发变组保护配置与原理!!.ppt

发电机变压器组保护 配置与原理,发变组保护,一、发变组主接线 二、发变组保护配置 三、保护原理 四、几个认识 五、注意问题及现场处理,一、发变组主接线,发电厂或变电站的一次设备按照设计要求连接而成的电 路称为主接线，反应了所装配的电气设备与布置、供电可 靠性、电能质量、运行灵活性、二次接线和继电保护，保 证电力系统的安全、可靠和经济运行。 主接线图是用规定符号绘制而成的电气主电路图，一般 绘成单线图,一、主接线,1、单元接线,一、主接线,2、500kV单元接线,一、主接线,3、双单元机组,一、主接线,4、扩大单元接线,二、保护配置,保护配置配置原则 1、遵循法规继电保护和安全自动装置技术规程及设 备主接线的要求； 2、强化主保护简化后备保护,二、保护配置,1、主保护 1.1、发电机差动保护 定子绕组及引线相间短路保护，瞬时动作于停机. 1.2、发电机匝间保护 定子绕组匝间短路或定子开焊事故保护，瞬时动作于停机。 A、单元件横差保护 发电机中性点侧有六个或四个引出端子的机组应优先考虑装设 单元件横差保护。 B、故障分量负序功率方向匝间保护 电流取自中性点侧时，只能反应绕组匝间短路和机端开焊事故 电流取自机端时，不仅能反应绕组匝间短路和机端开焊事故， 也能反应绕组相间短路，成为第二套不同判据的相间短路主保护. 同时,可不需要装设专用电压互感器专用PT,二、保护配置,C、故障分量负序功率方向纵向零序电压 由故障分量负序功率方向（或负序功率方向）作闭锁启 动元件，和专用PT开口三角侧的纵向零序电压作为动作元 件组成的匝间保护。 1.3、定子绕组单相接地（100）保护 A、双频式定子绕组单相接地（100）保护 适用于大型汽轮机组及中小型水轮机组，延时动作于程 序跳闸； B、注入式定子绕组单相接地（100）保护适用于大型 水轮机组，延时动作于程序跳闸,二、保护配置,1.4、转子本体过热（不对称过负荷）保护 转子本体过热的主保护，又是定子绕组不对称过负荷或不对称短路过 电流后备保护，延时或反时限动作于程序跳闸。 1.5、变压器差动保护 变压器绕组及区内引线相间、匝间短路和Yn侧区内接地 短路主保护，瞬时动作于全停。 1.6、零序差动保护或分侧差动保护 自耦变压器当变差保护灵敏度不满足要求时，配置零序 差动保护或分侧差动保护，瞬时动作于全停。 1.7、厂变低压侧限时速断过流保护 厂变低压侧母线短路的主保护，短延时动作于全停，也 可作为小机组或小变压器绕组短路的主保护,二、保护配置,1.8、变压器瓦斯/压力释放保护 变压器内部绕组各种短路故障的非电量主保护，是第二 套不同原理判据的主保护，瞬时动作于全停。 1.9、转子一点接地保护 理论上讲转子发生一点接地故障对机组无伤害，但可怕 的是两点接地短路故障。新规程不要求装设两点接地 保护是基于系统容量足够大，可以随时停一台或两台机组 对系统无影响，和没有更好更可靠的两点接地保护装置。 新规程要求大型机组配置一点接地保护。保护经延 时动作于信号或程序跳闸,二、保护配置,2、后备保护 2.1、对称过负荷保护 发变组及相邻元件线路的对称过负荷或对称短路过电流 的后备保护，定时限或反时限动作于程序跳闸。 2.2、不对称过负荷保护 发变组及相邻元件线路的不对称过负荷或不对称短路过 电流的后备保护，定时限或反时限动作于程序跳闸。 2.3、复合电压启动（方向）过流保护 发变组及相邻元件线路的对称或不对称短路过电流的后 备保护，定时限动作于程序跳闸,二、保护配置,2.4、复合电流保护 由低压启动过电流元件和负序过电流元件组成，是发变 组及相邻元件线路的对称或不对称称短路过电流的后备保 护，定时限动作于程序跳闸。 当配置了对称过负荷（反时限）保护和不对称过负荷 （反时限）保护就不应再配置复合电压启动过流保护和复合 电流保护。 2.5、零序过电流保护 变压器接地运行的Yn侧引线或相邻元件线路接地短路故 障的后备保护，第一时限动作于缩小故障范围跳母联断路 器，第二时限动作于全停或程序跳闸；根据系统要求也可 反时限动作于全停或程序跳闸,二、保护配置,2.6、间隙零序保护 作为不接地运行变压器Yn侧接地短路的后备保护，由间 隙零序电流元件和零序过电压元件组成，经短延时动作于 程序跳闸或全停。 2.7、转子绕组过负荷保护 转子绕组励磁电流过负荷或短路过流的后备保护，定时 限或反时限动作于程序跳闸,二、保护配置,3、异常保护 3.1、失磁保护 发电机励磁电流异常下降或全失磁的保护，第一时限动 作于信号，第二时限动作于减励磁或切换励磁电源或程序 跳闸，第三时限动作于程序跳闸或停机。 3.2、失步保护 反应系统发生不稳定振荡即失步并危及机组或系统安全 的保护，当振荡中心落在机组外延时动作于信号，当振荡 中心落在机组内时择机延时动作于程序跳闸或解列,二、保护配置,3.3、逆功率保护 防止主汽门误关闭后汽轮机叶片在汽室作功发热软化断 裂的保护，延时动作于程序跳闸。 3.4、频率异常保护 防止频率升高或下降后机组运行在汽轮机叶片谐振点上 断裂的保护，延时动作于信号，频率异常发生时间累加延 时动作于程序跳闸。 3.5、误上电（突加电压）保护 发电机停机盘车状态或并网前断路器误合闸以及并 网非同期合闸的保护，瞬时动作于停机；正常运行时保 护自动退出运行,二、保护配置,3.6、起停机保护 发电机升速升励磁未并网前定子绕组发生单相接地或相间 短路故障的保护，延时动作于停机。 3.7、过激磁保护 发电机或变压器运行频率下降或电压升高引起铁芯工作磁 密升高的保护，定时限或反时限动作于程序跳闸。 3.8、非全相保护 断路器合闸不成功而形成非全相运行的保护，延时动作于 停机或程序跳闸。 3.9、失灵（启动）保护 断路器跳闸（不成功）失灵的近后备保护，延时动作于启 动断路器失灵,二、保护配置,3.10、断路器断口闪络保护 发电机扑捉并网时机时，断路器断口间发生闪络事故的 保护，延时动作于灭磁或启动失灵保护。 3.11、过负荷保护 延时动作于信号。 3.12、TA/TV异常 延时动作于信号。 3.13、变压器非电量保护 变压器冷却器故障、过温、油位异常等,三、保护原理,1、发电机差动保护 根据克希可夫第一电流定理，保护判据为 动作量 IopI1I2 制动量 IresI1-I2/2 动作方程 当IresIres.o IopIop.o 当IresIres.o IopIop.0SIres-Ires.0,三、保护原理,保护灵敏度 按机组未并网的最不利条件来验算，保护内部短路的灵 敏度很显然是大于2，因此一般可不必对灵敏度进行验算,三、保护原理,2、匝间保护 2.1、单元件横差 无制动特性 IopIop.0 有制动特性 IopIop.0 IresIres.0 IopIop.oKrelIres-Ires.o/Ires.o IresIres.o Iop.o是横差最小动作电流定值，Ires是取机端三相最大电流的制动电流,三、保护原理,灵敏度验算 先用线性外推法求出机端三相短路的最大不平衡电流 Kunp.1.max和Kunp.3.max ，计算出保护定值 保护灵敏度,三、保护原理,2.2、纵向零序电压 适用于配置了专用电压互感器PT的机组，纵向零序电压3Uo取自专用PT开口三角绕组。为防止外部短路纵向零序不平衡电压增大造成保护误动，须增设闭锁启动元件（如负序功率方向或故障分量负序功率方向元件），判据 3UoUset,三、保护原理,零序电流 纵向零序电压 整定值 保护灵敏度（最小动作短路比） 可看出当分支数越大,纵向零序电压保护要动作的短路比 也要大,即灵敏度越低，因此对于多分支的（水轮）机组来 说，该判据不适合的，或说不起保护作用的。多分支的机 组的匝间保护多采用单元件横差判据、裂相横差和不完全 纵向差动等保护,三、保护原理,2.3、故障分量负序功率方向（元件）保护 是故障增量保护，具有极高的灵敏度,三、保护原理,三、保护原理,三、保护原理,三、保护原理,故障分量负序方向也是一样,三、保护原理,3、定子单相接地（100）保护 3.1、双频式定子单相接地（100）保护 A、基波零序电压式接地（95）保护（元件） 判据,三、保护原理,B、三次谐波电压元件 方案一（又称三次谐波电压比原理） 方案二（又称三次谐波电压差动原理） 是方案一、方案二的三次谐波制动比系数， 是变比调整（平衡）系数， 是机端与中性点侧三次谐波电压的比值,三、保护原理,3.2、注入式定子绕组单相接地（100）保护 在发电机定子回路与地之间外加20Hz电源，发电机正常运行时三相 定子绕组对地绝缘，20Hz电源只产生很小的电容电流；而发生定子单相 接地故障时，定子回路20Hz零序阻抗减小，将产生较大的20Hz电流和较 小的20Hz电压，使保护测量电阻小于整定电阻保护动作。 外加20Hz电源注入式定子单相接地故障保护接线图,三、保护原理,正确认识评估和注意事项 A、在停机状态和正常运行时能对定子绕组具有保护功能，不能对启 动或停机过程中的发电机提供保护功能，因启动或停机过程中有可能会 造成接地保护接地电阻的误算误判，此时要把注入式定子接地保护（自 动）退出运行； B、注入式接地保护要增设外附电源和20Hz带通滤波器，道理上讲给 保护带来了诸多不可靠因数，曾发生过外加电源和滤波器频率变异使得 保护误动和拒动，因此可靠性不如双频式定子接地保护； C、外注入20Hz频率使得机端的相电压频率有较大的波动，直接影响 这些设备的正常运行测量； D、受接地变压器变比和二次并接电阻大小以及并接回路电流互感器 变比等因数的制约影响，这些设备参数匹配不当，可使注入式接地保护 完全失去应有的保护功能，这必须要在保护厂家的指导下来选择上述设 备,三、保护原理,E、注入式接地保护的保护性能及测量精度和可靠性除了本身性能的 高低以外，还受接地部位的影响，而往往接地故障多发生在机端附近， 若装置测量分辨较低有可能完全失去保护或误动； F、注入式接地保护的灵敏度就是保护接地电阻整定值较直观，但不 一定比双频式接地（100）保护高，如水轮机组中性点附近的接地灵 敏度与基波零序电压元件相当（500），在中性点上的接地故障比三 次谐波电压元件灵敏度稍高点，而机端附近的接地故障灵敏度就远不如 基波零序电压元件的最大灵敏度（29k和44k,三、保护原理,5、变压器差动保护 原理判据及动作方程与发电机差动保护相同，但运行环 境及条件较恶劣，保护各项整定值相应大些，其相应注意 事项见后续。 分侧差动保护和零序差动保护原理判据相同,但电流取自 和接线有所不同. 过流保护、过流速断、复合电压启动（闭锁）（方 向）过流、复合电流以及低阻抗等保护原理较简单，不 一一细讲,三、保护原理,变压器差动保护应用于变压器内部故障保护的原因 正常运行时励磁电流小，约占额定容量12可忽略不计，可用定值躲过； 正常运行时分接头调压可能引起保护误动，可用定值躲过； 突然甩负荷或跳闸或过负荷，机端电压升高或频率下降，引起过激磁事故，励磁电流大大增加，二次侧电流减小，差流增大保护误动，可用五次谐波闭锁； 空投变压器励磁涌流很大，造成保护误动，可用二次谐波加以闭锁； CT因故障电流过大而饱和，引起保护误动，可用三次谐波闭锁； CT二次断线引起保护误动，可用CT断线加以闭锁； CT型号、二次负荷不满足设计要求造成保护误动，通过校验检查加以克服； 是否引进负序电压来闭锁差动，这样可大大提高防止CT二次传变异常而造成误动的可靠性,差动保护在理论上并不适用于变压器内部故障保护,三、保护原理,6、失磁保护 对系统的危害从系统吸收大量的无功，引起系统电压 下降，甚至使电力系统电压崩溃瓦解；引发系统失步振荡； 引发相邻元件或线路保护误动，扩大事故范围。 对机组的危害转子回路中出现差频电流使转子发热， 破坏转子绝缘；定子电流增大发热；引发机组失步振荡，这 种剧烈振动使机座松动，严重威胁机组安全。 判据有静稳阻抗、静稳转子电压、异步阻抗、系统 （机端）低电压以及无功功率方向等，它们有机的组合可以 构成很好的失磁保护,三、保护原理,静稳阻抗当电功角等于90的静稳极限所对应的静 稳极限（等无功）阻抗圆。特性圆如图。 整定动作圆 圆心 半径,三、保护原理,静稳极限转子电压静稳极限所对应的转子励磁电压，此电压低于运行负荷功率的励磁电压。 判据,三、保护原理,失步（异步）阻抗当电功角大于90后发电机进入失步（异步）状态运行，也就进入了失步阻抗圆内。 失步阻抗圆是以-0.5Xd和Xd为直径的圆，圆内是动作区。 各判据可以有机的组合构成多种不同方案的失磁保护,三、保护原理,方案一、静稳阻抗机端低电压或定励磁低电压逻 辑组成，此方案适用于无励磁电压机组的中小机组， 大机组一般不用此方案。 方案二、静稳阻抗异步阻抗系统（机端）低电压 三判据构成，适用于处在负荷中心的一切大型机组， 该方案具有提前预测失磁和判定失步功能。因静稳阻 抗是直接作用于信号，要加负序电压闭锁判据。 方案三、静稳阻抗静稳励磁低电压系统（机端） 低电压三判据构成，适用于远离负荷中心的（水轮） 机组,三、保护原理,7、失步保护 通过判断不稳定振荡的失步机组极端阻抗穿越三阻抗元件的滑极次数和是否落入机组区内外作出相应的跳闸方式,三、保护原理,8、误上电（突加电压）保护 误上电保护是由过电流元件或阻抗元件经断路器辅助接点逻辑组成，具有判断机组的异步启动和非同期合闸功能,三、保护原理,9、主变高压侧接地保护 零序过电流是作为接地系统的接地故障保护，间隙零序 保护是作为不直接接地系统的接地故障保护。 A、对于双母线接线的发变组高压侧零序过电流保护设两 段定值各两段时限，第一段定值安近后备保护整定，第二 段定值安远后备保护整定；第一段时限动作于缩小故障范 围，第二段时限动作于程序跳闸或各侧断路器。当第一时 限动作于母联断路器后，直接接地系统分解为一个直接接 地系统和一个不直接接地系统，此时接地故障若发生在不 直接接地系统上时，间隙零序（电流或过电压）保护动作 于程序跳闸或各侧断路器,三、保护原理,三、保护原理,B、对于一个半开关接线的发变组发变组高压侧零序过电 流保护设两段定值各一段时限，第一段定值安近后备保护 整定，第二段定值安远后备保护整定；一段时限动作于程 序跳闸或各侧断路器,四、几个认识,1、保护配置上应该是强化主保护简化后备保护，主保护 应保证接线上无死区，后备保护不要过度要求远后备保护 功能，不要求多求全。 2、单个保护重点在防止误动，原理上应多设闭锁判据； 单个保护重点在防止误动，双配置保护重点在防止拒动。 3、主保护配置上和整定上不要一味追求高灵敏性，特别 是变压器差动保护要认识到变压器内部绕组短路故障还有 灵敏度更高更快速的瓦斯保护，所以不能过度追求内部绕 组短路故障的灵敏性。 4、变压器增量差动保护内部绕组短路灵敏度极限不得小 于2.5；Yn侧端部引线接地故障变差灵敏度不减；变压器 内部绕组接地故障零序差动和分侧差动保护灵敏度高于变 差保护；即便这样有时内部绕组接地短路故障零序差动也,四、几个认识,不能反应动作而拒动。所以瓦斯保护是变压器内部绕组短 路故障的第一主保护。 5、学会具体问题具体分析对待，发电机中性点经配电变 压器（二次侧并接电阻）接地时，不再认为定子绕组单相 接地故障后机组还可运行一段时间，定子接地（基波零序 电压）保护应经短时限动作于停机或程序跳闸。 6、要辩证客观的看待保护功能作用，如外加20Hz电源 定子接地保护,五、注意问题及现场处理,我们调试人员到现场服务时，除了应把保护调试好和教 会用户继保人员外，还应会分析处理现场出现的各种问题。 一旦保护误动要冷静分析判断保护动作行为，处理问题应 在了解当时运行或操作情况后，遵守先内后外、先近后远 和先易后难的的分析处理原则进行。例如先了解运行情 况，有无操作或系统有无短路，操作了什么设备，该设备 合闸或跳闸有什么后果会有什么影响，还是系统短路跳闸 或重合闸，设备是冷态还是热态等等，结合该保护判据会 受到什么影响来分析保护动作行为的正确与否。 先内后外、先近后远和先易后难就是先保护装置后外部 接线及相关设备的影响。一般可联想到下列问题来分析,五、注意问题及现场处理,1、二次接线是否正确，相序、极性对否，CT型号及二 次负荷怎样是否满足设备各项参数要求。 2、空投合闸励磁涌流的大小，评判差动保护避越涌流能 力，检查保护定值是否过小。 3、二次回路接线是否紧固牢靠，是否并接氧化锌浪涌吸 收器，使用多长时间，氧化锌电阻值多大是否变异以及 是否用两根电缆接线。 4、二次回路接地是否可靠，屏蔽电缆的屏蔽层是否两端 接地，电气地是否只有一点接地，接地点宜在控制室，二 次电缆布线不要与一次动力线同在一电缆槽，或有无采取 屏蔽措施,五、注意问题及现场处理,5、运行操作有无不当，特别要注意当变压器断路器要用 旁路替代时，差动保护CT电流、保护连接片以及电流端子 是否也作了相应的切换操作，以防变差保护误动。 6、保护定值整定不当，应该注意到大型发变组与系统相 联后，零序电抗都小于正序电抗，变差保护比率制动斜率 若仍是按三相短路电流计算整定，变差保护则有可能不能 避越接地故障穿越电流的影响而误动。 7、变压器空投于匝间故障上时，会造成变差保护拒动或 延迟动作是不利于变压器安全，好在有瓦斯保护；我专利 软件可识别判断，能保证保护在50ms内动作切除故障。 8、CT选型不当极有可能在大电流下饱和、传变性能变差,五、注意问题及现场处理,一个半开关接线短路电流很大，都有可能使差流（不平衡 电流）变大而误动。 9、重合闸特别是非同期合闸冲击电流很大，当系统侧相 角超前于本侧时，冲击电流表现有内部故障特性，变差保 护可能误动。 10、和应涌流的影响。解决方法可将已运行变压器中性 点临时改为不接地运行，将会大大减小和应涌流的影响， 可防止变差和零序电流保护的误动,谢谢