第10章 发电机保护.ppt

第10章发电机保护 泸州职业技术学院 继电保护 2 教学要求 熟悉发电机的故障和不正常工作状态 掌握发电机纵差保护的工作原理和整定原则 理解发电机横差保护工作原理 掌握100 保护范围的发电机定子接地保护工作原理 理解励磁回路一点接地 两点接地保护 了解负序过电流保护 掌握发电机失磁保护 了解发电机 变压器组保护特点 第10章发电机保护 泸州职业技术学院 继电保护 3 10 1发电机的故障 不正常工作状态及其保护方式 10 2发电机的纵差保护 10 3发电机定子绕组匝间短路保护 10 4发电机定子绕组单相接地保护 10 5发电机励磁回路接地保护 10 6发电机失磁保护 10 7发电机的后备保护 10 8发电机的过负荷保护 10 9发电机的过电压保护 10 10发电机 变压器组的保护 第10章发电机保护 泸州职业技术学院 继电保护 4 10 1 1发电机故障1 发电机内部故障定子 相间短路 匝间短路 单相接地转子 转子一点 两点 接地 失磁2 外部故障定子绕组引出线 相间短路 单相接地 10 1发电机的故障 不正常工作状态及其保护方式 泸州职业技术学院 继电保护 5 1 外部短路或系统振荡引起的定子绕组过电流 2 定子绕组引起的三相对称过负荷 3 外部不对称短路或不对称负荷 如果相负荷 非全相运行等 而引起的发电机过电流和过负荷 4 突然甩负荷而引起的定子绕组过电压 5 励磁回路故障或强励时间过长而引起的转子绕组过负荷 6 汽轮机主汽门突然关闭而引起的发电机逆功率运行等 10 1 2发电机不正常工作状态 泸州职业技术学院 继电保护 6 1 纵差保护 反应定子绕组及引出线相间短路瞬时动作于1KOM 跳QF 跳MK 停机2 零序保护 反应定子单相接地Ic 5A保护 动作于1KOMIc 5A保护 作用于信号3 横差保护 反应定子匝间短路4 过电流保护 后备保护 反应外部短路或系统振荡引起的定子绕组过电流 延时动作于2KOM 跳QF 跳MK 10 1 3发电机保护配置 泸州职业技术学院 继电保护 7 5 过负荷保护 定子绕组引起的三相对称过负荷 延时作用于发信号6 过电压保护 突然甩负荷而引起的定子绕组过电压 延时作用于2KOM7 转子一点接地保护 反应转子一点接地 作用于发信号8 转子两点接地保护 反应转子两点接地 动作于1KOM9 失磁保护 反应转子失磁 作用于2KOM10 转子回路过负荷保护11 逆功率保护 10 1 3发电机保护配置 泸州职业技术学院 继电保护 8 10 2 1带断线监视的发电机普通纵差保护1 接线 原理接线图 按正常时的 环流接线 图10 1 10 2发电机的纵差保护 泸州职业技术学院 继电保护 9 图10 2带断线监视的发电机普通纵差保护原理接线图 泸州职业技术学院 继电保护 10 2 动作过程分析 图10 2 1 正常及外部短路时一次电流 发电机 母线二次电流 环流Ij Ibp Ibp max Idz jKD不动作 保护不动作 10 2 1带断线监视的发电机普通纵差保护 泸州职业技术学院 继电保护 11 2 动作过程分析 图10 2 2 内部故障时一次电流 发电机尾端 短路点 母线 短路点二次电流 Ij Id Idz jKD动作 WC FU1 KD 常开 闭合 KS线圈 XB 1KOM线圈 FU2 WC1KOM线圈带电动作 跳QF 跳MK 停机 切除故障KS线圈带电动作 发掉牌信号 光字牌信号 音响信号 10 2 1带断线监视的发电机普通纵差保护 泸州职业技术学院 继电保护 12 2 动作过程分析 图10 2 3 TA二次回路断线时 设C相断线 3KD Ij Ifh Idz3KD不动作 整定计算获得 KA0 Ij Ifh IdzKA0动作 发断线监视信号 10 2 1带断线监视的发电机普通纵差保护 泸州职业技术学院 继电保护 13 3 动作参数整定 1 差动继电器KD 动作电流的整定原则 躲外部故障时的最大不平衡电流 Idz KkIbp max躲差动回路断线时的发电机额定电流 Idz KkIe f绕组匝数的整定 同变压器纵差保护 2 断线监视继电器KA0 Idz 0 2Ie f 3 灵敏性校验 Klm Id min Idz 2 10 2 1带断线监视的发电机普通纵差保护 泸州职业技术学院 继电保护 14 1 接线 原理接线图 按正常时的 环流接线 图10 3差动线圈Ld 分别接于各相的差动回路平衡线圈Lbal 串联起来接于差动保护的中性线回路Ld与Lbal极性相反Ld 差动电流Lbal Ia Ib Ic 10 2 2采用BCH 2型差动继电器构成的高灵敏纵差保护 泸州职业技术学院 继电保护 15 图10 3发电机高灵敏纵差保护原理接线 泸州职业技术学院 继电保护 16 2 动作过程分析 图10 3 1 正常时Ij d Ibp Idz jIj bal Ibp a Ibp b Ibp c Idz j 2 内部故障时三相短路 Ij d Id Idz jIj bal Ibp a Ibp b Ibp c 0两相短路 AB Ij d Id Idz jIdA IdBIdc 0Ij bal Ibp a Ibp b Ibp c 0 KD不动作 KD灵敏动作 10 2 2采用BCH 2型差动继电器构成的高灵敏纵差保护 KD灵敏动作 泸州职业技术学院 继电保护 17 3 TA二次回路断线时 设C相断线 断线相 Ld与Lbal流过IfhKD不动作非断线相 Ld流过Ibp Lbal流过Ifh要求KD不动作 10 2 2采用BCH 2型差动继电器构成的高灵敏纵差保护 泸州职业技术学院 继电保护 18 3 整定计算 图10 3 1 平衡线圈Lbal的计算原则 躲TA二次回路断线时 保护不误动Ie f 2Lbal AW0KkIe f 2Lbal AW0Lbal js AW0 KkIe f 2取整得平衡线圈整定匝数Lbal z 10 2 2采用BCH 2型差动继电器构成的高灵敏纵差保护 泸州职业技术学院 继电保护 19 2 差动线圈Ld的计算 图10 3原则 躲TA二次回路断线时 保护不误动即 Ie f 2 Ld Lbal AW0KkIe f 2 Ld Lbal AW0Ld js AW0 KkIe f 2 Lbal 2AW0 KkIe f 2取整得差动线圈整定匝数Ld z 10 2 2采用BCH 2型差动继电器构成的高灵敏纵差保护 泸州职业技术学院 继电保护 20 3 动作电流 Idz j AW0 Ld z 1 2KkIe f 2与普通差动比较 Idz j KkIe f 2灵敏度较普通纵差保护高一倍 10 2 2采用BCH 2型差动继电器构成的高灵敏纵差保护 泸州职业技术学院 继电保护 21 10 3 1匝间短路的特点 图10 4 10 3发电机定子绕组匝间短路保护 泸州职业技术学院 继电保护 22 1 发电机定子绕组单继电器式横差保护 图10 5 10 3 2横差动保护的构成及工作原理 泸州职业技术学院 继电保护 23 2 定子绕组零序电压原理的匝间短路保护 图10 6发电机零序电压匝间电流保护专用TV接入方式 10 3 2横差动保护的构成及工作原理 泸州职业技术学院 继电保护 24 10 4 1定子绕组单相接地的特点1 单相接地时的零序电压 即 故障点离中性点越远 零序电压越高 10 4发电机定子绕组单相接地保护 图10 7定子绕组单相接地时的网络图 图10 8定子A相a处单相接地时的相量图 泸州职业技术学院 继电保护 25 2 单相接地时的零序电流 外部接地时 流过的零序电流为发电机的零序电容电流 内部接地时 流过的零序电流为发电机电压网络中所有其他元件的零序电容电流之和 图10 9定子绕组接地时零序电流的分布 a 内部接地 b 外部接地 a b 10 4 1定子绕组单相接地的特点 泸州职业技术学院 继电保护 26 1 构成原理 反应内部故障和外部故障时零序电流的大小不同构成的2 接线 图10 10采用专用零序电流互感器 KA KT KOM KM 由外部相间短路过电流保护的起动元件起动 KM 常开 闭锁KT线圈 为了防止外部相同短路产生的不平衡电流引起保护误动 特增设了用后备过电流保护接点实现闭锁的回路 3 动作过程 10 4 2反应零序电流的发电机定子绕组单相接地保护 泸州职业技术学院 继电保护 27 图10 10利用零序电流的发电机单相接地保护原理图 泸州职业技术学院 继电保护 28 1 构成原理 利用发电机单相接地零序电压的出现构成的保护2 接线 TV开口三角形侧取3U0过电压继电器KV时间继电器KT3 动作过程 动作于发信号 10 4 3反应零序电压的发电机定子绕组单相接地保护 泸州职业技术学院 继电保护 29 1 双频式100 接地保护由基波零序电压保护和3次谐波电压保护组成2 外加直流电源的100 接地保护 10 4 4具有100 保护范围的发电机定子绕组接地保护 泸州职业技术学院 继电保护 30 10 5 1励磁回路接地故障的危害由于发生一点接地不能形成电流回路 因此对发电机没有直接影响 如果接地故障不排除 则由于运行过程中励磁回路其他部分对地电压升高或操作过程中出现的操作过电压 可能造成励磁回路的另一点接地 即两点接地 1 破坏了气隙磁通的对称性 引起发电机剧烈振动 2 部分绕组中将由于过电流而过热 烧坏转子 也可能使转子 汽轮机的汽缸等部件磁化 3 高速旋转的转子由于其励磁电流分布不均 从而和定子三相电流形成不对称电磁力 使转子发生机械损坏 10 5发电机励磁回路接地保护 泸州职业技术学院 继电保护 31 1 水轮发电机装设励磁回路一点接地保护 1MW及以上的水轮发电机一点接地后 保护动作于信号 值班员接到信号后 立即安排转移负荷和停机检修 1MW以下的一点接地故障采用定期检测装置 发现一点接地后 立即停机 由于结构上的原因 水轮发电机的励磁回路一点接地是不允许的 因此一点接地后应安排停机 因一点接地后不允许运行 所以水轮机一般不装设两点接地保护 2 汽轮发电机应装设励磁回路一点接地保护 动作于信号 但允许发电机继续运行一段时间 当一点接地后 又出现了新的接地点 即形成两点接地时 保护应动作于停机 故应装设两点接地保护 对100MW及以下容量的发电机装设一点接地定期检测装置 发现一点接地后 投入两点接地保护 对于100MW以上的大容量发电机 应装设一点接地保护 带时限动作于信号 和两点接地保护 带时限动作于跳闸 10 5 2励磁回路接地故障保护装设原则 泸州职业技术学院 继电保护 32 1 励磁回路绝缘检查装置 图10 11定期检测母线电压 正常时V1 V2正 地V1 V2负 地V1 V2缺点 装置存在死区 FLQ中间接地 10 5 3励磁回路一点接地保护 泸州职业技术学院 继电保护 33 1 接线 见书上图中R1 R2为外接电阻 3WY为稳压管 其电阻值将随外加电压的变化而变化 励磁绕组以地电位为界分成两个部分 其等效电阻分别为R3和R4 高灵敏度直流继电器J接于R1和R2的中点与地之间 即由R1 包括稳压管电阻Rv R2 R3 R4和继电器J组成的一个四臂直流电桥 2 工作原理 正常运行时 R1 Rv R2 R3 R4 故继电器J中无电流流过 继电器不动作 当励磁绕组发生一点接地后 由于电桥平衡条件破坏 R3 R4 继电器J中便有电流流过 其大小与接地点的位置有关 若该电流大于继电器的整定电流时 继电器动作 当接地故障发生在励磁绕组中点时 则R3 R4 此时若不考虑稳压管的作用 电桥仍旧是平衡的 继电器亦不会动作 这表明该保护存在死区 2 直流电桥式励磁回路一点接地保护 泸州职业技术学院 继电保护 34 1 依据 转子回路叠加交流 2 原理接线 构成 JDJ 接地继电器B 隔离转子回路与接地交流电网 降压C2 隔离转子回路与接地大轴DZX 中间继电器AN 在运行中检查装置是否正常XD 监视交流电源LP C2被击穿 即断开LP 使保护退出 3 利用转子一点接地继电器 ZBZ 2型 泸州职业技术学院 继电保护 35 3 原理 正常 转子绕组泄漏电阻 回路I JDJ不动作接地 转子绕组泄漏电阻 回路I JDJ动作电流流通回路为 B二次绕组一端 C2 LP 大轴 接地点D FLQ部分绕组 2RD DZX2 JDJ线圈 B二次绕组另一端JDJ动作DZX动作 DZX1发信号DZX2断开JDJ线圈回路DZX需手动复归 使其复归线圈通电 试验 按AN 接通下列回路B二次绕组一端 JDJ DZX2 2RD FLQ 1RD AN R1 C2 B二次绕组另一端 DZX1发信号 手动复归C2击穿即断开LP 使保护退出 防止励磁回路与大轴连通 3 利用转子一点接地继电器 ZBZ 2型 泸州职业技术学院 继电保护 36 1 接线 利用直流电桥原理2 工作原理正常时 保护不投入一点接地后 保护投入投入K1 按下SB 调R使电桥平衡 mv指示为0 放开SB 投入K2两点接地时 电桥不平衡 KA动作 10 5 励磁回路两点接地保护 泸州职业技术学院 继电保护 37 10 6 1发电机失磁运行及影响1 失磁原因 转子绕组故障励磁回路开路半导体励磁系统故障自动灭磁开关误跳闸自动调节励磁装置故障运行人员误操作 10 6发电机失磁保护 泸州职业技术学院 继电保护 38 2 失磁后 发电机由同步运行转为异步运行 1 失磁运行对机组的影响转子出现转差 差频电流 附加损耗 转子过热 转子烧伤等值电抗降低 吸取无功功率增大 定子过流 过热异步运行 转矩 有功周期性剧烈摆动 机组振动定子端部的漏磁增大 端部部件和铁心过热 2 失磁运行对系统的影响无功不足 引起电压下降 10 6 1发电机失磁运行及影响 泸州职业技术学院 继电保护 39 10 6 2发电机失磁后机端测量阻抗的变化 图10 12发电机与系统的简化网络 泸州职业技术学院 继电保护 40 1 等有功阻抗图 90 图10 13等有功阻抗圆 泸州职业技术学院 继电保护 41 2 等无功阻抗圆 90 图10 14临界失步 或静稳极限 阻抗圆 泸州职业技术学院 继电保护 42 3 稳态异步运行阻抗圆 图10 15发电机异步运行等值电路 图10 16异步运行阻抗圆 泸州职业技术学院 继电保护 43 1 利用灭磁开关联跳发电机断路器2 利用失磁继电器构成的保护 图10 17允许无励磁运行发电机失磁保护的动作区 a XS大时 b XS小时 10 6 3失磁保护的构成方式 泸州职业技术学院 继电保护 44 2 利用失磁继电器构成的保护 图10 18水轮发电机失磁保护的动作区 a XS大时 b XS小时 泸州职业技术学院 继电保护 45 图10 19失磁保护构成方案 2 利用失磁继电器构成的保护 泸州职业技术学院 继电保护 46 10 6 4失磁保护的接线 图10 20 泸州职业技术学院 继电保护 47 10 7 1保护作用区外故障 远后备区内故障 近后备10 7 2安装地点一般装于电源侧 中性点 动作于跳QF MK 10 7 3种类过电流保护Idz1 灵敏度低带低电压起动的过电流保护Idz2复合电压起动的过电流保护Idz3 灵敏度高负序电流及单相低电压起动的过电流保护Idz4 灵敏度高Idz1 Idz2 Idz3 Idz4 Klm1 Klm2 Klm3 Klm4 10 7发电机的后备保护 泸州职业技术学院 继电保护 48 特点 不带电压闭锁 灵敏性低适用 800kW以下发电机安装 电源侧 中性点 接线 图10 21三相三继电器 10 7 4过电流保护 10 21过电流保护原理接线图 泸州职业技术学院 继电保护 49 图10 22过电流保护展开接线图 10 7 4过电流保护 泸州职业技术学院 继电保护 50 动作电流 躲开发电机最大负荷电流 考虑Kzq 灵敏度校验 时限 阶梯形的时限原则 10 7 4过电流保护 泸州职业技术学院 继电保护 51 1 接线 图10 231 3LJ KA 过电流继电器 完全星形接线1 3YJ KV 低电压继电器 相间电压YZJ KM 电压回路断线监视SJ KT 保护选择性XJ KS 保护动作信号BCJ KOM 保护出口 10 7 5低电压起动的过电流保护 泸州职业技术学院 继电保护 52 图10 23低电压起动的过电流保护原理接线图 10 7 5低电压起动的过电流保护 泸州职业技术学院 继电保护 53 图10 24低电压起动的过电流保护展开接线图 泸州职业技术学院 继电保护 54 2 动作过程 图10 24 1 正常时 Ij Ifh Idz jKA不动作其常开接点断开Uj 100V Udz jKV不动作其常闭接点断开 2 发生短路时 Ij Id Idz jKA动作其常开接点闭合Uj Ucy Udz jKV动作其常闭接点闭合 KT线圈带电 延时动作闭合 KOM线圈带电 使QF跳闸 切除故障 同时KS线圈带电动作发信号 保护不动作 10 7 5低电压起动的过电流保护 泸州职业技术学院 继电保护 55 2 动作过程 图10 24 3 TV二次回路断线时 KV动作 KM动作发断线信号3 整定计算电流元件 少了Kzq KlmI提高了 电压元件 Udz j 70VKlmI不满足 采用负序电流保护KlmU不满足 采用复合电压起动的过电流保护时间元件 t1 t2 max t 10 7 5低电压起动的过电流保护 泸州职业技术学院 继电保护 56 4 特点引入低电压继电器的作用是 提高保护的灵敏性瞬时电流 记忆 作用 用于自并励静止可控硅励磁的发电机 防止暂态短路电流衰减后 保护返回拒动措施 1KT瞬时常开接点 并接于1 3KA接点 串于其线圈回路 实现自保持 10 7 5低电压起动的过电流保护 泸州职业技术学院 继电保护 57 1 接线 图10 251 3LJ KA 过电流继电器 完全星形接线YJ KV 低电压继电器 相间电压FYJ KVN 负序电压继电器 负序电压滤过器YZJ KM 电压回路断线监视SJ KT 保护选择性XJ KS 保护动作信号BCJ KOM 保护出口 10 7 6复合电压起动的过电流保护 泸州职业技术学院 继电保护 58 图10 25复合电压起动的过电流保护原理接线图 泸州职业技术学院 继电保护 59 图10 26复合电压起动的过电流保护展开接线图 泸州职业技术学院 继电保护 60 2 动作过程 图10 26 1 正常时 Ij Ifh Idz jKA不动作其常开接点断开三相电压对称 KVN不动作 其常闭闭合Uj 100V Udz jKV不动作其常闭接点断开 2 不对称短路时Ij Id Idz jKA动作其常开接点闭合三相电压不对称 产生负序电压 KVN动作 KV失电 动作闭合 KM动作 KT带电 延时作用于KOM 使QF跳闸 同时KS动作发信号 保护不动作 10 7 6复合电压起动的过电流保护 泸州职业技术学院 继电保护 61 2 动作过程 图10 26 3 对称短路时Ij Id Idz jKA动作其常开接点闭合短路瞬间出现负序电压 KVN动作 KV失电动作 KM动作负序电压消失 KVN恢复 电压为残压 KV不复归 KT带电 延时作用于KOM 使QF跳闸 同时KS动作发信号