《繼電保護(hù)原理》課件11發(fā)電機(jī)保護(hù)

1、North China Electric Power University華北電力大學(xué)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理8 發(fā)電機(jī)保護(hù)主要內(nèi)容概述定子繞組單相接地保護(hù)定子繞組相間匝間短路主保護(hù)完全縱差保護(hù)不完全縱差保護(hù)橫差保護(hù)縱向基波零序電壓保護(hù)故障類型保護(hù)配置失磁保護(hù)零序電流保護(hù)零序電壓保護(hù)三次諧波電壓保護(hù)8.1故障類型及保護(hù)配置一、發(fā)電機(jī)基本結(jié)構(gòu)汽輪發(fā)電機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子、端蓋和軸承等部件構(gòu)成。8.1故障類型及保護(hù)配置一、發(fā)電機(jī)基本結(jié)構(gòu)1.定子主要包括定子鐵芯和定子繞組。8.1故障類型及保護(hù)配置一、發(fā)電機(jī)基本結(jié)構(gòu)1.定子主要包括定子鐵芯和定子繞組。鐵芯線棒對地絕緣層間墊條槽楔8.1故

2、障類型及保護(hù)配置一、發(fā)電機(jī)基本結(jié)構(gòu)1.定子主要包括定子鐵芯和定子繞組。8.1故障類型及保護(hù)配置一、發(fā)電機(jī)基本結(jié)構(gòu)2.轉(zhuǎn)子主要包括轉(zhuǎn)子鐵芯和勵磁繞組。8.1故障類型及保護(hù)配置一、發(fā)電機(jī)基本結(jié)構(gòu)2.轉(zhuǎn)子主要包括轉(zhuǎn)子鐵芯和勵磁繞組。8.1故障類型及保護(hù)配置一、發(fā)電機(jī)基本結(jié)構(gòu)2.轉(zhuǎn)子主要包括轉(zhuǎn)子鐵芯和勵磁繞組。8.1故障類型及保護(hù)配置一、發(fā)電機(jī)基本結(jié)構(gòu)3.實例8.1故障類型及保護(hù)配置一、發(fā)電機(jī)基本結(jié)構(gòu)4.中性點引出方式(1)傳統(tǒng)方式大部分大型汽輪發(fā)電機(jī)中性點側(cè)只引出3個端子。8.1故障類型及保護(hù)配置一、發(fā)電機(jī)基本結(jié)構(gòu)4.中性點引出方式(2)其它方式8.1故障類型及保護(hù)配置二、發(fā)電機(jī)故障類型2.定子繞組

3、故障(1)定子鐵心與線圈之間的絕緣破壞，發(fā)生接地故障，由于故障點電弧的作用，使同槽其它線圈絕緣下降，引發(fā)相間、匝間故障；(2)發(fā)生單相接地故障后，由于電位的變化，造成另外一點接地故障，發(fā)生兩點接地；(3)同槽繞組之間絕緣破壞，發(fā)生相間匝間故障； (4)繞組端部由于接頭松動，放電引發(fā)短路。8.1故障類型及保護(hù)配置二、發(fā)電機(jī)故障類型3.轉(zhuǎn)子繞組故障(1)匝間短路；(2)一點或兩點接地短路；(3)勵磁電流消失。8.1故障類型及保護(hù)配置三、發(fā)電機(jī)不正常運(yùn)行狀態(tài)1.定子繞組過電流；2.定子繞組過負(fù)荷；3.定子繞組過電壓；4.轉(zhuǎn)子表層負(fù)序過負(fù)荷；5.轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷；6.逆功率等。(1)完全縱差保護(hù);(2)

4、不完全縱差保護(hù);(3)裂相橫差保護(hù);(4)單元件橫差保護(hù);(5)縱向基波零序電壓保護(hù);(6)故障分量負(fù)序方向保護(hù)。8.1故障類型及保護(hù)配置四、發(fā)電機(jī)保護(hù)配置1.定子繞組相間、匝間短路主保護(hù)8.1故障類型及保護(hù)配置四、發(fā)電機(jī)保護(hù)配置2.發(fā)電機(jī)相間、匝間及外部相間短路后備保護(hù)(1)過電流保護(hù)；(2)復(fù)壓起動過電流保護(hù);(3)負(fù)序過流及單元件低壓起動過流保護(hù);(4)低壓自保持的過電流保護(hù)。3.定子繞組接地保護(hù)(1)基波零序電流保護(hù)；(2)基波零序電壓保護(hù)；(3)三次諧波型接地保護(hù)；(4)注入電源式保護(hù)。8.1故障類型及保護(hù)配置四、發(fā)電機(jī)保護(hù)配置3.定子繞組過電壓保護(hù)；4.低勵或失磁保護(hù)；5.勵磁回路

5、接地保護(hù)；6.失步保護(hù)；7.異常運(yùn)行保護(hù)：頻率異常保護(hù)等。8.1故障類型及保護(hù)配置五、發(fā)電機(jī)保護(hù)的動作行為1.停機(jī)：跳閘、滅磁、關(guān)閉主汽門；2.增減出力：增加減少原動機(jī)出力；3.縮小影響范圍：跳母聯(lián)斷路器；8.1故障類型及保護(hù)配置五、發(fā)電機(jī)保護(hù)的動作行為1.停機(jī)：跳閘、滅磁、關(guān)閉主汽門；2.增減出力：增加減少原動機(jī)出力；3.縮小影響范圍：跳母聯(lián)斷路器；4.程序跳閘：先關(guān)主汽門，再跳閘滅磁；5.發(fā)信號。8.2定子繞組相間匝間短路主保護(hù)一、完全縱差保護(hù)1.特征量8.2定子繞組相間匝間短路主保護(hù)一、完全縱差保護(hù)2.狀態(tài)分析(1)正常運(yùn)行或外部故障時8.2定子繞組相間匝間短路主保護(hù)一、完全縱差保護(hù)2.

6、狀態(tài)分析(1)正常運(yùn)行或外部故障時(2)內(nèi)部故障時8.2定子繞組相間匝間短路主保護(hù)一、完全縱差保護(hù)3.動作方程4.定值計算躲過外部故障時產(chǎn)生的最大不平衡電流。不平衡電流主要由于互感器特性不一致造成：可采用帶制動特性的縱差保護(hù)來提高內(nèi)部故障時保護(hù)的靈敏度。8.2定子繞組相間匝間短路主保護(hù)一、完全縱差保護(hù)5.不足(1)中性點附近存在死區(qū)8.2定子繞組相間匝間短路主保護(hù)一、完全縱差保護(hù)5.不足(2)不能反映匝間故障(3)不能反映定子繞組接地故障二、不完全縱差保護(hù)由機(jī)端側(cè)的相電流和中性點側(cè)的分支電流構(gòu)成。8.2定子繞組相間匝間短路主保護(hù)1.特征量二、不完全縱差保護(hù)8.2定子繞組相間匝間短路主保護(hù)2.不

7、同狀態(tài)下保護(hù)行為分析(1)正常運(yùn)行或外部短路體現(xiàn)了分支電流之間的平衡關(guān)系。二、不完全縱差保護(hù)8.2定子繞組相間匝間短路主保護(hù)2.不同狀態(tài)下保護(hù)行為分析(2)匝間短路保護(hù)可以動作。(3)分支開焊保護(hù)可以動作?；蚨?、不完全縱差保護(hù)8.2定子繞組相間匝間短路主保護(hù)2.不同狀態(tài)下保護(hù)行為分析(4)內(nèi)部相間短路保護(hù)可以動作。三、裂相橫差保護(hù)8.2定子繞組相間匝間短路主保護(hù)由中性點側(cè)的不同分支電流構(gòu)成。1.特征量8.2定子繞組相間匝間短路主保護(hù)2.不同狀態(tài)下保護(hù)行為分析(1)正常運(yùn)行或外部短路體現(xiàn)了分支電流之間的平衡關(guān)系。三、裂相橫差保護(hù)8.2定子繞組相間匝間短路主保護(hù)2.不同狀態(tài)下保護(hù)行為分析(2)匝間

8、短路保護(hù)可以動作。三、裂相橫差保護(hù)(3)分支開焊保護(hù)可以動作。8.2定子繞組相間匝間短路主保護(hù)2.不同狀態(tài)下保護(hù)行為分析(4)內(nèi)部相間短路三、裂相橫差保護(hù)1)定子繞組上相間短路保護(hù)可以動作。8.2定子繞組相間匝間短路主保護(hù)2.不同狀態(tài)下保護(hù)行為分析(4)內(nèi)部相間短路2)機(jī)端或引線上相間短路三、裂相橫差保護(hù)1)定子繞組上相間短路保護(hù)不能動作。保護(hù)可以動作。NABC8.2定子繞組相間匝間短路主保護(hù)四、縱向基波零序電壓保護(hù)縱向基波零序電壓定義為三相機(jī)端對中性點電壓之和。1.特征量8.2定子繞組相間匝間短路主保護(hù)四、縱向基波零序電壓保護(hù)測量接線：1.特征量本保護(hù)專用TV8.2定子繞組相間匝間短路主保護(hù)

9、四、縱向基波零序電壓保護(hù)(1)正常運(yùn)行或外部短路2.不同狀態(tài)下保護(hù)行為分析8.2定子繞組相間匝間短路主保護(hù)四、縱向基波零序電壓保護(hù)(1)正常運(yùn)行或外部短路2.不同狀態(tài)下保護(hù)行為分析(2)定子繞組上發(fā)生故障8.2定子繞組相間匝間短路主保護(hù)四、縱向基波零序電壓保護(hù)(3)機(jī)端或引線上相間短路2.不同狀態(tài)下保護(hù)行為分析(4)內(nèi)部接地短路本次課主要內(nèi)容變壓器勵磁涌流產(chǎn)生原因影響涌流的因素勵磁涌流的特征識別勵磁涌流的方法間斷角、波寬二次諧波含量三相變壓器單相變壓器合閘時刻剩磁飽和磁通本次課主要內(nèi)容發(fā)電機(jī)保護(hù)概述相間匝間短路主保護(hù)完全縱差保護(hù)不完全縱差保護(hù)裂相橫差保護(hù)運(yùn)行狀態(tài)保護(hù)配置動作行為特征量基本原理不

10、足縱向基波零序電壓保護(hù)特征量不同故障下動作行為作業(yè)常用的識別變壓器勵磁涌流的方法有什么？7.6、8.1-8.28.3發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)一、中性點接地方式1.中性點絕緣(不接地)Cg:繞組對地電容Cs:機(jī)端設(shè)備對地電容存在的問題：(1)接地故障電流較大時，引起燃弧，破壞硅鋼片絕緣，損壞鐵芯8.3發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)一、中性點接地方式1.中性點絕緣(不接地)Cg:繞組對地電容Cs:機(jī)端設(shè)備對地電容存在的問題：(2)間歇性的接地電弧可能引起繞組對地之間累積性電壓升高，危及絕緣，可能導(dǎo)致匝間、相間短路8.3發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)一、中性點接地方式2.經(jīng)消弧線圈接地接地故障時故障點電流

11、為：可以有效地減小接地點故障電流。L:消弧線圈電感8.3發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)一、中性點接地方式2.經(jīng)消弧線圈接地補(bǔ)償度：L:消弧線圈電感采用欠補(bǔ)償方式(K1)。8.3發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)一、中性點接地方式3.經(jīng)大電阻接地為非故障相對地電容的電荷提供泄放通道，可避免產(chǎn)生弧光過電壓。接地點故障電流增大。8.3發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)二、零序電流保護(hù)1.特征量分析(1)內(nèi)部故障時零序測量電流為流過外接元件對地電容的電流；方向由發(fā)電機(jī)流向外部。8.3發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)零序測量電流為流過發(fā)電機(jī)對地電容的電流；方向由外部流向發(fā)電機(jī)。1.特征量分析(2)外部故障時二、零序電流保護(hù)8.3

12、發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)動作值應(yīng)大于外部接地短路時發(fā)電機(jī)本身的三相電容電流之和。一般用于直接接于母線上的小型發(fā)電機(jī)。2.保護(hù)構(gòu)成動作方程：二、零序電流保護(hù)8.3發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)三、基波零序電壓保護(hù)1. 特征量分析(1)內(nèi)部故障時接地電流很小，繞組漏抗遠(yuǎn)小于對地容抗，可以忽略繞組壓降。8.3發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)三、基波零序電壓保護(hù)1. 特征量分析(2)外部故障時單相等值電路圖為：8.3發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)三、基波零序電壓保護(hù)2. 動作方程整定值應(yīng)躲過發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行和外部接地故障時可能出現(xiàn)的最大零序電壓。(1)躲過主變高壓側(cè)接地時的傳遞電壓1)設(shè)置延時，與主變高壓側(cè)接地故障

13、后備保護(hù)配合；2)適當(dāng)提高定值;3)引入高壓側(cè)零序電壓作為制動量，當(dāng)UH0大于定值(15V)時閉鎖保護(hù)。8.3發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)三、基波零序電壓保護(hù)3. 整定計算整定值應(yīng)躲過發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行和外部接地故障時可能出現(xiàn)的最大零序電壓。(1)躲過主變高壓側(cè)接地時的傳遞電壓1)設(shè)置延時，與主變高壓側(cè)接地故障后備保護(hù)配合；2)適當(dāng)提高定值;3)引入高壓側(cè)零序電壓作為制動量，8.3發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)三、基波零序電壓保護(hù)3. 整定計算整定值應(yīng)躲過發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行和外部接地故障時可能出現(xiàn)的最大零序電壓。(2)躲過正常運(yùn)行時的不平衡電壓產(chǎn)生不平衡電壓的因素：1)三相對地電容不相等引起的位移電壓； 2

14、)三相電勢的不平衡;3)零序電壓濾過器的不平衡輸出；4)三次諧波電壓。濾除三次諧波電壓后，定值可取515V(二次值)。當(dāng)靠近中性點處(aU0set/100)發(fā)生故障時， U0U0set ，保護(hù)不能動作。8.3發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)三、基波零序電壓保護(hù)4. 死區(qū)分析發(fā)電機(jī)定子繞組接地故障后測量到的零序電壓的二次值為：當(dāng)靠近中性點處(a90)特征：(1)同步功率P下降為某值或消失； (2)Q反向急劇增大，定子電流明顯上升；(3)轉(zhuǎn)速明顯上升，調(diào)速器開始作用，機(jī)械功率PT下降；(4)滑差加速增大，轉(zhuǎn)子感應(yīng)出差頻電流，產(chǎn)生異步功率Pac 。(5)異步功率Pac和PT平衡，向系統(tǒng)輸送功率，發(fā)電機(jī)處于

15、異步運(yùn)行狀態(tài)。8.4發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)三、失磁運(yùn)行的危害(1)轉(zhuǎn)子繞組出現(xiàn)差頻電流，引起繞組發(fā)熱；(2)異步運(yùn)行后，發(fā)電機(jī)的等效電抗降低，從系統(tǒng)中吸收的無功增加，使定子繞組過熱；(3)定子端部漏磁增強(qiáng)，使端部的部件和端部鐵芯過熱；(4)對大型直接冷卻式汽輪發(fā)電機(jī)，其轉(zhuǎn)矩和有功將發(fā)生劇烈周期性變化，引起機(jī)組振動，直接威脅機(jī)組安全。1.對發(fā)電機(jī)的危害8.4發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)三、失磁運(yùn)行的危害2.對電力系統(tǒng)的危害 (1)造成系統(tǒng)中大量無功缺少。當(dāng)系統(tǒng)中無功儲備不足，將引起電壓下降，嚴(yán)重時引起電壓崩潰，系統(tǒng)瓦解；(2)造成系統(tǒng)中其他發(fā)電機(jī)增加無功輸出。使某些發(fā)電機(jī)、變壓器、輸電線路過電流，后備保護(hù)可能因過流動

16、作，擴(kuò)大故障范圍；(3)造成有功功率擺動。可能導(dǎo)致相鄰正常運(yùn)行的發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)之間失去同步，引起系統(tǒng)振蕩。8.4發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)四、特征量(機(jī)端測量阻抗)分析1.失去靜穩(wěn)之前(d90)系統(tǒng)8.4發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)1.失去靜穩(wěn)之前(d90)該軌跡稱為等有功圓。四、特征量(機(jī)端測量阻抗)分析8.4發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)2.達(dá)到臨界失步點(d90)四、特征量(機(jī)端測量阻抗)分析失步區(qū)8.4發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)2.達(dá)到臨界失步點(d90)該軌跡稱為靜穩(wěn)邊界圓，為不同負(fù)荷下失磁達(dá)到靜穩(wěn)極限時測量阻抗的位置。四、特征量(機(jī)端測量阻抗)分析8.4發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)3.異步運(yùn)行階段四、特征量(機(jī)端測量阻抗)分析8.4發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)3.

17、異步運(yùn)行階段空載失磁時(s0)： 有載情況下失磁，s增大，極限情況下s-：四、特征量(機(jī)端測量阻抗)分析8.4發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)3.異步運(yùn)行階段測量阻抗隨s變化軌跡：四、特征量(機(jī)端測量阻抗)分析4.變化軌跡8.4發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)失磁過程中測量阻抗從第1象限沿等有功圓向第4象限移動，穿過靜穩(wěn)邊界圓后進(jìn)入異步運(yùn)行狀態(tài)。四、特征量(機(jī)端測量阻抗)分析8.4發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)負(fù)荷阻抗：Zm1、Zm2、Zm3；短路阻抗：Zm4；振蕩阻抗(XS =0)：Zm5；失磁阻抗：Zm6。四、特征量(機(jī)端測量阻抗)分析5.不同狀態(tài)下測量阻抗的比較8.4發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)五、失磁保護(hù)判據(jù)1.主判據(jù)：(1)靜穩(wěn)邊界阻抗圓特性；8.4發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)五、失磁保護(hù)判據(jù)1.主判據(jù)：(1)靜穩(wěn)邊界阻抗圓特性；(2)異步阻抗圓特性；取0.5倍暫態(tài)電抗值，提高可靠性。8.4發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)五、失磁保護(hù)判據(jù)1.主判據(jù)：(1)靜穩(wěn)邊界阻抗圓特性；(2)異步阻抗圓特性；(3)