发电机的继电保护

1、电力系统继电保护原理,2,1 发电机的继电保护 1.1 发电机的故障类型和不正常运行状态 1.2 发电机的纵差动保护和横差动保护 1.3 发电机的定子单相接地保护 1.4 发电机的负序过电流保护 1.5 发电机的失磁保护 1.6 发电机-变压器组继电保护的特点,1.1 发电机的故障类型和不正常运行状态,4,1. 发电机的故障类型及保护方式,定子绕组 定子绕组及引出线相间短路：采用纵差保护 定子绕组匝间短路：采用横差保护 定子绕组单相接地：采用零序电流和零序电压保护 转子绕组 转子绕组一点或两点接地：采用定期检测装置，或采用一点和两点接地保护 转子绕组励磁电流消失：自动灭磁开关断开时连锁断开发电

2、机的断路器，或采用发电机失磁保护,5,2. 不正常运行状态及保护方式,过电流 外部短路引起的定子过电流：采用负序过电流保护、低电压起动的过电流保护、复合电压起动的过电流保护或过电流保护； 不对称负荷或外部不对称短路引起的定子负序过电流：采用负序过电流保护 对称负荷引起的定子过电流：采用接于一相电流的过负荷保护 转子绕组过负荷：采用转子过负荷保护 定子绕组过电压：采用带延时的过电压保护 汽轮发电机主汽门突然关闭：采用逆功率保护,1.2 发电机的纵差动保护和横差动保护,7,1. 纵差动保护的原理,反应定子内部相间短路：动作于跳闸 反应电流互感器二次回路断线：动作于信号,8,1.1 断线监视继电器的

3、整定,起动电流按躲开正常运行时的不平衡电流整定，原则上越灵敏越好，通常取： 为了防止外部故障时由于不平衡电流的影响而误发断线信号，它的动作延时应大于发电机所有后备保护的动作时限,9,1.2 差动继电器的整定,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 按躲开外部故障时的最大不平衡电流整定,10,1.3 具有比率制动特性的差动继电器,最小起动电流： 拐点制动电流：一般取 制动系数（制动特性的斜率）：0.20.4,11,1.4 纵差保护的灵敏度校验,Idmin为发电机内部故障时流过保护的最小短路电流，需要考虑如下两种情况： 发电机与系统并列运行以前，在其出线端发生两相短路 发电机采用自

4、同期并列时，在系统最小运行方式下，发电机出线端发生两相短路,12,2. 横差动保护的原理,利用反应两个支路电流之差的原理，可实现对发电机定子绕组匝间短路的保护,13,2.1 横差动保护的接线,每相装设两个电流互感器，每相用一个继电器 只装设一个电流互感器和一个继电器,14,2.2 横差动保护的整定,转子回路两点接地时，横差动保护可能误动作，但不必在转子回路两点接地时闭锁横差动保护 在投入两点接地保护的同时，横差动保护应切换至带0.51s的延时动作于跳闸，可防止转子回路偶然性的两点接地时引起的横差保护误动作,1.3 发电机的定子单相接地保护,16,1. 发电机电压网络的特点,发电机的中性点都是不

5、接地或经消弧线圈接地的 发电机电压网络是指与发电机有直接电联系的各元件组成的网络，是非直接接地系统 发电机定子绕组单相接地时，流经接地点的电流为发电机电压网络对地电容电流的总和。当接地电流较大时，能在故障点引起电弧，将绕组绝缘和定子铁心烧毁 当接地电容电流小于5A时，装设动作于信号的接地保护；否则，装设动作于跳闸的接地保护,17,2. 内部单相接地时的等值电路,18,3. 外部单相接地时的等值电路,内部单相接地时，流经LH0的零序电流为发电机以外电压网络的对地电容电流 外部单相接地时，流经LH0的零序电流为发电机本身的对地电容电流,19,4. 利用零序电流构成的定子接地保护,需要采用高灵敏的零

6、序电流互感器： 尽量提高零序电流互感器的励磁阻抗 选取继电器的阻抗与零序互感器的励磁阻抗匹配,20,定子零序电流保护的整定,躲过外部单相接地时，发电机本身的电容电流和零序电流互感器二次侧的不平衡电流 零序电流保护的一次动作电流应小于发电机单相接地电流的允许值 当起动电流不考虑发电机的暂态电容电流时，保护需带有12s的动作延时 当起动电流不考虑外部相间短路时的不平衡电流时，需要在相间保护动作时将接地保护闭锁 定子绕组中性点附近接地时，接地电流很小，定子零序电流保护存在动作死区,21,5. 利用零序电压构成定子接地保护,用于发电机变压器组，动作于信号,22,定子零序电压保护的整定,躲开正常运行时的

7、不平衡电压 变压器高压侧接地时在发电机端产生的零序电压 提高灵敏度的措施： 加装三次谐波过滤器，消除三次谐波的影响 变压器高压侧中性点直接接地时，利用延时躲开高压侧接地故障 变压器高压侧中性点非直接接地时，利用高压侧的零序电压将定子接地保护闭锁或对保护实现制动,23,6. 反应100%定子绕组的接地保护,一是零序电压保护，能保护定子绕组的85%以上 二是用来消除零序电压保护不能保护的死区 发电机中性点加固定的工频偏移电压 附加直流或低频电源，将其电流注入定子绕组 利用发电机固有的三次谐波电势,24,发电机三次谐波电势的分布特点,正常运行时，发电机中心点侧的三次谐波电压总是大于发电机端的三次谐波

8、电压,25,发电机三次谐波电势的分布特点,当靠近中性点侧发生单相接地时，发电机端的三次谐波电压大于中性点侧的三次谐波电压,26,100%定子接地保护的特点,利用三次谐波电压构成的接地保护，可以反应定子绕组中靠近中性点侧50%范围内的单相接地故障，且故障点越接近于中性点时，保护越灵敏 利用基波零序电压构成的接地保护，可以反应靠近定子机端侧85%范围内的单相接地故障，且故障点越接近于出线端时，保护越灵敏,1.4 发电机的负序过电流保护,28,1. 定子负序电流产生原因及影响,产生原因：电力系统发生不对称短路；在正常运行情况下三相负荷不平衡 影响： 在转子绕组、阻尼绕组及转子铁心等部件上感应出100

9、Hz的倍频电流，造成局部过热 产生100Hz的交变电磁转矩，并作用在转子大轴和定子机座上，引起100Hz的振动,29,定子负序电流引起转子发热的度量,假定发电机转子为绝热体（不向周围散热），则不使转子过热所允许的负序电流和时间的关系：,发电机组容量越大，承受负序过负荷的能力越小，即A值越小,30,定子负序过电流保护的作用,主保护：对定子绕组电流不平衡而引起转子过热的一种保护，是发电机的主保护之一 后备保护：在相邻元件发生不对称短路时，定子负序过电流保护可以作为后备保护；需要附加装设一个单相式的低电压起动过电流保护，以反应三相短路,31,2. 负序定时限过电流保护原理接线,继电器3按躲开长期允许

10、负序电流值和最大负荷下的不平衡电流来整定 动作延时应保证选择性，一般取510s,32,2. 负序定时限过电流保护原理接线,继电器4按躲开短时间允许的负序电流整定，同时与相邻元件的后备保护灵敏度配合 动作延时按后备保护逐级配合，一般取35s,33,3. 两段负序定时限过电流保护动作特性,定时限过电流保护的动作特性与发电机允许负序过电流曲线不能很好配合,34,4. 负序反时限过电流保护,发电机允许负序电流的特性是在绝热条件下给出的，考虑转子散热条件后，对于同一时间内所允许的负序电流值实际上要比用允许负序电流曲线计算出的值大,1.5 发电机的失磁保护,36,1. 发电机失磁运行及影响,失磁原因： 转

11、子绕组故障 励磁机故障 自动灭磁开关误跳闸 半导体励磁系统中某些元件损坏或回路发生故障 误操作,37,1. 发电机失磁运行及影响,38,1. 发电机失磁运行及影响,对电力系统和发电机的影响： 失磁发电机异步运行时，需要从系统吸收大量无功 当系统无功储备不足时，将引起电压下降，严重时可能因电压崩溃而使系统瓦解 为了防止定子绕组过电流，失磁发电机异步运行所发出的有功比同步运行时小 失磁后发电机转速超过同步转速，转子产生差频电流，使转子过热,39,2. 发电机失磁后的机端测量阻抗,a) 等有功阻抗圆(失步前),40,2. 发电机失磁后的机端测量阻抗,b) 临界失步阻抗圆(功角为90度，无功恒定),41,2. 发电机失磁后的机端测量阻抗,c) 失步后的异步运行阶段,空载失磁时：,42,3. 其它运行方式下的机端测量阻抗,1为发电机正常运行 2为发电机只发有功 3为发电机欠励运行 4为发电机失磁 5为发电机外部故障,43,系统振荡时机端测量阻抗,44,4. 失磁保护的构成方式,45,转子低电压判据失磁保护方案,1.6 发电机-变压器组继电保护的特点,47,1. 发电机-变压器组纵差保护的特点,48,2. 发变组中定子单相接地保护的特点,发变组中，发电机的中性点以不安不接地或经消弧线圈接地 发生单相接地的接地电容电流通常小于允许值，可采用零序电压保护，并动作于信号 对于大容量的发电机，应装