第二十一講發(fā)電機失磁保護

1、第二十一講 發(fā)電機的負序過電流保護 失磁保護和母線保護,主要內容 1.掌握發(fā)電機負序過電流保護的作用 2.掌握發(fā)電機失磁進入異步運行時，對電力系統(tǒng)和發(fā)電機的危害 3.掌握發(fā)電機失磁機端測量阻抗的變化軌跡 4、什么是失磁發(fā)電機的等有功阻抗園、等無功阻抗園和臨界失步園 5、簡述母線常見的故障類型及相應的保護方式 6、掌握母線完全差動保護和相位差動保護的基本原理,發(fā)電機的負序過電流保護,一、負序電流保護的作用 在電力系統(tǒng)中發(fā)生不對稱短路或正常運行情況下三相負荷不平衡時，在發(fā)電機繞組中將出現負序電流，該電流將在轉子回路中感應出倍頻電流引起轉子過熱，危害發(fā)電機安全。為使轉子不致過熱，負序電流與允許它通過

2、過發(fā)電機的時間的關系為,t,發(fā)電機負序電流與允許它通過的時間關系曲線,I2*-為以發(fā)電機額定電流倍數表示的負序電流的標幺值; A 允許過熱時間常數 曲線表明發(fā)電機允許負序電流持續(xù)的時間t是隨大小而變 化的。I2*大時，允許的時間短，I2*小時，允許的時間長。 這種變化的特性稱為反時限特性。 為此發(fā)電機應裝設負序過電流保護,二、負序定時限過電流保護 段： 經t1(4s)延時動作于跳閘。 段,經t2(5-10)s延時動作于序信號,兩段負序定時限過電流保護動作特性與發(fā)電機允許負序電流曲線的配合情況,分析： （1）在ab段內：t1t允許，對發(fā)電機不安全； （2）在bc段內： t1t,可保證發(fā)電機安全，

3、但沒有充分利用發(fā)電機承受負序電流的能力,3）在cd段內，保護裝置段不會動作，只能由 段動作于發(fā)信號，靠運行人員去處理。在靠近c 點部分，允許時間較短，實際上來不及處理，所以 在此區(qū)段內，對發(fā)電機是不安全的,4）在dc段內，保護不反應。 結論：兩段式負序定時限過電流保護的動作特性與 發(fā)電機允許的負序電流曲線不能很好配合，且不能 反應負序電流變化時發(fā)電機轉子的熱積累過程,三、負序反時限過流保護,反時限過電流保護是一種動作時間隨通過電流的增大而減小的保護。反時限過電流保護的特性與發(fā)電機允許的負序電流曲線相配合，如圖所示。即動作特性在運行負序電流曲線的上面，這樣可避免在發(fā)電機還沒有達到危險狀態(tài)時就被切

4、除。次時保護的動作特性可表示為,式中 與發(fā)電機轉子的溫升特性，溫升裕度等因素有關的常數,發(fā)電機反時限負序電流保護的特性,發(fā)電機的失磁運行及其產生的影響 一、失磁的原因： （1）勵磁回路開路、勵磁繞組斷線、滅磁開關誤動作、勵磁調節(jié) 裝置的自動開關誤動、可控硅勵磁裝置中部分元件損壞； （2）勵磁繞組由于長期發(fā)熱，絕緣老化或損壞引起短路； （3）運行人員誤調整等。 發(fā)電機失磁后，它的各種電氣量和機械量都會發(fā)生 變化。將危及發(fā)電機的安全,發(fā)電機的失磁保護,系統(tǒng)等值電路,功角特性關系,PT原動機功率；P同步功率；PM異步功率； 轉子運動方程,電氣角加速度；TJ機組的慣性時間常數,發(fā)電機從失磁到進入穩(wěn)態(tài)的

5、異步運行，一般可分為三個階段,一）失步前（ 90,Ilc減小，Ed減小， 增大； 維持P=PT; 定子電流隨的增大而增大,Q緩慢減小。 當 =90時,即從系統(tǒng)吸收無功功率。機端電壓下降,二）開始失步（ 90180 ） 隨著的增大，PT-P的值越來越大,在發(fā)電機超過同步轉速后，轉子回路中將感應出頻率為ff-fx電流，該電流將產生異步功率Pac Q負的越多機端電壓下降的越多，定子電流將持續(xù)增大,三）完全失步 180 在較大時，由于轉子相對速度很大，發(fā)電機調速器必然動作，關小汽門或水門，減小原動機輸入的功率，使轉子減慢,當P+Pac=PT時，發(fā)電機運行在穩(wěn)定的異步狀態(tài)。同步功率隨著 的變化將呈周期振

6、蕩狀態(tài)，各電氣量也都相應地將周期性的擺動,四）失磁后的影響,對電力系統(tǒng)： （1）發(fā)電機失磁后，不但不能向系統(tǒng)送出無功功率，而且還要從系統(tǒng)吸收無功功率。將造成系統(tǒng)電壓下降； （2）為了供給失磁發(fā)電機無功功率，可能造成系統(tǒng)中其它發(fā)電機過電流； （3）發(fā)電機失磁失步后，將造成系統(tǒng)振蕩，甩掉大量負荷,對發(fā)電機： （1）發(fā)電機失磁后，轉子和定子磁場間出現了速度 差，則在轉子回路中感應出轉差頻率的電流，引起轉 子局部過熱。 （2）發(fā)電機受交變的異步電磁力矩的沖擊而發(fā)生振 動，轉差率越大，振動越厲害。 可見，失磁后，若不失步，無直接危害。失步后，對 發(fā)電機及系統(tǒng)有不利影響。故應裝設失磁保護,等有功阻抗圖(9

7、0,系統(tǒng)等值電路圖,二、失磁發(fā)電機機端測量阻抗的變化軌跡,等有功阻抗圓,結論： （1）園的大小與有功功率的大小有關，功率越小，園的直徑越大； （2）失磁前，發(fā)電機向系統(tǒng)送有功功率和無功功率，為正，測量阻抗在第一象限；失磁后，無功功率由正變負， 角由正值向負值變化，測量阻抗也逐漸向第四象限過渡，失磁前，發(fā)電機送出的有功功率越大，進入第四象限的時間越短。 （3）等有功阻抗園的圓心坐標與聯系阻抗Xs有關。 可見，失磁后，ZJ向第四象限移動，且最終將穩(wěn)定在第四象限內,等無功阻抗圓(=90,臨界失步(或靜穩(wěn)極限)阻抗圓,臨界電壓值（臨界電壓園,發(fā)電機失磁后，系統(tǒng)某一點電壓下降到使機組不能穩(wěn)定運行，此為臨

8、界電壓值,整理后,臨界電壓阻抗園,三、失磁保護的主要判據,1.主要判據,現在大型同步發(fā)電機的失磁保護都是利用定子回路參數變化來檢測失磁故障。可作為失磁保護的判據有： （1）無功功率改變方向； （2）機端測量阻抗超越靜穩(wěn)邊界阻抗園的邊界； （3）機端測量阻抗進入異步邊界阻抗園。 可作為失磁保護的定子判據，還有反應發(fā)電機感應電勢衰減及消失、功角增大等,2.輔助判據 為了保證保護動作的選擇性，還需要用非正常 運行狀態(tài)下的某些特征，作為輔助判據如下： （1）勵磁電壓下降； （2）不出現負序分量； （3轉子電流減?。?（4）用延時躲振蕩,3.失磁保護的構成方案,1）以失磁阻抗繼電器作主要判據而構成失磁

9、保護程度方案,發(fā)電機失磁保護方案圖,2）整定值能自動隨有功功率P變化的轉子低電壓失磁繼電器作主要判據而構成失磁保護的方案,3）穩(wěn)態(tài)異步運行阻抗圓,發(fā)電機異步運行等值電路,異步運行阻抗圓,母線保護,一、裝設母線保護的基本原則,1.利用供電元件的保護裝置切除母線故障,利用發(fā)電機的過電流保護切除母線故障,利用變壓器的過電流保護切除低壓母線故障,在雙電源網絡上，利用電源側的保護切除母線故障,2.裝設專門的母線保護,電力系統(tǒng)繼電保護及自動裝置技術規(guī)程規(guī)定下列情況應裝設專門的母線保護,1）在110kV及以上的雙母線和分段單母線上，為保證有選擇性地切除任一組（或段）母線上所發(fā)生的故障，而另一組（或段）無故障

10、的母線仍能繼續(xù)運行，應裝設專門的母線保護,2） 110kV及以上的單母線，主要發(fā)電廠的35kV母線或高壓側位110kV及以上的重要降壓變電所的35kV母線，按照裝設全線速動保護的要求必須快速切除母線上的故障時，應裝設專門的母線保護,1.在正常運行以及母線范圍以外故障時，在母線所 有連接元件中，流入的電流和流出的電流相等； 2.當母線上發(fā)生故障時，所有與電源有連接元件都 向故障點供給短路電流，而在供電給負荷的連接元 件中電流等于零； 3.從相位來看，在正常運行以及外部故障時，至少 有一個元件中的電流相位和其余元件中的電流相位 相反。而當母線故障時除電流等于零的元件以外， 其它元件中的電流則是同相

11、位的,二、實現母線差動保護的基本原則,三、幾種常用的母線差動保護,1.母線完全電流差動保護,整定計算：按躲過外部故障最大不平衡電流整定,Krel-可靠系數，取1.3,靈敏度,2.電流比相式母線保護 工作原理,正常運行或外部故障時,內部故障時,利用比相元件比較各元件中電流的相位，判斷區(qū)內外故障，從而構成保護,保護的構成,電流比相式母線保護只與電流的相位有關，二與電流的幅值大小無關。因此 不須考慮不平衡電流的影響，提高了保護的靈敏度； 不要求采用型號和同變比的電流互感器，增加了使用的靈活性。 由于每條母線都裝設這種保護，從而克服了一般母線差動保護不適應母線運行方式改變的缺點,3.雙母線固定連接的母

12、線差動保護,組成： 第一組：由電流互感器1、2、5和差動繼電器1CJ組成，用以選擇第組母線上的故障。 第二組：由電流互感器3、4、6和差動繼電器2CJ組成，用以選擇第 組母線上的故障。 第三組：由電流互感器16和差動繼電器3CJ組成的完全電流差動保護，作為整套保護的起動元件,組成： 第一組：由電流互感器1、2、5和差動繼電器1CJ組成，用以選擇第組母線上的故障。 第二組：由電流互感器3、4、6和差動繼電器2CJ組成，用以選擇第 組母線上的故障。 第三組：由電流互感器16和差動繼電器3CJ組成的完全電流差動保護，作為整套保護的起動元件,正常運行或外部故障時，流入1CJ、2CL、3CJ的電流均為不

13、平衡電流，保護不會動作,組成： 第一組：由電流互感器1、2、5和差動繼電器1CJ組成，用以選擇第組母線上的故障。 第二組：由電流互感器3、4、6和差動繼電器2CJ組成，用以選擇第 組母線上的故障。 第三組：由電流互感器16和差動繼電器3CJ組成的完全電流差動保護，作為整套保護的起動元件。 當第組母線故障時 繼電器1CJ、3CJ流入全部短路電流，故1CJ、3CJ起動，使斷路器1DL、2DL、5DL跳閘，切除母線故障。繼電器2CJ流入不平衡電流，不會動作， 母線繼續(xù)運行,組成： 第一組：由電流互感器1、2、5和差動繼電器1CJ組成，用以選擇第組母線上的故障。 第二組：由電流互感器3、4、6和差動繼

14、電器2CJ組成，用以選擇第 組母線上的故障。 第三組：由電流互感器16和差動繼電器3CJ組成的完全電流差動保護，作為整套保護的起動元件。 當第 組母線故障時 繼電器3CJ、4CJ流入全部短路電流，故3CJ、4CJ起動，使斷路器3DL、4DL、5DL跳閘，切除 母線故障。繼電器1CJ流入不平衡電流，不會動作， 母線繼續(xù)運行,組成： 第一組：由電流互感器1、2、5和差動繼電器1CJ組成，用以選擇第組母線上的故障。 第二組：由電流互感器3、4、6和差動繼電器2CJ組成，用以選擇第 組母線上的故障。 第三組：由電流互感器16和差動繼電器3CJ組成的完全電流差動保護，作為整套保護的起動元件。 當固定連接

15、破壞時，區(qū)外故障， 繼電器1CJ、2CJ都將流入較大的差電流而誤動。但繼電器3CJ仍流過不平衡電流，但它不會動作，可以保證保護不會誤跳閘,組成,組成： 第一組：由電流互感器1、2、5和差動繼電器1CJ組成，用以選擇第組母線上的故障。 第二組：由電流互感器3、4、6和差動繼電器2CJ組成，用以選擇第 組母線上的故障。 第三組：由電流互感器16和差動繼電器3CJ組成的完全電流差動保護，作為整套保護的起動元件。 當固定連接破壞時，第母線故障 繼電器1CJ、2CJ和3CJ都有短路電流流入，都可能動作，兩組母線都可能被切除。為此，當固定連接破壞時，保護可以連接片LP,從而只要繼電器3CJ動作就直接跳開所

16、有斷路器,組成： 第一組：由電流互感器1、2、5和差動繼電器1CJ組成，用以選擇第組母線上的故障。 第二組：由電流互感器3、4、6和差動繼電器2CJ組成，用以選擇第 組母線上的故障。 第三組：由電流互感器16和差動繼電器3CJ組成的完全電流差動保護，作為整套保護的起動元件。 固定連接雙母線的電流差動保護的優(yōu)點是能快速而有選擇性地切除故障母線，保證另一母線繼續(xù)運行。但它限制了系統(tǒng)運行的調度的靈活性。當固定連接破壞時，這種保護就不能選擇故障母線，這是它的不足,母線發(fā)生故障時，母聯中電流方向從母線流向母線； 母線發(fā)生故障時，母聯中電流方向從 母線流向 母線； 在兩種情況下電流相位變化了180，因此，比較著兩個電流的相位，就可以選擇出故障母線，可見，不管母線上元件如何連接，只要母聯中電流流過，就能選擇出故障母線，無固定連接的要求，這是優(yōu)點,母聯相位差動保護,母聯相位差動保護的基本原理如圖所示，它利用比較母聯中電流與總電流的相位作為故障母線的選擇元件