第八章發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)

-1-2023/1/28第八章發(fā)電機(jī)的繼電保護(hù)主講教師：楊明玉電自教研室-2-2023/1/28一、發(fā)電機(jī)的故障第一節(jié)發(fā)電機(jī)的故障、不正常運(yùn)行狀態(tài)和保護(hù)配置定子繞組的單相接地故障

由于首先會(huì)發(fā)生繞組線棒和定子鐵芯絕緣破壞，因此單相接地故障（非短路性故障）首先發(fā)生。占定子故障的70－80%定子繞組及引出線上的相間短路

定子內(nèi)部沒有發(fā)生三相對(duì)稱短路的可能性，相間短路通常也是單相接地故障沒有及時(shí)處理發(fā)展成兩個(gè)接地點(diǎn)形成的。直接的相間短路很少。定子繞組的匝間短路

有二種情況：同相同分支；同相不同分支故障。一般發(fā)生在同一槽內(nèi)的直接短路或同一位置一點(diǎn)接地故障后電弧引發(fā)同相短路故障。-3-2023/1/28轉(zhuǎn)子繞組一點(diǎn)接地轉(zhuǎn)子繞組兩點(diǎn)接地與匝間短路低勵(lì)磁和失磁轉(zhuǎn)子勵(lì)磁回路勵(lì)磁電流部分或全部消失-4-2023/1/28二、發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行狀態(tài)1.區(qū)外短路引起的不正常運(yùn)行狀態(tài)對(duì)稱過電流和負(fù)序過電流當(dāng)線路或變壓器等外部設(shè)備發(fā)生短路故障時(shí)，有很大的短路電流流過發(fā)電機(jī)，引起發(fā)電機(jī)發(fā)熱

a）對(duì)稱過流——定子過熱

b）負(fù)序過流——轉(zhuǎn)子過熱一般線路保護(hù)和變壓器保護(hù)等會(huì)很快切除故障，使短路電流消失。

-5-2023/1/282.系統(tǒng)問題引起的不正常運(yùn)行狀態(tài)失步----一旦發(fā)電機(jī)同整個(gè)系統(tǒng)失步，則相當(dāng)于有最大三相短路電流流過發(fā)電機(jī)，對(duì)發(fā)電機(jī)的影響非常大。特別是大量的功率在發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)之間來回振蕩，引起轉(zhuǎn)子擺動(dòng)而損傷發(fā)電機(jī)。低頻、過頻----大型汽輪發(fā)電機(jī)允許長(zhǎng)期運(yùn)行的頻率范圍是48.5~50.5Hz。如果發(fā)電機(jī)頻率升高或降低到一定程度，汽輪機(jī)葉片將發(fā)生諧振，使材料疲勞，甚至斷裂，造成嚴(yán)重事故。

過負(fù)荷----發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)過負(fù)荷能力較弱（一般不允許超過5%）

過勵(lì)磁----當(dāng)頻率下降電壓升高時(shí)引起，將使定子繞組發(fā)熱-6-2023/1/28過勵(lì)磁----可能由電廠誤操作等問題引起過電壓----發(fā)電機(jī)若勵(lì)磁機(jī)誤強(qiáng)勵(lì)或突甩負(fù)荷會(huì)產(chǎn)生過電壓。影響發(fā)電機(jī)定子繞組絕緣。3.電廠誤操作等問題引起的不正常運(yùn)行狀態(tài)逆動(dòng)率----發(fā)電機(jī)誤關(guān)閉主汽門，則會(huì)從系統(tǒng)倒吸收功率，從而引起汽輪機(jī)葉片發(fā)熱損害。

誤上電----汽輪機(jī)并網(wǎng)同步前應(yīng)先預(yù)熱，此時(shí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)很慢，若此時(shí)誤上電，則定子中流過正序電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在轉(zhuǎn)子中引起發(fā)熱損傷轉(zhuǎn)子。-7-2023/1/284.配合電廠正常操作的運(yùn)行狀態(tài)程序逆功率----配合發(fā)電機(jī)正常停機(jī)，將汽機(jī)中剩余能量消耗完，使機(jī)組安全停機(jī)。5.其它發(fā)電機(jī)斷水、非全相運(yùn)行等-8-2023/1/28三、發(fā)電機(jī)的保護(hù)配置1）完全縱聯(lián)差動(dòng)和不完全縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)2）完全橫差動(dòng)和不完全橫差動(dòng)保護(hù)3）定子繞組單相接地保護(hù)4）勵(lì)磁回路接地保護(hù)5）低勵(lì)和失磁保護(hù)6）過負(fù)荷保護(hù)7）定子繞組過電流保護(hù)8）定子繞組過電壓保護(hù)-9-2023/1/28三、發(fā)電機(jī)的保護(hù)配置9）負(fù)序電流保護(hù)10）失步保護(hù)11）逆功率保護(hù)12）過勵(lì)磁保護(hù)13）低頻和過頻保護(hù)14）起停機(jī)保護(hù)15）誤上電保護(hù)16）斷水保護(hù)-10-2023/1/28各項(xiàng)保護(hù)可動(dòng)作于：

停機(jī)：斷開發(fā)電機(jī)斷路器、滅磁、關(guān)閉主汽門或?qū)斫饬袦绱牛簲嚅_發(fā)電機(jī)斷路器、滅磁、汽輪機(jī)甩負(fù)荷解列：斷開發(fā)電機(jī)斷路器、汽輪機(jī)甩負(fù)荷減出力：將原動(dòng)機(jī)出力減到給定值縮小故障影響范圍：例如斷開預(yù)定的其他斷路器程序跳閘：首先關(guān)閉主汽門或?qū)?dǎo)水翼關(guān)到空載位置，再跳開發(fā)電機(jī)斷路器并滅磁。減勵(lì)磁：將發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流減到給定值勵(lì)磁切換：將勵(lì)磁電源由工作電源切換到備用電源廠用電切換：由廠用工作電源切換到備用電源供電信號(hào)：發(fā)出聲光信號(hào)-11-2023/1/28第二節(jié)發(fā)電機(jī)縱差動(dòng)保護(hù)（1）完全縱差保護(hù)一、發(fā)電機(jī)縱差動(dòng)保護(hù)的接線方式TA1TA2能反應(yīng)定子繞組相間短路不能反應(yīng)定子繞組單相接地不能反應(yīng)定子繞組同相匝間短路和分支開焊-12-2023/1/28TA1TA2（2）不完全縱差保護(hù)能反應(yīng)定子繞組相間短路不能反應(yīng)定子繞組單相接地能反應(yīng)定子繞組同相匝間短路和分支開焊-13-2023/1/28二、發(fā)電機(jī)縱差動(dòng)保護(hù)的比率制動(dòng)特性制動(dòng)電流①按穿越電流選取②標(biāo)積制動(dòng)θ為與之間的相位差差動(dòng)電流：-14-2023/1/28ABCα二段折線式制動(dòng)特性動(dòng)作方程：-15-2023/1/28三、出口方式1.單相出口方式-16-2023/1/28三、出口方式2.循環(huán)閉鎖出口方式-17-2023/1/28一、單元件橫差動(dòng)保護(hù)需具有性能良好的三次諧波濾過器ABC保護(hù)接于中性點(diǎn)O1與O2之間的互感器TA二次。因一臺(tái)發(fā)電機(jī)只裝一個(gè)互感器和橫差繼電器，故稱單元件橫差動(dòng)保護(hù)。因通過保護(hù)的是三相電流之和（零序），故又稱零序橫差動(dòng)保護(hù)第三節(jié)發(fā)電機(jī)橫差動(dòng)保護(hù)-18-2023/1/28ABC能反應(yīng)同相同分支匝間短路-19-2023/1/28ABC同相不同分支匝間短路能反應(yīng)-20-2023/1/28ABC繞組相間短路能反應(yīng)-21-2023/1/28ABC分支開焊能反應(yīng)-22-2023/1/28ABC機(jī)端引線上的相間短路不能反應(yīng)-23-2023/1/28二、裂相橫差動(dòng)保護(hù)能反應(yīng)定子繞組相間短路和匝間短路，能兼顧分支開焊故障，不反應(yīng)機(jī)端引線短路-24-2023/1/28第四節(jié)發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)一、基波零序電壓型定子繞組單相接地保護(hù)k-25-2023/1/28死區(qū)舉例：Uop=15V，則能保護(hù)機(jī)端到中性點(diǎn)85%的范圍，有15%死區(qū)-26-2023/1/28中性點(diǎn)機(jī)端三次諧波電壓保護(hù)區(qū)基波零序電壓保護(hù)區(qū)（≥85%）

（<50%）由基波零序電壓保護(hù)和利用三次諧波電壓構(gòu)成的定子接地保護(hù)兩部分構(gòu)成

二、發(fā)電機(jī)100%定子繞組單相接地保護(hù)

-27-2023/1/28第五節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路接地保護(hù)一、勵(lì)磁回路接地故障的危害正常運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓（直流電壓）僅有幾百伏，且轉(zhuǎn)子繞組及勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)地是絕緣的。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組或勵(lì)磁回路發(fā)生一點(diǎn)接地時(shí)，不會(huì)構(gòu)成對(duì)發(fā)電機(jī)的危害。但是，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組出現(xiàn)不同位置的兩點(diǎn)接地或匝間短路時(shí)，很大的短路電流可能燒傷轉(zhuǎn)子本體；還會(huì)造成轉(zhuǎn)子和汽輪機(jī)葉片等部件被磁化；另外，由于部分轉(zhuǎn)子繞組被短路，使氣隙磁場(chǎng)不均勻或發(fā)生畸變，從而使電磁轉(zhuǎn)矩不均勻并造成發(fā)電機(jī)振動(dòng)，損壞發(fā)電機(jī)。-28-2023/1/28二、勵(lì)磁回路接地保護(hù)1.乒乓式轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)在發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)輪流測(cè)量轉(zhuǎn)子繞組正極、負(fù)極的對(duì)地電流，并根據(jù)測(cè)得的結(jié)果計(jì)算出接地故障的位置及接地電阻的量值-29-2023/1/282.反映接地位置變化的轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地保護(hù)動(dòng)作判據(jù)：-30-2023/1/28第六節(jié)發(fā)電機(jī)負(fù)序過電流保護(hù)一、負(fù)序過電流保護(hù)的作用

裝設(shè)目的是保護(hù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，還可以作發(fā)電機(jī)變壓器組內(nèi)部不對(duì)稱短路故障的后備保護(hù)長(zhǎng)期承受能力：短期承受能力：-31-2023/1/28二、負(fù)序過電流保護(hù)的構(gòu)成1.兩段定時(shí)限負(fù)序過電流保護(hù)ab：對(duì)發(fā)電機(jī)不安全bc：未充分利用發(fā)電機(jī)對(duì)I2的承受能力cd：發(fā)信號(hào)，由于運(yùn)行人員處理，靠近c(diǎn)點(diǎn)時(shí)不安全de：保護(hù)根本不反應(yīng)延時(shí)跳閘延時(shí)發(fā)信號(hào)-32-2023/1/282.負(fù)序反時(shí)限過電流保護(hù)ABF：定時(shí)限負(fù)序過電流保護(hù)，動(dòng)作后發(fā)信號(hào)CD：反時(shí)限負(fù)序過電流保護(hù)，動(dòng)作后切機(jī)DEH：負(fù)序反時(shí)限上限動(dòng)作區(qū)，動(dòng)作后切機(jī)-33-2023/1/28第七節(jié)發(fā)電機(jī)的失磁保護(hù)一、發(fā)電機(jī)失磁運(yùn)行及其產(chǎn)生的影響失磁故障：發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁突然全部消失或部分消失

系統(tǒng)-34-2023/1/28系統(tǒng)-35-2023/1/28特征：轉(zhuǎn)子出現(xiàn)轉(zhuǎn)差定子電流增大定子電壓下降有功功率下降無功功率反向并且增大機(jī)端測(cè)量阻抗變化在轉(zhuǎn)子回路出現(xiàn)差頻電流電力系統(tǒng)的電壓下降某些電源支路過電流-36-2023/1/28（1）造成系統(tǒng)中大量無功缺少。當(dāng)系統(tǒng)中無功儲(chǔ)備不足，將引起電壓下降，嚴(yán)重時(shí)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(dòng)作，擴(kuò)大故障范圍（3）造成有功功率擺動(dòng)及系統(tǒng)電壓降低。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

對(duì)電力系統(tǒng)的影響-37-2023/1/28

對(duì)發(fā)電機(jī)的影響（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）對(duì)大型直接冷卻式汽輪發(fā)電機(jī)，其轉(zhuǎn)矩和有功將發(fā)生劇烈擺動(dòng)。這種影響對(duì)