第六章发电机母线的继电保护

第六章发电机母线的继电保护第1页，课件共76页，创作于2023年2月本章重点1、发电机的故障和不正常运行状态2、发电机的保护配置3、发电机的纵差动保护和横差动保护本章难点1、发电机的单相接地保护2、发电机的失磁保护（了解）第2页，课件共76页，创作于2023年2月第一节.故障类型不正常运行状态及保护方式

一、故障类型

相间短路定子绕组匝间短路单相接地一点接地（发信号or跳闸）转子绕组二点接地（必须跳闸）失磁第3页，课件共76页，创作于2023年2月二、不正常运行状态

过负荷、过电流（外部短路等引起）

过电压（突然甩负荷）

负序过负荷、负序过电流（不对称故障、负荷）转子过负荷（励磁回路故障，强励时间过长引起的）逆功率（汽轮机主汽门突然关闭）

第4页，课件共76页，创作于2023年2月三、保护配置1、纵差保护——相间短路>1MW发电机2、横差保护——匝间短路3、接地保护——发信号（IC<5A）IC>5A零序电流保护。>100MW，100%定子接地保护4、过电流保护：(1)负序过电流及单相式低电压起动过电流保护,≥50MW(2)复合电压（U2及线电压）起动的过电流保护(3)过电流保护,<1MW第5页，课件共76页，创作于2023年2月5、负序过电流保护6、过负荷保护7、过电压保护；水轮发电机定子绕组过电压应装设带延时的过电压保护8、转子的一点接地和两点接地保护9、失磁保护，专用失磁保护或由灭磁开关连锁实现10、其它保护如失步保护（>300MW)，低频保护，逆功率保护(大容量），断水保护等第6页，课件共76页，创作于2023年2月第二节、发电机的纵差动保护和横差动保护纵差动保护横差动保护第7页，课件共76页，创作于2023年2月一、纵差动保护1、工作原理

纵差动保护是发电机内部相间短路的主保护，但不能反应匝间故障，接地故障，靠整定来保证选择性。

正常、外部故障：内部故障：

第8页，课件共76页，创作于2023年2月1、工作原理

不平衡电流：（注意与变压器差动保护的比较：）稳IbP由两个CT特性不同引起，比Tr小的多暂IbP由外部短路时，非周期分量引起的。第9页，课件共76页，创作于2023年2月2、整定计算：（1）原则一：躲CT二次回路断线Kk=1.3当CT二次回路断线时又发生外部短路会发生误动为防止此种情况：加装断线监视装置

第10页，课件共76页，创作于2023年2月加装断线监视装置后后备Klm低，可靠性高。第11页，课件共76页，创作于2023年2月（2）原则二：躲开外部故障时的最大不平衡电流由（4-5）求得汽轮发电机：

(0.5～0.6)Ie·f水轮：

(0.3～0.4)Ie·f与（1）Klm↑相比可靠性差第12页，课件共76页，创作于2023年2月（3）原则三

对≥100MW发电机采用比率制动特性差动继电器制动系数：0.2～0.4

（4）灵敏度第13页，课件共76页，创作于2023年2月

的计算①发电机与系统并列运行以前，其出线端发生两相短路，差动回路中只有发电机供给的短路电流

②发电机采用自同期并列时（发电机E≈0）在系统最小运行方式下，发电机出线端K（2），第14页，课件共76页，创作于2023年2月3、评价①不反应匝间故障②不反应接地故障只反应，③不反应振荡，过负荷④Klm

金属性故障无死区非金属性故障有死区第15页，课件共76页，创作于2023年2月二、横差动保护保护匝间故障1、匝间故障的类型第16页，课件共76页，创作于2023年2月很小

2、特点

①产生环流

②两中性点之间差生环流③产生3U0④定子、转子回路产生高次谐波，以二次或倍频为主⑤负序功率方向与其它各种不对称故障的负序功率方向相反第17页，课件共76页，创作于2023年2月3、接线方式①6CT，3继电器P193图7-5（b）②1CT，1继电器图7-6第18页，课件共76页，创作于2023年2月发电机三次谐波同相位→误动防止方法：增加三次谐波滤器转子回路两点接地→磁通不平衡→环流→误动4、整定：第19页，课件共76页，创作于2023年2月

反应各种匝间故障①转子两点接地故障定子绕组分支开焊故障②简单缺点：①有死区，②

Klm不太理想一般用在较小容量的发电机大容量：为提高Klm：负序功率方向闭锁的定子零序电压保护负序功率方向闭锁的转子二次谐波电流保护5、评价优点：第20页，课件共76页，创作于2023年2月第三节、发电机的单相接地保护规定：单相接地电容电流≥5A跳闸<5A发信号第21页，课件共76页，创作于2023年2月一、发电机定子绕组单相接地的特点1.单相接地时电气量的特点

表示中性点到故障点的绕组占全部绕组匝数的百分数≤1第22页，课件共76页，创作于2023年2月(1)(2)发电机外接元件越多→I0↑发电机出口有母线IC大→跳闸发—变组IC小→信号第23页，课件共76页，创作于2023年2月（3）I0的大小与方向

发电机内部单相接地时

零序电流的方向为如图所示，大小为发电机以外电压网络的对地电容电流。第24页，课件共76页，创作于2023年2月（3）I0的大小与方向发电机外部单相接地时

零序电流的方向为如图所示，大小为发电机本身的对地电容电流。第25页，课件共76页，创作于2023年2月二、保护方式1、零序电流保护

——应用于发电机出口有母线的接线作用于跳闸（1）原理第26页，课件共76页，创作于2023年2月内部故障时：

外部故障时：并且内部故障与外部故障时零序电流相位相反

第27页，课件共76页，创作于2023年2月

（2）整定原则①原则一：躲外部单相接地时，发电机本身电容电流②原则二：由CT引起的不平衡电流（正常运行）③原则三：保护一次动作值小于P195

表7-1的值发电机单相接地电流允许值发电机额定电压（KV）发电机额定容量（MW）接地电流允许值（A）6.3<50410.550~100313.8~15.75125~200218~203001第28页，课件共76页，创作于2023年2月（2）整定原则④原则四：为防止外部相间短路时的IbP引起误动作应在相间保护动作时将接地保护闭锁。⑤原则五：tdz=1～2S躲外部接地瞬间发电机暂态电容电流当→0时有“死区”∴在保证选择性下，尽量Idz↓第29页，课件共76页，创作于2023年2月2、基波零序电压保护

——应用于发—变组IC小

——作用于发信号（1）原理有“死区”

一般整定为：第30页，课件共76页，创作于2023年2月（2）消除方法

改为100%定子接地保护

①中性点加固定的工频偏移电压（10~15%）Ue

（通过增大接地电流来实现一般增大值不超过10~25A）②附加直流or低频信号（20HZor25HZ）

（通过检测此附加电流的大小来实现）③利用三次谐波电压构成

（利用中性点侧与机端侧三次谐波电压比值的变化来实现）第31页，课件共76页，创作于2023年2月

3、利用三次谐波电压构成的100%定子接地保护

（1）发电机三次谐波电压的分布特点由于发电机气隙磁通密度的非正弦分布和铁芯饱和的影响，在定子绕组上感应出基波、高次谐波（如百分之几的三次谐波）等效电路（简化）

N—中性点S—机端Cof—发电机对地电容

Cos其它元件对地电容，如Tr、线路等第32页，课件共76页，创作于2023年2月①正常运行时无消弧线时：同样可证有消孤线圈时

第33页，课件共76页，创作于2023年2月则：②发电机内部发生单相接地故障时第34页，课件共76页，创作于2023年2月当

时，

且单相接地故障的接地点越接近中性点则越灵敏第35页，课件共76页，创作于2023年2月——动作量——制动量保护范围（2）、100%定子接地保护

零序地压保护越大Klm↑利用三次谐波电压越小Klm↑有重叠区三次谐波保护+零序电压保护第36页，课件共76页，创作于2023年2月第四节、发电机的负序过电流保护负序过电流保护的作用负序定时限过流保护负序反时限过流保护第37页，课件共76页，创作于2023年2月一、负序过电流保护的作用

发电机主保护方式之一

1.负序电流的危害

负序电流转子发热→烧毁负序电流转子绕组、阻尼绕组、转子铁心100HZ电流100HZ振动

发电机允许负序电流发热常数第38页，课件共76页，创作于2023年2月A值参考表凸极式发电机40调相机40空气表面冷却的隐极发电机30氢气表面冷却的隐极发电机30导线直接冷却的100~300MW汽轮发电机6~15第39页，课件共76页，创作于2023年2月二、负序定时限过电流保护

1.原理接线保护原理动作过程第40页，课件共76页，创作于2023年2月2.两段式负序电流保护时限特性两段式负序电流保护的缺点ab段:bc段:cd段:de段:第41页，课件共76页，创作于2023年2月三、负序反时限过电流保护1.负序反时限过电流保护的优点第42页，课件共76页，创作于2023年2月第五节、发电机失磁保护(自学)第43页，课件共76页，创作于2023年2月第六节、发电机—变压器组继电保护

发电机—变压器组的特点发电机—变压器纵差动保护的特点第44页，课件共76页，创作于2023年2月一、发电机—变压器组的特点1、发电机变压器上的任何一种故障在发一变上都能反应2、共有保护可以精减，如纵差、后备、过负荷保护等第45页，课件共76页，创作于2023年2月二、发电机—变压器纵差动保护的特点

1、发—变间无断路器

则可以共用一组纵差动保护。

原理接线如图所示

第46页，课件共76页，创作于2023年2月

但在下列几种情况下，发电机应补充装设单独的纵联差动保护

①容量为100MW及以上的发电机。②对于水轮发电机和绕组直接冷却的汽轮发电机，当公用的纵联差动保护整定值大于1.5倍发电机额定电流时。第47页，课件共76页，创作于2023年2月2、当发电机与变压器间有断路器时发电机和变压器应分别装设纵联差动保护

当发电机与变压器之间分支线时(如厂用电分支线)，应把分支线也包含在差动保护范围以内，其接线如图所示。这时分支线上电流互感器的变比应与发电机回路的相同。第48页，课件共76页，创作于2023年2月三、发—变组发电机电压侧单相接地保护的特点（1）对于发电机一变压器组，由于发电机与系统之间没有直接的电联系，因此，发电机定子接地保护就可以简化。（2）由于发电机一变压器组中发电机的中性点一般不接地或经消弧线圈接地，发生单相接地的接地电容电流通常小于允许值，接地保护可以采用零序电压保护并动作于信号。（3）对100WM及以上的发电机应装设保护范围为100％的定子接地保护。第49页，课件共76页，创作于2023年2月第八章母线的继电保护装设母线保护的基本原则完全电流差动母线保护电流比相式母线保护双母线同时运行时，母线保护的实现方法断路器失灵保护第50页，课件共76页，创作于2023年2月一、装设母线保护的基本原则1、母线故障的原因2、装设母线保护的原则（1）不装设专门的母线保护

①利用发电机的过流保护切除母线故障如发电厂单母线接线时利用发电机的过电流保护切除母线故障第51页，课件共76页，创作于2023年2月第52页，课件共76页，创作于2023年2月②降压变电所，低压母线正常时分开运行，则低压母线上的故障可由变压器的过流保护切除。第53页，课件共76页，创作于2023年2月③双侧电源网络或环网，当变电所B母线上d点短路时，由保护1和4的第Ⅱ段动作切除利用电源侧的保护切除故障有下列特点：

①切除故障一般时间较长；②当双母线同时运行或母线为分段单母线时，上述保护无选择性。第54页，课件共76页，创作于2023年2月（2）装设专门母线保护

①≥110KV的双母线或分段母线，为保证选择性；应设置专用的母线保护

②≥110KV单母线、重要发电厂的35KV母线高压侧≥110KV重要降压变压所35KV母线按全线速动保护的要求应装设专用的母线保护

母线保护因为速动性和选择性要求一般由差动原理构成

但与发电机、变压器不同，应考虑母线上连着较多元件的特点第55页，课件共76页，创作于2023年2月二、母线的故障时的特点①正常及外部故障：母线上即I流出=I流入②母线上发生故障时：所有与电源连接的元件都向故障点提供短路电流，而负荷线路为零，即（短路点总电流）③从每个连接元件中电流的相位看：正常及外部故障：至少有一个元件与其余元件电流相位相反母线故障：除电流为零线路外其它则同相位第56页，课件共76页，创作于2023年2月三、完全电流差动母线保护1、原理接线变比：正常：母线故障：适用于单母线或双母线经常只有一组母线运行的情况第57页，课件共76页，创作于2023年2月2、整定原则：（1）躲最大，当CT按10%误差曲线选择（2）按躲CT二次侧断线时流入继电器的最大电流整定为所有连接元件中负荷电流最大的一个（3）校验第58页，课件共76页，创作于2023年2月四、电流比相式母线保护1.原理利用内部故障和外部故障时各连接元件电流相位的变化来实现第59页，课件共76页，创作于2023年2月特点：①比较相位与幅值无关，不同考虑IbP

②可选用不同变化和型号的CT可应用在双母线上2.保护的构成第60页，课件共76页，创作于2023年2月五、双母线同时运行时，母线保护的实现方法1、双母线同时运行时，元件固定连接的电流差动保护。（1）原理接线第61页，课件共76页，创作于2023年2月（2）正常及外部故障

（3）母线故障时

缺点：限制了运行的灵活性

第62页，课件共76页，创作于2023年2月2、双母线同时运行的母联相位差动保护对1缺点的改进（1）原理接线：P224图8-14第63页，课件共76页，创作于2023年2月（2）原理利用母联中电流与总差电流的相位作为故障母线的选择元件相位比较：设：Ⅰ段母线故障，与同相位则：Ⅱ段母线故障，与反相位

Ⅰ段母线故障，电流方向ⅡⅠ段（母联中）Ⅱ段母线故障，电流方向ⅠⅡ段（母联中）总差电流相位不变，起动元件选择元件第64页，课件共76页，创作于2023年2月①正常及外部故障时，LJ不动作②内部Ⅰ段母线故障，LJ动作，1ZJ、2ZJ动作，

5ZJ动作

Ⅱ段母线故障，LJ动作，3ZJ、4ZJ动作，

5ZJ动作第65页，课件共76页，创作于2023年2月六、断路器失灵保护1.定义：当故障线路的继电保护动作发出跳闸脉冲后，断路器拒绝动作时，能够以较短的时限切除同一发电厂或变电所内其它有关的断路器，以使停电范围限制为最小的一种后备保护第66页，课件共76页，创作于2023年2月2.原理第67页，课件共76页，创作于2023年2月3.动作条件（1）故障线路（或设备）的保护装置出口继电器（如上图1ZJ、2ZJ）动作后不返回。（2）在被保护范围内仍然存在着故障

当母线上连接元件较多时，一般采用检查故障母线电压的方式以确证故障仍未切除；当母线上连接元件较少或一套保护动作于几个断路器（如采用多角形接线时）以及采用单相重合闸时，一般采用检查通过每个或每相断路器的故障电流的方式，作为判断断路器拒绝动作且