发变组保护原理
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Id
速断动作区 Icdsd
动作区
Kbl2
Kbl1 Icdqd
0 Ie
制动区
nIe
Ir
• 与传统两折线制动特性相比，变斜率比率制动特性能够更 好地模拟差流不平衡电流曲线，差动保护的启动电流可以 安全地降低，保护的灵敏度更高，抗CT饱和能力更强。
11
发电机纵差动保护
• 变斜率差动保护应具有高性能CT饱和闭锁判据，防止在区 外故障时CT暂态和稳态饱和时可能引起的稳态比率差动保 护误动作。
• 保护配置
- 转子接地 - 失磁保护 - 过励磁保护 - 逆功率和程跳逆功率 - 频率保护 - 失步保护 - 发电机误上电保护 - 启停机保护 - CT和PT断线监视等
4
变压器故障类型及配置
• 故障类型
- 绕组及其引出线的相间短 路和在中性点直接接地侧 的单相接地
- 绕组的匝间短路
- 外部相间短路引起的过电 流
• 不完全纵差动保护
- 对于每相定子绕组为多分支的大型发电机，在构成纵差动 保护时，机端CT取相电流，中性点CT每相仅接入N个分支 。既可反应定子绕组的相间短路故障，也可反应定子绕组 匝间短路故障、分支绕组开焊故障。
Id
=
I1
−
K
⋅ I2
I r
=
1 2
I1
+
K
⋅ I2
9
发电机纵差动保护
• 国内广泛采用的是传统的两折线（或三折线）比率 制动纵差动保护和变斜率比率制动纵差动保护。
I2
I1
In−1
被保护对象
n
∑ Ii = Ie ≠ 0
i=1
In
18
变压器差动保护
• 励磁涌流对变压器差动保护的影响
- 当变压器空载合闸或外部故障切除后电压恢复过程中， 由于变压器铁心中的磁通急剧增大，使变压器铁心瞬时 饱和，出现数值很大的励磁涌流。励磁涌流可达变压器 额定电流的 6～8 倍，如不采取措施变压器纵差保护将 会误动。
A
B
C
TV1 3U0
U TV2
3Uz
IF Uz
A
B
C
TV1 3U0
U TV2
3Uz
Uz IF
87G
IN
UR
wk.baidu.com励磁
系统
Un
UR
励磁
系统
IN1
87GS
IN2
I0
Un
8
发电机纵差动保护
• 完全纵差动保护
- 由发电机机端三相电流和中性点三相全电流构成，反应发 电机定子侧的两相或三相短路，但不反应匝间短路故障。
- 中性点直接接地或经小电 阻接地电力网中，外部接 地短路引起的过电流及中 性点过电压
• 保护配置
- 变压器差动 - 变压器相间后备 - 变压器零序过流、过压 - 变压器零序差动
5
变压器故障类型及配置
• 故障类型
- 中性点非有效接地侧的单相 接地故障
- 过负荷 - 过励磁 - 油面降低 - 变压器油温、绕组温度过高
500kV
主变压器
主变差动
发电机
A厂变
B厂变
16
变压器差动保护
• 不同之处：
- 变压器各侧额定电压和额定电流各不相等，且各侧三 相接线方式不尽相同，所以各侧相电流的相位也不一 致，构成差流时需要进行幅值和相位校正；
- 变压器可能带有载调压分接头，使差动保护调整平衡 的二次电流又被破坏，不平衡电流增大，变压器纵差 保护的最小动作电流和制动系数需要相应增大；
及油箱压力升高和冷却系统 故障
• 保护配置
- 变压器间隙零序 - 变压器过负荷 - 变压器过励磁 - 非电量保护
6
主要内容
• 发变组故障类型及保护配置 • 发变组保护基本原理
7
发电机纵差动保护
• 发电机纵差动保护
– 纵差动保护是发电机内部相间短路的主保护，包括完全 纵差动保护和不完全纵差动保护。
• 保护配置
- 发电机差动保护 - 定子接地保护 - 纵向零序电压或横差 - 发电机后备过流 - 过电压保护 - 定、反时限过负荷保护 - 定、反时限负序过负荷保护 - 励磁绕组定、反时限过负荷
3
发电机故障类型及保护配置
• 故障类型
- 励磁回路接地 - 励磁电压异常下降或消失 - 定子铁芯过励磁 - 发电机逆功率 - 频率异常 - 失步 - 发电机突然加电压 - 发电机启、停故障 - 其他故障和异常运行
19
变压器差动保护
• 励磁涌流的分类：单相涌流、对称涌流、和应涌流
- 励磁涌流产生的根本原因是铁芯中的磁通不能突变，由 可能出现的最大磁通和铁心磁化曲线来决定励磁涌流的 最大值，是一个非线性问题。
- 励磁涌流影响因素：合闸初相角；剩磁的大小和方向； 饱和磁通的大小。
主要内容
• 发变组故障类型及保护配置 • 发变组保护基本原理
2
发电机故障类型及保护配置
DL/T 671-微机发电机变压器组保护装置通用技术条件
• 故障类型
- 定子绕组相间短路 - 定子绕组接地 - 定子绕组匝间短路 - 发电机外部相间短路 - 定子绕组过电压 - 定子绕组过负荷 - 转子表层过负荷 - 励磁绕组过负荷
• 引起发电机差动CT饱和的原因分析
- 发电机两侧CT是否同型？ - 发电机两侧CT的二次电缆长度相差较多 - 两侧CT的剩磁差异 - 区外故障短路电流倍数虽然小，但非周期分量衰减慢
12
发电机纵差动保护
• 区外故障CT饱和的特征
13
发电机纵差动保护
• 发电机区内故障CT饱和时的特征
14
发电机纵差动保护
• 两折线比率制动纵差动保护的动作方程如下：
Id ≥ Icdqd
, Ir ≤ It
Id ≥ Icdqd + k ⋅ (Ir − It ) , Ir > It
Id Icdsd
速断动作区
动作区
Icdqd
0
It
制动区 Ir
10
发电机纵差动保护
• 变斜率比率制动纵差动保护不设拐点，一开始就带有制动 特性。
- 对于定子绕组的匝间短路，发电机纵差保护完全没有 作用。而变压器差动保护能够反映各侧绕组的匝间短 路（通过变压器铁心磁路耦合）。
17
变压器差动保护
• 变压器纵差动保护范围除包括各侧绕组外，还包含变压器 的铁芯，即差动保护区内不仅有电路还有磁路（违反了纵 差保护的理论基础-基尔霍夫电流定律），需要采取防励磁 涌流以及过励磁导致误动的措施。
• CT饱和判别采取“异步法”判据，区外故障时， 差流滞后于制动电流突变增加；区内故障时，差流 和制动电流同时突变增加。
• 异步法CT饱和判据允许最快饱和时间5ms。
15
变压器差动保护
• 变压器纵差动保护
- 可反应绕组及引出线的相间短路故障、绕组匝间短路故 障、中性点接地侧绕组及引线的接地故障。
- 发电厂中除了主变压器外，还包括厂变、励磁变和启备 变等，对于这些变压器，其纵差动保护原理类似。
速断动作区 Icdsd
动作区
Kbl2
Kbl1 Icdqd
0 Ie
制动区
nIe
Ir
• 与传统两折线制动特性相比，变斜率比率制动特性能够更 好地模拟差流不平衡电流曲线，差动保护的启动电流可以 安全地降低，保护的灵敏度更高，抗CT饱和能力更强。
11
发电机纵差动保护
• 变斜率差动保护应具有高性能CT饱和闭锁判据，防止在区 外故障时CT暂态和稳态饱和时可能引起的稳态比率差动保 护误动作。
• 保护配置
- 转子接地 - 失磁保护 - 过励磁保护 - 逆功率和程跳逆功率 - 频率保护 - 失步保护 - 发电机误上电保护 - 启停机保护 - CT和PT断线监视等
4
变压器故障类型及配置
• 故障类型
- 绕组及其引出线的相间短 路和在中性点直接接地侧 的单相接地
- 绕组的匝间短路
- 外部相间短路引起的过电 流
• 不完全纵差动保护
- 对于每相定子绕组为多分支的大型发电机，在构成纵差动 保护时，机端CT取相电流，中性点CT每相仅接入N个分支 。既可反应定子绕组的相间短路故障，也可反应定子绕组 匝间短路故障、分支绕组开焊故障。
Id
=
I1
−
K
⋅ I2
I r
=
1 2
I1
+
K
⋅ I2
9
发电机纵差动保护
• 国内广泛采用的是传统的两折线（或三折线）比率 制动纵差动保护和变斜率比率制动纵差动保护。
I2
I1
In−1
被保护对象
n
∑ Ii = Ie ≠ 0
i=1
In
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变压器差动保护
• 励磁涌流对变压器差动保护的影响
- 当变压器空载合闸或外部故障切除后电压恢复过程中， 由于变压器铁心中的磁通急剧增大，使变压器铁心瞬时 饱和，出现数值很大的励磁涌流。励磁涌流可达变压器 额定电流的 6～8 倍，如不采取措施变压器纵差保护将 会误动。
A
B
C
TV1 3U0
U TV2
3Uz
IF Uz
A
B
C
TV1 3U0
U TV2
3Uz
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87G
IN
UR
wk.baidu.com励磁
系统
Un
UR
励磁
系统
IN1
87GS
IN2
I0
Un
8
发电机纵差动保护
• 完全纵差动保护
- 由发电机机端三相电流和中性点三相全电流构成，反应发 电机定子侧的两相或三相短路，但不反应匝间短路故障。
- 中性点直接接地或经小电 阻接地电力网中，外部接 地短路引起的过电流及中 性点过电压
• 保护配置
- 变压器差动 - 变压器相间后备 - 变压器零序过流、过压 - 变压器零序差动
5
变压器故障类型及配置
• 故障类型
- 中性点非有效接地侧的单相 接地故障
- 过负荷 - 过励磁 - 油面降低 - 变压器油温、绕组温度过高
500kV
主变压器
主变差动
发电机
A厂变
B厂变
16
变压器差动保护
• 不同之处：
- 变压器各侧额定电压和额定电流各不相等，且各侧三 相接线方式不尽相同，所以各侧相电流的相位也不一 致，构成差流时需要进行幅值和相位校正；
- 变压器可能带有载调压分接头，使差动保护调整平衡 的二次电流又被破坏，不平衡电流增大，变压器纵差 保护的最小动作电流和制动系数需要相应增大；
及油箱压力升高和冷却系统 故障
• 保护配置
- 变压器间隙零序 - 变压器过负荷 - 变压器过励磁 - 非电量保护
6
主要内容
• 发变组故障类型及保护配置 • 发变组保护基本原理
7
发电机纵差动保护
• 发电机纵差动保护
– 纵差动保护是发电机内部相间短路的主保护，包括完全 纵差动保护和不完全纵差动保护。
• 保护配置
- 发电机差动保护 - 定子接地保护 - 纵向零序电压或横差 - 发电机后备过流 - 过电压保护 - 定、反时限过负荷保护 - 定、反时限负序过负荷保护 - 励磁绕组定、反时限过负荷
3
发电机故障类型及保护配置
• 故障类型
- 励磁回路接地 - 励磁电压异常下降或消失 - 定子铁芯过励磁 - 发电机逆功率 - 频率异常 - 失步 - 发电机突然加电压 - 发电机启、停故障 - 其他故障和异常运行
19
变压器差动保护
• 励磁涌流的分类：单相涌流、对称涌流、和应涌流
- 励磁涌流产生的根本原因是铁芯中的磁通不能突变，由 可能出现的最大磁通和铁心磁化曲线来决定励磁涌流的 最大值，是一个非线性问题。
- 励磁涌流影响因素：合闸初相角；剩磁的大小和方向； 饱和磁通的大小。
主要内容
• 发变组故障类型及保护配置 • 发变组保护基本原理
2
发电机故障类型及保护配置
DL/T 671-微机发电机变压器组保护装置通用技术条件
• 故障类型
- 定子绕组相间短路 - 定子绕组接地 - 定子绕组匝间短路 - 发电机外部相间短路 - 定子绕组过电压 - 定子绕组过负荷 - 转子表层过负荷 - 励磁绕组过负荷
• 引起发电机差动CT饱和的原因分析
- 发电机两侧CT是否同型？ - 发电机两侧CT的二次电缆长度相差较多 - 两侧CT的剩磁差异 - 区外故障短路电流倍数虽然小，但非周期分量衰减慢
12
发电机纵差动保护
• 区外故障CT饱和的特征
13
发电机纵差动保护
• 发电机区内故障CT饱和时的特征
14
发电机纵差动保护
• 两折线比率制动纵差动保护的动作方程如下：
Id ≥ Icdqd
, Ir ≤ It
Id ≥ Icdqd + k ⋅ (Ir − It ) , Ir > It
Id Icdsd
速断动作区
动作区
Icdqd
0
It
制动区 Ir
10
发电机纵差动保护
• 变斜率比率制动纵差动保护不设拐点，一开始就带有制动 特性。
- 对于定子绕组的匝间短路，发电机纵差保护完全没有 作用。而变压器差动保护能够反映各侧绕组的匝间短 路（通过变压器铁心磁路耦合）。
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变压器差动保护
• 变压器纵差动保护范围除包括各侧绕组外，还包含变压器 的铁芯，即差动保护区内不仅有电路还有磁路（违反了纵 差保护的理论基础-基尔霍夫电流定律），需要采取防励磁 涌流以及过励磁导致误动的措施。
• CT饱和判别采取“异步法”判据，区外故障时， 差流滞后于制动电流突变增加；区内故障时，差流 和制动电流同时突变增加。
• 异步法CT饱和判据允许最快饱和时间5ms。
15
变压器差动保护
• 变压器纵差动保护
- 可反应绕组及引出线的相间短路故障、绕组匝间短路故 障、中性点接地侧绕组及引线的接地故障。
- 发电厂中除了主变压器外，还包括厂变、励磁变和启备 变等，对于这些变压器，其纵差动保护原理类似。