第十一章 发电机保护.ppt

1 11 1发电机的故障和不正常运行情况 第十一章发电机保护 1 发电机定子绕组相间短路 一 发电机可能发生的故障及其相应措施 产生很大的短路电流 严重损坏发电机 甚至引起火灾 危害最大 应装设纵联差动保护 2 2 发电机定子绕组匝间短路 定子绕组匝间短路会产生很大的环流 引起故障处温度升高 使绝缘老化 甚至击穿绝缘发展为单相接地或相间短路 扩大发电机损坏范围 装设横差动保护 3 发电机定子绕组单相接地 电容电流流过故障点的定子铁芯 当此电流较大或持续时间较长时 会使铁芯局部熔化 应装设灵敏的反应全部绕组任一点接地故障的100 定子绕组单相接地保护 3 4 发电机转子绕组一点接地和两点接地 同时装设反映发电机转子绕组一点接地和两点接地的保护 一点接地时危害不严重 两点接地时 因破坏了转子磁通的平衡 可能引起发电机的强烈震动或将转子绕组烧损 5 转子励磁回路励磁电流急剧下降或消失 从系统吸收无功功率 造成失步 从而引起系统电压下降 甚至可使系统崩溃 应装设失磁保护 4 二 发电机的不正常工作状态及其相应的保护 1 由于外部短路 非周期合闸以及系统振荡等原因引起的过电流 应装设过电流保护 作为外部短路和内部短路的后备保护 50MW及以上的发电机 应装设负序过电流保护 2 过负荷保护 针对对称过负荷 应装设只接于一相的过负荷信号保护 针对不对称过负荷 一般在50MW及以上发电机应装设负序过负荷保护 5 由于突然甩负荷引起的定子绕组过电压 造成发电机绕组绝缘击穿 3 过电压保护 6 a 纵联差动保护 反应发电机定子绕组及引出线相间短路 b 定子绕组匝间短路 c 定子单相接地保护 接地电流超过允许值时 d 过电流保护 外部短路引起 e 对称过负荷保护 装于一相上 f 励磁回路接地保护g 失磁保护h 失步保护I 转子过负荷保护j 逆功率保护k 定子绕组过电压保护L 发电机过励磁保护 发电机保护配置 7 11 2发电机的差动保护 反映定子绕组及引出线相间短路动作于跳DL同时停机 二 差动保护原理 比较发电机两侧的电流的大小和相位 一 用途和保护范围 8 1 发电机纵联差动保护的构成 9 2 保护原理接线 10 保护区内发生短路故障时 流入差动继电器电流 正常运行或外部短路时 流入差动继电器电流 11 3 保护整定计算 动作电流按两个条件整定 断线条件 不平衡电流条件 灵敏度 12 断线监视 断线监视的电流继电器装在差动回路的中线上 动作后经延时发出信号 该延时应大于发电机后备保护动作时间 13 三 比率制动式发电机纵差保护 1 作用原理 基于保护的动作电流随着外部故障的短路电流而产生的不平衡电流的增大而按比例的线性增大 且比其增大的更快 制动电流 外部短路电流 动作电流 流入差动回路电流 14 2 原理接线 制动电流 差动电流 15 保护动作条件 3 制动特性曲线 16 1 正常运行时 制动电流 当 可以认为无制动作用 N 17 动作电流 0 保护可靠不动作 2 外部短路时 制动电流 K 动作电流 0 保护可靠不动作 op br op br 18 A 即在外部短路时 差动继电器以全部短路电流 二次值 为制动量 B 作为动作量的差动电流却为零 实际上有些电流 称为不平衡电流 继电器可靠不误动 19 数值较大 保护动作 3 内部短路时 制动电流为两侧实际短路电流之差 差动电流 20 4 比率制动式纵差保护的整定计算 即确定比率制动特性的P Q S三点 21 1 最小动作电流 P点 保证在发电机最大负荷工况下纵差保护不误动 应使大于最大负荷时的不平衡电流 即 22 2 拐点电流 Q点 即起始制动电流 I2N 23 3 最大外部短路电流下的最大动作电流 S点 24 11 3发电机的匝间短路保护 当一相定子绕组有两个及以上并联分支时 装设此保护 两个绕组中的电势相等 各供一半的负荷电流 1 正常情况下 1 每相装两个LH和一个LJ做成单独的保护 一 横联差动保护 25 两个绕组中的电势就不再相等 因而会由于出现电势差而产生一个环流 2 当绕组中发生匝间短路时 利用反应两个支路电流之差的原理 可实现对发电机定子绕组匝间短路的保护 此即横差保护 26 正常运行时 保护不动作 27 匝间短路时 保护动作 28 保护死区 A同一分支 保护不动 B同相两分支间 保护不动 29 C 不同相绕组匝间 保护不动 30 二 单继电器式横联差动保护 1 原理接线图 31 32 33 3 转子发生一点接地允许继续运行 发生瞬时两点接地时 可能引起横差保护误动作 因此 一点接地后 将横差保护切换到延时0 5 1秒动作 34 35 若发生定子绕组匝间短路 则故障相绕组的两个分支的电势不相等 因而在定子绕组中出现环流 通过中性点连线 该电流大于保护的动作电流 则保护动作 跳开发电机断路器及灭磁开关 36 3 横差保护动作电流 4 存在死区 1 单相分支匝间短路的 较小 即短接的匝数较少时 2 同相两分支间匝间短路 且 1 2 或 1与 2差别较小时 37 38 三 反应零序电压的匝间短路保护 当发电机定子绕组发生相间 匝间短路时 机端三相电压对发电机中性点不对称 出现纵向零序电压3U0 发电机中性点不直接接地 当发电机内部或外部发生单相接地故障时 机端三相对地出现横向零序电压3U 0 1 基本原理 39 为了检测发电机的相间 匝间短路必须测量3U0 但又不反应3U 0 以免混淆单相接地故障与不对称短路 为此必须装设专用电压互感器 2 专用电压互感器 一次侧中性点直接与发电机中性点连接 且不允许接地 3U0取自开口三角形绕组 40 3 保护原理接线 41 4 相量图分析 EA EC EB EA UCK UAK UBK U0 A 单相接地 EC EB EA 3U0 B 匝间短路 42 43 44 45 46 四 反应转子回路2次谐波电流的匝间短路保护 a 当定子绕组发生匝间短路时 出现纵向不对称 1 基本原理 产生负序电流 其负序功率方向是由发电机指向系统 定子负序电流在发电机转子回路内感应出100Hz的倍频电流 保护可反应于转子中的这个2次谐波电流而动作 47 b 当外部发生不对称短路时 虽然负序电流在转子中仍感应出l00Hz交流 但其负序功率方向却相反 是由系统指向发电机 所以 利用负序功率方向继电器和100Hz倍频电流继电器组成与门构成匝间短路保护 48 2 原理接线 49 50 51 11 4发电机定子绕组单相接地保护 一 发电机内部发生单相接地时三相网络接线图 11 4 1基波零序电压保护 52 设A相距中性点 处 单相接地 发电机中性点将发生位移 产生零序电压 故障点各相对地电压 EA EC EB EA UCK UAK UBK U0 53 故障点零序电压为 说明 故障点离中性点越远 零序电压越高 54 二 反映零序电压的发电机定子绕组接地保护原理图 工作原理 1 定子绕组单相接地时 定子回路出现零序电压 且零序电压大小与接地点位置有关 接地点越靠近中性点 发电机端零序电压越小 2 动作电压为 15 30V 因此有15 30 的死区 为减少死区 加装三次谐波滤过器 可将死区减少为5 10 55 三 定子接地故障时电流分布 发电机内部单相接地时零序等效网络图 L 11 4 2零序电流保护 56 L 57 四 利用零序电流构成的定子接地保护 1 原理接线图 2 工作原理 1 躲过外部单相短路时流过电流互感器的3I0和正常情况下的不平衡电流 2 动作时限为1 2秒 4 为防止外部相间短路误动 用ZJ闭锁元件 3 中性点附近有保护死区 58 11 4 2反应基波零序电压和3次谐波电压构成100 接地保护 一 正常运行时绕组中3次谐波分布 发电机气隙磁通密度的非正弦分布和铁磁饱和的影响 定子绕组中感应电势除基波分量外 还含有高次谐波分量 59 机端3次谐波电压 中性点3次谐波电压 比值 1 60 二 定子绕组单相接地时3次谐波电压的分布 定子绕组距中性点 处发生金属性单相接地 其等值电路 61 恒有 其比值为 62 定子绕组单相接地时3次谐波电压分布 当 50 时 当 50 时 63 1 利用机端三次谐波电压作为动作量 利用中性点侧3次谐波电压作为制动量 利用这种原理的接地保护 可以反应定子绕组中性点侧约50 范围以内的接地故障 则在正常运行时保护不可能动作 当中性点附近发生接地时 则具有很高的灵敏性 三 反应3次谐波电压保护工作原理 64 四 100 接地保护 反映零序电压的发电机定子绕组接地保护加装三次谐波滤过器 可将死区减少为5 10 65 反应3次谐波电压保护反应定子绕组中性点侧约50 范围以内的接地故障 把这2种保护组合起来 就构成100 定子接地保护 66 11 5发电机转子回路接地保护 一 转子回路一点接地保护 发电机必须装设灵敏的转子回路一点接地保护 保护作用于信号 1 绝缘检查装置 67 1 正常时 两电压表的读数相等 2 当励磁回路对地绝缘水平下降时 两电压表读数不相等 例如U1低于U2 表示正极对地绝缘水平下降 2 在励磁绕组中点接地时 两电压表读数也相等 即存在动作死区 68 2 直流电桥式一点接地保护 励磁绕组正常运行时 电桥处于平衡状态 当励磁绕组发生一点接地时 电桥失去平衡 流过继电器的电流大于其动作电流 保护动作 69 二 励磁绕组两点接地保护 1 励磁回路两点接地保护原理图 2 工作原理 毫伏表和电流继电器接在对角线上 70 1 当D1点接地后投入该保护 按下按钮AN 调滑动电阻R 使毫伏表读数为零 此时 r1 r2 r3 r4 71 2 松开AN 连接片LP接入 当D2点接地后 电桥失去平衡 继电器J中有电流 动作于跳闸 72 缺点 1 若D2点离D1点很近 通过继电器的电流小于继电器动作电流 保护将拒动 因此保护存在死区 死区范围在10 左右 73 2 若第一个接地点D1点发生在转子绕组的正极或负极端 则因电桥失去作用 不论第二点接地发生在何处 保护装置将拒动 死区达100 74 11 6发电机的负序过流保护 一 负序电流保护的作用 转子过热 机械振动 为了使转子不致过热 以发电机额定电流倍数表示的负序电流标幺值A 允许过热时间常数 反时限特性 电流大时动作时限短 而电流小时动作时限长的一种时限特性 75 曲线表明 发电机允许负序电流的时间是随 大小而变化 故称为反时限 76 二 负序定时限过流保护 两段式 I段 其整定值应按照发电机短时间允许的负序电流确定 77 经 10s 延时动作于信号 段 整定值按躲发电机长期允许的负序电流和最大负荷下负序过滤器的不平衡电流来确定 动作判据为 78 1 在ab段内 可能出现发电机已被损坏而保护尚未动作的情况 对发电机不安全 79 2 在bc段内 没有充分利用发电机承受负序电流的能力 在不该切除的时候就将它切除了 80 发信号 由于运行人员处理 3 在c