第二十一講發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)

.,第二十一講發(fā)電機(jī)的負(fù)序過(guò)電流保護(hù)失磁保護(hù)和母線(xiàn)保護(hù),.,主要內(nèi)容1.掌握發(fā)電機(jī)負(fù)序過(guò)電流保護(hù)的作用2.掌握發(fā)電機(jī)失磁進(jìn)入異步運(yùn)行時(shí)，對(duì)電力系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)的危害3.掌握發(fā)電機(jī)失磁機(jī)端測(cè)量阻抗的變化軌跡4、什么是失磁發(fā)電機(jī)的等有功阻抗園、等無(wú)功阻抗園和臨界失步園5、簡(jiǎn)述母線(xiàn)常見(jiàn)的故障類(lèi)型及相應(yīng)的保護(hù)方式6、掌握母線(xiàn)完全差動(dòng)保護(hù)和相位差動(dòng)保護(hù)的基本原理,.,發(fā)電機(jī)的負(fù)序過(guò)電流保護(hù),一、負(fù)序電流保護(hù)的作用在電力系統(tǒng)中發(fā)生不對(duì)稱(chēng)短路或正常運(yùn)行情況下三相負(fù)荷不平衡時(shí)，在發(fā)電機(jī)繞組中將出現(xiàn)負(fù)序電流，該電流將在轉(zhuǎn)子回路中感應(yīng)出倍頻電流引起轉(zhuǎn)子過(guò)熱，危害發(fā)電機(jī)安全。為使轉(zhuǎn)子不致過(guò)熱，負(fù)序電流與允許它通過(guò)過(guò)發(fā)電機(jī)的時(shí)間的關(guān)系為,t,發(fā)電機(jī)負(fù)序電流與允許它通過(guò)的時(shí)間關(guān)系曲線(xiàn),.,I2*-為以發(fā)電機(jī)額定電流倍數(shù)表示的負(fù)序電流的標(biāo)幺值;A允許過(guò)熱時(shí)間常數(shù)曲線(xiàn)表明發(fā)電機(jī)允許負(fù)序電流持續(xù)的時(shí)間t是隨大小而變化的。I2*大時(shí)，允許的時(shí)間短，I2*小時(shí)，允許的時(shí)間長(zhǎng)。這種變化的特性稱(chēng)為反時(shí)限特性。為此發(fā)電機(jī)應(yīng)裝設(shè)負(fù)序過(guò)電流保護(hù)。,二、負(fù)序定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)段：經(jīng)t1(4s)延時(shí)動(dòng)作于跳閘。段：,.,經(jīng)t2(5-10)s延時(shí)動(dòng)作于序信號(hào),兩段負(fù)序定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作特性與發(fā)電機(jī)允許負(fù)序電流曲線(xiàn)的配合情況,分析：（1）在ab段內(nèi)：t1t允許，對(duì)發(fā)電機(jī)不安全；（2）在bc段內(nèi)：t1t,可保證發(fā)電機(jī)安全，但沒(méi)有充分利用發(fā)電機(jī)承受負(fù)序電流的能力。,.,（3）在cd段內(nèi)，保護(hù)裝置段不會(huì)動(dòng)作，只能由段動(dòng)作于發(fā)信號(hào)，靠運(yùn)行人員去處理。在靠近c(diǎn)點(diǎn)部分，允許時(shí)間較短，實(shí)際上來(lái)不及處理，所以在此區(qū)段內(nèi)，對(duì)發(fā)電機(jī)是不安全的。,（4）在dc段內(nèi)，保護(hù)不反應(yīng)。結(jié)論：兩段式負(fù)序定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作特性與發(fā)電機(jī)允許的負(fù)序電流曲線(xiàn)不能很好配合，且不能反應(yīng)負(fù)序電流變化時(shí)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的熱積累過(guò)程。,.,三、負(fù)序反時(shí)限過(guò)流保護(hù),反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)是一種動(dòng)作時(shí)間隨通過(guò)電流的增大而減小的保護(hù)。反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)的特性與發(fā)電機(jī)允許的負(fù)序電流曲線(xiàn)相配合，如圖所示。即動(dòng)作特性在運(yùn)行負(fù)序電流曲線(xiàn)的上面，這樣可避免在發(fā)電機(jī)還沒(méi)有達(dá)到危險(xiǎn)狀態(tài)時(shí)就被切除。次時(shí)保護(hù)的動(dòng)作特性可表示為,式中與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的溫升特性，溫升裕度等因素有關(guān)的常數(shù)。,發(fā)電機(jī)反時(shí)限負(fù)序電流保護(hù)的特性,.,發(fā)電機(jī)的失磁運(yùn)行及其產(chǎn)生的影響一、失磁的原因：（1）勵(lì)磁回路開(kāi)路、勵(lì)磁繞組斷線(xiàn)、滅磁開(kāi)關(guān)誤動(dòng)作、勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置的自動(dòng)開(kāi)關(guān)誤動(dòng)、可控硅勵(lì)磁裝置中部分元件損壞；（2）勵(lì)磁繞組由于長(zhǎng)期發(fā)熱，絕緣老化或損壞引起短路；（3）運(yùn)行人員誤調(diào)整等。發(fā)電機(jī)失磁后，它的各種電氣量和機(jī)械量都會(huì)發(fā)生變化。將危及發(fā)電機(jī)的安全。,發(fā)電機(jī)的失磁保護(hù),系統(tǒng)等值電路,.,功角特性關(guān)系：,PT原動(dòng)機(jī)功率；P同步功率；PM異步功率；轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程：,-電氣角加速度；TJ機(jī)組的慣性時(shí)間常數(shù),.,發(fā)電機(jī)從失磁到進(jìn)入穩(wěn)態(tài)的異步運(yùn)行，一般可分為三個(gè)階段：,（一）失步前（90）,Ilc減小，Ed減小，增大；維持P=PT;定子電流隨的增大而增大；,Q緩慢減小。當(dāng)=90時(shí)，,即從系統(tǒng)吸收無(wú)功功率。機(jī)端電壓下降。,（二）開(kāi)始失步（90180在較大時(shí)，由于轉(zhuǎn)子相對(duì)速度很大，發(fā)電機(jī)調(diào)速器必然動(dòng)作，關(guān)小汽門(mén)或水門(mén)，減小原動(dòng)機(jī)輸入的功率，使轉(zhuǎn)子減慢。,當(dāng)P+Pac=PT時(shí)，發(fā)電機(jī)運(yùn)行在穩(wěn)定的異步狀態(tài)。同步功率隨著的變化將呈周期振蕩狀態(tài)，各電氣量也都相應(yīng)地將周期性的擺動(dòng)。,.,（四）失磁后的影響,對(duì)電力系統(tǒng)：（1）發(fā)電機(jī)失磁后，不但不能向系統(tǒng)送出無(wú)功功率，而且還要從系統(tǒng)吸收無(wú)功功率。將造成系統(tǒng)電壓下降；（2）為了供給失磁發(fā)電機(jī)無(wú)功功率，可能造成系統(tǒng)中其它發(fā)電機(jī)過(guò)電流；（3）發(fā)電機(jī)失磁失步后，將造成系統(tǒng)振蕩，甩掉大量負(fù)荷。,.,對(duì)發(fā)電機(jī)：（1）發(fā)電機(jī)失磁后，轉(zhuǎn)子和定子磁場(chǎng)間出現(xiàn)了速度差，則在轉(zhuǎn)子回路中感應(yīng)出轉(zhuǎn)差頻率的電流，引起轉(zhuǎn)子局部過(guò)熱。（2）發(fā)電機(jī)受交變的異步電磁力矩的沖擊而發(fā)生振動(dòng)，轉(zhuǎn)差率越大，振動(dòng)越厲害。可見(jiàn)，失磁后，若不失步，無(wú)直接危害。失步后，對(duì)發(fā)電機(jī)及系統(tǒng)有不利影響。故應(yīng)裝設(shè)失磁保護(hù)。,.,等有功阻抗圖(90),系統(tǒng)等值電路圖,二、失磁發(fā)電機(jī)機(jī)端測(cè)量阻抗的變化軌跡,.,等有功阻抗圓,.,結(jié)論：（1）園的大小與有功功率的大小有關(guān)，功率越小，園的直徑越大；（2）失磁前，發(fā)電機(jī)向系統(tǒng)送有功功率和無(wú)功功率，為正，測(cè)量阻抗在第一象限；失磁后，無(wú)功功率由正變負(fù)，角由正值向負(fù)值變化，測(cè)量阻抗也逐漸向第四象限過(guò)渡，失磁前，發(fā)電機(jī)送出的有功功率越大，進(jìn)入第四象限的時(shí)間越短。（3）等有功阻抗園的圓心坐標(biāo)與聯(lián)系阻抗Xs有關(guān)。可見(jiàn)，失磁后，ZJ向第四象限移動(dòng)，且最終將穩(wěn)定在第四象限內(nèi)。,.,等無(wú)功阻抗圓(=90),.,臨界失步(或靜穩(wěn)極限)阻抗圓,.,臨界電壓值（臨界電壓園）,發(fā)電機(jī)失磁后，系統(tǒng)某一點(diǎn)電壓下降到使機(jī)組不能穩(wěn)定運(yùn)行，此為臨界電壓值,整理后：,.,臨界電壓阻抗園,.,三、失磁保護(hù)的主要判據(jù),1.主要判據(jù),現(xiàn)在大型同步發(fā)電機(jī)的失磁保護(hù)都是利用定子回路參數(shù)變化來(lái)檢測(cè)失磁故障?？勺鳛槭Т疟Ｗo(hù)的判據(jù)有：（1）無(wú)功功率改變方向；（2）機(jī)端測(cè)量阻抗超越靜穩(wěn)邊界阻抗園的邊界；（3）機(jī)端測(cè)量阻抗進(jìn)入異步邊界阻抗園?？勺鳛槭Т疟Ｗo(hù)的定子判據(jù)，還有反應(yīng)發(fā)電機(jī)感應(yīng)電勢(shì)衰減及消失、功角增大等。,.,2.輔助判據(jù)為了保證保護(hù)動(dòng)作的選擇性，還需要用非正常運(yùn)行狀態(tài)下的某些特征，作為輔助判據(jù)如下：（1）勵(lì)磁電壓下降；（2）不出現(xiàn)負(fù)序分量；（3轉(zhuǎn)子電流減?。唬?）用延時(shí)躲振蕩。,.,3.失磁保護(hù)的構(gòu)成方案,（1）以失磁阻抗繼電器作主要判據(jù)而構(gòu)成失磁保護(hù)程度方案,發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)方案圖,.,（2）整定值能自動(dòng)隨有功功率P變化的轉(zhuǎn)子低電壓失磁繼電器作主要判據(jù)而構(gòu)成失磁保護(hù)的方案,.,（3）穩(wěn)態(tài)異步運(yùn)行阻抗圓,.,發(fā)電機(jī)異步運(yùn)行等值電路,異步運(yùn)行阻抗圓,.,母線(xiàn)保護(hù),一、裝設(shè)母線(xiàn)保護(hù)的基本原則,1.利用供電元件的保護(hù)裝置切除母線(xiàn)故障。,利用發(fā)電機(jī)的過(guò)電流保護(hù)切除母線(xiàn)故障,.,利用變壓器的過(guò)電流保護(hù)切除低壓母線(xiàn)故障,.,在雙電源網(wǎng)絡(luò)上，利用電源側(cè)的保護(hù)切除母線(xiàn)故障,2.裝設(shè)專(zhuān)門(mén)的母線(xiàn)保護(hù)。,電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程規(guī)定下列情況應(yīng)裝設(shè)專(zhuān)門(mén)的母線(xiàn)保護(hù)：,（1）在110kV及以上的雙母線(xiàn)和分段單母線(xiàn)上，為保證有選擇性地切除任一組（或段）母線(xiàn)上所發(fā)生的故障，而另一組（或段）無(wú)故障的母線(xiàn)仍能繼續(xù)運(yùn)行，應(yīng)裝設(shè)專(zhuān)門(mén)的母線(xiàn)保護(hù)。,（2）110kV及以上的單母線(xiàn)，主要發(fā)電廠的35kV母線(xiàn)或高壓側(cè)位110kV及以上的重要降壓變電所的35kV母線(xiàn)，按照裝設(shè)全線(xiàn)速動(dòng)保護(hù)的要求必須快速切除母線(xiàn)上的故障時(shí)，應(yīng)裝設(shè)專(zhuān)門(mén)的母線(xiàn)保護(hù)。,.,1.在正常運(yùn)行以及母線(xiàn)范圍以外故障時(shí)，在母線(xiàn)所有連接元件中，流入的電流和流出的電流相等；2.當(dāng)母線(xiàn)上發(fā)生故障時(shí)，所有與電源有連接元件都向故障點(diǎn)供給短路電流，而在供電給負(fù)荷的連接元件中電流等于零；3.從相位來(lái)看，在正常運(yùn)行以及外部故障時(shí)，至少有一個(gè)元件中的電流相位和其余元件中的電流相位相反。而當(dāng)母線(xiàn)故障時(shí)除電流等于零的元件以外，其它元件中的電流則是同相位的。,二、實(shí)現(xiàn)母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)的基本原則,.,三、幾種常用的母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù),1.母線(xiàn)完全電流差動(dòng)保護(hù),整定計(jì)算：按躲過(guò)外部故障最大不平衡電流整定,Krel-可靠系數(shù)，取1.3,靈敏度,.,2.電流比相式母線(xiàn)保護(hù)工作原理,正常運(yùn)行或外部故障時(shí),內(nèi)部故障時(shí),利用比相元件比較各元件中電流的相位，判斷區(qū)內(nèi)外故障，從而構(gòu)成保護(hù)。,.,保護(hù)的構(gòu)成：,電流比相式母線(xiàn)保護(hù)只與電流的相位有關(guān)，二與電流的幅值大小無(wú)關(guān)。因此不須考慮不平衡電流的影響，提高了保護(hù)的靈敏度；不要求采用型號(hào)和同變比的電流互感器，增加了使用的靈活性。由于每條母線(xiàn)都裝設(shè)這種保護(hù)，從而克服了一般母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)不適應(yīng)母線(xiàn)運(yùn)行方式改變的缺點(diǎn)。,.,3.雙母線(xiàn)固定連接的母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù),組成：第一組：由電流互感器1、2、5和差動(dòng)繼電器1CJ組成，用以選擇第組母線(xiàn)上的故障。第二組：由電流互感器3、4、6和差動(dòng)繼電器2CJ組成，用以選擇第組母線(xiàn)上的故障。第三組：由電流互感器16和差動(dòng)繼電器3CJ組成的完全電流差動(dòng)保護(hù)，作為整套保護(hù)的起動(dòng)元件。,.,組成：第一組：由電流互感器1、2、5和差動(dòng)繼電器1CJ組成，用以選擇第組母線(xiàn)上的故障。第二組：由電流互感器3、4、6和差動(dòng)繼電器2CJ組成，用以選擇第組母線(xiàn)上的故障。第三組：由電流互感器16和差動(dòng)繼電器3CJ組成的完全電流差動(dòng)保護(hù)，作為整套保護(hù)的起動(dòng)元件。,正常運(yùn)行或外部故障時(shí)，流入1CJ、2CL、3CJ的電流均為不平衡電流，保護(hù)不會(huì)動(dòng)作。,.,組成：第一組：由電流互感器1、2、5和差動(dòng)繼電器1CJ組成，用以選擇第組母線(xiàn)上的故障。第二組：由電流互感器3、4、6和差動(dòng)繼電器2CJ組成，用以選擇第組母線(xiàn)上的故障。第三組：由電流互感器16和差動(dòng)繼電器3CJ組成的完全電流差動(dòng)保護(hù)，作為整套保護(hù)的起動(dòng)元件。當(dāng)?shù)诮M母線(xiàn)故障時(shí)繼電器1CJ、3CJ流入全部短路電流，故1CJ、3CJ起動(dòng)，使斷路器1DL、2DL、5DL跳閘，切除母線(xiàn)故障。繼電器2CJ流入不平衡電流，不會(huì)動(dòng)作，母線(xiàn)繼續(xù)運(yùn)行。,.,組成：第一組：由電流互感器1、2、5和差動(dòng)繼電器1CJ組成，用以選擇第組母線(xiàn)上的故障。第二組：由電流互感器3、4、6和差動(dòng)繼電器2CJ組成，用以選擇第組母線(xiàn)上的故障。第三組：由電流互感器16和差動(dòng)繼電器3CJ組成的完全電流差動(dòng)保護(hù)，作為整套保護(hù)的起動(dòng)元件。當(dāng)?shù)诮M母線(xiàn)故障時(shí)繼電器3CJ、4CJ流入全部短路電流，故3CJ、4CJ起動(dòng)，使斷路器3DL、4DL、5DL跳閘，切除母線(xiàn)故障。繼電器1CJ流入不平衡電流，不會(huì)動(dòng)作，母線(xiàn)繼續(xù)運(yùn)行。,.,組成：第一組：由電流互感器1、2、5和差動(dòng)繼電器1CJ組成，用以選擇第組母線(xiàn)上的故障。第二組：由電流互感器3、4、6和差動(dòng)繼電器2CJ組成，用以選擇第組母線(xiàn)上的故障。第三組：由電流互感器16和差動(dòng)繼電器3CJ組成的完全電流差動(dòng)保護(hù)，作為整套保護(hù)的起動(dòng)元件。當(dāng)固定連接破壞時(shí)，區(qū)外故障，繼電器1CJ、2CJ都將流入較大的差電流而誤動(dòng)。但繼電器3CJ仍流過(guò)不平衡電流，但它不會(huì)動(dòng)作，可以保證保護(hù)不會(huì)誤跳閘。,組成：,.,組成：第一組：由電流互感器1、2、5和差動(dòng)繼電器1CJ組成，用以選擇第組母線(xiàn)上的故障。第二組：由電流互感器3、4、6和差動(dòng)繼電器2CJ組成，用以選擇第組母線(xiàn)上的故障。第三組：由電流互感器16和差動(dòng)繼電器3CJ組成的完全電流差動(dòng)保護(hù)，作為整套保護(hù)的起動(dòng)元件。當(dāng)固定連接破壞時(shí)，第母線(xiàn)故障繼電器1CJ、2CJ和3CJ都有短路電流流入，都可能動(dòng)作，兩組母線(xiàn)都可能被切除。為此，當(dāng)固定連接破壞時(shí)，保護(hù)可以連接片LP,從而只要繼電器3CJ動(dòng)作就直接跳開(kāi)所有斷路器。,.,組成：第一組：由電流互感器1、2、5和差動(dòng)繼電器1CJ組成，用以選擇第組母線(xiàn)上的故障。第二組：由電流互感器3、4、6和差動(dòng)繼電器2CJ組成，用以選擇第組母線(xiàn)上的故障。第三組：由電流互感器16和差動(dòng)繼電器3CJ組成的完全電流差動(dòng)保護(hù)，作為整套保護(hù)的起動(dòng)元件。固定連接雙母線(xiàn)的電流差動(dòng)保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)是能快速而有選擇性地切除故障母線(xiàn)，保證另一母線(xiàn)繼續(xù)運(yùn)行。但它限制了系統(tǒng)運(yùn)行的調(diào)度的靈活性。當(dāng)固定連接破壞時(shí)，這種保護(hù)就不能選擇故障母線(xiàn)，這是它的不足。,.,母線(xiàn)發(fā)生故障時(shí)，母聯(lián)中電流方向從母線(xiàn)流向母線(xiàn)；母線(xiàn)發(fā)生故障時(shí)，母聯(lián)中電流方向從母線(xiàn)流向母線(xiàn)；在兩種情況下電流相位變化了180，因此，比較著兩個(gè)電流的相位，就可以選擇出故障母線(xiàn)，可見(jiàn)，不管母線(xiàn)上元件如何連接，只要母聯(lián)中電流流過(guò)，就能選擇出故障母線(xiàn)，無(wú)固定連接的要求，這是優(yōu)點(diǎn)。,母聯(lián)相位差動(dòng)保護(hù),母聯(lián)相位差動(dòng)保護(hù)的基本原理如圖所示，它利用比較母聯(lián)中電流與總電流的相位作為故障母線(xiàn)的選擇元件。,