電廠繼電保護-發(fā)電機保護

1、第第7章章 發(fā)電機保護技術與應用發(fā)電機保護技術與應用7.1 發(fā)電機的故障、發(fā)電機的故障、不正常工作狀態(tài)及保護不正常工作狀態(tài)及保護相間短路匝間短路接地短路一點接地二點接地相間短路相間短路匝間短路匝間短路單相接地短路單相接地短路定子繞組定子繞組縱差動保護縱差動保護定子繞組定子繞組匝間短路保護匝間短路保護定子繞組接地保護定子繞組接地保護轉(zhuǎn)子繞組一點接地保護轉(zhuǎn)子繞組一點接地保護轉(zhuǎn)子繞組兩點接地保護轉(zhuǎn)子繞組兩點接地保護一點接地一點接地兩點接地兩點接地轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組一、故障類型及保護配置故障類型及保護配置發(fā)電機失磁發(fā)電機失磁失磁保護失磁保護二、不正常工作狀態(tài)及保護配置二、不正常工作狀態(tài)及保護配置1.定子

2、繞組過電流定子繞組過電流相間短路后備保護相間短路后備保護3.定子繞組過電壓定子繞組過電壓過電壓保護過電壓保護6.發(fā)電機失步發(fā)電機失步失步保護失步保護5.轉(zhuǎn)子繞組過負荷轉(zhuǎn)子繞組過負荷轉(zhuǎn)子繞組過負荷保護轉(zhuǎn)子繞組過負荷保護2.定子繞組過負荷定子繞組過負荷過負荷保護過負荷保護4.發(fā)電機逆功率發(fā)電機逆功率逆功率保護逆功率保護7.其他保護其他保護如低頻保護、電超速保護如低頻保護、電超速保護 7.2 發(fā)電機的縱聯(lián)差動保護發(fā)電機的縱聯(lián)差動保護7.2.1縱差動保護原理縱差動保護原理完全縱差動保護接線完全縱差動保護接線無故障時無故障時相間故障時相間故障時DNT0IIIDNT0III縱差動保護動作值整定縱差動保護動

3、作值整定（1）保護起動電流整定）保護起動電流整定1）躲過外部故障產(chǎn)生的最大不平衡電流）躲過外部故障產(chǎn)生的最大不平衡電流k.oprelunb.maxIK Irelaperssk.maxTA0.1/K KK InTA10%誤差可靠系數(shù)1.3非周期分量系數(shù)11.3；如采取了措施去掉非周期分量影響時取1。同型系數(shù)0.5外部短路時的最大短路電流若汽輪發(fā)電機若汽輪發(fā)電機K.maxN.G8IIK.opN.GTA0.5 0.6/IIn發(fā)電機額定電流則發(fā)電機正常運行時若發(fā)電機正常運行時若TA二次回路斷線會誤動。二次回路斷線會誤動。2）防止）防止TA二次回路斷線導致誤動二次回路斷線導致誤動a.設設TA二次回路斷線

4、監(jiān)視裝置二次回路斷線監(jiān)視裝置./k opN GTAIInb.若水輪發(fā)電機若水輪發(fā)電機K.maxN.G5IIK.opN.GTA0.3 0.4/IIn則.3coseeNTAPII GUen（2）發(fā)電機差動保護靈敏度校驗）發(fā)電機差動保護靈敏度校驗senk.minop2KII發(fā)電機內(nèi)部故障時流過保護裝置的最小短路電流。發(fā)電機內(nèi)部故障時流過保護裝置的最小短路電流。為提高靈敏度，一般采用具有為提高靈敏度，一般采用具有制動特性制動特性的差動繼電器。的差動繼電器。 7.2.2發(fā)電機比率制動式縱差動保護發(fā)電機比率制動式縱差動保護原理同變壓器縱差動保護，不平衡電流較小。原理同變壓器縱差動保護，不平衡電流較小。do

5、p.0brkbrk0dbrkbrkbrk0op.0brkbrk0ds.().IIIIIKIIIIIII動作方程動作方程opIbrkIop.0Ibrk0IbrkK速斷動作區(qū)動作區(qū)制動區(qū)TNbrk2III制動電流dTNIII差動電流動作特性動作特性保護動作邏輯框圖保護動作邏輯框圖兩種出口方式：單相出口方式及循環(huán)閉鎖出口方式兩種出口方式：單相出口方式及循環(huán)閉鎖出口方式特點：需設置專門的特點：需設置專門的TA斷線閉鎖，當差電流較大時解除斷線閉鎖，當差電流較大時解除TA斷斷線閉鎖，適于不完全縱差接線。線閉鎖，適于不完全縱差接線。單相出口方式單相出口方式特點：三取二，適于完全縱差接線特點：三取二，適于完全

6、縱差接線。循環(huán)閉鎖出口方式循環(huán)閉鎖出口方式內(nèi)外部不同相同時接地故障比率制動式發(fā)電機縱差保護定值整定比率制動式發(fā)電機縱差保護定值整定1.比率制動系數(shù)比率制動系數(shù)Kbrk：躲過出口三相短路時最大不平衡電流：躲過出口三相短路時最大不平衡電流完全差動：完全差動：0.30.5不完全差動：不完全差動：0.52.啟動電流啟動電流Iop.0：躲過正常工況最大不平衡電流，：躲過正常工況最大不平衡電流，0.30.4IN.G3.拐點電流拐點電流Ibrk0：建議按躲過外部故障切除后的暫態(tài)過程中產(chǎn)生的：建議按躲過外部故障切除后的暫態(tài)過程中產(chǎn)生的最大不平衡電流整定；不完全縱差取值要大一點。最大不平衡電流整定；不完全縱差取

7、值要大一點。0.50.8IN.G 其余參數(shù)請參照具體的保護說明書。其余參數(shù)請參照具體的保護說明書。與循環(huán)閉鎖的比率制動式差動保護邏輯一樣。與循環(huán)閉鎖的比率制動式差動保護邏輯一樣。動作框圖動作框圖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橫差保護橫差保護 縱向零序電壓式匝間保護縱向零序電壓式匝間保護 反應轉(zhuǎn)子回路二次諧波電流的匝間短路保護反應轉(zhuǎn)子回路二次諧波電流的匝間短路保護 匝間短路分析匝間短路分析120I設設A相短路匝數(shù)占總匝數(shù)的比例為相短路匝數(shù)占總匝數(shù)的比例為 A0EIZ兩中性點間電流兩中性點間電流I0Z為電流流經(jīng)回路的繞組阻抗0ABCA3(1)UEEEE 縱向零序電壓縱

8、向零序電壓相對于中性點的零序電壓相對于中性點的零序電壓三相電勢三相電勢不相等不相等定子負序定子負序電流電流轉(zhuǎn)子二次轉(zhuǎn)子二次諧波諧波電氣量特點：電氣量特點：（1）縱向零序電壓縱向零序電壓（機端對中性點），（機端對中性點），零序電流零序電流（2）縱向負序電壓縱向負序電壓，負序電流負序電流，轉(zhuǎn)子倍頻電流轉(zhuǎn)子倍頻電流7.3.1橫聯(lián)差動保護橫聯(lián)差動保護單元件橫差保護單元件橫差保護裂相橫差保護裂相橫差保護適于每相兩分支兩中性點引出線適于每相兩分支兩中性點引出線適于每相兩分支，且每分支都有線引出適于每相兩分支，且每分支都有線引出單元件橫差保護單元件橫差保護保護測量兩個中性點之間連線上的電流保護測量兩個中性點

9、之間連線上的電流保護反應匝間短路及定子繞組開焊故障，保護在保護反應匝間短路及定子繞組開焊故障，保護在 較小時較小時有有死區(qū)死區(qū)。保護動作電流應大于正?；蛲獠抗收蠒r不平衡電流保護動作電流應大于正?；蛲獠抗收蠒r不平衡電流一般一般Iop=(0.30.4)IN.G（1）濾除三次諧波以提高保護的靈敏性。）濾除三次諧波以提高保護的靈敏性。（2）為防止轉(zhuǎn)子兩點接地時磁場空間不對）為防止轉(zhuǎn)子兩點接地時磁場空間不對稱造成保護誤動，在轉(zhuǎn)子一點接地后橫差稱造成保護誤動，在轉(zhuǎn)子一點接地后橫差保護帶保護帶0.51S延時動作。延時動作。注：注：裂相橫差保護裂相橫差保護分相橫差保護分相橫差保護保護測量每相兩個分支之間的電流

10、差保護測量每相兩個分支之間的電流差為提高保護的靈敏性，可采用具有制動特性的差動原理，為提高保護的靈敏性，可采用具有制動特性的差動原理，如比率制動、標積制動等。如比率制動、標積制動等。A2IA1IA1A2II正常運行差電流為正常運行差電流為0，匝間短路有差電流。，匝間短路有差電流。7.3.3 反應轉(zhuǎn)子回路二次諧波電流的匝間短路保護反應轉(zhuǎn)子回路二次諧波電流的匝間短路保護動作條件：動作條件：I2 & P20I2 匝間短路產(chǎn)生定子繞組縱向負序電壓、電流，在匝間短路產(chǎn)生定子繞組縱向負序電壓、電流，在轉(zhuǎn)子上感應出的二次諧波電流。轉(zhuǎn)子上感應出的二次諧波電流。P20 匝間短路及外部不對稱故障均產(chǎn)生定子

11、繞組負序匝間短路及外部不對稱故障均產(chǎn)生定子繞組負序電壓電壓,方向元件只在匝間短路時開放匝間短路保護方向元件只在匝間短路時開放匝間短路保護 。保護的動作值只需按躲過與發(fā)電機正常負荷時允許的最大不對稱保護的動作值只需按躲過與發(fā)電機正常負荷時允許的最大不對稱度度(一般取一般取5%左右左右)相對應的的二次諧波電流整定相對應的的二次諧波電流整定 。轉(zhuǎn)子二次諧波定子負序方向元件，防止發(fā)電機外部不對稱故障保護誤動7.3.4 縱向零序電壓式匝間保護縱向零序電壓式匝間保護關鍵：縱向零序電壓，關鍵：縱向零序電壓，TV一次側(cè)中性點與發(fā)一次側(cè)中性點與發(fā)電機中性點相連電機中性點相連要濾除三次諧波以提高靈敏度；要濾除三次

12、諧波以提高靈敏度；必要時可采用具有制動特性的動作方程。必要時可采用具有制動特性的動作方程。單相接地時相對地電壓有零序分量，相對中性單相接地時相對地電壓有零序分量，相對中性點電壓無零序分量。即縱向零序電壓不反應單點電壓無零序分量。即縱向零序電壓不反應單相接地。相接地。不靈敏段高定值低定值靈敏段三次諧波制動動作條件：動作條件：3U0 & P20應設應設TV斷線閉鎖斷線閉鎖7.4 發(fā)電機定子繞組單相接地保護發(fā)電機定子繞組單相接地保護當接地電容電流等于或大于當接地電容電流等于或大于5A時，應裝設動時，應裝設動作于跳閘的接地保護；作于跳閘的接地保護；當接地電流小于當接地電流小于5A時，一般裝設作

13、用于信號時，一般裝設作用于信號的接地保護。的接地保護。中性點不接地或經(jīng)過消弧線圈接地中性點不接地或經(jīng)過消弧線圈接地7.4.1 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單相接地時的零序電壓單相接地時的零序電壓AA(1)UEBBAUEECCAUEENAUE 機端零序電壓機端零序電壓0AAC33AUUUUaE 03U01單相接地時的零序電流單相接地時的零序電流電容電流電容電流00333AIj C UjC E 0033GsAIjCE 0033GgAIjCE 內(nèi)部單相接地時內(nèi)部單相接地時外部單相接地時外部單相接地時0Us0Cg0Cs0Ig0I_+TAs0INTkI0Us0Cg0Cs0Ig

14、0I_+TAg0INTkI7.4.2 利用零序電流構(gòu)成的定子接地保護利用零序電流構(gòu)成的定子接地保護動作電流需大于發(fā)電機單相接地電流允許值動作電流需大于發(fā)電機單相接地電流允許值發(fā)電機額定電壓(kV) 發(fā)電機額定容量(MW) 接地電流允許值(A)6.3C0gI0sI0g內(nèi)部單相接地外部單相接地I0sIactI0g延時延時12S保護動作于信號，必保護動作于信號，必要要時也可動作于停機。時也可動作于停機。發(fā)電機未并列時采用機端零序電壓監(jiān)視絕緣發(fā)電機未并列時采用機端零序電壓監(jiān)視絕緣7.4.3 利用零序電壓構(gòu)成的定子接地保護利用零序電壓構(gòu)成的定子接地保護可用于發(fā)變組，中性點附近有死區(qū)可用于發(fā)變組，中性點附

15、近有死區(qū)0U3取自機端取自機端TV開口三角形或發(fā)電機中性點側(cè)開口三角形或發(fā)電機中性點側(cè)TV。整定值躲過整定值躲過不平衡電壓不平衡電壓不平衡電壓不平衡電壓形成原因：形成原因：1）發(fā)電機三次諧波電壓，）發(fā)電機三次諧波電壓， 2）變壓器高壓側(cè)接地時經(jīng)電容耦合過來的零序電壓。）變壓器高壓側(cè)接地時經(jīng)電容耦合過來的零序電壓。為提高靈敏度，需濾除三次諧波為提高靈敏度，需濾除三次諧波減小不平衡電壓影響措施：減小不平衡電壓影響措施：1）裝設三次諧波濾過器，）裝設三次諧波濾過器，2）延時躲過外部接地影響。）延時躲過外部接地影響。采取以上措施后，整定值為采取以上措施后，整定值為510V，死區(qū)為（，死區(qū)為（510）%

16、。01100103U0（V）10%動作電壓NT死區(qū)510%保護區(qū)7.4.4 7.4.4 利用基波零序電壓和三次諧波電壓構(gòu)成的利用基波零序電壓和三次諧波電壓構(gòu)成的100100定定子接地保護子接地保護保護分兩部分：保護分兩部分：1）反應基波零序電壓反應基波零序電壓 2）反應三次諧波電壓反應三次諧波電壓NT反應三次諧波電壓反應三次諧波電壓反應基波零序電壓反應基波零序電壓保護區(qū)示意圖保護區(qū)示意圖1.發(fā)電機正常運行時的三次諧波電壓發(fā)電機正常運行時的三次諧波電壓T0U0NU和和發(fā)電機電勢中有固有的三次諧波電勢發(fā)電機電勢中有固有的三次諧波電勢E3s0C3g0C23-+g0C23LT0U0NUNT3E-+ -

17、+g0C23L0NUNs0C3g0C23T0UT3E3E)1 (T00g0s0g0sN0(92)219(2)UKCCK CCU正常運行時正常運行時)CC(31LKs0g0補償系數(shù)補償系數(shù)內(nèi)部單相接地時內(nèi)部單相接地時T0N01UU正常運行時正常運行時T0N0UU可以將可以將T0N0UU作為定子繞組單相接地故障作為定子繞組單相接地故障的判據(jù)，這樣保護區(qū)為的判據(jù)，這樣保護區(qū)為00.50 即即T0N0UUNT反應三次諧波電壓反應三次諧波電壓反應基波零序電壓反應基波零序電壓基波零序電壓保護基波零序電壓保護三次諧波電壓保護三次諧波電壓保護或或7.5 發(fā)電機勵磁回路接地保護發(fā)電機勵磁回路接地保護一點接地保護

18、一點接地保護兩點接地保護兩點接地保護勵磁回路一點接地勵磁回路一點接地 無直接危害，可能發(fā)展成無直接危害，可能發(fā)展成 為兩點接地。為兩點接地。勵磁回路兩點接地勵磁回路兩點接地 短路電流可能燒壞轉(zhuǎn)子繞短路電流可能燒壞轉(zhuǎn)子繞組和鐵芯，轉(zhuǎn)子磁場畸變組和鐵芯，轉(zhuǎn)子磁場畸變 引起機組振動。引起機組振動。一點接地保護一點接地保護動作于信號動作于信號兩點接地保護兩點接地保護動作于跳閘動作于跳閘絕緣檢查裝置絕緣檢查裝置直流電橋式直流電橋式切換采樣式切換采樣式直流電橋式直流電橋式一點接地保護一點接地保護兩點接地保護兩點接地保護1.勵磁回路一點接地絕緣檢查裝置勵磁回路一點接地絕緣檢查裝置 兩表法兩表法單表法單表法2

19、.直流電橋式一點接地保護直流電橋式一點接地保護 3.切換采樣式一點接地保護切換采樣式一點接地保護1f11f21f11f2S1S2(R+R +R )I -( R +R )I =E-( R +R )I +(2R+R +R )I =(1-)E接通斷開時1f11f21f11f2S1S2(2R+R +R )I -( R +R )I =E-( R +R )I +(R+R +R )I =(1-)E斷開接通時聯(lián)立四個方程，可得聯(lián)立四個方程，可得Rf=ER1/3U-R1-2R/3 R1Rf4.勵磁回路兩點接地保護勵磁回路兩點接地保護正常時保護不投入。勵磁回路一點接地后，投入保正常時保護不投入。勵磁回路一點接地后

20、，投入保護，調(diào)電橋使之平衡。兩點接地后平衡被打破，保護，調(diào)電橋使之平衡。兩點接地后平衡被打破，保護動作于停機。護動作于停機。存在問題：存在問題：1）K1、K2相距較近時保護有死區(qū)相距較近時保護有死區(qū) 2）K1、K2相繼發(fā)生，發(fā)生時間相相繼發(fā)生，發(fā)生時間相 隔較短時來不及投入保護。隔較短時來不及投入保護。7.6 發(fā)電機的失磁保護發(fā)電機的失磁保護發(fā)電機失磁：發(fā)電機失磁：勵磁電流下降到低于靜穩(wěn)極限所對應勵磁電流下降到低于靜穩(wěn)極限所對應的電流的電流或勵磁電流完全消失?；騽畲烹娏魍耆АＪТ旁颍簞畲爬@組故障、勵磁回路開路、失磁原因：勵磁繞組故障、勵磁回路開路、 勵磁系統(tǒng)故障、滅磁開關誤跳、勵磁系統(tǒng)故

21、障、滅磁開關誤跳、 自動調(diào)節(jié)勵磁系統(tǒng)故障、誤操作等。自動調(diào)節(jié)勵磁系統(tǒng)故障、誤操作等。7.6.1 發(fā)電機失磁原因及產(chǎn)生的影響發(fā)電機失磁原因及產(chǎn)生的影響失磁后發(fā)電機運行的物理過程及其影響：失磁后發(fā)電機運行的物理過程及其影響：（1）失磁后發(fā)電機運行的物理過程）失磁后發(fā)電機運行的物理過程dEsUgU sgXI jdgXI jgIXdXsdEsUgUgIsindsE UPX2cosdssE UUQXXsdXXX不穩(wěn)定異步運行不穩(wěn)定異步運行穩(wěn)定異步運行穩(wěn)定異步運行臨界失步臨界失步P120c90PTPTabcd132ab1）失磁后到失步前（）失磁后到失步前（90 （2）發(fā)電機）發(fā)電機失磁后的影響失磁后的影響

22、 對系統(tǒng)的影響對系統(tǒng)的影響:無功缺額導致電壓下降、有功無功缺額導致電壓下降、有功功率擺動危及系統(tǒng)穩(wěn)定性。功率擺動危及系統(tǒng)穩(wěn)定性。 對失磁發(fā)電機的影響：定子繞組過流、發(fā)熱，轉(zhuǎn)對失磁發(fā)電機的影響：定子繞組過流、發(fā)熱，轉(zhuǎn)子上感應差頻電流、發(fā)熱，異步轉(zhuǎn)矩導致機組振動。子上感應差頻電流、發(fā)熱，異步轉(zhuǎn)矩導致機組振動。 保護動作結(jié)果：動作于信號或跳閘，也可以減保護動作結(jié)果：動作于信號或跳閘，也可以減出力運行。由系統(tǒng)、機組情況決定失磁后機組可否出力運行。由系統(tǒng)、機組情況決定失磁后機組可否繼續(xù)運行。繼續(xù)運行。7.6.2 發(fā)電機失磁后機端測量阻抗的變化規(guī)律發(fā)電機失磁后機端測量阻抗的變化規(guī)律機端測量阻抗為發(fā)電機失磁的主要判據(jù)機端測量阻抗為發(fā)電機失磁的主要判據(jù)ssgssgsgsggmjXUIUUIXI jUIUZ222222jsssmssUUUZjXjXePjQPPs2j2smjXe1P2UZs2sjX,P2UP2U2s圓心圓心半徑半徑P1 P2 P3 jXR0jXsP1 P2IupIIdowtupt1