发电厂电气设备的继电保护

发电厂电气设备的继电保护

电力系统对继电保护的四项基本要求：选择性、速动性、灵敏性和安全性。

选择性：保护装置动作时，仅将故障元件从系统中切除，无故障部分能继续运行。

速动性：发生故障时，保护装置能迅速切除故障，提高系统并列运行的稳定性。

灵敏性：对其保护范围内发生的故障或不正常运行状态的反应能力。安全性：该动时可靠动作，不该动作时不误动，既不拒动也不误动。

一、变压器故障、不正常状态与保护

1 变压器故障

1）相间短路：变压器最严重的故障类型。包括变压器箱体内部的相间短路和引出线的相间短路。这样的故障轻则烧损变压器本体设备，重的将报废变压器，这样的故障必须瞬间切除。

2）接地（或对铁芯）短路：此类故障只发生在中性点接地的系统一侧，也需要立即切除。

3）匝间或层间短路：故障几率比较大的一种，短路匝数少，保护对其灵敏度不足时，短路环内的大电流往往会引起铁芯的严重烧损。大型变压器要配置灵敏的匝间短路保护。

4）铁芯局部发热和烧损：变压器内部磁场分布不均匀、制造工艺差、绕组绝缘水平下降等原因，使铁芯局部发热和烧损，继而引发更严重的相间短路。应即使检测该类故障。

5）油面下降：会引起变压器内部绕组过热和绝缘水平降低，应及时报警。

2 变压器不正常运行状态

变压器本体没有发生故障，外部环境变化后引起变压器非正常工作状态，应先告警，如处理不及时，可能会引发变压器内部故障。1）过负荷：变压器有一定的过负荷能力，长期过负荷会引发变压器绕组绝缘降低，加速老化，缩短寿命。

2）过电流：一般是因外部短路后引起大电流流过变压器，过大的电流会烧损变压器。该状态要与区外保护配合，延时切除。

3）零序过流：变压器绕组是分级绝缘，整个绕组上的绝缘水平是不一致的，当区外发生接地短路时，会使中性点电压升高，影响变压器的安全运行。

4）其他故障：通风设备故障、冷却器故障等。

3 变压器的保护

继电保护就是对上述故障或不正常状态作出灵敏、快速、正确的反应。主要有以下保护：

1）差动保护：能反应变压器内部各种相间、接地以及匝间短路故障，同时还能反应引出线套管的短路故障。能瞬时切除故障，是变压器最重要的保护。

2）气体（轻、重瓦斯）保护：能反应变压器内部铁芯烧损、绕组内部短路及断线、绝缘劣化、油面下降等故障，灵敏度高，动作时间较长。

3）零续电流保护：能反应变压器内部或外部发生的接地性短路故障，一般由零序电流、间隙零序电流和零序电压共同完成零序电流保护。4）过负荷保护：反应变压器的过负荷状态。

5）后备保护：阻抗保护、复合电压过流保护、低压过流保护、过流保护都能反应变压器的过流状态，灵敏度不同，阻抗保护灵敏度最高，过流保护最低。

6）开入量保护：温度保护、油位保护、通风故障保护、冷却器故障保护等，来反应变压器的温度、油位和通风等故障。

二、发电机故障、不正常状态与保护

发电机是电力系统最重要的设备，容量越来越大，由于冷却方式的改变，体积与容量并不成比例增大，保护越来越复杂。

1 发电机故障

①定子绕组的相间短路：不及时切除会烧毁发电机组，引起极为严重的后果，必须有两套以上的快速保护来反应此类故障。

②定子绕组匝间短路：绕组匝间短路后，会在短路环内产生极大的电流，烧损发电机组，此类故障也必须快速切除。

③定子单相接地：一般来说单相接地并不属于短路故障，但很多的短路都是先由于单相接地未及时处理发展而成，而且接地时，非接地相电压升高，影响绝缘，所以目前大型机组对单相接地要灵敏、可靠地反应。

④失磁：励磁设备故障引发（全部或部分）失磁，使发电机进入异步运行，对系统及发电机的安全运行都有极大的影响，要准确监视。

⑤转子一点、两点接地故障：一点接地对汽轮发电机影响不大，允许短期运行，但转子接地容易引起其他故障。

2 发电机不正常状态

由于发电机是旋转设备，而且制造中考虑的过载能力弱，不正常的运行状态将会严重威胁发电机的安全，对不正常的运行状态处理也需要及时、准确。

①定子负序过流：发电机承受负序过流能力非常弱，很小的负序电流就可能引起转子铁芯严重过热，甚至烧损发电机的铁芯、槽楔和护环，要配两套反应负序过流的保护。

②定子对称过流：外部发生三相短路时，将引起发电机定子过热，要有反应对称过流的保护。

③过负荷：发电机过负荷时要及时告警。

④过电压：励磁等原因引起的过电压，将影响发电机的绝缘寿命，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，会引起发电机和主变压器过励磁，是发电机过热而损坏，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，要装频率异常保护。

⑦发电机与系统失步：发电机与系统失步时，巨大的交换功率使发电机无法承受而损坏，要装检测失步的保护。

⑧误上电：大型发变组出线目前多为3/2断路器接线，在发电机并网前误合发电机断路器的几率增大。

⑨启停机故障：发电机在未励磁前，可能发生了绝缘破坏的故障，如能在并网前发现，就可避免更大的事故发生，大型发电机要有启停故障检测功能。

⑩逆功率：发电机在运行中，从系统吸收有功功率时，会引起汽轮机的鼓风损失而引起汽轮机发热损坏。

3 发电机的保护

发电机保护配置的原则是在发电机故障时应能将损失减小到最小，在非正常状况时应在充分利用发电机自身能力的前提下确保机组本身的安全。

⑴发电机纵差动保护：切除定子相间短路，瞬间跳开机组。

⑵发电机匝间保护：切除发电机定子匝间短路，瞬时跳开机组。

⑶发电机定子接地保护：切除发电机100%定子绕组的单相接地故障。

⑷发电机负序过流保护：区外发生不对称性短路或非全相运行时，保护机组转子不过热损坏。

⑸发电机对称过流保护：区外发生对称性短路时，保护机组定子不过热损坏。

⑹发电机过电压保护：反应过电压。

⑺发电机过励磁保护：反应发电机过励磁。

⑻发电机失磁保护：反应发电机全失磁或部分失磁。

⑼发电机失步保护：反应发电机和系统之间的失步。

⑽发电机过流、低压过流、复合电压过流、阻抗保护等：作为线路和发电机的后备保护。