繼電保護原理基礎(chǔ)-第七章

第七章發(fā)電機保護一、故障類型及不正常運行狀態(tài)1．故障類型定子繞組相間短路：危害最大定子繞組一相的匝間短路：可能發(fā)展為單相接地短路和相間短路定子繞組單相接地：較常見，可造成鐵芯燒傷或局部融化轉(zhuǎn)子繞組一點接地或兩點接地：一點接地時危害不嚴重；兩點接地時，因破壞了轉(zhuǎn)子磁通的平衡，可能引起發(fā)電機的強烈震動或?qū)⑥D(zhuǎn)子繞組燒損。轉(zhuǎn)子勵磁回路勵磁電流急劇下降或消失：從系統(tǒng)吸收無功功率，造成失步，從而引起系統(tǒng)電壓下降，甚至可使系統(tǒng)崩潰。四川大學電氣信息學院呂飛鵬2．不正常運行狀態(tài)外部短路引起的定子繞組過電流：溫度升高，絕緣老化負荷等超過發(fā)電機額定容量而引起的三相對稱過負荷：溫度升高，絕緣老化外部不對稱短路或不對稱負荷而引起的發(fā)電機負序過電流和過負荷：在轉(zhuǎn)子中感應出100hz的倍頻電流，可使轉(zhuǎn)子局部灼傷或使護環(huán)受熱松脫，而導致發(fā)電機重大事故。此外，引起發(fā)電機的100hz的振動。突然甩負荷引起的定子繞組過電壓：調(diào)速系統(tǒng)慣性較大發(fā)電機，在突然甩負荷時，可能出現(xiàn)過電壓，造成發(fā)電機繞組絕緣擊穿。勵磁回路故障或強勵時間過長而引起的轉(zhuǎn)子繞組過負荷當汽輪機主汽門誤關(guān)閉而發(fā)電機出口斷路器未跳閘，發(fā)電機失去原動力而變?yōu)殡妱訖C運行，從電力系統(tǒng)中吸收有功功率。危害：汽輪機尾部葉片有可能過熱而造成事故四川大學電氣信息學院呂飛鵬為了快速消除發(fā)電機內(nèi)部的故障在保護動作于發(fā)電機斷路器跳閘的同時，還必須動作于自動滅磁開關(guān)，斷開發(fā)電機勵磁回路，以使轉(zhuǎn)子回路電流不會在定子繞組中再感應電勢，繼續(xù)供給短路電流。四川大學電氣信息學院呂飛鵬二、保護類型：發(fā)電機縱差動保護：定子繞組及其引出線的相間短路保護橫差動保護：定子繞組一相匝間短路的保護單相接地保護：對發(fā)電機定子繞組單相接地短路的保護發(fā)電機的失磁保護：反應轉(zhuǎn)子勵磁回路勵磁電流急劇下降或消失過電流保護：反應外部短路引起的過電流，同時兼作縱差動保護的后備保護負序電流保護：反應不對稱短路或三相負荷不對稱時，發(fā)電機定子繞組中出現(xiàn)的負序電流過負荷保護：發(fā)電機長時間超過額定負荷運行時作用于信號的保護過電壓保護：反應突然甩負荷而出現(xiàn)的過電壓轉(zhuǎn)子一點接地保護和兩點接地保護：勵磁回路的接地故障保護轉(zhuǎn)子過負荷保護逆功率保護四川大學電氣信息學院呂飛鵬第二節(jié)發(fā)電機縱差動保護（1）在正常運行情況下，電流互感器二次回路斷線時保護不應誤動，保護起動電流應大于發(fā)電機額定電流；（2）保護裝置的起動電流技躲開外部故障時的最大不平衡電流整定（3）為防止在LH二次回路斷線、同時區(qū)外故障導致保護誤動，另需設(shè)置LH二次回路斷線監(jiān)視裝置發(fā)出告警信號，由運行人員退出保護（4）斷線監(jiān)視繼電器4按躲開正常運行時的不平衡電流整定，動作時間按大于發(fā)動機后備保護時限四川大學電氣信息學院呂飛鵬帶制動的發(fā)電機縱差保護對100Mw及以上大容量發(fā)電機，采用具有比率制動特性的差動繼電器，利用外部故障時的穿越電流實現(xiàn)制動保證區(qū)外故障時可靠躲開最大不平衡電流的影響，又能提高區(qū)內(nèi)故障時的靈敏度發(fā)電機縱差動保護可以無延時切除保護范圍內(nèi)各種故障，不反應發(fā)電機過負荷和系統(tǒng)振蕩，且靈敏系數(shù)較高，用作容量在1Mw以上發(fā)電機的主保護。四川大學電氣信息學院呂飛鵬第三節(jié)發(fā)電機匝間短路的橫差動保護（1）在正常情況下，兩個繞組中的電勢相等，各供出一半的負荷電流。（2）當任一個繞組中發(fā)生匝間短路時，兩個繞組中的電勢就不再相等，由于出現(xiàn)電勢差產(chǎn)生一個均衡電流，在兩個繞組中環(huán)流。利用反應兩個支路電流之差，即可實現(xiàn)發(fā)電機定子繞組匝間短路的保護。（3）同相同繞組匝間短路：Ij=2Id/nl，短路匝數(shù)α越多時；環(huán)流越大，α較小時，保護不動作，有死區(qū)；（4）同相不同繞組匝間短路：α1,α2之差值很小時，也將出現(xiàn)死區(qū)。四川大學電氣信息學院呂飛鵬單元件橫差保護把一半繞組的三相電流之與另一半繞組三相電流之和進行比較，當發(fā)生各種匝問短路時，中性點聯(lián)線上有環(huán)流流過，繼電器3動作只用一個互感器，沒有由于互感器的誤差所產(chǎn)生的不平衡電流，起動電流較小，靈敏度較高當發(fā)電機出現(xiàn)三次諧波電勢E3時，三相同相位，若任一分支E3與其他支路不相等，則中性點連線上會出現(xiàn)三次諧波環(huán)流，采用三次諧波濾波器2，濾掉三次諧波不平衡電流轉(zhuǎn)子永久性兩點接地時，有較大不平衡電流通過中性點連接線，橫差保護可能誤動轉(zhuǎn)子永久性兩點接地時，氣隙磁通畸變畸變氣隙磁通導致發(fā)電機異常震動，需轉(zhuǎn)子永久性兩點接地保護動作跳閘，因此不閉鎖橫差保護為防止轉(zhuǎn)子瞬時兩點接地時橫差誤動，在轉(zhuǎn)子一點接地后，橫差切換至0.51s延時跳閘回路四川大學電氣信息學院呂飛鵬第6節(jié)發(fā)電機變壓器組差動保護(1)當發(fā)電機和變壓器之間無斷路器時，一般裝設(shè)整組共用的縱差動保護(2)當發(fā)電機與變壓器之間有斷路器時，發(fā)電機和變壓器應分別裝設(shè)縱差動保護(3)當發(fā)電機與變壓器之間有分支(如廠用電出線)，應把分支線也包括在差動保護范圍內(nèi)四川大學電氣信息學院呂飛鵬第四節(jié)發(fā)電機的單相接地保護（1）發(fā)電機外殼是接地的；（2）定子繞組中性點不接地或經(jīng)高阻抗接地；（3）定子繞組單相接地具有一般不接地系統(tǒng)單相接地短路的特點

（4）流經(jīng)接地點的電流為發(fā)電機所在電壓網(wǎng)絡(luò)，即與發(fā)電機有直接電聯(lián)系的各元件對地電容電流之總和（5）故障點零序電流、零序電壓特隨發(fā)電機內(nèi)部接地點位置α而改變（6）當接地電容電流等于或大于5A時，應裝設(shè)動作跳閘的接地保護，當接地電流小于5A時，裝設(shè)作用于信號的接地保護四川大學電氣信息學院呂飛鵬單相接地：Ip1=Ip2=Ip0,Id=3Ip0=3(I0f+I0l)發(fā)電機零序電容電流：發(fā)電機以外網(wǎng)絡(luò)零序電流（1）發(fā)電機內(nèi)部單相接地時，流過LH0的零序電流為發(fā)電機以外電壓網(wǎng)絡(luò)的對地電容電流;（2）發(fā)電機外部單相接地時，流過LH0的零序電流為發(fā)電機本身的對地電容電流（3）當發(fā)電機定于繞組的中性點附近接地時，由于接地電流很小，零序電流保護將不能起動，存在死區(qū)四川大學電氣信息學院呂飛鵬發(fā)電機內(nèi)部單相接地短路的機端零序電壓發(fā)電機內(nèi)部單相接地短路的機端零序電壓和故障點的零序電壓相等可通過機端的電壓互感器來測量故障點零序電壓四川大學電氣信息學院呂飛鵬二、利用零序電流構(gòu)成的定子接地保護(1)躲過外部單相接地時，發(fā)電機本身的電容電流，以及由于零序電流互感器一次側(cè)三相導線排列不對稱，而在二次側(cè)引起的不平衡電流。(2)保護裝置的一次動作電流應小于表7—l規(guī)定的允許值。(3)為防止外部相間短路產(chǎn)生的不平衡電流引起接地保護誤動作，應在相間保護動作時將接地保護閉鎖。(4)保護裝置一般帶有1—2s的時限，以躲開外部單相接地瞬間，發(fā)電機暫態(tài)電容電流的影響四川大學電氣信息學院呂飛鵬三、利用零序電壓構(gòu)成的定子接地保護

(發(fā)電機變壓器組）發(fā)電機變壓器組接線方式，當發(fā)電機單相接地后，接地電容電流一般小于允許值，否則可裝設(shè)消弧線圈補償把接地電流補償?shù)胶苄〉臄?shù)值。裝設(shè)作用于信號的接地保護，反應于零序電壓而動作。保護裝置的整定值應躲開正常運行時的不平衡電壓(包括三次諧波電壓)，以及變壓器高壓側(cè)接地時在發(fā)電機端所產(chǎn)生的零序電壓。中性點附近發(fā)生接地時，保護裝置不能動作，有電壓死區(qū)。（1）利用零序電流和零序電壓的接地保護，對定于繞組都不能達到100％的保護范圍。（2）對大型發(fā)電機組，持別是定子繞組用水內(nèi)冷的機組，應裝設(shè)能反應100％定于繞組的接地保護四川大學電氣信息學院呂飛鵬第四節(jié)發(fā)電機的負序過流保護系統(tǒng)中發(fā)生不對稱短路或在正常運行情況廠三相負荷不平衡時，定子繞組中出現(xiàn)負序電流；在轉(zhuǎn)子繞組、阻尼繞組以及轉(zhuǎn)于鐵心等部件感應100Hz的倍頻電流，使轉(zhuǎn)子過熱；產(chǎn)生100Hz交變電磁轉(zhuǎn)矩，將同時作用在轉(zhuǎn)子大軸和定子機座上，引起100Hz的振動；負序電流在轉(zhuǎn)子中所引起的發(fā)熱量，正比于負序電流的平方及所持續(xù)時間的乘積發(fā)電機負序過電流保護實際上是對定子繞組電流不平衡而引起轉(zhuǎn)子過熱的保護發(fā)電機允許負序電流的時間是隨負序電流大小而變化，具有反時限特性。四川大學電氣信息學院呂飛鵬二、兩段式負序定時限過流保護I段動作于發(fā)不對稱負荷信號按躲發(fā)電機長期允許的負序電流值和最大負荷下負序過濾器的不平衡電流來整定:I2dz=0.1Ief，Tdz:5-10sII段動作于跳閘按躲發(fā)電機短時間允許的負序電流整定:I2dz=(0.5~0.6)Ief，Tdz:3~5s與相鄰元件的后備保護在靈敏系數(shù)上相配合，時限按后備保護的原則逐級配合I段：0.1Ief，10s--------動作于信號II段：0.5Ief，4s--------動作于跳閘四川大學電氣信息學院呂飛鵬（1）曲線ab段:動作時限(4s)大于發(fā)電機允許的時間，可能出現(xiàn)發(fā)電機已被損壞而保護尚未動作，對發(fā)電機不安全；（2）曲線bc段:動作時限(4s)小于發(fā)電機允許的時間，沒有充分利用發(fā)電機承受負序電流的能力;（3）曲線cd段：僅動作于發(fā)信也是不安全的;（4）曲線de段：保護不動作兩段式負序定時限過電流保護的動作特性與發(fā)電機允許的負序電流曲線不能很好地配合；不能反應負序電流變化時發(fā)電機轉(zhuǎn)于的熱積累過程。四川大學電氣信息學院呂飛鵬單相式低電壓起動過電流保護，反應三相對稱短路四川大學電氣信息學院呂飛鵬三、負序反時限過流保護動作特性在允許負序電流曲線的上面，其間的距離按轉(zhuǎn)子溫升裕度決定。避免在發(fā)電機還沒有達到危險狀態(tài)時就把發(fā)電機切除。四川大學電氣信息學院呂飛鵬第五節(jié)、發(fā)電機失磁保護一、發(fā)電機的失磁運行及其產(chǎn)生的影響失磁故障： 指勵磁突然全部消失或部分消失。失磁原因：轉(zhuǎn)子繞組故障、 勵磁機故障、 自動滅磁開關(guān)誤跳閘、 半導體勵磁系統(tǒng)中元件損壞或回路發(fā)生故障以及誤操作等。四川大學電氣信息學院呂飛鵬失磁后的影響失磁－>失步－>異步運行對電力系統(tǒng)影響： 吸收無功，電壓下降，無功儲備不足，乃至電壓崩潰而系統(tǒng)瓦解對發(fā)電機影響：（1）轉(zhuǎn)子中的差頻電流引起轉(zhuǎn)子過熱（2）轉(zhuǎn)差率上升引起定子過電流產(chǎn)生發(fā)熱（3）轉(zhuǎn)速上升引起振動氣輪發(fā)電機－－－原則上允許異步運行一段時間水輪發(fā)電機－－－不允許失磁異步運行四川大學電氣信息學院呂飛鵬二、發(fā)電機失磁后的機端測量阻抗（δ<90）QP受端功率因素角φ

四川大學電氣信息學院呂飛鵬（1）失磁后到失步前轉(zhuǎn)子電流Id↓→Ed↓→P↓→δ↑→P↑，保持P不變Ed↓，δ↑→Q↓→Q<0，吸收無功Zf：I象限→II象限，φ：“＋”→“_”四川大學電氣信息學院呂飛鵬（2）臨界失步點（δ=90）等無功阻抗圓：其圓周為發(fā)電機以不同的有功功率P臨界失步時，機端測量阻抗的軌跡，圓內(nèi)為失步區(qū)。

四川大學電氣信息學院呂飛鵬（3）失步后的異步運行階段（δ>90）1、發(fā)電機空載運行失磁時：S=0 Zf=-jX1–jXad=-jXd-----最大2、發(fā)電機在其他運行方式下失磁：S↑→Zf↓,位于第四象限四川大學電氣信息學院呂飛鵬四川大學電氣信息學院呂飛鵬三、發(fā)電機在其它運行方式下的機端測量阻抗失磁Q>0Q=0Q<0外部故障四川大學電氣信息學院呂飛鵬四、失磁保護的構(gòu)成方式

失磁保護應能正確反應發(fā)電機失磁故障，而在發(fā)電機外部故障、電力系統(tǒng)振蕩、發(fā)電機自同步并列以及發(fā)電機低勵磁(同步)運行時不誤動作。利用自動滅磁開關(guān)聯(lián)鎖跳開發(fā)電機斷路器利用失磁后發(fā)電機定子各參數(shù)變化的特點構(gòu)成失磁保護：機端測量阻抗由第一象