第六讲-发电机保护.ppt

第六讲发电机保护一、发电机故障及异常状态和保护配置1、发电机故障：主要分为定子绕组故障和转子绕组故障。定子绕组故障包括：定子绕组的相间、匝间、接地短路。转子绕组故障包括：转子一点接地、转子二点接地。2、发电机异常状态：主要有失磁（也可当成故障）、过流、过负荷、过电压、逆功率、过励磁、低频、失步等。3、保护配置：以上各种状况均有相应的保护给于反应。二、发电机纵联差动保护作为反应发电机内部定子绕组及其引出线相间短路的主保护。目前大容量发电机组都是采用比率制动特性的纵联差动保护。所谓比率制动特性就是指继电器的动作电流随外部短路电流的增大而自动增大，而且动作电流的增大比不平衡电流的增大还要快。这样就可避免由于外部短路电流的增大而造成继电器误动作，同时对于内部短路故障又有较高的灵敏度。,下图为发电机纵差动保护的单相原理图，两组CT特性、变比一致,三、定子绕组匝间短路保护1、定子绕组匝间短路类型定子绕组接线方式有两种：双星形接线和单星形接线定子绕组匝间短路类型主要有：同相同分支；同相不同分支；不同相间；定子开焊。,2、单元件式横差电流保护1）基本原理：发生匝间短路故障时，由于双Y接线绕组的中性点连线上有电流出现，因此，取用中性点连线上的电流可以构成定子绕组的匝间短路保护。该保护构成简单，灵敏度高，不仅可反应定子绕组的匝间短路故障和分支绕组的开焊故障，而且还能反应定子绕组的相间短路故障，故可作为发电机内部短路故障的保护；但保护存在死区，只适用于每相定子绕组为多分支，且有两个或两个以上中性点引出的发电机。,2）微机发电机横差保护交流输入回路发电机单元件横差保护的输入电流，为发电机两个中性点连线上的TA二次电流。以定子绕组每相两分支的发电机为例，其交流输入回路示意图如下：,逻辑框图横差保护是发电机内部故障的主保护，动作应无延时。但考虑到在发电机转子绕组两点接地短路时发电机气隙磁场畸变可能致使保护误动，故在转子一点接地后，使横差保护带一短延时动作。其逻辑框图如下：,3、发电机纵向零序电压式匝间保护1）基本原理：发电机纵向零序电压式匝间保护，是发电机同相同分支匝间短路及同相不同分支之间匝间短路的主保护。定子绕组发生匝间短路时，定子侧有纵向零序电压，这时可采用反应纵向零序电压的匝间短路保护。其原理接线如下。该保护原理简单，具有较高的灵敏度，适用于中性点只有三个引出端子的多分支绕组的发电机上。但须设专用电压互感器，因其中性点不直接接地，故不能用来测量相对地电压和用于接地保护。,2）微机保护原理构成原理：该保护反映的是发电机纵向零序电压的基波分量，并用其三次谐波增量作为制动量。纵向零序电压取自机端专用TV的开口三角输出端。TV应全绝缘,其一次中性点不允许接地，而是通过高压电缆与发电机中性点联接起来。保护的交流接入回路如下：,逻辑框图为防止专用TV一次断线时保护误动，引入TV断线闭锁；另外，为防止区外故障或其他原因（例如，专用TV回路有问题）产生的纵向零序电压使保护误动，引入负序功率方向闭锁。负序功率方向判据采用开放式（即允许式）闭锁。保护的逻辑框图如下：,四、定子绕组接地短路保护1、发电机定子绕组单相接地的特点由于发电机中性点不直接接地，因此它具有一般不接地系统单相短路的特点。不同之处在于故障点的零序电压将随定子绕组接地点的位置而改变。如下图所示。,2、定子绕组接地短路保护1）基波零序电压型定子接地保护当发电机定子绕组单相接地时，利用零序电压随接地点而变化的特点，可以构成基波零序电压保护。零序电压保护的测量信号是发电机的零序电压。发电机零序电压可从发电机出口端三相电压互感器的开口三角形绕组上取得，也可从接地变压器的二次侧绕组上取得，两种测量方法对同一种接地方式来讲所测得的零序电压是相同的。而当定子绕组中性点附近接地时，零序电压数值很小。保护不能起动，因此存在一定的死区。,2）发电机100%定子接地保护随着发电机组容量的不断增大，要求定子接地保护应有100%保护区，不允许存在死区。目前国产发电机基本上都采用反应基波零序电压和3次谐波电压，以实现定子100%保护区的接地保护。该保护装置由两段构成，一段（简称基波部分）保护定子绕组从机端到中性点的5%100%，采用基波零序电压原理构成。另一段（简称3次谐波部分）保护定子绕组从中性点到机端的020%，利用发电机机端3次谐波电压作为动作量，而发电机中性点的3次谐波电压作为制动量。两段共同构成发电机定子100%接地保护。当发电机定子绕组的任一点（即100%范围内）发生接地时，该保护装置按整定的时限动作于信号。,3）微机发电机定子接地保护（1）基波零序电压式定子接地保护保护范围为由机端至机内90%左右的定子绕组单相接地故障。保护接入3U0电压，取自发电机机端TV开口三角绕组两端，或取自发电机中性点单相TV的二次。其交流输入回路如图下。,逻辑框图当零序电压式定子接地保护的输入电压取自机端TV开口三角形绕组时，为确保TV一次断线时保护不误动，需引入TV断线闭锁。可采用的保护逻辑框图如下。,2）发电机三次谐波电压式定子接地保护三次谐波电压式定子接地保护范围是：反映发电机中性点向机内20%左右定子绕组或机端附近定子绕组单相接地故障,与零序基波电压式定子接地保护联合构成100%的定子接地保护。三次谐波电压式定子接地保护，按比较发电机中性点及机端三次谐波电压的大小和相位构成。其交流接入回路如下。,三次谐波式定子接地保护的逻辑框图如图下。,五、发电机失磁保护1、发电机的失磁运行及其产生的影响失磁故障指励磁突然全部消失或部分消失（低励）励磁电流低于静稳极限所对应的励磁电流）失磁原因：三种（1）励磁回路开路，励磁绕组断线灭磁开关误动作，励磁调节装置的自动开关误动，可控硅励磁装置中部分元件损坏（2）励磁绕组由于长期发热，绝缘老化或损坏引起短路（3）运行人员调整等。发电机失磁后，它的各种电气量和机械量都会发生变化，且将危及发电机和系统的安全。2、发电机失磁后的机端测量阻抗按失磁的物理过程的三个阶段，分别为等有功阶段、临界失步点、异步运行阶段。对应这三个阶段，其机端测量阻抗分别为：等有功阻抗圆，临界失步阻抗圆，异步运行时的测量阻抗。,3、失磁保护构成方式的特点引起失磁的原因很多，失磁后会引起许多参数变化，但每一个参数的变化都不能唯一表征失磁故障。故失磁保护的判据通常不至一个，而是由至少一个主判据和二个辅助判据构成。失磁保护的主判据主要有：1）机端测量阻抗是否进入静稳边界阻抗圆（临界失步阻抗圆）2）机端测量阻抗是否进入异步阻抗圆3）无功方向由正变负4）机端三相电压或变压器高压侧三相电压降低失磁保护的辅助判据主要有：1）发电机的励磁电压降低2）是否有负序分量出现3）用延时躲过振荡的影响4）电压互感器二次断线闭锁,4、发电机失磁保护（阻抗原理）微机型发电机失磁保护一般提供了两种原理的保护：阻抗原理失磁保护和新型逆无功原理失磁保护（特别适合于无刷励磁的发电机）。正常运行时，若用阻抗复平面表示机端测量阻抗，则阻抗的轨迹在第一象限（滞相运行）或第四象限（进相运行）内。发电机失磁后，机端测量阻抗的轨迹将沿着等有功阻抗园进入异步边界园内。阻抗型失磁保护，通常由阻抗判据（Zg）、转子低电压判据（Vfd）、机端低电压判据（Ug）、系统低电压判据（Un）及过功率判据（P）构成。保护输入量有：机端三相电压、发电机三相电流、主变高压侧三相电压（或某一相间电压）、转子直流电压。,阻抗型失磁保护的逻辑框图如下：,失磁保护动作过程：当发电机失磁导致机端低电压动作时，经延时t4发出信号并作用于出口（如切换励磁或切换厂用电源等措施）；当发电机失磁导致机组功率超过整定值时，经延时t5发出信号并作用于出口（如降出力）；当发电机失磁并导致系统低电压动作时，经延时t3发出信号并作用于跳闸；当发电机失磁阻抗元件满足，或同时转子低电压也满足时，经t1延时或t2延时发出信号并作用于出口（如解列灭磁）。,六、发电机转子回路接地保护发电机转子励磁绕组的接地故障包括一点接地和两点接地。所谓接地是指励磁绕组绝缘损坏或击穿而使励磁绕组导体与转子铁芯相接触。通常在大型发电机组上都要求装设转子一点接地保护，动作于信号；同时，也投入两点接地保护，以防可能发生的两点同时接地及匝间短路故障。1、转子一点接地故障保护转子一点接地故障保护的方式很多，如绝缘监视、电桥式、迭加直流电压式，迭加交流电压式等。在微机保护装置中，转子一点接地保护常采用的是注入式直流电源，该电源系装置自产。因此，在发电机运行及不运行时，均可监视发电机励磁回路的对地绝缘。该保护动作灵敏、无死区。,七、发电机逆功率保护并网运行的汽轮发电机，在主汽门关闭后，便作为同步电动机运行。但从电网中吸收有功，拖着汽轮机旋转。由于汽缸中充满蒸汽，它与汽轮机叶片磨擦产生热，使汽轮机叶片过热。长期运行，损坏汽轮机叶片。构成原理及逻辑框图逆功率保护的输入量为机端TV二次三相电压及发电机TA二次三相电流。当发电机吸收有功功率时动作。构成框图如下。由图可以看出，当发电机吸收的有功功率大于整定值时，经短延时t1发信号，经长延时t2作用于出口。图中P发电机有功功率计算值Pl、t1、t2逆功率保护整定值,八、发电机过负荷及过电流保护保护反映发电机定子电流的大小。当发电机定子电流超过额定电流值（过负荷）或很大时（系统故障引起过电流），经延时动作于信号（过负荷）或作用于切机（过电流）。保护引入发电机电流（TA二次值）。保护可引入三相电流、或只一相电流，在保护定义时确定。引入一相电流的保护，一般为过负荷保护。引入三相电流的保护，一般为过流保护。1、发电机反时限对称过负荷保护发电机反时限对称过负荷保护，是发电机定子的过热保护，主要用于内冷式大型汽轮发电机。保护反映发电机定子电流的大小。该保护由定时限和反时限两部分构成。,动作特性当发电机的电流大于定时限动作整定值时，经延时发信号；而大于反时限启动电流值时，保护的动作时间与电流大小成反比，出口作用于解列或程序跳闸。保护的反时限特性曲线由三部分构成：上限短延时、反时限及下限长延时。其特性曲线如下。,逻辑框图发电机反时限对称过负荷保护的逻辑框图如下。Ig1、t11定时限动作电流、时间；Is、ts下限电流、长延时；Iup、tup上限电流、时间,2、发电机反时限不对称过负荷保护发电机反时限不对称过负荷保护，适用于大型内冷式汽轮发电机。是发电机的转子过热保护，也叫转子表层过热保护。保护反应发电机定子电流中的负序分量。其输入电流为发电机TA二次三相电流。保护由定时限和反时限二部分构成。当发电机负