第八章发电机保护

1、第八章第八章 发电机保护发电机保护第一节第一节 发电机的故障类型、不正常运行状态及相应发电机的故障类型、不正常运行状态及相应的保护方式的保护方式第二节第二节 发电机定子绕组短路故障的保护发电机定子绕组短路故障的保护第三节第三节 发电机定子绕组的单相接地保护发电机定子绕组的单相接地保护第四节第四节 发电机的负序过电流保护发电机的负序过电流保护第五节发电机的失磁保护第五节发电机的失磁保护8.1 8.1 发电机的故障类型、不正常运行方式及相应的保发电机的故障类型、不正常运行方式及相应的保护方式护方式（1）绕组同相同分支匝间短路）绕组同相同分支匝间短路（2）绕组同相不同分支匝间短路）绕组同相不同分支匝

2、间短路包括有：包括有：反应不对称短反应不对称短路或三相负荷不路或三相负荷不对称时，发电机对称时，发电机定子绕组中出现定子绕组中出现的负序电流的负序电流总结总结 发电机短路故障的主保护发电机短路故障的主保护 纵差保护、横差保护纵差保护、横差保护 发电机定子绕组匝间保护（纵向零序电压保护匝间保发电机定子绕组匝间保护（纵向零序电压保护匝间保护及负序功率方向保护）护及负序功率方向保护） 转子两点接地保护、励磁机纵差保护转子两点接地保护、励磁机纵差保护 发电机短路故障的后备保护发电机短路故障的后备保护 复压闭锁过流保护复压闭锁过流保护 对称过流及过负荷保护、不对称过流及过负荷保护对称过流及过负荷保护、不

3、对称过流及过负荷保护 转子过流及过负荷保护、带记忆的低压闭锁过流保护转子过流及过负荷保护、带记忆的低压闭锁过流保护 其他故障保护：其他故障保护：发电机单相接地保护、发电机失磁保护发电机单相接地保护、发电机失磁保护 发电机异常运行保护：发电机异常运行保护：发电机过电压保护、过激磁保护、发电机过电压保护、过激磁保护、逆功率保护、定子过负荷保护等逆功率保护、定子过负荷保护等正常运行及外部故障时：正常运行及外部故障时：02121IInInITATAmax.21unTATAInInI1K1ITAnI1TAnI22I8.28.2 发电机定子绕组短路故障的保护发电机定子绕组短路故障的保护一、纵差保护：一、纵

4、差保护：发电机发电机相间短路相间短路的主保护的主保护1、基本原理、基本原理保护区内故障：保护区内故障：2K1ITAnI1TAnI22ITAdnII/2TAkTATAnIIIKIKI22122111）正常运行情况下，）正常运行情况下，CT 断线不能误动断线不能误动整定：整定：2 2）躲开外部故障的最大不平衡电流躲开外部故障的最大不平衡电流 3 3）容量）容量100MW100MW的发电机，推荐采用比例制动的差的发电机，推荐采用比例制动的差动继电器动继电器 2min.setksenIIK校验：校验：2 2、比率制动式纵差动保护、比率制动式纵差动保护IN.GIN.G引入发电机引入发电机定子机端和中性点

5、的全部相电流定子机端和中性点的全部相电流 和和3 3、完全差动保护、完全差动保护在定子绕组发生同相匝间短路时两电流仍然相等，保护将在定子绕组发生同相匝间短路时两电流仍然相等，保护将不能动作不能动作1I2I4 4、不完全差动保护、不完全差动保护引入发电机的引入发电机的中性点侧部分分支电流中性点侧部分分支电流 构成纵构成纵差保护，选择适当的差保护，选择适当的TA变比，也可以保证正常运变比，也可以保证正常运行及区外故障时没有差流，而在发生发电机相间与行及区外故障时没有差流，而在发生发电机相间与匝间短路时均会形成差流，当超过定植时，可切除匝间短路时均会形成差流，当超过定植时，可切除故障，这种差动保护被

6、称为不完全纵差动保护故障，这种差动保护被称为不完全纵差动保护2I二、横二、横差保护：差保护：发电机发电机匝匝间短路间短路的主保，的主保，同时也反应相间短路同时也反应相间短路 适用于大容量机组（每相有并联分支）适用于大容量机组（每相有并联分支）越大，环流越大，继电器的越大，环流越大，继电器的电流越大；电流越大；越小，环流越小，越小，环流越小，继电器的电流越小继电器的电流越小裂相横差保护：每相分别装设电流互感器（共裂相横差保护：每相分别装设电流互感器（共6个）个）和继电器（共和继电器（共3个）个） 缺点：缺点：接线复杂，不平衡电流大；很少采用接线复杂，不平衡电流大；很少采用2 2 、单元件横差保护

7、、单元件横差保护优点：优点：接线简单；无不平衡电流，起动电流小，灵敏性高。接线简单；无不平衡电流，起动电流小，灵敏性高。 也能反应定子绕祖上出现的分支开焊故障。也能反应定子绕祖上出现的分支开焊故障。 适用于两个以上中性点适用于两个以上中性点引出端子的发电机引出端子的发电机三、发电机纵向零序过电压保护三、发电机纵向零序过电压保护按躲区外不对称短路时的最大不平衡电压整定一般取按躲区外不对称短路时的最大不平衡电压整定一般取2.53V。需性能良好的三次谐波过滤器。需性能良好的三次谐波过滤器防防TAV断线引起的误动作断线引起的误动作防区外故障时匝间短路防区外故障时匝间短路思考题：思考题：1 1、发电机的

8、完全差动保护为何不反应匝间短路故障，、发电机的完全差动保护为何不反应匝间短路故障，变压器差动保护能反应吗？变压器差动保护能反应吗？2 2、发电机纵差动保护和横差动保护的特点，作用及、发电机纵差动保护和横差动保护的特点，作用及保护范围。能否互相取代？保护范围。能否互相取代？答案：答案：n1、发电机的纵差保护：引入定子端和中性点的全部电、发电机的纵差保护：引入定子端和中性点的全部电流，在定子绕组发生同相匝间短路时两侧电流仍相等，流，在定子绕组发生同相匝间短路时两侧电流仍相等，保护将不能动作。保护将不能动作。n变压器匝间短路时，相当于增加了绕组的个数，并改变压器匝间短路时，相当于增加了绕组的个数，并

9、改变了变压器的变比，此时变压器两侧电流不再相等，变了变压器的变比，此时变压器两侧电流不再相等，流入差动继电器的电流将不再等于零，所以，变压器流入差动继电器的电流将不再等于零，所以，变压器纵差保护能反应匝间短路故障。纵差保护能反应匝间短路故障。n2、纵差保护：反应发电机内部相间短路的主保护，能、纵差保护：反应发电机内部相间短路的主保护，能快速而灵敏地切除保护范围内部相间短路故障，同时快速而灵敏地切除保护范围内部相间短路故障，同时保证在正常运行及外部故障时动作的选择性和工作的保证在正常运行及外部故障时动作的选择性和工作的可靠性，但不能反应匝间短路故障可靠性，但不能反应匝间短路故障n横差保护：适用于

10、具有多分支的定子绕组且有两个中横差保护：适用于具有多分支的定子绕组且有两个中性点引出端子的发电机，能反应定子绕组匝间短路，性点引出端子的发电机，能反应定子绕组匝间短路，分子线棒开焊及机内绕组相间短路。分子线棒开焊及机内绕组相间短路。n两者不能互相取代两者不能互相取代1、发电机定子绕组单相接地的特点、发电机定子绕组单相接地的特点8.3 发电机定子绕组的单相接地保护发电机定子绕组的单相接地保护ACDBDADkACCDABBDAADEUUUUEEUEEUEU)(31)1 ()(0正常情况下正常情况下: : 发电机三相电压中的基波零序电压发电机三相电压中的基波零序电压3U3U0 0很小；很小；单相接地

11、故障时单相接地故障时: : 就出现就出现3U3U0 0 , ,其大小与故障点位置有关。其大小与故障点位置有关。AGkEGGjI)(3010)(一、反应于基波零序电压的接地保护一、反应于基波零序电压的接地保护整定：躲过发电机正常整定：躲过发电机正常运行时发电机系统产生的运行时发电机系统产生的最大不平衡零序电压来整最大不平衡零序电压来整定定max. 03UKUrelset缺点：缺点：只能保护定子绕组靠近机端的只能保护定子绕组靠近机端的8585% %左右，中性点附近有左右，中性点附近有 死区。死区。 适用：适用：发电机变压器组接线的大中型机组，发电机变压器组接线的大中型机组， 保护动作于发信号。保护

12、动作于发信号。正常运行时正常运行时: 机端三次谐波电压机端三次谐波电压US3中性点三次谐波电压中性点三次谐波电压UN3；单相接地时：单相接地时：US3/UN3（1）/ ， 50%时，时，US3UN3措施：措施：利用发电机的三次谐波电压（保护中性点附近的利用发电机的三次谐波电压（保护中性点附近的15）3、利用基波另需电压和、利用基波另需电压和3次谐波电压构成的次谐波电压构成的100%定子单相接地保护定子单相接地保护（1 1）、发电机）、发电机3 3次谐波电势的分布特点次谐波电势的分布特点正常运行时：正常运行时：正常运行时：发电机中性点经消弧线圈接地时正常运行时：发电机中性点经消弧线圈接地时所以：

13、正常运行时，尽管发电机的所以：正常运行时，尽管发电机的E3随着发电机的随着发电机的结构及运行情况而改变，但是总有结构及运行情况而改变，但是总有Us3UN3发电机内部单相接地：发电机内部单相接地：当当aUN3故障越靠近发电机出线端时，灵敏度越高故障越靠近发电机出线端时，灵敏度越高故障越接近中性点时，保护故障越接近中性点时，保护的灵敏的越高的灵敏的越高 8.4 8.4 发电机的负序过电流保护发电机的负序过电流保护一、电流电压保护发电机后备保护：低电压起动的过电流保护、发电机后备保护：低电压起动的过电流保护、 复合电压起动的过电流保护、复合电压起动的过电流保护、 负序电流加单相式低电压起动的过电流保

14、护、负序电流加单相式低电压起动的过电流保护、 阻抗保护。阻抗保护。反应三相短路反应三相短路I 段：段： 0.5 Ie.f、4 4s s 动作于跳闸；动作于跳闸；II 段：段： 0.1 Ie.f、1010s s 动作于信号。动作于信号。二、负序电流保护 5 5万万kW 负序电流的危害：在转子本体和各部件上感应电流，导致转负序电流的危害：在转子本体和各部件上感应电流，导致转子过热，甚至烧伤转子。子过热，甚至烧伤转子。作用：定子三相负荷不对称引起转子过热的主保护；作用：定子三相负荷不对称引起转子过热的主保护； 外部不对称短路的后备保护。外部不对称短路的后备保护。AtIdtit22022原理：原理：A

15、是发电机型式和冷却方式有关的常数，是发电机型式和冷却方式有关的常数，一般采用制造商提供的数据一般采用制造商提供的数据8.5 8.5 发电机的失磁保护发电机的失磁保护 发电机失磁故障发电机失磁故障指励磁突然全部消失或部分消失指励磁突然全部消失或部分消失 失磁原因：失磁原因： （1 1）励磁回路开路，励磁绕组断线）励磁回路开路，励磁绕组断线 灭磁开关误动作，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分元件损坏 （2 2） 励磁绕组由于长期发热，绝缘老化或损坏引起励磁绕组由于长期发热，绝缘老化或损坏引起短路短路 （3 3）

16、运行人员调整等。运行人员调整等。 一、发电机失磁运行及其产生的影响一、发电机失磁运行及其产生的影响sindSSdxxUEPsdSdSSdxxUxxUEQ2cos功角特性关系：功角特性关系：)(22acTJPPPdtdT电气角加速度电气角加速度 TPPacP22dtdJT原动机功率原动机功率 同步功率同步功率 异步功率异步功率 机组机组的惯性时的惯性时间常数间常数转子运动方程：转子运动方程：I发电机失磁故障的危害发电机失磁故障的危害：对电力系统：对电力系统：（1 1）吸收）吸收Q Q，U U。无功储备不足，。无功储备不足，系统不稳定，将因电压崩溃系统不稳定，将因电压崩溃而瓦解而瓦解（2 2） （

17、3 3）失磁失磁失步失步振荡振荡甩负荷甩负荷对发电机：对发电机：（1）转子中）转子中fG-fs的差频电流的差频电流过热过热（2 2）转差率转差率 吸吸 定子过电流定子过电流 发发热热（3）转速转速. 振动振动大后备保护动作，故障扩过电流其它发电机QUs sG Gs sf ff ff fs s. .s ss s) )( (1 1R R. .Q Q2 2 气轮发电机：因为气轮发电机：因为P Pacac较大，在较大，在s0.5%s0.5%下可稳定运行下可稳定运行. 可异步运行一段时间可异步运行一段时间 水轮发电机：水轮发电机： P Pacac较小较小 s s很大，很大，Q Q ，I I 发热厉害，故

18、不允许发热厉害，故不允许失磁异步运行失磁异步运行可见：可见：失磁后，若不失步，无直接危害。失步后，对发电机失磁后，若不失步，无直接危害。失步后，对发电机及系统有不利影响。故应装设失磁保护。及系统有不利影响。故应装设失磁保护。二、发电机失磁后的机端测量阻抗二、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，分别为按失磁的物理过程的三个阶段，分别为等有功阶段、临界失等有功阶段、临界失步点、异步运行阶段步点、异步运行阶段 1、失磁后到失步前：、失磁后到失步前： P PQ Qtgtge e2P2PU U) )jxjx2P2PU U( (jXjX) )sesesese(1(12P2PU Ujxjx

19、jQjQP PjQjQP PjQjQP P. .2P2PU UjxjxjQjQP PU UU UU U. .I IU UjxjxI IIjxIjxU UI IU UZ Z1 1j2j22 2S SS S2 2S Ss sj jj j2 2S SS S2 2S SS S2 2S S . .S S. .S S. . .S SS S. . . .S SS S. . .G GG GP基本不变基本不变 等有功过程等有功过程 P P特点特点：（1） 圆的大小与圆的大小与P有关有关 圆圆（2） 失磁前，发电机向系统送无失磁前，发电机向系统送无功，功，Q为正，为正，f fZ Z位于第位于第象限象限失磁后，随失

20、磁后，随Q的变化，的变化，Q由由正变负，正变负， 从从象限象限f fZ ZS Sx x0S Sx xfZ（3） 圆的位置与圆的位置与j有关，若有关，若圆心在实轴上，圆心在实轴上，很容易进入第很容易进入第象限象限 可见，失磁后，可见，失磁后， 向第四象限移动，且最终将稳定在第四象限内向第四象限移动，且最终将稳定在第四象限内2 2、等无功阻抗圆（临界失步圆）、等无功阻抗圆（临界失步圆） j2j2d dd dd dd dS Sj2j22 2S SS S2 2S S. . .G GG Ge e2 2x xx xj j2 2x xx xj jjxjx) )e e(1(1j2Qj2QU UjXjXjQjQ

21、P PU UI IU UZ Z圆周为发电机以不同的有功功圆周为发电机以不同的有功功率率P临界失步时，机端测量阻临界失步时，机端测量阻抗的轨迹，圆内为失步区。抗的轨迹，圆内为失步区。3 3、发电机异步运行时的机端测量阻抗、发电机异步运行时的机端测量阻抗 S SS)S)(1(1R R2 2) )x xj j( (x xs sR R) )j jx xs sR R( (j jx x j jx xZ Z2 2a ad d2 22 22 2a ad d1 1G GS d d2 2a ad d2 2a ad df fj jx xx xx xx xx xj jZ Z0Sd da ad d1 1f fj jx

22、x) )x xj j( (x xZ Z为发电机的暂态电抗。为发电机的暂态电抗。 为发电机的同步电抗。为发电机的同步电抗。 原理：根据发电机失磁后机端测量阻抗原理：根据发电机失磁后机端测量阻抗Z Z的变化轨迹来识别。的变化轨迹来识别。RjX-jXd发电机机端阻抗在失磁后的变化轨迹发电机机端阻抗在失磁后的变化轨迹-jXdjXsP1P2aabbcc三、发电机在其他运行方式下的机端测量阻抗三、发电机在其他运行方式下的机端测量阻抗1、发电机正常运行时的机端测量阻抗发电机正常运行时的机端测量阻抗位于第一象限，与水平轴的夹角为负荷的功率因数角。其大小对应与发位于第一象限，与水平轴的夹角为负荷的功率因数角。其大小对应与发电机正常运行时的负荷阻电机正常运行时的负荷阻 2 2 、发电机外部故障时的机端测量阻抗、发电机外部故障时的机端测量阻抗 当发电机机端发生各种相间短路或变压器高压侧发生各种短路故障时，当发电机机端发生各种相间短路或变压器高压侧发生各种短路故障时，经分析，其测量阻抗均在第一或第二象限。经分析，其测量阻抗均在第一或第二象限。3 3 、发电机与系统之间发生发生振荡时的机端测量阻抗、发电机与系统之间发生发生振荡时的机端测量阻抗 设设E Ed d=U=Us s，发电机