继电保护原理第 7 章 发电机继电保护.ppt

1、第 7 章 发电机继电保护 7.1 发电机的故障类型、不正常运行状态及其保护方式,1. 发电机的内部故障 内部故障主要是由定子绕组及转子绕组绝缘损坏引起的，常见的故障有： (1) 定子绕组相间短路危害最大 (2) 定子绕组单相匝间短路：可能发展为单相接地和相间短路 (3) 定子绕组单相接地：较常见，可造成铁芯烧伤或局部融化 (4) 转子绕组一点接地或两点接地：一定接地时危害不严重；两点接地时，因破坏了转子磁通的平衡，可能引起发电机的强烈震动或将转子绕组烧损。 (5) 转子励磁回路电流消失：从系统吸收无功功率，造成失步，从而引起系统电压下降，甚至可使系统崩溃。,2. 发电机的不正常运行状态 不正

2、常运行状态主要有： (1) 外部短路或系统振荡引起的定子绕组过电流。 (2) 负荷超过发电机额定容量而引起的三相对称过负荷。 (3) 外部不对称短路或不对称负荷(如单相负荷，非全相运行等)而引起的发电机负序过电流和过负荷。 (4) 突然甩负荷而引起的定子绕组过电压。 (5) 励磁回路故障或强励时间过长而引起的转子绕组过负荷。 (6) 汽轮机主汽门突然关闭而引起的发电机逆功率运行以及低频、失步、过励磁等。,三、发电机的保护配置 1、定子绕组相间短路（1MW以上一般采用差动保护） 2、 定子绕组匝间短路保护 3、 定子绕组接地保护（100MW以上发电机应用100%保护区） 4、 转子绕组一点接地或

3、两点接地保护 5、 励磁电流异常下降或消失保护（100MW以上发电机） 6、发电机外部相间短路 7、定子绕组过负荷保护 8、转子表层（负序）过负荷保护（50MW以上发电机）,9、定子绕组过电压保护 10、励磁绕组过负荷保护（100MW以上发电机） 11、发电机逆功率保护（200MW以上汽轮发电机） 12、发电机低频保护（300MW以上汽轮发电机） 13、失步保护（300MW以上汽轮发电机） 14、定子铁芯过励磁保护 15、其他故障及异常运行保护。,四、保护动作方式 根据故障及异常运行方式的性质，上述各项保护可动作于： 1、全停：即断开发电机断路器，灭磁，关闭汽轮机主汽门，切换厂用； 2、解列并

4、灭磁，即断开发电机断路器，灭磁，原动机甩负荷 3、减出力，即将原动机负荷减到给定值； 4、发出声光信号； 5、程序跳闸，即首先关闭原动机主汽门或导水翼，待逆功率继电器动作后，再断开断路器并灭磁。,7.2 发电机的纵差动保护和横差动保护 7.2.1 发电机纵差动保护的整定计算和原理接线 发电机纵差保护是发电机定子绕组及其引出线相间短路的主保护，它应能快速切断内部所发生的故障；同时在正常及外部故障时，又能保证动作的选择性和可靠性。在保护范围内发生相间短路时，应瞬间断开发电机断路器和自动灭磁开关。,两组CT特性、变比一致，正常及区外故障时 ，继电器中只有流过数值较小的不平衡电流；当发电机内部故障时，

5、故障电流流过继电器时，瞬时动作于跳闸。,二、整定计算原则 两个条件 1、躲开外部短路时的最大不平衡电流,2、躲大于发电机额定电流（LH二次断线时不误动）,灵敏度（出口两相短路）,监视断线电流继电器的整定电流 该继电器的整定电流应躲过正常运行时的不平衡电流,动作时限大于发电机后备保护时限,三、发电机纵差保护原理接线,四、比率制动特性差动继电器的差动保护 1、动作分析,2、整定计算 （1）最小动作电流,灵敏度（出口两相短路）,（2）制动特性的最小制动电流,（3）最大制动电流,发电机的纵差动保护可以无延时地切除保护范围的各种故障，同时又不反应发电机的过负荷和系统振荡，且灵敏系数一般较高。,7.2.2

6、 发电机匝间短路的横差动电流保护 作用：反映了定子绕组的匝间短路及定子绕组开焊 一、匝间短路的特点 1、当发生匝间短路时，短路线匝内电流很大，短路环中电流的大小与短路匝数大致成反比关系； 2、定子回路中的零序电流，将在并联分支绕组的两个中性点之间的连接线上形成环流； 3、在转子回路中将产生二次及其它次谐波的电流分量； 4、发电机定子绕组一相匝间短路时，在短路电流中有正序、负序和零序分量，且各序电流相等，同时有纵向零序电压出现。,短路环中的电流与短路匝数的关系曲线如图：,二、横差保护原理 正常：,三、单元件式横差保护 原理：保护用电流互感器装设于发电机两组星形中性点的连线上。 它实质是将一组三相

7、分支电流之和与另一组三相分支电流之和进行比较。,保护装置的原理接线及其它有关问题 1、三次谐波滤过器：其作用是滤除三次谐波，即使三次谐波也不会流到电流继电器线圈中。 2、励磁回路有两点接地时保护的动作行为：在一般情况下，横差动保护无时限动作，当发电机励磁回路一点接地后，即切换至延时回路。,整定计算 保护的整定电流根据运行经验一般取值,评价： 优点：接线简单、灵敏度高，对匝间短路和分支开焊均起保护作用； 缺点： 发电机引出端必须有六个端子，死区范围大,7.3 发电机定子绕组单相接地保护 定子绕组因绝缘破坏而引起的单相接地故障比较普遍。 由于发电机的中性点是不接地或经高阻抗接地的，定子绕组发生单相

8、接地时短路故障电流较小。 根据有关规程，能在故障点引起电弧时，将使绕组的绝缘和定子铁芯烧坏，并且也容易发展成相间短路，造成更大的危害。根据运行经验，当接地电容电流大于等于5A 时，应装设动作于跳闸的接地保护；当接地电容电流小于5A 时，一般装设作用于信号的接地保护。,7.3.1 发电机定子绕组单相接地的特点,一、零序电压 1、保护安装处的零序电压,2、结论 1）发电机发生单相接地时，发电机端三相电压是不对称发的，接地相电压最低，非接地相电压升高； 2）故障点的零序电压将随着故障点的位置不同而不同,处，零序电压最小,二、零序电流 发电机的零序电容电流,网络的零序电容电流,接地点总接地电流,结论：

9、 发电机外部发生单相接地时，流过零序电流互感器的零序电流为发电机的电容电流； 发电机内部接地短路时，流过零序电流互感器 的零序电流为除发电机外全发电机电压的电容电流； 流经接地点的发电机单相接地电流与故障点的位置有关,7.3.2 利用零序电流构成的定子接地保护,视Id大小 Id较大时（发电机直接连接母线）-零序电流保护，动作于跳闸 Id小于允许值（发变组）-零序电压保护，动作于信号 原理接线图,7.3.3 利用零序电压构成的定子接地保护,一、原理接线 二、整定值 1、应躲过三次谐波电压产生的不平衡电压 2、应躲过变压器高压侧发生单相接地时，由于耦合电容在发电机机端产生的零序电压 3、一般取值为

10、15-30伏，有死区 三、特点 简单可靠、可加装三次谐波滤过器以提高灵敏度，适用于发电机-变压器组。,7.4 发电机的负序过电流保护 7.4.1 负序过电流保护的作用 一、负序过电流的危害 在转子绕组、阻尼绕组以及转子铁芯等部件上感应100Hz的倍频电流，该电流使得转子上电流密度很大的某些部位可能出现局部的灼伤，甚至可能使互环受热松脱。 所产生的100Hz交变电磁转矩，将同时作用在转子大轴和定子机座上，引起100Hz的振动。,二、发电机承受负序电流的能力 1、发电机长期承受负序电流的能力：我国有关规定为：在额定负荷下，汽轮发电机持续负序电流 负序电流保护通常依据发电机长期允许承受的负序电流值来

11、确定起动门槛值。 时，保护延时发出报警信号。 2、发电机承受负序电流的能力：不使转子过热所允许的负序电流和时间的关系。 A值反映发电机承受负序电流的能力，A越大说明发电机承受负序电流的能力越强 一般来说，发电机容量越大，相对裕度越小，A值也越小,7.4.2 负序定时限过电流保护 一、保护由两段式构成 I段 经t1（3-5s）延时动作于跳闸 II段 经t2（5-10s）延时动作于信号,二、保护动作行为分析 1、在ab段内，t1大于允许时间，对发电机不安全 2、在bc段内，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； 3、在cd段内，发信号；而靠近C点时，由于运行人员处理的时间已大于允

12、许时间，对发电机安全来讲不利； 4、在de段内，保护根本不反应。,7.4.3 反时限负序过电流保护,100MW及以上，A10的发电机应装设反时限负序电流保护 保护方案,1、原理方框图由两个定时限部分和一个反时限部分 2、上限定时限特性应与发变组（发电机-变压器组的简称）高压侧两相短路相配合，上限门槛电流可取为 其动作时间tu按与高压出线快速保护相配合，可在0.5-3s范围内整定。保护作用于跳闸解列。,下限定时限特性则按发电机持续允许负序电流整定，并应在外部不对称短路切除后返回，故动作电流门槛值整定为 动作时间分为两个。短延时5-10s作用于告警信号；长时间作用于跳闸解列，其动作时间在250-1

13、000s范围内整定。 反时限特性作用于跳闸解列，反时限元件的起动门槛需要与长延时综合考虑。 最大延时一般取为1000s，也可按下限动作特性的延时选取（但不超过1000s）,反时限负序过电流保护原理框图,7.5 发电机的失磁保护 7.5.1 发电机的失磁运行及其产生的影响,发电机失磁是指发电机的励磁突然全部或部分消失。 一、引起失磁的主要原因有：转子绕组故障、励磁机故障、自动灭磁开关误跳闸、半导体励磁系统中某些元件损坏或回路发生故障以及误操作等。,二、发电机失磁对系统的影响 发电机失磁后，其各种电气量和机械量都会发生变化。 1、对电力系统 吸收QU，无功储备不足，将因电压崩溃而瓦解； U其他发电

14、机Q过电流后备保护动作，故障扩大； 失磁失步振荡甩负荷。,2、对发电机 转子中fG-fS的差频电流过热 转差率s=（fG-fS）/fS吸收QR2（1-s）/s定子过电流发热； 转速振动； 失磁后，若不失步，无直接危害；失步后，对发电机及系统有不利影响，应装设专门的失磁保护。,三、发电机失磁保护的配置要求 根据继电保护和安全自动装置技术规程： 100MW以下失磁对电力系统有重大影响的发电机和100MW以上的发电机，应装设专用的失磁保护 对600MW的发电机可装设双重化得失磁保护。,四、失磁后的基本物理过程,功角特性关系,一、90发电机未失步同步振荡阶段,（2）=90（静稳定极限角）-临界失步状态

15、,即从系统吸收感性无功功率。,-异步运行阶段,7.5.2 发电机失磁后的机端测量阻抗,一、失磁后，失步前（等有功过程） 失磁后，功角逐渐增大，当功角小于90时，其机端测量阻抗沿等有功阻抗圆向第四象限变化,失磁后，失步前机端阻抗的特点,圆的大小与P有关，P圆,失磁前，发电机向系统送无功，Q为正，ZK位于第一象限； 失磁后，随Q的变化，Q由正负，ZK从IIV象限，圆越小，从IIV越快 圆的位置与jXs有关。,二、临界失步点（=90） 等无功阻抗圆,三、失步后的异步运行阶段 失步后的阻抗轨迹，最终将稳定在第四象限内的异步边界阻抗园内。,四、发电机机端阻抗的变化轨迹,失磁发电机的机端阻抗变化轨迹通常采用等有功阻抗圆、等无功阻抗圆（或临界失步阻抗圆）和异步边界阻抗圆来分析。,7.5.4 失磁保护的构成方式,一、发电机失磁保护的主判据 发电机机端测量阻抗判据：阻抗整定边界常为静态边界圆或异步边界圆； 无功方向由正变负； 变压器高压侧三