水电站发变组保护原理及配置介绍

也可动作于跳闸。
励磁变后备保护 设有两段过流保护，过流I段无延时动作，过流II段延时0.5S动作。
励磁变反时限过负荷保护
思考：发电机出口PT故障或断线，如何处理？
二.主变保护配置
主变差动保护设有差动速断、比率差动、工频变化量比率差动
主变复压过流保护
主变接地后备保护：零序过流保护作为主变压器中性点接地运行时的后 备保护。设有两段两时限零序过流保护。
故障未切除，由第二段继续跳主变高压侧开关、GCB等切除故障
假设故障发生则I母上，则故障切除，主变仍可继续运行。
主变间隙后备保护 主变中性点间隙在击穿过程中，零序过流和零序过压交替出现，设置该 保护作为主变压器中性点不接地或经间隙接地运行时的后备保护。
只采用了零序过压和零序过流一时限零序
零序过压一时限动作于跳高压侧开关、GCB、FCB等，不停机 零序过流一时限动作于跳高压侧开关、GCB、FCB、停机等
励磁系统故障送保护跳闸信号有： 两套调节器控制电源全部消失、两套调节器同时报“同步相序故障、脉 冲计数故障、脉冲回读故障、AD采样故障、3个功率柜同时熔断器熔断”
任何一个信号均作为励磁系统严重故障，并将信号送保护系统跳发电机
出口断路器GCB和灭磁开关FCB。
转子接地保护： 由励磁系统乒乓式、注入式两套转子接地保护送跳闸信号至机组保护。
水电站发变组保护原理 及配置介绍
主要内容
3 1 2 3 保护配置情况介绍 机组相关保护原理 变压器相关保护原理
一.保护配置情况介绍
保护概述
水电站采用南瑞RCS985系列保护装置的水轮发电机组、主变压器、励 磁变和高厂变的保护，配置有5面保护屏，其中包括：两面发电机保护屏， 两面主变压器电量保护屏和一面主变压器非电量保护屏。
失步保护 失步保护反应发电机失步振荡引起的异步运行。
过电压保护
发电机过励磁保护
两种过负荷保护的区别 定子过负荷反应发电机对称类型故障 负序过负荷反应发电机不对称类型故障
两种过负荷保护的区别 定子过负荷反应发电机对称类型故障 负序过负荷反应发电机不对称类型故障
发电机意外充电保护 用于当发电机在盘车或启停机过程未并网的情况下，发电机的断路 器意外合闸，突然加上电压的保护。保护具备鉴别同期并网或非同期合
匝间保护
匝间保护
发电机复压闭锁过电流保护 用于发电机外部相间短路的后备保护。一般包括三个元件：1、低压元件；2、 负序电压元件；3、过流元件，桐子林采用经负序电压和相间低电压的复压闭锁。 电力系统出现故障时常伴随的现象是电流的增大和电压的降低，过流保护就 是通过系统故障时电流的急剧增大来实现的。但是由于大型设备、机械的起动也
思考：为什么不设置完全纵差保护？
参考文献 清华大学刘俊宏、王维俭、王祥珩—发电机 不完全纵差保护 清华大学王维俭, 徐振宇, 王祥珩—再论发电 机不完全纵差保护的设计
匝间保护原理 对于定子绕组为双Y接线且中性点具有四 个或六个引出线的发电机，保护装置反应发 电机两中性点连线上的电流，从而反应发电 机的内部匝间、内部相间短路和分支开焊故 障。
主变过励磁保护 过励磁保护用于防止变压器因过励磁引起的危害。过励磁保护反映变压 器低压侧的过励磁倍数。
主变非全相保护：延时0.5S跳主变高压侧开关、GCB、FCB等
厂高变过流保护
主变非电量保护 非电量保护的功能投、退由硬压板完成。
问题思考2
励磁变、厂高变为什么只设置后备保护？ 高压侧只在A、C相设置CT，B相未设置CT。
动作后果：跳GCB、跳FCB、启动GCB失灵。注意：不启动停机。
发电机起停机保护 反映发电机启动和停机过程中的定子接地及相间短路故障。对于定 子接地故障，配置零序过电压启停机保护；对发电机的相间故障，配置
发电机差流启停机保护。
• 外部输入跳闸信号
轴电流保护 发电机轴电流密度超过允许值，发电机转轴轴颈的滑动表面和轴瓦就会 被损坏。只用于报警。
会造成电流的瞬间增大，有可能造成保护的误动，为了防止其误动，在保护中增
加低电压元件，将PT电压引入保护装置中，构成低电压闭锁过流，只有在“电 流的增大和电压的降低”这两个条件同时满足时才出口跳闸，从而可区分过负荷 和过流，提高了过流保护的灵敏度。
定子接地保护
A套：基波零序电压95%+三次谐波电压型发电机100%定子接地保护
双端注入式转子接地保护原理
Rx为测量回路电阻，Ry为注入大功率电阻，Us为注入电源模块，
Rg 为转子绕组对大轴的绝缘电阻。
切换采样转子一点接地保护 转子接地保护可采用切换采样原 理（乒乓式），切换图中S1、S2 电 子开关，得到相应的回路方程，通过 求解方程，可以得到转子接地电阻 Rg，接地位置α。 一点接地设有两段动作值，灵敏 段动作于报警，普通段可动作于信号
保护发电机定子及其引线的单相接地。由反映基波保护范围在发电机机
端90%左右的零序过电压保护和通过比较发电机中性点的三次谐波电压和 发电机机端产生的三次谐波电压来保护定子绕组余下的10%,从而构成对
定子绕组的100%保护。
B套：外加电源定子接地保护
保护由定子接地保护注入电源装置提供20HZ的低频电源，将低频电压电流信号注 入到发电机定子绕组中，保护装置通过检测注入的低频电压、电流，计算出接地 故障的过渡电阻阻值，实现检测定子绕组100%范围内的接地故障。保护设置有两 段，高定值报警，低定值跳闸。保护动作于跳闸。
二.机组保护原理
不完全纵差保护 纵差保护能灵敏反应相间短路;但不反应匝间 短路。 定子绕组发生匝间短路和分支开焊故障几率 虽比相间短路小,但可能发生，不完全纵差保 护可以正确反应。
此外不完全纵差保护还可以灵敏反应相间短 路故障。
不完全纵差保护接线图
不完全纵差保护 设置有差动速断、比率差动两种，两者关系见图
• 零序电流I、II段的第一段动作均未跳220kV母联开关 • 第二段才跳主变高压侧开关、GCB、FCB，停机等 • 为什么这样设置？
原因：零序电流保护范围较广，两段母线上发生单相接地故障，零序保 护均会动作，未减少停电范围所以先跳母联开关。 以#3主变为例，主变挂在II母上，假设II母上有故障，先跳母联开关后，
基波零序电压为什么只能保护95%
离发电机中性点越近，零序电压越小 离发电机中性点越远，零序电压越大 在实际中，零序电压整定值一般大于5V，因 此离中性点近的5%区域无法进行保护。
外加低频电源式称为对称 过负荷保护 只设置反时限保护：动作时间随短路电流的 增大而自动减小的保护。
灭磁开关联调GCB 灭磁开关偷跳信号送保护系统联跳发电机出口断路器GCB。
转子接地保护
注入式发电机转子接地保护 特点：采用自适应有源切换技术，在未加励磁电压的情况下也能监视转 子绝缘，在转子绕组上任一点接地时，保护的灵敏度高且一致。 原理：注入电源从转子绕组的正负两端与大轴之间注入，注入电源的频 率可根据转子绕组对地电容的大小进行调整，实时求解转子对地绝缘电 阻值，注入电压由保护装置自产，保护反映发电机转子对大轴绝缘电阻 的下降。对于双端注入方式，可准确测量转子一点接地位置。
负序过负荷保护（反时限），也可称为发电 机转子表层过负荷保护
检测中性点电流互感器三相电流，反应 由于发电机不对称负荷、非全相运行及外部 不对称短路产生的负序电流导致转子表层过 热的故障。
两种过负荷保护的区别 定子过负荷反应发电机对称类型故障 负序过负荷反应发电机不对称类型故障
失磁保护 失磁保护反应发电机励磁回路故障引起的发电机异常运行。主要是判断 机组的阻抗是否超过静稳阻抗圆和异步阻抗圆。 失磁保护I段延时1.8S报警 失磁保护II段延时1.8S跳闸、灭磁、启动失灵 失磁保护III段延时1S跳闸、灭磁、启动失灵
闸功能。发电机投入运行后保护应能可靠退出，解列后投入保护功能。
发电机逆功率保护 用于防止机组导叶误关闭而GCB未跳闸时，发电机转为电动机运行状 态下异常振动损坏发电机。
逆功率动作定值为-5%*150MW=-7.5MW，延时5S发信，延时10S动作
发电机频率保护 发电机频率异常保护配置有低频和高频保护，水电站低频保护 （49.5Hz），动作于报警；高频保护（55Hz，过速110%），延时5S跳闸。