電力統(tǒng)繼電保護第10章 發(fā)電機保護ppt課件

1、第一節(jié) 發(fā)電機的故障類型、異常工作情況和繼電保護方式相間短路匝間短路接地短路一點接地二點接地相間短路匝間短路單相接地短路定子繞組縱差動保護匝間短路保護定子接地保護轉(zhuǎn)子一點接地保護轉(zhuǎn)子兩點接地保護一點接地兩點接地轉(zhuǎn)子繞組一、故障類型及保護配置失磁失磁保護二、異常工作情況及保護配置定子繞組過電流及過負荷相間短路后備保護、過負荷保護定子繞組過電壓定子繞組過電壓保護發(fā)電機逆功率、頻率降低、失步逆功率保護低頻保護 失步保護轉(zhuǎn)子過負荷轉(zhuǎn)子過負荷保護定子正序旋轉(zhuǎn)磁場定子負序旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)子二次諧波 定子負序 轉(zhuǎn)子二次諧波電流 轉(zhuǎn)子表層過熱 100Hz的振動 定子負序過負荷、過電流保護 定子負序電流危害10.2

2、同步發(fā)電機的差動保護完全差動保護不完全差動保護相間短路相間短路匝間短路10.2.1差動保護接線完全差動保護接線無故障時無故障時相間故障時相間故障時DNT0IIIDNT0III假設(shè)每相有n個分支無故障時無故障時相間故障或匝間短路時相間故障或匝間短路時不完全差動保護接線DNT0InIIDNT0InII要點：基本原理同線路差動保護和變壓器差動保護接線簡單、不平衡電流較小接線簡單、不平衡電流較小中性點附近有死區(qū)中性點附近有死區(qū)關(guān)鍵問題是如何降低動作電流、提高靈敏度、減小死區(qū)10.2.2完全差動保護動作值整定（1保護起動電流整定1躲過外部故障產(chǎn)生的最大不平衡電流k.actrelunb.maxIK Ire

3、laperssk.maxTA0.1/K KK InTA10%誤差可靠系數(shù)1.3非周期分量系數(shù)11.3；如采取了措施去掉非周期分量影響時取1。同型系數(shù)0.5外部短路時的最大短路電流若汽輪發(fā)電機K.maxN.G8IIK.actN.GTA0.5 0.6/IIn發(fā)電機額定電流那么發(fā)電機正常運行時若TA二次回路斷線會誤動。2防止TA二次回路斷線導(dǎo)致誤動a.設(shè)TA二次回路斷線監(jiān)視裝置TAG.Nact.kn/IIb.若水輪發(fā)電機K.maxN.G5IIK.actN.GTA0.3 0.4/IIn那么.3coseeNTAPII GUen（2發(fā)電機差動保護靈敏度校驗senk.minact2KII發(fā)電機內(nèi)部故障時流過

4、保護裝置的最小短路電流。實際上應(yīng)考慮下面兩種情況：發(fā)電機與系統(tǒng)并列運行以前,在其出線端發(fā)生兩相短路,此時,差動回路串只有由發(fā)電機供給的短路電流。發(fā)電機采用自同期并列時(此時發(fā)電機先不加勵磁,因而,發(fā)電機的電勢E0),在系統(tǒng)最小運行方下,發(fā)電機出線端發(fā)生兩相短路,此時,差動回路中只有由系統(tǒng)供給的短路電流。為提高靈敏度，一般采用具有制動特性的差動繼電器。 10.2.3發(fā)電機比率制動式差動保護原理同變壓器差動保護，不平衡電流較小。dact0brkbrk0dbrkbrkbrk0act0brkbrk0ds.().IIIIIKIIIIIII動作方程actIbrkIact0Ibrk0IbrkK速斷動作區(qū)動作

5、區(qū)制動區(qū)TNbrk2III制動電流dTNIII差動電流不完全差動接線時TNFbrk2IKII制動電流K為分支系數(shù) 動作特性保護動作邏輯框圖兩種出口方式：單相出口方式及循環(huán)閉鎖出口方式特點：需設(shè)置專門的TA斷線閉鎖，當(dāng)差電流較大時解除TA斷線閉鎖，適于不完全縱差接線。單相出口方式特點：三取二，適于完全縱差接線。循環(huán)閉鎖出口方式內(nèi)外部不同相同時接地故障比率制動式發(fā)電機縱差保護定值整定1.比率制動系數(shù)Kbrk：躲過出口三相短路時最大不平衡電流完全差動：0.30.5不完全差動：0.52.啟動電流Iact0：躲過正常工況最大不平衡電流，0.30.4IN.G3.拐點電流Ibrk0：建議按躲過外部故障切除后

6、的暫態(tài)過程中產(chǎn)生的最大不平衡電流整定；不完全縱差取值要大一點。0.50.8IN.G 其余參數(shù)請參照具體的保護說明書。比率制動式發(fā)電機縱差保護定值整定校驗靈敏度：機端兩相短路brk1Iact1IdIactIbrkIact0Ibrk0IbrkKbrk1Iact1Idsenact12IKI10.2.4 .變數(shù)據(jù)窗式標積制動縱差保護原理完全差動制動量0brkNTIcos(180)I ITINI外部故障o180制動量最大內(nèi)部故障o0制動量轉(zhuǎn)為動作量，靈敏度高不完全差動0brkNFTIcos(180)KII變數(shù)據(jù)窗：故障初期適當(dāng)提高S，即增加制動量；故障數(shù)據(jù)充分時再降低S，從而提高靈敏度。動作方程2cos

7、(180)TNNTIIIIS與循環(huán)閉鎖的比率制動式差動保護邏輯一樣。動作框圖10.3 同步發(fā)電機定子繞組匝間短路保護橫差保護 縱向零序電壓式匝間保護 反應(yīng)轉(zhuǎn)子回路二次諧波電流的匝間短路保護 完全縱差動保護不能反應(yīng)匝間短路 匝間短路分析120I設(shè)A相短路匝數(shù)占總匝數(shù)的比例為A0EIZ兩中性點間電流I0Z為電流流經(jīng)回路的繞組阻抗0ABCA3(1)UEEEE 縱向零序電壓相對于中性點的零序電壓三相電勢不相等定子負序電流轉(zhuǎn)子二次諧波電氣量特點：（1縱向零序電壓機端對中性點），零序電流（2縱向負序電壓，負序電流，轉(zhuǎn)子倍頻電流10.3.1橫聯(lián)差動保護單元件橫差保護裂相橫差保護適于每相兩分支兩中性點引出線適

8、于每相兩分支，且每分支都有線引出單元件橫差保護保護測量兩個中性點之間連線上的電流保護測量兩個中性點之間連線上的電流保護反應(yīng)匝間短路及定子繞組開焊故障，保護在保護反應(yīng)匝間短路及定子繞組開焊故障，保護在較小較小時有死區(qū)。時有死區(qū)。保護動作電流應(yīng)大于正?；蛲獠抗收蠒r不平衡電流一般Iact=(0.30.4)IN.G（1濾除三次諧波以提高保護的靈敏性。（2為防止轉(zhuǎn)子兩點接地時磁場空間不對稱造成保護誤動，在轉(zhuǎn)子一點接地后橫差保護帶0.51S延時動作。注：裂相橫差保護分相橫差保護保護測量每相兩個分支之間的電流差為提高保護的靈敏性，可采用具有制動特性的差動原理，如比率制動、標積制動等。A2IA1IA1A2II

9、正常運行差電流為0，匝間短路有差電流。10.3.3 反應(yīng)轉(zhuǎn)子回路二次諧波電流的匝間短路保護動作條件：I2 & P20I2 匝間短路產(chǎn)生定子繞組縱向負序電壓、電流，在轉(zhuǎn)子上感應(yīng)出的二次諧波電流。P20 匝間短路及外部不對稱故障均產(chǎn)生定子繞組負序電壓,方向元件只在匝間短路時開放匝間短路保護 。保護的動作值只需按躲過與發(fā)電機正常負荷時允許的最大不對稱度(一般取5%左右)相對應(yīng)的的二次諧波電流整定 。轉(zhuǎn)子二次諧波定子負序方向元件，防止發(fā)電機外部不對稱故障保護誤動負序功率方向元件分析2U2I2U2I機端電壓中性點或機端電流_+2E2I2U結(jié)論ZS2222900UArgPI（1匝間短路2I2U2E

10、_+2E_+2U2IZS2ZS22U2I2U2I（2外部故障222900UArgPI222900UArgPI結(jié)論（2內(nèi)部不對稱相間故障結(jié)論2Ia.中性點2U2I222900UArgPI結(jié)論b.機端P20不反應(yīng)發(fā)電機外部故障。10.3.4 縱向零序電壓式匝間保護關(guān)鍵：縱向零序電壓，TV一次側(cè)中性點與發(fā)電機中性點相連要濾除三次諧波以提高靈敏度；必要時可采用具有制動特性的動作方程。單相接地時相對地電壓有零序分量，相對中性點電壓無零序分量。即縱向零序電壓不反應(yīng)單相接地。不靈敏段高定值低定值靈敏段三次諧波制動動作條件：3U0 & P20應(yīng)設(shè)TV斷線閉鎖10.4 發(fā)電機的單相接地保護當(dāng)接地電容電流

11、等于或大于5A時，應(yīng)裝設(shè)動作于跳閘的接地保護；當(dāng)接地電流小于5A時，一般裝設(shè)作用于信號的接地保護。中性點不接地或經(jīng)過消弧線圈接地10.4.1 發(fā)電機定子繞組單相接地的特點單相接地時的零序電壓AA(1)UEBBAUEECCAUEENAUE 機端零序電壓0AAC33AUUUUaE 03U01單相接地時的零序電流電容電流00333AIj C UjC E 0033GsAIjCE 0033GgAIjCE 內(nèi)部單相接地時外部單相接地時0Us0Cg0Cs0Ig0I_+TAs0INTkI0Us0Cg0Cs0Ig0I_+TAg0INTkI10.4.2 利用零序電流構(gòu)成的定子接地保護動作電流需大于發(fā)電機單相接地電

12、流允許值發(fā)電機額定電壓(kV)發(fā)電機額定容量(MW)接地電流允許值(A)6.3C0gI0sI0g內(nèi)部單相接地外部單相接地I0sIactI0g延時12S保護動作于信號，必要時也可動作于停機。發(fā)電機未并列時采用機端零序電壓監(jiān)視絕緣10.4.3 利用零序電壓構(gòu)成的定子接地保護可用于發(fā)變組，中性點附近有死區(qū)0U3取自機端TV開口三角形或發(fā)電機中性點側(cè)TV。整定值躲過不平衡電壓不平衡電壓形成原因：1發(fā)電機三次諧波電壓， 2變壓器高壓側(cè)接地時經(jīng)電容耦合過來的零序電壓。為提高靈敏度，需濾除三次諧波減小不平衡電壓影響措施：1裝設(shè)三次諧波濾過器，2延時躲過外部接地影響。采取以上措施后，整定值為510V，死區(qū)為5

13、10）%。01100103U0V）10%動作電壓NT死區(qū)510%保護區(qū)10.4.4 利用基波零序電壓和三次諧波電壓構(gòu)成的100定子接地保護保護分兩部分：1反應(yīng)基波零序電壓 2反應(yīng)三次諧波電壓NT反應(yīng)三次諧波電壓反應(yīng)基波零序電壓保護區(qū)示意圖1.發(fā)電機正常運行時的三次諧波電壓T0U0NU和發(fā)電機電勢中有固有的三次諧波電勢E3s0C3g0C23-+g0C23LT0U0NUNT3E-+ -+g0C23L0NUNs0C3g0C23T0UT3E3E)1 (T00g0s0g0sN0(92)219(2)UKCCK CCU正常運行時)CC(31LKs0g0補償系數(shù)內(nèi)部單相接地時T0N01UU正常運行時T0N0U

14、U可以將T0N0UU作為定子繞組單相接地故障的判據(jù)，這樣保護區(qū)為00.50 即T0N0UUNT反應(yīng)三次諧波電壓反應(yīng)基波零序電壓基波零序電壓保護三次諧波電壓保護或為了提高反應(yīng)三次諧波電勢定子繞組單相接地保護的靈敏度,可以采用以下帶制動特性判據(jù):中小型機組NTNUUUrelN0T0N0()KUUU大型機組NTNPUUUrelN0T0N0()KPUUUPIBICUCA&t2/0（當(dāng)有記憶時）發(fā)電機復(fù)合電壓過電流保護出口邏輯框圖發(fā)信或跳閘如出口全停 ZAB 1 & ZBC ZCA TA斷線 閉鎖t1/0t2/0跳閘或發(fā)信低阻抗保護動作邏輯框圖10.6 同步發(fā)電機的負序電流保護和過負荷保

15、護定子繞組負序電流轉(zhuǎn)子繞組倍頻電流附加渦流損耗，轉(zhuǎn)子表層發(fā)熱、機械振動發(fā)電機承受I2能力:長期 （68）%IN.G或 12%IN.G短時AtI22標幺值允許過熱時間常數(shù)跟發(fā)電機類型與冷卻方式有關(guān)相間短路后備保護兼轉(zhuǎn)子表層過負荷保護負序電流保護兩部分）：定時限過負荷；反時限過流反時限過流保護特性曲線三個部分）：上限定時限；反時限； 下限定時限a-b發(fā)熱越限I段動作值bc未充分利用散熱段動作值de未提供保護如采用定時限負序電流保護I段2actN.G0.5II13 5ts段2actN.G0.1II2510ts發(fā)熱曲線不能與定時限電流曲線很好配合；且對熱積累的過程不能反應(yīng)。措施：采用反時限負序電流保護

16、。10.6.2.2 負序反時限過流保護aIAt22修正系數(shù)2It熱容量曲線反時限負序電流曲線12曲線2保守，一般不選用曲線1利用發(fā)電機散熱，一般采用此特性發(fā)電機負序保護邏輯IIupIIdowtupt1&t51跳閘或發(fā)信發(fā)信IIact高定值低定值過負荷定值反時限10.7 勵磁回路接地保護一點接地保護一般動作于信號兩點接地保護動作于跳閘勵磁回路一點接地 無直接危害，可能發(fā)展成 為兩點接地。勵磁回路兩點接地 短路電流可能燒壞轉(zhuǎn)子繞 組和鐵芯，轉(zhuǎn)子磁場畸變 引起機組振動。保護配置：水輪發(fā)電機 設(shè)一點接地保護動作 于信號或停機。 汽輪發(fā)電機 設(shè)一點接地保護動作 于信號，設(shè)兩點接地保護動作于 停機

17、。直流電橋疊加直流電壓 疊加交流電壓切換采樣直流電橋利用定子二次諧波電壓一點接地保護原理兩點接地保護原理勵磁回路一點接地檢查裝置 兩表法單表法有死區(qū)疊加直流電壓式一點接地保護K接通3050.1RUigEg6050.2RUigEgK不接通21126030giiRi i外加交流電壓式一點接地保護延時動作于信號 00kcyuIzjxz未接地時0I01fyfyR ZkcRZuIzjx接地時切換采樣式一點接地保護1f11f21f11f2S1S2(R+R +R )I -( R +R )I =E-( R +R )I +(2R+R +R )I =(1-)E接通斷開時1f11f21f11f2S1S2(2R+R

18、+R )I -( R +R )I =E-( R +R )I +(R+R +R )I =(1-)E斷開接通時聯(lián)立四個方程，可得Rf=ER1/3U-R1-2R/3 10.7.3 勵磁回路兩點接地保護電橋平衡正常時保護不投入。勵磁回路一點接地后，投入保護，調(diào)電橋使之平衡。兩點接地后平衡被打破，保護動作于停機。+-K1mvmnUmnK2濾波限幅存在問題：1K1、K2相距較近時保護有死區(qū) 2K1、K2相繼發(fā)生，發(fā)生時間相 隔較短時來不及投入保護。10.7.3 勵磁回路兩點接地保護定子二次諧波發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組兩點接地時，其氣隙磁場將發(fā)生畸變，在定子繞組中將產(chǎn)生二次諧波負序分量電勢。轉(zhuǎn)子兩點接地保護即反應(yīng)定子

19、電壓中二次諧波“負序分量。動作條件為負序二次諧波 大于整定值。22U邏輯框圖高定值低定值轉(zhuǎn)子一點接地10.8 同步發(fā)電機失磁保護發(fā)電機失磁：勵磁電流消失或下降失磁原因：勵磁繞組故障、勵磁回路開路、 勵磁系統(tǒng)故障、滅磁開關(guān)誤跳、 自動調(diào)節(jié)勵磁系統(tǒng)故障、誤操作等。失磁后發(fā)電機運行的物理過程及其影響（1失磁后發(fā)電機運行的物理過程dEsUgUsgXI jdgXI jgIXdXsdEsUgUgIsinXUEPsdXUcosXUEQ2ssdsdXXX不穩(wěn)定異步運行穩(wěn)定異步運行臨界失步P120c90PTPTabcd132ab1失磁后到失步前90 失磁的影響對系統(tǒng)的影響:無功缺額導(dǎo)致電壓下降、有功功率擺動危及

20、系統(tǒng)穩(wěn)定性。對失磁機組的影響：定子繞組過流、發(fā)熱，轉(zhuǎn)子上感應(yīng)差頻電流、發(fā)熱，異步轉(zhuǎn)矩導(dǎo)致機組振動。保護行為：動作于信號或跳閘，也可以減出力運行。由系統(tǒng)、機組情況決定失磁后機組可否繼續(xù)運行。10.8.2 發(fā)電機失磁過程的機端測量阻抗機端測量阻抗為發(fā)電機失磁的主要判據(jù)ssgssgsgsggmjXUIUUIXI jUIUZs2smjXjQPUZs2j2smjXe1P2UZs2sjX,P2UP2U2s圓心半徑P1 P2 P3 jXR0jXsP1 P2 P3 ZmPQArg（1失磁后到失步前的等有功過程PPT，阻抗軌跡為圓，稱為等有功圓（2臨界失步o90sd2sXXUQs2j2smjX)e1 (jQ2U

21、Z2)XX( j, 0sd2)XX(sd圓心半徑j(luò)XR0jXs-jXdZm無功為常數(shù),阻抗軌跡稱等無功圓或臨界失步圓。)902( jsdsdmoe2XX2XXjZ（3異步運行g(shù)I2X1XmXsr20s 時 sr2dm1mjX)XX( jZs時0sr2dm2m21mXj)XXXXX( jZ最終,Zm落于-jXd與-jXd之間。-jXd-jXdS較小S較大RjX異步阻抗圓異步阻抗圓（4臨界電壓圓高壓母線電壓為常數(shù)時Zm的軌跡。ggmIUZgssIUZgTTIUZTmTjXZZ)XX( jZZsTmsXdXTdEsUgUgIXsTUsTTUKU KT=0.80.9)XX( jZjXZZZUUKsTmTmsTsTTKT為常數(shù)時,Zm軌跡為圓臨界電壓圓s2T2TTXK1KX, 0s2TTXK1K圓心半徑RjX0失磁保護的定子判據(jù)和輔助判據(jù)1.失磁保護的定子判據(jù)1)Zm沿等有功圓由象限進入象限 （A點2)Zm沿等有功圓進入等無功圓 （B點3)Zm進入異步阻抗圓 （C點）ACBRjX等有功圓等無功圓異步阻抗圓臨界電壓圓通常采用等無功圓臨界失步圓或異步阻抗圓作為發(fā)電機失磁的定子判據(jù)。失磁保護的輔助(閉鎖)判據(jù)1)勵磁電壓下降2)負序分量3)延時4)操作閉鎖5)電壓回路斷線10.8.3 失磁保護邏輯U&BZUE&t3