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RCS-985发电机变压器组保护介绍
南瑞继保：陈 俊
Tel:025-52100568 E-mail:chenj@
RCS-985 发电机变压器组保护
• 发电机、变压器保护基本原理 • 项目来源 • 装置的总体方案 • 装置的关键技术 • 试验与运行 • 总结
发电机变压器保护基本原理
备注
发电机、变压器保护基本原理
• 发电机的不正常运行状态
发电机本体并未发生故障，由于其他设备故障或误操作等引起的发电机不 正常运行状态。这些状态不被发现和清除将可能引起发电机本体的故障。
类型 区外短路引起的不正常运行状态
系统问题引起的不正常状态
误操作等问题引起的不正常状态 配合电厂正常操作的运行状态
A
B
C
TV1 3U0
U TV2
3Uz
Uz IF
A
B
C
TV1 3U0
U TV2
3Uz
IF Uz
UR
励磁
系统
87G
IN1
87GS
IN2 IN
I0
Un
发电机内部图示
UR
励磁
系统
Un
发电机、变压器保护基本原理
• 大机组的特点及其对保护的影响
1）大型机组有效材料利用率提高 ①机组惯性常数明显下降，使发电机易于失步； ②发电机热容量与铜损和铁损之比显著下降，机组的过负荷能力下降，定子转子 过负荷需采取反时限特性。 2）电机参数的变化 电抗增大，定子、转子绕组电阻普遍减小 ①短路比减小，短路电流水平下降，要求保护更加灵敏； ②时间常数增大，非周期分量电流衰减慢，非周期分量的长期存在，使暂态短路 电流在若干个周期内不通过零点，使断路器断流条件恶化，同时也易使TA饱和； ③平均异步转距降低，失磁后滑差增大，从系统中吸取更多的无功，对系统不利。
发电机、变压器保护基本原理
• 大机组与小机组保护配置的差异
• 小机组保护配置
差动保护、匝间保护、复压过流保护、95% （50MW以上100%） 定子接地保护、转子一点、两点接地保护、失磁保护、过电压保 护、过负荷保护（50MW以上机组反时限）、负序过负荷保护 （50MW以上机组反时限）等。
• 大机组保护配置
瓦斯保护
发电机、变压器保护基本原理
• 变压器其他保护
故障类型 变压器外部短路故障不正常运行保护
变压器本体不正常运行保护 变压器正常运行启动通风
保护功能 复压过流保护
阻抗保护 零序电流保护 零序电压保护 间隙零序电流保护
压力保护 绕组温度保护 油温温度保护
油位保护 通风故障保护
启动通风
备注
发电机、变压器保护基本原理
失磁对发电机的危害： （1）出现滑差，使转子过热； （2）电流增大，定子过热，定子端部漏磁增强，使端部的部件等过
热； （3）有功无功剧烈摆动，发电机周期性超速，威胁机组安全。
一次典型的失磁过程机端电压、电流波形
失磁时的功率、转子电压变化波形
失磁时的机端阻抗轨迹
t0
t2 t1
t0: 正常运行 t1: 进入静稳圆 t2:进入异步圆
过流 过负荷 过励磁 油位降低 油温过高 压力过大 通风系统故障 启动通风
备注 高压侧接地
发电机、变压器保护基本原理
• 发电机内部故障障保护
内部非短路性故障保护 励磁系统故障保护
汽轮机、锅炉热工系统故障和 误操作保护
保护功能 纵向差动保护 不完全纵差保护 单元件横差保护 裂相横差保护 纵向零序电压匝间保护 转子两点接地保护 定子接地保护 启停机保护 转子一点接地保护
力，后动作于解列灭磁； 3）水轮机一般不装设低频保护、反时限负序电流保护； 4）水轮机的三次谐波匝电势分布不同于汽轮机，其三次
谐波电压定子接地保护灵敏度较低。
发电机、变压器保护基本原理
• 发电机的故障形式
故障类型 定子侧故障
转子侧故障
故障名称 定子单相接地故障
相间故障 匝间故障 转子一点接地故障 转子两点接地故障 失磁故障
依靠瓦斯保护或压力保护； 5）变压器纵差保护范围内，除包括各侧绕组外，还包括变压器的铁芯，存
除了配置以上保护外，还需配置：过励磁保护、失步保护、逆功 率保护、程序逆功率保护、频率保护、启停机保护、误上电保护、 励磁绕组过负荷等。
发电机、变压器保护基本原理
• 水轮发电机与汽轮发电机保护配置的差异
1）水轮机只配转子一点接地保护，无两点接地保护； 2）失磁保护：水轮机动作于解列灭磁，汽轮机可先减出
发电机阻抗保护 过负荷保护 失步保护
发电机过励磁保护 低频、过频保护 过电压保护 误上电保护 程序逆功率保护
备注 定、反时限 定、反时限
发电机、变压器保护基本原理
• 失磁保护
失磁对系统的危害： （1）吸收无功，导致母线电压降低，易使系统电压崩溃； （2）引起其他发电机过载； （3）由于有功摆动，可能导致振荡。
• 变压器纵差与发电机纵差的不同
1）变压器各侧电流互感器型号、饱和特性不同，各侧相电流的相位也可能 不同，导致外部短路时，不平衡电流大；
2）变压器高压绕组常有调压分接头，有时还带负荷调节，导致不平衡电流 增大；
3）发电机纵差无法反映匝间短路，而变压器纵差对匝间短路有作用； 4）对变压器绕组和发电机定子绕组的开焊故障，纵差均不能反映，变压器
失磁保护判据
• 常用失磁保护判据
– 定子阻抗判据：静稳圆 或异步圆 – 转子电压判据：低电压判据、变励磁低电压判据 – 低电压判据：母线电压或机端电压 – 减出力有功判据 – 无功反向辅助判据
发电机、变压器保护基本原理
• 变压器内部故障保护
故障类型
保护功能
备注
变压器内部短路故障保护
变压器纵差保护 零序差动保护
故障名称 对称过流 负序过流
失步 低频、过频
过负荷 过励磁 过电压 过励磁 逆功率 误上电 程序逆功率
备注 定子过热 转子过热
误强励或甩负荷 误关主汽门
发电机、变压器保护基本原理
• 变压器的故障形式
类型 变压器内部故障
变压器不正常运行状态
配合变压器冷却系统正常工作的运行状态
故障名称 相间短路 接地短路 匝间短路
失磁保护 逆功率保护 热工保护 失磁保护
备注
定子侧
转子侧 定子侧 转子侧
发电机、变压器保护基本原理
• 发电机其他保护
故障类型 发电机外部短路故障不正常运行保护
由于系统问题引起的不正常运行保护 误操作等不正常运行保护 发电机正常停机保护
保护功能 发电机对称过流保护 发电机负序过流保护 发电机复压过流保护
南瑞继保：陈 俊
Tel:025-52100568 E-mail:chenj@
RCS-985 发电机变压器组保护
• 发电机、变压器保护基本原理 • 项目来源 • 装置的总体方案 • 装置的关键技术 • 试验与运行 • 总结
发电机变压器保护基本原理
备注
发电机、变压器保护基本原理
• 发电机的不正常运行状态
发电机本体并未发生故障，由于其他设备故障或误操作等引起的发电机不 正常运行状态。这些状态不被发现和清除将可能引起发电机本体的故障。
类型 区外短路引起的不正常运行状态
系统问题引起的不正常状态
误操作等问题引起的不正常状态 配合电厂正常操作的运行状态
A
B
C
TV1 3U0
U TV2
3Uz
Uz IF
A
B
C
TV1 3U0
U TV2
3Uz
IF Uz
UR
励磁
系统
87G
IN1
87GS
IN2 IN
I0
Un
发电机内部图示
UR
励磁
系统
Un
发电机、变压器保护基本原理
• 大机组的特点及其对保护的影响
1）大型机组有效材料利用率提高 ①机组惯性常数明显下降，使发电机易于失步； ②发电机热容量与铜损和铁损之比显著下降，机组的过负荷能力下降，定子转子 过负荷需采取反时限特性。 2）电机参数的变化 电抗增大，定子、转子绕组电阻普遍减小 ①短路比减小，短路电流水平下降，要求保护更加灵敏； ②时间常数增大，非周期分量电流衰减慢，非周期分量的长期存在，使暂态短路 电流在若干个周期内不通过零点，使断路器断流条件恶化，同时也易使TA饱和； ③平均异步转距降低，失磁后滑差增大，从系统中吸取更多的无功，对系统不利。
发电机、变压器保护基本原理
• 大机组与小机组保护配置的差异
• 小机组保护配置
差动保护、匝间保护、复压过流保护、95% （50MW以上100%） 定子接地保护、转子一点、两点接地保护、失磁保护、过电压保 护、过负荷保护（50MW以上机组反时限）、负序过负荷保护 （50MW以上机组反时限）等。
• 大机组保护配置
瓦斯保护
发电机、变压器保护基本原理
• 变压器其他保护
故障类型 变压器外部短路故障不正常运行保护
变压器本体不正常运行保护 变压器正常运行启动通风
保护功能 复压过流保护
阻抗保护 零序电流保护 零序电压保护 间隙零序电流保护
压力保护 绕组温度保护 油温温度保护
油位保护 通风故障保护
启动通风
备注
发电机、变压器保护基本原理
失磁对发电机的危害： （1）出现滑差，使转子过热； （2）电流增大，定子过热，定子端部漏磁增强，使端部的部件等过
热； （3）有功无功剧烈摆动，发电机周期性超速，威胁机组安全。
一次典型的失磁过程机端电压、电流波形
失磁时的功率、转子电压变化波形
失磁时的机端阻抗轨迹
t0
t2 t1
t0: 正常运行 t1: 进入静稳圆 t2:进入异步圆
过流 过负荷 过励磁 油位降低 油温过高 压力过大 通风系统故障 启动通风
备注 高压侧接地
发电机、变压器保护基本原理
• 发电机内部故障障保护
内部非短路性故障保护 励磁系统故障保护
汽轮机、锅炉热工系统故障和 误操作保护
保护功能 纵向差动保护 不完全纵差保护 单元件横差保护 裂相横差保护 纵向零序电压匝间保护 转子两点接地保护 定子接地保护 启停机保护 转子一点接地保护
力，后动作于解列灭磁； 3）水轮机一般不装设低频保护、反时限负序电流保护； 4）水轮机的三次谐波匝电势分布不同于汽轮机，其三次
谐波电压定子接地保护灵敏度较低。
发电机、变压器保护基本原理
• 发电机的故障形式
故障类型 定子侧故障
转子侧故障
故障名称 定子单相接地故障
相间故障 匝间故障 转子一点接地故障 转子两点接地故障 失磁故障
依靠瓦斯保护或压力保护； 5）变压器纵差保护范围内，除包括各侧绕组外，还包括变压器的铁芯，存
除了配置以上保护外，还需配置：过励磁保护、失步保护、逆功 率保护、程序逆功率保护、频率保护、启停机保护、误上电保护、 励磁绕组过负荷等。
发电机、变压器保护基本原理
• 水轮发电机与汽轮发电机保护配置的差异
1）水轮机只配转子一点接地保护，无两点接地保护； 2）失磁保护：水轮机动作于解列灭磁，汽轮机可先减出
发电机阻抗保护 过负荷保护 失步保护
发电机过励磁保护 低频、过频保护 过电压保护 误上电保护 程序逆功率保护
备注 定、反时限 定、反时限
发电机、变压器保护基本原理
• 失磁保护
失磁对系统的危害： （1）吸收无功，导致母线电压降低，易使系统电压崩溃； （2）引起其他发电机过载； （3）由于有功摆动，可能导致振荡。
• 变压器纵差与发电机纵差的不同
1）变压器各侧电流互感器型号、饱和特性不同，各侧相电流的相位也可能 不同，导致外部短路时，不平衡电流大；
2）变压器高压绕组常有调压分接头，有时还带负荷调节，导致不平衡电流 增大；
3）发电机纵差无法反映匝间短路，而变压器纵差对匝间短路有作用； 4）对变压器绕组和发电机定子绕组的开焊故障，纵差均不能反映，变压器
失磁保护判据
• 常用失磁保护判据
– 定子阻抗判据：静稳圆 或异步圆 – 转子电压判据：低电压判据、变励磁低电压判据 – 低电压判据：母线电压或机端电压 – 减出力有功判据 – 无功反向辅助判据
发电机、变压器保护基本原理
• 变压器内部故障保护
故障类型
保护功能
备注
变压器内部短路故障保护
变压器纵差保护 零序差动保护
故障名称 对称过流 负序过流
失步 低频、过频
过负荷 过励磁 过电压 过励磁 逆功率 误上电 程序逆功率
备注 定子过热 转子过热
误强励或甩负荷 误关主汽门
发电机、变压器保护基本原理
• 变压器的故障形式
类型 变压器内部故障
变压器不正常运行状态
配合变压器冷却系统正常工作的运行状态
故障名称 相间短路 接地短路 匝间短路
失磁保护 逆功率保护 热工保护 失磁保护
备注
定子侧
转子侧 定子侧 转子侧
发电机、变压器保护基本原理
• 发电机其他保护
故障类型 发电机外部短路故障不正常运行保护
由于系统问题引起的不正常运行保护 误操作等不正常运行保护 发电机正常停机保护
保护功能 发电机对称过流保护 发电机负序过流保护 发电机复压过流保护