发变组继电保护原理及动作过程

发变组继电保护原理及动作过程
一、发变组继电保护配置的基本要求：发变组继电保护继电保护配置过程中必须满足四性（即：可靠性、选择性、速动性及灵敏性）的要求，必须保证在各种发电机异常或故障情况下正确的发信或出口动作。

根据GB14285的规定，按照故障或异常运行方式性质不同，机组热力系统和调节系统的条件，我公司发变组保护的出口方式有以下几种：
1．全停：断开发电机-变压器组断路器、灭磁，关闭原动机主汽门，启动快切断开厂分支断路器。

2．降低励磁。

3．减出力。

4．程序跳闸：先关主汽门，待逆功率保护动作后断开主断路器并灭磁。

5．信号：发出声光信号。

二、我公司发变组保护配置情况介绍：
我公司发变组保护每台机共有三面屏柜，分别为发变组保护A柜、B 柜、C柜，A柜及B柜为冗余设计，两面柜的保护配置完全相同，都是发变组的电气量保护；C柜为主变和高厂变的非电量保护。

发变组电气量保护配置有以下几种类型：
1．定子绕组及变压器绕组部故障主保护：发电机差动、主变压器差动、发变组差动、高厂变差动、励磁变差动、发电机匝间保护、定子接地。

2．定子绕组及变压器绕组部故障后备保护：发电机对称过负荷、发电机不对称过负荷、低阻抗、高厂变复压过流、励磁变过流、励磁绕组过负荷。

3．转子接地保护
4．发电机失磁保护
5．发电机失步保护
6．发电机异常运行保护：发电机过励磁保护、发电机频率异常保护、发电机逆功率保护、发电机程跳逆功率保护、启停机保护、断口闪络保护、发电机断水、发电机热工。

7．主变（间隙）零序保护
8．厂用电后备保护：厂变分支过流、分支限时速断、分支零序过流。

9．断路器失灵启动
变压器非电量保护：
1．变压器重瓦斯
2．变压器轻瓦斯
3．变压器压力释放
4．变压器油温异常
5．变压器油位异常
6．变压器冷却器全停
三、重要保护简绍
1．差动保护：包括发电机差动、发变组差动、主变差动、厂变差动、励磁变差动。

我司保护装置的差动保护采用比率制动式保护，以各侧
电流差为动作电流，三侧电流最大值或两侧电流平均值做为制动电流。

回路示意图及制动特性图如下：
差动保护属于严重部故障，动作于全停。

2．发电机匝间保护：我公司发电机只引出3个端子，中性点也只可能有3个引出端，对于定子绕组的匝间短路无法配置裂相横差保护和零序电流型横差保护。

因此采用纵向基波零序电压保护。

纵向基
波零序电压保护用于保护发电机定子绕组匝间短路或开焊故障，实际上此保护也反应发电机相间短路。

因为发电机中性点不直接接地，所以发电机部相间、匝间短路表现为机端三相对中性点的不平衡，即对中性点而言机端出现纵向零序电压3U0’； 为了防止外部短路时误动作，一般会增设故障分量负序方向元件，当外部短路时负序方向由系统流入发电机，部短路时负序方向由发电机流入系统。

发电机匝间保护属于严重部故障，动作于全停。

3．发电机定子接地保护：
1）基波零序电压
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，大中型发电机定子绕组中性点不接地或经高阻抗接地。

它具有一般不接地系统单相接地短路特点
设A 相距中性点α处单相接地 发电机中性点将发生位移，产生零序电压。

故障点零序电压为 .
...)()(3/1A dA dB dA do E U U U U αα-=++=
我公司基波定子接地定值为10V ，保护定子的90%，动作为全
停。

2）三次谐波电压
动作原理：
a) 汽轮发电机正常运行时，机端三次谐波电压U3T小于中性点三次谐波电压U3N，两者虽在大小上不相等，但相位完全一致；
b) 当金属性接地故障点位于靠近中性点的半个绕组区域（α≤0.5）时, U3N绝对值小于U3T绝对值；当金属性接地故障点靠近机端时正好相反，此时和正常状态难以区分；
c) 接地点越靠近中性点，比较三次谐波绝对值得接地保护能动作的过渡电阻越大，表现越灵敏；当接地点位于绕组中心（α=0.5）时，保护能动作的过渡电阻为0；接地点靠近机端一侧（α>0.5），则金属性接地也不能动作。

我公司保护方案基波零序过电压保护与三次谐波电压保护共同组成100%单相接地保护。

三次谐波电压保护由动作接近于中性点，故障电流小，动作于发信。

保护动作后，经检查确定，应向省调申请停机处理，以避免事故扩大。

3．发电机对称过负荷：发电机对称过负荷分为定时限和反时限，定时限启动为1.15倍额定电流，动作于减负荷。

反时限过负荷常数为37.5，动作于程跳。

4．发电机不对称过负荷：电力系统发生不对称短路，或三相负荷不对称时，将有负序电流过发电机的定子绕组，并在发电机中产生相对于转子以两倍同步转速旋转的磁场，从而在转子中产生倍频电
流。

倍频电流在流过转子表层时，将在护环与转子本体之间和槽楔与槽壁之间等接触面上形成过热点，将转子烧伤，还将形成局部高温，导致转子表层金属材料的强度下降，危机机组的安全。

不对称定时限过负荷保护的动作电流按发电机长期允许的负序电流I2∞下能可靠返回的条件整定，动作于信号
不对称过负荷反时限保护的动作特性，由制造厂家提供的转子表层允许的负序过负荷能力确定。

动作于全停。

5．低阻抗保护：与线路阻抗保护配合，作为发-变组的后备保护。

动作于全停。

6．转子接地保护：发电机转子一点接地故障是发电机常见的故障形式之一，两点接地故障也时有发生，一点接地故障对发电机并不造成危害，但若再相继发生第二点接地故障，则部分转子绕组被短路，可能烧伤转子本体，振动加剧，甚至可能发生轴系和汽轮机磁化，使机组修复困难、延长停机时间。

我公司在转子一点接地保护动作发出信号后，应立即转移负荷，实现平稳停机检修。

两点接地保护2.5秒动作于停机。

7．发电机失磁保护：失磁保护，有时也称为低励保护。

低励，表示发电机的励磁电流低于静稳极限所对应的励磁电流，与正常欠励运行和完全失磁不同；失磁，表示发电机完全失去励磁。

发电机低励或失磁是常见的故障形式，特别是大型机组，励磁系统的环节比较多，增加了发生低励和失磁的机会。

主要判据如下：
1）系统侧主判据
高压母线三相同时低电压继电器。

本判据主要用于防止由发电机低励失磁故障引发无功储备不足的系统电压崩溃，造成大面积停电。

2）发电机侧主判据：
a）静稳极限励磁低电压判据；
b）静稳极限阻抗判据。

动作情况：静稳极限阻抗判据延时1.5秒动作于切换厂用电
静稳极限阻抗判据与静稳极限励磁低电压判据延时3秒出口程跳。

8．发电机失步保护：采用机端阻抗双透镜原理构成，滑极次数为2，延时1秒出口程跳。

9．过励磁保护：电压的升高和频率的降低均可导致定子铁芯工作磁密增大，反复过励磁，将因过热而使绝缘老化、使绕组的绝缘强度和机械性能恶化，降低设备的使用寿命。

当发电机与主变压器之间无断路器而共用一套过励磁保护时，其整定值按过励磁能力较低的要求整定。

我公司按发电机过励磁能力整定。

发电机过励磁保护有定时限及反时限两种，动作原理为电压标么值与频率标么值的比值大于定值动作。

定时限动作于减励磁，反时限动作于程跳。

10．频率异常保护：包括过频段、低频段及低频累加保护，低频累加依据发电机容许低频累加能力整定。

过频段、低频段出口发信，低频累加出口程跳。

11．过电压保护：对于200MW 及以上大型汽轮发电机，由于运行实践中，出现危及绝缘安全的过电压是比较常见的现象，一般都装
设有过电压保护。

经0.5秒延时动作于全停。

12．发电机逆功率和程跳逆功率保护：与电力系统并列运行的发电机，由于各种原因而停止供给原动机能量时，将从系统吸取能量变为电动机运行，驱动原动机运转。

汽轮机在其主汽门关闭后，转子和叶片的旋转会引起风损，风损与转子叶轮直径和叶片长度有关，所以在汽轮机的排气端风损最大；风损还与周围蒸汽密度成正比，一旦机组失去真空，使排除蒸汽的密度增大，风损将剧烈增加。

因为逆功率运行时，没有蒸汽流通过汽轮机，由风损造成的热量不能被带走，会使汽轮机叶片过热以致损坏。

逆功率保护延时120s出口全停，程跳逆功率（逆功率与主汽门关闭）延时1s出口全停。

13．启停机保护：启停机时发生定子接地动作于灭磁。

由于不加三次谐波过滤，动作比定子接地保护灵敏。

正常启机后退出。

14．断路器断口闪络：动作判据为断路器断开与负序电流，延时2秒动作于灭磁，发电机并网后退出该保护。

15．发电机断水保护：发电机冷却水断水时动作，动作出口程跳。

16．发电机热工保护：热工保护汽机跳闸时动作，出口于程跳。

17．励磁绕组过负荷：又称转子过负荷，根据发电机转子过负荷能力整定，动作方式有定时限及反时限，定时限3秒出口减励磁，反时限出口程跳。

18．高厂变复压过流：延时2.1秒动作于全停。

19．励磁变过流：躲过励磁变通过的强励电流，经2.5秒动作于全停。

20．主变零序过流：一段发信，二段延时6秒出口全停。

21．分支限时速断、分支过流、分支零序过流出口于本侧6KV断路器。

22．断路器失灵：动作判据为发电机保护启动失灵与负序零序电流动作，本侧开关失灵，启动远跳出口跳对侧断路器（乐天2或乐驻2）。

23．变压器非电量保护：油变压器轻瓦斯动作于发信，油变压器重瓦斯动作于全停，油变压器压力释放动作于全停，主变压器冷却器故障动作判据为冷却器全停与油变压器油温高（75℃），延时30分钟全停。

油变压器油温高、绕温高、油位异常动作于信号。