火电厂电气一次部分毕业设计 - 图文

6 继电保护

电力系统是电能生产、变换、输送、分配和使用的各种电力设备按照一定的技术与经济要求有机组成的一个联合系统。其中，一次设备要通过二次设备对其进行监视、测量、控制、和保护。

继电保护装置：当电力系统中的电力元件(如发电机、变压器、电压互感器、线路等)或电力系统本身发生了故障危及电力系统安全运行时，能够向运行值班人员及时发出警告信号，或者直接向所控制的断路器发出跳闸命令以终止这些事件发展的一种自动化措施和设备，一般通称为继电保护装置。

继电保护的基本原理和构成方式：继电保护主要利用电力系统中元件发生短路或异常情况时的电气量(电流、电压、功率、频率等)的变化，构成继电保护动作的原理，也有其他的物理量，如变压器油箱内故障时伴随产生的大量瓦斯和油流速度的增大或油压强度的增高。一般继电保护装置由测量比较元件、逻辑判断元件和执行输出元件组成，其组成方框图见图6.1。

测量 逻辑 执行 比较 判断 输出 相应输入量 跳闸或信号

元件 元件 元件

图6.1 继电保护装置的组成方框图

继电保护的基本任务：(1)当被保护的电力系统元件发生故障时，应该由该元件的继电保护装置迅速准确地给脱离故障元件最近的断路器发出跳闸命令，使故障元件及时从电力系统中断开，以最大限度地减少对电力系统元件本身的损坏，降低对电力系统安全供电的影响，并满足电力系统的某些特定要求(如保持电力系统的暂态稳定性等)；(2)反应电气设备的不正常工作情况，并根据不正常工作情况和设备运行维护条件的不同(例如有无经常值班人员)发出信号，以便值班人员进行处理，或由装置自动地进行调整，或将那些继续运行会引起事故的电

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气设备予以切除。反应不正常工作情况的继电保护装置允许带一定的延时动作。

继电保护的基本要求：继电保护装置应满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求：(1)可靠性是指保护该动体时应可靠动作，不该动作时应可靠不动作；(2)选择性是指首先由故障设备或线路本身的保护切除故障，当故障设备或线路本身的保护或断路器拒动时，才允许由相邻设备保护、线路保护或断路器失灵保护切除故障；(3)灵敏性是指在设备或线路的被保护范围内发生金属性短路时，保护装置应具有必要的灵敏系数，各类保护的最小灵敏系数在规程中有具体规定。选择性和灵敏性的要求，通过继电保护的整定实现；(4)速动性是指保护装置应尽快地切除短路故障，其目的是提高系统稳定性，减轻故障设备和线路的损坏程度，缩小故障波及范围，提高自动重合闸和备用电源或备用设备自动投入的效果等。这四“性”之间紧密联系，既矛盾又统一。

在三河火力发电厂的具体施工设计中，要重点并且详细考虑继电保护的一次设备主要包括发电机、变压器和母线。其具体继电保护措施和装置详细说明如下。

6.1 发电机的保护

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作用，同时发电机本身也是十分重要的电气设备，因此，应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。发电机的故障类型主要有定子绕组相间短路、定子一相绕组内的匝间短路、定子绕组单相接地、转子绕组一点或两点接地、转子励磁回路励磁电流消失等。发电机的不正常运行状态主要有：由于外部短路引起的定子绕组过电流；由于负荷超过发电机额定容量而引起的三相对称过负荷；由于外不对称短路或不对称负荷(如单相负荷，非全相运行等)而引起的发电机负序过电流；由于突然甩负荷而引起的绕组过电压；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；由于汽轮机主汽门突然关闭而引起的发电机逆功率等[21]。

6.1.1 发电机纵差动保护

该保护是发电机内部相间短路的主保护，根据起动电流的不同有两种选取原则，与其相对应的接线方式也有一些差别。因为该保护可以无延时的切除保护范围内的各种故障，同时又不反应发电机的过负荷和系统振荡，且灵敏系数一般较

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高，所以纵差动保护毫无例外的用作容量在1MW以上发电机的主保护[22]。 带断线监视的发电机纵差动保护接线图见图6.1。

图7.1 带断线监视的发电机纵差动保护

图6.1 带断线监视的发电机纵差动保护接线图

(1)在正常运行情况下，电流互感器的二次回路断线时保护不应误动。为防止差动保护误动作，应整定保护装置的起动电流大于发电机的额定电流。引入可靠系数Kk,则保护装置和继电器的起动电流分别为 ：

Idz?KK?Ief （6.1） Idz.j?KK?Ief/n1 （6.2） 如在断线后又发生了外部短路，则继电器回路中要流过短路电流，保护仍要误动作故差动保护中一般装设断线监视装置，使得纵差动保护在此情况下能及时退出工作。

(2)保护装置的起动电流按躲开外部故障时的最大不平衡电流整定，此时，继电器的起动电流应为：

Idz.j?KKIbp.max （6.3） 根据对不平衡电流的分析，代入上式，则：

Idz.j?0.1KKKfz.qK1xId.max/n1 （6.4）

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当采用具有速饱和铁心的差动继电器时，Kfzq=1;当电流互感器型号相同时

Ktx=0.5;可靠系数一般取为Kk=1.3。

对于汽轮发电机，其出口处发生三相短路的最大短路电流约为Id.max=8Ie.f ,

代入上式，则差动继电器的起动电流为：

Idz.j?0.5Ief/n1 （6.5） 综上可见，按躲开不平衡电流条件整定的差动保护，其起动值都远较按躲开

电流互感器二次回路断线的条件为小，因此，保护的灵敏性就高[23]。

6.1.2发电机的横差动保护

利用反应两个支路电流之差的原理，实现对发电机定子绕组匝间短路的保护即为横差动保护。它有两种接线方式：

(1)每相装设两个电流互感器和一个继电器做成单独的保护。这样三相总共需要六个互感器和三个继电器。由于接线复杂，保护中的不平衡电流也大，因此实际上已经很少采用。

(2)目前广泛应用的接线方式实质上是把一半绕组的三相电之和去与另一半绕组三相电流之和进行比较，当发生前述各种匝间短路时，此中性点联线上照样有环流通过，因此，继电器3可以动作。由于只使用了一个互感器，也就不存在由于互感器的误差所产生的不平衡电流，因此，起动电流较小，灵敏度较高。此外，这种接线方式也比第一种接线方式简单。

运行经验表明，当励磁回路发生永久性的两点接地时，由于发电机励磁磁势的畸变而引起空气隙磁通发生较大的畸变，发电机将产生异常的振动，此时励磁回路两点接地保护应动作于跳闸。在这种情况下，虽然按照横差动保护的工作原理来看它不应该动作，但由于发电机已有切除的必要，因此横差动保护动作于跳闸也是允许的。基于上述考虑，目前已不采用励磁回路两点接地保护动作时闭锁横差动保护的措施。为了防止在励磁回路中发生偶然性的瞬间两点接地时引起的误动作，因此，当励磁回路发生一点接地后，在投入两点接地保护的同时，也应将横差动保护切换至0.5-1s的延时动作于跳闸[23]

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