发电机保护教程

在转子绕组中(图中的W—j)通入直流，产生一恒定磁场(其两极水轮机的转速n=750转/分，当极对数P=24时，其转速为125转/分。(1)直流激磁旋转磁场(2)交流激磁的旋转磁场I一发电机定子电流；若以机端电压为参考向量，及的向量关系如图下图所示。在图中：φ一功率因数角；δ一发电机电势与机端电压之间的夹角，又称之功角。由图可以看出，当发电机送出有功及无功时，发电机电势Eo大于机端电压U。当发电机从系统吸收无功时，发电机电势将小于机端电压。7发电机的阻抗若不及电阻分量，发电机的阻抗有同步电抗、暂态电抗、次暂态电抗、负序电抗和零序电抗。(1)同步电抗发电机的同步电抗也叫正序电抗。正常运行时发电机的电抗，称之(2)负序电抗发电机不对称运行时，负序电流产生负序旋转磁场，负序旋转磁场以2倍同步转速切割转子绕组。负序电抗等于机端负序电压与定子绕组中负序电流的基波分量之比。(3)零序电抗零序电抗具有漏抗的性质，其大小决定于零序电流产生的漏磁通。(4)暂态电抗一发电机的故障及不正常运行方式(1)定子绕组的故障二发电机保护的配置发电机内部短路故障的主保护有：纵差保护，横差保护(单元件横差及三元件横差保护),发电机定子绕组匝间保护(主要有单元件横差保护、纵向零序电压匝间保护及负序功率方向保护),转子两点接地保一纵差保护的分类ABC量。按制动方式分类，差动保护可分为比率制动式和标积制动方式。个元件动作后，保护才作用于出口。另外，为防止发电机两相接地(一个接地点在差动保护区内，另一个接地点在差动保护区外)短路时差动二动作方程Ia≥Id₂0不完全纵差：I₂=(/Is—KIn/)/2;标积制动式完全纵差：I₂=√(IsIscos(180°-Izo一拐点电流，开始起制动作用时的最小制动电流；I、Is一分别为中心点及机端差动TA的二次电流；K一由中性点全电流与中性点流入差动TA的电流的比值；三动作特性某些厂家生产的发电机差动保护的动作特性，采用所变谓斜率(变制制系数)的动作特性，实际上是多段折线式的动作特性。数十年的运行实四逻辑框图由图(a)可以看出：当采用单相出口方式时，只要有一相差动元件由图(b)可以看出：当采用循环闭锁出口方式时，只有二相差动元件动作后，才作用于出口；但是，当出现负序电压时，只要有一相差三要素：即比率制动系数K、最小动作电流Id₂0、拐点电流I₂0。 (2)(考虑两侧TA正、负误差);代入式(2)可得1=(0.24-0.32)I。,一般取0.3Ie。流增大。此外，若拐点电流I₂o过大，由于无制作用可能致使差动保护误动。因此，I₂o应取(0.5~0.8)Ie。3比率制动系数K₂比率制动系数的取值原则，应按使差动元件躲过发电机外部三相短路时产生的最大不平衡电流来整定。区外三相短路时，差动元件可能产生的最大不平衡电流为K₁—TA的10%误差；K₂一通道的变换及传输误差，取0.1;K₃一两侧TA暂态特性不一产生的误差，取0.05。Ihōmax=0.25Ikmax,Ih₈max/当不计拐点电流时，差动元件的比率制动系数应为K₂=Kh×0.25=(1.2～1.3)0.25=0.3~0.325,可取0.3~0.4。对于不完全纵差保护，当两侧差动TA型号不同时，可取K₂=0.5。4解除循环闭锁的负序电压元件定值一般按高压母线出线末端故障产生的负序电压来整定。通常U₂=六对各类发电机纵差保护的评价两侧TA的型号、变比完全相同，受其暂态特性的影响较小。其动作灵2不完全纵差保护内部故障时其灵敏度更高(因制动量为负值)。发电机横差保护适用于定子绕组为多分支的发电机一横差保护的分类二单元件横差保护3定值的整定对单元件横差保护的整定，主要是确定动作电流及动作延时(1)动作电流目前，在单元件横差保护中，设置有三次谐波滤过器。因此，其动作电流应按躲过系统发生不对称短路或发电机失磁失步运行时转子偏心产生的最大不平衡电流。K₁一额定工况下，同相不同分支绕组由于参数的差异产生的不平衡电流，最大可取3×2%=0.06;K₂一正常工况下气隙不均匀产生的不平衡电流，取0.05Ie;K₃一异常工况下转子偏心产生的不平衡电流，取0.1e。将各参数代入式(5)得Iop=(0.3~0.35)Ie,可取0.35Ie。(2)动作延时动作延时t₁可取0.5~1秒。三裂相横差保护1交流输入回路由图可以看出：由于两组TA二次呈反极性连接，且在正常工况下一次电流I₁=I₂,故流入差动元件的电流为零。当定子绕组的某一分支匝间短路或两分支不同匝间短路时，图中的一次电流I₁≠I₂,故在差回路中产生差流，保护动作。2逻辑框图在转子两点接地之后，为避免横差保护抢先动作，对于裂相横差保护应具有短动作延时。裂相横差保护的逻辑框图如图所示。AA相横差信号出口C相模差转子一点接地B相横差&&3动作方程及动作特性图中的横差元件，可以采用具有比率制动特性的差动元件，也可以采用像单元件横差元件那样的过电流元件。采用过电流元件时，其动作方程为Ia≥Iop……Iop一差动元件动作电流整定值。采用具有比率制动特性的差动元件时，其动作方程为I、I₂(TA二次值)一分别为某相定子绕组分支(或分组)根据式(6)可以划出如图所示的动作特性。4整定计算(1)采用过电流元件时动作电流应按躲过区外不对称短路时产生的最大不平衡差流来整定。Ikmax式中：KH一可靠系数，取1.15~1.2;K₁一两侧TA的10%误差，取0.1;K₂一通道传输及调整误差，取0.1;K₃一不对称短路时，由于转子偏心造成的误差取0.1。将以上各数据代入式(7),可得(2)采用具有比率制动特性的差动元件时对其定值的整定，主要是确定最小动作电流，拐点电流及比率制动系数。A、最小动作电流按躲过正常工况下产生的最大不平衡电流来整定。Iazo=1/2Kh(K₁+K₂+K₃)Ie………式中：Kh一可靠系数，取1.5~2;K₁一两侧TA变比误差，取0.06;K₂一气隙磁场不均匀产生的误差，取0.05;K₃一保护装置通道传输及调整误差，取0.1。代入式(8)可得一交流接入回路纵向零序电压式匝间保护的接入电压，取自机端专用TV的开口三二逻辑框图为防止区外故障或其他原因(例如专用TV回路出现问题)产生的纵向零序电压使保护误动，通常采用负序功率方向闭锁元件(也有采用负序t0&信号t一时间元件。对匝间保护引入一个短延时t的目的是：在专用TV一次断线或一次保险抖动时，确保可靠闭锁保护出口。三专用TV断线闭锁元件匝间保护及3U₀式定子接地保护TV断线闭锁，在TV一次断线时应动作。为防止TV一次断线时保护误动，通常采用比较两组TV二次电压大小及相位差的原理。国内已采用过的反应TV一次断线的TV断线闭锁装置，其构成原理有两种：一种是比较TV二次三相电压向量和比较式，另一种是电压平衡原理。1三相电压向量和比较式反映TV二次三相电压向量和的比较式TV断线闭锁装置，是按对专用TV及普通TV二次三相电压的向量和进行绝对值比较的原理构成。其动作方程为： (9) 式(9)表示专用TV一次断线；式(10)表示普通TV一次断线。电压平衡式TV断线闭锁元件，是按比较两组TV二次同名相间电压在图中：△U—差压整定值；相间电压之差；分析表明：当发电机定子绕组一点接地时，断线闭锁装置不会误动。四负序功率方向五定值整定可取3V左右。负序电压元件的动作电压，应保证正常工况不误动，通常取6~8V。五提高动作可靠性措施及设置负序功率方向元件之外，尚应保证专用TV二次及三次回路满足外，专用TV一次中性点对地绝缘应高(采用全绝缘接起来),决不允许一次中性点接地。一发电机定子单相接地的危害接线示意图及机端电压向量图如图中的(a)、(b)所示。端接地时α=1)。此时，相当于在接地点出现一个零序电压。由图(b)可以看出：A相绕组接地时，使B相及C相对地电压，相电压升高到线电压(升高到√3倍的相电压)。另外，发电机定子绕组及机端连接元件(包括主变低压侧及厂高变高压侧)对地有分布电容。零序电压通过分布电容向故障点供给电流。发电机定子绕组单相接地的危害是：非接地相二零序电压及安全接地电流设定子A相接地，接地点距中性点的电气距离为α,则机端对地电压为(1—α)UA。接地点的零序电压由式(11)可以看出，定子单相接地时，发电机系统的零序电压与在图中：Uoe一发电机相电压额定值；3α一接地点距中性点的电气距离，机端接地时，α=1。可以看出：接地点距中性点越远，零序电压越高。机端接地时零序电压最大(等于发电机相电压);中性点接地时，零序电压等于零。接地时的最大电容电流为式中：Icmax一机端接地时流过接地点的电容电流，单位为安培；Ue一发电机电压，单位KV;wc一发电机对地容抗，单位法拉。所谓发电机的安全接地电流，是指长期流过接地点、而不损坏发电机定子铁芯的最大电流。对于不同电压等级及不同容量的发电机，其安全接地电流不同。发电机电压越高及容量越大，其安全接地电流越小。安全接地电流与发电机电压及容量的关系列于下表。发电机电压容量安全接地电流备注50MW及以下氢冷发电机18KV以上机端三次谐波电压的大小可在机端TV开口三角绕组两端测量；而中性点的三次谐波电压，可在中性点TV(或消弧线圈或配电变压器)3定子接地时接地点位置对U₃us及U₃oN的影响发电机并网后增大U₃wn而U₃us减小。三发电机定子接地保护统计表明，在发电机的各种故障中，定子接地故障占的比例很大。t发电机0次的。当定子绕组接地，有电流流过中性点，电流元交流式(例如叠加一12.5Hz的低频电压)。叠加式定子接地保护的优点是：动作灵敏度高(特别是叠加直流式)及无死区(100%定子接地保护)。缺点是构成复杂，需要零序电压式定子接地保护的零序电压，可取自机端TV三次开口电压，也可取自发电机中性点TV二次(或消弧线圈或配电变压器二次)。在上图中：3U₀>一零序电压元件。当零序电压元件3U₀>接于至机端TV三次时，为防止TV一次断线保护误动，应设置TV断线闭锁。性点向机内10~15%的定子绕组接地时，该保护不动作。四双频式100%定子接地保护基波零序电压式接地保护的保护范围是：由机端向机内85%~90%的式，主要用于保护由发电机中性点向机内15~20%左右的定子绕组接地。双频式100%定子接地保护的交流接入回路如图所示。上图中：TV1一中性点电压互感器(或消弧线圈或配电变压器);多数3U₀定子接地保护不引入中性点TV二次电压，因此，当机端TV一次断线时，保护要误动，故需设置专用的TV断线闭锁元件。上上图所示的逻辑框图为零序电压取自机端三次的构成形式。当零序电压取自中性点TV(或消弧线圈或配电变压器)二次时，不需设置TV一次断线闭锁，故其逻辑框图为下图所示。在上图中：3Uo₁>一零序电压取自机端的电压元件；3Uo₂>一零序电压取自发电机中性点的电压元件。(2)3@定子接地保护的逻辑框图目前，国内生产并广泛应用的3ω定子接地保护的构成方式有两种：其一是幅值比较式，另一是幅值相位比较式。所谓幅值比较式，是比较中性点三次谐波电压U₃oN与机端三次谐波电压U₃ws的幅值。其动作方程为U………………(K₃一制动系数；△U一浮动门坎电压；U₃os一机端三次谐波电压；U₃on一中性点三次谐波电压。其他符号的物理意义同式(13)。(3)定值的整定Uopo=KHUomax………………(发电机定子引出线不是封闭母线时，可取10~13V;当发电机母线为序电压作为制动量时，其动作延时t,应按与主变高压侧接地故障保护B、3ω定子接地保护的整定幅值、相位平衡系数K₁、K₂应在发电机空载额定电压下或小负荷工况下调平衡整定。而制动系数K₃的确定应按下述原则进行：水轮发电五提高双频式定子接地保护动作可靠性措施双频式定子接地保护，可以有效保护发电机定子绕组上任一点的接发电机引出线及所连元件露天安置时，雨天(特别是污尘严重地区)保缆出线、或扩大单元接线(两台机公用一台变压器)时，宜设置两套3护(其逻辑回路如上图所示)。应当指出的是：如果采用接入中性点