發(fā)電機微機繼電保護原理

1、第二章 發(fā)電機微機繼電保護原理1縱差保護（含TA斷線閉鎖） （相間短路）2定子繞組橫差保護保護 (匝間短路)3100%的定子接地保護（定子單相接地）4. 外部短路的過流保護（后備保護）5. 負序過電流保護（轉(zhuǎn)子表面過熱保護）6. 定子繞組過負荷保護6. 轉(zhuǎn)子繞組接地保護、失磁保護、過負荷保護7. 失步保護8. 逆功率、過勵磁、低頻率保護等發(fā)電機定子繞組短路故障的特點相間短路最嚴重主要有五種情況單相接地電弧引發(fā)相間短路相間絕緣擊穿短路單相接地對地電壓升高，引發(fā)另一點接地發(fā)電機端部相間短路同一相匝間短路一.比率制動式縱差動保護外部短路不誤動躲最大不平衡電流；內(nèi)部短路靈敏度高定值要低；動作值動作值(

2、 (電流電流) )隨外部短路電流增大而自動增隨外部短路電流增大而自動增大稱為比率制動特性。大稱為比率制動特性。 動作量： Id=|I1+I2| 制動量： Ires=|（I1-I2）/2| 動作條件：IdId.min (IresIres.min) Id Id.min+K*(Ires-Ires.min) (IresIres.min)K為制動特性斜率K=tg。 Id.min躲最大負荷下不平衡電流(0.10.2)I2n。Ires.min一般I2n,外部短路時呈比率制動特性。制動線斜率 K=tg；經(jīng)驗整定。外部短路時有制動。比率制動特性曲線IdIres.minId.minIres二.標積制動式縱差動保護

3、動作量制動量動作方程221IIIdcos21IIkIresrescos21221IIkIIres 標積制動式與比率制動式區(qū)別區(qū)外短路時，180，cos=1，動作量為零，而制動量達最大值KresI2，保護可靠不動作。區(qū)內(nèi)短路時，0，cos1，制動量為負，負值的制動量即為動作量，即此時動作量為(I1+I2)2KresI1I2，制動量為零，大大地提高了保護動作的靈敏度。 標積制動式與比率制動式區(qū)別當發(fā)電機單機送電或空載運行時發(fā)生區(qū)內(nèi)故障，因機端無電流，制動量為零，動作量為I22，保護仍能靈敏動作。而比率制動式差動保護在這種情況下會有較大的制動量，降低了保護的靈敏度。三.發(fā)電機縱差動保護動作邏輯1.單

4、相縱差動保護的動作邏輯一相差動動作：TA斷線閉鎖三.發(fā)電機縱差動保護動作邏輯2.循環(huán)閉鎖方式動作邏輯相間短路必有多個差動動作，單個為TA斷線防機內(nèi)一點機外一點故障誤認TA斷線，用負序電壓判。（斷線無U2）四.發(fā)電機不完全縱差動保護接線發(fā)電機每相繞組有兩個或多個并聯(lián)分支時，取中性點側(cè)部分分支電流構(gòu)成差動保護。發(fā)電機內(nèi)部發(fā)生相間和匝間短路或繞組開焊故障均會有差流，超過定值時可動作切除故障。第二節(jié)發(fā)電機定子繞組匝間短路保護 一發(fā)電機單元件橫差動保護把發(fā)電機定子繞組接成兩個星形，一個電流互感器把發(fā)電機定子繞組接成兩個星形，一個電流互感器連接于兩個星形中性點連線中。即把兩個星形的三相連接于兩個星形中性點

5、連線中。即把兩個星形的三相電流之和進行比較。電流之和進行比較。 發(fā)生匝間短路時，兩個星形中性點連線中將有環(huán)流流過，使保護動作。一發(fā)電機單元件橫差動保護 采用電流互感器連接于兩個星形中性點連線方式存在問題： 發(fā)電機均有三次諧波電勢，若兩支路E3不相等，則連線中會有環(huán)流。 處理方法： 增加三次諧波濾除器，削弱三次諧波；二、 縱向零序電壓式定子繞組匝間短路保護1. 基本原理 匝間短路時縱向不對稱匝間短路時縱向不對稱( (相對于中性點，不是地相對于中性點，不是地) )。 用專用的用專用的TVTV一次側(cè)中性點和發(fā)電機中性點直接連接一次側(cè)中性點和發(fā)電機中性點直接連接( (不接不接地地) )。縱向零序電壓。

6、縱向零序電壓( (相對中性點相對中性點) ) 2. 負序功率方向元件 區(qū)外故障負序功率流向發(fā)電機，閉鎖匝間保護NP2二、 縱向零序電壓式定子繞組匝間短路保護2. 專用電壓互感器接線 設(shè)A相匝間短%，相差仍120000120120(1)ANAjBNBjCNCUEEUEEeUEEe- -= = =- -= = = = =縱向零序電壓03ANBNCNUUUUE= =+ + += = - -3負序功率方向閉鎖 用于區(qū)外短路時，防止匝間短路保護誤動。 不同故障情況下，機端的負序功率方向 區(qū)內(nèi)故障； (b)區(qū)外故障； (圖內(nèi)I2為正方向，實際相反） (c)匝間短路 第三節(jié) 發(fā)電機定子繞組單相接地保護 一發(fā)

7、電機定子繞組單相接地時的基波零序電壓和電流 (1)ADABDBACDCAUEUEEUEE= =- -= =- -= =- -k0ADBDCDA1()3UUUUE 第三節(jié) 發(fā)電機定子繞組單相接地保護 一 發(fā)電機定子繞組單相接地時的基波零序電壓和電流定子繞組單相接地時電容電流當中性點不接地時，故障點的接地電流為當中性點經(jīng)消弧線圈接地時，故障點的接地電流為總電容為定值，一般采用欠補償運行方式 3KfwAIjCCE= = - -+ +（）kfwA1j3 ()ICCEL二、利用零序電壓構(gòu)成定子繞組單相接地保護定子繞組單相接地故障時出現(xiàn)3U0(對地)隨接地故障點的位置不同而變化，取動作電壓為10V時,保護

8、區(qū)為90% 。為提高靈敏度應(yīng)濾掉三次諧波；動作延時應(yīng)大于系統(tǒng)中接地的后備保護動作延時。二利用零序電壓構(gòu)成的定子繞組單相接地保護3U03U0取自發(fā)電機出口取自發(fā)電機出口TVTV或中性點接或中性點接地配變二次側(cè)。動作區(qū)機端向中性點地配變二次側(cè)。動作區(qū)機端向中性點85-90%85-90%。影響因素：n TV一次側(cè)斷線的閉鎖措施。n 發(fā)電機的三次諧波電勢，需有三次諧波濾除功能。n 機端三相TV各相間的變比誤差；n 發(fā)電機電壓系統(tǒng)中三相對地絕緣不一致；n 主變壓器高壓側(cè)發(fā)生接地故障時由變壓器傳遞到發(fā)電機的系統(tǒng)零序電壓。發(fā)電機定子單相接地極有可能發(fā)展成為匝間短路、相間短路和兩點接地短路。大型發(fā)電機中性點高

9、阻抗(配電變壓器,二次側(cè)接小電阻)可限制暫態(tài)過電壓)接地。定子繞組單相接地故障，要求保護有100%的保護范圍。動作于短延時信號、長延時跳閘全停。 三 、發(fā)電機定子接地100%的保護。（1）利用發(fā)電機固有三次諧波電勢在發(fā)電機端或中利用發(fā)電機固有三次諧波電勢在發(fā)電機端或中性點側(cè)單相接地時三次諧波電壓的比值變化實現(xiàn)保性點側(cè)單相接地時三次諧波電壓的比值變化實現(xiàn)保護。護。（2）附加直流或低頻（25HZ）電源，從機端電壓互感器注入電流，定子單相接地時反映電流增大而動作；（3）發(fā)電機中性點加裝固定工頻偏移電壓， 10% 15%發(fā)電機相電壓，中性點引出線加裝零序電流互感器。當發(fā)電機定子單相接地時，由偏移電壓加

10、大接地電流而動作； 利用三次諧波電壓構(gòu)成的發(fā)電機定子繞組單相接地保護 。 利用發(fā)電機固有三次諧波電勢在發(fā)電機端或中性點側(cè)單相接地時三次諧波電壓的比值變化實現(xiàn)保護。1。三次諧波電勢分布特點 發(fā)電機對地電容等效在中性點和機端，引出線、變壓器等電容也等效。33)(22ECCCCUWOfWOfN33)(2ECCCUWOfOfS1。三次諧波電勢分布特點 正常運行機端三次諧波電壓與中性點側(cè)正常運行機端三次諧波電壓與中性點側(cè)三次諧波電壓之比恒小于三次諧波電壓之比恒小于1。1)2(33WOfOfNSCCCUU33)(22ECCCCUWOfWOfN33)(2ECCCUWOfOfS1。三次諧波電勢分布特點 正常運

11、行機端三次諧波電壓與中性點側(cè)正常運行機端三次諧波電壓與中性點側(cè)三次諧波電壓之比恒小于三次諧波電壓之比恒小于1。當發(fā)電機中性點采用消弧線圈時，中性點的三次諧波電壓更大。1。三次諧波電勢分布特點設(shè)當發(fā)電機距中性點處發(fā)生金屬性單相接地時，有33EUN33)1 (EUS133NUUS US3、UN3隨變化的關(guān)系：133NSUU當當UN3133NSUU2。反應(yīng)三次諧波電壓比值反應(yīng)三次諧波電壓比值 和基波零序電壓構(gòu)成和基波零序電壓構(gòu)成100%定定子接地保護子接地保護 33sNUU 利用機端三次諧波電壓利用機端三次諧波電壓US3作為動作量，用中性作為動作量，用中性點側(cè)三次諧波電壓點側(cè)三次諧波電壓UN3作為制

12、動量，當作為制動量，當US3 UN3為為保護動作條件，在正常運行時不會動作；當接地發(fā)保護動作條件，在正常運行時不會動作；當接地發(fā)生在近中性點側(cè)，有較高靈敏性。保護范圍中性點生在近中性點側(cè)，有較高靈敏性。保護范圍中性點側(cè)側(cè)50%。 利用機端電壓互感器開口三角形上引出的基波零利用機端電壓互感器開口三角形上引出的基波零序電壓，構(gòu)成反映序電壓，構(gòu)成反映15%以上范圍的單相接地故障。以上范圍的單相接地故障。接地故障越接近機端，靈敏性越高。接地故障越接近機端，靈敏性越高。 利用兩者的組合，構(gòu)成利用兩者的組合，構(gòu)成100%定子接地保護定子接地保護 。2。反應(yīng)三次諧波電壓比值反應(yīng)三次諧波電壓比值 和基波零序電

13、和基波零序電壓構(gòu)成壓構(gòu)成100%定子接地保護定子接地保護 33sNUU 第四節(jié) 發(fā)電機的負序過電流保護一負序過電流保護的作用負序過電流引起轉(zhuǎn)子過熱(產(chǎn)生100Hz振動)(主保護)；鄰元件不對稱短路的后備保護(靈敏度高) 。二兩段式負序過流過負荷保護 躲過長期允許負序電流，延時t2(510s)發(fā)信號。躲短時允許負序電流，延時t1(35s)跳閘。不能和發(fā)熱允許負序電流曲線很好配合 不能反應(yīng)負序電流變化時轉(zhuǎn)子的熱積累過程。I2*0.50.1tt2t1三 .反時限負序過流保護發(fā)熱量與負序電流平方和持續(xù)時間的乘積負序電流平方和持續(xù)時間的乘積成正比為反時限特性,定時限保護不能正確反應(yīng)熱積累過程,因此采用負

14、序反時限過流保護作為轉(zhuǎn)子過熱的主保護.上限定時限上限定時限：I2I2up(2.0) tup=1.0s時限與高壓側(cè)出線快速保護配合;下限定時限下限定時限：I2I2m負序反時限過流保護啟動值。長延時t1跳閘解列。反時限反時限： I2mI2I2ms延時ts發(fā)信號 第五節(jié) 發(fā)電機失磁保護 勵磁機勵磁變 1。發(fā)電機轉(zhuǎn)子短路故障 2。勵磁機、勵磁變故障 3。整流器故障 4。滅磁開關(guān)誤動作 失磁原因： 一、 發(fā)電機失磁過程 1。發(fā)電機失磁 Eq 2。電磁轉(zhuǎn)矩 900 4。發(fā)電機電勢 系統(tǒng)電壓 Q失去靜態(tài)穩(wěn)定從系統(tǒng)吸收從系統(tǒng)吸收 5。發(fā)電機異步運行 Py向系統(tǒng)發(fā)出向系統(tǒng)發(fā)出 6。發(fā)電機減少功率輸出 Py 7。

15、異步運行，功率平衡 發(fā)電機失磁異步運行影響：(1) 需要從電力系統(tǒng)中吸收很大的無功功率以建立發(fā)電機的磁場。失磁前帶的有功功率越大，失磁后轉(zhuǎn)差就越大，所吸收的無功功率也就越大，將因過電流使定子過熱。(2) 從電力系統(tǒng)中吸收無功功率將引起電力系統(tǒng)的電壓下降，從而破壞了負荷與各電源間的穩(wěn)定運行，甚至可能因電壓崩潰而使系統(tǒng)瓦解。 發(fā)電機失磁異步運行影響：(3) 在轉(zhuǎn)子及勵磁回路中將產(chǎn)生頻率為fg - fs的交流電流，即差頻電流。差頻電流在轉(zhuǎn)子回路中產(chǎn)生的損耗，將使轉(zhuǎn)子過熱。(4) 有功功率要發(fā)生周期性擺動。有很大的電磁轉(zhuǎn)矩周期性地作用在發(fā)電機軸系上，引起機組振動。 發(fā)電機失磁異步運行影響：(5) 低勵

16、磁或失磁運行時，定子端部漏磁增加，將使端部和邊段鐵芯過熱，這一情況通常是限制發(fā)電機失磁異步運行能力的主要條件。二發(fā)電機失磁后的機端測量阻抗 1。正常運行機端測量阻抗 dSsinE UPX2dSScosE UUQXX等有功阻抗圓 二發(fā)電機失磁后的機端測量阻抗 2。臨界失步點（靜穩(wěn)阻抗邊界圓、等無功圓） 臨界失步阻抗圓 XUsQ2圓內(nèi)為靜失穩(wěn) 二發(fā)電機失磁后的機端測量阻抗 3。異步運行 異步阻抗圓 2ad2g12ad2jjjjRXXsZXRXXs 二發(fā)電機失磁后機端測量阻抗 4。變化軌跡 三失磁保護轉(zhuǎn)子判據(jù) 1。UfdKset(PPt) 整定值隨P變化 P 輸出有功 Pt 凸極功率2。UfdUsetKrel U2.unb.N U2.unb.N發(fā)