第八章發(fā)電機保護

電力系統(tǒng)繼電保護原理

主講教師:焦彥軍華北電力大學電自教研室2/6/2023第八章發(fā)電機保護8-1發(fā)電機的故障、不正常運行狀態(tài)及其保護配置8-2發(fā)電機縱聯(lián)差動保護8-3發(fā)電機匝間短路保護8-4發(fā)電機定子繞組單相接地保護8-5發(fā)電機轉(zhuǎn)子接地保護8-6發(fā)電的失磁保護8-7發(fā)電機負序過電流保護8-8發(fā)電機失步保護2/6/20238-1發(fā)電機的故障、不正常運行狀態(tài)及其保護配置一、發(fā)電機定子繞組故障及保護配置ABC——定子繞組及引出線上的相間短路發(fā)電機縱差動保護2/6/20238-1發(fā)電機的故障、不正常運行狀態(tài)及其保護配置一、發(fā)電機定子繞組故障及保護配置ABC——定子繞組匝間短路發(fā)電機縱向基波零序電壓保護發(fā)電機不完全縱差保護發(fā)電機裂相橫差保護發(fā)電機單元件橫差保護ABC2/6/20238-1發(fā)電機的故障、不正常運行狀態(tài)及其保護配置一、發(fā)電機定子繞組故障及保護配置ABC——定子繞組單相接地短路發(fā)電機定子繞組單相接地保護2/6/20238-1發(fā)電機的故障、不正常運行狀態(tài)及其保護配置+-二、發(fā)電機轉(zhuǎn)子故障及保護配置——轉(zhuǎn)子繞組一點接地——轉(zhuǎn)子繞組兩點接地轉(zhuǎn)子繞組一點接地保護轉(zhuǎn)子繞組兩點接地保護2/6/20238-1發(fā)電機的故障、不正常運行狀態(tài)及其保護配置+-二、發(fā)電機轉(zhuǎn)子故障及保護配置——低勵和失磁發(fā)電機低勵和失磁保護~勵磁機勵磁變2/6/20238-1發(fā)電機的故障、不正常運行狀態(tài)及其保護配置三、發(fā)電機不正常運行狀態(tài)及保護配置QFQF1QF2+-ZBACR——區(qū)外短路引起的過電流

負序過電流及低電壓過電流保護；復合電壓啟動的過電流保護；過電流保護；帶電流記憶的低壓過流保護。定子過熱2/6/20238-1發(fā)電機的故障、不正常運行狀態(tài)及其保護配置三、發(fā)電機不正常運行狀態(tài)及保護配置QFQF1QF2+-ZBACR——區(qū)外不對稱短路引起的負序過電流

負序過電流保護；轉(zhuǎn)子過熱2/6/20238-1發(fā)電機的故障、不正常運行狀態(tài)及其保護配置三、發(fā)電機不正常運行狀態(tài)及保護配置QFQF1QF2+-ZBACR——過負荷（對稱負荷引起定子繞組過電流）

過負荷保護2/6/20238-1發(fā)電機的故障、不正常運行狀態(tài)及其保護配置三、發(fā)電機不正常運行狀態(tài)及保護配置QFQF1QF2+-ZBACR——過勵磁（頻率下降或電壓升高引起）

過勵磁保護2/6/20238-1發(fā)電機的故障、不正常運行狀態(tài)及其保護配置三、發(fā)電機不正常運行狀態(tài)及保護配置QFQF1QF2+-ZBACR——轉(zhuǎn)子繞組過負荷

轉(zhuǎn)子繞組過負荷保護2/6/20238-1發(fā)電機的故障、不正常運行狀態(tài)及其保護配置三、發(fā)電機不正常運行狀態(tài)及保護配置QFQF1QF2+-ZBACR——失步

失步保護2/6/20238-1發(fā)電機的故障、不正常運行狀態(tài)及其保護配置三、發(fā)電機不正常運行狀態(tài)及保護配置QFQF1QF2+-ZBACR——低頻、過頻

頻率異常保護2/6/20238-1發(fā)電機的故障、不正常運行狀態(tài)及其保護配置三、發(fā)電機不正常運行狀態(tài)及保護配置QFQF1QF2+-ZBACR——過電壓

過電壓保護誤強勵、甩負荷2/6/20238-1發(fā)電機的故障、不正常運行狀態(tài)及其保護配置三、發(fā)電機不正常運行狀態(tài)及保護配置QFQF1QF2+-ZBACR——逆功率

逆功率保護誤關(guān)主汽門2/6/20238-1發(fā)電機的故障、不正常運行狀態(tài)及其保護配置三、發(fā)電機不正常運行狀態(tài)及保護配置QFQF1QF2+-ZBACR——誤上電

2/6/20238-1發(fā)電機的故障、不正常運行狀態(tài)及其保護配置三、發(fā)電機不正常運行狀態(tài)及保護配置QFQF1QF2+-ZBACR——誤上電

誤上電保護2/6/20238-1發(fā)電機的故障、不正常運行狀態(tài)及其保護配置三、發(fā)電機不正常運行狀態(tài)及保護配置QFQF1QF2+-ZBACR——其它

起停機保護、斷路器斷口閃絡(luò)保護非電量保護2/6/20238-1發(fā)電機的故障、不正常運行狀態(tài)及其保護配置四、發(fā)電機保護的動作方式QFQF1QF2+-ZBACR（1）停機——停汽機、停鍋爐、斷開高壓則斷路器、滅磁、斷開高壓廠用變低壓側(cè)斷路器、使機爐及其輔機停止工作。2/6/20238-1發(fā)電機的故障、不正常運行狀態(tài)及其保護配置四、發(fā)電機保護的動作方式QFQF1QF2+-ZBACR（2）解列滅磁——斷開高壓則斷路器、滅磁、斷開高壓廠用變低壓側(cè)斷路器、汽輪機甩負荷。2/6/20238-1發(fā)電機的故障、不正常運行狀態(tài)及其保護配置四、發(fā)電機保護的動作方式QFQF1QF2+-ZBACR（3）解列——斷開高壓則斷路器、汽輪機甩負荷。2/6/20238-1發(fā)電機的故障、不正常運行狀態(tài)及其保護配置四、發(fā)電機保護的動作方式QFQF1QF2+-ZBACR（4）程序跳閘——保護先動作于跳主汽門，然后經(jīng)過逆功率繼電器的延時接點和主汽門跳閘后的常閉接點串聯(lián),動作于跳發(fā)電機-變壓器組的出口斷路器,實現(xiàn)發(fā)電機組與系統(tǒng)解列并滅磁。2/6/20238-1發(fā)電機的故障、不正常運行狀態(tài)及其保護配置四、發(fā)電機保護的動作方式QFQF1QF2+-ZBACR（5）減出力——減少原動機的輸出功率。（6）減勵磁——減小勵磁電流。（7）母線解列——對雙母線系統(tǒng)，斷開母聯(lián)開關(guān)，縮小故障波及范圍。（8）信號——發(fā)出警示信號。2/6/20238-2發(fā)電機縱聯(lián)差動保護一、發(fā)電機縱聯(lián)差動保護基本原理+發(fā)電機正常運行時發(fā)電機定子繞組發(fā)生相間短路時2/6/20238-2發(fā)電機縱聯(lián)差動保護一、發(fā)電機縱聯(lián)差動保護基本原理+保護動作判據(jù)其中2/6/20238-2發(fā)電機縱聯(lián)差動保護二、比率制動特性和標積制動特性的縱聯(lián)差動保護動作判據(jù)00制動系數(shù)斜率2/6/20238-2發(fā)電機縱聯(lián)差動保護二、比率制動特性和標積制動特性的縱聯(lián)差動保護制動電流——比率制動特性的制動電流——標積制動特性的制動電流2/6/20238-2發(fā)電機縱聯(lián)差動保護二、比率制動特性和標積制動特性的縱聯(lián)差動保護A相比率制動元件負序電壓判別元件定子一點單相接地開入TA斷線判別元件差流越限判別元件跳閘差流越限告警TA斷線B相比率制動元件C相比率制動元件0++&&0+&&&&2/6/20238-2發(fā)電機縱聯(lián)差動保護三、發(fā)電機不完全縱聯(lián)差動保護+2/6/20238-3發(fā)電機匝間短路保護ABC++一、發(fā)電機橫差保護構(gòu)成原理裂相橫差保護構(gòu)成原理圖2/6/20238-3發(fā)電機匝間短路保護一、發(fā)電機橫差保護構(gòu)成原理單元件橫差保護構(gòu)成原理圖ABC+2/6/20238-3發(fā)電機匝間短路保護一、發(fā)電機橫差保護構(gòu)成原理轉(zhuǎn)子一點接地保護開入交流回路異常監(jiān)測元件跳閘告警單元件橫差元件00&&單元件橫差元件的三次諧波的濾過比應不小于80。當發(fā)生發(fā)電機轉(zhuǎn)子偏心、勵磁回路兩點接地時，橫差保護有可能動作。當發(fā)生勵磁回路一點接地故障后，為防止可能出現(xiàn)的瞬時兩點接地時橫差保護誤動作，經(jīng)延時出口跳閘。2/6/2023二、發(fā)電機縱向基波零序電壓保護8-3發(fā)電機匝間短路保護2/6/2023二、發(fā)電機縱向基波零序電壓保護8-3發(fā)電機匝間短路保護負序功率方向元件縱向基波零序電壓元件TA斷線判別元件跳閘TA斷線TV斷線判別元件負序電壓元件負序電流元件TV斷線機端三相無電流&&&00判斷發(fā)電機是否并網(wǎng)防止外部不對稱短路時保護誤動三次諧波濾過比大于802/6/2023三、發(fā)電機負序功率方向保護8-3發(fā)電機匝間短路保護2/6/2023三、發(fā)電機負序功率方向保護8-3發(fā)電機匝間短路保護2/6/2023跳閘機端三相無電流30ms&&&0100ms三、發(fā)電機負序功率方向保護8-3發(fā)電機匝間短路保護2/6/20238-4發(fā)電機定子繞組單相接地保護一、發(fā)電機定子繞組單相接地時基波零序分量的特點1.發(fā)電機定子繞組距中性點處單相接地短路2/6/20232/6/20232/6/20232/6/20232/6/20232/6/20238-4發(fā)電機定子繞組單相接地保護一、發(fā)電機定子繞組單相接地時基波零序分量的特點1.發(fā)電機定子繞組距中性點處單相接地短路（1）忽略各相電流在發(fā)電機繞組上的壓降，機端的零序電壓和故障處的零序電壓相等。2/6/20238-4發(fā)電機定子繞組單相接地保護一、發(fā)電機定子繞組單相接地時基波零序分量的特點1.發(fā)電機定子繞組距中性點處單相接地短路（2）當發(fā)電機定子繞組發(fā)生接地短路時，測量的零序電流為發(fā)電機外部等值電容的零序電流；當發(fā)電機外部發(fā)生接地短路時，測量的零序電流為發(fā)電機對地電容的零序電流。2/6/20238-4發(fā)電機定子繞組單相接地保護一、發(fā)電機定子繞組單相接地時基波零序分量的特點1.發(fā)電機定子繞組距中性點處單相接地短路（3）零序電壓及零序電流，其大小和故障點位置有關(guān)，故障點距離發(fā)電機中性點越近，數(shù)值越小，反之越大。2/6/2023例：發(fā)電價的額定電壓規(guī)程規(guī)定允許的接地短路電流為：2/6/2023【發(fā)電機中性點接地方式】欠補償方式20000/230例2/6/20238-4發(fā)電機定子繞組單相接地保護二、發(fā)電機定子繞組三次諧波電勢及其特點2/6/20238-4發(fā)電機定子繞組單相接地保護二、發(fā)電機定子繞組三次諧波電勢及其特點2/6/20238-4發(fā)電機定子繞組單相接地保護三、發(fā)電機定子繞組單相接地保護構(gòu)成原理1.基波零序電壓保護的死區(qū)

接地電流小于安全電流，可動作于信號或延時跳閘。2/6/20238-4發(fā)電機定子繞組單相接地保護三、發(fā)電機定子繞組單相接地保護構(gòu)成原理2.三次諧波電壓比定子接地保護保護的動作判據(jù)——正常運行時，可實際測量2/6/20238-5發(fā)電機轉(zhuǎn)子接地保護一、發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組故障形式及其危害-+繞組匝間短路對于氣體冷卻的轉(zhuǎn)子，這種匝間短路不會直接引起嚴重后果。對于水內(nèi)冷的轉(zhuǎn)子，由于匝數(shù)少、電流密度大，不容許帶著匝間短路長期運行。2/6/20238-5發(fā)電機轉(zhuǎn)子接地保護-+一、發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組故障形式及其危害轉(zhuǎn)子繞組一點接地——對發(fā)電機不會造成實質(zhì)性危害轉(zhuǎn)子繞組兩點接地——燒傷轉(zhuǎn)子本體；勵磁繞組因過熱而燒傷；引起振動；軸系和汽機磁化。2/6/20238-5發(fā)電機轉(zhuǎn)子接地保護-+一、發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組故障形式及其危害

水輪發(fā)電機，都裝設(shè)一點接地保護，動作于信號，不裝設(shè)兩點接地保護。中小型汽輪發(fā)電機，不裝設(shè)一點接地保護。用絕緣檢查電壓表檢出一點接地故障后，投兩點接地保護裝置。兩點接地保護動作后，經(jīng)延時停機。大型汽輪發(fā)電機裝設(shè)一點接地保護已屬定論。但在一點接地保護動作于信號還是動作于跳閘的問題上，存在著不同的看法。2/6/20238-5發(fā)電機轉(zhuǎn)子接地保護二、切換采樣式轉(zhuǎn)子一點接地保護（乒乓式）-+測量：計算：2/6/2023-+2/6/2023-+2/6/2023-+2/6/2023-+2/6/20232/6/20238-5發(fā)電機轉(zhuǎn)子接地保護二、切換采樣式轉(zhuǎn)子一點接地保護（乒乓式）-+保護的動作判據(jù):

轉(zhuǎn)子接地保護可設(shè)置兩段，依據(jù)汽輪發(fā)電機和水輪發(fā)電機所采用的冷卻方式不同進行設(shè)置。靈敏段動作于信號，不靈敏段可延時動作于跳閘。2/6/20238-5發(fā)電機轉(zhuǎn)子接地保護三、注入方波信號的轉(zhuǎn)子一點接地保護大軸+-+-2/6/20238-5發(fā)電機轉(zhuǎn)子接地保護三、注入方波信號的轉(zhuǎn)子一點接地保護大軸+-+-2/6/2023注入方波信號的轉(zhuǎn)子一點接地保護具有以下特點：1)轉(zhuǎn)子接地電阻的計算與接地位置無關(guān)，保護沒有死區(qū)；2)轉(zhuǎn)子接地電阻的計算與轉(zhuǎn)子電壓的大小無關(guān)；3)不受轉(zhuǎn)子繞組對地電容的影響；4)在未加轉(zhuǎn)子電壓的情況下，也能監(jiān)視轉(zhuǎn)子的絕緣情況。8-5發(fā)電機轉(zhuǎn)子接地保護三、注入方波信號的轉(zhuǎn)子一點接地保護2/6/20238-6發(fā)電的失磁保護一、發(fā)電機失磁后的基本物理過程QF1QF2QF3——發(fā)電機空載電勢2/6/20238-6發(fā)電的失磁保護一、發(fā)電機失磁后的基本物理過程QF1QF2QF3發(fā)電機穩(wěn)態(tài)運行時的電壓、電流向量關(guān)系為：2/6/2023對于隱極發(fā)電機2/6/2023對于凸極發(fā)電機2/6/20238-6發(fā)電的失磁保護一、發(fā)電機失磁后的基本物理過程QF1QF2QF3發(fā)電機穩(wěn)態(tài)運行時的攻角關(guān)系：隱極發(fā)電機2/6/20238-6發(fā)電的失磁保護一、發(fā)電機失磁后的基本物理過程QF1QF2QF3發(fā)電機穩(wěn)態(tài)運行時的功角關(guān)系：凸極發(fā)電機2/6/2023隱極機功角特性凸極機功角特性發(fā)電機轉(zhuǎn)子運動方程2/6/2023發(fā)電機失磁后的電氣量變化（以隱極機為例）：2/6/2023QF1QF2QF32/6/2023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端測量阻抗變化在轉(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發(fā)電機失磁后的電氣量變化的特征：2/6/2023（1）造成系統(tǒng)中大量無功缺少。當系統(tǒng)中無功儲備不足，將引起電壓下降，嚴重時引起電壓崩潰，系統(tǒng)瓦解。（2）造成系統(tǒng)中其他發(fā)電機增加無功輸出。使某些發(fā)電機、變壓器、輸電線路過電流，后備保護可能因過流動作，擴大故障范圍。（3）造成有功功率擺動及系統(tǒng)電壓降低。可能導致相鄰正常運行的發(fā)電機與系統(tǒng)之間失去同步，引起系統(tǒng)振蕩。發(fā)電機失磁后的危害：——對電力系統(tǒng)的影響2/6/2023（1）轉(zhuǎn)子繞組出現(xiàn)差頻電流，引起繞組發(fā)熱。（2）異步運行后，發(fā)電機的等效電抗降低，從系統(tǒng)中吸收的無功增加，使定子繞組過熱。（3）對大型直接冷卻式汽輪發(fā)電機，其轉(zhuǎn)矩和有功將發(fā)生劇烈擺動。這種影響對水輪發(fā)電機更為嚴重，直接威脅機組安全。（4）定子端部漏磁增強，使端部的部件和端部鐵芯過熱。發(fā)電機失磁后的危害：——對發(fā)電機的影響2/6/20238-6發(fā)電的失磁保護二、發(fā)電機失磁后的機端測量阻抗QF1QF2QF32/6/20231.失步前（）時的機端測量阻抗002/6/20232.臨界失步點（）時的機端測量阻抗O2/6/20233.發(fā)電機失步后的機端測量阻抗

當發(fā)電機失磁后，勵磁電流按指數(shù)規(guī)律衰減到零，發(fā)電機進入異步運行狀態(tài)。2/6/20233.發(fā)電機失步后的機端測量阻抗O2/6/2023

發(fā)電機失磁后的機端測量阻抗Oabcde等有功圓靜穩(wěn)邊界阻抗圓異步邊界阻抗圓2/6/20234.發(fā)電機在其它運行方式下的機端測量阻抗QF1QF2QF3發(fā)電機正常運行發(fā)電機外部短路O系統(tǒng)振蕩發(fā)電機自并列發(fā)電機對長線充電2/6/20238-6發(fā)電的失磁保護三、發(fā)電機失磁保護的構(gòu)成

1.基于機端測量阻抗的發(fā)電機失磁保護

核心元件是阻抗繼電器，阻抗繼電器的動作特性可以采用靜穩(wěn)極限阻抗圓、異步阻抗圓，或者諸如透鏡、蘋果和橢圓形的特性，具體采用何種特性，應根據(jù)發(fā)電機結(jié)構(gòu)、運行工況及其在電網(wǎng)中所處位置而定。

2.基于高壓側(cè)低電壓的發(fā)電機失磁保護

由于發(fā)電機低勵失磁故障，無功儲備不足，引起系統(tǒng)側(cè)高壓母線三相相間電壓同時下降到低于最低電壓允許值。

3.失磁保護的輔助判據(jù)

（1）等勵磁電壓失磁保護

（2）轉(zhuǎn)子繞組變勵磁低電壓失磁保護2/6/20232/6/20238-7發(fā)電機負序電流保護一、發(fā)電機承受負序電流的能力（轉(zhuǎn)子表層過負荷保護）汽輪發(fā)電機：無阻尼繞組的水輪發(fā)電機：有阻尼繞組的水輪發(fā)電機：【定義】發(fā)電機的短時負序轉(zhuǎn)子發(fā)熱常數(shù)AA的數(shù)值與發(fā)電機的結(jié)構(gòu)及