發(fā)電機保護裝置調(diào)整試驗

1、發(fā)電機保護原理介紹及裝置調(diào)整試驗第一節(jié) 發(fā)電機保護的配置發(fā)電機的故障及不正常運行方式 1 發(fā)電機的故障1）定子繞組的故障定子繞組的故障主要有：相間短路（二相短路、三相短路）接地故障：單相接地、兩相接地短路故障 匝間短路 （同分支繞組匝間短路， 同相不同分支繞組之間的 短路）。2）轉(zhuǎn)子繞組的故障主要有：轉(zhuǎn)子繞組一點接地及二點接地，部分轉(zhuǎn)子繞組匝間短路。2 發(fā)電機異常運行方式發(fā)電機不正常運行方式主要有：定子繞組過負荷，轉(zhuǎn)子繞組過負荷，發(fā)電機過電壓； 發(fā)電機過激磁，發(fā)電機誤上電、逆功率、頻率異常、失磁、發(fā)電機斷水及非全相運行等。發(fā)電機保護的配置發(fā)電機定子繞組或輸出端部發(fā)生相間短路故障或相間接地短路故

2、障，將產(chǎn)生很大的短路電流，大電流產(chǎn)生的熱、電動力或電弧可能燒壞發(fā)電機線圈、定子鐵芯及破壞發(fā)電機結(jié) 構(gòu)。轉(zhuǎn)子繞組兩點接地或匝間短路，將破壞氣隙磁場的均勻性，引起發(fā)電機劇烈振動而損壞發(fā)電機；另外，還可能燒傷轉(zhuǎn)子及損壞其他勵磁裝置。發(fā)電機異常運行也很危險。發(fā)電機過電壓、過電流及過激磁運行可能損壞定子繞組；大型發(fā)電機失磁運行除對發(fā)電機不利之外，還可能破壞電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。其他異常工況 下，長期運行也會危及發(fā)電機的安全。為確保發(fā)電機安全經(jīng)常運行，必需配置完善的保護系統(tǒng)。1 短路故障的主保護發(fā)電機內(nèi)部短路故障的主保護有：縱差保護，橫差保護（單元件橫差及三元件橫差保護），發(fā)電機定子繞組匝間保護 （主要有單元

3、件橫差保護、 縱向零序電壓匝間保護及負序功 率方向保護），轉(zhuǎn)子兩點接地保護，勵磁變縱差保護。2 短路故障的后備保護發(fā)電機短路故障的后備保護主要有：復壓閉鎖過流保護，對稱過流及過負荷保護，不 對稱過流及過負荷保護、負序過電流保護，轉(zhuǎn)子過流及過負荷保護、轉(zhuǎn)子兩點接地保護、 帶記憶的低壓過流保護。3其他故障保護發(fā)電機單相接地保護，發(fā)電機失磁保護。4發(fā)電機異常運行保護發(fā)電機異常運行保護有：發(fā)電機過電壓保護，發(fā)電機過激磁保護、逆功率保護，轉(zhuǎn)子 一點接地保護，定子過負荷保護、非全相運行保護、大型發(fā)電機失步保護、頻率異常保護 等。5開關(guān)量保護發(fā)電機斷水保護等。6臨時性保護所謂臨時性保護是指：發(fā)電機正常運行時

4、應(yīng)退出的保護。其中有發(fā)電機誤上電保護及 發(fā)電機啟、停機保護等。第二節(jié)發(fā)電機縱差保護發(fā)電機縱差保護，是發(fā)電機相間故障的主保護?；靖拍?1.保護輸入回路發(fā)電機縱差保護，按比較發(fā)電機中性點 TA與機端TA二次同名相電流的大小及相位構(gòu) 成。以一相差動為例，并設(shè)兩側(cè)電流的正方向指向發(fā)電機內(nèi)部，圖 1為發(fā)電機完全縱差保 護的交流接入回路示意圖；中性點裝置交流模件1圖1發(fā)電機完全縱差保護交流接入回路示意圖2. 動作方程DGT80係列發(fā)電機差動保護裝置，為提高區(qū)內(nèi)故障時的動作靈敏度及確保區(qū)外故障時可靠不動作，一般采用具有二段折線式動作特性的差動元件。其動作方程為IdIdIdz0Kz（Iz Izo） Idzo

5、Iz IzoIzIzo式中：Id 差動電流，IdIz 制動電流，Iz|ISKz 比率制動系數(shù);Iz0 拐點電流，開始起制動作時的最小制動電流;Idz0 初始動作電流;In、Is 分別為中性點及機端差動TA的二次電流;3. 動作特性發(fā)電機縱差保護其動作特性一般為兩段拆線式。根據(jù)其動作方程，可以劃出如圖2所示的動作特性。動作區(qū)Idzo/i制動區(qū)/CixJl.Id:!）上出J圖2 差動保護的動作特性在圖2中:I dz動作電流;I zd 制動電流;I dzo 初始動作電流;I zdo 拐點電流;KZ比率制動系數(shù)。由圖2可以看出，縱差保護的動作特性由二部分組成：即無制動部分和有制動部分。這種動作特性的優(yōu)

6、點是：在區(qū)內(nèi)故障電流小時，它具有很高的動作靈敏度；在區(qū)外故障時, 它具有較強的躲過暫態(tài)不平衡電流的能力。4. 動作邏輯框圖發(fā)電機縱差保護的出口方式，有兩種設(shè)置：單相出口方式及循環(huán)閉鎖出口方式。當采用循環(huán)閉鎖出口方式時，為提高發(fā)電機內(nèi)部及外部不同相同時故障時保護動作的可靠性,采用負序電壓解除循環(huán)閉鎖（即改成單相出口方式）。對于單相出口方式，設(shè)置專門的 TA檢查差動保護兩側(cè)通道平衡狀況的試驗接線如圖5所示。斷線判別，并當差電流大于解除 TA斷線閉鎖電流倍數(shù)let時可解除TA斷線判別功能。兩種出口方式的邏輯框圖，分別如圖 3和圖4所示。圖3單相出口方式的發(fā)電機縱差保護邏輯框圖0A相差動UB相差動C相

7、差動出口匚JTI圖4循環(huán)閉鎖出口方式發(fā)電機縱差保護邏輯框圖調(diào)整試驗1兩側(cè)差動電流通道平衡狀況的檢查若兩側(cè)差動電流通道調(diào)整不一致或特性相差較大，則在正常運行時就會產(chǎn)生較大的差流，甚至可能造成保護誤動。另外，在長期運行之后，兩側(cè)構(gòu)成通道的硬件系統(tǒng)的特性可 能發(fā)生變化，形成不平衡。因此，為了提高縱差保護的動作可靠性，在保護出廠時，或投 運前（出廠驗收或安裝后）校驗或定期檢驗時，校驗兩側(cè)通道的平衡狀況是必要的。試驗接線差動0O 0 0It,g b 如試臉議0保護0 吠嚴摟入bc WQ端子ig圖5檢查通道平衡試驗接線在圖5中:la、lb、Ic、In分別為機端差動TA二次三相電流接入端子;a、b、I a、

8、I b、I C、I N分別為中性點差動TA二次三相電流接入端子。試驗方法操作觸摸屏，調(diào)出差動保護實時參數(shù)的顯示界面或顯示有差動保護A相差流的界面。操作測試儀，使其輸出電流分別為Ie及5Ie （ I e差動保護TA二次標稱額定電流,般等于5A）的工頻電流，觀察并記錄屏幕顯示的差電流。再將試驗儀I A端子上的輸出線分別接到lb、丨b及Ic、Ic端子上，重復上述試驗觀 察及記錄。要求屏幕顯示電流值清晰、穩(wěn)定，完全縱差保護，記錄的各差流的最大值應(yīng)不大于 2%Ie（即小于0.1A）0要求：計算值與實測值的最大誤差不大于 5%否則，應(yīng)對被試通道重新進行調(diào)整。對于DGT80係列由軟件調(diào)通道的保護裝置，可修改

9、某一側(cè)的相位或幅值系數(shù)來調(diào)節(jié)平 衡。2初始動作電流的校驗 試驗接線試驗接線如圖6所示。】站差動KO保護hO圖6初始動作電流試驗接線在圖6中:U、UB、U分別為機端TV二次三相電壓接入端子;其他符號同圖5。該試驗接線，適用于校驗其構(gòu)成框圖如圖 4所示的差動保護的初始動作電流，該型保護需校驗解除循環(huán)閉鎖的負序電壓定值。若校驗如圖3所示框圖差動保護的動作電流，可 不接輸入電壓。試驗方法操作界面觸摸屏，調(diào)出差動保護的 A相差電流顯示通道。操作試驗儀的輸出電壓，設(shè)定為負序三相對稱電壓，且大于3倍的負序電壓（即解除 循環(huán)閉鎖的負序電壓）定值。由零緩慢增加試驗儀的輸出電流至差動保護動作。記錄保護剛剛動作時的

10、外加電流值 及屏幕顯示的電流值。然后，操作界面觸摸屏，調(diào)出差動保護的 B、C相差電流顯示通道。將試驗儀Ia端子引 出的電流線分別接至I b、I c、及l(fā)b、Ic上，重復上述試驗、觀察并記錄。將上述試驗數(shù)據(jù)列于表1中。表1差動保護的初始動作電流TA安裝位置機端中性點相別ABCABC動作電流外加值界面顯示值要求：保護動作時外加電流等于屏幕顯示電流，并等于整定值，最大誤差小于5%3解除循環(huán)閉鎖的負序電壓值的測量試驗接線同圖6。操作界面觸摸屏，調(diào)出負序電壓計算值顯示通道。操作試驗儀，使其輸出電流大于差動保護的初始動作電流。 此時，裝置發(fā)出TA斷線信 號。然后，緩慢同時增加試驗儀輸出電壓至差動保護動作。

11、記錄外加電壓，觀察并記錄屏 幕顯示的負序電壓。要求：界面顯示值清晰、穩(wěn)定，外加負序電壓等于解除循環(huán)閉鎖的負序電壓的整定值, 最大誤差小于5% 4 動作特性曲線的錄制動作特性曲線是表征差動保護動作特性的重要標志。這是因為通過該特性曲線可知道保護的初始動作電流、制動系數(shù)及拐點電流。因此，對于具有制動特性的縱差保護，錄制其動作特性曲線應(yīng)是校驗差動保護的必做項目。（a）試驗接線對于單相出口的差動保護，或如圖 4所示的采用負序電壓解除循環(huán)閉鎖的差動保護,錄制動作特性曲線的試驗接線如圖 6所示（后者試驗時，需加負序電壓）叱差動noJhO保護hO12黔gt %I1I2（b）初始動作電流Idzo操作測試儀，使

12、其輸出電流Ii與I2相位相差180，且使Ii（或I2）等于0,由0緩慢增加I 2（或I 1）至差動保護動作。記錄動作電流，該電流等于初始動作電流Idzo。按上述試驗方法分別求出其他兩相差動保護的初始動作電流 Idzo。（c）制動特性按照規(guī)定，為了提高差動保護動作可靠性，動作特性曲線上的拐點電流（即開始起制動作用時的最小電流）應(yīng)小于被保護設(shè)備的額定電流。操作測試儀，使圖示中的I2等于1.2 I e，（ I e被保護設(shè)備的標稱額定電流，一般為5A）。此時，差動保護動作。然后，增大I1電流，使至差動保護動作返回。再慢慢降低I 1電流至差動保護剛剛動作。設(shè)此時的I1電流等于Idz1。增大I 2電流使其

13、等于4 I e。增大I 1電流使差動保護返回。再慢慢降低I 1電流使差動保護剛剛動作。設(shè)此時的I1電流等于Idz2。再將圖中試驗儀的兩路輸出電流端子上的線分別改接到lb、Ic及Ib、Ic上，重復上述試驗及記錄。將上述試驗結(jié)果列于表2中。表2發(fā)電機差動保護的動作特性曲線相別I dzo1.2IeIdzy/刀 e I dz14Ie I4I e I dz2Kz4Ie 丨 dz24Ie 心22各相的拐點電流IzdoIdz12要求：計算出的拐點電流及制動系數(shù)與整定值完全相同，最大誤差不大于5%匸2! e I dz1Kz1 dzo(3-12)A相B相C相各相的比率制動系數(shù)為丨 dz11-2le Idz225

14、 差動速斷定值的校驗DGT80係列微機發(fā)變組保護裝置中，發(fā)電機差動保護設(shè)置有差動速斷功能。(a)試驗條件操作觸摸屏，調(diào)出發(fā)電機差動保護運行實時參數(shù)顯示界面。 暫改變差動保護的整定值,使差動保護初始動作電流大于拐點電流，將比率制動系數(shù)調(diào)整到1以上，或者只加單相電 流不加負序電壓。(b)試驗接線及試驗方法試驗接線同圖6。操作試驗儀，增大制動電流Ii或者12，使其大于差動速斷值，記錄差動保護動作電流 值。再分別將圖6中的試驗儀的電流線改接在I b、丨b及I c、Ic上，重復上述試驗操作及記錄。要求：動作電流等于整定值，其最大誤差不大于 5%動作時間的測定發(fā)電機縱差保護系發(fā)電機的主保護，其動作時間一般

15、為2040ms若無特殊要求，在 校驗保護時，可不測量其動作時間。測量差動保護動作時間的方法，應(yīng)根據(jù)不同的保護裝置及現(xiàn)有的試驗設(shè)備來決定。第二節(jié)發(fā)電機縱向零序電壓式匝間保護發(fā)電機匝間保護，是發(fā)電機同相同分支匝間短路及同相不同分支之間匝間短路的主保護?；靖拍?縱向零序電壓式匝間保護在縱向零序電壓式匝間保護中，反應(yīng)發(fā)電機匝間短路的主判據(jù)是縱向零序電壓(即縱 向基波零序電壓)。此外，為防止專用TV的一次斷線時匝間保護誤動，需采用專用TV斷線 閉鎖。(1) 交流輸入回路縱向零序電壓式匝間保護的接入電壓， 取自機端專用TV的開口三角形電壓。對發(fā)電機 專用TV的要求是：全絕緣式TV,其一次中性點不能接地，

16、而應(yīng)通過高壓電纜與發(fā)電機中性點連接起來。DGT8 0係列保護裝置的交流接入回路如圖所示。定子繞組11 、1B11C1r-1J專用TVi3ubAJ圖10縱向零序電壓式匝間保護交流接入回路在圖中：對保護接入專用TV二次電壓的目的是用于TV斷線閉鎖。其他符號同圖3-10。(2) 動作方程在DGT80係列裝置中，匝間保護兩段的動作方程為:次靈敏段:靈敏段為:3UoUoldzo3UoUoldzoUohdzoKz U 3w U 3wdz以上各式中:UOhdzo3U0縱向零序基波電壓；縱向零序電壓高定值;縱向零序電壓低定值;Kz制動系數(shù);U3wdz三次諧波電壓的整定值。（3）邏輯框圖為防止專用TV一次斷線時

17、匝間保護誤動,引入 TV斷線閉鎖；另外，為防止區(qū)外故障或其他原因（例如專用TV回路出現(xiàn)問題）產(chǎn)生的縱向零序電壓使保護誤動， 通常采用負序功率方向閉鎖元件（也有采用負序功率增量方向元件閉鎖的）。對于DGT80係列保護裝置, 負序功率方向判據(jù)應(yīng)采用允許式閉鎖。該保護的邏輯框圖如圖所示。發(fā)電機縱向零序電壓式匝間保護邏輯框圖在圖中：0縱向零序電壓元件;P2 負序功率方向元件;to 時間元件。對匝間保護引入一個短延時t的目的是：在專用TV 一次斷線或一次保險抖動時，確保 可靠閉鎖保護出口。(4) 關(guān)于專用TV斷線閉鎖TV斷線還在大型發(fā)電機保護中，如果采用縱向零序電壓式匝間保護， 一定要有專用的TV斷線閉

18、 鎖元件。另外，當保護裝置發(fā)出 TV斷線信號時，必須能判斷出是匝間保護專用 是其他保護用普通TV斷線。電壓平衡式TV斷線閉鎖元件，是按比較兩組TV二次同名相間電壓Uab、Uab及Ubc的原理構(gòu)成。其動作邏輯框圖如圖所示。閉鎖匝間保護電壓平衡式TV斷線閉鎖邏輯框圖信號信號在圖中：U 差壓整定值;U ab、 U be、 Uca 專用TV與普通TV二次同名相間電壓之差;max U abUbCUca取Uab、 Ubc、 Uca中的最大者;U2-普通TV二次的負序電壓。由圖可以看出：若 Uab、 Ubc及Uca三者中任一個大于 U時，判為TV一次斷線;此時，如果普通TV二次無負序電壓，則判為專用TV斷線

19、，若普通TV二次有負序電壓，則 被判為普通TV斷線。專用TV斷線時，閉鎖匝間保護；普通 TV斷線時，閉鎖3Uo定子接地保護。調(diào)整試驗對匝間保護的調(diào)試，主要是對縱向零序電壓元件、負序功率方向元件及TV斷線閉鎖等 元件的調(diào)試。此外，通過試驗，尚要驗證各種保護構(gòu)成邏輯的正確性。1 DGT801系列裝置縱向零序電壓式匝間保護的調(diào)試 操作界面觸摸屏，調(diào)出匝間保護運行實時參數(shù)顯示或縱向零序電壓及 3次諧波電壓通道顯示值及電壓計算值顯示界面。保護的投入壓板(包括軟壓板)在閉合狀態(tài)。另外，對裝置通入三相負序電壓及負序電流顯示匝間保護實時參數(shù)顯示的負序功率為正值。試驗方法試驗接線同如圖。縱向零序電壓式電壓通道測

20、量接線按以下步驟進行調(diào)試:(I)靈敏段動作值的校驗操作試驗儀，使其輸出電壓中含有基波電壓和三次諧波電壓，其中基波電壓分量大于靈敏段動作電壓的整定值，而三次諧波電壓分量也很大，靈敏段保護不動作。然后，維持電壓中的基波電壓不變，而緩慢減小三次諧波電壓值至靈敏段保護動作, 記錄保護剛剛動作時界面顯示的基波電壓 UO三次諧波電壓U3W此時，應(yīng)滿足保護次靈 敏段剛剛動作時的條件，即Uo UoidzUo UoldzKZ U3w U3wdz;Kz則Up U oldzU 3w U3wdz在式中:UO保護次靈敏段動作時加入的基波電壓;U3V保護次靈敏段動作時加入的三次諧波電壓;Uoldz保護次靈敏段動作電壓定值

21、;U3wdz 三次諧波電壓的整定值;KZ制動系數(shù)。要求：計算出的KZ值等于整定值，最大誤差小于5%然后，減小三次諧波電壓至一較小值。減小基波電壓至靈敏段動作返回。再緩慢增加 基波電壓至靈敏段保護動作，記錄剛剛動作時界面上顯示的基波電壓值。要求：記錄的基波電壓值等于靈敏段的電壓整定值。(n)次靈敏段動作電壓的校驗操作試驗儀，增大輸出電壓的基波電壓，使匝間保護的次靈敏段動作，記錄界面顯示 的基波電壓值。要求：保護次靈敏段動作時，界面顯示的基波電壓值等于整定值，誤差小于5%再增 加電壓中的三次諧波電壓值至10V以上，次靈敏段仍然動作。說明三次諧波電壓對次靈敏 段無影響。(III )負序功率方向元件的

22、校驗操作試驗儀，對裝置通入三相對稱負序電壓及三相對稱負序電流，并移動者之間的相 位，觀察并記錄界面上顯示的負序功率的正、負及數(shù)值，并將顯示值與計算值比較，兩者 之誤差應(yīng)小于5%(VI) TV斷線閉鎖元件動作特性的校驗在DGT801系列裝置中，匝間保護用TV斷線閉鎖元件，既能判斷專用 TV斷線，又能判 斷其他保護用TV (即普通TV)斷線。動作邏輯正確性校驗校驗TV斷線元件邏輯的試驗接線如圖所示。TV斷線閉鎖試驗接線在圖中:UA UB UC-專用TV二次三相電壓接入端子;UA、UB、UC普通TV二次三相電壓接入端子。操作試驗儀，使其輸出電壓為三相對稱正序電壓，電壓值為100V(線電壓)。在裝置端

23、子排電壓端子上，去掉 UA或 UB UC端子上的接入線，裝置應(yīng)發(fā)出“專用 TV 斷線”信號。將UA UB UC電壓端子上的接入線接上，而去掉 UA或UB、UC端子上的 接入線，裝置應(yīng)發(fā)出“普通 TV斷線”信號。差電壓？UAB ?UBC定值的校驗試驗接線同圖所示。差壓定值校驗接線在圖中:UA UB UC-專用TV二次三相電壓接入端子;UA、UB、UC普通TV二次三相電壓接入端子;Ua、Ub、Uc、Un、Ul _試驗儀電壓輸出端子;UL UN-專用TV開口電壓接入端子。操作界面觸摸屏，調(diào)出匝間保護運行實時參數(shù)顯示界面或差壓顯示通道。操作試驗儀，使輸出UL電壓大于縱向零序電壓的整定值。此時，匝間保護

24、動作。然后，同時緩慢升高Ua Ub Uc三相電壓，至匝間保護動作剛剛返回。記錄三相電壓;觀察并記錄界面上顯示的差壓。倍。要求：界面上顯示的差壓等于整定值，且等于外加電壓（相電壓）的第四節(jié) 發(fā)電機定子接地保護發(fā)電機定子單相接地的危害設(shè)發(fā)電機定子繞組為每相單分支且中性點不接地。發(fā)電機定子繞組接線示意圖及機端 電壓向量圖如圖中的（a）、（b）所示。(a)CBAUc定子繞組接線示意圖及電壓向量圖（機端接地時 =1）。由相電壓升高到另一（升高到晟倍的相電設(shè)A相定子繞組發(fā)生接地故障，接地點距中性點的電氣距離為 此時，相當于在接地點出現(xiàn)一個零序電壓。由圖（b）可以看出：A相繞組接地時，使B相及C相對地電壓,

25、 值，當機端A相接地時，B、C兩相的對地電壓由相電壓升高到線電壓 壓）。另外，發(fā)電機定子繞組及機端連接元件（包括主變低壓側(cè)及廠高變高壓側(cè)）對地有分 布電容。零序電壓通過分布電容向故障點供給電流。此時，如果發(fā)電機中性點經(jīng)某一電阻 接地，則發(fā)電機零序電壓通過電阻也為接地點供給電流。發(fā)電機定子繞組單相接地的危害是： 非接地相對地電壓的升高，將危及對地絕緣，當 原來絕緣較弱時，可能造成非接地相相繼發(fā)生接地故障，從而造成相間接地短路，損害發(fā) 電機；另外，流過接地點的電流具有電弧性質(zhì)，可能燒傷定子鐵芯 。如果定子鐵芯燒傷, 修復很困難。分析表明：接地點距發(fā)電機中性點越遠，接地運行對發(fā)電機的危害越大；反之越

26、小。 中性點附近時，若不再出現(xiàn)其他部位接地故障，不會危害發(fā)電機。發(fā)電機定子接地保護的種類很多，有零序電壓式、零序電流式，雙頻式、疊加直流式、 疊加交流式、注入電流式等。F面主要介紹應(yīng)用較多的雙頻式100%勺定子接地保護基本概念所謂雙頻式100%勺定子接地保護，它是由基波零序電壓式定子接地保護和三次諧波電 壓式定子接地保護兩部分構(gòu)成?；阈螂妷菏蕉ㄗ咏拥乇Ｗo，可以單獨用于中小機組作 定子接地保護，其保護范圍是由發(fā)電機定子繞組端部（包括出線及與之有電聯(lián)系的設(shè)備） 至發(fā)電機內(nèi)部的8095%1子繞組的接地故障。其保護的具體范圍主要決定于動作電壓的整 定值。整定值越小，其保護范圍越大；反之亦反。而三次

27、諧波電壓式保護主要保護發(fā)電機中性點及由中性點向機內(nèi)2025%勺定子繞組接地故障。1交流輸入回路保護接入3U0電壓，取自發(fā)電機機端TV開口三角繞組兩端，或取自發(fā)電機中性點單相TV （或配電變壓器或消弧線圈）的二次。其交流輸入回路如圖所示。裝置交流模件零序電壓式定子接地保護交流接入回路三次諧波電壓式定子接地保護，按比較發(fā)電機中性點及機端三次諧波電壓的大小和相位構(gòu)成。其交流接入回路如圖所示。rOB置流件裝交模三次諧波定子接地保護交流接入回路2動作方程基波零序電壓式保護3U0 U0dz三次諧波電壓式定子接地保護的構(gòu)成主要有兩種形式，其一是幅值、相位比較式，另一種是絕對值比較式。幅值、相位比較式保護的動

28、作方程為電壓絕對值比較式保護K1Us3K2UN3k3UN3US3K7 UN3在式中:3U0-零序基波電壓;UOdL零序基波電壓保護動作電壓整定值;UNS發(fā)電機中性點三次諧波電壓;US3d-發(fā)電機機端三次諧波電壓；KA制動系數(shù); u-門檻值；Kl、K2 相位、幅值平衡系數(shù);K3-制動系數(shù)。3構(gòu)成框圖零序電壓式定子接地保護構(gòu)成框圖，有如圖所示的三種。信號信號出口出口(C)零序電壓式定子接地保護幅值相位比較式三次諧波電壓式定子接地保護構(gòu)成框圖，如圖所示。調(diào)整試驗雙頻式100%勺定子接地保護的調(diào)試（1）試驗接線如圖所示。雙頻式定子接地保護試驗接線在圖中:L、N機端TV開口電壓接入端子;L、N中性點TV

29、或消弧線圈或配電變壓器二次電壓接入端子;X、1、Y-試驗儀停止計時的返回接點輸入端子；2基波零序電壓保護出口繼電器一對接點輸出端子;3、4 3 3保護出口繼電器一對接點輸出端子。（2）基波零序電壓保護定值的校驗暫將保護的動作延時調(diào)到較小值。試驗接線如圖（b）所示，操作試驗儀，使其輸出電壓為基波值。由零緩慢增大Ua電 壓至3u0定子接地保護動作，記錄定子接地保護剛剛動作時外加的電壓值。當3u0保護的構(gòu)成框圖如圖（C）所示時，可由零慢慢升高 Ub電壓至3u0保護動作, 記錄保護剛剛動作時外加的電壓值。若構(gòu)成框圖如圖（a）所示時，則應(yīng)同時升高Ua及Ub 至保護動作，記錄保護剛剛動作時外加的電壓值。(

30、3) 3 3保護動作邏輯校驗操作試驗儀，使其輸出電壓為三次諧波電壓，且UA=1.2V UB=1V兩者之間的相位差可等于 0或 180o。(I) K1、K2、K3的整定DGT80係列裝置K1、K2、K3的整定方法(n)動作狀況檢查如圖所示，操作試驗儀，使其輸出電壓的頻率為150Hz,設(shè)定試驗儀，使電壓Ua與電壓Ub的相位相同。由零增加Ub電壓至保護動作。記錄動作電壓。其動作值應(yīng)不大于0.1V。然后，維持Ub電壓不變，緩慢增大電壓Ua至保護返回，繼續(xù)增加Ua電壓至保護重新 動作。記錄動作電壓。Ua-Ub的絕對值應(yīng)不大于K3Ub+0.1V。三 提高雙頻式 100%定子接地保護動作可靠性措施分析及運行

31、實踐證明，為提高 33定子接地保護的動作可靠性，應(yīng)采取以下措施：1交流輸入回路不應(yīng)裝設(shè)熔斷器及TV刀閘的輔助接點。33定子接地保護是按比較機端及中性點三次諧波電壓的大小、 或大小及相位原理構(gòu)成 的。當由于保險的熔斷或刀閘輔助接點接觸不良而失去機端或中性點三次諧波電壓時，將 致使33保護拒動或誤動。為此，要求機端 TV三次輸出回路及中性點TV (或配電變壓器、 或消弧線圈)二次輸出回路不允許設(shè)置保險，也不允許串接隔離刀閘的輔助接點或其他接 點。另外，在中性點TV的一次回路中，也不應(yīng)裝設(shè)保險。2機端TV的三次回路及中性點TV (或配電變壓器、或消弧線圈)的二次回路應(yīng)滿足為提高 33定子接地保護的動

32、作靈敏度，其無制動時的動作電壓很小。對于按絕對值比較原理構(gòu)成的保護，其無制動時的動作電壓通常0.20.3V;而對于按幅值、相位比較式原理構(gòu)成的保護，其無制動動作電壓只有0.1V。因此，33定子接地保護受二次回路及 其他擾動的影響相對大。運行實踐證明， 33定子接地保護的正確動作率遠比其他保護低。為避免33保護輸入回路中擾動的影響，要求保護用 TV二次與三次回路不得公用電纜 芯線，在機端TV三次回路及中性點二次回路中，不得有多點接地現(xiàn)象，不得與直流回路共 電纜。3機端TV一次中性點及發(fā)電機中性點TV (或配電變壓器、或消弧線圈)一次地端必須可靠接地。由于3定子接地保護是按比較機端及中性點三次諧波

33、電壓的幅值和相位原理構(gòu)成,因此，該兩電壓應(yīng)有一個基礎(chǔ)比較點（即公共點） ，即要求兩者具有公共的地點。運行實踐及測量表明： 當機端 TV 一次中性點不接地或經(jīng)消諧器接地 （即經(jīng)一個很大的電阻接地）時，中性點3電壓與機端3電壓之間的相位隨發(fā)電機工況的變化而變化范圍很大。為此，對于設(shè)計有3定子接地保護（特別是按幅值、相位比較式原理構(gòu)成的保護）的發(fā)電機，其機端保護用TV一次中性點及發(fā)電機中性點TV （或配電變壓器、或消弧線圈）的地端，必須可靠地接在接地網(wǎng)上。4 保護的動作靈敏度的整定要適當如在煤礦區(qū)、或污染較嚴重地區(qū)的發(fā)電機組，當發(fā)電機機端連接在電氣元件（如：出線、避雷器、絕緣子等）露天設(shè)置時，3定子

34、接地保護（主要指幅值、相位比較式）的動作靈敏度不宜整定得過高。主要原因是：在煤礦區(qū)，絕緣子串上經(jīng)常附著大量灰塵，廠房頂積滿灰塵。雨天（特別是剛剛開始下雨）水灰混合物沿著絕緣子串流向地面，形成水灰柱；或廠房頂部的灰水柱流向?qū)Ь€，從而使某相帶電設(shè)備對地絕緣降低。若3U0及3定子接地保護整定得過于靈敏，可能要誤動。5 3 3定子接地保護亦應(yīng)設(shè)置TV一次斷線閉鎖當機端TV一次斷線時，其開口三角形兩端將出現(xiàn)很大的基波零序電壓。此時，如果3通道的基波濾過器的過濾比不很高，很大的基波零序電壓，將可能致使3保護誤動作。另外，TV相斷開，可能使機端的三次諧波電壓發(fā)生變化，也會影響3保護動作的可靠性。為此，與3U

35、0定子接地保護一樣，3定子接地保護亦應(yīng)設(shè)置TV斷線閉鎖。四3 3定子接地保護設(shè)計安裝存在問題舉例1 原始條件某電廠一臺容量為300MW額定電壓為20KV的汽輪發(fā)電機。其定子接地保護采用雙頻式100%勺定子接地保護裝置。3接地保護采用幅值相位比較式。保護的交流輸入回路及3U0接地保護邏輯框圖，分別如圖1及圖2所示。發(fā)電機繞組I (/wn,1TVPn雙頻式接地保護端子排TV lie圖1雙頻式接地保護交流輸入回路來自中性點TV二次3U信號岀口來自機端TV三次3U2TV斷屮圖2 3U0接地保護構(gòu)成框圖在圖1及圖2中:TV發(fā)電機中性點TV,變比20/0.1KV ；Pn機端保護用TV,變比為20/%*后/

36、.KV;熔斷器;3U01中性點TV二次零序電壓元件;3U02機端TV三次零序電壓元件。2指出設(shè)計及安裝存在的問題分析表明，圖1及圖2所示的二次回路及保護構(gòu)成存在以下問題: (1) 用于定子接地保護的TV次中性點未直接接地，在運行中，當負荷變化時，由于中性點與機端三次諧波電壓之間的相位不斷變化，33定子接地保護將誤動。(2) 機端TV三次回路有熔斷器，當熔斷器熔斷或接觸不良時，將使33定子接地保護誤動及3U0保護拒動。(3) 中性點TV二次及機端1TV三次回路均有接地點，且接地點在就地而未在保護柜上,不滿足反措要求，容易受干擾誤動。(4) 發(fā)電機中性點TV的變比不對，可能致使3U0接地保護拒動，

37、這是因為，當發(fā)電機定子繞組發(fā)生接地故障時，中性點3U0電壓只有機端TV三次電壓的力3。其正確變比 應(yīng)為20忱.KV。第四節(jié)發(fā)電機失磁保護基本概念1并網(wǎng)運行發(fā)電機的功角特性設(shè)所研究的發(fā)電機通過主變及輸電線路與無窮大系統(tǒng)連接，如圖所示。二主變P jQUc圖1并網(wǎng)發(fā)電機系統(tǒng)圖發(fā)電機向系統(tǒng)送出有功及無功。發(fā)電機的同步電抗為Xd、變壓器的電抗為Xt，則其等值網(wǎng)路，如下圖所示。EdOXdIUc圖2并網(wǎng)運行發(fā)電機的等值網(wǎng)路在圖中:Ed 發(fā)電機電勢;Xd 發(fā)電機與系統(tǒng)聯(lián)接的等值阻抗，Xd Xd Xt Xl其中Xd發(fā)電機的同步電抗,Xt，XL分別為主變及線路的電抗值;P發(fā)電機發(fā)出的有功功率;Q發(fā)電機向系統(tǒng)送出的

38、無功功率;1 發(fā)電機電流;Uc無窮大系統(tǒng)的等效電壓。根據(jù)圖可以劃出并網(wǎng)發(fā)電機電抗Ed與無窮大系統(tǒng)電壓Uc的向量關(guān)系圖，如圖25所示。Xl)圖3并網(wǎng)發(fā)電機電勢Ed與無窮大系統(tǒng)電壓Uc向量關(guān)系圖在圖中：Ut 發(fā)電機機端電壓;功率因數(shù)角;發(fā)電機電勢與無窮大系統(tǒng)電壓之間的夾角;其他符號的物理意義同圖2。在圖3中，通常將角 稱之為功角。Ed SmIX d cos由圖3可得出(17)將式（17）兩邊同乘一個Uc，便得到P yDsmXdEdUcSmUcIXd cos PXd(18)式（18）中：P發(fā)電機發(fā)出的有功功率;其他符號的物理意義，同圖3。式（18）為并網(wǎng)運行發(fā)電機的功角方程。忽略發(fā)電機的損耗，則根據(jù)

39、式（18）劃出并網(wǎng)運行發(fā)電機的功角特性，如圖 4所示。圖4并網(wǎng)運行發(fā)電機的功角特性EdUc在圖4中：Pm功率極限,PmPT 原動機輸出功率;Pm 發(fā)電機向系統(tǒng)送出的功率;0 發(fā)電機運行功角;其他符號的物理意義同圖3。發(fā)電機的功角特性為半個周期的正弦曲線。當90時達到功率極限。2并網(wǎng)運行發(fā)電機失磁后的物理過程1) 發(fā)電機失磁的原因正常運行發(fā)電機發(fā)生失磁故障的原因很多，主要有：滅磁開關(guān)(MK或LMK誤跳，轉(zhuǎn)子回路短路，勵磁電源故障及勵磁調(diào)節(jié)器異常等。2) 從失磁到失步發(fā)電機正常運行時，由勵磁系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)子電流，產(chǎn)生直流磁場。發(fā)電機以同步速旋轉(zhuǎn), 直流磁場成為旋轉(zhuǎn)磁場。旋轉(zhuǎn)磁場切割定子繞組，在定子繞組

40、中產(chǎn)生感應(yīng)電勢，向系統(tǒng)送 出電流。設(shè)原動機對發(fā)電機輸入的有功功率為斤，它與功角特性的交點便是發(fā)電機向系統(tǒng) 送出的電磁功率，其所對應(yīng)的功角為 0。發(fā)電機穩(wěn)定運行。發(fā)電機失磁后，發(fā)電機轉(zhuǎn)子電流及氣隙磁通按指數(shù)衰減， 發(fā)電機電勢Ed也按指數(shù)減少,功角特性曲線逐漸降低，如圖6所示，功角特性由曲線O1向(2、O、 變化。圖6發(fā)電機失磁后功角特性的變化180S。此時，由于原動機輸入的功率未變，發(fā)電機的功角必須增大，以滿足其輸入一輸出功率平衡。因此，當功角曲線向低變化時，功角必須逐步增大（由0增大至1 ），才能 滿足發(fā)電機輸入與輸出功率之間的平衡。上述變化一直持續(xù)到90。由圖6可以看出，當功角增大到90之后

41、，功角的增大反而使電磁功率減少，發(fā)電機輸入功率大于輸出功率，轉(zhuǎn)子加速運行，很快使功角達到 此后，發(fā)電機便轉(zhuǎn)入失步運行。3）發(fā)電機失步運行發(fā)電機失步之后，發(fā)電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速大于同步速，與定子旋轉(zhuǎn)磁場之間形成滑差 定子旋轉(zhuǎn)磁場將切割轉(zhuǎn)子，在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生渦流，渦流磁場產(chǎn)生異步轉(zhuǎn)矩，發(fā)電機發(fā)出異步 功率。發(fā)電機失步運行時，輸出的異步功率與轉(zhuǎn)差的關(guān)系如圖7所示。圖7發(fā)電機異步功率隨轉(zhuǎn)差S的變化在圖7中：Pac發(fā)電機的異步功率;Pt 發(fā)電機輸入功率;S-發(fā)電機的轉(zhuǎn)差;曲線a 汽輪發(fā)電機Pac f（S）曲線;曲線Q -水輪發(fā)電機Pac f（S）曲線。發(fā)電機失磁失步之后，發(fā)電機加速運行，轉(zhuǎn)速升高。調(diào)速器開始作用，

42、使原動機的輸出功率降低（即由圖中的A點降到B點）；另外，由于發(fā)電機滑差的增大，其異步轉(zhuǎn)矩急劇增大，當異步轉(zhuǎn)矩達到B點之后，發(fā)電機的輸入與輸出達到了平衡，所對應(yīng)的滑差為So。發(fā)電機穩(wěn)定異步運行。但是，由于發(fā)電機有剩磁，剩磁產(chǎn)生同步轉(zhuǎn)矩。又由于失步運行發(fā)電機的同步功率忽而正、忽而為負，其平均值等于零，因此，同步功率的存在使發(fā)電機的所有電量(有功、無功、電壓及電流)呈周期性的擺動，運行轉(zhuǎn)差也忽大忽小。將式(19)兩邊同乘以Uc，便得到EdUcCOSUc2 lUcXd Sm u/ QXd得到2Q UcEd cos Uc2Q cos LXdXd(20)在式(20)中：Q發(fā)電機輸出的無功功率;并網(wǎng)運行汽輪

43、發(fā)電機失磁后各電量的變化并網(wǎng)運行的汽輪發(fā)電機，失磁失步運行時，定子電流、定子電壓、有功、無功及轉(zhuǎn)子 電流均按一定的規(guī)律變化。1) 有功功率有功功率基本不變(略有減少)。發(fā)電機從失磁到功角為900時，靠功角的不斷增大，使發(fā)電機的有功功率維持不變；發(fā) 電機失步運行時，發(fā)出異步功率維持發(fā)電機輸入、輸出功率平衡。調(diào)速器的作用使有功略 有減小。2) 無功功率由圖3可得到(19)Ed cosUc IXd SmUc無窮大母線電壓;Ed 發(fā)電機電勢;Xd 發(fā)電機電勢與無窮大母線之間的聯(lián)系電抗;功角。由式（20）繪得的發(fā)電機輸出無功隨功角變化曲線如圖 8所示。圖8發(fā)電機無功隨功角變化的曲線由圖8可以看出，發(fā)電機

44、失磁后，無功很快（在 90之前）減小到零，然后向負變化到較大值，失步后，按照滑差周期有規(guī)律的擺動。理論分析表明：失磁發(fā)電機維持的有功 越大及滑差越大，失磁后從系統(tǒng)吸收的無功越大。we3）定子電流定子電流，血。發(fā)電機失磁后，有功功率基本不變，而無功先減小到零，故定子電流先減少到某一值，此后，由于發(fā)電機吸無量增大及定子電壓降低，定子電流增大。發(fā) 電機失步后，定子電流作周期性的擺動。發(fā)電機失磁失步運行時，維持的有功功率越大，定子電流越大；滑差越大，定子電流越大。失磁運行汽輪發(fā)電機定子電流與發(fā)電機維持的有功P及滑差S的關(guān)系曲線如圖10所示。圖10汽輪發(fā)電機無勵磁運行定子電流隨有功及滑差S變化曲線由圖1

45、0可以看出：發(fā)電機維持的有功越大，定子電流越大；失步后滑差越大，定子電 流越大。當有功功率小于0.4Pe時，發(fā)電機疋子電流不會超過額疋值，但當有功功率接近額疋 功率時，定子電流可達到2.62.8倍的額定電流。4) 定子電壓發(fā)電機失磁后，定子電壓降低。原因是此時的機端電壓等于系統(tǒng)電壓減去系統(tǒng)聯(lián)系電抗上的電壓降。定子電壓下降到某一值之后，按滑差周期有規(guī)律地擺動。發(fā)電機無勵磁運行時維持的有功越大，定子電壓降低得越多。5)機端測量阻抗發(fā)電機在不同的工況下，其機端測量阻抗的規(guī)跡不同。(1)等有功阻抗園正常運行時，若維持發(fā)電機的有功不變，無功變化時機端測量阻抗的軌跡為阻抗復平面上的一個園。將該園稱之為等有

46、功阻抗園，如圖11上曲線O所示。Xd圖11汽輪發(fā)電機機端阻抗測量軌跡在圖11中：Xc發(fā)電機與系統(tǒng)聯(lián)系的等值電抗;Xd 發(fā)電機同步電抗;Xd 發(fā)電機暫態(tài)電抗。由圖11可以看出，對于同步發(fā)電機，等有功阻抗園位于阻抗復平面上的第I象限與第VI象限上，其園心坐標及半徑分別為(21)uc2 弟? jXsR1 u21 2P在式（21）中:Uc無窮大系統(tǒng)電壓;在式（22）中：R2 靜穩(wěn)極限阻抗園的半徑;P發(fā)電機維持的有功;Xc 系統(tǒng)等值阻抗;Ri-等有功阻抗園半徑。由式（21）及圖11可知：發(fā)電機維持的有功越大，等有功阻抗園的半徑越小，與系統(tǒng) 聯(lián)系電抗越大，等有功阻抗園向jx正方向移動的距離越大。（2）靜穩(wěn)

47、極限阻抗園在不同工況下，若維持發(fā)電機功角等于90，則機端測量阻抗的軌跡為阻抗復平面上的 一個園，如圖11中的曲線G2所示。將該阻抗園稱之靜穩(wěn)極限阻抗園。可以看出靜穩(wěn)極限阻抗園，通過阻抗復平面上的，Xc及o，Xd兩點，其園心坐標及半徑 分別為,jT(22)R2寧其他符號的物理意義同圖11。(3)異步邊界阻抗園發(fā)電機或同步調(diào)相機失磁失步后，機端測量阻抗的軌跡必然進入一個園內(nèi)，將該園稱之為異步邊界阻抗園，如圖11中的曲線3所示。該園通過阻抗復平面上的，jXd及0, jXd兩點，其園心坐標及半徑分別為 XdXd，j 2r Xd Xd R3在式（23）中：R3 異步邊界阻抗園的半徑;(24)其他符號的物

48、理意義同圖 11。6） 發(fā)電機失磁后機端測量阻抗的軌跡發(fā)電機失磁后，由于有功功率維持不變而無功功率由送出向吸收變化，故機端測量阻 抗一定沿著等有功阻抗園由第 1 象限向第 4 象限變化；發(fā)電機失步后便進入異步阻抗園內(nèi)。另外，由于發(fā)電機有剩磁或發(fā)電機部分失磁時，在失磁失步運行時，發(fā)電機除發(fā)出異 步功率之外，尚有正、負變化的同步功率，從而使機端的測量阻抗不平斷的變化（忽大， 忽?。Ｔ谀承┕r下可能忽而進入阻抗園內(nèi)，忽而又跑至園外。4 發(fā)電機失磁運行的危害理論分析及運行實踐證明，發(fā)電機失磁失步運行，對電力系統(tǒng)、相鄰機組、機組本身 及廠用電系統(tǒng)均可能造成危害。1） 對電力系統(tǒng)的危害發(fā)電機失磁之后，從

49、向系統(tǒng)送出無功變成從系統(tǒng)吸收無功。發(fā)電機維持的有功越大， 失磁運行時從系統(tǒng)吸收的無功越多。大機組帶大有功失磁運行時，將從系統(tǒng)吸收的無功很多。如果系統(tǒng)無功貯備不足，大機組的失磁運行可能破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性。2） 對相鄰機組的危害發(fā)電機失磁運行（特別是大機組失磁運行） ，從系統(tǒng)吸收無功。造成的無功缺額要由其 他機組（特別是相鄰機組）補充，可能使相鄰機組過負荷或過電流。3） 對廠用系統(tǒng)的影響發(fā)電機失磁后，機端電壓降低，廠用電壓降低，電動機惰轉(zhuǎn)，電動機電流增大，進而 引起廠用電壓更低，電動機電流更大，惡性循環(huán)下去，可能使廠用系統(tǒng)瓦解。4）對發(fā)電機組本身發(fā)電機失磁運行對機組本身的危害是：定子過電流，轉(zhuǎn)子過熱

50、。2.62.8 。失磁發(fā)電機的過電流倍數(shù)， 與發(fā)電機維持的有功有關(guān)， 與失步后發(fā)電機的轉(zhuǎn)差 S 有關(guān)。當發(fā)電機維持滿載運行時，最大過電流倍數(shù)將達額定電流的發(fā)電機失磁失步運行時，轉(zhuǎn)子過熱值可按下式計算，即K= SP在式（24）中：K熱值;S-滑差;P-有功功率。由式（ 24）可以看出，失磁發(fā)電機維持的有功越大及滑差越大，轉(zhuǎn)子過熱程度越大。總之，發(fā)電機失磁運行的危害，主要由三個因數(shù)決定，即發(fā)電機有功功率、發(fā)電機的 類型及系統(tǒng)中的無功貯備。對于汽輪發(fā)電機，當失磁后維持的有功較?。ㄐ∮陬~定功率的40%），短時（例如 30 分鐘）失磁運行對發(fā)電機無危害;當系統(tǒng)無功貯備很多時，發(fā)電機失 磁運行對系統(tǒng)并無多

51、大的危害。發(fā)電機部分失磁失步運行，對發(fā)電機及系統(tǒng)的影響比完全失磁失步運行大。主要原因 是：部分失磁失步運行時，正、負交變的同步功率很大，使發(fā)電機電流、電壓及功率波動 范圍大，不利于重新拖入同步運行。阻抗型失磁保護構(gòu)成原理阻抗型失磁保護，通常由阻抗判據(jù)（Zgv）、轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)（VfdV）、機端低電壓判 據(jù)（Ug）、系統(tǒng)低電壓判據(jù)（Unv）及過功率判據(jù)（P）構(gòu)成。（a）阻抗判據(jù)在DGT80係列裝置中，阻抗判據(jù)動作特性見圖 6-12-1?？芍?，根據(jù)需要整定不同的 阻抗園園心和半徑可以獲得靜穩(wěn)邊界阻抗園（圖中 1 邊界），或異步邊界阻抗園（圖中 3 邊界），或過原點的下拋阻抗園（圖中 2邊界） ，或用過原點的兩根切線切去一部分阻抗以 滿足進相運行，或用進相無功切線切去一部分阻抗以滿足進相要求。Q在圖6-12-1中Xs系統(tǒng)阻抗;Xd、Xd 發(fā)電機電抗和暫態(tài)電抗;失磁保護整定值(b)轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)中動作電壓與發(fā)電機有功有關(guān)，故又稱Vfd-P判據(jù)。其動作方程為VfdVdi；Vfd Vdl(6-12-1 )Vfd Kfd 866式中 Vfd 轉(zhuǎn)子電壓計算值;P發(fā)電機的有功功率計算值;Vfdl , Kfd ,Pt 保護整定值轉(zhuǎn)子低電壓動作特性如圖6-12-2所示。圖6-12-2失磁保護Vfd-P元件的動作特性邏輯框圖阻抗型失磁保護的邏輯框圖如圖6-12-3所示圖6-12-3阻抗