发电机变压器组保护设计毕业设计（完整） - 图文

发电机—变压器组保护设计

分类号

毕 业 设 计（论 文）

题 目 发电机变压器组保护设计

并列英文题目 Design of generator-transformer unit protection

系 部 电力工程系 专业 发电厂及电力系统 姓 名 班级 发电0602班 指导教师 职称 副教授 论文报告提交日期 2009年6月1日

发电机—变压器组保护设计

摘要

随着电力工业的迅速发展，我国发电机、变压器单机容量不断增大，电力系统正朝着“大机组、超高压、大电网”的方向发展。现今我国大容量发电厂不断增多，它们在电力系统中地位更显重要。为保证整个电力系统的安全经济运行，我们应对电厂配置可靠性、灵敏性、选择性和速动性都很好的保护装置。为实现配置方案的优化，还应充分考虑到大型发电厂的特点。

本文系统的阐述了300MW汽轮发电机—变压器组保护设计。本文共分四篇，第一篇简要介绍了大型发电机—变压器组常出现的故障及异常运行状态和继电保护配置要求；第二篇对300MW发电机—变压器组故障、异常运行状态及非电量的继电保护原理和相关原理的逻辑框图进行介绍；第三篇对300MW发电机—变压器组的微机保护装置的选择和动作行为的介绍；第四篇对300MW发电机—变压器组继电保护配置主接线图的介绍和说明。

本文在阐述300MW汽轮发电机—变压器组保护设计的同时密切结合实际，通俗易懂。

关键词：发电机—变压器组 继电保护

发电机—变压器组保护设计

Abstract

With the rapid development of power industry, China's power generators, increasing the capacity of a single transformer, the power system is moving in the \grid\direction. Today's large-capacity power plants in China increasing their status in the power system are more important. In order to ensure the safety of the entire power system economic operation, we should plant configuration reliability, sensitivity, selectivity and the liquid of very good protection device. To achieve the optimal configuration should also be taken fully into account the characteristics of large-scale power plants.

System described in this article 300MW turbo-generator - transformer unit protection design. This article is divided into four, the first large-scale generators brief - often groups of transformer faults and abnormal operation and configuration requirements of relay protection; second of 300MW generator - transformer unit failure, abnormal operation and non - Principles of electricity and related principles of relay logic diagram introduced; third of 300MW generator - transformer unit of the microprocessor-based protection device of choice and action to introduce acts; fourth of 300MW generator - transformer unit relay configure the main wiring diagram of the introduction and notes.

In this paper, the 300MW turbo-generator - transformer design group at the same time to protect a close connection with reality, and user-friendly.

Keywords: generator - transformer unit relay

发电机—变压器组保护设计

目录

摘要 前言

第一篇 概述………………………………………………….1 第一章 发变组可能出现的故障及异常运行状态………..1 第二章 发变组保护配置原则及要求……………………..3 第二篇 发变组保护配置……………………………………4 第一章 反映短路故障的主保护…………………………..4 第一节 发电机纵差保护………………………………..4 第二节 变压器纵差保护………………………………..8 第三节 发电机匝间短路保护…………………………..9 第四节 转子两点接地保护……………………………15 第二章 反映短路故障的后备保护………………………16 第一节 过电流保护……………………………………16 第二节 阻抗保护………………………………………22 第三章 反映接地故障的保护……………………………23 第一节 转子一点接地保护……………………………23 第二节 定子接地保护…………………………………24 第三节 主变压器接地保护…………………………..28 第四章 反映异常运行的保护……………………………31 第一节 发电机的过负荷保护………………………....31

发电机—变压器组保护设计

一． 发电机定子绕组过负荷保护………………………….32 二． 发电机转子绕组过负荷保护………………………….32 三． 发电机转子表层过负荷保护………………………….33 四． 发电机励磁绕组过负荷保护………………………….33

第二节 过励磁保护……………………………………...34 第三节 失磁保护………………………………………...35 第四节 失布保护………………………………………...36 第五节 逆功率保护……………………………………...38 第六节 非全相运行保护………………………………...39 第七节 断路器失灵保护………………………………...40 第八节 发电机启停机保护……………………………...41 第五章 非电量保护………………………………………..42 第一节 主变压器瓦斯保护……………………………..42 第二节 高压厂用变压器瓦斯保护……………………..44 第三篇 发变组微机保护组屏方案………………………...44 第四篇 发变组系统主接线及其保护配置说明…………...47 结束语……………………………………………………….49 参考文献…………………………………………………….50

发电机—变压器组保护设计

前言

毕业设计是在学校学习生活中的最后一个环节，通过本次设计使我系统的掌握了三年来所学专业理论知识，提高综合应用能力，初步了解实际工程设计，培养了我们用运所学知识全面地、独立地分析问题的能力。

本设计是关于大型发电机—变压器组继电保护设计，其主要内容包括大型发电机组的特点及继电保护的要求、大型发电机和变压器的故障及异常运行的保护方式、大型发电机—变压器组继电保护的特点及配置原则，对300MW汽轮发电机—变压器组继电保护总配置情况介绍和微机保护装置的选择，主要对发电机—变压器组的短路故障保护原理、异常运行保护原理、非电量保护原理和相关原理的逻辑框图介绍。

在本次设计过程中，杨晓敏老师给了我们很大的支持和帮助，并在老师精心的辅导下我们完成了毕业设计任务。在次，我对杨晓敏老师表示感谢，另外，我也要感谢同学们对我的帮助。

由于我们的水平有限，不妥和和错误之处在所难免，敬请老师给予指正。

李玉仓 2009-6-1

发电机—变压器组保护设计

第一篇 概述

第一章 发变组可能出现的故障及异常运行状态

一．发电机可能出现的故障及异常运行状态

保证发电机组安全经济的运行和防止其遭受破坏，对于电力系统的稳定运行和对用户不间断供电起决定性作用。因此，要不断改进和完善继电保护的功能，采取较为合理、完善的保护配置方案，最大限度地保证电力系统的安全运行，并将故障和不正常运行方式对电力系统的影响限制到最小范围。

由于发电机是长期连续运转的设备，既要承受机身的振动，又要承受电流、电压的冲击，因而常常导致定子绕组和转子励磁绕组绝缘的损坏。因此，同步发电机子运行中定子绕组和转子励磁回路都有可能发生危险的故障和不正常的运行情况。

发电机故障类型有：1.定子绕组相间短路；2.定子绕组一相的匝间短路；3. 定子绕组单相接地；4.转子绕组一点接地或两点接地；5.由于转子绕组断线、励磁回路故障或灭磁开关误动等原因在造成的转子励磁回路的励磁电流消失或降低。

发电机异常运行状态有：1.由外部短路引起的定子绕组过电流；2.由负荷超过发电机额定容量而引起的定子绕组三相对称过负荷；3.由于突然甩负荷而一起的定子绕组过电压；4.由外部不对称短路或不对称负荷(如单相负荷、非全相运行等）引起的转子表层过负荷；5.由于励磁回路故障或强励时间过长而引起的转子绕组过负荷；6.由于汽轮机主汽门突然关闭而引起的发电机过激磁运行及汽轮机低频运行等。

二．变压器可能出现的故障和异常运行方式

电力变压器是电力系统中十分重要的元件，它的故障将对供电可靠性和系统的正常运行带来严重的影响。为了防止电力变压器发生各类故障和不正常运行对电力系统安全运行造成不应有的损失，根据有关技术规程的规定，应针对电力变压器的故障和不正常运行状态设置相应的继电保护。

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变压器的故障可以分为油箱内故障和油箱外故障，油箱内故障指变压器油箱里面发生的故障又分：电气故障、“初始”故障。

1.电气故障：

原因有(1:高压或低压绕组相间短路 （2:中性点直接接地侧的单相接地短路 （3:高压或低压绕组的匝间短路 （4:第三绕组上的接地故障或匝间短路

内部短路故障产生的电弧，不仅会损坏绕组的绝缘、烧坏铁芯，而且由于绝缘材料和变压器因受热分解而产生大量的气体，有可能引起变压器油箱爆炸。

2.“初始”故障：

“初始”故障即初始局部的故障，它将对变压器产生缓慢发展的损害作用，但一般不能检测起步平衡的电量。

原因有(1:导体之间点气接触不良或铁芯故障，在变压器油中可能产生间歇性电弧

（2：冷却媒介不足将使变压器油温升高，如油位过低或油路阻塞，容易在绕组上产生局部热点

（3：分接开关故障，并联运行的变压器之间产生环流和负荷分配不合理，造成变压器的绕组过热

变压器最常见的是外部故障，是油箱外部绝缘套管及引出线上的故障，可能导致出线的相间短路或单相接地短路。

变压器的不正常运行状态主要有由于变压器外部相间短路引起的过电流，外部接地短路引起的过电流和中性点过电压，由于所带负荷超过变压器的额定容量引起的过负荷以及由于漏油等原因引起的油面降低。此外对大容量变压器，由于其额定工作条件下的磁通密度接近于铁心的饱和磁通，在过电压或低频率的等异常运行方式下，还会发生变压器的过励磁故障。

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第二章 发变组保护配置原则及要求

大型发变组结构复杂，有可能发生多种类型的故障和异常运行工况，因此需要设置几十种保护，并要求这些保护既有明确的职责范围又能相互配合。目前国内已经形成各种不同的保护功能的配置方案，这些都大同小异，但又各具特点。 都遵循以下原则：

1.各项保护功能配置完善；

2.选用的保护原理性能优良，有成熟的运行经验，满足各项技术要求；

3.实现双重化配置；

4.组屏合理，双重化的两套保护系统应分屏设置，非电量保护和电气量保护也应分屏设置，以确保在发变组不停运状况下可以对其中任何一套保护系统进行检修、调整、调试，同时要求二次回路设计正确简明，接线安全可靠；

5.保护系统应尽可能结构简单，具备友好的人机界面，合理的通信组网功能。各项保护功能投退和整定操作清晰简便，支持现场调试和调整功能，易于使用和维护；

6.保护出口设计合理，配置灵活，以满足紧急状态下不同的动作要求和允许根据实际运行条件方便地进行调整。

发变组保护功能可按设备故障性质分为故障保护和异常运行保护两大类；按输入量性质分为电气量保护和非电气量保护两大类；按保护对象分为电气设备故障和动力机械设备故障两大类。

故障保护用以反映保护区域内发生的各种相间短路、匝间短路及接地短路等各种类型的短路故障。这些故障会对发变组造成直接破坏，这类保护构成了发变组的保护主体，通常称为主保护。另外，还需要考虑发变组主保护失效，以及辅机和外部相连系统的故障对发变组的破坏问题，也需要配置保护，通常称为后备保护。因此故障保护可分为主保护和后备保护。

异常保护用以反映各种可能对发变组造成危害的异常运行工况，

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包括可能不利于动力机械设备的异常工况，不过这些工况可能不会很快或不会直接造成对机组的破坏，为异常工况配置的保护通常也归于后备保护的范畴。

第二篇 发变组保护配置 第一章 反映短路故障的主保护 第一节 发电机纵差保护

一.发电机纵差保护的接线方式

由于发电机结构的特殊性，发电机纵差保护根据获取电流的方式不同，又完全纵差保护和不完全纵差保护两种。

1. 发电机完全纵差保护

发电机完全纵差保护是利用比较发电机每相定子绕组首末两端全相电流的大小和相位的原理构成的。根据纵差保护的基本原理，发电机完全纵差保护能够灵敏的反映发电机定子绕组及引出线的相间短路故障，但对定子绕组的匝间短路和定子绕组的分支开焊故障却没有作用。

●

G ●

● ●

发电机纵差保护原理接线示意图

2. 发电机不完全纵差保护

发电机不完全纵差保护是一种能同时反应发电机相间短路、匝间短路和分支绕组开焊故障的新型发电机纵差保护。它是通过比较发电机机端每相定子的全相电流和中性点侧每相定子的部分相电流大小和相位二构成。

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不完全纵差保护之所以能够反应发电机内部各种短路和开焊故障，不同相间和不同匝章间存在或大或小的互感联系，当未装设互感器的非故障定子分支绕组中感受到故障的发生，使不完全纵差保护动作。

TA2

TA1

TA2

TA1

不完全纵差动保护原理接线图

（a）中性点侧引出6个端子 （b）中性点侧引出4个端子

由此可见发电机完全纵差保护和不完全纵差保护均是比较发电机两侧同相电流的大小和相位而构成；不同的是完全纵差保护是比较每相定子首末两端的全相电流，而不完全纵差动保护是比较机端每相定子全相电流和中性点侧每相定子的部分相电流而构成。所以，两者的基本原理相同， 只是在保护的整定计算时有所不同。

二．发电机纵差保护的原理

随着发电机组的容量增大，对继电保护的不断提高，出现了各种不同原理的发电机纵差保护。一下对常用的两种原理进行介绍。

1. 比率制动式发电机纵差保护原理：

其电流参考方向如图1-1所示，中性点侧电流的方向一指向发电机为正方向，机端侧电流一流出发电机为正方向。

(1)

动作电流和制动电流的定义

为确保比率制动式发电机纵差保护正确动作，动作电流和制动电流分别为：

动作电流 Iop?I?1－KbI?2

制动电流

Ires?12I?1?KbI?2 - 5 -

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式中 Iop—动作电流 Ires—制动电流 I1—机端侧定子相电流

I2—中性点侧定子全相电流或分支绕组电流

K——平衡系数， KIb?1,Kb?1，当 Kb?1护接线方式

K1I时为完全纵差保时为不完全纵差保护接线方式。2b? （2） 纵差保护的动作判据及动作特性 纵差保护的动作判据为： Iop?Iop.minIres?Ires.minIop?Iop.min?Kres?Ires?Ires.min?Ires?Ires.min式中 Iop—差动电流

Iop,min—最小动作电流整定值，一般取（0.3～0.5）In（In为发电机额定电流）

； Ires—制动电流；

Ires,min—最小制动电流整定值，一般取（0.8～1.0）In； Kres—比率制动式电流整定值，一般取0.3～0.5 当上式中的两个方程都满足时，差动元件动作。 2. 标积制动式发电机纵差保护原理

标积制动式发机电纵差保护是利用基波电流相量的标量构成的比率制动特性的差动保护，是相量幅值比率制动的另一种形式。电流参考方向仍然如图1-1所示，中性点侧电流的正方向指向发电机。标积制动式纵差保护的动作电流、制动电流及其动作判据为

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动作电流 Iop?I?1－I?2制动电流 Ires?SI?1I?2?cos?动作判据

I?1?I?2?SI?1I?2?cos?式中 ?—I1和I2之间的相位差；

S—标积制动系数，通常取1.0

（1） 当发电机正常运行或保护区外短路时，I1=I2 ?=0，制动

量最大，动作量最小，保护可靠不动

（2） 当保护区内短路时，I=18001=-I2 ?，制动量为负值，呈现

动作作用，动作量最大，保护动作，且灵敏

显然，采用标积制动式纵差保护可以大大提高反应发电机内部故障的灵敏度。标积制动式纵差保护和比率制动式纵差保护一样，也可以作为发变组的纵差保护；当作为发变组纵联差动保护时，应增设防止涌流误动的二次谐波制动措施。

三．发电机纵差保护逻辑框图 & TA断线 U相差动 只一相 差动元V相差动 件动作 · · & W相差动 U2> · t/o ≥1 TV断线 跳闸出口 U相差动 二相或三相差V相差动 动元件动作 W相差动 当发电机纵差保护的二相或三相差动元件同时动作时，纵差保护才出口跳闸；为防止一点在区内另一点在区外的两点接地故障发生，

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当有一相纵差元件动作且同时有负序电压时，纵差保护出口跳闸。

若只有一相纵差元件动作而无负序电压时，判为TA断线；若负序电压长时间存在而无差电流时，判为TV断线

第二节 变压器纵差保护

一．变压器纵联差动保护的基本原理

变压器的纵联差动保护（简称纵差保护）不但可以正确区分内、外的短路，而且能瞬时切除保护区域内的故障。因此，变压器纵差保护是变压器的主保护之一。

变压器纵差保护基本原理与发电机纵差保护原理相似，按比较被保护变压器各侧电流的大小和相位的原理构成。为了实现这一比较，在变压器各侧装设一组电流互感器TA，TA的一次电流回路的机性端节母线侧，将TA二次侧的同极性端子相连接。如图1-4所示双绕组变压器纵差保护单相原理接线图。显然，变压器纵差保护的范围为变压器各侧电流互感器TA所限定的全部区域，即变压器高低压绕组、套管、引出线等。如下图所示双绕组变压器为例，分析变压器纵差保护原理。

保护 保护 装置 装置

（a）

（b）

变压器差动保护单相原理接线图

（a）变压器正常运行或外部故障时电流分布 （b）变压器内部故障时电流分布

二．变压器差动保护整定

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1．正常运行和外部发生故障时 I?

r?I??2－I??2??1K?I?1?－I?1????I?unbTA保护不动作。

2. 变压器内部发生故障时 I?I?r?I??2?I?12???K?I??k1??I1????TAkTA

保护动作将故障切除。

三．变压器纵差保护逻辑框图

第三节 发电机匝间短路保护

由于大容量发电机的额定电流很大，其每相定子绕组都有两个并联的分支绕组构成。每个分支的匝间或分支之间的短路，就称为发电机定子绕组的匝间短路故障。当定子绕组匝间短路时，被短接的部分绕组内将产生大的环流，引起故障出温度升高，绝缘损坏，并转换为单相接地故障或相间短路故障，损坏发电机。因此在发电机上应装设定子匝间短路的匝间保护。根据发电机匝间短路时的特点，可以提出各种不同原理的匝间短路保护方案。

一．单元件式横联差动保护

发电机在正常运行情况下，每相定子绕组的两个分支上电势相等，各供出一半的负荷电流；当任一相绕组中发生匝间短路时，两个

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绕组中的电势不相等，因而在两个分支绕组中产生环流。根据这一特点，构成了发电机的匝间短路保护—单元件式横联差动保护。

1.保护的接线及其特点

如下图所示，单元件式横联差动保护采用一只电流互感器，装于两分支绕组中性点的连线上，利用分支绕组中性点之间连线上流过的零序电流来实现保护。且该保护由于只采用一只电流互感器，不存在又电流互感器特性不同二引起的不平衡电流，所以，保护接线简单，灵敏度高。通常又称该保护为高灵敏的单元件式横联差动保护。

U

V

W

U

V

W

· 机壳 纵差 TA · 纵差 TA · 机壳 纵差 TA 横差 TA · 纵差 TA · 纵差 TA · 纵差 TA 横差 TA · · · · · · 因此该保护只适合于：

1）定子绕组中性点侧引出6个或4个端子的发电机 2）中性点侧引出端子较多的水轮发电机 2.保护原理分析

该保护原理接线如下图：

单元件式横联差保护原理接线图

1-三次谐波滤过器；2－带有延时的保护装置

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该保护实质上是把定子三相绕组的一般绕组中的三相电流之和与三相绕组的另一半绕组中的三相电流之和进行比较，利用发生各种匝间短路时中性点连线上的环流而实现的。

(1) 正常运行或外部故障时

保护装置中装设了三次谐波滤过器1，以消除三次谐波电流的影响，提高灵敏度。所以，正常运行或外部故障时，三次谐波滤过器1滤除了三次谐波产生的不平衡电流Iunb，通过带有延迟的保护装置2的电流小于其整定值，即I0＜Iset，保护不动作。

（2）当定子绕组的同分支匝间短路时

当同分支匝间短路时，由于故障支路和非故障支路的电动势不等，有环流I0产生，中性点连线上的电流互感器有故障电流Ik流过当

Ik电流大于保护的动作电流整定值时，保护动作于跳闸。 （3）定子绕组同相不同分支之间发生短路时

当同相的两个分支绕组间发生匝间短路，且a1?a2时，由于两个支路的电动势差，分别产生两个环流I'0和I\0。此时中性点连线上流过的电流I\k=I0，当Ik电流大于保护的动作电流整定值时，横联差动保护动作与跳闸。

（4）保护存在死区

有上述分析可知，单元件式横联差动保护又一定的死去。当定子绕组同分支短路且短路匝数a很小时或者同相不同分支间的短路匝数相同及差别较小时，保护不能动作。

2.保护的整定计算原则

根据运行经验，单元件式横联差动保护的动作电流为

Iop?(0.2~0.3)Ig.n式中Ig,n——发电机定子绕组的额定电流

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当转子回路发生两点接地故障时，由于转子回路的磁通势平衡被破坏，而定子同一相的两个分支绕组并不是完全位于相同的定子槽中，因而其感应的电动势不同，定子绕组并联分支中性点连线上又较大的电流流过，将造成横差保护误动。若此两点接地故障是永久性的，则这种动作时允许的；但若两点节点故障是永久性的，则这种动作瞬时切除发电机是不允许的。因此，保护需增设0.5～1s的延时，以躲过转子回路的瞬时两点接地故障。 二．故障分量负序功率方向匝间短路保护

故障分量负序功率方向匝间短路保护是中性点侧没有6个或4个引出端子的发电机定子匝间短路保护的一种方案。该保护装设在发电机的机端，利用发电机外部故障与定子绕组匝间短路时产生的负序分量及其负序功率的方向不同而实现的。它不仅可作为发电机内部匝间短路故障的主保护，还可以作为发电机内部相间短路及定子绕组开焊的保护。

1. 故障时负序功率方向的分析

s

以上图所示“Y”接线发电机为例。根据电网中发生不对称故障时，将出现负序分量，且负序源在故障点这一特点在不同地点发生不对称短路时，产生的负序功率方向分析如

1）发电机外部横向不对称短路时K1点发生两相短路时，负序功率的方向由系统指向发电机

2）发电机内部两相短路时如发电机内部K2点发生两相短路时，负序功率的方向由发电机指向系统

3）发电机定子绕组一相匝间短路时，如当定子绕组K3和K4点之间发生短路时，负序功率方向亦由发电机指向系统。

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可见，负序功率的方向随故障点的位置而变化，利用这一特点可以实现定子绕组的匝间短路保护。

2.保护的构成及动作判据

设机端负序电压和负序电流的故障分量分别为?U..2和?I2，负序功率的故障的分量为?P|?U?2，则保护动作的判据可综合为

2|??U2.set

|?I?2|??I2.seti

?P2??U?2r??I??2r??U?2j??I??2j??P2.set当以上三式都成立时保护跳闸。

3.保护定值的整定及注意事项

1)根据经验，通常取：? U2.set?1%，? I2.set?3%大约在0.1％左右，可固定选取 ?P2.set?0.1%2)故障分量负序功率方向(?P2 )保护，若装在发电机中性点(电流取中性点TA)，仅反映发电机内部匝间短路故障。 三．纵向零序电压原理的匝间短路保护

零序电压原理的匝间保护是中性点侧没有6个或4个引出端子的发电机定子匝间短路保护的另一种方案。该保护利用发电机定子绕组发生匝间短路时，机端三相对发电机中性点出现的零序电压3U0而构成。

1.保护的构成原理

在发电机机端装设专用的电压互感器TV0,且TV0一次绕组的中性点与发电机中性点相连而不直接接地，保护利用的零序电压3U.0取自TV0的第三绕组（开口三接线）

（1） 当发电机正常运行时，无零序电压保护不动作； （2） 当发电机内部或外部发生单相故障时，虽然一次系统出现

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了零序电压，即一次侧三相对地电压不再平衡，中性点电位升高3U0，.但由于TV0一次侧中性点不接地，而三相对中性点的电压仍然是对称的，第三绕组输出电压仍然为零，保护不会动作。同理当发电机出现外部相间短路或内部匝数相等的匝间短路时，TV0开口三角形绕组也不会出现零序电压，保护不会动作。

（3） 当发电机定子绕组发生匝间短路或匝数不相等的匝间短路时，三相对中性点的电压不在平衡，开口三角形绕组有3U.0输出，即

3U.0?0，使零序电压匝间短路保护动作。

由于发电机在制造上的原因，正常运行时会出现三次谐波电动势，使正常运行或外部故障时，TV0开口三角形绕组上出现较大的零序电压。因此在构成零序电压匝间短路保护时，需设置三次谐波滤过器，以提高保护的灵敏度。当发电机外部短路电流较大时，采用负序功率方向闭锁方式，在外部短路时使保护退出工作。为了防止专用TV0断线在开口三角形绕组输出侧出现较大的零序电压使保护误动作，还需装设断线闭锁元件。

负序功率闭锁的零序电压匝间保护原理框图如下图所示：

负序功率闭锁的零序电压匝间保护原理方框图

l－三次谐波滤过器；2－断线闭锁保护；3－跳闸出口

2.保护的整定计算

保护的动作电压U0,op按躲过外部严重故障时的最大不平衡基波零序电压和三次谐波零序电压整定即：

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Uop?krelU01,maxU0,op? krelU03,maxkgl,3式中U01,max——最大基波零序电压，一般取0.4～0.5V U03,max——最大三次谐波零序电压，一般取40V

krel——可靠系数，取1.5

kgl,3——基波对三次谐波滤过比，微机型保护的kgl,3取值均

大于100。

第四节 转子两点接地保护

当发电机发生励磁绕组两点接地时，故障电流过的短路电流数值很大，会烧坏转子；当部分转子被短接，励磁绕组电流增加，转子有可能因过热而损坏；部分绕组被短接时气隙磁通失去平衡，会引起机组剧烈振动，可能因此造成灾难性破坏；转子两点接地短路时还会使轴系和汽机磁化。因此对于发电机很有必要装设转子两点接地保护。一．原理分析

转子两点接地保护共享转子一点接地时测得接地位置?的数据。所以，在一点接地故障后，保护装置继续测量接地电阻的位置，若再发生转子一点接地故障，则以测得的?值将变化。当其变化值??超过整定值时，保护装置就认为已发生转子两点接地故障，发电机应立即停机。

二．定值整定

???????set?

式中?set——转子连点接地时位置变化的整定值

接地位置变化动作值一般可以整定为（5%～10%）Um（Um为发电机励磁

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电压）；动作时限避开瞬时出现的两点接地故障整定，一般为0.5～1.0s。

三．转子两点接地保护逻辑框图

励磁回路一点接地 t ???????set? 励磁回路两点接地保护软连接片 励磁回路两点接地保护硬连接片 ＆ t ＆ 保 护动 作 第二章 反映短路故障的后备保护

第一节 过电流保护

发电机差动保护范围外发生故障，而故障设备的保护或断路器拒绝动作时，将引起发电机过电流。为此发电机装设了反映外部故障的过电流保护。同时，该保护也作为发电机的后备保护。

一． 发电机复合电压起动的过电流保护

复合电压起动的过电流保护由过电流元件、复合电压元件和TV断线闭锁元件组成，对于自并励的发电机组还需要增加记忆元件，作为后备保护。复合电压起动的过电流保护需加延时动作，在动作时限上与相邻后备保护相配合。

复合电压启动起动元件由一个过滤式负序电压继电器FYG和一个低电压继电器组成。低电压继电器经负序电压继电器的常闭触点接于相间电压上，以保证保护装置在对称三相短路时可靠地动作，并能够提高低电压继电器对三相短路的灵敏度。因为在发生三相短路开始瞬时将会短视出现负序电压，使负序电压继电器动作，待负序消失后，

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发电机—变压器组保护设计

负序电压继电器返回，低电压继电器又接在相间电压上。若使低电压继电器返回，则要求发电机母线的残压必须大于继电器的返回电压。由于三相短路时三线电压均降低，故低电压继电器仍然处于动作状态，此时保护的工作情况即相当于低电压起动的过电流保护。 1.复合电压起动的过电流保护整定原则

(1).电流元件的动作电流按躲过发电机额定电流整定即： IKkDZ?KIe.F f式中 Kk——可靠系数，取1.2 Kf——返回系数，取0.85

(2).负序电压继电器的动作电压，按躲过真反常运行时出现的最大不平衡电压整定。根据运行经验通常取

UDZ.2?0.06Ue.F

(3).低电压元件的动作电压按躲过电动机自起动的电压确定，此外还应躲过发电机失磁运行时的最低运行电压。一般取：

UDZ?(0.6)Ue.F 2．复合电压起动的过电流保护特点

(1).由于负序电压继电器的整定值小，在后备保护范围内发生不对称短路故障时，电压元件有较高的灵敏度；

(2).在Y/ 接线的变压器发生不对称短路时，电压元件的灵敏度与变压器的接线方式无关；

(3).三相短路时，由于瞬时出现负序电压，负序电压继电器动作后低电压继电器由于失压一定能动作。待负序电压消失后负序电压继电器返回，低电压继电器又接于相间电压上，这时只要不返回就可以切除故障。

3.负荷过电流保护逻辑框图

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复合过流软连接投入 机端TV三相断线 ＆ 低电压起动元件投入 》 低电压起动元件动作 记忆功能投入 ＆ ＆ ＆ ＆＆ 相电流过电流元件动作 》负序过电流元件动作 1 后备保护硬连接片投入 二．发电机低电压起动的过电流保护

1.低电压起动的过电流保护的原理分析

发电机过负荷运行情况下，其电压不会显著下降，而该保护再低电压时才会启动，为此，此时保护不动作。过电流保护按照躲过发电机的额定电流来整定，因为不考虑可能出现的最大负荷电流，从而降低了保护的动作整定值，提高了保护的灵敏度。另外电流继电器接在发电机的中性点侧的电流互感器上，电压继电器接在相间电压上，这样相间短路有较高的灵敏度 2.保护的整定计算

（1）过电流保护的动作电流按躲过发电机的额定电流整定，即：

IKkDZ?KIe.Ff

式中 Kk——可靠系数，取1.2 Kf——返回系数，取0.85 Ie.F——发电机的额定电流

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（2）低电压起动元件的动作值按躲过正常运行情况下可能出现的最低工作电压整定，并当发电机外部故障切除后，在电动机启动过程中低电压元件应可靠返回，即：

Ug.minDZ?UK

kKf式中

Ug.min——正常运行时可能出现的最小工作电压，一般

取0.9Ue.F（Ue.F为发电机额定电压） Kk——可靠系数，取1.1～1.2 Kf——返回系数，取1.15～1.25

对于汽轮发电机组，低电压起动元件的动作电流还应躲过发电机失磁后出现非同步运行方式时的最低电压，一般采用： UDZ?0.6Ue.F

(2) 过电流保护的动作时限，应比发电机电压母线上其他连接元件保护的最大动作时限tbh.max大二至三个时限阶段，即： t?tbh.max?(2?3)?t

三． 发电机负序过电流保护

发电机负序过电流保护一般为两段式负序过电流保护。当发电机在正常运行时，定子绕组中没有负序电流或由于负荷不平衡而引起的负序分量，当外部发生不对称短路时将出现很大的负序电流。因此，通常采用的定时限负序过电流保护的动作电流不必要考虑躲过发电机正常运行时的负荷电流因而提高了该保护反应不对称故障的灵敏度。

考虑到发电机正常运行时由于负荷不对称而在定子绕组中有负

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序电流产生，发电机在制造时对长期允许负序电流有一定的裕度，故要求负序电流保护还应起到监视发电机负序电流负荷的作用。负序过负荷时，保护动作并经延时作用于信号。

1.保护原理

两段式定时限负序过电流保护装置由作为不对称短路起动元件的两个负序电流继电器、作为对称短路起动元件的低电压继电器、电流互感器等组成。

接在负序电流滤过器输出端的负序电流继电器具有较小的整定值，称为灵敏电流元件，动作于延时信号；另一个负序电流继电器具有较大的整定值，称为不灵敏电流元件，作用于发电机跳闸。由于三相对称短路不存在负序电流分量，因此负序过电流保护不能反应三相短路故障，还需要装设另外一个单相式的低电压起动过电流保护，用于反应三相短路故障。过负荷保护接于一相电流中的电流继电器和共用时间继电器组成，作用后延时发出信号。

2.发电机负序过电流保护整定原则

（1）.对反应负序过负荷的灵敏元件

动作电流应躲过发电机在最大可能过负荷情况下，计及系统频率可能降低和负序电流滤过器的误差等原因而引起的不平衡电流，动作电流可取为：

IDZ,2?0.I1op, l式中 Iop,——l发电机额定电流 负序或负荷的动作时限应大于后备保护的最大时限，一般取5～9s。

(2）.对于反应负序过电流的不灵敏元件

A.按转子的发热条件整定： I?DZ,2?(0.25?0.6)Iop,l

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B．发电机的负序电流保护只与升压变压器上的负序电流相配合，动作电流为：

IDZ,2?KphI2,js

式中 Kph——配合系数，取1.1

I2,js——计算方式下变压器高压侧发生故障且流过升压变压器的负序电流正好与变压器的负序电流保护的动作电流相等时，流过被保护发电机的负序电流

不灵敏电流元件的动作时限选择原则与后备保护相同，一般当升压变压器高压侧发生不对称故障时，应在2～5s内切除故障。

(3).对单相式低压起动的过流保护

单相式低压起动的过流保护的过电流保护整定原则同上 (4).对对称过负荷保护

对称过负荷保护延时动作与信号，为了防止外部短路时保护装置误动作，其动作时限应比后备保护的动作时限大一个时限阶段，动作电流按下式整定：

IDZ,2?KkKIop,l f式中

Kk ——可靠系数，取1.05

Kf——返回系数，取0.85 Iop,——l发电机额定电流 四．反时限负序过电流保护

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在电力系统中发生不对称短路故障或非全相运行时，发电机定子绕组内出现负序电流，在定子气隙中产生负序旋转磁场，旋转磁场具有两倍同步转速在转子中感应出100HZ的电流。该电流引起的附加损耗与电流的平方成正比，并在槽楔与齿壁之间、齿于护环之间、端部阻尼环及护环内表面等局部有高密度的电流产生，可能造成转子在这些部位的烧伤。与此同时，负序旋转磁场与转子之间，正序旋转磁场与定子负序电流之间所产生的100HZ脉动电磁转矩，将同时作用在发电机的转子和定子上，引起发电机组的机械振动。因此，反时限负序过电流保护是防止转子由于负序电流烧伤的主保护。保护动作与跳闸，同时要求能起到监视发电机负序过负荷的作用，并且发出过负荷信号。

第二节 阻抗保护

对于升压变压器或系统联络变压器，当采用复合电压起动的过电流保护和负序电流及单项式低电压起动的过电流保护时不能满足灵敏性和选择性要求时，可采用阻抗保护。

变压器阻抗保护通常作为330KV及以上大型变压器相间短路的后备保护，由起动元件、相间阻抗测量元件、时间元件、TV断线检测元件等组成。当阻抗保护的起动元件和阻抗元件均动作、阻抗保护的压板投入、TV断线检测元件不动作，且经过预定的延时后，保护动作与跳闸。

1.起动元件

起动元件由由相电流差突变量起动元件和负序电流起动元件两部分组成，相电流差突变量起动反应对称短路故障，负序电流起动元件反应不对称短路故障。起动元件动作判据为：

△i_φ≥I_set或I_2>I_(set,2)

式中：△i_φ为相电流突变量；I_2为负序电流；I_set、I_(set,2)分别为相电流突变量起动元件和负序电流起动元件的动作整定值，通常均取电流互感器二次额定电流的0.2倍。

2.阻抗元件

阻抗元件时变压器阻抗保护的测量元件，用于测量相间短路阻抗

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值，构成变压器相间短路的后备保护。阻抗元件采用0^0接线方式，其动作特性可根据需要整定为全阻抗圆特性或偏移阻抗圆特性，动作的正方向可以指向变压器，也可以指向母线，由保护的控制字控制。

3.TV断线检测元件

TV断线检测元件的作用是防止TV断线时，变压器阻抗保护误动作。当该元件检测到TV二次回路断线时，将阻抗保护闭锁，并发出告警信息。

阻抗保护逻辑框图

AB相间阻抗判据动作 BC相间阻抗判据动作 CA相间阻抗判据动作 相电流突变量启动元件动作 负序电流突变量启动元件动作 机端TV断线 ≥1 & & t1 & 保护Ⅰ段动作 t2 & 保护Ⅱ段动作 阻抗保护软连接片投入 后备保护应连接片投入 第三章 反映接地故障的保护 第一节 转子一点接地保护

发电机正常运行时，转子回路对地之间有一定的绝缘电容和分布电阻。当转子回路发生一点接地故障时，由于没有形成电流回路，对发电机运行没有直接影响；一旦发电机发生转子两点接地后，励磁绕组将形成短路，使转子磁场畸变，引起机体强烈震动，严重损坏发电机。因此，有关规程要求发电机必须装有转子回路一点接地保护，动作于信号；装设转子回路两点接地保护，动作于跳闸。

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一． 转子回路一点接地保护原理分析

1.保护原理：

切换采样式转子一点接地保护采用开关切换采样原理，通过求解两个不同的接地回路方程，实时计算转子接地电阻和接地位置。 当设S1闭合，S2断开时，在R1上测得电压U1；当S2闭合，S1断开时，在R1上测得电压U2。?U?U1?U2，则： ??1?U133??U

Rf?aR13?U?R1?23R正常运行时：4个电阻R对称，U1?U2，?U?0，Rf??；转子

一点接地时，U1?U2,当接地电阻小于Rf或等于接地电阻整定值

Rf,set(Rf?Rf,set) 时，经延时发信号。

2.保护的整定计算：

保护的接地电阻整定值取决于正常运行时转子回路的绝缘水平。当接地电阻的高整定值整定为10K?时，延时（4～10 s）东方工作于发信号；当接地电阻低整定值整定为10K?时，延时（1～4s）动作与跳闸。

第二节 定子接地保护

根据安全要求，发电机的外壳都是接地的。因此，发电机定子绕组与铁心间的绝缘在某一点上遭到破坏，就有可能发生单相接地故障。当接地电流较大在故障点引起电弧时，将破坏定子绕组的绝缘及烧坏铁心，严重时烧伤发电机。所以把不产生电弧的单相接地电流称为安全电流，其大小与发电机额定电压有关。发电机额定电压越高，其安全电流越小，反之亦然。发电机中性点一般不接地或经消弧线圈

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接地，当发电机内部单相接地时，流经接地点的电流为发电机与发电机有直接电联系的个元件的对地电容之和。根据规程规定，当发电机的接地电容电流等于或大于其安全电流时，应装设动作于跳闸的接地保护；当接地电流小于安全电流时，一般装设作用于信号的接地保护。

一． 发电机定子绕组单相接地故障的分析

1. 定子绕组的单相接地故障的零序电压

正常运行时，发电机机端三相电压时对称的。当发电机机端U相

.发生金属性接地故障时，U相对地电压U?U?0,其他两相对地电压升

高3倍，显然当发电机一相金属性接地时，极端零序电压的大小等于发电机故障前的相电压。当发电机U相接地发生定子绕组距中性点

?处，则各相机端对地电压将随着故障点的位置不同而改变。当接

地点发生在中性点?处时，发电机零序电压的大小等于故障前想电动势的?倍。

2.正常运行和定子单相接地时三次谐波电压分布

（1）正常运行时三次谐波电压分布。任何一台发电机的相电动势中都含有谐波分量，在设计发电机时利用发电机绕组的分布和短节距来消除5次、7次谐波，以消除对电压波形的影响。而三次谐波的相序属零序分量，在线电压中可以将它消除，但在相电动势中依然存在。根据大量实测资料表明每台发电机的相电动势中约有2%～10%的三次谐波分量。

当发电机中性点对地接地时，正常运行情况下，发电机机端的三次谐波电压US3总是小于中性点侧的三次谐波电压UN3。极限情况，当发电机出线端开路（即C??0）时，US3?UN3;当发电机中性点经消弧线圈接地时，正常运行情况下，机端三次谐波电压US3比中性

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点侧的三次谐波电压UN3更小。因此，发电机正常运行时机端三次谐波电压总是小于中性点侧的三次谐波电压。

（2）距中性点?处发生单相接地时三次谐波分布。当发电机定子绕组发生金属性单相接地时，不论发电机中性点有无消弧线圈恒有

US31U???。可见发电机中性点接地时UN3?0????US3?E3;发电机N3?机端接地时UN3?E3???US3?0；当?=0.5时US3?UN3

二．反应基波零序电压的定子接地保护

根据发电机单相接地时定子回路出现零序电压，且零序电压的大小与接地点的位置有关的特点 ，利用机端电压互感器开口三角绕组的输出电压构成了反应基波零序电压的零序电压的定子接地保护。该保护的过电压元件检测发电机机端电压互感器二次侧开口三角形的输出电压，当检测的电压大于保护的动作整定值时，过电压元件动画做发信号。

由于正常运行时，发电机相电压中含有三次谐波，因此，在机端电压互感器开口三角形绕组一侧也有三次谐波电压输出。此外，当变压器高压侧发生接地故障时，由于变压器高、低绕组之间由耦合电容存在。发电机机端也产生零序电压，为了保证保护动作的选择性，保护装置的整定值应避开正常运行时的不平衡电压（包括三次谐波电压），以及变压器高压侧接地时在发电机机端产生的零序电压。

根据运行经验，保护的起动电压一般整定为15～30KV左右，考虑采用性能良好的三次谐波滤过器后，其动作值可降至5～10KV。显然，保护在中性点附近有5%～10%的死区。若定子绕组经过渡电阻Rf单相接地时，则死区更大。这对于大、中型发电机是布允许的。因此，在大、中型发电机上应装设能反应100%定子绕组单相接地保护。

三．基波零序电压和三次谐波电压构成的100%定子接地保护

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1.保护的原理分析

基波零序电压和三次谐波构成的100%定子接地保护由两部分组成：一部分是极薄电压保护，另一部分是三次谐波电压保护，即基波零序电压保护来反应发电机85%～95%的定子绕组单相接地，由三次谐波电压保护来反应发电机中性点附近定子绕组的单相接地。为提高可靠性，两部分的保护区应重叠。无论发电机中性点有无消弧线圈，正常运行时机端三次谐波电压US3比中性点侧的三次谐波电压UN3；而在距中性点50%范围内接地时，US3?UN3。

基波零序电压和三次谐波构成的100%定子接地保护的动作判据为：

3U?U

00.setUS3/UN3?K3.set式中：3U0为发电机机端零序电压； U0,set 为基波零序电压整定值；US3 和UN3 分别为机端TV和中性点TV开口三角形开口绕组输出的三次谐波分量；K3,set为三次谐波比例整定值。

零序电压判据和三次谐波判据各有独立的出口回路，以满需不同配置的要求。利用三次谐波构成的接地保护，由于反应中性点侧附近定子绕组的单相接地故障，在该保护范围内定子绕组单相接地时，零序电压较小，该保护动作与信号；由于反应机端零序电压的接地保护范围内发生接地故障时，零序电压较大，该保护可动作与跳闸或信号。

2.保护的整定计算 （1）三次谐波电压保护：

设正常运行时，三次谐波电压比值为K3（实测最大值），则取

K3,set?(1.05?1.15)K3

（2）基波零序电压保护

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该保护的动作电压按躲过正常运行时中性点侧但想电压互感器或机端电压互感器开口三角形绕组的最大不平衡电压整定，即：

Uop,0?KrelUnub,max

式中 Uop,0——基波零序电压保护整定值

Krel——可靠系数，取1.2～1.3

Unub,max——实测基波不平衡电压

当Uop,0﹤10V时，应校验高压系统接地短路时传递到机端的基波零序电压，以避免保护误动作。

3.保护动作逻辑框图

中性点TV US3/UN3?K3,set t1 信号

极端TV 3U0?U0,set t2 信号或跳闸

第三节 主变压器接地保护

变压器的接地保护（又称变压器的零序保护）用于中性点直接接地系统中的电力变压器，以反应变压器高压绕组、引出线上的接地短路，并作为变压器主保护和相领母线、线路接地故障的后备保护。电力变压器的接地保护通常由主变压器零序电压3U0元件、主变压器零序电流3I0元件、主变压器间隙零序电流3I0元件及时间元件构成，根据变压器中性点的接地方式进行选择配置。

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一.中性点直接接地的变压器接地保护

1.保护原理

中性点直接接地的变压器接地保护，通常采用两段零序电压保护，零序电流均由变压器中性点电流互感器的二次侧获得，每段保护均设置两个动作时限。保护每段动作后，都以较短时限跳开母联络断路器或三绕组变压器中压侧由源断路器，以减小故障范围；以较长时限跳开高压侧断路器。

2.保护逻辑框图

1QF t1 1QF1 跳QF

I 3I0 t2 II t3 3I0 跳各侧 t4 断路器

为防止变压器与系统并列前其高压侧发生单相接地时，变压器的接地保护误动作误跳母联断路器，将变压器接地保护动作于母联段路器的跳闸回路经其高压侧断路器的常开触点1QF1闭锁。变压器零序电流Ⅰ段保护的动作电流和动作时限，分别与相邻线路零序过电流保护第Ⅰ段或第Ⅱ段的动作电流及动作时限配合进行整定；其中

t1?t0??t，t2?t1??t。变压器零序电流Ⅱ段保护的动作电流和动

作时限，分别与相邻线路零序电流保护后备段的动作电流及动作时限配合进行整定。其中，t3?t1,max??t，t4?t3??t。

二.中性点可能接地也可能不接地运行变压器的接地保护

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对于中性点可能接地也可能不接地运行的每台变压器，其接地保护需配两套，一套作为中性点接地运行方式时的接地保护，另一套用于中性点不接地运行方式时的接地保护。中性点接地运行方式时的接地保护通常采用两段式零序过电流保护，而中性点不接地运行方式时的接地保护通常采用零序过电压保护。重重保护的整定计算、动作时限等与变压器中性绝缘水平、过电压保护方式及并联运行的变压器台数有关。

1.全绝缘变压器的接地保护

对于中性点可能接地也可能不接地运行的全绝缘变压器，当有数台并列运行时，要求其接地保护的动作行为是，保护动作后应先切除中性点接地运行的变压器，后切除中性点不接地运行的变压器。

当变压器所连接的系统发生单相接地故障时，对中性点接地运行的变压器利用两段式零序过电流保护中的较短时限跳开母线联络断路器，以较长时限跳开高压侧断路器；对于中性点不接地运行的变压器利用零序点过电压保护经预定延时后跳开中性点不接地变压器各侧的断路器。零序过电压保护的动作电压整定值按躲过系统失去中性点且发生单相接地故障时所接TV二次绕组可能出现的最低电压整定时，一般取180V。其动作时限只需躲过暂态过电压的时限考虑，无需与其他保护配合。

2.分级绝缘且中性点不装设放电间隙的变压器

由于分级绝缘变压器中性点处绕组的绝缘水平最低，所以，对于此类变压器接地保护动作行为的要求是，保护动作后应先切除中性点不接地运行的变压器，后切除中性点接地运行的变压器。

为此，对于分级绝缘且中性点不装设放电间隙的变压器，其接地保护的配置为两段式零序过电流保护和零序电流闭锁的零序电压保护。两段式零序过电流保护用于中性点直接接地运行方式，零序电流闭锁的零序电压保护用于中性点不接地运行方式。零序过电压保护的动作时限要求小于零序过电流的长动作时限，大于零序过电流保护的短动作时限。这样保证当系统发生接地故障时，中性点接地运行变压器以零序过电流保护的短时限跳开母线联络断路器，使两台变压器分

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列运行。解列后若故障消失，则表明故障不在本变压器保护范围内。解列后若故障仍存在，对于中性点不接地变压器可由零序过电压经一动作时限先跳闸切除故障；对于中性点接地变压器，由于仍有零序电流而闭锁零序过电压保护，只能以零序过电流保护的长动作时限跳闸，最终切除故障。

3.分级绝缘且中性点装设放电间隙的变压器的接地保护 根据分级绝缘变压器接地保护动作行为的要求，对于分级绝缘且中性点装设放电间隙的变压器接地保护的配置为：两段式零序过电流保护用于中性点直接接地运行；放电间隙零序过电流及零序过电压保护，用于变压器中性点经放电间隙接地运行方式。

当系统发生单相接地故障时，中性点经放电间隙接地运行的变压器以无时限的间隙零序过电流跳开母线联络断路器或高压侧断路器；若放电间隙零序过电流保护未动作，则以带时限的零序过电压保护跳开母线联络断路器或高压侧断路器；中性点直接接地变压器仍以较短时限跳开母线联络断路器，以较长时限跳开直接接地变压器高压侧断路器。

第四章 反应发电机异常运行的保护

第一节 发电机过负荷保护

发电机的过负荷通常是由于系统中切除了电源；生产过程中出现的短时冲击性负荷；大型电动机自启动；发电机强行励磁；失磁运行；同期误操作及振荡等原因引起的。对于发电机，由于定子和转子的材料利用率很高，其热容量和铜损的比值较小因而热容量常数也较小。因此，为了充分利用发电机的过载能力而又不导致受过负荷的损害，发电机上需装设三套过负荷保护，分别反应定子绕组、转子绕组和转子表层的过负荷，且过负荷保护的动作特性应分别与发电机对应允许过负荷的特性相配合。

一．定子绕组的过负荷保护

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发电机—变压器组保护设计

对于非直吹冷却方式的中小型发电机定子绕组的过负荷保护，采用单相式定时限电流保护，经延时动作与信号。

保护的电流按在发电机长期允许的负荷电流下能可靠返回的条件整定，即：

式中 Ig,n——发电机额定电流 Kre l——可靠系数，取1.5 Kre——返回系数，取0.85

保护的动作时限应与发电机在Iop,1过负荷条件下允许的时间相配合，并大于相间短路后备保护最大延时?t。

对于直接冷却的大中型发电机，定子绕组的过负荷保护，由定时限电流保护和反时限电流保护两部分组成。定时限部分，经延时动作与信号，有条件时可动作于自动减负荷；反时限部分按反时限特性动作与跳闸。

二．转子绕组的过负荷保护

转子绕组过负荷保护的配置与整定原则和定子绕组过负荷保护相似。对于30MW及以上的发电机，转子绕组过负荷保护由定时限电流保护和反时限电流保护两部分组成，定时限部分经延时动作与信号，反时限部分动作于解列灭磁。

定时限过负荷保护的动作电流，按发电机正常运行最大励磁电流下能可靠返回的条件整定计算公式与定子绕组过负荷保护计算公式

相同。反时限过负荷保护按：t?AI2??进行整定。

*三．转子表层的过负荷保护

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发电机—变压器组保护设计

当发电机三相负荷不对称或系统发生不对称短路时，定子绕组中的负序电流产生旋转磁场，该磁场旋转的方向与转子运动方向相反，以两倍同步速度切割转子，转子中感应出100HZ交变电流，该电流使转子本体、端部、护环内表面等处因电流密度过大而过热灼伤，甚至引起护环松脱导致发生重大事故。另外，在定子转子之间产生的100HZ交变电磁力矩的作用下，机组会发生振动。为防止以上事故的发生，发电机应装设转子表层负序过负荷保护，即反时限负序电流保护。同时，该保护还可以兼作系统不对称故障的后备保护。

对于中小型的发电机转子表层的负序过负荷保护，通常采用两段式定时限负序电流保护。Ⅰ段动作电流按与相邻元件后备保护配合的条件整定，一般取I?op?(0.5?0.6)Ig,n，经3～5s延时后动作于跳闸。Ⅱ段动作电流按躲过发电机长期允许的负序电流，一般取

I?op?0.1Ig,n，经5～10s延时后动作于信号。

大型发电机组转子表层负序过负荷保护，一般由定时限负序电流保护反时限负序电流保护两部分组成。定时限负序电流保护动作与信号，反时限负序电流保护动作于跳闸。定时限负序电流保护的动作电流，按在发电机长期允许的负荷电流下能可靠返回的条件整定。反时限负序电流保护的动作电流应与发电机承受负序电流的能力相配合。

四．励磁绕组过负荷保护

励磁绕组过负荷保护与定子绕组过负荷保护类似，也由定时限电流保护和反时限电流保护两部分组成。定时限部分的动作电流按在正常励磁电流下能够可靠返回的条件整定。反时限部分的动作特性按：

t?AI2??进行整定，动作于解列灭磁。 *发电机的励磁系统，有的用交流励磁电源经可控或不可控整流装

置组成。对于这种励磁系统，发电机励磁绕组过负荷保护可以配置在直流侧，也可以配置在交流侧。当由备用励磁机时，保护装置配置在直流侧可以在使用备用励磁机时励磁绕组不失去保护，但此时需要装

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设比较昂贵的直流变换设备。为了使励磁绕组过负荷保护能兼作励磁机、整流装置及其引出线的短路保护，长装设在中性点侧，当中性点没有引出端子时，则配置在励磁机的机端。此时，保护装置的动作电流要计及整流系数换算到交流侧。

第二节 过励磁保护

由于发电机或变压器发生过励磁故障时并非每次都造成设备的明显破坏，往往容易被人忽视，但是多次反复过励磁，将因过热而使绝缘老化，降低设备的使用寿命。我国继电保护规程规定，500KV变压器对频率降低和电压升高引起的铁芯工作磁密过高和300MW及以上发电机应装设过励磁保护。

基于U/f构成的过励磁保护原理电压互感器将二次电压U./N（N为电压变比）送给中间电压互感器BVA（变比为nv），则电容上的电压为：

UUC?nvN(2?fRC)2 ?1令(2?fRC)2??1，则有：

U?UC?Kf 由式B?KUf可得： K?UC?KB

可见，UC反映了U/f比值和磁通密度的大小关系。 反时限保护动作判据为

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系统中其它保护越级跳闸，造成严重故障时，要求装设非全相运行保护。

运行经验证明：220KV电压等级的分相操作断路器，发生非全相运行的情况是多见的，并在某些联系薄弱的电力系统中造成稳定破坏事故。因此，非全相运行保护得到普遍应用。

非全相运行保护，一般有灵敏的负序电流元件和非全相判别回路组成。经短延时（如t=0.2～0.5s）动作于断开其他健全相。如果是操动机构故障，不能断开其他健全相，则应动作于母线失灵保护，切断与本回路有关的母线段上的其他有源电路。但是失灵保护不允许采用断路器辅助触点作判别元件。

非全相运行故障时，发电机组运行工况的主要变化：1、由于主断路器一相或两相在合闸状态，致使发电机定子电流严重不对称。（1）在主断路器一相未断开时（一相运行）电流幅值的变化规律是：比故障相滞后的一相电流为零，其它两相电流基本相等；（2）在主断路器两相未断开时，电流幅值的变化规律是：比故障相滞后一相电流最大，其它两相电流基本相等。2、汽轮机打闸后，由于发变组处于非全相及失磁状态下与系统连着，处于稳定的异步电动机不对称运行状态（空载），发电机转速下降不明显。3、发电机出口电压明显下降，由于发电机失磁、主断路器非全相断开的状态下，发电机变成了一个感性负载，处于稳定的异步电动机的不对称运行状态，从系统吸取大量无功功率，使发电机出口电压明显下降。4、由于汽轮机打闸，发电机灭磁开关断开，发电机从系统吸收有、无功功率，使发电机有功功率表、无功功率表指示反向。5、非全相运行时，负序电流产生的负序磁场在转子上产生两倍频率的脉动转矩，使发电机组产生100周/秒的振动。6、非全相运行时间过久，转子线槽端头铝槽楔会过热熔化，护环嵌装面紧力消失，转子失去平衡，引起机组的强烈振动。

第七节 断路器失灵保护

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

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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。失灵保护用于220KV及以上变压器断路器失灵时的启动断路器。

断路器失灵启动元件由灵敏的过流继电器（三相）与有关的保护跳闸出口继电器辅助触点共同构成。当发电机变压器组范围内的任一种保护出口跳闸时，同时启动失灵启动元件，失灵启动元件则去启动母线的失灵保护。如果断路器跳闸成功，电流消失，失灵启动元件返回；若断路器发生故障而无法正确跳闸，母线失灵保护则按规定延时切除与本体回路有关的母线段上的所有其他电源。传统的断路器失灵启动元件的电流元件通常采用三套过流继电器分相安装。为了改善失灵启动元件的性能，近年来已提出失灵启动元件同时能反应负序或零序电流。

第八节 发电机起停机保护

在有些情况下，发电机在启动或停机过程中有励磁电流流过励磁绕组，此时定子电压频率很低。而许多保护继电器的动作特性受频率的影响很大，在这样低频下不能正确工作，有的灵敏度大大降低，有的根本不能动作。因此鉴于以上情况，对于在低转速下可能加励磁电压的发电机，通常要装设反应定子接地故障和反应相间短路故障、由电磁式继电器构成的保护装置。这种装置一般称为启停机保护。

在低频运行时，电压互感器的幅值误差和相位误差均较小，可以不考虑频率变化的影响；但是电流互感器由于在低频时励磁电流增大，其误差将随频率的降低而增加，对于电磁式继电器，在频率下降时继电器负荷的无功分量也减小，因此电磁式继电器具有一定的频率补偿作用。

作为发变组启停机保护可以装设相间短路保护和定子接地保护个一套，即：

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a) 对发电机、变压器和接于机端的厂用变、各装设一组接于差动保

护回路的电磁式电流继电器，其整定值应大于额定频率下负荷时的差动不平衡电流

b) 接于发电机机端或中性点的电磁式零序过电流继电器，不要求三

次谐波滤过，整定值一般可取为10V及以下。

以上两种启停机保护只作为低频工况下的辅助保护，在正常工频运行时应退出以免发生误动作，为此这些辅助保护的出口电路应受断路器的常闭触点或低频继电器触点控制。

第五章 非电量保护 第一节 主变压器瓦斯保护

一．主变轻瓦斯保护

1、变压器瓦斯保护的作用

变压器的瓦斯保护可用来反应油浸式变压器油箱内的各种故障。当变压器油箱内故障时，瓦斯保护有着独特的、其他保护所不具备的优点。如变压器发生严重漏油、绕组断线故障或绕组匝间短路产生的短路电流值不足以使其他保护动作时，只有瓦斯保护能够灵敏的动作发出信号或跳闸。所以变压器的瓦斯保护是大型变压器内部故障的重要保护。

当变压器油箱内发生故障时，在故障点电流和电弧的作用下，变压器油及其他绝缘材料因局部受热而分解产生气体，这些气体将从油箱流向油枕的上部。当故障严重时，变压器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。根据油箱内部故障的这一特点，构成变压器的瓦斯保护。由于变压器的瓦斯保护是反应上述气流、油流而动作的，所以它是变压器的非电量保护。

变压器的瓦斯保护分为重瓦斯保护和轻瓦斯保护两部分。当变压器油箱内轻微故障或严重漏油时，轻瓦斯保护动作延时作用于信号；当变压器内部发生严重故障时，重瓦斯保护动作，瞬时动作跳开变压

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器的各侧断路器。

气体继电器变压器瓦斯保护的主要元件。它安装在变压器油箱与油枕之间的连接管道上。为使气体能顺利进入气体继电器和油枕，变压器安装时，应使顶盖与水平面之间有1％～1.5％的坡度，连接管有2％～4％的升高坡度。

2、变压器轻瓦斯保护的原理

当变压器内部发生轻微故障时，变压器油分解产生的气体汇集在气体继电器上部迫使继电器内的油面下降，开口杯露出油面，因其受到的浮力减小失去平衡而下沉，带动永久磁铁4下降，当永久磁铁4靠近干簧触点15时，干簧触点15接通，发出轻瓦斯动作信号。当变压器漏油严重时，同样由于油面下降而发出轻瓦斯信号。

3、轻瓦斯保护的整定

气体继电器使用时，通过移动重锤6的位置，可调整轻瓦斯保护的动作值。其动作值采用气体容积的大小表示，整定范围通常为250～300cm^3。气体继电器安装完毕，从排气口17打进空气，检查轻瓦斯保护动作的可靠性。

二．主变重瓦斯保护

变压器重瓦斯保护的原理

当变压器内部发生严重故障时，油箱内产生大量气体，强大的气体伴随着油流冲击挡板10，当油流的速度达到整定值时，挡板10克服弹簧的反作用力向前移动，带动永久磁铁11靠近干簧触点13，使干簧触点13闭合，发出重瓦斯跳闸脉冲，断开变压器各侧的断路器。

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第二节 高厂变瓦斯保护

高厂变瓦斯保护原理同主变瓦斯保护，不再论述。

第三篇 发变组微机保护组屏方案

一．发电机—变压器组微机保护装置的选择

根据微机保护装置的要求，可选择南京南瑞继保电气有限公司的RCS-985A保护装置，它具有以下几大特点： 1.双 CPU 系统结构

RCS-985A保护装置包含两个独立的CPU 系统：低通、AD 采样、保护计算、逻辑输出完全独立，CPU2 系统作用于启动继电器，CPU1 系统作用于跳闸矩阵。

任一CPU 板故障，装置闭锁并报警，杜绝硬件故障引起的误动。 2.独立的起动元件

管理板中设置了独立的总起动元件，动作后开放保护装置的出口继电器正电源；同时针对不同的保护采用不同的起动元件，CPU 板各

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