發(fā)電機的保護(hù)配置與整定計算

1、第3章 發(fā)電機的保護(hù)配置與整定計算知識與能力： 熟悉發(fā)電機的故障和不正常工作狀態(tài)；掌握發(fā)電機保護(hù)配置的基本方法；理解發(fā)電機橫差保護(hù)工作原理；100%保護(hù)范圍的發(fā)電機定子接地保護(hù)工作原理；初步具備各常用保護(hù)裝置整定計算能力。3.1 發(fā)電機的保護(hù)配置一、發(fā)電機的故障和不正常工作狀態(tài) 發(fā)電機是電力系統(tǒng)中十分重要和貴重的設(shè)備，發(fā)電機的安全運行直接影響電力系統(tǒng)的安全。1、 發(fā)電機可能出現(xiàn)的故障類型 發(fā)電機定子繞組相間短路 定子繞組相間短路會產(chǎn)生很大的短路電流，嚴(yán)重?fù)p壞發(fā)電機，甚至引起火災(zāi)。 發(fā)電機定子繞組匝間短路 定子繞組匝間短路會產(chǎn)生很大的環(huán)流，引起故障處溫度升高，使絕緣老化，甚至擊穿絕緣發(fā)展為單相接

2、地或相間短路，擴大發(fā)電機損壞范圍。 發(fā)電機定子繞組單相接地 定子繞組單相接地是發(fā)電機易發(fā)生的一種故障。單相接地后，其電容電流流過故障點的定子鐵芯，當(dāng)此電流較大或持續(xù)時間較長時，會使鐵芯局部熔化。 發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組一點接地和兩點接地 轉(zhuǎn)子繞組一點接地，對發(fā)電機沒有直接危害。兩點接地則轉(zhuǎn)子繞組一部分被短接，不但會燒毀轉(zhuǎn)子繞組，而且由于部分繞組短接會破壞磁路的對稱性，造成磁勢不平衡而引起機組劇烈振動，產(chǎn)生嚴(yán)重后果。水輪發(fā)電機組是凸極結(jié)構(gòu)，機組劇烈振動后會破壞各軸承與軸瓦之間的間隙，造成“拉瓦”，排除故障需要相當(dāng)長的停機時間，故絕不允許轉(zhuǎn)子繞組兩點接地現(xiàn)象出現(xiàn)。 發(fā)電機失磁 由于轉(zhuǎn)子繞組斷線、勵磁回路故

3、障或滅磁開關(guān)誤動等原因，將造成轉(zhuǎn)子失磁，失磁故障不僅對發(fā)電機造成危害，而且對電力系統(tǒng)安全也會造成嚴(yán)重影響。發(fā)電機失去勵磁后，運行狀態(tài)將變?yōu)殡妱訖C運行。故不允許發(fā)電機失磁后繼續(xù)運行。2、發(fā)電機的不正常工作狀態(tài) 由于外部短路、非周期合閘以及系統(tǒng)振蕩等原因引起的過電流。 過負(fù)荷。 過電壓。特別是水輪發(fā)電機，因其調(diào)速系統(tǒng)慣性大，在突然甩負(fù)荷時，將引起過電壓。 逆功率。當(dāng)汽輪發(fā)電機主汽門突然關(guān)閉而發(fā)電機斷路器未斷開時，發(fā)電機將過渡到同步電動機運行狀態(tài)，對汽輪發(fā)電機葉片特別是尾葉，可能過熱而損壞。二、發(fā)電機的保護(hù)配置 1、 縱差動保護(hù) 反應(yīng)發(fā)電機定子繞組及其引出線的相間短路故障，動作于瞬時跳開發(fā)電機開關(guān)、

4、停機并滅磁。2、橫聯(lián)差動保護(hù) 當(dāng)發(fā)電機定子繞組有2個以上的分支且連接成雙星形，每個分支都有引出線時，應(yīng)裝設(shè)橫聯(lián)差動保護(hù)反應(yīng)定子繞組匝間短路，動作結(jié)構(gòu)同縱差動保護(hù)。當(dāng)不滿足該條件時，取消該保護(hù)，待故障發(fā)展為相間短時，用縱差動保護(hù)反應(yīng)。3、零序保護(hù) 當(dāng)發(fā)電機電壓回路回路的接地電容電流（未經(jīng)消弧線圈補償）大于或等于5A時，保護(hù)動作于跳閘、停機、滅磁。；當(dāng)接地電容電流小于5A時，保護(hù)應(yīng)動作信號。對單機容量為100MW及以上的發(fā)電機，應(yīng)盡量裝設(shè)保護(hù)范圍為100%的接地保護(hù)。4、過電流保護(hù) 一般應(yīng)配置低電壓過流或復(fù)合電壓過流保護(hù)反應(yīng)外部短路引起的定子繞組過電流狀態(tài)，并作為發(fā)電機的后備保護(hù)。對單機容量為50

5、MW及以上的發(fā)電機，一般裝設(shè)負(fù)序過流及單相低電壓起動的過流保護(hù)。5、過負(fù)荷保護(hù) 由于發(fā)電機對稱過負(fù)荷引起的定子繞組過流，應(yīng)裝設(shè)反應(yīng)一相電流的過負(fù)荷保護(hù)，延時動作于信號。6、過電壓保護(hù) 反應(yīng)發(fā)電機突然甩負(fù)荷引起的定子繞組過電壓現(xiàn)象，延時動作于跳開關(guān)、停機、滅磁。7、轉(zhuǎn)子繞組一點接地保護(hù) 水輪發(fā)電機組一般裝設(shè)一點接地保護(hù)并動作于信號。汽輪機發(fā)電機采用定期檢測裝置，大容量機組才設(shè)一點接地保護(hù)和二點接地保護(hù)。一點接地保護(hù)動作于信號，二點接地保護(hù)動作于停機。8、失磁保護(hù) 當(dāng)不允許失磁運行時，應(yīng)在自動滅磁開關(guān)斷開時，連跳發(fā)電機斷路器。對單機容量100MW及以上或采用可控硅勵磁方式時，應(yīng)設(shè)專門的失磁保護(hù)。

6、其他還有如轉(zhuǎn)子回路過負(fù)荷保護(hù)，用于單機容量100MW及以上并采用可控硅勵磁方式的發(fā)電機；大容量汽輪機發(fā)電機的逆功率保護(hù)等。 一般成套的可控硅勵磁裝置自身都設(shè)有失磁保護(hù)和轉(zhuǎn)子回路過負(fù)荷保護(hù)，所以發(fā)電機上不再單獨配置該保護(hù)。3.2 發(fā)電機縱差保護(hù)的整定計算信號跳 QF跳 滅 磁 開 關(guān)至 延 時 信 號一、電流繼電器構(gòu)成的發(fā)電機縱差保護(hù)一、電流繼電器構(gòu)成的發(fā)電機縱差保護(hù)圖中，KVI串接于三相電流互感器的中性線上，反應(yīng)中性線上的電流大小，作為差動保護(hù)TA斷線監(jiān)視用，延時發(fā)信號。二、保護(hù)整定計算二、保護(hù)整定計算 動作電流按兩個條件整定： 1、躲開TA二次側(cè)斷線影響： 2、躲開二次側(cè)不平衡電流： 式中：

7、短路電流非周期分量影響系數(shù)，電流繼電器取1.52，BCH-2繼電器取1；可靠系數(shù)一般取1.3。 取1、2兩項中的最大值為保護(hù)動作整定值。 3、斷線監(jiān)視繼電器的整定： 根據(jù)經(jīng)驗： 4、靈敏度校驗 注意：注意：在發(fā)電機中性點附近短路，當(dāng)過渡電阻不為零時，短路電流很小，保護(hù)存在動作死區(qū)。GNrelopIKImax.max.kerstunprelunbrelopIfKKKIKI2)2(min.opksenIIKGNopII2 .0三、由BCH2差動繼電器構(gòu)成的發(fā)電機縱差動保護(hù)1、保護(hù)構(gòu)成示意圖2、工作原理 三相平衡線圈串聯(lián)接于縱差保護(hù)的中性線回路，其極性與差動線圈的極性相反。 當(dāng)發(fā)電機內(nèi)部相間短路時，

8、其短路電流流入故障相繼電器的差動線圈，而該繼電器的平衡線圈由于接在中性線上，并無電流通過，因此該相繼電器動作。 當(dāng)TA二次側(cè)斷線時，斷線相差動繼電器的差動線圈及三個平衡線圈中通過數(shù)值相等的負(fù)荷電流，由于極性相反，兩者產(chǎn)生的磁通相抵消。該繼電器不動作。 正常運行及外部故障時，回路中流動的是不平衡電流，只要合理選擇線圈匝數(shù)，就可以避開。3、整定計算 平衡線圈的匝數(shù) 按TA二次側(cè)斷線時縱差保護(hù)不動作條件整定，可靠系數(shù)取1.1。2 .0.GNselopbIKAWW 以上公式計算出的是平衡線圈的計算值，平衡線圈的整定值應(yīng)是小于而接近于計算值的整數(shù)。 差動線圈的匝數(shù) 整定計算的原則同上。 根據(jù)計算值和繼電

9、器差動線圈的固有數(shù)值，取整數(shù)作為整定值。按上述方法進(jìn)行整定，一般情況下繼電器的動作電流相當(dāng)于0.55還可保證TA二次側(cè)斷線時不誤動，故發(fā)電機內(nèi)部故障時靈敏度很高，通常稱具有高靈敏性的縱差保護(hù)。四、比率制動式發(fā)電機縱差保護(hù) 對于大型機組或水內(nèi)冷機組，中性點相間短路的幾率比較大，以上2種保護(hù)方式或者有死區(qū)、或者保護(hù)動作時間有延遲，都不滿足要求。故大型機組一般采用比率制動式縱差保護(hù)。2 .0.2GNselopdIKAWW2 .GNI3.3 定子繞組匝間短路的保護(hù)一、橫差電流保護(hù)使用條件使用條件: 每相繞組有兩個以上并聯(lián)支路，且中性點都有引出。動作原理：動作原理：若發(fā)生定子繞組匝間短路，則故障相繞組的

10、兩個分支的電勢不相等，因而在定子繞組中出現(xiàn)環(huán)流，通過中性點連線，該電流大于保護(hù)的動作電流，則保護(hù)動作，跳開發(fā)電機斷路器及滅磁開關(guān)。橫差保護(hù)動作電流：電流互感器變比：12跳 斷 路 器信 號跳 滅 磁 開 關(guān)GNopII)3 . 02 . 0(5/25. 0GNTAIn2、反應(yīng)零序電壓的匝間短路保護(hù) 當(dāng)發(fā)電機定子繞組發(fā)生匝間短路時，機端三相電壓對發(fā)電機中性點不對稱，出現(xiàn)零序電壓。3次 諧 波濾 過 器跳 閘3、反應(yīng)轉(zhuǎn)子回路2次諧波電流的匝間短路保護(hù) 發(fā)電機定子繞組發(fā)生匝間短路時，在轉(zhuǎn)子回路中將出現(xiàn)2次諧波電流，因此利用轉(zhuǎn)子中的2次諧波電流，可以構(gòu)成匝間短路保護(hù)。負(fù) 序 電 流濾 過 器2次 諧

11、波濾 過 器負(fù) 序 電 壓濾 過 器2次 諧 波 電流 繼 電 器負(fù) 序功 率方 向繼 電器執(zhí)行元件出 口3.4 定子繞組單相接地保護(hù)一、反應(yīng)零序電壓的定子接地保護(hù) 1、 故障特點故障點零序電壓為：上式說明，故障點離中性點越遠(yuǎn)，零序電壓越高。ACGBGAGkEUUUU)(310 EC EA EBUk 0EA2、保護(hù)構(gòu)成信號3次諧波濾過器 當(dāng)發(fā)電機接地電容電流比較小時，一般裝設(shè)反應(yīng)零序電壓的接地保護(hù)，保護(hù)中采用3次諧波濾過器可以降低電壓繼電器的整定值、提高靈敏度；保護(hù)延時的目的是躲開變壓器高壓側(cè)接地的影響，保護(hù)延時大于變壓器高壓側(cè)接地保護(hù)的動作時間。如果變壓器高壓側(cè)非直接接地，則可利用高壓側(cè)接地

12、時出現(xiàn)的零序電壓來將定子繞組接地保護(hù)閉鎖或制動。 一般低壓繼電器的整定值為10V左右，保護(hù)的范圍可達(dá)90%左右。二、具有100%保護(hù)范圍的發(fā)電機定子繞組接地保護(hù) 雙頻式100%接地保護(hù)是由基波零序電壓和3次諧波電壓保護(hù)構(gòu)成?；阈螂妷罕Ｗo(hù)定子繞組的90%左右，3 次諧波電壓保護(hù)反應(yīng)定子繞組其余部分的接地故障。 基本原理：正常情況下，機端3 次諧波電壓總是小于中性點3 次諧波電壓： 1 即： )(233 .SGGsCCCEU)(2233 .SGSGNCCCCEUSGGNSCCCUU23 .3 .3 .SU3 .NU定子繞組單相接地時3次諧波電壓的分布： 發(fā)電機定子繞組距中性點 處發(fā)生金屬性單相

13、接地，恒有 ,其比值為 當(dāng) , ; 當(dāng) 50% 時, 。 利用 作為動作量，利用 作為制動量，構(gòu)成的接地保護(hù)動作范圍050%。3333)1 (,EaUaEUsN13 .3 .NSUU%503 . SU3 .NU3 .SU3 .NU3 .SU3 .NU（）（）（中性點）（機端）定子繞組單相接地時3次諧波電壓分布（）（）（ 中 性 點 ）（ 機 端 ）3.5 發(fā)電機勵磁回路接地保護(hù)一、勵磁回路一點接地保護(hù) 1、絕緣檢查裝置 正常時，兩電壓表的讀數(shù)相等，當(dāng)勵磁回路對地絕緣水平下降時，兩電壓表讀數(shù)不相等。 缺點是：在勵磁繞組中點接地時，兩電壓表讀數(shù)也相等，即存在動作死區(qū)。 2、直流電橋式一點接地保護(hù)

14、通過合理選擇、調(diào)整各臂電阻值。可做到勵磁繞組正常運行時，電橋處于平衡狀態(tài) 。當(dāng)勵磁繞組發(fā)生一點接地時，電橋失去平衡，流過繼電器的電流大于其動作電流，保護(hù)動作。 缺點是：接地點靠近中點M時，保護(hù)無法動作（有死區(qū)）。消除死區(qū)措施： 在電阻R1的橋臂中串接了非線性元件穩(wěn)壓管，其阻值隨外加勵磁電壓的大小而變化，因此，保護(hù)裝置的死區(qū)隨勵磁電壓改變而移動位置。這樣在某一電壓下的死區(qū)，在另一電壓下則變?yōu)閯幼鲄^(qū)，從而減小了保護(hù)拒動的機率。 轉(zhuǎn)子偏心和磁路不對稱等原因產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子繞組的交流電壓，使轉(zhuǎn)子繞組中點對地電壓不保持為零，而是在一定范圍內(nèi)波動。利用這個波動的電壓來消除保護(hù)死區(qū)。二、勵磁回路二點接地保護(hù) 直流電橋式勵磁回路兩點接地保護(hù)原理接線如圖所示。在發(fā)電機勵磁回路一點接地后，投入兩點接地保護(hù)，當(dāng)發(fā)電機勵磁回路兩點接地時，該保護(hù)經(jīng)延時動作