发电机保护及原理课程课件

1、一、发电机相间短路的纵联差动保护一、发电机相间短路的纵联差动保护作用作用: :反映发电机定子绕组及其引出线相间短路反映发电机定子绕组及其引出线相间短路故障的主保护故障的主保护发电机纵差保护的接线方式发电机纵差保护的接线方式 完全纵差动保护完全纵差动保护不完全纵差动保护不完全纵差动保护发电机完全纵差保护和不完全纵差保护均是比较发电机完全纵差保护和不完全纵差保护均是比较发电机发电机两侧同相电流的大小和相位两侧同相电流的大小和相位而构成而构成发电机完全纵差动保护发电机完全纵差动保护 图图91 91 发电机纵差保护原理接线示意图发电机纵差保护原理接线示意图G发电机不完全纵差动保护发电机不完全纵差动保护

2、（a a）中性点侧引出）中性点侧引出6 6个端子个端子 （b b）中性点侧引出）中性点侧引出4 4个端子个端子不同之处：不同之处： 完全纵差完全纵差保护是比较每相定子首末两端的全相电保护是比较每相定子首末两端的全相电流，流， 不完全纵差动不完全纵差动保护是比较机端每相定子全相电流保护是比较机端每相定子全相电流和中性点侧每相定子的部分相电流而构成。和中性点侧每相定子的部分相电流而构成。发电机纵差保护的原理发电机纵差保护的原理1比率制动式发电机纵差保护原理比率制动式发电机纵差保护原理 发电机纵差保护原理接线示意图发电机纵差保护原理接线示意图G(2) 动作特性曲线动作特性曲线图图9 93 3 比率制

3、动式发电机纵差保护的动作特性比率制动式发电机纵差保护的动作特性Iop.min.Ires.min.IresK动作区动作区制动区制动区IK发电机纵差保护的原理发电机纵差保护的原理2. 标积制动式发电机纵差动保护原理标积制动式发电机纵差动保护原理二、二、 发电机定子绕组的匝间短路保护发电机定子绕组的匝间短路保护匝间短路匝间短路: 每个分支的匝间或分支之间的短路每个分支的匝间或分支之间的短路内容内容: 单元件式横联差动保护单元件式横联差动保护 纵向零序电压原理的匝间短路保护纵向零序电压原理的匝间短路保护(一一)单元件式横联差动保护单元件式横联差动保护1保护的接线方式见下图（a） UVW横差横差TA纵差

4、TA 纵差TA纵差TA机壳机壳（b）UVW横差横差TA纵差TA纵差TA纵差TA机壳机壳2保护的原理分析保护的原理分析1）当定子绕组的同分支匝间短路时：）当定子绕组的同分支匝间短路时： 2）定子绕组不同分支间发生短路时：）定子绕组不同分支间发生短路时： 3)保护的接线保护的接线 2图图9 96 6 单元件式横联差保护原理接线图单元件式横联差保护原理接线图1-1-三次谐波滤过器；三次谐波滤过器；2 2横差保护横差保护t跳闸4)评价：n保护接线较简单，灵敏度较高。保护接线较简单，灵敏度较高。n保护存在保护存在死区死区：当：当 很小时或者不同分很小时或者不同分支间的短路匝数相同时支间的短路匝数相同时,

5、 保护不能动作。保护不能动作。(二二) 纵向零序电压原理的匝间短路保护纵向零序电压原理的匝间短路保护 适用于适用于中性点侧没有中性点侧没有6个或个或4个引出端子的个引出端子的发电机定子匝间短路。发电机定子匝间短路。 该保护利用发电机定子绕组发生匝间短路该保护利用发电机定子绕组发生匝间短路时，机端三相对发电机中性点出现的时，机端三相对发电机中性点出现的零序电压零序电压而构成。而构成。保护的构成原理保护的构成原理图图99 99 零序电压匝间短路保护零序电压匝间短路保护原理接线图原理接线图4)零序电压匝间保护原理方框图零序电压匝间保护原理方框图 图图9 910 10 负序功率闭锁的零序电压匝间保护原

6、负序功率闭锁的零序电压匝间保护原理方框图理方框图l l三次谐波滤过器；三次谐波滤过器；2 2断线闭锁保护；断线闭锁保护；3 3跳跳闸出口闸出口 三 发电机定子绕组的单相接地保护（一）、发电机定子绕组单相接地故障的分（一）、发电机定子绕组单相接地故障的分析析1.1.定子绕组单相接地故障的零序电压定子绕组单相接地故障的零序电压1)当机端单相接地时当机端单相接地时:2)接地发生在定子绕组距中性点接地发生在定子绕组距中性点 处处 电压相量图为电压相量图为:2发电机三次谐波电压的分布发电机三次谐波电压的分布 （1）正常运行时三次谐波电压分布）正常运行时三次谐波电压分布S图图913 发电机三次谐波电势及对

7、地电容的等值电路发电机三次谐波电势及对地电容的等值电路N3NU3SU12gC12gCC3E（2）距中性点）距中性点 处发生单相接地时三次处发生单相接地时三次谐波电压的分布谐波电压的分布（二）反应基波零序电压的定子接地保护（二）反应基波零序电压的定子接地保护图图917 917 发电机零序电压保护发电机零序电压保护接线示意图接线示意图n过电压元件检测发电机机端电压互感器二次侧开过电压元件检测发电机机端电压互感器二次侧开口三角形的输出电压，当检测的电压大于保护的口三角形的输出电压，当检测的电压大于保护的动作整定值时，过电压元件动作发出动作整定值时，过电压元件动作发出信号信号。n保护装置的整定值应保护

8、装置的整定值应避开避开正常运行时的正常运行时的不平衡电不平衡电压压。n根据运行经验，保护的起动电压一般整定为根据运行经验，保护的起动电压一般整定为151530V30V左右。考虑采用性能良好的三次谐波滤过器后，左右。考虑采用性能良好的三次谐波滤过器后，其动作值可降至其动作值可降至5 510V10V。n保护在保护在中性点附近中性点附近有有5 51010的死区的死区。（三）、基波零序电压和三次谐波电压（三）、基波零序电压和三次谐波电压构成的构成的100定子接地保护定子接地保护1保护的工作原理保护的工作原理100定子接地保护由两部分组成：定子接地保护由两部分组成：基波零序电压保护基波零序电压保护: :

9、 反应机端附近的反应机端附近的8595的定子绕组单的定子绕组单相接地相接地三次谐波电压保护三次谐波电压保护: : 反应中性点附近定子绕组的单相接地。反应中性点附近定子绕组的单相接地。零序电压保护零序电压保护三次谐波保护三次谐波保护图图9 918 10018 100定子接地保护的保护范围示意图定子接地保护的保护范围示意图保护的逻辑框图保护的逻辑框图: 四、发电机转子回路接地保护四、发电机转子回路接地保护转子回路一点接地保护转子回路一点接地保护-信号信号转子两点接地保护转子两点接地保护-跳闸跳闸一、转子绕阻绝缘破坏的故障形式及其危害 n1转子绕组一点接地n 对发电机并未造成直接危害。n11正常时n

10、 正极对地电压n 负极对地电压n加在绝缘介质上的电压为励磁电压的一半。n12一点接地时n设：正极接地， ， n则：另一端对地电压上升为，如某点绝缘比较薄弱，则有可能被击穿，造成两点接地故障。2222ERRREU2EU 0UEU转子绕阻绝缘破坏的故障形式及其危害 2 转子绕组两点接地n2 1部分绕阻被短接，使励磁电流增大，转子绕阻因过热而烧伤；n22故障点流过短路电流，烧伤转子本体；n23部分绕阻被短接，使气隙磁通失去平衡，引起机体振动。n24对汽轮发电机，还可能使轴系和汽机磁化。 二、转子回路一点接地保护转子回路一点接地保护n主要有以下几种：n（1）电桥式；n（2）叠加直流电压式；n（3）叠加

11、交流电压式； n（4）切换采样式等。n大型发电机装设一点接地保护，动作于信号，应转移负荷，尽快安排停机。转子回路一点接地保护原理转子回路一点接地保护原理（切换采样式转子一点接地保护（切换采样式转子一点接地保护 ）（1a）Ea ES1S2RRRRR1RfaU1,U2I1I2图图9 920 20 切换采样式转子切换采样式转子一点接地保护原理接线一点接地保护原理接线三、转子两点接地保护三、转子两点接地保护电桥式转子两点接地保护电桥式转子两点接地保护DK1DK1DK2D1D2RfRfRfRLRLANmV保护五、五、 发电机的失磁保发电机的失磁保护护发电机失磁运行及其产生的影响发电机失磁运行及其产生的影

12、响1.失磁的原因失磁的原因n转子绕组故障、励磁回路开路、励磁机故障、半导体励磁系统故障、自动调节励磁装置故障、灭磁开关误跳闸、运行人员误操作等。 2.失磁运行对发电机的影响失磁运行对发电机的影响n转子过热、定子过热、铁芯过热、机械冲击。 3.发电机失磁运行对电力系统的影响发电机失磁运行对电力系统的影响n 无功缺额、有功缺额、电压下降。二、发电机失磁保护的配置二、发电机失磁保护的配置n大型发电机通常装设专门的失磁保护，动作于信号、减负荷、或停机。n三、三、发电机的机端测量阻抗发电机的机端测量阻抗n1等值电路等值电路n2 . 发电机失磁后的机端测量阻抗发电机失磁后的机端测量阻抗ggrIUZ n1.

13、 发电机从失磁到失步前（ ）090 22s222jssggrePUjXPUIUZ）（ 该式为一圆的方程，该圆称为等有功阻抗圆。 n2.临界失步点（ ）090 222jsdsdggreXXjXXjIUZ该式为一圆的方程，该圆称为临界失步圆或等无功阻抗圆。 3.失步后（ ）090 n3.失步后（ ）090 n4其它情况下的机端测量阻抗其它情况下的机端测量阻抗n4.1发电机外部短路时发电机外部短路时n4.2发电机采用自同期并列时发电机采用自同期并列时n4.3系统振荡时系统振荡时 六、六、 发电机的过负荷保护发电机的过负荷保护（2）发电机允许过负荷的特性）发电机允许过负荷的特性n在不考虑导体散热的情况

14、下 I是以额定电流为基准的电流的标幺值。 发电机允许过负荷的特性发电机允许过负荷的特性n考虑了发电机的散热条件后，厂家还给出了发电机的定子绕组、转子绕组、转子表层的持续允许电流常数（值） 。n设：是以额定电流为基准的，在能够保证发电机长期正常运行情况下，所允许的最大电流的标幺值。n则： 1I2 1I （2）发电机允许过负荷的特性）发电机允许过负荷的特性图928 发电机的允许过负荷特性曲线示意图1考虑散热条件下；2不考虑散热条件下21考虑了发电机的散热条件后，发电机能够正常运行的条件：A ttI22IAt即： 二、定子绕组的过负荷保护二、定子绕组的过负荷保护 n接成三相式，取其中最大的相电流进行

15、判别。接成三相式，取其中最大的相电流进行判别。n小型发电机采用定时限过负荷保护；小型发电机采用定时限过负荷保护；n大中型发电机由大中型发电机由定时限过负荷保护定时限过负荷保护和和反时限过电流保反时限过电流保护护两部分组成。两部分组成。n用于反映发电机定子绕组的对称过负荷或外部故障引用于反映发电机定子绕组的对称过负荷或外部故障引起的定子绕组过电流。起的定子绕组过电流。 二、定子绕组的过负荷保护二、定子绕组的过负荷保护 1.定时限过负荷保护定时限过负荷保护n动作后延时发信号或减负荷动作后延时发信号或减负荷 。n动作电流：按在发电机长期允许的负荷电流下，动作电流：按在发电机长期允许的负荷电流下，能可

16、靠返回的条件整定。能可靠返回的条件整定。ngrerelopIKKI.1 .二、定子绕组的过负荷保护二、定子绕组的过负荷保护n2.反时限过电流保护反时限过电流保护n启动电流取启动电流取1.151.2 倍的额定电流倍的额定电流n反时限动作判据：反时限动作判据：2IAt保护动作后作用于解列或程序跳闸。174 七、转子绕组的过负荷保护七、转子绕组的过负荷保护n对于对于300MW以下的发电机，只装设定时限过负荷保护，延以下的发电机，只装设定时限过负荷保护，延时动作于发信号和降低励磁电流。时动作于发信号和降低励磁电流。n对于对于300MW及以上的发电机组，由定时限过负荷和反时限及以上的发电机组，由定时限过

17、负荷和反时限过流保护两部分组成。用来作为转子励磁回路的过流、过负过流保护两部分组成。用来作为转子励磁回路的过流、过负荷保护；兼作交流励磁机的后备保护。荷保护；兼作交流励磁机的后备保护。n定时限部分经延时动作于信号；定时限部分经延时动作于信号；n反时限部分动作于解列灭磁。反时限部分动作于解列灭磁。1、转子绕组的过负荷保护、转子绕组的过负荷保护n定时限过负荷保护的动作电流，按正常运行最大励定时限过负荷保护的动作电流，按正常运行最大励磁电流下，能可靠返回的条件整定。磁电流下，能可靠返回的条件整定。n反时限过流保护的动作判据于定子绕组反时限过流反时限过流保护的动作判据于定子绕组反时限过流保护相同。保护

18、相同。2IAtI应取以额定转子电流为基准的转子电流标幺值。2、转子表层负序过流、过负荷保护、转子表层负序过流、过负荷保护n当不对称短路或负荷不对称时，定子绕组中的负序电流将产生一个与转子转动方向相反的旋转磁场，此时转子相对于负序旋转磁场有两倍的同步转速。n将在转子表层感生出100Hz的倍频电流，使转子表层局部过热，将转子灼伤；如转子本体与护环的温差过大，还将导致护环松脱，造成机组严重损坏。n转子表层负序过流、过负荷保护，用来作为发电机不对称故障或不对称运行时，负序电流引起转子表层过热的保护。还可兼作系统不对称故障的后备保护。 1.对于小型发电机组对于小型发电机组n采用两段式定时限负序过流、过负

19、荷保护，采用两段式定时限负序过流、过负荷保护，nI段：动作电流按与相邻元件后备保护配合的条件整定，一段：动作电流按与相邻元件后备保护配合的条件整定，一般取：般取：n经经35S延时后，动作于跳闸。延时后，动作于跳闸。nII段：动作电流按躲过发电机长期允许的负序电流整定，一段：动作电流按躲过发电机长期允许的负序电流整定，一般取：般取：n经经510S延时后，动作于发信号。延时后，动作于发信号。ngIopI.)6 . 05 . 0(IngIopI.I 1 . 0I2对于大型发电机组对于大型发电机组n一般由定时限负序过负荷保护和反时限负序过流保一般由定时限负序过负荷保护和反时限负序过流保护两部分组成。护

20、两部分组成。n2.1定时限负序过负荷保护定时限负序过负荷保护n动作电流，按躲过发电机长期允许的负序电流整定，动作电流，按躲过发电机长期允许的负序电流整定，一般取：一般取： n经经t1 = 510S延时后，动作于发信号。延时后，动作于发信号。ngopI.II) 0.204. 0(In2.2反时限负序过流保护反时限负序过流保护n启动元件的动作电流，按躲过发电机长期允许的负启动元件的动作电流，按躲过发电机长期允许的负序电流整定，一般取：序电流整定，一般取：n反时限动作判据反时限动作判据ngopI.I ) 0.206. 0(I2 2IAt转子表层负序过流、过负荷保护特性曲线转子表层负序过流、过负荷保护

21、特性曲线 t1 = 510S ：定时限负序过负荷保护动作时限，用于发信号。t2=0.21S：反时限延时上限，用于割除反时限特性中I2值较大的部分。t3=6001000S：反时限延时下限，用于割除反时限特性中I2值较小的部分。 转子表层负序过流、过负荷保护转子表层负序过流、过负荷保护n逻辑框图逻辑框图 发变组保护功能保护出口：保护出口：不同的出口分别设立独立的出口继电器，出口继电器的接点容量满足强电控制回路要求，接点数量满足保护跳闸出口要求，并留有四付备用接点。保护出口回路设置因元件损坏而引起误动的闭锁措施，防止保护误出口，并发出元器件损坏的告警信号 。凡保护出口回路，均经压板投入、退出，不允许

22、不经压板而直接去驱动跳闸继电器。非电气量保护可经装置触点转换出口或经装置延时后出口，装置能反映其信号。 n组屏：组屏：n发变组保护装置采用原装进口产品，采用国内组屏方式。 n保护分柜原则n发电机（含励磁变）与主变压器、厂高变保护分屏设置，以便满足发电机与变压器解列运行的要求，其中管理机的配置也满足此要求。n同一元件的两套保护分别布置于不同柜内。如：发电机差动和发电机差动；主变压器差动和主变压器差动等，均分别布置于不同柜内。n非电量保护与保护管理机单独组1面屏。 n保护柜配置：保护柜配置：n每面保护柜的直流电源各自独立互不交叉。n每面保护柜装置有各自独立的保护出口。n每台机配置1台管理机，负责管

23、理各保护柜中的各个保护装置及微机监控（监测）系统的通信。n每套保护装置包括主保护和后备保护。 n装置功能：装置功能：n装置中不同种类保护具有方便的软投退功能。n装置具有必要的参数监视功能。n装置具有自复位功能，当软件工作不正常时能通过自复位电路自动恢复正常工作。n装置每一个独立逆变稳压电源的输入具有独立的保险功能，并设有失电报警。n装置记录必要的信息，并通过接口送出；信息且不丢失，并可重复输出。n装置有独立的内部时钟，并具有接受GPS时钟的软对时及硬对时的接口。变压器保护配置主变差动保护：采用二次谐波制动比率差动原理的四侧差动继电器构成,并且有电流速断元件,保护瞬时动作于全停。主变压器过激磁保

24、护：过激磁是以V/HZ的比值为动作原理,设有两段定值。低定值带时限动作于信号和降低励磁电流,高定值部分动作全停或程序跳闸。 主变压器复合电压过流保护：由主变低压侧PT引出的复合电压高压侧电流共同构成，经延时，动作于跳各侧开关。主变通风：单相电流元件动作于启动辅助冷却器。厂高变冷却器故障：当变压器冷却器全停时瞬时发信号,延时动作于厂用电切换或全停。厂高变油位：动作于发信。厂高变温度：动作于发信号。厂高变瓦斯：重瓦斯动作于全停,或切换至信号:轻瓦斯动作于发信。厂高变有载调压瓦斯：重瓦斯动作于全停,或切换至信号:轻瓦斯动作于发信。厂高变压力释放：动作于发信或全停。 n非电量保护n发电机断水保护：瞬时

25、发信号，延时动作于程序跳闸，并可切换到全停。n热工保护：动作于发信号或动作于全停。n主变冷却器故障：当变压器冷却器全停时瞬时发信号，延时动作于全停或程序跳闸。n主变油位：动作于发信号。n主变温度：动作于发信号及跳闸。n主变瓦斯：轻瓦斯动作于发信。重瓦斯动作于全停或切换至信号。n主变压力释放：动作于发信号或全停。 n厂高变差动保护：保护采用二次谐波制动原理的三侧差动,瞬时动作于全停。并具有CT断线判别及闭锁功能。n厂高变复合过流保护：由复合电流判据构成，经一段延时动作于全停。 n厂高变过负荷调压闭锁：保护经延时动作于全停。 n厂高变通风：单相电流动作于启动辅助冷却器。 n厂高变分支过流保护：延时

26、动作于本分支断路器,并闭锁备用电源切换 。n厂高变分支零序过流：保护带一段时限,t1动作于跳本分支断路器,并闭锁备用电源自投。备用停机变保护配置非电量保护接口备用/停机变变重瓦斯，瞬时动作于跳各侧开关（不起动失灵），也可切换至信号。备用/停机变变轻瓦斯，动作于信号备用/停机变变有载调压重瓦斯，瞬时动作于跳各侧开关（不起动失灵），也可切换至信号。备用/停机变变有载调压轻瓦斯，动作于信号备用/停机变变压力释放，瞬时动作于跳各侧开关（不起动失灵），也可切换至信号。备用/停机变变有载调压压力释放，瞬时动作于跳各侧开关（不起动失灵），也可切换至信号。备用/停机变变温度：动作于信号。备用/停机变变油位：动

27、作于信号。 n备用/停机变变保护装置采用原装进口产品，采用国内组屏方式。备用/停机变变保护装置由2面屏组成，含有远方跳闸插件。n差动保护：保护采用二次谐波制动原理的差动构成，并且保护有电流速断元件，保护瞬时动作于跳各侧开关。n高压侧复合过流保护：由高压侧复合电流构成，一段延时，动作于跳各侧开关。 n高压侧零序电流保护：零序电流保护设二段定值各带两段时限，均以第一段时限跳母联或分段，第二段时限跳各侧开关。 n备用/停机变变低压侧分支零序电流保护：零序电流保护设二段定值各带时限跳各分支开关。n备用/停机变变通风：单相电流元件动作于启动通风。 n过负荷调压闭锁：保护经延时动作于全停。发电机保护配置低

28、频保护：低频保护反映系统频率的降低，保护由灵敏的频率继电器和计数器组成，并受出口断路器辅助接点闭锁。即发电机退出运行时低频保护自动退出运行。保护动作于发信号或全停。装置在运行时可实时监视定值，频率及累计时间的显示。两套保护之间宜有连续跟踪和数据累计功能。发电机逆功率保护：保护动作分两段时限t1发信号,t2动作于全停,具备PT断线闭锁功能。 n发电机不对称过负荷保护：保护由定时限和反时限组成,定时限动作于信号,动作电流按躲过发电机长期允许的负序电流值和按躲过最大负荷下负序电流滤过器的不平衡电流值整定。反时限保护反应发电机转子热积累过程。动作特性按发电机承受负序电流的能力确定,动作于全停或程序跳闸。n发电机突加电压电保护：保护由电流元件及电压元件构成，动作于发电机出口断路器。发电机出口断路器合闸后,该保护退出，解列后自动投入