发电机变压器保护.

第三章发电机变压器保护主讲：龙滩电厂保护主管韦江平§3-1发电机的故障、不正常工作状态及其保护方式1、发电机的故障主要有：（1）定子绕组的相间短路。由于相间短路电流及故障点的电弧，将损坏定子绕组的绝缘，烧坏绕组和铁心，甚至引发火灾。（2）定子绕组的匝间短路。被短路的绕组将流过短路电流，引起故障处局部过热，绝缘破坏，并可能发展成单相接地故障和相间故障。（3）定于绕组的单相接地故障。是最常见的一种故障。发电机是中性点不接地或经消弧线圈接地的小接地电流系统。单相接地后，其电容电流流过故障点的定子铁心，当此电流较大或持续时间较长时，会使铁心局部溶化，给修复工作带来很大困难。（4）励磁回路的一点或两点接地。励磁回路一点接地短路时，由于没有构成电流通路，所以对发电机并无危害。但若不及时处理，就有可能转化成两点接地，使转于统组和铁心烧坏，并因转子磁场不对称，使机组产生剧烈的机械振动。（5）转子回路失去磁励电流。§3-1发电机的故障、不正常工作状态及其保护方式2、发电机的不正常工作状态主要有：（1）外部故障引起的定子绕组过电流和超过额定容量运行的定子过负荷。（2）外部不对称短路和不对称负荷引起的发电机负序过电流和负序过负荷。（3）调速系统惯性较大的发电机突然甩负荷引起的过电压。（4）由于主汽门突然关闭引起的发电机逆功率。（5）由于励磁回路故障或强行励磁时间过长引起的转子过负荷。（6）发电机频率上升或下降。§3-1发电机的故障、不正常工作状态及其保护方式3、发电机的保护方式有：（1）纵联差动保护。反应发电机定子绕组及引出线的相间故障。（2）定于绕组匝间短路保护。（3）定子接地保护。当接地电容电流大于或等于5A时，保护应动作于跳闸；当接地电容电流小于5A时，保护应动作于信号。对容量100MW及以上的发电机，应尽量装设保护范围为100％的定子接地保护。（4）过电流保护。（5）对称过负荷保护。（6）励磁回路接地保护。（7）反应发电机励磁消失的失磁保护。对于不允许失磁运行的发电机，可在自动灭磁开关断开时，连跳发电机断路器。（8）转子回路过负荷保护。（9）大容量机组的逆功率保护。（l0）反应水轮发电机和大型汽轮发电机走子绕组过电压的过电压保护。§3-2变压器的故障、不正常工作状态及保护配置1、变压器的故障：2、变压器的不正常工作状态：变压器的不正常工作状态主要包括：由于外部短路引起的过电流；由于电动机自起动或并联工作的变压器被断开及尖峰负荷等原因引起的过负荷；油箱漏油造成的油面降低；变压器中性点电压升高；由于外加电压过高或频率降低引起的过励磁等。3、变压器配置的保护装置1、纵差动保护或电流速断保护：反映变压器绕阻、引出线及套管的故障。2、瓦斯保护；是防御油箱内部故障的主要保护，重瓦斯保护动作于跳闸，轻瓦斯保护动作于发信号。带负荷调压的油浸式变压器的调压装置，亦应装设瓦斯保护。3、相间故障的后备保护：防止外部相间短路引起的过电流及作为变压器内部故障的后备保护，应采用下列保护。（1）对于降压变压器，宜采用过电流保护。（2）对于升压变压器和系统联络变压器及过电流保护不满足灵敏性要求的降变压器，可采用复合电压起动的过电流保护。§3-2变压器的故障、不正常工作状态及保护配置（3）对于63000KVA及以上的降压变压器，可采用负序电流保护及单相式低电压启动的过电流保护。（4）对于升压变压器和系统联络变压器，当采用上述（2）、（3）保护不能满足灵敏性和选择性要求时，可采用阻抗保护。4、接地短路的后备保护：110KVA及以上中性点直接接地电网中，应装设零序保护作为变压器主保护的后备及相邻元件接地保护的后备保护。5、过负荷保护：对于110KVA及以上的变压器，当数台并列运行或单独运行并作为其他负荷的备用电源时，应装设过负荷保护，反映对称过负荷6、过励磁保护：大容量变压器，由于额定磁密接近于饱和磁密，过电压或低频率时容易引起过励磁，可采用过励磁保护，动作于信号或断开变压器。§3-3发电机差动保护、发电机不完全差动保护、发电机裂相横差保护（1）比率差动保护的动作方程2121112212)()2/()()()()/()(IIIIIInnKKbnKKKnIIIbnIIKIIIKKKnIIIIKIdrblrblblblblrercdqderblderblrblblercdqdrbldIenIeIcdsdIcdqdIdIr0Kbl1Kbl2式中Id为差动电流，Ir为制动电流，Icdqd为差动电流起动定值，Ie为发电机额定电流。两侧电流定义：对于发电机差动，其中I1、I2分别为机端、中性点侧电流；对于发电机不完全差动，I1、I2分别为机端、中性点1分支组或2分支组电流；对于裂相横差，其中I1、I2分别为中性点侧两分支组电流；比率制动系数定义：Kbl为比率差动制动系数，Kb1r为比率差动制动系数增量；Kb11为起始比率差动斜率，定值范围为0.05～0.15，一般取0.05；Kb12为最大比率差动斜率，定值范围为0.30～0.70，一般取0.5；n为最大比率制动系数时的制动电流倍数，装置内部固定取4。§3-3发电机差动保护、发电机不完全差动保护、发电机裂相横差保护（2）高性能TA饱和闭锁原理为防止在区外故障时TA的暂态与稳态饱和可能引起的稳态比率差动保护误动作，装置采用差电流的波形判别作为TA饱和的判据。故障发生时，保护装置先判出是区内故障还是区外故障，如区外故障，投入TA饱和闭锁判据，当某相差动电流有关的任意一个电流满足相应条件即认为此相差流为TA饱和引起，闭锁比率差动保护。（3）差动速断保护当任一相差动电流大于差动速断整定值时瞬时动作于出口继电器。（4）差流异常报警与TA断线闭锁装置设有带比率制动的差流报警功能。开放式瞬时TA断线、短路闭锁功能。通过‘TA断线闭锁差动控制字’整定选择，瞬时TA断线和短路判别动作后可只发报警信号或闭锁全部差动保护。当‘TA断线闭锁比率差动控制字’整定为‘1’时，闭锁比率差动保护。§3-3发电机差动保护、发电机不完全差动保护、发电机裂相横差保护（5）逻辑图§3-4发电机变压器组差动保护、变压器差动保护、厂变差动保护、励磁变差动保护（1）比率差动原理式中Id为差动电流，Ir为制动电流，Icdqd为差动电流起动定值，Ie为额定电流。电流各侧定义：对于发变组差动，I1、I2、I3分别为主变高压1侧、主变高压2侧、发电机中性点侧，I4未定义；对于主变差动，I1、I2、I3、I4分别为主变高压1侧、主变高压2侧、主变低压侧、主变备用侧；对于厂变、励磁变差动，其中I1、I2分别为高压侧、低压侧电流，I3、I4未定义；比率制动系数定义：Kbl为比率差动制动系数，Kb1r为比率差动制动系数增量；Kb11为起始比率差动斜率，定值范围为0.05～0.50，一般取0.10；Kb12为最大比率差动斜率，定值范围为0.50～0.80，一般取0.70；n为最大斜率时的制动电流倍数，固定取6。§3-4发电机变压器组差动保护、变压器差动保护、厂变差动保护、励磁变差动保护（2）励磁涌流闭锁原理涌流判别通过控制字可以选择二次谐波制动原理或波形判别原理。（1）谐波制动原理装置采用三相差动电流中二次谐波与基波的比值作为励磁涌流闭锁判据，动作方程如下：I2K2xb*I1(6-1-2)其中I2为每相差动电流中的二次谐波，I1为对应相的差流基波，K2xb为二次谐波制动系数整定值。推荐K2xb整定为0.15。（2）波形判别原理装置利用三相差动电流中的波形判别作为励磁涌流识别判据。内部故障时，各侧电流经互感器变换后，差流基本上是工频正弦波。而励磁涌流时，有大量的谐波分量存在，波形是间断不对称的。内部故障时，有如下表达式成立：SKb*S+SSt(6-1-3)其中S是差动电流的全周积分值，S+是（差动电流的瞬时值+差动电流半周前的瞬时值）的全周积分值，Kb是某一固定常数，St是门槛定值。St的表达式如下：St=α*Id+0.1Ie(6-1-4)式中Id是差电流的全周积分值，α是某一比例常数。而励磁涌流时，以上波形判别关系式肯定不成立，比率差动保护元件不会误动作。§3-4发电机变压器组差动保护、变压器差动保护、厂变差动保护、励磁变差动保护（2）TA饱和时的闭锁原理为防止在区外故障时TA的暂态与稳态饱和可能引起的稳态比率差动保护误动作，装置采用各相差电流的综合谐波作为TA饱和的判据，其表达式如下：InKnxb*I1(6-1-5)其中In为某相差电流中的综合谐波，I1为对应相差电流的基波，Knxb为某一比例常数。故障发生时，保护装置利用差电流工频变化量和制动电流工频变化量是否同步出现，先判出是区内故障还是区外故障，如区外故障，投入TA饱和闭锁判据，可靠防止TA饱和引起的比率差动保护误动。（3）差动速断保护：当任一相差动电流大于差动速断整定值时瞬时动作于出口继电器。（4）差流异常报警与TA断线闭锁：装置设有带比率制动的差流报警功能，开放式瞬时TA断线、短路闭锁功能。通过‘TA断线闭锁差动控制字’整定选择，瞬时TA断线和短路判别动作后可只发报警信号或闭锁全部差动保护。当‘TA断线闭锁比率差动控制字’整定为‘1’时，闭锁比率差动保护。（5）差动保护在过激磁状态下的闭锁判据由于在变压器过激磁时，变压器励磁电流将激增，可能引起发变组差动、变压器差动保护误动作。因此在装置中采取差电流的五次谐波与基波的比值作为过激磁闭锁判据来闭锁差动保护。其判据如下：I5K5xb*I1(6-1-6)其中I1、I5分别为每相差动电流中的基波和五次谐波，K5xb为五次谐波制动系数。§3-4发电机变压器组差动保护、变压器差动保护、厂变差动保护、励磁变差动保护（6）逻辑框图§3-5工频变化量比率差动保护（1）配置：发电机、变压器内部轻微故障时，稳态差动保护由于负荷电流的影响，不能灵敏反应。为此本装置配置了主变压器工频变化量比率差动保护、发电机工频变化量比率差动保护，并设有控制字方便投退。（2）工频变化量比率差动原理其中：ΔIdt为浮动门坎，随着变化量输出增大而逐步自动提高。取1.25倍可保证门槛电压始终略高于不平衡输出，保证在系统振荡和频率偏移情况下，保护不误动。对于主变压器差动，ΔI1、ΔI2、ΔI3分别为主变Ⅰ侧、Ⅱ侧、发电机出口侧电流的工频变化量。对于发电机差动，ΔI1、ΔI2分别为发电机出口、发电机中性点电流的工频变化量，ΔI3未定义。ΔId为差动电流的工频变化量。Idth为固定门坎。ΔIr为制动电流的工频变化量，它取最大相制动。注意：工频变化量比率差动保护的制动电流选取与稳态比率差动保护不同。程序中依次按每相判别，当满足以上条件时，比率差动动作。对于变压器工频变化量比率差动保护，还需经过二次谐波涌流闭锁判据或波形判别涌流闭锁判据闭锁，同时经过五次谐波过激磁闭锁判据闭锁，利用其本身的比率制动特性抗区外故障时TA的暂态和稳态饱和。工频变化量比率差动元件的引入提高了变压器、发电机内部小电流故障检测的灵敏度。§3-5工频变化量比率差动保护（3）差流异常报警与TA断线闭锁装置设有带比率制动的差流报警功能，开放式瞬时TA断线、短路闭锁功能。通过‘TA断线闭锁差动控制字’整定选择，瞬时TA断线和短路判别动作后可只发报警信号或闭锁差动保护。当‘TA断线闭锁比率差动控制字’整定为‘1’时，闭锁比率差动保护。（4）逻辑图§3-6主变复合电压闭锁过流保护复合电压过流保护中电流元件取保护安装处三相电流。（1）复合电压元件：复合电压元件由相间低电压和负序电压或门构成，有两个控制字（即过流I段经复压闭锁，过流II段经复压闭锁）来控制过流I段和过流II段经复合电压闭锁。当过流经复压闭锁控制字为‘1’时，表示本段过流保护经过复合电压闭锁。经低压侧复合电压闭锁：控制字“经低压侧复合电压闭锁”置“1”，过流保护不但经主变高压侧复合电压闭锁，而且还经低压侧发电机机端复合电压闭锁。TV异常对复合电压元件的影响：装置设有整定控制字‘TV断线保护投退原则’来控制TV断线时