1、发电厂继电保护实际案例分析二零一一年发电厂继电保护实际案例 继电保护专业担任着发电厂继电保护及自动装置二次回路的检修，维护任务。在日常工作中，我们会遇到各种各样的故障，故障类型五花八门，处理故障的时候，我们都会遇到新问题，我想大奖在工作中深有同感，每次消缺检修我们都能从中学到新东西，为我们扩展新的工作思路。本人水平有限，只就实际工作中遇到的几个事故案例与大家共享，希望能给在座各位提供一些新的思路。案例一机组开机时3定子接地故障处理机组小修后发电机并网，励磁系统起励后，发电机B柜报3定子接地，经查找故障原因为：发电机中性点电抗器和中性点刀闸接线检修完毕后没有恢复。检修人员恢复好中性点电抗器接线，
2、发电机并网。故障分析：发电机实际接线方式:发电机经中性点消弧线圈接地，其中性点电压经电压互感器引出二次电压量，作为中性点零序电压分别引至双重化配置的发变组保护，机端零序电压取自发电机机端PT零序二次电压故障查找过程：首先观察定子接地保护相关的模拟量采样，发现发电机中性点三次谐波电压为零，机端零序电压有量。大家都知道，任何模拟量在系统接入情况下，数值不可能为零，零序电压总会有不平衡电压，检查发变组保护A，B柜中性点三次谐波电压都为零，可以排除保护屏二次回路的问题。故障点确定在中性点消弧线圈处。中性点电压没有接入发变组系统。就地检查中性点电抗器刀闸合好。打开电抗器柜门，发现发电机中性点电抗器和发电
3、机中性点刀闸的线没有接 发电机定子接地保护原理发电机定子接地保护原理3定子接地故障保护，取机端三次谐波电压和中性点三次谐波电压，利用机端三次谐波电压作为动作量，中性点三次谐波电压作为制动量，这样当中性点附近发生接地故障时，能可靠动作于信号。正常运行时机端三次谐波电压小于中性点三次谐波，所以保护不会误动作，而在中性点附近发生接地时，保护具有很高的灵敏度。结论结论在这个故障中，发电机中性点电抗器和中性点刀闸未接，中性点电压量没有在这个故障中，发电机中性点电抗器和中性点刀闸未接，中性点电压量没有接入发变组系统，导致三次谐波没有制动量，只有动作量，所以保护动作。接入发变组系统，导致三次谐波没有制动量，
4、只有动作量，所以保护动作。学习要点学习要点 从这个案例，我们可以看到，要想判断故障，必须清楚设备的工从这个案例，我们可以看到，要想判断故障，必须清楚设备的工作原理，才能在最短时间内判断故障点，消除故障。即当发现三作原理，才能在最短时间内判断故障点，消除故障。即当发现三次谐波电压动作原理，什么时候应该动作，三次谐波定子接地保次谐波电压动作原理，什么时候应该动作，三次谐波定子接地保护接了哪些模拟量，从哪里接入，掌握这些后，才能判断故障点护接了哪些模拟量，从哪里接入，掌握这些后，才能判断故障点在哪里。另外判断模拟量和开关量是判断故障的最基本方法，也在哪里。另外判断模拟量和开关量是判断故障的最基本方法
5、，也是最有效的方法。是最有效的方法。盘车状态下的误合闸 1、故障描述：2009年，某电厂#1机组（其主接线如图2所示）在小修期间，主变带厂变运行，机端开关处于跳位。机端开关被误合（当时误上电保护未投）后，装置录下启动波形。2、保护装置动作报文保护装置动作报文3、结合录波波形，进行故障分析、结合录波波形，进行故障分析母线侧、机端侧电压波形母线侧、机端侧电压波形 从波形上知：故障前，母线电压正常，机组未加励磁电压，故机端为0V；故障时，母线三相电压下降，发电机机端建立起电压，但远小于额定电压。发电机机端、中性点波形 发电机差流波形 结合上面图知：发电机机端和中性点电流幅值达到额定电流的3倍左右，相
6、位同向，且三相差流为0，表明故障电流呈穿越性。事故原因：人为误操作，使机端开关合闸线圈励磁，造成事故的发生。注：此次故障由临时装设的辅助保护快速切除，否则，机组将承受较大故障电流的冲击，造成设备的损坏。断路器断口闪络故障实例 一、故障概述：湖南某电厂3#机组，完成电气试验后，机组侧升压至额定，准备并网时，主变高压侧B相开关发生闪络，误上电保护动作切机。二、保护装置动作报文：三、三、结合录波波形，进行故障分析结合录波波形，进行故障分析：右图为右图为主变高压侧电压电流波形，主变高压侧电压电流波形，从波形上知：从波形上知：主变高压侧主变高压侧B B 相电压明显下降，相电压明显下降，A A、C C两相
7、电压几乎没有变化；两相电压几乎没有变化；B B 相电流显著增大相电流显著增大A A、C C相电流为相电流为0A0A。主变高、低压侧主变电流波形(2)主变差流波形(3)结合图2、3知：主变高、低压侧校正电流大小相等，方向相差180度，最大相差流值0.09，表明此故障电流对主变差动而言，呈穿越性，故障位置在变压器之外。主变高、低压侧电压波形从波形上知：电压变化前，低压侧（发电机机端）的电压波形超前主变高压侧电压210度，表明断路器断口处两侧电压相差180度；B相电压下降的同时，低压侧三相电压都有下降，且以A、B相变化较大，这与变压器低压侧三相短路的特征不符。同时考虑到主变高压侧的断路器处于分闸位置
8、，若发生单相接地，高压侧不会出现故障电流，这显然与波形不吻合。分析结果：断路器断口发生闪络的可能性较大。这与检查断路器本体B相断口有明显电弧灼伤痕迹的结果一致。结束语上述实例表明：机组开关无论在哪种条件下误合，都会产生很大的冲击电流及转矩。如果不装设专门的误上电保护，快速地将机组从电网中切除，可能会损坏发电机甚至会引起系统振荡。为了消除设备损坏和事故范围扩大的隐患，确保机组设备的安全，建议大型机组应装设误上电保护。发电机误上电保护原理 发电机在盘车过程中，由于出口断路器误合闸，突然给发电机加上电压，而发电机会成为异步电动机运行。此时发电机的电抗，若与系统联络电抗很小，则定子电流会很大，可达3-
9、4倍额定电流。定子电流产生旋转磁场，将在转子中产生差频电流，会使转子过热，应快速切断电源。误合闸保护（1）发电机盘车时，未加励磁，断路器误合，造成发电机异步起动。采用两组PT均低电压延时t1投入，电压恢复，延时t2（与低频闭锁判据配合）退出。（2）发电机起停过程中，已加励磁，但频率低于定值，断路器误合。采用低频判据延时t3投入，频率判据延时t4返回，其时间应保证跳闸过程的完成。（3）发电机起停过程中，已加励磁，但频率大于定值，断路器误合或非同期。采用断路器位置接点，经控制字可以投退。判据延时t3投入（考虑断路器分闸时间），延时t4退出其时间应保证跳闸过程的完成。当发电机非同期合闸时，如果发电机
10、断路器两侧电势相差180附近，非同期合闸电流太大，跳闸易造成断路器损坏，此时闭锁跳断路器出口，先跳灭磁开关等其他开关，当断路器电流小于定值时再动作于跳出口开关。误合闸保护同时取发电机机端、中性点电流，为提高可靠性，RCS-985A/B发变组保护装置还取主变高压侧电流大于0.1Ie作为辅助判据 断路器闪络保护发电机在进行并列过程中，当断路器两侧电压方向为180，断口易发生闪络。断路器断口闪络只考虑一相或两相，不考虑三相闪络。断路器闪络保护取主变高压侧开关TA电流。判据：（1）断路器三相合闸位置接点均为断开状态；（2）负序电流大于整定值；（3）发电机已加励磁，机端电压大于一固定值。保护动作于灭磁及
11、启动断路器失灵。考虑到发电机机端电压相对于主变高压侧电压等级低，如机端设有断路器，并列过程中断路器两侧最大承受电压较小，因此，一般不考虑配置机端断路器闪络保护。断路器闪络保护逻辑框图负序电流元件断路器断开位置&机端电压元件误上电保护软压板投入断路器闪络保护跳闸误上电保护硬压板投入t&断路器闪络保护起动&学习要点 1、首先要对保护装置吃透，正确理解保护装置报文，会看故障波形图，从故障现象和波形图判断故障所在。2、干好继电保护设备，只认识二次回路是不够的，必须从一次设备入手进行故障判断，了解接触器，了解开关，了解一次设备运行状况，发电机运行工况，才能彻底的提高自身的技术水平。厂用系统开关运行中跳闸
12、如何处理 1、开关跳闸的方式（1）开关正常跳闸（就地跳、DCS跳）（2）事故按钮跳闸（3）低电压保护跳闸（4)联锁跳闸 （5)F+C开关回路有断相保护跳闸 2 、故障处理过程（1）首先向运行人员询问故障现象，通过故障现象初步判断故障点。（2）查看保护装置是否动作，如果动作，查保护动作记录，保护动作时模拟量采样值。速断过流保护动作：表明一次设备有故障，检查一次 设备情况 过热保护动作，表明设备超电流运行，可能是管道机械方面的原因，需检查泵或风机的实际运行工况。负序保护动作，可能是一次原因，也可能是二次原因，一次原因为一次反相或断相，二次原因为CT二次接线接反，保护装置某相电流不采样，因此负序保护
13、动作时要进行二次回路的祥查。确定真正故障点。差动保护动作，容量超过1800W的电动机均配置差动保护，正常运行中差动保护动作一般为一次故障，但也出现过由于保护装置不采样，电缆绝缘损坏，保护误动。检修或更换电机后启动，带差动保护电机一般先做相位测试，一次大线，二次CT接线错误，或极性错误都会导致差动保护误动。不同差动保护装置算法不同。差动保护CT二次回路的接线不是固定不变的，要根据不同保护装置的，不同差动保护原理进行接线，才能保证差动保护装置新投运时不误动。故障录波分析 在我们的日常生产中经常需要通过录波图来分析电力系统到底发生了什么样的故障？保护装置的动作行为是否正确？二次回路接线是否正确？CT
14、、PT极性是否正确等等问题。接下来我就先讲一下分析录波图的基本方法：1、当我们拿到一张录波图后，首先要通过前面所学的知识大致判断系统发生了什么故障，故障持续了多长时间。2、以某一相电压或电流的过零点为相位基准，查看故障前电流电压相位关系是否正确，是否为正相序？负荷角为多少度？3、以故障相电压或电流的过零点为相位基准，确定故障态各相电流电压的相位关系。（注意选取相位基准时应躲开故障初始及故障结束部分，因为这两个区间一是非周期分量较大，二是电压电流夹角由负荷角转换为线路阻抗角跳跃较大，容易造成错误分析）4、绘制向量图，进行分析。单相接地短路故障录波图分析单相接地短路故障录波图分析 分析单相接地故障
15、录波图要点：分析单相接地故障录波图要点：1 1、一相电流增大，一相电压降低；出现零序电流、零序电压。、一相电流增大，一相电压降低；出现零序电流、零序电压。2 2、电流增大、电压降低为同一相别。、电流增大、电压降低为同一相别。3 3、零序电流相位与故障相电流同向，零序电压与故障相电压反向。、零序电流相位与故障相电流同向，零序电压与故障相电压反向。4 4、故障相电压超前故障相电流约、故障相电压超前故障相电流约8080度左右；零序电流超前零序电压约度左右；零序电流超前零序电压约110110度度左右。左右。当我们看到符合第当我们看到符合第1 1条的一张录波图时，基本上可以确定系统发生了单相接地短路故条
16、的一张录波图时，基本上可以确定系统发生了单相接地短路故障；若符合第障；若符合第2 2条可以确定电压、电流相别没有接错；符合第条可以确定电压、电流相别没有接错；符合第3 3条、第条、第4 4条可以确定保条可以确定保护装置、二次回路整体均没有问题（不考虑电压、电流同时接错的问题，对于同时接护装置、二次回路整体均没有问题（不考虑电压、电流同时接错的问题，对于同时接错的问题需要综合考虑，比如说你可以收集同一系统上下级变电所的录波图，对于同错的问题需要综合考虑，比如说你可以收集同一系统上下级变电所的录波图，对于同一个系统故障各个变电所录波图反映的情况应该是相同的，那么与其他站反映的故障一个系统故障各个变
17、电所录波图反映的情况应该是相同的，那么与其他站反映的故障相别不同的变电站就需要进行现场测试）。若单相接地短路故障出现不符合上述条件相别不同的变电站就需要进行现场测试）。若单相接地短路故障出现不符合上述条件情况，那么需要仔细分析，查找二次回路是否存在问题。情况，那么需要仔细分析，查找二次回路是否存在问题。这里需要特别说明一下南瑞公司的这里需要特别说明一下南瑞公司的900900系列线路保护装置，该系列保护在计算零序保系列线路保护装置，该系列保护在计算零序保护时加入了一个护时加入了一个7878度的补偿阻抗，其录波图上反映的是零序电流超前零序电压度的补偿阻抗，其录波图上反映的是零序电流超前零序电压18
18、0180度度左右。左右。对于分析录波图，第对于分析录波图，第4 4条是非常重要的，对于单相故障，故障相电压超前故障相电流条是非常重要的，对于单相故障，故障相电压超前故障相电流约约8080度左右；对于多相故障，则是故障相间电压超前故障相间电流约度左右；对于多相故障，则是故障相间电压超前故障相间电流约8080度左右；度左右；“8080度左右度左右”的概念实际上就是短路阻抗角，也即线路阻抗角的概念实际上就是短路阻抗角，也即线路阻抗角。两相短路故障录波图分析 分析两相短路故障录波图要点：分析两相短路故障录波图要点：1、两相电流增大，两相电压降低；没有零序电流、零序电压。2、电流增大、电压降低为相同两个
19、相别。3、两个故障相电流基本反向。4、故障相间电压超前故障相间电流约80度左右。若两相短路故障出现不符合上述条件情况，那么需要仔细分析，查找二次回路是否存在问题。比如说有一条线路正常运行时负荷电流基本没有，发生故障后保护拒动。我们来分析一下由录波图绘制的向量图。对照要点分析录波图，前三条都满足，但第四条不满足，绘制出向量图以后成了故障相间电压滞后故障相间电流约110度左右。大家想一下，保护回路出了什么问题？通过分析可以看出保护的A相电流与B相电流接反了，但由于装置正常运行时负荷电流基本为零，装置不会报警。将A、B两根电流线交换后，第四条变成满足，证明保护装置接线不再有问题。所以再重申一遍：对于
20、分析录波图，第对于分析录波图，第4条是非常重要的，对于条是非常重要的，对于单相故障，故障相电压超前故障相电流约单相故障，故障相电压超前故障相电流约80度左右；对于多相故度左右；对于多相故障，则是故障相间电压超前故障相间电流约障，则是故障相间电压超前故障相间电流约80度左右；度左右；“80度左度左右右”的概念实际上就是短路阻抗角，也即线路阻抗角。的概念实际上就是短路阻抗角，也即线路阻抗角。两相接地短路故障录波图分析两相接地短路故障录波图分析 分析两相接地短路故障录波图要点：分析两相接地短路故障录波图要点：两相电流增大，两相电压降低；出现零序电流、零序电压。电流增大、电压降低为相同两个相别。零序电
21、流向量为位于故障两相电流间。故障相间电压超前故障相间电流约80度左右；零序电流超前零序电压约110度左右。若两相接地短路故障出现不符合上述条件情况，那么需要仔细分析，查找二次回路是否存在问题。Y/-11变压器侧（低压侧）两相短路故障录波图分析变压器侧（低压侧）两相短路故障录波图分析先以侧（低压侧）AB两相短路为例，介绍一下Y/-11变压器侧（低压侧）发生两相短路故障，Y侧（高压侧）电流电压的向量情况。通过前面的分析我们知道低压侧AB两相短路时，保护安装处向量图如 我们知道Y/-11的变压器侧（低压侧）电压、电流与Y侧（高压侧）电流、电压的关系如下：FA=FAY-FBYFB=FBY-FCYFC=
22、FCY-FAY由上面的向量图可知，对于正序分量，FA超前FAY30度；对于负序分量，FA滞后FAY30度。通过这个关系我们就可以将侧（低压侧）各序分量转换至Y侧（高压侧），从而求取出高压侧的全电压、全电流。从向量图我们可得到变压器低压侧两相短路时，高压侧全电压、变压器低压侧两相短路时，高压侧全电压、全电流得特点：全电流得特点：短路滞后相电流与其他两相电流方向相反，且大小为其他两相电流的2倍。短路滞后相母线故障残压非常小，接近为零。非故障相电压与短路超前相电压大小相等，方向相反。那么在构成变压器电压闭锁电流保护时，由于高压侧电压闭锁电流保护要作为低压侧电压闭锁电流保护的后备保护，可是从向量图我们
23、知道如果高压侧电压闭锁量采用三个接于线电压的低电压继电器，将不能可靠的开放保护，造成拒动，实现不了对低压侧的后备作用。因此常采用负序继电器加一个接于相间的低电压继电器构成复合电压继电器来实现闭锁。从而提高保护的灵敏性。大电流接地系统发生接地故障主变大电流接地系统发生接地故障主变Yn侧（其他侧无源）录波侧（其他侧无源）录波图分析图分析析故障录波图要点：析故障录波图要点：1、三相电流增大，且三相相位相同；出现零序电流、零序电压。、三相电流增大，且三相相位相同；出现零序电流、零序电压。2、零序电流超前零序电压约、零序电流超前零序电压约110度左右。度左右。对于大电流接地系统，接地故障短路回路的形成实
24、际上是通过变压器的中对于大电流接地系统，接地故障短路回路的形成实际上是通过变压器的中性点构成，当系统中发生接地故障，对于其他侧无电源的接地变压器来说，性点构成，当系统中发生接地故障，对于其他侧无电源的接地变压器来说，故障电流仍会通过大地经接地变压器中性点流向星型绕组，并分配到各相故障电流仍会通过大地经接地变压器中性点流向星型绕组，并分配到各相流回故障点，故形成上述典型波形。流回故障点，故形成上述典型波形。失灵保护实际动作逻辑的原则1.单断路器的失灵保护A.线路单元由线路保护直接提供跳闸无流返回的跳闸分相接点起动失灵保护，除线路电抗器保护、过电压远跳外，一般情况无需提供三相跳闸接点。B.采用电压
25、闭锁。C.单相跳闸开入：采用分相相电流与零序或负序电流与门判别的方式，判别断路器未断开和跳闸命令的误开入。对单相重合闸的线路，非全相运行时有零序负序电流，但是跳开相无电流，采用相电流和零负序电流与门判别不会误动，若采用或门关系只能靠跳闸接点断开来把关，降低了失灵保护的安全性。采用“与门”判别的方式，相电流按有无电流整定，也可由装置内部设定为0.06IN，简化了整定计算。在单相跳闸信号误开入时，虽然有相电流但无零负序电流，加上电压闭锁也有较高的安全性。D.三个分相跳闸开入：采用采用分相相电流与零序或负序电流“或门”判别的方式，三相跳闸同时误开入，由电压闭锁把关，规程规定，对220kV500kV分
26、相操作的断路器，可仅考虑断路器单相拒动的情况，如要考虑三相故障三相失灵的情况，这个逻辑也是可以动作的。E.元件保护的一个跳闸开入：由起动侧进行第一次电流判别，采用相电流与零序或负序电流或门判别的方式，相电流躲负荷电流，零负序躲不平衡电流，失灵保护装置侧再进行第二次判别，由于元件保护起动失灵要解除电压闭锁，所以，以低功率因数或零负序电流或门判别，可以防止跳闸和解除闭锁信号误开入。F.整定计算:在失灵保护侧，线路单元统一整定，相电流按有无电流整定，装置内部设置0.06IN的最低门槛，零序负序电流按躲不平衡电流整定。元件单元统一整定，低功率因数整定为600 700，零序负序电流按躲不平衡电流整定。2
27、.双断路器的失灵保护 2.6.5失灵保护的基本原则：2.6.5.1由于失灵保护动作后果比较严重，且双断路器的失灵保护无电压闭锁，按具体情况，对于线路保护分相跳闸和发变组（线路）三相跳闸，失灵保护应采用不同的起动方式：a.电流突变量或零序电流起动并展宽，同时，任一分相跳闸开入起动失灵；b.由于电流起动元件灵敏度可能不够的原因，三相跳闸开入直接起动失灵;电流突变量和零序电流整定值均按躲正常运行的不平衡电流量整定，确保有足够的灵敏度。2.6.5.2在安全可靠的前提下，简化失灵保护的动作逻辑和整定计算。a.设置线路保护三个分相跳闸开入、主变、线路保护共用一个三相跳闸开入。b.设置相电流元件，零、负序电
28、流元件，发变组单元低功率因数元件。相电流元件按“有无电流”的原则整定，保护装置内设置0.06 In的最小电流值门槛；低功率因数元件按躲过变压器正常运行的功率因数整定，默认值为700，零序电流、负序电流按躲过正常运行的不平衡电流整定，该定值与三相不一致保护共用。c.三相跳闸开入失灵保护的判据为：1）有三相跳闸信号开入2）三个相电流元件均动作、三相低功率因数动作；或零、负序电流动作满足1）、2）条无时限三相跟跳。3）失灵保护的动作延时到，保护出口。d.1个分相跳闸开入失灵保护的判据为：1个分相跳闸信号开入跳闸相的“有无电流”元件动作，同时零序电流元件或负序电流元件动作。满足1）、2）条无时限单相跟
29、跳。失灵保护的动作延时到，保护出口。e.3个分相跳闸开入失灵保护的判据为：1)3个分相跳闸信号开入2)三相电流元件均动作，或零、负序电流元件动作满足1）、2）条无时限三相跟跳。3）失灵保护的动作延时到，保护出口。2.6.5.3 失灵保护不设功能投退压板，需要投退失灵保护时，通过投退跳相邻断路器和起动远跳的出口压板实现。2.6.5.4 断路器保护屏上不设失灵起动的投退压板，需要投退两套线路保护的失灵起动回路时，通过投退两面线路保护屏上各自的起动失灵的跳闸压板实现。保护实际操作故障点一、电压回路二、电流回路三、开入量四、软压板、硬压板五、定值六、通讯口问题七、通道系数保护实际操作查找故障步骤1、先做继电保护安全措施2、电流回路3、电压回路4、开入量
