第10章发电机保护

1、第第1010章章 发电机保护发电机保护泸州职业技术学院继电保护2 教学要求： 熟悉发电机的故障和不正常工作状态； 掌握发电机纵差保护的工作原理和整定原则； 理解发电机横差保护工作原理； 掌握100%保护范围的发电机定子接地保护工作原理； 理解励磁回路一点接地、两点接地保护； 了解负序过电流保护； 掌握发电机失磁保护； 了解发电机-变压器组保护特点。 第第1010章章 发电机保护发电机保护泸州职业技术学院继电保护310-1 发电机的故障，不正常工作状态及其保护方式10-2 发电机的纵差保护10-3 发电机定子绕组匝间短路保护 10-4 发电机定子绕组单相接地保护10-5 发电机励磁回路接地保护1

2、0-6 发电机失磁保护10-7 发电机的后备保护10-8 发电机的过负荷保护10-9 发电机的过电压保护10-10 发电机变压器组的保护第第1010章章 发电机保护发电机保护泸州职业技术学院继电保护410.1.1 发电机故障1.发电机内部故障定子：相间短路，匝间短路，单相接地转子：转子一点（两点）接地，失磁2.外部故障定子绕组引出线：相间短路，单相接地10-1 10-1 发电机的故障，不正常工作状态及其保护方式发电机的故障，不正常工作状态及其保护方式泸州职业技术学院继电保护51.外部短路或系统振荡引起的定子绕组过电流； 2.定子绕组引起的三相对称过负荷； 3.外部不对称短路或不对称负荷（如果相

3、负荷、非全相运行等）而引起的发电机过电流和过负荷； 4.突然甩负荷而引起的定子绕组过电压； 5.励磁回路故障或强励时间过长而引起的转子绕组过负荷；6.汽轮机主汽门突然关闭而引起的发电机逆功率运行等。 10.1.2 10.1.2 发电机不正常工作状态发电机不正常工作状态泸州职业技术学院继电保护61.纵差保护：反应定子绕组及引出线相间短路 瞬时动作于1KOM：跳QF，跳MK，停机2.零序保护：反应定子单相接地Ic5A 保护动作于1KOMIc5A 保护作用于信号3.横差保护：反应定子匝间短路4.过电流保护（后备保护）：反应外部短路或系统振荡引起的定子绕组过电流。 延时动作于2KOM：跳QF，跳MK1

4、0.1.3 10.1.3 发电机保护配置发电机保护配置泸州职业技术学院继电保护75.过负荷保护：定子绕组引起的三相对称过负荷。 延时作用于发信号6.过电压保护：突然甩负荷而引起的定子绕组过电压。 延时作用于2KOM7.转子一点接地保护：反应转子一点接地。作用于发信号8.转子两点接地保护：反应转子两点接地。动作于1KOM9.失磁保护：反应转子失磁。作用于2KOM10.转子回路过负荷保护11.逆功率保护10.1.3 10.1.3 发电机保护配置发电机保护配置泸州职业技术学院继电保护810.2.1 带断线监视的发电机普通纵差保护 1.接线：原理接线图，按正常时的“环流接线”。图10-110-2 10

5、-2 发电机的纵差保护发电机的纵差保护泸州职业技术学院继电保护9图10-2 带断线监视的发电机普通纵差保护原理接线图泸州职业技术学院继电保护102.动作过程分析:图10-2(1)正常及外部短路时u 一次电流：发电机母线u 二次电流：环流 I Ij j=I=Ibpbp（I Ibp.maxbp.max）I Idz.jdz.j KD不动作,保护不动作10.2.1 带断线监视的发电机普通纵差保护泸州职业技术学院继电保护112.动作过程分析:图10-2（2）内部故障时l 一次电流：发电机尾端短路点；母线短路点l 二次电流：I Ij j=I=Id dI Idz.j dz.j KD动作+WCFU1KD（常开

6、）闭合KS线圈XB1KOM线圈FU2-WC1KOM线圈带电动作：跳QF，跳MK，停机切除故障KS线圈带电动作：发掉牌信号，光字牌信号，音响信号10.2.1 带断线监视的发电机普通纵差保护泸州职业技术学院继电保护122.动作过程分析:图10-2（3）TA二次回路断线时（设C相断线） 3KD：I Ij j=I=IfhfhI Idzdz 3KD不动作（整定计算获得） KA0：I Ij j=I=IfhfhI Idzdz KA0动作发断线监视信号10.2.1 带断线监视的发电机普通纵差保护泸州职业技术学院继电保护133.动作参数整定(1)差动继电器KD：u 动作电流的整定原则： 躲外部故障时的最大不平衡

7、电流：I Idzdz=K=Kk kI Ibp.maxbp.max躲差动回路断线时的发电机额定电流:I Idzdz=K=Kk kI Ie.fe.fu绕组匝数的整定：同变压器纵差保护绕组匝数的整定：同变压器纵差保护(2)断线监视继电器KA0：I Idzdz=0.2I=0.2Ie.fe.f(3)灵敏性校验： K Klmlm=I=Id.mind.min/I/Idzdz2210.2.1 带断线监视的发电机普通纵差保护泸州职业技术学院继电保护141.接线： 原理接线图，按正常时的“环流接线”。图10-3差动线圈Ld：分别接于各相的差动回路平衡线圈Lbal：串联起来接于差动保护的中性线回路Ld与Lbal极性

8、相反Ld：差动电流 Lbal：Ia+Ib+Ic10.2.2 采用BCH-2型差动继电器构成的高灵敏纵差保护 泸州职业技术学院继电保护15图10-3 发电机高灵敏纵差保护原理接线泸州职业技术学院继电保护162.动作过程分析:图10-3(1)正常时 I Ij.dj.d=I=IbpbpI Idz.jdz.j I Ij.balj.bal=I=Ibp.abp.a+I+Ibp.bbp.b+I+Ibp.cbp.cI Idz.jdz.j(2)内部故障时三相短路：I Ij.dj.d=I=Id dI Idz.jdz.j I Ij.balj.bal=I=Ibp.abp.a+I+Ibp.bbp.b+I+Ibp.cbp

9、.c=0=0两相短路（AB）：I Ij.dj.d=I=Id dI Idz.jdz.j I IdAdA=-I=-IdBdB I Idcdc=0=0 I Ij.balj.bal=I=Ibp.abp.a+I+Ibp.bbp.b+I+Ibp.bp.c=0c=0KD不动作KD灵敏动作10.2.2 采用BCH-2型差动继电器构成的高灵敏纵差保护 KD灵敏动作泸州职业技术学院继电保护17(3）TA二次回路断线时（设C相断线）断线相：Ld与Lbal流过Ifh KD不动作非断线相：Ld流过Ibp；Lbal流过Ifh 要求KD不动作10.2.2 采用BCH-2型差动继电器构成的高灵敏纵差保护 泸州职业技术学院继电

10、保护183.整定计算:图10-3(1)平衡线圈Lbal的计算 原则：躲TA二次回路断线时，保护不误动 I Ie.f.2e.f.2L LbalbalAWAW0 0 K Kk kI Ie.f.2e.f.2L Lbalbal=AW=AW0 0 L Lbal.jsbal.js=AW=AW0 0/K/Kk kI Ie.f.2e.f.2 取整得平衡线圈整定匝数L Lbal.zbal.z10.2.2 采用BCH-2型差动继电器构成的高灵敏纵差保护 泸州职业技术学院继电保护19(2)差动线圈Ld的计算:图10-3 原则：躲TA二次回路断线时，保护不误动 即：I Ie.f.2e.f.2(L(Ld d-L-Lba

11、lbal) )AWAW0 0 K Kk kI Ie.f.2e.f.2(L(Ld d-L-Lbalbal)=AW)=AW0 0 L Ld.jsd.js=AW=AW0 0/K/Kk kI Ie.f.2e.f.2+L+Lbalbal2AW2AW0 0/K/Kk kI Ie.f.2e.f.2 取整得差动线圈整定匝数L Ld.zd.z10.2.2 采用BCH-2型差动继电器构成的高灵敏纵差保护 泸州职业技术学院继电保护20 (3)动作电流： I Idz.jdz.j=AW=AW0 0/L/Ld.zd.z=1/2K=1/2Kk kI Ie.f.2e.f.2 与普通差动比较：I Idz.jdz.j=K=Kk

12、kI Ie.f.2e.f.2 灵敏度较普通纵差保护高一倍10.2.2 采用BCH-2型差动继电器构成的高灵敏纵差保护 泸州职业技术学院继电保护2110.3.1 匝间短路的特点 :图10-410-3 10-3 发电机定子绕组匝间短路保护发电机定子绕组匝间短路保护 泸州职业技术学院继电保护221.发电机定子绕组单继电器式横差保护 ：图10-510.3.2 10.3.2 横差动保护的构成及工作原理横差动保护的构成及工作原理泸州职业技术学院继电保护232.定子绕组零序电压原理的匝间短路保护图10-6 发电机零序电压匝间电流保护专用TV接入方式 10.3.2 10.3.2 横差动保护的构成及工作原理横差

13、动保护的构成及工作原理泸州职业技术学院继电保护2410.4.1 定子绕组单相接地的特点1.单相接地时的零序电压：即：故障点离中性点越远，零序电压越高10-4 10-4 发电机定子绕组单相接地保护发电机定子绕组单相接地保护 图10-7定子绕组单相接地时的网络图 图10-8 定子A相a处单相接地时的相量图 泸州职业技术学院继电保护252.单相接地时的零序电流：外部接地时:流过的零序电流为发电机的零序电容电流；内部接地时:流过的零序电流为发电机电压网络中所有其他元件的零序电容电流之和。图10-9 定子绕组接地时零序电流的分布（a）内部接地 （b）外部接地（a）（b）10.4.1 10.4.1 定子绕

14、组单相接地的特点定子绕组单相接地的特点泸州职业技术学院继电保护261.构成原理： 反应内部故障和外部故障时零序电流的大小不同构成的2.接线：图10-10 采用专用零序电流互感器，KA，KT，KOM，KM（由外部相间短路过电流保护的起动元件起动），KM（常开）闭锁KT线圈。为了防止外部相同短路产生的不平衡电流引起保护误动，特增设了用后备过电流保护接点实现闭锁的回路。3.动作过程10.4.2 反应零序电流的发电机定子绕组单相接地保护泸州职业技术学院继电保护27图10-10 利用零序电流的发电机单相接地保护原理图 泸州职业技术学院继电保护281.构成原理： 利用发电机单相接地零序电压的出现构成的保护

15、2.接线：TV开口三角形侧取3U0过电压继电器KV时间继电器KT3.动作过程：动作于发信号 10.4.3 反应零序电压的发电机定子绕组单相接地保护泸州职业技术学院继电保护291.双频式100%接地保护 由基波零序电压保护和3次谐波电压保护组成2.外加直流电源的100%接地保护10.4.4 具有100%保护范围的发电机定子绕组接地保护 泸州职业技术学院继电保护3010.5.1 励磁回路接地故障的危害 由于发生一点接地不能形成电流回路，因此对发电机没有直接影响。如果接地故障不排除，则由于运行过程中励磁回路其他部分对地电压升高或操作过程中出现的操作过电压，可能造成励磁回路的另一点接地，即两点接地。

16、1.破坏了气隙磁通的对称性，引起发电机剧烈振动； 2.部分绕组中将由于过电流而过热，烧坏转子，也可能使转子、汽轮机的汽缸等部件磁化； 3.高速旋转的转子由于其励磁电流分布不均，从而和定子三相电流形成不对称电磁力，使转子发生机械损坏。 10-5 10-5 发电机励磁回路接地保护发电机励磁回路接地保护 泸州职业技术学院继电保护31 1.水轮发电机装设励磁回路一点接地保护。1MW及以上的水轮发电机一点接地后，保护动作于信号，值班员接到信号后，立即安排转移负荷和停机检修；1MW以下的一点接地故障采用定期检测装置，发现一点接地后，立即停机。由于结构上的原因，水轮发电机的励磁回路一点接地是不允许的，因此一

17、点接地后应安排停机；因一点接地后不允许运行，所以水轮机一般不装设两点接地保护。 2.汽轮发电机应装设励磁回路一点接地保护，动作于信号，但允许发电机继续运行一段时间。当一点接地后，又出现了新的接地点，即形成两点接地时，保护应动作于停机，故应装设两点接地保护；对100MW及以下容量的发电机装设一点接地定期检测装置，发现一点接地后，投入两点接地保护；对于100MW以上的大容量发电机，应装设一点接地保护（带时限动作于信号）和两点接地保护（带时限动作于跳闸）。 10.5.2 10.5.2 励磁回路接地故障保护装设原则励磁回路接地故障保护装设原则 泸州职业技术学院继电保护321.励磁回路绝缘检查装置：图1

18、0-11定期检测母线电压：正常时 V1=V2 正地 V1V2负地 V1V2缺点：装置存在死区（FLQ中间接地）10.5.3 10.5.3 励磁回路一点接地保护励磁回路一点接地保护泸州职业技术学院继电保护33（1）接线：见书上 图中R1、R2为外接电阻，3WY为稳压管，其电阻值将随外加电压的变化而变化。励磁绕组以地电位为界分成两个部分，其等效电阻分别为R3和R4，高灵敏度直流继电器J接于R1和R2的中点与地之间。即由R1（包括稳压管电阻Rv）R2、R3、R4和继电器J组成的一个四臂直流电桥。（2）工作原理：正常运行时：R1+Rv=R2，R3=R4，故继电器J中无电流流过，继电器不动作。当励磁绕组

19、发生一点接地后，由于电桥平衡条件破坏:R3R4，继电器J中便有电流流过，其大小与接地点的位置有关。若该电流大于继电器的整定电流时，继电器动作。当接地故障发生在励磁绕组中点时，则R3=R4 ，此时若不考虑稳压管的作用，电桥仍旧是平衡的，继电器亦不会动作，这表明该保护存在死区。 2.2.直流电桥式励磁回路一点接地保护直流电桥式励磁回路一点接地保护 泸州职业技术学院继电保护34（1）依据：转子回路叠加交流（2）原理接线：构成：JDJ接地继电器 B隔离转子回路与接地交流电网；降压 C2隔离转子回路与接地大轴 DZX中间继电器 AN在运行中检查装置是否正常 XD监视交流电源 LPC2被击穿，即断开LP，

20、使保护退出3.3.利用转子一点接地继电器（利用转子一点接地继电器（ZBZ-2ZBZ-2型）型）泸州职业技术学院继电保护35（3）原理：正常：转子绕组泄漏电阻回路IJDJ不动作接地：转子绕组泄漏电阻回路IJDJ动作 电流流通回路为：B二次绕组一端C2LP大轴接地点DFLQ部分绕组2RDDZX2JDJ线圈B二次绕组另一端 JDJ动作DZX动作DZX1发信号 DZX2断开JDJ线圈回路 DZX需手动复归（使其复归线圈通电）试验：按AN，接通下列回路B二次绕组一端JDJDZX22RDFLQ1RDANR1C2B二次绕组另一端DZX1发信号手动复归C2击穿即断开LP，使保护退出:防止励磁回路与大轴连通 3

21、.3.利用转子一点接地继电器（利用转子一点接地继电器（ZBZ-2ZBZ-2型）型）泸州职业技术学院继电保护361.接线：利用直流电桥原理2.工作原理正常时，保护不投入一点接地后，保护投入 投入K1，按下SB，调R使电桥平衡，mv指示为0，放开SB，投入K2两点接地时：电桥不平衡，KA动作10.5.10.5. 励磁回路两点接地保护励磁回路两点接地保护泸州职业技术学院继电保护3710.6.1 发电机失磁运行及影响 1.失磁原因： 转子绕组故障励磁回路开路半导体励磁系统故障自动灭磁开关误跳闸自动调节励磁装置故障运行人员误操作10-6 发电机失磁保护 泸州职业技术学院继电保护382.失磁后：发电机由同步运行转为异步运行 （1）失磁运行对机组的影响转子出现转差差频电流附加损耗转子过热转子烧伤等值电抗降低吸取无功功率增大定子过流，过热异步运行转矩、有功周期性剧烈摆动机组振动定子端部的漏磁增大端部部件和铁心过热 （2）失磁运行对系统的影响无功不足，引起电压下降10.6.1 10.6.1 发电机失磁运行及影响发电机失磁运行及影响泸州职业技术学院继电保护3910.6.2 10.6.2 发电机失磁后机端测量