水电站发变组保护原理与配置介绍
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发变组保护配置和基本原理
保护总体方案设计思想
• 总体方案为双主双后，即双套主保护、双套后备保护、双套异常 运行保护的配置方案。其思想是将一个发变组单元的全套电量保 护集成在一套装置中，主保护和后备保护共用一组。
• 对于一个发变组单元，配置两套完整的电气量保护，每套保护装 置采用不同组，均有独立的出口跳闸回路。
• 非电量保护出口跳闸回路完全独立，和操作回路独立组屏。
电压互感器配置说明
• 两套电量保护尽量采用不同的电压互感器或互相 独立的绕组
• 对于零序电压，一般没有两个绕组，可并联接入 两套保护装置
• －保护装置主保护和部分后备保护介绍
发电机差动保护现状
• 大型发电机造价昂贵，内部故障造成的损失巨大，内部相间故障 由于故障点电势可能较低，故障时受过渡电阻影响较大，如何采 用新原理，不受过渡电阻影响，提高内部故障时保护灵敏度已成 为重要课题。
双主双后的优点
• 运行方便，安全可靠； • 设计简洁，二次回路清晰，由于主后共用一组，
总数没有增加或有所下降； • 整定、调试和维护方便。
二、的配屏方案
• 适用于大型发电机保护，主接线方式：发电机容 量 及以上、一台励磁变或励磁机。
• 适用于大型变压器保护，主接线方式：两圈主变 （或出线）、一台高厂变（两圈变）。
• 可通过整定值选择采用方向阻抗圆、偏移阻抗圆或全阻 抗圆。当某段阻抗反向定值整定为零时，选择方向阻抗 圆；当某段阻抗正向定值大于反向定值时，选择偏移阻 抗圆；当某段阻抗正向定值与反向定值整定为相等时， 选择全阻抗圆。阻抗元件灵敏角 ° ，阻抗保护的方向 指向由整定值整定实现，一般正方向指向发电机外。
失步保护功能
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水电站发变组保护原理与配置介绍课件
50
主变复压过流保护
51
主变接地后备保护：零序过流保护作为主变压器中性点接地运行时的后 备保护。设有两段两时限零序过流保护。
52
• 零序电流I、II段的第一段动作均未跳220kV母联开关 • 第二段才跳主变高压侧开关、GCB、FCB，停机等 • 为什么这样设置？
53
原因：零序电流保护范围较广，两段母线上发生单相接地故障，零序保 护均会动作，未减少停电范围所以先跳母联开关。 以#3主变为例，主变挂在II母上，假设II母上有故障，先跳母联开关后， 故障未切除，由第二段继续跳主变高压侧开关、GCB等切除故障
32
发电机意外充电保护 用于当发电机在盘车或启停机过程未并网的情况下，发电机的断路
器意外合闸，突然加上电压的保护。保护具备鉴别同期并网或非同期合 闸功能。发电机投入运行后保护应能可靠退出，解列后投入保护功能。
33
发电机逆功率保护 用于防止机组导叶误关闭而GCB未跳闸时，发电机转为电动机运行状
态下异常振动损坏发电机。
21
负序过负荷保护（反时限），也可称为发电 机转子表层过负荷保护
检测中性点电流互感器三相电流，反应 由于发电机不对称负荷、非全相运行及外部 不对称短路产生的负序电流导致转子表层过 热的故障。
22
23
两种过负荷保护的区别 定子过负荷反应发电机对称类型故障 负序过负荷反应发电机不对称类型故障
24
失磁保护 失磁保护反应发电机励磁回路故障引起的发电机异常运行。主要是判断 机组的阻抗是否超过静稳阻抗圆和异步阻抗圆。 失磁保护I段延时1.8S报警 失磁保护II段延时1.8S跳闸、灭磁、启动失灵 失磁保护III段延时1S跳闸、灭磁、启动失灵
35
发电机起停机保护 反映发电机启动和停机过程中的定子接地及相间短路故障。对于定
主变复压过流保护
51
主变接地后备保护：零序过流保护作为主变压器中性点接地运行时的后 备保护。设有两段两时限零序过流保护。
52
• 零序电流I、II段的第一段动作均未跳220kV母联开关 • 第二段才跳主变高压侧开关、GCB、FCB，停机等 • 为什么这样设置？
53
原因：零序电流保护范围较广，两段母线上发生单相接地故障，零序保 护均会动作，未减少停电范围所以先跳母联开关。 以#3主变为例，主变挂在II母上，假设II母上有故障，先跳母联开关后， 故障未切除，由第二段继续跳主变高压侧开关、GCB等切除故障
32
发电机意外充电保护 用于当发电机在盘车或启停机过程未并网的情况下，发电机的断路
器意外合闸，突然加上电压的保护。保护具备鉴别同期并网或非同期合 闸功能。发电机投入运行后保护应能可靠退出，解列后投入保护功能。
33
发电机逆功率保护 用于防止机组导叶误关闭而GCB未跳闸时，发电机转为电动机运行状
态下异常振动损坏发电机。
21
负序过负荷保护（反时限），也可称为发电 机转子表层过负荷保护
检测中性点电流互感器三相电流，反应 由于发电机不对称负荷、非全相运行及外部 不对称短路产生的负序电流导致转子表层过 热的故障。
22
23
两种过负荷保护的区别 定子过负荷反应发电机对称类型故障 负序过负荷反应发电机不对称类型故障
24
失磁保护 失磁保护反应发电机励磁回路故障引起的发电机异常运行。主要是判断 机组的阻抗是否超过静稳阻抗圆和异步阻抗圆。 失磁保护I段延时1.8S报警 失磁保护II段延时1.8S跳闸、灭磁、启动失灵 失磁保护III段延时1S跳闸、灭磁、启动失灵
35
发电机起停机保护 反映发电机启动和停机过程中的定子接地及相间短路故障。对于定
发变组保护介绍-保护配置原则、发变组保护配置、发变组保护介绍、发变组保护装置介绍、事故处理
（2）基波零序电压+三次谐波电压型 100%定子接地保护（B套）
保护范围：发电机至主变
保护的工作原理：
100％定子接地保护由两部分组成，两部 分分开动作。
基波零序电压保护(如右图红线）
反应机端附近的85％～95％的定子绕组 单相接地,保护有三次谐波滤过器。基波 零序电压保护设两段定值，一段为灵敏段 ，一段为高定值段。
3、2面主变压器电气量保护屏完全独立，每个保护屏配置一套完整的主变压 器和高压厂用变压器的主、后备保护装置，能反应主变压器和高压厂用变压器的 各种故障及异常状态，并能动作于跳闸或发信号。两套保护具有各自独立的电源 、输入、出口等回路。在其中一套退出运行时，另一套应能继续正常的工作。
4、主变压器非电量保护屏配置一套主变压器、高压厂用变压器和励磁变压 器非电量保护及发电机断路器操作箱。非电量保护装置用电源回路和跳闸出口电 源回路独立，跳闸回路经过10ms延时的大功率继电器出口。发电机断路器操作 箱具有两个独立的三相联动的跳闸操作回路，且两个跳闸操作回路具有独立的操 作电源回路。操作箱具有跳、合闸监视回路和防跳回路，且防跳回路方便拆除。
三次谐波保护闭锁： 1、在机组频率超过出49.5~50.5Hz范围 时闭锁判据 2、当TV断线时闭锁判据
三次谐波保护
零序电压保护
100％定子接地保护的保护范围示意图
延时0~10s 基波零序电压+三次谐波电压保护的出口分开，保护动作于发信或GCB和 FCB跳闸、停机、启动机组故障录波和消防控制系统，并发事故信号。
6、发电机定子绕组过负荷保护
为了避免定子线圈因长时间过负荷 所形成大电流而受损，同时或因外部 故障引起的定子绕组过电流，装设定 子绕组对称过负荷保护。保护动作量 同时取发电机机端、中性点定子电流
发变组保护原理组成及原理
。
发变组保护的未来发展方向
智能化
随着人工智能技术的发展，发变组保护将逐 渐实现智能化，能够更加快速、准确地识别 和应对各种故障。
网络化
网络技术的发展将使得发变组保护能够实现远程监 控和诊断，提高故障处理的效率和可靠性。
集成化
未来发变组保护将更加集成化，能够将多种 保护功能集成在一台装置中，降低设备成本 和维护成本。
发变组保护原理 组变组保护的组成 • 发变组保护的原理 • 发变组保护的应用与案例分析
01
发变组保护概述
定义与重要性
定义
发变组保护是用于保护发电机变压器（简称发变组）的一套安全控制系统，主要用于监测发变组的工作状态，并 在异常情况下采取相应的控制措施，以防止设备损坏和事故扩大。
THANKS
感谢观看
发变组保护的案例分析
某火电厂发变组保护误动 事故
某火电厂发变组保护在运行过程中发生误动 ，导致发电机跳闸。经过调查发现，原因是 保护装置的软件算法存在缺陷，导致正常运 行时的电压波动被误判为故障。
某核电站发变组保护拒动 事故
某核电站发变组保护在变压器故障时未能正 确动作，导致变压器烧毁。经调查发现，原 因是保护装置的硬件故障导致信号处理异常
发变组保护应具备选择性，即在设备发生 故障时，能够有选择地切除故障部分，尽 量减小对非故障部分的影响。
速动性
灵敏性
发变组保护应具备速动性，即在设备发生 故障时，能够迅速切除故障部分，以减小 对设备的损坏和事故的扩大。
发变组保护应具备灵敏性，即能够灵敏地 检测到设备的异常状态，并及时采取相应 的控制措施。
重要性
发变组是电力系统中的重要设备，其安全稳定运行对于保障电力系统的正常供电和电力企业的经济效益具有重要 意义。发变组保护能够及时发现并处理设备故障，避免设备损坏和事故扩大，对于保障电力系统的安全稳定运行 具有重要作用。
发变组保护的未来发展方向
智能化
随着人工智能技术的发展，发变组保护将逐 渐实现智能化，能够更加快速、准确地识别 和应对各种故障。
网络化
网络技术的发展将使得发变组保护能够实现远程监 控和诊断，提高故障处理的效率和可靠性。
集成化
未来发变组保护将更加集成化，能够将多种 保护功能集成在一台装置中，降低设备成本 和维护成本。
发变组保护原理 组变组保护的组成 • 发变组保护的原理 • 发变组保护的应用与案例分析
01
发变组保护概述
定义与重要性
定义
发变组保护是用于保护发电机变压器（简称发变组）的一套安全控制系统，主要用于监测发变组的工作状态，并 在异常情况下采取相应的控制措施，以防止设备损坏和事故扩大。
THANKS
感谢观看
发变组保护的案例分析
某火电厂发变组保护误动 事故
某火电厂发变组保护在运行过程中发生误动 ，导致发电机跳闸。经过调查发现，原因是 保护装置的软件算法存在缺陷，导致正常运 行时的电压波动被误判为故障。
某核电站发变组保护拒动 事故
某核电站发变组保护在变压器故障时未能正 确动作，导致变压器烧毁。经调查发现，原 因是保护装置的硬件故障导致信号处理异常
发变组保护应具备选择性，即在设备发生 故障时，能够有选择地切除故障部分，尽 量减小对非故障部分的影响。
速动性
灵敏性
发变组保护应具备速动性，即在设备发生 故障时，能够迅速切除故障部分，以减小 对设备的损坏和事故的扩大。
发变组保护应具备灵敏性，即能够灵敏地 检测到设备的异常状态，并及时采取相应 的控制措施。
重要性
发变组是电力系统中的重要设备，其安全稳定运行对于保障电力系统的正常供电和电力企业的经济效益具有重要 意义。发变组保护能够及时发现并处理设备故障，避免设备损坏和事故扩大，对于保障电力系统的安全稳定运行 具有重要作用。
发变组保护配置及原理
IEC 61850 Primer - Communication Networks and Systems In Substations
发变组保护配置及原理
设备部电气室 王 冰
IEC 61850 Primer - Communication Networks and Systems In Substations
IEC 61850 Primer - Communication Networks and Systems In Substations
发变组保 发电机纵差动保护是发电机相间短路的主保护。根据接入发电机中性点电流 的份额（即接入全部中性点电流或只取一部分电流接入），可分为完全纵差保护 和不完全纵差保护。另外，根据算法不同，可以构成比率制动特性差动保护和标 积制动式差动保护。 不完全纵差保护，适用于每相定子绕组为多分支的大型发电机。它除了能反 应发电机相间短路故障，尚能反应定子线棒开焊及分支匝间短路。 动作特性由二部分组成：即无制动部分和比率制动部分。这种动作特性的优 点是：在区内故障电流小时，它具有较高的动作灵敏度；而在区外故障时，它具 有较强的躲过暂态不平衡差流的能力。
IEC 61850 Primer - Communication Networks and Systems In Substations
发变组保护配置及原理
10、变压器瓦斯保护 瓦斯保护是变压器的住保护，能够有效的反应变压器内部故障。 轻瓦斯保护的气体继电器由开口杯、干簧触点等组成，作用于信号。重瓦斯保护的气体 继电器由挡板、弹簧、干簧触点等组成，作用于跳闸。 正常运行时，气体继电器充满油，开口杯浸在有种，处于上浮位置，干簧触点断开。当 变压器内部故障时，故障点局部发生高热，引起附近的变压器油膨胀，油内溶解的空气被逐 出，形成气泡上升，同时油和其他材料在电弧和放电等的作用下电离而产生气体。故障轻微 时，排出的气体缓慢上升而进入气体继电器，使油面下降，开口杯产生以支点为轴的逆时针 方向转动，使干簧触点接通，发出信号。 当变压器内部故障严重时，将产生强烈的气体，使变压器内部压力突增，产生很大的油流 向油枕方向冲击，因油流冲击挡板，挡板克服弹簧的阻力，带动磁铁向干簧触点方向移动， 使干簧触点接通，作用于跳闸。
发变组保护配置及原理
设备部电气室 王 冰
IEC 61850 Primer - Communication Networks and Systems In Substations
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发变组保 发电机纵差动保护是发电机相间短路的主保护。根据接入发电机中性点电流 的份额（即接入全部中性点电流或只取一部分电流接入），可分为完全纵差保护 和不完全纵差保护。另外，根据算法不同，可以构成比率制动特性差动保护和标 积制动式差动保护。 不完全纵差保护，适用于每相定子绕组为多分支的大型发电机。它除了能反 应发电机相间短路故障，尚能反应定子线棒开焊及分支匝间短路。 动作特性由二部分组成：即无制动部分和比率制动部分。这种动作特性的优 点是：在区内故障电流小时，它具有较高的动作灵敏度；而在区外故障时，它具 有较强的躲过暂态不平衡差流的能力。
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发变组保护配置及原理
10、变压器瓦斯保护 瓦斯保护是变压器的住保护，能够有效的反应变压器内部故障。 轻瓦斯保护的气体继电器由开口杯、干簧触点等组成，作用于信号。重瓦斯保护的气体 继电器由挡板、弹簧、干簧触点等组成，作用于跳闸。 正常运行时，气体继电器充满油，开口杯浸在有种，处于上浮位置，干簧触点断开。当 变压器内部故障时，故障点局部发生高热，引起附近的变压器油膨胀，油内溶解的空气被逐 出，形成气泡上升，同时油和其他材料在电弧和放电等的作用下电离而产生气体。故障轻微 时，排出的气体缓慢上升而进入气体继电器，使油面下降，开口杯产生以支点为轴的逆时针 方向转动，使干簧触点接通，发出信号。 当变压器内部故障严重时，将产生强烈的气体，使变压器内部压力突增，产生很大的油流 向油枕方向冲击，因油流冲击挡板，挡板克服弹簧的阻力，带动磁铁向干簧触点方向移动， 使干簧触点接通，作用于跳闸。
发变组保护保护原理
华北电力大学
发变组保护原理
4、转子接地保护
• 对1MW及以下发电机的转子一点接地故障，可装设定期 检测装置。
• 1MW及以上的发电机应装设专用的转子一点接地保护装 置延时动作于信号，宜减负荷平稳停机，有条件时可动作 于程序跳闸。
• 对旋转励磁的发电机宜装设一点接地故障定期检测装置。
－摘自GB14285-2006继电保护和安全自动装置技术规程
华北电力大学
发变组保护原理
1、发电机差动保护
• 和应涌流，区外故障及其切除过程中由于两侧TA传变特 性不一致，都易导致差动保护误动；
dia
Id
dIA
Ir
图a 相电流波形
图b 差动电流和制动电流波形
1次判别 25次判别
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发变组保护原理
1、发电机差动保护
• 采用循环闭锁原理，进一步提高差动保护的可靠性； • 具有完善的抗TA饱和能力，以及故障恢复过程中不平
发变组保护原理
6、失步保护
jX
6区
5区 4区 3区
2区
1区
Xs B
Xt
减速失步
加速失步
-Rs -Rj 0
Rj
Rs
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δ4
δ3
δ2 δ1
A
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7、逆功率保护
理论 传统
动作区 动作区
发变组保护原理
jQ
理想
P -Pset
• 对发电机变电动机运行的异常运行 方式，200MW及以上的汽轮发电机， 宜装设逆功率保护。
华北电力大学
发变组保护原理
华北电力大学
发变组保护原理
9、变压器差动保护
• 难点：
涌流的识别； TA饱和的识别； 和应涌流或区外故障切除后各侧TA暂态特性不一致导致的 差动保护误动。
发变组保护原理及配置介绍
发电机过激磁保护(59/81G-A/B) 保护发电机过激磁，即当电压升高和频率降低时工作磁通密度过高引起绝缘
过热老化的保护。
发电机注入式转子一点接地保护(64E-A) 保护检测励磁回路对地绝缘值，如发生一点接地，指示故障点位置及故障点
接地过渡电阻值。机组运行、开机过程及机组停运时注入式保护均应起保护 作用。转子一点接地保护装置不允许采用电容分压，该保护装置安装在励磁 系统屏柜中。 发电机转子一点接地保护(64E-B) 保护采用乒乓切换原理实现，保护检测励磁回路对地绝缘值，如发生一点接 地，指示故障点位置及故障点接地过渡电阻值。保护装置安装在励磁系统屏 柜中。
注入式定子接地保护装置布置在发电机保护A屏。 2 面主变压器电气量保护屏应完全独立，每个保护屏配置一套完整的主变
压器和高压厂用变压器的主、后备保护装置，能反应主变压器和高压厂用 变压器的各种故障及异常状态，并能动作于跳闸或发信号。 跳闸信号光纤传输装置主变侧布置在地下厂房高压电缆保护柜内，500kV侧 布置在地面GIS楼高压电缆保护柜内，光纤传输装置间均采用独立光缆连接 。
发电机注入式定子 100%一点接地保护(64G-A) 保护反应定子 100%绕组一点接地故障，包括发电机中性点附近某点经一定大小 的电弧电阻接地或该点绝缘电阻下降至整定值的一点接地故障。机组运行、开机 过程及机组停运时注入式保护均应起保护作用。
二、发变组保护配置
发电机 100%定子一点接地保护(64G-B) 采用基波零序与三次谐波电压保护共同组成 100%定子一点接地保护。基波零序过 电压保护取机端电压，设两段保护，低定值段带时限动作于信号，高定值段带时限 动作于停机。三次谐波电压保护取机端和中性点电压进行三次谐波比较。
故障引起压力过大时，释压器动作，释放油箱内的油压力，并同时动作于发信 号。
过热老化的保护。
发电机注入式转子一点接地保护(64E-A) 保护检测励磁回路对地绝缘值，如发生一点接地，指示故障点位置及故障点
接地过渡电阻值。机组运行、开机过程及机组停运时注入式保护均应起保护 作用。转子一点接地保护装置不允许采用电容分压，该保护装置安装在励磁 系统屏柜中。 发电机转子一点接地保护(64E-B) 保护采用乒乓切换原理实现，保护检测励磁回路对地绝缘值，如发生一点接 地，指示故障点位置及故障点接地过渡电阻值。保护装置安装在励磁系统屏 柜中。
注入式定子接地保护装置布置在发电机保护A屏。 2 面主变压器电气量保护屏应完全独立，每个保护屏配置一套完整的主变
压器和高压厂用变压器的主、后备保护装置，能反应主变压器和高压厂用 变压器的各种故障及异常状态，并能动作于跳闸或发信号。 跳闸信号光纤传输装置主变侧布置在地下厂房高压电缆保护柜内，500kV侧 布置在地面GIS楼高压电缆保护柜内，光纤传输装置间均采用独立光缆连接 。
发电机注入式定子 100%一点接地保护(64G-A) 保护反应定子 100%绕组一点接地故障，包括发电机中性点附近某点经一定大小 的电弧电阻接地或该点绝缘电阻下降至整定值的一点接地故障。机组运行、开机 过程及机组停运时注入式保护均应起保护作用。
二、发变组保护配置
发电机 100%定子一点接地保护(64G-B) 采用基波零序与三次谐波电压保护共同组成 100%定子一点接地保护。基波零序过 电压保护取机端电压，设两段保护，低定值段带时限动作于信号，高定值段带时限 动作于停机。三次谐波电压保护取机端和中性点电压进行三次谐波比较。
故障引起压力过大时，释压器动作，释放油箱内的油压力，并同时动作于发信 号。
发变组保护配置明细
一、发电机保护发电机保护配置：针对故障：定子绕组相间短路、定子绕组匝间短路、定子绕组单相接地、转子绕组一点接地、转子绕组两点接地、励磁电流消失；针对不正常运行状态：由于外部短路引起的定子绕组过电流、由于符合超过发电机额定容量引起的发电机对称过负荷、由于外部不对称短路和不对称符合引起的发电机负序过电流、由于突然甩负荷引起的定子绕组过电压、由于强励时间长引起的转子过负荷、逆功率、误上电。
1.纵差保护：针对定子绕组相间及其引出线的相间短路，应装设纵差保护。
比率制动式纵差保护原理：当正常运行和发生保护区外故障时，流入差动继电器的差动电流为零，继电器不动作；当发生发电机内部故障时，流入差动继电器的差动电流将会出现较大的数值，当差动电流超过整定值时，继电器动作。
为防止纵差保护在外部短路时误动，继电器动作电流应躲过最大不平衡电流，这样的话，纵差保护的动作电流整定值很大，降低了保护的灵敏度，甚至在发生内部相间短路时拒动。
为了解决这个问题，采用比率制动式纵差保护，使动作电流随着外部的短路电流增大而自动增大。
发电机纵差保护动作逻辑：当两相或两相以上差动继电器动作时，可判断发电机内部发生短路故障，而仅有一相差动继电器动作时，则判断为TA断线。
为了对付发生一点在区外一点在区内接地引起的短路故障时，当有一相差动继电器动作同时有负序电压时判断发电机内部发生短路故障。
不完全纵差保护定义：针对发电机绕组每相有两个及以上分支时，发电机中性点电流取自一相绕组中的一个分支。
机端电流仍取自机端。
2.定子接地保护针对发电机定子绕组单相接地，应装设保护区为百分之百的定子接地保护。
发电机容易发生绕组线棒和定子铁芯之间的绝缘破坏，因此容易发生定子单相接地保护。
发电机定子绕组对地电容较大，发生接地故障时，接地点的电容电流比较大，通过消弧线圈的电感电流与接地电容电流相互抵消，把定子绕组单相接地电容电流限制在规定允许值之内；发电机中性点采用高阻接地（经接地变压器接地）主要的目的是限制发电机单相接地时的暂态过电压，防止暂态过电压破坏绕组绝缘，但另一方面也认为的增大了故障电流。
水电站发变组保护原理及配置介绍
也可动作于跳闸。
励磁变后备保护 设有两段过流保护，过流I段无延时动作，过流II段延时0.5S动作。
励磁变反时限过负荷保护
思考：发电机出口PT故障或断线，如何处理？
二.主变保护配置
主变差动保护设有差动速断、比率差动、工频变化量比率差动
主变复压过流保护
主变接地后备保护：零序过流保护作为主变压器中性点接地运行时的后 备保护。设有两段两时限零序过流保护。
故障未切除，由第二段继续跳主变高压侧开关、GCB等切除故障
假设故障发生则I母上，则故障切除，主变仍可继续运行。
主变间隙后备保护 主变中性点间隙在击穿过程中，零序过流和零序过压交替出现，设置该 保护作为主变压器中性点不接地或经间隙接地运行时的后备保护。
只采用了零序过压和零序过流一时限零序
零序过压一时限动作于跳高压侧开关、GCB、FCB等，不停机 零序过流一时限动作于跳高压侧开关、GCB、FCB、停机等
励磁系统故障送保护跳闸信号有： 两套调节器控制电源全部消失、两套调节器同时报“同步相序故障、脉 冲计数故障、脉冲回读故障、AD采样故障、3个功率柜同时熔断器熔断”
任何一个信号均作为励磁系统严重故障，并将信号送保护系统跳发电机
出口断路器GCB和灭磁开关FCB。
转子接地保护： 由励磁系统乒乓式、注入式两套转子接地保护送跳闸信号至机组保护。
水电站发变组保护原理 及配置介绍
主要内容
3 1 2 3 保护配置情况介绍 机组相关保护原理 变压器相关保护原理
一.保护配置情况介绍
保护概述
水电站采用南瑞RCS985系列保护装置的水轮发电机组、主变压器、励 磁变和高厂变的保护，配置有5面保护屏，其中包括：两面发电机保护屏， 两面主变压器电量保护屏和一面主变压器非电量保护屏。
发变组保护原理、组成及运行操作
• 另外，由于目前尚缺少选择性好、灵敏度高、经常投运且 运行经验成熟的励磁回路两点接地保护装置，所以也有不 装设两点接地保护的意见，进口大型机组，很多不装两点 接地保护。
• 6、定子对称过负荷
• 作为由于发电机过负荷引起的定子绕组过电流保护。保护 由定时限和反时限两部分组成，定时限部分按发电机长期 允许的负荷电流下能可靠返回整定，经延时动作于信号。 反时限部分动作特性按发电机定子绕组过负荷能力（Ｋ值 ）整定，动作于全停。保护应能反映电流变化时发电机定 子绕组的热积累过程，保护不考虑灵敏系数和时限与其他 相间保护相配合。
• 二、 保护配置原则
1、发电机变压器组（包括发电机、主变压器、励磁 变、高厂变保护）应按双重化配置（非电量保护除 外）保护。每套保护均应含完整的主保护及后备保 护，两套保护装置应完整、独立，安装在各自的柜 内，当运行中的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。非电量保护 应为独立的装置，单独组屏，设置独立的电源回路 及出口跳闸回路。
• 对于发电机过负荷，即要在电网事故情况下充分发挥发电 机的过负荷能力，以对电网起到最大程度的支撑作用，又 要在危及发电机安全的情况及时将发电机解列，防止发电 机的损坏。一般发电机都给出过负荷倍数和相应的持续时 间。对于我厂1100MW汽轮发电机，发电机具有一定的短时 过负荷能力，从额定工况下的稳定温度起始，能承受（ I²-1）*T=37.5S，每年不超过2次，每次不超过60S。
• 3、定子单相接地
• 100%发电机定子接地保护（双套）
• 保护作为发电机定子绕组及其引出线单相接地故障保护。双套配置的 保护装置采用不同原理，一套采用零序电压+三次谐波电压式接地保 护原理，一套采用注入式定子接地保护原理。
• 6、定子对称过负荷
• 作为由于发电机过负荷引起的定子绕组过电流保护。保护 由定时限和反时限两部分组成，定时限部分按发电机长期 允许的负荷电流下能可靠返回整定，经延时动作于信号。 反时限部分动作特性按发电机定子绕组过负荷能力（Ｋ值 ）整定，动作于全停。保护应能反映电流变化时发电机定 子绕组的热积累过程，保护不考虑灵敏系数和时限与其他 相间保护相配合。
• 二、 保护配置原则
1、发电机变压器组（包括发电机、主变压器、励磁 变、高厂变保护）应按双重化配置（非电量保护除 外）保护。每套保护均应含完整的主保护及后备保 护，两套保护装置应完整、独立，安装在各自的柜 内，当运行中的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。非电量保护 应为独立的装置，单独组屏，设置独立的电源回路 及出口跳闸回路。
• 对于发电机过负荷，即要在电网事故情况下充分发挥发电 机的过负荷能力，以对电网起到最大程度的支撑作用，又 要在危及发电机安全的情况及时将发电机解列，防止发电 机的损坏。一般发电机都给出过负荷倍数和相应的持续时 间。对于我厂1100MW汽轮发电机，发电机具有一定的短时 过负荷能力，从额定工况下的稳定温度起始，能承受（ I²-1）*T=37.5S，每年不超过2次，每次不超过60S。
• 3、定子单相接地
• 100%发电机定子接地保护（双套）
• 保护作为发电机定子绕组及其引出线单相接地故障保护。双套配置的 保护装置采用不同原理，一套采用零序电压+三次谐波电压式接地保 护原理，一套采用注入式定子接地保护原理。
水电厂发电机变压器保护原理及继电保护措施
水电厂发电机变压器保护原理及继电保护措施本文主要针对我国的水电厂发电机变压器保护的原理和继电保护的对策做出了分析，希望能够给予同行业工作人员提供参考价值。
标签：水电厂;发电机;变压器保护原理;继电保护措施1发电机继电保护的必要性与方式分析1.1必要性分析发电机变压器作为水电厂生产作业中的重要组成设备，其运行质量与运行效率对产电能力以及电力系统的稳定性能具有直接影响。
而在发电机变压器中，应用继电保护装置不仅可以保证发电机的稳定运行，还可以使电力输出性能得到全面提升，进而保证电力系统的运行质量。
实际运行中，继电保护装置在发现发电机出现故障问题时，便会及时操作切断故障机组，避免对系统中的其他机组的运行质量带来影响，维系电网系统的有效运行。
同时也为相关的设备维修人员提供了充足的设备维修时间。
当机组故障被全部排除后，便可以正常接通机组，使其进行正常的生产作业。
由此不难看出，继电保护装置在电网运行的过程中所发挥的重要作用。
1.2继电保护方式分析针对发电机的继电保护方式，主要可以分为纵差保护、横差保护和接地保护三种。
其中纵差保护指的是，对于发电机出现短路情况所采取的保护措施。
在发生短路故障时，继电保护装置会立即作出响应，切断发生短路的线路，降低故障问题的影响范围，从而提升电网系统的运行质量。
在作出切断线路操作之后，发电机的过负荷和系统震荡也不会出现较大的变化。
为此，该种继电保护方式较为适用于1MW以上的发电机保护工作中曰横差保护指的是，在发生定子绕组匝间短路故障时，利用支路电流差来实现对发电机系统的继电保护作用。
主要方式有以下两种：一种是在每个机组内增加两个电流互感器和一个继电器，使其形成相对独立的保护系统，一种是可以通过引出多个中性点的定子绕组方式，使其形成单元件横差或多元件横差，进而达到保护发电机的作用曰接地保护指的是，发电机定子绕组接地、零序电流定子接地、零序电压定子接地和三次谐波电压定子接地等。
2水电厂变压器继电保护的必要性及方式分析2.1必要性分析在电力系统中，变压器起着重要作用，不仅要保证电力系统的稳定运行，还要确保电力有效输出。
发变组保护原理及配置
判据 复合电压元件 ， 过流元件有三段定值 Iop＞Iset 相间功率方向元件 或
方向元件的说明 a．三侧有电源的三绕组升压变压器，在高压侧和中压 侧加功率方向元件，其方向可指向该侧母线； b．高压及中压侧有电源或三侧均有电源的三绕组降压 变压器和联络变压器，在高压侧和中压侧加功率方向元件 ，其方向宜指向变压器； 动作时限，按大于相邻主变压器后备保护的动作时限 整定。 相间方向元件的电压可取本侧或对侧，取对侧时，两侧 绕组接线方式应一样。 复合电压元件可取本侧的，也可取变压器各侧“或”的方 式。 .
低压侧平衡系数为： —变压器高压侧二次电流。 差动最小动作电流一般取变压器额定电流的0.3~0.5倍；比例制动特性斜率一般可取0.5；二次谐波制动系数一般取0.15~0.2；五次谐波制动系数一般取0.35；差流速断按躲过变压器的励磁涌流整定，在（2~12）IN范围内调整。 3 变压器的电流和电压保护 反应变压器外部故障而引起的变压器绕组过电流，以及 在变压器内部故障时，作为差动保护和瓦斯保护的后备， 变压器应装设过电流保护 。 方式有：过电流保护、低电压起动的过电流保护、复合 电压起动的过电流保护以及负序过电流保护等。 3.1 变压器的过电流保护 工作原理与定时限过电流保护相同。跳变压器两侧。
3.3．复合电压启动的方向过流保护
升压变压器，采用两套低电压元件分别接在变压器两侧的电压互感器上，其触点采用并联的联接方式。
保护作为变压器或相邻元件的后备保护。
复合电压启动的方向过流（简称复压方向过流）
保护原理
复压方向过流由复合电压元件(负序过电压和正序低电压)、相间方向元件及三相过流元件构成。
在稳态情况下，变压器纵差动保护所采用的最大不 平衡电流： 2.3．变压器传统纵差保护的整定计算原则 2.3.1 纵差动保护起动电流的整定 ① 躲开保护范围外部短路时的最大不平衡电流 ② 还必须能够躲开变压器励磁涌流的影响。 经验表明，需整定为 时，才能躲开 磁涌流的影响。 2.3.2 纵差动保护灵敏系数的校验 灵敏系数一般不应低于2。它表征内部故障的反应能力低。
方向元件的说明 a．三侧有电源的三绕组升压变压器，在高压侧和中压 侧加功率方向元件，其方向可指向该侧母线； b．高压及中压侧有电源或三侧均有电源的三绕组降压 变压器和联络变压器，在高压侧和中压侧加功率方向元件 ，其方向宜指向变压器； 动作时限，按大于相邻主变压器后备保护的动作时限 整定。 相间方向元件的电压可取本侧或对侧，取对侧时，两侧 绕组接线方式应一样。 复合电压元件可取本侧的，也可取变压器各侧“或”的方 式。 .
低压侧平衡系数为： —变压器高压侧二次电流。 差动最小动作电流一般取变压器额定电流的0.3~0.5倍；比例制动特性斜率一般可取0.5；二次谐波制动系数一般取0.15~0.2；五次谐波制动系数一般取0.35；差流速断按躲过变压器的励磁涌流整定，在（2~12）IN范围内调整。 3 变压器的电流和电压保护 反应变压器外部故障而引起的变压器绕组过电流，以及 在变压器内部故障时，作为差动保护和瓦斯保护的后备， 变压器应装设过电流保护 。 方式有：过电流保护、低电压起动的过电流保护、复合 电压起动的过电流保护以及负序过电流保护等。 3.1 变压器的过电流保护 工作原理与定时限过电流保护相同。跳变压器两侧。
3.3．复合电压启动的方向过流保护
升压变压器，采用两套低电压元件分别接在变压器两侧的电压互感器上，其触点采用并联的联接方式。
保护作为变压器或相邻元件的后备保护。
复合电压启动的方向过流（简称复压方向过流）
保护原理
复压方向过流由复合电压元件(负序过电压和正序低电压)、相间方向元件及三相过流元件构成。
在稳态情况下，变压器纵差动保护所采用的最大不 平衡电流： 2.3．变压器传统纵差保护的整定计算原则 2.3.1 纵差动保护起动电流的整定 ① 躲开保护范围外部短路时的最大不平衡电流 ② 还必须能够躲开变压器励磁涌流的影响。 经验表明，需整定为 时，才能躲开 磁涌流的影响。 2.3.2 纵差动保护灵敏系数的校验 灵敏系数一般不应低于2。它表征内部故障的反应能力低。
水电站发变组保护配置探讨
① 引出线相间短路 ② 绕组在中心点直接接地侧通过外壳发生的单
相接地 ③ 绝缘导管闪络或破碎而发生的单相接地短路 ④ 绕组部分线匝之间发生的匝间短路 ⑤ 由于外部接地短路或过负荷引起的过电流及
中心点过电压 ⑥ 过负荷
发变组可能发生的主要故障及不正常工作状态
（2）主变的主要故障及不正常工作状态：
⑦ 过负荷 ⑧ 由于外加电压过高或频率降低引起的过激磁 ⑨ 油箱漏油造成的油面过低 ⑩ 低压侧单相接地 ⑪ 变压器温度及油箱压力升高和冷却系统故障
测量：
机端PT，定子CT
保护范围：
反应系统非稳定振荡，保护发电机或系统安全
动作后果：
启动报警。 延时跳发电机断路器、跳灭磁开关、启动发电机断路器失灵 保护
保护分析：
防止短路故障、系统稳定振荡、PT回路断线时误动的措施
发变组保护配置（预分析，实际以设计院将来图纸为准）
12、过励磁保护
测量：
机端PT，定子CT
动作后果：
跳发电机断路器、跳灭磁开关、启动发电机断路器失灵保护
发变组保护配置（预分析，实际以设计院将来图纸为准）
8、定子绕组过负荷保护
测量：
机端PT，定子CT。
保护范围：
反映发电机过负荷运行状态，防止定子绕组过热。
动作后果：
定时限：报警，也可接入监控系统和调速器自动减出力。 反时限： 跳发电机断路器、跳灭磁开关、启动发电机断路器 失灵保护
动作后果：
低定值：报警 高定值：跳发电机断路器、跳灭磁开关、启动发电机断路器 失灵保护
保护分析：
发电机长期允许的负序电流 最大负荷下负序电流滤过器的不平衡电流
发变组保护配置（预分析，实际以设计院将来图纸为准）
7、定子过电压保护
相接地 ③ 绝缘导管闪络或破碎而发生的单相接地短路 ④ 绕组部分线匝之间发生的匝间短路 ⑤ 由于外部接地短路或过负荷引起的过电流及
中心点过电压 ⑥ 过负荷
发变组可能发生的主要故障及不正常工作状态
（2）主变的主要故障及不正常工作状态：
⑦ 过负荷 ⑧ 由于外加电压过高或频率降低引起的过激磁 ⑨ 油箱漏油造成的油面过低 ⑩ 低压侧单相接地 ⑪ 变压器温度及油箱压力升高和冷却系统故障
测量：
机端PT，定子CT
保护范围：
反应系统非稳定振荡，保护发电机或系统安全
动作后果：
启动报警。 延时跳发电机断路器、跳灭磁开关、启动发电机断路器失灵 保护
保护分析：
防止短路故障、系统稳定振荡、PT回路断线时误动的措施
发变组保护配置（预分析，实际以设计院将来图纸为准）
12、过励磁保护
测量：
机端PT，定子CT
动作后果：
跳发电机断路器、跳灭磁开关、启动发电机断路器失灵保护
发变组保护配置（预分析，实际以设计院将来图纸为准）
8、定子绕组过负荷保护
测量：
机端PT，定子CT。
保护范围：
反映发电机过负荷运行状态，防止定子绕组过热。
动作后果：
定时限：报警，也可接入监控系统和调速器自动减出力。 反时限： 跳发电机断路器、跳灭磁开关、启动发电机断路器 失灵保护
动作后果：
低定值：报警 高定值：跳发电机断路器、跳灭磁开关、启动发电机断路器 失灵保护
保护分析：
发电机长期允许的负序电流 最大负荷下负序电流滤过器的不平衡电流
发变组保护配置（预分析，实际以设计院将来图纸为准）
7、定子过电压保护
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离发电机中性点越近，零序电压越小 离发电机中性点越远，零序电压越大
在实际中，零序电压整定值一般大于5V，因 此离中性点近的5%区域无法进行保护。
外加低频电源式发电机定子接地保护
定子过负荷保护（反时限），也可称为对称 过负荷保护
只设置反时限保护：动作时间随短路电流的 增大而自动减小的保护。
负序过负荷保护（反时限），也可称为发电 机转子表层过负荷保护
二.机组保护原理
不完全纵差保护
纵差保护能灵敏反应相间短路;但不反应匝间 短路。
定子绕组发生匝间短路和分支开焊故障几率 虽比相间短路小,但可能发生，不完全纵差保 护可以正确反应。
此外不完全纵差保护还可以灵敏反应相间短 路故障。
不完全纵差保护接线图
不完全纵差保护 设置有差动速断、比率差动两种，两者关系见图
器意外合闸，突然加上电压的保护。保护具备鉴别同期并网或非同期合 闸功能。发电机投入运行后保护应能可靠退出，解列后投入保护功能。
发电机逆功率保护 用于防止机组导叶误关闭而GCB未跳闸时，发电机转为电动机运行状
态下异常振动损坏发电机。 逆功率动作定值为-5%*150MW=-7.5MW，延时5S发信，延时10S动作
检测中性点电流互感器三相电流，反应 由于发电机不对称负荷、非全相运行及外部 不对称短路产生的负序电流导致转子表层过 热的故障。
两种过负荷保护的区别 定子过负荷反应发电机对称类型故障 负序过负荷反应发电机不对称类型故障
失磁保护
失磁保护反应发电机励磁回路故障引起的发电机异常运行。主要是判断 机组的阻抗是否超过静稳阻抗圆和异步阻抗圆。 失磁保护I段延时1.8S报警 失磁保护II段延时1.8S跳闸、灭磁、启动失灵 失磁保护III段延时1S跳闸、灭磁、启动失灵
发电机频率保护 发电机频率异常保护配置有低频和高频保护，水电站低频保护
（49.5Hz），动作于报警；高频保护（55Hz，过速110%），延时5S跳闸。 动作后果：跳GCB、跳FCB、启动GCB失灵。注意：不启动停机。
发电机起停机保护 反映发电机启动和停机过程中的定子接地及相间短路故障。对于定
子接地故障，配置零序过电压启停机保护；对发电机的相间故障，配置 发电机差流启停机保护。
发变组保护原理及配置 介绍
主要内容
31
保护配置情况介绍
2
机组相关保护原理
3
变压器相关保护原理
一.保护配置情况介绍
保护概述
水电站采用南瑞RCS985系列保护装置的水轮发电机组、主变压器、励 磁变和高厂变的保护，配置有5面保护屏，其中包括：两面发电机保护屏， 两面主变压器电量保护屏和一面主变压器非电量保护屏。
转子接地保护： 由励磁系统乒乓式、注入式两套转子接地保护送跳闸信号至机组保护。
灭磁开关联调GCB 灭磁开关偷跳信号送保护系统联跳发电机出口断路器GCB。
转子接地保护
注入式发电机转子接地保护 特点：采用自适应有源切换技术，在未加励磁电压的情况下也能监视转 子绝缘，在转子绕组上任一点接地时，保护的灵敏度高且一致。
思考：为什么不设置完全纵差保护？
参考文献 清华大学刘俊宏、王维俭、王祥珩—发电机 不完全纵差保护 清华大学王维俭, 徐振宇, 王祥珩—再论发电 机不完全纵差保护的设计
匝间保护原理 对于定子绕组为双Y接线且中性点具有四
个或六个引出线的发电机，保护装置反应发 电机两中性点连线上的电流，从而反应发电 机的内部匝间、内发电机失步振荡引起的异步运行。
过电压保护
发电机过励磁保护
两种过负荷保护的区别 定子过负荷反应发电机对称类型故障 负序过负荷反应发电机不对称类型故障
两种过负荷保护的区别 定子过负荷反应发电机对称类型故障 负序过负荷反应发电机不对称类型故障
发电机意外充电保护 用于当发电机在盘车或启停机过程未并网的情况下，发电机的断路
• 外部输入跳闸信号
轴电流保护
发电机轴电流密度超过允许值，发电机转轴轴颈的滑动表面和轴瓦就会 被损坏。只用于报警。
励磁系统故障送保护跳闸信号有： 两套调节器控制电源全部消失、两套调节器同时报“同步相序故障、脉 冲计数故障、脉冲回读故障、AD采样故障、3个功率柜同时熔断器熔断” 任何一个信号均作为励磁系统严重故障，并将信号送保护系统跳发电机 出口断路器GCB和灭磁开关FCB。
匝间保护
匝间保护
发电机复压闭锁过电流保护 用于发电机外部相间短路的后备保护。一般包括三个元件：1、低压元件；2、
负序电压元件；3、过流元件，桐子林采用经负序电压和相间低电压的复压闭锁。 电力系统出现故障时常伴随的现象是电流的增大和电压的降低，过流保护就
是通过系统故障时电流的急剧增大来实现的。但是由于大型设备、机械的起动也 会造成电流的瞬间增大，有可能造成保护的误动，为了防止其误动，在保护中增 加低电压元件，将PT电压引入保护装置中，构成低电压闭锁过流，只有在“电 流的增大和电压的降低”这两个条件同时满足时才出口跳闸，从而可区分过负荷 和过流，提高了过流保护的灵敏度。
保护由定子接地保护注入电源装置提供20HZ的低频电源，将低频电压电流信号注 入到发电机定子绕组中，保护装置通过检测注入的低频电压、电流，计算出接地 故障的过渡电阻阻值，实现检测定子绕组100%范围内的接地故障。保护设置有两 段，高定值报警，低定值跳闸。保护动作于跳闸。
基波零序电压为什么只能保护95%
原理：注入电源从转子绕组的正负两端与大轴之间注入，注入电源的频 率可根据转子绕组对地电容的大小进行调整，实时求解转子对地绝缘电 阻值，注入电压由保护装置自产，保护反映发电机转子对大轴绝缘电阻 的下降。对于双端注入方式，可准确测量转子一点接地位置。
双端注入式转子接地保护原理
定子接地保护
A套：基波零序电压95%+三次谐波电压型发电机100%定子接地保护
保护发电机定子及其引线的单相接地。由反映基波保护范围在发电机机 端90%左右的零序过电压保护和通过比较发电机中性点的三次谐波电压和 发电机机端产生的三次谐波电压来保护定子绕组余下的10%,从而构成对 定子绕组的100%保护。 B套：外加电源定子接地保护