继电保护(发电机)

2020/6/8电力系统继电保护1发电机保护发电机的故障和不正常运行状态及其保护方式发电机相间短路的纵差动保护发电机定子绕组匝间短路保护发电机定子绕组单相接地保护发电机失磁保护发电机励磁回路接地保护发电机负序电流保护发电机的其他保护2020/6/8电力系统继电保护22-1发电机故障和不正常状态及保护方式1、发电机的故障及其危害、保护方式定子绕组的相间短路：巨大的短路电流，烧坏发电机瞬时动作的纵差动保护定子绕组匝间短路（同相同分支、同相异分支）：巨大的短路电流，烧坏发电机瞬时动作的匝间短路保护定子单相接地（绕组对铁芯短接）：电弧灼伤铁芯、破坏绕组绝缘、故障发展100%定子绕组接地保护2020/6/8电力系统继电保护32-1发电机故障和不正常状态及保护方式失磁（完全失磁、部分失磁）：危害发电机、影响系统的安全失磁保护转子一点、二点接地故障：二点接地引起机组剧烈振动转子一点接地保护和二点接地保护2020/6/8电力系统继电保护42、发电机不正常运行状态及其保护方式定子绕组负荷不对称运行（出现负序电流）：定子绕组不对称过负荷保护（转子表层过热保护）定子绕组对称过负荷：对称过负荷保护转子绕组过负荷：转子绕组过负荷保护逆功率：逆功率保护过激磁：过激磁保护系统振荡引起发电机失步：失步保护其他保护：定子绕组过电压保护、低频运行保护、非全相运行保护等2020/6/8电力系统继电保护53、保护装置的控制对象——保护出口方式（1）发变组全停：跳主变高压侧、发电机、高厂变，灭磁，关主汽门，厂用电切换（2）解列灭磁：跳发电机、高厂变，灭磁，汽轮机甩负荷（3）解列：跳发电机（4）减出力：减少汽轮机输出功率（5）发信号：发出声、光信号（6）母线解列：对双母线系统，断开母线联络断路器2020/6/8电力系统继电保护63、保护装置的控制对象——保护出口方式（1）发变组全停：跳主变高压侧、发电机、高厂变，灭磁，关主汽门，厂用电切换（2）停机：跳发电机，灭磁，关主汽门（3）解列灭磁：跳发电机，灭磁，汽轮机甩负荷（4）解列：跳发电机（5）孤岛运行：跳主变高压侧、汽轮机减负荷带厂用（6）程序跳闸：关主汽门，逆功率动作，跳发电机，灭磁（7）减励磁（8）减出力：减少汽轮机输出功率（9）厂用电源切换（10）发信号：发出声、光信号（11）母线解列：对双母线系统，断开母线联络断路器2-2发电机相间短路的纵差动保护作用：反应发电机内部定子绕组及其引出线相间短路，主保护，外部故障不误动配置：在发电机中性点和靠近发电机出口断路器处分别按相装设型号、变比相同的电流互感器，二次侧按环流法连接原理：比较发电机绕组两端电流的大小和相位，正常和外部故障时：相同；内部故障时不同2020/6/8电力系统继电保护81、基本原理1IG~KATA1TA22I11TAnI22TAnIKA：差动继电器，接差动回路正常运行或外部故障时KA的电流：121222120KATATAIIIIInnKA不动作保护区内故障时KA的电流：12122212KKATATATAIIIIIInnn当时,KA动作KAsetIITA1、TA2：同型号同变比2020/6/8电力系统继电保护9G~KATA1TA21I2I11TAnI22TAnI实际正常运行及外部故障时：12220II不平衡电流流入KA的电流：1222unbIIITAKiunpstunbnIfKKI/)3(max.max.iunpstfKK-同型系数，取0.5-非周期分量影响系数,取1~1.5-TA最大误差系数,取0.1KA的动作电流max.max.unbrelopunbopIKIII问题：动作电流大，灵敏度低提高灵敏度：减小动作电流0103()op.minNI.~.I1、基本原理2020/6/8电力系统继电保护102-3发电机子绕组匝间短路保护1、单继电器式横差保护定子绕组每相两并联分支分别接成星形，两个星形中性点连接线上接入TA，经高次谐波过滤器Z接至电流继电器KA。用于定子绕组每相有两个并联支路且每一支路中性点侧都有引出端的发电机，反应定子绕组的匝间短路。2020/6/8电力系统继电保护11正常运行或外部故障时，两中性点等电位，连接线上无电流或仅有数值不大的不平衡电流通过，保护不动作。定子绕组匝间短路，故障相绕组的两个分支的电势不等，因而在定子绕组中出现环流，通过中性点连线，若该电流大于保护的动作电流，则保护动作。2020/6/8电力系统继电保护12（1）保护存在死区。当一个分支短路匝数很小或两分支短路时匝数相近时，中性点连线上通过的电流可能小于继电器动作值，保护装置不动作。（2）三次谐波引起保护可能误动作。正常运行情况下，若三相电动势的波形中含有三次谐波及三次谐波的倍数次谐波分量，且当任一支路的三次谐波电动势与其他支路不相等时，将有三次谐波流过电流互感器。为此，采用了高次谐波滤过器Z，使高次谐波电流不致流入电流继电器KA。（3）励磁回路发生两点接地故障时，单继电器式横差动保护可能动作。定子同一相的两并联分支回路电动势不等，形成环流。若其值大于保护动作值，将使横差动保护动作。励磁回路发生一点接地后，利用切换片SO将横差保护切换到带时限动作于跳闸。动作时限通常可取为0.5~1S。讨论：2020/6/8电力系统继电保护132-3发电机定子绕组匝间短路保护2、反应发电机各相对中性点的零序电压匝间短路保护原理：发生匝间短路时，机端三相电压对发电机中性点不对称，出现零序电压。配置：TV一次绕组中性点与发电机中性点直接连接，电压互感器TV测量该零序电压,TV开口三角侧接入三次谐波滤波器Z及零序过电压继电器KV。2020/6/8电力系统继电保护14（1）三次谐波滤波器用于减小发电机正常运行时固有三次谐波对保护的影响。TZJ（2）零序电压继电器的动作电压应躲过正常运行和外部故障时三次谐波滤波器输出的最大不平衡电压——采取外部故障时闭锁保护的措施。这样，零序电压继电器的动作电压只需按躲过正常运行时的不平衡电压整定。KWN（3）TV回路断线时可能造成保护误动作，因此需要装设电压回路断线闭锁装置。（4）原理简单，灵敏度较高，能反应零序电压的匝间短路保护，还能反应定子绕组开焊故障。适用于中性点只有三个引出端的发电机匝间短路保护，但是保护接线复杂。讨论：2020/6/8电力系统继电保护152020/6/8电力系统继电保护162-4发电机定子绕组单相接地保护产生：发电机定子绕组与铁心间绝缘遭到破坏（铁心接地）主要危害：接地电流产生电弧烧伤铁心，铁心叠片烧结，维修困难接地电流破坏绕组绝缘，扩大事故发电机定子绕组接地保护：安全电流：不产生电弧的单相接地电流接地电流小于安全电流：保护动作于信号接地电流大于安全电流：保护立即动作于跳闸停机对大中型发电机定子绕组接地保护的基本要求：对绕组有100%的保护范围经过渡电阻接地故障，应有足够灵敏度2020/6/8电力系统继电保护171、零序电压保护的基本原理10KUA相绕组距中性点处单相接地ACCKABBKAAAKEEUEEUEEUACKBKAKEUUUU330UEUA00U%10U10010CBAAEBECEKAECKUBKUAKU0U零序电压随接地点位置α而变化。2020/6/8电力系统继电保护18(1）大机组中性点采用高阻接地。小机组中性点装设消弧线圈，抵消单相接地时的电容电流，使接地电流减小到允许值以下。为防止系统运行方式改变时，产生谐振，引起过电压，出口有直供负荷时，采用过补偿方式，即IL＞Ic，无直供负荷时，采用欠补偿。(2）当发电机定子绕组单相接地时，利用零序电压随接地点而变化的特点，可以构成基波零序电压保护以及在此基础上的某些100％定子接地保护。讨论：2020/6/8电力系统继电保护19（3）利用内部故障与外部故障流过零序电流互感器TA0的零序电流数值不同的特点，可以构成零序电流接地保护。发电机外部单相接地时，流过TA0的零序电流为发电机本身的电容电流。流过接地点的电流为发电机电容电流与电网电容电流之和，具有电容性质并与α成正比，机端附近接地时其值最大。发电机内部单相接地时，流过TA0的零序电流为除发电机以外的全部发电机电压电网电容电流。流过接地点的电流为发电机电容电流与电网电容电流之和，具有电容性质并与α成正比，机端附近接地时其值最大。讨论：2020/6/8电力系统继电保护20（1）定子接地点的接地电流不应超过安全电流，一般地，应小于1.0~1.5A，以保证发电机定子铁芯的安全。（2）定子接地保护应有100％保护区，不允许存在死区。（3）保护区内任何一点发生接地故障，保护应有足够灵敏度。发电机100%定子接地保护的要求：对于中小型发电机而言，由于认为在正常运行时，中性点电位等于或接近于零，发生绝缘击穿的可能性极小，保护有死区还是可以允许的。对于双水内冷的大型发电机，要求具有100％保护区且灵敏度较高的定子接地保护。2020/6/8电力系统继电保护21(1）反应三次谐波电压的方式。它能可靠地覆盖零序电压保护的死区，与零序电压保护一起组成100%定子接地保护。(2）利用外加电源进行对地检测，以实现100％保护。如中性点外加工频电压法、人工二次谐波电流法，外加低频电压或编码信号以及外加直流电源等。(3）利用接地故障产生的行波以实现保护。发电机定子100％接地保护实现的方法：2020/6/8电力系统继电保护22UEUA00U%10U10010零序电压保护~V0动作电压：5~10V保护死区：%10~%51、基波零序电压保护2020/6/8电力系统继电保护232、三次谐波零序电压保护正常运行时的三次谐波电压tCMCMCSEU233E2MC2MCtCNUSUtCMCtCMCNEU23SNUU定子单相接地时的三次谐波电压NUSU3E2MC2)1(MCtC3)1(E3)1(EUS3EUN1SNUU2020/6/8电力系统继电保护24正常运行时的三次谐波电压关系SNUUSNUU%50SNUU%50定子单相接地时的三次谐波电压关系1SNUU+基波零序电压保护SNUU3E1NUSU0.5100%保护范围：基波零序电压：机端侧约90%保护范围，机端短路灵敏度最高三次谐波：中性点侧约50%保护范围，中性点短路灵敏度最高2、三次谐波零序电压保护2020/6/8电力系统继电保护252-5发电机励磁回路的接地保护励磁回路接地：（1）励磁回路一点接地：不会形成接地电流通路，因此对发电机无直接危害。但励磁回路对地电压将增加，在最不利情况下，将比正常时增大一倍，因而容易导致第二点接地。（2）励磁回路发生两点接地：部分励磁绕组被短接，造成转子磁场发生畸变，致使机组振动。故障点电弧将烧坏转子绕组与铁芯。接地电流可能使汽轮机汽缸磁化。对于大型汽轮发电机，宜采用动作于信号的励磁回路一点接地保护和动作于停机的两点接地保护。2020/6/8电力系统继电保护262-6发电机失磁保护失磁：励磁电流异常下降或励磁电流完全消失的故障。励磁回路异常下降：励磁电流的降低超过了静态稳定极限所允许的程度。造成失磁的主要原因：主励磁机或副励磁机故障、励磁系统故障、操作上过量调整以及励磁回路开路等。对不允许失磁运行的发电机，失磁保护应动作于跳闸。对允许失磁运行的发电机，失磁保护动作于发信号，并要求失磁保护与切换励磁、自动减载等自动控制相结合，以取得发电机失磁后的最好处理效果。2020/6/8电力系统继电保护27失磁对电力系统的危害：(1）低励或失磁的发电机将从系统吸收无功，引起系统电压下降。如果系统无功储备不足，将使邻近故障机组的系统某点电压低于允许值，使电源与负荷间失去稳定，甚至造成电力系统因电压崩溃而瓦解。(2）一台机失磁电压下降，电力系统中的其他机组在