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水电厂发电机变压器保护原理及继电保护措施1. 引言1.1 水电厂发电机变压器保护原理及继电保护措施水电厂发电机变压器是电力系统中至关重要的设备，其保护十分关键。
水电厂发电机变压器主要由发电机和变压器两部分组成，需要进行全面的保护来确保其稳定运行。
发电机变压器保护原理主要包括过电流保护、绕组温度保护和短路保护等。
过电流保护是指在发生故障时，通过检测电流大小来判断系统是否处于异常状态。
绕组温度保护则是通过监测变压器绕组温度来避免过热造成的损坏。
短路保护则是为了防止短路电流造成的设备损坏，需要及时断开故障电路。
继电保护是水电厂发电机变压器保护系统中不可或缺的一部分，其作用是监测电力系统中的各种参数，当发生故障时，及时采取措施以保护设备和人员安全。
继电保护措施包括了发电机变压器的各种保护功能，如差动保护、电流保护、零序保护等，能够有效地防止电力系统的运行异常。
水电厂发电机变压器保护的重要性不言而喻，只有做好保护工作，才能确保设备的正常运行，减少故障损失。
继电保护在保护系统中的作用举足轻重，其快速、准确地判断故障类型，能够对电力系统进行有效保护。
未来发展趋势是通过引入先进的监控技术和智能化系统，提高变压器保护系统的可靠性和安全性，以适应电力系统的不断发展和变化。
【内容结束】2. 正文2.1 发电机变压器保护原理发电机变压器是水电厂中最重要的设备之一，其正常运行对于水电厂的发电效率和设备寿命至关重要。
发电机变压器的保护工作显得尤为重要。
1. 过电流保护：通过监测发电机变压器的电流大小，一旦发生短路或过载现象，及时切断电路，确保设备和系统的安全运行。
2. 绕组温度保护：监测发电机变压器绕组的温度，一旦温度超过设定值，会对设备进行保护操作，避免由于过热而造成设备损坏。
3. 短路保护：当发生短路故障时，短路保护系统会迅速检测并切断电路，防止短路故障扩大，保护设备和人员的安全。
通过以上保护原理，可以有效保护发电机变压器的安全运行，避免设备损坏和事故发生。
电力系统继电保护原理习题第一章绪论1、什么是主保护、后备保护？什么是近后备保护、远后备保护？在什么情况下依靠近后备保护切除故障？在什么情况下依靠远后备保护切除故障？答：主保护是一次保护，当发生故障时瞬时动作；后备保护是在主保护不动作时再动作，一般有延时来判断主保护动作与否，它包括近后备和远后备.远后备保护是当主保护或断路器拒动时,由相邻电力设备或线路的保护来实现的后备保护.近后备保护是当主保护拒动时，由本电力设备或线路的另一套保护来实现的后备的保护；当断路器拒动时，由断路器失灵保护来实现后备保护2 、说明对电力系统继电保护有那些基本要求。
答：可靠性（安全性和信赖幸），速动性，灵敏性和选择性。
3、简要说明继电保护装置的一般构成以及各部分的作用.4、针对下图系统，分别在D1、D2、D3点故障时说明按选择性的要求哪些保护应动作跳闸。
第二章电网的电流保护1、分析电流保护中各段如何保证选择性？各段的保护范围如何,与哪些因素有关?2、什么是继电器的返回系数，增量动作继电器、欠量动作继电器的返回系数有什么区别？3、在图示网络中，试分析断路器1DL、4DL和9DL保护的最大和最小运行方式。
4、在图所示网络中,线路AB电源端装有三段式电流保护，线路BC装有二段式电流保护,均采用不完全星形接线方式，系数参数如图所示,线路AB和BC的最大负荷电流分别为2。
3A和2A，线路BC的过电流保护动作时限为3S，负荷自起动系数为1。
试计算：（1)、线路AB和BC各段电流继电器的动作电流和时间继电器的动作时限。
（2)、求出无时限电流速断的保护范围和校验Ⅱ、Ⅲ段的灵敏度。
()5、如图所示，对保护1进行三段式相间电流保护的整定计算。
，,,，，线路阻抗为0.4Ω/km，阻抗角为700，AB线最大负荷电流为170A。
电源阻抗，， ,，电源相电势为,，。
6、如图（a）所示网络中，线路AB装有三段式电流保护，各段保护的接线方式如图（b）所示.已知AB线路末端三相短路时的最大短路电流为1320A，末端三相短路时的最小短路电流为980A；限时电流速断保护的灵敏度为1.32.（a）（b)（1)计算保护1电流速断和限时电流速断保护的定值()（2)说明各段的接线方式，除此之外还有哪些常见接线方式?说明不同接线方式的异同及其特点。
继电保护—发电机保护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一个十分贵重的电气元件。
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。
一.发电机比率制动式差动保护纵联差动保护作为发电机定子相间故障的主保护，是根据差流法的原理来装设的。
其原理接线图如下：纵联差动保护原理接线图在发电机中性点侧与发电机机端处，装设性能、型号相同的两组电流互感器CT1、CT2，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。
正常运行时，中性点侧与机端侧电流和相位相同，差流回路没有电流（理性情况下），电流继电器不会动作。
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，保护也不会动作。
在保护范围内发生短路故障，流经电流继电器的电流为CT1、CT2二次电流之和，继电器启动，保护装置将出口动作跳开发电机出口开关、灭磁开关、关闭汽轮机主汽门。
为防止纵差保护在外部短路时误动，差动继电器动作电流Idz整定原则应按躲过不平衡电流Iunb，即：Idz=Krel* Iunb=Krel* Kaper*Kst*f i *Ik.ou.max/na式中Krel——可靠系数，取1.3~1.5.Ik.ou.max——外部最大短路电流（周期分量），应采用机端三相短路次暂态工频电流。
fi——电流互感器幅值误差，工程中要求不大于10%，故取fi=0.1。
Kst——电流互感器的同型系数。
发电机纵差保护用互感器是同一型号的，取Kst=0.5。
Kaper——考虑外部短路暂态非周期分量对电流互感器饱和的影响，一般为1.5~2.0，称为非周期系数。
按上述原则整定，从表面上看，发电机纵差保护灵敏度很高，实际上发电机定子绕组中性点附近发生短路时，若短路匝数很少，特别是经过过渡电阻短路时，流入纵差保护的电流并不大，保护存在动作死区。
因此在确保外部短路不误动的前提下，尽量减少纵差保护的动作电流，仍然是必要的。
发电机的主要保护1. 继电保护及自动装置的一般规定继电保护及自动装置是保证电网运行。
保护电气设备的主要装置，保护装置使用不当或不正确动作将会引起事故或事故扩大，损坏电气设备甚至整个电力系统瓦解。
1）继电保护盘的前后，都应有明显的设备名称，盘上的继电器、压板和试验部件及端子排都应有明显的标志名称，投入运行前由继保人员负责做好。
2）任何情况下，设备不容许无保护运行，若开关改非自动，应在有关调度和本厂领导同意下情况方可短时停用其中一部分保护。
3）继电保护和自动装置的投入、停用、试验或更改定值，如由系统调度管理的设备，则应按调度命令执行；如由本厂管理的设备，则应按值长命令执行。
4）运行人员一般只进行投入，切除装置的压板、控制开关（切换开关）和操作控制电源的操作，在事故处理或发生异常情况时，可以在查明图纸的情况下进行必要的处理，并做好必要记录。
5）运行人员处的继电保护图纸应经常保持正确完整。
当继电保护回路接线变动后，检修人员应及时送交异动报告和修改底图。
2．继电保护及自动装置的维护与管理1).值班人员在接班时，应巡视保护装置，并检查以下项目：（1）继电保护及自动装置罩壳是否完好，无过热、水蒸汽、异声等不正常现象。
（2）继电保护及自动装置信号应指示正确。
（3）继电保护及自动装置的运行方式,出口压板等应符合被保护设备的当时运行方式，（4）所有保护装置应保持清洁，做保护装置清洁工作时，要小心谨慎，对保护装置不可敲击，并注意固定不可靠的电阻，灯座，小线等。
（5）监视直流母线电压在220V左右，以防止因直流电压不正常而使保护装置拒动或误动作。
监视直流系统绝缘正常,以防止因系统绝缘降低或直流接地造成保护装置误动作（6）开关跳、合闸回路应良好（跳闸灯亮代表合闸回路正常，合闸灯亮代表跳闸回路正常；跳、合闸灯同时亮或不亮代表回路不正常）。
2).系统发生异常或事故时，值班人员应进行下列工作：（1）立即检查保护装置有无动作,哪些保护动作信号有指示。
第一节概述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一个十分贵重的电器元件，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。
一、故障类型及不正常运行状态：1．故障类型1)定子绕组相间短路：危害最大2)定子绕组一相的匝间短路：可能发展为单相接地短路和相间短路3)定子绕组单相接地：较常见，可造成铁芯烧伤或局部融化4)转子绕组一点接地或两点接地：一点接地时危害不严重；两点接地时，因破坏了转子磁通的平衡，可能引起发电机的强烈震动或将转子绕组烧损。
5)转子励磁回路励磁电流急剧下降或消失：从系统吸收无功功率，造成失步，从而引起系统电压下降，甚至可使系统崩溃。
2．不正常运行状态1)由于外部短路引起的定子绕组过电流：温度升高，绝缘老化2)由于负荷等超过发电机额定容量而引起的三相对称过负荷：温度升高，绝缘老化3)由于外部不对称短路或不对称负荷而引起的发电机负序过电流和过负荷：在转子中感应出100hz的倍频电流，可使转子局部灼伤或使护环受热松脱，而导致发电机重大事故。
此外，引起发电机的100hz的振动。
4)由于突然甩负荷引起的定子绕组过电压：调速系统惯性较大发电机，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。
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)由于汽轮机主气门突然关闭而引起的发电机逆功率：当机炉保护动作或调速控制回路故障以及某些人为因素造成发电机转为电动机运行时，发电机将从系统吸收有功功率，即逆功率。
二、保护类型：1．发电机纵差动保护：定子绕组及其引出线的相间短路保护2．横差动保护：定子绕组一相匝间短路的保护3．单相接地保护：对发电机定子绕组单相接地短路的保护4．发电机的失磁保护：反应转子励磁回路励磁电流急剧下降或消失5．过电流保护：反应外部短路引起的过电流，同时兼作纵差动保护的后备保护6．负序电流保护：反应不对称短路或三相负荷不对称时，发电机定子绕组中出现的负序电流7．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8．过电压保护：反应突然甩负荷而出现的过电压9．转子一点接地保护和两点接地保护：励磁回路的接地故障保护10．转子过负荷保护：11．逆功率保护：当汽轮机主汽门误关闭而发电机出口断路器未跳闸，发电机失去原动力而变为电动机运行，从电力系统中吸收有功功率。
危害：汽轮机尾部叶片有可能过热而造成事故。
一、作用原理下图为发电机纵差动保护的单相原理图，两组CT 特性、变比一致正常 区外接地时21I I = 0'2'1≈-=I I I j 21I I = CT 特性可选得尽量一致不平衡电流比变压器小 nlI K K K I d er tx g f bp M A X max.2...= 5.0=tx K二、整定计算两个条件：（1） 躲外部短路时的max .bp I m a x .2.bp K d I K I = （2） 躲大于发电机额f e I . （CT 二次断线时不误动）f e k dz I K I ..= 灵敏度 2min.≥=dzd lm I I K m i n.d I ——出口两相短路。
当一相定子绕组有两个及以上并联分支时，装设此种保护正常：21I I = 0/)(.2.1.=-=nl I I I j 匝间接地： dz ddJ I nlI nl I I I I >=+-=".".2.1./)2( 动作死区：（1） 同一分支：.0,0"≈≈d I α 保护不动（2） 同相两分支间：.0",21≈≈d I αα 保护不动 （3）不同相绕组匝间： 保护不动 缺点：接线复杂 实用接线：当发电机出现三次谐波电势时，且三相同相位，若任一分支与其与支路不相等，则中性点连线上会出现三次谐波环流。
该接线没有互感器特性不同而引起的灵敏度高，接线也较简单。
第四节发电机的单相接地保护一、发电机定子绕组单相接地的特点最常见的故障之一：定子绕组中性点不接地或经高阻抗接地。
它具有一般不接地系统单相接地短路特点故障点各相对地电压：故障点零序电压为 ....)()(3/1A dA dB dA do E U U U U αα-=++= 电流分布：见上页图：..)(...)('333333Aol do ol ol A of do of of E C j U C j I E C j U C j I αωωαωωαα-==-==..)().(A ol of d E C C j I αωα+-=二、利用基波零序分量的发电机定子单相接地保护视d I 大小，（发电机直接连接母线） d I 较大时——零序电流保护，动作于跳闸， （发变组）d I <允许值——零序电压保护， 动作于信号 （一） 基波零序电流保护对C 0T 的要求：（1） 三相对称负荷电流作用下，bp I 小 （2） )2(d。
（α较小）d I 很小 足够输出功率。
一般的C 0T 达不到足够的灵敏度，曾广泛采用交流助磁的C 0T 。
（二） 基波零序电压保护定值 躲3.U U bp高压侧 )1(d，发电机侧的0U一般15~30V 有死区100%定子接地保护：零序电压保护+附加支流电压的保护方式 加固定工频偏移电压 利用三次谐波电压第五节 发电机的负序过流保护一、负序电流保护的作用：2I ——转子过热，机械振动为了使转子不致过热，A t I 2*2*2I ——以发电机额定电流倍数表示的负序电流的标幺值A ——允许过热时间常数曲线表明： 发电机允许负序电流的时间是随2I 大小而变化 故称为反时限。
针对此情况，装设发电机负序过流保护二、负序定时限过流保护两段式 I 段 f e dz I I .'25.0= 经1t 延时动作于跳闸 Ⅱ段 f e dz I I ."21.0= 经2t 延时动作于信号分析（1） 在ab 段内： 1t >允t 对发电机不安全（2） 在bc 段内 1t <允t 未充分利用发电机对 的承受能力（3） 在cd 段内 发信号，由于运行人员处理，而靠近 点时，已>允t ,不安全 （4） 在de 段内， 保护根本不反应即不能与反时限电流曲线很好配合，且对热积累的过程不能反应。
三、负序反时限过流保护α-=2*2I At 或t A t I α+=2*2α——修正常数（考虑到转子的散热条件）第六节 发电机的失磁保护一、发电机的失磁运行及其产生的影响失磁故障指励磁突然全部消失或部分消失（低励）励磁电流低于静稳极限所对应的励磁电流） 1 失磁原因：三种（1）励磁回路开路，励磁绕组断线 灭磁开关误动作，励磁调节装置的自动开关误动，可控硅励磁装置中部分元件损坏（2） 励磁绕组由于长期发热，绝缘老化或损坏引起短路（3） 运行人员调整等。
发电机失磁后，它的各种电气量和机械量都会发生变化，且将危及发电机和系统的安全。
2 失磁后的基本物理过程：依据：功角特性关系： δsin dS Sd x x U E P +=sd Sd S S d x x U x x U E Q +-+=2cos δ 转子运动方程：)(22ac T J P P P dtd T --=δ T P ——原动机功率 P ——同步功率 ac P ——异步功率 22dtd δ——电气角加速度 J T ——机组的惯性时间常数（1） ↓d E T e P P .↓→不变T P P =→↑→→.δ转子加速当 090<δ 发电机未失步 ——同步振荡阶段090=δ（静稳定极限角）——临界失步状态90>δ T P P < 转子加速愈趋剧烈 异步运行阶段，这时原动机的调速装置在转子加速的影响下，使汽门关小，↓T P（2） ↓↓→Q E d 当090=δ时，sd S x x U Q +-=2即从系统吸收感性无功功率，090>δ，吸收↑↓↑→I U Q f .图圆为发电机以不同的有功功率P 临界失步时，机端测量阻抗的轨迹，圆内为失步区。
在发电机超过同步转速后，转子回路中将感应出频率为 2s f f f -电流，（f f 发电机转速的频率，s f 系统频率） 该电流将产生异步功率ac P 当 T ac P P =即进入稳态的异步运行阶段。
3．失磁后的影响 ： 对电力系统：(1) 吸收Q .↓→U 无功储备不足，将因电压崩溃而瓦解(2) 大后备保护动作，故障扩过电流其它发电机→↑→↓→Q U (3) 失磁→失步→振荡→甩负荷 对发电机（1）转子中s f f f -的差频电流→过热 （2）转差率↑→-=sfs f f f s 吸→↓-→↑.)1(.2ss R Q 定子过电流→ 发热 （3） 转速→↑.振动气轮发电机：ac P 较大s<0.5%可稳定运行.—— 可异步运行一段时间 水轮发电机ac P 较小 s 很大..↑↑→I Q 发热厉害，故不允许失磁异步运行 可见：失磁后，若不失步，无直接危害。
失步后，对发电机及系统有不利影响。
故应装设失磁保护。
二、失磁发电机机端测量阻抗的变化轨迹通常采用等有功阻抗圆。
等无功圆（临界失步阻抗圆）和等电压阻抗圆来分析。
（一） 等有功阻抗圆：失步前。
P 基本不变——— 等有功过程PQtg e PU jx P U jX e e P U jx jQ P jQ P jQ P P U jx jQ P U U U I U jx I jx I U I U Z j S S S sj j S SS SSSS fS S fSf S ff f 1222222^^.........2)2()1(2.2..--=++=++=+-++-=+-=+=+==ϕωωϕϕϕ圆的方程式特点：（1） 圆的大小与P 有关 ↑→P 圆↓（2） 失磁前，发电机向系统送无功，Q 为正，f Z 位与第Ⅰ象限失磁后，随Q 的变化，Q 由正→负，f Z 从Ⅰ→Ⅳ象限，圆越小，从Ⅰ→Ⅳ快 。
（3） 圆的位置与j S x 有关，若S x =0， 圆心在实轴上，f Z 很容易进入第Ⅳ象限 可见，失磁后， 向第四象限移动，且最终将稳定在第四象限内 （二） 等无功阻抗圆（临界失步圆）=+-=→=s d S x x U Q 2090δ常数 ϕϕ2222..22)1(2j d d d d S j S S S f f f e x x j x x j jx e Q j U jX jQ P U I U Z ++--=+-=+-==圆周为发电机以不同的有功功率P 临界失步时，机端测量阻抗的轨迹，圆内为失步区。
（三） 临界电压阻抗圆临界电压值： 发电机失磁后，系统某一点电压下降到是机组不能稳定运行，此电压值称为临界电压值 （)S B MU U =)((..)..S B S B f S X X I j I Z X X jI U U +-=+-=整理后： 22222222)1()1(S T S X M M X X M M X R -=--++三、失磁保护的主要判据MX X X R X X R X X j Z jX Z U U jIX I Z jIX U U S B B S B B S B BB f B =--+-+=+--=-=-=2222....)()(|)(|||||||。
