发电机保护类型及原理课程课件

一、发电机相间短路的纵联差动保护作用:反映发电机定子绕组及其引出线相间短路故障的主保护发电机纵差保护的接线方式

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两侧同相电流的大小和相位而构成发电机完全纵差动保护图9—1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（a）中性点侧引出6个端子

（b）中性点侧引出4个端子不同之处：

完全纵差保护是比较每相定子首末两端的全相电流，

不完全纵差动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。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发电机纵差保护原理接线示意图G●●●●(2)动作特性曲线图9－3比率制动式发电机纵差保护的动作特性Iop.min.Ires.min.IresK动作区制动区IK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二、发发电机定定子绕组组的匝间间短路保保护匝间短路路:每个分支支的匝间间或分支支之间的的短路内容:单元件式式横联差差动保护护纵向零序序电压原原理的匝匝间短路路保护(一)单元件式式横联差差动保护护1．保护的的接线方方式见下下图（a）

UVW横差TA纵差TA·····纵差TA纵差TA机壳（b）·UVW横差TA纵差TA·····纵差TA纵差TA·机壳2．保护的的原理分分析1）当定子子绕组的的同分支支匝间短短路时：：2）定子绕绕组不同同分支间间发生短短路时：：3)保护的接接线2图9－6单元件式横联差保护原理接线图1-三次谐波滤过器；2－横差保护t跳闸4)评价：保护接线线较简单单，灵敏敏度较高高。保护存在在死区：当很很小时时或者不不同分支支间的短短路匝数数相同时时,保护不能能动作。。(二)纵向零序序电压原原理的匝匝间短路路保护适用于中性点侧侧没有6个或4个引出端端子的发发电机定定子匝间间短路。。该保护利利用发电电机定子子绕组发发生匝间间短路时时，机端端三相对对发电机机中性点点出现的的零序电压压而构成。。保护的构构成原理理图9—9零序电压匝间短路保护原理接线图4)零序电压压匝间保保护原理理方框图图图9－10负序功率闭锁的零序电压匝间保护原理方框图l－三次谐波滤过器；2－断线闭锁保护；3－跳闸出口三发电电机定子子绕组的的单相接接地保护护（一）、、发电机机定子绕绕组单相相接地故故障的分分析1.定子绕组组单相接接地故障障的零序序电压1)当机端单单相接地地时:2)接地发生生在定子子绕组距距中性点点处处电压相量量图为:2．发电机机三次谐谐波电压压的分布布（1）正常运运行时三三次谐波波电压分分布S图9－13发电机三次谐波电势及对地电容的等值电路N（2）距中性性点处处发生单单相接地地时三次次谐波电电压的分分布（二）反反应基波波零序电电压的定定子接地地保护图9—17发电机零序电压保护接线示意图过电压元元件检测测发电机机机端电电压互感感器二次次侧开口口三角形形的输出出电压，，当检测测的电压压大于保保护的动动作整定定值时，，过电压压元件动动作发出出信号。保护装置置的整定定值应避开正常运行行时的不平衡电压。根据运行经验验，保护的起起动电压一般般整定为15～30V左右。考虑采采用性能良好好的三次谐波波滤过器后，，其动作值可可降至5～10V。保护在中性点附近有5％～10％的死区。（三）、基波波零序电压和和三次谐波电电压构成的100％定子接地保保护1．保护的工作作原理100％定子接地保保护由两部分分组成：基波零序电压压保护:反应机端附近近的85％～95％的定子绕组组单相接地三次谐波电压压保护:反应中性点附附近定子绕组组的单相接地地。零序电压保护三次谐波保护图9－18100％定子接地保护的保护范围示意图保护的逻辑框框图:四、发电机转转子回路接地地保护转子回路一点点接地保护-----信号转子两点接地地保护-----跳闸一、转子绕阻阻绝缘破坏的的故障形式及及其危害1．转子绕组一一点接地对发电机并未未造成直接危危害。1．1正常时正极对地电压压负极对地电压压加在绝缘介质质上的电压为为励磁电压的的一半。1．2一点接地时设：正极接地地，，，则：另一端对对地电压上升升为Ｅ，如某某点绝缘比较较薄弱，则有有可能被击穿穿，造成两点点接地故障。。转子绕阻绝缘缘破坏的故障障形式及其危危害2．转子绕组两两点接地2．1部分绕阻被短短接，使励磁磁电流增大，，转子绕阻因因过热而烧伤伤；2．2故障点流过短短路电流，烧烧伤转子本体体；2．3部分绕阻被短短接，使气隙隙磁通失去平平衡，引起机机体振动。2．4对汽轮发电机机，还可能使使轴系和汽机机磁化。二、转子回路一点点接地保护主要有以下几几种：（1）电桥式；（2）叠加直流电电压式；（3）叠加交流电电压式；（4）切换采样式式等。大型发电机装设一点接地地保护，动作作于信号，应应转移负荷，，尽快安排停停机。转子回路一点点接地保护原原理（切换采样式式转子一点接接地保护）（1－a）EaES1S2RRRRR1RfaU1,U2I1I2图9－20切换采样式转子一点接地保护原理接线三、转子两点点接地保护电桥式转子两两点接地保护护DK1DK1DK2D1D2Rf’RfRf’’RL’RL’’ANmV保护五、发电电机的失磁保保护发电机失磁运运行及其产生生的影响1.失磁的原因转子绕组故障障、励磁回路路开路、励磁磁机故障、半半导体励磁系系统故障、自自动调节励磁磁装置故障、、灭磁开关误误跳闸、运行行人员误操作作等。2.失磁运行对发发电机的影响响转子过热、定定子过热、铁铁芯过热、机机械冲击。3.发电机失磁运运行对电力系系统的影响无功缺额、有有功缺额、电电压下降。二、发电机失失磁保护的配配置大型发电机通常装设专门门的失磁保护护，动作于信信号、减负荷荷、或停机。。三、发电机的机端端测量阻抗1．等值电路2.发电机失磁后后的机端测量量阻抗1.发电机从失磁磁到失步前（（））该式为一圆的的方程，该圆称为等有功阻抗圆圆。2.临界失步点（（））该式为一圆的的方程，该圆称为临界失步圆或等无功阻抗圆圆。3.失步后（））3.失步后（））4．其它情况下下的机端测量量阻抗4.1发电机外部短短路时4.2发电机采用自自同期并列时时4.3系统振荡时六、发电电机的过负荷荷保护（2）发电机允许许过负荷的特特性在不考虑导体体散热的情况况下－是以额定电电流为基准的的电流的标幺幺值。发电机允许过过负荷的特性性考虑了发电机机的散热条件件后，厂家还还给出了发电电机的定子绕绕组、转子绕绕组、转子表表层的持续允允许电流常数数（а值）。设：－是以以额定电流为为基准的，在在能够保证发发电机长期正正常运行情况况下，所允许许的最大电流流的标幺值。。则：（2）发电机允许许过负荷的特特性图9－28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考虑了发电机机的散热条件件后，发电机能够正正常运行的条条件：即：二、定子绕组组的过负荷保保护接成三相式，，取其中最大大的相电流进进行判别。小型发电机采采用定时限过过负荷保护；；大中型发电机机由定时限过负荷荷保护和反时限过电流流保护两部分组成。。用于反映发电电机定子绕组组的对称过负负荷或外部故故障引起的定定子绕组过电电流。二、定子绕组组的过负荷保保护1.定时限过负荷荷保护动作后延时发发信号或减负负荷。动作电流：按按在发电机长长期允许的负负荷电流下，，能可靠返回回的条件整定定。二、定子绕组组的过负荷保保护2.反时限过电流流保护启动电流取1.15～1.2倍的额定电流流反时限动作判判据：保护动作后作作用于解列或程序跳跳闸。Ｐ174七、转子绕组组的过负荷保保护对于300MW以下的发电机机，只装设定定时限过负荷荷保护，延时时动作于发信信号和降低励励磁电流。对于300MW及以上的发电电机组，由定定时限过负荷荷和反时限过过流保护两部部分组成。用用来作为转子子励磁回路的的过流、过负负荷保护；兼兼作交流励磁磁机的后备保保护。定时限部分经经延时动作于于信号；反时限部分动动作于解列灭灭磁。1、转子绕组的的过负荷保护护定时限过负荷荷保护的动作作电流，按正正常运行最大大励磁电流下下，能可靠返返回的条件整整定。反时限过流保保护的动作判判据于定子绕绕组反时限过过流保护相同同。－应取以额定定转子电流为为基准的转子子电流标幺值值。2、转子表层负负序过流、过过负荷保护当不对称短路路或负荷不对对称时，定子子绕组中的负负序电流将产产生一个与转转子转动方向向相反的旋转转磁场，此时时转子相对于于负序旋转磁磁场有两倍的的同步转速。。将在转子表层层感生出100Hz的倍频电流，，使转子表层层局部过热，，将转子灼伤伤；如转子本本体与护环的的温差过大，，还将导致护护环松脱，造造成机组严重重损坏。转子表层负序序过流、过负负荷保护，用用来作为发电电机不对称故故障或不对称称运行时，负负序电流引起起转子表层过过热的保护。。还可兼作系系统不对称故故障的后备保保护。1.对于小型发电电机组采用两段式定定时限负序过过流、过负荷荷保护，I段：动作电流流按与相邻元元件后备保护护配合的条件件整定，一般般取：经3～5S延时后，动作作于跳闸。II段：动作电流流按躲过发电电机长期允许许的负序电流流整定，一般般取：经5～10S延时后，动动作于发信信号。2．对于大型型发电机组组一般由定时时限负序过过负荷保护护和反时限限负序过流流保护两部部分组成。。2.1定时限负序序过负荷保保护动作电流，，按躲过发发电机长期期允许的负负序电流整整定，一般般取：经t1=5～10S延时后，动动作于发信信号。2.2反时限负序序过流保护护启动元件的的动作电流流，按躲过过发电机长长期允许的的负序电流流整定，一一般取：反时限动作作判据转子表层负负序过流、、过负荷保保护特性曲曲线t1=5～10S：定时限负序序过负荷保保护动作时时限，用于于发信号。。t2=0.2~1S：反时限延时时上限，用用于割除反反时限特性性中I2值较大的部部分。t3=600~1000S：反时限延时时下限，用用于割除反反时限特性性中I2值较小的部部分。转子表层负负序过流、、过负荷保保护逻辑框图发变组保护护功能保护出口：：不同的出口口分别设立立独立的出出口继电器器，出口继继电器的接接点容量满满足强电控控制回路要要求，接点数量满满足保护跳跳闸出口要要求，并留留有四付备备用接点。。保护出口回回路设置因因元件损坏坏而引起误误动的闭锁锁措施，防防止保护误误出口，并并发出元器器件损坏的的告警信号号。凡保护出口口回路，均均经压板投投入、退出出，不允许许不经压板板而直接去去驱动跳闸闸继电器。。非电气量保保护可经装装置触点转转换出口或或经装置延延时后出口口，装置能能反映其信信号。组屏：发变组保护护装置采用用原装进口口产品，采采用国内组组屏方式。。保护分柜原原则－发电机（（含励磁变变）与主变变压器、厂厂高变保护护分屏设置置，以便满满足发电机机与变压器器解列运行行的要求，，其中管理理机的配置置也满足此此要求。－同一元件件的两套保保护分别布布置于不同同柜内。如如：发电机机差动Ⅰ和发电机差差动Ⅱ；主变压器器差动Ⅰ和主变压器器差动Ⅱ等，均分别别布置于不不同柜内。。－非电量保保护与保护护管理机单单独组1面屏。保护柜配置置：每面保护柜柜的直流电电源各自独独立互不交交叉。每面保护柜柜装置有各各自独立的的保护出口口。每台机配置置1台管理机，，负责管理理各保护柜柜中的各个个保护装置置及微机监监控（监测测）系统的的通信。每套保护装装置包括主主保护和后后备保护。。装置功能：：装置中不同同种类保护护具有方便便的软投退退功能。装置具有必必要的参数数监视功能能。装置具有自自复位功能能，当软件件工作不正正常时能通通过自复位位电路自动动恢复正常常工作。装置每一个个独立逆变变稳压电源源的输入具具有独立的的保险功能能，并设有有失电报警警。装置记录必必要的信息息，并通过过接口送出出；信息且且不丢失，，并可重复复输出。装置有独立立的内部时时钟，并具具有接受GPS时钟的软对对时及硬对对时的接口口。发电机保护护配置低频保护：：低频保护护反系统频频率的降低低，保护由由灵敏的频频率继电器器和计数器器组成，并并受出口断断路器辅助助接点闭锁锁。即发电电机退出运运行时低频频保护自动动退出运行行。保护动动作于发信信号或全停停。装置在在运行时可可实时监视视定值，频频率及累计计时间的显显示。两套套保护之间间宜有连续续跟踪和数数据累计功功能。发电电机机逆逆功功率率保保护护：：保保护护动动作作分分两两段段时时限限t1发信信号号,t2动作作于于全全停停,具备备PT断线线闭闭锁锁功功能能。。变压压器器保保护护配配置置主变变差差动动保保护护：：采采用用二二次次谐谐波波制制动动比比率率差差动动原原理理的的四四侧侧差差动动继继电电器器构构成成,并且且有有电电流流速速断断元元件件,保护护瞬瞬时时动动作作于于全全停停。。主变变压压器器过过激激磁磁保保护护：：过过激激磁磁是是以以V/HZ的比比值值为为动动作作原原理理,设有有两两段段定定值值。。低低定定值值带带时时限限动动作作于于信信号号和和降降低低励励磁磁电电流流,高定定值值部部分分动动作作全全停停或或程程序序跳跳闸闸。。主变变压压器器复复合合电电压压过过流流保保护护：：由由主主变变低低压压侧侧PT引出出的的复复合合电电压压高高压压侧侧电电流流共共同同构构成成，，经经延延时时，，动动作作于于跳跳各各侧侧开开关关。。主变变通通风风：：单单相相电电流流元元件件动动作作于于启启动动辅辅助助冷冷却却器器。。厂高变冷却器器故障：当变变压器冷却器器全停时瞬时时发信号,延时动作于厂厂用电切换或或全停。厂高变油位：：动作于发信信。厂高变温度：：动作于发信信号。厂高变瓦斯：：重瓦斯动作作于全停,或切换至信号号:轻瓦斯动作于于发信。厂高变有载调调压瓦斯：重重瓦斯动作于于全停,或切换至信号号:轻瓦斯动作于于发信。厂高变压力释释放：动作于于发信或全停停。非电量保护发电机断水保保护：瞬时发发信号，延时时动作于程序序跳闸，并可可切换到全停停。热工保护：动动作于发信号号或动作于全全停。主变冷却器故故障：当变压压器冷却器全全停时瞬时发发信号，延时时动作于全停停或程序跳闸闸。主变油位：动动作于发信号号。主变温度：动动作于发信号号及跳闸。主变瓦斯：轻轻瓦斯动作于于发信。重瓦瓦斯动作于全全停或切换至至信号。主变压力释放放：动作于发发信号或全停停。厂高变差动保保护：保护采采用二次谐波波制动原理的的三侧差动,瞬时动作于全全停。并具有有CT断线判别及闭闭锁功能。厂高变复合过过流保护：由由复合电流判判据构成，经经一段延时动动作于全停。。厂高变过负荷荷调压闭锁：：保护经延时时动作于全停停。厂高变通风：：单相电流动动作于启动辅辅助冷却器。。厂高变分支过过流保护：延延时动作于本本分支断路器器,并闭锁备用电电源切换。。厂高变分支零零序过流：保保护带一段时时限,t1动作于跳本分分支断路器,并闭锁备用电电源自投。备用停机变保保护配置非电量保护接接口备用/停机变变重瓦瓦斯，瞬时动动作于跳各侧侧开关（不起起动失灵），，也可切换至至信号。备用/停机变变轻瓦瓦斯，动作于于信号备用/停机变变有载载调压重瓦斯斯，瞬时动作作于跳各侧开开关（不起动动失灵），也也可切换至信信号。备用/停机变变有载载调压轻瓦斯斯，动作于信信号备用/停机变变压力力释放，瞬时时动作于跳各各侧开关（不不起动失灵）），也可切换换至信号。备用/停机变变有载载调压压力释释放，瞬时动动作于跳各侧侧开关（不起起动失灵），，也可切换至至信号。备用/停机变变温度度：动作于信信号。备用/停机变变油位位：动作于信信号。备用/停机变变保护护装置采用原原装进口产品品，采用国内内组屏方式。。备用/停机变变保护护装置由2面屏组成，含含有远方跳闸闸插件。差动保护：保保护采用二次次谐波制动原原理的差动构构成，并且保保护有电流速速断元件，保保护瞬时动作作于跳各侧开开关。高压侧复合过过流保护：由由高压侧复合合电流构成，，一段延时，，动作于跳各各侧开关。高压侧零序电电流保护：零零序电流保护护设二段定值值各带两段时时限，均以第第一段时限跳跳母联或分段段，第二段时时限跳各侧开开关。备用/停机变变低压压侧分支零序序电流保护：：零序电流保保护设二段定定值各带时限限跳各分支开开关。备用/停机变变通风风：单相电流流元件动作于于启动通风。。过负荷调压闭闭锁：保护经经延时动作于于全停。发电机不对称称过负荷保护护：保护由定定时限和反时时限组成,定时限动作于于信号,动作电流按躲躲过发电机长长期允许的负负序电流值和和按躲过最大大负荷下负序序电流滤过器器的不平衡电电流值整定。。反时限保护护反应发电机机转子热积累累过程。动作作特性按发电电机承受负序序电流的能力力确定,动作于全停或或程序跳闸。。发电机突加电电压电保护：：保护由电流流元件及电压压元件构成，，动作于发电电机出口断路路器。发电机机出口断路器器合闸后,该保护退出，，解列后自动动投入运行。。PT断线闭锁保护护由电压元件件构成，动作作于信号。励磁过负荷保保护：保护由由定时限和反反时限两部分分组成。定时时限部分动作作电流按正常常运行最大励励磁电流下能可靠返回的的条件整定，，带时限动作作于信号，并并动作于降低低励磁电流；；反时限部分分动作特性按按发电机励磁磁绕组的过负负荷能力确定定，并动作于于全停。保护护能反映电流流变化时励磁磁绕组的热积积累过程。励磁变差动保保护：保护瞬瞬时动作于全全停。励磁变过流保保护：保护瞬瞬时动作于全全停。发电机机过激激磁保保护：：过激激磁是是以V/HZ的比值值为动动作原原理，，设有有两段段定值值。低低定值值带时时限动动作于于信号号和降降低励励磁电电流，，高定定值部部分动动作全全停或或程序序跳闸闸。发电机机出口口断路路器失失灵保保护：：判断断发电电机出出口断断路器器失灵灵拒动动，保保护动动作全全停。。发电机机对称称过负负荷保保护：：保护护由定定时限限和反反时限限组成成，定定时限限部分分带时时限动动作于于信号号和自自动减减负荷荷。反反时限限部分分保护护反应应电流流变化化时发发电机机定子子绕组组的热热积累累过程程。动动作特特性按按发电电机定定子绕绕组的的过负负荷能能力确确定，，动作作于全