同步發(fā)電機(jī)保護(hù)課件

供配電系統(tǒng)繼電保護(hù)與設(shè)計(jì)

第六章同步發(fā)電機(jī)的繼電保護(hù)

主要內(nèi)容第一節(jié)常見故障類型、不正常工作狀態(tài)及其保護(hù)方式第二節(jié)發(fā)電機(jī)的縱差保護(hù)第三節(jié)發(fā)電機(jī)定子繞組匝間短路保護(hù)第四節(jié)發(fā)電機(jī)相間短路后備保護(hù)及過(guò)負(fù)荷保護(hù)第五節(jié)發(fā)電機(jī)定子繞組的接地保護(hù)第六節(jié)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路接地保護(hù)第七節(jié)發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)第八節(jié)發(fā)電機(jī)-變壓器組保護(hù)的特點(diǎn)與原理作業(yè)常見故障類型不正常工作狀態(tài)相應(yīng)的保護(hù)方式不正常工作狀態(tài)⒈由于外部短路引起的定子繞組過(guò)電流；⒉負(fù)荷超過(guò)發(fā)電機(jī)額定容量而引起的過(guò)負(fù)荷；以上兩種會(huì)引起定子繞組溫度升高，加速絕緣老化，縮短機(jī)組壽命，可能發(fā)展為定子繞組故障。⒊定子繞組過(guò)電壓；可造成定子繞組絕緣擊穿。⒋轉(zhuǎn)子表層過(guò)熱?？稍斐赊D(zhuǎn)子局部灼傷，嚴(yán)重時(shí)使護(hù)環(huán)受熱松脫。

保護(hù)方式縱差動(dòng)保護(hù)：定子繞組及其引出線的相間短路保護(hù)橫差動(dòng)保護(hù)：定子繞組一相匝間短路的保護(hù)單相接地保護(hù)：對(duì)發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地短路的保護(hù)

接地電容電流：5A以下動(dòng)作于信號(hào)

5A以上動(dòng)作于跳閘

發(fā)電機(jī)外部短路引起的過(guò)電流，可采用：過(guò)電流保護(hù)，用于1MW以下的小型發(fā)電機(jī)。復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)，用于1MW以上的發(fā)電機(jī)。負(fù)序電流及單相式低電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)，用于50MW及以上的發(fā)電機(jī)。

反應(yīng)不對(duì)稱短路或三相負(fù)荷不對(duì)稱而引起的負(fù)序過(guò)電流采用：負(fù)序過(guò)電流保護(hù)：50MW及以上的發(fā)電機(jī)注意：保護(hù)動(dòng)作與發(fā)電機(jī)出口斷路器跳閘時(shí)，必須同時(shí)跳開滅磁開關(guān)，斷開發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路，以使轉(zhuǎn)于回路電流不會(huì)在定子繞組中再感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，繼續(xù)供給短路電流。發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)是發(fā)電機(jī)定子繞組及其引出線相間短路的主保護(hù)。作用原理第二節(jié)發(fā)電機(jī)的縱差保護(hù)動(dòng)作電流的整定計(jì)算

兩個(gè)條件：（1）躲大于發(fā)電機(jī)額定電流（CT二次斷線時(shí)不誤動(dòng)）

（2）躲外部短路時(shí)的最大不平衡電流。斷線監(jiān)視繼電器動(dòng)作電流整定計(jì)算在中線上設(shè)電流繼電器KA來(lái)設(shè)置斷線預(yù)告信號(hào)。動(dòng)作電流整定：Iop·KA=0.2ING／KTA動(dòng)作時(shí)限整定:大于發(fā)電機(jī)后備保護(hù)時(shí)限一個(gè)時(shí)限階梯高靈敏度接線的差動(dòng)保護(hù)

2。電流整定1。接線帶比率制動(dòng)式的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)

1。接線3。比率特性曲線第三節(jié)發(fā)電機(jī)定子繞組匝間短路保護(hù)

在大容量發(fā)電機(jī)中，由于額定電流很大，其每相都是由兩個(gè)(或更多個(gè))并聯(lián)的繞組組成的。任一個(gè)繞組中發(fā)生匝間短路時(shí)，兩個(gè)繞組中的電動(dòng)勢(shì)就不再相等，因而會(huì)由于出現(xiàn)電動(dòng)勢(shì)差而產(chǎn)生一個(gè)均衡電流，在兩個(gè)繞組中環(huán)流。由此，利用反應(yīng)兩個(gè)支路電流之差的原理，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)定于繞組匝問(wèn)短路的保護(hù)。原理此接線復(fù)雜，保護(hù)中的不平衡電流也大，因此，實(shí)際上已很少采用整定計(jì)算動(dòng)作電流：Iop=（0.2～0.3）ING電流互感器變比：KTA=0.25ING／5評(píng)價(jià)優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單，靈敏度高。缺點(diǎn)：有死區(qū)，對(duì)其它繞組接線形式的大型機(jī)組無(wú)法適用。第四節(jié)發(fā)電機(jī)的過(guò)電流保護(hù)及過(guò)負(fù)荷保護(hù)發(fā)電機(jī)的過(guò)電流保護(hù)主要用來(lái)作為發(fā)電機(jī)定子繞組相間短路主保護(hù)（一般為縱差保護(hù)）的近后備保護(hù)，并同時(shí)作為發(fā)電機(jī)外部短路時(shí)的遠(yuǎn)后備保護(hù)。目前，發(fā)電機(jī)的過(guò)電流保護(hù)主要有三種。1。一般過(guò)電流保護(hù)，用于1MW以下的小型發(fā)電機(jī)；2。復(fù)合電壓起動(dòng)的過(guò)電流保護(hù)，用于1MW以上的發(fā)電機(jī)；3。負(fù)序過(guò)電流及單相低電壓起動(dòng)的過(guò)電流保護(hù)，用于50MW以上的發(fā)電機(jī)。

前兩種前面已作詳細(xì)的介紹，本節(jié)重點(diǎn)介紹第三種保護(hù)形式。二、復(fù)合電壓起動(dòng)的過(guò)電流保護(hù)該電流會(huì)引起轉(zhuǎn)子過(guò)熱，使得轉(zhuǎn)子上電流密度很大的某些部位(如轉(zhuǎn)子端部、護(hù)環(huán)內(nèi)表面等)，可能出現(xiàn)局部高溫，甚至可能使護(hù)環(huán)受熱松脫，從而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)的重大事故。此外，負(fù)序氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子電流之間以及正序氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與定子負(fù)序電流之間所產(chǎn)生的100Hz交變電磁轉(zhuǎn)矩，將同時(shí)作用在轉(zhuǎn)子大軸和定子機(jī)座上．從而引起100Hz的振動(dòng)。發(fā)電機(jī)負(fù)序過(guò)電流保護(hù)實(shí)際上是對(duì)定子繞組電流不平衡而引起轉(zhuǎn)子過(guò)熱的一種保護(hù)，因此應(yīng)作為發(fā)電機(jī)的主保護(hù)方式之一。由于負(fù)序過(guò)電流保護(hù)不能反應(yīng)于三相短路，因此，當(dāng)用它作為后備保護(hù)時(shí)，還需要附加裝設(shè)一個(gè)單相式的低電壓起動(dòng)過(guò)電流保護(hù)，以專門反應(yīng)三相短路。負(fù)序反時(shí)限過(guò)流保護(hù)

對(duì)于大型發(fā)電機(jī)，應(yīng)盡量采用能夠模擬發(fā)電機(jī)允許的負(fù)序電流曲線的負(fù)序反時(shí)限過(guò)流保護(hù)。第五節(jié)定子繞組的單相接地保護(hù)根據(jù)安全的要求，發(fā)電機(jī)的外殼都是接地的，因此，定子繞組因絕緣破壞而引起的單相接地故障比較普遍。當(dāng)接地電流比較大，能在故障點(diǎn)引起電弧時(shí)，將使繞組的絕緣和定于鐵心燒壞，并且也容易發(fā)展成相間短路，造成更大的危害。我國(guó)規(guī)定，當(dāng)接地電容電流等于或大于5A時(shí)，應(yīng)裝設(shè)動(dòng)作于跳閘的接地保護(hù)，當(dāng)接地電流小于5A時(shí)，一般裝設(shè)作用于信號(hào)的接地保護(hù)。一、故障分析1．發(fā)電機(jī)內(nèi)部單相接地時(shí)三相網(wǎng)絡(luò)接線圖可見：流過(guò)零序電流互感器的是外部電力系統(tǒng)電容電流之和。零序功率方向?yàn)榘l(fā)電機(jī)流向外部系統(tǒng)。發(fā)電機(jī)內(nèi)部單相接地時(shí)零序等效網(wǎng)絡(luò)圖2．外部單相接地時(shí)零序等效網(wǎng)絡(luò)圖可見：流過(guò)零序電流互感器的是發(fā)電機(jī)本身的電容電流。零序功率方向?yàn)橛赏獠肯到y(tǒng)流向發(fā)電機(jī)。

針對(duì)兩種情況，如I0·∑＞I0·G可設(shè)零序電流保護(hù)；如兩者相差不大，可設(shè)置零序功率方向保護(hù)。二、利用零序電流構(gòu)成的定子接地保護(hù)原理接線圖

工作原理：（1）躲過(guò)外部單相短路時(shí)流過(guò)電流互感器的3I0和正常情況下的不平衡電流。（2）動(dòng)作時(shí)限為1～2秒。（3）為防止外部相間短路誤動(dòng)，用KL閉鎖元件。（4）中性點(diǎn)附近有保護(hù)死區(qū)。三、利用零序電壓構(gòu)成的定子接地保護(hù)對(duì)于發(fā)電機(jī)變壓器組原理接線圖100%定子接地保護(hù)對(duì)中小型機(jī)組，允許中心點(diǎn)附近有一定保護(hù)死區(qū)，而對(duì)大型機(jī)組需裝設(shè)保護(hù)范圍為100%的單相接地保護(hù)。100%定子接地保護(hù)一般由兩部分構(gòu)成：第一部分為零序電壓保護(hù)，它可以保護(hù)85％~90％的定子繞組；第二部分保護(hù)則用來(lái)消除零序電壓保護(hù)不能保護(hù)的死區(qū)。為提高可靠性，兩部分的保護(hù)區(qū)應(yīng)相互重疊。構(gòu)成第二部分保護(hù)的方案主要有：零序電壓保護(hù)+附加支流的保護(hù)方式加固定工頻偏移電壓利用三次諧波電壓第六節(jié)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路接地保護(hù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路接地保護(hù)分為兩種情況：1。大容量機(jī)組（100MW以上）設(shè)置一點(diǎn)接地保護(hù)，延時(shí)動(dòng)作于信號(hào)。一點(diǎn)接地后投入兩點(diǎn)接地保護(hù)，延時(shí)動(dòng)作于停機(jī)。2。中小型機(jī)組（100MW以下）一點(diǎn)接地保護(hù)采用定期檢測(cè)裝置，一點(diǎn)接地后投入兩點(diǎn)接地保護(hù)，延時(shí)動(dòng)作于停機(jī)。一、轉(zhuǎn)子回路一點(diǎn)接地保護(hù)（一）定期檢測(cè)裝置

1。接線2。工作原理（1）正常工作時(shí)，切換轉(zhuǎn)換開關(guān)K，測(cè)得正、負(fù)極對(duì)地電壓。因絕緣電阻分布均勻，測(cè)得U＋＝U－＝1／2Ufd，Ufd是勵(lì)磁電壓。（2）當(dāng)某一極對(duì)地絕緣降低時(shí)，設(shè)為正極，則U＋＞1／2Ufd，U－＜1／2Ufd，可判定轉(zhuǎn)子回路發(fā)生一點(diǎn)接地。（3）當(dāng)兩極中點(diǎn)左右發(fā)生一點(diǎn)接地時(shí)，仍存在U＋＝U－＝1／2Ufd，則無(wú)法判別，保護(hù)有死區(qū)。（二）疊加直流電壓式一點(diǎn)接地保護(hù)1．接線圖（1）正常工作時(shí)，流過(guò)繼電器K的電流為：I0＝（Ures＋1／2Ufd）／（Rk＋Rme）式中：Rme——?jiǎng)?lì)磁繞組對(duì)地等效絕緣電阻。（2）設(shè)置繼電器J動(dòng)作電流。Idz·j＝KK·I0

式中：KK——可靠系數(shù)，取1.5。（3）發(fā)生一點(diǎn)接地后：Ij＝（Ures＋α·Ufd）／(Rk＋Rme1）Rme1——?jiǎng)?lì)磁繞組發(fā)生一點(diǎn)接地后的對(duì)地等效絕緣電阻，式中：α——?jiǎng)?lì)磁繞組接地點(diǎn)至負(fù)極匝數(shù)與總匝數(shù)之比。因此，當(dāng)負(fù)極接地時(shí)，α為0，電流最??；當(dāng)正極接地時(shí)，α為1，電流最大。2。工作原理（4）靈敏度校驗(yàn)：Klm＝Imin／Idz·j≥1.5如取Ufd為240V，U0為60V，則要求：Rme／Rk≥4～6，即可保證靈敏度。

3．評(píng)價(jià)：

優(yōu)點(diǎn)：無(wú)死區(qū)，靈敏度不受勵(lì)磁回路對(duì)地電容影響。

缺點(diǎn)：繼電器內(nèi)阻Rk電阻值不可能很小，對(duì)勵(lì)磁絕緣電阻Rme較低的水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)不適用。二、轉(zhuǎn)子回路兩點(diǎn)接地保護(hù)采用直流四臂電橋原理。1。接線圖2。工作原理（1）當(dāng)E1點(diǎn)接地后投入該保護(hù)，按下按鈕SB，調(diào)滑動(dòng)電阻R，使毫伏表讀數(shù)為零。此時(shí)，Rｍ1／Rｍ2＝Rａ2／Rａ1。（2）松開SB，連接片XB接入。當(dāng)E2點(diǎn)接地后，電橋失去平衡，繼電器J中有電流，動(dòng)作于跳閘。2．缺點(diǎn)：（1）有死區(qū)，當(dāng)E2點(diǎn)靠近Ｅ1點(diǎn)時(shí)，可能不動(dòng)作。（2）如在毫伏表調(diào)零階段發(fā)生第二點(diǎn)接地，將造成嚴(yán)重后果。第七節(jié)發(fā)電機(jī)的失磁保護(hù)發(fā)電機(jī)的失磁即發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流突然全部消失或者部分消失。其產(chǎn)生的原因有：勵(lì)磁機(jī)故障；勵(lì)磁繞組開路或短路；自動(dòng)滅磁開關(guān)誤跳；誤操作等。失磁運(yùn)行失磁運(yùn)行指勵(lì)磁電流下降引起感應(yīng)電勢(shì)下降，導(dǎo)致電磁轉(zhuǎn)矩下降小于原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，造成轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速上升，功角增大，當(dāng)功角超過(guò)靜態(tài)穩(wěn)定極限角時(shí)，發(fā)電機(jī)失去同步，進(jìn)入異步運(yùn)行。在發(fā)電機(jī)超過(guò)同步轉(zhuǎn)速后，轉(zhuǎn)子回路中將感應(yīng)出差頻電流，此電流產(chǎn)生異步制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，當(dāng)異步轉(zhuǎn)矩與原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩達(dá)到新的平衡時(shí)，即進(jìn)入穩(wěn)定的異步運(yùn)行。發(fā)電機(jī)異步運(yùn)行的不利方面：1．從系統(tǒng)吸收大量感性無(wú)功，應(yīng)引起系統(tǒng)無(wú)功不足，從而導(dǎo)致系統(tǒng)電壓下降。2．發(fā)出的有功功率比正常時(shí)小得多。3．轉(zhuǎn)速高于同步轉(zhuǎn)速，易造成轉(zhuǎn)子過(guò)熱。4．發(fā)電機(jī)受交變的異步力矩的沖擊而發(fā)生振動(dòng)。發(fā)電機(jī)失磁對(duì)發(fā)電機(jī)本身的危害，并不像發(fā)電機(jī)內(nèi)部短路那樣迅速地表現(xiàn)出來(lái)。如果大型機(jī)組突然跳閘會(huì)給機(jī)組本身造成大的沖擊，對(duì)系統(tǒng)也會(huì)加重?cái)_動(dòng)。因此，除水輪發(fā)電機(jī)的失磁保護(hù)直接動(dòng)作于跳閘外，一般汽輪發(fā)電機(jī)的失磁保護(hù)僅動(dòng)作于減負(fù)荷，轉(zhuǎn)入低負(fù)荷異步運(yùn)行。如不能在允許的異步運(yùn)行時(shí)間里消除失磁因素，保護(hù)再動(dòng)作于跳閘。若大型機(jī)組失磁而危及系統(tǒng)安全時(shí)，保護(hù)應(yīng)盡快斷開失磁發(fā)電機(jī)。第八節(jié)發(fā)電機(jī)-變壓器組保護(hù)隨著大容量機(jī)組和大型發(fā)電廠的出現(xiàn)，發(fā)電機(jī)—變壓器組的接線方式在電力系統(tǒng)中獲得了廣泛的應(yīng)用。在發(fā)電機(jī)和變壓器每個(gè)元件上可能出現(xiàn)的故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)，在發(fā)電機(jī)—變壓器組上也都可能發(fā)生，因此，其繼電保護(hù)裝置應(yīng)能反應(yīng)發(fā)電機(jī)和變壓器單獨(dú)運(yùn)行時(shí)所應(yīng)該反應(yīng)的那些故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)。由于發(fā)電機(jī)和變壓器的成組連接，相當(dāng)于一個(gè)工作元件，因此，就能夠把發(fā)電機(jī)和變壓器中某些性能相同的保護(hù)合并成一個(gè)對(duì)全組公用的保護(hù)。例如，裝設(shè)公共的縱差動(dòng)保護(hù)、后備(過(guò)電流)保護(hù)、過(guò)負(fù)荷保護(hù)等。這樣的結(jié)合，可使發(fā)電機(jī)—變壓器組的繼電保護(hù)變得較為簡(jiǎn)單和經(jīng)濟(jì)。一、發(fā)電機(jī)—變壓器組縱差動(dòng)保護(hù)的特點(diǎn)1．當(dāng)發(fā)電機(jī)和變壓器之間無(wú)斷路器時(shí)1）容量在100MW及以下一般裝設(shè)整組共用的縱差動(dòng)保護(hù)。2）100MW以上的發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)應(yīng)補(bǔ)充裝設(shè)單獨(dú)的縱差動(dòng)保護(hù)。2．當(dāng)發(fā)電機(jī)與變壓器之間有斷路器時(shí)發(fā)電機(jī)和變壓器應(yīng)分別裝設(shè)縱差動(dòng)保護(hù)當(dāng)發(fā)電機(jī)與變壓器之間有分支線時(shí)(如廠用電出線)應(yīng)把分支線也包括在差動(dòng)保護(hù)范圍大