電力系統(tǒng)繼電保護 7~10章習(xí)題解答

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1、真誠為您提供優(yōu)質(zhì)參考資料，若有不當(dāng)之處，請指正。 第7章同步發(fā)電機的繼電保護 思考題與習(xí)題解答 7—1發(fā)電機有哪些故障類型？應(yīng)該裝設(shè)哪些反應(yīng)故障的保護？ 答：發(fā)電機應(yīng)裝設(shè)下列保護： 發(fā)電機故障類型主要有各種短路故障。各種故障包括相間短路、接地短路和輸電線路斷線。應(yīng)裝設(shè)的保護有： （1）對于發(fā)電機定子繞組及其引出線的相間短路，應(yīng)裝設(shè)縱聯(lián)差動保護。 （2）對于定子繞組單相接地故障，應(yīng)裝設(shè)零序保護。當(dāng)發(fā)電機電壓回路的接地電容電流（未經(jīng)消弧繞組）大于或等于5A時，保護應(yīng)動作于跳閘，當(dāng)接地電容電流小于5A時保護應(yīng)動作于信號。對容量是100MW及以上的發(fā)電機應(yīng)盡量裝設(shè)保護范圍為100%的接

2、地保護。 （3）對于定子繞組匝間短路，當(dāng)繞組接成雙星形，且每一分支都有引出端時，應(yīng)裝設(shè)橫聯(lián)差動保護。 （4）對于外部短路引起的過電流，一般應(yīng)裝設(shè)低電壓啟動的過電流保護或復(fù)合電壓啟動的過電流保護。對于容量為50MW及以上的發(fā)電機，一般裝設(shè)負序過電流及單相低電壓啟動的過電流保護。負序過電流保護同時用作外部不對稱短路或不對稱負荷引起的負序過電流保護。 （5）對于由對稱過負荷引起的定子繞組過電流，應(yīng)裝設(shè)接于一相電流的過負荷保護。 （6）對于水輪發(fā)電機及其某些大容量汽輪發(fā)電機定子繞組的過電壓，應(yīng)裝設(shè)帶延時的過電壓保護。 （7）對于勵磁回路的接地故障，水輪發(fā)電機一般應(yīng)裝設(shè)一點接地保護。對汽輪發(fā)電

3、機的勵磁回路一點接地，一般采用定期檢測裝置，對大容量機組，可裝設(shè)一點接地保護，對兩點接地故障，應(yīng)裝設(shè)兩點接地保護。 （8）對于發(fā)電機的勵磁消失，當(dāng)100MW以下不允許失磁運行的發(fā)電機，應(yīng)在自動滅磁開關(guān)斷開時應(yīng)聯(lián)動斷開發(fā)電機斷路器；當(dāng)采用半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng)時，應(yīng)裝設(shè)專用的失磁保護。對于100MW以下但對電力系統(tǒng)有重大影響的發(fā)電機和100MW及以上的發(fā)電機應(yīng)裝設(shè)專用的失磁保護。 （9）對于發(fā)電機轉(zhuǎn)子回路過負荷，在容量為100MW以上并采用半導(dǎo)體勵磁的發(fā)電機，可以裝設(shè)轉(zhuǎn)子回路過負荷保護。 （10）對于大容量汽輪發(fā)電機的逆功率運行，可以裝設(shè)逆功率保護。 7—2試分析發(fā)電機縱差保護的作用及保護范

4、圍 答：發(fā)電機縱差保護是反應(yīng)發(fā)電機定子繞組及其引出線的相間短路故障，保護無死區(qū)動作時限短。它作為發(fā)電機相間短路的主保護。其保護范圍包括發(fā)電機定子繞組及引出線，即裝設(shè)發(fā)電機定子繞組兩側(cè)TA之間的范圍。 7—3試說明如圖7—1具有斷線監(jiān)視裝置的發(fā)電機縱差保護裝置，在內(nèi)部故障、電流互感器二次回路斷線情況下的動作過程。當(dāng)發(fā)生二次回路斷線時的外部故障，保護將如何反應(yīng)？ 答：如圖7—1所示具有斷線監(jiān)視的發(fā)電機縱差保護裝置，在發(fā)生內(nèi)部故障時，電流互感器2TA二次回路斷線，則差動繼電器通過1TA反應(yīng)的短路電流要大于繼電器動作電流，繼電器動作。當(dāng)發(fā)生外部故障時，2TA斷線流過繼電器電流仍為，保護要誤動

5、作，但因為裝設(shè)了斷線監(jiān)視裝置，發(fā)生斷線后，它發(fā)出信號，運行人先接到信號后即將差動保護退出，防止誤動作。 圖7—1 題7-3具有斷線監(jiān)視裝置的發(fā)電機縱差保護原理接線圖 7—4零序電壓匝間短路保護，能否保護單相接地？ 答：不能，如圖7—2所示為零序電壓匝間短路保護原理接線圖，圖中把發(fā)電機中性點與發(fā)電機出口端電壓互感器的中性點連在一起，當(dāng)發(fā)電機內(nèi)部發(fā)生匝間短路或者中性點不對稱的相間短路時，破壞了三相中性點的對稱，產(chǎn)生了對中性點的零序電壓即，使零序電壓匝間短路保護正常動作。 當(dāng)發(fā)電機內(nèi)部或外部發(fā)生單相接地時，雖然電壓互感器TV的一次系統(tǒng)出現(xiàn)了零序電壓，即一次側(cè)三相對地電壓

6、不平衡，中性點電位升高為，但TV一次側(cè)的中性點并不接地，所以即使它的中性點電位升高，三相對地中性點的電壓仍對稱，所以開口三角形繞組輸出電壓=0。保護不會動作。為防止1TV一次熔斷器熔斷引起保護誤動作，設(shè)置了電壓閉鎖裝置，為防止低定值零序電壓匝間短路保護在外部短路時誤動作，設(shè)置了負序功率方向閉鎖元件。 圖7—2 題7-4零序電壓匝間短路保護原理接線圖 7—5為什么反應(yīng)零序電壓的定子繞組匝間短路保護要采用負序功率方向閉鎖？ 答：零序電壓的定子繞組匝間短路保護采用負序功率方向閉鎖元件。在正常運行時，系統(tǒng)振蕩或三相對稱短路時，發(fā)電機定子繞組三相電流對稱，

7、轉(zhuǎn)子回路不出現(xiàn)2次諧波電流，保護不會動作。當(dāng)發(fā)電機不對稱運行或發(fā)生不對稱短路時，定子繞組的負序分量電流也將在轉(zhuǎn)子回路中感應(yīng)出2次諧波電流。為防止在這些情況下保護誤動作，可加設(shè)起閉鎖作用的負序功率方向閉鎖，因為匝間短路時的負序功率方向與不對稱運行或發(fā)生不對稱接地短路時的負序功率方向相反。這樣，不對稱情況下的負序功率方向元件使保護閉鎖，匝間短路時便能使保護開放。 7—6為什么發(fā)電機定子繞組單相接地的零序電流保護存在死區(qū)，如何減小死區(qū)？ 答：當(dāng)發(fā)電機定子繞組的中性點附近接地時，由于接地電流很小，采用零序電流保護可能不能動作，有15%～30%的死區(qū)。 為減小死區(qū)可采取下列措施： （1）加裝

8、三次諧波濾過器； （2）對于高壓側(cè)是中性點直接接地電網(wǎng)，可利用保護裝置延時來躲過高壓側(cè)接地短路故障，其動作時限應(yīng)與變壓器的零序保護相配合； （3）對于高壓側(cè)是中性點非直接接地電網(wǎng)，可利用高壓側(cè)的零序電壓將發(fā)電機的接地保護閉鎖或?qū)崿F(xiàn)制動。 采用上述措施后，繼電器動作值可取5～10伏，保護范圍可提高到90%以上，但是在中性點附近仍有5%～10%的死區(qū)。 7-7大容量發(fā)電機為什么要采用100%定子接地保護？利用發(fā)電機定子繞組三次諧波電壓和零序電壓構(gòu)成的100%定子接地保護的原理是什么？ 答：在大型機組中水內(nèi)冷機組占有一定的比例。對于水內(nèi)冷發(fā)電機來說，由于機械損傷或發(fā)生漏水等原因

9、，導(dǎo)致中性點附近的定子繞組發(fā)生接地故障是完全可能的。如果這種故障沒有及時發(fā)現(xiàn)并處理，勢必會發(fā)展成匝間短路，相間短路或兩點接地短路，以致造成發(fā)電機嚴重損壞。因此，對這種大容量發(fā)電機，有必要裝設(shè)能保護100%定子繞組的接地保護。下面說明利用三次諧波電壓構(gòu)成的100%定子接地保護。 該保護由兩部分組成，一部分為零序電壓保護，它可以保護85%～90%定子繞組。另一部分利用發(fā)電機三次諧波電壓構(gòu)成，它用來消除零序電壓保護的死區(qū)，從而實現(xiàn)保護100%定子繞組的接地保護。為了可靠起見，兩部分保護區(qū)有段重疊。 第二部分的工作原理是利用發(fā)電機中性點和出線端的三次諧波電壓在正常運行和接地故障時變化相反的特點構(gòu)成

10、。正常運行時，發(fā)電機中性點的三次諧波電壓比發(fā)電機出線端的三次諧波電壓大。利用其變化特點，使發(fā)電機出口的三次諧波電壓成為動作量，從而使中性點的三次諧波電壓成為制動量，利用絕對值比較原理，當(dāng)發(fā)電機出口三次諧波電壓大于中性點三次諧波電壓時，繼電器動作，這種保護在正常時制動，在定子繞組接地時動作。 三次諧波電壓保護原理如下，由于發(fā)電機轉(zhuǎn)子和定子之間的氣隙磁通密度的非正弦分布和鐵磁飽和的影響，在發(fā)電機定子繞組感應(yīng)電勢中存在三次諧波分量，其值不超過基波電勢的10%。 正常運行時，中性點絕緣的發(fā)電機端電壓與中性點三次諧波電壓分布如圖7-3（a）所示，其中為每相三次諧波電勢，為每相對地電容，為機端其它各連

11、接元件每相的對地電容，中性點三次諧波電壓和機端三次諧波電壓分別為： （71） （7-2） （7-3） 上式說明在正常情況下，機端三次諧波電壓小于中性點三次諧波電壓，若發(fā)電機經(jīng)消弧繞組接地，上述結(jié)論也成立。 （c） (d) 圖7—3 題7-7發(fā)電機端和中性點三次諧波電壓 （a）正常運行時發(fā)電機三次諧波電壓的等值電路

12、；（c）發(fā)電機定子繞組單相接地時三次諧波電壓的等值電路；（c）、隨接地點位置a變化的曲線 圖7—4發(fā)電機零序電壓和三次諧波電壓相結(jié)合構(gòu)成100％定子繞組單相接地保護原理接線圖 設(shè)發(fā)電機定子繞組距中性點a處發(fā)生單相接地，如圖7-3(b)所示，無論中性點是否接消弧繞組都有=,,且與的比值為 (7-4) 與隨a而變化，其變化曲線如圖7-3（d）所示，當(dāng)a<50%時，恒有>。有以上分析可知，正常情況下，<；當(dāng)a<50%范圍內(nèi)發(fā)生單相接地故障時，>，利用作為動作量，利用作為制動量，構(gòu)成接地保護，可以反應(yīng)<50%范圍內(nèi)的接地故障。

13、 利用基波零序電壓和三次諧波電壓的發(fā)電機定子繞組100%的定子接地保護接線圖如圖7-4所示。圖中和分別表示由中性點和機端取得的交流電壓，由電抗變換器1UR一次繞組和電容構(gòu)成三次諧波串聯(lián)諧振電路，、組成基波串聯(lián)諧振電路，因此加于整流橋1U的交流電壓是三次諧波電壓。1U整流電壓經(jīng)濾波后作為動作量作用于執(zhí)行元件，同樣，經(jīng)電抗變換器2UR、、、整流橋2U，濾波電容后，形成制動量作用于執(zhí)行元件，執(zhí)行元件兩端電壓為： （7-5） 在正常情況下，<，<0, 執(zhí)行元件不動作；當(dāng)a<50%范圍內(nèi)發(fā)生接地故障時，> >0，執(zhí)行元件動作，調(diào)節(jié)電

14、位器1RP可以改變保護的整定值。 電壓變換器UV直接接于機端電壓互感器1TV的開口三角形側(cè)，反映基波零序電壓?；阈螂妷航?jīng)整流器3U整流和經(jīng)，，組成濾波器濾波后，加于執(zhí)行元件，調(diào)節(jié)電位器2RP滑動端位置，可以改變基波零續(xù)電壓部分的整定值。 7-8 發(fā)電機失磁后，發(fā)電機機端測量阻抗如何變化，什么是等有功阻抗圓，等無功阻抗圓? 答：失磁后，發(fā)電機機端測量阻抗的變化是，失磁保護的重要判據(jù)，下面以汽輪發(fā)電機經(jīng)線路與無窮大系統(tǒng)并列運行為例分析失磁后發(fā)電機機端測量阻抗的變化情況。如圖7-5（a）所示為系統(tǒng)的等值電路，圖7-5（b）為系統(tǒng)正常運行時各電氣量的相量圖。由電機理論可知，發(fā)電機送到受端

15、的有功功率和無功功率為： (7-6) (7-7) (7-8) 式中 —發(fā)電機電勢，系統(tǒng)電壓； —發(fā)電機同步電抗與系統(tǒng)及發(fā)電機之間聯(lián)系電抗之和； —與之間的夾角，稱為功角； —受端功率因數(shù)角 圖7-5 題7-8發(fā)電機與無限大系統(tǒng)并列運行 （a）等值電路；（b）相量圖 在正常運行時，δ<.在不考慮勵磁調(diào)節(jié)器作用時,δ=,為穩(wěn)定運行的極限角,δ>,發(fā)電機失步.

16、下面分三個階段分析發(fā)電機從失磁到穩(wěn)定異步運行。 1.失磁開始到失步前為等有功階段 在這個階段中，隨勵磁電流逐漸減小而下降，根據(jù)公式11-6可知發(fā)電機送出功率P減小，但原動機輸入功率沒有減小，轉(zhuǎn)子出現(xiàn)剩余功率使轉(zhuǎn)子加速，δ增大，sinδ增大，由于減小和增大相互補償，故P的平均值保持不變，這一過程稱為等有功過程。根據(jù)式（7-7）無功功率Q隨增大而降低，而且從正值變?yōu)樨撝?，即發(fā)電機變?yōu)閺南到y(tǒng)吸收感性無功功率。 發(fā)電機從失磁到失步前，機端測量阻抗為： （11-9） 式中,和P均為常數(shù),=arctan（Q/P），隨Q變化而變化

17、，式（11-9）表示以為圓心，半徑為的圓,如圖7-6所示，稱為等有功阻抗圓。 圖7-6題7-8等有功阻抗圓 圖7-7題7-8等無功阻抗圓 上述分析可知，失步前機端測量阻抗在阻抗復(fù)平面第一象限，失磁開始到失步前，隨著Q、減小，機端測量阻抗的端點沿著等有功圓向第IV象限移動。 2.臨界失步點 當(dāng)δ增加到，汽輪發(fā)電機處于靜態(tài)極限，此時失磁發(fā)電機送至系統(tǒng)無功功率，根據(jù)式（7-7）應(yīng)為 =常數(shù) (7-10） 式中Q為負值，表明發(fā)電機從系統(tǒng)吸收感性無功功率，這種情況下，機端測

18、量阻抗為 （7-11） 將式（11—10）代入（10—11）可得式 （7-12） 式中，僅為變量，所以式（7-12）也是一個圓方程，其圓心坐標為（0，）,半徑為，如圖7-7所示。該圖稱臨界失步阻抗圓或稱為等無功阻抗圓。 3．失步后的異步運行狀態(tài) 發(fā)電機失步穩(wěn)定運行在第IV象限，其等值電路如圖7-8所示。按圖中規(guī)定電流正方向，機端測量阻為： （7-13） 當(dāng)發(fā)電機在空載下失磁，轉(zhuǎn)差率S=0，≈∞,此時機端測量阻抗最大，即

19、 （7-14） 當(dāng)發(fā)電機失磁前帶有很大的有功功率，失磁后進入穩(wěn)態(tài)異步時轉(zhuǎn)差率很高，極限情況是S∞，0，此時有最小值，即 （7-15） 由上述分析可見，如圖7-9所示，發(fā)電機在正常運行時，其機端測量阻抗按所帶有功負荷不同（P1或P2），位于阻抗復(fù)平面第一象限（a和點）。失磁后，機端測量阻抗沿等有功圓向第IV象限變化，當(dāng)它與臨界失步阻抗圓相交時（b或點），表明機組處于靜態(tài)穩(wěn)定的極限。越過靜態(tài)邊界后，機組轉(zhuǎn)入異步運行，最后穩(wěn)定運行在第IV象限與之間的范圍（c或點附近）。 圖7-8發(fā)電機異步運行時的等值電路

20、 —定子繞組漏電抗；—歸算至定子側(cè)轉(zhuǎn)子回路電阻及漏電抗； —定、轉(zhuǎn)子繞組間互感抗；—轉(zhuǎn)差率； 圖7-9發(fā)電機失磁后機端測量阻抗的變化 7-9 為什么大容量發(fā)電機采用負序電流保護，其動作值是按什么條件選擇的？ 答：由于大容量發(fā)電機組的額定電流很大，在相鄰元件末端發(fā)生兩相短路時，短路電流可能很小，采用復(fù)合電壓啟動過流保護或負序電壓啟動過流保護，往往不能滿足相鄰元件對靈敏系數(shù)的要求，在此情況下采用負序電流保護作為后備保護，可以提高不對稱短路時的靈敏性。 負序電流及單相低電壓啟動的過電流保護，其動作電流按下述三個條件整定： （1）靈敏元件2KA的整定。負序過負荷部分的動作電流按躲

21、開發(fā)電機最大負荷時負序電流濾過器的不平衡電流和小于發(fā)電機長期允許的負序電流值，一般取 （7-16） 保護動作時限比發(fā)電機后備保護動作時間大一級。 （2）不靈敏元件3KA的整定。負序過流部分，按照發(fā)電機短時間允許的負序電流來確定。在選擇動作電流時，應(yīng)先給一個計算時間，在此時間內(nèi)運行人員有可能采取措施消除產(chǎn)生負序電流的運行方式，一般取，若流過發(fā)電機的負序電流，允許通過負序電流的時間，運行人員來不及消除產(chǎn)生負序電流的運行方式，這種情況下保護裝置應(yīng)動作于跳閘。因此，負序電流保護的動作電流（標幺值）為

22、 （7-17） 對于表面冷卻的發(fā)電機，取A=30-40代入上式可得 （7-18） （3）不靈敏元件負序電流動作值除按轉(zhuǎn)子發(fā)熱條件整定外，保護裝置的啟動電流還應(yīng)與相鄰元件的后備保護在靈敏系數(shù)上相配合。若發(fā)電機和變壓器都沒有獨立的負序電流保護，則發(fā)電機的負序電流保護可只與升壓變壓器的負序電流相配合，即 （7-19） 式中 —配合系數(shù)，取1.1； —在主要運行方式下，發(fā)生外部不對稱短路，流過變壓器的負序電流正好等于變壓器負序電

23、流保護動作電流，流過發(fā)電機的負序電流。 7-10 為什么要安裝發(fā)電機勵磁回路接地保護？一般有哪幾種保護？ 答：發(fā)電機正常運行時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速很高，離心力較大，承受的電負荷又重，一次勵磁繞組絕緣容易破壞。繞組導(dǎo)線碰接鐵芯，會造成轉(zhuǎn)子一點接地故障。發(fā)電機勵磁回路的一點接地是比較常見的故障不會形成電流通路，所以對發(fā)電機無直接危害，但發(fā)生一點接地后，勵磁回路對地電壓升高，可能導(dǎo)致第二點接地。勵磁回路兩點接地后構(gòu)成短路電流通路，可能燒壞轉(zhuǎn)子繞組和鐵芯。由于部分勵磁繞組被短接，破壞了氣隙磁場的對稱性，引起機組振動，特別是多極機振動更嚴重。此外，轉(zhuǎn)子兩點接地還可能使汽輪發(fā)電機組的軸系統(tǒng)和汽缸磁化。

24、因此要安裝發(fā)電機勵磁回路保護。通常1MW以上的水輪發(fā)電機只裝設(shè)勵磁回路一點接地保護，并動作于信號，以便安排停機。1MW以下的水輪發(fā)電機宜裝設(shè)定期檢測裝置。對于100MW以下的汽輪發(fā)電機，一點接地故障采用定期檢測裝置，發(fā)生一點接地后，再投入兩點接地保護裝置，帶時限動作于停機。轉(zhuǎn)子水內(nèi)冷或100MW及以上的汽輪發(fā)電機應(yīng)裝勵磁回路一點接地保護裝置（帶時限動作于信號）和兩點接地保護裝置（帶時限動作于停機）。 7—11發(fā)電機的過負荷保護分為哪幾種？ 答：發(fā)電機過負荷保護有：（1）定子過負荷保護；（2）勵磁繞組過負荷保護（3）轉(zhuǎn)子表面負序過負荷保護（負序電流保護）。 1．定子過負荷保護 發(fā)電機定子

25、繞組通過的電流和允許電流的持續(xù)時間成為反時限的關(guān)系。如圖7—10所示，即電流I越大，允許時間T越短。 圖7—10題7—11發(fā)電機定子繞組通過負荷電流和允許持續(xù)時間的關(guān)系曲線 因此大型發(fā)電機的過負荷保護應(yīng)采用具有反時限特性的繼電器。保護裝置采用三相式接線，動作時作用于跳閘。 對于定子繞組非直接冷卻的中小容量的發(fā)電機，由于模擬定子發(fā)熱特性的反時限繼電器太復(fù)雜，通常采用接于一相電流的過負荷保護。如圖7—11所示。過負荷保護由一個電流繼電器KA和一個時間繼電器KT組成，動作于發(fā)信號。 發(fā)電機定時限過負荷保護的整定值按發(fā)電機額定電流1.24倍整定，即 (7—20)

26、 圖7—11題7—11發(fā)電機定時限過負荷保護原理接線圖 保護動作時限比發(fā)電機過電流保護的動作時限大一時限級差，一般整定左右，以防止發(fā)電機外部短路的過負荷保護誤動作。 對于定子繞組為直接冷卻且過負荷能力較低（例如過負荷能力低于1.5倍，過負荷時間不超過60S）的發(fā)電機過負荷保護可采用定時限和反時限兩部分構(gòu)成。定時限部分作用于信號，有條件時也可以作用于減負荷。反時限部分作用于解列或程序跳閘。 2、勵磁繞組過負荷保護 當(dāng)發(fā)電機勵磁系統(tǒng)故障或強勵磁時間過長時，轉(zhuǎn)子的勵磁回路都有可能過負荷。采用半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng)的發(fā)電機由于半導(dǎo)體元件易出現(xiàn)故障，轉(zhuǎn)子過負荷的機會比直流勵磁機多。大容量發(fā)電機的轉(zhuǎn)

27、子繞組一般采用氫或水直接內(nèi)冷，繞組導(dǎo)線所取電流密度較高，線徑相對較小，因而允許過負荷時間很短。如國內(nèi)生產(chǎn)的一些機組在二倍額定勵磁電流時僅允許運行20S，值班人員在這樣短時間內(nèi)處理好勵磁繞組過負荷問題是困難的。因此，行業(yè)標準規(guī)定：容量100MW及以上采用半導(dǎo)體勵磁的發(fā)電機，應(yīng)裝設(shè)勵磁繞組過負荷保護。 勵磁繞組過負荷保護宜采用反時限特性，通常利用直流互感器（其工作原理同磁放大器相似）作為轉(zhuǎn)子勵磁繞組電流的檢測元件，利用半導(dǎo)體電路或微機軟件形成所需要的反時限特性。 行業(yè)標準規(guī)定：對于300MW以下，采用半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng)的發(fā)電機，可裝設(shè)定時限的勵磁繞組過負荷保護，保護裝置帶時限動作于信號和降低勵

28、磁電流，對300MW及以上發(fā)電機，勵磁繞組過負荷保護可由定時限和反時限兩部分組成。定時限部分動作電流按正常運行最大勵磁電流下能可靠返回條件整定，帶時限動作于信號，并動作于降低勵磁電流。反時限部分作用于解列滅磁。 3、 轉(zhuǎn)子表層負序過負荷保護 當(dāng)電力系統(tǒng)三相負荷不對稱（如由電氣機車、電弧爐等單相設(shè)備造成）或非全相運行，或發(fā)生外部不對稱短路時，發(fā)電機定子繞組將流過負序電流。負序電流產(chǎn)生負序旋轉(zhuǎn)磁場，由于該磁場旋轉(zhuǎn)方向和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向相反，它相對于轉(zhuǎn)子的速度為兩倍同步轉(zhuǎn)速，因而在轉(zhuǎn)子中感應(yīng)出兩倍工頻（100Hz）的電流。由于轉(zhuǎn)子深部感抗大，此電流只能在轉(zhuǎn)子表面流通，將使轉(zhuǎn)子損耗增大，引起轉(zhuǎn)子

29、過熱。因此電流流過槽楔與大小齒間的接觸表面，轉(zhuǎn)子本體和套箍間的接觸表面時，將會引起局部高溫，甚至可能使轉(zhuǎn)子護環(huán)松脫，造成發(fā)電機的重大故障，因此，為防止發(fā)電機轉(zhuǎn)子遭受負序電流的損壞，需要裝設(shè)轉(zhuǎn)子表層負序過負荷保護。 發(fā)電機轉(zhuǎn)子發(fā)熱量的大小與流經(jīng)發(fā)電機的負序電流的平方及其持續(xù)時間成正比。假設(shè)發(fā)電機轉(zhuǎn)子不向周圍散熱，則在這個最嚴重條件下，發(fā)電機可以承受的負序電流平方和電流持續(xù)時間乘積對不同型式和不同冷卻方式的發(fā)電機來說是一個常數(shù)，即 (7-21) 式中—負序電流和發(fā)電機額定電流的比值； —負序電流持續(xù)時間； —

30、耐熱常數(shù)，由廠家提供，其數(shù)值和發(fā)電機的型式及冷卻方式有關(guān) 對于發(fā)電機轉(zhuǎn)子表層的負荷保護，行業(yè)標準規(guī)定，50MW及以上，的發(fā)電機，應(yīng)裝設(shè)定時限負序過負荷保護，保護裝置的動作電流按躲過發(fā)電機長期允許的負序過電流值和躲過最大負荷下負序電流濾過器的不平衡電流整定，保護帶時限動作于信號。定時限過負荷保護和負序過電流保護組合在一起。行業(yè)標準還規(guī)定100MW及以上，A<10的發(fā)電機，應(yīng)裝設(shè)定時限和反時限兩部分組成的轉(zhuǎn)子表層負序過負荷保護。定時限部分動作電流整定原則同上述相同，保護帶時限動作于信號；反時限部分的動作特性按發(fā)電機承受負序電流的能力確定，保護應(yīng)能反應(yīng)電流變化時發(fā)電機轉(zhuǎn)子的熱積累過程。不考慮在靈敏

31、系數(shù)和時限方面與其他相間短路保護相配合，反時限部分動作于解列或程序跳閘。 7—12為什么要安裝發(fā)電機逆功率保護，過電壓保護，過勵磁保護？ 答：當(dāng)氣輪機運行中由于各種原因關(guān)閉主汽門后，發(fā)電機將從電力系統(tǒng)中吸收能量變?yōu)殡妱訖C運行。氣輪機關(guān)閉主氣門后，轉(zhuǎn)子和葉片的旋轉(zhuǎn)會引起風(fēng)損。風(fēng)損和轉(zhuǎn)子葉輪直徑及葉片長度有關(guān)，因而在氣輪機的排氣端風(fēng)損很大，風(fēng)損與周圍蒸汽密度成正比，一旦機組失去真空，使排出蒸汽的密度增大，風(fēng)損將急劇增加；當(dāng)在再熱式機組的主蒸汽閥門與再熱蒸汽` 截止閥之間截留了高密度蒸汽，高壓缸中的風(fēng)損也是很大的。因為逆功率運行時沒有蒸汽流通過氣輪機，由風(fēng)損造成的熱量不能被帶走，氣輪機葉片

32、將過熱以至損壞。發(fā)電機變?yōu)殡妱訖C運行時，燃氣輪機可能出現(xiàn)齒輪損壞問題，為及時發(fā)現(xiàn)電動機逆功率運行的異常情況，不論大中型機組，一般都應(yīng)裝設(shè)逆功率保護。 水輪發(fā)電機在突然甩負荷時，由于調(diào)速器不靈敏，轉(zhuǎn)子的慣性大，原動機供給發(fā)電機的功率將大于發(fā)電機的輸出功率而使發(fā)電機加速。加上定子繞組去磁電樞反應(yīng)的消失，使發(fā)電機的端電壓升高，若水輪發(fā)電機經(jīng)長距離的輸電線供電，輸電線的電容電流還會產(chǎn)生助磁電樞反映，使發(fā)電機端電壓升高更多，水輪發(fā)電機過電壓數(shù)值可達1.8—2倍發(fā)電機額定電壓，這樣高電壓對定子繞組的絕緣是有害的。為防止發(fā)電機定子繞組絕緣遭受損壞，在水輪發(fā)電機上需要裝設(shè)過電壓保護。 當(dāng)發(fā)電機電壓升

33、高或頻率降低，使電壓標幺值和頻率標幺值之比，即過勵磁倍數(shù)>1,發(fā)電機就可能遭受過勵磁的危害。 發(fā)電機過勵磁時，鐵芯磁密過分增大，使鐵芯飽和，鐵芯飽和后，鐵損增加，使鐵芯溫度上升。鐵芯飽和后還會使磁場擴散到周圍空間，使漏磁場增強?？拷F芯的繞組導(dǎo)線和其他金屬構(gòu)件，由于漏磁場產(chǎn)生渦流損耗。鐵芯飽和后諧波磁密度增強，而渦流損耗與諧波磁密的頻率的平方成正比，因此附加損耗增大，并使這些部位發(fā)熱，引起高溫，嚴重時會造成局部變形和損傷周圍的絕緣介質(zhì)。過勵磁還會使鐵芯背部漏磁場增強。背部漏磁場也是一個交變磁場。處于這一交變漏磁場中的定位筋，和定子繞組的線棒類似，將感應(yīng)出電勢。相鄰定位筋中的感應(yīng)電勢存在

34、相角差，通過定子鐵芯構(gòu)成閉合回路，流通電流。正常情況下。定子鐵芯背部漏磁小，定位筋中感應(yīng)電勢也小，故通過定位筋和鐵芯的電流也比較小。過電壓時，定子背部漏磁通急劇增大，從而使定位筋和鐵芯中電流急劇增加，在定位筋附近的部位，電流密度很大，將引起局部過熱，電壓越高，時間越長，局部過熱越嚴重，甚至造成局部燒傷。如果定位筋和定子鐵芯接觸不良，在接觸面上還可能出現(xiàn)火花放電。這對于氫冷發(fā)電機，后果可能嚴重。 大型發(fā)電機由于縱軸電抗較大，即單位面積的磁通較大，故過勵磁現(xiàn)象比中小型發(fā)電機要嚴重。 我國行業(yè)標準規(guī)定，300MW及以上的發(fā)電機，應(yīng)裝設(shè)過勵磁保護。 發(fā)電機具有一定的耐受過勵磁的能力，其允許過勵磁

35、時間隨過勵磁倍數(shù)n升高而下降，兩者不成線性關(guān)系，在同一過勵磁倍數(shù)下，允許發(fā)電機持續(xù)運行時間t和額定磁密,飽和磁密的大小及磁化曲線的形狀有密切關(guān)系，越接近，磁化曲線飽和段的斜率越小，則在同一個過勵磁倍數(shù)n下，允許發(fā)電機持續(xù)運行時間越短。 為使過勵磁保護能有效地在發(fā)電機過勵磁運行時保護發(fā)電機，保護應(yīng)具有反時限特性，且保護特性要和發(fā)電機的過勵磁倍數(shù)曲線相配合，即繼電器特性曲線緊隨過勵磁倍數(shù)曲線下降。這樣當(dāng)發(fā)電機過勵磁運行時，保護會以稍小于允許發(fā)電機過勵磁運行時間斷開發(fā)電機，即保證發(fā)電機安全，又不會在發(fā)電機過勵磁運行尚未危及發(fā)電機安全時，過早地切除發(fā)電機。 由于鐵芯飽和非線性和鐵芯材料及工藝上的差

36、別，使發(fā)電機過勵磁特性各異，給過勵磁保護增添了困難。因此，發(fā)電機過勵磁保護采用兩段定時限過勵磁保護。保護裝置由低定值和高定值兩部分組成。低定值部分帶時限動作于信號和降低勵磁電流。高定值部分動作于解列、滅磁或程序跳閘。 汽輪發(fā)電機裝設(shè)了過勵磁保護，可不再裝設(shè)過電壓保護。 7-13已知發(fā)電機型號為QFSN-300-2，額定容量，額定電壓，額定電流11320A，功率因數(shù)，效率，發(fā)電機暫態(tài)電抗，次暫態(tài)電抗，同步電抗。已知，。要求；1、試用用下拋園特性元件構(gòu)成失磁保護的整定計算，并繪出失磁保護動作特性。 2、發(fā)電機采用BCD-25型差動繼電器構(gòu)成比率制動的縱聯(lián)差動保護，試進行整定計算，

37、并繪出縱差保護比率制動特性曲線（提示制動系數(shù)整定的范圍有0.2、0.35、0.6） 解：略 7-14已知發(fā)電機型號為QFSN-600-2，額定容量，額定電壓，額定電流19245A，功率因數(shù)，效率，發(fā)電機瞬變電抗，次暫態(tài)電抗，同步電抗。已知，。要求；1、試用用下拋園特性元件構(gòu)成失磁保護的整定計算，并繪出失磁保護動作特性。 2、發(fā)電機采用BCD-25型差動繼電器構(gòu)成比率制動的縱聯(lián)差動保護，試進行整定計算，并繪出縱差保護比率制動特性曲線（提示制動系數(shù)整定的范圍有0.2、0.35、0.6） 解：略 7-15已知發(fā)電機容量為25MW,cos=0.8,額定電壓為6.3kV,=0.12

38、2,=0.149,假定發(fā)電機未與系統(tǒng)并聯(lián)運行，試對發(fā)電機的BCH-2型差動保護整定計算（即求、、、）. 解：1 求發(fā)電機額定電流及出口最大三相短路電流，取基準容量和基準電流為 發(fā)電機次暫態(tài)電勢為 于是，發(fā)電機出口短路時次暫態(tài)短路電流的周期分量為 此處算出的比取=1時略大。 2求動作電流值 （1）按躲過最大不平衡電流條件 式中 —可靠系數(shù)，取1.3； —非周期分量系數(shù)，取1； —TA的同型系數(shù)，取0.5； —TA的誤差，取0.1 （2）按躲過電流互感器二次回路斷線時誤動作條件取最大負荷電流為發(fā)電機額定電流。 取上述二條件中最大值

39、者，即，流入差動繼電器的動作電流為 3確定BCH—2型繼電器各繞組匝數(shù) 差動繞組的匝數(shù)為 匝 取匝，匝，匝 動作電流整定值為： 4 靈敏系數(shù)校驗 因只考慮單機運行（題設(shè)條件）故最小短路電流為 滿足要求 7-16發(fā)電機額定參數(shù)及其差動保護用電流互感器變比等已知數(shù)同11—13題，發(fā)電機采用圖7—12所示高靈敏接線的BCH-2(DCD—2)型縱差動保護，試對該保護進行整定計算。假設(shè)系統(tǒng)最小運行方式下發(fā)電機的等值阻抗大于發(fā)電機的正序阻抗。 圖7-12高靈敏接線的發(fā)電機縱差保護原理接線圖 、、 、 分別為每相BCH-2型差動繼電器的差動繞組和平衡繞組；

40、KI—斷線監(jiān)視繼電器 解：已知發(fā)電機額定容量為25MW， ，求高靈敏接線的BCH—2型縱差動保護整定 1．求發(fā)電機額定電流及出口最大三相短路電流。計算結(jié)果同題7—12（略） 2．求差動繼電器動作電流，確定各繞組匝數(shù) (1)按TA二次回路斷線時未斷線相保護不誤動作條件確定平衡繞組匝數(shù) 匝 取整定匝數(shù)，匝 (2)求差動繞組匝數(shù)及其動作電流 匝 按實有抽頭，取差動繞組整定匝數(shù)匝 差動繞組動作電流 (3)按TA二次回路斷線時斷線相保護不誤動條件校驗： 在負荷電流作用下，斷線相差動繼電器中磁勢為 滿足要求 (4)按躲開外部短路不平衡電流條件校驗動作電流

41、滿足要求 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　3.靈敏系數(shù)校驗 按系統(tǒng)最小運行方式機端兩相短路電流進行校驗 折算到二次側(cè)繼電器電流 靈敏系數(shù) 可見，靈敏性比題11-13結(jié)果提高一倍多。 7-17在額定電壓10.5KV的發(fā)電機上裝設(shè)負序電流保護，并附有單相式低電壓過電流保護其接線圖如11—13所示。發(fā)電機允許長期流過負序電流一般為發(fā)電機額定電流10%。當(dāng)負序電流等于發(fā)電機額定電流50%時，保護應(yīng)動作于跳閘。發(fā)電機電壓母線上接有兩臺變壓器，

42、其后備保護（電流保護）的時間分別為,,正常時可能長期出現(xiàn)的負序電流=40A,負序電流濾過器的不平衡電流折算到一次側(cè)為發(fā)電機額定電流的5%，發(fā)電機由構(gòu)造形式和材料決定的耐熱系數(shù)A=30,可靠系數(shù)，返回系數(shù)=0.85,時限階段Δt=0.5s，發(fā)電機額定容量20MVA,電流互感器變比1500/5，變壓器后備保護的動作時間=1.2s,=1.4s. 圖7—13題7-17單相式低電壓啟動過電流保護原理接線 解：發(fā)電機額定電流為 負序電流濾過器一次不平衡電流為 在最不利的情況下，和（長期出現(xiàn)的負序電流）為同相，保護在兩者之和的作用下應(yīng)該不動作，故動作于信號的負序過電流保護的啟動電流應(yīng)

43、為 由題設(shè)條件可知，啟動電流應(yīng)大于發(fā)電機長期允許負序電流即 取二者中大值者作為保護動作電流，故較靈敏繼電器1KA的動作值為 根據(jù)題設(shè)條件，動作于跳閘的不靈敏的繼電器2KA動作電流應(yīng)為 或按轉(zhuǎn)子允許發(fā)熱條件，動作電流標幺值應(yīng)為 即,與題設(shè)條件結(jié)果相同 作用于跳閘的時間繼電器3KT整定與變壓器后備保護動作時間中最長者相配合，故 作用于信號的時間繼電器2KT，在外部短路時不動作，因此它的整定值在原則上應(yīng)該比上述動作于跳閘的時間再大，在此取一個，故 實際上動作于信號的時間一般整定都較長，可取10s。 7—18為保證發(fā)電機負序電流保護在對稱故障時動作，在該保

44、護中設(shè)置單相式低電壓啟動過電流保護（圖7—13中1KA,1KV,1KT,1KM）已知電壓繼電器1KV的返回系數(shù)=1.2,電流繼電器1KA的返回系數(shù)=0.85，可靠系數(shù)=1.2,另外假定外部故障切除后，負荷電動機自啟動過程中發(fā)電機的線電壓殘余值，其他計算所需數(shù)據(jù)同7—17題計算結(jié)果。求該低壓啟動過電流保護的動作電流，動作電壓，動作時間t. 解：由上題求解結(jié)果（略），發(fā)電機額定電流，故電流元件動作電流為 電壓元件整定應(yīng)保證在故障切除后，殘余電壓作用下，繼電器1KV能可靠返回，即 時間繼電器1KT的整定同2KT（參見習(xí)題7-17） 第8母線保護 思考題及習(xí)題解

45、答 8-1簡述判別母線故障的基本方法。 答： 判別母線故障有三個原則。 1、在母線上發(fā)生故障時，所有與母線連接的元件都向故障點提供短路電流。 2、在正常運行時以及母線以外故障，母線上所有連接元件中和，流入的電流和流出的電流相等。 3、從每個連接元件中電流相位來看，在正常運行和母線外部故障時，至少有一個元件的電流相位和其余元件電流相位相反。而當(dāng)母線故障時，除電流等于零的元件，其他元件中的電流相位都相同。 8-2 什么是母線完全電流差動保護？ 答：母線完全電流差動保護屬于低阻抗型差動保護，差動回路電流繼電器阻抗很小，在母線內(nèi)部故障時，電流互感器負荷小，二次電壓低，因而飽和度低，誤差小

46、。無論單母線母線完全電流差動保護或雙母線完全電流差動保護，都可以用判別母線故障的三個原則判別故障。 8-3 簡述母線保護的裝設(shè)原則。 答：母線保護方式有兩種，一種是利用供電元件的保護切除母線故障，另一種是采用專用母線保護。 《繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，下列情況應(yīng)裝設(shè)專用的母線保護 （1）對110KV及以上的雙母線和分段單母線，為了保證有選擇性地切除任一故障。 （2）110KV及以上單母線，重要發(fā)電廠或110KV以上重要變電所的35—66KV母線，按電力系統(tǒng)穩(wěn)定性要求和保證母線電壓要求，需要快速切除母線上的故障。 （3）35～66KV電力網(wǎng)中主要變電所的35～66KV雙母

47、線或分段單母線，當(dāng)在母線或分段斷路器上裝設(shè)解列裝置和其它自動裝置后，仍不滿足電力系統(tǒng)安全運行的要求時。 （4）對于發(fā)電廠和變電所的1～10KV分段母線或并列運行的雙母線，必須快速而有選擇地切除一段或一組母線上的故障或線路斷路器不允許切除線路電抗器前的短路時。 母線專用保護應(yīng)該具有足夠的靈敏性和可靠性。對中性點直接接地電網(wǎng)，母線保護采用三相式接線，以反映相間和單相接地短路；對中性點非直接接地電網(wǎng)，母線保護采用兩相式接線，只需反映相間短路。 8-4 分布簡述高阻抗、中阻抗、低阻抗母線差動保護的工作原理。 答：母線的電流差動保護接于差動回路的電流繼電器阻抗很小，在內(nèi)部故障時，電流互感器的

48、負荷小、二次電壓低，因而飽和度低，誤差小。這種母線差動保護都是低阻抗型，所以也稱為低阻抗型母線差動保護。在各元件電流互感器電流比相等的差動保護回路中，用高阻抗（2.5~7.5kΩ）電壓繼電器作為執(zhí)行元件，構(gòu)成母線的電壓差動保護。也稱為高阻抗母線電壓保護。同理，差動回路用阻抗大于低阻抗而小于高阻抗的繼電器構(gòu)成的差動保護便稱為中阻抗母線差動保護。 8—5雙母線同時運行時，母線保護可以依據(jù)那些原理來判斷故障母線？ 答：雙母線同時運行時，母線保護可以依據(jù)元件固定連接的雙母線安全電流差動保護原理和母線電流相位比較式母線差動保護原理來判斷故障母線。 8—6試述母線不完全差動保護的工作原理？ 答

49、：不完全差動電流保護通常用做發(fā)電廠或大容量變電站6～10KV母線保護。通常采用兩相式接線，兩段電流保護構(gòu)成。保護原理接線圖如圖12—1所示。圖中僅對端有電源的連接元件上裝設(shè)電流互感器，即發(fā)電機、變壓器、分段斷路器及母聯(lián)斷路器上裝設(shè)。有時也裝設(shè)在廠用變壓器上。這些電流互感器型號與變比均相同。二次繞組按照環(huán)流法原理連接，電流繼電器1KA,2KA和電流互感器二次繞組并聯(lián)。由于這種保護的電流互感器不是在與所有母線連接的原件上裝設(shè)。因此稱為不完全差動電流保護。 圖8-1母線不完全差動保護的工作原理接線圖 1KA為電流速斷保護。其動作電流按躲過線路電抗器后短路選擇且出線具有延時過流保護時，

50、電流速斷作成不帶時限的。如圖12—1所示，如果出線斷路器容量按線路電抗器前短路選擇，且線路上除裝設(shè)延時過流保護外，還裝設(shè)了快速動作的保護裝置，則電流速斷保護作成帶時限的，其時限比線路快速動作的保護裝置大一個時限及差Δt，以防止線路電抗器后發(fā)生短路時誤動作。 圖中2KA為過電流保護。由于正常運行時流過差動回路的電流等于未接入差動保護的所有連接元件的負荷電流之和，故過電流保護動作電流需躲過上述可能最大的負荷電流之和來整定。過流保護的動作時限比出線保護裝置的最大動作時限大一個時限極差Δt。過電流保護用做母線的后備保護以及引出線路的后備保護。 不完全差動電流保護工作原理如下： 當(dāng)母線或線路電抗器

51、前發(fā)生短路時，電流速斷保護動作。即電流繼電器1KA動作，經(jīng)信號繼電器1KS啟動跳閘繼電器1KM,2KM,從而跳開除發(fā)電機外的所有供電元件的斷路器。速斷保護不斷開發(fā)電機且考慮故障發(fā)生在出線的斷路器和電抗器之間時，斷開除發(fā)電機外的所有供電元件后將使故障電流大為減少，從而可以使斷路器按電抗器后短路選擇的線路過流保護動作切除故障，而發(fā)電機仍可帶著母線上的其他負荷繼續(xù)運行，這樣可以提高供電的可靠性。接線圖也考慮到運行的靈活性，當(dāng)需要發(fā)電機斷路器由速斷保護切除時，只要合上連接片XB12，并斷開XB11即可。圖12—1中1SM、2SM為測試轉(zhuǎn)換開關(guān)。 當(dāng)供電元件（發(fā)電機變壓器）內(nèi)部短路或變壓器高壓側(cè)電網(wǎng)短

52、路時，由于差動回路僅流過不平衡電流，所以速斷和過電流保護不會動作。 當(dāng)在出線電抗器后線路上發(fā)生短路時，電流速斷保護不會動作，而過電流保護可以動作。如果出線保護或斷路器拒動，電流繼電器2KA啟動后，將啟動1KT,2KT，經(jīng)預(yù)定時限后，1KT觸點閉合，經(jīng)信號繼電器2KS啟動跳閘繼電器1KM,2KM，跳開除發(fā)電機斷路器外的所有供電元件的斷路器。如此時故障仍未切除，則待時間繼電器2KT觸點閉合后，將發(fā)電機斷路器斷開。時間繼電器2KT較時間繼電器1KT的動作時限大一時限極差Δt，這樣整定是考慮盡量不切除發(fā)電機，讓發(fā)電機帶著母線上的其它負荷繼續(xù)運行。 8—7元件固定連接的雙母線電流差動保護，當(dāng)元件

53、固定連接破壞后，母線保護如何動作？ 答：固定連接方式破壞時由于差動保護的二次回路不能隨著一次元件進行切換，所以流過差動繼電器1KD,2KD,3KD的電流將隨著變化。如圖12—2所示，線路2自母線I經(jīng)倒閘操作切換到母線II后發(fā)生外部故障時電流分布。 圖8—2 題8-7固定連接破壞后外部故障時電流分布圖 由圖可知，此時選擇元件1KD,2KD中都有電流流過，因此1KD,2KD都可能動作，但啟動元件3KD中沒有故障電流流過，不動作，所以可以防止外部故障時保護誤動作。 固定連接破壞后內(nèi)部故障時電流分布如圖8—3所示，此時啟動元件3KD中流過全部短路電流，而選擇元件1KD,

54、2KD僅流過部分故障電流，因此啟動元件3KD動作，選擇元件1KD,2KD也會同時動作，無選擇性的地把兩組母線上的元件切除。為了避免流過1KD,2KD的電流過小，以至選擇元件不能可靠地動作，而使故障母線上連接元件不能切除，特在固定連接方式破壞時投入刀閘開關(guān)S，把選擇元件1KD,2KD的觸點短接。這樣啟動元件3KD動作時就能將兩側(cè)母線上連接元件無選擇性的切除。 圖8—3 題8-7固定連接破壞后內(nèi)部故障時電流分布 8-8電流比相式母線保護當(dāng)母線外部故障和內(nèi)部故障時，小母線上的波形分別如何變化？保護如何動作？ 答：現(xiàn)以兩個連接元件的母線為例說明電流比相式母線保護的工作原理。如圖8—

55、4所示，當(dāng)正常運行或外部故障時，流進母線的電流和流出母線的電流大小相等，相位差180度，而在內(nèi)部故障時，都流進母線，兩電流相位相同。 電流、經(jīng)過電流互感器的變換，二次電流、輸入中間電流變換器1UA,2UA的一次繞組，中間變流器的二次電流在其負載電阻上的電壓降落造成二次電壓，如圖8-5所示。中間變流器1UA,2UA的二次輸出電壓分為兩組，分別經(jīng)二極V9,V10,V11,V12半波整流，接至小母線1,2,3上。小母線輸出再接至相位比較元件。下面分析母線外部故障和內(nèi)部故障時，小母線的波形變化. 在正常運行和外部故障時、相位相差，、在相位上也相差，在小母線1，2上呈現(xiàn)連續(xù)的負半波波形，如圖8—6所

56、示，因此比相元件沒有輸出保護不會動作于跳閘。 當(dāng)母線內(nèi)部故障時，、相位相同、相位也相同，所以在小母線1，2上呈現(xiàn)相同的負半波波形，如圖12—7所示，所以一次比相元件有輸出，保護動作于跳閘。 圖8-4 題8-5 母線故障時電流分布 （a）母線外部故障；（b）母線內(nèi)部故障 圖8-5題12-5電流比相式母線保護原理接線圖 圖8-6母線外部故障時UA一次側(cè)和二次側(cè)的波形圖 圖8-7母線內(nèi)部故障時UA一次側(cè)和二次側(cè)的波形圖 8-9按照圖8-8說明母聯(lián)電流相位比較式母線差動保護的原理。 答：圖12-8保護裝置工作原理是基于比較母聯(lián)斷路器回路中

57、電流相位和母線完全電流總差動回路中電流相位來選擇故障母線的。在一定運行方式，無論哪一組母線短路，流過差動回路的電流相位恒定，而流過母聯(lián)回路的電流，在I母線上短路時與在II母線上短路時的相位有變化。若以電流從II母線流向I母線為母聯(lián)回路電流的正方向，則I母線短路時母聯(lián)回路電流與差動回路電流相位相同，II母線短路時母聯(lián)回路電流與差動回路電流相位差。因此，可以通過比較這兩個電流的相位來選擇故障母線，無論母線運行方式如何改變，只要每組母線上有一個電源支路，母線短路時有短路電流通過母聯(lián)回路，保護都不會失去選擇性。該保護裝置主要由啟動元件和選擇元件組成。啟動元件是一個接在差動回路的差動繼電器KD，它在母線

58、保護范圍內(nèi)部故障時動作，而在母線保護范圍外部故障時不動作。用他可以防止外部故障時保護誤動作。選擇元件KPC是一個電流相位比較繼電器，它的兩組繞組9－16和12－13分別接入差電流和母線聯(lián)絡(luò)斷路器的電流。它比較兩電流的相位而動作。實際上它是一個最大靈敏角為和的雙方向繼電器。不同的母線故障時。反映母線總故障電流的差動回路的電流相位是不變的，而母線聯(lián)絡(luò)斷路器上的電流相位卻隨故障母線的不同而變化，因此比較母線聯(lián)絡(luò)斷路器電流和差動回路電流相位，可以選擇出故障母線。 圖8—8題8-6母聯(lián)電流相位比較式母線差動保護原理接線圖 8—7斷路器失靈保護的作用是什么？ 答：斷路器失靈保護又稱為后備

59、接線。在故障元件的繼電保護裝置動作而斷路器拒絕動作，后備接線起作用，它能以較短時限切除同一發(fā)電廠或變電所內(nèi)其它有關(guān)斷路器，以便盡快的把停電范圍限制到最小。 斷路器失靈保護通常在斷路器確有可能拒動的200KV及以上電網(wǎng)（個別特別重要的110KV電網(wǎng)）中設(shè)置。 圖8—9所示為斷路器失靈保護的構(gòu)成原理，圖中1KM,2KM為連接在單母線分段1段上的元件保護出口中間繼電器。這些繼電器動作時，一方面使本身斷路器跳閘，一方面啟動斷路器失靈保護的公用時間繼電器KT。時間繼電器的延時整定得大于故障元件斷路器的跳閘時間與保護裝置返回時間之和。因此，斷路器失靈保護在故障元件保護正常跳閘時不會誤動作，而是在

60、故障切除后自動返回。只有在故障元件的斷路器拒動時。才由時間繼電器KT啟動出口繼電器3KM，使接在I段母線上所有帶電源的斷路器跳閘，從而代替故障處拒絕動作的斷路器切除故障（如圖中K點的故障），起到斷路器1QF拒動時的后備保護作用。 由于斷路器失靈保護動作時要切除一段母線上所有連接元件的斷路器，而且保護接線中是將所有斷路器的操作回路連接在一起，因此保護接線必須保證動作的可靠性，以免保護誤動造成嚴重事故。為此，要求同時具備下述兩個條件時保護才能動作。 （1） 故障元件保護的出口中間繼電器動作后不返回。 （2） 在故障元件的被保護范圍內(nèi)仍存在故障，失靈判別元件啟動。 圖8-9

61、 題8-7斷路器失靈保護的構(gòu)成原理 8-8圖8-10所示為單母線分段的主接線，為保證有選擇性的切除任一段母線上發(fā)生的故障，該母線保護應(yīng)如何實現(xiàn)？說明保護的整定計算的基本原則。 圖8-10題8-8網(wǎng)絡(luò)圖 答：每一段母線各裝一套完全電流差動保護或電流比相式母線保護，前者的整定原則是：1．躲過外部短路時出現(xiàn)的最大不平衡電流，2．在電流互感器二次回路斷線時出現(xiàn)的最大負荷電流下不動作。 8-9如圖8-11所示10.5KV母線的一次回路接線圖，各段母線采用兩相星形接線的不完全差動保護，試為中間段母線選擇兩段式不完全差動保護，求一次側(cè)動作電流，并在計算靈敏系數(shù)后進行評價。已知所有負荷元件（包

62、括有母線供電的引出線和降壓變壓器）的斷路器均不考慮切斷本回路集中電抗之前短路。當(dāng)有一段母線跳閘后，其負荷要轉(zhuǎn)移到其余兩段母線上。當(dāng)計算母線保護1段的動作電流時，除了要考慮電抗器后或降壓變壓器后短路時故障電流外，還應(yīng)考慮本母線段的工作電流，由于負荷元件中電動機在短路期間可能制動，所以工作電流應(yīng)計及一個提高系數(shù)K=1.3。對母線保護段，當(dāng)故障切除后，應(yīng)不因為工作電流的增大而誤動，取返回系數(shù)=0.85，此外，對無故障母線，當(dāng)故障母線被切除后，把它所供電的已被制動的電動機轉(zhuǎn)接到無故障母線時，后者的保護段不應(yīng)動作，為此取自啟動系數(shù)2.5。所有情況下可靠系數(shù)取1.2。校驗靈敏系數(shù)時不考慮工作電流。各段母線

63、的綜合工作電流以及在10.5KV不同點發(fā)生金屬性短路的故障電流按4種方案列與表8—1中 圖8-11題8-9網(wǎng)絡(luò)圖 表8—1 題8—9中以知電流數(shù)據(jù)（A） 方案 母線的綜合工作電流 不同地點短路電流最大值 不同地點短路電流最小值 左 中 右 1 2200 2160 1800 50000 15000 12000 38000 13700 11200 2 2200 1800 2160 55000 13000 16000 34000 11300 13500 3 3600 4200 3700

64、 75000 12000 13000 60000 15000 11500 4 3700 3600 4200 70000 18000 16000 50000 16300 14700 解：母線不完全差動保護整定計算公式如下 保護段（電流速斷保護） 式中—引出線電抗器或變壓器后短路時的最大短路電流； —本段最大綜合負荷電流； —鄰線跳閘后可能轉(zhuǎn)移來的綜合負荷，兩段母線運行時，按鄰段全部電流計算，三段母線運行時可折半計算 保護段（過流保護），在下述式中取大值 現(xiàn)按方案1為例計算如下 保護段 保護段 靈敏系

65、數(shù)校驗 段 段 方案2、3、4計算結(jié)果見表12-2所示 表8-2 題8-9答案 方案 動作電流 靈敏系數(shù) 靈敏性評價 段（KA） 段（KA） 段 段 段 段 1 23.1 5.98 1.64 1.87 滿足 滿足 2 23.7 5.46 1.43 2.07 不滿足 滿足 3 23.8 11.11 2.52 1.03 滿足 不滿足 4 30.5 10.62 1.64 1.38 滿足 滿足 8-10 為什么220kV及以上電壓等級的母線要裝設(shè)斷路器失靈保護？ 答：略

66、 第9章電動機保護和電力電容器保護 思考題與習(xí)題的解答 9-1為什么容易過負荷的電動機的電流速斷保護宜采用GL—10系列感應(yīng)型電流繼電器？ 答：對于易產(chǎn)生過負荷的電動機可采用感應(yīng)型電流繼電器（如GL—14型），其瞬動元件作為相間短路保護作用于跳閘，其反時限元件作為過負荷保護，延時作用于信號、減負荷或跳閘。 由于GL型電流繼電器具有反時限特性和瞬斷特性，而且本身有類似信號繼電器的掉牌指示信號，此外繼電器觸點功率大，可直接作用于斷路器操作機構(gòu)跳閘繞組不用加中間繼電器，因此構(gòu)成保護裝置接線簡單，可靠性高。 9-2電動機裝設(shè)低電壓保護的目的是什么？對電動機低電壓保護有哪些基本要求？ 答：當(dāng)電動機的供電母線電壓短時降低或短時中斷又有恢復(fù)時，為防止電動機自啟動時使電源電壓嚴重降低，通常在次要電動機上裝設(shè)低電壓保護，當(dāng)供電母線電壓降低到一定值時，延時將次要電動機切除，使供電母線有足夠的電壓，以保證重要電動機自啟動。 低電壓保護的動作時限分兩級，一級是為了保證重要電動機的自啟動，在其它不重要的電動機裝設(shè)0.5S時限的低電