大型发电机及发变组保护配置.docx

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大型发电机及发变组保护配置

大型发电机及发变组保护配置

5.2发电机保护配置

5.2.1一般原则

5.2.1.1对于大型发电机的下列故障及异常运行状态，应按本条的规定，装设相应的保护。

a）定子绕组相间短路；

b）定子绕组接地；

c）定子绕组匝间短路；

d）发电机外部相间短路；

e）定子绕组过电压；

f）定子绕组过负荷；

g）转子表层（负序）过负荷：

h）励磁绕组过负荷；

i）励磁回路接地；

j）励磁电流异常下降或消失；

k）定子铁芯过励磁；

l）发电机逆功率；

m）频率异常；

n）失步；

o）调相运行与系统解列；

p）轴绝缘破坏；

q）发电机突然加电压；

r）发电机启、停故障；

s）其他故障和异常运行。

5.2.1.2发电机出口装设断路器时，上述各项保护，宜根据故障和异常运行状态的性质及动力系统具体条件，分别动作于：

a）停机：

断开发电机出口断路器、灭磁。

对汽轮发电机，还要关闭主汽门；对水轮发电机还要关闭导水叶。

b）解列灭磁：

断开发电机出口断路器、灭磁。

汽轮机甩负荷，水轮机关导水叶至空载。

c）解列：

断开发电机出口断路器。

汽轮机甩负荷，水轮机关导水叶至空载。

d）减出力：

将原动机出力减到给定值。

e）缩小故障影响范围：

断开预定的其他断路器。

f）程序跳闸：

对汽轮发电机首先关闭主汽门，待逆功率继电器动作后，再跳发电机出口断路器并灭磁；对水轮发电机，首先将导水叶关到空载位置，再跳开发电机出口断路器并灭磁。

g）减励磁：

将发电机励磁电流减至给定值。

h）信号：

发出声光信号。

5.2.1.3发电机出口不装设断路器时，上述各项保护，宜根据故障和异常运行状态的性质及动力系统具体条件，分别动作于：

a）停机：

断开主变压器高、中压侧断路器、灭磁。

对汽轮发电机，还要关闭主汽门，断开高压厂用工作变压器低压侧分支断路器，启动厂用电源切换等；对水轮发电机还要关闭导水叶。

b）解列灭磁：

断开主变压器高、中压侧断路器，灭磁。

汽轮机甩负荷，断开高压厂用工作变压器低压侧分支断路器，启动厂用电源切换等；水轮机关导水叶至空载。

c）解列：

断开主变压器高、中压侧断路器。

汽轮机甩负荷，断开高压厂用工作变压器低压侧分支断路器，启动厂用电源切换等；水轮机关导水叶至空载。

d）减出力：

将原动机出力减到给定值。

e）缩小故障影响范围：

断开预定的其他断路器。

f）程序跳闸：

对汽轮发电机首先关闭主汽门，待逆功率继电器动作后，再跳主变压器高、中压侧断路器并灭磁，断开高压厂用工作变压器低压侧分支断路器，启动厂用电源切换等；对水轮发电机，首先将导水叶关到空载位置，再跳开主变压器高、中压侧断路器并灭磁。

g）减励磁：

将发电机励磁电流减至给定值。

h）厂用电源切换：

由厂用工作电源供电切换到备用电源供电。

i）高压厂用工作变压器分支跳闸：

断开高压厂用工作变压器本侧分支断路器，闭锁厂用电源切换。

j）信号：

发出声光信号。

5.2.2发电机定子绕组及其引出线相间短路主保护

5.2.2.1应装设纵联差动保护作为发电机定子绕组及其出线的相间短路故障的主保护,保护应瞬时动作于停机。

5.2.2.2当发电机定子绕组采用多分支结构时，经过计算分析，也可采用不完全纵差保护，作为发电机定子绕组及其引出线相间短路故障的主保护,保护应瞬时动作于停机。

5.2.3发电机定子绕组匝间短路保护

5.2.3.1对定子绕组为星形接线、每相有并联分支且中性点侧有分支引出端的发电机，应装设零序电流型横差保护或裂相横差保护、不完全纵差保护作为定子绕组匝间短路故障主保护，保护应瞬时动作于停机。

5.2.3.2当定子绕组为星形接线、中性点只有三个引出端子时，应装设专用的定子匝间保护作为发电机定子绕组匝间短路故障的主保护，保护应瞬时动作于停机。

5.2.4发电机定子绕组单相接地保护

5.2.4.1应装设保护区为100%的定子接地保护作为发电机定子绕组单相接地故障保护。

当发电机中性点经消弧线圈接地时，发电机定子接地保护可延时动作于信号，必要时也可动作于停机；当发电机中性点经配电变压器接地时，发电机定子接地保护应动作于停机。

200MW及以上容量的发电机定子接地保护应动作于停机。

5.2.5发电机相间短路后备保护

5.2.5.1装设负序过电流保护和单元件低压起动过电流保护作为发电机外部相间短路故障保护和发电机主保护的后备。

5.2.5.2自并励（无串联变压器）发电机宜采用带电流记忆的低压过电流保护，也可采用精确工作电流足够小的低阻抗保护。

5.2.5.3本条中规定装设的以上各项保护装置，其电流元件应装设在发电机中性点侧，保护宜带有二段时限，以较短的时限动作于缩小故障影响的范围或动作于解列；以较长的时限动作于停机。

5.2.6发电机定子绕组过电压保护

5.2.6.1应装设过电压保护，作为发电机定子绕组异常过电压故障的保护。

水轮发电机过电压保护应动作于解列灭磁，汽轮发电机过电压保护应动作于解列灭磁或程序跳闸。

5.2.6.2汽轮发电机装设了过励磁保护可不再装设过电压保护。

5.2.7发电机定子绕组过负荷保护

5.2.7.1定子绕组非直接冷却的发电机，应装设定时限过负荷保护作为过负荷引起的发电机定子绕组过电流故障的保护，保护接一相电流，带时限动作于信号。

5.2.7.2定子绕组为直接冷却且过负荷能力较低（例如低于1.5倍、60s），过负荷保护由定时限和反时限两部分组成的定子绕组过负荷保护作为过负荷引起的发电机定子绕组过电流故障的保护。

a）定时限部分：

动作电流按在发电机长期允许的负荷电流下能可靠返回的条件整定，带时限动作于信号，在有条件时，可动作于自动减负荷。

b）反时限部分：

动作特性按发电机定子绕组的过负荷能力确定，动作于停机或程序跳闸。

保护应反应电流变化时定子绕组的热积累过程。

不考虑在灵敏系数和时限方面与其他相间短路保护相配合。

5.2.8发电机转子表层（负序）过负荷保护

5.2.8.1对不对称负荷、非全相运行及外部不对称短路引起的负序电流，应装设发电机转子表层（负序）过负荷保护。

5.2.8.2A值（转子表层承受负序电流能力的常数）大于10的发电机，应装设定时限负序过负荷保护。

保护装置的动作电流按躲过发电机长期允许的负序电流值和躲过最大负荷下负序电流滤过器的不平衡电流值整定，带时限动作于信号。

5.2.8.3A值（转子表层承受负序电流能力的常数）小于10的发电机，应装设由定时限和反时限两部分组成的转子表层过负荷保护。

a）定时限部分：

动作电流按发电机长期允许的负序电流值和躲过最大负荷下负序电流滤过器的不平衡电流值整定，带时限动作于信号。

b）反时限部分：

动作特性按发电机承受短时负序电流的能力确定，动作于停机。

保护应能反应电流变化时发电机转子的热积累过程。

不考虑在灵敏系数和时限方面与其他相间短路保护相配合。

5.2.9发电机励磁绕组过负荷保护

5.2.9.1采用半导体整流励磁系统的发电机应装设励磁绕组过负荷保护，作为发电机励磁系统故障或强励时间过长引起的励磁绕组过负荷的保护。

5.2.9.2300MW以下的发电机，可装设定时限励磁绕组过负荷保护。

保护带时限动作于信号，必要时动作于解列灭磁。

5.2.9.3300MW及以上的发电机，保护可由定时限和反时限两部分组成。

a）定时限部分:

保护带时限动作于信号和降低励磁电流。

b）反时限部分:

保护动作于解列灭磁和程序跳闸，动作特性按发电机励磁绕组的过负荷能力确定。

保护应能反映电流变化时励磁绕组的热积累过程。

5.2.10发电机转子一点接地保护

5.2.10.1应装设转子一点接地保护作为发电机转子一点接地故障的保护，延时动作于信号，宜减负荷平稳停机，有条件时可动作于程序跳闸。

5.2.10.2双重化配置的两套发电机转子一点接地保护，在正常运行时，应只投入其中一套保护。

5.2.11发电机失磁保护

5.2.11.1对发电机励磁电流异常下降或完全消失的失磁故障应装设专用的失磁保护。

5.2.11.2对汽轮发电机，失磁保护宜瞬时或短延时动作于信号，有条件的机组可进行励磁切换。

失磁后母线电压低于系统允许值时，带时限动作于解列。

当发电机母线电压低于保证厂用电稳定运行要求的电压时，带时限动作于解列，并切换厂用电源。

有条件的机组失磁保护也可动作于自动减出力。

当减出力至发电机失磁允许负荷以下，其运行时间接近于失磁允许运行限时时，可动作于程序跳闸。

5.2.11.3对水轮发电机，失磁保护应带时限动作于解列。

5.2.12发电机过励磁保护

5.2.12.1300MW及以上的发电机应装设过励磁保护，作为电压升高和频率降低时工作磁通密度过高引起绝缘过热老化的保护。

可装设定时限过励磁保护或反时限过励磁保护，有条件时应优先装设反时限过励磁保护。

a）定时限过励磁保护:

由低定值和高定值两部分组成，低定值部分带时限动作于信号和降低励磁电流，高定值部分动作于解列灭磁或程序跳闸。

b）反时限过励磁保护:

反时限特性曲线由上限定时限、反时限、下限定时限三部分组成。

上限定时限、反时限动作于解列灭磁，下限定时限动作于信号。

5.2.12.2发电机变压器组，其间无断路器时可共用一套过励磁保护，其保护装于发电机电压侧，定值可按发电机或变压器的过励磁能力较低的要求整定。

5.2.13发电机逆功率保护

5.2.13.1对发电机变为电动机运行的异常运行方式，应装设逆功率保护。

保护带时限动作于信号，经机组允许的逆功率时间延时动作于解列。

5.2.13.2对水轮发电机，当发电机调相运行时，应闭锁逆功率保护。

5.2.14发电机频率异常保护

5.2.14.1对低于额定频率带负载运行的汽轮发电机，应装设低频率保护作为发电机在频率偏低使汽轮机的叶片及其拉筋发生断裂故障的保护，动作于信号，并有累计时间显示。

5.2.14.2对高于额定频率带负载运行的汽轮发电机或水轮发电机，应装设高频率保护，保护动作于解列灭磁或程序跳闸。

5.2.15发电机失步保护

5.2.15.1200MW及以上发电机应装设失步保护，当系统发生非稳定振荡时保护系统或发电机安全。

5.2.15.2通常发电机失步保护动作于信号。

当振荡中心在发电机变压器组内部，失步运行时间超过整定值或电流振荡次数超过规定值时，保护还动作于解列，并保证断路器断开时的电流不超过断路器允许开断电流。

5.2.16发电机轴电流保护

5.2.16.1水轮发电机推力轴承或导轴承绝缘损坏时，在感应电压作用下产生轴电流，为防止轴瓦过热烧损，水轮发电机宜装设轴电流保护。

保护瞬时动作于信号，亦可经时限动作于解列灭磁。

5.2.16.2轴电流保护宜采用套于大轴上的特殊专用电流互感器作为测量元件，也可采用其他电压型或泄漏电流型装置作为测量元件。

5.2.17发电机其他故障和异常运行保护

5.2.17.1300MW及以上容量发电机宜装设误上电保护。

用于当发电机在盘车或停机的情况下，发电机的断路器意外合闸，突然加上电压的保护。

5.2.17.2200MW及以上容量发电机应装设启停机保护。

用于发电机在启、停机过程中发生相间和接地故障时，防止某些保护装置受频率变化影响而拒动的保护。

5.2.17.3300MW及以上容量发电机出口断路器可设断路器失灵保护，保护由发电机保护跳闸输出接点和发电机出口三相电流共同启动并经机端复合电压闭锁，保护动作延时跳开发变组高压侧断路器和厂变分支断路器。

5.2.17.4对有调相运行工况的水轮发电机组，在调相运行期间有可能失去电源时，应装设解列保护，保护装置可用低频保护，带时限动作于停机。

5.2.17.5对发电机在同步过程中，由于断路器断口两侧电压周期性升高，使断口一相或两相击穿造成闪络故障，可设置断路器断口闪络保护。

5.2.17.6对发电机断水（采用水冷却系统的发电机）、热工保护、水力机械保护、发电机火灾和励磁系统故障等，应装设动作于信号、程序跳闸或全停的非电气量保护。

5.2.18励磁变压器和主励磁机保护

5.2.18.1自并励发电机的励磁变压器宜装设电流速断保护作为主保护，过电流保护作为后备保护。

5.2.18.2对交流励磁发电机的主励磁机的短路故障宜在中性点侧的TA回路装设电流速断保护作为主保护，过电流保护作为后备保护。

5.2.18.3本条规定的电流速断保护应瞬时动作于停机，过电流保护带时限动作于停机。

5.2.18.4励磁变压器应装设温度保护，保护设两段定值，低定值动作于信号，高定值动作于停机。

5.2.19抽水蓄能发电机组应根据其机组容量和接线方式装设与水轮发电机相当的保护，且应能满足发电机、调相机或电动机运行不同运行方式的要求，并宜装设变频起动和发电机电制动停机需要的保护。

5.2.19.1差动保护应采用同一套差动保护装置能满足发电机和电动机两种不同运行方式的保护方案。

换相开关宜划入发电电动机或主变压器的纵联差动保护区内。

5.2.19.2应装设能满足发电机或电动机两种不同运行方式的定时限或反时限过电流保护。

5.2.19.3应装设逆功率保护，并应在切换到电动机运行方式时自动退出逆功率保护。

5.2.19.4应装设能满足发电机运行或电动机运行的失磁、失步保护。

并由运行方式切换发电机运行或电动机运行下其保护的投退。

5.2.19.5变频起动时宜闭锁可能由谐波引起误动的各种保护，起动结束后应自动解除其闭锁。

5.2.19.6对发电机电制动停机，宜装设防止定子饶组端头短接接触不良的保护，保护可短延时动作于切断电制动励磁电流。

电制动停机过程宜闭锁会发生误动的保护。

5.2.19.7为防止电动机工况下，输入功率过低和失去电源，发电电动机应装设低功率保护，保护动作于停机。

5.2.19.8为防止发电电动机调相运行工况失去电源，并作为电动工况低功率保护的后备，发电电动机应装设低频保护。

保护在发电、电动工况下投入，在同步起动过程中退出。

保护在发电运行方式时可动作于调相转发电操作，在电动机运行方式时宜动作于解列灭磁。

5.2.19.9对同步起动过程中定子绕组及其连接母线设备的短路故障，应装设次同步保护，在起动过程中背靠背起动5s后投入，并网后退出。

保护可设速动和延时两段，动作于停机。

5.2.19.10为了防止发电电动机失步运行，应参照5.2.15.2装设失步保护。

电动机运行方式时保护应动作于停机。

5.2.19.11为了防止换相开关因故障或误操作，造成发电电动机组电压相序与旋转方向不一致，可装设电压相序保护，保护在起动时检测起动过程中的相序。

保护动作于闭锁自动操作回路和解列灭磁。

5.3发变组升压变压器保护配置

5.3.1一般原则

5.3.1.1对于大型发变组升压变压器的下列故障及异常运行方式，应按本章的规定装设相应的保护装置：

a）绕组及其引出线的相间短路和在中性点直接接地侧的单相接地短路；

b）绕组的匝间短路；

c）外部相间短路引起的过电流；

d）中性点直接接地或经小电阻接地电力网中，外部接地短路引起的过电流及中性点过电压；

e）中性点非有效接地侧的单相接地故障。

f）过负荷；

g）过励磁；

h）油面降低；

i）变压器油面温度、绕组温度过高及油箱压力升高和冷却系统故障。

5.3.1.2当发电机与变压器之间没有断路器时，上述各项故障的保护动作于跳变压器各侧断路器时，应同时动作于停机；当发电机与变压器之间有断路器时，上述各项故障的保护动作于跳变压器各侧断路器时，宜同时动作于解列灭磁。

5.3.2主变压器内部、套管和引出线故障的主保护

5.3.2.1应采用不同涌流闭锁原理的纵联差动保护做为变压器主保护，瞬时跳开变压器各侧断路器。

其中一套主保护应采用二次谐波制动原理的比率差动保护。

5.3.2.2每套主保护中应配置不经TA断线闭锁的差动速断保护，瞬时跳开变压器各侧断路器。

5.3.3主变压器相间短路后备保护

5.3.3.1双绕组变压器高压侧和三绕组变压器高、中压侧应装设复合电压闭锁的（方向）过电流保护，作为主变压器相间短路故障的后备保护。

保护为两段式，两段均可选择带方向或不带方向。

每段保护可带两段或三段时限，并以较短时限动作于缩小故障影响范围，或动作于本侧断路器，以较长时限动作于断开变压器各侧断路器。

5.3.3.2双绕组变压器高压侧和三绕组变压器高、中压侧应装设复合电压闭锁的过电流保护。

保护为一段一时限，延时跳开变压器各侧断路器。

5.3.3.3对有倒送电运行要求的变压器，低压侧应装设复合电压闭锁的过电流保护，保护带一段时限，跳开变压器各侧断路器。

正常运行时可用发电机断路器辅助触点进行联锁退出该保护。

5.3.3.4对没有倒送电运行要求的变压器低压侧不另设相间短路后备保护，应利用装于发电机中性点侧的相间短路后备保护，作为高、中压侧外部、变压器和分支线相间短路后备保护。

5.3.3.5在满足灵敏性和选择性要求的情况下，应优先选用简单可靠的电流、电压保护作为后备保护。

对电流、电压保护不能满足灵敏性和选择性要求的应采用阻抗保护。

5.3.4主变压器单相接地短路后备保护

5.3.4.1当主变压器中性点直接接地运行，应按以下规定装设接地短路后备保护：

a）双绕组变压器高压侧和三绕组变压器高、中压侧应装设中性点零序过电流保护。

对双绕组变压器，保护为两段式，每段保护可带两段时限，并以较短时限动作于缩小故障影响范围，以较长时限动作于断开变压器各侧断路器；对三绕组变压器，保护带一时限动作于断开变压器各侧断路器。

b）三绕组变压器高、中压侧应装设零序方向过电流保护，由两段组成，两段均可选择带方向或不带方向。

每段保护可设两段或三段时限，并以较短时限动作于缩小故障影响范围，或动作于本侧断路器，以较长时限动作于断开变压器各侧断路器。

零序方向过电流保护采用高、中压侧TA。

c）对500kV主变压器，为降低零序过电流保护的动作时间和简化保护，高压侧零序一段只带一个时限，动作于断开主变压器高压侧断路器；零序二段也只带一个时限，动作于断开变压器各侧断路器。

5.3.4.2当主变压器中性点可能接地运行或不接地运行时，对于主变压器中性点装设放电间隙的分级绝缘变压器，除按5.3.4.1规定装设保护外，还应装设反应间隙放电的零序过电流保护和零序过电压保护。

用于中性点直接接地运行的零序过电流保护动作情况同上条。

当经间隙接地的主变压器所接的电力网失去中性点，又发生单相接地故障时，反应间隙放电的零序电流保护和零序过电压保护动作，经0.3～0.5s时限动作于断开变压器各侧断路器。

5.3.5主变压器过负荷保护

5.3.5.1双绕组变压器高压侧和三绕组变压器高、中压侧应装设过负荷保护，延时动作于信号。

5.3.5.2对有倒送电运行要求的变压器，低压侧应装设过负荷保护，延时动作于信号。

5.3.5.3对没有倒送电运行要求的变压器低压侧不另设过负荷保护，而利用装于发电机中性点侧的定子绕组过负荷保护，作为变压器低压侧过负荷后备保护。

5.3.6主变压器过励磁保护

5.3.6.1对于高压侧为500kV及以上的主变压器，为防止由于频率降低和/或电压升高引起变压器磁密过高而损坏变压器，应装设过励磁保护。

保护应具有定时限或反时限特性并与被保护变压器的过励磁特性相配合。

定时限保护由两段组成，低定值动作于信号，高定值动作于跳开变压器各侧断路器。

5.3.6.2发电机与变压器之间无断路器时可共用一套过励磁保护，其保护装于发电机电压侧，定值可按发电机或变压器的过励磁能力较低的要求整定。

5.3.7主变压器非电气量保护

5.3.7.1主变压器应装设瓦斯保护。

重瓦斯保护动作瞬时跳开变压器各侧断路器，轻瓦斯保护瞬时动作于信号。

带负荷调压变压器充油调压开关，亦应装设瓦斯保护。

5.3.7.2主变压器应装设压力释放保护和速动油压保护。

保护动作瞬时跳变压器各侧断路器，也应能切换动作于信号。

5.3.7.3主变压器应装设冷却系统全停保护。

冷却系统全停时瞬时发报警信号；冷却系统全停经延时后，且主变顶层油温上升至整定要求时则跳闸。

5.3.7.4主变压器应装设油温及绕组温度保护，保护高定值动作延时跳变压器各侧断路器，也能切换动作于信号；保护低定值动作于信号。

5.3.7.5主变压器应装设油位异常保护，保护动作于信号。

5.3.8主变压器断路器失灵保护与三相不一致保护

5.3.8.1变压器电量保护动作应启动500kV侧、220kV侧断路器失灵保护，变压器非电量保护跳闸不启动断路器失灵保护。

断路器失灵判别的电流元件和时间元件宜与变压器保护完全独立。

5.3.8.2220kV断路器失灵保护启动逻辑应为第一时限解除失灵保护复合电压闭锁回路，第二时限与保护动作接点串联后启动失灵保护并发信号。

5.3.8.3非机械联动的分相断路器可配置采用零序或负序电流与断路器三相位置不对应辅助触点判别的三相不一致保护。

第一时限跳开本侧断路器，第二时限跳开变压器各侧断路器。

5.3.8.4发电机变压器组断路器出现非全相运行时，首先应采取发电机降出力措施，然后经快速返回的“负序或零序电流元件”闭锁的“断路器非全相判别元件”，由独立的时间元件以第一时限启动独立的跳闸回路重跳本断路器一次，并发出“断路器三相位置不一致”的动作信号。

若此时断路器故障仍然存在，可采用以下措施：

a）以“零序或负序电流”元件动作、“断路器三相位置不一致”和“保护动作”构成的“与”逻辑，通过独立的时间元件以第二时限去解除断路器失灵保护的复合电压闭锁，并发出告警信号。

b）同时经“零序或负序电流”元件以及任一相电流元件动作的“或”逻辑，与“断路器三相位置不一致”，“保护动作”构成的“与”逻辑，经由独立的时间元件以第三时限去启动断路器失灵保护，并发“断路器失灵保护启动”的信号。

c）