火电厂设计终稿(6)

西安电力高等专科学校——毕业设计

第4章 发电厂继电保护

4.1 概述

4.1.1 电力系统继电保护的基本任务

所谓继电保护装置，就是指能反映电力系统中电气设备所发生故障或不正常状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。它的基本任务是：

（1）自动的、迅速的、有选择性的将故障设备从电力系统中切除，以保证系统无故障部分能迅速

恢复正常运行，并使故障设备免予继续遭受破坏；

（2）反应电气设备的不正常工作状态，并根据维护运行的条件，而动作于信号、减负荷或跳闸，

这时，保护动作可以带有一定的延时，以保证动作的选择性。

由于电力系统发生故障时，总是伴随有电流的增大、电压的降低以及电流电压之间相位角的变化等物理现象，因此，利用这些物理量的变化，就能正确地区分系统是否出于正常运行状态、发生故障或出现不正常的运行状态，从而实现保护。 4.1.2 电力系统继电保护的作用

电力系统在运行中，可能出现各种故障和不正常运行状态，最常见同时也是最危险的故障是发

生各种形式的短路。在电力系统中，除应采用各项积极措施消除或者减少发生故障的可能性以外，故障一旦发生，必须迅速而有选择性的切除故障元件，这是保证电力系统安全运行的最有效方法之一。切除故障的时间常常要求笑道十分之几甚至百分之几秒，实践证明只有在每个电气元件上装设一种具有“继电保护”的自动装置才有可能满足这个要求。

自动装置与继电保护的配置：

110kV装设一台三相检同步自动重合闸。 35kV装设一台三相一次重合闸。

每台机装设一套KFD-3自动调节励磁装置，全场装设两套准同期并列装置。 （1） （2）

装设一套带有相位闭锁手动同期装置。 装设一套

ZZQ-3自动准同期装置。

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4.2 变压器的继电保护

电力变压器是供电系统中的重要设备，他的故障对供电的可靠性和用户的生产、生活将产生严重的影响。因此，必须根据变压器的容量和重要程度装设适当的保护装置。现代生产的变压器，虽然结构可靠，故障机会较少，但在实际运行中，仍有可能发生各种类型的故障和异常运行。为了保证电力系统的正常运行，并将异常和故障运行对电力系统的影响限制到最小范围，必须根据变压器容量的大小、电压等级等因素，装设必要的、动作可靠性高的继电保护装置。

变压器一般分为内部故障和外部故障两种。

变压器的内部故障主要有绕组的相间短路 、绕组匝间短路和单相接地短路。内部故障是很危险的，因为短路电流产生的电弧不仅会破坏绕组绝缘、烧坏铁心，还可能使绝缘材料和变压器油受热而产生大量气体，引起变压器的油箱爆炸。

变压器常见的外部故障是引出线上绝缘套管的故障。该故障可能引出线的相间短路和接地短路。 变压器的不正常工作状态有：由于外部短路和过负荷而引起的过电流，右面的过度降低和温度升高等。

变压器的内部故障和外部故障均应动作于跳闸；对于外部相间短路引起的过电流，保护装置应带时限动作于跳闸；对过负荷、油面降低、温度升高等不正常状态的保护一般只作用于信号。

变压器保护装置的配置原则,变压器一般装设下列继电保护装置。 （1） 反映变压器油箱内部故障和油面降低的瓦斯保护

容量为800 KVA级以上的油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。当油箱内部故障产生轻微瓦斯或油面下降时，保护装置应瞬时动作于信号；当产生大量瓦斯时，瓦斯保护应动作于断开变压器各电源侧断路器。对于高压侧未装设断路器的线路—变压器组，为采取是瓦斯保护能切除变压器内部故障的技术措施时，瓦斯保护可以动作于信号。

对于容量为400 KVA级以上的车间内的油浸式变压器，也应装设瓦斯保护。 （2）相间短路保护

反映变压器绕组和引出线的相间短路的纵联差动保护或电流速断保护，对其中性点枝节节地侧绕组的接地短路以及绕组匝间短路也能起保护作用。

容量为6300 KVA级以下并列运行的变压器以及10000 KVA级以下单独运行的变压器，当后备保护时限大于0.5s 时，应装设电流速断保护。

容量为6300 KVA级以上，厂用工作变压器和并列运行的变压器。10000 KVA级以上厂用备用变压器和单独运行的变压器以及2000KVA级以上用电流速断保护灵敏性不符合要求的变压器，应装设纵联差动保护。

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对高压侧电压为330KV及以上的变压器，可装设双重差动保护。

对于发电机变压器组，当发电机与变压器之间有断路器时，变压器应装设纵联差动保护，当发电机与变压器之间没有断路器时，100MW及以下的发电机，可只装设发电机变压器组共用的纵联差动保护。对于200MW及以上的汽轮发电机，为提高快速性，在机端还宜设置符合电流速断保护，或在变压器上增设单独的纵联差动保护，即采用双重快速保护方式。

如果变压器的纵联差动保护对单相接地短路灵敏性不符合要求，可增设零序差动保护。 （3）后备保护

对于由外部相间短路引起的变压器过电流，可采用下列保护作为后备保护：

① 过电流保护，宜用于降压变压器，保护装置的整定值应考虑事故时可能出现的过负荷。 ② 复合电压（包括抚恤电压及线电压）启动的过电流保护，宜用于升压变压器和系统联络变压器及过电流保护不符合灵敏性要求的降压变压器。

③ 负序电流保护和单相式低电压启动的过电流保护，可用于63000 KVA级以上的升压变压器。 ④ 对于升压变压器和系统联络变压器，当采用上述（2）、（3）保护不能满足系统灵敏性和选择性的要求时，可采用阻抗保护。

上述各种保护动作后，应带时限动作于跳闸。

本火电厂的变压器后备保护采用复合电压启动过电流保护。 （4）过负荷保护

对于400 KVA及以上的变压器，当数台并列运行或单独运行并作为其他负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况装设过负荷保护。对自耦变压器和多绕组的变压器，保护装置应能反映公共绕组以及各侧过负荷的情况。过负荷保护应接于一相电流上，带时限动作于信号。在无经常值班人员的变电所，必要时过负荷保护可动作于跳闸和断开部分负荷。 （5）过激磁保护

为降低材料消耗，现代大型变压器铁心一般都用新型电工硅酮片制成。其额定磁密接近于饱和磁密，过电压或低频率时容易引起过激磁，因此，500KV及以上的大容量变压器以装设过激磁保护。

4.3 变压器继电保护整定计算

4.3.1 纵联差动保护的整定计算

变压器的纵联差动保护在正常运行和外部故障时，理想情况下，流入差动继电器的电流为零。但由于实际上变压器的励磁电流、接线方式和电流互感器误差等因素的影响，继电器中有不平衡的电流

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流过。由于这些特殊因素影响，变压器差动保护得不平衡电流远比发电机差动保护的大。因此，变压器差动保护需要解决的重要问题之一是采取各种措施避越不平衡电流的影响。在满足选择性的条件下，还要保证在内部故障时有足够的灵敏系数和速动性。

按照避越励磁涌流的不同，变压器差动继电器可按不同的工作原理来实现。目前，国内广泛应用的

以下几种类型继电器构成的差动保护： （1） 带短路线匝的BCH—2型差动继电器 （2） 带磁制动特性的BCH—1型差动继电器 （3） 多侧磁制动特性的BCH—4型差动继电器 （4） 鉴别涌流间断角的型差动继电器 （5） 二次谐波制动的型差动继电器

BCH—2型差动继电器是具有带短路线匝的速保和变流器，它能可靠的躲过变压器励磁涌流及保护区外的故障时的不平衡电流，可以用作双绕组和三绕组的变压器的差动保护。

变压器纵联差动保护的整定计算（附于计算书中）

4.4过电流保护的整定计算

使用过电流保护或复合电压启动的过电流保护或负序电流保护或低阻抗保护，用来为反 变压器外部故障而引起的变压器绕组的过电流，以及在变压器内部故障时，并作为瓦斯保护和纵联差动保护（或电流速断保护）的后备。

变压器相间后备保护的配置原则

（1）变压器后备保护应作为相邻元件及变压本身主保护的后备。但当为满足远后备而使接线大

为复杂化时，允许缩短对相邻线路的后备保护范围。

（2）变压器后备保护对各侧母线上的三相短路应具有必要的灵敏系数。 （3）变压器后备保护应尽可能独立，而不由发电机的后备保护而代替。 （4）变压器后备保护应能保护电流互感器与断路器之间的故障。

过电流保护的动作电流的整定计算，一般包括动作电流的计算、动作时限的整定和灵敏度的校验。

4.5 发电机的继电保护

发电机安全运行对保护电力系统的正常工作和电能质量起着决定性作用，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

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护装置。一旦发生发电机故障，保护装置能够有选择的快速将其从系统中切除，并将发电机励磁开关跳开并灭磁。当同步发电机处于异常工作状态时，保护装置应及时发出信号，以便于运行人员快速处理。在电力系统中运行的发电机，由于容量相差悬殊，在设计、结构、工艺、励磁乃至运行等方面都有很大的差异，这就使得发电机极其励磁回路发生故障，故障的几率和异常工作状态有所不同，进而所装设的保护也有差异。

发电机的故障主要分为定子故障和转子故障，其故障类型主要有：

1 ）定子绕组相间短路； 2 ）定子绕组单相匝间短路； 3 ）定子绕组单相接地；

4 ）转子绕组一点接地或两点接地； 5 ）转子励磁回路电流消失。 发电机的异常工作状态：

1 ）外部短路或系统振荡引起的定子绕组过电流； 2 ）定子绕组引起的三相对称过负荷；

3 ）外部不对称短路或不对称负荷而引起的发电机不对称过负荷； 4 ）突然甩负荷而引起的定子绕组过电压；

5 ）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) 汽轮机主汽门突然关闭而引起的发电机逆功率运行等。

4.5.1发电机一般配置下列继电保护： （1）同步发电机的纵联差动保护

发电机定子绕组短路是发电机内部最严重的故障，要求装设快速动作的保护装置。当发电机中性点侧有分相引出线时，可装设纵差动保护作为发电机定子绕组及其引出线相间短路的主保护。

发电机纵联差动保护，根据接入发电机中性点电流的份额，可分为完全纵差动保护和不完全纵差动保护。完全纵差保护能反映发电机内部及其引出线上的相间短路，但不能反映发电机内部匝间短路及分支开焊、对于大电流系统侧的单相接地短路故障，灵明度有所下降。不完全纵差保护，适用于每相定子绕组为多分支的大型发电机。它除了能反映发电机相间短路故障，还能反映定子线棒开焊及分支匝间短路。

保护接线与构成原理

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