《电气特性、故障类型及配置原则1剖析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电气特性、故障类型及配置原则1剖析（36页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、概 述 n电力工业的发展，促进了发电机-变压 器组单机容量的迅速增大，从电力系 统安全生产的客观需要出发，对大型 机组继电保护提出了更高的要求。计 算机和微电子学的飞速发展，为大机 组保护技术的不断创新提供了物质条 件。发电机、变压器内部故障的分析 计算新方法更为大机组继电保护奠定 了坚实的理论基础。 1 大型发电机-变压器组的电气特性分析 n有效材料利用率提高 n惯性常数相对降低 n热容量与铜损铁损之比显著下降 n 、 、 参数普遍增大 n短路电流水平和静稳储备系数减小 n平均异步转矩大大降低 n电机的冷却方式和相应的结构复杂，检 修困难 2 n与保护配置相关的主要特点是： （1）发电机出口
2、除支接高压厂用变压器 外无其他机端负荷 （2）发电机出口与支接高压厂用变压器 高压侧均不装设断路器 （3）升压变压器高压侧中性点直接接地 或经放电间隙接地运行 3 （4）发电机中性点一般可经消弧线 圈（欠补偿）或经接地变压器二 次电阻（高阻）接地运行 （5）支接高压厂用变压器的低压 侧一般为高阻或中阻接地系统 （6）汽轮发电机三相绕组中性点 侧引出方式可为6、4、2或3个引 出端 4 大型发-变组主要故障及异常工况类型 一、主要故障类型 1、发电机 n定子绕组相间短路 n定子绕组单相匝间短路 n定子绕组单相接地 n转子励磁回路故障 n低励或失磁、失步等 5 2、变压器 n油箱内故障：包括绕组的
3、 相间短路、接地短路、匝 间短路及铁芯的烧损等 n油箱外故障：包括套管和 引出线上发生相间短路和 接地短路 6 1、发电机 n由外部短路引起的定子绕组过电流 n三相对称过负荷 n由外部不对称短路或不对称负荷引起的发电机负序 过电流和过负荷 n由突然甩负荷引起的定子绕组过电压 n由励磁回路故障或强励时间过长引起的转子绕组过 负荷 n由汽轮机主气门突然关闭引起的发电机逆功率等 二、主要异常工况类型 7 2、变压器 n由变压器外部相间短路引 起的过电流和外部接地短 路引起的过电流和中性点 过电压 n由负荷超过额定容量引起 的过负荷 n由漏油引起的油面降低等 8 大型发电机-变压器组继电保护 总体配置
4、的原则及要求 一、大机组继电保护总体配置的原则意见 n加强主保护。保证在保护范围内任一点 发生各种故障时均有双重或多重主保护 ，有选择性地、快速地、灵敏地切除故 障，最大限度地保证机组安全和缩小故 障破坏范围，尽可能避免不必要的突然 停机，特别要避免保护装置误动和拒动 。 9 n简化后备保护。发电机侧即主变 压器低压侧不再装设后备保护， 仅在主变压器高压侧配置反映相 间短路和单相接地的后备保护， 作为主变压器高压母线故障和主 变引线部分故障的后备。 10 n在电机设计制造之前，继电保护工作者 应主动向电机专业人员介绍有关大机组 保护对发电机设计制造的要求，具体反 映在发电机招标文件中应表明发电
5、机中 性点侧引出方式和中性点接地方式、电 流互感器配置要求等。应该改变过去那 种继电保护人员不过问主设备设计制造 ，直到发电机运到电厂才发现继电保护 技术性能难以完善的局面。 11 n“二次服从和服务于一次”不是最高 原则，过份强调不利于工作，一次专 业和二次专业工作人员、制造和运行 人员应以“保证大型机组的安全运行 ”为大家遵循的原则，从电机制造到 保护配置等环节保证设备的最大安全 性。 n应装设必要的异常工况保护和有足够 灵敏度的长延时远后备保护，但应力 求简化。 12 n为了慎重选定发-变组内部故障主保护 方案，继电保护设计人员应确切了解 主设备内部故障时的电气特征，为此 电机生产厂家应
6、向继电保护设计或运 行部门提供发电机的电磁设计资料， 在充分分析计算内部故障的基础上， 提出发电机变压器组的主保护方案 和发电机中性点侧引出方式、电流互 感器安装位置及其型号。 13 n主变高压侧相间短路后备保护以高压母线两相 金属性短路的灵敏系数大于或等于1.2为整定 条件。首先考虑过电流保护，如灵敏度不够， 改用一般简易阻抗保护。不设振荡闭锁环节， 以0.5-1.0s取得选择性和避越振荡，应用电压 回路断线闭锁和电流启动元件。对自并励发电 机，应校核短路电流衰减对过电流或低阻抗保 护的影响并采取相应技术措施。例如低电压自 保持的过电流保护、电压控制的过电流保护或 精确工作电流足够小的低阻抗
7、保护。 14 n微机型主保护与后备保护综合在 一起。对300MW及以上发电机和 220KV及以上变压器宜装设包括 主保护、后备保护和异常运行保 护的两套微机继电保护装置。每 套各有单独的直流电源和电流互 感器、独立的跳闸线圈出口，且 在每套内实现输入信息的资源共 享。 15 二、发电机三相定子绕组的结构对主保护配置的影响 接 TU 接 TU (a) (c) (b)(d) 图1 大型发电机三相绕组结构 (a)、(b)、(d) 汽轮发电机；(c) 水轮发电机 16 三相定子绕组的结构问题，在这里主要是 指发电机中性点侧的引出方式，因为它与发-变 组内部短路主保护方案密切相关，同时也与定 子绕组每相
8、并联分支数有关。 目前国内300MW及以上的汽轮发电机大多为 每相两并联分支，中性点仅引出三相的三个端 子。作为发-变组内部短路主保护，普遍采用发 电机传统纵差保护和发-变组纵差保护，这两种 保护方案对发电机定子绕组同相的匝间或层间 短路和开焊（断线）故障均无保护作用，更不 要说大机组主保护的双重化要求了。这种主保 护的不安全、不完善状况必须改进。图1(a)即 目前大机组的中性点侧引出方式。 17 一种可能的改进方案是改变发电机中 性点侧的引出方式，如图1(b)所示， 将三相六个分支绕组分成两组，其中 一组（例如a1、b1、c1）仅将中性点 o1引出，另一组（a2、b2、c2）三相 端子同时引
9、出，在机外接成第二中性 点o2，o1与o2连接以便装设单元件零 序电流性横差保护（互感器TA3），互 感器TA1与TA2构成发电机不完全纵差 保护。 18 理论研究和实践经验均已证明：高灵敏单元件 零序电流型横差保护具有发电机相间短路、匝 间短路和定子绕组开焊的保护功能、构成简单 、灵敏度高，可作为各类发电机的第一主保护 。不完全纵差保护改变了传统纵差保护不反映 定子绕组匝间短路和开焊故障的不足，成为发 电机内部各种故障的第二主保护，方便地实现 了大机组主保护的双重化要求，大大提高了短 路保护的技术性能，应予以推广应用。必要前 提是发电机中性点侧应有四个引出端子，其中 三个端子的电流仅为图1(
10、a)的一半，另一个为 中性点，电机制造厂可以做到。 19 300MW及以上水轮发电机每相并联分 支数有310个，国内外均已有在机内装设 中性点侧所有分支绕组的电流互感器TA2 和中性点o1、o2间的互感器TA3的实例， 如图1(c)所示，相应的内部故障主保护完 全实现了双重化或更高的冗余度要求，这 些主保护是：高灵敏零序电流型横差、三 元件裂相横差、不完全纵差和传统完全纵 差。 20 某些大型机组保护的采用，不仅提高了 保护性能还减少了对发电机组中性点引 出端子的要求。如图1(d)，由于保护方 案的变更，完全不需要在发电机中性点 侧安装各相或各分支电流互感器图1(a) 、(b)、(c)中的TA
11、2，只装设机端的TA1 ，这时发电机定子绕组内部短路主保护 是： n第一主保护为高灵敏单元件零序电流型 横差保护； 21 n第二主保护为负序增量方向保护 和纵向零序电压保护。以上两套 主保护，除了发电机不与电力系 统并列运行的孤立状态下、机端 引线相间短路失去主保护外（尚 有后备保护），其它工况下均有 双重主保护。实际上，所谓“失去 主保护”的几率是微乎其微的。 22 图1(d)中在发电机与变压器间增 设了断路器QF2，它有利于加快切断 QF1与QF2之间的短路电流，而且在发 电机停机时保留厂用电源。此时，不 应装设发-变组纵差保护，否则发电 机短路时将误切QF1，失去选择性。 合理的设计应该
12、是发电机和变压器分 别设置各自的短路主保护。 23 n国内已有500MW汽轮发电机（俄国进口）中性点 侧引出6个端子，它的最佳主保护方案是将图 1(b)的高灵敏单元件零序电流型横差、三元件 裂相横差或不 完全纵差和发-变组不完全大纵差 （发电机所有6个分支中性点侧装互感器）以及 变压器的传统纵差，由此构成发电机和变压器 （包括其间引线）内部故障的完善的多重主保 护。 24 （三）关于定子绕组同相匝间或层间短路保护问题 近年来，从国外引进的大型发电机定子绕 组大都不装设匝间短路保护，只有俄罗斯的机 组例外，但亦绝非欧美诸国均持统一意见，英 国长期不装设匝间短路保护，但根据运行经验 ，70年代要求
13、增设该保护（由原瑞士BBC提供纵 向零序过电压原理的匝间短路保护）。从日本 进口的多台发电机没有匝间短路保护，但日本 植木久之在其专著中却据理说明发电机定子绕 组装设匝间短路保护的必要性。可见定子绕组 不设匝间短路保护并非统一定论， 25 只是因为国内匝间短路保护误动作率太高， 正确动作率太低（很少发生匝间短路），暂 时又没有完善的匝间短路保护新方案和新装 置，才产生不用或取消此保护的想法。其实 高灵敏零序电流型横差保护、裂相横差保护 和不完全纵差保护就是很好的方案。 当有了完善的相间短路和匝间短路保护 后，为定子单相接地保护不作用于紧急跳闸 创造了有利条件，减少了汽轮发电机组非必 要的保护动
14、作停机，有利于大机组的安全。 26 （四）定子绕组单相接地保护问题 为解决好定子单相接地故障的保护问题， 首先应注意发电机中性点的接地方式，使之满 足单相接地电流小于GB14285-93继电保护和 安全自动装置技术规程2.2.4条规定的故障 电流允许值（即安全电流） 100MW及以上的发电机，应装设保护区为 100%的基波和三次谐波零序电压型定子接地保 护。当单相接地电流小于安全电流时，保护装 置带时限动作于信号，反之则应动作于跳闸。 如果发电机绝缘状况不良或超期服役绝缘老化 严重，保护可带时限作用于跳闸停机。 27 n对于特大型发电机，要求在启、停机过程中至 少保持有定子接地保护功能，可装设
15、外加20Hz 或12.5Hz的100%定子接地保护装置和基波零序 电压保护装置。 28 （五）汽轮发电机转子绕组两点接地保护问题 一台汽轮发电机的励磁回路两点接地故障 ，即使两点接地保护正确动作并跳闸，也可能 发生轴系和汽机部件的磁化现象，给机组尽快 恢复正常运行带来很大困难。对于转子水内冷 的汽轮发电机，由于转子绕组漏水，造成励磁 回路的接地故障，不再是从一点接地开始，随 后继发第二点接地，而是一开始就是多点或一 片励磁绕组接地。对于这种形式的接地故障目 前尚无成熟的保护装置。 29 n300MW及以上的汽轮发电机，应装设一点接 地保护。当一点接地保护动作后，应及时 发出警报信号，尽快转移负
16、荷，实现机组 的平稳停机，切勿认为一点接地无甚危害 ，不加处理，一旦再发生第二点接地故障 ，酿成大患，对大型汽轮发电机组极为不 利。基于这种考虑，两点接地保护就不再 是必要的了。 30 （六）大型汽轮发电机变压器组继电保护配 置方案的特点（根据三相绕组中性点侧引出方 式） n6个引出端。可装设发电机不完全纵差保护、 发-变组不完全纵差保护和高灵敏零序电流型 横差保护。这些保护对发电机定子绕组相间 和匝间短路均有保护作用，还可兼顾定子绕 组分支开焊故障。 31 n4个引出端。即定子绕组为双星形接线，其中 一个星形接线绕组的三相端子引出机外，另 一个星形绕组只引出它的中性点。它也可装 设发电机和发-变组不完全纵差保护，但两套 保护的中性点侧电流互感器均在同一个星形 接线的三相分支绕组中，其性能略低于中性 点侧6个引出端的方案。同时装设高灵敏单元 件零序电流型横差保护。 n2个引出端。即两个星形接线绕组的中性点引 出机外各相分支绕组均不引出， 32 发电机主保护装设高灵敏单元件零序电流型横 差保护和故障分量负序方向保护（微机型）或 纵向零序电压保护等。
