發(fā)電機保護 【李天華】

1、 發(fā)發(fā) 電電 機機 保保 護護主講人：李天華主講人：李天華二一四年一月二一四年一月智庫電力安全技術(shù)研究中心內(nèi)容提綱內(nèi)容提綱2基本概念基本概念1保護的配置保護的配置2縱差保護縱差保護3縱向零序電壓式定子匝間保護縱向零序電壓式定子匝間保護5定子接地保護定子接地保護6電力系統(tǒng)同步穩(wěn)定和失磁保護電力系統(tǒng)同步穩(wěn)定和失磁保護7負序過負荷及過電流保護負序過負荷及過電流保護8反時限對稱過負荷及過電流保護反時限對稱過負荷及過電流保護9轉(zhuǎn)子繞組過負荷及過電流保護轉(zhuǎn)子繞組過負荷及過電流保護10發(fā)電機橫差保護發(fā)電機橫差保護4轉(zhuǎn)子接地保護轉(zhuǎn)子接地保護11其他保護其他保護12發(fā)變組保護誤動案例發(fā)變組保護誤動案例13智庫電

2、力安全技術(shù)研究中心基本概念基本概念3圖1 三相同步交流發(fā)電機結(jié)構(gòu)示意圖發(fā)電機發(fā)電機 主要構(gòu)成主要構(gòu)成1發(fā)電機的作用是將汽輪機或水輪機輸出的機械能變換成電能。智庫電力安全技術(shù)研究中心基本概念基本概念4發(fā)電機發(fā)電機 作用原理作用原理2 在轉(zhuǎn)子繞組中（圖1中的Wj）通入直流，產(chǎn)生一恒定磁場（其兩極極性分別為NS）。發(fā)電機轉(zhuǎn)子由汽輪機或水輪機拖著旋轉(zhuǎn)，恒定磁場變成旋轉(zhuǎn)磁場（通常稱之氣隙磁場）。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場切割定子繞組，必將在定子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電勢。 由于轉(zhuǎn)子磁場在氣隙中按正弦分布，而轉(zhuǎn)子以恒定速度旋轉(zhuǎn)，從而使定子繞組中的感應(yīng)電勢按正弦波規(guī)律變化。 發(fā)電機并網(wǎng)運行時，定子繞組中出現(xiàn)感應(yīng)電流，向系統(tǒng)輸出電能

3、。智庫電力安全技術(shù)研究中心基本概念基本概念5發(fā)電機發(fā)電機 發(fā)電機的額定轉(zhuǎn)速發(fā)電機的額定轉(zhuǎn)速3 轉(zhuǎn)子磁場旋轉(zhuǎn)時，每轉(zhuǎn)過一對磁極，定子繞組中的電勢便歷經(jīng)一個周期。因此，定子繞組中電勢的頻率可由每秒鐘轉(zhuǎn)過磁極的極對數(shù)來表示。設(shè)發(fā)電機的極對數(shù)（即一個N、一個S）為P，每分鐘的轉(zhuǎn)速為n， 則頻率 轉(zhuǎn)速 （1） 汽輪發(fā)電機的極對數(shù)P1，當電網(wǎng)的頻率f50赫時，n3000轉(zhuǎn)/分。對于水輪發(fā)電機，其極對數(shù)較多，故允許其轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)低，當P4時，水輪機的轉(zhuǎn)速n=750轉(zhuǎn)/分，當極對數(shù)P24時，其轉(zhuǎn)速為125轉(zhuǎn)/分。60Pnf Pfn60智庫電力安全技術(shù)研究中心基本概念基本概念6發(fā)電機發(fā)電機 兩種旋轉(zhuǎn)磁場兩種旋轉(zhuǎn)磁場4

4、u 直流激磁旋轉(zhuǎn)磁場 直流激磁旋轉(zhuǎn)磁場，又叫機械旋轉(zhuǎn)磁場。在同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子上裝設(shè)有轉(zhuǎn)子繞組，通入直流后產(chǎn)生直流激磁的磁極，當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，在氣隙形成旋轉(zhuǎn)磁場。該旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子無相對運動。氣隙旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速相同。發(fā)電機正常運行時，轉(zhuǎn)速為同步速度。u 交流激磁的旋轉(zhuǎn)磁場 發(fā)電機定子三相對稱電流流過三相對稱繞組時，將在氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。該旋轉(zhuǎn)磁場由三相交流產(chǎn)生，故稱交流激磁的旋轉(zhuǎn)磁場。 發(fā)電機正常運行時，兩種旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速均等于同步速，它們之間無相對運動。又因為轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速也等于同步速，因此，定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子之間無相對運動，而轉(zhuǎn)子磁場緊拉著定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)動。智庫電力安全技術(shù)研究中心基本概

5、念基本概念7發(fā)電機發(fā)電機 冷卻方式冷卻方式5 根據(jù)冷卻介質(zhì)流通的路途，同步發(fā)電機的冷卻方式，可分為外冷式及內(nèi)冷式兩種。u 外冷式又稱之表面冷卻方式，其冷卻介質(zhì)有 空氣 氫氣u 內(nèi)冷式稱之直接冷卻方式，其冷卻介質(zhì)有 氫氣 水 當采用水冷卻方式時，繞組為空心銅制繞組，冷卻水直接由繞組內(nèi)流通。目前，大型汽輪發(fā)電機定子繞組的冷卻方式，多采用水冷方式。有些發(fā)電機的轉(zhuǎn)子繞組也采用水內(nèi)冷方式。將轉(zhuǎn)子繞組及定子繞組均由水內(nèi)冷冷卻的發(fā)電機，稱之雙水內(nèi)冷發(fā)電機。智庫電力安全技術(shù)研究中心基本概念基本概念8發(fā)電機發(fā)電機u 并網(wǎng)運行汽輪發(fā)電機電勢與端電壓的關(guān)系并網(wǎng)運行汽輪發(fā)電機電勢與端電壓的關(guān)系6發(fā)電機并網(wǎng)運行時，向系

6、統(tǒng)送出有功及無功。此時，機端電壓與發(fā)電機電勢的關(guān)系是 （1）若以機端電壓為參考向量， 及 的向量關(guān)系如圖2所示dXI jUE0 由圖2可以看出，當發(fā)電機送出有功及無功時，發(fā)電機電勢E0大于機端電壓U。當發(fā)電機從系統(tǒng)吸收無功時，發(fā)電機電勢將小于機端電壓。圖2機端電壓與電勢的向量關(guān)系0EU智庫電力安全技術(shù)研究中心基本概念基本概念9發(fā)電機發(fā)電機u 發(fā)電機阻抗發(fā)電機阻抗7 若不及電阻分量，發(fā)電機的阻抗有同步電抗、暫態(tài)電抗、次暫態(tài)電抗、負序電抗和零序電抗。（1）同步電抗 發(fā)電機的同步電抗也叫正序電抗。正常運行時發(fā)電機的電抗，稱之同步電抗；（2）負序電抗 發(fā)電機不對稱運行時，負序電流產(chǎn)生負序旋轉(zhuǎn)磁場，負序

7、旋轉(zhuǎn)磁場以2倍同步轉(zhuǎn)速切割轉(zhuǎn)子繞組。負序電抗等于機端負序電壓與定子繞組中負序電流的基波分量之比。負序電抗等于機端負序電壓與定子繞組中負序電流的基波分量之比。（3）零序電抗 零序電抗具有漏抗的性質(zhì)，其大小決定于零序電流產(chǎn)生的漏磁通。智庫電力安全技術(shù)研究中心基本概念基本概念10發(fā)電機發(fā)電機u 發(fā)電機阻抗發(fā)電機阻抗7（4）暫態(tài)電抗Xd 當定子電流突然變化時，在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電勢（像變壓器一樣），在轉(zhuǎn)子回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流。該電流的作用使定子電抗減小，將減小后的電抗稱之為暫態(tài)電抗Xd 。（5）次暫態(tài)電抗 當轉(zhuǎn)子上有阻尼繞組時，若定子電流突然變化，由于阻尼繞組回路的阻抗不能突變，致使磁路的磁阻很大，相

8、應(yīng)的電抗 X d 更小。智庫電力安全技術(shù)研究中心基本概念基本概念11電壓互感器及電流互感器（電壓互感器及電流互感器（TV及及TA） 電壓互感器電壓互感器1 將電力主設(shè)備一次高電壓降低至與一次電壓成比例的較小電壓，然后送至測量儀表或保護裝置的設(shè)備，稱之為電壓互感器（TV）。它相當一個二卷或三卷降壓變壓器。特點特點A、一次繞組匝數(shù)很多，二次或三次繞組匝數(shù)很少，其內(nèi)阻很小，相當一個電壓源。B、變比，設(shè)一次設(shè)備的額定電壓為U 。在小電流系統(tǒng)中，保護用TV變比為 KV；在大電流系統(tǒng)中，保護用變比為 KV；發(fā)電機中性點TV的變比應(yīng)為 KV。C、保護用三相TV的接線方式，通常采用YN，yn， 。D、運行中運

9、行中TVTV二次不能短路二次不能短路。類型類型 按一次繞組兩端對地絕緣的狀態(tài)分類，TV可分為兩類，即全絕緣TV及半絕緣TV。所謂全絕緣TV是指一次端部繞組及中性點處繞組的對地絕緣完全相同；而半絕緣TV則是TV一次端部繞組的對地絕緣遠高于中性點處繞組的對地絕緣。31 . 031 . 03NU1 . 031 . 03NU1 . 03NU智庫電力安全技術(shù)研究中心基本概念基本概念12電壓互感器及電流互感器（電壓互感器及電流互感器（TV及及TA） 電流互感器電流互感器TA2 將電力系統(tǒng)一次大電流降低到與一次電流成比例的小電流，然后送到測量儀表、自動裝置及保護裝置的設(shè)備，稱之為電流互感器TA。特點特點A、

10、一次匝數(shù)少（最少為一匝），二次匝數(shù)很多，其內(nèi)阻很大，對外相當于一個電流源；B、運行中運行中TATA二次不得開路二次不得開路。 電壓互感器及電流互感器的接地電壓互感器及電流互感器的接地3 為防止運行中由于互感器一次與二次之間絕緣擊穿使一次高電壓串到二次回路中，而危及人身及二次設(shè)備的安全，TA及TV二次必須有一個可靠的接地點，通常稱之“保安接地”。對于TA采用TA二次中性點接地；而對于TV可采用二次中性點接地（即N接地），也可采用B相接地（反措禁止B相接地）。智庫電力安全技術(shù)研究中心 發(fā)電機保護的配置發(fā)電機保護的配置13發(fā)電機的故障及不正常運行方式發(fā)電機的故障及不正常運行方式 發(fā)電機的故障發(fā)電機的

11、故障1u 定子繞組的故障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（在接地電阻小時，可視為二相短路故障，在接地電阻大時，可視為定子接地故障。） 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）。u轉(zhuǎn)子繞組的故障轉(zhuǎn)子繞組的故障 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。智庫電力安全技術(shù)研究中心 發(fā)電機保護的配置發(fā)電機保護的配置14發(fā)電機的故障及不正常運行方式發(fā)電機的故障及不正常運行方式 發(fā)電機異常運行方式發(fā)電機異常運行方式2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

12、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。智庫電力安全技術(shù)研究中心 發(fā)電機保護的配置發(fā)電機保護的配置15發(fā)電機保護的配置發(fā)電機保護的配置 短路故障的主保護短路故障的主保護1發(fā)電機內(nèi)部短路故障的主保護有：l 縱差保護l 橫差保護（單元件橫差及三元件橫差保護）l 發(fā)電機定子繞組匝間保護（主要有單元件橫差保護、縱向零序電壓匝間保護及負序功率方向保護）l 轉(zhuǎn)子兩點接地保護l 勵磁機縱差保護。智庫電力安全技術(shù)研究中心 發(fā)電機保護的配置發(fā)電機保護的配置16發(fā)電機保護的配置發(fā)電機保護的配置 短路故障的后備保護短路故障的后備保護2發(fā)電機短路故障的后備保護主要有：l 復(fù)壓閉鎖過流保護

13、l 對稱過流及過負荷保護（反時限）l 不對稱過流及過負荷保護（反時限）l 定時限負序過電流保護l 轉(zhuǎn)子過流及過負荷保護l 轉(zhuǎn)子兩點接地保護l 帶記憶的低壓過流保護智庫電力安全技術(shù)研究中心 發(fā)電機保護的配置發(fā)電機保護的配置17發(fā)電機保護的配置發(fā)電機保護的配置 其它故障保護其它故障保護3l 發(fā)電機定子單相接地保護l 發(fā)電機失磁保護。 發(fā)電機異常運行保護發(fā)電機異常運行保護4l 發(fā)電機過電壓保護l 發(fā)電機過激磁保護l 逆功率保護l 轉(zhuǎn)子一點接地保護l 定子過負荷保護l 非全相運行保護l 大型發(fā)電機失步保護l 頻率異常保護等智庫電力安全技術(shù)研究中心 發(fā)電機保護的配置發(fā)電機保護的配置18發(fā)電機保護的配置發(fā)

14、電機保護的配置 開關(guān)量保護開關(guān)量保護5 發(fā)電機斷水保護等 臨時性保護臨時性保護6所謂臨時性保護是指：發(fā)電機正常運行時應(yīng)退出的保護。其中有：l發(fā)電機誤上電保護l發(fā)電機啟、停機保護等智庫電力安全技術(shù)研究中心 發(fā)電機縱差保護發(fā)電機縱差保護縱差保護的分類縱差保護的分類 按輸入電流的不同分類按輸入電流的不同分類1 發(fā)電機差動保護由三個分相差動元件構(gòu)成。若按由差動元件兩側(cè)輸入電流的不同進行分類，可以分成完全縱差保護和不完全保護兩類。其交流接入回路分別如圖3（a）和圖3（b）所示。圖3發(fā)電機縱差保護的交流接入回路智庫電力安全技術(shù)研究中心 發(fā)電機縱差保護發(fā)電機縱差保護縱差保護的分類縱差保護的分類 按制動方式分

15、類按制動方式分類2 為確保區(qū)外故障時縱差保護可靠不動作，在差動元件中設(shè)置有制動量。按制動方式分類，差動保護可分為l比率制動式l標積制動方式智庫電力安全技術(shù)研究中心 發(fā)電機縱差保護發(fā)電機縱差保護縱差保護的分類縱差保護的分類 按出口方式分類按出口方式分類3 目前，發(fā)電機縱差保護均采用由三個差動元件構(gòu)成的分相差動保護。由于發(fā)電機電壓系統(tǒng)系小電流接地系統(tǒng)，故保護的出口既可以采用：l單相出口方式l循環(huán)閉鎖出口方式 所謂循環(huán)閉鎖出口方式，是指：在三個相差動元件中，只有二個或三個元件動作后，保護才作用于出口。另外，為防止發(fā)電機兩相接地（一個接地點在差動保護區(qū)內(nèi)，另一個接地點在差動保護區(qū)外）短路時差動保護拒絕

16、出口，一般采用由負序電壓元件去解除循環(huán)閉鎖措施。此時，當負序電壓元件動作之后，只要有一相差動元件動作，保護就作用于出口。智庫電力安全技術(shù)研究中心 發(fā)電機縱差保護發(fā)電機縱差保護動作方程動作方程 目前，國內(nèi)生產(chǎn)及廣泛應(yīng)用的發(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 （1）zozdzzzzdzzdzdIIIIIKIIIII0000)(式中： 差動電流，完全縱差： ，不完全縱差： ； 制動電流，完全縱差： ，不完全縱差： ，標積制動式完全縱差時： ，標積制動式不完全縱差時： ； 比率制動系數(shù)； 拐點電流，開始起制動

17、作時的最小制動電流； 初始動作電流；、 分別為中性點及機端差動TA的二次電流；K由中性點流入差動TA的電流與中性點全電流的比值； 與 之間的相位差。dINSdIIINSdIKIIzI2NSzIII2NSzIKII)180cos(0SNzIII)180cos(0SNzKIIIzK0zI0dzINISI、 智庫電力安全技術(shù)研究中心 發(fā)電機縱差保護發(fā)電機縱差保護動作特性動作特性 具有兩段折線式發(fā)電機縱差保護的動作特性如圖4所示。 由圖4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)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

18、態(tài)不平衡電流的能力、 圖4發(fā)電機縱差保護動作特性智庫電力安全技術(shù)研究中心 發(fā)電機縱差保護發(fā)電機縱差保護邏輯框圖邏輯框圖 發(fā)電機縱差保護的出口方式：有單相出口方式及循環(huán)閉鎖出口方式兩種，其邏輯框圖分別如圖5（a）及圖5（b）所示。、 （a）單相出口方式的發(fā)電機縱差保護邏輯框圖（b）循環(huán)閉鎖出口方式發(fā)電機縱差保護邏輯框圖圖5發(fā)電機縱差保護邏輯框圖智庫電力安全技術(shù)研究中心 發(fā)電機縱差保護發(fā)電機縱差保護整定原則及取值建議整定原則及取值建議由縱差保護的動作特性可以看出，對其定值的整定，主要是確定其構(gòu)成三要素：即比率制動系數(shù) ，最小動作電流 和拐點電流 。、 zKdzoI0zI 最小功作電流最小功作電流

19、IdzoIdzo1 最小動作電流也叫啟動電流或初始動作電流。對于動作特性為兩段或多段折線式縱差保護，最小動作電流實質(zhì)是無制動時的動作電流。對 Idzo 的整定原則是：按躲過正常工況下的最大不平衡電流來整定?？砂聪率竭M行整定 （2）eHdzoIKKKI)(21智庫電力安全技術(shù)研究中心 發(fā)電機縱差保護發(fā)電機縱差保護整定原則及取值建議整定原則及取值建議、 拐點電流拐點電流 I I?2 理論上分析，外部故障時短路電流總比發(fā)電機的額定電流大，因此，其縱差保護的拐點電流應(yīng)大于或等于其額定電流。但是，由于差動保護的初始動作電流是按照由于差動保護的初始動作電流是按照發(fā)電機正常工況的不平衡電流來整定的，未考慮暫

20、態(tài)過程的影響，故在外部故障切發(fā)電機正常工況的不平衡電流來整定的，未考慮暫態(tài)過程的影響，故在外部故障切除后的暫態(tài)過程中，若無制動作用，則差動保護有可能不正確動作。除后的暫態(tài)過程中，若無制動作用，則差動保護有可能不正確動作。 在外部故障切除后的暫態(tài)過程中，由于差動兩側(cè)TA二次的暫態(tài)特性不能完全相同，致使差動兩側(cè)電流之間的相位發(fā)變化，從而使不平衡電流增大。此外，若拐點電流 過大，由于無制作用可能致使差動保護誤動。因此, 應(yīng)?。?.50.8） 。0zIeI0zI智庫電力安全技術(shù)研究中心 發(fā)電機縱差保護發(fā)電機縱差保護整定原則及取值建議整定原則及取值建議、 比例制動系數(shù)比例制動系數(shù)K?3 比率制動系數(shù)的取

21、值原則，應(yīng)按使差動元件躲過發(fā)電機外部三相短路時產(chǎn)生的最大不平衡電流來整定。區(qū)外三相短路時，差動元件可能產(chǎn)生的最在不平衡電流為 （3）max321max)(KhIKKKI式中： 最大不平衡電流； 最大短路電流； TA的10%誤差； 通道的變換及傳輸誤差，取0.1； 兩側(cè)TA暫態(tài)特性不一產(chǎn)生的誤差，取0.05。代入式（3）得 0.25 ，當不計拐點電流時，差動元件的比率制動系數(shù)應(yīng)為 ，可取0.30.5。對于不完全縱差保護，當兩側(cè)差動CT的分支系數(shù)存在誤差，可取 。maxhImaxKI1K2K3KmaxhImaxKI25. 0maxmaxKhII325. 03 . 025. 0)3 . 12 . 1

22、 (25. 0HzKK5 . 0zK 解除循環(huán)閉鎖的負序電壓元件定值解除循環(huán)閉鎖的負序電壓元件定值4一般按高壓母線出線末端故障產(chǎn)生的負序電壓來整定。通常VU)129(2智庫電力安全技術(shù)研究中心 發(fā)電機縱差保護發(fā)電機縱差保護對各類發(fā)電機縱差保護的評價對各類發(fā)電機縱差保護的評價、 發(fā)電機完全縱差保護，是發(fā)電機相間故障的主保護。由于差動元件兩側(cè)TA的型號、變比完全相同，受其暫態(tài)特性的影響較小。其動作靈敏度也較高，但不能反應(yīng)定子繞組的匝間短路及線棒開焊。 完全縱差保護完全縱差保護1 不完全縱差保護除保護定子繞組的相間短路之外，尚能反應(yīng)定子線棒開焊及某些匝間短路。但是，由于在中性點側(cè)只引入其一分支的電流

23、，故在整定計算時，尚應(yīng)考慮各分支電流不相等產(chǎn)生的差流。另外，當差動元件兩側(cè)TA型號不同及變比不同時，受系統(tǒng)暫態(tài)過程的影響較大。 不完全縱差保護不完全縱差保護2 兩者均能有效躲過區(qū)外故障，其動作特性也完全相同。當區(qū)外故障時，標積制動方式縱差保護與比率制動式縱差保護工況完全相同。 比率制動式與標積制動式比率制動式與標積制動式3智庫電力安全技術(shù)研究中心 發(fā)電機橫差保護發(fā)電機橫差保護橫差保護分類橫差保護分類、 根據(jù)交流回路引入電流及保護中含差動元件的數(shù)量不同，發(fā)電機橫差保護可分為l單元件橫差l三元件橫差（三元件橫差又稱裂相橫差）智庫電力安全技術(shù)研究中心 發(fā)電機橫差保護發(fā)電機橫差保護單元件橫差保護單元件

24、橫差保護、 單元件橫差保護的輸入電流，為發(fā)電機兩個中性點連線上的TA二次電流。以定子繞組為每相兩分支的發(fā)電機為例，其交流接入回路如圖6所示。 交流接入回路及動作方程交流接入回路及動作方程1單元件橫差保護，適用于每相定子繞組為多分支，且有兩個或兩個以上中性點引出的發(fā)電機。圖6單元件橫差保護的交流接入回路其動作方程為 （4）式中： 中性點TA二次電流； 橫差保護動作電流整定值。opoopIIopIopoI智庫電力安全技術(shù)研究中心 發(fā)電機橫差保護發(fā)電機橫差保護單元件橫差保護單元件橫差保護、 橫差保護是發(fā)電機內(nèi)部短路的主保護，應(yīng)無延時動作。但考慮到轉(zhuǎn)子兩點接地短路時發(fā)電機氣隙磁場畸變可能致使保護誤動，

25、故在轉(zhuǎn)子一點接地保護動作后，使橫差保護帶一個小延時動作。保護動作邏輯框圖如圖7所示。 邏輯框圖邏輯框圖2圖7單元件橫差保護邏輯框圖智庫電力安全技術(shù)研究中心 發(fā)電機橫差保護發(fā)電機橫差保護定值的整定定值的整定、 目前，在單元件橫差保護中，設(shè)置有三次諧波濾過器。因此，其動作電流應(yīng)按躲過系統(tǒng)發(fā)生不對稱短路或發(fā)電機失磁失步運行時轉(zhuǎn)子偏心產(chǎn)生的最大不平衡電流。 （5）式中： KH可靠系數(shù)，取1.5； K1額定工況下，同相不同分支繞組由于參數(shù)的差異產(chǎn)生的不平衡電流，最大可取 ； K2正常工況下氣隙不均勻產(chǎn)生的不平衡電流，取0.05 ； K3異常工況下轉(zhuǎn)子偏心產(chǎn)生的不平衡電流，取0.1 。將各參數(shù)代入式（5）

26、得 （0.30.4） ，可取0.4 。 動作電流動作電流Iop1對單元件橫差保護的整定，主要是確定動作電流及動作延時。eHopIKKKKI)(321opIeIeI 動作延時動作延時2 動作延時 可取0.51秒。智庫電力安全技術(shù)研究中心 發(fā)電機橫差保護發(fā)電機橫差保護裂相橫差保護裂相橫差保護、 裂相橫差保護由三個橫差元件構(gòu)成，每個元件兩側(cè)的輸入電流分別接在某相定子繞組兩分支（或兩分支組）上的TA二次。以A相橫差元件為例，其交流接入回路如圖8所示。 圖8A相橫差保護交流接入回路 由圖可以看出：由于兩組TA二次呈反極性連接，且在正常工況下一次電流I=I ，故流入差動元件的電流為零。當定子繞組的某一分支

27、匝間短路或兩分支不同匝間短路時，圖中的一次電流 ，故在差回路中產(chǎn)生差流，保護動作。 交流輸入回路交流輸入回路1圖8A相橫差保護交流接入回路21II智庫電力安全技術(shù)研究中心 發(fā)電機橫差保護發(fā)電機橫差保護裂相橫差保護裂相橫差保護、 在轉(zhuǎn)子兩點接地之后，為避免橫差保護搶先動作，對于裂相橫差保護應(yīng)具有短動作延時。裂相橫差保護的邏輯框圖如圖9所示。 圖9裂相橫差保護邏輯框圖 邏輯框圖邏輯框圖2智庫電力安全技術(shù)研究中心 發(fā)電機橫差保護發(fā)電機橫差保護裂相橫差保護裂相橫差保護、 圖9中的橫差元件，可以采用具有比率制動特性的差動元件，也可以采用像單元件橫差元件那樣的過電流元件。采用過電流元件時，其動作方程為 （

28、6）式中： 差回路中的差流； 差動元件動作電流整定值。采用具有比率制動特性的差動元件時，其動作方程為 式中： 差流， ； 制動電流， ； 初始動作電流； 動作方程及動作特性動作方程及動作特性3opdIIdIopI)()(zozZdzodzozdzodIIKIIIIIIIdI21IIIdzI221IIIzdzoI智庫電力安全技術(shù)研究中心 發(fā)電機橫差保護發(fā)電機橫差保護裂相橫差保護裂相橫差保護、 比率制動系數(shù)； 拐點電流； 、 （TA二次值）分別為某相定子繞組分支（或分組）電流。根據(jù)式（6）可以劃出如圖10所示的動作特性。圖圖1010裂相橫差保護的動作特性裂相橫差保護的動作特性在圖10中：各種符號的

29、物理意義同式（6）。 動作方程及動作特性動作方程及動作特性3zKzoI1I2I、 智庫電力安全技術(shù)研究中心 發(fā)電機橫差保護發(fā)電機橫差保護裂相橫差保護裂相橫差保護、 u 采用過電流元件時采用過電流元件時動作電流應(yīng)按躲過區(qū)外不對稱短路時產(chǎn)生的最大不平衡差流來整定。 （7）式中： 可靠系數(shù)，取1.151.2； 兩側(cè)TA的10%誤差，取0.1； 通道傳輸及調(diào)整誤差，取0.1； 不對稱短路時，由于轉(zhuǎn)子偏心造成的誤差取0.1。將以上各數(shù)據(jù)代入式（7），可得 可取 整定計算整定計算4、 )2(max321)(21KHopIKKKKIHK1K2K3K)2(max)36. 0345. 0(21KopII)2(m

30、ax2 . 0KI智庫電力安全技術(shù)研究中心 發(fā)電機橫差保護發(fā)電機橫差保護裂相橫差保護裂相橫差保護、 u 采用具有比率制動特性的差動元件時采用具有比率制動特性的差動元件時 對其定值的整定，主要是確定最小動作電流 ，拐點電流 及比率制動系數(shù)。A A、最小動作電流、最小動作電流 按躲過正常工況下產(chǎn)生的最大不平衡電流來整定。 （8）式中： 可靠系數(shù)，取1.52； 兩側(cè)TA變比誤差，取0.15； 氣隙磁場不均勻產(chǎn)生的誤差，取0.15； 保護裝置通道傳輸及調(diào)整誤差，取0.15。代入式（8）可得 （0.45） ，可取0.40.5 。 整定計算整定計算4、 dzoIeHdzoIKKKKI)(21321HK1K

31、2K3KdzoIeIeI智庫電力安全技術(shù)研究中心 發(fā)電機橫差保護發(fā)電機橫差保護裂相橫差保護裂相橫差保護、 u 采用具有比率制動特性的差動元件時采用具有比率制動特性的差動元件時B B、拐點電流、拐點電流 在額定工況下，保護的制動電流約為0.5 ，因此，拐點電流可取（0.20.5） 。C C、比率制動系數(shù)、比率制動系數(shù) 比率制動系數(shù) 可取0.4-0.5。 一般情況，比起縱差保護，裂相橫差保護的拐點電流定值要小，啟動值要大 整定計算整定計算4、 zoIeIeIzKzK智庫電力安全技術(shù)研究中心縱向零序電壓式定子匝間保護縱向零序電壓式定子匝間保護交流接入回路交流接入回路、 縱向零序電壓式匝間保護的接入電

32、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，而應(yīng)通過高壓電纜與發(fā)電機中性點連接起來。保護裝置的交流接入回路如圖10所示。 圖圖1010縱向零序電壓式匝間保護交流接入回路縱向零序電壓式匝間保護交流接入回路在圖10中：對保護接入專用TV二次電壓的目的是用于TV斷線閉鎖。、 智庫電力安全技術(shù)研究中心縱向零序電壓式定子匝間保護縱向零序電壓式定子匝間保護邏輯框圖邏輯框圖、 為防止專用TV一次斷線時匝間保護誤動，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

33、采用負序功率增量方向元件閉鎖的）。對于微機型保護裝置，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11所示。、 圖圖1111發(fā)電機縱向零序電壓式匝間保護邏輯框圖發(fā)電機縱向零序電壓式匝間保護邏輯框圖智庫電力安全技術(shù)研究中心縱向零序電壓式定子匝間保護縱向零序電壓式定子匝間保護專用專用TV斷線閉鎖元件斷線閉鎖元件、 反映TV二次三相電壓向量和的比較式TV斷線閉鎖裝置，是按對專用TV及普通TV二次三相電壓的向量和進行絕對值比較的原理構(gòu)成。其動作方程為 （9） （10）在式（9）和（10）中： 、 、 專用TV二次三相電壓； 、 、 普通TV二次三相電壓。式（9）表示專用TV一次斷線；式（10

34、）表示普通TV一次斷線。 正常工況下，TV二次三相平衡，其向量之和近似等于零。當專用TV一次某相斷線時 V，而普通TV二次 。反之，當普通TV一次斷線時， ，而 V。因此，式（9）及式（10）能正確反應(yīng)TV一次斷線。 但是，由于專用TV一次中性點不接地，而普通TV一次中性點直接接地，當發(fā)電機定子繞組發(fā)生單相接地時，斷線閉鎖元件將誤判普通TV斷線。、 三相電壓向量和比較式三相電壓向量和比較式1cbaCBAUUUUUUcbaCBAUUUUUUAUBUCUaUbUcU57CBAUUU0cbaUUU0CBAUUU57cbaUUU智庫電力安全技術(shù)研究中心縱向零序電壓式定子匝間保護縱向零序電壓式定子匝間保

35、護專用專用TV斷線閉鎖元件斷線閉鎖元件、 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 、 及 的原理構(gòu)成。其動作邏輯框圖如圖12所示。 圖圖1212電壓平衡式電壓平衡式TVTV斷線閉鎖邏輯框圖斷線閉鎖邏輯框圖在圖12中： 差壓整定值； 、 、 專用TV與普通TV二次同名相間電壓之差； 取 、 、 中的最大者； U2 普通TV二次的負序電壓。、 電壓平衡式原理電壓平衡式原理2UabUbcUcaUcabcabUUUmaxabUbcUcaU智庫電力安全技術(shù)研究中心縱向零序電壓式定子匝間保護縱向零序電壓式定子匝間保護負序功率方向負序功率方向、 負序功率方向元件的接入電壓為機端普通TV

36、二次三相電壓，接入電流為機端TA二次三相電流。 負序功率方向元件的作用，是防止區(qū)外故障及因任何原因使專用TV二次次回路異常時匝間保護誤動。為此，其動作方向應(yīng)指向發(fā)電機內(nèi)，當負序功率動作時，允許保護動作。、 智庫電力安全技術(shù)研究中心縱向零序電壓式定子匝間保護縱向零序電壓式定子匝間保護定值整定定值整定、 對縱向零序電壓式匝間保護的整定，主要是確定縱向零序電壓元件的動作電壓，斷線閉鎖元件的差壓，負序電壓元件的動作電壓。、 動作電壓動作電壓3Uo1 動作電壓 的整定原則是：能可靠躲過正常工況下由于發(fā)電機縱向不對稱及TV一次或二次次參數(shù)不一致產(chǎn)生的零序電壓；另外，在定子繞組發(fā)生最少匝間短路時，保護應(yīng)可靠

37、動作。 可取3-10V， 電壓差電壓差U2智庫電力安全技術(shù)研究中心縱向零序電壓式定子匝間保護縱向零序電壓式定子匝間保護定值整定定值整定、 、 負序功率方向元件的動作方向負序功率方向元件的動作方向3 為防止因?qū)Ｓ肨V三次回路異常或一次保險熔斷不干脆使保護誤動，負序功率方向元件的動作方向應(yīng)指向機內(nèi)。 負序電壓元件的動作電壓負序電壓元件的動作電壓4負序電壓元件的動作電壓，應(yīng)保證正常工況不誤動，通常取68V。 時間元件時間元件5躲過電壓變化的暫態(tài)過程，取0.51秒。智庫電力安全技術(shù)研究中心縱向零序電壓式定子匝間保護縱向零序電壓式定子匝間保護提高動作可靠性措施提高動作可靠性措施、 、 為確?？v向零序電壓

38、式匝間保護動作可靠性，除增加一動作小延時及設(shè)置負序功率方向元件之外，尚應(yīng)保證專用TV二次回路滿足反措要求。 在TV二次開口三角回路不應(yīng)設(shè)置保險或隔離刀閘的輔助接點；在TV端子箱TV二次星形和開口三角回路嚴格分開。另外，專用TV一次中性點對地絕緣應(yīng)高，當PT的A、B、C三相一次繞組任一相接地時，不接地相對接地相承受發(fā)電機的相間電壓，中性點承受相電壓，所以，應(yīng)采用全絕緣式TV，一次中性點通過高壓電纜與發(fā)電機中性點聯(lián)接起來，不允許一次中性點接地。智庫電力安全技術(shù)研究中心 定子接地保護定子接地保護發(fā)電機定子單相接地的危害發(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

39、定子繞組接線示意圖及機端電壓向量圖如圖13中的（a）、（b）所示。 （a） （b） 圖圖1313定子繞組接線示意圖及電壓向量圖定子繞組接線示意圖及電壓向量圖智庫電力安全技術(shù)研究中心 定子接地保護定子接地保護零序電壓及安全接地電流零序電壓及安全接地電流、 、 設(shè)定子A相接地，接地點距中性點的電氣距離為 ，則機端對地電壓為 。接地點的零序電壓： 3U0=UA (1)+ (UA)+UB+(UA)+ UC = UA+UB+ UC+3 (UA)= 3UA （11） 由式（11）可以看出，定子單相接地時，發(fā)電機系統(tǒng)的零序電壓與接地點的位置有關(guān)，如圖14所示。接地時的最大電容電流為Icmax=3Ue10-3

40、/(1/wc )（12）圖圖1414零序電壓與接地位置的關(guān)系零序電壓與接地位置的關(guān)系智庫電力安全技術(shù)研究中心 定子接地保護定子接地保護零序電壓及安全接地電流零序電壓及安全接地電流、 、 發(fā)電機電壓發(fā)電機電壓容量容量安全接地電流安全接地電流備注備注6.3KV6.3KV50MW50MW及以下及以下4A4A10.5KV10.5KV50100MW50100MW3A3A13.815.75KV13.815.75KV125200MW125200MW2A2A氫冷發(fā)電機氫冷發(fā)電機2.5A2.5A18KV18KV以上以上300600MW300600MW1A1A對于不同電壓等級及不同容量的發(fā)電機，其安全接地電流不同

41、。發(fā)電機電壓越高及容量越大，其安全接地電流越小。安全接地電流與發(fā)電機電壓及容量的關(guān)系列于下表。智庫電力安全技術(shù)研究中心 定子接地保護定子接地保護、 、 假設(shè)：發(fā)電機定子繞組對地的分布電容沿發(fā)電機定子繞組均勻分布，其總電容為 ；發(fā)電機出線及連接元件（廠高變高壓側(cè)，主變低壓側(cè)）對地總電容為 ；發(fā)電機的三次諧波電勢為 。若將電容 分成兩等分，其一置于機端，另一置于中性點，則發(fā)電機三次諧波電流流通的等值回路如圖15所示。 圖15三次諧波電量的等級回路 發(fā)電機三次諧波電量的等值回路發(fā)電機三次諧波電量的等值回路1發(fā)電機三次諧波電勢及機端、中性點三次諧波電壓發(fā)電機三次諧波電勢及機端、中性點三次諧波電壓智庫電

42、力安全技術(shù)研究中心 定子接地保護定子接地保護、 、 2發(fā)電機三次諧波電勢及機端、中性點三次諧波電壓發(fā)電機三次諧波電勢及機端、中性點三次諧波電壓3智庫電力安全技術(shù)研究中心 定子接地保護定子接地保護、 、 4 發(fā)電機三次諧波電勢及機端、中性點三次諧波電壓發(fā)電機三次諧波電勢及機端、中性點三次諧波電壓智庫電力安全技術(shù)研究中心 定子接地保護定子接地保護、 、 定子接地保護的種類很多。其中有：l零序電壓式l零序電流式l三次諧波電壓式l疊加直流式l疊加交流式l注入式等等 定子接地保護類別定子接地保護類別1 發(fā)電機定子接地保護發(fā)電機定子接地保護智庫電力安全技術(shù)研究中心 定子接地保護定子接地保護、 、 目前，國

43、內(nèi)采用的零序電流式定子接地保護有兩種。一種用于小機組，另一種用于大機組。小機組零序電流式定子接地保護的原理構(gòu)成接線圖如圖17所示。 零序電流式零序電流式定子接地保護定子接地保護2 發(fā)電機定子接地保護發(fā)電機定子接地保護用于大機組零序電流式定子接地保護的原理接線圖如圖18所示。圖17零序電流式定子接地保護構(gòu)成示意圖圖18零序電流式定子接地保護構(gòu)成示意圖智庫電力安全技術(shù)研究中心 定子接地保護定子接地保護、 、 疊加式定子接地保護有兩類，其一是疊加直流式，另一是疊加低頻交流式（例如疊加一12.5Hz的低頻電壓）。 疊加式定子接地保護的優(yōu)點是：動作靈敏度高（特別是疊加直流式）及無死區(qū)（100%定子接地保

44、護）。缺點是構(gòu)成復(fù)雜，需要一套外加電源。 疊加式疊加式定子接地保護定子接地保護3 發(fā)電機定子接地保護發(fā)電機定子接地保護智庫電力安全技術(shù)研究中心 定子接地保護定子接地保護、 、 零序電壓式定子接地保護的零序電壓，可取自機端TV二次開口三角電壓，也可取自發(fā)電機中性點TV二次（或消弧線圈或配電變壓器二次）。其動作邏輯框圖如圖19所示。圖19零序電壓式定子接地保護邏輯框圖 在圖19中： 3Uo零序電壓元件。 當零序電壓元件 3Uo接于至機端TV二次時，為防止TV一次斷線保護誤動，應(yīng)設(shè)置TV斷線閉鎖。 該保護的優(yōu)點是：構(gòu)成簡單，動作可靠，其缺點是有死區(qū)，根據(jù)不同的整定值，在從中性點向機內(nèi)1015%的定子

45、繞組接地時，該保護可能不動作。 零序電壓式零序電壓式定子接地保護定子接地保護4 發(fā)電機定子接地保護發(fā)電機定子接地保護智庫電力安全技術(shù)研究中心 定子接地保護定子接地保護、 、 雙頻式100%定子接地保護的交流接入回路如圖20所示。 圖圖2020雙頻式定子接地保護交流接入回路雙頻式定子接地保護交流接入回路圖20中：TV1中性點電壓互感器（或消弧線圈或配電變壓器）；TV2機端電壓互感器。 多數(shù) 3Uo定子接地保護不引入中性點TV二次電壓，因此，當機端TV一次斷線時，保護要誤動，故需設(shè)置專用的TV斷線閉鎖元件。 交流接入回路交流接入回路1 雙頻式雙頻式100%定子接地保護定子接地保護智庫電力安全技術(shù)研

46、究中心 定子接地保護定子接地保護、 、 （1 1） 定子接地保護的邏輯框圖定子接地保護的邏輯框圖 圖19所示的邏輯框圖為零序電壓取自機端二次開口三角的構(gòu)成形式。當零序電壓取自中性點TV（或消弧線圈或配電變壓器）二次時，由于正常時無零序電壓，斷線不會造成保護誤動，所以不需設(shè)置TV一次斷線閉鎖，故其邏輯框圖為圖21所示。 邏輯框圖邏輯框圖2 雙頻式雙頻式100%定子接地保護定子接地保護圖21零序電壓式定子接地保護邏輯框圖（ 3Uo電壓取自中性點TV或消弧線圈二次）第三種形式保護的邏輯框圖如圖22所示圖22零序電壓式定子接地保護邏輯框圖智庫電力安全技術(shù)研究中心 定子接地保護定子接地保護、 、 邏輯框

47、圖邏輯框圖2 雙頻式雙頻式100%定子接地保護定子接地保護A、動作方程 所謂幅值比較式，是比較中性點三次諧波電壓 與機端三次諧波電壓 的幅值。其動作方程為 （13） 幅值相位比較式，是同時比較中性點三次諧波電壓 與機端三次諧波電壓的大小及相位。其動作方程為 （14）UUKUKNS3331NSNUKUKUK333231B、邏輯框圖三次諧波電壓式定子接地保護的邏輯框圖，如圖15所示。智庫電力安全技術(shù)研究中心 定子接地保護定子接地保護、 、 （3 3）定值的整定）定值的整定A、零序電壓式定子接地保護的整定 邏輯框圖邏輯框圖2 雙頻式雙頻式100%定子接地保護定子接地保護 電壓元件動作電壓整定原則：當

48、保護裝置中有性能良好的三次諧波濾過器時，應(yīng)按躲過正常工況下TV開口或中性點TV二次可能出現(xiàn)的最大基波零序電壓來整定。 （15） 當主變高壓側(cè)發(fā)生接地短路故障時，高壓側(cè)的零序電壓可通過變壓器兩側(cè)的耦合電容傳遞至發(fā)電機系統(tǒng)。當定子接地保護不引入高壓側(cè)零序電壓作為制動量時，其動作延時其動作延時t t，應(yīng)按與主變，應(yīng)按與主變高壓側(cè)接地故障保護的后備段相配合高壓側(cè)接地故障保護的后備段相配合 （16）maxoHopoUKUtttomax高智庫電力安全技術(shù)研究中心 定子接地保護定子接地保護、 、 邏輯框圖邏輯框圖2 雙頻式雙頻式100%定子接地保護定子接地保護 幅值、相位平衡系數(shù)K1 、K2 應(yīng)在發(fā)電機空載

49、額定電壓下或小負荷工況下調(diào)平衡整定。而制動系數(shù)K3 的確定應(yīng)按下述原則進行：水輪發(fā)電機取0.2左右；汽輪發(fā)電機可取0.60.8。智庫電力安全技術(shù)研究中心 定子接地保護定子接地保護、 、 提高雙頻式定子接地保護動作可靠性措施提高雙頻式定子接地保護動作可靠性措施智庫電力安全技術(shù)研究中心 定子接地保護定子接地保護、 、 提高雙頻式定子接地保護動作可靠性措施提高雙頻式定子接地保護動作可靠性措施1 . 03eU1 . 03eU智庫電力安全技術(shù)研究中心電力系統(tǒng)同步穩(wěn)定和失磁保護電力系統(tǒng)同步穩(wěn)定和失磁保護、 、 電力系統(tǒng)同步穩(wěn)定的概念電力系統(tǒng)同步穩(wěn)定的概念 a、靜態(tài)穩(wěn)定 b、暫態(tài)穩(wěn)定 c、動態(tài)穩(wěn)定 靜態(tài)穩(wěn)定

50、問題靜態(tài)穩(wěn)定問題1 靜態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)受到小干擾后，不發(fā)生非周期性失步，自動恢復(fù)到起始運行狀態(tài)的能力。u靜態(tài)穩(wěn)定的判據(jù)之一是： dP/d0 0 對應(yīng)的儲備系數(shù)是： KP = (P JPZ)/PZ100% P J、PZ分別是線路輸送極限功率和正常運行功率。u靜態(tài)穩(wěn)定的判據(jù)之一是： dQ/dU U0 0 對應(yīng)的儲備系數(shù)是： KU = (UZU C)/UZ100% U C、UZ分別是母線的臨界電壓和正常運行電壓。智庫電力安全技術(shù)研究中心電力系統(tǒng)同步穩(wěn)定和失磁保護電力系統(tǒng)同步穩(wěn)定和失磁保護、 、 電力系統(tǒng)同步穩(wěn)定的概念電力系統(tǒng)同步穩(wěn)定的概念 暫態(tài)穩(wěn)定問題暫態(tài)穩(wěn)定問題2 暫態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)受到大干擾

51、后，各同步電機保持同步運行并過渡到新的或恢復(fù)到原有穩(wěn)定運行方式的能力。 動態(tài)穩(wěn)定問題動態(tài)穩(wěn)定問題3 動態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)受到小的或大干擾后，在自動調(diào)節(jié)和控制裝置的作用下，保持長過程的運行穩(wěn)定性的能力。智庫電力安全技術(shù)研究中心電力系統(tǒng)同步穩(wěn)定和失磁保護電力系統(tǒng)同步穩(wěn)定和失磁保護、 、 電力系統(tǒng)同步穩(wěn)定的概念電力系統(tǒng)同步穩(wěn)定的概念 基本公式基本公式4如下是發(fā)電機和系統(tǒng)連接的等值阻抗圖忽略發(fā)電機的損耗，并網(wǎng)運行發(fā)電機的功角特性，如下圖所示。并網(wǎng)運行發(fā)電機的功角特性可得同步發(fā)電機的有功功率的功角特性關(guān)系為：可得同步發(fā)電機的有功功率的功角特性關(guān)系為：P = (EP = (Ed d U Us s sins

52、in)/ (X)/ (Xd d +X +Xs s) )可得同步發(fā)電機的無功功率的功角特性關(guān)系為：可得同步發(fā)電機的無功功率的功角特性關(guān)系為：Q = (EQ = (Ed d U Us s concon)/ (X)/ (Xd d +X +Xs s) )(U(Us s) )2 2/ (X/ (Xd d +X +Xs s) )智庫電力安全技術(shù)研究中心電力系統(tǒng)同步穩(wěn)定和失磁保護電力系統(tǒng)同步穩(wěn)定和失磁保護、 、 電力系統(tǒng)同步穩(wěn)定的概念電力系統(tǒng)同步穩(wěn)定的概念 發(fā)電機和系統(tǒng)失去靜穩(wěn)發(fā)電機和系統(tǒng)失去靜穩(wěn)5 在發(fā)電機正常運行，送電阻抗(Xd +Xs)不變的情況下，原動機出力不可能絕對平穩(wěn)，不可避免的會有小的波動，如

53、果出現(xiàn)有一個微小的瞬時發(fā)生又立即消失的小擾動，例如PT瞬間變大，會導(dǎo)致發(fā)電機運行功角增大，在發(fā)電機運行功角90時，的增大將會使發(fā)電機向系統(tǒng)送出的有功Pm增大，從而求得發(fā)電機的原動力和電磁功率的平衡， PT=Pm， 90后，增加原動機出力，即加大PT，也會導(dǎo)致發(fā)電機運行功角增大，但發(fā)電機有功Pm反而減小。此時，PTPm，不能求得發(fā)電機的原動力和電磁功率的平衡，發(fā)電機運行功角會持續(xù)增大，導(dǎo)致發(fā)電機與系統(tǒng)失步。這種情況稱為發(fā)電機和系統(tǒng)失去靜態(tài)穩(wěn)定。對于通過線路連接的兩個系統(tǒng)，兩個系統(tǒng)內(nèi)的等值機群也可能發(fā)生此類情況。智庫電力安全技術(shù)研究中心電力系統(tǒng)同步穩(wěn)定和失磁保護電力系統(tǒng)同步穩(wěn)定和失磁保護、 、 電

54、力系統(tǒng)同步穩(wěn)定的概念電力系統(tǒng)同步穩(wěn)定的概念 發(fā)電機和系統(tǒng)失去暫定穩(wěn)態(tài)發(fā)電機和系統(tǒng)失去暫定穩(wěn)態(tài)6 發(fā)電機受到大的擾動后，重新穩(wěn)定運行的圖形 下圖中，PT、PMI、PMII、PMIII、0、e、k、max分別表示發(fā)電機原動機功率、正常運行的功角曲線、故障時的功角曲線、故障切除后的功角曲線、正常運行的功角、故障切除前的功角（在e點切除故障），故障切除后的重新穩(wěn)定的功角，功角振蕩時最大功角。 發(fā)電機受到大的擾動后，失去穩(wěn)定運行的圖形智庫電力安全技術(shù)研究中心電力系統(tǒng)同步穩(wěn)定和失磁保護電力系統(tǒng)同步穩(wěn)定和失磁保護、 、 發(fā)電機失磁導(dǎo)致失步發(fā)電機失磁導(dǎo)致失步 發(fā)電機正常運行時，其所對應(yīng)的功角為o 。發(fā)電機穩(wěn)定

55、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 也按指數(shù)減少，功角特性曲線逐漸降低，如圖所示，功角特性由曲線1向2、3、4變化。 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 。由圖可以看出，當功角增大到 90之后，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180 ，此后，發(fā)電機便轉(zhuǎn)入失步運行。發(fā)電機失磁后功角特性的變化智庫電力安全技術(shù)研究中心電力系統(tǒng)同步穩(wěn)定和

56、失磁保護電力系統(tǒng)同步穩(wěn)定和失磁保護、 、 此時，描述發(fā)電機感受阻抗的是等有功阻抗園，其中， ZFDJ 、U J 、I 、U S 、jIXs 、P、Q 、ej、分別表示：發(fā)電機機端阻抗、發(fā)電機機端電壓、發(fā)電機正序電流、系統(tǒng)電壓、發(fā)電機電流在系統(tǒng)阻抗Xs上的壓降、發(fā)電機發(fā)出的有功功率、發(fā)電機發(fā)出的無功功率、ej是單位向量，其幅值為1，與正方向橫軸的夾角為、表示向量(PjQ)和(PjQ)之間的夾角，=2arc tg(Q/P)。 在直角坐標系的阻抗平面中，向量的 直角坐標表示法， 例如：Z =RjX，向量Z的起點是原點。向量的極坐標表示法（起點是原點、幅值、角度），例如：Z =|Z|60園的極坐標表示

57、法：（一個固定的向量加一個角度可變的向量是一個園，例如：Z =RjXA ej，如果向量A、B的連線是圓的直徑，則，該園的圓心位置為(A+B)/2，半徑為(AB)/2）。向量(PjQ)/(PjQ)=1 ej，是一個以原點為圓心，半徑為1的園，=2arc tg(Q/P)，Q、P為變量。 圓的表示方法圓的表示方法發(fā)電機失磁導(dǎo)致失步發(fā)電機失磁導(dǎo)致失步 等圓有功等圓有功1智庫電力安全技術(shù)研究中心電力系統(tǒng)同步穩(wěn)定和失磁保護電力系統(tǒng)同步穩(wěn)定和失磁保護、 、 等有功園變化一直持續(xù)到 。當功角增大到 之后，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，發(fā)電機的有功將會變化，發(fā)電機無功Q

58、 = (Ed Us con)/ (Xd +Xs)(Us)2/ (Xd +Xs)，在 時，發(fā)電機處于失步的臨界狀態(tài)，無功功率Q =(Us)2/ (Xd +Xs)，無論有功狀態(tài)如何，只要無功功率Q =(Us)2/ (Xd +Xs)，發(fā)電機都面臨失步，所以稱為等無功園：園心坐標: 0、j(XdXs)/ 2，園的半徑：| (Xd +Xs)/ 2|發(fā)電機失磁導(dǎo)致失步發(fā)電機失磁導(dǎo)致失步 等無功園（臨界失步園）等無功園（臨界失步園）2智庫電力安全技術(shù)研究中心電力系統(tǒng)同步穩(wěn)定和失磁保護電力系統(tǒng)同步穩(wěn)定和失磁保護、 、 機組失磁以后，經(jīng)過一段時間，最終會落在失步阻抗園中，失步阻抗園的園心坐標: 0、j(Xd+X

59、d )/ 2，園的半徑：|(XdXd )/ 2|園心坐標: 0、j(Xd+Xd )/ 2，園的半徑：|(XdXd )/ 2|發(fā)電機失磁導(dǎo)致失步發(fā)電機失磁導(dǎo)致失步 失步阻抗園失步阻抗園3智庫電力安全技術(shù)研究中心電力系統(tǒng)同步穩(wěn)定和失磁保護電力系統(tǒng)同步穩(wěn)定和失磁保護、 、 發(fā)電機失磁之后，轉(zhuǎn)子原有的直流勵磁電流消失，發(fā)電機定子也不能切割轉(zhuǎn)子的磁場，轉(zhuǎn)子缺少定子切割磁場的阻力以后就會加速，導(dǎo)致發(fā)電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速大于同步速度，與定子旋轉(zhuǎn)磁場之間形成滑差S。轉(zhuǎn)子將切割定子的旋轉(zhuǎn)磁場，并在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生新的勵磁電流，定子線圈切割轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生新的勵磁電流后產(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

60、功率與轉(zhuǎn)差的關(guān)系如圖所示。園心坐標: 0、j(Xd+Xd )/ 2，園的半徑：|(XdXd )/ 2|圖：發(fā)電機異步功率隨轉(zhuǎn)差S的變化發(fā)電機失磁導(dǎo)致失步發(fā)電機失磁導(dǎo)致失步 發(fā)電機失磁導(dǎo)致的失步運行發(fā)電機失磁導(dǎo)致的失步運行4智庫電力安全技術(shù)研究中心電力系統(tǒng)同步穩(wěn)定和失磁保護電力系統(tǒng)同步穩(wěn)定和失磁保護、 、 1、主判據(jù)是阻抗園，阻抗園由機端電壓電流經(jīng)過運算構(gòu)成，包含了低電壓、無功進相等因素，一般采用臨界失步園和失步園。2、輔助判據(jù)為系統(tǒng)低電壓（或機端低電壓），勵磁低電壓。其主要作用為：a、系統(tǒng)低電壓（或機端低電壓）：在失磁引起系統(tǒng)電壓很低時，快速跳閘。b、勵磁低電壓：在系統(tǒng)振蕩時，勵磁電壓不會降低