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DQZHAN訊：這次是連發 電力系統1000問之二十一彈

電力系統1000問之二十一彈！電力系統發生故障時應該怎么做？把本文收藏起來！

201．電容式的重合閘為什么只能重合一次?

答：電容式重合閘是利用電容器的瞬時放電和長時充電來實現一次重合的如果斷路器是出于長久性短路而保護動作所跳開的，則在自動重合閘一次重合后斷路器作**次跳閘，此時跳閘位置繼電器重新啟動，但由于重合閘整組復歸前使時間繼電器觸點長期閉合，電容器則被中間繼電器的線圈所分接不能繼續充電，中間繼電器不可能再啟動，整組復歸后電容器還需20-25s的充電時間，這樣保證重合閘只能發出一次合閘脈沖。

202．什么叫重合閘后加速?為什么采用檢定同期重合閘時不用后加速?

答：當線路發生故障后，保護有選擇性地動作切除故障，重合閘進行—次重合以恢復供電。若重合于長久性故障時，保護裝置即不帶時限無選擇性的動作斷開斷路器，這沖方式稱為重合閘后加速。

檢定同期重合閘是當線路一側無壓重合后，另—側在兩端的頻率不超過一定允許值的情況下才進行重合的。若線路屬于長久性故障，無壓側重合后再次斷開，此時檢定同期重合閘不重合，因此采用檢定同期重合閘再裝后加速也就沒有意義了。若屬于瞬時性故障，無壓重合后，即線路已重合成功，不存在故障，故同期重合閘時不采用后加速，以免合閘沖擊電流引起誤動。

203．什么叫重合閘前加速？它有何優缺點?

答：重合閘前加速保護方式一般用于具有幾段串聯的輻射形線路中，重合閘裝置僅裝在靠近電源的一段線路上。當線路上(包括相鄰線路及以后的線路)發生故障時，靠近電源側的保護首光先選擇性地瞬時動作于跳閘，而后再靠重合閘來糾正這種非選擇性動作。

其缺點是切除長久性故障時間較長，裝有重合閘裝置的斷路器動作次數較多，且一旦斷路器或重合閘拒動，將使停電范圍擴大。

重合閘前加速保護方式主要適用于35kV以下由發電廠或主要變電站引出的直配線上。

204．相差高頻保護和高頻閉鎖保護與單相重合閘配合使用時，為什么相差高頻保護要三跳停信，而高頻閉鎖保護要單跳停信?

答：在使用單相重合閘的線路上，當非全相運行時，相差高頻啟動元件均可能不返回，此時若兩側單跳停信，由于停信時間不可能一致，停信慢的一側將會在單相故障跳閘后由于非全相運行時發出的仍是間斷波而誤跳三相。因此單相故障跳閘后不能將相差高頻保護停信。而在三相跳閘后，相差高頻保護失去操作電源而發連續波，會將對側相差高頻保護閉鎖，所以必須實行三跳停信，使對側相差高頻保護加速跳閘切除故障。另外，當母線保護動作時，如果斷路器失靈，三跳停信能使對側高頻保護動作，快速切除故障。

高頻閉鎖保護必須實行單跳停信，因為當線路單相故障一側先單跳后保護將返回，而高頻閉鎖保護啟動元件不復歸，收發信機啟動發信，會將對側高頻閉鎖保護閉鎖。所以，單相跳閘后必須停信，加速對側高頻閉鎖保護跳閘。

205．零序電流保護與重合閘方式的配合應考慮哪些因素?

答：(1)采用單相重合閘方式，并實現后備保護延時段動作后三相跳閘不重合，則零序電流保護與單相重合閘配合按下列原則整定：

1)能躲過非全相運行*大零序電流的零序電流保護一段，經重合閘N端子跳閘，非全相運行中不退出；而躲不過非全相運行*大零序電流的零序電流保護一段，應接重合閘M端子跳閘，在重合閘啟動后退出工作。

2)零序電流保護二段的整定值應躲過非全相運行*大零序電流，在單相重合閘過程中不動作，經重合閘R端子跳閘。

3)零序電流保護三、四段均經重合閘R端子跳閘，三相跳閘不重合。

(2)采用單相重合閘方式，且后備保護延時段啟動單相重合閘，則零序電流保護與單相重合閘按如下原則進行配合整定：

1)能躲過非全相運行*大零序電流的零序電流保護一段，經重合閘N端子跳閘，非全相運行中不退出工作；而不能躲過非全相運行*大零序電流的零序電流保護一段，經重合閘M端子跳閘，重合閘啟動后退出工作。

2)能躲過非全相運行*大零序電流的零序電流保護二段，經重合閘N端子跳閘，非全相運行中不退出工作；不能躲過非全相運行*大零序電流的零序電流保護二段，經重合閘M或P端子跳閘，亦可將零序電流保護二段的動作時間延長至1.5s及以上，或躲過非全相運行周期，經重合閘N端子跳閘。

3)不能躲過非全相運行*大零序電流的零序電流保護三段，經重合閘M端子或P端子跳閘，亦可依靠較長的動作時間躲過非全相運行周期，經重備閘N或R端子跳閘。

4）零序電流保護四段經重合閘R端于跳閘。

(3)三相重合閘后加速和單相重合閘的分相后加速，應加速對線路末端故障有足夠靈敏度的保護段。如果躲不開在一側斷路器合閘時三相不同步產生的零序電流，則兩側的后加速保護在整個重合閘周期中均應帶0.1的延時。

206．簡述微機保護的基本構成和主要部分的功能。

答：微機保護是由一臺計算機和相應的軟件（程序）來實現各種復雜功能的繼電保護裝置。微機保護的特性主要是由軟件決定的，具有較大的靈活性，不同原理的保護可以采用通用的硬件。

微機保護包括硬件和軟件兩大部分。硬件一般包括以下三大部分：

(1)模擬量輸入系統(或稱數據采集系統)，包括電壓形成、模擬濾波、采樣保持、多路轉換以及模數轉換等功能，完成將模擬輸入顯準確地轉換為所需的數字量。

(2)CPU主系統，包括微處理器(MPU)、只讀存儲器(EPROM)、隨機存取存儲器(RAM)以及定時器等。MPU執行存放在EPROM中的程序，對由數據采集系統輸入至RAM區的原始數據進行分析處理，以完成各種繼電保護的功能。

(3)開關量(或數字量)輸入/輸出系統，由若干并行接口適配器、光電隔離器件及有觸點的中間繼電器等組成，以完成各種保護的出口跳閘、信號警報、外部觸點輸入及人機對話等功能。

微機保護軟件是根據繼電保護的需要而編制的計算機程序。

207．一條線路有兩套微機保護，線路投單相重合閘方式，該兩套微機保護重合閘應如何使用?

答：兩套微機重合閘的把手均打在單重位置，合閘出口連片只投一套。如果將兩套重合閘的合閘出口連片都投入，可能造成斷路器短時內兩次重合。

208．微機保護裝置有幾種工作狀態？并對其進行簡要說明。

答：有三種工作狀態：

(1)調試狀態：運行方式開關置于“調試”位置，按RESET鍵，此狀態為調試狀態。主要用于傳動出口回路、檢驗鍵盤和撥輪開關等，此時數據采集系統工作。

(2)運行狀態：運行方式開關置于“運行”位置，此狀態為運行狀態，即保護投運時的狀態。在此狀態下，數據采集系統正常工作。

(3)不對應狀態：運行方式開關由“運行”位置打到“調試”位置，不按RESET鍵，此狀態為不對應狀態。在此狀態下，數據采集系統能正常工作，但不能跳閘。

209．當本線路發生故障時，11型微機線路保護能打印出哪些信息？

答：能打印出故障時刻(年、月、日、時、分、秒)、故隙類型、短路點距保護安裝處距離、各種保護動作情況和時間順序及每次故障前20ms和故障后40ms的各相電壓和各相電流的采樣值（相當于故障錄波）。

210．微機故障錄波器在電力系統中的主要作用是什么?

答：微機故障錄波器不僅能將故障時的錄波數據保存辦軟盤中，經專用分析軟件進行分析，而且可通過微機故障錄波器的通信接口，將記錄的故障錄波數據遠傳至調度部門，為調度部門分析處理事故及時提供依據。其主要作用有：

(1)通過對故障錄波圖的分析，找出事故原因，分析繼電保護裝置的動作行為，對故障性質及概率進行科學的統計分析，統計分析系統振蕩時有關參數。

(2)為查找故障點提供依據，并通過對已查證落實故障點的錄波，可核對系統參數的準確性，改進計算工作或修正系統計算使用參數。

(3)積累運行經驗，提高運行水平，為繼電保護裝置動作統計評價提供依據。

211．微機故障錄波器通常錄哪些電氣量?

答：對產220kV及以上電壓系統，微機故障錄波器一般要錄取電壓量UA、UB、UC、3UO，電流量IA、IB、IC、3IO；高頻保護高頻信號量，保護動作情況及斷路器位置等開關量信號。

212．電力變壓器的不正常工作狀態和可能發生的故障有哪些?一般應裝設哪些保護?

答：變壓器的故障可分為內部故障和外部故障兩種。變壓器內部故障系指變壓器油箱里面發生的各種故障，其主要類型有：各相繞組之間發生的相間短路，單相繞組部分線匝之間發生的匝間短路，單相繞組或引出線通過外殼發生的單相接地故障等。變壓器外部故障系變壓器油箱外部絕緣套管及其引出線上發生的各種故障，其主要類型有：絕緣套管閃絡或破碎而發生的單相接地(通過外殼)短路，引出線之間發生的相間故障等。變壓器的不正常工作狀態主要包括：由于外部短路或過負荷引起的過電流、油箱漏油造成的油面降低、變壓器中性點電壓升高、由于外加電壓過高或頻率降低引起的過勵磁等。

為了防止變壓器在發生各種類型故障和不正常運行時造成不應有的損失，保證電力系統**連續運行，變壓器一般應裝設以下繼電保護裝置：

(1)防御變比器油箱內部各種短路故障和油面降低的瓦斯保護

(2)防御變壓器繞組和引出線多相短路、大電流接地系統側繞組和引出線的單相接地短路反繞組匝間短路的(縱聯)差動保護或電流速斷保護。

(3)防御變壓器外部相間短路并作為瓦斯保護和差動保護(或復合電壓啟動的過電流保護、或負序過電流保護)。

(4)防御大電流接地系統中變壓器外部接地短路的零序電流保護。

(5)防御變壓器對稱過負荷的過負荷保護。

(6)防御變壓器過勵磁的過勵磁保護。

213．變壓器勵磁涌流有哪些特點?目前差動保護中防止勵磁涌流影響的方法有哪些?

答：勵礎涌流有以下特點：

(1)包含有很大成分的非周期分量，往住使涌流偏于時間軸的—側。

(2)包含有大量的高次諧波分量，并以二次諧波為主。

(3)勵磁涌流波形之間出現間斷。

防止勵磁涌流影響的方法有：

(1)采用具有速飽和鐵芯的差動繼電器。

(2)鑒別短路電流和勵磁涌流波形的區別，要求間斷角為60o-65o。

(3)利用二次諧波制動，制動比為15％-20％。

214．變壓器差動保護的不平衡電流是怎樣產生的(包括穩態和暫態情況下的不平衡電流)?

答：變壓器差動保護的不平衡電流產生的原因如下：

1．穩態情況下的不平衡電流

(1)由于變壓器各側電流互感器型號不同，即各側電流互感器的飽和特性和勵磁電流不同而引起的不平衡電流。它必須滿足電流互感器的10％誤差曲線的要求。

(2)由于實際的電流互感器變比和計算變比不同引起的不平衡電流。

(3)由于改變變壓器調壓分接頭引起的不平衡電流。

2．暫態情況下的不平衡電流

(1)由于短路電流的非周期分量主要為電流互感器的勵磁電流，使其鐵芯飽和，誤差增大而引起不平衡電流。

(2)變壓器空載合閘的勵磁涌流，僅在變壓器一側有電流。

215．變壓器高阻抗差動保護的配置原則和特點是什么?

答：變壓器高阻抗差動保護通常配置在大型變壓器上作為不同原理的另外—套變壓器主保護。其差動電流互感器TA采用變壓器500kV側220kV側(均為三相式)和中性點側的套管TA，各側TA變比相差，這種差動保護接線對變壓器勵磁涌流來說是穿越性的，故不反應勵磁涌流。它是主變壓器高中壓側內部故障時的主要保護，但不反映低壓側的故障。

該保護特點是不怕變壓器勵滋涌流，保護動作速度快(約為20ms)不怕TA飽和，是一個接線簡單且性能優良的變壓器主保護。

216．試述變壓器瓦斯保護的基本工作原理?為什么差動保護不能代替瓦斯保護?

答：瓦斯保護是變壓器的主要保護，能有效地反應變壓器內部故障。

輕氣體繼電器由開口杯、干簧觸點等組成，作用于信號。重氣體繼電器由擋板、彈簧、干簧觸點等組成，作用于跳閘。

正常運行時，氣體繼電器充滿油，開口杯浸在油內，處于上浮位置，干簧觸點斷開、當變壓器內部故障時，故障點局部發生過熱，引起附近的變壓器油膨脹，油內溶解的空氣被逐出，形成氣泡上升，同時油和其他材料在電弧和放電等的作用下電離而產生瓦斯。當故障輕微時，排出的瓦斯氣體緩慢地上升而進入氣體繼電器，使油面下降，開口杯產生的支點為軸逆時針方向的轉動，使干簧觸點接通，發出信號。

當變壓器內部故障嚴重時，產生強烈的瓦斯氣體，使變壓器內部壓力災增，產生很大的油流向油枕方向沖擊，因油流沖擊擋板，擋板克服彈簧的阻力，帶動磁鐵向干簧觸點方向移動，使干簧觸點接通，作用于跳閘。

瓦斯保護能反應變壓器油箱內的任何故障，包括鐵芯過熱**、油面降低等，但差動保護對此無反應。又如變壓器繞組產生少數線匝的匝間短路，雖然短路匝內短路電流很大會造成局部繞組嚴重過熱產生強烈的油流向油枕方向沖擊，但表現在相電流上卻并不大，因此差動保護沒有反應，但瓦斯保護對此卻能靈敏地加以反應，這就是差動保護不能代替瓦斯保護的原因。

217．為什么大型變壓器應裝設過勵磁保護?

答：根據大型變壓器工作磁通密度B與電壓、頻率之比U／f成正比，即電壓升高或頻率下降都會使工作磁通密度增加。現代大型變壓器，額定工作磁通密度BN＝17000-18000GS，飽和工作磁通密度BS＝19000-20000GS，兩者相差不大。當U／f增加時，工作磁通密度B增加，使變壓器勵磁電流增加，特別是在鐵芯飽和之后，勵磁電流要急劇增大，造成變壓器過勵磁。過勵磁會使鐵損增加，鐵芯溫度升高；同時還會使漏磁場增強，使靠近鐵芯的繞組導線、油箱壁和其他金屬構件產生渦流損耗、發熱、引起高溫，嚴重時要造成局部變形和損傷周圍的絕緣介質。因此。對于現代大型變壓器，應裝設過勵磁保護。

218．變壓器中性點間隙接地保護是怎樣構成的?

答：變壓器中性點間隙接地保護采用零序電流繼電器與零序電壓繼電器并聯方式，帶有0.5s的限時構成。

當系統發生接地故障時，在放電間隙放電時有零序電流，則使設在放電間隙接地一端的專用電流互感器的零序電流繼電器動作；若放電間隙不放電，則利用零序電壓繼電器動作。當發生間歇性弧光接地時，間隙保護共用的時間元件不得中途返回，以保證間隙接地保護的可靠動作。

219．什么是復合電壓過電流保護?有何優點?

答：復合電壓過電流保護通常作為變壓器的后備保護，它是由一個負序電壓繼電器和一個接在相間電壓上的低電壓繼電器共同組成的電壓復合元件，兩個繼電器只要有一個動作，同時過電流繼電器也動作，整套裝置即能啟動。

該保護較低電壓閉鎖過電流保護有下列優點：

(1)在后備保護范圍內發生不對稱短路時，有較高靈敏度。

(2)在變壓器后發生不對稱短路時，電壓啟動元件的靈敏度與變壓器的接線方式無關。

(3)由于電壓啟動元件只接在變壓器的一側，故接線比較簡單。

220．什么是變壓器零序方向保護?有何作用?

答：變壓器零序方向過流保護是在大電流接地系統中，防御變壓器相鄰元件(母線)接地時的零序電流保護，其方向是指向本側母線。

它的作用足作為母線授地故障的后備，保護設有兩級時限，以較短的時限跳閘母線或分段斷路器，以較長時限跳開變壓器本側斷路器。

221．運行中的變壓器瓦斯保護，當現場進行什么工作時，重瓦斯保護應由“跳閘”位置改為“信號”位置運行?

答：當現場在變壓器不停電情況下進行下述工作時重瓦斯保護應由“跳閘”位置改變為“信號”位置運行。

(1)進行注油和濾油時；

(2)進行呼吸器暢通工作或更換硅膠時；

(3)除采油樣和氣體繼電器上部放氣閥放氣外，在其他所有地方打開放氣、放油和進油閥門時；

(4)開、閉氣體繼電器連接管上的閥門時；

(5)在瓦斯保護及其二次回路上進行工作時；

(6)對于充氦變壓器，當油枕抽真空或補充氮氣時，變壓器注油、濾油、更換硅膠及處理呼吸器時，在上述工作完畢后，經lh試運行后，方可將重瓦斯投入跳閘。

222．自耦變壓器過負荷保護有什么特點?

答：由個三繞組自耦變壓器各側繞組的容量不一樣，即為高：中：低＝1：1：(1-1／n12)，這與功率傳送的方向有關系，否則可能出現一側、兩側不過負荷，而另一側就過負荷了。因此不能以一側不過負荷來決定其他側也不過負荷，一般各側都應設過負荷保護，至少要在送電側和低壓側各裝設過負荷保護。

223．發電機應裝哪些保護?它們的作用是什么?

答：對于發電機可能發生的故障和不正常工作狀態，應根據發電機的容量有選擇地裝設以下保護。

(1)縱聯差動保護：定子繞組及其引出線的相間短路保護。

(2)橫聯差動保護：定子繞組一相匝間短路保護。只有當一相定子繞組有兩個及以上并聯分支而構成兩個或三個中性點引出端時，才裝設該種保護。

(3)單相接地保護：發電機定子繞組的單相接地保護。

(4)勵磁回路接地保護：勵磁回路的接地故障保護。

(5)低勵、失磁保護：防止大型發電機低勵(勵磁電流低于靜穩極限所對應的勵磁電流)或失去勵磁(勵磁電流為零)后，從系統中吸收大量無功功率而對系統產生不利影響，l00MW及以上容量的發電機都裝設這種保護。

(6)過負荷保護：發電機長時間超過額定負荷運行時作用于信號的保護，中小型發電機只裝設定子過負荷保護；大型發電機應分別裝設定子過負荷和勵磁繞組過負荷保護。

(7)定子繞組過電流保護：當發電機縱差保護范圍外發生短路，而短路元件的保護或斷路器拒絕動作，這種保護作為外部短路的后備，也兼作縱差保護的后備保護。

(8)定子繞組過電壓保護：用于防止突然甩去全部負荷后引起定子繞組過電壓，水輪發電機和大型汽輪發電機都裝設過電壓保護，中小型汽輪發電機通常不裝設過電壓保護。

(9)負序電流保護：電力系統發生不對稱短路或者三相負荷不對稱（如電氣機車、電弧爐等單相負荷的比重太大)時，會使轉子端部、護環內表面等電流密度很大的部位過熱，造成轉子的局部灼傷，因此應裝設負序電流保護。

(10)失步保護：反應大型發電機與系統振蕩過程的失步保護。

(11)逆功率保護：當汽輪機主汽門誤關閉，或機爐保護動作關閉主汽門而發電機出口斷路器未跳閘時，從電力系統吸收有功功率而造成汽輪機事故，放大型機組要裝設用逆功率繼電器構成的逆功率保護，用于保護汽輪機。

224．大型發電機為什么要裝設匝間保護?匝間保護的構成通常有幾種方式?

答：現代大型發電機的定子繞組，不可避免在定子同一槽的上、下層線棒會出現同相不同匝數的定子線棒，這就必然導致發電機定子繞組的匝間短路故障，為此大型發電機要裝匝間保護。

匝間保護的構成通常有以下幾種方式：

(1)橫差保護：當定子繞組出現并聯分支且發電機中性點側有6個引出頭時采用。橫差保護接線簡單、動作可靠、靈敏度高。

(2)零序電壓原理的匝問保護：采用專門電壓互感器測量發電機三個相電壓不對稱而生成的零序電壓，該保護由于采用了三諧波制動故大大提高了保護的靈敏度與可靠性。

(3)負序功率方向匝間保護：利用負序功率方向判斷是發電機內部不對稱還是系統不對稱故障，保護的靈敏度很高，近年來運行表明該保護在區外故障時發生誤動必須增加動作延時，故限制了它的使用。

225．發電機為什么要裝設定子繞組單相接地保護?

答：發電機是電力系統中*重要的設備之一，其外殼都進行**接地。發電機定子繞組與鐵芯間的絕緣破壞，就形成了定子單相接地故障，這是一種*常見的發電機故障。發生定子單相接地后，接地電流經故障點、三相對地電容、三相定子繞組而構成通路。當接地電流較大能在故障點引起電弧時，將使定子繞組的絕緣和定子鐵芯燒壞，也容易發展成危害更大的定子繞組相間或匝間短路，因此，應裝設發電機定子繞組單相接地保護。

226．利用基波零序電壓的發電機定子單相接地保護的特點及不足之處是什么?

答：利用基波零序電壓的發電機定子單相接地保護的特點是：

1)簡單、可靠；

2)設有三次諧波濾過器以降低不平衡電壓；

3)由于與發電機有電聯系的元件少，接地電流不大，適用于發電機變壓器組。

利用基波零序電壓的發電機定子單相接地保護的不足之處是：不能作為100％定子接地保護，有死區，死區范圍5％-15％。

227．為什么現代大型發電機應裝設100％的定子接地保護？

答：100MW以下發電機，應裝設保護區不小于90％的定子接地保護；100MW及以上的發電機，應裝設保護區為100％的定子接地保護。

發電機中性點附近是否可能首先發生接地故障，過去曾有過兩種不同的觀點。一種觀點認為發電機定子繞組是全絕緣的(中性點相機端的絕緣水平相同)，而中性點的運行電壓很低，接地故障不可能首先在中性點附近發生。另一種觀點則認為，如果定子繞組絕緣的破壞是由于機械的原因，例如水內冷發電機的漏水、冷卻風扇的葉片斷裂飛出，則完全不能排除發電機中性點附近發生接地故障的可能性。另外，如果中性點附近的絕緣水平已經下降，但尚未到達定子接地繼電器檢測出來的程度，這種情況具有很大的潛在危險性。因為一旦在機端又發生另一點接地故障，使中性點電位驟增至相電壓，則中性點附近絕緣水平較低的部位有可能在這個電壓作用下發生擊穿，故障立即轉為嚴重的相間成匝問短路。我國一臺大型水輪發電機，在定子接地保護的死區范圍內發生接地故障，后發展為相間短路，致使發電機嚴重損壞。

鑒于現代大型發電機在電力系統中的重要地位及其制造工藝復雜、鐵心檢修困難，故要求裝設100％的定子接地保護，而且要求在中性點附近絕緣水平下降到一定程度時，保護就能動作。

228．試述具有發電機自動減負荷的失磁保護裝置的組成原則。

答：具有自動減負荷的失磁保護裝置的組成原則為，根據電網的特點，在發電機失磁后異步運行，若無功功率尚能滿足，系統電壓不致降低到失去穩定的嚴重程度，則發電機可以不解列，而采用自動減負荷到40％-50％的額定負荷，失磁運行15—30min，運行人員可以及時處理恢復勵磁。因此，設置具有下述功能的失磁保護：

(1)定、轉子判據元件同時判定失磁后，系統電壓元件判定系統電壓下降到危害程度，則經過0．5s作用于解列。

(2)定、轉子判據元件同時判定失磁后，系統電壓元件判定系統不會失去穩定，則作用于自動減負荷，直到40％-50％額定負荷。

(3)定、轉子判據元件同時判定失磁后，發電機電壓元件判定其電壓低至對廠用電有危害，則自動切換廠用電源，使之投入備用電源。

229．為什么在水輪發電機上要裝設過電壓保護?

答：由于水輪發電機的調速系統慣性較大，動作緩慢，因此在突然甩去負荷時，轉速將超過額定值，這時機端電壓有可能高達額定值的1.8-2倍。為了防止水輪發電機定于繞組絕緣遭受破壞，在水輪發電機上應裝設過電壓保護。

230．為什么現代大型汽輪發電機應裝設過電壓保護?

答：中小型汽輪發電機不裝設過電壓保護的原因是，在汽輪發電機上都有危急保安器，當轉速超過額定電壓的10％以后，汽輪發電機危急保安器會立即動作，關閉主汽門，能夠有效防止由于機組轉速升高而引起的過電壓。

對于大型汽輪發電機則不然，即使調速系統和自動調整勵磁裝置都正常運行，當滿負荷運行時突然甩去全部負荷，電樞反應突然消失，此時，由于調速系統和自動調整勵磁裝置都是由慣性環節組成，轉速仍升高，勵磁電流不能突變，使得發電機電壓在短時間內也要上升，其值可能達1.3倍額定值，持續時間可能達幾秒種。

發電機出現過電壓不僅對定子繞組絕緣帶來威脅，同時將使變壓器(升壓主變壓器和廠用變壓器)勵磁電流劇增，引起變壓器的過勵磁和過磁通。過勵磁可使絕緣因發熱而降級，過磁通將使變壓器鐵芯飽和并在鐵芯相鄰的導磁體內產生巨大的渦流損失，嚴重時可因渦流發熱使絕緣材料遭長久性損壞。

鑒于以上種種原因，對于大型汽輪發電機應裝設過電壓保護，已經裝設過勵磁保護的大型汽輪發電機可不再裝設過電壓保護。

231．為什么發電機要裝設轉子接地保護?

答：發電機勵磁回路一點接地故障是常見的故障形式之一，勵磁回路一點接地故障，對發電機并未造成危害，但相繼發生**點接地，即轉子兩點接地時，由于故障點流過相當大的故障電流而**轉子本體，并使磁勵繞組電流增加，可能因過熱而**繞組；由于部分繞組被短接，使氣隙磁通失去平衡從而引起振動甚至還可使軸系和汽輪機磁化。所以，兩點接地故障的后果是嚴重的，必須裝設轉子接地保護。

232．大型汽輪發電機保護為什么要配置逆功率保護?

答：在汽輪發電機組上，當機爐控制裝置動作關閉主汽門或由于調整控制回路故障而誤關主汽門，在發電機斷路器跳開前發電機將轉為電動機運行。此時逆功率對發電機本身無害，但由個殘留在汽輪機尾部的蒸汽與長葉片摩擦，會使葉片過熱，所以逆功率運行不能超過3min，需裝設逆功率保護。

233．大型汽輪發電機為何要裝設頻率異常保護?

答：汽輪機的葉片都有一個自然振動頻率，如果發電機運行頻率低于或高于額定值，在接近或等于葉片自振頻率時，將導致共振，使材料疲勞，達到材料不允許的程度時，葉片就有可能斷裂，造成嚴重事故。材料的疲勞是一個不可逆的積累過程，所以汽輪機給出了在規定頻率下允許的累計運行時間。低頻運行多發生在重負荷下，對汽輪機的威脅將更為嚴重，另外對極低頻工況，還將威脅到廠用電的**，因此發電機應裝設頻率異常運行保護。

234．對大型汽輪發電機頻率異常運行保護有何要求?

答：對發電機頻率異常運行保護有如下要求：

(1)具有高精度的測量頻率的回路。

(2)具有頻率分段啟動回路、自動累積各頻率段異常運行時間，并能顯示各段累計時間，啟動頻率可調。

(3)分段允許運行時間可整定，在每段累計時間超過該段允許運行時間時，經出口發出信號或跳閘。

(4)能監視當前頻率。

235．大型發電機組為何要裝設失步保護?

答：發電機與系統發生失步時，將出現發電機的機械量和電氣量與系統之間的振蕩，這種持續的振蕩將對發電機組和電力系統產生有破壞力的影響。

(1)單元接線的大型發電機—變壓器組電抗較大，而系統規模的增大使系統的電抗減小，因此振蕩中心往往落在發電機端附近或升壓變壓器范圍內，使振蕩過程對機組的影響大為加重。由于機端電壓周期性的嚴重下降，使廠用輔機工作穩定性遭到破壞，甚至導致全廠停機、停爐、停電的重大事故。

(2)失步運行時，當發電機電勢與系統等效電勢的相位差為180o的瞬間，振蕩電流的幅值接近機端三相短路時的電流。對于三相短路故障發電機均有快速保護切除，而振蕩電流則要在較長時間內反復出現，若無相應保護會使定子繞組遭受熱損傷或端部遭受機械損傷。

(3)振蕩過程中產生對軸系的周期性扭力，可能造成大軸嚴重機械損傷。

(4)振蕩過程中由于周期性轉差變化在轉子繞組中引起感生電流，引起轉子繞組發熱。

(5)大型機組與系統失步，還可能導致電力系統解列甚至崩潰事故。

236．為什么大型汽輪發電機要裝設負序反時限過流保護?

答：電力系統發生不對稱短路時，發電機定子繞組中就有負序電流，負序電流在轉子產生倍頻電流，造成轉子局部灼傷。大型汽輪機由于它的尺寸較小、耐受過熱的性能差，允許過熱的時間常數A＝I22t值小，為保護發電機轉子，需要采用能與發電機允許的負序電流相適應的反時限負序過流保護。

237．為什么現代大型發電機應裝設非全相運行保護?

答：大型發電機--變壓器組220kV及以上高壓側的斷路器多為分相操作的斷路器，常由于誤操作或機械方面的原因使三相不能同時合閘或跳閘，或在正常運行中突然一相跳閘。這種異常工況，將在發電機變壓器組的發電機中流過負序電流，如果第反應負序電流的反時限保護動作(對于聯絡變壓器，要靠反應短路故障的后備保護動作)，則會由于動作時間較長，而導致相鄰線路對側的保護動作，使故障范圍擴大，甚至造成系統瓦斯事故。因此，對于大型發電機--變壓器組，在220kV及以下電壓側為分相操作的斷路器時，要求裝設非全相運行保護。

238．為何裝設發電機意外加電壓、斷路器斷口閃絡、發電機啟動和停機保護?

答：1．發電機意外加電壓保護

發電機在盤車過程中，由于出口斷路器誤合閘，突然加電壓，使發電機異步啟動，在國外曾多次出現過，它能給機組造成損傷。因此需要有相應的保護，迅速切除電源。一般設置專用的意外加電壓保護，可用延時返回的低頻元件和過流元件共同存在為判據。該保護正常運行時停用，機組停用后才投入。

當然在異常啟動時，逆功率保護、失磁保護、阻抗保護也可能動作，但時限較長，設置專用的誤合閘保護比較好。

2．斷路器斷口閃絡保護

接在220kV以上電壓系統中的大型發電機--變壓器組，在進行同步并列的過程中，作用于斷口上的電壓，隨待并發電機與系統等效發電機電勢之間角度差δ的變化而不斷變化，當δ=180°時其值*大，為兩者電勢之和。當兩電勢相等時，則有兩倍的運行電壓作用于斷口上，有時要造成斷口閃絡事故。斷口閃絡給斷路器本身造成損壞，并且可能由此引起事故擴大，破壞系統的穩定運行。一般是一相或兩相閃絡，產生負序電流，威脅發電機的**。為了盡快排除斷口閃絡故障，在大機組上可裝設斷口閃絡保護。斷口閃絡保護動作的條件是斷路器三相斷開位置時有負序電流出現。斷口閃絡保護首先動作于滅磁，失效時動作于斷路失靈保護。

3．發電機啟動和停機保護

對于在低轉速啟動過程中可能加勵磁電壓的發電機，如果原有保護在這種方式下不能正確工作時，需加裝發電機啟停機保護，該保護應能在低頻情況下正確工作。例如作為發電機--變壓器組啟動和停機過程的保護可裝設相間短路保護和定子接地保護各一套，將整定值降低，只作與低頻工況下的輔助保護，在正常工頻運行時應退出，以免發生誤動作。為此輔助保護的出口受斷路器的輔助觸點或低頻繼電器觸點控制。

239．一般大型汽輪發電機——變壓器組采用哪些保護?其作用是什么?

答：一般大型汽輪發電機--變壓器組可根據容量大小配置的保護及其作用對象如下：

發電機差動保護全停

升壓變壓器差動保護全停

高壓廠用變壓器差動保護全停

發電機--變壓器差動保護全停

全阻抗阻保護t1解列

或負序過流和單元件低壓過流保護t2全停

高壓側零序電流保護t1解列

t2全停

定子匝間保護全停

定子一點接地保護基波段發信號(解列滅磁)

定子一點接地保護3次諧波段發信號

發電機勵磁回路一點接地保護發信號

定時限定子過負荷保護發信號

反時限定子過負荷保護解列滅磁

轉子表層過負荷保護定時限段發信號

反時限段解列滅磁

定時限勵磁回路過負荷保護發信號

反時限勵磁回路過負荷保護解列滅磁

頻率異常保護發信號

t0、tl發信號

失磁保護t2減出力

t3解列滅磁

過電壓保護解列滅磁

逆功率保護t1發信號

t2解列滅磁

失步保護發信號(解列)

過勵磁保護(可不再設過電壓保護)解列滅磁

斷路器失靈保護解列滅磁

非全相運行保護解列

注；解列——跳發電機組高壓側斷路器；

解列滅磁——跳發電機組高壓側斷路器及滅磁開關；

全俘——跳發電機組高壓側斷路器、滅磁開關及停機、停爐。

240．試述大型水輪發電機—變壓器組繼電保護配置特點。

答：大型水輪發電機--變壓器組繼電保護配置與汽輪發電機變壓器組繼電保護配置文要的不同點是：

1)不裝設勵磁問路兩點接地保護；

2)不裝設逆功率保護；

3)不裝設頻率異常保護；

4)與同容量的汽輪發電機相比，水輪發電機體積較大，熱容量大，負序發熱常數A值也大得多，所以除了雙水內冷式水輪發電機外，不采用反時限特點的負序電流保護；

5)水輪發電機的失磁保護經延時作用于跳閘，不作減負荷異步運行。

241．同步調相機應裝設哪些保護?

答：同步調相機應裝設如下保護：

(1)縱差保護。保護同步調相機定子線圈，若有啟動電抗器時，電抗器也包括在縱差保護范圍內。

(2)定子繞組單相接地保護。

(3)橫差保護。在有并聯分支的大型間步調相機才裝設。

(4)勵磁回路一點接地保護。

(5)調相機的低電壓保護。

(6)調相機的過負荷保護。

(7)調相機的有功方向保護。

242．同步調相機保護與發電機保護有哪些區別?

答：同步調相機與發電機保護的區別如下：

(1)調相機的電壓保護：電壓消失時，調相機將停止運行，為防止電壓恢復時調相機在無啟動設備的情況下再啟動，低電壓保護應動作，從系統中切除停止運行調相機。低電壓保護的動作電壓為0.4倍額定電壓并帶有9s時限。

(2)調相機的過負荷保護：在電壓長期降低的情況下，由于調相機電壓調節器和強勵裝置的作用，調相機可能出現長時間的過負荷。故應裝設動作于信號的過負荷保護，也可以較長時間跳閘，過負荷保護的動作電流采用1.4倍額定電流。

(3)調相機的有功方向保護：為了避免外來電源消失后，調相機有功功率反饋，導致與調相機接在同一母線上的按頻率減負荷裝置誤動作，因而在有功功率反饋時，有功方向保護應立即切除調相機。

(4)調相機無須裝設反映外部故障的過電流保護，其原因是：

1)系統故障時，需要調相機送出大量無功功率以便恢復電壓，此時切除調相機是不合理的。

2)外部故障切除電源后，調相機的轉速降低，由它供給的故障短路電流亦隨之減少。

3)當外部故障電壓降低很多時，低電壓保護也將動作切除調相機。

243．500kV并聯電抗器應裝設哪些保護及其作用?

答：高壓并聯電抗器應裝設如下保護裝置：

(1)高阻抗差動保護。保護電抗器繞組和套管的相間相接地故障。

(2)匝間保護。保護電抗器的匝間短路故障。

(3)瓦斯保護和溫度保護。保護電抗器內部各種故障、油面降低和溫度升高。

(4)過流保護。電抗器和引線的相間或接地故障引起的過電流。

(5)過負荷保護。保護電抗器繞組過負荷。

(63中性點過流保護。保護電抗器外部接地故障引起中性點小電抗過電流。

(7)中性點小電抗瓦斯保護和溫度保護。保護小電抗內部各種故障、油面降低和溫度升高。

244．500kV并聯電抗器匝間保護的構成原理是什么?

答：由于500kV并聯電抗器的構造大多采用分相式結構，因此主要的故障為單相接地和匝間短路，在單相接地和匝間短路時，由于故障相與非故障相的不平衡即產生零序電壓和容序電流，但當電抗器輕微匝間短路時，零序電壓很小，現采用零序電流形成的電壓進行補償。因此采用帶補償電壓的零序功率方向可以靈敏地反應電抗器各種匝間短路故障和內部單相接地。

245．什么是母線完全差動保護?什么是母線不完全差動保護?

答：(1)母線完全差動保護是將母線上所有的各連接元件的電流互感器按同名相、同極性連接到差動回路，電流互感器的特性與變比均應相同，若變比不能相同時，可采用補償變流器進行補償，滿足∑I＝0。差動繼電器的動作電流按下述條件計算、整定，取其*大值。

1)躲開外部短路時產生的不平衡電流。

2)躲開母線連接元件中，*大負荷支路的*大負荷電流，以防止電流二次回路斷線時誤動。

(2)母線不完全差動保護只需將連接于母線的各有電源元件上的電流互感器，接入差動回路，將無電源元件上的電流互感器不接入差動回路。因此在無電源元件上發生故障，保護將動作。電流互感器不接入差動回路的無電源元件是電抗器或變壓器。

246．試述雙母線完全差動保護的主要優缺點?

答：(1)雙母線完全電流差動保護的優點是：

1)各組成元件和接線比較簡單，調試方便，運行人員易于掌握。

2)采用速飽和變流器可以較有效地防止由于區外故障一次電流中的直流分量導致電流互感器飽和引起的保護誤動作。

3)當元件固定連接時母線差動保護有很好的選擇性。

4)當母聯斷路器斷開時母線差動保護仍有選擇能力；在兩條母線先后發生短路時母線差動保護仍能可靠地動作。

(2)其缺點為：

1)當元件固定連接方式破壞時，如任一母線上發生短路故障，就會將兩條母線上的連接元件全部切除。因此，它適應運行方式變化的能力較差。

2)由于采用了帶速飽和變流器的電流差動繼電器，其動作時間較慢(約有30—40ms的動作延時)，不能快速切除故障。

3)如果啟動元件和選擇元件的動作電流按避越外部短路時的*大不平衡電流整定，其靈敏度較低。

247．什么是固定連接方式的母線完全差動保護?什么是母聯電流相位比較式母線差動保護?

答：雙母線同時運行方式，按照一定的要求，將引出線和有電源的支路分配固定連接于兩條母線上，這種母線稱為固定連接母線。這種母線的差動保護稱為固定連接方式的母線完全差動保護。對它的要**當一母線故障時，只切除接于該母線的元件。另一母線可以繼續運行，即母線差動保護有選擇故障母線的能力。當運行的雙母線的固定連接方式被破壞時，該保護將無選擇故障母線的能力，而將雙母線上所有連接的元件切除。

母線電流相位比較式母線差動保護主要是在母聯斷路器上使用比較兩電流相量的方向元件，引入的一個電流量是母線上各連接元件電流的相量和即差電流，列入的另一個電流量是流過母聯斷路器的電流。在正常運行和區外短路時差電流很小，方向元件不動作；當母線故障不僅差電流很大且母聯斷路器的故障電流由非故障母線流向故障母線，具有方向性，因此方向元件動作且具有選擇故障母線的能力。

248．試述母線電流相位比較式母線差動保護的主要優缺點。

答：這種母線差動保護不要求元件固定連接于母線，可大大地提高母線運行方式的靈活性，這是它的主要優點。但這種保護也存在缺點，主要有：

(1)正常運行時母聯斷路器必須投入運行。

(2)當母線故障，母線差動保護動作時，如果母聯斷路器拒動，將造成由非故障母線的連接元件通過母聯斷路器供給短路電流，使故障不能切除。

(3)當母聯斷路器和母聯斷路器的電流互感器之間發生故障時，將會切除非故障母線，而故障母線反而不能切除。

(4)每條母線一定要有電源，否則有電源母線發生故障時，母聯斷路器無電流流過，母差比相元件不能動作，母線差動保護將拒動。

(5)兩組母線相繼發生故障時，只能切除先發生故障的母線，后發生故障的母線因這時母聯斷路器己跳閘，選擇元件無法進行相位比較而不能動作，因而不能切除。

249．試述電流相位比較式母線保護的基本工作原理。

答：無論是電流差動母線保護還是比較母聯斷路器的電流與總差動電流相位的母線保護，其啟動元件的動作電流必須避越外部短路的*大不平衡電流。這在母線上連接元件較多、不平衡電流很大時，保護裝置的靈敏度可能滿足不了要求。因此，出現了電流相位比較式母線保護，其工作原理如下：

以母線上接入兩條線路為例，當其正常運行或母線外部短路時流入母線與流出母線的電流大小相等，相位相差180°。當母線上發生短路時，短路電流均流向母線短路點，如果提供短路電流電源的電動勢同相位，且兩支路的短路阻抗角相同時，兩個電流就同相位，其相位角差為0°。因此，可由比相元件來判斷母線上是否發生故障。這種母線保護只反應電流間的相位，因此具有較高的靈敏度。

250．試述中阻抗型快速母線保護的特點。

答：快速母線保護是帶制動特性的中阻抗型母線差動保護，其選擇元件是一個具有比率制動特性的中阻抗型電流差動繼電器，解決了電流互感器飽和引起母線差動保護在區外故障時的誤動問題。保護裝置是以電流瞬時值測量、比較為基礎的、母線內部故障時，保護裝置的啟動元件、選擇元件能先于電流互感器飽和前動作，因此動作速度很快。中阻抗型快速母線保護裝置的特點：

(1)雙母線并列運行，一條母線發生故障，在任何情況下保護裝置均具有高度的選擇性。

(2)雙母線并列運行，兩線母線相繼故障，保護裝置能相繼跳開兩條母線上所有連接元件。

(3)母線內部故障，保護裝置整組動作時間不大于10ms。

(4)雙母線運行正常倒閘操作，保護裝置可靠運行。

(5)雙母線倒閘操作過程中母線發生內部故障；若一條線路兩組隔離開關同時跨接兩組母線時，母線發生故障，保護裝置能快速切除兩組母線上所有連接元件，若一條線路兩組隔離開關非同時跨接兩組母線時，母線發生故障，保護裝置仍具有高度的選擇性。

(6)母線外部故障，不管線路電流互感器飽和與否，保護裝置均可靠不誤動作。

(7)正常運行或倒閘操作時，若母線保護交流電流回路發生斷線，保護裝置經整定延時閉鎖整套保護，并發出交流電流回路斷線告警信號。

(8)在采用同類斷路器或斷路器跳閘時間差異不大的變電所，保護裝置能保證母線故障時母聯斷路器先跳開。

(9)母聯斷路器的電流互感器與母聯斷路器之間的故障，由母線保護與斷路器失靈保護相繼跳開兩組母線所有連接元件。

(10)在500kV母線上，使用暫態型電流互感器，當雙母線接線隔離開關雙跨時，啟動元件可不帶制動特性。在220kV母線上，為防止雙母線接線隔離開關雙跨時保護誤動，因此啟動元件和選擇元件一樣均有比率制動特性。