发电厂继电保护讲解

低频保护主要用于保护汽轮机不受低频共振的影 响。汽轮机各节叶片都有一共振频率，当系统频 率接近或等于共振频率时，将引起叶片的共振而 损坏汽轮机。 低频运行对于汽轮机而言是个疲劳过程，一般汽 轮机低频运行累计达一定时间，汽轮机将疲劳报 废。因此低频运行的时间是个积累的过程。 保护装置停运不影响积累值。低频保护反应系统 频率的降低，并受出口断路器辅助触点闭锁，即 发电机退出运行时低频保护也自动退出运行。


（4）对变压器绕组的开焊，差动不动作，只能依靠瓦斯 保护等来保护。 （5）变压器的保护范围除各绕组外，还包括变压器的铁 心，在变压器磁通密度过高的过励磁工况下（没有内部短 路时），铁心严重饱和，励磁电流很大，造成误动作；变 压器空载合闸时的暂态过励磁电流（通常称为励磁涌流） 会流入差动保护的差动回路，为防止励磁涌流引起变压器 差动保护误动，通常根据其特点加上一些闭锁环节，如速 饱和原理、间断角原理、二次谐波与基波之比等。
（七）发电机逆功率保护（9XB）


发电机逆功率保护主要用于保护汽轮机。当主汽 门误关闭时或机炉保护动作使主汽门关闭而发电 机并未从系统解列时，发电机就变成了同步电动 机运行，从电力系统吸收有功功率。这种工况， 对发电机并无危险。但由于汽轮机的鼓风损失， 其尾部叶片有可能过热，造成汽Hale Waihona Puke Baidu机事故。因此 发电机组不允许在这种状况下长期运行。 该保护是以反应发电机从系统吸收有功功率的大 小而动作的，是以主汽门是否关闭的条件来决定 动作时间的。
其它差动保护

发电机—变压器组差动保护、厂用电变压 器差动保护、高压备用变压器差动、励磁 变压器差动等差动保护，原理都与变压器 差动类似，这里不再讲述。
（五）过电压保护（5XB）

当发变组甩负荷时，随转速的上升发电机 有可能电压过高，威胁绕组的主绝缘。过 电压保护反应发电机端电压大小而动作。
（六）非全相运行保护（11XB）
一、发电机故障及不正常运行方式

（一）发电机故障类型 （二）发电机不正常运行状态
（一）发电机故障类型



发电机正常运行时发生的比较常见的故障有如下 几种： （1）定子绕组相间短路。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，必须有两套或两套以上的快 速保护反应此类故障。 （2）定子绕组匝间短路。发电机定子绕组发生匝 间短路会在短路环内产生很大电流。因此发生定 子绕组匝间短路时也应快速将发电机切除。



（8）误上电。对发电机并网前误合主变出 口断路器的情况做出反应。 （9）启停机故障。发电机组在没有给励磁 前，有可能发生了绝缘损坏的故障，若能 在并网前及时发现，就可以避免更大的事 故发生。 （10）逆功率。发电机组在运行中，从系 统吸收有功时，则会引起汽轮机的鼓风损 失而引起汽轮机发热损坏。
（九）励磁绕组过负荷保护（25XB、12XB）

过励磁将使发电机和变压器的温度升高， 若过励磁倍数高，持续时间长，可能使发 电机和变压器因过热而遭受破坏。过励磁 保护基于定时限或反时限两种原理，本机 组采用两套保护共同保护发变组。
（十）励磁系统故障（13XB）

发电机励磁回路由于绝缘损坏较易发生一点接地 故障，由于一点接地不会形成电流通路，对发电 机并未造成危害。但若再相继发生第二点接地时， 部分励磁绕组被短接，使气隙磁通失去平衡，造 成机组振动，故障点电弧将烧伤转子绕组及铁心 造成严重后果。对于大型汽轮发电机，为了机组 安全，并避免不必要的停机，励磁回路一点接地 保护采用动作于信号（必要时动作于跳闸）。
（十四）发电机失步保护（19XB）

失步保护反应发电机机端测量阻抗的变化 轨迹，只反应发电机的失步情况，能可靠 躲过系统短路和稳定振荡，并能在失步开 始的摇摆过程中区分加速失步和减速失步。 失步保护的动作行为由系统安全稳定的要 求决定，只有在振荡次数或持续时间超过 规定时，选择切断电流较小的时刻跳开发 电机。
发电机—变压器组的继电保护

一、发电机故障及不正常运行方式 二、发电机—变压器组主要继电保护功能 原理及整定原则

发变组与高压输电线路元件相比，故障几 率比较小。但发变组故障后会对其本身设 备造成的危害极大，进而造成电力系统的 有功无功缺失，严重危及系统稳定运行， 对电力系统和发变组本身都非常不利。因 此，发变组的继电保护在火电机组运行过 程中起着非常重要的作用。
2．三次谐波式定子接地保护

三次谐波式定子接地保护的主要任务是检测发电机 中性点附近的单相接地故障。 （1）接线 从发电机机端 TV 开口三角处引入机端三次谐波电压。 从发电机中性点 TV 或消弧线圈引入发电机中性点侧 三次谐波电压。 （2）原理 三次谐波式定子接地保护具有反应机端和中性点三 次谐波大小和相位变化的构成原理。
（二）发电机不正常运行状态



由于发电机是旋转设备，加上一般发电机在设计制造时， 考虑的过载能力都比较弱，一些不正常的运行状态将会严 重威胁发电机的运行安全，因此对以下这些状态的处理也 同样必须及时，准确。 （1）定子负序过流。发电机承受负序过流能力非常弱， 很小的负序电流流经定子绕组，就可能会引起转子铁心的 严重过热，甚至烧损发电机铁心。大机组上一般都配置两 套反应负序过流的保护。 （2）定子对称过流。当外部发生对称三相短路时，会引 起发电机定子过热，因此应有反应对称过流的保护。
（三）热工保护（3XB）

热工系统对发电机各个参数进行监测，当 参数异常，热工信号动作与声光报警，提 醒运行人员进行及时处理；当参数超限， 危害机组安全时，如主机轴承振动大，汽 包水位高等情况发生时，热工保护动作， 使机组停运，防止设备损坏。
（四）主变差动保护（4XB）



主变压器的差动保护范围包括发电机出口到主变压器高压侧。 变压器差动保护在以下方面显著不同于发电机差动保护。 （1）变压器各侧额定电压和额定电流各不相等，各侧电流互 感器的型号又一定相同，所以变压器差动保护的制动系数比 发电机的大，灵敏度相对较低。 （2）变压器高压绕组常有调压分接头，调节后使最小动作电 流和制动系数相应要加大。 （3）发电机的差动保护对绕组的匝间短路没有作用。由于变 压器铁心磁路的耦合，变压器的差动保护对匝间短路有保护 作用(可视为变压器的一个新绕组发生端口短路)。



3）定子单相接地。定子单相接地并不属于短路性 故障，但由于以下几方面的原因，对单相接地故 障却要求灵敏而又可靠地反应：①很多大型机组 中性点都经高阻接地；②电容电流会灼伤故障点 的铁心；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。 （4）失磁。由于励磁设备故障、励磁绕组短路等 会引发失磁（全失磁或部分失磁），使发电机进 入异步运行，对系统和发电机的安全运行都有很 大影响。 （5）转子一点、二点接地故障。转子一点接地对 汽轮发电机组的影响不大，一般都允许继续运行 一段时间。
（十三）转子一点接地保护（18XB）

转子一点接地对汽轮发电机组的影响不大，一般 都允许继续运行一段时间，保护只动作于信号。 其保护原理有很多，如叠加直流方法，叠加源电 压为50V，内阻为50kΩ 。利用微机智能化测量克 服了传统保护中绕组正负极灵敏度不均匀的缺点， 能准确计算出转子对地的绝缘电阻值范围可达 200kΩ 。转子分布电容对测量无影响。发电机起 运过程中转子无电压时保护并不失去作用。
（十五）发电机失磁保护（20XB、21XB、22XB、23XB）



发电机失磁是指发电机励磁电流下降或全部消失。 造成失磁的原因有：励磁绕组开路或短路、励磁 系统故障、灭磁开关误跳闸、自动调节励磁装置 故障及误操作等。 失磁的发电机一般将与系统失去同步，逐步过渡 到异步运行，从而对发电机和系统都将造成不良 影响。 为了保证发电机和电力系统的安全运行，对大型 发电机都装有失磁保护，用以及时发现失磁故障， 并采取必要的处理措施，如向运行人员发出信号、 切换励磁、自动减负荷或动作于跳闸等。





（3）过负荷。当发电机过负荷时，应及时报警。 （4）过电压。由于励磁等原因引起过电压时，会 影响发电机的绝缘寿命，因此必须有反应过电压 的保护。 （5）过励磁。当电压升高、频率降低时，可引起 发电机和主变压器过励磁，从而使发电机过热而 损坏，需装设反应过励磁的保护。 （6）频率异常。发电机在非额定频率下运行，可 能会引起共振，使发电机疲劳损伤，应配置频率 异常保护。 （7）发电机与系统之间失步。当发电机和系统失 步时，巨大的交换功率使发电机无法承受而损坏， 应配有监测失步的保护装置。
（八）母差及失灵保护（6XB）

母线保护主要使用母线差动保护，在高压母线上 常使用高阻抗式差动保护。 在高阻抗式差动保护中，差动回路中串联接入一 很大的阻抗，其值高达数百欧甚至上千欧。在外 部故障时，进入继电器的不平衡电流大大减小。 但在内部故障时，通过回路的应是全部短路电流， 将使差动回路的电压大大升高，在此情况下反应 差动回路两端电压的过电压保护动作，将差动回 路中串联阻抗短接，使差动回路变成低阻抗，继 电器动作跳闸。这种保护的动作速度很快。
（十六）断路器失灵保护（26XB）

所谓断路器失灵保护，是指当保护跳断路 器的跳闸脉冲已经发出而断路器却没有跳 开时，由断路器失灵保护以较短的延时跳 开同一母线上的其他元件，以尽快将故障 从电力系统隔离的一种紧急处理办法。
（十七）误上电保护（24XB）

装设误上电保护，是为了防止发电机启停 机期间的误操作。当发电机盘车或转子静 止时发生误合闸操作时，定子电流气隙产 生的旋转磁场能在转子本体中感应工频或 接近工频的电流，会引起转子过热而损伤。
（十一）发电机断水保护（14XB）

大型发电机的定子绕组及转子绕组，其线 棒是中间空心的管状体外包绝缘，蒸馏水 从导体中间流过，用以冷却。一旦断水， 则迅速发热升温，为此装设断水保护。保 护动作后，首先关主汽门，再由逆功率保 护动作，分主变压器高压侧断路器，分灭 磁开关去掉发电机励磁。
（十二）发电机低频保护（15XB、16XB、17XB）
二、发电机—变压器组主要继电保护功能 原理及整定原则

下图为发变组保护柜（A柜）的保护压板。 下面结合该保户柜对发变组继电保护功能 原理及整定原则进行介绍。
（一）发电机差动保护（1XB）



差动保护选择性好、灵敏度高，宜于作为 发电机、变压器及母线等元件的主保护。 发电机差动保护用以反应发电机定子绕组 及引出线的相间短路。 该保护按比较发电机定子绕组两侧电流大 小及相位的原理构成。

220Kv断路器通常为分相操作断路器，常由 于误操作或机械方面的原因，使三相不能 同时合闸和跳闸，或在正常运行中突然一 相跳闸，这时发变组中将流过负序电流。 如果靠反应负序电流的反时限保护，则有 可能会因为动作时间较长而导致后备保护 动作，使故障范围扩大，甚至造成系统解 列，因此应安装非全相运行保护。
（二）定子接地保护（2XB）

采用3 U 0 零序电压保护和三次谐波定子接 地保护，可构成100%定子接地保护，也可 用外加电源方式构成。
1．发电机3U 定子接地保护
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接线引入发电机机端 TV 开口三角处的零 序电压3或者引入发电机中性点处配电变压 器二次侧 3 U 0 电压。 3 U 0 电压来自机端时 应考虑TV断线闭锁环节。 该保护可靠性高，能切除绝大部分定子绕 组发生的单相接地故障。但它无法检测发 电机中性点附近发生的单相接地故障。
（十八）闭锁热工保护（123XB）

在机组启动过程中，机组各个参数与额定 运行参数相差很多，如果此时热工保护投 入，则会不停的发跳闸信号，使设备不能 正常启动，因此在机组启动时投入闭锁热 工保护，使热工保护暂时停运。机组启动 后将闭锁热工保护退出。
发变组保护B柜
（十九）变压器零序保护

主变压器高压侧连接220kV电压的电力系统均 为直接接地系统。电力系统各种短路故障中 单相接地故障机率最高。在变压器高压侧所 配置的零序保护用于反应单相接地故障，作 为变压器及相邻元件的后备保护。