电厂继电保护装置及励磁系统讲解

发电机变压器组：当发电机与变压器间有断路器 时，发电机装设单独的纵差保护；当发电机与变 压器间没有断路器时，100MW及以下发电机可只 装设发电机变压器组公用纵差保护；100MW及以 上发电机，除发电机变压器组公用纵差保护还应 装设独立纵差保护，对于200MW及以上发电机变 压器组亦可装设独立变压器纵差保护。 • 与发变组差动区别：发变组差动需要考虑厂用分 支，要考虑涌流制动、各侧平衡调节。
电力系统继电保护的基本任务是： (1) 自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除，使 故障元件免于继续遭到破坏，保证其他无故障部分迅速恢复正常 运行。 (2) 反应电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件 (如有无经常值班人员)而动作于信号，以便值班员及时处理，或 由装置自动进行调整，或将那些继续运行就会引起损坏或发展成 为事故的电气设备予以切除。此时一般不要求保护迅速动作，而 是根据对电力系统及其元件的危害程度规定一定的延时，以免暂 短地运行波动造成不必要的动作和干扰而引起的误动。[1] (3) 继电保护装置还可以与电力系统中的其他自动化装置配合， 在条件允许时，采取预定措施，缩短事故停电时间，尽快恢复供 电，从而提高电力系统运行的可靠性。
可靠性
即使对于相同的电力元件，随着电网的发 展，保护不误动和不拒动对系统的影响也会发 生变化。 以上四个基本要求是设计、配置和维护继电保 护的依据，又是分析评价继电保护的基础。这 四个基本要求之间是相互联系的，但往往又存 在着矛盾。因此，在实际工作中，要根据电网 的结构和用户的性质，辩证地进行统一。
速动性
速动性是指继电保护装置应能尽快地切除故障，以减 少设备及用户在大电流、低电压运行的时间，降低设
备的损坏程度，提高系统并列运行的稳定性。 一般必须快速切除的故障有：
(1)使发电厂或重要用户的母线电压低于有效值(一般 为0.7倍额定电压)。
(2)大容量的发电机、变压器和电动机内部故障。 (3) 中、低压线路导线截面过小，为避免过热不允许
发展趋势
微机保护经过近20年的应用、研究和发展，已 经在电力系统中取得了巨大的成功，并积累了丰富 的运行经验，产生了显著的经济效益，大大提高了 电力系统运行管理水平。近年来，随着计算机技术 的飞速发展以及计算机在电力系统继电保护领域中 的普遍应用，新的控制原理和方法被不断应用于计 算机继电保护中，以期取得更好的效果，从而使微 机继电保护的研究向更高的层次发展，继电保护技 术未来趋势是向计算机化，网络化，智能化，保护、 控制、测量和数据通信一体化发展。
灵敏性
系统最大运行方式：被保护线路末端短路时，系 统等效阻抗最小，通过保护装置的短路电流为最大运 行方式； 系统最小运行方式：在同样短路故障情况下，系统等 效阻抗为最大，通过保护装置的短路电流为最小的运 行方式。 保护装置的灵敏性是用灵敏系数来衡量。
可靠性
可靠性包括安全性和信赖性，是对继电保 护最根本的要求。 安全性：要求继电保护在不需要它动作时可靠 不动作，即不发生误动。 信赖性：要求继电保护在规定的保护范围内发 生了应该动作的故障时可靠动作，即不拒动。 继电保护的误动作和拒动作都会给电力系统带 来严重危害。
发电机的主要保护和作用 横差保护
作用：发电机定于绕组一相匝间短路。 要求：定子绕组为星形接线，每相有并联分支且中心点 有分支引出端子的发电机。
• 随着电子技术、计算机技术、通信技术的飞速发展， 人工智能技术如人工神经网络、遗传算法、进化规模、 模糊逻辑等相继在继电保护领域的研究应用，继电保 护技术向计算源自化、网络化、一体化、智能化方向发 展。
继电保护的发展历程
19世纪的最后25年里，作为最早的继电保护装置熔断器已 开始应用。电力系统的发展，电网结构日趋复杂，短路容量不断 增大，到20世纪初期产生了作用于断路器的电磁型继电保护装置。 虽然在1928年电子器件已开始被应用于保护装置，但电子型静态 继电器的大量推广和生产，只是在50年代晶体管和其他固态元器 件迅速发展之后才得以实现。静态继电器有较高的灵敏度和动作 速度、维护简单、寿命长、体积小、消耗功率小等优点，但较易 受环境温度和外界干扰的影响。1965年出现了应用计算机的数字 式继电保护。大规模集成电路技术的飞速发展,微处理机和微型计 算机的普遍应用,极大地推动了数字式继电保护技术的开发，目前 微机数字保护正处于日新月异的研究试验阶段，并已有少量装置 正式运行。
发电机保护组成及动作后果
发电结构示意
• 转子：励磁后产生磁场，在水轮机的带动 下旋转，产生旋转磁场。
• 定子：感受交变磁场，线圈切割磁力线发 出电能。
发电机可能发生的故障
• 定子绕组相间短路 • 定子绕组匝间短路 • 定子绕组一相绝缘破坏引起的单相接地 • 励磁回路（转子绕组）接地 • 励磁回路低励（励磁电流低于静稳极限对
代替原来庞大的继电保护柜；
• 2、利用计算机软件代替继电器硬件 ： 如果想增加保护功能，只要增加相关软件即可达
到。比如 ：一条线路保护，原来只有速断和过流保护， 想增加方向保护、复合电压闭锁的过流保护、负序电 流保护、低周低压减载、过负荷等等，我们只是增加 相关软件，不增加任何硬件。只有在需要一些特殊功 能时，才增加一些硬件。
发电机保护装置及 励磁系统
一、继电保护的发展历程 二、继电保护装置的定义及要求 三、微机继电保护的构成 四、发电机保护组成及动作后果 五、发电机励磁系统
一、继电保护的发展历 程
继电保护是随着电力系统的发展而发展起来的。20 世纪初随着电力系统的发展，继电器开始广泛应用于电 力系统的保护，这时期是继电保护技术发展的开端。最 早的继电保护装置是熔断器。从20世纪50年代到90年代 末，在40余年的时间里，继电保护完成了发展的4个阶段， 即从电磁式保护装置到晶体管式继电保护装置、到集成 电路继电保护装置、再到微机继电保护装置。
延时切除的故障。
速动性
(4) 可能危及人身安全、对通信系统造成强烈干扰的 故障。
故障切除时间包括保护装置和断路器动作时间，一般 快速保护的动作时间为0.04s～0.08s，最快的可达 0.01s～0.04s，一般断路器的跳闸时间为0.06s～
0.15s，最快的可达0.02s～0.06s。 对于反应不正常运行情况的继电保护装置，一般不要 求快速动作，而应按照选择性的条件，带延时地发出
2.网络化
计算机网络作为信息和数据通信工具已成为信息时代的技术 支柱，它深刻影响着各个工业领域，也为各个工业领域提供了强 有力的通信手段。到目前为止，除了差动保护和纵联保护外，所 有继电保护装置都只能反应保护安装处的电气量。继电保护的作 用主要是切除故障元件，缩小事故影响范围。因继电保护的作用 不只限于切除故障元件和限制事故影响范围，还要保证全系统的 安全稳定运行。这就要求每个保护单元都能共享全系统的运行和 故障信息的数据，各个保护单元与重合闸装置在分析这些信息和 数据的基础上协调动作，确保系统的安全稳定运行。显然，实现 这种系统保护的基本条件是将全系统各主要设备的保护装置用计 算机网络联接起来，亦即实现微机保护装置的网络化。
信号。
灵敏性
灵敏性是指电气设备或线路在被保护范围内发生 短路故障或不正常运行情况时，保护装置的反应能力。 能满足灵敏性要求的继电保护，在规定的范围内故障 时，不论短路点的位置和短路的类型如何，以及短路 点是否有过渡电阻，都能正确反应动作，即要求不但 在系统最大运行方式下三相短路时能可靠动作，而且 在系统最小运行方式下经过较大的过渡电阻两相或单 相短路故障时也能可靠动作。
1.计算机化
随着计算机硬件的迅猛发展，微机保护硬件 也在不断发展。电力系统对微机保护的要求不断 提高，除了保护的基本功能外，还应具有大容量 故障信息和数据的长期存放空间，快速的数据处 理功能，强大的通信能力，与其它保护、控制装 置和调度联网以共享全系统数据、信息和网络资 源的能力，高级语言编程等。这就要求微机保护 装置具有相当于一台pc机的功能。继电保护装置 的微机化、计算机化是不可逆转的发展趋势。但 对如何更好地满足电力系统要求，如何进一步提 高继电保护的可靠性，如何取得更大的经济效益 和社会效益，尚需进行具体深入的研究。
应的励磁电流）、失磁
发电机主要的不正常工作状态
• 过负荷 • 定子绕组过电流 • 定子绕组过电压 • 三相电流不对称 • 过励磁 • 逆功率 • 失步、非全相、断路器出口闪络、误上电
等
发电机的主要保护和作用 纵差保护
• 作用：发电机及其引出线的相间短路保护 • 规程：1MW以上发电机，应装设纵差保护。对于
3.智能化
保护、控制、测量、数据通信一体化在实 现继电保护的计算机化和网络化的条件下，保 护装置实际上就是一台高性能、多功能的计算 机，是整个电力系统计算机网络上的一个智能 终端。它可从网上获取电力系统运行和故障的 任何信息和数据，也可将它所获得的被保护元 件的任何信息和数据传送给网络控制中心或任 一终端。因此，每个微机保护装置不但可完成 继电保护功能，而且在无故障正常运行隋况下 还可完成测量、控制、数据通信功能，亦即实 现保护、控制、测量、数据通信-体化。
3.智能化
随着智能电网的发展，分布式发电、交互式供电模式对 继电保护提出了更高要求，另一方面通信和信息技术的长足 发展，数字化技术及应用在各行各业的日益普及也为探索新 的保护原理提供了条件，智能电网中可利用传感器对发电、 输电、配电、供电等关键设备的运行状况进行实时监控，然 后把获得的数据通过网络系统进行收集、整合，最后对数据 进行分析。利用这些信息可对运行状况进行监测，实现对保 护功能和保护定值的远程动态监控和修正。另外，对保护装 置而言，保护功能除了需要本保护对象的运行信息外，还需 要相关联的其它设备的运行信息。一方面保证故障的准确实 时识别，另一方面保证在没有或少量人工干预下，能够快速 隔离故障、自我恢复，避免大面积停电的发生。
研究现状
随着电力系统容量日益增大，范围越来越广，仅设置系统各元 件的继电保护装置，远不能防止发生全电力系统长期大面积停电的严 重事故。为此必须从电力系统全局出发，研究故障元件被相应继电保 护装置的动作切除后，系统将呈现何种工况，系统失去稳定时将出现 何种特征，如何尽快恢复其正常运行等。系统保护的任务就是当大电 力系统正常运行被破坏时，尽可能将其影响范围限制到最小，负荷停 电时间减到最短。此外，机、炉、电任一部分的故障均影响电能的安 全生产，特别是大机组和大电力系统的相互影响和协调正成为电能安 全生产的重大课题。因此，系统的继电保护和安全自动装置的配置方 案应考虑机、炉等设备的承变能力，机、炉设备的设计制造也应充分 考虑电力系统安全经济运行的实际需要。为了巨型发电机组的安全， 不仅应有完善的继电保护，还应研究、推广故障预测技术。