發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)

發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)第一頁(yè)，共二十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日一、發(fā)電機(jī)故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)7.1發(fā)電機(jī)的故障類型、不正常運(yùn)行狀態(tài)及其保護(hù)方式發(fā)電機(jī)的故障類型主要有：(1)定子繞組相間短路。(2)定子一相繞組內(nèi)的匝間短路。(3)定子繞組單相接地。(4)轉(zhuǎn)子繞組一點(diǎn)接地或兩點(diǎn)接地。(5)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁回路勵(lì)磁電流異常下降或完全消失。第二頁(yè)，共二十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行狀態(tài)主要有：(1)由于外部短路引起的定子繞組過(guò)電流；(2)由于負(fù)荷超過(guò)發(fā)電機(jī)額定容量而引起的三相對(duì)稱過(guò)負(fù)荷；(3)由外部不對(duì)稱短路或不對(duì)稱負(fù)荷（如單相負(fù)荷、非全相運(yùn)行等）而引起的發(fā)電機(jī)負(fù)序過(guò)電流和過(guò)負(fù)荷；(4)由于突然甩負(fù)荷而引起的定子繞組過(guò)電壓；(5)由于勵(lì)磁回路故障或強(qiáng)勵(lì)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而引起的轉(zhuǎn)子繞組過(guò)負(fù)荷；(6)由于汽輪機(jī)主汽門突然關(guān)閉而引起的發(fā)電機(jī)逆功率等。第三頁(yè)，共二十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日7.2發(fā)電機(jī)的縱差動(dòng)保護(hù)縱差保護(hù)作用：反應(yīng)發(fā)電機(jī)定子繞組及其引出線的相間短路，是發(fā)電機(jī)的主要保護(hù)。圖7-1發(fā)電機(jī)縱差動(dòng)保護(hù)原理圖

保護(hù)基本原理：比較發(fā)電機(jī)兩側(cè)的電流的大小和相位，它是反映發(fā)電機(jī)及其引出線的相間故障。發(fā)電機(jī)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的構(gòu)成的兩側(cè)電流互感器同變比、同型號(hào)。第四頁(yè)，共二十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日正常運(yùn)行及外部故障時(shí)：第五頁(yè)，共二十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日保護(hù)區(qū)內(nèi)故障：第六頁(yè)，共二十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日一、傳統(tǒng)縱差動(dòng)保護(hù)整定方法按照以下兩個(gè)原則來(lái)整定：

(1)在正常情況下，電流互感器二次回路斷線時(shí)保護(hù)不應(yīng)誤動(dòng)。保護(hù)裝置和繼電器的起動(dòng)電流分別為(2)保護(hù)裝置的起動(dòng)電流按躲開(kāi)外部故障時(shí)的最大不平衡電流整定，此時(shí)起動(dòng)電流應(yīng)整定為再根據(jù)前面章節(jié)對(duì)不平衡電流的分析，有第七頁(yè)，共二十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日二、比率制動(dòng)式縱差動(dòng)保護(hù)整定方法

對(duì)于大容量的發(fā)電機(jī)（100MW及以上），為了減少故障發(fā)生于發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)附近而出現(xiàn)的縱差動(dòng)保護(hù)的死區(qū)，要求將縱聯(lián)保護(hù)的動(dòng)作電流降低，提高保護(hù)動(dòng)作的靈敏性，并要保證在區(qū)外短路時(shí)保護(hù)可靠不誤動(dòng)。考慮到不平衡電流隨著流過(guò)電流互感器TA電流的增加而增加，往往采用性能更好的比率制動(dòng)式縱差動(dòng)保護(hù)，使其動(dòng)作值隨著外部短路電流的增大而自動(dòng)增大（即利用外部故障時(shí)的穿越電流實(shí)現(xiàn)制動(dòng)，其原理接線如圖7-2所示。圖7-2比率制動(dòng)式差動(dòng)繼電器原理接線圖第八頁(yè)，共二十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日基本原理：是基于保護(hù)的動(dòng)作電流隨著外部故障的短路電流而產(chǎn)生的最大不平衡電流的增大而按比例的線性增大，且比最大不平衡電流增大的更快，使在任何情況下的外部故障時(shí)，保護(hù)不會(huì)誤動(dòng)作。制動(dòng)電流：將外部故障的短路電流作為制動(dòng)電流。差動(dòng)電流：把流入差動(dòng)回路的電流作為動(dòng)作電流。第九頁(yè)，共二十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日?qǐng)D7-3比率制動(dòng)特性曲線(1)啟動(dòng)電流的整定。(2)拐點(diǎn)電流的整定。(3)比率制動(dòng)特性的制動(dòng)系數(shù)制動(dòng)線斜率的整定。第十頁(yè)，共二十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日7.3發(fā)電機(jī)匝間短路的橫差動(dòng)保護(hù)

在大容量發(fā)電機(jī)中，由于額定電流很大，其每相都是由兩個(gè)或多個(gè)并聯(lián)的繞組組成。在正常運(yùn)行的時(shí)候，各繞組中的電動(dòng)勢(shì)相等，流過(guò)相等的負(fù)荷電流。而當(dāng)任一繞組發(fā)生匝間短路時(shí)，繞組中的電動(dòng)勢(shì)就不再相等，因而會(huì)出現(xiàn)因電動(dòng)勢(shì)差而在各繞組間產(chǎn)生均衡電流。利用這個(gè)環(huán)流，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)定子繞組匝間短路的保護(hù)，即橫差動(dòng)保護(hù)。以一個(gè)每相具有兩個(gè)并聯(lián)分支繞組的發(fā)電機(jī)為例，發(fā)生不同性質(zhì)的同相內(nèi)部短路時(shí)橫差動(dòng)保護(hù)的原理可由圖7-4和圖7-5來(lái)說(shuō)明。第十一頁(yè)，共二十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日?qǐng)D7-5同相不同繞組匝間短路的橫差動(dòng)保護(hù)圖7-4一個(gè)繞組內(nèi)部匝間短路的橫差動(dòng)保護(hù)第十二頁(yè)，共二十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日?qǐng)D7-6單元橫差動(dòng)保護(hù)接線原理圖

目前廣泛應(yīng)用的接線方式如圖7-6所示，這種接線方式只用一個(gè)互感器裝于發(fā)電機(jī)兩組星形中點(diǎn)的連線上，其本質(zhì)是把一半繞組的三相電流之和去與另一半繞組三相電流之和進(jìn)行比較。這種接線方式?jīng)]有由于互感器誤差所引起的不平衡電流，其起動(dòng)電流比較小，靈敏度高，且接線非常簡(jiǎn)單。

橫差動(dòng)保護(hù)有兩種接線方式，一種是每相裝設(shè)兩個(gè)電流互感器和一個(gè)繼電器構(gòu)成單獨(dú)的保護(hù)，其原理接線圖如圖7-4、7-5。這樣，三相共需要六個(gè)互感器和三個(gè)繼電器。由于這種方式接線復(fù)雜，保護(hù)中的不平衡電流較大，在實(shí)際中已經(jīng)很少采用。第十三頁(yè)，共二十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日7.4發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)一、發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地的特點(diǎn)

圖7-7發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地電路

目前發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)都是不接地或經(jīng)消弧線圈接地的，當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部發(fā)生單相接地故障時(shí)，流經(jīng)接地點(diǎn)的電流仍為發(fā)電機(jī)所在電壓網(wǎng)絡(luò)對(duì)地電流的總和。大型發(fā)電機(jī)由于造價(jià)昂貴，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，檢修困難，且容量的增大使得其接地故障電流也隨之增大，為了防止故障電流燒壞鐵芯，大型發(fā)電機(jī)有的裝設(shè)了消弧線圈，通過(guò)消弧線圈的電感電流與接地電容電流的相互抵消，把定子繞組單相接地電容電流限制在規(guī)定的允許值之內(nèi)。第十四頁(yè)，共二十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日?qǐng)D7-8發(fā)電機(jī)內(nèi)部單相接地時(shí)機(jī)端電壓相量圖當(dāng)中性點(diǎn)不接地時(shí)，故障點(diǎn)的接地電流為當(dāng)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地時(shí)，故障點(diǎn)的接地電流為第十五頁(yè)，共二十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日?qǐng)D7-9發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地時(shí)的零序等效網(wǎng)絡(luò)(a)中性點(diǎn)不接地；(b)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地第十六頁(yè)，共二十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日二、利用零序電壓構(gòu)成的發(fā)電機(jī)定子繞組接地保護(hù)

圖7-10發(fā)電機(jī)變壓器組單相接地信號(hào)裝置接線圖三、發(fā)電機(jī)100%定子繞組單相接地保護(hù)的基本原理

第十七頁(yè)，共二十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日

發(fā)電機(jī)100%定子繞組接地保護(hù)種類很多，廣泛使用的是利用三次諧波電壓構(gòu)成的100%定子繞組接地保護(hù)。該保護(hù)保護(hù)一般由兩部分組成：一部分是零序電壓保護(hù)，保護(hù)定子繞組的85%以上；另一部分利用發(fā)電機(jī)三次諧波電壓構(gòu)成，它用來(lái)消除零序電壓保護(hù)的死區(qū)，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)100%定子繞組的接地保護(hù)。為可靠起見(jiàn)，兩部分保護(hù)區(qū)有一段重疊。利用發(fā)電機(jī)三次諧波電壓構(gòu)成的部分，其原理是利用發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)和出線端的三次諧波電壓在正常運(yùn)行和接地故障時(shí)變化相反的特點(diǎn)構(gòu)成。正常運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的三次諧波電壓比發(fā)電機(jī)出線端的三次諧波電壓大；而在發(fā)電機(jī)內(nèi)部定子接地時(shí)，出線端的三次諧波卻比中性點(diǎn)的大。利用這個(gè)特點(diǎn)，使發(fā)電機(jī)出口的三次諧波電壓成為動(dòng)作分量，而使中性點(diǎn)的三次諧波分量成為制動(dòng)分量，從而使發(fā)電機(jī)出口三次諧波電壓大于中性點(diǎn)三次諧波電壓時(shí)讓繼電器動(dòng)作。這樣，保護(hù)就會(huì)在正常時(shí)制動(dòng)，而在定子繞組接地時(shí)保護(hù)可靠動(dòng)作。第十八頁(yè)，共二十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日7.5發(fā)電機(jī)的其他保護(hù)一、發(fā)電機(jī)的負(fù)序過(guò)電流保護(hù)

隨著發(fā)電機(jī)組容量不斷增大，它所允許的承受負(fù)序過(guò)負(fù)荷的能力也隨之下降。此外，由于大容量機(jī)組的額定電流很大，而在相鄰元件末端發(fā)生兩相短路時(shí)的短路電流可能較小，此時(shí)采用復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)往往不能滿足作為相鄰元件后備保護(hù)時(shí)對(duì)靈敏性的要求。在這種情況下，采用負(fù)序過(guò)電流保護(hù)作為后備保護(hù)，就可以提高不對(duì)稱短路時(shí)的靈敏性。由于負(fù)序過(guò)電流保護(hù)不能反應(yīng)于三相短路，因此，當(dāng)用它作為后備保護(hù)時(shí)，還需要附加裝設(shè)一個(gè)單相式的低電壓?jiǎn)?dòng)過(guò)電流保護(hù)，以專門反應(yīng)三相短路。第十九頁(yè)，共二十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日二、發(fā)電機(jī)的失磁保護(hù)

發(fā)電機(jī)失磁后，對(duì)電力系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)本身會(huì)產(chǎn)生諸多不利影響，如需要從電力系統(tǒng)中吸收很大的無(wú)功功率以建立發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)；由于從電力系統(tǒng)中吸收無(wú)功功率將引起電力系統(tǒng)電壓下降，如果電力系統(tǒng)的容量較小或無(wú)功功率儲(chǔ)備不足，則可能使失磁發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓、升壓變壓器高壓側(cè)的母線電壓或其他鄰近的電壓低于允許值，從而破壞了負(fù)荷與各電源間的穩(wěn)定運(yùn)行，甚至可能因電壓崩潰而使系統(tǒng)瓦解。第二十頁(yè)，共二十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日三、發(fā)電機(jī)的逆功率保護(hù)

大型汽輪機(jī)在運(yùn)行中由于各種原因?qū)㈥P(guān)閉主氣門后，發(fā)電機(jī)將從電力系統(tǒng)吸收能量變?yōu)殡妱?dòng)機(jī)運(yùn)行。由于逆功率運(yùn)行時(shí)沒(méi)有蒸汽流過(guò)汽輪機(jī)，故風(fēng)損造成的熱量不能被帶走，氣輪機(jī)葉片將會(huì)過(guò)熱而導(dǎo)致?lián)p壞。而且發(fā)電機(jī)變?yōu)殡妱?dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，燃汽輪機(jī)可能有齒輪損壞的問(wèn)題。故為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)的逆功率運(yùn)行的異常工作狀況，一般對(duì)大、中型機(jī)組都裝設(shè)逆功率保護(hù)。保護(hù)裝置由靈敏的功率繼電器構(gòu)成，帶時(shí)限動(dòng)作于信號(hào)，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)限動(dòng)作于解列。第二十一頁(yè)，共二十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日四、發(fā)電機(jī)的失步保護(hù)