第七章发电机保护ppt课件

1、一、发电机故障和不正常运行状态7.1 发电机的故障类型、不正常运行状发电机的故障类型、不正常运行状态及其保护方式态及其保护方式发电机的故障类型主要有：发电机的故障类型主要有：(1)定子绕组相间短路。定子绕组相间短路。(2)定子一相绕组内的匝间短路。定子一相绕组内的匝间短路。(3)定子绕组单相接地。定子绕组单相接地。(4)转子绕组一点接地或两点接地。转子绕组一点接地或两点接地。 (5)转子励磁回路励磁电流异常下降或完全消转子励磁回路励磁电流异常下降或完全消失。失。发电机的不正常运行状态主要有：发电机的不正常运行状态主要有：(1)由于外部短路引起的定子绕组过电流；由于外部短路引起的定子绕组过电流；

2、(2)由于负荷超过发电机额定容量而引起的三相对由于负荷超过发电机额定容量而引起的三相对称过负荷；称过负荷；(3)由外部不对称短路或不对称负荷如单相负荷、由外部不对称短路或不对称负荷如单相负荷、非全相运行等而引起的发电机负序过电流和过非全相运行等而引起的发电机负序过电流和过负荷；负荷；(4)由于突然甩负荷而引起的定子绕组过电压；由于突然甩负荷而引起的定子绕组过电压；(5)由于励磁回路故障或强励时间过长而引起的转由于励磁回路故障或强励时间过长而引起的转子绕组过负荷；子绕组过负荷；(6)由于汽轮机主汽门突然关闭而引起的发电机逆由于汽轮机主汽门突然关闭而引起的发电机逆功率等。功率等。 7.2 发电机的

3、纵差动保护发电机的纵差动保护纵差保护作用：反应发电机定子绕组及其引纵差保护作用：反应发电机定子绕组及其引出线的相间短路，是发电机的主要保护。出线的相间短路，是发电机的主要保护。图7-1 发电机纵差动保护原理图 保护基本原理：比较发电机保护基本原理：比较发电机两侧的电流的大小和相位，两侧的电流的大小和相位，它是反映发电机及其引出线它是反映发电机及其引出线的相间故障。发电机纵联差的相间故障。发电机纵联差动保护的构成的两侧电流互动保护的构成的两侧电流互感器同变比、同型号。感器同变比、同型号。正常运行及外部故障时：正常运行及外部故障时：02121IInInITATAmax.21unTATAInInI1

4、K1ITAnI1TAnI22I保护区内故障：保护区内故障：2K1ITAnI1TAnI22ITAdnII/2TAkTATAnIIIKIKI2212211一、传统纵差动保护整定方法一、传统纵差动保护整定方法按照以下两个原则来整定：按照以下两个原则来整定： (1) 在正常情况下，电流互感器二次回路断线时保在正常情况下，电流互感器二次回路断线时保护不应误动。护不应误动。 保护装置和继电器的起动电流分别为保护装置和继电器的起动电流分别为 dregNlIK IK drelgNTA/IIKn(2) 保护装置的起动电流按躲开外部故障时的最保护装置的起动电流按躲开外部故障时的最大不平衡电流整定，此时起动电流应整

5、定为大不平衡电流整定，此时起动电流应整定为 drel unb.maxIK I再根据前面章节对不平衡电流的分析，有再根据前面章节对不平衡电流的分析，有 drelnpst k.maxTA0.1/IK K K In二、比率制动式纵差动保护整定方法二、比率制动式纵差动保护整定方法 对于大容量的发电机对于大容量的发电机100MW及及以上），为了减少故障发生于发以上），为了减少故障发生于发电机中性点附近而出现的纵差动电机中性点附近而出现的纵差动保护的死区，要求将纵联保护的保护的死区，要求将纵联保护的动作电流降低，提高保护动作的动作电流降低，提高保护动作的灵敏性，并要保证在区外短路时灵敏性，并要保证在区外短

6、路时保护可靠不误动。考虑到不平衡保护可靠不误动。考虑到不平衡电流随着流过电流互感器电流随着流过电流互感器TA电流电流的增加而增加，往往采用性能更的增加而增加，往往采用性能更好的比率制动式纵差动保护，使好的比率制动式纵差动保护，使其动作值随着外部短路电流的增其动作值随着外部短路电流的增大而自动增大即利用外部故障大而自动增大即利用外部故障时的穿越电流实现制动，其原理时的穿越电流实现制动，其原理接线如图接线如图7-2所示。所示。 图7-2 比率制动式差动继电器原理接线图基本原理：是基于保护的动作电流随着外部故障基本原理：是基于保护的动作电流随着外部故障的短路电流而产生的最大不平衡电流的增大而按的短路

7、电流而产生的最大不平衡电流的增大而按比例的线性增大，且比最大不平衡电流增大的更比例的线性增大，且比最大不平衡电流增大的更快，使在任何情况下的外部故障时，保护不会误快，使在任何情况下的外部故障时，保护不会误动作。动作。制动电流：将外部故障的短路电流作为制动制动电流：将外部故障的短路电流作为制动电流。电流。差动电流：把流入差动回路的电流作为动作差动电流：把流入差动回路的电流作为动作电流。电流。图图7-3 比率制动特性曲线比率制动特性曲线(1)启动电流的整定。启动电流的整定。 d. minId. minreler1er2()IKII(2)拐点电流的整定。拐点电流的整定。 res. mingN(0.5

8、 1.0)II(3)比率制动特性的制动比率制动特性的制动系数制动线斜率的整定系数制动线斜率的整定 。 unb. maxresk. maxIKIunb. maxd. mink. maxres. minIIKII7.3 发电机匝间短路的横差动保护发电机匝间短路的横差动保护 在大容量发电机中，由于额定电流很大，其每相都是由在大容量发电机中，由于额定电流很大，其每相都是由两个或多个并联的绕组组成。在正常运行的时候，各绕组中两个或多个并联的绕组组成。在正常运行的时候，各绕组中的电动势相等，流过相等的负荷电流。而当任一绕组发生匝的电动势相等，流过相等的负荷电流。而当任一绕组发生匝间短路时，绕组中的电动势就

9、不再相等，因而会出现因电动间短路时，绕组中的电动势就不再相等，因而会出现因电动势差而在各绕组间产生均衡电流。利用这个环流，可以实现势差而在各绕组间产生均衡电流。利用这个环流，可以实现对发电机定子绕组匝间短路的保护，即横差动保护。以一个对发电机定子绕组匝间短路的保护，即横差动保护。以一个每相具有两个并联分支绕组的发电机为例，发生不同性质的每相具有两个并联分支绕组的发电机为例，发生不同性质的同相内部短路时横差动保护的原理可由图同相内部短路时横差动保护的原理可由图7-4和图和图7-5来说明。来说明。 图图7-5 同相不同绕组匝间短路的同相不同绕组匝间短路的横差动保护横差动保护图图7-4 一个绕组内部

10、匝间短路一个绕组内部匝间短路的横差动保护的横差动保护图图7-6 单元横差动保护单元横差动保护接线原理图接线原理图 目前广泛应用的接线方式目前广泛应用的接线方式如图如图7-6所示，这种接线方式所示，这种接线方式只用一个互感器装于发电机只用一个互感器装于发电机两组星形中点的连线上，其两组星形中点的连线上，其本质是把一半绕组的三相电本质是把一半绕组的三相电流之和去与另一半绕组三相流之和去与另一半绕组三相电流之和进行比较。这种接电流之和进行比较。这种接线方式没有由于互感器误差线方式没有由于互感器误差所引起的不平衡电流，其起所引起的不平衡电流，其起动电流比较小，灵敏度高，动电流比较小，灵敏度高，且接线非

11、常简单。且接线非常简单。 横差动保护有两种接线方式，一种是每相装设两个电流互横差动保护有两种接线方式，一种是每相装设两个电流互感器和一个继电器构成单独的保护，其原理接线图如图感器和一个继电器构成单独的保护，其原理接线图如图7-4、7-5。这样，三相共需要六个互感器和三个继电器。由于这种方式。这样，三相共需要六个互感器和三个继电器。由于这种方式接线复杂，保护中的不平衡电流较大，在实际中已经很少采用。接线复杂，保护中的不平衡电流较大，在实际中已经很少采用。7.4 发电机定子绕组单相接地保护发电机定子绕组单相接地保护一、发电机定子绕组单相接地的特点一、发电机定子绕组单相接地的特点 图图7-7发电机定

12、子绕组单相接地电路发电机定子绕组单相接地电路 目前发电机中性点都是不接地或经消弧线圈目前发电机中性点都是不接地或经消弧线圈接地的，当发电机内部发生单相接地故障时，流接地的，当发电机内部发生单相接地故障时，流经接地点的电流仍为发电机所在电压网络对地电经接地点的电流仍为发电机所在电压网络对地电流的总和。大型发电机由于造价昂贵，结构复杂，流的总和。大型发电机由于造价昂贵，结构复杂，检修困难，且容量的增大使得其接地故障电流也检修困难，且容量的增大使得其接地故障电流也随之增大，随之增大， 为了防止故障电流烧坏铁芯，为了防止故障电流烧坏铁芯，大型发电机有的装设了消弧线大型发电机有的装设了消弧线圈，通过消弧

13、线圈的电感电流圈，通过消弧线圈的电感电流与接地电容电流的相互抵消，与接地电容电流的相互抵消，把定子绕组单相接地电容电流把定子绕组单相接地电容电流限制在规定的允许值之内。限制在规定的允许值之内。 图图7-8 发电机内部单相接发电机内部单相接地时机端电压相量图地时机端电压相量图ADABKBACKCA(1)UEUEEUEE0kADBKCKA1()3UUUUE 当中性点不接地时，故障点的接地电流为当中性点不接地时，故障点的接地电流为 kafwA3 ()IjCCE 当中性点经消弧线圈接地时，故障点的接地电流为当中性点经消弧线圈接地时，故障点的接地电流为 kafwA13 ()IjCCEL图图7-9 发电机

14、定子绕组单相接地时的零序等效网络发电机定子绕组单相接地时的零序等效网络(a)中性点不接地；中性点不接地；(b)中性点经消弧线圈接地中性点经消弧线圈接地n 发电机定子绕组单相接地产生发电机定子绕组单相接地产生的零序电压随故障点位置的不同而的零序电压随故障点位置的不同而改变。改变。n 发电机定子绕组单相接地产生发电机定子绕组单相接地产生的零序电流既和故障点位置有关，的零序电流既和故障点位置有关，也和所连元件多少有关。也和所连元件多少有关。 n1、发电机直接与母线连接零序电、发电机直接与母线连接零序电流大）流大）n2、发电机、发电机-变压器组零序电流小）变压器组零序电流小）n采用零序电压保护采用零序

15、电压保护二、利用零序电压构成的发电机定子绕组接地保护二、利用零序电压构成的发电机定子绕组接地保护 图图7-10 发电机变压器组单相接地信号装置接线图发电机变压器组单相接地信号装置接线图 零序电压滤过器，其一次绕组接成星形并将中性点接地，其二次绕零序电压滤过器，其一次绕组接成星形并将中性点接地，其二次绕组接成开口三角形。组接成开口三角形。 n三、发电机三、发电机100%定子绕组单相定子绕组单相接地保护的基本原理接地保护的基本原理n 当中性点附近发生接地保当中性点附近发生接地保护护n时，零序电压和零序电流都小时，零序电压和零序电流都小于保护动作值，零序电压保护于保护动作值，零序电压保护和零序电流保

16、护都将出现死区。和零序电流保护都将出现死区。 发电机发电机100%定子绕组接地保护种类很多，广泛使用定子绕组接地保护种类很多，广泛使用的是利用三次谐波电压构成的的是利用三次谐波电压构成的100%定子绕组接地保护。该定子绕组接地保护。该保护保护一般由两部分组成：一部分是零序电压保护，保保护保护一般由两部分组成：一部分是零序电压保护，保护定子绕组的护定子绕组的85%以上；另一部分利用发电机三次谐波电以上；另一部分利用发电机三次谐波电压构成，它用来消除零序电压保护的死区，从而实现保护压构成，它用来消除零序电压保护的死区，从而实现保护100%定子绕组的接地保护。为可靠起见，两部分保护区有定子绕组的接地

17、保护。为可靠起见，两部分保护区有一段重叠。一段重叠。 利用发电机三次谐波电压构成的部分，其原理利用发电机三次谐波电压构成的部分，其原理是利用发电机中性点和出线端的三次谐波电压在正是利用发电机中性点和出线端的三次谐波电压在正常运行和接地故障时变化相反的特点构成。常运行和接地故障时变化相反的特点构成。 正常运行时，发电机中性点的三次谐波电压比正常运行时，发电机中性点的三次谐波电压比发电机出线端的三次谐波电压大；而在发电机内部发电机出线端的三次谐波电压大；而在发电机内部定子接地时，出线端的三次谐波却比中性点的大。定子接地时，出线端的三次谐波却比中性点的大。 使发电机出口的三次谐波电压成为动作分使发电

18、机出口的三次谐波电压成为动作分量，而使中性点的三次谐波分量成为制动分量，而使中性点的三次谐波分量成为制动分量，从而使发电机出口三次谐波电压大于中量，从而使发电机出口三次谐波电压大于中性点三次谐波电压时让继电器动作。这样，性点三次谐波电压时让继电器动作。这样，保护就会在正常时制动，而在定子绕组接地保护就会在正常时制动，而在定子绕组接地时保护可靠动作。时保护可靠动作。7.5 发电机的其他保护发电机的其他保护一、发电机的负序过电流保护一、发电机的负序过电流保护 电力系统不对称短路或三电力系统不对称短路或三相负荷不平衡时，在发电机定相负荷不平衡时，在发电机定子绕组中将出现负序电流。子绕组中将出现负序电

19、流。 负序电流引起发热、受热松负序电流引起发热、受热松脱、振动，导致事故。脱、振动，导致事故。 随着发电机组容量不断增随着发电机组容量不断增大，它所允许的承受负序过负大，它所允许的承受负序过负荷的能力也随之下降。此外，荷的能力也随之下降。此外，由于大容量机组的额定电流很由于大容量机组的额定电流很大，而在相邻元件末端发生两大，而在相邻元件末端发生两相短路时的短路电流可能较小，相短路时的短路电流可能较小，此时采用复合电压启动的过电此时采用复合电压启动的过电流保护往往不能满足作为相邻流保护往往不能满足作为相邻元件后备保护时对灵敏性的要元件后备保护时对灵敏性的要求。求。 在这种情况下，采用负序在这种情

20、况下，采用负序过电流保护作为后备保护，就过电流保护作为后备保护，就可以提高不对称短路时的灵敏可以提高不对称短路时的灵敏性。由于负序过电流保护不能性。由于负序过电流保护不能反应于三相短路，因此，当用反应于三相短路，因此，当用它作为后备保护时，还需要附它作为后备保护时，还需要附加装设一个单相式的低电压启加装设一个单相式的低电压启动过电流保护，以专门反应三动过电流保护，以专门反应三相短路。相短路。 二、发电机的失磁保护二、发电机的失磁保护n 发电机失磁是指励磁电流突然消发电机失磁是指励磁电流突然消失或下降到静稳极限所对应的励磁电流。失或下降到静稳极限所对应的励磁电流。二、发电机的失磁保护二、发电机的

21、失磁保护 发电机失磁后，对电力系统和发电机本身会产生诸多发电机失磁后，对电力系统和发电机本身会产生诸多不利影响，如需要从电力系统中吸收很大的无功功率以建立不利影响，如需要从电力系统中吸收很大的无功功率以建立发电机的磁场；由于从电力系统中吸收无功功率将引起电力发电机的磁场；由于从电力系统中吸收无功功率将引起电力系统电压下降，如果电力系统的容量较小或无功功率储备不系统电压下降，如果电力系统的容量较小或无功功率储备不足，则可能使失磁发电机的机端电压、升压变压器高压侧的足，则可能使失磁发电机的机端电压、升压变压器高压侧的母线电压或其他邻近的电压低于允许值，从而破坏了负荷与母线电压或其他邻近的电压低于允

22、许值，从而破坏了负荷与各电源间的稳定运行，甚至可能因电压崩溃而使系统瓦解。各电源间的稳定运行，甚至可能因电压崩溃而使系统瓦解。 n 失磁保护的构成：检测失失磁保护的构成：检测失磁运行的阻抗元件、监视母线磁运行的阻抗元件、监视母线电压降落的低电压元件和防止电压降落的低电压元件和防止误动作的闭锁元件。误动作的闭锁元件。n 失磁后若不危及系统安全失磁后若不危及系统安全运行，可采用减无功功率、切运行，可采用减无功功率、切换励磁等以恢复同步运行；若换励磁等以恢复同步运行；若电压低于临界电压时应动作于电压低于临界电压时应动作于跳闸。跳闸。三、发电机的逆功率保护三、发电机的逆功率保护 大型汽轮机在运行中由于各种原因关闭主汽门后，发电