58、什么是零序保护?大电流接地系统中为什么要单独装设零序保护?
答:在大短路电流接地系统中发生接地故障后,就有零序电流、零序电压和零序功率出现,利用这些电气量构成保护接地短路的继电保护装置统称为零序保护。
三相星形接线的过电流保护虽然也能保护接地短路,但其灵敏度较低,保护时限较长。采用零序保护就可克服此不足,这是因为:
1、正常运行和发生相间短路时,不会出现零序电流和零序电压,因此零序保护的动作电流可以整定得较小,这有利于提高其灵敏度;
2、Y/△接线降压变压器,△侧以后的故障不会在Y侧反映出零序电流,所以零序保护的动作时限可以不必与该种变压器以后的线路保护相配合而取较短的动作时限。
59、零序电流保护在运行中需注意哪些问题?
答:零序电流保护在运行中需注意以下问题: (1)当电流回路断线时,可能造成保护误动作。这是一般较灵敏的保护的共同弱点,需要在运行中注意防止。就断线机率而言,它比距离保护电压回路断线的机率要小得多。如果确有必要,还可以利用相邻电流互感器零序电流闭锁的方法防止这种误动作。 (2)当电力系统出现不对称运行时,也要出现零序电流,例如变压器三相参数不同所引起的不对称运行,单相重合闸过程中的两相运行,三相重合闸和手动合闸时的三相断路器不同期,母线倒闸操作时断路器与隔离开关并联过程或断路器正常环并运行情况下,由于隔离开关或断路器接触电阻三相不一致而出现零序环流,以及空投变压器时产生的不平衡励磁涌流,特别是在空投变压器所在母线有中性点接地变压器在运行中的情况下,可能出现较长时间的不平衡励磁涌流和直流分量等等,都可能使零序电流保护启动。 (3)地理位置靠近的平行线路,当其中一条线路故障时,可能引起另一条线路出现感应零序电流,造成反方向侧零序方向继电器误动作。如确有此可能时,可以改用负序方向继电器,来防止上述方向继电器误判断。 (4)由于零序方向继电器交流回路平时没有零序电流和零序电压,回路断线不易被发现;当继电器零序电压取自电压互感器开口三角侧时,也不易用较直观的模拟方法检查其方向的正确性,因此较容易因交流回路有问题而使得在电网故障时造成保护拒绝动作和误动作。
60、对自动重合闸装置有哪些基本要求?
答: 1、在下列情况下,重合闸不应动作:
1)、由值班人员手动分闸或通过遥控装置分闸时;
2)、手动合闸,由于线路上有故障,而随即被保护跳闸时。
2、除上述两种情况外,当开关由继电保护动作或其它原因跳闸后,重合闸均应动作,使开关重新合上。
3、自动重合闸装置的动作次数应符合预先的规定,如一次重合闸就只应实现重合一次,不允许第二次重合。
4、自动重合闸在动作以后,一般应能自动复归,准备好下一次故障跳闸的再重合。
5、应能和继电保护配合实现前加速或后加速故障的切除。
6、在双侧电源的线路上实现重合闸时,应考虑合闸时两侧电源间的同期问题,即能实现无压检定和同期检定。
7、当开关处于不正常状态(如气压或液压过低等)而不允许实现重合闸时,应自动地将自动重合闸闭锁。
8、自动重合闸宜采用控制开关位置与开关位置不对应的原则来启动重合闸。
61、选用重合闸方式的一般原则是什么?
答 (1)重合闸方式必须根据具体的系统结构及运行条件,经过分析后选定。
(2)凡是选用简单的三相重合闸方式能满足具体系统实际需要的,线路都应当选用三相重合闸方式。特别对于那些处于集中供电地区的密集环网中,线路跳闸后不进行重合闸也能稳定运行的线路,更宜采用整定时间适当的三相重合闸。对于这样的环网线路,快速切除故障是第一位重要的问题。
(3)当发生单相接地故障时,如果使用三相重合闸不能保证系统稳定,或者地区系统会出现大面积停电,或者影响重要负荷停电的线路上,应当选用单相或综合重合闸方式。
(4)在大机组出口一般不使用三相重合闸。
62、选用线路三相重合闸的条件是什么?
答:在经过稳定计算校核后,单、双侧电源线路选用三相重合闸的条件如下:
1、单侧电源线路 单侧电源线路电源侧宜采用一般的三相重合闸,如由几段串联线路构成的电力网,为了补救其电流速断等瞬动保护的无选择性动作,三相重合闸采用带前加速或顺序重合闸方式,此时断开的几段线路自电源侧顺序重合。但对给重要负荷供电的单回线路,为提高其供电可靠性,也可以采用综合重合闸。
2、双侧电源线路 两端均有电源的线路采用自动重合闸时,应保证在线路两侧断路器均已跳闸,故障点电弧熄灭和绝缘强度已恢复的条件下进行。同时,应考虑断路器在进行重合闸的线路两侧电源是否同期,以及是否允许非同期合闸。因此,双侧电源线路的重合闸可归纳为一类是检定同期重合闸,如一侧检定线路无电压,另一侧检定同期或检定平行线路电流的重合闸等;另一类是不检定同期的重合闸,如非同期重合闸、快速重合闸、解列重合闸及自同期重合闸等。
63、线路选用单相重合闸或综合重合闸的条件是什么?
答:单相重合闸是指:线路上发生单相接地故障时,保护动作只跳开故障相的断路器并单相重合;当单相重合不成功或多相故障时,保护动作跳开三相断路器,不再进行重合。由其它任何原因跳开三相断路器时,也不再进行重合。
综合重合闸是指:当发生单相接地故障时采用单相重合闸方式,而当发生相间短路时采用三相重合闸方式。
在下列情况下,需要考虑采用单相重合闸或综合重合闸方式:
(1)、220千伏及以上电压单回联络线、两侧电源之间相互联系薄弱的线路(包括经低一级电压线路弱联系的电磁环网),特别是大型汽轮发电机组的高压配出线路。
(2)、当电网发生单相接地故障时,如果使用三相重合闸不能保证系统稳定的线路。
(3)、允许使用三相重合闸的线路,但使用单相重合闸对系统或恢复供电有较好效果时,可采用综合重合闸方式。例如,两侧电源间联系较紧密的双回线路或并列运行环网线路,根据稳定计算,重合于三相永久故障不致引起稳定破坏时,可采用综合重合闸方式。当采用三相重合闸时,采取一侧先合,另一侧待对侧重合成功后实现同步重合闸的方式。
(4)、经稳定计算校核,允许使用重合闸。
64、单相重合闸与三相重合闸各有哪些优缺点?
答:这两种重合闸的优缺点如下:
(1)、使用单相重合闸时会出现非全相运行,除纵联保护需要考虑一些特殊问题外,对零序电流保护的整定和配合产生了很大影响,也使中、短线路的零序电流保护不能充分发挥作用。
(2)、使用三相重合闸时,各种保护的出口回路可以直接动作于断路器。使用单项重合闸时,除了本身有选项功能的保护外,所有纵联保护、相间距离保护、零序电流保护等,都必须经单相重合闸的选相元件控制,才能动作于断路器。
(3)、当线路发生单项接地采用三相重合闸,会比采用单项重合闸产生较大的操作过电压,这是由于三相跳闸、电流过零时断电,在非故障相上会保留相当于相电压峰值的残余电荷电压,而重合闸的断电时间较短,上述非故障相的电压变化不大,因而在重合时会产生较大的操作过电压。而当使用单相重合闸时,重合时的故障相电压一般只有17%左右(由于线路本身电容分压产生),因而没有操作过电压问题。从较长时间在110kV及220kV电网采用三相重合闸的运行情况来看,对一般中、短线路操作过电压方面的问题并不突出。
(4)、采用三相重合闸时,在最不利的情况,有可能重合于三相短路故障,有的线路经稳定计算认为必须避免这种情况时,可以考虑在三相重合闸中增设简单的相间故障判别元件,使它在单相故障时实现重合,在相间故障时不重合。
65、自动重合闸的启动方式有哪几种?各有什么特点?
答:自动重合闸有两种启动方式:断路器控制开关位置与断路器位置不对应启动方式和保护启动方式。
不对应启动方式的优点:简单可靠,还可以弥补和减少断路器误碰或偷跳造成的的影响和损失,可提高供电可靠性和系统运行的稳定性,在各级电网中具有良好运行效果,是所有重合闸的基本启动方式。其缺点是,当断路器辅助触点接触不良时,不对应启动方式将失效。
保护启动方式,是不对应启动方式的补充。同时,在单相重合闸过程中需要进行一些保护的闭锁,逻辑回路中需要对故障相实现选相固定等,也需要一个由保护启动的重合闸启动元件。其缺点:不能弥补和减少断路器误动造成的影响和损失。
66、在检定同期和检定无压重合闸装置中为什么两侧都要装检定同期和检定无压继电器?
答:如果采用一侧投无电压检定,另一侧投同期检定这种接线方式。那么,在使用无电压检定的那一侧,当其断路器在正常运行情况下由于某种原因(如误碰、保护误动等)而跳闸时,由于对侧并未动作,因此线路上有电压,因而就不能实现重合,这是一个很大的缺陷。
为了解决这个问题,通常都是在检定无压的一侧也同时投入同期检定继电器,两者的触点并联工作,这样就可以将误跳闸的断路器重新投入。
为了保证两侧断路器的工作条件一样,在检定同期侧也装设无压检定继电器,通过切换后,根据具体情况使用。但应注意,一侧投入无压检定和同期检定继电器时,另一侧则只能投入同步检定继电器。否则,两侧同时实现无电压检定重合闸,将导致出现非同期合闸。在同期检定继电器触点回路中要串接检定线路有电压的触点。
67、什么叫重合闸后加速?为什么采用检定同期重合闸时不用后加速?
答:当线路发生故障后,保护有选择性的动作切除故障,重合闸进行一次重合以恢复供电。若重合于永久性故障时,保护装置即不带时限无选择性的动作断开断路器,这种方式称为重合闸后加速。
检定同期重合闸是当线路一侧无压重合后,另一侧在两端的频率不超过一定允许值的情况下才进行重合的。若线路属于永久性故障,无压侧重合后再次断开,此时检定同期重合闸不会再重合,因此采用检定同期重合闸再装后加速也就没有意义了。若属于瞬时性故障,无压重合后,即线路已重合成功,故障已不存在,故亦无装设后加速的必要。同时检定同期重合闸时不采用后加速,可以避免合闸冲击电流引起误动。
68、什么叫重合闸前加速?它有何优缺点?
答:重合闸前加速保护方式一般用于具有几段串联的辐射形线路中,重合闸装置仅装在靠近电源的一段线路上。当线路上(包括相邻线路及以后的线路)发生故障时,靠近电源侧的保护首先无选择性地瞬时动作于跳闸,而后再靠重合闸来纠正这种非选择性动作。
其缺点是切除永久性故障时间较长,装有重合闸装置的断路器动作次数较多,且一旦断路器或重合闸拒动,将使停电范围扩大。
重合闸前加速保护方式主要适用于35kV以下由发电厂或主要变电站引出的直配线上。
69、相差高频保护和高频闭锁保护与单相重合闸配合使用时,为什么相差高频保护要三跳停信,而高频闭锁保护要单跳停信?
答:在使用单相重合闸的线路上,当非全相运行时,相差高频启动元件均可能不返回,此时若两侧单跳停信,由于停信时间不可能一致,停信慢的一侧将会在单相故障跳闸后由于非全相运行时发出的仍是间断波而误跳三相。因此单相故障跳闸后不能将相差高频保护停信。而在三相跳闸后,相差高频保护失去操作电源而发连续波,会将对侧相差高频保护闭锁,所以必须实行三跳停信,使对侧相差高频保护加速跳闸切除故障。另外,当母线保护动作时,如果断路器失灵,三跳停信能使对侧高频保护动作,快速切除故障。高频闭锁保护必须实行单跳停信,因为当线路单相故障一侧先单跳后保护将返回,而高频闭锁保护启动元件不复归,收发信机启动发信,会将对侧高频闭锁保护闭锁。所以,单相跳闸后必须停信,加速对侧高频闭锁保护跳闸。
70、零序电流保护与重合闸方式的配合应考虑哪些因素?
答:1、采用单相重合闸方式,并实现后备保护延时段动作后三相跳闸不重合,则零序电流保护与单相重合闸配合按下列原则整定:
(1)能躲过非全相运行最大零序电流的零序电流保护一段,经重合闸N端子跳闸,非全相运行中不退出;而躲不过非全相运行最大零序电流的零序电流保护一段,应接重合闸M端子跳闸,在重合闸启动后退出工作。
(2)零序电流保护二段的整定值应躲过非全相运行最大零序电流,在单相重合闸过程中不动作,经重合闸R端子跳闸。
(3)零序电流保护三、四段均经重合闸R端子跳闸,三相跳闸不重合。
2、采用单相重合闸方式,且后备保护延时段启动单相重合闸,则零序电流保护与单相重合闸按如下原则进行配合整定:
(1)能躲过非全相运行最大零序电流的零序电流保护一段,经重合闸N端子跳闸,非全相运行中不退出工作;而不能躲过非全相运行最大零序电流的零序电流保护一段,经重合闸M端子跳闸,重合闸启动后退出工作。
(2)能躲过非全相运行最大零序电流的零序电流保护二段,经重合闸N端子跳闸,非全相运行中不退出工作;不能躲过非全相运行最大零序电流的零序电流保护二段,经重合闸M或P端子跳闸,亦可将零序电流保护二段的动作时间延长至1.5秒及以上,或躲过非全相运行周期,经重合闸N端子跳闸。
(3)不能躲过非全相运行最大零序电流的零序电流保护三段,经重合闸M端子或P端子跳闸,亦可依靠较长的动作时间躲过非全相运行周期,经重合闸N或R端子跳闸。
(4)零序电流保护四段经重合闸R端子跳闸。
3、三相重合闸后加速和单相重合闸的分相后加速,应加速对线路末端故障有足够灵敏度的保护段。如果躲不开在一侧断路器合闸时三相不同步产生的零序电流,则两侧的后加速保护在整个重合闸周期中均应带0.1秒的延时。
71、简述微机保护的基本构成和主要部分的功能
答:微机保护是由一台计算机和相应的软件(程序)来实现各种复杂功能的继电保护装置。微机保护的特性主要是由软件决定的,具有较大的灵活性,不同原理的保护可以采用通用的硬件。
微机保护包括硬件和软件两大部分。硬件一般包括以下三大部分。
(1) 模拟量输入系统(或称数据采集系统) 包括电压形成、模拟滤波、采样保持、多路转换以及模数转换等功能,完成将模拟输入量准确地转换为所需的数字量。
(2) CPU主系统 包括微处理器(MPU)、只读存储器(EPROM)、随机存取存储器(RAM)以及定时器等。MPU执行存放在EPROM中的程序,对由数据采集系统输入至RAM区的原始数据进行分析处理,以完成各种继电保护的功能。
(3) 开关量(或数字量)输入/输出系统 由若干并行接口适配器、光电隔离器件及有接点的中间继电器等组成,以完成各种保护的出口跳闸、信号警报、外部接点输入及人机对话等功能。 微机保护软件是根据继电保护的需要而编制的计算机程序。
72、电力变压器的不正常工作状态和可能发生的故障有哪些?一般应装设哪些保护?
答:变压器的故障可分为内部故障和外部故障两种。
变压器内部故障系指变压器油箱里面发生的各种故障,其主要类型有:各相绕组之间发生的相间短路,单相绕组部分线匝之间发生的匝间短路,单相绕组或引出线通过外壳发生的单相接地故障等。
变压器外部故障系变压器油箱外部绝缘套管及其引出线上发生的各种故障,其主要类型有:绝缘套管闪络或破碎而发生的单相接(通过外壳)短路,引出线之间发生的相间故障等。
变压器的不正常工作状态主要包括:由于外部短路或过负荷引起的过电流、油箱漏油造成的油面降低、变压器中性点电压升高、由于外加电压过高或频率降低引起的过励磁等。
为了防止变压器在发生各种类型故障和不正常运行时造成不应有的损失,保证电力系统安全连续运行,变压器一般应装设以下继电保护装置: (1)防御变压器油箱内部各种短路故障和油面降低的瓦斯保护。 (2)防御变压器绕组和引出线多相短路、大电流接地系统侧绕组和引出线的单相接地短路及绕组匝间短路的(纵联)差动保护或电流速断保护。 (3)防御变压器外部相间短路并作为瓦斯保护和差动保护(或复合电压启动的过电流保护、或负序过电流保护)。 (4)防御大电流接地系统中变压器外部接地短路的零序电流保护。 (5)防御变压器对称过负荷的过负荷保护。 (6)防御变压器过励磁的过励磁保护。
73、变压器差动保护的不平衡电流是怎样产生的(包括稳态和暂态情况下的不平衡电流)?
答:变压器差动保护的不平衡电流产生的原因如下:
1、稳态情况下的不平衡电流: (1)由于变压器各侧电流互感器型号不同,即各侧电流互感器的饱和特性和励磁电流不同而引起的不平衡电流。它必须满足电流互感器的10%误差曲线的要求。 (2)由于实际的电流互感器变比和计算变比不同引起的不平衡电流。 (3)由于改变变压器调压分接头引起的不平衡电流。
2、暂态情况下的不平衡电流: (1)由于短路电流的非周期分量主要为电流互感器的励磁电流,使其铁芯饱和,误差增大而引起不平衡电流。 (2)变压器空载合闸的励磁涌流,仅在变压器一侧有电流。
74、变压器高阻抗差动保护的配置原则和特点?
答:变压器高阻抗差动保护通常配置在大型变压器上作为不同原理的另外一套变压器主保护。其差动CT采用变压器500kV侧220kV侧(均为三相式)和中性点侧的套管CT,各侧CT变比相差,这种差动保护接线对变压器励磁涌流来说是穿越性的,故不反应励磁涌流。它是主变压器高中压侧内部故障时的主要保护,但不反映低压侧的故障。该保护特点是不受变压器励磁涌流影响,保护动作速度快(约为20毫秒)不受CT饱和影响,是一个接线简单且性能优良的变压器主保护。
75、试述变压器瓦斯保护的基本工作原理?为什么差动保护不能代替瓦斯保护?
答:瓦斯保护是变压器的主要保护,能有效地反应变压器内部故障。轻瓦斯继电器由开口杯、干簧触点等组成,作用于信号。重瓦斯继电器由挡板、弹簧、干簧触点等组成,作用于跳闸。正常运行时,瓦斯继电器充满油,开口杯浸在油内,处于上浮位置,干簧触点断开。
当变压器内部故障时,故障点局部发生过热,引起附近的变压器油膨胀,油内溶解的空气被逐出,形成气泡上升,同时油和其它材料在电弧和放电等的作用下电离而产生瓦斯。当故障轻微时,排出的瓦斯气体缓慢地上升而进入瓦斯继电器,使油面下降,开口杯产生的支点为轴逆时针方向的转动,使干簧触点接通,发出信号。
当变压器内部故障严重时,产生强烈的瓦斯气体,使变压器内部压力突增,产生很大的油流向油枕方向冲击,因油流冲击档板,档板克服弹簧的阻力,带动磁铁向干簧触点方向移劝,使干簧触点接通,作用于跳闸。
瓦斯保护能反应变压器油箱内的内部故障,包括铁芯过热烧伤、油面降低等,但差动保护对此无反应。又如变压器绕组产生少数线匝的匝间短路,虽然短路匝内短路电流很大会造成局部绕组严重过热产生强烈的油流向油枕方向冲击,但表现在相电流上却并不大,因此差动保护没有反应,但瓦斯保护对此却能灵敏地加以反应,这就是差动保护不能代替瓦斯保护的原因。
76、为什么大型变压器应装设过励磁保护?
答:根据大型变压器工作磁密B与电压、频率之比U/F成正比,即电压升高或频率下降都会使工作磁密增加。现代大型变压器,额定工作磁密BN=17000～18000高斯,饱和工作磁密BS=19000～20000高斯,两者相差不大。当U/f增加时,工作磁密B增加,使变压器励磁电流增加,特别是在铁芯饱和之后,励磁电流要急剧增大,造成变压器过励磁。过励磁会使铁损增加,铁芯温度升高;同时还会使漏磁场增强,使靠近铁芯的绕组导线、油箱壁和其它金属构件产生涡流损耗、发热、引起高温,严重时要造成局部变形和损伤周围的绝缘介质。因此,对于现代大型变压器,应装设过励磁保护。
77、什么是变压器的复合电压过电流保护?有何优点?
答:复合电压过电流保护通常作为变压器的后备保护,它是由一个负序电压继电器和一个接在相间电压上的低电压继电器共同组成的电压复合元件,两个继电器只要有一个动作,同时过电流继电器也动作,整套装置即能启动。
该保护较低电压闭锁过电流保护有下列优点:
(1)在后备保护范围内发生不对称短路时,有较高灵敏度。
(2)在变压器后发生不对称短路时,电压启动元件的灵敏度与变压器的接线方式无关。
(3)由于电压启动元件只接在变压器的一侧,故接线比较简单。
78、运行中的变压器瓦斯保护,当现场进行哪些工作时,重瓦斯保护应由"跳闸"位置改为"信号"位置运行。
答:当现场在变压器不停电情况下进行下述工作时,重瓦斯保护应由"跳闸"位置改变"信号"位置运行。
(1)进行注油和滤油时。
(2)进行呼吸器畅通工作或更换硅胶时。
(3)除采油样和瓦斯继电器上部放气阀放气外,在其它所有地方打开放气、放油和进油阀门时。
(4)开、闭瓦斯继电器连接管上的阀门时。
(5)在瓦斯保护及其二次回路上进行工作时。
(6)对于充氮变压器,当油枕抽真空或补充氮气时,变压器注油、滤油、更换硅胶及处理呼吸器时,在上述工作完毕后,经1h试运行后,方可将重瓦斯投入跳闸。
79、发电机应装哪些保护?它们的作用是什么?
答:对于发电机可能发生的故障和不正常工作状态,应根据发电机的容量有选择地装设以下保护。
(1)纵联差动保护:为定子绕组及其引出线的相间短路保护。
(2)横联差动保护:为定子绕组一相匝间短路保护。只有当一相定子绕组有两个及以上并联分支而构成两个或三个中性点引出端时,才装设该种保护。
(3)单相接地保护:为发电机定子绕组的单相接地保护。
(4)励磁回路接地保护:为励磁回路的接地故障保护。
(5)低励、失磁保护:为防止大型发电机低励(励磁电流低于静稳极限所对应的励磁电流)或失去励磁(励磁电流为零)后,从系统中吸收大量无功功率而对系统产生不利影响,100MW及以上容量的发电机都装设这种保护。
(6)过负荷保护:发电机长时间超过额定负荷运行时作用于信号的保护。中小型发电机只装设定子过负荷保护;大型发电机应分别装设定子过负荷和励磁绕组过负荷保护。
(7)定子绕组过电流保护:当发电机纵差保护范围外发生短路,而短路元件的保护或断路器拒绝动作,这种保护作为外部短路的后备,也兼作纵差保护的后备保护。
(8)定子绕组过电压保护:用于防止突然甩去全部负荷后引起定子绕组过电压,水轮发电机和大型汽轮发电机都装设过电压保护,中小型汽轮发电机通常不装设过电压保护。
(9)负序电流保护:电力系统发生不对称短路或者三相负荷不对称(如电气机车、电弧炉等单相负荷的比重太大)时,会使转子端部、护环内表面等电流密度很大的部位过热,造成转子的局部灼伤,因此应装设负序电流保护。
(10)失步保护:反应大型发电机与系统振荡过程的失步保护。
(11)逆功率保护:当汽轮机主汽门误关闭,或机炉保护动作关闭主汽门而发电机出口断路器未跳闸时,从电力系统吸收有功功率而造成汽轮机事故,故大型机组要装设用逆功率继电器构成的逆功率保护,用于保护汽轮机。
80、大型发电机"为什么要装设匝间保护?匝间保护的构成通常有几种方式?
答:现代大型发电机的定子绕组,不可避免在定子同一槽的上、下层线棒会出现同相不同匝数的定子线棒,这就必然导致发电机定子绕组的匝间短路故障,为此大型发电机要装匝间保护。
匝间保护的构成通常有以下几种方式:
1)横差保护:当定子绕组出现并联分支且发电机中性点侧有六个引出头时采用。横差保护接线简单、动作可靠、灵敏度高。
2)零序电压原理的匝间保护:采用专门电压互感器测量发电机三个相电压不对称而生成的零序电压,该保护由于采用了三次谐波制动故大大提高了保护的灵敏度与可靠性。
3)负序功率方向匝间保护:利用负序功率方向判断是发电机内部不对称还是系统不对称故障,保护的灵敏度很高,近年来运行表明该保护在区外故障时发生误动必须增加动作延时,故限制了它的使用。
81、为什么现代大型发电机应装设100%的定子接地保护?
答:100MW以下发电机,应装设保护区不小于90%的定子接地保护;100MW及以上的发电机,应装设保护区为100%的定子接地保护。
发电机中性点附近是否可能首先发生接地故障,过去曾有过两种不同的观点,一种观点认为发电机定子绕组是全绝缘的(中性点和机端的绝缘水平相同),而中性点的运行电压很低,接地故障不可能首先在中性点附近发生。另一种观点则认为,如果定子绕组绝缘的破坏是由于机械的原因,例如水内冷发电机的漏水、冷却风扇的叶片断裂飞出,则完全不能排除发电机中性点附近发生接地故障的可能性。
另外,如果中性点附近的绝缘水平已经下降,但尚未到达定子接地继电器检测出来的程度,这种情况具有很大的潜在危险性。因为一旦在机端又发生另一点接地故障,使中性点电位骤增至相电压,则中性点附近绝缘水平较低的部位,有可能在这个电压作用下发生击穿,故障立即转为严重的相间或匝间短路,我国一台大型水轮发电机,在定子接地保护的死区范围内发生接地故障,后发展为相间短路,致使发电机严重损坏。
鉴于现代大型发电机在电力系统中的重要地位及其制造工艺复杂、铁芯检修困难,故要求装设100%的定子接地保护,而且要求在中性点附近绝缘水平下降到一定程度时,保护就能动作。
82、试述具有发电机自动减负荷的失磁保护装置的组成原则?
答:具有自动减负荷的失磁保护装置的组成原则如下。根据电网的特点,在发电机失磁后异步运行,若无功功率尚能满足,系统电压不致降低到失去稳定的严重程度,则发电机可以不解列,而采用自动减负荷到40%～50%的额定负荷,失磁运行15～30分,运行人员可以及时处理恢复励磁。因此,设置具有下述功能的失磁保护:
1、定、转子判据元件同时判定失磁后,系统电压元件判定系统电压下降到危害程度,则经过0.5s作用于解列。
2、定、转子判据元件同时判定失磁后,系统电压元件判定系统不会失去稳定,则作用于自动减负荷,直到40%～50%额定负荷。
3、定、转子判据元件同时判定失磁后,发电机电压元件判定其电压低至对厂用电有危害,则自动切换厂用电源,使之投入备用电源。
83、为什么现代大型汽轮发电机应装设过电压保护?
答:中小型汽轮发电机不装设过电压保护的原因是:在汽轮发电机上都装有危急保安器,当转速超过额定电压的10%以后,汽轮发电机危急保安器会立即动作,关闭主汽门,能够有效防止由于机组转速升高而引起的过电压。
对于大型汽轮发电机则不然,即使调速系统和自动调整励磁装置都正常运行,当满负荷运行时突然甩去全部负荷,电枢反应突然消失,此时,由于调速系统和自动调整励磁装置都是由惯性环节组成,转速仍升高,励磁电流不能突变,使得发电机电压在短时间内也要上升,其值可能达1.3倍额定值。持续时间可能达几秒种。
发电机出现过电压不仅对定子绕组绝缘带来威胁,同时将使变压器(升压主变压器和厂用变压器)励磁电流剧增,引起变压器的过励磁和过磁通。
过励磁可使绝缘因发热而降级,过磁通将使变压器铁芯饱和并在铁芯相邻的导磁体内产生巨大的涡流损失,严重时可因涡流发热使绝缘材料遭永久性损坏。
鉴于以上种种原因,对于大型汽轮发电机应装设过电压保护,已经装设过激磁保护的大型汽轮发电机可不再装设过电压保护。
84、大型发电机组为何要装设失步保护?
答:发电机与系统发生失步时,将出现发电机的机械量和电气量与系统之间的振荡,这种持续的振荡将对发电机组和电力系统产生有破坏力的影响。 (1)单元接线的大型发变组电抗较大,而系统规模的增大使系统等产电抗减小,因此振荡中心往往落在发电机端附近或升压变压器范围内,使振荡过程对机组的影响大为加重。由于机端电压周期性的严重下降,使厂用辅机工作稳定性遭到破坏,甚至导致全厂停机、停炉、停电的重大事故。 (2)失步运行时,当发电机电势与系统等效电势的相位差为180°的瞬间,振荡电流的幅值接近机端三相短路时的电流。对于三相短路故障均有快速保护切除,而振荡电流则要在较长时间内反复出现,若无相应保护会使定子绕组遭受热损伤或端部遭受机械损伤。 (3)振荡过程中产生对轴系的周期性扭力,可能造成大轴严重机械损伤。 (4)振荡过程中由于周期性转差变化在转子绕组中引起感生电流,引起转子绕组发热。 (5)大型机组与系统失步,还可能导致电力系统解列甚至崩溃事故。
85、试述大型水轮发电机--变压器组继电保护配置特点。
答:大型水轮发电机--变压器组继电保护配置与汽轮发电机--变压器组继电保护配置主要的不同点是: 1、不装设励磁回路两点接地保护; 2、不装设逆功率保护; 3、不装设频率异常保护; 4、与同容量的汽轮发电机相比,水轮发电机体积较大,热容量大,负序发热常数A值也大得多,所以除了双水内冷式、水轮发电机外,不采用反时限特点的负序电流保护; 5、水轮发电机的失磁保护经延时作用于跳闸,不作减负荷异步运行。
86、同步调相机应装设哪些保护?
答:同步调相机应装设如下保护:
(1) 纵差保护:保护同步调相机定子线卷,若有启动电抗器时,电抗器也包括在纵差保护范围内。
(2) 定子绕组单相接地保护;
(3) 横差保护:在有并联分支的大型同步调相机才装设。
(4) 励磁回路一点接地保护。
(5) 调相机的低电压保护。
(6) 调相机的过负荷保护。
(7) 调相机的有功方向保护。
87、同步调相机保护与发电机保护有哪些区别?
答:同步调相机与发电机保护的区别如下: (1)调相机的电压保护:电压消失时,调相机将停止运行,为防止电压恢复时,调相机在无启动设备的情况下再启动,低电压保护应动作,从系统中切除停止运行调相机。低电压保护的动作电压为0.4倍额定电压并带有9秒时限。 (2)调相机的过负荷保护,在电压长期降低的情况下,由于调相机电压调节器和强励装置的作用,调相机可能出现长时间的过负荷。故应装设动作于信号的过负荷保护,也可以较长时间跳闸。过负荷保护的动作电流采用1.4倍额定电流。 (3)调相机的有功方向保护;为了避免外来电源消失后,调相机有功功率反馈,而导致与调相机接在同一母线上的按频率减负荷装置误动作。有功功率反馈时,有功方向保护立即切除调相机。 (4)调相机无须装设反映外部故障的过电流保护,其原因是:A、系统故障时,需要调相机送出大量无功功率以便恢复电压,此时切除调相机是不合理的。B、外部故障切除电源后,调相机的转速降低,由它供给的故障短路电流亦随之减少。C、当外部故障电压降低很多时,低电压保护也将动作切除调相机。
88、500kV并联电抗器应装设哪些保护及其保护作用?
答:高压并联电抗应装设:(1) 高阻抗差动保护:保护电抗器绕组和套管的相间和接地故障。(2) 匝间保护:保护电抗器的匝间短路故障。(3) 瓦斯保护和温度保护:保护电抗器内部各种故障、油面降低和温度升高。(4) 过流保护:电抗器和引线的相间或接地故障引起的过电流。(5) 过负荷保护:保护电抗器绕组过负荷。(6) 中性点过流保护:保护电抗器外部接地故障引起中性点小电抗过电流(7) 中性点小电抗瓦斯保护和温度保护:保护小电抗内部各种故障、油面降低和温度升高。
89、500kV并联电抗器匝间保护的构成原理?
答:由于500kV并联电抗器的构造大多采用分相式结构,因此主要的故障为单相接地和匝间短路,在单相接地和匝间短路时,由故障相与非故障相的不平衡即令产生零序电压和电流,但当电抗器轻微匝间短路时,零序电压很小,现采用零序电流形成的电压进行补偿。因此采用带补偿电压的零序功率方向可以灵敏地反应电抗器各种匝间短路故障和内部单相接地。
90、什么是母线完全差动保护?什么是母线不完全差动保护?
答:1、母线完全差动保护是将母线上所有的各连接元件的电流互感器按同名相、同极性连接到差动回路,电流互感器的特性与变比均应相同,若变比不能相同时,可采用补偿变流器进行补偿,满足ΣI=0。差动继电器的动作电流按下述条件计算、整定,取其最大值: 1)、躲开外部短路时产生的不平衡电流; 2)、躲开母线连接元件中,最大负荷支路的最大负荷电流,以防止电流二次回路断线时误动。 2、母线不完全差动保护只需将连接于母线的各有电源元件上的电流互感器,接入差动回路,在无电源元件上的电流互感器不接入差动回路。因此在无电源元件上发生故障,它将动作。电流互感器不接入差动回路的无电源元件是电抗器或变压器。
91、试述双母线完全差动保护的主要优缺点?
答:优点是: 1、各组成元件和接线比较简单,调试方便,运行人员易于掌握。
2、采用速饱和变流器可以较有效地防止由于区外故障一次电流中的直流分量导致电流互感器饱和引起的保护误动作。
3、当元件固定连接时母线差动保护有很好的选择性。
4、当母联断路器断开时母线差动保护仍有选择能力;在两条母线先后发生短路时母线差动保护仍能可靠地动作。
其缺点为: 1、 方式破坏时,如任一母线上发生短路故障,就会将两条母线上的连接元件全部切除。因此,它适应运行方式变化的能力较差。
2、由于采用了带速饱和变流器的电流差动继电器,其动作时间较慢(约有30-40毫秒的动作延时),不能快速切除故障。
3、如果启动元件和选择元件的动作电流按避越外部短路时的最大不平衡电流整定,其灵敏度较低
92、什么是固定连接方式的母线完全差动保护?什么是母联电流相位比较式母线差动保护?
答:双母线同时运行方式,按照一定的要求,将引出线和有电源的支路分配固定连接于两条母线上,这种母线称为固定连接母线。这种母线的差动保护称为固定连接方式的母线完全差动保护。对它的要求是一母线故障时,只切除接于该母线的元件,另一母线可以继续运行,即母线差动保护有选择故障母线的能力。当运行的双母线的固定连接方式被破坏时,该保护将无选择故障母线的能力,而将双母线上所有连接的元件切除。
母联电流相位比较式母线差动保护主要是在母联开关上使用比较两电流相量的方向元件,引入的一个电流量是母线上各连接元件电流的相量和即差电流,引入的另一个电流量是流过母联开关的电流。在正常运行和区外短路时差电流很小,方向元件不动作;当母线故障不仅差电流很大且母联开关的故障电流由非故障母线流向故障母线,具有方向性,因此方向元件动作且具有选择故障母线的能力。
93、试述母联电流相位比较式母线差动保护的主要优缺点?
答:这种母线差动保护不要求元件固定连接于母线,可大大地提高母线运行方式的灵活性。这是它的主要优点。但这种保护也存在缺点,主要有:
1) 正常运行时母联断路器必须投入运行;
2) 当母线故障,母线差动保护动作时,如果母联断路器拒动,将造成由非故障母线的连接元件通过母联断路器供给短路电流,使故障不能切除。
3) 当母联断路器和母联断路器的电流互感器之间发生故障时,将会切除非故障母线,而故障母线反而不能切除。
4) 每条母线一定要有电源,否则有电源母线发生故障时,母联断路器无电流流过,母差比相元件不能动作,母线差动保护将拒动。 5) 两组母线相继发生故障时,只能切除先发生故障的母线,后发生故障的母线因这时母联断路器已跳闸,选择元件无法进行相位比较而不能动作,因而不能切除。
来源：中国工控
