第7章發(fā)電機的保護pt課件

1、第第7 7章章 發(fā)電機的繼電保護發(fā)電機的繼電保護o第一節(jié) 發(fā)電機的故障類型、不正常運行狀態(tài)及其相應(yīng)的保護方式o第二節(jié) 發(fā)電機相間短路的縱聯(lián)差動保護n基本原理n具有比率制動特性的差動保護o第三節(jié) 發(fā)電機定子繞組匝間短路保護n發(fā)電機定子繞組的橫聯(lián)差動電流保護n負序功率方向閉鎖的轉(zhuǎn)子二次諧波電流匝間短路保護n反映零序電壓的定子繞組匝間短路保護o第四節(jié) 發(fā)電機定子繞組的單相接地保護n基波零序電壓保護n三次諧波零序電壓保護n三次諧波零序電壓保護裝設(shè)原理o第五節(jié) 發(fā)電機低勵失磁保護n失磁過程中各主要電氣量的變化情況n失磁發(fā)電機機端測量阻抗的變化特性n失磁保護的構(gòu)成方式n失磁保護的構(gòu)成原理o第六節(jié) 發(fā)電機勵

2、磁回路一點接地保護o第七節(jié) 發(fā)電機勵磁回路兩點接地保護o第八節(jié) 發(fā)電機轉(zhuǎn)子表層過熱（負序電流）保護o第九節(jié) 發(fā)電機逆功率保護o第十節(jié) 發(fā)電機失步運行保護o第十一節(jié) 發(fā)電機定子繞組對稱過負荷保護1 1、發(fā)電機的故障類型、發(fā)電機的故障類型7.17.1發(fā)電機的故障類型、不正常運行狀發(fā)電機的故障類型、不正常運行狀態(tài)及其相應(yīng)的保護方式態(tài)及其相應(yīng)的保護方式u定子繞組相間短路；u定子繞組一相的匝間短路；u定子繞組單相接地；u轉(zhuǎn)子繞組一點接地或兩點接地；u轉(zhuǎn)子勵磁回路勵磁電流異常下降或完全消失。u由于外部短路引起的定子繞組過電流；u由于負荷超過發(fā)電機額定容量而引起的三相對稱過負荷；u由于外部不對稱短路或不對稱

3、負荷（如單相負荷，非全相運行等）而引起的發(fā)電機負序過電流和過負荷；u由于突然甩負荷而引起的定子繞組過電壓；u由于勵磁回路故障或強勵時間過長引起的轉(zhuǎn)子繞組過負荷；u由于汽輪機主汽門突然關(guān)閉而引起的發(fā)電機逆功率等。2 2、發(fā)電機的不正常運行狀態(tài)主要有：、發(fā)電機的不正常運行狀態(tài)主要有：u (l）對1mw以上發(fā)電機的定子繞組及其引出線的相間短路，應(yīng)裝設(shè)縱聯(lián)差動保護。u (2）對直接連于母線的發(fā)電機定子繞組單相接地故障，當發(fā)電機電壓網(wǎng)絡(luò)的接地電容電流大于或等于5a時（不考慮消弧線圈的補償作用），應(yīng)裝設(shè)動作于跳閘的零序電流保護；當接地電容電流小于5a時，則裝設(shè)作用于信號的接地保護。對于發(fā)電機變壓器組，一般

4、在發(fā)電機電壓側(cè)裝設(shè)作用于信號的接地保護；當發(fā)電機電壓側(cè)接地電容電流大于5a時，應(yīng)裝設(shè)消弧線圈。容量在10omw及以上的發(fā)電機，應(yīng)裝設(shè)保護區(qū)為100的定子接地保護）u (3）對于發(fā)電機定子繞組的匝間短路，當繞組接成星形且每相中有引出的并聯(lián)支路時，應(yīng)裝設(shè)單繼電器式的橫聯(lián)差動保護。 3 3、發(fā)電機可能發(fā)生的故障和相應(yīng)的繼電保護裝置：、發(fā)電機可能發(fā)生的故障和相應(yīng)的繼電保護裝置：u (4）對于發(fā)電機外部短路引起的過電流，可采用下列保護方式： l）負序過電流及單相式低電壓起動過電流保護，一般用于50mw及以上的發(fā)電機； 2）復(fù)合電壓（負序電壓及線電壓）起動的過電流保護； 3）過電流保護，用于1mw以下的小

5、發(fā)電機。 u (5）對于由不對稱負荷或外部不對稱短路而引起的負序過電流，一般在50mw及以上的發(fā)電機上裝設(shè)負序電流保護。 u (6）對于由對稱負荷引起的發(fā)電機定子繞組過電流，應(yīng)裝設(shè)接于一相電流的過負荷保護。 u (7）對于水輪發(fā)電機定子繞組過電壓，應(yīng)裝設(shè)帶延時的過電壓保護。u (8）對于發(fā)電機勵磁回路的接線故障： l）水輪發(fā)電機一般裝設(shè)一點接地保護，小容量機組可采用定期檢測裝置； 2）對汽輪發(fā)電機勵磁回路的一點接地，一般采用定期檢測裝置，對大容量機組則可以裝設(shè)一相接地保護。對兩點接地故障，應(yīng)裝設(shè)兩點接地保護，在勵磁回路發(fā)生一點接地后投入。u (9）對于發(fā)電機勵磁消失的故障，在發(fā)電機不允許失磁運

6、行時，應(yīng)在自動滅磁開關(guān)斷開時連鎖斷開發(fā)電機的斷路器；對采用半導(dǎo)體勵磁以及100mw及以下采用電機勵磁的發(fā)電機，應(yīng)增設(shè)直接反應(yīng)發(fā)電機失磁時電氣參數(shù)變化的專用失磁保護。u (10）對于轉(zhuǎn)子回路的過負荷，在100mw及以上并采用半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng)的發(fā)電機上，應(yīng)裝設(shè)轉(zhuǎn)子過負荷保護。u (11）對于汽輪發(fā)電機主汽門突然關(guān)閉，為防止汽輪機遭到損壞，對大容量的發(fā)電機組可考慮裝設(shè)逆功率保護。u （12）其他：如當電力系統(tǒng)振蕩影響機組安全運行時，在 300mw 機組上，宜裝設(shè)失步保護；當汽輪機低頻運行造成機械振動，葉片損傷對汽輪機危害極大時，可裝設(shè)低頻保護；當水冷卻發(fā)電機斷水時，可裝設(shè)斷水保護等。為了快速消除發(fā)電機

7、內(nèi)部的故障，在保護動作于發(fā)電機斷路器跳閘的同時，還必須動作于自動滅磁開關(guān)，斷開發(fā)電機勵磁回路，以使轉(zhuǎn)子回路電流不會在定子繞組中再感應(yīng)電動勢，繼續(xù)供給短路電流。7.2 7.2 發(fā)電機相間短路的縱聯(lián)差動保護發(fā)電機相間短路的縱聯(lián)差動保護7.2.1 7.2.1 基本原理基本原理 發(fā)電機縱聯(lián)差動保護的基本原理是比較發(fā)電機兩側(cè)電流的大小和相位，它是反映發(fā)電機及其引出線的相間短路故障。發(fā)電機縱聯(lián)差動保護的構(gòu)成如圖7.1 所示，將發(fā)電機兩側(cè)變比和型號相同的電流互感器二次側(cè)圖示極性端縱向連接起來，差動繼電器kd接于其差回路中，當正常運行或外部故障時， 與 反向流入，kd的電流為 ，故kd不會動作。當在保護區(qū)內(nèi)k

8、2點故障時， 與 同向流入，kd的電流為：1i2i1212120t at aiiiinn1i2i1221212kt at at aiiiiinnn圖7.1 縱差保護原理示意圖 當 大于kd的整定值時，即 ,kd動作。這里需要指出的是：上面的討論是在理想情況下進行的，實際上兩側(cè)的電流互感器的特性（勵磁特性、飽和特性）不可能完全一致，誤差也不一樣，即nta1nta2，正常運行及外部故障時， ，總有一定量值的電流流入kd, 此電流稱為不平衡電流，用iunb表示。通常，在發(fā)電機正常運行時，此電流很小，當外部故障時，由于短路電流的作用，ta的誤差增大，再加上短路電流中非周期分量的影響，iunb增大，一般

9、外部短路電流越大，iunb就可能越大，其最大值可達：式中：kst同型系數(shù)，取0.5； kunp非周期性分量影響系數(shù)，取為11.5； fi ta的最大數(shù)值誤差，取0.1。2kt ain2ks e tt aiin120ii(3)maxmax/unbstunpiktaik kf in 為使kd在發(fā)電機正常運行及外部故障時不發(fā)生誤動作， kd的動作值必須大于最大平衡電流iunb.max，即iop=kreliunb.max(krel為可靠系數(shù)，取1.3）。iunb.max越大，動作值iop就越大，這樣就會使保護在發(fā)電機內(nèi)部故障的靈敏度降低。此時，若出現(xiàn)較輕微的內(nèi)部故障，或內(nèi)部經(jīng)比較大的過渡電阻rg短路時

10、，保護不能動作。對于大、中型發(fā)電機，即使輕微故障也會造成嚴重后果。為了提高保護的靈敏系數(shù)，有必要將差動保護的動作電流減小，要求最小動作電流iop.min=(0.1-0.3)in（in為發(fā)電機額定電流），而在任何外部故障時不誤動作。顯然，圖7.1所示的差動保護整定的動作電流已大于額定電流，無法滿足這種要求。7.2.2 7.2.2 具有比率制動特性的差動保護具有比率制動特性的差動保護 (l(l）保護的作用原理）保護的作用原理 保護的作用原理是基于保護的動作電流iop隨著外部故障的短路電流而產(chǎn)生的iunb的增大而按比例的線性增大，且比iunb增大的更快，使在任何情況下的外部故障時，保護不會誤動作。這

11、是把外部故障的短路電流作為制動電流ibrk,而把流入差動回路的電流作為動作電流iop。比較這兩個量的大小，只要iopibrk ，保護動作；反之，保護不動作。其比率制動特性折線如圖7.2 所示。 動作條件：分兩段式中， k 為制動特性曲線的斜率（也稱為制動系數(shù)）。.min.min.min.min.min(7.1)()opopbrkbrkopbrkbrkopbrkbrkiiiiik iiiii圖7.2 折線比率制動特性 在圖7.3(a）中，選取w1=w2=0.5w3,dkb1、dkb2二次繞組匝數(shù)相同。制動電流：差動回路動作電流： 當外部短路時， ，制動電流為 動作電流為 ，保護不動作。當正常運行

12、時，則121()(7.2)2brkiii12()(7.3)opiii12ktaiiin121()2kbrktaiiiin12diii1212.min(7.4)1()(7.5)2ntanbrkbrktaiiiniiiiin圖7.3 比率制動式縱差保護繼電器原理圖 當ibrkibrk.min，可以認為無制動作用，在此范圍內(nèi)有最小動作電流為iop.min，而此時 ，保護不動作。 當內(nèi)部故障時， 反向且 ，則 為兩側(cè)短路電流之差，數(shù)值小，而 大，保護能動作。 特別是當 時，ibrk=0，此時，只需iop.min(iop.min取0.20.3）保護就能動作，保護靈敏度大大提高了。 當 ，保護也能動作。1

13、20opiii2i12ii121()2brkiii1211opktaiiiin12ii21110,2brkopiii ii (2(2）制動特性的實現(xiàn)方法）制動特性的實現(xiàn)方法 在圖7.3(b）中，制動電壓 ，并由u1產(chǎn)生i1（制動電流）；動作電壓 ，并由u2產(chǎn)生i2（動作電流）；r3表示為保護執(zhí)行元件的輸入電阻（如觸發(fā)器），設(shè)r3的動作電流為i，保護執(zhí)行元件動作條件為：i2-i1i。從圖中可得到制動電壓與動作電壓的關(guān)系（暫不考慮 wy) ，即 制動電壓： 動作電壓：用式（7.7）乘r1，減去式（7.6）乘 r2 得：112uii212uii1113(7.6)ui ri r2223(7.7)ui

14、ri r12231322111(7.8)r rr rr rruiurr121341圖7.3 比率制動式縱差保護繼電器原理圖 當u1=0時，得 為最小動作電壓；當u10時，u2則隨著u1的增加而以r2/r1為斜率的直線的方向增加，從而改變rl或r2，可改變直線的斜率（直線的斜率應(yīng)根據(jù)最大外部故障的短路電流所產(chǎn)生的最大不平衡電流來確定直線的一點）；同理，改變執(zhí)行元件的電阻，可改變i，即可改變u20，即圖7.4中a點的位置，由于vdz存在，當 即ibrk較小時，如小于負荷電流，則u1vdz（擊穿電壓）制動回路不通，i1=0，無制動作用，動作特性只由最小動作電壓u20決定。 vdz的擊穿電壓越高，制動

15、特性的水平部分越長，如圖7.4所示，一般 vdz的擊穿電壓取對應(yīng)于in的那個電壓。1223312201r rr rr ruuir12ii圖7.4 制動特性（不考慮vdz時）7.3 7.3 發(fā)電機定子繞組匝間短路保護發(fā)電機定子繞組匝間短路保護 7.3.1 7.3.1 發(fā)電機定子繞組的橫聯(lián)差動電流保護發(fā)電機定子繞組的橫聯(lián)差動電流保護 對于定子繞組為雙“y”或多“y”型接線的發(fā)電機，廣泛采用橫聯(lián)差動保護。 橫聯(lián)差動保護的原理如圖7.5。圖中畫出了各種匝間短路時電流的方向，即當發(fā)生任何一種定子繞組的匝間短路時，有一短路電流流進兩中性點連線00上，這是由于a、b、c三相對中性點之間的電勢平衡被破壞，則兩

16、中性點的電位不等之緣故。 利用流入兩中性點連線的零序電流，構(gòu)成單繼電器式橫聯(lián)差動保護。即在兩分支繞組的中性點的連線上裝一只電流互感器，保護就裝在此電流互感器的二次側(cè)。當正常運行時，每個并聯(lián)分支的電勢是相等的，三相電勢是平衡的，則兩中性點無電壓差，連線上無電流流過（或只有數(shù)值較小的不平衡電流），保護不會動作。當發(fā)生任何一種類型的匝間短路時，兩中性點的連線有零序電流通過，保護反應(yīng)于這一電流而動作。這就是發(fā)電機橫聯(lián)差動保護的原理。 由于發(fā)電機電流波形即使是在正常運行時也不是純粹的正弦波，尤其是當外部故障時，波形畸變較嚴重，從而在中性點的連線上出現(xiàn)以三次諧波為主的高次諧波分量，給保護的正常工作造成影響

17、，為此，保護裝設(shè)了三次諧波濾過器，消除其影響，從而提高保護的靈敏度。圖7.5橫聯(lián)差動保護原理圖 在轉(zhuǎn)子回路發(fā)生兩點接地故障時，轉(zhuǎn)子回路的磁勢平衡被破壞，則在定子繞組并聯(lián)分支中所感應(yīng)的電勢不同，三相電勢平衡被破壞，從而使并聯(lián)分支中性點連線上通過較大的電流，造成橫差動保護誤動作。若此兩點接地故障是永久性的，則這種動作是允許的（最好是由轉(zhuǎn)子兩點接地保護切除故障，這有利于查找故障），但若兩點接地故障是瞬時性的，則這種動作瞬時切除發(fā)電機是不允許的。因此，需增設(shè)0.51s 的延時，以躲過瞬時兩點接地故障。也就是當出現(xiàn)轉(zhuǎn)子一點接地時，即將切換至延時回路，為轉(zhuǎn)子永久性兩點接地故障做好動作準備。根據(jù)運行經(jīng)驗，保

18、護的動作電流為：式中：in發(fā)電機的額定電流。 這種保護的靈敏度是較高的。 在切除故障時有一定的死區(qū)，即：單相分支匝間短路的較小時，即短接的匝數(shù)較少時；同相兩分支間匝間短路，且1= 2，或 l與2差別較小時。對于單“y”接線的發(fā)電機，宜采用下列保護。(0.20.3)/opntaiin 7.3.2 7.3.2 負序功率方向閉鎖的轉(zhuǎn)子二次諧波電流負序功率方向閉鎖的轉(zhuǎn)子二次諧波電流匝間短路保護匝間短路保護 當發(fā)電機定子繞組匝間短路時，定子繞組產(chǎn)生負序電流。負序電流將產(chǎn)生的負序旋轉(zhuǎn)磁場相對于轉(zhuǎn)子以兩倍同步速度旋轉(zhuǎn)，此旋轉(zhuǎn)磁場將在轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)出二次諧波電流（倍頻電流），保護即可反應(yīng)于此電流而動作。但當發(fā)電

19、機外部故障時，也會在轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)出二次諧波電流，保護也可能動作。 利用發(fā)電機外部故障所產(chǎn)生的負序功率的方向與定子繞組匝間短路所產(chǎn)生負序功率方向的不同來區(qū)分這些故障。 (l(l）故障時的負序功率方向）故障時的負序功率方向 以單“y”接線發(fā)電機為例進行分析，系統(tǒng)接線如圖7.6（a）所示，以判斷 與 的夾角來確定負序功率的方向。 發(fā)電機外部橫向不對稱短路時（如發(fā)電機出口處），負序網(wǎng)絡(luò)如圖7.6(b）所示，發(fā)電機外部k1點發(fā)生兩相短路， 與 的夾角大于0而小于90，這時負序功率方向為正。 發(fā)電機內(nèi)部兩相短路時，圖7.6(c）中表示發(fā)電機內(nèi)部 點發(fā)生兩相短路，因為， ，則 與 之間夾角必大于180，所以

20、這時的負序功率方向為負。 發(fā)電機定子繞組一相匝間短路時，圖7.6(d）表示k3k4點發(fā)生匝問短路，在縱向負序電勢 作用下， 超前 的夾角大于180，所以，這時的負序功率亦為負。2u2i2u2u2i2i 290g2u2i2e圖7.6 電流互感器在機端時的負序功率方向分析 (a）接線示意圖；(b) k1點短路；(c) k2點短路；(d)k3k4點短路 (2(2）保護的構(gòu)成和工作原理）保護的構(gòu)成和工作原理 保護的構(gòu)成如圖7.7所示。當發(fā)電機定子繞組匝間短路時，短路電流中出現(xiàn)負序電流分量，它所產(chǎn)生的反向旋轉(zhuǎn)磁場在轉(zhuǎn)子回路中感應(yīng)出以二次諧波為主的高次諧波電流，經(jīng)二次諧波濾過器3，再經(jīng)二次諧波電流元件i2

21、n，同時，負序功率方向元件2不動作，即不送出閉鎖信號，從而保護無延時地出口送出跳閘脈沖。 當發(fā)電機外部不對稱短路時，發(fā)電機轉(zhuǎn)子回路必然也出現(xiàn)二次諧波電流，i2n動作，但此時因短路功率方向與定子繞組匝間短路時負序功率方向相反而動作，即2送出閉鎖信號，保護不跳閘。 二次諧波電流啟動元件只需按正常工作最大不對稱度考慮，一般不對稱度取8%，因此，保護的靈敏度很高。由于2從發(fā)電機出口側(cè)電流互感器取負序電流，則從前面的分析可知它還能反映發(fā)電機內(nèi)部兩相短路故障。圖7.7 負序功率閉鎖轉(zhuǎn)子二次諧波匝間短路保護原理方框圖1負序電流濾過器；2負序功率方向繼電器3二次諧波濾過器；i2n二次諧波電流元件 7.3.3

22、7.3.3 反映零序電壓的定子繞組匝間短路保護反映零序電壓的定子繞組匝間短路保護 當發(fā)電機定子繞組發(fā)生匝間短路時，三相繞組的對稱性遭到破壞，機端三相對發(fā)電機中性點出現(xiàn)零序電壓 ,利用它可以構(gòu)成零序電壓匝間短路保護，如圖7.8所示。但在構(gòu)成這種原理的保護時需在發(fā)電機出口側(cè)裝設(shè)此保護專用的電壓互感器tv0，且tv0原繞組的中性點與發(fā)電機中性點相連而不直接接地。 大、中型發(fā)電機中性點采用高阻抗接地或中性點不接地，當發(fā)電機定子繞組發(fā)生匝間短路或匝數(shù)不等的相間短路時， tv0三相一次對中性點的電壓不再平衡，開口三角形繞組有 輸出，使零序電壓匝間短路保護動作。當發(fā)電機內(nèi)部或外部發(fā)生單相接地故障時，雖然一次

23、系統(tǒng)出現(xiàn)了零序電壓，即一次側(cè)三相對地電壓不再平衡，中性點電位升高3u0，但由于tv0一側(cè)中性點并不接地，所以即使它的中性點電位升高，而三相對中性點的電壓仍然是對稱的，第三繞組輸出電壓為零。如果保護不采用專用的tv0，而采用通常一次繞組中性點接地的tv，則就不能區(qū)分發(fā)電機定子繞組匝間短路內(nèi)外部單相接地故障。03u03u圖7.8 發(fā)電機零序電壓匝間保護專用電壓互感器的接入方式 同理，當發(fā)電機出現(xiàn)外部相間短路或內(nèi)部匝數(shù)相等的相間短路時，則tv0開口三角形繞組也不會出現(xiàn)零序電壓，保護不會動作。 在實際應(yīng)用中，由于發(fā)電機制造上的原因，在正常運行和外部故障時，tv0的開口三角形繞組存在不平衡電壓，根據(jù)對許

24、多正常運行的發(fā)電機的實測和分析，這個不平衡電壓主要是三次諧波電壓，其最大值可達20v左右，為了提高保護的靈敏度，需裝設(shè)良好的三次諧波濾過器，以降低不平衡電壓的數(shù)值。這里還需要指出的是：當發(fā)電機外部短路電流太大時，波形畸變得非常嚴重，所出現(xiàn)的三次諧波通過三次諧波濾過器后還會有相當高的數(shù)值。為此，可采用負序功率方向閉鎖的方式。 為了防止專用tv0斷線在開口三角形出口側(cè)出現(xiàn)較大的零序電壓使保護誤動作，還需裝設(shè)斷線閉鎖元件。 整定原則：動作電壓需躲過外部嚴重故障時的最大不平衡基波零序電壓和三次諧波零序電壓，即式中：u01max 最大基波零序電壓，一般取0.40.5v； u03max 最大三次諧波零序電

25、壓，一般取 40v； krel 可靠系數(shù)，取1.5； kfl.3 基波對三次諧波濾過比，取50。01max03max.3(7.9)(7.10)ooprelreloopfluk ukuuk7.4 7.4 發(fā)電機定子繞組的單相接地保護發(fā)電機定子繞組的單相接地保護 發(fā)電機定子繞組的單相接地故障是發(fā)電機的常見故障之一，這是因為發(fā)電機外殼及鐵心均是接地的（保護要求），所以只要發(fā)電機定子繞組與鐵心間絕緣在某一點上遭到破壞，就可能發(fā)生單相接地故障。 發(fā)生定子繞組單相接地故障的主要原因是，發(fā)生定子繞組單相接地故障的主要原因是，高速旋轉(zhuǎn)的發(fā)電機，特別是大型發(fā)電機（軸向增長）的振動，造成機械損傷而接地；對于水內(nèi)冷

26、的發(fā)電機（大型機組均是采用這種冷卻方式），由于漏水致使定子繞組接地。 發(fā)電機定子繞組單相接地故障時的主要危害：發(fā)電機定子繞組單相接地故障時的主要危害： 接地電流會產(chǎn)生電弧燒傷鐵心，使定子繞組鐵心疊片燒結(jié)在一起，造成檢修困難。 接地電流會破壞繞組絕緣，擴大事故。若一點接地而未及時發(fā)現(xiàn)，很有可能發(fā)展成繞組的匝間或相間短路故障，嚴重損傷發(fā)電機。 對大中型發(fā)電機定子繞組單相接地保護應(yīng)滿足以下兩個對大中型發(fā)電機定子繞組單相接地保護應(yīng)滿足以下兩個基本要求：基本要求： 對繞組有 100 的保護范圍。 在繞組匝內(nèi)發(fā)生經(jīng)過渡電阻接地故障時，保護應(yīng)有足夠的靈敏度。 7.4.1 7.4.1 基波零序電壓保護基波零序

27、電壓保護 發(fā)電機電壓系統(tǒng)定子繞組單相接地時接線如圖7.10(a）所示，設(shè)發(fā)電機每相定子繞組對地電容為cm，外接每相對地電容為ct，當a相繞組距中性點外單相接地時：000(7.11)33(7.12)(7.13)(7.14)akaabkbackcaakbkckaaueeueeueeuuuueueuu 圖7.10 發(fā)電機零序電壓保護原理圖1三次諧波濾過器；2到信號 由于電壓互感器二次開口三角形繞組的輸出電壓umn在正常運行時近似為零，而在發(fā)電機出口端（機端）單相接地時為umnl00v。因此，當故障發(fā)生在01 的位置時，umn= 100v，上式所表示的關(guān)系，在圖7.11中為一直線，零序電壓保護繼電器的

28、動作電壓應(yīng)躲開正常運行時的不平衡電壓（主要是三次諧波電壓），其值為1530v，考慮采用濾過比高的性能良好的三次諧波濾過器后，其動作值可降至510v，則保護的死區(qū)為=0.050.1。若定子繞組是經(jīng)過渡電阻rg單相接地時，則死區(qū)更大，這對于大、中型發(fā)電機是不能允許的，因此，在大、中型發(fā)電機上應(yīng)裝設(shè)能反映100定子繞組單相接地保護。 7.4.2 7.4.2 三次諧波零序電壓保護三次諧波零序電壓保護 機端及中性點側(cè)的三次諧波電壓 和 ： l l）正常運行時的三次諧波電壓）正常運行時的三次諧波電壓 正常運行時相電勢中會有三次諧波電勢 ，其等效圖如圖7.12所示。 機端： 中性點端： 所以，當發(fā)電機中性點

29、經(jīng)高阻抗接地時，上式仍然成立。sunu3e2(7.15)mssmtcuecc2(7.16)mtnsmtccuecc1(7.17)2smnmtucucc圖7.12 2 2）當定子繞組單相接地時的三次諧波電壓）當定子繞組單相接地時的三次諧波電壓 當定子繞組單相接地時也會有三次諧波電壓，其等效圖如圖7.13(a）所示。33(1)(7.18)(7.19)1(7.20)(7.21)(7.22)snsnsnsnueueuuuuuu50%當50%當 其關(guān)系如圖7.13(b）所示。如果以此作為動作條件，則這種原理的保護的“死區(qū)”為a50%，但若將這種保護與基波零序電壓保護共同組合起來，就可以構(gòu)成保護區(qū)為100

30、的定子繞組單相接地保護。圖7.13 7.4.3 7.4.3 三次諧波零序電壓保護裝設(shè)原理三次諧波零序電壓保護裝設(shè)原理 為提高三次諧波零序電壓保護的靈敏度（減小死區(qū)），實際上保護裝置的動作條件是按下式構(gòu)成： 或 當繞組中部附近發(fā)生單相接地故障時，其靈敏度較低，因為此時的 與 可能與正常運行的情況接近，使動作量大大減少，而制動量相對來說又較大的緣故，為了補償這種缺陷，在保護裝置中需增加比相元件。比相元件的動作條件為：(7.23)(7.24)nnssnnnpsbrknk uk uk uuk uku arg(/)(1530 )(7.25)nnsssetk uk u nupsk u圖7.14 三次諧波電

31、壓定子接地保護原理方框圖7.5 7.5 發(fā)電機低勵失磁保護發(fā)電機低勵失磁保護 發(fā)電機低勵失磁發(fā)電機低勵失磁: :通常是指發(fā)電機勵磁異常下降超過了靜態(tài)穩(wěn)定極限所允許的程度或勵磁完全消失。前者稱為部分失磁或低勵故障，后者則稱為完全失磁。 造成低勵故障的原因造成低勵故障的原因: :通常是由于主勵磁機或副勵磁機故障，勵磁系統(tǒng)有些整流元件損壞或自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)不正確動作以及操作上的錯誤等，這時的勵磁電壓很低，但仍有一定的勵磁電流。 完全失磁完全失磁: :是指發(fā)電機失去勵磁電流，通常是由于自動滅磁開關(guān)誤跳閘，勵磁調(diào)節(jié)器整流裝置中自動開關(guān)誤跳閘，勵磁繞組斷線或端口短路以及副勵磁機勵磁電源消失等。失磁后，發(fā)電機將

32、由同步運行逐漸轉(zhuǎn)入異步運行。在一定的條件下，異步運行將破壞電力系統(tǒng)的穩(wěn)定，并威脅發(fā)電機本身的安全。 7.5.1 7.5.1 失磁過程中各主要電氣量的變化情況失磁過程中各主要電氣量的變化情況 同步發(fā)電機同步運行時，若忽略電阻分量，則同步發(fā)電機的功角特性為：式中：p、q 發(fā)電機送至系統(tǒng)的有功功率、無功功率； 、 系統(tǒng)電壓、發(fā)電機電勢； xs、xd 系統(tǒng)聯(lián)系電抗、發(fā)電機電抗（縱軸）； 與 的角度，稱為功角。描述同步發(fā)電機變化規(guī)律的轉(zhuǎn)子運動方程式為： 式中，pt、p、pas分別為輸入的機械功率、發(fā)電機輸出的同步電磁功率、發(fā)電機異步功率，正常運行時pas0；tj為轉(zhuǎn)子慣性時間常數(shù)， 為電氣角加速度。2s

33、in(7.26)cos(7.27)sdsssdsdseupxxeuuqxxxxsueeu22(7.28)jtasdtpppd t22dd t圖7.15 發(fā)電機與系統(tǒng)的簡化網(wǎng)絡(luò) 正常運行時，發(fā)電機輸入機械功率pt與電磁功率相平衡，以1功角穩(wěn)定運行在圖中的a點。這時，發(fā)電機通常向系統(tǒng)送發(fā)電機通常向系統(tǒng)送出有功功率和無功功率，故定子電流滯后于定子電壓，稱為出有功功率和無功功率，故定子電流滯后于定子電壓，稱為滯后運行。滯后運行。下面分3個階段進行分析，并設(shè)完全失磁。 (l(l）失磁到臨界失步階段（）失磁到臨界失步階段（9090） 在失磁開始初瞬，pas0，隨著失磁時間的增長，勵磁電流逐漸減少，發(fā)電機電

34、勢e隨之按指數(shù)規(guī)律減小，電磁功率p(e、)曲線逐漸變低。為了維持pt與p之間的功率平衡，運行點發(fā)生改變（abc），功角則逐漸增加（123)，使發(fā)電機輸出的有功功率基本保持不變，所以，這個階段稱為“等有功過程”。圖7.16 功角特性曲線 “等有功過程”一直持續(xù)到臨界失步點（c）=90，這一階段所經(jīng)歷的時間與勵磁電流（即電勢e）的衰減時間常數(shù)成正比。失磁故障的方式不同，這階段的時間就不同；此外，發(fā)電機正常運行時的系統(tǒng)儲備系數(shù)越大（失磁發(fā)電機所帶負荷越輕），該時間越長。此階段因滑差s很小，異步功率極小，可忽略不計。對于無功功率q，隨著的增大而將緩慢減小，當q=o時，無功功率開始反向，當=90， ，這

35、說明發(fā)電機完全從系統(tǒng)吸收無功功率。 當90時，電勢e在失磁后衰減可表示為 ，該無功功率開始減少，以q=0為臨界點，機端無功功率開始反向，機端無功功率電流隨之開始反向，機端電流相量 由原來滯后機端電壓 轉(zhuǎn)為超前機端電壓 ，發(fā)電機變?yōu)檫M相運行。 開始從系統(tǒng)吸收無功功率，在這個過程中，由于e不斷下降， 也呈不斷下降趨勢。所不同點是 從機端無功功率qg過零點之前到qg=0，無功電流不斷減少，而有功電流基本不變。2sdsuqxx10tdee eguguiigu 所以， 逐漸略有減少，qg過零點之后，反向無功電流不斷增大，機端電流 將不斷增大，這期間因發(fā)電機仍然同步運行，xd保持不變，故為：()(7.29

36、)dsgdeuji xxujx iii圖 7.17 失磁后有關(guān)相量的變化 (2(2）不穩(wěn)定運行階段（）不穩(wěn)定運行階段（9090) ) 當90時，不可能出現(xiàn)pt=p，隨著的增大，pt-p的值越大。于是，轉(zhuǎn)子加速，滑差s不斷增大，轉(zhuǎn)子回路中感應(yīng)的差頻電流不斷增大，異步功率（轉(zhuǎn)矩）pas也隨之增大。特別是當180后，隨著勵磁電流和p的完全衰減，s和pas增大得更快；另一方面，調(diào)速器也開始反應(yīng)，作用于減少pt使轉(zhuǎn)速減慢，這一階段p、pas、s、pt是變化的。 若發(fā)電機為完全失磁，當180時，同步有功功率為零，靠異步功率向系統(tǒng)輸出有功；若為部分失磁，則在此時期內(nèi)勵磁電流并不會衰減至0，尚有剩余的帶振蕩的

37、同步功率。當它與異步功率疊加后，使發(fā)電機輸出的有功功率時大時小地擺動，這對發(fā)電機非常不利。 (3(3）穩(wěn)定的異步運行階段）穩(wěn)定的異步運行階段 當滑差s達到一定數(shù)值，使pas達到能與減少了的pt相平衡，即圖7.16中的d點，轉(zhuǎn)子停止加速，s不再增大，發(fā)電機便轉(zhuǎn)入穩(wěn)定的異步運行階段。圖7.18 異步狀態(tài)時發(fā)電機輸出功率的變化情況 結(jié)論：結(jié)論： 發(fā)電機失磁后到失步前，輸出有功功率基本不變，無功功率的減少和的增大都比較緩慢。 失磁發(fā)電機由失磁前向系統(tǒng)送出無功功率q1轉(zhuǎn)為從系統(tǒng)吸收無功功率q2，則系統(tǒng)將出現(xiàn)q1+q2的無功缺額，尤其是滿負荷運行的大型機組q較大，會引起系統(tǒng)無功功率大量缺額，若系統(tǒng)無功容量

38、儲備不足，將會引起系統(tǒng)電壓嚴重下降，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)電壓崩潰。對于同容量水輪發(fā)電機，由于它的同步電抗較小，較汽輪發(fā)電機而吸收的無功就更多，造成的影響更嚴重。 失磁引起的系統(tǒng)電壓下降會使發(fā)電機增加其無功輸出，引起有關(guān)發(fā)電機、變壓器或線路過流，甚至使后備保護動作，擴大故障范圍。 失磁引起有功功率擺動和勵磁電壓的下降，可能導(dǎo)致電力系統(tǒng)某些部分之間失步，使系統(tǒng)發(fā)生振蕩，甩掉大量負荷。 由于出現(xiàn)轉(zhuǎn)差，在轉(zhuǎn)子回路出現(xiàn)的差頻電流產(chǎn)生的附加損耗，可能使轉(zhuǎn)子過熱而損壞。 失磁發(fā)電機進入異步運行后，等效阻抗降低，定子電流增大而使定子過熱。失磁失步后轉(zhuǎn)差越大，等效電抗越小，過電流越嚴重。 失磁失步后發(fā)電機有功功率劇烈的

39、周期性擺動，變化的電磁轉(zhuǎn)矩周期性的作用到軸系上，并通過定子傳給機座，引起劇烈振動。 失磁運行時，發(fā)電機定子端部漏磁增加，將使端部的部件和邊段鐵心過熱。由于低勵失磁故障會引起上述危害，因此，在發(fā)電機上（特別是大型發(fā)電機上）須裝設(shè)性能完善的失磁保護。 7.5.2 7.5.2 失磁發(fā)電機機端測量阻抗的變化特性失磁發(fā)電機機端測量阻抗的變化特性 (l(l）等有功阻抗圖（）等有功阻抗圖（9090） 如上所述，發(fā)電機由失磁開始至臨界失步是一個等有功過程，即p為恒定，則機端測量阻抗為：22222222()()2 ()2(1)(1)()(7.30)2222,2arctangssssssssssjjsssssss

40、uujixuuzjxjxiiipjqupupjqpjqjxjxp pjqppjquuuupjqjxejxjxeppjqpppqp式中。圖7.19 等有功阻抗圓 因為p不變，再假設(shè)xs、us均為恒定，只有角度為變數(shù)，故式（7.30）在阻抗復(fù)平面上的軌跡為一圓，其圓心坐標為（ ,xs)，半徑為 ,如圖7.19所示。此圓稱為等效有功阻抗圓。22sup22sup 分析式（7.30 )，可以得出以下結(jié)論： 一定的等有功阻抗圓與某一確定的p相對應(yīng)，其圓半徑與p成反比（圓周上各點p為恒量而為變量），即發(fā)電機失磁前帶的有功負荷p越大，相應(yīng)的圓越小。 發(fā)電機正常運行時，向系統(tǒng)送出有功功率和無功功率，角為正，測量

41、阻抗在第一象限。發(fā)電機失磁后無功功率由正變負，角逐漸由正值向負值變化，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（圓越?。?，測量阻抗進入第四象限的時間就越短。 等有功阻抗圓的圓心坐標與聯(lián)系電抗xs有關(guān)，在同一功率下，不同的xs，對應(yīng)著不同的軌跡圓。如xs=0，則圓心坐標在r軸上，測量阻抗很易進入第四象限，xs較大（即機組離系統(tǒng)較遠），圓心坐標上移，則其測量阻抗不易進入第四象限?？梢钥吹?，失磁發(fā)電機的機端測量阻抗的軌跡最終都是向第四象限移動。 (2(2）等無功阻抗圓（）等無功阻抗圓（=90=90) ) 這時的 ，即發(fā)電機從系統(tǒng)吸收無功功率，發(fā)電機機端測量阻抗為：222222)

42、22(1)(1)(7.31)22ssssssjssssuujqzjxjxpjqjqpjqupjqjqpjjxqpjquupjqjjxjejxppjqq2sdsuqxx 將代入上式得：2sdsuqxx 22(7.32)2arctanjdsdsxxxxzjjeqp式中，us、xs和q為常數(shù)時，式（732）是一個圓的方程。圓心（0， ）， 半徑 ，如圖7.20所示。此圓稱為等無功阻抗圓，也稱臨界失步阻抗圓或靜穩(wěn)極限阻抗圓，圓外為穩(wěn)定工作區(qū)，圓內(nèi)為失步區(qū)，圓上為臨界失步。該圓的大小與xd、xs有關(guān)系。xs越大，圓的直徑越大，且在第一、二象限部分增加，但無論xd、xs為何值，該圓都與點（0，-jxd）相

43、交。圖7.20 臨界失步（或靜穩(wěn)極限阻抗圓）1()2dsjxx2dsxx (3(3）穩(wěn)態(tài)異步運行阻抗圓）穩(wěn)態(tài)異步運行阻抗圓 失步后的阻抗軌跡，最終將穩(wěn)定在第四象限，這是因為進入穩(wěn)態(tài)異步運行后，同步發(fā)電機成為異步發(fā)電機，其等效電路與異步電動機類似。如圖7.21所示，圓中的x1為定子繞組漏抗， 為轉(zhuǎn)子繞組的歸算電抗，xad為定子、轉(zhuǎn)子繞組間的互感電抗（即電樞反應(yīng)電抗）, 為轉(zhuǎn)子繞組的計算電阻，s為轉(zhuǎn)差率（ ）， 則表示發(fā)電機功率大小的等效電阻。由圖7.21可得，此時發(fā)電機的測量阻抗為：2x2r00s2(1)srs221()(7.33)()adgadsrjxjxuszjxrij xxs 上式表明，此

44、時發(fā)電機的測量阻抗與轉(zhuǎn)差率s有關(guān)。 考慮兩種極端情況： 發(fā)電機空載運行失磁時， ，此時測量阻抗最大，即 發(fā)電機在其他運行方式失磁時，取極限情況，即 ，此時測量阻抗最小，即 以 和 為兩個端點，并取 為直徑，也可以構(gòu)成一個圓，如圖7.22 所示。它反映穩(wěn)態(tài)異步運行時z=f(s）的特性，簡稱異步運行阻抗圓，也稱拋球式阻抗特性圓。發(fā)電機在異步運行階段，機端測量阻抗進入臨界失步阻抗圓內(nèi)，并最終落在 的范圍內(nèi)。20,rss 2,0rss 1()addzjxjxjx 212()(7.34)addadxxzj xjjxxxdjxdjxddxxddjxjx圖7.21 發(fā)電機異步運行等值電路圖7.22 異步運行

45、阻抗圓 (4(4）臨界電壓阻抗圓）臨界電壓阻抗圓 為了保證在失磁后系統(tǒng)穩(wěn)定及廠用電安全，要求機端電壓 ug不得低于某一定值，這一電壓定值稱臨界電壓值。在臨界電壓為一定的條件下，機端測量阻抗的軌跡，同樣可用阻抗圓描述。 在圖7.23所示的簡化網(wǎng)絡(luò)圖中，當發(fā)電機失磁后，若 下降到等于小于系統(tǒng)電壓為 的k倍，即uhku(kl)，則危及系統(tǒng)及廠用電的安全。 從網(wǎng)絡(luò)圖中可得：上兩式兩端同除以 ，得：uhu(7.35)()(7.36)hgstgstsluujixuuji xxi(7.37)()(7.38)hstsstslzzjxzzj xx圖7.23 發(fā)電機與系統(tǒng)的簡化網(wǎng)絡(luò)xst主變電抗；xsl主變以外的

46、系統(tǒng)電抗；uh主變高壓側(cè)電壓圖7.24 臨界電壓阻抗圓兩電壓大小的比值等于兩阻抗比值的絕對值，即式中，xsl、xst、k均為已知系數(shù)。機端測量阻抗的軌跡為一圓，稱臨界電壓阻抗圓，圓心坐標為 半徑為 ；對于確定的r值，均有一個確定的臨界電壓阻抗圓與之對應(yīng)。當機端測量阻抗進入該圓時，說明主變高壓側(cè)電壓低于允許值，應(yīng)將失磁發(fā)電機切除。汽輪發(fā)電機通常可用此圓來確定跳閘動作區(qū)。(7.39)()sthhsstslzjxuzuzzj xx222222()()(7.40)11stslslkkrxxxxkk220,()1stslkj xxk用z=r+jx，代入上式得：21slkxk 7.5.3 7.5.3 失磁

47、保護的構(gòu)成方式失磁保護的構(gòu)成方式 構(gòu)成失磁保護時，應(yīng)考慮兩種功能： 一是發(fā)電機雖失磁，但對發(fā)電機和系統(tǒng)尚未構(gòu)成嚴重威脅一是發(fā)電機雖失磁，但對發(fā)電機和系統(tǒng)尚未構(gòu)成嚴重威脅時，應(yīng)能發(fā)出報警或減負荷；時，應(yīng)能發(fā)出報警或減負荷； 二是當其后果危及發(fā)電機或系統(tǒng)安全運行時，應(yīng)及時動作二是當其后果危及發(fā)電機或系統(tǒng)安全運行時，應(yīng)及時動作切除失磁發(fā)電機。切除失磁發(fā)電機。 對于汽輪發(fā)電機，如果系統(tǒng)無功足夠，失磁后將允許無勵磁運行，這時，失磁保護應(yīng)瞬時或經(jīng)短延時動作報警信號和減負荷，或切換至備用勵磁系統(tǒng)，并以發(fā)電機允許無勵磁運行時限切除發(fā)電機，其動作區(qū)如圖7.25(a）所示。如果系統(tǒng)無功不足，電壓嚴重下降，失磁后保

48、護應(yīng)立即動作于報警信號，而在臨近失磁或機端電壓下降到臨界值附近時，保護應(yīng)使失磁發(fā)電機與系統(tǒng)解列，其動作區(qū)如圖7.25(b）所示。圖7.25 允許無勵磁運行發(fā)電機失磁保護的動作區(qū) (a) xs大時； (b) xs小時 對于水輪發(fā)電機，由于它的同步電抗較汽輪發(fā)電機小，失磁失步后，定子繞組過電流和轉(zhuǎn)子發(fā)熱就比較厲害，同時，水輪發(fā)電機要在滑差相對較大時，才能有較大的異步功率，因而其機組振動程度較汽輪發(fā)電機厲害。所以，不管系統(tǒng)的條件如何，失磁時應(yīng)瞬時發(fā)報警信號，而在臨近失步或電壓降低到臨界值附近時，保護應(yīng)動作切除發(fā)電機，其動作區(qū)在如圖7.26所示。圖7.26 水輪發(fā)電機失磁保護的動作區(qū) (a)xs大時；

49、 (b)xs小時pn額定有功功率的等有功阻抗圓；u臨界電壓阻抗圓；s臨界失步阻抗圓 7.5.4 7.5.4 失磁保護的構(gòu)成原理失磁保護的構(gòu)成原理 以汽輪發(fā)電機失磁保護為例來進行說明。 (l(l）反映機端阻抗變化的測量元件）反映機端阻抗變化的測量元件 阻抗元件可采用臨界失步阻抗圓或異步運行阻抗圓特性來作為動作邊界以實現(xiàn)動作判據(jù)。 l l）反映臨界失步阻抗元件的動作方程）反映臨界失步阻抗元件的動作方程 反映靜穩(wěn)邊界的阻抗元件的動作方程應(yīng)與發(fā)電機的靜穩(wěn)邊界相符合。其動作方程：(7.41)22jdssdxxxxzjje 幅值比較式：11()()(7.42)22dsdszjxxjxx相位比較式：90ar

50、g270(7.43)sdzjxzjx11(7.44)22ddzjxjx90arg270(7.45)dzzjx若取=90，作為靜穩(wěn)極限，則：幅值比較式： 相位比較式：或90arg270(7.46)dzjxz =90時的阻抗圓如圖7.27的圓1所示，圓1不能避開外部短路以及進相運行振蕩的影響，以g=90所作出的圓雖然能避開其影響，但動作區(qū)縮小了，實用中常采用蘋果圓特性的阻抗元件，使其特性逼近靜穩(wěn)邊界，且減去r軸以上的動作區(qū)，圓2實際上是將以g=90所作出的圓，并以原點為軸心分別順時針和反時針旋轉(zhuǎn) 角度位置，分別得到兩圓，再將兩圓的直徑擴大至 ,使兩圓周在虛軸上相交于-jxd。取兩圓內(nèi)區(qū)域相并可得到

51、新的動作區(qū)，該區(qū)為兩圓相連的外周線，其形狀似蘋果，故稱為蘋果圓。00sindx圖7.27 圓及蘋果圓阻抗特性 根據(jù)蘋果圓上任意一點與割線相對的圓周角，可直接寫出蘋果圓阻抗元件相位比較式動作方程：或 2 2）反應(yīng)失磁異步運行阻抗元件的動作方程）反應(yīng)失磁異步運行阻抗元件的動作方程 其動作特性如圖7.22，但實用中考慮阻尼回路的影響，取圓的上半周過 ，則圓的動作方程：幅值比較式：相位比較式：00002arg(7.47)2arg(7.48)ddzjxzzzjx2dxj1111()()(7.49)222290arg270(7.50)12ddddddzxxjxxzjxzjx (2(2）反映）反映 和和 隨

52、時間變化率的測量元件隨時間變化率的測量元件 根據(jù)前面的分析，在失磁后的等有功過程中，發(fā)電機電勢 隨時間不斷減少，而定子電流 則在短暫下降后持續(xù)上升。這個規(guī)律是發(fā)電機失磁等有功過程中所特有的，利用這種原理來構(gòu)成失磁保護的另一個測量元件。 由于在定子側(cè)直接測量發(fā)電機電勢 有一定困難，需要找一個與 有相同變化規(guī)律的模擬電勢 ?？紤]式（7.29)，在失步前xd保持不變，選擇一個不變的模擬電抗xm來取代xd，就可保證新產(chǎn)生的電勢與 變化規(guī)律相同，故令eeemeiiee(7.51)()()()()(7.52)()()(7.53)mgmmmmmmmeujixixi tt xi t xi tti t xem

53、e tte t 測量元件的動作判據(jù)為：式中，c1、c2 皆為常數(shù)門檻值。系統(tǒng)短路時，發(fā)電機可用暫態(tài)電抗 和該電抗后的電勢 來表示，即 ，并將此式代人式（7.51）得：12(7.54)(7.55)mmectixctdxegdeujix()(7.54)mgmmdeujixeji xx (3(3）保護的工作原理）保護的工作原理 在圖7.28中，符號k1為低電壓元件，按臨界電壓阻抗圓整定；k2為阻抗元件，可按靜穩(wěn)邊界整定，一般為蘋果特性；k3為反映e和i隨時間變化率的測量元件。圖7.28 失磁保護構(gòu)成方案 汽輪發(fā)電機的特點：汽輪發(fā)電機的特點： 失磁后轉(zhuǎn)差小，平均異步轉(zhuǎn)矩較大，異步運行時振動較輕。發(fā)生失

54、磁故障后，測量阻抗進入動作邊界，但只要未達到低電壓元件的定值，則失磁保護只動作于減出力，通常減到額定功率的 4050% ，其平均滑差隨之減少，這種情況一般可允許發(fā)電機短時運行215min。若在失磁后母線電壓低于允許值，則應(yīng)迅速動作于跳閘。7.6 7.6 發(fā)電機勵磁回路一點接地保護發(fā)電機勵磁回路一點接地保護 切換測量原理保護方案切換測量原理保護方案 將一個電阻和電容網(wǎng)絡(luò)接在轉(zhuǎn)子繞組兩端，通過順序切換的方法改變網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，并對三個有關(guān)的支路電流進行采樣、記憶進行比較，達到測量勵磁回路對地電阻的目的。 如圖7.29所示，電容的作用是消除轉(zhuǎn)子電壓中諧波分量及干擾電壓對繼電器的影響。 圖7.29 轉(zhuǎn)子一

55、點接地保護測量網(wǎng)絡(luò) 開關(guān)s1單獨閉合時，穩(wěn)態(tài)電流 經(jīng)采樣保持和整理后在裝置內(nèi)得到與i1成正比的電壓u1: 假設(shè)接地故障發(fā)生在轉(zhuǎn)子繞組中部任一點，將轉(zhuǎn)子電壓分為uf1和uf2，故障點電阻為rx。同理，開關(guān)s1與s2分別單獨閉合時，相應(yīng)的有：1112fxuirrr1111112(7.57)fxk uuk irrr222213(7.58)fsk uuk irrr3233 334(7.59)fxk uuk irrr取r1=r3=ra，r2=r4=rb(ra、rb皆為選定的參數(shù)）,kl=k2=k，則上述三式可改寫為： 可選擇保護的動作判據(jù)為：11122233(7.60)(7.61)2(7.62)fabx

56、fasfabxkuukirrrk uurrkuukirrr123(7.63)uuu裝置動作時對應(yīng)的rx為 對于給定的ra、rb、rx、k2及k，當上式等號成立時，rx便為檢測到的最大接地電阻rx.max，若k2取固定值，則改變k可以調(diào)整靈敏性。k2值可根據(jù)靈敏性要求,由式（7.64）取等號求出，即2(2)()(7.64)xasabkrrrrrk2max(2)(7.65)asabxkrrkrrr7.7 7.7 發(fā)電機勵磁回路兩點接地保護發(fā)電機勵磁回路兩點接地保護 當轉(zhuǎn)子繞組發(fā)生兩點接地故障，由于故障點流過相當大的短路電流，因而會燒傷轉(zhuǎn)子； 由于部分繞組被短接，勵磁繞組電流增加，轉(zhuǎn)子可能因過熱而損

57、傷； 氣隙磁通失去平衡，會引起機組劇烈振動，可能因此而造成災(zāi)難性破壞。 汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組兩點接地故障，還可能使軸系和汽機磁化。 因此，兩點接地故障的后果是嚴重的，必須裝設(shè)有效的勵磁回路兩點接地保護，立即跳閘。勵磁回路兩點接地繼電器可由電橋原理構(gòu)成，其原理接線及裝置方框圖如圖7.30 所示。 由電橋平衡原理構(gòu)成的勵磁回路兩點接地保護有兩個缺點： 由于兩點接地保護只能在轉(zhuǎn)子繞組一點接地后投人，所以，對于發(fā)生兩點同時接地，或者第一點接地后緊接著發(fā)生第二點接地的故障，保護裝置均不能反映。 若第一個接地點發(fā)生在轉(zhuǎn)子繞組的正極或負極端，則因電橋失去作用，不論第二點接地發(fā)生在何處，保護裝置將拒動。圖7.3

58、0 電橋原理轉(zhuǎn)子兩點接地繼電器電路原理接線及方框圖 發(fā)電機機組承受負序電流的能力主要由轉(zhuǎn)子表層發(fā)熱情況來確定，特別是大型發(fā)電機，設(shè)計的熱容量裕度較低，對承受負序電流能力的限制更為突出，必須裝設(shè)與其承受負序電流能力相匹配的負序電流保護，又稱為轉(zhuǎn)子表層過熱保護。7.87.8發(fā)電機轉(zhuǎn)子表層過熱（負序電流）保護發(fā)電機轉(zhuǎn)子表層過熱（負序電流）保護 (l(l）轉(zhuǎn)子發(fā)熱特點及負序電流反時限動作判據(jù)）轉(zhuǎn)子發(fā)熱特點及負序電流反時限動作判據(jù) l l）發(fā)電機長期承受負序電流的能力）發(fā)電機長期承受負序電流的能力 發(fā)電機正常運行時，由于輸電線路及負荷不可能三相完全對稱，因此，總存在一定的負序電流i2，但數(shù)值較小，通常不

59、超過23額定電流。 我國有關(guān)規(guī)程規(guī)定為：在額定負荷下，汽輪發(fā)電機持續(xù)負序電流i2(6 8%)in，對于大型直接冷卻式發(fā)電機相應(yīng)值更低一些。 負序電流保護通常依據(jù)發(fā)電機長期允許承受的負序電流值來確定啟動門檻值，當負序電流超過長期允許承受的負序電流值后，保護延時發(fā)出報警信號。轉(zhuǎn)子表層過熱（負序電流）保護基本原理：轉(zhuǎn)子表層過熱（負序電流）保護基本原理： 2 2）發(fā)電機短時承受負序電流的能力）發(fā)電機短時承受負序電流的能力 在異常運行或系統(tǒng)發(fā)生不對稱故障時，i2將大大超過允許的持續(xù)負序電流值，這段時間通常不會太長，但因i2較大，更需考慮防止對發(fā)電機可能造成的損傷。 若假定發(fā)電機轉(zhuǎn)子為絕熱體（即短時內(nèi)不考

60、慮向周圍散熱的情況），則發(fā)電機允許負序電流與允許持續(xù)時間的關(guān)系可用下式來表示：式中： i*.2 以發(fā)電機額定電流in為基準的負序電流標么 值； a 與發(fā)電機型式及冷卻方式有關(guān)的常數(shù)； t 允許時間。2.2(7.66)i ta式中， 為非周期分量標么值；kdc為與計算發(fā)熱量有關(guān)的系數(shù)。 在確定轉(zhuǎn)子表面過熱保護的負序電流能力判據(jù)時，引入一個修正系數(shù)k2，即有下述判據(jù)： 修正系數(shù)k2與發(fā)電機允許長期負序電流 有關(guān)，為了將溫升限制在一定范圍內(nèi)要求 ，即式中：k0安全系數(shù)，一般為0.6。 將式（7.68）代入式（7.67）得到在負序電流 條件下，允許運行時間的動作判據(jù)為： 這就是在負序電流保護中所采用的