发变组保护功能配置讲义

一、 发变组保护功能

发电机变压器保护：是从发变组单元系统中获取信息，并进行处理，能满足系统稳定和设备安全的需要，对发变组系统的故障和异常作出快速、灵敏、可靠、有选择地正确反应的自动化装置。

发电机变压器保护对象：发电机定子、转子、机端母线、主变、厂变、励磁变、高压短引线、断路器，并作为高压母线及引出线的后备保护等。

发电机变压器保护应能保护的故障和异常类型： 1) 定子绕组相间、匝间和接地短路 2) 定子绕组过电压 3) 定子绕组过负荷 4) 定子铁芯过励磁 5) 转子表面过负荷 6) 励磁绕组过负荷 7) 励磁回路接地

8) 励磁回路失压（发电机失励磁） 9) 发电机逆功率 10) 发电机频率异常

11) 主变、厂变、励磁变各侧绕组的相间、匝间和接地短路 12) 主变、厂变、励磁变过负荷 13) 主变铁芯过励磁

14) 各引出线的相间和接地短路 15) 发变组系统失步

16) 断路器闪络、误上电、非全相和失灵 17) 发变组起停机短路故障 18) 发变组系统低电压 19) 其他故障和异常运行

发电机变压器保护可能的配置要求。 1) 发电机定子短路主保护

发电机纵差动保护 发变组差动保护 发电机不完全纵差动保护 发电机裂相横差保护 发电机高灵敏横差保护 发电机纵向零序电压式匝间保护 2) 发电机定子单相接地保护

发电机3U0定子接地保护 发电机3I0定子接地保护

发电机高灵敏三次谐波电压式定子接地保护 注入电源式定子接地保护 3) 发电机励磁回路接地保护

注入直流电源切换式转子一点接地保护 注入交流电源导纳式转子一点接地保护

转子二点接地保护 4) 发电机定子短路后备保护

发电机过流保护 发电机电压闭锁过流保护 发电机负序过流保护 发电机阻抗保护 5) 发电机异常运行保护

发电机失磁保护 发电机失步保护 发电机逆功率保护 发电机程跳逆功率保护 发电机频率异常保护

发电机过激磁保护（定、反时限） 发电机过电压保护 发电机低电压保护

发电机对称过负荷保护（定、反时限） 发电机不对称过负荷保护（定、反时限） 发电机励磁回路过负荷保护（定、反时限） 发电机误上电保护 发电机启停机保护 发电机次同步过流保护 发电机轴电流保护

发电机轴电压保护 发电机TA、TV断线判别 6) 主变压器主保护

主变纵差动保护 主变单侧差动保护 主变零序差动保护 发变组差动保护

7) 主变压器异常运行及后备保护

主变压器过激磁保护（定、反时限） 主变压器零序电流保护 主变压器间隙电流电压保护 主变压器电压闭锁过流保护 主变压器过流保护 主变压器阻抗保护 主变压器方向过流保护 主变压器电压闭锁方向过流保护 主变压器负序方向过流保护 主变压器零序方向过流保护 主变压器过负荷保护 主变压器通风启动 主变压器TA、TV断线判别 8) 高压厂用变压器保护

高厂变差动保护 高厂变电压闭锁过流保护 高厂变分支限时速断过流保护 高厂变分支零序电流保护 高厂变分支电压闭锁过流保护 高厂变过负荷保护 高厂变通风启动 高厂变TA、TV断线判别 9) 励磁变压器（或励磁机）保护

励磁变（机）差动保护 励磁变（机）限时速断过流保护 励磁变（机）过负荷保护（定、反时限） 励磁变（机）TA断线判别 10)高压启动备用变压器保护

启备变差动保护 启备变电压闭锁过流保护 启备变零序电流保护 启备变间隙零序电流电压保护 启备变分支电压闭锁过流保护 启备变分支限时速断过流保护 启备变分支零序过流保护 启备变过负荷保护

启备变通风启动 启备变TA、TV断线判别 11)其它保护功能

断路器失灵启动保护 断路器非全相保护 发电机强励启动

过流闭锁（断路器遮断容量不够时采用） 发电机电超速保护 短引线差动保护 零功率保护

12)非电量保护（开入量保护）

各类型变压器的重瓦斯、轻瓦斯、压力释放、油位、油温、

温度、冷却器全停保护

发电机热工、断水、励磁系统故障等保护 高周切机保护

二、 发电机变压器保护配置方案

（历史：主后分开，主保护双重化；当前：主后一体，全套双重化）

1000MW及以下发电机变压器的全套保护。包括发电机、主变、高厂变、励磁变、高压启备变的全部保护功能。

1. 600MW（300MW）—500kV发变组单元接线保护配置（双重化的双套配置）

TV5

图1 600MW（300MW）—500kV发变组保护配置图

图1是600MW（300MW）—500kV发变组单元的保护配置图，高压侧为3/2断路器，电气量保护配置有：

厂变分支零序

1) 主保护：发电机纵差、发电机匝间（纵向零序电压式或横差保护）、主变纵差、发变器组差动、高厂变差动；

2) 发电机后备和异常运行保护：对称过负荷（反时限）、不对称过负荷（反时限）、复合电压过流、程跳逆功率、过电压、失磁、失步、逆功率、100%定子接地、过激磁（反时限）、起停机、转子一点、二点接地、励磁回路过负荷（反时限）、低频保护等、以及TV断线和TA断线保护；

3) 主变压器后备和异常运行保护：主变阻抗、零序电流、过负荷、通风启动保护、以及TV断线、TA断线保护；

4) 高厂变后备和异常运行保护：复合电压过流、AB分支限时速断和复合电压过流、AB分支零序过流、过负荷、通风启动保护等；

5) 励磁变（机）保护：速断过流保护、过负荷保护等； 6) 其它保护：失灵启动，非全相运行保护。

7) 全套保护分A、B、C三面柜，A、B柜为电气量保护，按双重化下的双套配置，C柜为非电量保护和操作箱，按单套配置，见图2。

A、B柜每套配置相同，均由两层相互完全独立的保护机箱构成，且同一元件双重化的主保护回路相互独立，同一元件的主后备保护回路相互独立，这样，每套保护都可独立长期可靠运行。双套并列运行可靠性非常高。

第一层保护机箱完成以下功能

发电机差动、主变差动、发电机匝间（纵向零序电压式或横

差保护）；

发电机失磁、失步、逆功率、100%定子接地、过激磁(反时

限)、转子一点二点接地、低频；

厂变分支零序过流； 励磁变速断过流； TA、TV断线判别。

第二层保护机箱完成以下功能

发变组差动、高厂变差动；

发电机对称过负荷（反时限）、不对称过负荷（反时限）、复

合电压过流、程跳逆功率、过电压；

主变阻抗、过负荷、失灵启动、非全相、零序电流、起停机； 厂变复合电压过流、分支限时速断、分支复合电压过流； TA、TV断线判别。 每套保护装置配置特点

1) 每套保护装置内发电机和主变压器的主保护已双重化，分别布置在两层保护机箱内，回路完全独立，起到相互备用作用。

2) 发电机、主变压器的主保护和后备保护分别布置在两层保护机箱内，主后备保护的回路完全独立，主后备保护的作用完整。

3) 每套保护装置的可靠性满足单套长期运行的要求。 4) 每套保护装置中的主后备保护可以共用一路TA回路。 5) 每套保护装置的出口动作于双出口跳闸线圈的其中之一线圈，减少出口压板，杜绝双套化装置的电气联系。 6) 每层保护机箱中有二个完全相同的保护CPU系统，完成相同的保护功能，当二个保护CPU系统均正常时为“与”门出口方式；当某个CPU系统异常告警退出运行时，出口为“或”门方式，另一个正常的CPU系统仍能独立出口，继

续完成全部保护功能。使装置的抗误动性能和抗拒动性能都增强。并且这两个保护CPU系统的直流电源可以来自不同的蓄电池输入。

7) 端子排布置满足规划院“四统一”典设要求。

8) 每个保护设有硬压板投退及其指示灯（在每层保护面板上），跳闸出口回路也装有压板，布置在柜体前面的下部。各个保护均有明确的动作信号及接点。 双套保护装置配置特点

1) 因为单套保护装置均为双主一后配置，且回路相互独立，可靠性满足继电保护设计规程，可以保证单套运行也是安全可靠的，所以这种配置的双套化实现了《反措》中关于“当一套保护因异常需要退出或需要检修时，应不影响另一套保护正常运行，从而可以不停机组的运行”。 2) 因为单套保护装置的可靠性满足长期独立运行的要求，当双套保护并列运行时，可靠性就非常高。最大限度地满足了《反措》中关于“双套化保护实现后可以防止保护装置拒动而导致系统事故”的要求。

3) 由于保护装置的双CPU并列运行和独特的出口方式以及完全双套保护配置，实现了冗余和容错的有机统一，既防止了保护拒动又防止了保护误动，提高了保护可靠性。 非电量保护

单独组柜，见图3．2中C柜，回路出口与电气量保护完全

独立。包含以下功能：

主变瓦斯、温度、绕组温度、压力释放、冷却器全停、油位

等；

高厂变瓦斯、温度、压力释放、冷却器全停、油位等； 其中瞬时出口的瓦斯等非电量接点直接起动出口继电器，

CPU软件可发信和进行打印管理；且满足《反措》关于非电量瞬时出口继电器的动作功率和动作电压的要求。

需延时出口的非电量经CPU软件发出口和信号。

2. 300MW—220kV发变组保护配置方案（双重化的双套配置） 见图3，基本同600MW—500kV发变组保护配置（除主变高压侧TA取法不同和增加一套间隙零序电流电压保护外）

图3 300MW—220kV发变组保护配置方案（双套化）

3. 125MW机组（三卷变压器）保护配置方案1（双重化的双套配置）

图 4 是125MW机组（三卷变压器，发电机与主变压器之间有断路器）的保护配置图，电气量保护有：

110KV

图4 125MW机组（三卷变压器）保护配置方案1（双套化）

主保护：发电机纵差、发电机匝间（纵向零序电压式或横差保护）、主变纵差、高厂变差动。

发电机后备和异常运行保护：对称过负荷（反时限）、不对称过

厂变差动

TA8

厂变分支过流

负荷（反时限）、复合电压过流、失磁、逆功率、过电压、100%定子接地、转子一点二点接地、励磁回路过负荷、以及TV断线和TA断线保护。

主变压器后备和异常运行保护：高压侧复合电压方向过流、高压侧零序方向过流、高压侧间隙零序电压过流、高压侧过负荷和通风启动保护、中压侧复合电压方向过流、中压侧零序方向过流、中压侧间隙零序电压过流、中压侧过负荷和通风启动保护、以及TV断线和TA断线保护。

高厂变后备和异常运行保护：复合电压过流、AB分支过流、过负荷、通风启动保护。

励磁变（机）保护：速断过流保护。 其它保护：失灵启动、非全相运行保护。

电气量保护按双重化下的双套配置原则，每套保护的配置相同，均由两层完全独立的机箱构成。其中一个机箱含有发电机和励磁变的主保护和后备保护，另一个机箱含有主变压器和高厂变的主保护和后备保护。双套装置并列运行或单套独立运行均安全可靠。 第一层保护机箱完成以下保护功能

发电机差动、发电机匝间（纵向零序电压式或横差保护）； 发电机对称过负荷（反时限）、不对称过负荷（反时限）、复合电压过流、失磁、逆功率、过电压、100%定子接地、转子一点二点接地、励磁回路过负荷；

励磁变速断过流；

TA断线和TV断线。

第二层保护机箱完成以下保护功能

主变压器差动、高厂变差动；

主变高压侧复合方向过流、零序方向过流、过负荷、通风启动、间隙零电流电压保护；

主变中压侧复合方向过流、零序方向过流、过负荷、通风启动、间隙零电流电压保护；

主变失灵启动、非全相保护； 高厂变复合过流、AB分支过流； TA断线和TV断线。 保护配置特点

1) 发电机与主变压器之间有断路器，发电机保护和主变压器保护宜相互独立配置，本方案中把发电机保护和主变压器保护配置在不同的机箱内，电气上完全独立。若条件允许，把它们布置在不同的柜体中更佳，这样可以满足不同的运行方式需要。

2) 励磁变（机）保护，布置在发电机保护机箱中，符合运行方式需要。

3) 高厂变保护，布置在主变压器保护机箱中，符合运行方式需要。

4) 各元件的一套主后备保护共用一路TA回路，双套化之间无任何电气联系。

5) 其余特点同上节中4）～8）特点。

第二面柜（B柜）——主变压器保护柜，内含二层独立的机箱

第一层保护机箱完成以下保护功能 主变差动；

主变高压侧零序方向过流、间隙零序电流电压； 主变中压侧零序方向过流、间隙零序电流电压。 第二层保护机箱完成以下保护功能 高厂变差动、复压过流、AB分支过流； 主变高压侧复压方向过流、过负荷、通风启动； 主变中压侧复压方向过流、过负荷、通风启动； 失灵启动、非全相。 非电量保护

单独组柜，回路出口与电气量保护完全独立，包含以下功能： 主变瓦斯、温度、绕组温度、压力释放、冷却器全停、油位

等；

高厂变瓦斯、温度、绕组温度、压力释放、冷却器全停、油

位等；

其中瞬时出口的瓦斯等非电量接点直接起动出口继电器，CPU软件可发信和进行打印管理等；需延时出口的非电量（如冷却器全停）经CPU软件发出口和信号。

4. 双套化配置方案中高厂变高压侧TA配置说明

容量100MW以上机组若需要双重化下的双套配置，主、后备保护一般共用TA回路，高厂变高压侧的TA同时还需要主变差动、厂变差动和其后备保护共用TA，如图5的TA1。

在高厂变高压侧短路（如K1点短路）时，流过TA1的电流非常大，对主变差动保护而言，是属于区外故障，主变差动不应该动作。TA1按满足主变差动保护误差要求和短路动稳定及热稳定条件校核，变比要选得非常大，一般与装在机端的TA变比相同，使其电流波形传输准确。若变比小，K1故障的短路电流非常大，容易使此组TA严重饱和，使主变差动误动。

当高厂变低压侧短路故障时，如在K2点，因高厂变阻抗较大，短路电流较小，为了使高厂变差动保护正常运行及短路时更准确地反映实际电流的变化，需要高厂变差动用的TA1变比小。按满足高厂变差动保护误差要求和短路动稳定及热稳定校核即可。

主变容量和厂变容量一般相差十倍左右，故按主变差动要求选出的TA1变比和按高厂变差动要求选出的TA1变比一般就相差10倍左右。

最好的解决办法是主变差动用TA和厂变差动用TA 不公用，即独立开来。这样高厂变高压侧保护用TA需配置四组，两组大变比TA供二套主变差动用，两组小变比TA供二套厂变差动及其后备保护用。

若条件不许可，主变差动用TA和厂变差动用TA必须共用，

此组TA的变比必须慎重选择，兼顾二者。

图 5 高厂变高压侧TA配置说明

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