第二十一讲发电机失磁保护.

第二十一讲发电机的负序过电流保护失磁保护和母线保护主要内容1.掌握发电机负序过电流保护的作用2.掌握发电机失磁进入异步运行时，对电力系统和发电机的危害3.掌握发电机失磁机端测量阻抗的变化轨迹4、什么是失磁发电机的等有功阻抗园、等无功阻抗园和临界失步园5、简述母线常见的故障类型及相应的保护方式6、掌握母线完全差动保护和相位差动保护的基本原理Ⅰ发电机的负序过电流保护一、负序电流保护的作用在电力系统中发生不对称短路或正常运行情况下三相负荷不平衡时，在发电机绕组中将出现负序电流，该电流将在转子回路中感应出倍频电流引起转子过热，危害发电机安全。为使转子不致过热，负序电流与允许它通过过发电机的时间的关系为At22It发电机负序电流与允许它通过的时间关系曲线I2*---为以发电机额定电流倍数表示的负序电流的标幺值;A–允许过热时间常数曲线表明发电机允许负序电流持续的时间t是随大小而变化的。I2*大时，允许的时间短，I2*小时，允许的时间长。这种变化的特性称为反时限特性。为此发电机应装设负序过电流保护。efI5.0I2op二、负序定时限过电流保护Ⅰ段：经t1(4s)延时动作于跳闸。Ⅱ段：efI1.0I2op经t2(5-10)s延时动作于序信号两段负序定时限过电流保护动作特性与发电机允许负序电流曲线的配合情况分析：（1）在ab段内：t1t允许，对发电机不安全；（2）在bc段内：t1t,可保证发电机安全，但没有充分利用发电机承受负序电流的能力。（3）在cd段内，保护装置Ⅰ段不会动作，只能由Ⅱ段动作于发信号，靠运行人员去处理。在靠近c点部分，允许时间较短，实际上来不及处理，所以在此区段内，对发电机是不安全的。（4）在dc段内，保护不反应。结论：两段式负序定时限过电流保护的动作特性与发电机允许的负序电流曲线不能很好配合，且不能反应负序电流变化时发电机转子的热积累过程。三、负序反时限过流保护反时限过电流保护是一种动作时间随通过电流的增大而减小的保护。反时限过电流保护的特性与发电机允许的负序电流曲线相配合，如图所示。即动作特性在运行负序电流曲线的上面，这样可避免在发电机还没有达到危险状态时就被切除。次时保护的动作特性可表示为22IAttAt22I式中α—与发电机转子的温升特性，温升裕度等因素有关的常数。发电机反时限负序电流保护的特性tI2发电机的失磁运行及其产生的影响一、失磁的原因：（1）励磁回路开路、励磁绕组断线、灭磁开关误动作、励磁调节装置的自动开关误动、可控硅励磁装置中部分元件损坏；（2）励磁绕组由于长期发热，绝缘老化或损坏引起短路；（3）运行人员误调整等。发电机失磁后，它的各种电气量和机械量都会发生变化。将危及发电机的安全。Ⅱ发电机的失磁保护系统等值电路功角特性关系：dssdssddssdxxUxxUEQxxUcossinEP22dtdPT—原动机功率；P—同步功率；PM—异步功率；转子运动方程：)(T22MTJPPPdtd--电气角加速度；TJ—机组的惯性时间常数发电机从失磁到进入稳态的异步运行，一般可分为三个阶段：（一）失步前（δ≤90°）Ilc减小，Ed减小，δ增大；维持P=PT;定子电流随δ的增大而增大；Q缓慢减小。当δ=90°时，sdxx2sUQ即从系统吸收无功功率。机端电压下降。（二）开始失步（90°δ≤180°）随着δ的增大，PT-P的值越来越大；在发电机超过同步转速后，转子回路中将感应出频率为ff-fx电流，该电流将产生异步功率PacQ负的越多机端电压下降的越多，定子电流将持续增大。（三）完全失步δ180°在δ较大时，由于转子相对速度很大，发电机调速器必然动作，关小汽门或水门，减小原动机输入的功率，使转子减慢。当P+Pac=PT时，发电机运行在稳定的异步状态。同步功率随着δ的变化将呈周期振荡状态，各电气量也都相应地将周期性的摆动。（四）失磁后的影响对电力系统：（1）发电机失磁后，不但不能向系统送出无功功率，而且还要从系统吸收无功功率。将造成系统电压下降；（2）为了供给失磁发电机无功功率，可能造成系统中其它发电机过电流；（3）发电机失磁失步后，将造成系统振荡，甩掉大量负荷。对发电机：（1）发电机失磁后，转子和定子磁场间出现了速度差，则在转子回路中感应出转差频率的电流，引起转子局部过热。（2）发电机受交变的异步电磁力矩的冲击而发生振动，转差率越大，振动越厉害。可见，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。故应装设失磁保护。①等有功阻抗图(δ90°)系统等值电路图二、失磁发电机机端测量阻抗的变化轨迹等有功阻抗圆结论：（1）园的大小与有功功率的大小有关，功率越小，园的直径越大；（2）失磁前，发电机向系统送有功功率和无功功率，θ为正，测量阻抗在第一象限；失磁后，无功功率由正变负，θ角由正值向负值变化，测量阻抗也逐渐向第四象限过渡，失磁前，发电机送出的有功功率越大，进入第四象限的时间越短。（3）等有功阻抗园的圆心坐标与联系阻抗Xs有关。可见，失磁后，ZJ向第四象限移动，且最终将稳定在第四象限内。②等无功阻抗圆(δ=90°)临界失步(或静稳极限)阻抗圆③临界电压值（临界电压园）发电机失磁后，系统某一点电压下降到使机组不能稳定运行，此为临界电压值2222)()()()()(UsBssBBsBBBfBSBsBfsxxxRxxRxxjZjxZUUxIjIZxIjUUxxIjIZxxIjU整理后：22222Bs222)1()x-xM-1M(xRsxMM临界电压阻抗园三、失磁保护的主要判据1.主要判据现在大型同步发电机的失磁保护都是利用定子回路参数变化来检测失磁故障。可作为失磁保护的判据有：（1）无功功率改变方向；（2）机端测量阻抗超越静稳边界阻抗园的边界；（3）机端测量阻抗进入异步边界阻抗园。可作为失磁保护的定子判据，还有反应发电机感应电势衰减及消失、功角增大等。2.辅助判据为了保证保护动作的选择性，还需要用非正常运行状态下的某些特征，作为辅助判据如下：（1）励磁电压下降；（2）不出现负序分量；（3转子电流减小）；（4）用延时躲振荡。3.失磁保护的构成方案（1）以失磁阻抗继电器作主要判据而构成失磁保护程度方案发电机失磁保护方案图（2）整定值能自动随有功功率P变化的转子低电压失磁继电器作主要判据而构成失磁保护的方案（3）稳态异步运行阻抗圆发电机异步运行等值电路异步运行阻抗圆Ⅲ母线保护一、装设母线保护的基本原则1.利用供电元件的保护装置切除母线故障。利用发电机的过电流保护切除母线故障利用变压器的过电流保护切除低压母线故障在双电源网络上，利用电源侧的保护切除母线故障2.装设专门的母线保护。《电力系统继电保护及自动装置技术规程》规定下列情况应装设专门的母线保护：（1）在110kV及以上的双母线和分段单母线上，为保证有选择性地切除任一组（或段）母线上所发生的故障，而另一组（或段）无故障的母线仍能继续运行，应装设专门的母线保护。（2）110kV及以上的单母线，主要发电厂的35kV母线或高压侧位110kV及以上的重要降压变电所的35kV母线，按照装设全线速动保护的要求必须快速切除母线上的故障时，应装设专门的母线保护。1.在正常运行以及母线范围以外故障时，在母线所有连接元件中，流入的电流和流出的电流相等；2.当母线上发生故障时，所有与电源有连接元件都向故障点供给短路电流，而在供电给负荷的连接元件中电流等于零；3.从相位来看，在正常运行以及外部故障时，至少有一个元件中的电流相位和其余元件中的电流相位相反。而当母线故障时除电流等于零的元件以外，其它元件中的电流则是同相位的。二、实现母线差动保护的基本原则三、几种常用的母线差动保护1.母线完全电流差动保护整定计算：按躲过外部故障最大不平衡电流整定TAkrelsetnIK/1.0Imax.Krel----可靠系数，取1.3灵敏度2Kmax..sensetkII2.电流比相式母线保护工作原理正常运行或外部故障时内部故障时利用比相元件比较各元件中电流的相位，判断区内外故障，从而构成保护。保护的构成：电流比相式母线保护只与电流的相位有关，二与电流的幅值大小无关。因此①不须考虑不平衡电流的影响，提高了保护的灵敏度；②不要求采用型号和同变比的电流互感器，增加了使用的灵活性。③由于每条母线都装设这种保护，从而克服了一般母线差动保护不适应母线运行方式改变的缺点。3.双母线固定连接的母线差动保护组成：第一组：由电流互感器1、2、5和差动继电器1CJ组成，用以选择第Ⅰ组母线上的故障。第二组：由电流互感器3、4、6和差动继电器2CJ组成，用以选择第Ⅱ组母线上的故障。第三组：由电流互感器1~6和差动继电器3CJ组成的完全电流差动保护，作为整套保护的起动元件。组成：第一组：由电流互感器1、2、5和差动继电器1CJ组成，用以选择第Ⅰ组母线上的故障。第二组：由电流互感器3、4、6和差动继电器2CJ组成，用以选择第Ⅱ组母线上的故障。第三组：由电流互感器1~6和差动继电器3CJ组成的完全电流差动保护，作为整套保护的起动元件。正常运行或外部故障时，流入1CJ、2CL、3CJ的电流均为不平衡电流，保护不会动作。组成：第一组：由电流互感器1、2、5和差动继电器1CJ组成，用以选择第Ⅰ组母线上的故障。第二组：由电流互感器3、4、6和差动继电器2CJ组成，用以选择第Ⅱ组母线上的故障。第三组：由电流互感器1~6和差动继电器3CJ组成的完全电流差动保护，作为整套保护的起动元件。当第Ⅰ组母线故障时继电器1CJ、3CJ流入全部短路电流，故1CJ、3CJ起动，使断路器1DL、2DL、5DL跳闸，切除Ⅰ母线故障。继电器2CJ流入不平衡电流，不会动作，Ⅱ母线继续运行。组成：第一组：由电流互感器1、2、5和差动继电器1CJ组成，用以选择第Ⅰ组母线上的故障。第二组：由电流互感器3、4、6和差动继电器2CJ组成，用以选择第Ⅱ组母线上的故障。第三组：由电流互感器1~6和差动继电器3CJ组成的完全电流差动保护，作为整套保护的起动元件。当第Ⅱ组母线故障时继电器3CJ、4CJ流入全部短路电流，故3CJ、4CJ起动，使断路器3DL、4DL、5DL跳闸，切除Ⅱ母线故障。继电器1CJ流入不平衡电流，不会动作，Ⅰ母线继续运行。组成：第一组：由电流互感器1、2、5和差动继电器1CJ组成，用以选择第Ⅰ组母线上的故障。第二组：由电流互感器3、4、6和差动继电器2CJ组成，用以选择第Ⅱ组母线上的故障。第三组：由电流互感器1~6和差动继电器3CJ组成的完全电流差动保护，作为整套保护的起动元件。当固定连接破坏时，区外故障，继电器1CJ、2CJ都将流入较大的差电流而误动。但继电器3CJ仍流过不平衡电流，但它不会动作，可以保证保护不会误跳闸。组成：组成：第一组：由电流互感器1、2、5和差动继电器1CJ组成，用以选择第Ⅰ组母线上的故障。第二组：由电流互感器3、4、6和差动继电器2CJ组成，用以选择第Ⅱ组母线上的故障。第三组：由电流互感器1~6和差动继电器3CJ组成的完全电流差动保护，作为整套保护的起动元件。当固定连接破坏时，第Ⅰ母线故障继电器1CJ、2CJ和3CJ都有短路电流流入，都可能动作，两组母线都可能被切除。为此，当固定连接破坏时，保护可以连接片LP,从而只要继电器3CJ动作就直接跳开所有断路器。组成：第一组：由电流互感器1、2、5和差动继电器1CJ组成，用以选择第Ⅰ组母线上的故障。第二组：由电流互感器3、4、6和差动继电器2CJ组成，用以选择第Ⅱ组母线上的故障。第三组：由电流互感器1~6和差动继电器3CJ组成的完全电流差动保护，作为整套保护的起动元件。固定连接双母线的电流差动保护的优点是能快速而有选择性地切除故障母线，保证另一母线继续运行。但它限制了系统运行的调度的灵活性。当固定连接破坏时，这种保护就不能选择故障母线，这是它的不足。①Ⅰ母线发生故障时，母联中电流方向从Ⅱ母线流向Ⅰ母线；②Ⅱ母线发生故障时，母联中电流方向从Ⅰ