继电保护原理-第二章-发电机保护

第二章发电机的继电保护第一节发电机的故障、不正常运行状态及其保护方式定子绕组定子绕组及引出线上的相间短路定子绕组的匝间短路定子绕组的单相接地故障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1.发电机的故障定子绕组过电流对称过负荷负序过电流定子绕组过电压转子绕组过负荷逆功率等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（2）定子绕组接地保护（3）定子绕组匝间短路保护（4）发电机外部相间短路保护（5）负序过电流保护（6）定子绕组过负荷保护（7）定子绕组过电压保护3.发电机应装设的保护（8）励磁绕组一点及两点接地保护（9）失磁保护（10）励磁绕组过负荷保护（11）逆功率保护（12）过励磁保护（13）失步保护3.发电机应装设的保护（14）大容量发电机还应考虑配置低频保护、过频保护、起停机保护、误上电保护、断口闪络保护等（15）发电机的非电量保护，如采用水冷却的发电机应配置断水保护各项保护可动作于：停机解列灭磁解列减出力缩小故障影响范围程序跳闸信号第二节发电机定子绕组短路故障的保护一、比率制动式纵差动保护Id1I2I1I....2I021dIII正常运行或区外故障时：021dIII内部故障时：21dIII221resIII动作方程：d.minres.minresdIIIKI)(res.minresIId.mindIIres.minresIIresIdId.minIres.minI0ABCαk.maxId.maxI二、发电机纵差动保护整定计算与灵敏度1.纵差动保护的整定(1)启动电流的整定)(er2er1reld.minIIKIgner1060II.gner210II.251rel~.Kgnd.min320240II).~.(式中通常取0.3IgnresIdId.minIres.minI0ABCαk.maxId.maxI(2)拐点电流的整定gnres.min0150II).~.((3)制动特性的斜率的整定res.mink.maxd.mind.maxIIIIKresIdId.minIres.minI0ABCαk.maxId.maxI式中unb.maxreld.maxIKI4020.~.K2.发电机纵差动保护的灵敏性dminksenIIK.计算条件：①发电机与系统并列运行以前，其出口发生两相短路②发电机采用自同期并列时，在系统最小运行方式下，其出口发生两相短路要求Ksen≥1.5三、发电机横差动保护1.发电机裂相横差动保护基本原理α....dITAd2nIsetTAdd.r2InII动作利用因电势差而在各绕组间产生的环流来实现α≈0时，环流较小，保护有死区同一分支绕组内部匝间短路....1.发电机裂相横差动保护基本原理dITAd2nIsetTAdd.r2InII动作利用两个分支绕组短路点存在电势差而产生的环流来实现α1≈α2时，环流较小，保护有死区同相不同分支绕组匝间短路dI122.单元件横差动保护基本原理gNd.r3020II).~.(ABC需具有性能良好的三次谐波滤过器四、纵向零序电压式定子绕组匝间短路保护零序电压断线闭锁负序功率闭锁TATVN1TV2出口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零序电压断线闭锁负序功率闭锁TATVN1TV2出口按躲区外不对称短路时的最大不平衡电压整定一般取2.5~3V。需性能良好的三次谐波滤过器零序电压断线闭锁负序功率闭锁TATVN1TV2出口防止TVN1一次熔断器熔断而引起保护误动作零序电压断线闭锁负序功率闭锁TATVN1TV2出口防止区外故障时匝间短路保护误动作第三节发电机定子绕组单相接地保护一、发电机定子绕组单相接地时电气量的特征CBAαfCwCAEBECEBDUCDU0UADUAAD1EU)(ABBDEEUACCDEEUACDBDAD031EUUUU)(机端0TAkfCwCwA0w33CEjIk0U0fIw0Ik0IfA0f33CEjI)(wfAk033CCEjI0TA特点有零序电压出现，其大小与α成正比接地点通过容性零序电流，大小与α及Cf、Cw有关内部发生单相接地时，机端零序电流互感器中流过的电流为外接元件电容电流，方向由发电机流向母线发生外部单相接地时，机端零序电流互感器中流过的电流为发电机本身的电容电流，方向由外部流向发电机二、利用零序电流构成的发电机定子绕组单相接地保护I0TA0①零序电流互感器装在发电机出口②采用具有交流助磁的零序电流互感器③当相间保护动作时将接地保护退出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整定值：躲正常运行时的不平衡电压（包括三次谐波电压），以及变压器高压侧接地时在发电机端所产生的零序电压。一般为15~30V1U中性点附近有死区四、发电机100%定子绕组单相接地保护+发电机中性点加固定的工频偏移电压零序电压保护（85%）附加直流或低频（12.5Hz或20Hz）电源利用发电机固有的三次谐波电势用于消除死区两部分的保护区应相互重叠或或第四节发电机负序电流保护一、负序电流保护的作用A2*202*2tItit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t*2I二、定时限负序过电流保护不对称过负荷信号信号I2过滤器acbTATVIUI2-tI2t-1234567gN2.set10II.gN2.set0.6)~50II.(s531~t跳闸10s52~t信号abcde(s)t*2I041040010.50.三、反时限负序过电流保护2*2AItt*2I保护动作特性第五节发电机的失磁保护一、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原因：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误操作等dE系统dXSXSUdEI异步运行阶段稳态异步运行阶段21PTP90acP同步振荡gU对电力系统的危害（1）造成系统中大量无功缺少。当系统中无功储备不足，将引起电压下降，严重时引起电压崩溃，系统瓦解（2）造成系统中其他发电机增加无功输出。使某些发电机、变压器、输电线路过电流，后备保护可能因过流动作，扩大故障范围（3）造成有功功率摆动及系统电压降低。可能导致相邻正常运行的发电机与系统之间失去同步，引起系统振荡对发电机的危害（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，从系统中吸收的无功增加，使定子绕组过热（3）对大型直接冷却式汽轮发电机，其转矩和有功将发生剧烈摆动。这种影响对水轮发电机更为严重，直接威胁机组安全（4）定子端部漏磁增强，使端部的部件和端部铁芯过热二、发电机失磁后的机端测量阻抗1.等有功阻抗圆（P不变）RjXSjXPU22S1P2P3PdE系统dXSXSUIj22SS2Sge2j2PUXPUZ)(gU2.临界失步圆（δ=90°时，Q不变）jXSjXdjXRj2SdSdge2j2jXXXXZ失步区3.失步后的异步运行阶段1X2XadX2RssR)(12I)()(2ad2ad1gjjjj22XXXXXZSRSRdad1g.maxjXjXjXZdad2ad21g.minXjXXXXXjZ)(空载失磁时：fg→∞时：RjXSjXdjXabcdXjabc1P2P4.其它运行方式下发电机机端测量阻抗gZRjX2gZkZ1gZL3gZL2dXj三、发电机失磁保护判据1.主判据（1）静稳边界阻抗圆判据（2）异步阻抗圆判据（3）无功方向判据（4）系统三相电压降低2.辅助判据（1）励磁电压下降（2）不出现负序分量（3）用延时躲振荡四、失磁保护的构成方式变压器高压侧低电压Uh高压侧TV断线机端测量阻抗Zg机端TV断线励磁绕组低电压UfIg&&≥1&&t4/0≥1t1/0t1/0&t2/0Y1Y2Y3Y4Y5H1H2发信号/跳闸发信号/跳闸失稳发信发信号/跳闸压出力信号失稳发信或切换励磁按保证电力系统安全运行所允许的最低电压整定变压器高压侧低电压Uh高压侧TV断线机端测量阻抗Zg机端TV断线励磁绕组低电压UfIg&&≥1&&t4/0≥1t1/0t1/0&t2/0Y1Y2Y3Y4Y5H1H2发信号/跳闸发信号/跳闸失稳发信发信号/跳闸压出力信号失稳发信或切换励磁按静稳边界圆进行整定变压器高压侧低电压Uh高压侧TV断线机端测量阻抗Zg机端TV断线励磁绕组低电压UfIg&&≥1&&t4/0≥1t1/0t1/0&t2/0Y1Y2Y3Y4Y5H1H2发信号/跳闸发信号/跳闸失稳发信发信号/跳闸压出力信号失稳发信或切换励磁按躲空载运行时的最低励磁电压整定第六节发电机-变压器组继电保护的特点一、发电机-变压器组纵差动保护的特点1.当发电机和变压器之间无断路器时I-II-II-I2.当发电机和变压器之间有断路器时I-II-I二、发电机电压侧单相接地保护的特点采用普通零序电压保护或100%定子接地保护并作用于信号。三、发电机过电流保护的特点1.当发电机和变压器间没有分支线时，可以用发电机的过电流保护作为整组的保护。2.当发电机和变压器间有分支线时，发电机的过电流保护应有两个时限，第I段时限动作于高压侧断路器，第II段时限断开所有侧断路器及励磁开关。