器的额定工作电流整定，从而提高了保护的灵敏度。复合电压启动的过电流保护，由于接线比较简单，且在星、三角形接法的变压器后发生短路时具有较高的灵敏度，因而得到了比较广泛的应用。8、水轮发电机过电流保护常用的方法有那几种？各有什么特点？答：常用的有三种：（1）低电压启动的过电流保护。其特点是发电机相间短路灵敏度高，但变压器后发生短路时，灵敏度可能不够。对出现很大负序电流的不对称短路，有可能不切除。（2）复合电压启动的过电流保护。在不对称短路时，电压元件的灵敏度较高。在变压器后不对称故障时，电压元件的灵敏度与变压器接线方式无关。（3）负序电流保护。接线简单，能直接反应对发电机很危险的负序电流，能简单地实现负序过负荷保护，对不对称故障有较高的灵敏度。在变压器后短路时，保护灵敏度与变压器绕组接线方式无关。缺点是不能反应三相短路。9、水轮发电机纵差动保护是如何实现的？答：是水轮发电机定子绕组及其引出线的相间短路时的主保护。它是利用比较发电机中性点侧和引出线侧（即发电机出口断路器处）电流幅值和相位的原理构成。在发电机中性点侧和引出线侧装设特性和变比完全相同的电流互感器以实现纵差动保护。两组电流互感器之间为纵差动保护的保护区。互感器的二次按环流法接线。发电机内部故障时，差动继电器中的电流为两侧电流相加，当电流大于差动继电器动作电流时，差动继电器动作，使断路器跳闸。在正常运行或保护区外短路时，流过差动继电器的电流为两侧电流之差，理想情况下，流过差动继电器的电流为零。但实际上差动继电器中有一个不平衡电流流过。此电流不足以使差动继电器启动，故继电器不会跳闸。水电站常用的发电机差动继电器有由BCH—2型电磁式差动继电器和BCD系列的晶体管型差动继电器。10、为什么水轮发电机要专门装设过电压保护？答：水轮发电机在突然甩负荷时，由于调速器不能立即动作于全关闭导叶，同时转子的惯性大，由水轮机供给发电机的功率将大于发电机输出功率而使发电机加速。再加上定子绕组去磁电枢反应的消失，将使发电机的端电压升高（若水轮发电机系经长距离的输电线路供电，输电线的电容电流还会产生助磁的电枢反应，使发电机端电压升高更大），水轮发电机过电压的数值可能高达发电机额定电压的1.8—2倍。这样高的电压对定子绕组的绝缘是有害的。为防御发电机定子绕组绝缘遭受损坏，在水轮发电机上需装设过电压保护。当发电机的端电压数值达到额定电压1.5—1.7倍时，过电压继电器动作，并经0.5S延时，动作于跳开发电机侧出口断路器，并跳开灭磁开关进行灭磁。11、水轮发电机的继电保护动作后应如何处理？答：（1）差动保护动作后的处理：1）检查发电机端出口断路器、发电机灭磁开关、励磁机灭磁开关，如未断开，应立即断开2）对保护区内的设备进行详细的检查，是否有烟火、气味、响声，以判明发电机有无损坏3）检查保护装置是否因外部故障引起的误动作4）若发电机着火，应迅速灭火5）测量发电机定子绝缘电阻6）未发现故障，可以开机零起升压，升压过程中发现不正常现象立即灭磁停机，如升压正常可以并入电网（2）过电压保护动作，如是甩负荷引起转速过高造成过电压使保护动作，可以立即将发电机并入电网。（3）负序过流或低电压过电流保护动作处理：1）查明是线路故障或变压器故障，是否为断路器或保护拒动或母线故障而引起，待故障消除后并入电网2）若差动保护未投入，而故障原因不明，应按差动保护动作处理（4）发电机定子绕组单相接地时，出现发电机接地信号，检查消弧线圈二次侧有电压，其处理措施是：1）测量接地电压及对保护区域设备作外部检查2）外部检查未发现故障点则按下列顺序鉴别A：依次拉开避雷器、电压互感器隔离开关B：依次拉开厂用近区分支设备C：转移负荷，拉开发电机出口断路器，判明接地点在发电机内部还是外部3）若接地点在发电机内部，则应停机处理4）如接地点在发电机外部，也应查明原因，消除之。在消除故障前，允许发电机短时间运行，但不得超过2h。12、电力变压器应装设那些保护？各有什么特点？答：（1）重瓦斯、轻瓦斯保护，防御变压器油箱内部发生故障和油面降低。重瓦斯动作于跳闸，轻瓦斯动作于发信号。（2）纵差动和电流速断保护，防御变压器绕组和引出线相间短路；防御中性点直接接地电网侧绕组和引出线的接地短路，以及区间短路，作用于跳闸。（3）过电流保护作为瓦斯保护、纵差动、速断的后备保护，作用于跳闸。在三绕组变压器中，三侧都装过电流保护，当三绕组变压器任一母线有故障时，过电流保护动作，无需将变压器全部停运。三侧都装过电流保护，可以有选择性的切除故障。各侧的过电流保护，可作为本侧母线、线路、变压器的主保护。例如对三绕组降压变压器，若中、低侧拒动时，高压侧过电流保护应动作，以切除故障。（4）零序电流保护，防御中性点直接接地电网中，外部接地短路故障，作用于跳闸。（5）防御对称过负荷的过负荷保护，作用于发信号。13、电力变压器的纵差动保护有什么特殊问题？有那些不同型式？答：特殊问题有：（1）变压器励磁涌流。在变压器空载投入和外部故障切除后的电压恢复过程中，可能产生很大的励磁涌流，最大可达额定电流的8—10倍，如不采取措施，它将使纵差保护误动作。（2）变压器两侧电流相位不同。当变压器为星，d11接线时，两侧电流之间就有30度的相位差，在差动回路会有一个不平衡电流。（3）电流互感器的变比不能理想匹配，引起差动回路有不平衡电流（4）变压器两侧电流互感器型号差别，也会产生误差纵差保护的型式有：（1）为躲过励磁涌流，用BCH—2型继电器的纵差动保护（2）由于外部故障不平衡电流太大而灵敏度不够时采用BCH—1型继电器的纵差动保护（3）对多侧电源多绕组变压器，具有分裂绕组式带负荷调压的多绕组变压器及断路器数目大于3的变压器，多采用BCH—4型差动继电器。14、引起电力变压器纵差动保护动作的原因有那些？怎样判断和处理？答：原因有：（1）变压器的引出线和套管发生故障（2）保护装置直流系统故障引起误动作（3）电流互感器二次回路断线或短路（4）电力变压器内部发生故障（5）保护整定不当，不能躲开变压器的励磁涌流和外部故障引起的不平衡电流（6）大修后保护电流回路接线错误引起误动作（7）高压侧套管电流互感器的设计变比与实际不符纵差保护动作后，应根据跳闸前变压器各侧电流有无异常变化、瓦斯保护是否动作、保护范围内的一次设备有无明显短路痕迹等，判明是否变压器内部故障。如明显的是变压器故障应停止运行，并通知调试、化学人员进一步检查。如果确认不是变压器故障引起的保护动作，可与调度联系，试投入运行。若试投不成功，而电源侧电流表没有短路象征，则应检查直流回路有无接地现象，判断是否由于直流回路两点接地引起的误动作。如果直流回路没有故障，可以暂时拆除纵差动保护，将变压器投入电网，若试投成功，就应测量纵差动回路各相不平衡电流，以判断电流互感器二次侧是否有断线、短路、接线错误、变比不对等情况。如果侧得的不平衡电流很小，就可能是纵差动保护装置躲不开励磁涌流或外部故障产生不平衡电流，可能是继电器短路匝数选择过小，电流互感器特性不好，应重新进行整定计算，必要时应更换电流互感器。15、电力变压器装设有纵差动保护，为什么还要装设瓦斯保护？答：瓦斯保护是变压器内部故障的主保护之一，它能反应变压器油箱内的任何故障。变压器油箱内的故障通常有：绕组匝间或段间绝缘损坏造成的短路；高压绕组对地绝缘损坏造成的单相接地；铁芯局部发热或烧损；分接断路器接触不良或导线焊接不良和油面降低等。对于变压器油箱内绕组的某些短路故障，纵差动保护往往不能反应。如绕组少数线匝的匝间短路，虽然短路匝内循环电流很大，会造成局部绕组严重过热，但表现在相电流上，却并不大。对于这种故障，瓦斯保