发电机常用保护

同步发电机保护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——失步保护保护出口方式停机：断开发电机断路器、灭磁，关闭主汽门。解列灭磁：断开发电机断路器，灭磁，汽轮机甩负荷。解列：断开发电机断路器，汽轮机甩负荷。减出力：将原动机出力减到给定值。程序跳闸：首先关闭主汽门，待逆功率继电器动作后，再跳开发电机断路器并灭磁。G60保护单相接线示意图G60保护功能设备编号功能21P后备阻抗保护24过激磁（V/Hz）25同期27P相低电压27TN中性点三次谐波低电压27X辅助低电压32灵敏性功率方向40失磁46发电机不平衡（负序反时限）50G接地速断过流50N零序速断过流50P相速断过流50/27意外激磁设备编号功能51G接地延时过流51P相延时过流59N零序过电压59P相过电压59X辅助过电压59_2负序过电压64TN定子100%接地67N零序方向过电流67P相方向过电流68/78失步81O超频率81U低频率87S发电机差动l发电机纵差动保护（G60）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：全停，同时启动断路器失灵保护。2;NSTSRNSTSdIIIIII制动电流差动电流选择：一般可以按照如下方式比率制动差动元件动作特性各值的整定原则•比率差动启动值：按躲过正常运行情况下可能产生的差电流整定，推荐设置范围是0.1–0.3pu（发电机额定电流）•比率差动制动斜率1：按照保证发电机在最大负荷电流情况下，差动元件不动作整定•比率制动拐点1：大于发电机的最大负荷电流•比率制动拐点2：按CT开始饱和的电流值整定。•比率差动制动斜率2：按照确保在区外严重故障，由于CT饱和而导致差电流很大时，元件不能误动。•穿越区是继电器自动计算，使曲线在制动斜率1（SLOPE1）和斜率2（SLOPE2）之间光滑拟合的区域。CT饱和探测元件•作用：防止发电机附近的区外故障和升压变压器空载投入时引起保护误动作。•CT饱和探测元件工作原理：通过计算来判断CT是否饱和，若CT饱和，还需要去判断是否为保护区内故障，即通过两侧电流的方向探测来实现，若区内故障，则允许差动保护动作跳闸，否则闭锁保护。差动元件逻辑图差动元件工作情况（以A相为例）•A相差动元件启动、CT未饱和，则A相差动元件出口跳闸•A相差动元件启动、CT饱和，并判断为区内故障，则A相差动元件出口跳闸•A相差动元件启动、CT饱和，并判断为区外故障，则A相差动元件不出口跳闸发电机匝间短路保护•作用：作为发电机匝间短路的主保护•原理：保护是按照反应发电机机端对中性点零序电压原理构成的•出口逻辑关系：零序电压元件动作、负序功率方向元件不动作，TV断线判别元件不动作，则保护动作。•出口方式:全停、启动快切、启动断路器失灵KWNKVZ&TV2U2I闭锁元件断线TV阻波器三次谐波出口1动作值整定•按保证正常运行不动作考虑,所以躲过发电机正常运行时TV的不平衡零序电压保护工作情况•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。•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。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单相接地保护三、发电机100%定子接地保护定子单相接地故障的零序电流、电压GC0ABC0CTA机端零序电流特点及对相应保护的影响•机端流过的零序电流：接地故障来反映发电机定子绕组保护线不适合采用零序电流因此发电机变压器组接大；元件越多，零序电流越发电机机压母线连接的0033UcjIAEBECEAUBUCUAE0U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。的百分数短路的匝数占总匝数EU3302．反应基波零序电压的接地保护VUZtKTTVSB信号反应机端基波零序电压的发电机定子绕组接地保护（85%接地保护）•作用：作为发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，经短延时发信号；长延时解列灭磁、启动快切、启动断路器失灵。1．定子单相接地时三次谐波电压的特点NSNSNSUUUUUU333333:5.00:0.15.0范围内接地时定子绕组的范围内接地时定子绕组的正常运行：2．反应三次谐波电压的接地保护•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5０％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.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。区基波零序电压保护保护区三次谐波电压保护保护05.0发电机的失磁保护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。２、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，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。３、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。一、发电机失磁过程中的机端测量阻抗edsqsinXUEPd2sedsqXUcosXUEQqEgIdXgUsXsUsgsgsgsggmjXIUIXIjUIUZ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有功基本不变（失磁PnPPPPEeJq):900失磁到失步前阻抗变化轨迹sgsgsgsggmjXIUIXIjUIUZ0dXjdjXjXRsjXPUS22mZj2s2sss2se2PUjX2PU•等有功阻抗圆临界失步点阻抗变化轨迹2202290jSdSdmdSeeXXjXXjZXUQ0RsjXomZ•等无功阻抗圆失步后的异步运行dmdaddmXjZsjXjXjXZs::0900dXadXmUmIfXDXSrDSrfdjX0jXR异步阻抗圆djX0dXjdjXjXRsjX5.0P85.0P8.0P机端测量阻抗末端轨迹沿等有功圆由第Ⅰ象限进入第Ⅳ象限，机端测量阻抗进入第Ⅳ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）延时失磁保护的构成方式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0jXRdjX各测量元件判椐额定功率时动作发电机异步功率大于（失磁以后异步运行时，发电机过功率元件机空载励磁电压时动作发电）：低于（转子低电压元件（时动作）：低于机端低电压元件（时动作）：低于系统低电压元件（圆内，动作）：机端测量阻抗进入阻抗元件（)5.04.0:)()8.06.0%75%85PVfdUUUUZNglNhlg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，过功率元件动作，则保护经延时发出信号，同时作用于减负荷。•2、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，机端低电压元件动作，则保护经延时发出信号，并动作于解列灭磁、启动快切、启动断路器失灵。•.•3、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，系统低电压元件动作，则保护经延时发出信号，同时作用于解列灭磁•启动快切、启动断路器失灵。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：通过测量计算转子绕组对地的绝缘电阻来判断转子绕组是否一点接地。保护输入端与转子负极及大轴相连。出口方式：当转子对地绝缘电阻大幅度下降时，（8-10K）保护动作于信号发电机的单相低电压启动的过电流和负序电流保护•单相低电压启动过电流部分主要作为发电机和升压变三相短路的后备保护•负序电流保护部分主要作为转子发热的主保护,同时兼做发电机和升压变两相短路的后备保护•出口方式：保护延时动作于解列灭磁、启动快切、启动断路器失灵。保护动作值整定原则•过电流元件：按发电机在额定负荷情况下能可靠返回的条件整定。•低电压元件：按正常运行情况下机端可能出现最低工作电压时，该元件不动作条件整定。•负序过电流元件：按防止负序电流导致转子过热损坏的条件整定。TANTVNmmmnInUIUZ//TATANPnnZ85.0发电机转子发热特性方程AtI22A——发电机允许过热时间常数，它与发电机容量、冷却方式等有关，非强迫冷却的发电机，A≈30；直接冷却的100-300MW汽轮发电机，A=6-15；600MW汽轮发电机的设计值A=4。定时限负序电流保护动作值整定stIIstAItAIoperNoperNoper53)5.0,120,30:(则若设定时限负序电流保护与发热特性配合情况021305120fbc5.00.15.10.25.20.3*2I)(sta2*230It反时限负序电流保护*2I0)(st2*2IAt性曲线动作特)a（*2I0)(st2*2IAt性曲线动作特)b（TANTVNmmmnInUIUZ//TATANPnnZ85.0大型发电机，由于有效材料利用率的提高，发电机热容量降低，从而使发电机的过负荷能力大大降低。为了充分利用发电机的过载能力而又不致损坏发电机，在大型发电机的定子、转子、励磁绕组都采用反时限特性的过负荷保护。发电机负序电流反时限保护作用：反映发电机转子表层过热的一种保护，避免发电机转子受大的负序电流伤害。基本原理：通过测量发电机定子绕组负序电流大小来反映转子的过热情况。出口方式：当定子绕组中的负序电流大于反时限启动电流时，保护动作时间与电流大小成反比，出口动作于解列灭磁、启动快切、启动断路器失灵。（G60）发电机不平衡反时限曲线*2It*2IKt负序反时限电流保护整定l反时限部分的启动定值：一般是按照发电机能长期承受的最大负序电流整定。•发电机的负序能力常数（K）：由发电机制造厂家提供•反时限的最小动作时间：防止负序电流元件切除应由其它保护切除的故障。•反时限的最大动作时间：用于较小的负序电流。••发电机的过负荷保护•作用：主要作为发电机对称过负荷保护•动作值整定：按照发电机长期允许的负荷电流下能可靠返回整定•出口方式：延时发信号发电机的负序过负荷保护•作用：主要