大型发电机变压器组保护配置与整定计算(3)

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图3-4 双绕组变压器保护装置图 ① 正常运行和外部发生故障时

'\ Ir?I2?I2?1(I1'?I1\)?Iunb (3.8) KTA 保护不动作 ② 变压器内部发生故障时

'\ Ir?I2?I2?I1(I1'?I1\)?k (3.9) KTAkTA 保护动作将故障切除 (2)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 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。

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大型发电机-变压器组保护配置与整定计算

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）。 3.1.3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。

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）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

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

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Iunb，通过带有延迟的保护装置2的电流小于其整定值，即I0?Iset，保护不动作。

② 当定子绕组的同分支匝间短路时

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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I0产生，中性点连线上的电流互感器有故障电流Ik流过当Ik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a1?a2时，由于两个支路的电动势差，

'\\分别产生两个环流I0和I0。此时中性点连线上流过的电流Ik?I0，当Ik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。 3.1.4转子两点接地保护

当发电机发生励磁绕组两点接地时，故障时流过的短路电流数值很大，会烧坏转子；当部分转子被短接，励磁绕组电流增加，转子有可能因过热而损坏；部分绕组被短接时气隙磁通失去平衡，会引起机组剧烈振动，可能因此造成灾难性破坏；转子两点接地短路时还会使轴系和汽机磁化。因此对于发电机很有必要装设转子两点接地保护。 3.1.5发电机复合电压起动的过电流保护

发电机差动保护范围外发生故障，而故障设备的保护或断路器拒绝动作时，将引起发电机过电流。为此发电机装设了反映外部故障的过电流保护。同时，该保护也作为发电机的后备保护。

(1) 发电机复合电压起动的过电流保护

复合电压起动的过电流保护由过电流元件、复合电压元件和TV断线闭锁元件组成，对于自并励的发电机组还需要增加记忆元件，作为后备保护。复合电压起动的过电流保护需加延时动作，在动作时限上与相邻后备保护相配合。

复合电压起动元件由一个过滤式负序电压继电器FYG和一个低电压继电器组成。低电压继电器经负序电压继电器的常闭触点接于相间电压上，以保证保护装置在对称三相短路时可靠地动作，并能够提高低电压继电器对三相短路的灵敏度。因为在发生三相短路开始瞬时将会短时出现负序电压，使负序电压继电器动作，待负序消失后，负序电压继电器返回，低电压继电器又接在相间电压上。若使低电压继电器返回，则要求发电机

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母线的残压必须大于继电器的返回电压。由于三相短路时三相电压均降低，故低电压继电器仍然处于动作状态，此时保护的工作情况即相当于低电压起动的过电流保护。

① 复合电压起动的过电流保护整定原则 a. 电流元件的动作电流按躲过发电机额定

IDZ?KkIe.F (3.11) Kf 式中 Kk——可靠系数，取1.2 Kf——返回系数，取0.85

b. 负序电压继电器的动作电压，按躲过真反常运行时出现的最大不平衡电压整定。根

据运行经验通常取

UDZ.2?0.06Ue.F (3.12)

c. 低电压元件的动作电压按躲过电动机自起动的电压确定，此外还应躲过发电机失磁

运行时的最低运行电压。一般取：

UDZ?(0.6)Ue.F (3.13)

(2) 复合电压起动的过电流保护特点

① 由于负序电压继电器的整定值小，在后备保护范围内发生不对称短路故障时，电压元件有较高的灵敏度；

② 在Y/?接线的变压器发生不对称短路时，电压元件的灵敏度与变压器的接线方式无关；

③ 三相短路时，由于瞬时出现负序电压，负序电压继电器动作后低电压继电器由于失压一定能动作。待负序电压消失后负序电压继电器返回，低电压继电器又接于相间电压上，这时只要不返回就可以切除故障。 (3) 复合过电流保护逻辑框图3-5

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图3-5复合过电流保护逻辑框图

3.1.6阻抗保护

对于升压变压器或系统联络变压器，当采用复合电压起动的过电流保护和负序电流及单项式低电压起动的过电流保护时不能满足灵敏性和选择性要求时，可采用阻抗保护。

阻抗保护的原理

变压器阻抗保护通常作为330KV及以上大型变压器相间短路的后备保护，由起动元件、相间阻抗测量元件、时间元件、TV断线检测元件等组成。当阻抗保护的起动元件和阻抗元件均动作、阻抗保护的压板投入、TV断线检测元件不动作，且经过预定的延时后，保护动作与跳闸。 a.起动元件

起动元件由由相电流差突变量起动元件和负序电流起动元件两部分组成，相电流差突变量起动反应对称短路故障，负序电流起动元件反应不对称短路故障。起动元件动作判据为：

?i??Iset或I2?Iset.2 （3.14）

式中：?i?为相电流突变量；I2为负序电流；Iset、Iset.2分别为相电流突变量起动元件和负序电流起动元件的动作整定值，通常均取电流互感器二次额定电流的0.2倍。 b.阻抗元件

阻抗元件时变压器阻抗保护的测量元件，用于测量相间短路阻抗值，构成变压器相

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