电气特性、故障类型及配置原则1

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1、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。2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dxdxdx3n与保护配置相关的主要特点是： （1）发电机出口除支接高压厂用变压器外无其他

2、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 4（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5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62、变压器n油箱内故障：包括绕组的相间短路、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

3、线上发生相间短路和接地短路71、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82、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9大型发电机-变压器组继电保护总体配置的原则及要求一、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

4、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。10n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。11n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。

5、12n“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。13n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。14n主变高压侧相间短路后备保护以高压母

6、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保护。15n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

7、资源共享。16二、发电机三相定子绕组的结构对主保护配置的影响2TA1TAGTTU2TA1TAGT3TA3TA2TA1TA3TA1TATU2QU1QU2o1o1o2o1a2a1b2b1c2c1aan1b1cbncn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17 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

8、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。 18 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。19 理论研究和实践经