繼電保護(hù) 單元八 發(fā)電機(jī)

《電力系統(tǒng)保護(hù)技術(shù)及應(yīng)用》主講教師：王洪梅發(fā)電機(jī)保護(hù)知識(shí)模塊八1發(fā)電機(jī)故障類型,不正常運(yùn)行狀態(tài)及相應(yīng)保護(hù)方式一、故障類型及保護(hù)方式定子（及引出線）：相間短路縱差保護(hù)（1000KW以上）匝間短路橫差保護(hù)（大容量，雙繞組）單相接地接地保護(hù)（Ic>5A則跳閘；Ic<5A則發(fā)信號(hào)）轉(zhuǎn)子：一點(diǎn)接地一點(diǎn)接地保護(hù)或定期檢測(cè)裝置兩點(diǎn)接地兩點(diǎn)接地保護(hù)失磁失磁保護(hù)二、不正常狀態(tài)及保護(hù)方式1、外部短路→過電流

——過流保護(hù)（低電壓?jiǎn)?dòng)或復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)的過流）2、三相對(duì)稱過負(fù)荷——過負(fù)荷保護(hù)3、外部不對(duì)稱短路或不對(duì)稱過負(fù)荷→負(fù)序過流

——負(fù)序過流保護(hù)（5萬(wàn)KW以上）4、突然甩負(fù)荷→定子過電壓

——過電壓保護(hù)（水輪發(fā)電機(jī)）5、轉(zhuǎn)子過負(fù)荷

——轉(zhuǎn)子過負(fù)荷保護(hù)（10萬(wàn)KW以上，可控硅勵(lì)磁機(jī)組）6、主汽門突然關(guān)閉→逆功率

——逆功率保護(hù)（大容量，汽輪發(fā)電機(jī)）1發(fā)電機(jī)G的縱差保護(hù)和橫差保護(hù)一、縱差保護(hù)基本原理：與線路縱聯(lián)差動(dòng)及變壓器縱聯(lián)差動(dòng)相同。作用：反映G內(nèi)部（包括機(jī)端引線）相間短路的主保護(hù)。作用對(duì)象：出口QF，滅磁開關(guān)，停機(jī)。1、完全縱差與不完全縱差(1)完全縱差：可反映G內(nèi)部相間短路，但不能反映匝間短路和開焊故障。

(2)不完全縱差：可反映G內(nèi)部相間短路、匝間短路和開焊故障。

二、發(fā)電機(jī)橫差保護(hù)作用：反映G內(nèi)部繞組（不含機(jī)端引線）相間短路、匝間短路和開焊故障的主保護(hù)作用對(duì)象：出口QF，滅磁開關(guān)，停機(jī)1、裂相橫差保護(hù)2、零序電流橫差保護(hù)2發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)（發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式：不接地或經(jīng)消弧線圈接地或經(jīng)高阻接地）一、發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地的特點(diǎn)設(shè)A相繞組接地：（：接地點(diǎn)到中性點(diǎn)間的繞組占整個(gè)繞組的百分比）1、零序電壓┌UAD=EA－EA

各相對(duì)地電壓：

│

UBD=EB－EA

└UCD=EC－EA

零序電壓：3U0=(UAD＋UBD＋UCD)=－3EA

（3U0隨變化）2、零序電流2、零序電流發(fā)電機(jī)對(duì)地電容電流：

3I’0G＝j(luò)ωCG3U0＝－jωCG3EA

網(wǎng)絡(luò)對(duì)地電容電流：

3I’0S＝j(luò)ωCS3U0＝－jωCS3EA

故障點(diǎn)總對(duì)地電容電流：

3Id0＝3I’0G＋3I’0S＝－jω(CG＋CS)3EA*發(fā)電機(jī)定子接地時(shí)，其出口TA0所測(cè)零序電流：

3I0G＝3I’0S＝－jωCS3EA

其值較大（CS較大）；方向：G→母線*外部系統(tǒng)單相接地時(shí)，發(fā)電機(jī)出口TA0所測(cè)零序電流：

3I0G＝3I’0G＝－jωCG3EA

（此時(shí)=1）其值較?。–G較?。?；方向：母線→G二、利用零序電流構(gòu)成定子接地保護(hù)反映接地電容電流Ic>5A的情況，有選擇性動(dòng)作于跳閘。為減小不平衡電流，TA0采用高導(dǎo)磁率的零序電流互感器。零序電流保護(hù)整定值選擇原則：(1)躲過（大于）外部系統(tǒng)單相接地時(shí)G所測(cè)得的零序電流（即G本身的電容電流3I’0G＝ωCG3EX，EX：相電壓）；并應(yīng)躲過正常運(yùn)行時(shí)TA0一次三相導(dǎo)線排列不對(duì)稱→Ibp(2)保護(hù)一次動(dòng)作電流應(yīng)盡量小(靈敏度高)，且應(yīng)保證<5A。(3)為防止外部相間短路時(shí)TA0出現(xiàn)的Ibp.max→接地保護(hù)誤動(dòng)，在過流保護(hù)動(dòng)作時(shí)應(yīng)將接地保護(hù)閉鎖。(4)為防止外部單相接地瞬間較大的暫態(tài)電流（>>ωCG3EX）→接地保護(hù)誤動(dòng)，接地保護(hù)應(yīng)帶有1~2S的延時(shí)。三、利用零序電壓構(gòu)成定子接地保護(hù)反映接地電容電流Ic<5A的情況，無(wú)選擇性動(dòng)作于信號(hào)。

G定子單相接地時(shí)，出現(xiàn)零序電壓3U0=3EX→保護(hù)動(dòng)作。整定原則：3U0.dz.j>Ubp

（一般3U0.dz.j=15~30V）當(dāng)→0時(shí)（接地點(diǎn)靠近中性點(diǎn)），

3U0→0，保護(hù)拒動(dòng)，出現(xiàn)死區(qū)。四、100%定子接地保護(hù)1、構(gòu)成方式第一部分：零序電壓保護(hù)，死區(qū)：=5%~10%（靠中性點(diǎn)側(cè)）┌附加直流電源第二部分：│附加交流電源└利用G固有三次諧波電勢(shì)2、三次諧波電壓保護(hù)基本原理常規(guī)三次諧波保護(hù)動(dòng)作條件：機(jī)端三次諧波電壓US3>中性點(diǎn)三次諧波電壓UN3

（即：US3/UN3>1）(1)正常運(yùn)行時(shí)中性點(diǎn)對(duì)地電抗：XN3=1/(jω3CG)；機(jī)端對(duì)地電抗：XS3=1/[jω3(CG+CS)]

中性點(diǎn)三次諧波電壓：

UN3=XN3E3/(XN3+XS3)

機(jī)端三次諧波電壓：

US3=XS3E3/(XN3+XS3)

則：US3/UN3=XS3/XN3=(CG)/(CG+CS)<1，即：US3<UN3

動(dòng)作條件不滿足，不動(dòng)作。(2)定子繞組單相接地時(shí)設(shè)F點(diǎn)金屬性接地（距中性點(diǎn)比例為）

UN3=E3，US3=(1-)E3

故：US3/UN3=(1-)/

*<50%時(shí)（F點(diǎn)靠中性點(diǎn)側(cè)），

US3>UN3，滿足動(dòng)作條件，動(dòng)作*>50%時(shí)（F點(diǎn)靠機(jī)端側(cè)），

US3<UN3，不滿足動(dòng)作條件，不動(dòng)作零序電壓保護(hù)和三次諧波電壓保護(hù)互相補(bǔ)充（死區(qū)互補(bǔ)）→100%定子接地保護(hù)。實(shí)際定子接地往往并非金屬性→三次諧波電壓保護(hù)靈敏度不高（保護(hù)范圍達(dá)不到中性點(diǎn)側(cè)的50%）5發(fā)電機(jī)過流保護(hù)一、復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)（或低電壓?jiǎn)?dòng)）的過流保護(hù)（同變壓器過流保護(hù)）二、負(fù)序過負(fù)荷及負(fù)序過流保護(hù)（用于50MW及以上的發(fā)電機(jī)）三相不對(duì)稱短路或不對(duì)稱負(fù)荷→負(fù)序過流→轉(zhuǎn)子倍頻電流→轉(zhuǎn)子過熱、振動(dòng)。發(fā)電機(jī)允許發(fā)熱條件：I2*2·t≤A

(負(fù)序電流I2*大→允許的時(shí)間t短)A：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子允許發(fā)熱量；

I2*：以Ie.G為基準(zhǔn)的負(fù)序電流標(biāo)幺值）1、定時(shí)限負(fù)序過負(fù)荷及負(fù)序過流1、定時(shí)限負(fù)序過負(fù)荷及負(fù)序過流

[II2>]元件→跳閘，反映負(fù)序過流（整定值大）

[III2>]元件→發(fā)信號(hào)，反映負(fù)序過負(fù)荷（整定值?。┱ㄓ?jì)算及特性分析：(1)負(fù)序過負(fù)荷部分（小定值）*動(dòng)作電流III2.dz整定：躲過發(fā)電機(jī)長(zhǎng)期允許負(fù)序電流I2.：III2.dz=I2.=I2.

經(jīng)驗(yàn)公式：汽輪發(fā)電機(jī)：III2.dz=(0.06~0.08)Ie.2

水輪發(fā)電機(jī)：III2.dz=(0.1~0.2)Ie.2

*動(dòng)作延時(shí)tII：取6~9S(2)負(fù)序過流部分（大定值）*動(dòng)作電流II2.dz整定：①II2.dz.*≤

tjs：計(jì)算時(shí)間，即運(yùn)行人員可采取措施消除負(fù)序電流所需的充足時(shí)間，取120s。當(dāng)I2*<II2.dz.*時(shí)，允許時(shí)間ty>tjs，可人工處理，保護(hù)不必動(dòng)作當(dāng)I2*>II2.dz.*時(shí)，允許時(shí)間ty<tjs，來不及人工處理，保護(hù)動(dòng)作一般A=30~40，則：II2.dz=(0.5~0.6)Ie.2

（汽輪發(fā)電機(jī)用0.5；水輪發(fā)電機(jī)用0.6）②與相鄰元件的后備保護(hù)配合（本后備保護(hù)Klm<相鄰設(shè)備后備保護(hù)Klm）

II2.dz=Kk·I2.jsKk：配合系數(shù)，取1.1~1.3

I2.js：計(jì)算電流，即相鄰設(shè)備后備保護(hù)范圍末端不對(duì)稱短路時(shí)流過本設(shè)備的最大負(fù)序電流。*動(dòng)作時(shí)限tI：按階梯原則與相鄰元件后備保護(hù)配合：

tG=tT＋t，一般為3~5秒(3)負(fù)序定時(shí)限過流保護(hù)特性分析：設(shè)：反映不對(duì)稱過負(fù)荷發(fā)信號(hào)部分：整定值0.1Ie.G；時(shí)限t=10S

反映不對(duì)稱短路跳閘部分：整定值0.5Ie.G；時(shí)限t=4S

ab段：保護(hù)尚未動(dòng)作，G已經(jīng)過熱。

bc段：未能充分利用G本身的承受能力

cd段：I2→0.5Ie.G時(shí)（靠近C點(diǎn)），允許時(shí)間ty不夠長(zhǎng)，不對(duì)稱過負(fù)荷部分發(fā)信號(hào)后，無(wú)充裕時(shí)間保證人工處理。

de段：保護(hù)根本不反應(yīng)。2、負(fù)序反時(shí)限過流保護(hù)（適用于大型G）為更好地與發(fā)電機(jī)承受能力匹配，采用反時(shí)限特性。反時(shí)限過流保護(hù)：動(dòng)作時(shí)限t與通入G的電流成反比變化。

G絕熱條件下：I2*2·ty=A

則：ty=A/I2*2

考慮到G轉(zhuǎn)子的散熱條件，允許一定的溫升裕度，保護(hù)實(shí)際動(dòng)作特性取：

tb=A/(I2*2－)

（：裕度常數(shù)）6發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)（后備保護(hù)）一、發(fā)電機(jī)失磁及其產(chǎn)生的影響1、失磁的特點(diǎn)設(shè)正常運(yùn)行于a點(diǎn)，(1)低勵(lì)失磁→勵(lì)磁電流↓→Ed↓→功角曲線P()下降，至b點(diǎn)→P<Pm→轉(zhuǎn)子加速,功角↑→P回升至c點(diǎn)，P=Pm；由于慣性繼續(xù)↑→P>Pm→轉(zhuǎn)子減速，按等面積法則至d點(diǎn)（加速面積abc=減速面積cde），開始↓→P回落至c點(diǎn)，P=Pm；由于慣性繼續(xù)↓→P<Pm→轉(zhuǎn)子加速……，經(jīng)加速、減速循環(huán)往復(fù)的衰減振蕩穩(wěn)定在c點(diǎn)——穩(wěn)定振蕩（同步振蕩）。(2)若嚴(yán)重失磁→曲線P()大幅下降→可提供的減速區(qū)面積chf<加速面積abc→慣性↑的減速過程中，沖過f點(diǎn)，即尚未將加速面積的能量耗盡又出現(xiàn)P<Pm→轉(zhuǎn)子又加速，不斷↑→異步運(yùn)行（失步）。2、失磁的影響

G發(fā)出的無(wú)功：(1)失磁→Ed↓，↑→G發(fā)出的Q持續(xù)下降，當(dāng)↑=90°時(shí)，

Q=→無(wú)功反向(發(fā)電機(jī)吸收無(wú)功以建立磁場(chǎng)，進(jìn)相)，

繼續(xù)↑→反向無(wú)功↑→系統(tǒng)無(wú)功缺額→系統(tǒng)電壓U↓→電壓崩潰。(2)由于從系統(tǒng)吸收大量無(wú)功，為防止定子過流，有功P↓。(3)G轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速↑→G頻率fG>系統(tǒng)頻率fS

→轉(zhuǎn)子中出現(xiàn)滑差(fG－fS)交流→轉(zhuǎn)子過熱、振動(dòng)。(4)G電壓↓→自動(dòng)解列裝置動(dòng)作，使G與系統(tǒng)解列。失磁后二、失磁過程中的機(jī)端測(cè)量阻抗Zm

失磁前位于第一象限（a點(diǎn)）,

失磁后，無(wú)功Q↓由正變負(fù)，UG↓，

Zm沿等有功圓進(jìn)入第四象限，進(jìn)而落在臨界失步圓上（b點(diǎn)），進(jìn)而進(jìn)入失步區(qū)c點(diǎn)→異步運(yùn)行（失步振蕩）。

為準(zhǔn)確判別是否進(jìn)入失步，一般不用靜穩(wěn)定極限圓，而采用異步邊界阻抗圓：以-jX’d/2和-jXd兩點(diǎn)為直徑的圓。三、失磁保護(hù)定子三相同時(shí)低電壓元件：[UG<]；勵(lì)磁低電壓元件：[Vfd<]

異步圓特性阻抗元件：[Z]

*失磁時(shí)：[Z]、[Vfd<]動(dòng)作→[&2]動(dòng)作→經(jīng)t3延時(shí)跳滅磁開關(guān)(不停機(jī))、投異步電阻、切換廠用電源；按[P]的設(shè)定值減負(fù)荷。*由于失磁后期進(jìn)入異步運(yùn)行時(shí)，Vfd是交變的，[Vfd<]元件將周期性地動(dòng)作與返回，若[Vfd<]持續(xù)動(dòng)作的時(shí)間