发电厂设备的继电保护培训教材

. . 第11章发电厂设备的继电保护2

11.1发电机故障、不正常状态和运行方式2

11.1.1 发电机的故障2

11.1.2 发电机不正常运行状态3

11.2变压器故障、不正常状态和运行方式4

11.2.1 变压器不正常运行状态5

11.3金陵电厂保护配置5

11.3.1 发电机保护10

11.3.2 微机型主变保护装置配置要求、13

11.3.3 微机型主变本体保护14

11.3.4 微机型高压厂变保护装置14

11.3.5 停机备用变压器保护15

11.3.6 微机型停机备用变压器本体保护（G柜）16

11.3.7 厂用电系统保护16

11.4保护原理17

11.4.1 RCS-985系列差动保护17

11.4.2 工频变化量比率差动保护21

11.4.3 后备保护22

11.4.3.1 阻抗保护22

11.4.3.2 复合电压闭锁过流24

11.4.3.3 复合电压闭锁方向过流24

11.4.3.4 零序方向过流保护25

11.4.3.5 发电机复合电压过流保护26

11.4.4 发电机匝间保护27

11.4.4.1 发电机高灵敏横差保护27

11.4.4.2 纵向零序电压保护28

11.4.4.3 一次断线闭锁判据29

11.4.4.4 工频变化量匝间保护29

11.4.5 发电机定子接地保护29

11.4.5.1 零序电压定子接地保护29

11.4.5.2 三次谐波电压比率定子接地保护30

11.4.5.3 三次谐波电压差动定子接地保护30

11.4.5.4 断线闭锁原理30

11.4.6 外加电源式发电机定子接地保护31

11.4.6.1 接地电阻定子接地判据31

11.4.6.2 接地电流定子接地判据32

11.4.6.3 外加电源回路故障闭锁原理32

11.4.6.4 外加电源式定子接地保护出口逻辑32

11.4.7 发电机转子接地保护33

11.4.7.1 转子一点接地保护33

11.4.7.2 转子两点接地保护33

11.4.7.3 转子接地保护出口逻辑34

11.4.8 发电机定子过负荷保护34

11.4.8.1 定时限定子过负荷保护34

11.4.8.2 定时限定子过负荷出口逻辑34

11.4.8.3 反时限定子过负荷保护35

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11.4.8.4 反时限定子过负荷出口逻辑35

11.4.9 发电机失磁保护36

11.4.9.1 失磁保护原理36

11.4.9.2 失磁保护出口逻辑37

11.4.10 其他保护39

11.5厂用电保护41

11.5.1 厂用电源的保护41

11.5.2 WDZ-410保护原理43

11.5.3 WDZ-440EX保护原理46

11.5.4 400v厂用电保护51

11.6故障录波装置51

11.7微机小电流系统接地选线装置52

11.7.1 小接地电流系统概述53

11.7.2 本装置选线原理53

11.8继电保护的故障处理54

11.8.1 微机保护及自动装置运行54

11.8.2 微机保护装置故障处理55

11.8.3 对于微机保护投用/停用要求56

11.8.4 保护异常处理56

11.8.5 500 kV系统保护投运操作57

第11章发电厂设备的继电保护

11.1发电机故障、不正常状态和运行方式

发电机是电力系统中最主要的设备，特别是大容量机组大量应用后，如何保障发电机在在电力系统中的安全运行就相当重要。由于大容量机组一般采用直接冷却技术，体积和质量并不随容量成比例增大，从而使得大型发电机各参数与中小型发电机已大不相同，因此故障和不正常运行时的特性也与中小型机组有了较大差异，给保护带来复杂性。

11.1.1发电机的故障

1、定子绕组的相间短路

发电机定子绕组发生相间短路若不及时切除，将烧毁整个发电机组，引起极为严重的后果，必须有二套或两套以上的快速保护反应此类故障。对于相间短路，国外均装设纵联差动保护装置，瞬时动作于全停。

2、定子绕组匝间短路

发电机定子绕组发生匝间短路会在短路环产生很大的电流，国外都有因匝间短路烧伤甚至烧毁发电机组的报道。因此发生定子绕组匝间短路应快速将发电机切除。

发电机定子绕组发生匝间短路会在短路环产生很大电流。由于工作原理不同，发电机纵差保护将不能反应。目前为止，反应发电机定子匝间短路的保护有：单元件横差保护、负序功率方向保纵向零序电压保护和转子二次谐波电流保护。大型发电机组由于技术上和经济上的考虑，三相绕组中性点侧只引出三个端子，没有条件装设高灵敏横差保护。负序功率方向保护的灵敏度受系统和发电机负序电抗变化影响较大；

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纵向零序电压保护需要单独装设全绝缘的电压互感器，容易受电压互感器断线等的影响，误动率高；转子二次谐波电流保护必须增设负序功率方向闭锁，整定计算复杂。这几类匝间保护运行效果很差（误动情况严重），因而其应用都受到了限制。

3、定子单相接地

定子单相接地并不属于短路性故障，但由于以下几个方面的原因，对单相接地故障却要求灵敏又可靠地反应：1）很多大容量机组中性点都是经高阻接地；2）电容电流会灼伤故障点的铁芯；3）绝大部分短路都是首先由于单相接地没有及时进行处理发展而成；4）接地时非接地相电压升高，影响绝缘。

定子绕组的单相接地（定子绕组与铁芯间的绝缘破坏）是发电机最常见的一种故障，定子故障接地电流超过一定值就可能造成发电机定子铁芯烧坏，而且发电机单相接地故障往往是相间或匝间短路的先兆，大型发电机在系统中的地位重要，铁芯制造工艺复杂、造价昂贵，检修困难，所以对于大型发电机的定子接地电流大小和保护性能提出了严格的要求。

在我国，为了确保大型发电机的安全，不使单相接地故障发展成相间故障或匝间短路，使单相接地故障处不产生电弧或者使接地电弧瞬间熄灭，这个不产生电弧的最大接地电流被定义为发电机单相接地的安全电流。其值与发电机额定电压有关，18kV及以上发电机接地电流允许值为1A。

发电机的中性点接地方式与定子接地保护的构成密切相关，同时中性点接地方式与单相接地故障电流、定子绕组过电压等问题有关。大型发电机中性点接地方式和定子接地保护应该满足三个基本要求，即：1）故障点电流不应超过安全电流，否则保护应动作于跳闸。

2）保护动作区覆盖整个定子绕组；有100%保护区，保护区任一点接地故障应有足够高的灵敏度。

3）暂态过电压数值较小，不威胁发电机的安全运行。

大型发电机中性点采用何种接地方式，国一直存在着是采用消弧线圈还是采用高阻接地争议。建议采用消弧线圈接地者，认为可以将接地电流限制在安全接地电流以下，熄灭电弧防止故障发展，从而可以争取时间使发电机负荷平稳转移后停机，减小对电网的冲击。而实际上我国就曾有过发电机接地电流虽小于安全电流，长时间运行最终还是发展成相间短路的教训。

中性点经配电变压器高阻接地方式是国际上与变压器接成单元的大中型发电机中性点最广泛采用的一种接地方式，设计发电机中性点经配电变压器接地，主要是为了降低发电机定子绕组的过电压（不超2.6倍的额定相电压），极减少发生谐振的可能性，保护发电机的绝缘不受损。但是发电机单相容量的增大，一般使三相定子绕组对地电容增加，相应的单相接地电容电流也增大，另外，发电机中性点经配电变压器高阻接地必然导致单相接地故障电流的增大，其数值美、日、法、瑞士等国以控制在15A以下为标准，这些国家认为在此电流下持续5～10min，定子铁芯只受轻微损伤。为保证大型发电机的安全，中性点经配电变压器高阻接地的600MW机组必须使定子接地保护动作于发电机故障停机。

4、失磁

由于励磁设备故障、励磁绕组短路等会引发失磁（全失磁和部分失磁），使发电机进入异步运行，对系统和发电机的安全运行都会有很大的影响。大机组要求及时准确地监测出失磁故障。

5、转子一点、二点接地故障。

大型发电机组的励磁电压高，如采用双水冷时，励磁绕组对地绝缘水平低，当励磁回路一点接地时，由于没有电流通过故障点，可以继续运行。如果再出现另一点接地时，将造成短路，可能烧坏绕组和转子。由于转子的磁通对称性遭到破坏，将引起发电机组剧烈的振动，并使汽轮机磁化，故要求励磁绕组一点接地时发信号，两点接地时停机。

11.1.2发电机不正常运行状态

由于发电机是旋转设备，一些不正常的运行状态将会严重威胁发电机的运行安全，因此对以下状态的处理也同样必须及时，准确。

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