第8章发电机保护

2023/2/6第8章发电机保护1第8章发电机保护牟黎2023/2/6第8章发电机保护28.1概述2023/2/6第8章发电机保护38.1概述发电机的相关知识1.发电机的主要作用？将机械能转变成电能2023/2/6第8章发电机保护48.1概述2.发电机的主要构成2023/2/6第8章发电机保护58.1概述1.发电机的故障分类发电机的故障2023/2/6第8章发电机保护6相间短路匝间短路接地短路一点接地二点接地低励、失磁8.1概述2.发电机的故障演示2023/2/6第8章发电机保护78.1概述3.发电机的定子故障的保护配置2023/2/6第8章发电机保护88.1概述4.发电机的转子故障的保护配置2023/2/6第8章发电机保护98.1概述1.发电机的不正常工作状态分类发电机的不正常工作状态发电机逆功率、频率降低、失步2023/2/6第8章发电机保护108.1概述2.发电机定子的不正常工作状态的保护配置2023/2/6第8章发电机保护118.1概述3.发电机转子的不正常工作状态的保护配置2023/2/6第8章发电机保护128.1概述4.发电机的不正常工作状态的保护配置（其他）2023/2/6第8章发电机保护138.1概述5.总结2023/2/6第8章发电机保护148.2发电机纵差保护2023/2/6第8章发电机保护158.2发电机纵差保护发电机纵差保护的基本原理和接线1.发电机纵差保护的概念

反应发电机定子绕组及其引出线的相间短路，是发电机的主保护。2023/2/6第8章发电机保护168.2发电机纵差保护2.发电机纵差保护与变压器差动保护的区别2023/2/6第8章发电机保护178.2发电机纵差保护3.发电机纵差保护的构成2023/2/6第8章发电机保护188.2发电机纵差保护4.发电机完全纵差保护2023/2/6第8章发电机保护198.2发电机纵差保护5.发电机完全纵差保护原理无故障时相间故障时2023/2/6第8章发电机保护208.2发电机纵差保护6.发电机不完全纵差保护2023/2/6第8章发电机保护218.2发电机纵差保护7.发电机不完全纵差保护原理假设每相有n个分支无故障时相间故障或匝间短路时2023/2/6第8章发电机保护228.2发电机纵差保护8.发电机纵差保护的整定计算1）躲过外部故障产生的最大不平衡电流2023/2/6第10章发电机保护23若汽轮发电机发电机额定电流则若水轮发电机则8.2发电机纵差保护2023/2/6第10章发电机保护242）防止TA二次回路断线导致误动a.设TA二次回路断线监视装置b.

为提高灵敏度，一般采用具有制动特性的差动继电器或比率制动式差动保护。发电机正常运行时若TA二次回路断线会误动。8.2发电机纵差保护2023/2/6第10章发电机保护258.2发电机纵差保护9.练习发电机完全差动保护为何不能反应匝间短路故障，变压器差动保护能反应吗？发电机的完全差动保护引入发电机定子机端和中性点的全部相电流，在定子绕组发生同相匝间短路时两侧电流仍然相等，保护将不动作。变压器匝间短路时，相当于增加了绕组个数，并改变了变压器变比，此时变压器两侧电流不再相等，流入差动继电器的电流将不再为零，所以变压器纵差动保护能反应绕组的匝间短路故障。2023/2/6第8章发电机保护2610.总结8.2发电机纵差保护2023/2/6第8章发电机保护27问题18.2发电机纵差保护设一次电流的正方向都为流入同名端方向无故障时相间故障时2023/2/6第8章发电机保护28问题28.2发电机纵差保护二次电流必须从交流模件的同名端流入2023/2/6第8章发电机保护29问题38.2发电机纵差保护实际中电流互感器二次侧到底能不能断线？有可能断线的，因为发电机运行时，由于运转会产生震动，接线端子容易松动，造成二次回路断线。2023/2/6第8章发电机保护301.比率制动式发电机纵差保护的概念8.2发电机纵差保护比率制动式发电机纵差保护的原理其动作电流不是固定不变的，它随外部短路电流的增大而增大，既保证外部短路不误动，同时对于内部短路又有较高的灵敏度。2023/2/6第8章发电机保护312.比率制动式发电机纵差保护的优点8.2发电机纵差保护2023/2/6第8章发电机保护323.比率制动式纵差保护的原理8.2发电机纵差保护2023/2/6第8章发电机保护334.比率制动式纵差保护的特性曲线8.2发电机纵差保护速断动作区动作区制动区拐点电流动作电流速断电流整定值启动电流比率制动系数2023/2/6第8章发电机保护341.比率制动式纵差保护的动作条件8.2发电机纵差保护速断动作区动作区制动区比率制动式发电机纵差保护的整定2023/2/6第8章发电机保护352.比率制动式纵差保护的整定计算8.2发电机纵差保护完全纵差保护差动电流制动电流不完全纵差保护差动电流制动电流2023/2/6第8章发电机保护363.比率制动式纵差保护的整定计算经验值8.2发电机纵差保护2023/2/6第8章发电机保护371.纵差保护出口方式8.2发电机纵差保护保护动作逻辑框图2023/2/6第8章发电机保护382.单相出口方式8.2发电机纵差保护保护动作逻辑框图特点：需设置专门的TA断线闭锁，当差动电流较大时解除TA断线闭锁，适于不完全纵差接线。2023/2/6第8章发电机保护393.循环闭锁出口方式8.2发电机纵差保护内外部不同相同时接地故障特点：三取二，适于完全纵差接线。2023/2/6第8章发电机保护404.练习8.2发电机纵差保护为什么要采用比率制动式纵差保护？如果按照传统的纵差动保护整定方法，为防止纵差动保护在外部短路时误动，继电器动作电流

应躲过最大不平衡电流，这样一来，纵差保护动作电流将比较大，降低了保护的灵敏度，甚至有可能在发电机内部相间短路时拒动。为解决这个问题，考虑到不平衡电流随着流过TA电流的增加而增加的因素，提出了比率制动式纵差保护，使动作值随着外部短路电流的增大而自动增大。2023/2/6第8章发电机保护415.总结8.2发电机纵差保护2023/2/6第8章发电机保护428.3发电机定子绕组接地保护2023/2/6第8章发电机保护438.3发电机定子绕组接地保护发电机定子单相接地的特点1.发电机定子单相接地的基本知识2023/2/6第8章发电机保护448.3发电机定子绕组接地保护2.发电机定子单相接地的保护动作信号2023/2/6第8章发电机保护458.3发电机定子绕组接地保护3.发电机定子单相接地的危害2023/2/6第8章发电机保护468.3发电机定子绕组接地保护4.发电机定子单相接地保护的基本要求2023/2/6第8章发电机保护478.3发电机定子绕组接地保护5.发电机定子单相接地的特点单相接地时的零序电压故障点零序电压2023/2/6第8章发电机保护488.3发电机定子绕组接地保护结论：故障点零序电压与α成正比（随故障点位置不同而改变），故障点离中性点越远，零序电压越高。αU02023/2/6第8章发电机保护498.3发电机定子绕组接地保护单相接地时的零序电流——电容电流2023/2/6第10章发电机保护50结论：流经故障点的接地电流也与α成正比，当故障点位于发电机出线端子附近时，接地电流为最大；当故障点靠近中性点时，接地电流很小。8.3发电机定子绕组接地保护2023/2/6第8章发电机保护51

对直接连接在母线上的发电机，当发电机电压网络接地电容电流大于允许值时，不论该网络是否装有消弧线圈，均应装设动作于跳闸的接地保护。当接地电容电流小于允许值，则装设作用于信号的接地保护。发电机额定电压(kV)发电机额定容量(MW)接地电流允许值(A)6.3<50410.550-100313.10-15.75125-2002110-203001利用零序电流构成的定子接地保护8.3发电机定子绕组接地保护1.零序电流的动作方式2023/2/6第10章发电机保护528.3发电机定子绕组接地保护2.发电机零序电流保护的整定原则2023/2/6第8章发电机保护538.3发电机定子绕组接地保护2023/2/6第8章发电机保护548.3发电机定子绕组接地保护总结2023/2/6第8章发电机保护558.3发电机定子绕组接地保护问题12023/2/6第10章发电机保护568.3发电机定子绕组接地保护利用基波零序电压构成的定子接地保护1.发电机接线方式一般大、中型发电机在电力系统中大都采用发电机变压器组的接线方式。2023/2/6第8章发电机保护578.3发电机定子绕组接地保护2.发电机零序电压保护的动作信号大容量的发电机变压器组发电机定子单相接地小容量的发电机变压器组接地电容电流一般小于允许值接地电容电流大于允许值装设消弧线圈予以补偿减小接地电流装设动作于信号的接地保护2023/2/6第8章发电机保护58缺点：保护在离中性点附近接地存在动作死区。8.3发电机定子绕组接地保护3.发电机零序电压保护的接线2023/2/6第10章发电机保护59机端零序电压018.3发电机定子绕组接地保护4.发电机零序电压保护的原理2023/2/6第10章发电机保护60α01100153U0（V）15%动作电压8.3发电机定子绕组接地保护5.发电机零序电压保护的死区NT死区5~15%保护区2023/2/6第10章发电机保护618.3发电机定子绕组接地保护6.零序电压动作值的整定2023/2/6第8章发电机保护628.3发电机定子绕组接地保护利用基波零序电压和三次谐波电压构成的100％定子接地保护1.消除死区的方法2023/2/6第10章发电机保护638.3发电机定子绕组接地保护2.利用三次谐波电压消除死区2023/2/6第10章发电机保护648.3发电机定子绕组接地保护3.发电机三次谐波电压的概念2023/2/6第10章发电机保护65

在正常运行时，发电机中性点侧的三次谐波电压U3N总是大于发电机端的三次谐波电压U3S。（1）正常运行时定子绕组中3次谐波电压分布8.3发电机定子绕组接地保护3.发电机三次谐波电压的分布特点2023/2/6第10章发电机保护66机端3次谐波电压：中性点谐波电压：比值：结论：正常运行时，机端三次谐波电压总是小于中性点三次谐波电压。8.3发电机定子绕组接地保护2023/2/6第8章发电机保护67

当设接地发生在距中性点α处，此时不管发电机中性点是否接有消弧线圈，恒有:（2）定子绕组单相接地时3次谐波电压分布8.3发电机定子绕组接地保护2023/2/6第10章发电机保护688.3发电机定子绕组接地保护2023/2/6第10章发电机保护69结论正常情况：机端3次谐波U3S小于中性点处3次谐波电压U3N

；当离中性点处不足50%的范围内接地，机端3次谐波电压大于中性点处3次谐波电压。原理：利用机端3次谐波电压作为动作量，利用中性点处3次谐波电压作为制动量，构成接地保护，越靠近中性点保护越灵敏。可与基波零序电压保护一起构成发电机定子100%接地保护。8.3发电机定子绕组接地保护4.发电机三次谐波电压的分布的结论2023/2/6第10章发电机保护70

由基波零序电压保护发电机距机端85％～95％范围内定子绕组单相接地故障（中性点附近有5%～15％的死区）；三次谐波电压保护发电机中性点附近定子绕组的单相接地故障。8.3发电机定子绕组接地保护4.

100％定子接地保护动作判据2023/2/6第10章发电机保护71

动作判据为：其中：3U0为发电机零序电压，Uset为基波零序电压整定值，U3S和U3N分别为发电机机端TV开口三角形绕组和中性点TV输出中的三次谐波分量，K为三次谐波比例定值。8.3发电机定子绕组接地保护2023/2/6第10章发电机保护72

零序电压判据和三次谐波判据各有独立的出口回路，以满足不同配置的要求(如零序判据作用于直接跳闸，3次谐波判据作用于发信号等)。逻辑框图如下：8.3发电机定子绕组接地保护5.100％定子接地保护出口逻辑2023/2/6第10章发电机保护73总结8.3发电机定子绕组接地保护2023/2/6第10章发电机保护748.4发电机失磁保护2023/2/6第10章发电机保护758.4发电机失磁保护1.发电机失磁的现象发电机失磁的原因2023/2/6第8章发电机保护76相间短路匝间短路接地短路一点接地二点接地低励、失磁8.4发电机失磁保护2.发电机故障回顾2023/2/6第8章发电机保护778.4发电机失磁保护3.发电机进入异步运行的过程2023/2/6第8章发电机保护784.发电机失磁的原因8.4发电机失磁保护2023/2/6第8章发电机保护791.失磁后发电机运行的向量分析8.4发电机失磁保护发电机失磁后物理过程及其影响~~XdXsδ2023/2/6第8章发电机保护802.失磁后发电机运行的等效参数8.4发电机失磁保护~~XdXs2023/2/6第8章发电机保护813.失磁后发电机运行稳定性分析8.4发电机失磁保护PδPTPTabcd132不稳定异步运行稳定异步运行临界失步同步振荡1)失磁后到失步前（δ<90°)PT基本不变,Q减小至负2)临界失步δ=90°c点3)失步δ>90°2023/2/6第8章发电机保护828.4发电机失磁保护4.失磁后的影响2023/2/6第8章发电机保护838.4发电机失磁保护1.发电机失磁保护的判据方法发电机失磁保护的构成2023/2/6第8章发电机保护848.4发电机失磁保护2.发电机失磁保护的动作特性2023/2/6第8章发电机保护858.4发电机失磁保护3.发电机失磁保护的构成基于机端测量阻抗原理2023/2/6第8章发电机保护864.练习发电机失磁对系统和发电机本身有什么影响？汽轮发电机允许失磁后继续运行的条件是什么？8.4发电机失磁保护（1）需要从电网中吸收很大的无功功率以建立发电机的磁场。在重负荷下失磁进入异步运行，如不采取措施，发电机将因过电流使定子过热。（2）由于从电力系统中吸收无功功率将引起电力系统的电压下降。如果电力系统的容量较小或无功功率储备不足，则可能使失磁发电机的机端电压、升压变压器高压侧的母线电压、或其他临近的电压低于允许值，从而破坏了负荷与各电源间的稳定运行，甚至可能因电压崩溃而使系统瓦解。2023/2/6第8章发电机保护878.4发电机失磁保护（3）失磁后发电机的转速超过同步转速，因此，在转子及励磁回路中将产生交流电流，即差频电流。差频电流在转子回路中产生的损耗，如果超出允许值，将使转子过热。（4）在重负荷下失磁后，直接冷却的大型机组的转矩、有功功率要发生周期性摆动。将有很大的电磁转矩周期性地作用在发电机轴系上，并通过定子传到机座上，引起机组振动，直接威胁着机组的安全。（5）低励磁或失磁运行时，定子端部漏磁增加，将使端部和边段铁芯过热。主要取决于电力系统的具体情况。当电力系统的有功功率供应比较紧张，同时发电机失磁后，系统能够供给它所需要的无功功率，并能保证电力系统的电压水平时，失磁后就应该继续运行。2023/2/6第8章发电机保护88总结8.4发电机失磁保护2023/2/6第8章发电机保护898.5发电机定子绕组匝间短路保护2023/2/6第8章发电机保护90匝间短路同相同分支同相不同分支完全纵差动保护不能反应匝间短路8.5发电机定子绕组匝间短路保护1.故障位置2023/2/6第8章发电机保护918.5发电机定子绕组匝间短路保护2.保护配置2023/2/6第8章发电机保护928.5发电机定子绕组匝间短路保护1.概念横联差动保护2023/2/6第8章发电机保护93保护测量两个中性点之间连线上的电流Ihd8.5发电机定子绕组匝间短路保护2.单元件横差保护2023/2/6第8章发电机保护94

为防止转子两点接地时磁场空间不对称造成保护误动，在转子一点接地后横差保护带0.5~1S延时动作。8.5发电机定子绕组匝间短路保护2023/2/6第8章发电机保护95保护动作电流Iact应大于外部故障时的最大不平衡电流一般8.5发电机定子绕组匝间短路保护Iact=(0.3~0.4)IG.N2023/2/6第8章发电机保护96保护测量每相两个分支之间的电流差为提高保护的灵敏性，可采用具有制动特性的差动原理，如比率制动、标积制动等。正常运行差电流为0，匝间短路差电流不为0。8.5发电机定子绕组匝间短路保护3.裂相横差保护——分相横差保护2023/2/6第8章发电机保护97将每相两组TA分支电流分别引入到保护装置中计算差动电流和制动电流,如下图所示：8.5发电机定子绕组匝间短路保护2023/2/6第8章发电机保护988.5发电机定子绕组匝间短路保护4.比率制动式裂相横差保护2023/2/6第8章发电机保护99

当发电机定子绕组发生匝间短路或线棒开焊故障时，三相定子电流出现负序分量。该负序分量电流产生负序旋转磁场在发电机励磁线圈WEG中感应出2次(100Hz)谐波电流。因此，可利用转子回路出现二次谐波电流为判据，构成发电机匝间短路保护。8.5发电机定子绕组匝间短路保护1.概念反应转子回路2次谐波电流的匝间短路保护2023/2/6第8章发电机保护100为防止这种情况下匝间短路保护误动，采用了负序功率方向元件闭锁保护的出口回路。（定子绕组外部发生不对称短路时，负序功率方向继电器动作，禁止门NG闭锁，保护不功作；定子绕组发生匝间短路或线棒开焊时，负序功率方向继电器不动作，禁止门NG开放，允许保护动作）8.5发电机定子绕组匝间短路保护2.工作原理2023/2/6第8章发电机保护101转子二次谐波定子负序方向元件，防止发电机外部不对称故障保护误动I2ω>&P2>0保护的动作值只需躲过与发电机正常负荷时（最大不对称度取5%左右)的二次谐波电流整定。3.动作条件8.5发电机定子绕组匝间短路保护2023/2/6第8章发电机保护102

该保护反映的是发电机纵向零序电压（机端对中性点）的基波分量，并用其三次谐波增量作为制动量。关键：纵向零序电压，TV一次侧中性点与发电机中性点相连8.5发电机定子绕组匝间短路保护1.概念纵向零序电压式匝间保护2023/2/6第8章发电机保护103匝间短路时：正常或相间短路：8.5发电机定子绕组匝间短路保护2.工作原理2023/2/6第10章发电机保护1048.5发电机定子绕组匝间短路保护3.注意事项2023/2/6第10章发电机保护105不灵敏段高定值低定值灵敏段三次谐波制动动作条件：3U0>&P2>0应设TV断线闭锁8.5发电机定子绕组匝间短路保护4.动作条件2023/2/6第8章发电机保护106总结8.5发电机定子绕组匝间短路保护2023/2/6第8章发电机保护107问题8.5发电机定子绕组匝间短路保护纵向零序电压保护与基波零序电压保护的区别？到故障点的电压到中性点点的电压2023/2/6第8章发电机保护1088.6发电机失步保护2023/2/6第8章发电机保护1098.6发电机失步保护1.失步的概念发电机失步的影响2023/2/6第8章发电机保护1108.6发电机失步保护2.失步带来的后果2023/2/6第8章发电机保护1118.6发电机失步保护3.失步保护的内容2023/2/6第8章发电机保护1128.6发电机失步保护4.失步保护的基本要求2023/2/6第8章发电机保护1138.6发电机失步保护5.振荡2023/2/6第8章发电机保护1148.6发电机失步保护1.系统振荡时电压相量振荡时各物理量的分析ErEs以对侧电势En为参考相量，假设两侧电势夹角为，可画出系统电压相量图，图中Um为本侧母线电压，Un为对侧母线电压，Uc为振荡中心电压，I为振荡电流。

-------母线电压Um和电流I之间的夹角。

-------线路阻抗角。θ2023/2/6第8章发电机保护1158.6发电机失步保护2.振荡电流2023/2/6第8章发电机保护1168.6发电机失步保护3.母线电压2023/2/6第8章发电机保护1178.6发电机失步保护4.振荡中心电压系统振荡过程中，系统中电压最低的一点称为振荡中心，它位于线路几何中心。2023/2/6第8章发电机保护1188.6发电机失步保护5.母线测量阻抗轨迹EREsQMRS2023/2/6第8章发电机保护1198.6发电机失步保护1.发电机失步保护原理三元件阻抗失步判据2023/2/6第8章发电机保护1208.6发电机失步保护2.阻抗元件计算的特点2023/2/6第8章发电机保护1218.6发电机失步保护3.动作特性2023/2/6第8章发电机保护1228.6发电机失步保护4.动作特性分析第一部分是透镜特性，图中①，它把阻抗平面分成透镜内的部分I和透镜外的部分O。第二部分是遮挡器特性，图中②，它把阻抗平面分成左半部分L和右半部分R。2023/2/6第8章发电机保护1238.6发电机失步保护4.动作特性分析两种特性的结合，把阻抗平面分成四个区OL、IL、IR、OR，阻抗轨迹顺序穿过四个区（OL→IL→IR→OR或OR→IR→IL→OL），并在每个区停留时间大于一时限，则保护判为发电机失步振荡。每顺序穿过一次，保护的滑极计数加1，到达整定次数，保护动作。2023/2/6第8章发电机保护1248.6发电机失步保护4.动作特性分析第三部分特性是电抗线，图中③，它把动作区一分为二，电抗线以上为I段（U），电抗线以下为II段（D）。阻抗轨迹顺序穿过四个区时位于电抗线以下，则认为振荡中心位于发变组内，位于电抗线以上，则认为振荡中心位于发变组外，两种情况下滑极次数可分别整定。2023/2/6第8章发电机保护1258.6发电机失步保护5.区外失步2023/2/6第8章发电机保护1268.6发电机失步保护6.区内失步2023/2/6第8章发电机保护127总结8.6发电机失步保护2023/2/6第8章发电机保护1288.7发电机负序电流保护2023/2/6第8章发电机保护1291.发电机负序电流的产生负序电流的相关知识8.7发电机负序电流保护2023/2/6第8章发电机保护1302.发电机负序电流保护的动作特性8.7发电机负序电流保护2023/2/6第8章发电机保护1318.7发电机负序电流保护3.发电机负序电流保护的构成2023/2/6第8章发电机保护1328.7发电机负序电流保护短时标幺值允许过热时间常数跟发电机类型与冷却方式有关4.发电机承受负序电流的能力2023/2/6第10章发电机保护133跳闸8.7发电机负序电流保护1.负序定时限过电流I段保护负序定时限过电流保护2023/2/6第10章发电机保护134发信号8.7发电机负序电流保护2.负序定时限过电流Ⅱ段保护负序定时限过电流保护2023/2/6第8章发电机保护135a-b发热越限I段动作值b－c未充分利用散热Ⅱ段动作值d－e未提供保护①ab段：t1大于允许时间,对发电机不安全；

②bc段：t1小于允许时间,未充分利用发电机的承受负序电流的能力；

③cd段：而靠近C点时，由于运行人员处理的时间已大于允许时间,对发电机安全来讲不利；④de段，保护根本不反应。8.7发电机负序电流保护3.保护动作分析2023/2/6第10章发电机保护136发热曲线不能与定时限电流曲线很好配合措施：采用反时限负序电流保护8.7发电机负序电流保护4.保护动作分析结果2023/2/6第10章发电机保护137修正系数热容量曲线反时限负序电流曲线12曲线2保守，一般不选用曲线1利用发电机散热，一般采用此特性负序反时限过电流保护8.7发电机负序电流保护1.曲线分析2023/2/6第10章发电机保护138I>IupI>Idowtupt1&t5≥1跳闸或发信发信I>Iact高定值低定值发信定值反时限8.7发电机负序电流保护2.负序保护逻辑2023/2/6第8章发电机保护139总结8.7发电机负序电流保护2023/2/6第8章发电机保护1408.8发电机逆功率保护2023/2/6第8章发电机保护1418.8发电机逆功率保护1.逆功率的概念发电机的逆功率2023/2/6第8章发电机保护1428.8发电机逆功率保护2.逆功率保护的概念功率方向保护。当逆功率达到一定值时，发电机的逆功率保护动作动作于发信号或跳闸2023/2/6第8章发电机保护1438.8发电机逆功率保护3.逆功率的危害2023/2/6第8章发电机保护1448.8发电机逆功率保护1.逆功率保护的原理发电机逆功率保护的基本原理2023/2/6第8章发电机保护1458.8发电机逆功率保护3.逆功率保护的逻辑图2023/2/6第8章发电机保护1468.8发电机逆功率保护4.程跳逆功率保护的逻辑图2023/2/6第8章发电机保护1478.8发电机逆功率保护1.逆功率保护的特点发电机逆功率保护的使用2023/2/6第8章发电机保护1488.8发电机逆功率保护