摘要
随着电力工业的迅速发展，我国大容量发电厂不断增多，它们在电力系统中地位更显重要。为保证整个电力系统的安全经济运行，我们应对电厂配置可靠性、灵敏性、选择性和速动性都很好的保护装置。
本次设计的题目是《大型发电机-变压器组继电保护设计》，其主要内容包括大型发电机和变压器的故障、异常运行及其保护方式的阐述；大型发电机组的特点及对继电保护的要求；大型发电机-变压器组继电保护的特点及配置原则以及对300MW汽轮发电机-变压器组继电保护总体配置情况的介绍和微机保护装置的选择；并且主要叙述了发电机-变压器组配置的部分保护的原理和相应的逻辑框图。最后简单介绍了一下微机保护装置的配置。
Abstract
With the rapid development of power industry, China's large-capacity power plants increasing their status in the power system is more important. In order to ensure the safety of the entire power system economic operation, we should plant configuration reliability, sensitivity, selectivity and the liquid of very good protection device.
The design is entitled "Large Generator - Transformer Relay Protection Design Group", which includes large-scale generators and transformer failure, abnormal operation and the protection of the way; the characteristics of large-scale generating units and relay requirements; large generator - transformer unit characteristics and configuration of relay protection principles as well as the 300MW turbo-generator - transformer unit the overall configuration of relay protection of the introduction and the choice of microprocessor-based protection devices; and the main generator described - Transformer part of the protection group configuration of the principle and the corresponding logic diagram. Finally, a brief introduction about the configuration of microprocessor-based protection devices.
目录
摘要 (1)
Abstract (1)
前言 (2)
第一章概述 (3)
第一节发变组可能发生的故障和异常运行状况 (3)
1.1发电机可能发生的故障和异常运行情况 (3)
1.2变压器可能发生的故障和异常运行情况 (4)
第二章发变组保护配置的原则及特点 (5)
第一节发变组保护配置的原则及要求 (5)
第二节大型发变组的继电保护特点 (6)
第三章30万汽轮发电机－变压器组的保护配置 (7)
第一节30万汽轮发电机－变压器组一次接线图 (7)
第二节30万汽轮发变组互感器的配置 (8)
第三节30万汽轮发变组保护配置及动作行为 (8)
第四章发变组保护原理及逻辑框图 (10)
第一节反映短路故障的保护 (10)
1.1发电机的差动保护 (10)
1.2变压器的纵联差动保护 (15)
1.3发电机匝间短路保护 (16)
1.4转子两点接地保护 (19)
1.5复合电压起动的过电流保护 (20)
1.6阻抗保护 (22)
第二节反映接地故障的保护 (23)
2.1定子接地保护 (23)
2.2转子一点接地保护 (24)
2.3主变接地保护 (25)
第三节反映异常运行的保护 (28)
3.1发电机定子对称过负荷保护 (28)
3.2发电机转子表层过负荷保护 (29)
3.3发电机转子过负荷保护 (29)
3.4发电机失磁保护 (30)
3.5发电机逆功率保护 (32)
3.6发电机失步保护 (33)
3.7发电机低频保护 (34)
3.8发电机起停机保护 (35)
3.9发电机意外突加电压保护 (36)
3.10高压断路器非全相运行保护 (36)
3.11高压断路器断口闪络保护 (37)
3.12高压断路器失灵保护 (38)
第四节非电量保护 (38)
第五章微机保护装置的配置 (40)
附录一 (43)
结束语 (44)
前言
毕业设计是大学生涯中的一个重要环节，其目的主要是我们对在校三年所学的专业理论知识的一个总结，同时又提高了我们的自学能力。通过毕业设计我们对实际的工程设计有了初步的了解，对所学的知识有了全面系统的认识。更重要是提高了我们独立地分析和解决问题的能力。
本设计题目是大型发电机-变压器组继电保护设计，其主要内容包括大型发电机和变压器的故障、异常运行及其保护方式的阐述；大型发电机组的特点及对继电保护的要求；大型发电机-变压器组继电保护的特点及配置原则以及对300MW汽轮发电机-变压器组继电保护总体配置情况的介绍和微机保护装置的选择；并且主要叙述了发电机-变压器组配置的保护的原理和相应的逻辑框图。
在本次设计过程中，杨晓敏老师给了我很大的帮助，在她精心的辅导下，我顺利地完成了毕业设计的任务。在此，我对杨晓敏老师表示由衷的感谢。另外，我也要感谢同学们对我的帮助。
由于我的水平有限，时间仓促，书中难免存在缺点、错误，敬请各位老师给予指正。
2009-5-17
第一章概述
第一节发变组可能发生的故障和异常状况
1.1发电机可能发生的故障和异常运行状况
发电机的安全运行对保证电力系统的正常工作和电能质量起着决定性的作用，同时发电机本身也是十分贵重的电气设备，因此，应该针对各种不同的故障和不正常运行状态，装设性能完善的继电保护装置。发电机的故障类型主要有：①定子绕组相间短路②定子一相绕组内的匝间短路③定子绕组单相接地④转子绕组一点接地或两点接地⑤由于转子绕组断线、励磁回路故障或灭磁开关误动等原因造成的转子励磁电流消失或降低，即发电机失磁等。发电机的不正常运行状态主要有：①由于外部短路引起的定子绕组过电流②由于负荷超过发电机额定容量而引起的定子绕组三相对称过负荷③由外部不对称短路或不对称负荷(如单相负荷，非全相运行等)而引起的转子表层过负荷④由于突然甩负荷而引起的定子绕组过电压⑤由于励磁回路故障或强励时间过长而引起的转子绕组过负荷⑥由于汽轮机主汽门突然关闭而引起的发电机逆功率等⑦因系统振荡而引起的发电机失步异常运行⑧发电机过激磁运行及汽轮机低频运行等
针对以上故障类型及不正常运行状态，发电机应装设以下继电保护装置：
（1）对1MW以上发电机的定子绕组及其引出线的相间短路，应装设纵差动保护。
（2）对直接连于母线的发电机定子绕组单相接地故障，当单相接地故障电流(不考虑消弧线圈的补偿作用)大于表7．1规定的允许值时，应装设有选择性的接地保护装置。对于发电机一变压器组，对容量在100MW以下的发电机，应装设保护区不小于定子绕组串联匝数90％的定子接地保护，对容量在100 MW及以上的发电机，应装设保护区为100％的定子接地保护，保护带时限动作于信号，必要时电可以动作于切机。
（3）对于发电机定子绕组的匝间短路，当定子绕组星形接线、每相有并联分
支且中性点侧有分支引出端时，应装设横差保护；200MW及以上的发电机有条件时可装设双重化横差保护。
（4）对于发电机外部短路引起的过电流，可采用下列保护方式：
1)负序过电流及单元件低电压启动过电流保护，一般用于50MW及以上的发电机；
2)复合电压(包括负序电压及线电压)启动的过电流保护，一般用于1MW以上的发电机；
3)过电流保护，用于1MW及以下的小型发电机；
4)带电流记忆的低压过流保护，用于自并励发电机。
（5）对于由不对称负荷或外部不对称短路而引起的负序过电流，一般在50MW 及以上的发电机上装设负序过电流保护。
（6）对于由对称负荷引起的发电机定子绕组过电流，应装设接于一相电流的过负荷保护。
（7）对于水轮发电机定子绕组过电压，应装设带延时的过电压保护。
（8）对于发电机励磁回路的一点接地故障，对IMW及以下的小型发电机可装设定期检测装置；对1MW以上的发电机应装设专用的励磁回路一点接地保护。（9）对于发电机励磁消失故障，在发电机不允许失磁运行时，应在自动灭磁开关断开时连锁断开发电机的断路器；对采用半导体励磁以及100MW及以上采用电机励磁的发电机，应增设直接反应发电机火磁时电气参数变化的专用失磁保护。
1.2变压器可能发生的故障和异常运行状况
一、变压器的故障和异常运行方式
电力变压器是电力系统中十分重要的元件，它的故障将对供电可靠性和系统的正常运行带来严重的影响。为了防止电力变压器发生各类故障和异常运行对电力系统安全运行造成不应有的损失，根据有关规程规定，应对变压器的故障和异常运行方式设立相应的继电保护。
变压器的故障：油箱内故障和油箱外故障。油箱内故障：绕组的相间短路、接地短路、匝间短路以及铁心的烧损等。油箱外的故障：套管和引出线上发生的相间短路和接地短路。
变压器的不正常运行状态：
过电流
中性点过电压
过负荷
油面降低。
对大容量变压器，还会发生变压器的过励磁故障。
二、变压器保护的配置原则
1. 电力变压器的主保护
（1）瓦斯保护
对于容量在800kVA及以上的油浸式变压器和400kVA及以上的车间内油浸式变压器，应装设瓦斯保护。
（2）纵联差动保护或电流速断保护
为防止变压器绕组、套管及引出线上的故障，根据变压器容量的不同，应装设纵联差动保护或电流速断保护。
2. 电力变压器的后备保护
（1）对于外部相间短路引起的变压器过电流，应采用下列保护
1）过电流保护。
2）复合电压起动的过电流保护。
3）负序电流及单相式低电压起动的过电流保护。
（2）对于外部接地短路引起的变压器过电流保护,应装设：
1）零序电流保护。
2）零序方向元件。
3）零序过电压保护，中性点装放电间隙及零序电流保护等。
第二章发变组保护配置的原则及特点
第一节发变组保护配置的原则及要求大型发变组结构复杂，有可能发生多种类型的故障和异常运行工况，因此需要设置几十种保护，并要求这些保护既有明确职责范围又能相互配合。目前国内已经形成各种不同的保护功能的配置方案，这些都大同小异，但又各具特点。遵循以下原则：1.各项保护功能配置完善； 2.选用的保护原理性能优良，有成熟的运行经验，满足各项技术要求；3.实现双重化配置；4.组屏合理，双重化的两套保护系统应分屏设置，非电量保护和电气量保护也应分屏设置，以确保在发变组不停运状况下可以对其中任何一套保护系统进行检修、调整、调试，同时要求二次回路设计正确简明，接线安全可靠；5.保护系统应尽可能结构简单，具备友好的人机界面，合理的通信组网功能。各项保护功能投退和整定操作清晰简便，支持现场调试和调整功能，易于使用和维护；6.保护出口设计合理，配置灵活，以满足紧急状态下不同的动作要求和允许根据实际运行条件方便地进行调整。
发变组保护功能可按设备故障性质分故障保护和异常运行保护两大类；按输入量性质分为电气量保护和非电气量保护两大类；按保护对象分为电气设备故障和动力机械设备故障两大类。故障保护用以反映保护区域内发生的各种相间短路、匝间短路及接地短路等各种类型的短路故障。这些故障会对发变组造成直接破坏，这类保护构成发变组的保护主体，通常称为主保护。另外，还需要考虑发变组主保护失效，以及辅机和外部相连系统的故障对发变组的破坏问题，也需要配置保护，通常称为后备保护因此故障保护可分为主保护和后备保护。
异常保护用以反映各种可能对发变组造成危害的异常运行工况，包括可能不利于动力机械设备的异常工况，不过这些工况可能不会很快或不会直接
造成对机组的破坏，为异常工况配置的保护通常也归于后备保护的范畴。
第二节大型发变组的继电保护的特点
一、大型发电机-变压器组的继电保护的特点
发电机-变压器组的接线方式在电力系统中获得了广泛的应用。发电机和变压器在单独运行时可能出现的各种故障和异常运行状态，在发电机-变压器组中都可能发生。因此，发电机-变压器组的保护与发电机，变压器的类型基本相同。
由于发电机-变压器组相当于一个工作单元，故某些同类型的保护可以合并，例如全组公共的纵差动保护、后备保护和过负荷保护等，减少就保护的总套数，提高了经济性。发电机-变压器组保护的特点如下。
（一）纵差动保护的特点
（1）当发电机和变压器之间无断路器时，一般共用一套纵差动保护，如图2—1（a）所示。该种接线方式适用于容量不大的机组或发电机装有横差动保护的机组，对于容量为100MW以上的机组或采用一套共用纵差动保护对发电机内部故障的灵敏性不满足要求时，应加装发电机纵差动保护，如图2—1（b）所示。
（2）当发电机和变压器间有断路器时，发电机和变压器应分别装设纵差动保护，厂用分支线也应包括在变压器的纵差动保护范围内，如图2—1（c）所示。
（二）后备保护的特点
发电机-变压器组的后备保护，同时兼作相邻元件的后备保护。当实现后备保护而使保护装置接线复杂时，可缩短对相邻线路后备作用范围，但对相邻母线上的三相短路应有足够的灵敏性。
发电机-变压器组后备保护的电流元件应接在发电机中性点侧的电流互感器上，电压元件接在发电机端的电压互感器上。当有厂用分支线时，后备保护应带两段时限；以第一段时限动作跳开变压器高压侧断路器，以第二段时限跳开各侧断路器及发电机的灭磁开关。
对于大型发电机-变压器组，为确保快速切除故障，可采用双重纵差动保护，在发电机-变压器组高压侧加装一套后备保护，作为相邻母线保护的后备，其接线图如图2—1（d）所示。
图2-2-1 发电机—变压器组纵差保护的配置
（a）公用一套纵差动保护（b）发电机和变压器分别装设纵差动保护
（c）发电机和变压器间有断路器时的纵差动保护（d）双重化纵差动保护
（三）发电机侧接地保护的特点
发电机-变压器组中发电机单相接地时，由于发电机电压系统所连接元件不多，接地电容电流较小（小于5A）,因此接地保护可采用简单的零序电压保护或完善的100%定子接地保护，并动作于信号。
第三章30万汽轮发变组的保护配置
第一节30万汽轮发变组组一次接线图这一章，以某300MW、220KV发变组保护的工程为例说明。对不同容量的机组和不同的接线方式，设计方案各有不同。下图为30万汽轮发电机-变压器组的一次接线图。
上图可知，该发变组采用单元接线，发电机出口侧没有装设断路器，发电机中性点经TV6接地。
主变压器高压侧接入220kv系统，220kv侧采用双母线双分段接线（分段未画出），主变压器高压侧中性点直接接地或经放电间隙接地。
高压厂用工作变压器采用低压分裂绕组变压器，其高压侧从发电机出口处引接，两个低压绕组分别6kv高压厂用工作母线的A、B段上。
第二节30万汽轮发变组互感器的配置
1.电流互感器的配置
发电机中性点侧装设了3组电流互感器（TA1～TA3），定子绕组两中性点上装设了零序电流互感器（TA01），机端装设了3组电流互感器（TA4～TA6）；励磁机两侧各装设了一组电流互感器（TA31～TA32）。
主变压器高压侧并装设了3组电流互感器（TA7～TA9），主变压器中性点侧共装设了2组零序电流互感器（TA14、TA15）。
高压厂用工作变压器高压侧装设了2组电流互感器（TA10、TA11），低压侧两分支各装设了2组电流互感器（A段：TA12、TA13，B段：TA14、TA15）。
2.电压互感器的配置
发电机机端装设了2组电压互感器（TV1、TV2）。保护所需的发电机中性点侧电压，从TV6取得；主变压器高压侧，从220KV母线电压互感器TV3取得；高压厂用变压器低压侧电压，从6KV高压厂用工作母线A、B段上装设的电压互感器（TV4、TV5）取得。
第三节30万发变组保护配置及动作行为
一、300MW汽轮发电机-变压器组继电保护配置
1.发－变组故障及异常保护
（1）发电机差动保护（发差）；
（2）主变压器差动保护（主变差）；
（3）发－变组差动保护（大差）；
（4）高压厂用变压器差动保护（厂变差）；
（5）匝间短路保护（匝间）；
（6）100%定子接地保护（定子接地）；
（7）转子一点接地保护（转子接地）；
（8）定子过负荷保护（定子过负荷）；
（9）转子表面负序过负荷保护（负序过负荷）；
（10）发电机复合电压起动的过电流保护（复压过流）；
（11）励磁绕组过负荷保护（励磁过负荷）；
（12）过电压保护（过压）；
（13）主变压器或发电机的过激磁保护（过激磁）；
（14）发电机逆功率保护（逆功率）；
（15）程序跳闸逆功率保护（程跳逆功率）；
（16）失磁保护（失磁）；
（17）失步保护（失步）；
（18）低频保护（低频）；
（19）起停机保护（起停机）；
（20）误上电保护；
（21）主变压器阻抗保护（阻抗）；
（22）主变压器间隙零序保护（间隙零序）；
（23）主变压器零序过电流保护（主变零序）；
（24）高厂变压器高压侧复合电压起动的过电流保护（厂变过流）；
（25）高厂变压器低压A、B分段过电流保护（厂变过流）；
2.非电量保护
（1）主变压器瓦斯保护；
（2）主变压器压力释放保护；
（3）主变压器冷却器故障保护；
（4）主变压器绕组温度；
（5）主变压器油温；
（6）主变压器油位；
（7）高厂变压器瓦斯保护；
（8）高厂变压器压力释放保护；
（9）高厂变压器冷却器故障保护；
（10）高厂变压器油温；
（11）高厂变压器油位；
3.其他保护
（1）发电机断水保护；
（2）断路器非全相和断口闪络保护；
（3）热工保护；
（4）励磁系统故障保护；
二、保护装置的控制对象
各保护装置动作后所控制的对象，依保护装置的性质、选择性要求和故障处理方式的不同而不同。对于发电机双绕组变压器组通常有以下几种处理方式：
全停：停汽机、停锅炉、断开高压侧断路器、灭磁、断开高压厂用变压器低压侧断路器、使机炉及其辅机停止工作。
解列灭磁：断开高压侧断路器、灭磁、断开高压厂用变压器低压侧断路器。
解列：断开高压侧断路器。
减出力：减少原动机的输出功率。
发信号：发出声光信号或光信号。
母线解列：对双母线系统，断开母线联络断路器，缩小故障波及范围。
发变组保护配置及其部分动作行为表
第四章发变组保护原理及逻辑框图
第一节反映短路故障的保护
1.1发电机的差动保护
一、发电机纵差保护的接线方式
由于发电机结构的特殊性，发电机纵差保护根据获取电流的方式不同，又分为完全纵差保护和不完全纵差保护两种。
1. 发电机完全纵差保护
发电机完全纵差保护是利用比较发电机每相定子绕组首末两端全相电流的大小和相位的原理构成的。根据纵差保护的基本原理，发电机完全纵差保护能够灵敏的反映发电机定子绕组及引出线的相间短路故障，但对定子绕组的匝间短路和定子绕组的分支开焊故障却没有作用。
2. 发电机不完全纵差保护
发电机不完全纵差保护是一种能同时反应发电机相间短路、匝间短路和分支绕组开焊故障的新型发电机纵差保护。它是通过比较发电机机端每相定子的全相电流和中性点侧每相定子的部分相电流大小和相位二构成。
不完全纵差保护之所以能够反应发电机内部各种短路和开焊故障不同相间和不同匝章间存在或大或小的互感联系，当未装设互感器的非故障定子分支绕组中感受到故障的发生，使不完全纵差保护动作。
图1-1 发电机纵差保护原理接线示意图 G ● ●
●
● 图1-2 不完全纵差动保护原理接线图 (a)中性点侧引出6个端子 (b)中性点侧引出4个端子
TA1
TA1
TA2
TA2
12,1b b I K K I =≥由此可见发电机完全纵差保护和不完全纵差保护均是比较发电机两侧同相电流的大小和相位而构成；不同的是完全纵差保护是比较每相定子首末两端的全相电流，而不完全纵差动保护是比较机端每相定子全相电流和中性点侧每相定子的部分相电流而构成。所以，两者的基本原理相同， 只是在保护的整定计算时有所不同。
二、发电机纵差保护的原理
随着发电机组的容量增大，对继电保护的不断提高，出现了各种不同原理的发电机纵差保护。一下对常用的两种原理进行介绍。
1.比率制动式发电机纵差保护原理：
其电流参考方向如图1-1所示，中性点侧电流的方向一指向发电机为正方向，机端侧电流一流出发电机为正方向。
（1） 动作电流和制动电流的定义：
为确保比率制动式发电机纵差保护正确动作，动作电流和制动电流分别为
动作电流
制动电流
式中 op I —动作电流
res I —制动电流
1I —机端侧定子相电流
2I —中性点侧定子全相电流或分支绕组电流 K ——平衡系数， ，当 时为完全纵差保护接线方式 ； 时为不完全纵差保护接线方式。
（2） 纵差保护的动作判据及动作特性：
纵差保护的动作判据为 12op b I I K I =－1212
res b I I K I =+1b K =1b K >()
op.min
res.min op.min res.min res.min op res op res res res I I I I I I K I I I I ≥<≥+->
式中 op I —差动电流 ,min op I —最小动作电流整定值，一般取（0.3～0.5）n I （n I 为发电机额定电流）；
res I —制动电流；
,min res I —最小制动电流整定值，一般取（0.8～1.0）n I ；
res K —比率制动式电流整定值，一般取0.3～0.5
当上式中的两个方程都满足时，差动元件动作。
下图为比率制动式发电机纵差保护的动作特性:
1.标积制动式发电机纵差保护原理
标积制动式发机电纵差保护是利用基波电流相量的标量构成的比率制动特性的差动保护，是相量幅值比率制动的另一种形式。电流参考方向仍然如图1-1所示，中性点侧电流的正方向指向发电机。标积制动式纵差保护的动作电流、制动电流及其动作判据为
动作电流 制动电流
动作判据 式中 θ—1I 和2I 之间的相位差；
图1－3 比率制动式发电机纵差保护的动作特性
12op I I I =－θcos 21?I I S res I =1212cos I I S
I I θ
-≥?Ires I K
S —标积制动系数，通常取1.0
（1）当发电机正常运行或保护区外短路时，1I =2I θ=0，制动量最大，动作量最小，保护可靠不动
（2） 当保护区内短路时，1I =-2I θ=0180，制动量为负值，呈现动作作用，动作量最大，保护动作，且灵敏。
采用标积制动式纵差保护可以大大提高反应发电机内部故障的灵敏度。标积制动式纵差保护和比率制动式纵差保护一样，也可以作为发变组的纵差保护；不过应增设防止涌流误动的二次谐波制动措施。
三． 发电机纵差保护逻辑框图
当发电机纵差保护的二相或三相差动元件同时动作时，纵差保护才出口跳闸；为防止一点在区内另一点在区外的两点接地故障发生，当有一相纵差元件动作且同时有负序电压时，纵差保护出口跳闸。
图1－4 发电机纵差保护逻辑框图
若只有一相纵差元件动作而无负序电压时，判为TA 断线；若负序电压长时间存在而无差电流时，判为TV 断线。
1.2变压器的纵联差动保护
一、变压器纵联差动保护的基本原理
变压器的纵联差动保护（简称纵差保护）不但可以正确区分内、外的短路，而且能瞬时切除保护区域内的故障。因此，变压器纵差保护是变压器的主保护之一。
变压器纵差保护基本原理与发电机纵差保护原理相似，按比较被保护变压器各侧电流的大小和相位的原理构成。为了实现这一比较，在变压器各侧装设一组电流互感器TA ，TA 的一次电流回路的机性端节母线侧，将TA 二次侧的同极性端子相连接。如图1-4所示双绕组变压器纵差保护单相原理接线图。显然，变压器纵差保护的范围为变压器各侧电流互感器TA 所限定的全部区域，即变压器高低压绕组、套管、引出线等。下面就图1-4所示双绕组变压器为例，分析变压器纵差保护原理。
1．正常运行和外部发生故障时 ()2
2111
r unb
I I I I I I K '
'''''==
=－
－
保护不动作
2. 变压器内部发生故障时
保护动作将故障切除。
变压器纵差保护与发电机纵差保护的不同之处：
1.变压器各侧的额定电压和额定电流各不相同，因各侧TA 的型号不同，而且各侧三相接线方式不尽相同，所以各侧相电流的相位也又可能不一致。这将使外部短路时不平衡电流增大，所以变压器纵差保护的最大制动系数比发电机的大，灵敏度相对较低。
2.变压器高压绕组有调压分接头，有的还要求带负荷调节，使变压器纵差保护已调整平衡的二次电流又被破坏，不平衡电流增大，这将使变压器纵差保护的最小动作电流和制动系数都相应增大。
3.对于定子绕组的匝间短路，发电机纵差保护完全没有作用，变压器各侧绕组的匝间短路通过变压器铁心磁路的耦合改变了各侧电流的大小和相位，使变压器纵差保护对匝间短路保护作用。
4.无论变压器绕组还是发电机定子绕组的开焊故障，它们的完全纵差保护均不能动作，但变压器还可以依靠瓦斯保护或压力保护。
5.变压器纵差保护范围除包括各侧绕组外，还包括变压器的铁心，即变压器综合差保护区域内不仅有电路还有磁路。这就违反了纵差保护原理基础。对于TA 还包括电路的纵差保护对象（如发电机、电动机、母线、电抗器等）。
1.3发电机匝间短路保护
由于大容量发电机的额定电流很大，其每相定子绕组都有两个并联的分支绕组构成。每个分支的匝间或分支之间的短路，就称为发电机定子绕组的匝间短路故障。当定子绕组匝间短路时，被短接的部分绕组内将产生大的环流，引起故障出温度升高，绝缘损坏，并转换为单相接地故障或相间短路故障，损坏发电机。因此在发电机上应装设定子匝间短路的匝间保护。根据发电机匝间短路时的特点，可以提出各种不同原理的匝间短路保护方案。 ()22111k r TA TA I I I I I I K k ''''''=+=+=
单元件式横联差动保护：发电机正常运行情况下，每相定子绕组的两个分支上电势相等，各供出一半负荷电流；当任一相绕组中发生匝间短路时，两个绕组中的电势不相等，因而在两个分支绕组中产生环流。根据这特点，构成了发电机的匝间短路保护—单元件式横联差动保护。
1.保护的接线及其特点如图1-5所示，单元件式横联差动保护采用一只电流互感器，装于两分支绕组中性点的连线上，利用分支绕组中性点之间连线上流过的零序电流来实现保护。且该保护由于只采用一只电流互感器，不存在电流互感器特性不同引起的不平衡电流，所以保护接线简单，灵敏度高。通常又称该保护为高灵敏的单元件式横联差动保护
。
(a)中性点侧有6个引出端子 (b)中性点侧有4个引出端子
该保护实质上是把定子三相绕组的一般绕组中的三相电流之和与三相绕组的另一半绕组中的三相电流之和进行比较，利用发生各种匝间短路时中性点连线上的环流而实现的。
因此该保护只适合于：
1）定子绕组中性点侧引出6个或4个端子的发电机
2）中性点侧引出端子较多的水轮发电机
2.保护原理分析
该保护原理接线如下图1-6：
U V W U V W
机壳
（1）正常运行或外部故障时
保护装置装设了三次谐波滤过器1，以消除三次谐波电流的影响，提高灵敏度。所以，正常运行或外部故障时，三次谐波滤过器1滤除了三次谐波产生的不平衡电流unb I ，通过带有延迟的保护装置2的电流小于其整定值，即0I ＜set I ，保护不动作。
（2）当定子绕组的同分支匝间短路时
当同分支匝间短路时，由于故障支路和非故障支路电动势不等，有环流0I 产生，中性点连线上的电流互感器有故障电流k I 流过当k I 电流大于保护的动作电流整定值时，保护动作于跳闸。
（3）定子绕组同相不同分支之间发生短路时
当同相的两个分支绕组间发生匝间短路，且12a a 时，由于两个支路的电动势差，分别产生两个环流'
0I 和"0I 。此时中性点连线上流过的电流k I ="
0I ，当k I 电流大于保护的动作电流整定值时，横联差动保护动作与跳闸。
（4）保护存在死区
有上述分析可知，单元件式横联差动保护又一定的死去。当定子绕组同分支短路且短路匝数a 很小时或者同相不同分支间的短路匝数相同及差别较小时，保护不能动作。 2
图1－6 单元件式横联差保护原理接线图 1-三次谐波滤过器；2－带有延时的保护装置
继电保护运行规程 元件保护 第一节发电机变压器保护 一、保护简介 发变组保护采用许继生产的ＷFB—100Q微机型发变组成套保护装置，包括发电机、主变压器常用高压变压器的保护装置，其由三块保护屏嵌装十一个箱体、一台工控机组成。装置采用分层式多CPU并行工作方式，下层十三个保护模块共同构成整套保护。上层单元管理机(工控机) 负责人机接口和全部信息处理，保护模块之间及保护模块与工控机之间相互独立。整套保护出口有： 1．全停1 跳发电机出口开关、高厂Ａ分支开关、高厂变Ｂ分支开关和灭磁开关及关汽机主汽门。 2．全停2 跳发电机出口开关、高厂变Ａ分支开关、高厂变Ｂ分支开关和灭磁开关及关汽机主汽门。 3．解列跳发电机出口开关和汽机甩负荷。 4．解列灭磁跳发电机出口开关、灭磁开关和汽机甩负荷。 5．减出力减出力至定值。 ６．母线解列跳110KV母联断路器。
７．厂用电切除跳高厂变Ａ分支开关、高厂变Ｂ分支开关，同时启动切换A、B分支厂用电。 ８．A分支解列跳高厂变A分支开关同时启动切换A分支厂用电。９．B分支解列跳高厂变B分支开关同时启动切换B分支厂用电。 二、保护A屏 1、保护屏组成： 其由一个ＷFB—105箱、两个ＷFB—108箱和一个XCK—103出口箱体构成。a、箱一WFB—105由三块交流变换、一块直流变换、两块出口、两块保护模块、一块稳压电源插件组成，完成有发电机差动、TA断线、失磁、转子一点接地和转子两点接地保护功能。 b、箱二WFB—108由三块交流变换、一块辅助信号、一块出口、两块保护模块、两块稳压电源插件组成，完成有定子接地、励磁变过流、励磁变过负荷、主变瓦斯、主变温度、主变压力释放及主变冷却系统故障保护功能。 c、箱三WFB—108箱由三块交流变换、一块辅助信号、一块出口、两块保护模块、两块稳压电源插件组成，完成有匝间保护、YH断线、发电机对称过负荷，发电机负序过流、发电机断水、励磁系统故障和热工保护(我厂没用) 保护功能。 d、箱四XCK—103出口器箱由八块NZK—98、一块NZK—98、一块NFJ—98和两块NSJ—98插件组成。NZK—98只用三块，其功能为全停1、全停2、解列、解
第八章发电机-变压器保护举例 本章以RCS-985发电机-变压器组成套保护装置为例。 第一节保护典型配置 一、概述 RCS－985采用了高性能数字信号处理器DSP芯片为基础的硬件系统，并配以32位CPU用作辅助功能处理。是真正的数字式发电机变压器保护装置。 RCS－985为数字式发电机变压器保护装置，适用于大型汽轮发电机、水轮发电机、燃汽轮发电机、抽水蓄能机组等类型的发电机变压器组单元接线及其他机组接线方式，并能满足发电厂电气监控自动化系统的要求。 RCS－985提供一个发电机变压器单元所需要的全部电量保护，保护范围：主变压器、发电机、高厂变、励磁变（励磁机）。根据实际工程需要，配置相应的保护功能。 对于一个大型发-变组单元或一台大型发电机，配置两套RCS-985保护装置，可以实现主保护、异常运行保护、后备保护的全套双重化，操作回路和非电量保护装置独立组屏。两套RCS-985取不同组TA，主保护、后备保护共用一组TA，出口对应不同的跳闸线圈，因此，具有以下优点： （1）设计简洁，二次回路清晰； （2）运行方便，安全可靠，符合反措要求； （3）整定、调试和维护方便。 二、保护功能配置及典型配屏方案 RCS-985装置充分考虑大型发电机变压器组保护最大配置要求。包括了主变、发电机、高厂变、励磁变（励磁机）的全部保护功能。 1．典型配置方案 如图8-1所示发-变组单元，发-变组按三块屏配置，A、B屏配置两套RCS-985A，分别取自不同的TA，每套RCS-985A包括一个发-变组单元全部电量保护，C屏配置非电量保护装置。图中标出了接入A屏的TA 极性端，其他接入B屏的TA极性端与A屏定义相同。 本配置方案也适用于100MW及以上相同主接线的发-变组单元。图中为励磁机的主接线方式，配置方案也适用于励磁变的主接线方式。 2．配置说明 （1）差动保护配置说明 1）配置方案：对于300MW及以上机组，A、B屏均配置发-变组差动、主变差动、发电机差动、高厂变差动。 2）差动保护原理方案：对于发-变组差动、变压器差动、高厂变差动，需提供两种涌流判别原理，如二次谐波原理、波形判别原理等，一般一套装置中差动保护投二次谐波原理，另一套装置投波形判别原理。 发电机差动也具有两种不同原理的比率差动：比率差动、工频变化量差动。 （2）后备保护和异常运行保护配置说明 A、B屏均配置发-变组单元全部后备保护，各自使用不同的TA。 1）对于零序电流保护，如没有两组零序TA，则A屏接入零序TA，B屏可以采用套管自产零序电流。此方式两套零序电流保护范围有所区别，定值整定时需分别计算。 2）转子接地保护因两套保护之间相互影响，正常运行时只投入一套，需退出本屏装置运行时，切换至另一套转子接地保护。 3．外加20Hz电源定子接地保护配置 配置外加20Hz电源定子接地保护时，需配置20Hz电源、滤波器、中间变流器、分压电阻、负荷电阻附加设备，附加设备单独组成一块屏。 4. 电流互感器配置说明
第二节变压器差动保护 1.概述 电气主设备内部故障的主保护方案之一是差动保护，差动保护在发电机上的应用是比较简单的，但是作为变压器内部故障的主保护，差动保护将有许多特点和困难。 变压器有两个和更多个电压等级，构成差动保护所用电流互感器的额定参数各不相同，由此产生的差动保护不平衡电流将比发电机大得多。 变压器每相原副边电流之差(正常运行时的励磁涌流)将作为变压器差动保护不平衡电流的一种来源，特别是当变压器过励磁运行时，励磁电流可达变压器额定电流的水平，势必引起差动保护误动作。更有甚者，在空载变压器突然合闸时，或者变压器外部短路被切除而变压器端电压突然恢复时，暂态励磁电流(即励磁涌流)的大小可与短路电流相比拟，在这样大的不平衡电流下，要求差动保护不误动，是一个相当复杂困难的技术问题。 正常运行中的变压器，根据电力系统的要求，需要调节分接头，这又将增大变压器差动保护的不平衡电流。 变压器差动保护能反应高、低压绕组的匝间短路，而匝间短路时虽然短路环中的电流很大，但流入差动保护的电流可能不大。 变压器差动保护还应能反应高压侧(中性点直接接地系统)经高阻接地的单相短路，此时故障电流也较小。 综上所述，差动保护用于变压器，一方面由于各种因素产生较大和很大的不平衡电流，另一方面又要求能反应具有流出电流的轻微匝间短路，可见变压器差动保护要比发电机差动保护复杂得多。 2.配置原则 对变压器引出线、套管及内部的短路故障，应装设相应的保护装置，并应符合下列规定： (1) 10MVA及以上的单独运行变压器和6.3MVA及以上的并列运行变压器，应装设纵联差动 保护。6.3MVA及以下单独运行的重要变压器，亦可装设纵联差动保护。 (2) 10MVA以下的变压器可装设电流速断保护和过电流保护。2MVA及以上的变压器，当电 流速断灵敏系数不符合要求时，宜装设纵联差动保护。 (3) 0.4MVA及以上，一次电压为10kV及以下，线圈为三角-星形连接的变压器，可采用两 相三继电器式的过流保护。 (4) 以上所述各相保护装置，应动作于断开变压器的各侧断路器。 3.要求达到的性能指标 (1) 具有防止区外故障误动的制动特性； (2) 具有防止励磁涌流引起误动的功能； (3) 宜具有TA断线判别功能，并能选择闭锁差动或报警，当电流超过额定电流的 1.5～2倍 时可自动解除闭锁； (4) 动作时间(2倍整定值时)不大于50ms； (5) 整定值允差±5%。 4.原理及其微机实现 4.1四方 4.1.1 保护原理 变压器差动包括主变差动、发变组差动、厂用变差动、起/备变差动、励磁变差动等，对于高压侧为500kV的一个半开关接线方式，发变组差动及主变差动保护应反应四侧的电流量。
1、原始资料 某发电厂要扩建一个新厂，安装两台发电机变压器组，主接线如图(a)所示。 已知参数如下： （1）发电机 e P =200MW ，cos ?=0.85，e U ==15.75kV ，195%d x =，' 24%d x =，'' 14.5%d x =；变压器e S =240MV A ，d U =0.105，接线Y ?-11，分接头 1212 2.5%15.75kV ±?，分级绝缘。 （2）相间短路后备保护范围末端两相短路时，流经发电机的最小短路电流为14900A 。 （3）110kV 母线上出线后备保护动作时间为6s 。出线的零序后备保护最大动作电流为3250A ，最大动作时间为5s 。在最大运行方式下，出线的零序后备保护范围末端接地短路时流经变压器的零序电流为620A ，故障线路上的零序电流为903A 。在最小运行方式下，出线末端金属接地短路时，流经变压器的最小零序电流为1100A 。 （3）保护设计所需的最大三相短路电流的计算结果如图(b)、(c)所示。它们是归算到115kV 的安数(括号内为最小三相短路电流值)。 （a ）主接线图
(b)110kV母线短路时，短路电流分布图： (c)15．75kV母线短路时，短路电流分布图 2、设计内容 ⑴、发电机变压器组的保护方式 发电机变压器组的容量为200MW，发电机与变压器之间无短路器，因此，除发电机变压器组需装设公用纵差动保护外，发电机、变压器均装设单独的纵差动保护。按照保护安装设规程，需安装的保护如下： ①、发电机变压器组：纵差动保护 ②、发电机：a、纵差动保护 b、定子接地保护（零序电压保护） c、定子绕组匝间短路保护 d、定子绕组过电压保护 e、相间短路的后备保护（负序过电流保护+低电压起动保护）
毕业设计 设计题目电力变压器保护设计系（部）电力工程系 学科专业供用电技术 班级 姓名 学号 指导教师 二〇一六年四月二十三日
工程学院毕业设计任务书
工程学院毕业设计成绩表
摘要 电力变压器是电力系统中不可缺少的重要设备，他的故障给供电可靠性和系统的正常运行带来严重的后果，同时大容量变压器也是非常贵重的元件，因此，必须根据变压器的容量和重要程度装设性能良好的、动作可靠的保护元件。 本文是笔者在阅读了大量专业资料、咨询了很多的专家和老师的前提下，按照指导老师所给的原始资料，通过系统的原理分析、精确的整定计算。做出的一套电力变压器保护方案。 关键词电力系统故障，变压器，继电保护，整定计算
ABSTRACT The transformer is the essential equipment in the electrical power system．Its breakdown might bring the serious influence to the power supply reliability and the system safely operation．At the same time the large capacity power transformer is the extremely precious equipment．Therefore．We must install the reliable relay protection installment according to the transformer capacity rankand the important degree． The article is about the relay protection of the transformer.I had consulted many experts and teachers before I finished the article．At the same time the massive specialized materials was consulted by me． It is not diffcult to understand the logical organiztion of the article for readers．And the article will bring the usful help to the comrades who is working as a electrical engineer. Keywords Power System Fault Condition, Power Transformer, Relay
对于发电机可能发生的故障和不正常工作状态,应根据发电机的容量有选择地装设以下保护。 (1)纵联差动保护:为定子绕组及其引出线的相间短路保护。 (2)横联差动保护:为定子绕组一相匝间短路保护。只有当一相定子绕组有两个及以上并联分支而构成两个或三个中性点引出端时,才装设该种保护。 (3)单相接地保护:为发电机定子绕组的单相接地保护。 (4)励磁回路接地保护:为励磁回路的接地故障保护。 (5)低励、失磁保护:为防止大型发电机低励(励磁电流低于静稳极限所对应的励磁电流)或失去励磁(励磁电流为零)后,从系统中吸收大量无功功率而对系统产生不利影响,100MW及以上容量的发电机都装设这种保护。 (6)过负荷保护:发电机长时间超过额定负荷运行时作用于信号的保护。中小型发电机只装设定子过负荷保护;大型发电机应分别装设定子过负荷和励磁绕组过负荷保护。 (7)定子绕组过电流保护:当发电机纵差保护范围外发生短路,而短路元件的保护或断路器拒绝动作,这种保护作为外部短路的后备,也兼作纵差保护的后备保护。 (8)定子绕组过电压保护:用于防止突然甩去全部负荷后引起定子绕组过电压,水轮发电机和大型汽轮发电机都装设过电压保护,中小型汽轮发电机通常不装设过电压保护。 (9)负序电流保护:电力系统发生不对称短路或者三相负荷不对称(如电气机车、电弧炉等单相负荷的比重太大)时,会使转子端部、护环内表面等电流密度很大的部位过热,造成转子的局部灼伤,因此应装设负序电流保护。 (10)失步保护:反应大型发电机与系统振荡过程的失步保护。 (11)逆功率保护:当汽轮机主汽门误关闭,或机炉保护动作关闭主汽门而发电机出口断路器未跳闸时,从电力系统吸收有功功率而造成汽轮机事故,故大型机组要装设用逆功率继电器构成的逆功率保护,用于保护汽轮机。 变压器保护配备一般根据变压器的容量和电压等级。小型变压器配过流和速断保护就够了，甚至可以用熔断器保护；中型变压器（1250kVA以上）可以再加上瓦斯保护；更大的变压器（如6300kVA以上）一般应再配备差动保护。 变压器保护配置的基本原则 1、瓦斯保护: 800KVA及以上的油浸式变压器和400KVA以上的车间内油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。瓦斯保护用来反应变压器油箱内部的短路故障以及油面降低，其中重瓦斯保护动作于跳开变 压器各电源侧断路器，轻瓦斯保护动作于发出信号。 2、纵差保护或电流速断保护: 6300KVA及以上并列运行的变压器，10000KVA及以上单独运行的变压器，发电厂厂用或工业企业中自用6300KVA及以上重要的变压器，应装设纵差保护。其他电力变压器，应装设电流速断保护，其过电流保护的动作时限应大于0.5S。对于2000KVA以上的变压器，当电流速断保护灵敏度不能满足要求时，也应装设纵差保护。纵差保护用于反应电力变压器绕组、套管及引出线发生的短路故障，其保护动作于跳开变压器各电源侧断路器并发相应信号。 3、相间短路的后备保护: 相间短路的后备保护用于反应外部相间短路引起的变压器过电流，同时作为瓦斯保护和纵差保护（或电流速断保护）的后备保护，其动作时限按电流保护的阶梯形原则来整定，延时动作于跳开变压器各电源侧断路器，并发相应信号。一般采用过流保护、复合电压起动过电流保护或负序电流单相低电压保护等。
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/1817120587.html, 水电站发电机变压器保护原理及继电保护方式 作者：张伟周桂林 来源：《科学与财富》2018年第09期 摘要：在水电站发电机变压器中安装继电保护装置，可以保障变压器的稳定运行，使水电站为用户提供可靠的电力。基于此，笔者从水电站发电机变压器的保护原理入手，根据继电保护的原则以及变压器常见的多种故障，对变压器的继电保护方式进行了分析，变压器主要包括短路故障的主保护、后备保护以及接地故障的保护这三种继电保护方式，从整体上保障了变压器的稳定运行，有助于水电站的长久运行。 关键词：水电站；变压器；继电保护 前言：在水电站发电机变压器的正常运行中，难免会产生一些故障，对电力系统的稳定运行造成不利影响。为了解决这一问题，大部分水电站都会采用继电保护方式对变压器进行保护，避免变压器故障的影响范围进一步扩大。而且继电保护装置可以及时提醒水电站的运维人员排除变压器故障，从而保障电力系统的稳定运行。因此，对于水电站发电机变压器保护原理及继电保护方式分析具有一定的实践意义。 1.水电站发电机变压器保护原理 1.1定子接地继电保护原理 当水电站发电机变压器内部的定子出现单相接地现象的时候，会导致匝间短路、相间短路以及接地短路，对变压器的正常运行造成不利影响，从而危害到整个电力系统。因此，水电站需要对变压器进行保护，通常是在变压器定子的中性点配备高阻，对暂态过电压进行控制，为变压器提供全面的保护。如果在继电保护的过程中，变压器出现了其他故障，则继电保护装置会自动跳闸，从根本上保护变压器。 1.2变压器继电保护装置 对于水电站发电机而言，主要涉及到主变压器以及厂用变压器这两种变压器，主变压器应用的继电保护装置包括差动装置、重瓦斯装置以及零序装置等，在变压器运行时，技术人员需要根据发电机以及变压器的实际运行状况，选择适当的零序过电流加入到继电保护装置中，实现变压器的保护；厂用变压器应用的继电保护装置主要是在开关柜中安装保护装置。；两种变压器的继电保护装置通过工控机进行连接，使变压器的接线更为简便，有助于继电装置的管理以及维护[1]。
1 继电保护相关理论知识 1.1 继电保护的概述 研究电力系统故障和危及安全运行的异常工况，以探讨其对策的反事故自动化措施。因在其发展过程中曾主要用有触点的继电器来保护电力系统及其元件（发电机、变压器、输电线路等），使之免遭损害，所以沿称继电保护。 1.2.1 继电保护的任务 当电力系统发生故障或异常工况时，在可能实现的最短时间和最小区域内，自动将故障设备从系统中切除，或发出信号由值班人员消除异常工况根源，以减轻或避免设备的损坏和对相邻地区供电的影响。 1.2.2继电保护基本原理和保护装置的组成 继电保护装置的作用是起到反事故的自动装置的作用，必须正确地区分“正常”与“不正常”运行状态、被保护元件的“外部故障”与“内部故障”，以实现继电保护的功能。因此，通过检测各种状态下被保护元件所反映的各种物理量的变化并予以鉴别。依据反映的物理量的不同，保护装置可以构成下述各种原理的保护：（1）反映电气量的保护 电力系统发生故障时，通常伴有电流增大、电压降低以及电流与电压的比值(阻抗)和它们之间的相位角改变等现象。因此，在被保护元件的一端装没的种种变换器可以检测、比较并鉴别出发生故障时这些基本参数与正常运行时的差别．就可以构成各种不同原理的继电保护装置。 例如：反映电流增大构成过电流保护； 反映电压降低(或升高)构成低电压(或过电压)保护； 反映电流与电压间的相位角变化构成方向保护； 反映电压与电流的比值的变化构成距离保护。 除此以外．还可根据在被保护元件内部和外部短路时，被保护元件两端电流相位或功率方向的差别，分别构成差动保护、高频保护等。 同理，由于序分量保护灵敏度高，也得到广泛应用。 新出现的反映故障分量、突变量以及自适应原理的保护也在应用中。
广东省飞来峡水利枢纽管理处技术规程 发电机、变压器继电保护装置检验规程 FLX/SJdz04-2012 发电机、变压器继电保护装置检验规程 1 范围 1.1本规程规定了飞来峡电厂继电保护装置的检验项目、内容、工艺要求、质量标准以及检验内容。 1.2本规程适用于飞来峡电厂发电机、变压器继电保护装置维护、检验和技术管理等工作。 1.3飞来峡水利枢纽管理处的生产管理人员和运行操作人员应了解本规程，各级自动化技术人员应熟知本规程，担负继电保护装置维护、检验的工作人员应熟悉本规程。 2 执行标准 下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。 2．1 GB 7261—2008 继电器及继电保护装置基本试验方法 2．2 GB 14285—2006 继电保护和安全自动装置技术规程 2．3 GB/T 15145—94 微机线路保护装置通用技术条件 2．4 GB 50171—92 电气装置安装工程盘、柜及二次回路结线施工及验收规范 2．5 DL/T 478—2001 静态继电保护及安全自动装置通用技术条件 2．6 DL/T 995-2006 继电保护和电网安全自动装置检验规程 2．7 DL/T 624—1997 继电保护微机型试验装置技术条件 2．8 国电调[2002]138号文《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》继电保护实施细则 2．9 国电发[2000]589号文《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》 2．10《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》 3 发电机、变压器保护配置及技术参数
一、填空题 1、发电机在（定子绕组机端）发生单相接地时，机端零序电压为相电压，在（定子绕组中性点处）发生单相接地时，机端零序电压为零。 2、发电机单相接地时，较大的接地电流能在故障点引起电弧时，将使定子绕组的（绝缘和定子铁芯)烧坏，也容易发展成为危害更大的定子绕组相间或(匝间短路)，因此，发电机应装设定子绕组单相接地保护。 3、利用基波零序电压的发电机定子单相接地保护不能作为(100％定子接地)保护，有死区。 4、发电机励磁回路接地保护，分为(一点接地)保护和(两点接地)保护。 5、当发电机带有不对称负荷或系统中发生不对称故障时，在定子绕组中将有（负序电流)，在发电机中产生(反向)的旋转磁场，于是在转子中产生倍频电流，引起附加损耗，导致转子过热。 6、发电机在电力系统发生不对称短路时，在(转子)中就会感应出(100Hz)电流。 7、在变压器瓦斯保护中，轻瓦斯保护动作于（信号），重瓦斯保护动作于（跳闸）。 8、变压器中性点间隙接地的接地保护采用(零序电流继电器)与(零序电压继电器)并联方式构成，带有0.5s 的时限。 9、变压器复合电压起动的过电流保护，负序电压主要反应（不对称）短路故障，正序电压反应（对称）短路故障。 10、变压器充电时，励磁电流的大小与断路器合闸瞬间电压的相位角α有关，当（90α=?)时，不产生励磁涌流；当（0α=?）时，合闸磁通由零增至2m φ，励磁涌流最大。 二、选择题 1、发电机解列的含义是(B)。 A ：断开发电机断路器、灭磁、甩负荷 B:断开发电机断路器、甩负荷 C:断开发电机断路器、灭磁 2、发电机出口发生三相短路时的输出功率为(C)。 A ：额定功率 B ：功率极限 C ：零 3、发电机装设纵联差动保护，它作为(C)保护。 A ：定子绕组的匝间短路 B ：定子绕组的相间短路 C ：定子绕组及其引出线的相间短路
变压器纵差保护与发电机纵差保护的区别 变压器内部电气故障主要是：各侧绕组的匝间短路、中性点直接接地侧绕组的单相短路、内部引线和套管故障、各侧绕组相间短路。 发电机内部短路故障为：定子绕组不同相之间的相间短路、同相不同分支之间和同相同分支之间的匝间短路，兼顾定子绕组开焊故障，但不包括各种接地故障。 变压器纵差保护与发电机纵差保护一样，也可采用比率制动方式或标积制动方式达到外部短路不误动和内部短路灵敏动作的目的。 纵联差动保护（比率制动式纵差保护）是比较被保护设备各引出端电气量（例如电流）大小和相位的一种保护。 变压器纵差保护与发电机纵差保护的区别如下： 1、变压器各侧额定电压和额定电流各不相等，因此各侧电流互感器的型号一定不同，而且各侧三相接线方式不尽相同，所以各侧相电流的相位有也可能不一致，将使外部短路时不平衡电流增大，所以变压器纵差保护的最大系数比发电机的大，灵敏度相对来说要比较低。 2、变压器绕组常有调压分接头，有的还要求带负荷调节，使变压器纵差保护已调整平衡的二次电流又被破坏，不平衡电流增大，这样将使变压器纵差保护的最小动作电流和制动系数都要相应加大。 3、对于定子绕组的匝间短路，发电机纵差保护完全没有作用。变压器各侧绕组的匝间短路，通过变压器铁芯磁路的耦合，改变了各侧电流的大小和相位，使变压器纵差保护对匝间短路有作用。 4、无论变压器绕组还是发电机定子绕组的开焊故障，它们的完全纵差保护均不能起到保护作用而动作，但变压器还可以依靠瓦斯保护或压力保护。 5、变压器纵差保护范围除包括各侧绕组外，还包含变压器的铁心，即变压器纵差保护区内不仅有电路还有磁路，明显违反了纵差保护的理论基础（基尔霍夫电流定律）。而发电机的纵差保护对象内只有电路的联系，在没有故障时，不管外部发生什么故障，各相电流的矢量和总为零。 发电机纵差保护的工作原理是怎样的？ 发电机纵差保护是根据差流法的原理来装设的。其原理接线图如下： 在发电机中性点侧与靠近发电机出口断路器QF处，装设性能、型号相同的两组电流互感器TA1、TA2，来比较定子绕组首尾端的电流值和相位，两组电流互感器，按环流法连接，差流回路接入电流继电器Ⅰ-Ⅰ. 在正常时，中性点与出口侧的电流数值和相位都相同，差流回路没有电流，继电器Ⅰ-Ⅰ不会动作。 在保护范围外发生短路故障，与正常运行时相似，差流回路也没有电流，保护也不会动。在保护范围内发生故障，流经电流继电器Ⅰ-Ⅰ的电流，为TA1、TA2电流互感器二次电流之差，继电器Ⅰ-Ⅰ启动，保护装置将动作。这就是发电机纵差保护的基本工作原理。 纵差保护2 变压器纵差保护是利用比较变压器两侧电流的幅值和相位的原理构成的。把变压器两侧的电流互感器按差接法接线，在正常运行和外部故障时，流入继电器的电流为两侧电流之差，其值接近为零，继电器不动作；在内部故障时，流入继电器的电流为两侧电流之和，其值为短路电流，继电器动作。 由此可见，变压器两侧电流互感器的接线正确与否，直接影响到纵差保护的动作可靠性。将
现提供资料供大家参考。 第一章发电机变压器保护的整定计算 目前，国内对大型发电机变压器保护的整定计算，大多数参考或按照DL/T684－1999大型发电机变压器继电保护整定计算导则。 通过实践表明：大型发电机变压器继电保护整定计算导则的内容，基本上是正确的。但也存在一些不足，主要的不足之处是：可操作性差、说理性不强及灵活性差。 本章，将重点阐述某些发电机变压器保护的整定计算依据、整定计算方法以及如何灵活取值。第一节发电机及变压器差动保护的整定计算 一发电机纵差保护 目前，国内生产的微机型发电机差动保护，按照接入电流来分类有：完全纵差保护、不完全纵差保护；若按动作特性分类，则有比率制动式纵差保护、标积制动式纵差保护及故障分量比率制动式纵差保护。而应用最多的是比率制动式纵差保护，其次是标积制动式纵差保护。完全纵差和不完全纵差的区别，是接入发电机中性点的电流不同。完全纵差保护接入发电机中性点的全部电流，而不完全纵差保护则引入中性点的（n—每相定子绕组支路数）电流。因此，完全纵差和不完全纵差的实质不同处是：当不通过软件修正差动两侧的平衡系数时，前者两侧差动TA的型号、变比可完全相同，而后者两侧差动TA的型号、变比不可能完全相同。 完全纵差和不完全纵差的构成框图完全相同，均可采用具有比率制动特性的保护装置或具有标积制动特性的保护装置，还可以采用反应故障分量的比率制动式保护装置。 1 比率制动式发电机纵差保护 具有比率制动特性的差动保护，其动作特性如图7－1所示。 图7－1 差动保护的比率制动特性 由图7－1可以看出：具有比率制动特性的差动保护的动作特性，可由A、B、C三点决定。A点或B点的纵坐标电流Idzo为差动保护的初始动作电流。B点的横坐标电流Izdo称之为拐点电流，它等于差动保护开始出现制动作用的最小电流。直线BC与横坐标夹角α的正切（即tgα）称之为动作特性曲线的斜率，近似称之为比率制动系数Kz。 Idzo、Izdo及Kz为具有比率制动特性差动保护的三要素。对该型差动保护的整定计算，实
电力变压器保护设计规范说明 电力变压器保护设计规范（GB／T50062—2008） 4·0·1电压为3～110kV，容量为63MV·A及以下的电力变压器，对下列故障及异常运行方式，应装设相应的保护装置： 1，绕组及其引出线的相问短路和在中性点直接接地或经小电阻接地侧的单相接地短路。2，绕组的匝间短路。 3，外部相间短路引起的过电流。 4，中性点直接接地或经小电阻接地的电力网中外部接地短路引起的过电流及中性点过电压。5，过负荷。 6，油面降低。 7，变压器油温过高、绕组温度过高、油箱压力过高、产生瓦斯或冷却系统故障。 4.0.2容量为0.4MV·A及以上的车间内油浸式变压器、容量为0.8MV·A及以上的油浸式变压器，以及带负荷调压变压器的充油调压开关均应装设瓦斯保护，当壳内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，应瞬时动作于信号；当产生大量瓦斯时，应动作于断开变压器各侧断路器。 瓦斯保护应采取防止因震动、瓦斯继电器的引线故障等引起瓦斯保护误动作的措施。当变压器安装处电源侧无断路器或短路开关时，保护动作后应作用于信号并发出远跳命令，同时应断开线路对侧断路器。 4.0.3对变压器引出线、套管及内部的短路故障，应装设下列保护作为主保护，且应瞬时动作于断开变压器的各侧断路器，并应符合下列规定： 1，电压为10kV及以下、容量为10MV·A以下单独运行的变压器，应采用电流速断保护。 2，电压为10kV以上、容量为10MV·A及以上单独运行的变压器，以及容量为6.3MV·A及以上并列运行的变压器，应采用纵联差动保护。 3，容量为10MV·A以下单独运行的重要变压器，可装设纵联差动保护。 4，电压为10kV的重要变压器或容量为2MV·A及以上的变压器，当电流速断保护灵敏度不符合要求时，宜采用纵联差动保护。 5，容量为0.4MV·A及以上、一次电压为10kV及以下，且绕组为三角一星形连接的变压器，可采用两相三继电器式的电流速断保护。 4.0.4变压器的纵联差动保护应符合下列要求： 1，应能躲过励磁涌流和外部短路产生的不平衡电流。 2，应具有电流回路断线的判别功能，并应能选择报警或允许差动保护动作跳闸。 3，差动保护范围应包括变压器套管及其引出线，如不能包括引出线时，应采取快速切除故障的辅助措施。但在63kV或110kV电压等级的终端变电站和分支变电站，以及具有旁路母线的变电站在变压器断路器退出工作由旁路断路器代替时，纵联差动保护可短时利用变压器套管内的电流互感器，此时套管和引线故障可由后备保护动作切除；如电网安全稳定运行有要求时，应将纵联差动保护切至旁路断路器的电流互感器。 4.0.5对由外部相间短路引起的变压器过电流，应装设下列保护作为后备保护，并应带时限动作于断开相应的断路器，同时应符合下列规定： 1，过电流保护宜用于降压变压器。 2，复合电压启动的过电流保护或低电压闭锁的过电流保护，宜用于升压变压器、系统联络变压器和过电流保护不符合灵敏性要求的降压变压器。 4.0.6外部相间短路保护应符合下列规定：
发电机、变压器与母线保护 编写李玉海
发电机保护 第一节基本概念 一发电机 发电机的作用是将汽轮机或水轮机输出的机械能变换成电能。 1 主要构成 发电机主要由定子和转子两部分构成。在定子与转子间留有适当的间隙，通常将该间隙称作为气隙。 极对数为1的三相交流同步发电机的结构示意图如图1所示。 在定子铁芯上设置有槽，每个定子槽分上槽和下槽，上槽及下槽中设置有定子绕组。每台发电机的定子绕组为三相对称式绕组，如图1中的a-x、b-y、c-z所示。所谓三相对称绕组是指三个绕组（即a-x、b-y、c-z）的匝数相等，其空间分布相对位置相距1200。在定子铁芯的上槽与下槽之间设置有屏蔽层。 在转子铁芯上也有槽，槽内设置有转子绕组（如图1中的W－j所示）。 图1 三相同步交流发电机结构示意图 为提高发电机的单机容量及降低铁芯及绕组的温度，各种发电机均设置有冷却系统。小型发电机一般采用空气冷却方式，也有采用氢冷式；对于大型汽轮发电机，通常采用水内冷及氢冷方式。 2 作用原理 在转子绕组中（图1中的W－j）通入直流，产生一恒定磁场（其两极极性分别为N－S）。发电机转子由汽轮机或水轮机拖着旋转，恒定磁场变成旋转磁场（通常称之气隙磁场）。转子旋转磁场切割定子绕组，必将在定子绕组产生感应电势。 由于转子磁场在气隙中按正弦分布，而转子以恒定速度旋转，从而使定子绕组中的感应电势按正弦波规律变化。 发电机并网运行时，定子绕组中出现感应电流，向系统输出电能。
3 发电机的额定转速 转子磁场旋转时，每转过一对磁极，定子绕组中的电势便历经一个周期。因此， 定子绕组中电势的频率可由每秒钟转过磁极的极对数来表示。设发电机的极对数（即 一个N、一个S）为P，每分钟的转速为n， 则频率 转速 (1) 汽轮发电机的极对数P＝1，当电网的频率f＝50赫时，n＝3000转/分。对于水轮 发电机，其极对数较多，故允许其转速转低，当P＝4时，水轮机的转速n=750转/分，当极对数P＝24时，其转速为125转/分。 4 两种旋转磁场 （1）直流激磁旋转磁场 直流激磁旋转磁场，又叫机械旋转磁场。在同步发电机转子上装设有转子绕组， 通入直流后产生直流激磁的磁极，当转子旋转时，在气隙形成旋转磁场。该旋转磁场 与转子无相对运动。气隙旋转磁场的转速与转子的转速相同。发电机正常运行时，转 速为同步速。 （2）交流激磁的旋转磁场 发电机定子三相对称电流流过三相对称绕组时，将在气隙中产生旋转磁场。该旋 转磁场由三相交流产生，故称交流激磁的旋转磁场。 发电机正常运行时，两种旋转磁场的转速均等于同步速，它们之间无相对运动。 又因为转子的转速也等于同步速，因此，定子旋转磁场与转子之间无相对运动，而转 子磁场紧拉着定子旋转磁场转动。 5 发电机的冷却方式 根据冷却介质流通的路途，同步发电机的冷却方式，可分为外冷式及内冷式两种。 外冷式又称之表面冷却方式，其冷却介质有空气及氢气两种；内冷式称之直接冷 却方式，其冷却介质有氢气及水两种。 当采用水冷却方式时，绕组为空心铜制绕组，冷却水直接由绕组内流通。 目前，大型汽轮发电机定子绕组的冷却方式，多采用水冷方式。有些发电机的转 子绕组也采用水内冷方式。将转子绕组及定子绕组均由水内冷冷却的发电机，称之双 水内冷发电机。 6 并网运行汽轮发电机电势与端电压的关系
YF-ED-J8308 可按资料类型定义编号 发电机变压器组高压断路器失灵保护分析实用版 In Order To Ensure The Effective And Safe Operation Of The Department Work Or Production, Relevant Personnel Shall Follow The Procedures In Handling Business Or Operating Equipment. （示范文稿） 二零XX年XX月XX日
发电机变压器组高压断路器失灵 保护分析实用版 提示：该解决方案文档适合使用于从目的、要求、方式、方法、进度等都部署具体、周密，并有很强可操作性的计划，在进行中紧扣进度，实现最大程度完成与接近最初目标。下载后可以对文件进行定制修改，请根据实际需要调整使用。 近年来，多次发生由于发电机变压器组高 压侧断路器一相拉不开，高压侧单相电流通过 变压器耦合使发电机非全相运行，在发电机回 路产生较大的负序电流，造成发电机转子严重 烧坏的事故。为此，不管发电厂电气主接线采 用哪种形式，也不管发电机变压器组高压断路 器采用哪种类型，根据DL400-91《继电保护和 安全自动装置技术规程》的要求，按照发电机 变压器组保护双重化和近后备保护配置原则， 在大型单元机组发电机变压器组保护中均配置
了失灵保护。当发电机变压器组高压侧断路器非全相运行时，失灵保护动作，跳开母联(或分段)断路器及发电机变压器组高压侧断路器所连接母线上的所有元件或与之相关的元件，保护发电机的安全。 1发电机变压器组失灵保护存在的问题 1.1失灵保护的复合电压闭锁问题 早期的失灵保护装置回路没有复合电压闭锁，失灵保护经常误动。后经改造，在失灵保护回路加装了复合电压闭锁，但是随着机组单机容量的增大，负序电流对发电机转子的危害加剧，要求在发电机变压器组高压侧断路器非
发电机变压器组高压断路器失灵保护分析(最新版) Safety management is an important part of enterprise production management. The object is the state management and control of all people, objects and environments in production. ( 安全管理 ) 单位：______________________ 姓名：______________________ 日期：______________________ 编号：AQ-SN-0207
发电机变压器组高压断路器失灵保护分析 (最新版) 近年来，多次发生由于发电机变压器组高压侧断路器一相拉不开，高压侧单相电流通过变压器耦合使发电机非全相运行，在发电机回路产生较大的负序电流，造成发电机转子严重烧坏的事故。为此，不管发电厂电气主接线采用哪种形式，也不管发电机变压器组高压断路器采用哪种类型，根据DL400-91《继电保护和安全自动装置技术规程》的要求，按照发电机变压器组保护双重化和近后备保护配置原则，在大型单元机组发电机变压器组保护中均配置了失灵保护。当发电机变压器组高压侧断路器非全相运行时，失灵保护动作，跳开母联(或分段)断路器及发电机变压器组高压侧断路器所连接母线上的所有元件或与之相关的元件，保护发电机的安全。
1发电机变压器组失灵保护存在的问题 1.1失灵保护的复合电压闭锁问题 早期的失灵保护装置回路没有复合电压闭锁，失灵保护经常误动。后经改造，在失灵保护回路加装了复合电压闭锁，但是随着机组单机容量的增大，负序电流对发电机转子的危害加剧，要求在发电机变压器组高压侧断路器非全相运行时，尽快解除复合电压闭锁，并且解除发电机变压器组失灵保护复合电压闭锁的逻辑关系要求。此项要求在新式的微机失灵保护装置中可以很容易满足，但在早期的失灵保护中很难满足，而对早期失灵保护的改造也确非易事。 1.2失灵保护装置启动判据及逻辑关系问题 早期的失灵保护装置启动判据是“断路器保护动作”和“相电流”组成的“与逻辑”，动作是经过一定延时后(时限大于断路器的跳闸时间与保护装置的返回时间之和再加裕度时间)，以较短时间跳开母联(或分段)断路器，再经一时限跳开所连接母线上的所有有源元件或跳开与之相关的元件，而按照《“防止电力生产重大事故的25项重点要求”继电保护实施细则》(简称《继电保护细则》)的要求，
电力变压器的保护配置 随着企业的快速发展，供电可靠性的要求不断提高，变压器的安全运行更是必不可少的条件。而合理可靠的保护配置是变压器安全运行的必备条件。现代生产的变压器，虽然在设计和材料方面有所改进，结构上比较可靠，相对于输电线路和发电机来说，变压器故障机会也比较少，但在实际运行中，仍有可能发生备种类型的故障和异常运行情况，这会对供电可靠性和系统的正常运行带来严重影响。为了满足电力系统稳定方面的要求，当变压器发生故障时，要求保护装置快速切除故障。 第一章电力变压器的故障及不正常工作状态 （一）变压器的故障 变压器的故障可以分为油箱外和油箱内两种故障。油箱外的故障，主要是套管和引出线上发生的相间短路和接地短路。油箱内的故障包括绕组的相间短路、接地短路、匝间短路以及铁芯的烧损等。油箱内故障时产生的电弧，不仅会损坏绕组的绝缘、烧毁铁芯，而且由于绝缘材料和变压器油因受热分解而产生大量气体，有可能引起变压器油箱的爆炸。因此，当变压器发生各种故障时，保护装置应能尽快的将变压器切除。实践表明，变压器套管和引出线上的相间短路、接地短路、绕组的匝间短路是比较常见的故障形式，而变压器油箱内发生相间短路的情况比较少。 （二）变压器的不正常运行状态 变压器的不正常运行状态主要有变压器外部短路和过负荷引起的过电流；中性点直接接地电力网中，外部接地短路引起的过电流及中性点过电压；风扇故障或漏油等原因引起冷却能力的下降等。这些不正常运行状态会使绕组和铁芯过热。大容量变压器在过电压或低频率等异常运行工况下会使变压器过励磁，引起铁芯和其他金属构件过热。变压器处于不正常运行状态时，继电保护应根据其严重程度，发出告警信号，使运行人员及时发现并采取相应的措施，以确保变压器
发电机保护原理 大型发电机的造价高昂，结构复杂，一旦发生故障遭到破坏，其检修难度大，检修时间长，要造成很大的经济损失。例如，一台20万kW的汽轮发电机，因励磁回路两点接地使大轴和汽缸磁化，为退磁需停机1个月以上，姑且不论检修费用和对国民经济造成的间接损失，仅电能损失就近千万元。大机组在电力系统中占有重要地位，特别是单机容量占系统容量较大比例的情况下，大机组的突然切除，会给电力系统造成较大的扰动。因此，发电机的安全运行对电力系统的正常工作、用户的不间断供电、保证电能的质量等方面，都起着极其重要的作用。 1．发电机故障形式 由于发电机是长期连续旋转的设备，它既要承受机身的振动，又要承受电流、电压的冲击，因而常常导致定子绕组和转子线圈的损坏。因此，发电机在运行中，定子绕组和转子励磁回路都有可能产生危险的故障和不正常的运行情况。一般说来，发电机的故障和不正常工作情况有以下几种：（1）定子绕组相间短路故障：定子绕组相间短路故障是对发电机危害最大的一种故障。故障时，短路电流 可能把发电机烧毁。
（2）定子绕组匝间短路：定子绕组匝间短路时，在匝间电压的作用下产生环流，可能使匝间短路发展为单相接地短路和相间短路。 （3）定子绕组接地故障：定子绕组的单相接地故障是发电机内较常见的一种故障，故障时，发电机电压系统的电容电流流过定子铁心，造成铁心烧伤，当此电流较大时将使铁心局部熔化。 （4）励磁回路接地故障：发电机励磁回路一点或两点接地时，一般说来，转子一点接地对发电机的危害并不严重，但一点接地后，如不及时处理，就有可能导致两点接地，而发生两点接地时，由于破坏了转子磁通的平衡，可能引起发电机的强烈振动，或将转子绕组烧损。 （5）定子绕组过负荷：超过发电机额定容量运行形成过负荷时，将引起发电机定子温度升高，加速绝缘老化，缩短发电机的寿命，长时间过负荷，可能导致发电机发生其他故障。 （6）定子绕组过电压：调速系统惯性较大的发电机，如水轮发电机或大容量的汽轮发电机，在突然甩负荷时，可能出现过电压，造成发电机绕组绝缘击穿。