浅谈发变组保护

、差动保护

发电机定子绕组相间短路是一种严重的故障，为防止其危害，要装设纵联差动保护。我公司300MW发变组采用双重差动保护，即发电机与变压器除本身差动保护以外，尚配有发变组大差动保护，以构成快速保护互为后备。

发电机差动保护电流量取自于发电机中性点侧CT2和发电机出口侧CT8，它的保护范围为发电机定子绕组和出口连接线，即为两个CT之间的电气一次设备。发电机差动保护的动作后果为发变组全停。

主变差动保护电流量取自于主变高压侧CT15和主变低压侧CT7以及1A高压厂变高压侧CT3A和1B高压厂变高压侧CT3B，它的保护范围为主变高低侧绕组和各连接线，即为四个CT之间的电气一次设备。主变差动保护的动作后果为发变组全停。

发变组大差动保护电流量取自于发电机中性点侧CT1和主变高压侧CT16以及1A高压厂变高压侧CT4A和1B高压厂变高压侧CT4B，它的保护范围为发电机定子绕组和主变高低侧绕组和各连接线，即为四个CT之间的电气一次设备。发变组大差动保护的动作后果为发变组全停。

二、发电机定子匝间短路保护

大型发电机由于额定电流大，定子绕组每相都由两个或以上的并联支路组成。同一支路或同相不同支路绕组之间的短路称为匝间短路。发电机在正常运行中，定子绕组由于电晕腐蚀，长期受热，机械振动以及机械磨损等因素的影响，匝间绝缘将会逐步劣化。发生匝间短路后，在匝间电势的作用下，短路绕组内将形成很大的短路环流，其值甚至超过机端三相短路电流，因此定子绕组匝间短路是发电机不容忽视的一种严重故障形式。 定子匝间短路保护的类型有以下几种： 1、 横差保护

2、 三次谐波定子匝间短路保护 3、 负序功率方向保护

4、 零序电压定子匝间短路保护

我公司采用零序电压定子匝间短路保护，其利用定子匝间短路后发电机三相电势对称性被破坏，出现纵向（机端各相对中性点）零序电压原理构成。定子匝间短路保护的零序电压取自于发电机出口专用3PT开口三角侧，它的保护范围为发电机定子绕组。定子匝间短路保护的动作后果为发变组全停。 三、发电机定子绕组的接地保护

发电机发生单相接地故障的危害，主要表现在故障点的电弧将烧伤铁芯并进一步扩大定子绕组的损坏范围。同时绕组发生一点接地后，如未能及时发现，则当绕组再发生另一点接地时，就会造成匝间或相间故障，使发电机定子遭受更严重的损坏。 我公司有95%定子接地保护和100%定子接地保护两种。

95%定子接地保护的电压取自于发电机中性点单相PT基波零序电压，不接在发电机出口PT，是为了防止出口PT断相而误动。其动作值应大于5V，保护范围为5V以后的95%，有5V的死区，即定子绕组靠中性点5%范围保护不到。95%定子接地保护动作后果为发变组全停。

100%定子接地保护的电压量取发电机机端三次谐波电压US3和发电机中性点三次谐波电压UN3。发电机机端三次谐波电压US3取自于发电机出口1PT开口三角侧，发电机中性点三次谐波电压UN3取自于发电机中性点单相PT。正常时US3、UN3基本相等，利用US3-UN3作为动作量，用βUN3作为制动量（β=20%），在定子绕组靠中性点附近接地时US3比UN3为高得多，100%定子接地保护动作于发信号，具有很高的灵敏性。100%定子接地保护动作后果为发信号。 四、主变零序保护

大型电力变压器高压侧所连接的都是中性点直接接地的高压电力系统，配置于变压器高压侧的零序保护，是用来作为变压器、相邻母线及输电线路的单相接地故障的后备保护。 1、 中性点可能接地也可能不接地运行的变压器零序保护 2、 中性点直接接地运行的变压器零序保护

我公司目前主变中性点为直接接地运行，采用零序电流保护，保护的电流量取自于主变中性点CT。零序电流保护按两段式配置，为了缩小故障停电范围，每段又都设置两个延时。第I段动作电流和第一延时（2.0S）动作后母线解列，即断开220KV母联开关，如故障仍未消除，则以第二延时（2.5S）动作于解列灭磁。第II段动作电流和第一延时（4.5S）动作后母线解列，即断开220KV母联开关，如故障仍未消除，则以第二延时（5.0S）动作于解列灭磁。 五、低阻抗保护

低阻抗保护用于防护发电机及变压器内部相间短路，作为发变组差动保护的后备，并兼作220KV母线短路的近后备以及220KV输电线路的远后备。

低阻抗保护的电流量取自于主变高压侧CT10，电压量取自于220KV母线PT。动作后果为延时1.0S跳220KV母联22M开关，1.5S解列灭磁。 六、对称过负荷保护

当发电机差动保护范围外部故障，而故障元件的保护拒动时，为了能可靠切除故障，在发电机上应装设过负荷保护。同时也作为发电机差动保护的后备。后备保护的范围包括主变高压侧母线、1A、1B高压厂变低压侧和发电机电压出线的末端。

大型机组定子绕组的过负荷保护一般由定时限和反时限两部份组成。保护的电流量取自于发电机中性点CT3。当发电机定子电流达到定时限元件整定值时，发出过负荷声光信号；当发电机定子电流达到反时限元件启动电流整定值时，动作于解列灭磁。 七、不对称过负荷保护

不对称过负荷保护不仅作为发电机相间短路的后备，而且是大型发电机反应转子表层过热的主保护。电力系统发生不对称短路或三相负荷不平衡时，定子绕组将流过负序电流，建立起相对转子两倍转速的负序磁场。在转子表层感应出数值很大的100Hz电流，引起转子表层过热、局部灼伤，甚至造成护环受热松脱。此外，产生的100Hz交变电磁转矩作用在转子大轴和定子机座上，将引起机组振动。对于大型汽轮发电机，由于热容量相对较小，所以发热条件是决定机组承受负序电流能力的主要依据。

我公司采用反时限不对称过负荷保护，保护的电流量取自于发电机中性点CT3，动作于解列灭磁。

八、发电机失磁保护

1、发电机失磁指的是励磁电流突然消失或下降到静态极限所对应的励磁电流以下（即部分失磁）。失磁的原因主要有：转子绕组短路、励磁回路开路、励磁系统故障、灭磁开关误跳闸以及误操作等。

2、失磁时出现的象征：定子电流和有功功率在瞬间下降后又迅速恢复，而且比原值增大，并开始摆动。

1）发电机失磁后还能发出一定的有功功率，并保持送出有功功率方向不变，但功率表表针作周期性摆动。

2）定子电流增大，其电流表针也作周期性摆动。

3）从送出无功功率变为吸收无功功率，即无功功率的方向与失磁前相反，其表针也作周期性摆动。吸收无功功率的数量与失磁前有功功率数量大约成正比。

4）转子回路感应出滑差频率的交变电流和交变磁动势，转子电流和电压也作周期性变化。 3、失磁的后果

1）由于转速上升，出现转差,在转子及转子绕组表面将产生滑差频率电流，它们所产生的附加损耗将使转子过热，此对容量相对较小的大型机组将是严重的威胁。

2）发电机失磁后，由向系统送出无功功率变为吸收无功功率，由此引起系统电压下降，以致危及系统稳定，甚至导致系统瓦解。

3）发电机失磁转入异步运行后，由于等效电抗降低，将引起定子过电流。失磁前，发电机所带有功功率越大，转差就越大，相应等效电抗就越小，定子过电流也越严重。

4）失磁后转矩和有功功率将会出现剧烈地周期性摆动，这样不仅会造成机组振动，而且可能引起失步，产生振荡。

5）机组失磁运行时，定子端部漏磁增强，将使端部的部件和边段的铁芯严重发热。

我公司发电机失磁保护的电流量取自于发电机出口CT6，电压量取自于发电机出口1PT和220KV母线PT。保护动作第I时限（0.3S）切换厂用电，第II时限（0.5S）而且系统电压低（85% Ue）解列灭磁，如系统电压不低则第III时限（3min）解列灭磁。 九、发电机过电压保护

大型机组由于自动电压调节器故障或功频调节系统反应迟缓，在满载下突然甩负荷后，出现危及绝缘安全的过电压是比较常见的现象。

我公司采用定时限过电压保护，电压量取自于发电机出口1PT。动作电压按发电机短时允许的最高电压整定（取1.3Ue），并取相应延时（0.5S）。保护动作于解列灭磁。

过电压是造成发电机或变压器过励磁的原因之一，因此过电压保护尚具有不完全的过励磁保护的功能。 十、过励磁保护 1、变压器的过励磁

变压器电压表达式为：U=4.44fNΦ Φ=BmS

其中Bm—最大工作磁道密度（T）；S—铁芯截面积（m2） 令K=1/4.44NS，则Bm=KU/f

上式表明,无论电压升高或频率降低,都将导致Bm增加。

现代大型变压器应用冷轧晶粒定向硅钢片，正常额定工作磁密Be（约1.7-1.8T）与饱和磁密Bs（1.9-2.0T）两者相近，若电压升高或频率降低，其工作磁密很容易达到饱和磁密，由此铁芯饱和，励磁电流急剧增加，出现过励磁。 引起发变组中主变过励磁的原因有：

1）发电机在低速下预热或启动过程中转速尚未上升到额定值时，误加励磁并升压到额定值，即因频率较低而导致过励磁。

2）发电机并列过程中，误加较大励磁，使变压器电压超过额定值而导致过励磁。

3）机组停运转速下降时，若灭磁开关未跳，而电压自动调节器（AVR）仍作用调压，而导致过励磁。

4）机组突然甩负荷时，由于电压自动调节器（AVR）调整惯性，特别当其失灵或停运时，则由于频率升高赶不上电压急剧升高而导致过励磁。 2、发电机过励磁

对于发电机，当U*/f*>1时，在理论上也要遭受过励磁的危害，如谐波磁密和定子铁芯背部漏磁场增强，将使铁芯附加损耗及定位筋和附近部位中的电流增大，从而引起局部过热危及发电机，但运行实践表明，因发电机气隙较大，铁芯平均磁密较低，个别部分（如齿部）虽磁密很高，但冷却较好问题不大，故目前尚未有发电机因磁密过高而损坏的事故。 我公司过励磁保护电压量取自于发电机出口1PT，动作后果为延时2.0S解列灭磁。 十一、逆功率保护

汽轮发电机由于机炉保护动作或调速系统故障，可能会出现主汽门突然关闭的情况，此后随着汽轮机动能的消失，发电机将迅速转变为电动机运行，即由向系统输出有功功率变为从系统吸收有功功率，此即为逆功率。

逆功率的大小取决于发电机和汽轮机的损耗。发电机损耗所占比例较小，其主要为铁耗，一般为1-1.5%Pe；汽轮机损耗则与真空等因素有关，一般为3-4%Pe。

逆功率运行，对发电机并无危害，但对汽轮机则由于尾部叶片与残留蒸汽急速摩擦而可能产生过热。

我公司逆功率保护电压量取自于发电机出口1PT，电流量取自于发电机出口CT6。动作后果为汽轮发电机逆功率3%延时20S解列灭磁。 十二、程跳逆功率保护

程跳逆功率保护是机炉保护动作后由它来跳闸发电机。汽轮机主汽门关闭后，发电机再有1%的逆功率时，程跳逆功率保护动作。保护电压量取自于发电机出口1PT，电流量取自于发电机中性点CT3。动作后果为解列灭磁。 十三、发电机失步保护

发电机或机组群在受到大的扰动时（如相邻设备短路故障延时切除或相邻大型机组发生低励故障），并与系统或与系统其余部分电势间相角的摇摆可能会不断扩大，以致超过180°进入异步运行状态，即为失步，或称不稳定振荡。

失步保护电压量取自于发电机出口1PT，电流量取自于发电机出口CT6。动作后果为延时1.0S解列灭磁。

十四、非全相运行保护

大型机组主变高压侧多为分相操作的断路器。运行实践表明，由于误操作、机械或电气方面的原因而造成的非全相运行时有所见。这种异常工况直接威胁着系统稳定运行，如果依靠发变组负序反时限保护，则往往由于动作时间较长而导致相邻线路对侧保护动作，从而使停电范围扩大，甚至造成系统瓦解事故。因此主变高压侧分相操作的断路器一般应装设非全相运行保护。非全相运行保护电流量取自于主变高压侧CT10。动作后果为延时0.5S解列灭磁。 十五、失灵保护

断路器失灵保护指发变组发生内部故障，保护动作于全停，而出口开关拒跳设置的保护。 运行实践表明，在发变组内部故障，由于机械或电气方面的原因而造成发变组出口断路器拒动的情况时有所见。如果依靠相邻元件的后备保护，则往往由于动作时间较长而延误故障切除，这不仅加重了发变组故障的损害程度，而且也威胁着系统的安全运行。断路器失灵保护指发变组发生内部故障，保护动作于全停，而出口开关拒跳设置的保护。

失灵保护动作过程，先由零序过流启动元件12LGL-2来启动中间继电器15CZ-9，电流设定0.5A，经过保护动作出口6CZ-7，再经过接于220KVI母或II母的辅助常开接点（K1S或K2S）和22A开关的辅助常开接点，至公用失灵保护动作。

失灵启动的电流量取自于主变高压侧CT10。失灵保护动作后果为延时0.25S跳220KV母联22M开关，0.5S切除所在母线上的所有开关。 发表于 2009-2-18 10:50 作者：shyguo

十六、发电机低频保护

汽轮机叶片都有一自振频率，机组运行时，如频率升高或降低以致接近或等于自振频率时，就产生共振，使材料疲劳，当其超过允许限度时，叶片或拉金就会断裂造成事故。

机组运行频率异常主要由系统有功功率平衡破坏引起，频率的升高或降低反映了系统有功功率的过剩或不足。

频率异常包括频率升高或降低两部分。但实际应用中的频率异常保护多为只反映频率降低的低频保护。这是因为机组的调速系统及汽轮机保护所允许的汽轮机超速范围很小，频率危险升高的几率不大，而且频率升高大多在轻负荷或空载情况下发生，此时汽轮机叶片和拉金所承受的应力要比低频满载时危险性要小得多的缘故。

发电机低频保护电压量取自于发电机出口1PT，保护动作是累计时间并发信号。 十七、非电量保护 1、主变瓦斯保护

变压器发生内部故障，但故障电流较小时，反映电流的保护往往不能动作。对于油冷却的变压器，当油箱内发生短路故障时，在短路电流和短路点电弧的作用下，绝缘油和其他绝缘材料因受热分解，产生气体。这些气体必然会从油箱流向油枕上部。故障越严重，产生的气体越多，流向油枕的气体流速也越大，利用这种气体来动作的保护装置，称之为瓦斯保护。

其主要元件是气体继电器，安装在油箱流和油枕之间的连接管上。气体继电器有三种形式：浮筒式、挡板式和由开口杯与挡板构成的复合式。目前多采用开口杯与挡板构成的复合式，该继电器内部的上下方各有一个带磁力触点的开口杯。

气体继电器上触点有上开口杯控制，是轻瓦斯保护，动作发出信号。继电器下触点有下开口杯控制，是重瓦斯保护，动作结果为发变组全停。为防止瓦斯保护在变压器换油或进行继电器试验时误动作，可将重瓦斯保护改投信号。

重瓦斯保护的动作值是按油流的速度整定。对一般变压器，通常整定在0.7-1.0m/s,对于强迫油循环的变压器整定在1.1-1.4m/s。我公司主变整定为1.2m/s。

对于轻瓦斯气体容积的整定，一般气体继电器气体容积的整定范围250-350cm3。我公司主变整定为250cm3。 2、主变压力释放保护

当变压器内部发生事故时，变压器油被大量气化，油箱内压力急剧上升，当压力达到压力释放阀的开启压力时，压力释放阀能在2ms内迅速开启，将油箱内的压力释放出来，防止油箱破裂，同时压力释放阀通过两对信号接点串联动作于出口。当油箱内压力降到关闭压力时，压力释放阀能迅速关闭，防止变压器油外渗。 我公司主变压力释放保护原来动作后果为发变组全停。 十八、动作后果说明

1、全停和解列灭磁：跳主变高压侧开关，逆变灭磁，跳6KV工作电源开关，关主汽门，跳工频励磁，启动失灵（非电量保护除外），发信。 2、母线解列：跳220KV母联22M开关。 3、信号：光字牌信号报警。

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