发电机保护教学课件PPT.ppt

,north china electric power university,华北电力大学,1 发电机保护,发电机保护,1.3 定子绕组单相接地保护,1.3.1中性点接地方式,单相接地故障电流为对地电容电流。,1. 中性点绝缘(不接地),机端单相接地故障电流为：,1. 中性点绝缘(不接地),存在的问题：,(1)接地电流较大时，引起燃弧，破坏硅钢片绝缘，损坏铁心；,(2)间歇性的接地电弧可能引起绕组对地之间累积性电压升高，危及绝缘，可能导致匝间、相间短路。,2. 经消弧线圈接地,经消弧线圈接地可有效地减小接地电流。,机端单相接地时，消弧线圈供给的电感电流为：,设补偿度为：,时为过补偿方式,时为完全补偿方式,时为欠补偿方式,2. 经消弧线圈接地,高压侧接地时的传递电压,等值电路为：,2. 经消弧线圈接地,传递过电压系数为：,高压侧接地时的传递电压,2. 经消弧线圈接地,时：,时：,分母可能很小，b可能很大，传递过电压危及安全,b总是小于0.5,高压侧接地时的传递电压,所以，发电机中性点经消弧线圈接地必须采用欠补偿方式，同时串连合适的电阻可有效限制弧光过电压。,2. 经消弧线圈接地,选择串连电阻时需考虑的因素：,(1) 正常运行时，中性点的位移电压,2. 经消弧线圈接地,选择串连电阻时需考虑的因素：,(1) 正常运行时，中性点的位移电压,为了减小位移电压，应适当增大阻尼率，即增大串连电阻；,这样也有利于降低保护定值，提高保护灵敏度。,2. 经消弧线圈接地,选择串连电阻时需考虑的因素：,(2)传递过电压的要求,发电机的零序等值阻抗为：,当接近谐振接地时 且,可简化为：,可见要想降低传递电压，电阻就不能太小。,2. 经消弧线圈接地,选择串连电阻时需考虑的因素：,(3)故障短路电流的要求,根据前面分析可知：,越大，则 越大，接地故障电流就越大，因此 也不能太大。,3. 经大电阻接地,主要是经配电变压器接地，变压器二次侧接电阻。,接地电阻为非故障相对地电容的电荷提供泄放通道，可避免产生弧光过电压。,为限制过电压不超过2.6pu，接地电阻一次值应满足：,此时回路时间常数为：,时，,即半周内电荷可释放到4.3%。,单相接地后故障电流增大，必须立即跳闸。,1.3.2基波零序电压型定子单相接地保护,1.对定子单相接地保护的要求,(2)对于单元接线的大中型机组应装设100%保护区的定子接地保护；,(1)与母线直接连接的发电机，当接地电流（不考虑补偿作用）大于允许值时应装设有选择性的零序电流保护；,(3)保护应带延时动作于信号，之后应及时处理，转移负荷，平稳停机；,(4)必要时保护也可带延时动作于停机。,2.单相接地时的零序电压,由于接地电流非常小，且绕组感抗远小于对地容抗，所以可以忽略定子绕组压降，任一相任一点的零序电压都相等。,设a相距中性点 处发生金属性短路，机端各相对地电压为：,零序电压为：,2.单相接地时的零序电压,零序电压二次值为：,从机端获得时：,从中性点获得时：,3.基波零序电压型定子接地保护,动作方程：,(1)躲过正常时的不平衡输出,1)三相对地电容不相等引起的位移电压；,2)三相电势的不平衡；,3)零序电压滤过器的不平衡输出；,4)三次谐波电压。,三次谐波电压经滤过器滤除之后，定值一般可取510v。,因此即使是金属性短路，在中性点侧也将存在510%的死区。,3.基波零序电压型定子接地保护,动作方程：,(2)躲过主变高压侧接地时的传递电压,1)引入高压侧零序电压作为制动量,模拟式保护接线：,微机保护判据：,3.基波零序电压型定子接地保护,动作方程：,(2)躲过主变高压侧接地时的传递电压,2)在保证一定的灵敏度的前提下，适当提高定值；,3)设置时间延时，与主变高压侧接地后备保护配合。,1.3.3三次谐波电压型定子单相接地保护,1. 提出,(1)各种发电机中都存在三次谐波电压；,(2) 三次谐波电压具有零序分量的特点，提取方便；,(3) 三次谐波回路与主变高压侧系统无关。,三次谐波电压的优势：,2. 三次谐波电势的分布,相邻匝三次谐波电势相位差为：,首末匝三次谐波电势相位差为：,3.正常运行时的三次谐波电压,忽略各处的电导，,两端的三次谐波电压相位一致。,3.正常运行时的三次谐波电压,中性点绝缘，与系统并列运行时：,中性点绝缘，与系统并列运行前：,中性点经消弧线圈接地时：,完全补偿时满足：,欠补偿时也满足。,3.正常运行时的三次谐波电压,实际运行工况：,(1)定子绕组对地电导随运行工况的改变而变化，且沿绕组分布不完全均匀；,3.正常运行时的三次谐波电压,(2)运行工况的改变影响不均匀磁场饱和的分布，使得三次谐波电势分布不均匀；,(3)随着负荷的变化，三相对地电容也有变化。,三次谐波电压与运行工况的关系：,(1)与有功功率近似线性增长关系，与无功功率关系不大；,3.正常运行时的三次谐波电压,(2)比值随有功功率变化规律不明显，但变化很小，可认为是常数；,(3)相位差随有功功率的变化很小，可认为是零。,4.单相接地时三次谐波电压的分析,4.单相接地时三次谐波电压的分析,4.单相接地时三次谐波电压的分析,4.单相接地时三次谐波电压的分析,金属性接地时：,时：,时：,比值的变化可以反应中性点侧50%范围内的接地故障。,4.单相接地时三次谐波电压的分析,金属性接地时：,4.单相接地时三次谐波电压的分析,即使 ，当过渡电阻达到一定值时也会有,非金属性接地时：,4.单相接地时三次谐波电压的分析,任何位置发生故障，只要过渡电阻不太大时就有：,非金属性接地时：,4.单相接地时三次谐波电压的分析,(1)三次谐波电势特点：,5.水轮发电机的三次谐波电压,各并联分支总的三次谐波电势相同，但各分支匝电势分布不同，相邻匝电势相位差不固定；,只能采用分布参数电路进行计算。,(2)实测三次谐波电压特征：,随无功功率近似线性增长，与有功功率关系不大；,运行中机端和中性点三次谐波电压比值基本保持不变。,正常运行时，不满足动作条件；,可以实测获得。,(1)幅值比较判据,接地故障时，越靠近中性点，比值越大，保护可以动作。,6. 三次谐波电压型接地保护构成,(2)相位判据,6. 三次谐波电压型接地保护构成,一般可取：,当中性点或机端接地时，没有办法比相，增加辅助判据：,(3)自适应调整判据,跟踪计算时间间隔，可取23个工频周期,制动系数，可取0.10.15,6. 三次谐波电压型接地保护构成,正常运行时：,使动作量降为零(很小)，制动量很大，保护可靠不动。,接地故障时：,中性点处金属性短路,可灵敏动作。,使动作量显著增加，而制动量比较小。,(3)自适应调整判据,6. 三次谐波电压型接地保护构成,接地故障时：,机端处金属性短路,可以动作。,(3)自适应调整判据,6. 三次谐波电压型接地保护构成,接地故障时：,该判据综合了幅值和相位变化特征，和单纯比幅式判据相比大幅提高了灵敏度。,有过渡电阻时灵敏度下降，尤其是绕组中部发生接地时灵敏度较低。,(3)自适应调整判据,6. 三次谐波电压型接地保护构成,7. 存在的问题,(1)接地故障后，基波分量大而三次谐波分量小，准确地从大电气量中提取小电气量较困难；,(2)需考虑主变高压侧三次谐波零序电动势的影响；,(3)机端tv饱和时，会使机端三次谐波电压虚假升高；,(4)从消弧线圈上取电压时，改变消弧线圈一次抽头位置则改变了变比，保护不能做相应调整；,(5)中性点侧失压时可能造成误动。,一般三次谐波电压型接地保护动作于信号，而不是直接调闸。,1.3.4外加电源型定子接地保护,1. 微机型20hz定子接地保护原理图,2. 外加电源频率的选择,(1)不能选用工频，以便区分正常工频电流；,(2)不宜选用高频分量，降低正常运行时的外加电流；,(3)不能选用直流分量，难以实现与一次系统的隔离；,一般选取1020hz。,3. 20hz等值电路,4. 保护动作行为,正常运行时：,(1)计算获得的接地电阻很大；,(2)接地信号电流很小。,接地故障时：,(1)计算获得的接地电阻较大时，动作于报警；,(3)接地信号电流很大时，直接动作于跳闸。,(2)计算获得的接地电阻较小时，动作于跳闸；,5. 对保护的评价,(1)灵敏度与故障位置无关；,(2)仅在有限的频率范围内计算的电阻才是有效的，启停机过程中频率较低时只靠接地过电流保护动作;,(3)灵敏度与中性点接地方式、对地电容大小、外加电源内阻大小等因素有关。,发电机保护,1.4 励磁回路接地保护,1.4.1 励磁回路故障的危害,1.匝间短路,破坏磁势的正弦分布，机组振动加剧，励磁电流上升，产生局部过热。,2.一点接地故障,对发电机没有直接危害。,故障电流烧伤转子本体和绕组；,3.两点接地故障,气隙磁通不平衡，引起严重的振动；,引起大轴、轴系的磁化，退磁困难。,要求能反应任一点故障，不受对地电容影响，具有一定的反应过渡电阻能力。,1.4.2 对保护的要求,1.匝间短路,对该故障处理没有统一标准，此时横差保护、转子回路过负荷保护可能动作。,2.一点接地故障,装设专门保护动作于跳闸，或动作于信号后平稳停机。,可装设保护动作于跳闸。,3.两点接地故障,1.4.3 常规保护方式,1.电桥式励磁回路一点接地保护,等效的对地绝缘电阻,正常运行时，调节电阻使流过继电器的电流最小，继电器不动作；,发生故障后，电桥失去平衡，流过继电器的电流增大，继电器动作。,1.电桥式励磁回路一点接地保护,等效的对地绝缘电阻,励磁绕组两端接地时，灵敏度高，中点附近发生故障时，存在死区。,对大机组来讲，该保护不够完善。,1.4.3 常规保护方式,2.叠加直流电压式保护,正常时流过继电器的电流为：,保护灵敏度不高，且由于励磁电压的作用，不同地点发生接地时灵敏度相差很大。,1.4.3 常规保护方式,3.叠加交流电压式保护,正常时流过继电器的电流为：,发生接地故障后，流过继电器的电流增大，继电器动作。,1.4.3 常规保护方式,3.叠加交流电压式保护,优点：,缺点：,接线简单，没有死区，任一点接地时灵敏度基本一致。,大机组对地电容较大，保护灵敏度低；,注入交流量会加大谐波分量。,1.4.3 常规保护方式,1.4.4 切换采样式一点接地保护,微机控制的切换开关,励磁回路直流电势,故障位置,故障点过渡电阻,状态1：s1闭合，s2打开,状态2：s1打开，s2闭合,状态3：s1打开，s2打开,1.测量电路,状态1：s1闭合，s2打开,状态2：s1打开，s2闭合,2.故障计算,1.4.4 切换采样式一点接地保护,2.故障计算,1.4.4 切换采样式一点接地保护,2.故障计算,1.4.4 切换采样式一点接地保护,2.故障计算,1.4.4 切换采样式一点接地保护,3.保护判据,(1) 段,延时5s发信号,(2) 段,延时2s发信号或跳闸,(3) 两点接地判据,一点接地之后，继续测量，如果 发生变化，过渡电阻下降，且 超过定值，认为发生两点接地，保护跳闸。,1.4.4 切换采样式一点接地保护,4.应用中注意事项,(1) 的变化使计算的 错误，必须连续计算23次才确认一点接地故障；,(3)要对切换开关有良好的自检功能；,状态1时，若 ，则s1闭合不良,状态2时，若 ，则s2闭合不良,状态3时，若 ，则s1或s2断开不良,(2)状态切换时间应大于回路电容的充放电时间，防止分布电容的影响 ；,1.4.