《继电保护原理》课件11发电机保护

1、North China Electric Power University华北电力大学电力系统继电保护原理电力系统继电保护原理8 发电机保护主要内容概述定子绕组单相接地保护定子绕组相间匝间短路主保护完全纵差保护不完全纵差保护横差保护纵向基波零序电压保护故障类型保护配置失磁保护零序电流保护零序电压保护三次谐波电压保护8.1故障类型及保护配置一、发电机基本结构汽轮发电机主要由定子、转子、端盖和轴承等部件构成。8.1故障类型及保护配置一、发电机基本结构1.定子主要包括定子铁芯和定子绕组。8.1故障类型及保护配置一、发电机基本结构1.定子主要包括定子铁芯和定子绕组。铁芯线棒对地绝缘层间垫条槽楔8.1故

2、障类型及保护配置一、发电机基本结构1.定子主要包括定子铁芯和定子绕组。8.1故障类型及保护配置一、发电机基本结构2.转子主要包括转子铁芯和励磁绕组。8.1故障类型及保护配置一、发电机基本结构2.转子主要包括转子铁芯和励磁绕组。8.1故障类型及保护配置一、发电机基本结构2.转子主要包括转子铁芯和励磁绕组。8.1故障类型及保护配置一、发电机基本结构3.实例8.1故障类型及保护配置一、发电机基本结构4.中性点引出方式(1)传统方式大部分大型汽轮发电机中性点侧只引出3个端子。8.1故障类型及保护配置一、发电机基本结构4.中性点引出方式(2)其它方式8.1故障类型及保护配置二、发电机故障类型2.定子绕组

3、故障(1)定子铁心与线圈之间的绝缘破坏，发生接地故障，由于故障点电弧的作用，使同槽其它线圈绝缘下降，引发相间、匝间故障；(2)发生单相接地故障后，由于电位的变化，造成另外一点接地故障，发生两点接地；(3)同槽绕组之间绝缘破坏，发生相间匝间故障； (4)绕组端部由于接头松动，放电引发短路。8.1故障类型及保护配置二、发电机故障类型3.转子绕组故障(1)匝间短路；(2)一点或两点接地短路；(3)励磁电流消失。8.1故障类型及保护配置三、发电机不正常运行状态1.定子绕组过电流；2.定子绕组过负荷；3.定子绕组过电压；4.转子表层负序过负荷；5.转子绕组过负荷；6.逆功率等。(1)完全纵差保护;(2)

4、不完全纵差保护;(3)裂相横差保护;(4)单元件横差保护;(5)纵向基波零序电压保护;(6)故障分量负序方向保护。8.1故障类型及保护配置四、发电机保护配置1.定子绕组相间、匝间短路主保护8.1故障类型及保护配置四、发电机保护配置2.发电机相间、匝间及外部相间短路后备保护(1)过电流保护；(2)复压起动过电流保护;(3)负序过流及单元件低压起动过流保护;(4)低压自保持的过电流保护。3.定子绕组接地保护(1)基波零序电流保护；(2)基波零序电压保护；(3)三次谐波型接地保护；(4)注入电源式保护。8.1故障类型及保护配置四、发电机保护配置3.定子绕组过电压保护；4.低励或失磁保护；5.励磁回路

5、接地保护；6.失步保护；7.异常运行保护：频率异常保护等。8.1故障类型及保护配置五、发电机保护的动作行为1.停机：跳闸、灭磁、关闭主汽门；2.增减出力：增加减少原动机出力；3.缩小影响范围：跳母联断路器；8.1故障类型及保护配置五、发电机保护的动作行为1.停机：跳闸、灭磁、关闭主汽门；2.增减出力：增加减少原动机出力；3.缩小影响范围：跳母联断路器；4.程序跳闸：先关主汽门，再跳闸灭磁；5.发信号。8.2定子绕组相间匝间短路主保护一、完全纵差保护1.特征量8.2定子绕组相间匝间短路主保护一、完全纵差保护2.状态分析(1)正常运行或外部故障时8.2定子绕组相间匝间短路主保护一、完全纵差保护2.

6、状态分析(1)正常运行或外部故障时(2)内部故障时8.2定子绕组相间匝间短路主保护一、完全纵差保护3.动作方程4.定值计算躲过外部故障时产生的最大不平衡电流。不平衡电流主要由于互感器特性不一致造成：可采用带制动特性的纵差保护来提高内部故障时保护的灵敏度。8.2定子绕组相间匝间短路主保护一、完全纵差保护5.不足(1)中性点附近存在死区8.2定子绕组相间匝间短路主保护一、完全纵差保护5.不足(2)不能反映匝间故障(3)不能反映定子绕组接地故障二、不完全纵差保护由机端侧的相电流和中性点侧的分支电流构成。8.2定子绕组相间匝间短路主保护1.特征量二、不完全纵差保护8.2定子绕组相间匝间短路主保护2.不

7、同状态下保护行为分析(1)正常运行或外部短路体现了分支电流之间的平衡关系。二、不完全纵差保护8.2定子绕组相间匝间短路主保护2.不同状态下保护行为分析(2)匝间短路保护可以动作。(3)分支开焊保护可以动作。或二、不完全纵差保护8.2定子绕组相间匝间短路主保护2.不同状态下保护行为分析(4)内部相间短路保护可以动作。三、裂相横差保护8.2定子绕组相间匝间短路主保护由中性点侧的不同分支电流构成。1.特征量8.2定子绕组相间匝间短路主保护2.不同状态下保护行为分析(1)正常运行或外部短路体现了分支电流之间的平衡关系。三、裂相横差保护8.2定子绕组相间匝间短路主保护2.不同状态下保护行为分析(2)匝间

8、短路保护可以动作。三、裂相横差保护(3)分支开焊保护可以动作。8.2定子绕组相间匝间短路主保护2.不同状态下保护行为分析(4)内部相间短路三、裂相横差保护1)定子绕组上相间短路保护可以动作。8.2定子绕组相间匝间短路主保护2.不同状态下保护行为分析(4)内部相间短路2)机端或引线上相间短路三、裂相横差保护1)定子绕组上相间短路保护不能动作。保护可以动作。NABC8.2定子绕组相间匝间短路主保护四、纵向基波零序电压保护纵向基波零序电压定义为三相机端对中性点电压之和。1.特征量8.2定子绕组相间匝间短路主保护四、纵向基波零序电压保护测量接线：1.特征量本保护专用TV8.2定子绕组相间匝间短路主保护

9、四、纵向基波零序电压保护(1)正常运行或外部短路2.不同状态下保护行为分析8.2定子绕组相间匝间短路主保护四、纵向基波零序电压保护(1)正常运行或外部短路2.不同状态下保护行为分析(2)定子绕组上发生故障8.2定子绕组相间匝间短路主保护四、纵向基波零序电压保护(3)机端或引线上相间短路2.不同状态下保护行为分析(4)内部接地短路本次课主要内容变压器励磁涌流产生原因影响涌流的因素励磁涌流的特征识别励磁涌流的方法间断角、波宽二次谐波含量三相变压器单相变压器合闸时刻剩磁饱和磁通本次课主要内容发电机保护概述相间匝间短路主保护完全纵差保护不完全纵差保护裂相横差保护运行状态保护配置动作行为特征量基本原理不

10、足纵向基波零序电压保护特征量不同故障下动作行为作业常用的识别变压器励磁涌流的方法有什么？7.6、8.1-8.28.3发电机定子绕组单相接地保护一、中性点接地方式1.中性点绝缘(不接地)Cg:绕组对地电容Cs:机端设备对地电容存在的问题：(1)接地故障电流较大时，引起燃弧，破坏硅钢片绝缘，损坏铁芯8.3发电机定子绕组单相接地保护一、中性点接地方式1.中性点绝缘(不接地)Cg:绕组对地电容Cs:机端设备对地电容存在的问题：(2)间歇性的接地电弧可能引起绕组对地之间累积性电压升高，危及绝缘，可能导致匝间、相间短路8.3发电机定子绕组单相接地保护一、中性点接地方式2.经消弧线圈接地接地故障时故障点电流

11、为：可以有效地减小接地点故障电流。L:消弧线圈电感8.3发电机定子绕组单相接地保护一、中性点接地方式2.经消弧线圈接地补偿度：L:消弧线圈电感采用欠补偿方式(K1)。8.3发电机定子绕组单相接地保护一、中性点接地方式3.经大电阻接地为非故障相对地电容的电荷提供泄放通道，可避免产生弧光过电压。接地点故障电流增大。8.3发电机定子绕组单相接地保护二、零序电流保护1.特征量分析(1)内部故障时零序测量电流为流过外接元件对地电容的电流；方向由发电机流向外部。8.3发电机定子绕组单相接地保护零序测量电流为流过发电机对地电容的电流；方向由外部流向发电机。1.特征量分析(2)外部故障时二、零序电流保护8.3

12、发电机定子绕组单相接地保护动作值应大于外部接地短路时发电机本身的三相电容电流之和。一般用于直接接于母线上的小型发电机。2.保护构成动作方程：二、零序电流保护8.3发电机定子绕组单相接地保护三、基波零序电压保护1. 特征量分析(1)内部故障时接地电流很小，绕组漏抗远小于对地容抗，可以忽略绕组压降。8.3发电机定子绕组单相接地保护三、基波零序电压保护1. 特征量分析(2)外部故障时单相等值电路图为：8.3发电机定子绕组单相接地保护三、基波零序电压保护2. 动作方程整定值应躲过发电机正常运行和外部接地故障时可能出现的最大零序电压。(1)躲过主变高压侧接地时的传递电压1)设置延时，与主变高压侧接地故障

13、后备保护配合；2)适当提高定值;3)引入高压侧零序电压作为制动量，当UH0大于定值(15V)时闭锁保护。8.3发电机定子绕组单相接地保护三、基波零序电压保护3. 整定计算整定值应躲过发电机正常运行和外部接地故障时可能出现的最大零序电压。(1)躲过主变高压侧接地时的传递电压1)设置延时，与主变高压侧接地故障后备保护配合；2)适当提高定值;3)引入高压侧零序电压作为制动量，8.3发电机定子绕组单相接地保护三、基波零序电压保护3. 整定计算整定值应躲过发电机正常运行和外部接地故障时可能出现的最大零序电压。(2)躲过正常运行时的不平衡电压产生不平衡电压的因素：1)三相对地电容不相等引起的位移电压； 2

14、)三相电势的不平衡;3)零序电压滤过器的不平衡输出；4)三次谐波电压。滤除三次谐波电压后，定值可取515V(二次值)。当靠近中性点处(aU0set/100)发生故障时， U0U0set ，保护不能动作。8.3发电机定子绕组单相接地保护三、基波零序电压保护4. 死区分析发电机定子绕组接地故障后测量到的零序电压的二次值为：当靠近中性点处(a90)特征：(1)同步功率P下降为某值或消失； (2)Q反向急剧增大，定子电流明显上升；(3)转速明显上升，调速器开始作用，机械功率PT下降；(4)滑差加速增大，转子感应出差频电流，产生异步功率Pac 。(5)异步功率Pac和PT平衡，向系统输送功率，发电机处于

15、异步运行状态。8.4发电机失磁保护三、失磁运行的危害(1)转子绕组出现差频电流，引起绕组发热；(2)异步运行后，发电机的等效电抗降低，从系统中吸收的无功增加，使定子绕组过热；(3)定子端部漏磁增强，使端部的部件和端部铁芯过热；(4)对大型直接冷却式汽轮发电机，其转矩和有功将发生剧烈周期性变化，引起机组振动，直接威胁机组安全。1.对发电机的危害8.4发电机失磁保护三、失磁运行的危害2.对电力系统的危害 (1)造成系统中大量无功缺少。当系统中无功储备不足，将引起电压下降，严重时引起电压崩溃，系统瓦解；(2)造成系统中其他发电机增加无功输出。使某些发电机、变压器、输电线路过电流，后备保护可能因过流动

16、作，扩大故障范围；(3)造成有功功率摆动。可能导致相邻正常运行的发电机与系统之间失去同步，引起系统振荡。8.4发电机失磁保护四、特征量(机端测量阻抗)分析1.失去静稳之前(d90)系统8.4发电机失磁保护1.失去静稳之前(d90)该轨迹称为等有功圆。四、特征量(机端测量阻抗)分析8.4发电机失磁保护2.达到临界失步点(d90)四、特征量(机端测量阻抗)分析失步区8.4发电机失磁保护2.达到临界失步点(d90)该轨迹称为静稳边界圆，为不同负荷下失磁达到静稳极限时测量阻抗的位置。四、特征量(机端测量阻抗)分析8.4发电机失磁保护3.异步运行阶段四、特征量(机端测量阻抗)分析8.4发电机失磁保护3.

17、异步运行阶段空载失磁时(s0)： 有载情况下失磁，s增大，极限情况下s-：四、特征量(机端测量阻抗)分析8.4发电机失磁保护3.异步运行阶段测量阻抗随s变化轨迹：四、特征量(机端测量阻抗)分析4.变化轨迹8.4发电机失磁保护失磁过程中测量阻抗从第1象限沿等有功圆向第4象限移动，穿过静稳边界圆后进入异步运行状态。四、特征量(机端测量阻抗)分析8.4发电机失磁保护负荷阻抗：Zm1、Zm2、Zm3；短路阻抗：Zm4；振荡阻抗(XS =0)：Zm5；失磁阻抗：Zm6。四、特征量(机端测量阻抗)分析5.不同状态下测量阻抗的比较8.4发电机失磁保护五、失磁保护判据1.主判据：(1)静稳边界阻抗圆特性；8.4发电机失磁保护五、失磁保护判据1.主判据：(1)静稳边界阻抗圆特性；(2)异步阻抗圆特性；取0.5倍暂态电抗值，提高可靠性。8.4发电机失磁保护五、失磁保护判据1.主判据：(1)静稳边界阻抗圆特性；(2)异步阻抗圆特性；(3)