继电保护 重点

目 录

课程设计任务书?????????????????????????1 第一章 绪论

1.1 电力系统继电保护的作用???????????????????2 1.2 对继电保护的基本要求????????????????????2 1.3 分类????????????????????????????3

第二章 发电厂电气部分课程设计成果

2.1发电机的选择????????????????????????4 2.2主变压器的选择???????????????????????4

第三章 互感器的配置

3.1互感器的配置原则??????????????????????5 3.2互感器的配置????????????????????????6

第四章 系统参数的计算和序网络图

4.1正序参数计算和正序阻抗图??????????????????8 4.2零序阻抗图?????????????????????????8

第五章 继电保护的配置及整定

5.1发电机保护装置及整定计算??????????????????10 5.2变压器保护装置及整定计算??????????????????18

参考文献????????????????????????????25

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继电保护原理课程设计任务书

一、 课程设计题目和要求

1.题目

继电保护的配置及整定计算，延续发电厂电气部分课程设计的题目和计算成果

2.内容要求

1>对原始资料的分析:电气设计的主接线图，具体参数； 2>电流互感器和电压互感器的选择；

3>在主接线图上对所有组成元件进行保护配置，并画出保护配置图； 4>对所选保护进行整定计算分析：灵敏度、可靠性、动作时限；

5>对所选保护中的两套保护（发电机、变压器或变压器、线路）进行具体计算； 6>画出正序、零序阻抗图；

7>选一套保护画出一次原理图和二次展开图。

二、 原始资料

1. 发电厂情况

1>类型:水电厂

2>发电厂容量与台数：3365MW，发电机电压10.5KV，cosφ=0.85，Xd’’=0.186 3>发电机年利用小时数：Tmax=4800h

4>发电厂所在地最高温度40°C，年平均温度20°C，气象条件一般，所在地海拔高度低于1000m

2.电力负荷情况

1>发电机电压负荷：最大20MW，最小10MW，cosφ=0.8，Tmax=6300h 2>其余功率送入220KV系统，系统容量10000MVA，归算到220KV母线阻抗为0.05，其中Sj=100 MVA 3>自用电5% 4>供电线路数目

① 发电机电压10.5KV，架空线路4回，每回输送容量10MW，cosφ=0.85 ② 220KV架空线路4回，正序阻抗（标幺值）：0.0356，基准容量1000MVA

三、 设计成果

1. 主接线保护配置图

2. 正序、负序、零序阻抗图 3. 一次原理图和二次展开图

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第一章 绪论

1.1电力系统继电保护的作用

电力系统在运行中，可能发生各种故障和不正常运行状态，最常见同时也是最危险的故障是发生各种型式的短路。在发生短路时可能产生一下的后果： 1>短路电流通过非故障元件，由于发热和电动力的作用，引起它们的损坏或缩短它们的使用寿命；

2>通过故障点的很大的短路电流和所燃起的电弧，使故障元件损坏； 3>电力系统中部分地区的电压大大降低，破坏用户工作的稳定性或影响工厂产品的质量；

4>破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统震荡，甚至使整个系统的瓦解。电力系统中电气元件的正常工作遭到破坏，但没有发生故障，这种情况属于不正常运行状态。例如，因负荷超过电气设备的额定值而引起的电流升高（一般又称过负荷），就是一种最常见的不正常运行状态。由于过负荷，使元件载流部分和绝缘材料的温度不断升高，加速绝缘的老化和损坏，就可能发展成故障。

此外，系统中出现功率缺额而引起的频率降低，发电机突然甩负荷而产生的过电压，以及电力系统发生震荡等，都属于不正常运行状态。故障和不正常运行状态，都可能在电力系统中引起事故。事故，就是指系统或其中一部分的正常工作遭到破坏，并造成对用户少送电或电能质量变坏到不能容许的地步，甚至造成人身伤亡和电气设备损坏。

在电力系统中，除应采取各项积极措施消除或减少发生故障的可能性以外，故障一旦发生，必须迅速而有选择性地切除故障元件，这是保证电力系统安全运行的最有效方法之一。切除故障的时间常常要求小到十分之几甚至百分之几秒，实践证明只有装设在每个电气元件上的保护装置才有可能满足这个要求。这种保护装置直到目前为止，大多是由单个继电器或继电器与其附属设备（微机继电保护测试仪、互感器综合测试仪）的组合构成的，故称为继电保护装置。

在电子式静态保护装置和数字式保护装置出现以后，虽然继电器已被电子元件或计算机所代替，但仍沿用此名称。在电业部门常用继电保护一词泛指继电保护技术或由各种继电保护装置组成的继电保护系统。继电保护装置一词则指各种具体的装置。继电保护装置，就是指能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作与断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。它的基本任务是： 1>自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏，保证其它无故障部分迅速恢复正常运行；

2>反应电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件（例如有无经常值班人员），而动作于发出信号、减负荷或跳闸。此时一般不要求保护迅速动作，而是根据对电力系统及其元件的危害程度规定一定的延时，以免不必要的动作和由于干扰而引起的误动作。

1.2对继电保护的基本要求

继电保护装置应满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求。这四\性\之间紧密联系,既矛盾又统一。

1>可靠性是指保护该动作时应可靠动作,不该动作时应可靠不动作。可靠性是对继电保护装置性能的最根本的要求。

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2> 选择性是指首先由故障设备或线路本身的保护切除故障,当故障设备或线路本身的保护或断路器拒动时,才允许由相邻设备保护、线路保护或断路器失灵保护切除故障。

为保证对相邻设备和线路有配合要求的保护和同一保护内有配合要求的两元件(如启动与跳闸元件或闭锁与动作元件)的选择性,其灵敏系数及动作时间,在一般情况下应相互配合。

3> 灵敏性是指在设备或线路的被保护范围内发生金属性短路时,保护装置应具有必要的灵敏系数,各类保护的最小灵敏系数在规程中有具体规定。

选择性和灵敏性的要求,通过继电保护的整定实现。

4>速动性是指保护装置应尽快地切除短路故障,其目的是提高系统稳定性,减轻故障设备和线路的损坏程度,缩小故障波及范围,提高自动重合闸和备用电源或备用设备自动投入的效果等。一般从装设速动保护(如高频保护、差动保护)、充分发挥零序接地瞬时段保护及相间速断保护的作用、减少继电器固有动作时间和开关跳闸时间等方面入手来提高速动性。

1.3分类

1>按被保护的对象分类：输电线路保护、发电机保护、变压器保护、电动机保护、母线保护等；

2>按保护原理分类：电流保护、电压保护、距离保护、差动保护、方向保护、零序保护等；

3>按保护所反应故障类型分类：相间短路保护、接地故障保护、匝间短路保护、断线保护、失步保护、失磁保护及过励磁保护等； 4>按构成继电保护装置的继电器原理分类：机电型保护（如电磁型保护和感应型保护）、整流型保护、晶体管型保护，集成电路型保护及微机型保护等； 5>按保护所起的作用分类：主保护、后备保护、辅助保护等。 主保护：满足系统稳定和设备安全要求，能以最快速度有选择地切除被保护设备和线路故障的保护； 后备保护：主保护或者断路器据动时用来切除故障的保护，分为远后备和近后备保护。

① 远后备保护：当主保护或断路器据动时，由相邻电力设备或线路的保护

来实现后备保护 ② 近后备保护：当主保护据动时，由断路器失灵保护来实现近后备保护 辅助保护：为补充主保护和后备保护的进能或当主保护和后备保护退出运行而增设的简单保护

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第二章：发电厂电气部分课程设计成果

2.1发电机的选择

根据一般原则发电机选择如下：

三台65MW发电机G1、G2、G3均选用SF65-10/4250型汽轮发电机，发电机具体参数如表2-1

表2-1 发电机技术参数表 发电机型号 SF65-10/4250 台数 3 额定容量 65MW 额定电压 13.8KV 额定功率因数 0.85 电抗标幺值 0.204 2.2主变压器的选择

与G3连接的主变压器T3选用SFPT-120000/220型三相双绕组变压器，接于10KV和220KV母线间的两台变压器T2、T3均选用SSP3-75000/220TH型三相双绕组变压器，主变压器具体参数如表2-2

表2-2 主变压器技术参数表

型号 额定容量(KVA) 120000 75000 额定电压（KV） 空载电空载损负载损阻抗 连接组流 耗 耗 （%） 标号 高压 低压 （%） （KW） （KW） 242±232.5% 242±232.5% 10.5 10.5 0.9 1.3 118 79.6 385 342 13 13.85 YN,d11 YN,d11 SFPT-120000/220 SFPT-75000/2TH20 2.3电气主接线图

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第三章 互感器的配置

3.1互感器的配置原则

3.1.1电气设备选择的一般原则

1.额定电压

按电气设备和载流导体的额定电压UN不小于装设地点的电网额定电压UNS选择，即UN≥UNS 2.额定电流

所选电气设备的额定电流IN或载流导体的长期允许电流Ig（经温度或其他条件修正后而得到的电流值），不得小于装设回路的最大持续电流，即IN（或Ig）≥Imax

正常运行条件下，各回路的最大持续工作电流Imax，按表3-1中的原则计算

表3-1各回路最大持续工作电流Imax的计算 回路名称 变压器回路 母线分段或母联断路器回路 主母线 馈 线 带电抗器出线 单回线路 双回线路 最大持续工作电流Imax的计算原则 Imax=1.05IN，同时考虑变压器的正常过负荷的倍数 Imax一般为该母线上最大一台发电机或变压器的持续工作电流 Imax按潮流分布计算 Imax按电抗器的额定电流计算，因其过载能力很小 Imax包括原有负荷，线路损耗及事故时转移过来的负荷三方面之和 Imax取1.2-2倍一回线的正常最大负荷 发电机或调相机回路 Imax=1.05IN 3.1.2互感器在主接线中的配置原则

互感器是电力系统中的测量仪表，继电保护等二次设备获取电气一次回路信息的传感器，互感器将高电压，大电流按比例换成低电压（100,100/V）和小电流(5，1A)，其一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表与继电保护等。 1. 电压互感器配置

1> 母线。除旁路母线外，一般工作及备用母线都装有一组电压互感器，用于同期仪表测量和保护装置；

2> 线路。35KV及以上输电线路上，当对端有电源时，为了监视线路有无电压，进行同期和设置重合闸应装有一台单相电压互感器；

3> 发电机。发电机一般装2-3组电压互感器：一组（三只单相，双绕组）供自动调节励磁装置，另一组供测量仪表，同期和保护装置使用； 4> 变压器。变压器低压侧有时为了满足同期或继电保护的要求设有一组电压互感器。 2. 电流互感器配置

1> 为了满足测量和保护装置的需要，在发电机，变压器，出线，母线分段及母联断路器，旁路断路器等回路中均设有电流互感器，对于中性点直接接地系统一般按三相配置；对于中性点非直接接地系统，依据保护，测量与

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电能计量要求按两相或三相配置；

2> 保护用电流互感器的装设地点应按尽量消除主保护装置的死区来设置，如有两组电流互感器，应尽可能设在断路器两侧，使断路器处于交叉保护范围之中；

3> 为了防止电流互感器套管闪络造成母线故障，电流互感器通常布置在断路器的出线侧或变压器侧，，尽可能不在紧靠母线侧装设电流互感器； 4> 为了减轻内部故障对发电机的损伤，用于自动调节励磁装置的电流互感器应布置在发电机定子绕组的出线侧，为了便于分析和在发电机并入系统前发现内部故障，用于测量 仪表的电流互感器宜装在发电机中性点侧。

3.2互感器的配置

3.2.1发电机

发电机G1，G2，G3(型号：SF65-10/4250）

额定功率PGN=300MW，额定电压UGN=10.5KV, 额定功率因数cosφN=0.85 额定电流IGN=

65PGN==4.205KA=4205A 3?10.5?0.853UGNCOS?GN Imax=1.05IGN=1.054205=4415A

故：选择电压互感器PT为：JDJ-10 变比：10/0.1

选择电流互感器CT为：LMZ1-10 变比：5000/5 ，发电机二次侧额 电流Ie=

Imax=4.415A NTA3.2.2变压器

1.变压器T1，T2（型号：SFPT-75000/220TH） 额定容量：75000KVA ,额定电压比：242/10.5 额定电流：IGN?220=

额定电流：IGN?10.5=

750003?10.5750003?242=178.931A

=4123.930A

故电压互感器PT和电流互感器CT的选择如下表3-2 名称 额定电压（KV） 额定电流（A） 变压器接线组别 PT变比 242 178.931 Y 242/0.1 6

各侧参数 一次侧 二次侧 10.5 4123.930 ? 10.5/0.1

CT接线方式 CT计算变比 选择CT变比 ? 61.984 100/5 Y 1428.571 1500/5 3.变压器T3 额定容量：STN=120000KVA ，额定电压比：242/10.5 额定电流：IGN?220=

1200003?2421200003?10.5=286.289A

IGN?10.5=

=6598.289A

故电压互感器PT和电流互感器CT的选择如下表3-3 名称 额定电压（KV） 额定电流（A） 变压器接线组别 PT变比 CT接线方式 CT计算变比 选择CT变比 242 286.289 Y 242/0.1 各侧参数 一次侧 二次侧 10.5 6598.289 ? 10.5/0.1 Y 2285.714 3000/5 ? 99.173 100/5

3.2.3母线

1.母线电压互感器的选择

220KV母线电压互感器选择：JCC2-220(

2200003100003/100)

10.5KV母线电压互感器选择：JDZJ-10(2.母线电流互感器的选择

/100)

1>220KV母线，其最大工作电流为变压器T1，T2高压侧的Imax之和 2 Imax=21.05ITN?220=375.755A 可选电流互感器为LB-220(400/5)

2>10.5KV母线，其最大工作电流为变压器T3高压侧的Imax Imax=1.05ITN?10.5=6928.203A

可选电流互感器为LAJ-10(10000/5

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第四章 系统参数的计算和序网络图

取基准容量：Sj=100MVA 基准电压Uj=Uav 为简化起见，电抗标幺值的下标肯略去标号“*”

4.1正序参数计算和正序阻抗图

4.1.1正序电抗标幺值

1>发电机：G1,G2：X1=X2=X3=Xd” 2>变压器：T1,T2: X4=X5=

SjSn=0.2043

100=0.267

65/0.8513100?=0.108 10012013.85100? T3: X6==0.185 10075 3>系 统：X7=0.0356 1.正序阻抗图

4.2零序参数计算和零序阻抗图

1.零序电抗标幺值 1>发电机无零序电抗

2>变压器零序电抗等于正序电抗，零序励磁电抗为Xm0=∞ 3>系统S：X14=2.530.0356=0.0712 2．零序阻抗图

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第五章 继电保护的配置及整定计算

5.1发电机保护装置及整定计算

5.1.1初步分析

发电机的安全运行对电力系统和火电厂供电系统的稳定运行起着决定性的作用。发电机的安全运行对保证电力系统的正常工作和电能质量起着确定性的作用。因此，在发电机上必须装设比较完善的机电保护装置，根据有关规程，应对吧下列故障及异常运行方式设置继电保护装置。 发电机的不正常运行状态主要有：由于外部短路引起的定子绕组过电流由于负荷超过发电机额定容量而引起的三相对称过负荷；由于外部不对称短路或不对称负荷（如单相负荷，非全相运行）而引起的发电机负序过电流；由于突然甩负荷而引起的定子绕组过电压；由于励磁回路故障或强励时间过长而引起的转子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等。 发电机的故障类型主要有以下几种 1>定子绕组相间短路

2>定子一相绕组内的匝间短路 3>定子绕组单相接地短路

4>转子绕组一点接地或两点接地 5>转子励磁回路励磁电流消失 通过对原始资料及参数的分析，周围环境的考虑，现对该厂发电机设置下列保护：

纵差保护 横差保护 过负荷保护 定子单相接地保护 励磁回路两点接地保护 专用失磁保护 主保护 定子绕组匝间短路 异常运行延时动作 防御定子单相接地的保护 转子一点或两点接地，投入保护装置 防止励磁消失故障的保护装置 跳闸 跳闸 发出信号 跳闸 跳闸 跳闸 5.1.2纵差保护原理

发电机纵差保护是保护发电机定子绕组及其引出线相同短路的主保护，它应能快速而灵敏的切断内部所发生的故障。同时，在正常运行及外部故障时，有应能保证动作的选择性和工作的可靠性，在保护范围内发生相间短路时，应瞬间断开发电机断路器和自动灭磁开关。

定子绕组相间短路时，由于短路电流大，故障点的电弧会破坏绝缘，烧毁绕组和铁芯，甚至引起火灾，这是发电机内部最严重的故障，发电机定子绕组不同地点发生相间短路时，由于定子绕组各个点感应电势不同，短路回路阻抗也不同，所以短路电流大小就不一样。定子一相绕组发生匝间短路时，绕组两端的电流都相同，流入差动继电器的差动回路电流只有不平衡的电流，差动继电器不会动作，故它不能反应匝间短路。

定子绕组相间短路时，由于短路电流大，故障点的电弧会破坏绝缘，烧毁绕组和铁芯，甚至引起火灾，这是发电机内部最严重的故障，发电机定子绕组不同地点发生相间短路时，由于定子绕组各个点感应电势不同，短路回路阻抗也不同，所以短路电流大小就不一样，定子一相绕组发生匝间短路时，绕组两端的电流都

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相同，流入差动继电器的差动回路电流只有不平衡电流差动继电器不会动作，故它不能反应匝间短路。

对于大容量的发电机（100MW），为了减少故障发生于发电机中性点附近而出现的纵差保护的死区，要求将纵差保护的动作电流降低，提高保护动作的灵敏性，并要保证在区外短路时保护可靠不误动，考虑到不平衡电流随着流过电流互感器TA电流的增加而增加，往往采用性能更好的比率制动式纵差保护，使其动作值随外部电流的增加而增加（即利用外部故障时的穿越电流实现制动），其原理接线如图5-1所示。

在正常负荷状态下，电流互感器的误差是很小的，因此这时的差动回路不平衡电流很小，随着外部故障电流的增大，当超过保护动作电流时，纵差保护就要误动，如果将纵差继电器做成这样的特性,即他的动作电流时随外部短路电流的增大而自动增大,而且动作电流的增大比不平衡电流的增大还要快,则上述误动就不会发生,实现这种动作特性的纵差继电器,最简单的方法是继电器除了以差动电流为动作电流外,还引入外部短路电流为制动电流.这样,当外部短路电流增大时,制动电流随之增大,使继电器启动的动作电流必然要相应加大,这种继电器被称之为比率制动式卷动继电器. 2.整定计算原则

保护刚能启动的动作电流Iact随制动电流的变化的曲线如图所示

考虑发电机在外部故障时，差动保护的最大不平衡电流为

Iact.max=KopKssKerIkmaxnTA(3)

式中：

Kop----非周期分量系数，考虑外部短路暂态非周期分量电流对电流互感器的

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影响，一般取为1.5-2.0

Kss----电流互感器同型系数，发电机纵差保护用互感器是同型号的，取

Kss=0.5

Ik.max----外部三相短路的最大短路电流 制动动作特性曲线有下述三个定值需要整定 1>差动保护的最小动作电流Iact2max(A点)

A点整定原则是保护最大负荷状态下保护不误动，对于5P级电流互感器（比值误差为±1%），负荷状态下最大误差小于2%，考虑可靠系数Krel=2，则Iact2min=232%I2n;对于10P级电流互感器（比值误差为±5%）,负荷状态下最大误差小于

（0.1-0.3）ING 6%.则Iact2min=

（3）nTA式中ING----发电机的额定电流

制动特性的拐点电流Ires2min（B点）

（0.8-1.0）ING可取Ires2min=

nTA

2>制动系数

最大制动系数Kres2max应按照最大外部短路电流情况下差动保护不误动的条件

(3)下整定，其值为Iact2max=KrelIunb2max=KrelKopKssKerIkmax

nTAIkmax(3) 外部故障最大短路电流情况下的最大制动电流Ires2max=因此，可得对

nTA应C点的最大制动系数，即原点与C点连接的斜率Krel2max为Krel2max=Iactmax=

KrelKopKssKer

Irelmax一般制动系数Kres=0.2～0.4.可考虑选择Kres.max≈0.3,Krel为可靠系数，按规程规定选取。

根据以上计算确定的比率制动特性折线ABC可确保在负荷状态和最大外部短路暂态过程中可靠不误动

根据发电机内部短路时的最小短路电流Ik2min和相应的制动电流Ires，在动作特性折线上查的对应的动作电流Iact，则灵敏系数为 Ksen=

Ikmin,要求Ksen?2.0 Iact1. 整定计算

对发电机G1，G2,G3 ① 最小动作电流Iactmin=0.2ING/nTA=0.2Ie=0.234.415=0.883A ② 拐点电流Iresmin=0.9 ING/nTA=0.9Ie=0.934.415=3.9735A

I③ 最大制动电流Iresmax=KmaxnTA(3)=41.793103/1000=41.79A

最大动作电流Iactmax=KresmaxIresmax=0.3*41.79=12.537A

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④ 灵敏系数校验Ksen=

Ikmax=41.79/12.537=3.33＞2,满足要求 IactnTA5.1.3横联差动保护

由于发电机纵差保护不反应定子绕组一相匝间短路，当发电机定子绕组一相匝间短路时，如不及时处理，故障温度就会升高，使绝缘破坏，很可能发展为相间短路或单相接地故障，造成发电机严重损坏。因此，在发电机上（尤其是大型发电机）应装设定子匝间短路保护，对于双星型接线且中性点引出六个端子的发电机，通常装设单元件式的横联差动保护。

最简单的单元件横差保护如下图5-3所示

在定子绕组每相分裂成两部分的情况下，可以只用一个电流互感器装于发电机两绕组的星形中性点的连线上。由于一台发电机只装一个电流互感器TA和电流继电器，所以该保护称为“单元件横差动保护”。

3次谐波滤过比不小于10时，其电流继电器动作电流为

（0.2-0。3）INGIact=

nTA

对发电机G1，G2,G3

（0.2-0.3）ING①动作电流Iact==(0.2-0.3)*Ie=0.883-1.3245A

nTA②灵敏系数校验：灵敏系数是以保护动作动作死区占整个绕组的百分比表示的，由下式可求出保护动作死区占得百分比3I0=a/xf0 式中3I0---等于Iact

Xf0---发电机零序电抗

a---表示发电机动作死区占得百分比

常用DL-11/b继电器整定电流范围时串联为2-4A,并联为4-8A

保护动作整定值越高，保护死区越大，为了减小保护死区，应经三次谐波滤过器，尽量减小三次谐波不平衡电流

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③ 动作时间：在励磁回路未发生接地故障的情况下，横联差动保护瞬时动

作于跳闸。当励磁回路发生一点接地时，应将横联差动保护切换到带0.5-1.0s时限跳闸，以防励磁回路发生偶然性的瞬间两点接地时而误动

5.1.4过负荷保护

过负荷保护为发电机长时间超过额定负荷运行时动作于信号的保护，中小型发电机只装设定子过负荷保护；大型发电机应分别装设定子过负荷和励磁绕组过负荷保护。

过负荷保护为发电机长时间超过额定负荷运行时作用于信号的保护，中小型发电机只装设过负荷保护；大型发电机应分别装设定子过负荷和励磁绕组过负荷保护。

过负荷保护动作于信号，考虑到过负荷的对称性，该保护只有一相中装设，并与过电流保护公用一组互感器，保护由电流继电器挤时间继电器组成。

动作电流（二次值）按发电机长期允许的负荷电流下能可靠返回的条件整定为Iact=

KrelIngKresnTA

式中 Krel—可靠系数，取1.05； Kres—返回系数，取0.85-0.95； ING —发电机的额定电流； nTA —电流互感器变比。

过负荷保护动作时限比过电流保护长，一般为9-10s。 对发电机G1，G2,G3

动作电流 Iact=

KrelINGKresnTA=1.05Ie?4.415A

0.855.1.5 定子绕组单相接地保护

发电机的外壳、铁芯是接地的，因此定子绕组因绝缘损坏而引起的单相接地是较常见的故障，当接地电流较大，故障点电弧将扩大绕组绝缘损坏的范围，并烧坏定子铁芯，甚至引起匝间短路和相间短路。

发电机定子绕组单相接地故障电流允许值取制造厂的规定值，无规定时，可参照下表中所列的数据 发电机的额定电压（KV） 6.3 10.5 13.8-15.75 汽轮发电机 水轮发电机 汽轮发电机 水轮发电机 14

发电机的额定容量（MW） ≤50 50-100 10-100 125-200 40-225 故障电流允许值（A） 4 3 2

18-20 300-600 1 在发电机正常运行和外部发生故障情况下，发电机中性点的三次谐波电压

U3N总是大于极端的三次谐波电压U?3S（中性点经配电变压器高阻接地的发电机除外），极限情况下，当发电机出线断开时，外部电容C即两者相等。

U3SU3N????=0,则U?3S/U?=1，3N 当发电机内部发生故障时，可得如下近似关系式即=

1???

利用极端三次谐波电压U?3S作为动作量，U?作为制动量，其动作条件为3NU3S?>U?，它的最大保护范围可达离中性点50%的地方，这样与零序电压保护3N共同组成了定子100%的接地保护。

（1）利用三次谐波电压构成的定子接地保护的动作判据1为

U3SU3N?? >?

实测发电机正常运行时的最大三次谐波电压比值设为?0，则取阀值?=（1.05-1.15）?0，该判据实现简单，但灵敏度较低。

（2）利用三次谐波电压构成的定子接地保护的动作判据2为

US3?KPUN3???

?UN3 式中分子为动作量，调整系数Kp，使发电机正常运行时动作量最小，然后调整系数?，使制动量

?UN3??>1

?在正常运行时恒大于动作量，一般取??0.2-0.3，

该判据较复杂，但灵敏度更高。

5.1.6励磁回路接地保护

发电机正常运行时，励磁回路对地之间有一定的绝缘电阻和分布电容，它

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们的大小与发电机转子的结构，冷却方式等因素有关。当转子绝缘损坏时，就可能引起励磁回路接地，常见的是一点接地故障，如不及时处理，还可能接着发生两点接地故障，一点接地保护带时限动作于停机。

为反应励磁回路一点接地故障，常采用切换式一点接地保护，如图所示

在一点接地保护装置动作发出信号后，投入两点接地保护装置，此时保护继续测量接地电阻和接地位置，此后若再发生励磁绕组另一点接地故障，则接地电阻和接地位置会发生变化，当其变化值超过整定值时转子两点接地保护动作于停机。为了使转子绕组在瞬时发生两点接地时保护不误动作，保护应带0.5S-1.0S的延时。

5.1.7发电机失磁保护

发电机失磁是指，励磁电流突然消失或者下降到静稳极限所对应的励磁电流以下（即部分失磁）。失磁后对系统和几组来说都有较大影响。因此，对励磁电流异常下降或完全消失的失磁故障，应按下列规定装设失磁保护装置：

（1）100MW以下，不允许失磁运行的发电机，当采用半导体励磁系统时，宜装设专用的失磁保护。

（2）100MW以下但失磁对电力系统有重大影响的发电机及100MW及以上发电机，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。

对汽轮发电机，失磁后母线电压低于允许值时，带时限动作于解列或程序跳闸，失磁后当母线电压未低于允许值时，动作于信号，切换厂用电源，在有条件时也可动作于自动减出力。对于水轮发电机，失磁保护宜带时限动作于解列。

发电机从诗词开始到稳定异步运行，其机端测量阻抗沿着等有功阻抗圆由1象限向第4象限变化。

失磁原因主要有三种：（1）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勿动，可控硅励磁装置中部分原件损坏（2）励磁绕组由于长期发热，绝缘老化或损坏引起短路（3）运行人员调整等

失磁保护有三点：（1）发单机虽然失磁，但对失磁发电机和电力系统尚未形成危害时，应能及时发出信号（2）发电机失磁后威胁到发电机及电力系统安全运行时，失磁保护应能即时动作，切除励磁发电机（3）在发电机外部故障，电力系统震荡，发电机自同期并列等非正常运行状态下，失磁保护不应误动作。

失磁保护由阻抗元件，母线低压元件和闭锁元件组成，阻抗元件用于失磁

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故障，母线低压元件用于监视母线电压，以保证系统安全，闭锁原件用于保护装置在外部短路，系统震荡，自同步及电压回路断线等情况下不误动作，当失磁后母线电压低于允许值时，失磁保护带时限动作于断路器跳闸，当母线电压未低于允许值时，保护带时限动作于信号，同时动作于切换励磁回路和自动减出力。

失磁保护的原理如图所示

正常运行时，若用阻抗复平面表示机端复阻抗，则阻抗的轨迹在第一象限（滞相运行）或第四象限（进相运行）内，发电机失磁后，机端测量阻抗的轨迹将沿着等有功阻抗圆进入异步边界圆内，整定原则及取值建议如下：

（1）系统低电压动作定值Uhl，按发电机失磁后不破坏系统稳定来整定。通常为

Uhl=（0.58-0.9）Uhe

式中： Uhe为系统母线额定电压（TV二次值）

（2）极端低电压动作定值Ugl ,按照以下条件来整定：躲过强行励磁启动电压及破坏厂用电的安全，一般为

Ugl=0.8Ue

式中：Ue为发电机额定电压（TV二次值）

（3）阻抗圆圆心Xe，Xe一般为负值，当阻抗圆为过坐标原点的下抛圆时，通常取： Xe=-0.6Xd

（4）阻抗圆半径Xr，当阻抗圆为过坐标原点的下抛圆时，通常取： Xr=0.6Xd

Krel125*Se（5）转子低电压特性曲线系数Kfd=Xd?Ufd0*866 式中Krel—可靠系数，取1.1-1.4； Se—发电机额定视在功率； Ufd0--发电机空载转子电压

Xd=Xd+Xs（标幺值） （6）转子低电压初始动作定值Ufd1，一般取发电机空载励磁电压的0.6-0.8倍，即 Ufd1=（0.6-0.8）Ufd0

（7）发电机反应功率Pt（也称凸极功率），即

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Pt=0.5（

1Xq?-1Xd?）Se

Xq? =Xd+Xs Xd? =Xd+Xs

式中Xq、Xd—发电机d轴和q轴的电抗标幺值。

(8)发电机过功率定值pg。按发电机过载异步功率整定，一般取0.4-0.5倍的额定功率（二次值），即

Pg=（0.4-0.5）Pe

(9) 动作时延t,t,根据汽轮机和水轮机失磁异步运行能力，及失磁对机组过流，

12极端电压及系统电压的影响而定

5.2变压器保护装置及整定计算

电力变压器保护是电力系统重要的电力设备，在发电、输电、配电环节中起着提高电压以便于远距离输电以及降低电压负荷供电等关键作用，其故障对供电可靠性和系统安全运行带来严重影响，同时大容量的变压器也是十分昂贵的电力设备，因此应根据变压器容量和电压等级及其重要程度装设性能良好，动作可靠的继电保护装置。

5.2.1变压器的故障和不正常运行状态

1.变压器的故障

变压器的故障可分为油箱内部故障和油箱外部故障两类。 油箱内部故障包括各相绕组之间发生的相间短路、单相绕组通过外壳发生的单相接地短路，单相绕组部分线匝之间发生的匝间短路以及铁芯烧损等故障。变压器油箱内部故障产生的电弧将引起绝缘物质的剧烈汽化，从而可能引起油箱的爆炸，因此这些故障应尽快甲乙切除；油箱外部故障指的是绝缘套管及其引出线上发生的相间短路和接地短路等故障 2.变压器的不正常运行状态

变压器的不正常运行状态主要包括系统发生相件短路引起的过电流、中性点直接接地短路引起的过电流、中性点非直接接地故障引起的中性点过电压、过负荷、以及漏油引起的油面降低。

5.2.2 变压器的保护类型

1.瓦斯保护

瓦斯保护反应于邮箱内部所产生的气体或油流而动作，它可防御变压器油箱内的各种短路和油面降低，并且具有很高的灵敏度。少量气体和油流速较小时，轻瓦斯保护动作于信号；当故障严重、气体量较大、油流速较高时，重瓦斯动作于跳闸。

容量在800KVA及以上的油浸式变压器和400KVA及以上的车间内油浸式变压器应装设瓦斯保护。

2.纵联差动保护和电流保护

纵联差动保护和电流保护可用于防御变压器绕组和引出线的各种相间短路

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故障、绕组的匝间短路故障以及中性点直接接地系统侧绕组和引出线的单相接地短路。

容量为1000KVA及以上的单独运行变压器、容量在6300KVA及以上的并列运行变压器以及工业企业中的重要变压器都应装设纵联差动保护。电流保护用于容量为10000KVA及以下的电力变压器，当以电流保护作为主保护时，如果主保护（限时电流速断或过电流保护）的工作时限大于0.5s时，也应装设瞬时电流速断保护。对2000KVA及以上的变压器，当电流保护的灵敏或动作时间不满足要求时，应装设纵联差动保护。 3．复合电压闭锁过电流保护

反应外部相间短路引起的变压器过电流的保护，宜用于升压变压器和系统联络变压器及过电流不符合灵敏性要求的降压变压器。保护动作后，应带时限动作于跳闸。

4.零序过电流保护

反应于外部接地短路故障的保护，110Kv及以上中性点直接接地电网中，如 果变压器中性点可能接地运行，对于两侧或三侧电源的升压变压器或降压变压器上应装设零序电流保护，作为变压器主保护的后备保护，并作为其他元件的后备保护。

5.过负荷保护

对于400KVA及以上的变压器，当数台并列运行或单台运行并作为其他负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况装设过负荷保护。保护接于一相电流上，延时作用于信号。

5.2.3瓦斯保护

1.保护原理

当在变压器内部发生故障时，由于故障点电流和电弧作用，将使变压器油及其绝缘材料因局部受热分解而产生气体，因气体比较轻，他们将从油箱流向油枕的上部。当故障严重时，油会迅速膨胀并产生大量的气体，此时将有剧烈的气体夹杂着油流冲向油枕的上部。利用油箱内部故障时的这一特点，可以构成反应于上述气体而动作的保护装置，称为瓦斯保护。保护装置由排出气体的数量和速度直接反应变压器故障的性质和严重程度，分重瓦斯和轻瓦斯。保护装置接线由信号回路和跳闸回路组成，变压器内部发生轻微故障时，继电器触点闭合，发出瞬时“轻瓦斯动作”信号。变压器内部发生严重故障时，油箱内产生大量的气体，强烈的油流冲击挡板，继电器触点闭合，发出重瓦斯跳闸脉冲，跳开变压器各侧断路器，因重瓦斯继电器触点有可能瞬时接通，故跳闸回路中一般要加自保持回路，变压器严重漏油使油面降低时，继电器动作，同样发出“轻瓦斯动作”信号。 2.瓦斯保护的整定

一般瓦斯气体容积整定范围为250~300cm3，变压器容量在1000KVA以上时，一般正常整定值为250cm3,气体容积整定值是利用调节重锤的位置来改变的。 3.重瓦斯保护油流速度

重瓦斯保护动作的油流速度整定范围是0.6~1.5m/s，在整定流速时均以导油管的流速为准，而不依据继电器处的流速。根据运行经验，管中的油流速度整定为0.6~1m/s，保护反应变压器内部故障是相当灵敏的。但是，在变压器外部故障时，由于穿越性故障电流的影响，在导油管中的流速为准约为0.4~0.5m/s，因此，为防止穿越性故障时瓦斯保护误动作，可将油流速度整定为1m/s。

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