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华北电力大学三、发变组保护工程设计和应用华北电力大学发变组保护工程设计和应用•四统一设计－双主单后设计原则：加强主保护，简化后备保护组屏：第1面屏为三套小差、部分后备保护；第2面屏为发变组大差、部分后备保护；第3面屏为非电

量保护、操作箱、电压切换回路等。•完全双重化设计－双主双后设计原则：主后备保护完全双重化，提高现场的可维护组屏：第1面屏为全部电气量保护；第2面屏为全部电气量保护；第3面屏为非电量保护、操作箱、电压切换回路等。1、工程设计原则华北电力大学•每套完整、独立的保护装置应能处理可能发生的所有类型的故障

。两套保护之间不应有任何电气联系，当一套保护退出时不应影响另一套保护的运行。•220kV及以上电压等级变压器（含发电厂的起动/备用变压器）等主设备，以及容量在100MW及以上的发变组微机保护应按照双重化配置

（非电量保护除外）。对于600MW级及以上发电机组应装设双重化的电气量保护，对非电气量保护应根据主设备配套情况，有条件的也可进行双重化配置。•双重化配置的变压器和单元制接线方式的发变组应使用主、后一体化的保护装置；对非单元制接线或特殊接线方式的发变组则应根据主设备的一次接线方式，按双重化

的要求进行保护配置。－摘自2005年国网公司18项反措1、工程设计原则－双重化配置要求发变组保护工程设计和应用华北电力大学•两套主保护的电流回路应分别取自电流互感器互相独立的绕组，并合理分配电流互感器二次绕组，避免可能出现的保护死区。•两套主保护的电压回路宜分别接入电压互感器的不同二次绕组。•两

套完整、独立的电气量保护和一套非电量保护应使用各自独立的电源回路（包括直流空气小开关及其直流电源监视回路），在保护柜上的安装位置应相对独立。•两套电气量保护的跳闸回路应与断路器的两个跳圈分别一一对应。•非电量保护应同时作用于断路器的两个跳闸线圈。

－摘自2005年国网公司18项反措1、工程设计原则－双重化配置要求发变组保护工程设计和应用华北电力大学•1993版规程规定：对发电机变压器组，当发电机与变压器之间有断路器时，发电机装设单独的纵联差动保护；当发电机与变压器之间没有断路器时，100MW及以下发电机，可

只装设发电机变压器组共用纵差保护，100MW及以上发电机，除发电机变压器组共用纵差保护外，发电机还应装设单独的纵联差动保护，对200MW～300MW的发电机变压器组亦可在变压器上增设单独的纵差保护。对300MW及以上汽轮发电机变压器组，应

装设双重快速保护。•2006版规程规定：对100MW以下的发电机变压器组，当发电机与变压器之间有断路器时，发电机与变压器宜分别装设单独的纵差保护。对100MW及以上发电机变压器组，应装设双重主保护，每一套主保护宜具有发电机纵差保护和变压器纵差保护功能。2

、保护配置－发变组大差动保护发变组保护工程设计和应用华北电力大学•目前的情况：西北院、华东院已明确表示新建项目不装设发变组大差动保护。其他院在设计时有此保护，现场投运情况由用户选择。•观点：（1）小差保护有明确的选择性，便于故障定位；（2）大差动保护没有选择性，也不如小差保护灵敏

；（3）若小差保护有死区时，应装设大差动保护；（4）若小差保护没有死区，可以不装设大差动保护；（5）改造工程应区别对待。2、保护配置－发变组大差动保护发变组保护工程设计和应用华北电力大学2、保护配置－发变组大差动保护

发变组差动高厂变差动发电机差动G主变差动蓝色区域为小差死区TPTP500kVTPPPPPPPP若小差保护有死区时，应装设大差动保护。发变组保护工程设计和应用华北电力大学•高压侧经长输电线缆引接时的主保护配置2、保护配置－起备变主保护配置电

缆差动变压器差动电流速断•华东某电厂起动/备用变压器高压侧通过1.8km的高压电缆与老厂220kV母线联接，若起备变差动保护范围包括长电缆，则高压侧电流需经过1.8km的长电缆引至保护装置，造成的后果是：各侧TA二次回路的

负载匹配很难，在外部故障时差动回路的暂态不平衡电流将大大增加，直接影响差动保护的性能。•高压侧进线电缆侧的保护配置有：电流速断保护作为长电缆短路故障时的快速主保护，电流按照躲过低压侧短路时流过保护的最大

短路电流和变压器励磁涌流整定；过流保护和自产零序过流保护作为主保护相间短路故障和接地故障的后备保护。•不推荐用电缆差动。发变组保护工程设计和应用华北电力大学•两台起备变共用一台断路器时的主保护配置2、保护配置－起备变主保护配置短引线差动变压器差动变压器差动•当公用负荷由每两台

机组配置的2台高压厂用起动/备用变压器供电，并由高压厂用工作变压器作为其备用电源或公用负荷由高压厂用工作变压器供电时，2台高压厂用起动/备用变压器高压侧可共用1台断路器。•对于这种主接线方式，每台起动/备用变压器可以装设各自的主保护和后备保

护，高压侧电缆可以装设短引线差动保护。发变组保护工程设计和应用华北电力大学2、保护配置－发变组后备保护不应切母联（分段）•发电机变压器组的后备保护如低压过流、负序过流、零序过流等保护除切除被保护设备外，增加缩小故障影响范围，故设时间段先切母联（分段）断路器，后切本侧断路器，

这在实际运行中没有必要。为安全可靠性，不应切母联（分段）断路器，其理由如下：•发电厂都与系统联网，当发电机变压器组后备保护动作时，因延时较长，则线路对侧的断路器均由线路保护跳闸，没有缩小故障影响范围的效果。•增加后备保护的一个时间，不利

设备的安全。•本设备的保护只切本设备的断路器，不宜切运行中其他断路器，运行实践说明在运行维护、保护试验中造成误切母联的事例较多，增加不安全性。•不符合“加强主保护和简化后备保护”的原则，使接线复杂，连接片增多，增加误动几率。发变组保护工程设计和应用华北电力大学2、保护配置－发

变组后备保护配置•对发电机外部相间短路故障和作为发电机主保护的后备，应按下列规定配置相应的保护，保护装置宜配置在发电机的中性点侧：对于1MW及以下与其它发电机或与电力系统并列运行的发电机，应装设过流保护。1MW以上的发电机，宜装设复合电压(包括负序

电压及线电压)起动的过电流保护。灵敏度不满足要求时可增设负序过电流保护。50MW及以上的发电机，宜装设负序过电流保护和单元件低压起动过电流保护。并列运行的发电机和发电机变压器组的后备保护，对所连接母线的相间故障，应具有必要的灵敏系数。宜带有二段时限，以较

短的时限动作于缩小故障影响的范围或动作于解列，以较长的时限动作于停机。对于装设了定子绕组反时限过负荷及反时限负序过负荷保护，且保护综合特性对发电机变压器组所连接高压母线的相间短路故障具有必要的灵敏系数，并满足时间配合要求，可不再装设后备保护

。保护宜动作于停机。－摘自GB14285-2006继电保护和安全自动装置技术规程发变组保护工程设计和应用华北电力大学2、保护配置－发变组后备保护配置发变组保护工程设计和应用•有些人误认为，后备阻抗保护对发电机定

子绕组和变压器各侧绕组的相间、匝间短路、YN侧的单相接地短路有很高的灵敏度。实际上后备阻抗保护对发电机定子绕组和变压器绕组的各种内部短路的灵敏度往往很低，达不到绕组短路近后备保护的目的，它只能是发电机和变压器三相引线以及相邻线路和母线的后备保护。•新规程也没有规定装设阻抗保护；•以电流

保护最为可靠。华北电力大学2、保护配置－自并励机组后备保护配置高厂变差动发电机差动G主变差动K•自并励发电机，宜采用带电流记忆（保持）的低压过电流保护。•短路后备保护宜带有两个时限，以较短的时限动作于缩小故障范围或动作于解列，以较长的时限动作于停机。•发变组内部故障如K点发生故障，则主变差

动保护快速动作，作用于全停。•由于故障时电流曾经大过，全停后机端电压低，满足低压记忆过流保护动作条件，经一定延时动作于跳母联。•解决办法有二：（1）记忆过流若采用两个时限，则需经断路器辅助触点闭锁；（2）记忆过流采用一个时限，动作于全停（推荐方案）。发变组保护工程设计和应用三相电流Imax>过流

定值TG发电机过流出口1&负序电压>U2或任一线电压<UD华北电力大学IAIIAIBIIBTV1TV2TVATVBTVCTVD•起备变高压侧后备保护只作变压器主保护的后备，因为低压侧无电源不需要作为高压侧出线的后备保护，高压侧的相间过电流保护整定只需考虑与低压侧相间过电流保护配合。

•目前大多数单位的做法是高压侧相间过电流保护采用低压侧复合电压元件闭锁的方式。•考虑到机组投运的分期性以及起动/备用电源运行的特点（图中的IA、IB投入或IIA、IIB投入），该复合电压元件应取自共箱封闭母线处的低压侧电压互感器TV，

如图中的TV1和TV2，而不应取自分支母线处的TV。2、保护配置－起备变高压侧后备保护发变组保护工程设计和应用华北电力大学2、保护配置－起备变高压侧后备保护•由于起动/备用变压器的负荷相对固定且无过负荷的可能，采取复合电压闭锁是不合适的。（1）由于系统短路阻

抗极小于变压器短路阻抗，变压器低压侧发生故障，电流的灵敏度足可以保证；（2）变压器内部故障时电压的故障量难以计算，无法确定电压的灵敏度；（3）由于低压侧取多端TV，电压断线时将造成拒动或误动。•为了简化后备保护，高压侧可装设无需低压侧复合电压元件闭锁的两段式过电流保护

。（1）I段过电流定值按（1.8~2.0）Ih2e整定，时间定值在低压侧过电流保护延时的基础上增加（0.3～0.5）s；（2）II段按躲电动机自起动过程整定，即电流定值为1.3Ih2e，延时整定为（15~20）s。一般变压器1

.3Ih2e允许运行时间在60s以上，则1.8Ih2e允许运行时间大于20s。发变组保护工程设计和应用华北电力大学2、保护配置－起备变高压侧后备保护•对于接至500kV系统的起动/备用变压器，高压侧配置阻抗保护，以期与系统的阻抗保护相配合并缩短后备保护延时。•对于起动/备用

变压器是单侧电源供电的降压变压器而言，阻抗元件的方向性难以确定，也不需要与系统的阻抗保护配合，况且阻抗元件并不能作为变压器各侧绕组内部短路的近后备保护。•因此，高压侧取消阻抗保护而只装设过电流保护是最简单的、最安全的方案。发变组保护工程设计和应用华北电力大学2、保护

配置－分支后备保护配置•厂用分支母线故障率特别高，开关柜故障易造成母线短路，而高备变、高厂变低压侧仅配有复压过流保护，其延时通常在2.0s~3.0s，这样长的动作时间对母线的短路故障无能为力，势必造成昂贵的高备变

、高厂变绕组的损坏，给电厂的正常生产造成极大不便，同时也带来了较大的经济损失。•加快分支母线故障的切除速度电弧光保护，增加工程造价（部分600MW机组使用）；配置分支母线保护，工程实施不现实；配置分支限时速断保护。发变组保护工程设计和应用华北电力大学2、保护配置－分支后

备保护配置•分支限时速断保护的应用（1）考虑正常的最大负荷电流条件下，按照躲容量最大的一台电动机自启动电流进行整定；（2）按照可靠躲过低压厂用变的最大速断保护定值；（3）考虑电动机成组启动过程中，可靠的躲过电动机自启动电流定值；（4）分支限时速断保护的灵敏度必须大于等于1.5，

才有装设的必要；（5）限时速断保护通常考虑与相邻负荷的快速保护延时配合，通常整定为0.3s。发变组保护工程设计和应用华北电力大学2、保护配置－励磁变保护配置•励磁变差动保护存在的问题励磁变高压侧TA选型困难；励磁变差动保护整定困难，尤其是二次谐波比整定。•自并励发电

机的励磁变压器宜采用电流速断保护作为主保护；过电流保护作为后备保护。－摘自GB14285-2006继电保护和安全自动装置技术规程发变组保护工程设计和应用华北电力大学•失磁异步运行属于应避免而又不可能完全排除的非正常运行状态。因发电机失磁瞬间可以从发送无功的正常状态，

立即阶跃为吸收无功状态，造成对电网非常不利的大幅度无功负荷变化，故应当严格限制失磁异步运行条件。运行实践表明，有限的短时异步运行对发电机组运行是有利的，可能因此恢复励磁，从而避免发电机紧急掉闸对热动力设备的冲击，若不能

恢复励磁，短时的异步运行也可以使机组负荷在解列前以适当速度减少以至足以转至其他机组。失磁异步运行对电网的不利影响较大，无论是立即从电网解列还是允许快速减负荷后短时运行，都会对电网造成一定的冲击。•汽轮发电机失磁异步运行的能力及限值，与电网容量、机组容量、

有否特殊设计等有关。失去励磁的发电机因汽轮机机械转矩大于电机的平均异步转矩可以产生较大的滑差，而异步转矩还因定子电压的下降而减少，所以要维持发电机短时运行，必须快速降负荷。2、保护配置－失磁保护发变组保护工程设计和应用华北电

力大学•若有功相应减少，滑差维持在一个较低水平（通常小于0.5%），则转子过热不会成为汽轮发电机异步运行的限制因素。通常转子绕组的感应电压数值不会成为限制因素。•如果在规定的短时运行时间内不能恢复励磁，则机组应当与系统解列。•具备如下条件时，可以短时异步运

行：（1）电网有足够的无功余量去维持一个合理的电压水平；（2）机组能迅速减少负荷（应自动进行）到允许水平；（3）发电机的厂用电系统可以自动切换到另一个电源。•发电机失去励磁后是否运行机组快速减负荷并短时运行，应根据电网和机组的实际情况综合考虑，电网运营

部门应当与电厂就具体机组失磁后可能的运行方式达成协议。若电网不允许发电机无励磁运行，应由失磁保护立即将发电机与电网解列。2、保护配置－失磁保护发变组保护工程设计和应用华北电力大学•从发电机本身的能力可对失磁异步运

行做出如下规定：由于定子端部温升迅速升高且异步转矩较小，按照GB/T7064-2002中5.14的规定，300MW及以下机组可以在失磁后60s内减负荷至额定有功功率的60%，90s内降至40%，在额定定

子电压下带0.4倍额定有功，定子电流不超过1.0倍～1.1倍时，发电机总的失磁运行时间不超过15min。600MW级及以上机组的允许运行时间和减负荷方式应由电网运营部门、用户和制造厂共同协商决定。•对于发生严重失磁运行事故的发电机，例如超过上述规定的负荷和时间，或引起强烈系统振荡，应当尽快对发电机

组进行停机检查，重点检查发电机组的轴系扭振和疲劳寿命损失、联轴器螺栓和轴承裂纹等情况，同时详细检查定子端部的紧固情况，当发现存在松动和磨损以及端部整体动态特性性能劣化时必须及时加以处理，再运行半年至一年后应再一次利用停机机会检查端部的紧固情况。－摘自DL/T970-2005大型汽轮发电

机非正常和特殊运行及维护导则2、保护配置－失磁保护发变组保护工程设计和应用华北电力大学2、保护配置－失磁保护•对汽轮发电机，失磁保护宜瞬时或短延时动作于信号，有条件的机组可进行励磁切换。失磁后母线电压低

于系统允许值时，带时限动作于解列。当发电机母线电压低于保证厂用电稳定运行要求的电压时，带时限动作于解列，并切换厂用电源。有条件的机组失磁保护也可动作于自动减出力。当减出力至发电机失磁允许负荷以下，其运行时间接近于失磁允许运行限时时，可动作于程序跳闸。对

水轮发电机，失磁保护应带时限动作于解列。－摘自GB14285-2006继电保护和安全自动装置技术规程发变组保护工程设计和应用华北电力大学2、保护配置－失磁保护•发电机的失磁保护应使用能正确区分短路故障和失磁故障的、具备复合判据的二段式方案。优先采用定子阻抗判据与机端低电压的复合判据，若

与系统联系较紧密的机组宜将定子阻抗判据整定为异步阻抗圆，经第一时限动作出口；为确保各种失磁故障均能够切除，宜使用不经低电压闭锁的、稍长延时的定子阻抗判据经第二时限出口。发电机在进相运行前，应仔细检查和校核发电机失磁保护的测量原理、整定范围和动作特性，防止发电机进相运行时发生误动行为。－摘自2

005年国网18项反措发变组保护工程设计和应用华北电力大学•失步运行属于应避免而又不可能完全排除的非正常运行状态。•发电机失步往往起因于某种系统故障，故障点到发电机的距离越近、故障时间越长，越易导致失步，并且失步的影响越严重。在

失步至恢复同步或解列发电机之前，发电机和系统都要经受短时间的失步运行状态。•失步振荡对发电机组的危害主要是轴系扭振和短路电流冲击。发电机的失步保护应当考虑既要防止发电机损坏又要减小失步对系统和用户造成的危害。为减轻失步对系统的影响，在一定条件下，应允许发电机短暂失步运行，以便

采取措施恢复同步运行或在适当地点解列。•当失步振荡中心发变组内部时，应当立即解列发电机。•当发电机电流低于三相出口短路电流的60%～70%时（通常振荡中心在发变组外部），发电机组允许失步运行5个～20个振荡周期，并应当立即增大发电机励磁，同时减少有功负荷，切换厂用电

，争取在短时间内恢复同步或在系统适当地点解列。－摘自DL/T970-2005大型汽轮发电机非正常和特殊运行及维护导则2、保护配置－失步保护发变组保护工程设计和应用华北电力大学•对较轻微的失步故障不做特殊的检修规

定，仅在发生过严重失步振荡（失步振荡时间超过上述规定）以后应当及时检查发电机组的健康情况，重点检查发电机组的轴系扭振和疲劳寿命损失、联轴器螺栓和轴承裂纹等情况，同时详细检查定子绕组端部的紧固情况，当发现存在松动和磨损以及端部整体动态特性性能劣化时必须

及时加以处理。再运行半年至一年后应利用停机机会再一次检查端部紧固情况。•有条件的发电机建议加装扭应力监测和分析设备，对轴系寿命损耗进行在线监视。－摘自DL/T970-2005大型汽轮发电机非正常和特殊运行及维护导则2、保护配置－失步保护发变组保护工程设计和应用华北电力大学•并网电厂都应制

定完备的发电机带励磁失步振荡故障的应急措施，200MW及以上容量的发电机应配置失步保护，在进行发电机失步保护整定计算和校验工作时应满足以下要求：（1）失步保护应能正确区分失步振荡中心所处的位置，在机组进入失步工况时发出失步起动信号。（2）当失

步振荡中心在发变组外部，并网电厂应制定应急措施，经一定延时解列发电机，并将厂用电源切换到安全、稳定的备用电源。（3）当发电机振荡电流超过允许的耐受能力时，应解列发电机，并保证断路器断开时的电流不超过断路器允许开断电流。（4）当失步振荡中心在发变组内部，失步运行时间超过整定值或电流

振荡次数超过规定值时，保护动作于解列，多台并列运行的发变组可采用不同延时的解列方式。－摘自2005年国网18项反措2、保护配置－失步保护发变组保护工程设计和应用华北电力大学•频率异常属于应避免而又不可能完全排除的非正常运行状态。电力系统由于某种原因造成有功功率不平

衡时，频率将偏低额定值。偏离的程度与系统有功功率不平衡情况及系统的负荷频率特性等因素有关。限制系统频率降低，一般采用低频减负荷，但由于低频减负荷装置的动作时延和电力系统的惯性，在减负荷后系统频率的恢复有一定的时延。所以，当系统由于某种原因突然出现功率严重短缺时，即使采用了低频减负荷，系统也不可避免

地将出现短暂的频率降低。频率降低的程度和持续时间与电力系统的具体情况及低频减负荷的配置和整定有关。如果系统频率下降时处理不当而将机组跳闸，则此时机组跳闸造成的系统功率短缺将进一步导致频率降低，因而形成连锁反应，严重时最终导致系统崩溃。所

以为防止电网频率异常时发生电网崩溃事故，发电机组应当具有必要的频率异常运行能力。同时，机组低频保护整定必须与系统频率降低特性协调，即系统频率降低不应使机组保护动作而引起恶性连锁反应。2、保护配置－频率异常保护发变组保护工程设计和应用华北电力大学•限制大

机组在频率异常时运行的因素主要为汽轮机叶片谐振。汽轮机叶片的谐振频率和允许时间特性与叶片的长度、断面形状及材质等因素有关。电力系统频率的变化会导致激振频率设计工况，使某些调频叶片落入谐振。因此汽轮发电机组允许频率异常的运行能力主要受汽轮机调频叶片的限制。•

限制机组频率升高是由其调速器来实现的。一般要求系统事故时限制机组的暂态最高转速不超过额定转速的107%～108%。•新订购汽轮机和发电机（含辅机），在带负荷运行（不包括启动和停机等）情况下，汽轮发电机组频率异常的运行能力应符合下表的规定。•系统的低频减载配置和整定应能保证系统频率动态特性的低

频持续时间小于下表所规定的每次允许时间，并有一定的裕度。－摘自DL/T970-2005大型汽轮发电机非正常和特殊运行及维护导则2、保护配置－频率异常保护发变组保护工程设计和应用华北电力大学2、保护配置－频率异常保护发变组保护工程设计和应用频率范围f（H

z）允许运行时间累计（min）每次（s）51.0<f≤51.5>30>3050.5<f≤51.0>180>18048.5≤f<50.5连续运行48.0≤f<48.5>300>30047.5≤f<48.0>60>6047.0≤f

<47.5>10>2046.5≤f<47>2>5表汽轮发电机组频率异常允许运行时间华北电力大学2、保护配置－频率异常保护•发电机应装设低频保护，保护动作于信号并有低频累计时间显示。特殊情况下当低频保护需要跳闸时，保护动作时间可按

汽轮机和发电机制造厂的规定进行整定，但必须符合上表规定的每次允许时间。若发电机低频保护动作时间低于规定的每次动作时间，则在发电机低频跳闸时，应在该地区附加切除相应容量的负荷，以避免频率下降的连锁反应。－摘自DL/T970-2005大型汽轮发电机非正常和特殊运行及维护导则•对低于额定频率带负载运行的

300MW及以上汽轮发电机，应装设低频率保护。保护动作于信号，并有累计时间显示。对高于额定频率带负载运行的100MW及以上汽轮发电机或水轮发电机，应装设高频率保护。保护动作于解列灭磁或程序跳闸。－摘自GB14285-2006继电保护和安全自动装置技术规程

•为防止频率异常时发生电网崩溃事故，发电机应具有必要的频率异常运行能力，应配置频率异常保护。正常运行工况下，发电机频率异常保护应与电网低频减载装置的整定相配合。－摘自2005年国网18项反措发变组保护工程设计和应用华北电力大学2、保护配置－误上电保护•对300MW及以上机组宜装设突然加

电压保护。－摘自GB14285-2006继电保护和安全自动装置技术规程•发电机误上电的情况时有发生，必须配置专用的保护来检测发电机误上电。误操作、断路器断口闪络、控制回路失灵或这几种情况同时出现都可造成发

电机误上电。－摘自IEEE/ANSI标准。•发电机处于盘车状态而从系统（三相电源）吸收能量时，将象感应电动机一样被加速。发电机机端的电压和电流是发电机、变压器和系统电抗的函数。随着系统的不同，发电机机端电流可达到额定电流的3～

5倍。在发电机被加速时，转子中的感应电流会在很短的时间内造成很大的损害。发变组保护工程设计和应用华北电力大学断路器触点断开0/1.0s≥1Imax>&0.2s误上电出口误上电保护投入U<F<0/0.5s2、保护配置－误上电保护•发电机的常规保护用于检测误上电时有

很多局限性。尤其不能依靠以下几种保护来作为误上电保护：（1）失磁保护（2）逆功率保护（3）系统后备保护（4）负序保护发变组保护工程设计和应用华北电力大学•连续不对称运行属于正常运行范畴的特殊运行方式；短暂不对称运行

属于故障状态下的非正常运行方式。•根据GB/T7064-2002中3.11的规定，汽轮发电机应能承受一定的连续和短暂负序电流。•发电机在并网、与系统解列或运行过程中可能发生的非全相运行，也属于短暂不对称运

行范围。当发电机出口出现不对称短路故障时，在保护动作清除故障以前发电机将承受短暂的不对称运行。在停机或启机过程中，某相高压开关因故障拒动而形成非全相运行；最严重的情况发生在发电机非全相异步启动时，此时因

发电机从电网吸收能量，汽轮机可能承受逆功率，发电机转子表层金属部件可能因感应涡流严重烧伤，定子绕组可能因电流冲击而严重过热。2、保护配置－三相不对称运行发变组保护工程设计和应用华北电力大学•不平衡负荷在发电机上

产生以同步速度反方向旋转的负序磁场，因此在转子上感应生成2倍工频交变的电流，该电流在转子槽锲、齿部和护环等部件上产生的附加发热是限制发电机带不平衡负荷能力的主要因素。连续不平衡负荷的主要限制条件是转子绕

组绝缘等级的热老化极限和槽锲等部件的高温蠕变现象对材料机械性能的破坏，其判据按IEC标准用负序电路表示。短暂不平衡负荷主要考虑对材料机械性能的破坏，其判据按IEC标准用负序电流的平方和持续时间的乘积表示，判据适用的持续时间应限定在60s以内（不考虑散热的影响）。•任何情况下也不允

许发电机主动承担非全相运行，因事故进入非全相运行时，应尽快与系统解列。2、保护配置－三相不对称运行发变组保护工程设计和应用华北电力大学•当连续不平衡负荷在允许范围内时，按常规正常运行检修；超过允许限值时应当对转子绝缘过热情

况和槽锲等部件有针对性地进行检查。发生短暂不平衡故障保护动作以后，即使负序电流与时间的乘积低于厂家承诺限值，也应停机检查转子表面的过热情况，必要时进行金相和探伤检查，对因过热烧损的局部进行相应处理。定、转子绕组应当进行全面的电气检查。短时而轻微的非全相运行不做特殊的检修规定。严重的

非全相运行除需要检查转子表面外，还应当检查定子绕组端部的紧固结构，发现问题及时处理，在继续投运半年至一年期间应当再次检查定子绕组端部的紧固结构。对经常带较大连续不平衡负荷的发电机，应能监视不平衡负荷运行下的负序电流，避免超限值运行。－摘自DL/T970-2005大型汽轮发电机非正常和特殊运

行及维护导则2、保护配置－三相不对称运行发变组保护工程设计和应用华北电力大学2、保护配置－非全相保护•对220kV～500kV断路器三相不一致，应尽量采用断路器本体的三相不一致保护，而不再另外设置三相不一致保护；如断路器本身无三相不一致保护，则应为该断路器配置

三相不一致保护。－摘自GB14285-2006继电保护和安全自动装置技术规程•220kV及以上电压等级单元制接线的发变组，在三相不一致保护动作后仍不能解决问题时，应使用具有电气量判据的三相不一致保护去起动发变组的断路器失灵保护。应采用断路器本体三相位置不一致保护。－摘自2005年国网1

8项反措发变组保护工程设计和应用华北电力大学非全相T0出口断路器三相位置不一致开入负序电流>I2FT0&零序电流>I0F1非全相T1出口T1断路器三相位置不一致开入负序电流>I2F&零序电流>I0F1启动失灵出口T3Imax>ISF

断路器三相位置不一致开入负序电流>I2F&零序电流>I0F1失灵解除复压闭锁T2保护动作保护动作非全相T2出口非全相T3出口减出力重跳本断路器发变组保护工程设计和应用华北电力大学2、保护配置－非全相保护•提高三相位置不一致开入的可靠性。•采用电流闭锁判据后对起备变非全相

保护的影响及其解决方案。非全相出口断路器三相位置不一致开入负序电流>I2FT&零序电流>I0F1非全相告警5s发变组保护工程设计和应用华北电力大学2、保护配置－断口闪络保护•断口闪络保护是否需要配置两个时限•断口闪络保护是否需要启动失灵，如何实现发变组保护工程设

计和应用华北电力大学2、保护配置－启动失灵保护（IEEE）•当保护继电器检测到内部故障或者不正常运行情况时，将试图切除发电机并起动发电机断路器失灵保护的时间元件。•如果发电机断路器在整定的时间内未切除

故障或不正常运行状态，时间元件将跳开相关的断路器，把发电机切除。•当保护继电器动作,而电流检测器或者断路器的辅助接点a表明断路器拒动时,断路器失灵保护的时间元件将被起动。当定时时间到而电流检测器仍检测到故障电

流时，时间元件将驱动相关的断路器跳闸。•在某些故障和（或）不正常运行情况（如定子接地、母线接地、过激磁、过电压、频率过高、负序过电流、频率过低、逆功率）时，为防止电流检测器检测不到足够的电流造成失灵保护拒动，引入了断路器辅助接点。如果采用分相断路器，则要把三相的辅助接点并联后接入逻辑电路。发

变组保护工程设计和应用华北电力大学2、保护配置－启动失灵保护（IEEE）发变组保护工程设计和应用华北电力大学2、保护配置－启动失灵保护（反措要求）发变组保护工程设计和应用失灵解除复压闭锁TS1&零序电流>

I0S启动失灵出口1负序电流>I2STS2&零序电流>I0S1Imax>ISL断路器合闸位置保护动作断路器合闸位置保护动作负序电流>I2S华北电力大学2、保护配置－过激磁保护•变压器过励磁保护的启动、反时限和定时限元件应根据变压器的过励磁特性曲线进行整定计

算并能分别整定，其返回系数不应低于0.96。•应根据发电机允许过激磁的耐受能力进行发电机过激磁保护的整定计算，其定值应与励磁系统V/Hz限制曲线配合，按发电机励磁调节器V/Hz限制元件的后备保护整定。发变组保护工程设计和应用华

北电力大学3、TA/TV配置和选型•新建和扩建工程宜选用具有多次级的电流互感器，优先选用贯穿（倒置）式电流互感器。•差动保护用电流互感器的相关特性应一致。（1）在新建、扩建和技改工程中，应根据《电流互感器和电压互感器选择和计算导则》DL/T866-2004、《保护用电流互感器暂

态特性技术要求》GB16847－1997和电网发展的情况进行互感器的选型工作，并充分考虑到保护双重化配置的要求，优先选用贯穿式电流互感器。对已运行的电流、电压互感器，特别是用于各类差动保护的电流互感器应进行复查，对不满足要求的应及时调整互感器的变比或安排更换。（2）用于220kV～500kV

电网的母线差动、变压器差动和发变组差动保护各支路的电流互感器应优先选用误差限制系数和饱和电压较高的电流互感器。（3）在各类差动保护中暂态电流互感器与常规电流互感器不能混用。发变组保护工程设计和应用华北电力大学3、TA/TV配置和选型•应对已运行的母线、变压器和发变组差动保护电流互感器二次回路负载

进行10%误差计算和分析，校核主设备各侧二次负载的平衡情况，并留有足够裕度。不符合要求的电流互感器应安排更换。•线路或主设备保护电流二次回路使用“和电流”的接线方式时，两侧电流互感器的相关特性应一致，避免在遇到较大短

路电流时因“和电流”接线的“汲出效应”导致保护不正确动作。•各类保护装置接于电流互感器二次绕组时，应考虑到既要消除保护死区，同时又要尽可能减轻电流互感器本身故障时所产生的影响。•保护屏柜上交流电压回路的空气开关应与电

压回路总路开关在跳闸时限上有明确配合关系。•对设计中电流互感器的要求：（1）220kV及以上系统的电流互感器，其一次电流宜取2×750A、2×1500、2×3000A，二次电流应设计为5A或1A。（2）变压器同侧的开关电流互感器及

套管电流互感器设计中应尽量取为一致，若不一致，也应设计为整数倍关系，以便于整定和运行。发变组保护工程设计和应用华北电力大学3、TA/TV配置和选型TV双重化的难点：机端纵向匝间保护TV，中性点侧零序TV发变组保护工程设计和应用

华北电力大学4、非电量保护•本体保护应同时作用于断路器的两个跳闸线圈。未采用就地跳闸方式的变压器本体保护应设置独立的电源回路（包括直流空气小开关及其直流电源监视回路）和出口跳闸回路，且必须与电气量保护完全分开

。非电量保护中开关场部分的中间继电器，必须由强电直流起动且应采用起动功率较大的中间继电器，其动作速度不宜小于10ms。•主设备非电量保护应防水、防油渗漏、密封性好。气体继电器至保护柜的电缆应尽量减少中间转接环节。非电量保护开入量不能经光耦采集，应由启动功率不

低于5W的中间继电器采集。•变压器本体保护宜采用就地跳闸方式，即将变压器本体保护通过较大启动功率中间继电器的两付接点分别直接接入断路器的两个跳闸回路，减少电缆迂回带来的直流接地、对微机保护引入干扰和二次回路断线等不可靠因素。－摘自2005年国网18项反措发变组保护工程设计和应用华北电力大

学5、二次回路•微机型继电保护装置所有二次回路的电缆均应使用屏蔽电缆，除另有规定外，电缆屏蔽层应两端可靠接地，严禁使用电缆内的空线替代屏蔽层接地。（1）合理规划二次电缆的路径，尽可能离开高压母线、避雷器和避雷针的

接地点、并联电容器、电容式电压互感器、结合电容及电容式套管等设备，避免和减少迂回，缩短二次电缆的长度，与运行设备无关的电缆应予拆除。（2）交流电流和交流电压回路、交流和直流回路、强电和弱电回路，以及来自

开关场电压互感器二次的四根引入线和电压互感器开口三角绕组的两根引入线均应使用各自独立的电缆。•公用电流互感器二次绕组二次回路只允许、且必须在相关保护柜屏内一点接地。独立的、与其他电流互感器的二次回路没有电气联系的电流互感器二次回路应在开关场一点接地。•电流回路端子禁

止使用旋钮式试验端子。发变组保护工程设计和应用华北电力大学5、二次回路•继电保护二次回路接地，应满足以下要求（1）保护柜屏和继电保护装置本体应设有专用的接地端子，微机型保护装置应构成良好的电磁屏蔽体，并使用截面不小于4mm多股铜质软导线可靠连接至等电位接地网的铜排上。（2）公用电压互感器的二

次回路只允许在控制室内有一点接地，为保证接地可靠，各电压互感器的中性线不得接有可能断开的开关或熔断器等。已在控制室一点接地的电压互感器二次线圈，宜在开关场将二次线圈中性点经放电间隙或氧化锌阀片接地，其

击穿电压峰值应大于30·Imax伏（Imax为电网接地故障时通过变电站的可能最大接地电流有效值，单位为kA）。应定期检查放电间隙或氧化锌阀片，防止造成电压二次回路多点接地的现象。（3）与其他电压互感器二次回路没有电气联系的电压互感器二次回路应独立接地。（4）采用不同电压等级电压互

感器零线（N线）小母线连接方式的变电站，只能在控制室一处使用两根4mm及以上铜芯线可靠接地。（5）采用在不同小室设置电压互感器零线（N线）独立接地方式的变电站，其独立接地系统之间N线不能连接，并在一处使用两根4mm及以上铜

芯线可靠接地。（6）引入多个等级电压的变压器保护屏内N线不能在屏上再连接。发变组保护工程设计和应用华北电力大学5、二次回路－外部开入回路可靠性的提高•制造部门应提高微机保护抗电磁骚扰水平和防护等级，光偶开入的动作电压应控制在额定

直流电源电压的55%～70%范围以内。•所有涉及直接跳闸的重要回路应采用动作电压在额定直流电源电压的55%～70%范围以内的中间继电器，并要求其动作功率不低于5W。•针对来自系统操作、故障、直流接地等异常

情况，应采取有效防误动措施，防止保护装置单一元件损坏可能引起的不正确动作。断路器失灵启动母差（对3/2结线的变电站）、变压器断路器失灵启动（对双母线结线的变电站）等重要回路宜采用“与门”确认的双开入接口，必要时，还可增加

双路重动继电器分别对双开入量进行重动。•遵守保护装置24V开入电源不出保护室的原则，以免引进干扰。－摘自2005年国网18项反措发变组保护工程设计和应用华北电力大学5、二次回路－外部开入回路可靠性的提

高•主要针对电缆距离较长的系统保护联跳发变组的开入触点，由于长电缆电容效应比较大易引起保护的误动或开入的误判。•措施：（1）采用抗干扰继电器提高可靠性；（2）采用输入回路并联电阻的方式增大起动功率。发变组保护工程设计和应用华北电力大学

抗干扰继电器工作原理:1、外部接点闭合，首先接通启动回路，此时分流电阻R2起分流作用。正常情况下，回路设计时考虑继电器60％可靠动作，此时的动作功率要求不小于2W。额定电压工作时，启动功率不小于5W。2、继电器的接点动

作时间约为5ms。一方面，可以利用继电器的动作时间躲系统干扰；另一方面，干扰必须达到启动功率才能使启动回路可靠动作。3、如果启动回路动作，J1-2接点闭合，启动J2继电器，输出重动接点。J1-1常闭接点打开，将分流回路切开，避免正常工作长期分流。4、J1-2接点闭合启动J2继电器

，J2的动作时间为5ms，可以进一步延时以躲系统干扰。华北电力大学发变组单元接线，发电机出口不带断路器高厂变差动发电机差动G主变差动500kV励磁变差动发变组保护工程设计和应用华北电力大学•对于100MW及以上容量、发电机出口不带断路器的场合，按照国网公司最

新十八项反措要求，及简化TA回路设计的要求，采用发变组一体化机箱的设计。CSC-300A柜CSC-300B柜JFZ-12TBC柜CSC-336方案a：按照一体化机箱设计（推荐方案）若对于500kV的3/2接线C柜无

需配置操作箱6、组屏方案1－100MW及以上容量、发电机出口不带断路器发变组保护工程设计和应用华北电力大学•按照三面屏设计，第一/二面屏为双重化的发变组电气量保护，第三面屏为本体保护CSC-336、操作箱JFZ-12TB（含电压切换回路，也可以考虑将电压切换箱放于A屏和B屏）。CSC

-316AA柜CSC-316MCSC-306CSC-316AB柜CSC-316MCSC-306JFZ-12TBC柜CSC-336方案b：按照保护对象机箱设计若只有一台高厂变A/B屏只需配置一台CSC-316A若对于500kV的3/2接线C柜无需配置操作箱6、组屏方案1

－100MW及以上容量、发电机出口不带断路器发变组保护工程设计和应用华北电力大学发变组单元接线，发电机出口带断路器高厂变差动发电机差动G主变差动500kV励磁变差动发变组保护工程设计和应用华北电力大学•对于发电机出口带断路器的场合，按照保护对象进行机箱设计，即按照发电机保护、主

变压器保护、高压厂用变压器保护进行设计。•若现场屏柜位置紧张时，也可考虑四/五面柜方案。CSC-316AD柜CSC-316MCSC-316AE柜CSC-316MJFZ-12TBF柜CSC-336A柜CSC-306B柜CSC-306JFZ-13TAC

柜CSC-336屏A~C：发电机保护屏D~F：变压器保护6、组屏方案2－100MW及以上容量、发电机出口带断路器发变组保护工程设计和应用华北电力大学125MW/220kV/110kV，发电机出口/高厂变高压侧带断路器高厂变差动发电机差动G主变差动220kV励磁

变速断110kV发变组保护工程设计和应用华北电力大学•对于发电机出口/高厂变高压侧带断路器的场合，按照保护对象进行机箱设计，即按照发电机保护、主变压器保护、高压厂用变压器保护独立组屏进行设计。•若现场屏柜位置紧张时，也可考虑四/五面柜方案。屏A~C：发电机保护屏D

~F：主变保护6、组屏方案3－125MW发电机出口/高厂变高压侧带断路器D柜CSC-316ME柜CSC-316MJFZ-12TBF柜CSC-336A柜CSC-306B柜CSC-306JFZ-13TAC柜CSC-336JFZ-13TAG柜

CSC-336CSC-316AJFZ-13TB屏G：高厂变保护发变组保护工程设计和应用华北电力大学•对于100MW以下容量的发电机保护，采用主、后备保护分开的设计，即由两个独立的机箱分别完成主、后备保护，将输入回路

、出口回路、电源回路彻底分开，提高了保护的可靠性。A柜CSC-306GDCSC-306GBJFZ-13TAA柜CSC-306GDCSC-306EJFZ-13TA方案b：双主单后设计方案a：单主单后设计6、组屏方案3－100MW以下容量的发电机发变组保护

工程设计和应用华北电力大学•220kV及以上电压等级的起备变保护，通常按照完全双重化进行组屏设计。A/B屏各放置一台起备变电气量保护机箱CSC-316B，将起备变非电量保护机箱CSC-336和高压侧断路器的操作箱JFZ-12TB各放置于A/B屏。CSC-336A柜CSC-316BJFZ-12

TBB柜CSC-316B6、组屏方案4－220kV及以上电压等级的起备变发变组保护工程设计和应用华北电力大学•110kV及以下电压等级的起备变保护，通常按照单重化进行组屏设计，并采用主后备保护分开设计的机箱。其中两台CSC-316B分别完成起备变的主

、后备保护。CSC-336A柜CSC-316B（1）CSC-316B（2）JFZ-13T6、组屏方案5－110kV及以下电压等级的起备变发变组保护工程设计和应用