660MW发电机保护原理与应用

1、660MW发电机保护原理与应用设备部电气专业目 录第一节 发电机差动保护1一、 发电机比率差动原理1二、 发电机差动各侧电流的折算3三、 发电机比率差动方程分析4四、 保护动作分析4第二节 发电机匝间保护6一、 装设匝间保护的必要性6二、 横差保护的原理及整定6三、 纵向零序电压保护原理及整定7第三节 发电机相间后备保护10一、 发电机相间后备保护的作用10二、 发电机的后备保护方式10三、 发电机复合电压过流保护原理11四、 发电机复合电压过流保护整定11第四节 发电机定子接地保护14一、 发电机定子接地的危害14二、 零序电压定子接地保护14三、 三次谐波电压比率定子接地保护16第五节 发

2、电机转子接地保护20一、 发电机转子接地保护的必要性20二、 切换采样式（乒乓式）转子一点接地保护20三、 转子两点接地保护21四、 转子接地保护的注意事项22第六节 发电机定子绕组过电流保护23一、 发电机定子绕组过电流保护原理及组成23二、 发电机定子绕组过电流保护动作判据23第七节 发电机负序过负荷保护26一、 发电机负序过负荷保护原理及组成26二、 发电机负序过负荷保护动作判据26第八节 发电机失磁保护28一、概述28二、 失磁对电力系统和发电机的影响28三、 发电机允许失磁运行的条件28四、 发电机失磁保护判据29五、 发电机失磁保护整定原则31第九节 发电机失步保护32一、 装设失

3、步保护的必要性32二、 失步继电器动作特性32三、 失步保护的整定原则33第十节 发电机过电压保护35一、 发电机过电压的危害35二、 发电机过电压保护整定原则35第十一节 发电机过励磁保护36一、 概述36二、 发电机过励磁保护的整定36第十二节 发电机逆功率保护38一、 概述38二、 发电机程序逆功率保护38三、 逆功率保护动作判据38第十三节 发电机频率异常保护40一、 发电机频率异常保护的必要性40二、 发电机频率异常的运行要求40三、 限制频率异常的措施40四、 发电机频率异常运行41第十四节 发电机启停机保护43一、 发电机启停机的作用43二、 发电机启停机的整定43第十五节 发电

4、机误上电保护44一、 发电机误上电的产生44二、 发电机误上电的危害44三、 发电机误上电保护的整定原则44第十六节 发电机断水保护46一、 发电机断水的危害46二、发电机短时断水运行46三、 发电机断水保护延时整定46第一节 发电机差动保护一、比率差动保护原理发电机相间短路是发电机内部最严重的故障，因此要为定子绕组装设快速动作的保护装置，当发电机的中性点侧有分相引出线时，可装设纵差保护作为发电机相间短路的主保护，纵差保护是比较被保护设备各引出端电气量（电流）大小和相位的一种保护，此保护应在发电机机端侧和中性点侧应装设同一变比、同一型号的电流互感器。为便于陈述，我们将发电机两端流过方向相同、大

5、小相等的电流称为穿越性电流，而方向相反的电流称为非穿越性电流。作为主保护，发电机比率制动差动保护是以非穿越性电流作为动作量、以穿越性电流作为制动量，来区分被保护元件的正常状态、故障状态和非正常运行状态的，区别如下：1.正常运行状态，穿越性电流即为负荷电流，非穿越性电流理论为零。2.内部相间短路状态，非穿越性电流剧增。3.当外部故障时，穿越性电流剧增。在上述三个状态中，保护能灵敏反应内部相间短路状态动作出口，从而达到保护元件的目的，而在正常运行和区外故障时可靠不动作。2、 比率差动保护动作特性、动作方程下面以南瑞继保公司RCS-985保护装置为例，对当前广泛采用的便制动系数比率差动保护的判据进行

6、分析如下，如无特殊说明，下述中电流为二次值。1.比率差动保护的动作特性如图1.1所示。 图1.1 比率差动保护的动作特性2.比率差动保护的动作方程（判据）如下： 式中：差动电流； 制动电流； 差动电流起动定值； 发电机额定电流； 发电机机端和中性点电流； 比率差动制动系数； 比率差动制动系数增量； 起始比率差动斜率，一般可取0.1； 最大比率差动斜率，一般可取0.7； 最大比率制动系数时的制动电流倍数，固定取6。差动电流起动定值（最小动作电流）可按躲过正常发电机额定负荷时的最大不平衡电流整定，即：式中：Krel可靠系数,一般可取1.5-2.0； Ker电流互感器综合误差,取0.1； 装置通道调

7、整误差引起的不平衡电流系数，一般取0.02； 由上式可知，当取Krel=2.0时， Icdqd0.24Ie。工程计算中，一般可取Icdqd（0.2-0.3）Ie，对正常工作时回路不平衡电流较大的情况，应查明原因。3.灵敏度计算。按上述原则整定的比率制动特性，当发电机机端两相金属性短路时，差动保护的灵敏系数一定满足不小于2.0的要求，不必进行灵敏度校验。4.差动速断动作电流。为防止区内严重故障时由于TA饱和导致比率差动保护延缓动作,当任一相差动电流大于差动速断定值时瞬时动作于出口继电器，此定值按躲过机组非同期合闸产生的最大不平衡电流整定。对于大型机组，一般取3-5Ie，建议取4Ie。5.出口方式

8、动作于停机。三、发电机差动各侧电流的折算 发电机差动所用电流为发电机机端电流及发电机中性点电流，两侧电流TA变比可能不一至，所以在差动运算前，要对各侧电流进行折算，折算到同一变比，电流的折算方法是采用标么值。 标么值定义：电流的实际值和基准值的比值，一般选取各侧的额定电流做为基准电流。 对于发电机两侧额定电流的计算公式如下： 1.发电机机端侧： 2.发电机中性点侧：式中：发电机视在功率；发电机额定有功功率；发电机额定功率因数；发电机机端额定线电压； 发电机机端侧TA变比； 发电机中性点侧TA变比。四、保护动作简要分析1.电流参考方向：规定由发电机机端流向中性点为正，如图1.2所示。图1.2 电

9、流参考方向2.区内故障如图1.3所示，机端侧短路电流I1由机端流向中性点，为正值。中性点侧电流I2由中性点流向机端，为负值，由差动电流和制动电流公式可以看出：图1.3 区内故障时电流方向此时差流很大而制动电流很小，差动方程很容易满足，差动保护动作。3.区外故障如图1.4所示，机端侧短路电流I1由机端流向中性点，为正值。中性点侧电流I2也是由机端流向中性点，为正值，并且两个电流大小相等，由差动电流和制动电流公式可以看出：图1.4 区外故障时电流方向此时差流为0而制动电流很大，差动方程不满足，差动保护不动作。故障点有问题，中性点直接接地该保护无法反应。第二节 发电机匝间保护一、装设匝间保护的必要性

10、 因发电机定子绕组同槽上下层线棒同相的比例可能较大，由于定子线棒变形、震动而使绝缘受到机械磨损；污染腐蚀、长期受热老化使匝间绝缘逐步劣化；使发电机存在发生匝间短路的可能，因此发变组保护中要求配置发电机匝间保护，动作于停机。 二、横差保护的原理及整定当发电机每相绕组为两分支或多分支时，在中性点处如果三相最后构成两个中性点，在这两个中性点的连线上装有一个TA ，反应该TA二次电流的保护就称作单元件的横差保护，即零序电流型横差保护。 当正常运行和绕组的外部发生短路时，各个分支电势相同。两个中性点等电位，两中性点连线上的电流为零，或者说仅为不平衡电流，保护不会动作。当某相上的某一分支发生匝间短路时、绕

11、组间发生相间短路时、当某一分支绕组开焊时，两中性点出现电位差，使两中性点连线上出现电流。所以该横差保护可以反应定子绕组同一分支的匝间短路、同相不同分支间短路、不同相分支相间短路和分支开焊故障。图2.1 TA为发电机零序电流型横差保护所用的电流互感器（删TA外的互感器图标）零序电流型横差保护高定值段：接于发电机中性点连线的互感器用于零序电流型横差保护。动作电流按躲过发电机外部不对称短路故障或发电机转子偏心产生的最大不平衡电流整定，其表达式为：式中：中性点连线上的TA变比。 零序电流横差保护低定值段： 低定值段具有防外部短路时误动的技术措施，动作电流只需躲过正常运行时最大不平衡电流可初设：。根据实

12、测值进行校正，可靠系数一般取1.52.0。零序电流型横差保护不设动作延时，但当励磁回路一点接地后，为防止励磁回路发生瞬时性第二点接地故障使横差保护误动，应切换为带0.5S-1.0S延时动作于停机。三、纵向零序电压保护原理及整定1.保护原理当发电机无法分别引出双星形的中性点时，就无法采用原理比较成熟的单元件高灵敏横差保护，当发生上述匝间短路或开焊故障时，会出现纵向零序电压，目前采用较多的是动作量取自机端专用电压互感器（该电压互感器的中性点与发电机中性点相连但不接地）开口三角绕组纵向零序电压，当其值大于整定值时保护动作。图2.2 纵向零序过电压保护原理在正常运行、外部短路时： 开口三角输出电压为：

13、 所以纵向零序过电压保护不会误动作。发电机定子绕组发生单相接地短路时，例如图2.2中C相绕组发生单相接地短路时，由于C相机端对N点的电压不变，所以纵向零序电压仍为零。因此该保护不能保护定子接地短路。需要指出，此时机端对地是会出现零序电压的，但本保护不反应机端对地的零序电压。如果发电机定子绕组发生匝间短路。例如A相某一分支绕组发生匝间短路，如图2.2所示。短路匝数占总匝数的百分数a。此时A相机端对N点电压由于部分匝数被短接故：而B、C相机端对N点电压不变，电压为：、。故开口三角输出电压为：纵向零序过电压保护可以动作，所以该保护可保护同分支的匝间短路。同理在同相不同分支绕组间短路时和在绕组内的相间

14、短路时都会造成各相机端对中性点的电压幅值发生变化，从而会出现纵向（机端对中性点）零序电压。所以纵向零序过电压保护也可以保护这些故障类型。2.在此处输入导则第8页，4.1.7a-f条内容。第三节 发电机相间后备保护一、发电机相间后备保护的作用发电机相间后备保护主要用作发电机外部相间短路及内部故障时的后备保护。发电机外部故障时，流过发电机的稳态短路电流不大，有时甚至接近发电机的额定负荷电流，所以发电机的过电流保护一般采用低电压启动或复合电压启动。其电流取自发电机中性点或机端的电流互感器，电压取自机端电压互感器的相间电压，在发电机并网前发生故障时，保护装置也能动作。在发电机发生过负荷时，过电流元件可

15、能动作，但因这时低电压元件不动作，保护被闭锁。二、发电机的后备保护方式 发电机的后备保护主要有低阻抗保护、低电压启动的过电流保护、复合电压启动的过电流保护等。 1、低电压启动的过电流保护。发电机低压启动的过流保护的电流继电器，接在发电机中性点侧三相星形连接的电流互感器上，电压继电器接在发电机出口端电压互感器的相间电压上，在发电机投入前发生故障时，保护也能动作。低电压元件的作用在于区别是过负荷还是由于故障引起的过电流。 2、复合电压启动的过电流保护。复合电压启动是指负序电压和单元件相间电压共同启动过电流保护。在变压器高压侧母线不对称短路时，电压元件的灵敏度与变压器绕组的接线方式无关，有较高的灵敏

16、度。三、发电机复合电压过流保护的整定 下面以最为常用的发电机负荷电压过流保护为例，介绍整定方法。此处输入导则第8-9页4.2条款第四节 发电机定子接地保护一、发电机定子接地的危害当发电机定子绕组与铁芯间的绝缘损坏将引起定子绕组的单相接地短路。如果发电机的中性点是绝缘不接地的，此时接地点的接地电流是发电机电压系统的电容电流。该电流较大时非但会烧伤定子绕组的绝缘还会烧损铁芯，甚至会将多层铁芯叠片烧接在一起在故障点形成涡流，使铁芯进一步加速熔化导致铁芯严重损伤 。为确保发电机的安全，不应使发电机的单相接地短路发展成相间短路或匝间短路，因此应该使单相接地故障处不产生电弧或者使接地电弧瞬间熄灭。这个不产

17、生电弧的最大接地电流被定义为发电机单相接地的安全电流，该电流与发电机的额定电压有关。当单相接地电流小于安全电流时，定子接地保护动作后只发信号而不跳闸。调度人员应转移负荷、平稳停机，以免再发生一点接地形成很大的短路电流而烧坏发电机。当单相接地电流大于安全电流时，定子接地保护应动作于跳闸。二、零序电压定子接地保护原理介绍及整定1.原理介绍在图4.1中F点的A相绕组发生接地短路。F点到中性点的匝数占该相绕组总匝数的百分比为a。图4.1 发电机定子单相接地短路接线图此时机端T点各相的对地（对A相的F点）电压为 ：所以机端T点对地的零序电压为：零序电压值随短路点位置a的变化而变化的关系如图4.2所示。在

18、机端单相接地时零序电压最大，在中性点处接地时零序电压为零。图4.2 在不同a处发生单相接地时的3UO基波零序电压保护范围为发电机8595的定子绕组单相接地,在中性点N附近发生接地故障，保护有死区。2.整定计算基波零序电压保护一般设两段定值，一段为低定值段，另一段为高定值段。2.1低定值段基波零序电压保护的动作电压U0.op应按躲过正常运行时的最大不平衡基波零序电压U0.max整定，即：U0.op=KrelU0.max式中：Krel可靠系数，取1.2-1.3； U0.max机端或中性点实测不平衡基波零序电压，实测之前，可初设为5%-10%U0n，U0n为机端单相金属性接地时中性点或机端的零序电压

19、（二次值）。应校核系统高压侧接地短路时，通过主变高、低压绕组间的相耦合电容CM传递到发电机侧的零序电压大小Ug0，Ug0可能引起基波零序过电压保护误动作。因此，定子单相接地保护动作电压整定值与延时应与系统接地保护配合，可分为三种情况：a. 动作电压若已躲过主变高压侧耦合到机端的零序电压，在可能的情况下，延时应尽量取短，可取0.3S-1.0S；b. 具有主变高压侧系统接地故障传递过电压防误动措施的保护装置，延时可取0.3S-1.0S；c. 动作电压若低于主变高压侧耦合到机端的零序电压，延时应与高压侧接地保护配合。 2.2高定值段基波零序电压保护电压定值应可靠躲过传递过电压，可取（15%-25%）

20、U0n；延时可取0.3S-1.0S。 2.3 该保护动作于停机。三、三次谐波电压比率定子接地保护基波零序过电压保护对于中性点附近的单相接地短路是存在死区的。虽然正常运行时中性点的电压很低，发电机的定子绕组又是全绝缘的，中性点附近发生接地短路的几率较少。但是不能完全排除中性点附近发生接地短路的可能性。因此规程规定对容量小于100MW的发电机变压器组中的发电机定子接地保护中可只装设保护范围不小于90%的基波零序过电压保护。但对容量大于等于100MW的发电机变压器组中的发电机一定要配置能对100%的定子绕组发生接地短路的保护。100%的定子绕组接地短路保护的一种方案是用三次谐波电压和基波零序过电压两

21、种保护联合构成。三次谐波电压定子接地保护对于中性点附近的单相接地短路有很高的灵敏度，它与基波零序过电压保护正好有互补性。所以可用这两个保护联合构成100%的定子绕组接地短路保护。四、正常运行时机端与中性点处的三次谐波电压的特征发电机每相对地电容Cg各一半分接在机端和中性点处。发电机外接元件的每相对地电容Ct接于机端。发电机三次谐波的相电势为E3。由于正常运行时三相的三次谐波电压的幅值和相位相同，所以在三次谐波等值电路图中机端T处三相可连在一起，中性点N处三相本来就连在一起，构成如图所示三相三次谐波等值电路图。各处的电容是单相电容的三倍。发电机的电阻、电抗、电导相对于电纳来说很小，可忽略不计。图

22、4.3 正常运行情况下三相三次谐波等值电路图由上图可以得到发电机正常运行时机端和中性点三次谐波电压之比：五、定子绕组单相接地短路时机端与中性点处的三次谐波电压的特征图4.4 单相接地时的接线图图4.5 三相三次谐波等值电路图设短路点F到中性点N的匝数占总匝数的百分比为 a，由等效电路得：据电压公式可画出UT3a ，UN3a的关系曲线如图所示。图4.6 金属性短路时UT3a，UN3a关系曲线所以如果以UT3UN3作为动作方程的话，该继电器在金属性短路情况下可保护从中性点起50%的绕组上的单相接地短路。且短路点越近中性点保护越灵敏。六、三次谐波电压单相接地保护整定三次谐波电压比率判据只保护发电机中

23、性点25左右的定子接地，机端三次谐波电压取自机端开口三角零序电压，中性点侧三次谐波电压取自发电机中性点TV。该保护可采用以下两种原理 a.原理一式中:机端和中性点三次谐波电压值； 三次谐波电压比值整定值。实测发电机正常运行时的最大三次谐波电压比值为a，则可取（1.2-1.5）a。机组并网前后，机端等值容抗有较大的变化，因此三次谐波电压比率关系也随之变化，故在机组并网前后各设一段定值，随机组出口断路器位置接点变化自动切换，三次谐波电压比率判据可选择动作于跳闸或信号。 b.原理二式中：机端、中性点三次谐波电压向量； 自动跟踪调整系数向量； 制动系数，取值可参考各厂家技术说明书。三次谐波电压定子接地

24、保护一般动作于信号。第五节 发电机励磁回路接地保护一、发电机励磁回路接地保护的必要性此处输入导则第12页4.4第一段内容。当励磁绕组及其相连的直流回路发生一点接地故障时，由于没有形成短路回路，接地点并没有故障电流，所以并不会产生严重的后果。但是如果继发第二点接地故障时，接地点流过的故障电流将烧伤转子本体，部分转子绕组被短接，励磁绕组中电流增加将因过热而烧伤。部分励磁绕组被短接以后气隙磁场发生的畸变会造成转子振动的加剧（这一点对于水轮发电机尤其严重）此外两点接地后还可能发生轴系和汽轮机的磁化。这些都将严量威胁发电机的安全。为了大型发电机组的安全运行，无论水轮发电机或汽轮发电机，在励磁回路一点接地

25、保护动作发出信号后，应立即转移负荷，实现平稳停机检修。中、小型汽轮发电机除装设励磁回路一点接地保护外还需装设专门的转子两点接地保护，保护动作于跳闸。在一点接地保护动作发信号后应立即投入两点接地保护，机组还允许继续运行。为避免发生瞬间的两点接地时不必要地停机，两点接地保护应延时(0.51.0)秒动作于停机。（请核实该段语句出处是否严谨）二、励磁回路接地保护整定此处输入导则第12页4.4的“目前广泛采用的转子”到4.4结尾。第六节 发电机定子绕组过负荷保护一、发电机定子绕组过电流保护原理及组成对于发电机因定子绕组过负荷或区外短路引起定子绕组过电流应装设定子绕组三相过电流保护，由定时限和反时限两部分

26、组成。反时限保护由三部分组成: 下限启动, 反时限部分, 上限定时限部分。上限定时限部分设最小动作时间定值。 当定子电流超过下限整定值Iszd时, 反时限部分起动, 并进行累积。反时限保护热积累值大于热积累定值保护发出跳闸信号。反时限保护, 模拟发电机的发热过程, 并能模拟散热。当定子电流大于下限电流定值时, 发电机开始热积累, 如定子电流小于额定电流时, 热积累值通过散热慢慢减小。图6.1 发电机定子绕组过电流保护的动作特性曲线1-定时限过电流保护动作特性曲线 2-反时限过电流保护动作 特性曲线二、发电机定子绕组过负荷保护动作判据 发电机定子绕组过电流保护动作特性曲线如图6.1所示，动作特性

27、曲线由三部分组成，图中曲线1的ABF为定时限过电流保护动作特性，曲线2的CD为反时限过电流动作特性，DEH为反时限上限（高定值）动作去。对应的动作判据由三部分组成。 1、定时限过电流保护 图6.1中，曲线1的ABF段，当满足下式则动作后发信号t式中：发电机定子绕组中性点侧TA二次电流； 定时限过电流保护动作电流整定值； t发电机定子电流满足动作条件作用时间； 定时限过电流动作时间整定值。 2、反时限过电流保护 1）反时限动作判据。图6.1中曲线2的CD段为反时限部分，当时，若满足下式则动作后跳闸:式中： 发电机定子最大相电流相对值（以发电机定子额定二次电流为基准）； 发电机允许发热时间常数；

28、反时限过电流保护下限动作电流（最小动作电流） 反时限过电流保护上限动作电流（最大动作电流） 散热时间常数，数值上等于或略大于发电机额定电流相对值；其他符号含义同前。 2）反时限上限动作判据。如图6.1中曲线2的DEH段所示，此时有式中：t电流超过上限动作电流的作用时间； 上限动作时间整定值。上述涂红部分照抄导则第12页4.5条，未涂红部分保留。第七节 发电机转子表层负序过负荷保护增加“发电机转子表层负序过负荷的危害”，可参考国家电力调度通信中心组编发电机变压器机电保护应用第二版（软皮绿书）第210页内容一、发电机负序过负荷保护原理及组成 发电机不论何种原因产生负序过电流时，当负序电流相对值2与

29、作用时间t（s）之乘积的积分值达到一定数值时，发电机的转子表层将过热，有时可能严重烧损发电机转子，为此应装设发电机转子表层负序过负荷保护（负序过电流保护）。负序过负荷反应发电机转子表层过热状况，也可反应负序电流引起的其它异常。保护动作量取机端、中性点的负序电流。 发电机负序过负荷保护分为定时限和反时限两种，其中反时限负序过负荷保护由三部分组成：下限启动、反时限部分、上限定时限部分。图7.1 发电机转子表层负序过负荷保护的动作特性曲线 1定时限过电流保护动作特性曲线； 2反时限过电流保护动作特性曲线；二、发电机负序过负荷保护动作方程 1、定时限负序过负荷保护 图7.1中曲线的ABF段为上限动作特

30、性，当满足下式时，保护动作后发信号：式中：发电机定子绕组的负序电流二次值（A）； 发电机定时限转子表层负序过负荷保护动作电流整定值（A）； 发电机定时限转子表层负序过负荷保护满足动作条件的持续时间（s）； 发电机定时限转子表层负序过负荷保护动作时间整定值（s）。 2、负序反时限过负荷保护 1)负序反时限动作判据。图7.1 中CD段为负序反时限动作特性曲线，当时，若满足下式，则负序反时限保护动作：式中：发电机定子负序电流的相对值（以发电机额定二次电流为基准）； A发电机转子表层允许负序电流发热时间常数（s）； 发电机转子表层负序过负荷保护反时限下限动作电流（A）； 发电机转子表层负序过负荷保护反

31、时限上限动作电流（A）； 发电机长期连续运行允许的负序电流相对值（以发电机额定二次电流为基础）； 负序电流反时限动作时间（s）； 2）负序反时限上限动作判据。图7-1中DEH段为上限动作特性曲线，若满足下式，则保护动作：式中：t负序电流超过上限动作电流的持续作用时间（s）； 上限动作时间（s）。上述涂红部分，照抄导则第14页，4.5.3转子表层夫婿过负荷保护所有内容。“见附录”等导则特有部分不用摘抄。第八节 发电机失磁保护一、发电机失磁原因发电机的失磁故障是指发电机的励磁全部消失或部分消失的故障。引起发电机失磁的原因是转子绕组的故障、励磁机的故障、自动灭磁开关的误跳闸、半导体励磁系统中某些元件

32、的损坏或回路故障以及误操作。二、失磁对电力系统和发电机的影响 1、发电机失磁对电力系统产生的影响1）发电机从原先向系统输出无功功率Q1到需从系统吸收无功功率Q2，系统将出现的无功差额Q1+Q2。发电机的容量在系统中占的比重越大，对系统的影响也越大。如果系统没有足够的无功储备，则无功严重的缺额将造成机端和电力系统中邻近的某些点的电压严重下降甚至可能导致系统因电压崩溃而瓦解。2）由于电压下降，系统中其它发电机在自动调整励磁装置的作用下将增加其无功输出，这可能导致发电机、变压器、线路的过电流。如果因此造成它们保护的误动将进一步扩大事故。 2、发电机失磁对发电机产生的影响1）在转子回路和转子本体表层将

33、产生频率为fg-fs的差频电流。造成转子的局部过热甚至灼伤。2）定子电流的增大将造成定子过热。3）在异步力矩的作用下发电机将产生振动。水轮发电机和大型汽轮发电机由于设计的异步平均转矩的最大值较小，纵轴（d）和横轴（q）的不对称程度更大。因而如果在重负荷下失磁会造成机组的严重振动而危及机组的安全。三、发电机允许失磁运行的条件如果系统有充足的无功储备，失磁后系统电压不致严重下降，则发电机可以不解列。但要将负荷减到4050%的额定负荷，以减小转差率s。这样，允许失磁机组运行1530分钟。四、发电机失磁保护判据 该保护照抄导则15-19页失磁保护内容。 注：以南瑞继保RCS-985保护装置为例。 1、

34、定子侧阻抗判据 阻抗圆：异步阻抗圆或静稳边界圆，阻抗电压量取发电机机端正序电压，电流量取发电机中性点正序电流。动作方程为：式中：XA对于静稳边界圆，可按系统阻抗整定，对于异步阻抗圆，XA= 0.5 Xd； XB隐极机一般取Xd 0.5 Xd，凸极机一般取0.5（ XdXq）+ 0.5 Xd。 对于阻抗判据，可以选择与无功反向判据结合： 对于静稳阻抗继电器，特性如图7.1，图中阴影部分为动作区，图中虚线为无功反向动作边界。对于异步阻抗继电器，特性如图7.2。 图7.1 静稳阻抗继电器 图7.2 异步阻抗继电器阻抗继电器辅助判据： a.正序电压6V。 b.负序电压U20.1Un（发电机额定电压）。

35、 c.发电机电流 0.1Ie（发电机额定电流）。 2、低电压判据一般取母线三相电压，也可选择发电机机端三相电压。三相同时低电压判据： 对于取自母线电压，TV断线时闭锁本判据。取自机端三相电压，一组TV断线时自动切换至另一组正常TV。 3、转子侧判据 1）转子低电压判据： 2）发电机的变励磁电压判据式中：，发电机同步电抗标幺值，系统联系电抗标幺值。 发电机输出功率标幺值； 发电机凸极功率幅值标幺值； 发电机励磁空载额定电压有名值； 可靠系数。 失磁故障时如Ur突然下降到零或负值，励磁低电压判据迅速动作（在发电机实际抵达静稳极限之前），失磁或低励故障时，Ur逐渐下降到零或减至某一值，变励磁低电压判

36、据动作。低励、失磁故障将导致机组失步，失步后Ur和发电机输出功率作大幅度波动，通常会使励磁电压判据、变励磁电压判据周期性地动作与返回，因此低励、失磁故障的励磁电压元件在失步后（进入静稳边界圆）延时返回。4、减出力判据减出力采用有功功率判据： 失磁导致发电机失步后，发电机输出功率在一定范围内波动，P取一个振荡周期内的平均值。五、发电机失磁保护整定原则 发电机失磁保护一般设由四段组成，失磁保护段动作于减出力，段经母线电压低动作于跳闸，段可动作于信号或跳闸，段经较长延时动作于跳闸。 失磁保护段用于减出力。失磁保护段投入，发电机失磁时，降低原动机出力使发电机输出功率减至整定值。 失磁保护段：发电机失磁

37、时，主变高压侧母线电压低于整定值（根据选择，可取机端电压），保护延时动作于跳闸。失磁段判据选择时，除了母线低电压判据外，定子阻抗判据建议投入。不推荐只投母线电压判据和转子电压判据的方式。 失磁保护段可动作于报警，也可动作于切换备用励磁或跳闸。 失磁保护段为长延时段，只判定子阻抗元件，在减出力、切换备用励磁等措施无效的情况下，动作于跳闸。第九章 发电机失步保护一、装设失步保护的必要性 1、大型的发电机-变压器组的电抗较大，如果外接系统是一个大系统，在振荡时振荡中心往往在机端或变压器内。振荡中机端电压周期性地大幅度地上、下变化，将导致厂用辅机的工作遭到严重的破坏，甚至导致全厂停机、停炉、停电。 2

38、、当振荡中心在机端附近时，流过发电机的最大振荡电流接近于机端三相短路电流。如果此电流较长时间的反复出现将使发电机定子绕组发热，电磁力使发电机的端部受机械损伤。 3、振荡时轴系周期性的扭力将使大轴受到严重扭伤，缩短运行寿命。 4、滑差周期性的变化使转子绕组中产生差频的感应电流，将造成转子发热。 5、大型机组与系统的振荡可能导致系统解列甚至崩溃。二、失步保护特性 失步保护阻抗元件计算采用发电机正序电压、正序电流，阻抗轨迹在各种故障下均能正确反映。保护采用三元件失步继电器动作特性, 如图所示： 第一部分是透镜特性，图中，它把阻抗平面分成透镜内的部分I和透镜外的部分O。第二部分是遮挡器特性，图中，它把

39、阻抗平面分成左半部分L和右半部分R。 两种特性的结合，把阻抗平面分成四个区OL、IL、IR、OR，阻抗轨迹顺序穿过四个区（OLILIROR或ORIRILOL），并在每个区停留时间大于一时限，则保护判为发电机失步振荡。每顺序穿过一次，保护的滑极计数加1，到达整定次数，保护动作。 图8.1 三元件失步继电器动作特性第三部分特性是电抗线，图中，它把动作区一分为二，电抗线以上为I段（U），电抗线以下为II段（D）。阻抗轨迹顺序穿过四个区时位于电抗线以下，则认为振荡中心位于发变组内，位于电抗线以上，则认为振荡中心位于发变组外，两种情况下滑极次数可分别整定。 保护可动作于报警信号, 也可动作于跳闸。失步保

40、护可以识别的最小振荡周期为120ms。三、失步保护的整定原则失步保护特性有三部分组成，以RCS-985B型保护装置为例，如图8.1所示。1、遮挡器特性整定： 式中：发电机暂态电抗、主变电抗、系统联系电抗标幺值； 系统阻抗角； 发电机额定电压和额定视在功率； 为电流互感器和电压互感器变比。2、角整定式中：，RL.min发动机最小负荷阻抗。3、电抗线ZC的整定电抗线是失步振荡中心的分界线。4、跳闸允许电流整定跳闸允许电流定值为辅助判据，根据断路器失步开断容量选择，功能为当电流小于失步开断电流时允许跳闸，断路器开断电流由制造厂家提供，如无提供值，可按25%的断路器额定遮断电流考虑。5、失步保护滑极定

41、值整定振荡中心在区外时，失步保护动作于信号，滑极可整定215次，动作于跳闸，整定大于等于15次。振荡中心在区内时，滑极一般整定12次。第十节 发电机过电压保护一、发电机过电压的危害大型发电机定子铁芯背部存在漏磁场，在这一交变漏磁场中的定位筋（与定子绕组的线棒类似），将感应出电动势。相邻定位筋中的感应电动势存在相位差，并通过定子铁芯构成闭路，流过电流。正常情况下，定子铁芯背部漏磁小，定位筋中的感应电动势也很小，通过定位筋和铁芯的电流也比较小。但是当过电压时，定子铁芯背部漏磁急剧增加，例如过电压5%位时漏磁场的磁密要增加几倍，从而使定位筋和铁芯中的电流急剧增加，在定位筋附近的硅钢片中的电流密度很大

42、，引起定子铁芯局部发热，甚至会烧伤定子铁芯。过电压越高，时间越长，烧伤就越严重。发电机出现过电压不仅对定子绕组绝缘带来威胁，同时将使变压器（升压主变压器和厂用变压器）励磁电流剧增，引起变压器的过励磁和过磁通。过励磁可使绝缘因发热而降级，过磁通将使变压器铁芯饱和并在铁芯相邻的导磁体内产生巨大的涡流损失，严重时可因涡流发热使绝缘材料遭永久性损坏。二、发电机过电压保护整定原则根据DLT 684-2012 大型发电机变压器组继电保护整定计算导则要求，对于300MW及以上汽轮发电机，过电压保护的动作电压整定值为：式中：发电机定子一次额定电压（V）； 电压互感器变比。上述红色部分，全部照抄导则，包括水轮机

43、。定子过电压保护的整定值，还应根据不同电机制造厂提供的发电机允许过电压能力或定子绕组的绝缘状况决定。如哈尔滨电机厂有限责任公司生产的QFSN-660-2型三相同步汽轮发电机：当定子绕组的电压高于额定电压的1.2倍时，将发电机与电网解列，同时立即（无延时）解除发电机励磁。第十一节 发电机过励磁保护一、装设过励磁保护的必要性当发电机或变压器发生过励磁故降时，铁芯的工作磁密升高导致其出现饱和使得铁损增加。铁芯饱和还会使漏磁场增强，漏磁通在穿过铁芯表面和相应结构件中引起的涡流损耗也相应增加。由这些附加损耗引起的温升有可能导致设备绝缘的损坏。由于现代大型发电机、变压器的额定工作磁密接近其饱和磁密，使得过

44、励磁故障的后果更加严重。并且，对于发电机-变压器组（以下简称为发变组）其电压和频率都会大幅度偏离额定值，有可能出现因电机转速偏低而电压接近额定值时由低频产生的过励磁故障。因此，发变组必须要配置专门的过励磁保护。二、发电机过励磁保护的整定为衡量发电机过励磁状况，通常采用过励磁倍数这个物理概念。所谓过励磁倍数，是指发电机过励磁运行时铁芯内的磁通密度与额定工况时(额定电压及额定频率时)铁芯内的磁通密度之比。过励磁倍数N为：式中：过励磁倍数； 发电机或变压器过励磁运行时的铁芯磁通密度； 发电机或变压器额定工况运行时的铁芯磁通密度； 发电机或变压器实际运行电压及额定电压； 发电机或变压器实际运行频率及额

45、定频率。电压的升高和频率的降低均可导致磁密的增大。当时，也要遭受过励磁的危害。危害的表现之一是铁芯饱和后谐波磁密增强，使附件损耗增大，引起局部过热。另一个危害就是使定子铁芯背部漏磁场增强。下述图红色部分应与导则23页4.8.1结合进行修改。 1、定时限过励磁保护的整定定时限过励磁保护动作于信号和降低发电机的励磁电流。关于定时限过励磁保护的动作延时，应按保护的出口方式及被保护的设备情况而定。当过励磁保护出口作用于发信号并减励磁时，其动作延时可按躲过发电机的强行励磁时间整定。需要说明的是，定时限过励磁保护的过励磁倍数定值，不应超过铁芯的起始饱和磁密与额定磁密之比。现代的大型发电机及变压器，其额定工

46、作磁密BN=1.71.8T，而起始饱和磁密BS=1.92.0T。两者之比是1.11.15。因此，定时限过励磁保护的过励磁倍数整定值不应大于1.15。动作于降低励磁电流和信号。2、反时限过励磁保护的整定发电机或变压器反时限过励磁保护的动作特性，应按与制造厂给出的允许过励磁特性曲线相配合来整定。众所周知，并网运行的发电机或变压器，其电压的频率决定于系统频率。运行实践表明：除了发生系统瓦解性事故外，系统频率大幅度降低的可能性几乎不存在。因此，发电机及变压器(特别是变压器)的过励磁，多由过电压所致。在对反时限过励磁保护进行整定时，应注意一下几点：1）对于设置在发电机机端的发电机及变压器的过励磁保护，其

47、整定值应按发电机及变压器两者中允许过励磁(或过电压)特性曲线较低的进行整定。2）在动作特性曲线上尽量多取几个点进行整定，以确保反时限部分的动作值及动作时间的精度。第十二节 发电机逆功率保护一、发电机逆功率发电机逆功率保护是汽轮发电机在某种原因主汽门关闭时，汽轮机处于无蒸汽状态运行，此时发电机变为电动机带动汽轮机转子旋转，汽轮机转子叶片的高速旋转会引起风磨损耗，特别是在尾端的叶片可能引起过热，造成汽轮机过热，造成汽轮机转子叶片的损坏事故。汽轮机处于无蒸汽状态运行时，电功率由发电机送出有功（P为正值）变为送入有功（P为负值），即为逆功率（与正常相比，功率为负值）。利用功率倒向（逆功率）可以构成逆功

48、率保护，所以逆功率保护的功能是作为汽轮机无蒸汽运行的保护。二、发电机程序逆功率保护发电机程序跳闸逆功率保护的主要功能是防止发电机在带有一定有功负荷的情况下，突然跳开主断路器而汽轮机主汽门又未全部关闭。此时汽轮发电机有可能出现超速而飞车的事故。为避免此类重大事故的发生，所以对非短路故障的某些类型的保护，动作后作用于先关闭汽轮机的主汽门，待发电机逆功率继电器动作后，与主汽门关闭后接通的辅助触点组成与门，经一短时限组成程跳逆功率保护，动作后作用于全停。三、逆功率保护动作判据从发电机机端TV二次电压和机端（或中性点侧）TA二次电流取得的发电机测量功率P为逆功率保护的动作量，其动作判据为：式中：发电机有

49、功功率，输出有功功率为正，输入有功功率为负； 逆功率继电器的动作功率。1、动作功率。动作功率的计算公式为： 式中：可靠系数，取0.50.8； 汽轮机在逆功率运行时的最小损耗，一般取额定功率的1%4%； 发电机在逆功率运行时的最小损耗，一般取,其中，为发电机效率，一般取98.6%98.7%（分别对应300MW及600MW），为发电机额定功率。所以，逆功率保护动作功率定值Pop一般整定为，并应根据主汽门关闭时保护装置的实测逆功率值进行校核。2、动作时限。经主汽门触点时，延时1.0s1.5s动作于解列。不经主汽门触点时，延时15s动作于信号，根据汽轮机允许的逆功率运行时间，动作于解列时一般取1min

50、3min。第十三节 发电机频率异常保护一、发电机频率异常保护的定义汽轮机的叶片都有一个自然振荡频率，如果发电机运行频率低于或高于额定值，在接近或等于叶片自振频率时，将导致共振，使材料疲劳。达到材料不允许的程度时，叶片就有可能断裂，造成严重事故。材料的疲劳是一个不可逆的积累过程，所以汽轮机给出了在规定频率下允许的累计运行时间。低频运行多发生在重负荷下，对汽轮机的威胁将更为严重，另外对极低频工况，还将威胁到厂用电的安全，因此发电机应装设频率异常运行保护。二、发电机频率异常的运行要求 允许频率偏移值及时间应与系统低频减载的整定相配合。应保证系统频率动态特性的低频持续时间小于发电机所规定的每次允许时间

51、，并有一定裕度。汽轮发电机的低频保护应能记录并指示累计的频率异常运行时间，每个频率分别进行累计。按DL/T6842012的规定，当频率异常保护需要动作于发电机解列时，其低频段的动作频率和延时应注意与电力系统的低频减负荷装置进行协调。一般情况下，应通过低频减负荷装置减负荷，使系统频率及时恢复，以保证机组的安全；仅在低频减负荷装置动作后频率仍未恢复，从而危及机组安全时才进行机组的解列。因此，要求在电力系统减负荷过程中频率异常保护不应解列发电机，防止出现频率连锁恶化的情况。三、发电机频率异常运行规定如哈尔滨电机厂有限责任公司生产的QFSN-660-2型三相同步汽轮发电机：发电机在额定功率因数，电压偏

52、离额定值5%，频率偏离额定值2%是能连续输出额定功率。当频率偏差大于上述频率值时，允许运行时间按表13.1中规定：表13.1 偏频运行时间限值运行方式频率范围（Hz）最大累计或持续时间寿命期累计时间（min）每次持续时间（s）异常51.0F51.5303050.5F51.0180180正常48.5F50.5连续运行异常48.0F48.530030047.5F48.0606047.0F47.5102046.5F47.025注意，电压升高同时频率降低工况可导致发电机和变压器过磁通量，电压降低同时频率升高工况可导致发电机旋转部件所承受的应力增大。这些因素将引起发电机温升增高和寿命的缩短，应尽快降低负荷或限制这些工况运行。因此，当发电机在额定功率因数，电压偏离额定值5%，频率