发电机保护

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主要内容7.1发电机的故障、不正常运行状态及其保护方式第七章发电机保护7.2发电机定子绕组短路故障的保护7.3发电机定子绕组单相接地保护7.4发电机负序电流保护7.5发电机的失磁保护1.发电机的故障ò定子绕组7.1发电机的故障、不正常运行•定子绕组及引出线上的相间短路•定子绕组的匝间短路状态及其保护方式•定子绕组的单相接地故障ò转子绕组•一点接地或两点接地•转子励磁回路励磁电流消失2.发电机的不正常运行状态3.发电机应装设的保护（1）纵联差动保护；ò定子绕组过电流（2）定子绕组接地保护；ò对称过负荷ò负序过电流（3）定子绕组匝间短路保护；ò定子绕组过电压（4）发电机外部相间短路保护；ò转子绕组过负荷（5）负序过电流保护；ò逆功率等（6）定子绕组过负荷保护；（7）定子绕组过电压保护；1

13.发电机应装设的保护3.发电机应装设的保护（8）励磁绕组一点及两点接地保护；（14）大容量发电机还应考虑配置低频（9）失磁保护；保护、过频保护、起停机保护、误（10）励磁绕组过负荷保护；上电保护、断口闪络保护等；（11）逆功率保护；（15）发电机的非电量保护，如采用水（12）过励磁保护；冷却的发电机应配置断水保护。（13）失步保护；一、比率制动式纵差动保护..正常运行或区外故障时：7.2发电机定子绕组短路故障I&1I&1′I=I&′+I&′=0d12的保护内部故障时：I&2I&2′Id=I&1′+I&2′≠0..二、发电机纵差动保护整定计算与灵敏度I&′−I&′I=I&′+I&′I=12d12res21.纵差动保护的整定动作方程：(1)启动电流的整定II>K(I−I)+II>IdCdresres.mind.minresres.minII=K(I+I)d.maxd.minreler1er2I>II≤Idd.minresres.minIABα式中Krel=1.5~2Id.mindC0Ires.minIk.maxIresIer1=0.06IgnId.maxI=0.1Ier2gnIABαd.minIId.min=(0.24~0.32)Ign通常取0.3Ign0IIk.maxresres.min2

2IdC2.发电机纵差动保护的灵敏性Id.max(2)拐点电流的整定Ik.minIABαI=(0.5~1.0)IKsen=要求Ksen≥1.5d.minres.mingnIdI0IIk.maxresres.min计算条件：(3)制动特性的斜率的整定①发电机与系统并列运行以前，其出口发生两相短路；I−IK=d.maxd.min式中I=KII−Id.maxrelunb.max②发电机采用自同期并列时，在系统最小运k.maxres.min行方式下，其出口发生两相短路。K=0.2~0.4三、发电机横差动保护1.发电机裂相横差动保护基本原理1.发电机裂相横差动保护基本原理2I&′d2I&dnTAnTA2I′I=d>I动作2Idd.rsetId.r=>Iset动作nTAnTAI&′I&d利用两个分支绕组短路d点存在电势差而产生的利用因电势差而在各绕α1环流来实现组间产生的环流来实现α2I&d′′α≈0时，环流较小，保护有死区α1≈α2时，环流较小，保护有死区同相不同分支绕组匝间短路同一分支绕组内部匝间短路四、纵向零序电压式定子绕组匝间短路保护2.单元件横差动保护基本原理ABCTVN1TV2TA需具有性能良好的三次谐波滤过器出口I>(0.2~0.3)Id.rgN利用匝间短路时破坏了三相对中性点的对称，而产生对中性点的零序电压来实现3

3TVN1TV2TVN1TV2TATA出口出口按躲区外不对称短路时的最大不平衡电压整定防止TVN1一次熔断器熔断而引起保护误动作一般取2.5~3V。需性能良好的三次谐波滤过器TVN1TV2TA7.3发电机定子绕组单相接地出口保护防止区外故障时匝间短路保护误动作一、发电机定子绕组单相接地时电气量的特征TA0TA0E&AI&k0U&ADkU&k0CfCwU&CDU&0U&I&0fI&0wBDCfCwE&CE&3I&0f=−j3αE&AωCfB机端3I&=−j3αE&ωC0wAwU&=(1−α)E&ADA13I&=−j3αE&ω(C+C)U&=E&−αE&U&0=(U&AD+U&BD+U&CD)=−αE&Ak0AfwBDBA3U&=E&−αE&CDCA4

4二、利用零序电流构成的发电机定子绕组单相接地保护特点ò有零序电压出现，其大小与α成正比；①零序电流互感器装在CWò接地点通过容性零序电流，大小与α及Cf、发电机出口；Cw有关；ò内部发生单相接地时，机端零序电流互感器②采用具有交流助磁的中流过的电流为外接元件电容电流，方向由零序电流互感器；C发电机流向母线；LXò发生外部单相接地时，机端零序电流互感器C③当相间保护动作时将f中流过的电流为发电机本身的电容电流，方接地保护退出。向由外部流向发电机。中性点附近有死区三、利用零序电压构成的发电机定子绕组单相接地保护四、发电机100%定子绕组单相接地保护CT零序电压保护发电机中性点加固定的工频偏移电压整定值：躲正常运行时的不平衡电压或（包括三次谐波电+附加直流或低频（12.5Hz或20Hz）电源压），以及变压器或高压侧接地时在发利用发电机固有的三次谐波电势电机端所产生的零CLX序电压。（85%）用于消除死区C一般为15~30Vf两部分的保护区应相互重叠中性点附近有死区一、负序电流保护的作用t22it=It=A∫2*2*0I2*7.4发电机负序电流保护t针对定子绕组电流不平衡而引起的转子过热的一种保护，是发电机的主保护之一。5

5二、定时限负序过电流保护I2.set′=(0.5~0.6)IgNt1=3~5s跳闸I2.set′′=0.1IgNt2=5~10s信号7I2*a56b12340.5cd0.1et(s)0410400三、反时限负序过电流保护I&AtI&BI&C保护动作特性I2*At=2I−α2*一、发电机失磁运行及后果失磁故障：发电机的励磁突然全部消失或部分消失。7.5发电机的失磁保护原因：ò转子绕组故障ò励磁机故障ò自动灭磁开关误跳闸ò半导体励磁系统中某些元件损坏或回路发生故障ò误操作等6

6E&U&U&对电力系统的危害dXgI&S系统d（1）造成系统中大量无功缺少。当系统中无功储XS备不足，将引起电压下降，严重时引起电压PEd崩溃，系统瓦解；（2）造成系统中其他发电机增加无功输出。使某P些发电机、变压器、输电线路过电流，后备T保护可能因过流动作，扩大故障范围；Pacδ（3）造成有功功率摆动及系统电压降低。可能导oδδ9012致相邻正常运行的发电机与系统之间失去同稳态异步运行阶段步，引起系统振荡。异步运行阶段同步振荡二、发电机失磁后的机端测量阻抗对发电机的危害1.等有功阻抗圆（P不变）（1）转子绕组出现差频电流，引起绕组发热；（2）异步运行后，发电机的等效电抗降低，从系E&dXU&gI&U&S系统d统中吸收的无功增加，使定子绕组过热；X（3）对大型直接冷却式汽轮发电机，其转矩和有SjX功将发生剧烈摆动。这种影响对水轮发电机22USUSj2ϕZ=(+jX)+e更为严重，直接威胁机组安全；gS2P2PPPP（4）定子端部漏磁增强，使端部的部件和端部铁123jXS芯过热。R2US2P2.临界失步圆（δ=90°时，Q不变）3.失步后的异步运行阶段X1X2′R2′Z=−jXd−XS+jXd+XSej2ϕR2′(1−s)g22sI&XadjXjXSR′⎡jX(2+jX′)⎤adS2Zg=−⎢jX1+R′⎥2+j(X+X′)R⎣Sad2⎦空载失磁时：Zg.max=−jX1−jXad=−jXd失步区X′X−jX2addf→∞时：Z=−j(X+)=−jX′gg.min1dX′+X2ad7

74.其它运行方式下发电机机端测量阻抗jXjXjXP1P2SZakZba′g1−jXd′cRϕLZg2c′b′ϕLR−jXd′Zg32Z−jXgd四、失磁保护的构成方式三、发电机失磁保护判据按保证电力系统安全运行所允许的最低电压整定1.主判据2.辅助判据（1）静稳边界阻抗圆判据（1）励磁电压下降（2）异步阻抗圆判据（2）不出现负序分量（3）无功方向判据（3）用延时躲振荡（4）系统三相电压降低按静稳边界圆进行整定按躲空载运行时的最低励磁电压整定8

8本章学习重点1.了解发电机可能发生故障的类型和不正常运行状态，针对各种故障和不正常运行状态应该设置哪些保护；2.掌握发电机纵差动保护的基本工作原理；3.了解匝间短路保护的工作原理；4.了解发电机定子单相接地的特点及定子单相接地保护的基本原理；5.了解发电机失磁后的特征及保护判据。9