继电保护课件 第九章同步发电机保护.ppt

第九章 同步发电机保护,本章主要内容,一、常见故障和不正常运行及保护 二、发电机纵差动保护 三、定子绕组匝间短路保护 四、定子绕组的接地保护 五、定子绕组相间短路的后备保护 六、负序电流保护和过负荷保护 七、同步发电机的失磁保护 八、同步发电机转子回路接地保护,第一节 常见故障和不正常 运行及保护,上页,下页,返回,一、发电机常见故障及保护：,相间短路纵差动保护,匝间短路匝间短路保护,单相接地单相接地保护,一点接地一点接地保护,二点接地二点接地保护,为了保证电力系统安全稳定运行，并将故障或不 正常运行状态的影响限制到最小范围，按照gb14 258-1993继电保护和安全自动装置技术规程 的规定，发电机应装设以下保护装置。,第一节 常见故障和不正常 运行及保护,上页,下页,返回,二、发电机不正常运行及保护,转子失磁,减负荷或动作于 解列灭磁,过电流,过电流保护,以短时限动作于解列， 以长时限动作于停机,过负荷,过负荷保护,动作于信号或减负 荷、降低励磁电流,过电压,过电压保护,动作于解列灭磁,逆功率,逆功率保护,动作于信号 或解列,失磁保护,保护出口方式,停机：断开发电机断路器、灭磁，关闭 主汽门。 解列灭磁：断开发电机断路器，灭磁，汽轮机甩负荷。 解列：断开发电机断路器，汽轮机甩负荷。 减出力：将原动机出力减到给定值。 程序跳闸：首先关闭主汽门，待逆功率继电器动作后，再跳开发电机断路器并灭磁。,第二节 发电机纵差动保护,上页,下页,返回,一、用bch2型继电器构成的发电机差动保护,、原理接线：,上页,下页,返,一、用bch2型继电器构成的发电机差动保护,、整定计算：,、整定计算：,）躲过外部短路时的最大不平衡电流。,）为避免电流互感器二次回路断线时误动作，保护的动作电流应大于发电机的额定电流。,上页,下页,返回,二、用lcd-12差动继电器构成的发电机差动保护,、原理接线,调节最小动作电流,调节制动特性斜率,lcd-12原理接线,上页,下页,返,二、用lcd-12差动继电器构成的发电机差动保护,2、lcd12型继电器制动特性曲线,直线4表示 外部短路 故障时通 过变压器 的故障电 流和不平 衡电流之 间的关系,上页,下页,返,二、用lcd-12差动继电器构成的发电机差动保护,3、整定计算,3、整定计算,1）最小动作电流：按躲过最大负荷下差回路的不平衡电流整定。,2）制动特性斜率：,3）最小制动电流：取额定电流的50% -100%。,4、灵敏系数校验：,按单机运行时，发电机出口两相短路校验。,4、灵敏度校验： 按单机运行时，发电机出口两相短路校验。,第三节 同步发电机定子绕组匝间短路保护,作用：作为发电机匝间短路的主保护 出口方式:全停或解列灭磁,一、单继电器式横差保护,原理：是反映双y型接线的定子绕组两中性点连线中的电流而动作的保护. 适用范围：双y型接线的定子绕组，且中性点至少有6个引出端子。,第三节 定子绕组匝间短路保护,上页,下页,返回,一、单元件式横差保护,动作电流整定,按躲过机端三相短路故障时流过继电器的最大不平衡电流整定。 一般按经验取：,保护接线特点及存在的问题,1、为消除不平衡电流中的三次谐波的影响，提高保护灵敏度，在继电器中设有三次谐波滤波器z。 2、为避免励磁回路瞬时性两点接地时，横差保护误跳闸，故在转子发生一点接地后，将横差保护装置的连接片xb接入时间继电器kt，使横差保护带有051s延时。 3、该保护存在死区。,二、纵向零序电压匝间短路保护,原理：保护是按照反应发电机机端对中性点零序电压原理构成的 出口逻辑关系：零序电压元件动作、负序功率方向元件不动作，tv断线判别元件不动作，则保护动作。,第三节 定子绕组匝间短路保护,上页,下页,返回,二、纵向零序电压匝间短路保护,三、测量励磁绕组二次谐波电流的匝间短路保护,原理：测量励磁绕组二次谐波电流，并且利用负序功率方向来区别区内短路还是区外短路的保护。 出口逻辑关系：电流元件和方向元件都动作，保护才动作。,第三节 定子绕组匝间短路保护,上页,下页,返回,三、测量励磁绕组2次谐波电流的匝间短路保护,当定子绕组发生匝间短路时，kwn和k同时动作，经kwn和k两触点串联接通跳闸回路。,第四节 同步发电机定子绕组的接地保护,一、反应基波零序电压的接地保护,1、定子绕组单相接地故障时的零序电流,2、机端零序电流特点及对相应保护的影响,机端流过的零序电流：,3、定子绕组单相接地故障时的零序电压,4、机端零序电压的特点及对相应保护的影响,零序电压电压大小与接地点位置有关，越靠近中性点，零序电压越小。 反映基波零序电压的定子绕组接地保护存在动作死区。,二、反应基波零序电压的接地保护,1、定子绕组单相接地时三次谐波电压的特点,三、发电机定子绕组100%接地保护,结论,2反应三次谐波电压的接地保护,用机端的三次谐波电压u3s作为动作量，中性点的三次谐波电压u3n作为制动量构成接地保护，其动作条件为 u3s u3n，则正常运行时保护不动作，只有当中性点附近发生接地故障时，保护才会动作。,上页,下页,返回,三、发电机100%定子接地保护,发电机100%定子接地保护由反应基波零序电压元件和反应3次谐波电压元件两部分组成。第一部分可保护定子绕组的90%-95%，而第二部分是用以消除基波零序电压元件保护的死区。,上页,下页,返回,第五节 定子绕组相间短路的 后备保护,负序电流元件,单相低电压元件,第六节 发电机的负序电流和过负荷保护,广泛采用单相低电压启动过电流和两段式负序电流保护接线 单相低电压启动过电流部分主要作为发电机和升压变三相短路的后备保护 负序电流保护部分主要作为转子发热的主保护,同时兼做发电机和升压变两相短路的后备保护 负序过负荷保护部分主要作为发电机不对称过负荷保护,发电机转子发热特性方程,a发电机允许过热时间常数，它与发电机容量、冷却方式等有关，非强迫冷却的发电机，a30；直接冷却的100-300mw汽轮发电机，a=6-15；600mw汽轮发电机的设计值a=4。,1、定时限负序电流和过负荷保护动作值整定,上页,下页,返回,第六节 同步发电机的负序电流保护和过负荷保护,1、两段式定时限负序电流保护,上页,下页,返回,第六节 同步发电机的负序电流保护和过负荷保护,上页,下页,返回,第六节 同步发电机的负序电流保护和过负荷保护,二、过负荷保护,大型发电机，由于有效材料利用率的提高，发电机热容量降低，从而使发电机的过负荷能力大大降低。为了充分利用发电机的过载能力而又不致损坏发电机，在大型发电机的定子、转子、励磁绕组都采用反时限特性的过负荷保护。,第七节 同步发电机的失磁保护,一、发电机失磁的影响 二、发电机失磁过程中的机端 测量阻抗 三、失磁保护判据及保护方案,发电机的失磁保护,一、发电机的失磁运行及其产生的影响,1、需要从电网中吸收很大的无功功率以建立发电机的磁场，所需无功功率的大小主要取决于发电机的参数以及实际运行的转差率。,、由于从电力系统中吸收无功功率将可能引起电力系统电压下降，如果电力系统的容量较小或无功功率的储备不足，可能使失磁发电机的机端电压、升压变压器高压侧的母线电压或其它邻近点的电压低于允许值，从而破坏了负荷与各电源间的稳定运行，甚至可能因电压崩溃而使系统瓦解。,、由于失磁发电机吸收了大量的无功功率，因此为了防止其定子绕组的过电流，发电机所能发出的有功功率将较 同步运行时有不同程度的降低，吸收的无功功率越大，则降低越多。,4、失磁后发电机的转速超过同步转速，因此，在转子励磁回路中将产生差频电流，因而形成附加损耗，使发电机转子和励磁回路过热。显然，当转差率越大时，所引起的过热也越严重。 5、失磁后会引起发电机组的振动，凸极机振动更厉害。,二、发电机失磁过程中的机端测量阻抗,从失磁到稳定异步运行过程,失磁到失步前 临界失步点 失步后的异步运行,1、失磁到失步前,失磁到失步前阻抗变化轨迹,2、临界失步点阻抗变化轨迹,3、失步后的异步运行,机端测量阻抗末端轨迹沿等有功圆由第象限进入第象限，机端测量阻抗进入第象限后，进一步将越过静稳阻抗边界阻抗圆，最后进入异步阻抗圆，表明发电机已进入异步运行状态。,三、失磁保护的主要判据和辅助判据 主要判据有： 1）检测无功功率方向 2）检测机端测量阻抗变化 辅助判据有： 1）转子励磁电压下降 2）负序分量 3）延时,四、汽轮发电机失磁保护方案,第八节同步发电机转子回路接地保护,一、测量转子绕组对地导纳的 一点接地保护 二、转子两点接地保护,一、发电机转子绕组一点接地保护,作用：反映发电机转子绕组一点接地。 保护构成原理：通过外加工频电压直接测量转子绕组对地的绝缘电导来判断转子绕组是否一点接地。 出口方式：当转子对地电导急剧上升时（绝缘电阻大幅度下降时），保护动作于信号,1测量导纳特性,第八节 同步发电机转子回路接地保护,一、测量转子绕组对地导纳一点接地保护,1测量导纳特性,上页,下页,返回,当对地电导gm不变，而对地电纳bm变化时，测量导纳ym：,等电导圆,当对地电纳bm不变，而对地电导gm变化时，测量导纳ym：,等电纳圆,2、继电器的构成,第八节 同步发电机转子回路接地保护,一、测量转子绕组对地导纳一点接地保护,1测量导纳特