第二十一講發(fā)電機失磁保護專家講座

第二十一講發(fā)電機負序過電流保護失磁保護和母線保護第二十一講發(fā)電機失磁保護專家講座第1頁主要內(nèi)容1.掌握發(fā)電機負序過電流保護作用2.掌握發(fā)電機失磁進入異步運行時，對電力系統(tǒng)和發(fā)電機危害3.掌握發(fā)電機失磁機端測量阻抗改變軌跡4、什么是失磁發(fā)電機等有功阻抗園、等無功阻抗園和臨界失步園5、簡述母線常見故障類型及對應保護方式6、掌握母線完全差動保護和相位差動保護基本原理第二十一講發(fā)電機失磁保護專家講座第2頁Ⅰ發(fā)電機負序過電流保護一、負序電流保護作用在電力系統(tǒng)中發(fā)生不對稱短路或正常運行情況下三相負荷不平衡時，在發(fā)電機繞組中將出現(xiàn)負序電流，該電流將在轉(zhuǎn)子回路中感應出倍頻電流引發(fā)轉(zhuǎn)子過熱，危害發(fā)電機安全。為使轉(zhuǎn)子不致過熱，負序電流與允許它經(jīng)過過發(fā)電機時間關系為t發(fā)電機負序電流與允許它經(jīng)過時間關系曲線第二十一講發(fā)電機失磁保護專家講座第3頁I2*---為以發(fā)電機額定電流倍數(shù)表示負序電流標幺值;A–允許過熱時間常數(shù)曲線表明發(fā)電機允許負序電流連續(xù)時間t是隨大小而變化。I2*大時，允許時間短，I2*小時，允許時間長。這種改變特征稱為反時限特征。為此發(fā)電機應裝設負序過電流保護。二、負序定時限過電流保護Ⅰ段：經(jīng)t1(4s)延時動作于跳閘。Ⅱ段：第二十一講發(fā)電機失磁保護專家講座第4頁經(jīng)t2(5-10)s延時動作于序信號兩段負序定時限過電流保護動作特征與發(fā)電機允許負序電流曲線配合情況分析：（1）在ab段內(nèi)：t1>t允許，對發(fā)電機不安全；（2）在bc段內(nèi)：t1<t,可確保發(fā)電機安全，但沒有充分利用發(fā)電機承受負序電流能力。第二十一講發(fā)電機失磁保護專家講座第5頁（3）在cd段內(nèi)，保護裝置Ⅰ段不會動作，只能由Ⅱ段動作于發(fā)信號，靠運行人員去處理。在靠近c點部分，允許時間較短，實際上來不及處理，所以在此區(qū)段內(nèi)，對發(fā)電機是不安全。（4）在dc段內(nèi)，保護不反應。結(jié)論：兩段式負序定時限過電流保護動作特征與發(fā)電機允許負序電流曲線不能很好配合，且不能反應負序電流改變時發(fā)電機轉(zhuǎn)子熱積累過程。第二十一講發(fā)電機失磁保護專家講座第6頁三、負序反時限過流保護反時限過電流保護是一個動作時間隨經(jīng)過電流增大而減小保護。反時限過電流保護特征與發(fā)電機允許負序電流曲線相配合，如圖所表示。即動作特征在運行負序電流曲線上面，這么可防止在發(fā)電機還沒有到達危險狀態(tài)時就被切除。次時保護動作特征可表示為式中α—與發(fā)電機轉(zhuǎn)子溫升特征，溫升裕度等原因相關常數(shù)。發(fā)電機反時限負序電流保護特征tI2第二十一講發(fā)電機失磁保護專家講座第7頁發(fā)電機失磁運行及其產(chǎn)生影響一、失磁原因：（1）勵磁回路開路、勵磁繞組斷線、滅磁開關誤動作、勵磁調(diào)整裝置自動開關誤動、可控硅勵磁裝置中部分元件損壞；（2）勵磁繞組因為長久發(fā)燒，絕緣老化或損壞引發(fā)短路；（3）運行人員誤調(diào)整等。發(fā)電機失磁后，它各種電氣量和機械量都會發(fā)生改變。將危及發(fā)電機安全。Ⅱ發(fā)電機失磁保護系統(tǒng)等值電路第二十一講發(fā)電機失磁保護專家講座第8頁功角特征關系：PT—原動機功率；P—同時功率；PM—異步功率；轉(zhuǎn)子運動方程：--電氣角加速度；TJ—機組慣性時間常數(shù)第二十一講發(fā)電機失磁保護專家講座第9頁發(fā)電機從失磁到進入穩(wěn)態(tài)異步運行，普通可分為三個階段：（一）失步前（δ≤90°）Ilc減小，Ed減小，δ增大；維持P=PT;定子電流隨δ增大而增大；Q遲緩減小。當δ=90°時，即從系統(tǒng)吸收無功功率。機端電壓下降。（二）開始失步（90°<δ≤180°）伴隨δ增大，PT-P值越來越大；第二十一講發(fā)電機失磁保護專家講座第10頁在發(fā)電機超出同時轉(zhuǎn)速后，轉(zhuǎn)子回路中將感應出頻率為ff-fx電流，該電流將產(chǎn)生異步功率PacQ負越多機端電壓下降越多，定子電流將連續(xù)增大。（三）完全失步δ>180°在δ較大時，因為轉(zhuǎn)子相對速度很大，發(fā)電機調(diào)速器必定動作，關小汽門或水門，減小原動機輸入功率，使轉(zhuǎn)子減慢。當P+Pac=PT時，發(fā)電機運行在穩(wěn)定異步狀態(tài)。同時功率伴隨δ改變將呈周期振蕩狀態(tài)，各電氣量也都對應地將周期性擺動。第二十一講發(fā)電機失磁保護專家講座第11頁（四）失磁后影響對電力系統(tǒng)：（1）發(fā)電機失磁后，不但不能向系統(tǒng)送出無功功率，而且還要從系統(tǒng)吸收無功功率。將造成系統(tǒng)電壓下降；（2）為了供給失磁發(fā)電機無功功率，可能造成系統(tǒng)中其它發(fā)電機過電流；（3）發(fā)電機失磁失步后，將造成系統(tǒng)振蕩，甩掉大量負荷。第二十一講發(fā)電機失磁保護專家講座第12頁對發(fā)電機：（1）發(fā)電機失磁后，轉(zhuǎn)子和定子磁場間出現(xiàn)了速度差，則在轉(zhuǎn)子回路中感應出轉(zhuǎn)差頻率電流，引發(fā)轉(zhuǎn)子局部過熱。（2）發(fā)電機受交變異步電磁力矩沖擊而發(fā)生振動，轉(zhuǎn)差率越大，振動越厲害?？梢?，失磁后，若不失步，無直接危害。失步后，對發(fā)電機及系統(tǒng)有不利影響。故應裝設失磁保護。第二十一講發(fā)電機失磁保護專家講座第13頁①等有功阻抗圖(δ<90°)系統(tǒng)等值電路圖二、失磁發(fā)電機機端測量阻抗改變軌跡第二十一講發(fā)電機失磁保護專家講座第14頁等有功阻抗圓第二十一講發(fā)電機失磁保護專家講座第15頁結(jié)論：（1）園大小與有功功率大小相關，功率越小，園直徑越大；（2）失磁前，發(fā)電機向系統(tǒng)送有功功率和無功功率，θ為正，測量阻抗在第一象限；失磁后，無功功率由正變負，θ角由正值向負值改變，測量阻抗也逐步向第四象限過渡，失磁前，發(fā)電機送出有功功率越大，進入第四象限時間越短。（3）等有功阻抗園圓心坐標與聯(lián)絡阻抗Xs相關。可見，失磁后，ZJ向第四象限移動，且最終將穩(wěn)定在第四象限內(nèi)。第二十一講發(fā)電機失磁保護專家講座第16頁②等無功阻抗圓(δ=90°)第二十一講發(fā)電機失磁保護專家講座第17頁臨界失步(或靜穩(wěn)極限)阻抗圓第二十一講發(fā)電機失磁保護專家講座第18頁③臨界電壓值（臨界電壓園）

發(fā)電機失磁后，系統(tǒng)某一點電壓下降到使機組不能穩(wěn)定運行，此為臨界電壓值整理后：第二十一講發(fā)電機失磁保護專家講座第19頁臨界電壓阻抗園第二十一講發(fā)電機失磁保護專家講座第20頁三、失磁保護主要判據(jù)1.主要判據(jù)現(xiàn)在大型同時發(fā)電機失磁保護都是利用定子回路參數(shù)改變來檢測失磁故障?？勺鳛槭Т疟Ｗo判據(jù)有：（1）無功功率改變方向；（2）機端測量阻抗超越靜穩(wěn)邊界阻抗園邊界；（3）機端測量阻抗進入異步邊界阻抗園?？勺鳛槭Т疟Ｗo定子判據(jù)，還有反應發(fā)電機感應電勢衰減及消失、功角增大等。第二十一講發(fā)電機失磁保護專家講座第21頁2.輔助判據(jù)為了確保保護動作選擇性，還需要用非正常運行狀態(tài)下一些特征，作為輔助判據(jù)以下：（1）勵磁電壓下降；（2）不出現(xiàn)負序分量；（3轉(zhuǎn)子電流減?。唬?）用延時躲振蕩。第二十一講發(fā)電機失磁保護專家講座第22頁3.失磁保護組成方案（1）以失磁阻抗繼電器作主要判據(jù)而組成失磁保護程度方案發(fā)電機失磁保護方案圖第二十一講發(fā)電機失磁保護專家講座第23頁（2）整定值能自動隨有功功率P改變轉(zhuǎn)子低電壓失磁繼電器作主要判據(jù)而組成失磁保護方案第二十一講發(fā)電機失磁保護專家講座第24頁（3）穩(wěn)態(tài)異步運行阻抗圓第二十一講發(fā)電機失磁保護專家講座第25頁發(fā)電機異步運行等值電路異步運行阻抗圓第二十一講發(fā)電機失磁保護專家講座第26頁Ⅲ母線保護一、裝設母線保護基本標準1.利用供電元件保護裝置切除母線故障。利用發(fā)電機過電流保護切除母線故障第二十一講發(fā)電機失磁保護專家講座第27頁利用變壓器過電流保護切除低壓母線故障第二十一講發(fā)電機失磁保護專家講座第28頁在雙電源網(wǎng)絡上，利用電源側(cè)保護切除母線故障

2.裝設專門母線保護?！峨娏ο到y(tǒng)繼電保護及自動裝置技術規(guī)程》要求以下情況應裝設專門母線保護：（1）在110kV及以上雙母線和分段單母線上，為確保有選擇性地切除任一組（或段）母線上所發(fā)生故障，而另一組（或段）無故障母線仍能繼續(xù)運行，應裝設專門母線保護。（2）110kV及以上單母線，主要發(fā)電廠35kV母線或高壓側(cè)位110kV及以上主要降壓變電所35kV母線，按照裝設全線速動保護要求必須快速切除母線上故障時，應裝設專門母線保護。第二十一講發(fā)電機失磁保護專家講座第29頁1.在正常運行以及母線范圍以外故障時，在母線所有連接元件中，流入電流和流出電流相等；2.當母線上發(fā)生故障時，全部與電源有連接元件都向故障點供給短路電流，而在供電給負荷連接元件中電流等于零；3.從相位來看，在正常運行以及外部故障時，最少有一個元件中電流相位和其余元件中電流相位相反。而當母線故障時除電流等于零元件以外，其它元件中電流則是同相位。二、實現(xiàn)母線差動保護基本標準第二十一講發(fā)電機失磁保護專家講座第30頁三、幾個慣用母線差動保護1.母線完全電流差動保護整定計算：按躲過外部故障最大不平衡電流整定Krel----可靠系數(shù)，取1.3靈敏度第二十一講發(fā)電機失磁保護專家講座第31頁2.電流比相式母線保護工作原理正常運行或外部故障時內(nèi)部故障時利用比相元件比較各元件中電流相位，判斷區(qū)內(nèi)外故障，從而組成保護。第二十一講發(fā)電機失磁保護專家講座第32頁保護組成：電流比相式母線保護只與電流相位相關，二與電流幅值大小無關。所以①不須考慮不平衡電流影響，提升了保護靈敏度；②不要求采取型號和同變比電流互感器，增加了使用靈活性。③因為每條母線都裝設這種保護，從而克服了普通母線差動保護不適應母線運行方式改變?nèi)秉c。第二十一講發(fā)電機失磁保護專家講座第33頁3.雙母線固定連接母線差動保護組成：第一組：由電流互感器1、2、5和差動繼電器1CJ組成，用以選擇第Ⅰ組母線上故障。第二組：由電流互感器3、4、6和差動繼電器2CJ組成，用以選擇第Ⅱ組母線上故障。第三組：由電流互感器1~6和差動繼電器3CJ組成完全電流差動保護，作為整套保護起動元件。第二十一講發(fā)電機失磁保護專家講座第34頁組成：第一組：由電流互感器1、2、5和差動繼電器1CJ組成，用以選擇第Ⅰ組母線上故障。第二組：由電流互感器3、4、6和差動繼電器2CJ組成，用以選擇第Ⅱ組母線上故障。第三組：由電流互感器1~6和差動繼電器3CJ組成完全電流差動保護，作為整套保護起動元件。正常運行或外部故障時，流入1CJ、2CL、3CJ電流均為不平衡電流，保護不會動作。第二十一講發(fā)電機失磁保護專家講座第35頁組成：第一組：由電流互感器1、2、5和差動繼電器1CJ組成，用以選擇第Ⅰ組母線上故障。第二組：由電流互感器3、4、6和差動繼電器2CJ組成，用以選擇第Ⅱ組母線上故障。第三組：由電流互感器1~6和差動繼電器3CJ組成完全電流差動保護，作為整套保護起動元件。當?shù)冖窠M母線故障時繼電器1CJ、3CJ流入全部短路電流，故1CJ、3CJ起動，使斷路器1DL、2DL、5DL跳閘，切除Ⅰ母線故障。繼電器2CJ流入不平衡電流，不會動作，Ⅱ母線繼續(xù)運行。第二十一講發(fā)電機失磁保護專家講座第36頁組成：第一組：由電流互感器1、2、5和差動繼電器1CJ組成，用以選擇第Ⅰ組母線上故障。第二組：由電流互感器3、4、6和差動繼電器2CJ組成，用以選擇第Ⅱ組母線上故障。第三組：由電流互感器1~6和差動繼電器3CJ組成完全電流差動保護，作為整套保護起動元件。當?shù)冖蚪M母線故障時繼電器3CJ、4CJ流入全部短路電流，故3CJ、4CJ起動，使斷路器3DL、4DL、5DL跳閘，切除Ⅱ母線故障。繼電器1CJ流入不平衡電流，不會動作，Ⅰ母線繼續(xù)運行。第二十一講發(fā)電機失磁保護專家講座第37頁組成：第一組：由電流互感器1、2、5和差動繼電器1CJ組成，用以選擇第Ⅰ組母線上故障。第二組：由電流互感器3、4、6和差動繼電器2CJ組成，用以選擇第Ⅱ組母線上故障。第三組：由電流互感器1~6和差動繼電器3CJ組成完全電流差動保護，作為整套保護起動元件。當固定連接破壞時，區(qū)外故障，繼電器1CJ、2CJ都將流入較大差電流而誤動。但繼電器3CJ仍流過不平衡電流，但它不會動作，能夠確保保護不會誤跳閘。組成：第二十一講發(fā)電機失磁保護專家講座第38頁組成：第一組：由電流互感器1、2、5和差動繼電器1CJ組成，用以選擇第Ⅰ組母線上故障。第二組：由電流互感器3、4、6和差動繼電器2CJ組成，用以選擇第Ⅱ組母線上故障。第三組：由電流互感器1~6和差動繼電器3CJ組成完全電流差動保護，作為整套保護起動元件。當固定連接破壞時，第Ⅰ母線故障繼電器1CJ、2CJ和3CJ都有短路電流流入，都可能動作，兩組母線都可能被切除。為此，當固定連接破壞時，保護能夠連接片LP,從而只要繼電器3CJ動作就直接跳開全部斷路器。第二十一講發(fā)電機失磁保護專家講座第39頁組成：第一組：由電流互感器1、2、5和差動繼電器1CJ組成，用以選擇第Ⅰ組母線上故障。第二組：由電流互感器3、4、6和差動繼電器2CJ組成，用以