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电力装置的继电保护和自动装置设计规范GB 50062-92


电力装置的继电保护和自动装置设计规范
中华人民共和国国家标准 GB 50062-92

条文说明

前言

根据国家计委计综[1986] 2630 号文的要求,由能源部东北电力设计院 对《工业与民用电力装置的继电保护和自动装置设计规范》GBJ62-83 进行了修订,经建设部建标[1992] 425 号文批准发布

。名称改为《电力 装置的继电保护和自动装置设计规范》GB 500062-92。

为便于广大设计、施工、科研、学校等有关人员在使用本规范时能正确 理解和执行条文规定, 规范编订组根据国家计委关于编制规范条文说明 的统一要求,按规范的章、节、条顺序编制了条文说明,供有关人员参 考。在使用中如遇有问题,请将意见和有关材料寄交能源部电力规划设 计总院和东北电力设计院《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》 修订组。

本条文说明仅供国内有关部门和单位执行本规范时使用,不得翻印。

1992 年 7 月

目 录 第一章 总则 第二章 一般规定 第三章 发电机的保护 第四章 电力变压器的保护 第五章 3~63KV 中性点非直接接地电力网中线路的保护 第六章 110kV 中性点直接接地电力网中线路的保护 第七章 母线的保护 第八章 电力电容器的保护 第九章 3KV 及以上电动机的保护 第十章 自动重合闸 第十一章 备用电源和备用设备的自动投入装置 第十二章 自动低频减载装置 第十三章 同步并列及解列 第十四章 二次回路

第一章 总 则

第 1.0.1 条 说明制定本规范的目的。本规范作为国家标准, 是全国 各地区、各部门共同遵守的准则和依据。制定本规范的目的在于贯彻执 行国家的技术经济政策, 使继电保护和自动装置的设计, 做到安全可靠、 技术先进和经济合理。

就其内容来讲是关于设计要求方面的一些原则规定,考虑到实用的需 要,一些条款规定的比较具体、比较详细。

第 1.0.2 条 原规范适用于 3-35kV 电力设备和线路的继电保护和自 动装置。

考虑到国民经济和电力建设的发展, 许多工业企业及民用电力装置的电 压等级已超过 35kV, 工矿企业自备电站也有很大发展。 因此要求规范提 高电压适用的范围,增加发电机和变压器的有关内容。这次规范修订包 括 3-110kV 电力线路和设备, 单机容量为 25MW 及以下的发电机, 63MVA 及以下电力变压器的继电保护和自动装置。

第 1.0.3 条 本条说明工程设计不得选用未经过按国家规定鉴定合格 的继电保护和自动装置产品。 这应当看作是保证继电保护和安全自动装 置工程设计质量的重要环节,所以作此明确规定。

第 1.0.4 条 这一条的规定是必要的。 继电保护和自动装置设计也涉 及到其它专业的标准,如各种继电器的国家标准,因此也应当符合这些 国家标准。

第二章 一般规定

第 2.0.1 条 本条规定了电力网中的电力设备和线路装设继电保护和 安全自动装置的必要性和主要作用。 作用是应能尽快地动作切除短路故

障; 故障切除后靠自动装置来尽快地恢复供电, 以保证电力网安全运行; 限制故障设备损坏程度和减少停电范围。

第 2.0 4 条 本条规定校验保护装置的灵敏系数,应根据不利正常运行 方式和不利故障类型进行计算。

不利正常运行方式,系指正常情况下的不利运行方式和正常检修方式。

正常不利运行方式,通常指在非故障和检修方式下,电厂中因机组开启 与停运等,引起继电保护装置灵敏系数降低的不利运行方式。

例如:夏季丰水期水电大发,水电厂尽量多开机,而火电厂相应地减少 开机。

这种方式下,安装在火电厂侧的保护装置的灵敏系数可能降低。校验火 电厂侧保护装置的灵敏系数应取这种不利的运行方式。反之,在冬季枯 水期,水电厂减少开机,火电厂相应地少留备用多开机。这种情况下, 安装在水电厂侧的保护装置的灵敏系数降低。 校验水电厂侧保护装置的 灵敏系数应取这种不利的运行方式。

正常检修方式,系指一条线路或一台电力设备检修的运行方式。继电保 护的整定计算中, 可不考虑两个及两个以上电力设备或线路同时检修的 情况。

本条文又规定,校验保护装置灵敏系数,当必要时,应计及短路电流衰 减的影响。对低压电网,尤其是安装在发电厂附近的低压线路或电力设

备的继电保护装置,如果保护动作时间长,在保护动作时,短路电流已 经衰减,将会影响保护装置的灵敏系数。对此,需要考虑短路电流衰减 的影响。

第三章 发电机的保护

第 3.0.1 条 本条说明对发电机的哪些故障及异常运行方式应装设相 应的保护。

对于发电机定子绕组相间短路, 定子绕组匝间短路和发电机外部的短路 故障,应分别装设主保护和后备保护,对于定子绕组接地、过电压、过 负荷,发电机失磁和励磁回路一点及二点接地应装设异常运行保护,必 要时还可以装设辅助保护。

对于发电机匝间短路按本规范第 3.0.5 条规定,在有条件装设横联差 动保护的发电机应装设横联差动保护,以保护匝间短路,对于没有条件 装设横联差动保护的发电机不要求装设专用匝间短路保护。 按目前国产 发电机设计情况,定子绕组为星形接线,有并联分支,在中性点有分支 引出端子发电机有 QF-3-2、 QFK-3-2、QFG-3-2,TOC-6075/2、QFz -25-2、QF-25-2、TOG-25-2 等多种机型,有装设横联差动保护的 条件。另外,匝间短路危害严重,统计表明在中小机组上发生匝间短路 的频次也多,而横联差动保护构成简单,保护动作的安全可靠性好,可 有效地保护发电机匝间短路和定子绕组断线故障, 故规定在有条件时应 装设横联差动保护。

本条之八,对励滋电流异常下降或消失称为失磁故障,符合习惯叫法, 其保护继电器国内外都称作失磁保护, 即要求失磁保护既保护发电机完 全失去励磁,又保护部分失去励磁的故障。

关于逆功率保护。对于大型机组需要装设逆功率保护,而对于小型机组 我国多年来的作法是,当主汽门关闭时,在主控制室给出声光信号。由 运行值班员根据实际情况,做出判断处理,或重新挂闸送汽恢复运行, 或跳开发电机主开关。

也有一些工程采用主汽门掉闸联跳发电机主开关的作法。 中小型机组这 样处理方式一般说是合适的,并未发现造成某种严重后果,因此不必规 定装设逆功率保护。

另外应当说明。按规范的编写方式,对于有特殊要求的发电机。并未排 除,即不禁止装设诸如逆功率或其它保护装置。自然,如无“特殊”可 言,则应当按标准办事。

第 3.0.2 条 本条说明保护出口动作方式。其中, “解列”适用于发 电机外部短路故障保护和某些异常运行方式如失磁保护, 保护出口动作 于发电机断路器或母联(分段)断路器,不动作于灭磁开关,这样汽轮 发电机组在运行中甩掉了基本负荷,但还可以带厂用电在额定频率、额 定电压下稳定运行,如果需要可以随时并网恢复供电。而“停机”不仅 要断开发电机断路器,并且要动作于灭磁开关,还要停原动机。在发电

机内部发生短路故障时,保护应动作于停机。在实际工程设计中,有时 两种保护出口方式并存,有时只用一种。本章条文中有具体规定。

第 3.0.3 条 本条说明对发电机定子绕组及其引出线的相间短路故障 应装设的保护装置。

作为发电机的主保护, 对不同类型和特点的发电机应配置相应的保护装 置。对于 1MW 以上的发电机,规定应装设纵联差动保护;对于 1Mw 及以 下的发电机,根据不同情况选择下列保护中的一种:过电流、低电压、 电流速断、低压过流、纵联差动保护等。

第 3.0.4 条 关于发电机定子绕组单相接地的条文。

关于发电机定子绕组单相接地故障接地电流允许值, 本规范定为 4A。 如 果电机制造厂家给出了这个数值,则以制造厂数据为准,鉴于一般情况 下,制造厂未规定发电机定子绕组单相接地故障接地电流允许值,所以 参照原水电部标准 《继电保护和安全自动装置规程》 SDJ6-S3 表 2. 4, 2. 按发电机额定电压力 6kV 考虑接地电流允许值为 4A。

发电机中性点有不接地、经消孤线圈接地或经电阻接地等接地方式,讨 论发电机是否装设有选择性的接地保护,不考虑消弧线圈的补偿作用, 因为消弧线圈有退出运行的可能, 应按实际运行可能出现的单相接地电 流值是否大于允许值确定。

“对发电机变压器组应装设保护区不小于 90%的定子接地保扩”的规 定,电力系统各部门多年来都是按此执行的。

第 3.0.5 条 关于发电机匝间短路装设横联差动保护的规定。

如第 3.0.1 条的说明所述,发电机横联差动保护构成简单,动作安全 可靠,在有条件的时候应装设横联差动保护。当没有条件装设横联差动 保护时,主要是指发电机中性点侧没有并联分支引出线,规范不要求装 设其它专用发电机匝间短路保护。

第 3.0.6 条 对发电机后备保护配置和定值整定作了规定。

所提出的三个后备保护方案, 一般说满足了小型发电机各种接线方式或 系统参数情况下对后备保护的要求,不需要装设距离保护作为后备保 护。 具体工程设计选择方案时, 应首先考虑相对地最简单的过电流保护, 其次是低电压起动的过电流保护,或者复合电压起动的过电流保护。

后备保护宜带二段时限,首先跳母联或分段断路器,之后以第二个时限 动作于停机。这个保护出口跳闸方案在小型电厂或变电所是适用的,首 先将母线解列,使没有故障的系统立即恢复正常运行,可以有效地避免 跳开所有的发电机。

对于自并励发电机, 考虑到发电机及引出线上的短路故障在持续一段时 间如一秒钟左右,发电机短路电流会有不同程度的下降,不宜用一般的 过电流保护作为后备,可采用低电压保护的过电流保护作为后备保护。

第 3.0.7 条 本条规定发电机应装设定子绕组过负荷保护。

关于过负荷,发电机有几种情况,用词应予以区别。习惯上称发电机过 负荷系指发电机出力超过额定值; 发电机定子绕组对称过负荷系指发电 机正序电流值超过额定值; 发电机定子表层过负荷系指发电机定子绕组 负序电流超过允许值;还有发电机励磁绕组过负荷。应当说明的是发电 机过负荷可能是由于发电机定子绕组过电流产生的, 也可能不完全是由 过电流引起的,而是由于电流、电压或功率因数升高综合作用的结果。 本条所谓发电机定子绕组过负荷系指发电机定子绕组电流超过额定值 的情况。从继电保护方面看,为保护定子绕组对称过负荷,保护装置接 一相电流即可。各相电流的不对称性用负序电流的大小来衡量,容量较 大的发电机才需单独装设负序过负荷保护。

第 3. 0. 8 条 本条规定对水轮发电机应装设定子绕组过电压保护。 而 对汽轮发电机规范不规定装设定子绕组过电压保护。

第 3. 0. 9 条 对发电机励磁回路接地故障, 规范规定根据不同情况应 装设一点或二点接地故障保护装置或定期检测装置。

励磁回路保护,对于汽轮发电机和水轮发电机的要求是不一样的。

汽轮发电机可装设绝缘检查电压表,作为一点接地故障定期检测装置; 对两点接地故障应装设二点接地保护装置。而对于水轮发电机,由于水 轮发电机都是多极机,一旦励磁回路发生二点接地故障,除了励磁绕组 被短路将产生很大的短路电流之外, 还有一个更为严重的问题就是产生

强烈的振动,因此一般只装设一点接地保护,保护动作于信号。发生励 磁回路一点接地后, 值班员应尽快安排停机, 避免发生第二点接地短路。 对于 1MW 及以下的水轮发电机可只装设一点接地故障定期检测装置。

第 3. 0.10 条 对发电机的失磁故障应装设失磁保护的规定。

所谓失磁故障一般理解为励磁电流异常下降或完全消失的故障。 规定当 采用自并激式半导体励磁系统时, 而且发电机是不允许失磁运行或根据 电力系统稳定条件不允许异步运行时则应装设专用的失磁保护。 规范不 要求对采用自复激式、谐波励磁方式等励磁系统装设专用的失磁保护。 当发电机采用直流励磁机励磁时, 应有灭磁开关联跳发电机断路器的接 线,不要求装设专用的失磁保护。

第四章 电力变压器的保护

第 4.0.1 条 本条列举电力变压器的故障类型及异常运行方式,以便 装设相应的保护。

第 4.0.4 条 本条对变压器的纵联差动保护提出了具体要求。

一、关于差动保护的整定值问题。过去变压器采用带速饱和差动保护装 置,整定值要躲开电流互感器二次回路断线、励磁涌流和外部故障不平 衡电流值,一般灵敏系数较低。特别是变压器匝间短路(这是常见的故 障)时灵敏系数更低。

目前晶体管纵联差动保护对变压器各侧均有制动, 如不考虑电流互感器 二次回路断线情况,整定值可以降低,以提高灵敏性。但当整定值小于 额定电流时,应尽量不在差动回路内连接其它元件,以减少或防止电流 互感器二次回路故障的可能性。

二、关于差动保护使用变压器套管电流互感器的问题。变压器高压侧使 用套管电流互感器而不另装互感器,具有很大的经济价值,按电力变压 器国家标准规定,在 63kv 和 110kV 级容量分别为 8000kVA 和 16000kVA 及以上的变压器才供给套管型电流互感器。 但当差动保护使用变压器套 管电流互感器时,则变压器该侧套管或引线故障相当于母线故障,将切 除较多的系统元件或使切断的时间过长。 而目前国内变压器高压侧套 管引线的故障,在变压器总故障次数中所占比例还是不少的;另外,套 管电流互感器的组数是三组,安排起来比较紧:差动保护用一组,母线 保护用一组,后备保护就要和仪表共用一组。一组互感器上连接元件过 多,不仅负担可能过大而且降低了可靠性。此外变压器电流互感器试验 时也存在一些困难,例如无法通入大电流做变比试验。

根据上述情况,条文规定差动保护范围一般包括套管及其引出线,即一 般不使用变压器套管电流互感器构成差动保护。仅在某些情况下,例如 63KV 和 110KV 电压等级的终端变电所和分支变电所; 63KV 和 110KV 变 压器高压侧未装断路器的线路变压器组,其变压器容量分别为 8000kVA 和 16000kVA 及以上时,才利用变压器套管电流互感器构成差动保护。

此外, 当变压器回路的一次设备由于检修或其它原因退出运行而用旁路 回路代替时,作为临时性措施,差动保护亦可利用变压器套管电流互感 器。

第 4.0.5 条 本条对由外部相间短路引起的变压器过电流应装设的保 护装置作了规定。 过电流保护装置的整定值应考虑变压器区外故障时可 能出现的过负荷。而不能按避越变压器的额定电流来整定。

第 4.0.6 条~第 4.0.7 条 目前运行的双线圈变压器和三线圈变压 器的外部短路过电流保护一般比较复杂, 设计和运行单位普遍提出应该 加以简化。但在具体工程设计时,由于对一些很少机会出现的故障情况 考虑过多,往往还是得不到简化。因此条文中集中各地的意见和经验提 出了简化原则和保护的具体配置原则。

第 4.0.8 条 本条是直接接地电力网中关于中性点直接接地变压器零 序电流保护的规定。 指出双线圈及三线圈变压器的零序电流保护应接于 中性点引出线的电流互感器上, 这种方式在变压器外部和内部发生单相 接地短路时均能起保护作用。

第 4.0.9 条 本条对经常不接地运行的变压器采取的特殊保护措施作 了明确规定。

110kv 直接接地电力网中低压侧有电源的变压器,中性点可能直接接地 运行,也可能不接地运行。对这类变压器,应当装设反应单相按地的零 序电流保护,用以在中性点接地运行时切除故障;还应当装设专门的零

序电流电压保护,用以在中性点不接地运行时切除故障。保护方式对不 同类型的变压器又有所不同,下面分别予以说明。

一、全绝缘的变压器

当变压器低压侧有电源且中性点可能不接地运行时, 还应增设零序过电 压保护。

全绝缘变压器为什么还要装设零序过电压保护?根据 《电力设备过电压 保护设计技术规程》 7-79, SDJ 对于直接接地系统的全绝缘变压器, 内 过电压计算一般为 3Uxg(Uxg---最高运行相电压)。当电力网中失去接 地中性点并且发生弧光接地时,过电压值可达到 3.0Uxg, 因此一般不 会使变压器中性点绝缘受到损害;但在个别情况下,弧光接地过电压值 可达到 3.5Uxg,如持续时间过长, 仍有损坏变压器的危险。由于一分 钟工频耐压大于等于 3.0Uxg,所以在 3.5Uxg 电压下仍允许一定时间, 装设零序过电压保护经 0.5s 延时切除变压器, 可以防止变压器遭受 弧光接地过电压的损害。其次,在非直接接地电力网中,切除单相接

地空载线路产生的操作过电压,可能达到 4.0Uxg 及以上。 电力网中 失去接地中性点且单相接地时,以 0.5s 延时迅速切除低压侧有电源的 变压器, 还可以在某些情况下避免电力设备遭受上述操作过电压的袭 击。此外,当电力网中电容电流较大时,如不及时切除单相接地故障, 有发展成相间短路的可能,因此,装设零序过电压保护也是需要的。

在电力网存在接地中性点且发生单相接地时,零序过电压保护不应动 作。动作值应按这一条件整定。当接地系数 X0/X1≤3 时。故障点零序 电压小于等于 0 .6Uxg,因此,一般可取动作电压力 180V。当实际系 统中 X0/X1<3 时, 也可取与实际 X。 /X1 值相对应的低于 180V 的整定 值。

二、分级绝缘的变压器。对于中性点可能接地或不接地运行的变压器, 中性点有两种接地方式:装设放电间隙和不装设放电间隙。这两种接地 方式的变压器,其零序保护也有所不同。

1.中性点装设放电间隙。放电间隙的选择条件是:在一定的 X0/X1 值 下,躲过单相接地暂态电压。一般 X0/X1≤3,此时, 按躲过单相接地 暂态电压整定的间隙值, 能够保护变压器中性点绝缘免遭内过电压的损 害,当电力网中失去接地中性点且单相接地时,间隙放电。

对于中性点装设放电间隙的变压器,要按本规范 4.0.9 条的规定装设 零序电流保护,用于在中性点接地运行时切除故障。

此外,还应当装设零序电流电压保护,用于在间隙放电时及时切除变压 器,并作为间隙的后备,当间隙拒动时用以切除变压器。

零序电流电压保护由电压和电流元件组成,当间隙放电时,电流元件动 作;拒动放电时,电压元件动作。电流或电压元件动作后,经 0.5s 时 限切除变压器。

零序电压元件的动作值的整定与本条第一款零序过电压保护相同。

零序电流元件按间隙放电最小电流整定,一般取一次动作电流为 100A。

采用上述零序电流保护和零序电流电压保护时, 首先切除中性点接地变 压器,当电力网中失去接地中性点时,靠间隙放电保护变压器中性点绝 缘,经 0. 5s 延时再由零序电流电压保护切除中性点不接地的变压器。 采用这种保护方式,好处是比较简单,但当间隙拒动时,则靠零序电流 电压保护变压器,在 0.5s 期间内,变压器要承受内过电压,如系间歇 电弧接地,一般过电压值可达 3.0Uxg, 个别情况下可达 3.5Uxg,变 压器有遭受损害的可能性。

2.中性点不装设放电间隙。对于中性点不装设放电间隙的变压器,零 序保护应首先切除中性点不接地变压器。此时,可能有两种不同的运行 方式:一是任一组母线上至少有一台中性点接地变压器,二是一组母线 上只有中性点不接地变压器。 对这两种运行方式, 保护方式也有所不同。

当任一组母线上至少有一台中性点接地变压器时, 零序电流保护也是由 两段组成,与本规范 4.0.8 条的不同之处,是Ⅰ段只带一个时限, 仅 动作于断开母线联络断路器;Ⅱ段设置两个时限,较短者动作于断开母 线联络断路器,较长者动作于切除中性点接地的变压器,这点仍与本规 范 4.0.8 条相同。此外,还要装设零序电流电压保护,它在中性点接 地变压器有零序电流、 中性点不接地变压器没有零序电流和母线上有零 序电压的条件下动作,经延时动作子切除中性点不接地的变压器,零序

电流电压保护的时限与零序电流保护Ⅱ段的两个时限相配合, 以保证先 切除中性点不接地变压器,后切除中性点接地变压器。零序电流Ⅰ段只 设置一个时限,而不设置两个时限,是为了避免与零序电流电压保护的 时限配合使接线复杂化。

当一组母线上只有中性点不接地变压器时。 为保护首先切除中性点不接 地运行的变压器,则不能用上述首先断开母线联络断路器的方法。在条 文中规定,采用比较简单的办法:反应中性点接地变压器有零序电流; 中性点不接地变压器没有零序电流和母线上有零序电压的零序电流电 压保护,其动作时限与相邻元件单相接地保护配合;零序电流保护只设 置一段,带一个时限,时限与零序电流电压保护配合,以保证首先切除 中性点不接地变压器。

当一组母线上只有中性点不接地变压器时,为了尽快缩小故障影响范 围,减少全停的机会,若也采用首先断开母线联络断路器保护方式,则 将在约 0.5s 的时间内,使中性点不接地变压器遭受内过电压袭击,这 与中性点装设放电间隙而间隙拒动的情况类似 (只是后者机率小一些) 。 为设备安全计,在条文中没有推荐采用这种保护方式。

测量母线零序电压的电压元件,一般应比零序电流元件灵敏,但应躲过 可能出现的最大不平衡电压,一般可取 5V。

为了测量中性点接地变压器的零序电流, 各变压器的零序电流电压保护 之间有横向联系,这降低了可靠性,已有导致误动作的事例。为消除这

一横向联系,可以测量不接地变压器负序电流的负序元件,代替测量接 地变压器零序电流的方式,但这种方式尚无采用者,故在修改条文中没 有列入。

第 4.0.14 条 按电力变压器国家标准 GB 1094-71 第 20 条“强迫油 循环风冷,强迫油循环水冷的变压器,当发生事故切除冷却系统时(对 强油循环风冷的,指停止风扇及油泵,强油循环水冷的,指停止水及油 循环);在额定负荷下允许的运行时间:当容量为 125MVA 及以下时为 20 分钟, 以上时为 10 分钟。 ”按上述规定, 油面温度尚未到达 75℃时, 允许上升到 75℃, 在允许的时间内保护装置动作应作用于信号; 当超过 允许的时间时,保护装置动作应作用于跳闸,将变压器断开。

按电力变压器国家标准 GB6541-86 规定,800kVA 及以上的变压器,应 装有压力释放装置,当内部压力达到 0.5 标准大气压时,应可靠释放 压力。当厂家配套供应压力释放装置并有接点引出时,应增加压力释放 装置作用于信号或动作于跳闸的保护。

第五章 3~63kV 中性点非直接接地电力网中线路的保护

第 5. 0. 5 条 本条系对 3-63kV 中性点非直接接地电力网中的单相接 地故障,继电保护配置原则的具体规定。

一款规定在发电厂和变电所母线,应装设单相接地监视信号装置。一旦 电网中发生单相接地故障,信号装置动作告警,以便通告运行人员及时 处理及寻找故障点。

二款规定“宜在线路上装设有选择性的单相接地保护”。

对有零序电流互感器的线路,或者不能安装零序电流互感器,而单相接 地保护能够躲过电流回路中不平衡电流的影响, 也可将保护装置接于三 相电流互感器构成的零序回路中。

三款的规定,是指在出线回路数不多,线路又不是特别重要,或装设接 地保护也难保证有选择性时,可以采取依次断开线路的方法,寻找单相 接地在哪条线路。有时为了快速恢复对完好线路的供电,断开后如无故 障,靠自动重合闸恢复供电。

第六章 110kV 中性点直接接地电力网中线路的保护

第 6.0.2 条 规定 110kv 线路保护宜采用远后备方式。此条规定一是 可简化保护, 二是因为一般 110KV 线路断路器不专门设置失灵保护, 也 需要线路保护实现远后备方式。三是对一般电网中的 110KV 线路, 远 后备保护装置具有足够灵敏度,实现远后备方式亦能满足要求。

第 6.0.5 条 规定 110KV 线路需要装设全线速动保护的条件。

作本条规定,是因为在 110kv 线路上一般可不装设全线路速动保护,但 在下列条件下需要设置全线路速动主保护:

一是系统稳定要求必须装设。 对复杂电网中的 110kV 线路, 尤其是 110kV 短线路,当线路上发生故障时,如果线路保护带时间动作切除故障,将

会引起电网稳定破坏事故。这种情况,应该在 110kV 线路上,配置全线 速动主保护装置。

二是当线路发生三相短路时, 使厂用电母线或重要用户母线电压下降到 低于额定电压的 60%, 若继电保护不能快速动作切除故障, 就会造成大 面积停电,或甩掉大量重要用户,也需要配置全线速动主保护装置,用 以快速切除短路故障,保证重要用户供电。

第七章 母线的保护

第 7.0.1 条 本条分两款具体现定发电厂和变电所需要装设专用母线 保护的条件。对于不装设专用母线保护情况,可由发电机和变压器的后 备保护来实现对母线的后备。

第 7.0.5 条 关于旁路断路器、母联兼旁路断路器及专用母联断路器, 应装设继电保护的具体规定。本条内容本不属于母线保护,但由于条文 简单,不必要专设一章节。同时。这些设备都属母线公用设备范围,故 列为本章的一条。

第八章 电力电容器的保护

第 8.0.1 条 目的是规定并联电容器组的故障类型,以便装设相应的 保护。

第 8.0.2 条 是按照前一条列举的故障类型而提出的保护方式。

第二款明确提出熔丝的额定电流的选择原则。 条文强调每台电容器装设 专用的熔断器进行保护。 如果电容器组由若干电容器并联构成并共用一 个熔断器,则当电容器组中任一电容器发生内部短路时,组内健全的电 容器要向故障的电容器放电,从而易使健全的电容器损坏。在熔断器熔 断后使整个并联在一起的电容器均断开, 甚至有可能使全组电容器均断 开,这是很不恰当的。

熔丝额定电流,按电容器的电容允许偏差±10%,电容器按允许在 1.3 倍额定电流下长期工作的条件选择, 即熔丝额定电流计算值为 1. 1x1. 3 =1.43,故可按 1.5-2.0 倍电容器额定电流选用。

电容器发生故障以后,将引起电容器组三相电容不平衡。第三款所列的 各种保护方式都是从这个基本点出发来确定的。

电容器耐受过电压的能力较低,这是由电容器本身的特点决定的。当一 组电容器中个别电容器损坏切除或内部击穿, 使串联的电容器之间的电 压分布发生变化,剩余的电容器承受过电压。IEC 标准和我国的国家标 准规定,电容器连续运行的工频过电压不超过 1.10 倍额定电压。基于 这一点,本款规定,故障引起电容器端电压超过 110%额定电压时,保 护应将整组电容器断开。

第三款第一项规定, 单星形接线的电容器组可采用中性线接地电压不平 衡保护。其原理如下:电容器组各相上并接有作为放电线圈的电压互感 器, 其一次侧不接地, 将其二次线圈接成开口三角形, 接一电压继电器。

当任一相中有电容器故障时, 三相电容不对称, 在开口三角中出现电压, 使继电器动作。由于一次侧中性点不接地,故不论系统中出现三次谐波 电压或系统发生单相按地故障对保护都没有影响。

第三款第二项建议多段串联单星形接线的电容器组, 可采用段间电压差 动或桥式差电流保护, 也是利用作为放电线圈的电压互感器, 每段一台, 互感器的二次侧按差接。

第三款第三项规定对双星形接线的电容器组, 采用中性线不平衡电压或 不平衡电流保护,这种保护在国内各地区拥有成功的运行经验。但这种 方式也有一定缺点, 例如由于制造的误差每台电容器的电容值不能完全 相等,要保持两组电容器的正常电容值完全平衡比较困难。

第五款电力电容器可能承受的过电压除第三款中所述原因外, 还可能由 于系统出现工频过电压(一堆轻负荷状态出现的工频过电压,一是操作 过电压和雷电过电压),电容器所在的母线电压升高,当此电压超过电 容器的最高容许电压时,内部游离增大,可能发生局部放电。因此应保 持电容器组在不超过 110 倍的额定电压下运行。 装设过电压保护的目的 就在于此。

第六款 从电容器本身的特点来看,运行中的电容器如果失去电压,电 容器本身并不会损坏。 但运行中的电容器突然失压可能产生以下两个后 果:其一,如变电所因电源测瞬时跳开或主变压器断开,而电容器仍接 在母线上,当电源重合闸或备用电源自动投入时,母线电压很快恢复,

而电容器上的残余电压还未来得及放电降到 0.1 倍额定电压以下, 这就 有可能使电容器承受高于 1.1 倍的额定电压,而造成损坏。其二,当变 电所失电后,电压恢复,电容器不切除,就可能造成变压器带电容器合 闸,而产生谐振过电压损坏变压器的电容器。此外,当变电所停电后, 电压恢复的初期,变压器还未带上负荷,母线电压较高,这也可能引起 电容器过电压。所以,条文中规定了电容器应装设失压保护,该保护的 整定值既要保证在失压后,电容器尚有残压时能可靠动作,又要防止在 系统瞬间电压下降时

误动作。一般电压继电器的动作值可整定为 0.5~0.6 倍的额定电压, 动作时间需根据系统接线和电容器结构而定。一般可取 0.5~1s。

第 8.0.3 条 在电力系统中,并联电容器常常受到谐波的影响, 特殊 情况,还可能在某些高次谐波产生谐振现象,产生很大的谐振电流。谐 波电流将使电容器过负荷、 过热、 振动和发出异音, 使串联电抗器过热, 产生异音和烧损。谐波对电网的运行是有害的,首先应该对产生谐波的 各种来源进行限制,使电网运行电压接近正弦波形。否则应按本条规定 装设过负荷保护。

第九章 3kV 及以上电动机的保护

第 9.0.1 条 本条对 3kV 及以上的异步电动机和同步电动机装设保护 作了规定。

第 9.0.2 条 本条规定对 2MW 及以上电动机装设纵联差动保护作为电 动机短路故障主保护;2MW 以下电动机,采用电流速断保护,如灵敏系 数不够, 则装设纵联差动保护。

据调查, 以上电动机一般在中性点有引出线, 为装设纵联差动保护 2MW 提供了可行条件。2MW 以下电动机,电流速断灵敏系数系按保护安装处 短路进行计算,要求灵敏系数不小于 2。工程中有的电动机电缆线路较 长, 在电动机端发生短路时,保护灵敏系数很低,对此规范未作规定。 这种情况在低压电动机回路常有发生,而高压电动机回路并不多见。工 程中,对于 3KV 及以上的电动机,电流速断保护按保护安装处短路校验 灵敏度, 保护灵敏系数应大于等于 2; 对于电动机电缆线路特别长的情 况,按电动机端短路校验,灵敏系数不应低于 1.5,这样可以保证电缆 线路上发生二相金属性短路时保护动作于跳闸。 另外, 对于电缆线路长, 限制了短路电流水平,从而降低了保护灵敏度的情况,在计算保护动作 值时也应考虑到电缆线路阻抗的影响,电动机起动电流倍数有所降低, 从而降低保护定值,提高了保护灵敏系数。

第 9.0.4 条 关于电动机装设过负荷保护的条件的规定。

规定中提出有二类电机应装过负荷保护, 此外也有工程反映大型给水泵 等电动机械,从负荷性质说不是易过负荷的,但运行中常有机械犯卡的 现象引起电动机过负荷,亦可装设过负荷保护,根据实际运行需要保护 可动作于信号或跳闸。

“生产中易发生过负荷的电动机”包括各种原因引起的电动机过负荷。

第 9.0.5 条 本条规定电动机应装设低电压保护的条件。

对于为保护重要电动机自起动而需要断开的次要电动机, 有备用自动投 入机械的电动机及根据生产过程不允许或不需要自起动的电动机, 装设 低电压保护,一般应带有 0.5~1.5;时限动作于跳闸。对于根据本条第 三款装设的低电压保护一般带 5~20s 时限动作于跳闸。

第 9.0.6 条 关于同步电动机装设失步保护的规定。目前有各种原理 构成的同步电动机失步保护。比较完善的失步保护,应能适用于各种类 型同步电动机和调相机, 能反应同步电动机带励失步和失励失步以及兼 有断电失步防冲击保护功能。

第 9.0.7 条 关于同步电动机装设专用失磁保护的规定。

同步电动机部分失磁或全部失去励磁的危害主要是: ①同步电动机失磁 即失去同步转矩,电机将进入失步状态,一般电机的异步转矩不能与负 载转矩相平衡;②电机定子绕组将产生很大的脉振电流,电流幅值有可 能超过允许值;③失磁后的同步电动机将从电源吸取大量无功,在某些 情况下有可能使机端母线电压严重降低。为此。有必要装设专用失磁保 护。失磁保护带时限作用于跳闸。这样可以保护运行母线的电压水平, 避免电动机低电压保护动作。当同步电动机失步保护能反应失励失步, 且保护动作于跳闸的时间不是很大时,可不另外装设专用失磁保护。

第 9.0.8 条 关于装设防止非同步冲击的保护的规定。

电源短时中断再恢复时,如果不采取适当保护措施,同步电机将遭受非 同步冲击,而大型同步电机及某些中小电机不允许非同步冲击。因此有 必要装设防止非同步冲击的保护。 规范规定 2MW 及以上的同步电动机及 不允许非同步冲击的同步电动机应装设防止非同步冲击的保护。 非同步 冲击电流允许值在制造厂没有提供具体数据时,可参照规范附录二,非 同步冲击电流允许值为 0.84/X",Xd"为同步电机超瞬变电抗, 标么值。

第十章 自动重合闸

第 10.0.3 条 本条规定非同步自动重合闸的最大冲击电流,不应超过 本规范附录二中的允许值。 附录二中的规定, 已在电力系统中使用多年, 一直没有改变过。在几次审查中,有的专家同志提出,此规定应根据电 机制造厂提供的具体数据进行修改。但各制造厂一时又提不出具体规 定,修改又找不出根据。考虑到本规范适用机组容量最大为 25MW,对于 小型汽轮机、同步调相机、水轮机和电力变压器,附录二中规定仍可适 用。

第十一章 备用电源和备用设备的自动投入装置

第 11.0.1 条 关于装设备用电源或备用设备的自动投入装置的原则的 规定。

本条共规定五款,其中一至四款是属于备用电源的自动投入,第五款是 关于备用设备的自动投入。

鉴于在发电厂、变电所、配电所中,虽有备用电源或备用设备,但也常 常不设置备用自动投入装置,而采用手动投入方式,不应强求一律“自 动投入”,所以规定“可在下列情况装设”。

第 11.0.2 条 关于备用自动投入装置工作原理的要求。

本条有六款规定。实际应用的备用电源自动投入装置工作原理,根据使 用场所的要求,需要考虑的问题还有:交流电压回路断线,备用自动投 入装置(BZT)不应误动;母线电压瞬时消失成波动,BZT 不应动作: 检查备用电源和母线残压的相位差或检查同期等。 规范正文中没有一一 详细列出,只是提出了几点最根本的要求。

第十二章 自动低频减载装置

第 12.0.1 条 规定电力网中变电所和配电所,应成装设足够数量的自 动低频减载装置。

自动低频减载装置的数量,应根据电力系统调度部门的统一安排确定。 调度部门按照负荷的重要性确定,哪些负荷为次要负荷,哪些负荷为必 保的负荷,统一分配每个变电所和配电所,应装设低频减载的数量。自 动低频减载装置, 是一种限负荷的措施,往往用户是不希望装设的,

但电力网中一旦发生功率缺额时,又必须采取此措施,才能保持电网频 率不降低,因此,本条规定要求有足够数量的自动低频减载装置。

第十三章 同步并列及解列

第 13.0.1 条 关于同步并列及装设同步装置的规定。

本条规定,在发电厂和变电所内,禁止有可能发生非同步合闸的并列操 作。

本条还对在什么情况下装设自动准同步装置、 手动准同步装置和自动自 同步装置作了规定。

据了解在火力发电厂已不再采用自同步并列方式。 但水轮发电机组采用 自同步并列能以更快的速度并网发电, 在规定的冲击电流限值下自同步 并列并无损害,因此水电厂,特别在处理故障过程中,还采用自同步并 列。

第 13.0.2 条 关于发电机采用自同步方式并列的要求。

本条中的两款规定及附录二多年沿用至今。当非同步合闸时,最大冲击 电流周期分量与额定电流之比不应超过“附录二”所列数值, 但不包括 非同步重合闸,除增加这一点说明之外,别无修改。

第 13.0.3 条 关于企业自备电厂和系统联网运行设置解列点的规定。

本条说明了在适当地点设置解列点的目的是: 在主系统电源中断或发生 振荡等异常运行状态,为了保证企业重要用户的供电,企业自备电厂可 在适当地点与系统解列。

第十四章 二次回路

第 14.0.1 条 本条是关于本章适用范围的规定。

第 14.0.2 条 近年来大机组的不断出现,大机组励磁回路电压已超过 400V。

因此将二次回路的工作电压改为 500V。

第 14.0.4 条 由于铝芯控制电缆和绝缘导线存在的易折断、易腐蚀、 易变形,铜铝接触的电腐蚀等问题至今仍未很好解决,各地意见较多, 而近年来新建和扩建的工程都采用铜芯控制电缆和绝缘导线, 故条文对 此作了明确规定。

第 14.0.5 条 本条是关于控制电缆或绝缘导线最小截面的规定以及选 择电流回路、电压回路、操作回路电缆的条件。

第 14.0.6 条 根据二次回路的特点,为保证在二次回路端子排上安全 地工作,作了该条规定。

第 14. 9 条 根据 1984 年 5 月 20 日原水电部生产司安全情况通报第 0. 十四期 《防止电压互感器二次回路多点接地引起继电保护扩大事故的通 报》作此条规定。

从 1983 年多次事故及系统试验的录波照片分析中,发现一个只有普遍 性的问题:在中性点直接接地的系统,当变电所或线路出口发生接地故 障,有效大的短路电流流入变电所的接地网时,接地网上每一点的电位 是不同的,如果电压互感器二次回路有两处接地,或两个电压互感器各 有一处接地,并经二次回路直接连起来时,不同接地点间的电位差将造 成继电保护入口电压的异常,使之不能正确反映一次电压的幅值和相 位,破坏相应保护的正常工作状态.可能导致严重后果。

为此:①电压互感器的二次回路只允许有一处接地;②为了降低干扰电 压,接地的地点宜选在保护控制室内。

第 14.0.13 条 随着本规范适用电压等级的提高, 二次回路操作过电 压的机率相应增加,本条为此作了规定。

第 14.0.16 条 本条是关于静态(晶体管或集成元件构成的)保护在 二次回路方面抗干扰措施的规定。

采用静态保护时,为防止保护装置因干扰误动作,除保护装置本身必须 采取有效地抗干扰措施外, 还应当对外部二次回路采取必要的抗干扰措 施。以便把加到装置输入端的干扰电压降低到尽可能低的水平。

对于扰源,干扰电压的传播和抗干扰措施,国内和国外都进行过很多试 验研究工作。

试验和运行经验证明,干扰电压主要是来自一次系统的操作过程、事故 和雷电过程,此外,还来自二次系统的操作过程。

一次系统干扰电压,通过电场耦合、电磁感应和地电位升高这三种形式 传播到二次回路中去,在二次回路内产生干扰电压。二次系统操作过程 产生的干扰电压则主要是通过二次回路的连接导线传播。

对一次系统中产生的干扰电压,主要是在其传播途径方面采取措施,以 降低传播到二次回路上的干扰电压。 这方面的办法简单讲就是降低干扰 源和干扰对象之间的耦合电容和互感值,降低屏蔽层的阻抗值,以及降 低二次回路附近的地电位置。为此,可采取的具体措施有:

加大保护用电缆和设备与一次系统的距离;尽量缩短保护用电缆长度; 保护用电缆不与一次母线平行敷设,不与电力电缆平行靠近敷设;保护 回路不与电力回路合用同一根电缆;强电和弱电回路不合用同一根电 缆;采用屏蔽电缆;采用有屏蔽的电缆沟糟;电缆屏蔽层和沟槽屏蔽线 (带)多点接地,采用有屏蔽的控制室 降低接地网的接地电阻;保护 用电缆尽量远离设备的接地点(加避雷器、避雷针、电容式电压互感器 等)等等。

对二次系统中产生的干扰电压,为消除或减轻其影响,一般是在干扰源 方面采取措施。例如:对于继电器线圈或其它电磁元件在操作过程中产

生的尖波电压,设置消能回路;针对长电缆芯线之间的电容充放电电流 可能导致装置误动作的情况,改用不同电缆中的芯线等。

根据上述情况,对一些易行而且效果明显的措施,在条文中作了相应的 规定。

高压母线及高频暂态电流的入地点是指避雷器和避雷针的接地点, 并联 电容器、电容式电压互感器、结合电容器及电容式套管等设备处。


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