第九章發(fā)電機保護

第九章發(fā)電機保護第1頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月一、發(fā)電機故障和不正常工作狀態(tài)及其保護方式

二、發(fā)電機定子繞組短路故障的保護

三、發(fā)電機定子繞組單相接地保護

四、發(fā)電機的負(fù)序電流保護

五、發(fā)電機的失磁保護

六、發(fā)電機逆功率保護及其他保護主要內(nèi)容第2頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）發(fā)電機的故障1.定子繞組（1）定子繞組及引出線上的相間短路（2）定子繞組的匝間短路（3）定子繞組的單相接地故障2.轉(zhuǎn)子繞組（1）轉(zhuǎn)子繞組兩點接地（2）轉(zhuǎn)子勵磁回路勵磁電流消失一、發(fā)電機故障和不正常工作狀態(tài)及其保護方式第3頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）定子繞組過電流（2）負(fù)序過電流（3）定子繞組過電壓（4）失步（5）低勵、失磁（6）逆功率（7）過勵磁（二）發(fā)電機的不正常工作狀態(tài)（8）頻率異常（9）轉(zhuǎn)子繞組的一點接地（10）發(fā)電機的誤上電、斷路器斷口閃絡(luò)

一、發(fā)電機故障和不正常工作狀態(tài)及其保護方式第4頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）發(fā)電機應(yīng)裝設(shè)的保護

（1）縱聯(lián)差動保護（2）定子繞組匝間短路保護（3）定子繞組接地保護（4）發(fā)電機外部相間短路保護（5）定子繞組過負(fù)荷保護（6）定子繞組過電壓保護（7）轉(zhuǎn)子表層過負(fù)荷保護（8）勵磁繞組過負(fù)荷保護（9）勵磁繞組一點及兩點接地保護一、發(fā)電機故障和不正常工作狀態(tài)及其保護方式第5頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）發(fā)電機應(yīng)裝設(shè)的保護（10）失磁保護（11）過勵磁保護（12）逆功率保護（13）失步保護（14）大容量發(fā)電機還應(yīng)考慮配置低頻保護、過頻保護、起停機保護、誤上電保護、斷口閃絡(luò)保護等（15）發(fā)電機的非電量保護，如采用水冷卻的發(fā)電機應(yīng)配置斷水保護一、發(fā)電機故障和不正常工作狀態(tài)及其保護方式第6頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）縱聯(lián)差動保護

二、發(fā)電機定子繞組短路故障的保護1.差動保護基本原理正常運行或區(qū)外故障時：內(nèi)部故障時：為提高內(nèi)部故障時保護靈敏度，可采用比例制動縱差保護。第7頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月動作方程：

2.比例制動縱差保護ABαC第8頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月3.發(fā)電機縱差保護的接線方式第9頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月1、定子繞組匝間短路的形式和特點

同相一分支的匝間短路

同相不同分支之間的匝間短路（二）橫差保護

第10頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）在中性點連線上產(chǎn)生零序電流（2）發(fā)生匝間短路時，在機端專用電壓互感器的開口三角繞組兩端，產(chǎn)生零序電壓（3）產(chǎn)生負(fù)序功率，其方向為由發(fā)電機內(nèi)部指向外部

1、定子繞組匝間短路的形式和特點

第11頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月動作利用因電勢差而在各繞組間產(chǎn)生的環(huán)流來實現(xiàn)α≈0時，環(huán)流較小，保護有死區(qū)同一分支繞組內(nèi)部匝間短路2、發(fā)電機裂相橫差動保護基本原理第12頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月動作同相不同分支繞組匝間短路利用兩個分支繞組短路點存在電勢差而產(chǎn)生的環(huán)流來實現(xiàn)α1≈α2時，環(huán)流較小，保護有死區(qū)第13頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月3、單元件橫差動保護基本原理

ABC需具有性能良好的三次諧波濾過器第14頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月單繼電器式橫差保護

起動電流第15頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月TATVN1TV2出口利用匝間短路時破壞了三相對中性點的對稱，而產(chǎn)生對中性點的零序電壓來實現(xiàn)4、縱向零序電壓式定子繞組匝間短路保護第16頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月TATVN1TV2出口按躲區(qū)外不對稱短路時的最大不平衡電壓整定。需性能良好的三次諧波濾過器第17頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月TATVN1TV2出口防止TVN1一次熔斷器熔斷而引起保護誤動作第18頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月TATVN1TV2出口防止區(qū)外故障時保護誤動作第19頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）發(fā)電機定子繞組單相接地的特點三、發(fā)電機定子繞組單相接地保護第20頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月三、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的特點發(fā)電機定子繞組單相接地時的零序等效網(wǎng)絡(luò)第21頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）有零序電壓出現(xiàn)，其大小與α成正比（2）接地點通過容性零序電流，大小與α及C0G、C0l有關(guān)（3）當(dāng)發(fā)電機定子繞組內(nèi)部發(fā)生單相接地時，機端零序電流互感器中流過的電流為外接元件電容電流，方向由發(fā)電機流向母線（4）當(dāng)發(fā)生外部單相接地時，機端零序電流互感器中流過的電流為發(fā)電機本身的電容電流，方向由外部流向發(fā)電機三、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的特點第22頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）利用基波零序分量的發(fā)電機定子單相接地保護

1.基波零序電流保護

（1）零序電流互感器裝在發(fā)電機出口

（2）采用具有交流助磁的零序電流互感器（3）當(dāng)相間保護動作時將接地保護退出

三、發(fā)電機定子繞組單相接地保護第23頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月2.基波零序電壓保護

動作電壓整定值應(yīng)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

三、發(fā)電機定子繞組單相接地保護無三次諧波濾過器時，一般為15～30V；有三次諧波濾過器時，一般為5～15V

第24頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）發(fā)電機100%定子繞組單相接地保護

+發(fā)電機中性點加固定的工頻偏移電壓零序電壓保護（85%）

附加直流或低頻（20Hz或25Hz）電源

利用發(fā)電機固有的三次諧波電勢用于消除死區(qū)

兩部分的保護區(qū)應(yīng)相互重疊

三、發(fā)電機定子繞組單相接地保護第25頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月三次諧波電壓型定子接地保護正常運行時利用中性點及機端的三次諧波電壓的比值構(gòu)成。當(dāng)中性點經(jīng)消弧線圈接地時，比值更大。第26頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月金屬性接地第27頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）負(fù)序過電流保護的作用

發(fā)電機負(fù)序過流保護是針對定子繞組電流不平衡而引起的轉(zhuǎn)子過熱的一種保護

四、發(fā)電機的負(fù)序電流保護第28頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）負(fù)序定時限過電流保護

1234567四、發(fā)電機的負(fù)序電流保護第29頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月兩段式

跳閘信號

四、發(fā)電機的負(fù)序電流保護（二）負(fù)序定時限過電流保護

第30頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）負(fù)序反時限過電流保護

保護動作特性

或

四、發(fā)電機的負(fù)序電流保護第31頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月四、發(fā)電機的負(fù)序電流保護（三）負(fù)序反時限過電流保護

第32頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月五、發(fā)電機的失磁保護(一)發(fā)電機的失磁運行及其影響(二)失磁發(fā)電機機端測量阻抗的變化軌跡(三)其他運行方式下發(fā)電機機端測量阻抗(四)失磁保護的構(gòu)成方式第33頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月對電力系統(tǒng)的危害：（1）造成系統(tǒng)中大量無功缺少。當(dāng)系統(tǒng)中無功儲備不足，將引起電壓下降，嚴(yán)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(dǎo)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（一）發(fā)電機的失磁運行及其影響第34頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月對發(fā)電機的危害：

（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(yán)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（一）發(fā)電機的失磁運行及其影響第35頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）發(fā)電機的失磁運行及其影響系統(tǒng)功角特性關(guān)系：轉(zhuǎn)子運動方程式：失步前開始失步完全失步第36頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月(二)失磁發(fā)電機機端測量阻抗的變化軌跡1.等有功阻抗圓（P不變）

系統(tǒng)第37頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月2.臨界失步圓（δ=90°時，Q不變）

(二)失磁發(fā)電機機端測量阻抗的變化軌跡第38頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月3.失步后的異步運行階段

(二)失磁發(fā)電機機端測量阻抗的變化軌跡第39頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月(三)其他運行方式下發(fā)電機機端測量阻抗第40頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月(四)失磁保護的構(gòu)成方式（1）雖失磁，但未形成危害時，及時發(fā)信號；失磁后，危及發(fā)電機和系統(tǒng)安全運行時，動作于切機（2）水輪發(fā)電機失磁后，瞬時發(fā)信號。而在臨近失步或電壓降低到某一臨界值附近時，切機（3）對于汽輪發(fā)電機，Q足夠時，應(yīng)瞬時或經(jīng)短延時動作于信號和自動減負(fù)荷裝置，或切換至備用勵磁系統(tǒng)，并以發(fā)電機允許無勵磁運行的時限切除發(fā)電機；Q不足時，立即發(fā)信號，在臨近失步或電壓降低到某一臨界值附近時，切機1.功能第41頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）靜穩(wěn)邊界阻抗圓判據(jù)（2）異步阻抗圓判據(jù)（3）無功方向判據(jù)（4）系統(tǒng)三相電壓降低

2.失磁保護的主判據(jù)(四)失磁保護的構(gòu)成方式（1）勵磁電壓下降（2）不出現(xiàn)負(fù)序分量（3）用延時躲振蕩3.失磁保護的輔助判據(jù)第42頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月按躲空載運行時的最低勵磁電壓整定4.汽輪發(fā)電機失磁保護裝置按臨界失步阻抗圓進行整定按保證電力系統(tǒng)安全運行所允許的最低電壓整定1~1.5s0.5~1s第43頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月5.整定值能自動隨有功功率P變化的轉(zhuǎn)子低電壓失磁繼電器(四)失磁保護的構(gòu)成方式第44頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月六、發(fā)電機逆功率保護及其他保護（一）、逆功率保護：

逆功率運行不能超過3分鐘；1、保護原理：逆功率保護反應(yīng)發(fā)電機從系統(tǒng)吸收有功功率的大??；2、動作判據(jù)：P的正方向指向系統(tǒng)母線；Pset動作區(qū)PQ第45頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）、低頻累加保護低頻運行氣輪機葉片疲勞損傷使葉片斷裂造成故障保護原理：保護通過4個定值f1,f2,f3,f4將頻率范圍分為4個頻率段，并且f1>f2>f3>f4。I段：f1>f≥f2時，累加時間上限為t1；II段：f2>f≥f3時，累加時間上限為t2；III段：f3>f≥f4時，累加時間上限為t3；IV段：f<f4時，無累加時間，有延時時間t4；I、II、III段累加到時間上限或第IV段經(jīng)一短延時動作于發(fā)信號或跳閘。保護還應(yīng)設(shè)低電壓閉鎖判據(jù)。第46頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月