项目四-发电机继电保护

1、PPT制作：叶龙、虞骐诚、张康强、张楠 PPT审核整理：占美亮 2017.05.17,项目四 发电机继电保护,目录,4.1、发电机的故障类型、不正常运行状态及其保护方式 4.2、发电机的纵差保护 4.3、发电机定子绕组匝间短路保护 4.4、发电机定子绕组单相接地保护 4.5、发电机的失磁保护 4.6、发电机 变压器组继电保护的特点及配置,4.1、发电机的故障类型、不正常运行状态及其保护方式,1、发电机的内部故障 定子绕组相间短路； 定子绕组单相匝间短路； 定子绕组单相接地； 转子绕组一点接地或两点接地； 转子励磁回路电流消失；,2、发电机的不正常运行状态 外部短路引起的定子绕组过电流 负荷超过

2、发电机额定容量而引起的三相对称过负荷 外部不对称短路或不对称负荷而引起的发电机负序过电流和过负荷 突然甩负荷而引起的定子绕组过电压 励磁回路故障或强励时间过长而引起的转子绕组过负荷 汽轮机主汽门突然关闭而引起的发电机逆功率运行等,4.1、发电机的故障类型、不正常运行状态及其保护方式,3、大型发电机组的特点及对继电保护的要求,大容量机组的体积不随容量成比例增大； 电机参数增大； 大型机组采用水内冷、氢内冷等复杂的冷却方式，故障几率增加了； 单机容量增大，汽轮机组轴向长度与直径之比明显增大，从而使机组震荡加剧，匝间绝缘磨损加快，有时候可能引起冷却系统故障； 大型水轮机组的转速降低，直径大，气隙不均

3、匀，将引起机组震荡加剧，因此要装气隙不均匀保护； 还需考虑后备保护灵敏度问题；,4.1、发电机的故障类型、不正常运行状态及其保护方式,对1MW以上发电机的定子绕组及其引出线的相间短路，应装设纵差保护装置； 对直接连与母线的发电机定子绕组单相接地故障，当故障电流大于允许值时，应装设有选择 性的接地保护装着； 对于发电机定子绕组的匝间短路，当定子绕组星形连接、每相有并联分支且中性点侧有分支引出端时，应装设横差保护：对200MW及以上的发电机，有条件时可装设双重化横差保护； 对于发电机外部短路引起的过电流，可采用很多保护方式。,4、发电机保护装设原则,4.1、发电机的故障类型、不正常运行状态及其保护

4、方式,4.2、 发电机的纵差保护,1、工作原理 这种保护是利用比较发电机的中性点的侧和引出线侧电流幅值和相位的原理构成，因此在发电机中性点侧和引出线侧装设特性和变比完全相同的电流互感器来实现纵差保护。,2、整定原则 1）在正常运行情况下，电流互感器二次回路断线时保护不应误动； 2）躲过外部故障时的最大不平衡电流； 3）灵敏度校验；,4.2、 发电机的纵差保护,3、发电机定子绕组匝间短路保护,1、装设匝间短路保护的必要性 由于发电机纵差保护不反应定子绕组一相匝间短路，因此，发电机定子绕组一相匝间短路后，如不能及时进行处理，侧可能发展成相间故障，造成发电机严重损坏。因此，在发电机上应装设定子匝间短

5、路保护。,2、单继电器横差保护 利用反应两支路电流之差的原理，即可实现对发电机定子绕组匝间短路的保护，此即横差保护。,3、发电机定子绕组匝间短路保护,3、定子绕组零序电原理的匝间短路保护,3、发电机定子绕组匝间短路保护,根据安全的要求，发电机的外壳都是接地，因此，定子绕组因绝缘破坏而引起的单相接地故障比较普通。当接地电流比较大，能在故障点引起电弧时，将使绕组的绝缘和定子铁芯烧坏，并且也容易发展成相间短路，造成更大的危害。根据运行经验，当接地电容电流大于等于5A时，应装设动作于跳闸的接地保护；当接地电流小于5A时，一般装设作用与信号的接地保护。,4.4、发电机定子绕组单相接地保护,接于零序电流互

6、感器上的发电零序电流保护，其整定值选择原则如下： 躲过外部单相接地时，发电机本身的电容电流以及由于零序电流互感器一次侧三相导线排列不对称，而在二次侧引起的不平衡电流。 保护装置的一次动作电流应小于表7.1规定的允许值 为防止外部相间短路产生的不平衡电流引起接地保护误动作，应在相间保护动作时将接地保护锁闭。 .,4.4、发电机定子绕组单相接地保护,1、利用零序电流构成的定子接地保护,接于零序电流互感器上的发电机零序电流保护，其整定值的选择原则: 4）保护装置一般带有12s的时限，以躲过外部单相接地瞬间，发电机暂态电容电流(其数值远较稳态是的3CogU)的影响。 5）当发电机定子绕组的中性点附近时

7、，由于接地电流很小，保护将不能启动，因此零序 电流保护不可避免地存在一定死区。为了减小死区的范围，就应该在满足发电机外部接地时动作选择性的前提下，尽量降低保护的启动电流。,4.4、发电机定子绕组单相接地保护,1、利用零序电流构成的定子接地保护,降低启动电压的措施： 1）加装三次谐波带阻过滤器； 2）对于高压侧中性电直接接地电网，利用保护装置的延时来躲过高压侧的接地故障； 3）在高压侧中性点非直接接地电网中，利用高压侧的零序电压降发电机接地保护闭锁或利用它对保护实现制动。 采用以上措施后，零序电压保护范围虽然有所提高，但在中性点附近接地时仍然有一定的死区。,4.4、发电机定子绕组单相接地保护,2

8、、利用零序电压构成的定子接地保护,发电机失磁是指发电机的励磁突然全部或部分消失。引起失磁的主要原因有： 转子绕组故障、励磁机故障、自动灭磁开关误跳半导体励磁系统中某些原件损坏或回路发生故障以及误操作等。,4.5、发电机的失磁保护,发电机进入异步运行时，将对电力系统和发电机产生以下影响: 需要从电力系统中吸取大量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系统电压的下降，如果电力系统的容量较小或无功功率储存不足，则可能使失磁发电机的机端电压、升压变压器高压侧母线电压或其他领进设备的电压低于允许值，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。,4.

9、5、发电机的失磁保护,1、发电机失磁运行的后果,发电机进入异步运行时，将对电力系统和发电机产生以下影响: 失磁后发电机的转速超过同步转速，因此，在转子及励磁回路中产生频率为Fg-Fs的交流电流，即差频电流。 对于直接冷却的大型发电机组，其平均异步转矩的最大值较小，惯性常数也相对较低，转子在纵轴和横轴方向呈现较明显的不对称，使得在重负荷下失磁后，这种发电机的转矩、有功功率要发生周期线摆动 低励磁或失磁运行时定子端部漏磁增加，将使端部和边端铁芯过热。,4.5、发电机的失磁保护,1、发电机失磁运行的后果,常用的辅助判据和闭锁措施： 当发电机失磁时，励磁电压下降。 发生失磁故障时，三相定子回路的电压、

10、电流是对称的、没有复序分量。 系统振荡过程中，机端测量阻抗的轨迹只可能短时穿过失磁继电器的动作区，而不会长时间停留在动作区，,4.5、发电机的失磁保护,2、发电机失磁保护的辅助判据,失磁保护 方式: 对于容量在100MW以下的带直流励磁机的水轮发电机和不允许失磁运行的汽轮发电机，一般是利用转子回路励磁开关的辅助触点连锁跳开发电机的断路器。 对于容量在100MW以上的发电机和采用半导体励磁的发电机，一般采用根据发电机失磁后定子回路参数变化的特点构成失磁保护。,4.5、发电机的失磁保护,3、失磁保护的构成方式,4.6、发电机-变压器组继电保护的特点及配置,1、差动保护特点 对于100MW级以下，一般只装设一套差动保护，不能满足灵敏性要求时，发电机应加装一套差动保护。 对于200MW及以上的汽轮发电机，为了提高保护的速动性，在发电机端还宜增设复合电流速断保护，或在变压器上增设单独的差动保护，及采用双重快速保护方式。 对于高压侧电压为330KV级以上的变压器，可设双重差动保护。 当发电机-变压器