某电厂发电机保护介绍--赖永仙.ppt

1、二一二年四月,*发电厂发电机保护介绍,赖永仙,发电机常见故障及保护：,定子绕组故障：,相间短路纵差动保护 匝间短路匝间短路保护 单相接地单相接地保护,转子绕组故障：,一点接地一点接地保护 二点接地二点接地保护,机组出口开关失灵：,开关失灵保护,发电机的不正常运行及保护,转子失磁失磁保护,过电流 过电流保护,过负荷过负荷保护,过电压过电压保护,逆功率 逆功率保护 失步失步保护,棉花滩电厂发电机保护出口方式,解列（跳开关）：接通断路器跳闸线圈，发电机解列。 停机：保护送“事故”信号给监控系统，由监控系统执行停机程序。 灭磁（跳灭磁开关）：接通灭磁开关跳闸回路，灭磁开关跳闸灭磁。 发信号：在保护装置

2、面板和显示屏上显示相关信息。 跳主变三侧开关：GCB失灵保护的出口方式,发电机纵差动保护,作用：作为保护区内即发电机定子绕组相间短路的主保护 构成：差动元件、CT饱和探测元件 保护区：电流取自发电机中性点CT、机端CT，保护范围为两CT之间的范围 出口方式：解列、停机、灭磁，同时启动断路器失灵保护。,发电机纵差动保护原理图,1、采用了循环闭锁出口方式；2、为提高发电机内部机外部不同相同时接地故障时保护可靠，设负序电压解除循环闭锁（机改为单向循环方式）。,发电机纵差动保护整定计算,1制动系数KzKz=Krel*Kap*Kcc*Ker=0.15取0.3，考虑到电流互感器的饱和或其暂态特性畸变的影响

3、，为安全计，宜适当提高制动系数值，取0.3Krel-可靠系统，取1.51.5Kap-非周期分量系数，取22Kcc-互感器同型系数，取0.50.5Ker-互感器比误差系数，取0.10.1 2启动电流(A)IqIq = Krel*2*0.03*Ign/na=0.07取 0.12， 一般宜选用Iq=(0.10.2)Ign/na,我们取0.15倍数Krel-可靠系统，取1.51.5Ign-发电机额定电流6284na-电流互感器变比8000 3拐点电流(A)IgIg=(0.81.0)Ign/na= 0.71 ，定子电流等于或小于额定电流时，差动保护不必具有制动特性,取0.9Ign-发电机额定电流6284

4、na-电流互感器变比8000 4速断倍数IsIs = Krel*Id max*242/15.75/6284= 6.16 ，按躲开线路三相短路时发电机提供的短路电流Id max-单台发电机提供的最大短路电流1.67 Krel-可靠系统，取1.5 5负序电压(V)U2=55.00 ，按躲开发电机可能出现最大不平衡负序电压整定 6额定电流(A)ININ=Ign/na0.79,发电机定子匝间保护,作用：发电机同相的相同分支（或不同分支）之间的匝间短路的主保护 构成：发电机纵向零序电压的几波分量为动作量、其三次谐波分量为制动量 保护区：发电机绕组部分 出口方式：解列、停机、灭磁，同时启动断路器失灵保护。

5、,发电机定子匝间保护一次接线图,1、零序 电压取自机端专用电压互感器的开口三角 形绕组，其中性点与发电机中性点通过高压电缆 相联 。2、发电机定子绕组匝间短路: 当零序电压大于动作值时，并且该保护专用TV没断线，负序功率方向元件不动作，则保护动作。3、发电机外部发生两相短路时，负序功率方向元件动作，把保护闭锁。4、为防止TV断线，引入TV断线闭锁。,定子匝间保护原理图,1、3U0h-次灵敏段电压(V)；2、灵敏段电压(V)3U0l；3、三次谐波电压(V)3U03w；4、负序功率方向控制字P2；,电压平衡式TV断线闭锁逻辑,发电机定子匝间保护整定计算,次灵敏段电压(V)3U0h3Uoh=Krel

6、*Uo.bp.max5Krel-可靠系数，取22.5Uo.bp.max-外部短路时最大不平衡电压，短路试验得出。灵敏段电压(V)3U0l 3Uol=Krel*Uo.bp.n3Krel-可靠系数，取22.5Uo.bp.n-额定负荷下固有的零序电压基波不平衡量，实测得出三次谐波电压(V)3U03w实测得出 3Uo3w=55谐波增量制动系数Kz一般取Kz-0.30.50.4灵敏段延时(s)t0取to=0.20.2压差(V) U建议取710V,取U=1010负序功率方向控制字P2负序功率的动作方向应指向发电机内部。1,同步发电机定子绕组的接地保护,一、反应基波零序电压的接地保护 二、三次谐波式定子绕组

7、单相接地保护 三、发电机100%定子接地保护,发电机100%定子接地保护由反应基波零序电压元件和反应三次谐波电压元件两部分组成。第一部分可保护定子绕组的90%-95%，而第二部分是用以消除基波零序电压元件保护的死区。,后面进行详细分析,定子单相接地故障的零序电流、电压,中性点（机端）对地的零序电压,机端（中性点）零序电压的特点及对相应保护的影响 零序电压的电压大小与接地点位置有关，越靠近中性点，零序电压越小。 反映基波零序电压的定子绕组接地保护存在动作死区。,2反应基波零序电压的接地保护,反应机端基波零序电压的发电机定子绕组接地保护（教材上称85%接地保护，我厂实际整定为92%）,作用：作为发

8、电机定子绕组接地短路的保护，保护区为机端到中性点的85-95区域（从发电机中性点取基波零序电压）； 出口方式：零序电压元件动作，经延时解列、停机、灭磁、启动断路器失灵。,零序电压式定子接地保护逻辑图,1、机端零序电压(V)3U0g=5V按保护定子绕组92%单相接地整定；2动作时间(s)t=3s,定子单相接地时三次谐波电压的特点,反应三次谐波电压的接地保护（3w）,作用：作为发电机定子绕组接地短路的保护，保护区为中性点到机端的5区域（从机端和发电机中性点零序电压中抽取三次谐波电压）； 构成原理:比较机端与中性点处三次谐波电压的大小; 出口逻辑关系：零序电压元件动作， TV没断线,经延时发信号.,

9、三次谐波电压的接地保护逻辑图（3w）,发电机的失磁保护,作用：及时发现和切除由于励磁系统故障引起的发电机异常运行和故障。 构成：我厂使用阻抗型失磁保护，由阻抗判据（Zg）、转子低电压判据（Vfd）构成，加TV断线闭锁。 保护区：发电机励磁系统 出口方式：解列、停机、灭磁，同时启动断路器失灵保护。,发电机失磁的影响,发电机的失磁运行及其产生的影响,1、需要从电网中吸收很大的无功功率（所需无功功率的大小主要取决于发电机的参数以及实际运行的转差率）以建立发电机的磁场，因此容易引起定子绕组的过电流。,、由于从电力系统中吸收无功功率将可能引起电力系统电压下降，如果电力系统的容量较小或无功功率的储备不足，

10、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它邻近点的电压低于允许值，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。,发电机失磁的影响,、失磁后发电机变成异步机运行，会引起发电机振动，凸极机振动厉害，隐极机差之。,4、失磁后发电机的转速超过同步转速，因此，在转子励磁回路中将产生差频电流，因而形成附加损耗，使发电机转子和励磁回路过热。显然，当转差率越大时，所引起的过热也越严重。,发电机失磁过程中的机端测量阻抗,从失磁到稳定异步运行过程 失磁到失步前 临界失步点 失步后的异步运行,失磁到失步前,发电机送出的功率基本不变，而无功在 这段时间内有正值变位负值，,失磁

11、到失步前阻抗变化轨迹,等有功阻抗圆,P、U、X为常数，不随时间变化，而Q 随时间变化，则 也随时间变化，故在 极端阻抗平面上是一个圆方程，称等有 功阻抗圆。,临界失步点阻抗变化轨迹（汽轮机）,等无功阻抗圆 也叫静稳态极限阻抗圆,失步后的异步运行,稳态异步边界阻抗圆（也称：异步阻抗圆）,机端测量阻抗末端轨迹沿等有功圆由第象限进入第象限，机端测量阻抗进入第象限后，进一步将越过静稳阻抗边界阻抗圆，最后进入异步阻抗圆，表明发电机已进入异步运行状态。,1、失磁保护的主要判据和辅助判据 主要判据有： 1）检测无功功率方向 2）检测机端测量阻抗变化 辅助判据有： 1）转子励磁电压下降 2）负序分量 3）延时

12、,DGT801装置失磁保护逻辑,我厂失磁保护逻辑框图,见失磁保护中UP元件简介,失磁保护中UP元件简介,失磁保护阻抗元件动作特性,圆内为动作区，当测量阻抗进圆内，继电器就动作 正常运行、外部短路测量阻抗都落在圆外，继电器不动作 失磁以后，进入稳定异步运行阶段，测量阻抗进入圆内,各测量元件判椐,保护动作情况,1、发电机失磁，阻抗元件动作，并且TV二次没断线，励磁低电压元件动作，则保护经延时发出信号，并动作于解列灭磁、启动断路器失灵。,发电机失步保护,当系统受到大的扰动后，发电机或发电机群可能与系统不能保持同步运行，即发生不稳定振荡，称失步。,对失步保护的要求,(1)失步保护装置应能鉴别短路故障和

13、不稳定振荡，发生短路故障时，失步保护装置不应动作。 (2)失步保护装置应能尽快检出失步故障，通常要求失步保护装置在振荡的第一个振荡周期内能够检出失步故障。,(3)检出失步故障实行跳闸时，从断路器本身的性能出发，不应在发电机电动势与系统电动势夹角为180时跳闸。 (4)失步保护装置应能鉴别不稳定振荡和稳定振荡(通常发电机电动势与系统电动势间相角摆开最大不超过120时为稳定振荡，即是可恢复同步的振荡)，在稳定振荡的情况下，失步保护不应误动作。,反应阻抗变化的失步保护,构成依据: 不稳定振荡时，功角在0360间作周期变 化，测量阻抗以 的速率穿过阻抗平面， 其轨迹在阻抗平面上是一个圆或直线。因此，测

14、量阻抗走过某段距离，需要一定的时间。 发生短路故障时，功角基本不变，测量阻抗由负荷阻抗突变为短路阻抗。,失步保护,作用： 反应发电机失步状态的 构成原理：1、见图(图中整定部分忽略了线路电阻) R1 R2 R3 R4 将阻抗平面分为 0 4 共五个区 2、加速失步时测量阻抗轨迹从+R 向-R 方向变 化 0 4 区依次从右到左排列 ，减速失步时测量阻抗轨迹从-R 向+R 方向变化 0 4 区依次 从左到右排列 3、当测量阻抗从右向左穿过 R1 时判断为加速 ，当测量阻抗从左向右穿过 R4 时 判定为减速， 然后当测量阻抗穿过 1 区进入 2 区 并在 1 区及 2 区停留的时间分别大于 t1

15、和 t2 后， 对于加速过程发加速失步信号 对于减速过程发减速失步信号， 加速失步信号或减速失步信号作用于降低或提高原动机出力， 若在加速或减速信号发出后 没能使振荡平息 测 量阻抗继续穿过 3 区进入 4 区 并在 3 区及 4 区停留的时间分别大于 t3 和 t4 后 ，进行滑极 计数 当滑极累计达到整定值 N 即出口跳闸 。 4、无论在加速过程还是在减速过程 测量阻抗在任一区(1-4 区)内停留的时间小于对应的 延时时间(t1-t4)就进入下一区 则判定为短路 当测量阻抗轨迹部分穿越这些区域后以相反的方向返回 则判断为可恢复的振荡(或称稳 定振荡) 。 出口方式：判断为减速失步时，发减速

16、脉冲；判断为加速失步时，发加速脉冲；经过处理仍然处于失步状态时，就动作于解列灭磁。,失步保护动作特性,发电机转子一点接地保护,作用：反映发电机转子绕组一点接地。 保护构成原理：采用新型的叠加直流方法 叠加源电压为 50V 内阻大于 50k 利用微机智能化测量克 服了传统保护中绕组正负极灵敏度不均匀的缺点 能准确计算出转子对地的绝缘电阻值 范 79 保护原理及整定计算 围可达 200 k 转子分布电容对测量无影响 电机起动过程中转子无电压时保护并不失去 作用 保护引入转子负极与大轴接地线 R 出口方式：当转子对地绝缘电阻大幅度下降时, Rg40K 时保护动作于信号,Rg.dz=40K,发电机转子一点接地保护逻辑图,逆功率保护,作用： 对于大型水轮发电机，避免发电机变成电动机运行而使系统频率崩溃。 构成原理：反映发电机有功功率大小和方向. 出口方式：只要发电机从系统吸收功率，并且满足动作条件（ ）保护一般以t1(1.5S)时间动作发信号；保护以t2（120秒）时间动作于解列灭磁、启动快切、启动断路器失灵。 动作功率整定：一般取发电机额定功率的 （1-3）%。,我厂逆功率保护,按10%额定功率，-Pg.dz=10%*Pe/(na*ny)