继电保护原理基础 第七章

1、第七章,发电机保护,?,一、故障类型及不正常运行状态,1,故障类型,?,定子绕组相间短路：危害最大,?,定子绕组一相的匝间短路：可能发展为单相接地短路和相,间短路,?,定子绕组单相接地：较常见，可造成铁芯烧伤或局部融化,?,转子绕组一点接地或两点接地：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。,?,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。,?,2,不正常运行状态,外部短路引起的定子绕组过电流：温度升高，绝缘老化,负荷等超过发电机额定容量而引起的三相对称过负荷：温度

2、,升高，绝缘老化,外部不对称短路或不对称负荷而引起的发电机负序过电流和,过负荷：在转子中感应出,100hz,的倍频电流，可使转子局部,灼伤或使护环受热松脱，而导致发电机重大事故。此外，引,起发电机的,100hz,的振动。,突然甩负荷引起的定子绕组过电压：调速系统惯性较大发电,机，在突然甩负荷时，可能出现过电压，造成发电机绕组绝,缘击穿。,励磁回路故障或强励时间过长而引起的转子绕组过负荷,当汽轮机主汽门误关闭而发电机出口断路器未跳闸，发电机,失去原动力而变为电动机运行，从电力系统中吸收有功功率。,危害：汽轮机尾部叶片有可能过热而造成事故,?,为了快速消除发电机内部的故障在保护动作于,发电机断路器

3、跳闸,的同,时，还必须动作于,自动灭磁开关,，断开发电机励磁回路，以使转子回,路电流不会在定子绕组中再感应电势，继续供给短路电流。,二、保护类型,?,发电机纵差动保护：定子绕组及其引出线的相间短路保护,?,横差动保护：定子绕组一相匝间短路的保护,?,单相接地保护：对发电机定子绕组单相接地短路的保护,?,发电机的失磁保护：反应转子励磁回路励磁电流急剧下降或消,失,?,过电流保护：反应外部短路引起的过电流，同时兼作纵差动保,护的后备保护,?,负序电流保护：反应不对称短路或三相负荷不对称时，发电机,定子绕组中出现的负序电流,?,过负荷保护：发电机长时间超过额定负荷运行时作用于信号的,保护,?,过电压

4、保护：反应突然甩负荷而出现的过电压,第二节,发电机纵差动保护,（,1,）在正常运行情况下，电流互感,器二次回路断线时保护不应误动，保,护起动电流应大于发电机额定电流；,（,2,）保护装置的起动电流技躲开外,部故障时的最大不平衡电流整定,（,3,）为防止在,LH,二次回路断线、同,时区外故障导致保护误动，另需设置,LH,二次回路断线监视装置发出告警信,号，由运行人员退出保护,（,4,）断线监视继电器,4,按躲开正常运,行时的不平衡电流整定，动作时间按,大于发动机后备保护时限,带制动的发电机纵差保护,?,对,100Mw,及以上大容量发电机，,采用具有比率制动特性的差动,继电器，利用外部故障时的穿,

5、越电流实现制动,?,保证区外故障时可靠躲开最大,不平衡电流的影响，又能提高,区内故障时的灵敏度,?,发电机纵差动保护可以无延时,切除保护范围内各种故障，不,反应发电机过负荷和系统振荡，,且灵敏系数较高，用作容量在,1Mw,以上发电机的主保护。,第三节,发电机匝间短路的横差动保护,（,1,）在正常情况下，两个绕组中的电势相,等，各供出一半的负荷电流。,（,2,）当任一个绕组中发生匝间短路时，两,个绕组中的电势就不再相等，由于出现电,势差产生一个均衡电流，在两个绕组中环,流。利用反应两个支路电流之差，即可实,现发电机定子绕组匝间短路的保护。,（,3,）同相同绕组匝间短路：,Ij= 2Id/nl,，

6、短路匝数越多时；环流越,大，,较小时，保护不动作，有死区；,（,4,）同相不同绕组匝间短路：,1,2,之差值很小时，也将出现死区。,单元件横差保护,?,把一半绕组的三相电流之与另一半绕组三相电流之和进行比较，,当发生各种匝问短路时，中性点联线上有环流流过，继电器,3,动作,?,只用一个互感器，没有由于互感器的误差所产生的不平衡电流，起动,电流较小，灵敏度较高,?,当发电机出现三次谐波电势,E3,时，三相同相位，若任一分支,E3,与其,他支路不相等，则中性点连线上会出现三次谐波环流,，采用三次谐,波滤波器,2,，滤掉三次谐波不平衡电流,?,转子永久性两点接地时，有较大不平衡电流通过中性点连接线，

7、横差,保护可能误动,?,转子永久性两点接地时，气隙磁通畸变畸变气隙磁通导致发电机异常,震动，需转子永久性两点接地保护动作跳闸，因此不闭锁横差保护,?,为防止转子瞬时两点接地时横差误动，在转子一点接地后，横差切换,至,0.5,?,1s,延时跳闸回路,发电机变压器组差动保护,?,(1),当发电机和变压器之间无断路器时，一般装设整组,共用的纵差动保护,?,(2),当发电机与变压器之间有断路器时，发电机和变压,器应分别装设纵差动保护,?,(3),当发电机与变压器之间有分支,(,如厂用电出线,),，应,把分支线也包括在差动保护范围内,第四节,发电机的单相接地保护,（,1,）发电机外壳是接地的；,（,2,

8、）定子绕组中性点不接地或经高阻抗接地；,（,3,）定子绕组单相接地具有一般不接地系统单相接地短路的,特点,（,4,）流经接地点的电流为发电机所在电压网络，即与发电机,有直接电联系的各元件对地电容电流之总和,（,5,）故障点零序电流、零序电压特随发电机内部接地点位置,而改变,（,6,）当接地电容电流等于或大于,5A,时，应装设动作跳闸的接,地保护，当接地电流小于,5A,时，装设作用于信号的接地保护,单相接地：,Ip1=Ip2=Ip0,Id=3Ip0=3(I0f+I0l),发电机零序电容电流：,发电机以外网络零序电流,（,1,）发电机内部单相接地时，流过,LH0,的零序电流为发电机,以外电压网络的

9、对地电容电流,;,（,2,）发电机外部单相接地时，流过,LH0,的零序电流为发电机,本身的对地电容电流,（,3,）当发电机定于绕组的中性点附近接地时，由于接地电流,很小，零序电流保护将不能起动，存在死区,发电机内部单相接地短路的机端零序电压,?,发电机内部,单相接地短,路的机端零,序电压和故,障点的零序,电压相等,?,可通过机端,的电压互感,器来测量故,障点零序电,压,二、利用零序电流构成的定子接地保护,?,(1),躲过外部单相接地时，发电机本身的电容电流，,以及由于零序电流互感器一次侧三相导线排列不,对称，而在二次侧引起的不平衡电流。,?,(2),保护装置的一次动作电流应小于表,7,l,规定

10、的,允许值。,?,(3),为防止外部相间短路产生的不平衡电流引起接,地保护误动作，应在相间保护动作时将接地保护,闭锁。,?,(4),保护装置一般带有,1,2s,的时限，以躲开外部,单相接地瞬间，发电机暂态电容电流的影响,三、利用零序电压构成的定子接地保护,(,发电机变压器组）,?,发电机变压器组接线方式，当发,电机单相接地后，接地电容电流,一般小于允许值，否则可装设消,弧线圈补偿把接地电流补偿到很,小的数值。,?,装设作用于信号的接地保护，反,应于零序电压而动作。,?,保护装置的整定值应躲开正常运,行时的不平衡电压,(,包括三次谐,波电压,),，以及变压器高压侧接,地时在发电机端所产生的零序电

11、,压。,?,中性点附近发生接地时，保护装,置不能动作，有电压死区。,（,1,）利用零序电流和零序,电压的接地保护，对定于,绕组都不能达到,100,的保,护范围。,（,2,）对大型发电机组，持,别是定子绕组用水内冷的,机组，应装设能反应,100,定于绕组的接地保护,第四节,发电机的负序过流保护,?,系统中发生不对称短路或在正常运行情况厂三相,负荷不平衡时，定子绕组中出现负序电流；,?,在转子绕组、阻尼绕组以及转于铁心等部件感应,100H z,的倍频电流，使转子过热；,?,产生,100H z,交变电磁转矩，将同时作用在转子大,轴和定子机座上，引起,100H z,的振动；,?,负序电流在转子中所引起

12、的发热量，正比于负序,电流的平方及所持续时间的乘积,?,发电机负序过电流保护实际上是对定子绕组电流,不平衡而引起转子过热的保护,发电机允许负序电流的时间是随负序电流大小而变化，,具有反时限特性。,二、两段式负序定时限过流保护,?,I,段,动作于发不对称负荷信号,按躲发电机长期允许的负序电流,值和最大负荷下负序过滤器的不,平衡电流来整定,:,I2dz = 0.1 Ief,，,Tdz: 5-10s,?,II,段,动作于跳闸,按躲发电机短时间允许的负序电,流整定,:,I2dz = (0.50.6) Ief,，,Tdz: 35s,与相邻元件的后备保护在灵敏系,数上相配合，时限按后备保护的,原则逐级配合

13、,I,段：,0.1Ief,，,10s -,动作于信号,II,段：,0.5Ief,，,4s -,动作于跳闸,（,1,）曲线,ab,段,:,动作时限,(4s),大于发电机允许的时间，可能出现发电,机已被损坏而保护尚未动作，对发电机不安全；,（,2,）曲线,bc,段,:,动作时限,(4s),小于发电机允许的时间，没有充分利用,发电机承受负序电流的能力,;,（,3,）曲线,cd,段：仅动作于发信也是不安全的,;,（,4,）曲线,de,段：保护不动作,1.,两段式负序定时限过电流保护的动作特性与发电机允许的负,序电流曲线不能很好地配合；,2.,不能反应负序电流变化时发电机转于的热积累过程。,?,单相式低

14、电压起动过电,流保护，反应三相对称,短路,三、负序反时限过流保护,?,动作特性在允许负序电,流曲线的上面，其间的,距离按转子温升裕度决,定。,?,避免在发电机还没有达,到危险状态时就把发电,机切除。,第五节、发电机失磁保护,?,一、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。,失磁原因：,转子绕组故障、,励磁机故障、,自动灭磁开关误跳闸、,半导体励磁系统中元件损坏或回路发生故障以及误操作等。,失磁后的影响,失磁,失步,异步运行,对电力系统影响：,吸收无功，电压下降，无功储备不足，乃至电压崩,溃而系统瓦解,对发电机影响：,（,1,）转子中的差频电流引起转子过热,（,

15、2,）转差率上升引起定子过电流产生发热,（,3,）,转速上升引起振动,气轮发电机原则上允许异步运行一段时间,水轮发电机不允许失磁异步运行,二、发电机失磁后的机端测量阻抗（,90,）,Q,P,受端功率,因素角,（,1,）失磁后到失步前,?,转子电流,Id EdPP,，保持,P,不变,?,Ed,，,QQ0,，吸收无功,?,Zf,：,I,象限,II,象限，,：“”,“,_,”,（,2,）临界失步点（,=90,）,?,等无功阻抗圆：其,圆周为发电机以不,同的有功功率,P,临,界失步时，机端测,量阻抗的轨迹，圆,内为失步区。,const,x,U,x,x,U,Q,S,s,d,S,?,?,?,?,?,?,?,2,2,（,3,）失步后的异步运行阶段（,90,）,1,、发电机空载运行失磁时：,S=0,Zf = -jX1,jXad = -jXd -,最大,2,、发电机在其他运行方式下失磁：SZf,位于第,四象限,三、发电机在其它运行方式下的机端测量阻抗,失磁,Q0,Q=0,Q0,外部故障,四、失磁保护的构成方式,?,失磁保护应能正确反应发电机失磁故障，而在,发电机外部故障、电力,系统振荡、发电机自同步并列以及发电机低励磁,(,同步,),运行时不误动作。,利用自动灭磁开关联锁跳开发电机断路器,利用失磁后发电机定子各参数变化的特点,构成失磁保护：机