[精选]主设备故障分析与保护5_变压器保护.pptx
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1、主设备发电机主设备发电机/变压器变压器故障分析与保护故障分析与保护个人简介:个人简介:19741974年年出出生生,本本、硕硕就就读读于于合合肥肥工工业业大大学学,19991999年年考考入入清清华华大大学学攻攻读读博博士士学学位位师师从从王王维维俭俭和和王王祥祥珩珩教教授授,20042004年年博博士士毕毕业业后后留留电电机机系系工工作作至今,现为电机系副教授。至今,现为电机系副教授。研研究究方方向向为为大大机机组组保保护护及及故故障障分分析析,先先后后对对三三峡峡、拉拉西西瓦瓦、向向家家坝坝、溪溪洛洛渡渡、锦锦屏屏一一级级/二二级级、糯糯扎扎渡渡等等3636座座水水电电站站的的170170
2、多多台台发发电电机机进进行行了了内内部部故故障障的的分分析析和和主主保保护护的的设设计计,并并完完成成了了三三峡峡右右岸岸12700MW12700MW、托托克克托托8600MW8600MW等等1212个电厂个电厂6060多台发变组保护定值的整定和审查工作。多台发变组保护定值的整定和审查工作。课程内容简介:课程内容简介:1 1、发电机主保护的设计与整定、发电机主保护的设计与整定2/52/5 纵联和横联差动保护的基本原理与整定纵联和横联差动保护的基本原理与整定 大大型型水水轮轮发发电电机机主主保保护护的的定定量量化化及及优优化化设设计计以以三三峡峡右右岸岸HECHEC和和向向家家坝坝ALSTOMA
3、LSTOM发电机主保护设计为例发电机主保护设计为例“加强主保护、简化后备保护及相关本卷须知加强主保护、简化后备保护及相关本卷须知2 2、发电机异常工况保护的基本原理与整定、发电机异常工况保护的基本原理与整定2/52/5 定子接地保护定子接地保护 低励失磁保护低励失磁保护 失失步步保保护护、定定/转转子子绕绕组组过过负负荷荷保保护护、转转子子表表层层负负序序过过负负荷荷保保护护、过过电电压压和和过励磁保护、误上电保护、断路器闪络保护、频率异常、逆功率保护等过励磁保护、误上电保护、断路器闪络保护、频率异常、逆功率保护等3 3、变压器差动保护的特殊问题、变压器差动保护的特殊问题1/51/53 3 变
4、压器差动保护的特殊问题变压器差动保护的特殊问题3.1 3.1 变压器纵差保护与发电机纵差保护的不同之处变压器纵差保护与发电机纵差保护的不同之处3.2 3.2 单相变压器励磁涌流的产生机理单相变压器励磁涌流的产生机理3.3 3.3 变压器纵差保护的整定计算及本卷须知变压器纵差保护的整定计算及本卷须知3.4 3.4 与励磁涌流无关的变压器主保护与励磁涌流无关的变压器主保护3.5 3.5 主主变变后后备备过过流流保保护护、低低压压侧侧接接地地保保护护的的整整定定计计算算及及励磁变励磁变/高厂变保护的配置高厂变保护的配置3.1 3.1 变压器纵差保护的不同之处变压器纵差保护的不同之处 变变压压器器纵纵
5、差差与与发发电电机机纵纵差差保保护护一一样样,也也都都是是采采用用比比率率制制动动方方式式到到达达外外部部短路不误动和内部短路灵敏动作的目的,但它在以下几方面存在显著不同:短路不误动和内部短路灵敏动作的目的,但它在以下几方面存在显著不同:变变压压器器各各侧侧额额定定电电压压和和额额定定电电流流各各不不相相等等,因因此此各各侧侧TATA的的型型号号一一定定不不同同,而而且且各各侧侧三三相相接接线线方方式式不不尽尽相相同同,所所以以各各侧侧相相电电流流的的相相位位也也可可能能不不一一致致,这这将将使使外外部部短短路路时时不不平平衡衡电电流流增增大大,所所以以变变压压器器差差动动保保护护的的最最大大
6、制制动动系系数数比比发发电机大电机大,灵敏度相对较低。,灵敏度相对较低。变变压压器器高高压压绕绕组组常常用用调调压压分分接接头头,有有的的还还要要求求带带负负荷荷调调节节,使使变变压压器器纵纵差差保保护护已已调调整整平平衡衡的的二二次次电电流流又又被被破破坏坏,不不平平衡衡电电流流增增大大,这这将将使使变变压压器器纵纵差差保护的最小动作电流和制动系数都要相应增大。保护的最小动作电流和制动系数都要相应增大。变压器纵差保护的不同之处续前变压器纵差保护的不同之处续前 对对于于定定子子绕绕组组的的匝匝间间短短路路,发发电电机机纵纵差差保保护护完完全全没没有有作作用用。变变压压器器各各侧侧绕绕组组的的匝
7、匝间间短短路路,通通过过变变压压器器铁铁心心磁磁路路的的耦耦合合,改改变变了了各各侧侧电电流流的的大大小小和和相相位位,使使变变压压器器纵纵差差保保护护对对匝匝间间短短路路有有作作用用匝匝间间短短路路可可视视为为变变压压器器的的一一个新绕组发生端口短路。个新绕组发生端口短路。无无论论变变压压器器绕绕组组还还是是发发电电机机定定子子绕绕组组的的开开焊焊故故障障,它它们们的的纵纵差差保保护护均均不不能动作,变压器依靠瓦斯或压力保护。能动作,变压器依靠瓦斯或压力保护。变变压压器器纵纵差差保保护护范范围围除除了了包包括括各各侧侧绕绕组组外外,还还包包含含变变压压器器的的铁铁心心,即即纵纵差差保保护护区
8、区内内不不仅仅有有电电路路还还有有磁磁路路,这这就就违违反反了了纵纵差差保保护护的的理理论论基基础础基基尔霍夫电流定律。尔霍夫电流定律。对于仅包含电路的纵差保护对象如发电机、电动机、母线、电抗器等对于仅包含电路的纵差保护对象如发电机、电动机、母线、电抗器等本身没有故障时,不管外部发生什么扰动,恒有诸端子电流的相量和为零。本身没有故障时,不管外部发生什么扰动,恒有诸端子电流的相量和为零。因因此此发发电电机机纵纵差差保保护护在在正正常常运运行行或或区区外外短短路路时时,差差动动回回路路不不平平衡衡电电流流理理论论上上为为零零;当当发发电电机机内内部部故故障障时时将将有有 流流向向短短路路点点的的全
9、全部部短短路路电电流流,将将 作为纵差保护的动作量,使保护灵敏动作。作为纵差保护的动作量,使保护灵敏动作。变压器纵差保护的不同之处续前变压器纵差保护的不同之处续前 但是假设被保护对象是变压器,它有但是假设被保护对象是变压器,它有n n个绕组和一个公共铁心,即个绕组和一个公共铁心,即n n条电条电路和一条公共磁路,则路和一条公共磁路,则 。IeIe为变压器励磁电流为变压器励磁电流变压器纵差保护的不同之处续前变压器纵差保护的不同之处续前 如如前前所所述述,励励磁磁电电流流I Ie e就就是是变变压压器器纵纵差差保保护护的的不不平平衡衡电电流流,当当变变压压器器及及其其所所在在系系统统正正常常工工作
10、作时时,对对于于大大型型变变压压器器,I Ie e1%I1%ItntnI Itntn为为变变压压器器额额定定电电流流,不不会会影影响响变变压压器器纵纵差差保保护护的的工工作作性性能能;当当外外部部系系统统短短路路时时,电电压压严严重重下下降降,I Ie e更微缺乏道。更微缺乏道。在在变变压压器器过过励励磁磁状状态态下下,铁铁心心严严重重饱饱和和,励励磁磁电电流流I Ie e剧剧增增,对对于于最最小小动动作作电流为电流为0.20.20.4I0.4Itntn的变压器纵差保护,势必造成误动作。的变压器纵差保护,势必造成误动作。更更为为严严重重的的是是变变压压器器空空载载合合闸闸时时的的暂暂态态过过励
11、励磁磁电电流流,其其值值可可为为I Itntn的的数数倍倍到到1010倍倍以以上上,这这样样大大的的暂暂态态励励磁磁电电流流通通常常称称为为“励励磁磁涌涌流流inrush inrush currentcurrent,它流入纵差的差动回路却要求纵差保护不误动,实属困难!,它流入纵差的差动回路却要求纵差保护不误动,实属困难!变压器纵差保护的不同之处续前变压器纵差保护的不同之处续前3.2 3.2 单相变压器励磁涌流的产生机理单相变压器励磁涌流的产生机理 励励磁磁涌涌流流产产生生的的根根本本原原因因是是铁铁心心的的严严重重饱饱和和,由由可可能能出出现现的的最最大大磁磁通通和铁心磁化曲线来决定励磁涌流的
12、最大值和铁心磁化曲线来决定励磁涌流的最大值 ,是一个非线性问题。,是一个非线性问题。假定电压过零时假定电压过零时 合闸,此时铁心中的磁合闸,此时铁心中的磁通由三局部构成:通由三局部构成:稳态磁通稳态磁通应是衰减的暂态磁通应是衰减的暂态磁通铁心剩磁铁心剩磁影响三相变压器励磁涌流波形特征的因素大致有:影响三相变压器励磁涌流波形特征的因素大致有:电源电压大小和合闸初相角,系统等值阻抗大小和相角电源电压大小和合闸初相角,系统等值阻抗大小和相角 变变压压器器三三相相绕绕组组的的接接线线方方式式和和中中性性点点接接地地方方式式,三三相相铁铁心心结结构构型型式式三三相相三三柱柱或五柱,三相变压器组或五柱,三
13、相变压器组 铁铁心心矽矽钢钢片片组组装装工工艺艺水水平平拼拼接接剩剩余余气气隙隙大大小小,铁铁心心材材质质磁磁化化特特性性、磁磁滞滞特性、局部磁滞回环,合闸前铁心剩磁的大小和方向特性、局部磁滞回环,合闸前铁心剩磁的大小和方向 涌流经涌流经TATA的非线性传变,即的非线性传变,即TATA的饱和特性的饱和特性 值值得得注注意意的的是是:空空载载合合闸闸励励磁磁涌涌流流峰峰值值虽虽大大可可与与短短路路电电流流比比较较,但但它它含含有有二二次次谐谐波波成成分分,且且在在一一个个周周期期内内存存在在间间断断角角,而而短短路路电电流流只只有有基基波波和和非非周周期期分分量量、且且在在一一个个周周期期内内没
14、没有有间间断断角角,这这就就引引申申而而来来我我国国现现在在通通用用的的 防防止止空空载载合合闸闸时时变变压压器器差差动动保保护护误误动动的的闭闭锁锁判判据据二二次次谐谐波波制制动动方方式式和和间间断角原理制动方式。断角原理制动方式。3.3 3.3 变压器纵差保护的整定计算及本卷须知变压器纵差保护的整定计算及本卷须知 纵差保护用纵差保护用TATA的选型的选型1 1、330kV330kV及及以以上上系系统统保保护护、高高压压侧侧为为330330kVkV及及以以上上的的变变压压器器和和300300MWMW及及以以上上的的发发电电机机变变压压器器组组差差动动保保护护用用电电流流互互感感器器宜宜采采用
15、用TPYTPY级级电电流流互互感感器器,这这是是解决变压器差动保护误动作问题的根本出路。解决变压器差动保护误动作问题的根本出路。2 2、坚坚决决反反对对“TPY+5PTPY+5P的的组组合合,因因为为P P级级TATA与与TPYTPY级级TATA的的主主要要差差异异在在于于:稳态误差和暂态误差、气隙以及铁心截面的大小。稳态误差和暂态误差、气隙以及铁心截面的大小。3 3、保护装置具有判保护装置具有判CTCT饱和的能力饱和的能力“异步法:只是作为冗余。异步法:只是作为冗余。变斜率比率制动特性的整定变斜率比率制动特性的整定托克托电厂升压变的基本参数:托克托电厂升压变的基本参数:2 2、低低斜斜率率S
16、 S1 1:考考虑虑外外部部短短路路小小电电流流时时也也有有非非周周期期分分量量电电流流和和CTCT铁铁心心剩剩磁磁,引引起起不不平平衡衡电电流流增增大大,为为防防误误动动,设设置置低低斜斜率率S S1 1的的制制动动作作用用,由由于于不不大大0.30.3,其对内部短路的保护灵敏度影响很小。,其对内部短路的保护灵敏度影响很小。3 3、高高斜斜率率S S2 2:鉴鉴于于500kV500kV母母线线为为3/23/2接接线线,变变压压器器外外部部短短路路电电流流很很大大,此此时时应应有有很很强强的的制制动动特特性性,即即当当 时时,斜斜率率增增大大到到0.80.8,这这样样即即使使一一侧侧TATA极
17、度饱和极度饱和二次无输出二次无输出,另一侧,另一侧TATA不饱和,也不会使纵差保护误动。不饱和,也不会使纵差保护误动。4 4、两两种种斜斜率率不不同同直直线线之之间间的的区区域域采采用用三三次次样样条条函函数数实实现现“平平滑滑过过渡渡,有有利于改善差动保护的动作性能。利于改善差动保护的动作性能。1 1、广蓄广蓄A A厂厂主变差动保护主变差动保护的整定计算:的整定计算:为为了了加加速速切切除除变变压压器器严严重重的的内内部部故故障障,常常常常增增设设差差动动速速断断保保护护利利用用纵纵差差保保护护中中的的差差动动电电流流,不不用用二二次次和和五五次次谐谐波波制制动动,也也不不用用比比率率制制动
18、动,其动作电流其动作电流I Iopop的整定如下:的整定如下:1 1高压侧空载合闸高压侧空载合闸,出现励磁涌流,保护不动作,出现励磁涌流,保护不动作,。2 2外部最大三相短路时不误动,外部最大三相短路时不误动,3 3差动速断保护定值的最终确定应维持主保护的比率制动特性差动速断保护定值的最终确定应维持主保护的比率制动特性。纵差速断保护定值的整定纵差速断保护定值的整定 空载合闸和变压器匝间短路同时出现的处理措施空载合闸和变压器匝间短路同时出现的处理措施1 1、“一一相相闭闭锁锁三三相相:即即一一相相出出现现涌涌流流特特征征,三三相相纵纵差差保保护护全全部部闭闭锁锁,目的是防止励磁涌流造成变压器纵差
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- 精选 主设备 故障 分析 保护 变压器
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