电厂继电保护-发电机保护

1、第第7章章 发电机保护技术与应用发电机保护技术与应用7.1 发电机的故障、发电机的故障、不正常工作状态及保护不正常工作状态及保护相间短路匝间短路接地短路一点接地二点接地相间短路相间短路匝间短路匝间短路单相接地短路单相接地短路定子绕组定子绕组纵差动保护纵差动保护定子绕组定子绕组匝间短路保护匝间短路保护定子绕组接地保护定子绕组接地保护转子绕组一点接地保护转子绕组一点接地保护转子绕组两点接地保护转子绕组两点接地保护一点接地一点接地两点接地两点接地转子绕组转子绕组一、故障类型及保护配置故障类型及保护配置发电机失磁发电机失磁失磁保护失磁保护二、不正常工作状态及保护配置二、不正常工作状态及保护配置1.定子

2、绕组过电流定子绕组过电流相间短路后备保护相间短路后备保护3.定子绕组过电压定子绕组过电压过电压保护过电压保护6.发电机失步发电机失步失步保护失步保护5.转子绕组过负荷转子绕组过负荷转子绕组过负荷保护转子绕组过负荷保护2.定子绕组过负荷定子绕组过负荷过负荷保护过负荷保护4.发电机逆功率发电机逆功率逆功率保护逆功率保护7.其他保护其他保护如低频保护、电超速保护如低频保护、电超速保护 7.2 发电机的纵联差动保护发电机的纵联差动保护7.2.1纵差动保护原理纵差动保护原理完全纵差动保护接线完全纵差动保护接线无故障时无故障时相间故障时相间故障时DNT0IIIDNT0III纵差动保护动作值整定纵差动保护动

3、作值整定（1）保护起动电流整定）保护起动电流整定1）躲过外部故障产生的最大不平衡电流）躲过外部故障产生的最大不平衡电流k.oprelunb.maxIK Irelaperssk.maxTA0.1/K KK InTA10%误差可靠系数1.3非周期分量系数11.3；如采取了措施去掉非周期分量影响时取1。同型系数0.5外部短路时的最大短路电流若汽轮发电机若汽轮发电机K.maxN.G8IIK.opN.GTA0.5 0.6/IIn发电机额定电流则发电机正常运行时若发电机正常运行时若TA二次回路断线会误动。二次回路断线会误动。2）防止）防止TA二次回路断线导致误动二次回路断线导致误动a.设设TA二次回路断线

4、监视装置二次回路断线监视装置./k opN GTAIInb.若水轮发电机若水轮发电机K.maxN.G5IIK.opN.GTA0.3 0.4/IIn则.3coseeNTAPII GUen（2）发电机差动保护灵敏度校验）发电机差动保护灵敏度校验senk.minop2KII发电机内部故障时流过保护装置的最小短路电流。发电机内部故障时流过保护装置的最小短路电流。为提高灵敏度，一般采用具有为提高灵敏度，一般采用具有制动特性制动特性的差动继电器。的差动继电器。 7.2.2发电机比率制动式纵差动保护发电机比率制动式纵差动保护原理同变压器纵差动保护，不平衡电流较小。原理同变压器纵差动保护，不平衡电流较小。do

5、p.0brkbrk0dbrkbrkbrk0op.0brkbrk0ds.().IIIIIKIIIIIII动作方程动作方程opIbrkIop.0Ibrk0IbrkK速断动作区动作区制动区TNbrk2III制动电流dTNIII差动电流动作特性动作特性保护动作逻辑框图保护动作逻辑框图两种出口方式：单相出口方式及循环闭锁出口方式两种出口方式：单相出口方式及循环闭锁出口方式特点：需设置专门的特点：需设置专门的TA断线闭锁，当差电流较大时解除断线闭锁，当差电流较大时解除TA断断线闭锁，适于不完全纵差接线。线闭锁，适于不完全纵差接线。单相出口方式单相出口方式特点：三取二，适于完全纵差接线特点：三取二，适于完全

6、纵差接线。循环闭锁出口方式循环闭锁出口方式内外部不同相同时接地故障比率制动式发电机纵差保护定值整定比率制动式发电机纵差保护定值整定1.比率制动系数比率制动系数Kbrk：躲过出口三相短路时最大不平衡电流：躲过出口三相短路时最大不平衡电流完全差动：完全差动：0.30.5不完全差动：不完全差动：0.52.启动电流启动电流Iop.0：躲过正常工况最大不平衡电流，：躲过正常工况最大不平衡电流，0.30.4IN.G3.拐点电流拐点电流Ibrk0：建议按躲过外部故障切除后的暂态过程中产生的：建议按躲过外部故障切除后的暂态过程中产生的最大不平衡电流整定；不完全纵差取值要大一点。最大不平衡电流整定；不完全纵差取

7、值要大一点。0.50.8IN.G 其余参数请参照具体的保护说明书。其余参数请参照具体的保护说明书。与循环闭锁的比率制动式差动保护逻辑一样。与循环闭锁的比率制动式差动保护逻辑一样。动作框图动作框图7.3 发电机定子绕组匝间短路保护发电机定子绕组匝间短路保护横差保护横差保护 纵向零序电压式匝间保护纵向零序电压式匝间保护 反应转子回路二次谐波电流的匝间短路保护反应转子回路二次谐波电流的匝间短路保护 匝间短路分析匝间短路分析120I设设A相短路匝数占总匝数的比例为相短路匝数占总匝数的比例为 A0EIZ两中性点间电流两中性点间电流I0Z为电流流经回路的绕组阻抗0ABCA3(1)UEEEE 纵向零序电压纵

8、向零序电压相对于中性点的零序电压相对于中性点的零序电压三相电势三相电势不相等不相等定子负序定子负序电流电流转子二次转子二次谐波谐波电气量特点：电气量特点：（1）纵向零序电压纵向零序电压（机端对中性点），（机端对中性点），零序电流零序电流（2）纵向负序电压纵向负序电压，负序电流负序电流，转子倍频电流转子倍频电流7.3.1横联差动保护横联差动保护单元件横差保护单元件横差保护裂相横差保护裂相横差保护适于每相两分支两中性点引出线适于每相两分支两中性点引出线适于每相两分支，且每分支都有线引出适于每相两分支，且每分支都有线引出单元件横差保护单元件横差保护保护测量两个中性点之间连线上的电流保护测量两个中性点

9、之间连线上的电流保护反应匝间短路及定子绕组开焊故障，保护在保护反应匝间短路及定子绕组开焊故障，保护在 较小时较小时有有死区死区。保护动作电流应大于正常或外部故障时不平衡电流保护动作电流应大于正常或外部故障时不平衡电流一般一般Iop=(0.30.4)IN.G（1）滤除三次谐波以提高保护的灵敏性。）滤除三次谐波以提高保护的灵敏性。（2）为防止转子两点接地时磁场空间不对）为防止转子两点接地时磁场空间不对称造成保护误动，在转子一点接地后横差称造成保护误动，在转子一点接地后横差保护带保护带0.51S延时动作。延时动作。注：注：裂相横差保护裂相横差保护分相横差保护分相横差保护保护测量每相两个分支之间的电流

10、差保护测量每相两个分支之间的电流差为提高保护的灵敏性，可采用具有制动特性的差动原理，为提高保护的灵敏性，可采用具有制动特性的差动原理，如比率制动、标积制动等。如比率制动、标积制动等。A2IA1IA1A2II正常运行差电流为正常运行差电流为0，匝间短路有差电流。，匝间短路有差电流。7.3.3 反应转子回路二次谐波电流的匝间短路保护反应转子回路二次谐波电流的匝间短路保护动作条件：动作条件：I2 & P20I2 匝间短路产生定子绕组纵向负序电压、电流，在匝间短路产生定子绕组纵向负序电压、电流，在转子上感应出的二次谐波电流。转子上感应出的二次谐波电流。P20 匝间短路及外部不对称故障均产生定子

11、绕组负序匝间短路及外部不对称故障均产生定子绕组负序电压电压,方向元件只在匝间短路时开放匝间短路保护方向元件只在匝间短路时开放匝间短路保护 。保护的动作值只需按躲过与发电机正常负荷时允许的最大不对称保护的动作值只需按躲过与发电机正常负荷时允许的最大不对称度度(一般取一般取5%左右左右)相对应的的二次谐波电流整定相对应的的二次谐波电流整定 。转子二次谐波定子负序方向元件，防止发电机外部不对称故障保护误动7.3.4 纵向零序电压式匝间保护纵向零序电压式匝间保护关键：纵向零序电压，关键：纵向零序电压，TV一次侧中性点与发一次侧中性点与发电机中性点相连电机中性点相连要滤除三次谐波以提高灵敏度；要滤除三次

12、谐波以提高灵敏度；必要时可采用具有制动特性的动作方程。必要时可采用具有制动特性的动作方程。单相接地时相对地电压有零序分量，相对中性单相接地时相对地电压有零序分量，相对中性点电压无零序分量。即纵向零序电压不反应单点电压无零序分量。即纵向零序电压不反应单相接地。相接地。不灵敏段高定值低定值灵敏段三次谐波制动动作条件：动作条件：3U0 & P20应设应设TV断线闭锁断线闭锁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当接地电容电流等于或大于当接地电容电流等于或大于5A时，应装设动时，应装设动作于跳闸的接地保护；作于跳闸的接地保护；当接地电流小于当接地电流小于5A时，一般装设作

13、用于信号时，一般装设作用于信号的接地保护。的接地保护。中性点不接地或经过消弧线圈接地中性点不接地或经过消弧线圈接地7.4.1 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单相接地时的零序电压单相接地时的零序电压AA(1)UEBBAUEECCAUEENAUE 机端零序电压机端零序电压0AAC33AUUUUaE 03U01单相接地时的零序电流单相接地时的零序电流电容电流电容电流00333AIj C UjC E 0033GsAIjCE 0033GgAIjCE 内部单相接地时内部单相接地时外部单相接地时外部单相接地时0Us0Cg0Cs0Ig0I_+TAs0INTkI0Us0Cg0Cs0Ig

14、0I_+TAg0INTkI7.4.2 利用零序电流构成的定子接地保护利用零序电流构成的定子接地保护动作电流需大于发电机单相接地电流允许值动作电流需大于发电机单相接地电流允许值发电机额定电压(kV) 发电机额定容量(MW) 接地电流允许值(A)6.3C0gI0sI0g内部单相接地外部单相接地I0sIactI0g延时延时12S保护动作于信号，必保护动作于信号，必要要时也可动作于停机。时也可动作于停机。发电机未并列时采用机端零序电压监视绝缘发电机未并列时采用机端零序电压监视绝缘7.4.3 利用零序电压构成的定子接地保护利用零序电压构成的定子接地保护可用于发变组，中性点附近有死区可用于发变组，中性点附

15、近有死区0U3取自机端取自机端TV开口三角形或发电机中性点侧开口三角形或发电机中性点侧TV。整定值躲过整定值躲过不平衡电压不平衡电压不平衡电压不平衡电压形成原因：形成原因：1）发电机三次谐波电压，）发电机三次谐波电压， 2）变压器高压侧接地时经电容耦合过来的零序电压。）变压器高压侧接地时经电容耦合过来的零序电压。为提高灵敏度，需滤除三次谐波为提高灵敏度，需滤除三次谐波减小不平衡电压影响措施：减小不平衡电压影响措施：1）装设三次谐波滤过器，）装设三次谐波滤过器，2）延时躲过外部接地影响。）延时躲过外部接地影响。采取以上措施后，整定值为采取以上措施后，整定值为510V，死区为（，死区为（510）%

16、。01100103U0（V）10%动作电压NT死区510%保护区7.4.4 7.4.4 利用基波零序电压和三次谐波电压构成的利用基波零序电压和三次谐波电压构成的100100定定子接地保护子接地保护保护分两部分：保护分两部分：1）反应基波零序电压反应基波零序电压 2）反应三次谐波电压反应三次谐波电压NT反应三次谐波电压反应三次谐波电压反应基波零序电压反应基波零序电压保护区示意图保护区示意图1.发电机正常运行时的三次谐波电压发电机正常运行时的三次谐波电压T0U0NU和和发电机电势中有固有的三次谐波电势发电机电势中有固有的三次谐波电势E3s0C3g0C23-+g0C23LT0U0NUNT3E-+ -

17、+g0C23L0NUNs0C3g0C23T0UT3E3E)1 (T00g0s0g0sN0(92)219(2)UKCCK CCU正常运行时正常运行时)CC(31LKs0g0补偿系数补偿系数内部单相接地时内部单相接地时T0N01UU正常运行时正常运行时T0N0UU可以将可以将T0N0UU作为定子绕组单相接地故障作为定子绕组单相接地故障的判据，这样保护区为的判据，这样保护区为00.50 即即T0N0UUNT反应三次谐波电压反应三次谐波电压反应基波零序电压反应基波零序电压基波零序电压保护基波零序电压保护三次谐波电压保护三次谐波电压保护或或7.5 发电机励磁回路接地保护发电机励磁回路接地保护一点接地保护

18、一点接地保护两点接地保护两点接地保护励磁回路一点接地励磁回路一点接地 无直接危害，可能发展成无直接危害，可能发展成 为两点接地。为两点接地。励磁回路两点接地励磁回路两点接地 短路电流可能烧坏转子绕短路电流可能烧坏转子绕组和铁芯，转子磁场畸变组和铁芯，转子磁场畸变 引起机组振动。引起机组振动。一点接地保护一点接地保护动作于信号动作于信号两点接地保护两点接地保护动作于跳闸动作于跳闸绝缘检查装置绝缘检查装置直流电桥式直流电桥式切换采样式切换采样式直流电桥式直流电桥式一点接地保护一点接地保护两点接地保护两点接地保护1.励磁回路一点接地绝缘检查装置励磁回路一点接地绝缘检查装置 两表法两表法单表法单表法2

19、.直流电桥式一点接地保护直流电桥式一点接地保护 3.切换采样式一点接地保护切换采样式一点接地保护1f11f21f11f2S1S2(R+R +R )I -( R +R )I =E-( R +R )I +(2R+R +R )I =(1-)E接通断开时1f11f21f11f2S1S2(2R+R +R )I -( R +R )I =E-( R +R )I +(R+R +R )I =(1-)E断开接通时联立四个方程，可得联立四个方程，可得Rf=ER1/3U-R1-2R/3 R1Rf4.励磁回路两点接地保护励磁回路两点接地保护正常时保护不投入。励磁回路一点接地后，投入保正常时保护不投入。励磁回路一点接地后

20、，投入保护，调电桥使之平衡。两点接地后平衡被打破，保护，调电桥使之平衡。两点接地后平衡被打破，保护动作于停机。护动作于停机。存在问题：存在问题：1）K1、K2相距较近时保护有死区相距较近时保护有死区 2）K1、K2相继发生，发生时间相相继发生，发生时间相 隔较短时来不及投入保护。隔较短时来不及投入保护。7.6 发电机的失磁保护发电机的失磁保护发电机失磁：发电机失磁：励磁电流下降到低于静稳极限所对应励磁电流下降到低于静稳极限所对应的电流的电流或励磁电流完全消失。或励磁电流完全消失。失磁原因：励磁绕组故障、励磁回路开路、失磁原因：励磁绕组故障、励磁回路开路、 励磁系统故障、灭磁开关误跳、励磁系统故

21、障、灭磁开关误跳、 自动调节励磁系统故障、误操作等。自动调节励磁系统故障、误操作等。7.6.1 发电机失磁原因及产生的影响发电机失磁原因及产生的影响失磁后发电机运行的物理过程及其影响：失磁后发电机运行的物理过程及其影响：（1）失磁后发电机运行的物理过程）失磁后发电机运行的物理过程dEsUgU sgXI jdgXI jgIXdXsdEsUgUgIsindsE UPX2cosdssE UUQXXsdXXX不稳定异步运行不稳定异步运行稳定异步运行稳定异步运行临界失步临界失步P120c90PTPTabcd132ab1）失磁后到失步前（）失磁后到失步前（90 （2）发电机）发电机失磁后的影响失磁后的影响

22、 对系统的影响对系统的影响:无功缺额导致电压下降、有功无功缺额导致电压下降、有功功率摆动危及系统稳定性。功率摆动危及系统稳定性。 对失磁发电机的影响：定子绕组过流、发热，转对失磁发电机的影响：定子绕组过流、发热，转子上感应差频电流、发热，异步转矩导致机组振动。子上感应差频电流、发热，异步转矩导致机组振动。 保护动作结果：动作于信号或跳闸，也可以减保护动作结果：动作于信号或跳闸，也可以减出力运行。由系统、机组情况决定失磁后机组可否出力运行。由系统、机组情况决定失磁后机组可否继续运行。继续运行。7.6.2 发电机失磁后机端测量阻抗的变化规律发电机失磁后机端测量阻抗的变化规律机端测量阻抗为发电机失磁的主要判据机端测量阻抗为发电机失磁的主要判据ssgssgsgsggmjXUIUUIXI jUIUZ222222jsssmssUUUZjXjXePjQPPs2j2smjXe1P2UZs2sjX,P2UP2U2s圆心圆心半径半径P1 P2 P3 jXR0jXsP1 P2IupIIdowtupt1