第八章發(fā)電機保護

1、第八章第八章 發(fā)電機保護發(fā)電機保護第一節(jié)第一節(jié) 發(fā)電機的故障類型、不正常運行狀態(tài)及相應發(fā)電機的故障類型、不正常運行狀態(tài)及相應的保護方式的保護方式第二節(jié)第二節(jié) 發(fā)電機定子繞組短路故障的保護發(fā)電機定子繞組短路故障的保護第三節(jié)第三節(jié) 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第四節(jié)第四節(jié) 發(fā)電機的負序過電流保護發(fā)電機的負序過電流保護第五節(jié)發(fā)電機的失磁保護第五節(jié)發(fā)電機的失磁保護8.1 8.1 發(fā)電機的故障類型、不正常運行方式及相應的保發(fā)電機的故障類型、不正常運行方式及相應的保護方式護方式（1）繞組同相同分支匝間短路）繞組同相同分支匝間短路（2）繞組同相不同分支匝間短路）繞組同相不同分支匝

2、間短路包括有：包括有：反應不對稱短反應不對稱短路或三相負荷不路或三相負荷不對稱時，發(fā)電機對稱時，發(fā)電機定子繞組中出現(xiàn)定子繞組中出現(xiàn)的負序電流的負序電流總結(jié)總結(jié) 發(fā)電機短路故障的主保護發(fā)電機短路故障的主保護 縱差保護、橫差保護縱差保護、橫差保護 發(fā)電機定子繞組匝間保護（縱向零序電壓保護匝間保發(fā)電機定子繞組匝間保護（縱向零序電壓保護匝間保護及負序功率方向保護）護及負序功率方向保護） 轉(zhuǎn)子兩點接地保護、勵磁機縱差保護轉(zhuǎn)子兩點接地保護、勵磁機縱差保護 發(fā)電機短路故障的后備保護發(fā)電機短路故障的后備保護 復壓閉鎖過流保護復壓閉鎖過流保護 對稱過流及過負荷保護、不對稱過流及過負荷保護對稱過流及過負荷保護、不

3、對稱過流及過負荷保護 轉(zhuǎn)子過流及過負荷保護、帶記憶的低壓閉鎖過流保護轉(zhuǎn)子過流及過負荷保護、帶記憶的低壓閉鎖過流保護 其他故障保護：其他故障保護：發(fā)電機單相接地保護、發(fā)電機失磁保護發(fā)電機單相接地保護、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：發(fā)電機過電壓保護、過激磁保護、發(fā)電機過電壓保護、過激磁保護、逆功率保護、定子過負荷保護等逆功率保護、定子過負荷保護等正常運行及外部故障時：正常運行及外部故障時：02121IInInITATAmax.21unTATAInInI1K1ITAnI1TAnI22I8.28.2 發(fā)電機定子繞組短路故障的保護發(fā)電機定子繞組短路故障的保護一、縱差保護：一、縱

4、差保護：發(fā)電機發(fā)電機相間短路相間短路的主保護的主保護1、基本原理、基本原理保護區(qū)內(nèi)故障：保護區(qū)內(nèi)故障：2K1ITAnI1TAnI22ITAdnII/2TAkTATAnIIIKIKI22122111）正常運行情況下，）正常運行情況下，CT 斷線不能誤動斷線不能誤動整定：整定：2 2）躲開外部故障的最大不平衡電流躲開外部故障的最大不平衡電流 3 3）容量）容量100MW100MW的發(fā)電機，推薦采用比例制動的差的發(fā)電機，推薦采用比例制動的差動繼電器動繼電器 2min.setksenIIK校驗：校驗：2 2、比率制動式縱差動保護、比率制動式縱差動保護IN.GIN.G引入發(fā)電機引入發(fā)電機定子機端和中性點

5、的全部相電流定子機端和中性點的全部相電流 和和3 3、完全差動保護、完全差動保護在定子繞組發(fā)生同相匝間短路時兩電流仍然相等，保護將在定子繞組發(fā)生同相匝間短路時兩電流仍然相等，保護將不能動作不能動作1I2I4 4、不完全差動保護、不完全差動保護引入發(fā)電機的引入發(fā)電機的中性點側(cè)部分分支電流中性點側(cè)部分分支電流 構(gòu)成縱構(gòu)成縱差保護，選擇適當?shù)牟畋Ｗo，選擇適當?shù)腡A變比，也可以保證正常運變比，也可以保證正常運行及區(qū)外故障時沒有差流，而在發(fā)生發(fā)電機相間與行及區(qū)外故障時沒有差流，而在發(fā)生發(fā)電機相間與匝間短路時均會形成差流，當超過定植時，可切除匝間短路時均會形成差流，當超過定植時，可切除故障，這種差動保護被

6、稱為不完全縱差動保護故障，這種差動保護被稱為不完全縱差動保護2I二、橫二、橫差保護：差保護：發(fā)電機發(fā)電機匝匝間短路間短路的主保，的主保，同時也反應相間短路同時也反應相間短路 適用于大容量機組（每相有并聯(lián)分支）適用于大容量機組（每相有并聯(lián)分支）越大，環(huán)流越大，繼電器的越大，環(huán)流越大，繼電器的電流越大；電流越大；越小，環(huán)流越小，越小，環(huán)流越小，繼電器的電流越小繼電器的電流越小裂相橫差保護：每相分別裝設電流互感器（共裂相橫差保護：每相分別裝設電流互感器（共6個）個）和繼電器（共和繼電器（共3個）個） 缺點：缺點：接線復雜，不平衡電流大；很少采用接線復雜，不平衡電流大；很少采用2 2 、單元件橫差保護

7、、單元件橫差保護優(yōu)點：優(yōu)點：接線簡單；無不平衡電流，起動電流小，靈敏性高。接線簡單；無不平衡電流，起動電流小，靈敏性高。 也能反應定子繞祖上出現(xiàn)的分支開焊故障。也能反應定子繞祖上出現(xiàn)的分支開焊故障。 適用于兩個以上中性點適用于兩個以上中性點引出端子的發(fā)電機引出端子的發(fā)電機三、發(fā)電機縱向零序過電壓保護三、發(fā)電機縱向零序過電壓保護按躲區(qū)外不對稱短路時的最大不平衡電壓整定一般取按躲區(qū)外不對稱短路時的最大不平衡電壓整定一般取2.53V。需性能良好的三次諧波過濾器。需性能良好的三次諧波過濾器防防TAV斷線引起的誤動作斷線引起的誤動作防區(qū)外故障時匝間短路防區(qū)外故障時匝間短路思考題：思考題：1 1、發(fā)電機的

8、完全差動保護為何不反應匝間短路故障，、發(fā)電機的完全差動保護為何不反應匝間短路故障，變壓器差動保護能反應嗎？變壓器差動保護能反應嗎？2 2、發(fā)電機縱差動保護和橫差動保護的特點，作用及、發(fā)電機縱差動保護和橫差動保護的特點，作用及保護范圍。能否互相取代？保護范圍。能否互相取代？答案：答案：n1、發(fā)電機的縱差保護：引入定子端和中性點的全部電、發(fā)電機的縱差保護：引入定子端和中性點的全部電流，在定子繞組發(fā)生同相匝間短路時兩側(cè)電流仍相等，流，在定子繞組發(fā)生同相匝間短路時兩側(cè)電流仍相等，保護將不能動作。保護將不能動作。n變壓器匝間短路時，相當于增加了繞組的個數(shù)，并改變壓器匝間短路時，相當于增加了繞組的個數(shù)，并

9、改變了變壓器的變比，此時變壓器兩側(cè)電流不再相等，變了變壓器的變比，此時變壓器兩側(cè)電流不再相等，流入差動繼電器的電流將不再等于零，所以，變壓器流入差動繼電器的電流將不再等于零，所以，變壓器縱差保護能反應匝間短路故障?？v差保護能反應匝間短路故障。n2、縱差保護：反應發(fā)電機內(nèi)部相間短路的主保護，能、縱差保護：反應發(fā)電機內(nèi)部相間短路的主保護，能快速而靈敏地切除保護范圍內(nèi)部相間短路故障，同時快速而靈敏地切除保護范圍內(nèi)部相間短路故障，同時保證在正常運行及外部故障時動作的選擇性和工作的保證在正常運行及外部故障時動作的選擇性和工作的可靠性，但不能反應匝間短路故障可靠性，但不能反應匝間短路故障n橫差保護：適用于

10、具有多分支的定子繞組且有兩個中橫差保護：適用于具有多分支的定子繞組且有兩個中性點引出端子的發(fā)電機，能反應定子繞組匝間短路，性點引出端子的發(fā)電機，能反應定子繞組匝間短路，分子線棒開焊及機內(nèi)繞組相間短路。分子線棒開焊及機內(nèi)繞組相間短路。n兩者不能互相取代兩者不能互相取代1、發(fā)電機定子繞組單相接地的特點、發(fā)電機定子繞組單相接地的特點8.3 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ACDBDADkACCDABBDAADEUUUUEEUEEUEU)(31)1 ()(0正常情況下正常情況下: : 發(fā)電機三相電壓中的基波零序電壓發(fā)電機三相電壓中的基波零序電壓3U3U0 0很??；很小；單相接地

11、故障時單相接地故障時: : 就出現(xiàn)就出現(xiàn)3U3U0 0 , ,其大小與故障點位置有關(guān)。其大小與故障點位置有關(guān)。AGkEGGjI)(3010)(一、反應于基波零序電壓的接地保護一、反應于基波零序電壓的接地保護整定：躲過發(fā)電機正常整定：躲過發(fā)電機正常運行時發(fā)電機系統(tǒng)產(chǎn)生的運行時發(fā)電機系統(tǒng)產(chǎn)生的最大不平衡零序電壓來整最大不平衡零序電壓來整定定max. 03UKUrelset缺點：缺點：只能保護定子繞組靠近機端的只能保護定子繞組靠近機端的8585% %左右，中性點附近有左右，中性點附近有 死區(qū)。死區(qū)。 適用：適用：發(fā)電機變壓器組接線的大中型機組，發(fā)電機變壓器組接線的大中型機組， 保護動作于發(fā)信號。保護

12、動作于發(fā)信號。正常運行時正常運行時: 機端三次諧波電壓機端三次諧波電壓US3中性點三次諧波電壓中性點三次諧波電壓UN3；單相接地時：單相接地時：US3/UN3（1）/ ， 50%時，時，US3UN3措施：措施：利用發(fā)電機的三次諧波電壓（保護中性點附近的利用發(fā)電機的三次諧波電壓（保護中性點附近的15）3、利用基波另需電壓和、利用基波另需電壓和3次諧波電壓構(gòu)成的次諧波電壓構(gòu)成的100%定子單相接地保護定子單相接地保護（1 1）、發(fā)電機）、發(fā)電機3 3次諧波電勢的分布特點次諧波電勢的分布特點正常運行時：正常運行時：正常運行時：發(fā)電機中性點經(jīng)消弧線圈接地時正常運行時：發(fā)電機中性點經(jīng)消弧線圈接地時所以：

13、正常運行時，盡管發(fā)電機的所以：正常運行時，盡管發(fā)電機的E3隨著發(fā)電機的隨著發(fā)電機的結(jié)構(gòu)及運行情況而改變，但是總有結(jié)構(gòu)及運行情況而改變，但是總有Us3UN3發(fā)電機內(nèi)部單相接地：發(fā)電機內(nèi)部單相接地：當當aUN3故障越靠近發(fā)電機出線端時，靈敏度越高故障越靠近發(fā)電機出線端時，靈敏度越高故障越接近中性點時，保護故障越接近中性點時，保護的靈敏的越高的靈敏的越高 8.4 8.4 發(fā)電機的負序過電流保護發(fā)電機的負序過電流保護一、電流電壓保護發(fā)電機后備保護：低電壓起動的過電流保護、發(fā)電機后備保護：低電壓起動的過電流保護、 復合電壓起動的過電流保護、復合電壓起動的過電流保護、 負序電流加單相式低電壓起動的過電流保

14、護、負序電流加單相式低電壓起動的過電流保護、 阻抗保護。阻抗保護。反應三相短路反應三相短路I 段：段： 0.5 Ie.f、4 4s s 動作于跳閘；動作于跳閘；II 段：段： 0.1 Ie.f、1010s s 動作于信號。動作于信號。二、負序電流保護 5 5萬萬kW 負序電流的危害：在轉(zhuǎn)子本體和各部件上感應電流，導致轉(zhuǎn)負序電流的危害：在轉(zhuǎn)子本體和各部件上感應電流，導致轉(zhuǎn)子過熱，甚至燒傷轉(zhuǎn)子。子過熱，甚至燒傷轉(zhuǎn)子。作用：定子三相負荷不對稱引起轉(zhuǎn)子過熱的主保護；作用：定子三相負荷不對稱引起轉(zhuǎn)子過熱的主保護； 外部不對稱短路的后備保護。外部不對稱短路的后備保護。AtIdtit22022原理：原理：A

15、是發(fā)電機型式和冷卻方式有關(guān)的常數(shù)，是發(fā)電機型式和冷卻方式有關(guān)的常數(shù)，一般采用制造商提供的數(shù)據(jù)一般采用制造商提供的數(shù)據(jù)8.5 8.5 發(fā)電機的失磁保護發(fā)電機的失磁保護 發(fā)電機失磁故障發(fā)電機失磁故障指勵磁突然全部消失或部分消失指勵磁突然全部消失或部分消失 失磁原因：失磁原因： （1 1）勵磁回路開路，勵磁繞組斷線）勵磁回路開路，勵磁繞組斷線 滅磁開關(guān)誤動作，滅磁開關(guān)誤動作，勵磁調(diào)節(jié)裝置的自動開關(guān)誤動，可控硅勵磁裝置中部勵磁調(diào)節(jié)裝置的自動開關(guān)誤動，可控硅勵磁裝置中部分元件損壞分元件損壞 （2 2） 勵磁繞組由于長期發(fā)熱，絕緣老化或損壞引起勵磁繞組由于長期發(fā)熱，絕緣老化或損壞引起短路短路 （3 3）

16、運行人員調(diào)整等。運行人員調(diào)整等。 一、發(fā)電機失磁運行及其產(chǎn)生的影響一、發(fā)電機失磁運行及其產(chǎn)生的影響sindSSdxxUEPsdSdSSdxxUxxUEQ2cos功角特性關(guān)系：功角特性關(guān)系：)(22acTJPPPdtdT電氣角加速度電氣角加速度 TPPacP22dtdJT原動機功率原動機功率 同步功率同步功率 異步功率異步功率 機組機組的慣性時的慣性時間常數(shù)間常數(shù)轉(zhuǎn)子運動方程：轉(zhuǎn)子運動方程：I發(fā)電機失磁故障的危害發(fā)電機失磁故障的危害：對電力系統(tǒng)：對電力系統(tǒng)：（1 1）吸收）吸收Q Q，U U。無功儲備不足，。無功儲備不足，系統(tǒng)不穩(wěn)定，將因電壓崩潰系統(tǒng)不穩(wěn)定，將因電壓崩潰而瓦解而瓦解（2 2） （

17、3 3）失磁失磁失步失步振蕩振蕩甩負荷甩負荷對發(fā)電機：對發(fā)電機：（1）轉(zhuǎn)子中）轉(zhuǎn)子中fG-fs的差頻電流的差頻電流過熱過熱（2 2）轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率 吸吸 定子過電流定子過電流 發(fā)發(fā)熱熱（3）轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速. 振動振動大后備保護動作，故障擴過電流其它發(fā)電機QUs sG Gs sf ff ff fs s. .s ss s) )( (1 1R R. .Q Q2 2 氣輪發(fā)電機：因為氣輪發(fā)電機：因為P Pacac較大，在較大，在s0.5%s0.5%下可穩(wěn)定運行下可穩(wěn)定運行. 可異步運行一段時間可異步運行一段時間 水輪發(fā)電機：水輪發(fā)電機： P Pacac較小較小 s s很大，很大，Q Q ，I I 發(fā)熱厲害，故

18、不允許發(fā)熱厲害，故不允許失磁異步運行失磁異步運行可見：可見：失磁后，若不失步，無直接危害。失步后，對發(fā)電機失磁后，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。及系統(tǒng)有不利影響。故應裝設失磁保護。二、發(fā)電機失磁后的機端測量阻抗二、發(fā)電機失磁后的機端測量阻抗按失磁的物理過程的三個階段，分別為按失磁的物理過程的三個階段，分別為等有功階段、臨界失等有功階段、臨界失步點、異步運行階段步點、異步運行階段 1、失磁后到失步前：、失磁后到失步前： P PQ Qtgtge e2P2PU U) )jxjx2P2PU U( (jXjX) )sesesese(1(12P2PU Ujxjx

19、jQjQP PjQjQP PjQjQP P. .2P2PU UjxjxjQjQP PU UU UU U. .I IU UjxjxI IIjxIjxU UI IU UZ Z1 1j2j22 2S SS S2 2S Ss sj jj j2 2S SS S2 2S SS S2 2S S . .S S. .S S. . .S SS S. . . .S SS S. . .G GG GP基本不變基本不變 等有功過程等有功過程 P P特點特點：（1） 圓的大小與圓的大小與P有關(guān)有關(guān) 圓圓（2） 失磁前，發(fā)電機向系統(tǒng)送無失磁前，發(fā)電機向系統(tǒng)送無功，功，Q為正，為正，f fZ Z位于第位于第象限象限失磁后，隨失

20、磁后，隨Q的變化，的變化，Q由由正變負，正變負， 從從象限象限f fZ ZS Sx x0S Sx xfZ（3） 圓的位置與圓的位置與j有關(guān)，若有關(guān)，若圓心在實軸上，圓心在實軸上，很容易進入第很容易進入第象限象限 可見，失磁后，可見，失磁后， 向第四象限移動，且最終將穩(wěn)定在第四象限內(nèi)向第四象限移動，且最終將穩(wěn)定在第四象限內(nèi)2 2、等無功阻抗圓（臨界失步圓）、等無功阻抗圓（臨界失步圓） j2j2d dd dd dd dS Sj2j22 2S SS S2 2S S. . .G GG Ge e2 2x xx xj j2 2x xx xj jjxjx) )e e(1(1j2Qj2QU UjXjXjQjQ

21、P PU UI IU UZ Z圓周為發(fā)電機以不同的有功功圓周為發(fā)電機以不同的有功功率率P臨界失步時，機端測量阻臨界失步時，機端測量阻抗的軌跡，圓內(nèi)為失步區(qū)。抗的軌跡，圓內(nèi)為失步區(qū)。3 3、發(fā)電機異步運行時的機端測量阻抗、發(fā)電機異步運行時的機端測量阻抗 S SS)S)(1(1R R2 2) )x xj j( (x xs sR R) )j jx xs sR R( (j jx x j jx xZ Z2 2a ad d2 22 22 2a ad d1 1G GS d d2 2a ad d2 2a ad df fj jx xx xx xx xx xj jZ Z0Sd da ad d1 1f fj jx

22、x) )x xj j( (x xZ Z為發(fā)電機的暫態(tài)電抗。為發(fā)電機的暫態(tài)電抗。 為發(fā)電機的同步電抗。為發(fā)電機的同步電抗。 原理：根據(jù)發(fā)電機失磁后機端測量阻抗原理：根據(jù)發(fā)電機失磁后機端測量阻抗Z Z的變化軌跡來識別。的變化軌跡來識別。RjX-jXd發(fā)電機機端阻抗在失磁后的變化軌跡發(fā)電機機端阻抗在失磁后的變化軌跡-jXdjXsP1P2aabbcc三、發(fā)電機在其他運行方式下的機端測量阻抗三、發(fā)電機在其他運行方式下的機端測量阻抗1、發(fā)電機正常運行時的機端測量阻抗發(fā)電機正常運行時的機端測量阻抗位于第一象限，與水平軸的夾角為負荷的功率因數(shù)角。其大小對應與發(fā)位于第一象限，與水平軸的夾角為負荷的功率因數(shù)角。其大小對應與發(fā)電機正常運行時的負荷阻電機正常運行時的負荷阻 2 2 、發(fā)電機外部故障時的機端測量阻抗、發(fā)電機外部故障時的機端測量阻抗 當發(fā)電機機端發(fā)生各種相間短路或變壓器高壓側(cè)發(fā)生各種短路故障時，當發(fā)電機機端發(fā)生各種相間短路或變壓器高壓側(cè)發(fā)生各種短路故障時，經(jīng)分析，其測量阻抗均在第一或第二象限。經(jīng)分析，其測量阻抗均在第一或第二象限。3 3 、發(fā)電機與系統(tǒng)之間發(fā)生發(fā)生振蕩時的機端測量阻抗、發(fā)電機與系統(tǒng)之間發(fā)生發(fā)生振蕩時的機端測量阻抗 設設E Ed d=U=Us s，發(fā)電機