电气保护（PPT31页)

电气五防电气五防为:1、防止带负荷分、合隔离开关。2、防止误分、误合断路器、负荷开关、接触器。3、防止带接地线合断路器。4、防止带电挂（合）接地线（开关）。5、防止误入带电间隔。防止带负荷分、合隔离开关:带负荷拉合隔离开关是最常见的误操作事故。自1980年防误操作闭锁装置普遍应用之后，这种事故有所下降，但并未杜绝。不少单位仍时有发生，后果仍然严重。电路操作时，电流超过0.5A，或切断电压高于30V，都会产生电弧。电弧长度与极间电压成正比。只要隔离开关在允许操作范围内进行操作，虽产生电弧均可自然熄灭，也不会引起短路，即隔离开关具有开断一定小电流的能力。但这种开断能力毕竟是有限的，主要是由于隔离开关没有特殊的灭弧装置。当被开断的电压及电流超过允许的范围，隔离开关触头产生的电弧就不能熄灭，电路也拉不开，并发生弧光短路，即造成所谓带负荷拉隔离开关的事故。隔离开关只能拉开小电流，本质的作用是:分闸后建立可靠的绝缘间隙，将需要检修的线路或电气设备明显与电源隔开,以保证检修人员及设备的安全。防止带接地线合断路器；防止带电挂（合）接地线（开关）：挂接地线是保护电气设备上检修人员的一道安全屏障，可防止突然来电对人体的侵害，以保证人身安全。在电力系统中，将设备和用电装置的中性点、外壳或支架与接地装置用导体作良好的电气连接叫做接地。接地的作用总的步说可以分为有两个：保护人员和设备不受损害叫保护接地；保障设备的正常运行的叫工作接地。带地线合闸造成后果：保护断路器跳闸，人员伤亡。Eg：6kV高压开关柜带地线合闸，造成接地短路事故。这起事故的接地点不在开关柜里。开关柜本身具备“五防”，接地刀闸不拉开，开关小车推不到工作位置。接地线悬挂在变压器(由这台开关柜供电)一次侧负荷开关的上端。发生短路时电流速断保护动作，油开关跳闸，变压器负荷开关上端螺丝烧坏，造成的电网波动，辅助油泵跳车，联锁动作又使得主机三台高压电动机跳车，部分低压电动机也跳车。发电机保护：一、发电机故障和不正常工作状态（1）可能发生的故障有：定子绕组相间短路；定子绕组一相匝间短路；定子绕组一个绝缘损坏引起的单相接地；转子绕组（励磁回路）接地；转子励磁回路低励；失去励磁等故障。（2）主要的不正常工作状态有：定子绕组过负荷；转子绕组过负荷；定子绕组过电流；定子绕组过电压（主要是水轮发电机和大型汽轮发电机）；三相电流不对称；失步；逆功率；过励磁；断路器断口闪络；非全相运行等。发电机应装设的保护及其作用：（1）纵联差动保护：为定子绕组及其引出线的相间短路的主保护。（2）横联差动保护：为定子绕组相间短路、匝间短路及分支开焊故障主保护。只有当一相定子绕组有两个及以上并联分支且中性点有6（4）个引出端子时，才装设该种保护。（3）单相接地保护：为发电机定子绕组的单相接地保护。（4）励磁回路接地保护：为励磁回路的接地故障保护，分为一点接地和两点接地保护。大型汽轮发电机应装设一点接地保护。（5）低励、失磁保护：为防止大型发电机低励或失去励磁后，从系统中吸收大量无功功率而对系统产生不利影响，100MW及以上容量的发电机都装设这种保护。（6）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，大中型发电机应分别装设定子过负荷和励磁绕组过负荷保护。（7）定子绕组过电流保护：当发电机纵差保护范围外发生短路，而短路元件的保护或断路器拒绝动作时，为了可靠切除故障，则应装设反应外部短路的过电流保护，并兼作纵差保护的后备。（8）定子绕组过电压保护：水轮发电机和大型汽轮发电机都装设过电压保护，以切除突然甩去全部负荷后引起的定子绕组过电压。（9）负序电流保护：电力系统发生不对称短路或者三相负荷不对称时，发电机定子绕组中就有负序电流。该负序电流产生反向旋转磁场，相对于转子为两倍同步转速，因此在转子中出现100Hz的倍频电流。它会使转子端部、护环内表面等电流密度很大的部位过热，造成转子绕组局部灼伤，因此应装设负序电流保护。大中型发电机多装设反时限负序电流保护，其动作时限完全由发电机转子承受负序发热的能力决定，不考虑与系统保护配合。（10）失步保护：大型发电机应装设反映系统振荡过程的失步保护，并力求保护带有预测失步的功能。（11）逆功率保护：当汽轮机主汽门误关闭或机炉保护动作关闭主汽门而发电机出口断路器未跳闸时，发电机失去原动力变成电动机运行，从电力系统吸收有功功率。这种工况对发电机并无危险，但由于鼓风损失，汽轮机尾部叶片有可能过热而造成汽轮机事故，所以大型机组要装设逆功率保护，用来保护汽轮机。微机型发电机差动保护传统的发电机差动保护采用带速饱和变流器的差动继电器构成。速饱和变流器具有抑制外部短路暂态不平衡电流的能力。但是，在内部故障时，短路电流中也含有非周期分量，因此保护的动作需等待非周期分量衰减到一个定值后才能动作，影响了保护的快速性。此外，这种差动保护的动作电流为一个固定值，即按躲过外部短路的最大不平衡电流整定，保护的灵敏度较低。显然，对于大型发电机来说，采用这种方案，一是保护的动作速度慢，二是由于保护的动作电流大，在发动机内部靠近中性点附近发生经过渡电阻的故障时，保护的死区范围大。为了改善发电机差动保护的性能，可采用比率制动、标积制动式的差动保护。目前，已研制成功的发电机差动保护多数采用了比率制动原理或标积制动原理。一、比率制动特性的差动保护接线与原理在正常运行和外部短路时，发电机中性点侧与机端的电流大小相等，相位相反。但由于电流互感器存在幅值误差，因此，二次电流I1和I2的大小不等，于是，差电流为两侧二次电流幅值之差，为不平衡电流，而制动电流为两侧二次电流幅值之和的一半。近似为I1或I2的幅值。在内部短路时，不考虑发电机与系统两侧电势的相位差以及故障点至两侧的阻抗角的差别，则In、Is同相位，I1和I2也近似为同相位。此时，差电流为区内短路的总短路电流，制动电流为I1和I2差值的一半。若I1=I2，则制动电流为零。定子绕组单相接地保护一、定子绕组单相接地故障大型发电机应装设性能可靠、灵敏度高的100%定子绕组单相接地保护。研究表明，100%发电机的定子绕组单相接地保护方案有两种。一种是三次谐波原理；另一种是注入式原理。二、基波零序电压原理的发电机定子绕组单相接地保护保护反应发生单相接地故障的零序电压分量。对微机保护来说，主要是采取措施扩大它的保护范围。为此，采取的措施是用高压侧零序电压闭锁和加强三次谐波的滤波效果。保护的构成方案如图：发电机的失磁保护一、失磁对电力系统和对发电机造成的危害发电机在正常运行时，除了发出有功外，还承担着向系统发出感性无功的任务。分析表明，发电机失磁后对电力系统及发电机本身都会造成程度不同的危害，归纳起来有以下几方面：（1）发电机失磁后，不但不能向系统送出无功功率，而且还要从系统中吸取无功功率，造成系统中大量无功缺少，当系统中无功储备不足，将引起电压下降。严重时引起电压崩溃，系统瓦解。（2）一台发电机失磁造成电压下降，系统中的其他发电机在自动调节励磁装置作用下，将增加其无功输出。为了供给失磁发电机无功功率，可能造成系统中其他发电机、变压器、输电线路过电流，后备保护可能因过流动作，扩大了故障范围。（3）发电机失磁后，由于有功功率摆动及系统电压的降低，可能导致相邻正常运行的发电机与系统之间失去同步，引起系统振荡。（4）发电机失磁后，转子和定子磁场间出现了速度差，则在转子回路中感应出转差频率的电流，差频电流在转子绕组中产生额外损耗，引起转子绕子发热。（5）异步运行后，发电机的等效电抗降低，因而从系统中吸收的无功增加，使定子绕组过热。发电机受交变的异步电磁力矩的冲击而发生振动，转差率越大，振动也越厉害。（6）对大型直接冷却式汽轮发电机，平均异步转矩的最大值较小，惯性常数也相对降低，转子在纵横轴方面明显不对称。由于这些原因，在重负荷下失磁发电机的转矩和有功将发生剧烈摆动。这种影响对水轮发电机更为严重。（7）发电机失磁后，定子端部漏磁增强，使端部的部件和端部铁芯过热。二、发电机失磁的电气特征发电机失磁过程的特点有以下几方面：（1）发电机正常运行，向系统送出无功功率，失磁后将从系统吸取大量的无功功率，使机端电压下降。当系统缺少无功功率时，严重时可能使电压降到不允许的数值，以致破坏系统的稳定。（2）发电机电流增大，失磁前送有功功率愈多，失磁后电流增大愈多。（3）发电机有功功率方向不变，继续向系统送有功功率。（4）发电机机端测量阻抗，失磁前在阻抗平面坐标第一象限，失磁后测量阻抗的轨迹沿着等有功阻抗圆进入第四象限。随着失磁的发展，机端测量阻抗的端点落在静稳极限阻抗圆内，转入异步运行状态。三、汽轮发电机允许失磁运行的条件（1）系统有足够供给发电机失磁运行的无功功率，以不致造成系统电压严重下降为限。（2）降低发电机有功功率的输出，使之能在很小的转差率下。在允许的一段时间内异步运行，即发电机应在较少的有功功率下失磁运行，使之不致造成危害发电机转子的发热与振动。四、具有自动减负荷的失磁保护装置的组成原则根据电网的特点，在发电机失磁后异步运行，若无功功率尚能满足，系统电压不致降低到失去稳定的程度，则发电机可以不解列，而采用自动减负荷到40%~50%的额定负荷。失磁运行15~30min，运行人员可以及时处理恢复励磁。因此，设置为具有下述功能的失磁保护：（1）定子、转子判据元件同时判定失磁后，系统电压元件判定系统电压下降到危害程度，则经过0.5s作用于解列。（2）定子、转子判据元件同时判定失磁后，系统电压元件判定系统不失去稳定，则作用于自动减负荷，直到减至40%~50%额定负荷。（3）定子、转子判据元件同时判定失磁后，发电机电压元件判定其电压低到对厂用电有危害程度，则自动切换厂用电源，使之投入备用电源。大型发电机在较重负荷运行时，发生部分失磁也容易导致失步。因此，若能及早自动减负荷，则较易拉入同步。在减负荷过程中，转子电压可能返回，为此需要短时测量自保持的方式，根据失磁试验，经过10s即可减至发电机额定功率的60%。自动减负荷回路由有功功率继电器控制。当有功功率降低到触点返回时，自动减负荷继电器返回，但由于机组的负荷又经过0.5s后才稳定，尚需继续减一些负荷才停止。因此，触点返回值应大于40%~50%额定负荷，并要求返回系数大于0.9。五、微机型发电机失磁保护逻辑框图该框图可分为四部分。即低电压部分、阻抗部分、等励磁电压部分和变励磁电压部分。发电机保护的几个问题：一、负序方向保护的特点1.不对称故障发电机内部定子绕组短路或断线（定子线棒开焊），均属不对称故障。理论上的三相对称短路对定子绕组实际上是不存在的。对于大中型发电机，机端引线大都采用封闭母线，因此，保护区内机端故障也绝非三相短路，所以发电机内部故障可视为不对称的。发电机正常运行时，没有负序功率输出，当发电机内部故障时，由于故障的不对称性，一定有负序功率输出。当外部系统存在不对称短路或不对称负荷时，负序功率一定是由外部系统流入发电机。因此，负序功率的流向是判别发电机是否发生内部故障的确切依据。2.故障分量负序方向保护的特点故障分量负序方向保护能作为发电机内部相间短路和匝间短路的主保护，兼顾定子绕组开焊故障保护，其优点有以下几个方面：（1）由于采用了故障分量，该保护与故障前的对称或不对称运行工况无关，灵敏度高。（2）无需装设TA或TV断线闭锁环节，TA或TV断线只需发信号，保护较简单。其缺点有以下几方面：（1）发电机启动过程中该保护失去作用。（2）非周期分量对计算结果影响较大。（3）容易在外部故障切除功率倒方向时误动作。3.故障分量负序方向保护故障分量负序方向保护在发电机启动过程中失去作用，为此，大型发电机组的另一套保护应尽可能弥补次缺点。对于能装设不完全纵差保护的发电机，能完全弥补故障分量负序方向保护的不足。如果发电机中性点侧每相只有一个引出端子，则不完全纵差保护不能装设，发电机的第二套主保护可为传统的发—变组大差动。二、发电机装设定子绕组单相接地保护1.发电机装设定子绕组单相接地保护的原因发电机是电力系统中最重要的设备之一，其外壳都进行安全接地。发电机定