第七章 發(fā)動機保護

1、 第七章 發(fā)動機的保護7 7 發(fā)電機保護 7-1 7-1 發(fā)電機故障類型, ,不正常運行狀態(tài)及相應保護方式 一、故障類型及保護方式 定子（及引出線）： 相間短路 縱差保護（1000KW以上） 匝間短路 橫差保護（大容量，雙繞組） 單相接地 接地保護（Ic5A則跳閘；Ic2.0 二、發(fā)電機橫差保護作用：反映G內部繞組（不含機端引線）相間短路、匝間 短路和開焊故障的主保護作用對象：出口QF，滅磁開關，停機 1、裂相橫差保護（即三元件橫差，構成相對復雜，作為單元件橫差的補充）(1) G正常運行或外部短路時 兩支繞組電勢相等， 故兩支電流大小相等， 差動電流Icd=0 (2) 同一支繞組上匝間短路 （

2、：短路匝數占整支匝數的百分比） 兩繞組電勢不相等環(huán)流Id較大Icd=2Id/nTA 0時，Icd0，拒動出現死區(qū) (3) 同相不同支繞組上匝間短路（1，2） 兩繞組電勢不相等環(huán)流Id較大Icd=2Id/ nTA =(12)0時，Icd0，拒動出現死區(qū) (4) 相間短路產生較大Id較大Icd=Id/nTA (5) 開焊故障：某支開焊時， 一支無電流、一支有電流 較大Icd=Ifh/nTA 2、零序電流橫差保護（也稱單元件橫差或高靈敏度橫差，構成簡單且靈敏度高） 在每相多分支的多個中性點連線上接入零序電流式橫差保護： 左星形：IL=IA.L+IB.L+IC.L 右星形：IR=IA.R+IB.R+I

3、C.R 則：Icd=|ILIR|/nTA (1)正常運行及外部短路時：Icd=Ibp(很小)，保護不動作。 (2)匝間短路時（）： Icd=Id/nTA（環(huán)流，很大），保護動作。 0時，Icd0，保護拒動出現死區(qū)。(3)轉子兩點接地轉子磁場畸變橫差保護誤動。 措施： * G有轉子兩點接地保護時，轉子一點接地后橫差保護改 為經短延時t出口。 * G無轉子兩點接地保護時，轉子一點接地后橫差保護不 延時，允許橫差保護瞬時出口。 7-3 7-3 發(fā)電機定子繞組單相接地保護（發(fā)電機中性點接地方式：不接地或經消弧線圈接地或 經高阻接地）一、發(fā)電機定子繞組單相接地的特點 設A相繞組接地：（：接地點到中性點間

4、的繞組 占整個繞組的百分比） 1、零序電壓 U UAD=E EAE EA 各相對地電壓： U UBD=E EBE EA U UCD=E ECE EA 零序電壓：3U U0=(U UADU UBDU UCD)=3E EA （3U U0隨變化） 2、零序電流 2、零序電流 發(fā)電機對地電容電流： 3I I0GjCG3U U0jCG3E EA 網絡對地電容電流： 3I I0SjCS3U U0jCS3E EA 故障點總對地電容電流： 3I Id03I I0G3I I0Sj(CGCS)3E EA* 發(fā)電機定子接地時，其出口TA0所測零序電流： 3I I0G3I I0SjCS3E EA 其值較大（CS較大）

5、； 方向：G母線* 外部系統(tǒng)單相接地時，發(fā)電機出口TA0所測零序電流： 3I I0G3I I0GjCG3E EA （此時=1） 其值較?。–G較?。环较颍耗妇€G二、利用零序電流構成定子接地保護 反映接地電容電流Ic5A的情況，有選擇性動作于跳閘。 為減小不平衡電流， TA0采用高導磁率的零序電流互感器。零序電流保護整定值選擇原則：(1)躲過（大于）外部系統(tǒng)單相接地時G所測得的零序電流（即G本身的電容電流3I0GCG3EX ，EX：相電壓）； 并應躲過正常運行時TA0一次三相導線排列不對稱Ibp(2)保護一次動作電流應盡量小(靈敏度高)，且應保證CG3EX）接地保護誤動，接地保護應帶有12S的

6、延時。三、利用零序電壓構成定子接地保護 反映接地電容電流IcUbp （一般3U0.dz.j=1530V） 當0時（接地點靠近中性點）， 3U00，保護拒動，出現死區(qū)。 四、100%定子接地保護1、構成方式第一部分：零序電壓保護，死區(qū)：=5%10%（靠中性點側） 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2、三次諧波電壓保護基本原理 常規(guī)三次諧波保護動作條件： 機端三次諧波電壓US3中性點三次諧波電壓UN3 （即：US3/UN31） (1) 正常運行時 中性點對地電抗：XN3=1/(j3CG)； 機端對地電抗：XS3=1/j3(CG+CS) 中性點三次諧波電壓： UN3=XN3

7、E3/(XN3+XS3) 機端三次諧波電壓： US3=XS3E3/(XN3+XS3) 則：US3/UN3=XS3/XN3=(CG)/(CG+CS)1， 即：US3UN3 動作條件不滿足，不動作。 (2) 定子繞組單相接地時 設F點金屬性接地（距中性點比例為 ） UN3=E3，US3=(1-)E3 故：US3/UN3=(1-)/ * UN3，滿足動作條件，動作 * 50%時（F點靠機端側）， US3|UN3| 適當調整復系數Kp使正常運行時： |US3KpUN3|=0 當靠中性點定子繞組接地： US3, UN3|US3KpUN3|UN3| 保護靈敏動作 當靠機端定子繞組接地： US3 , UN3

8、 |US3KpUN3|UN3| 保護動作 （可見改進型的三次諧波保護甚至可以單獨作為100%定子 接地保護） 7-4 7-4 發(fā)電機過流保護一、復合電壓啟動（或低電壓啟動）的過流保護 （同變壓器過流保護）二、負序過負荷及負序過流保護 （用于50MW及以上的發(fā)電機） 三相不對稱短路或不對稱負荷負序過流 轉子倍頻電流轉子過熱、振動。 發(fā)電機允許發(fā)熱條件：I2*2t A (負序電流I2*大允許的時間t短) A：發(fā)電機轉子允許發(fā)熱量； I2*：以Ie.G為基準的負序電流標幺值） 1、定時限負序過負荷及負序過流1、定時限負序過負荷及負序過流 II2元件跳閘，反映負序過流（整定值大） III2元件發(fā)信號，

9、反映負序過負荷（整定值小） 整定計算及特性分析：(1) 負序過負荷部分（小定值） * 動作電流III2.dz整定： 躲過發(fā)電機長期允許負序電流I2.：III2.dz= I2.= I2. 經驗公式：汽輪發(fā)電機：III2.dz=(0.060.08)Ie.2 水輪發(fā)電機：III2.dz=(0.10.2)Ie.2 * 動作延時tII：取69S (2) 負序過流部分（大定值） * 動作電流II2.dz整定： hkKK95. 02 . 1 II2.dz.* tjs：計算時間，即運行人員可采取措施 消除負序電流所需的充足時間，取120s。 當I2*tjs，可人工處理，保護不必動作 當I2*II2.dz.*時

10、，允許時間tytjs，來不及人工處理，保護動作 一般A=3040，則：II2.dz=(0.50.6)Ie.2 （汽輪發(fā)電機用0.5；水輪發(fā)電機用0.6） 與相鄰元件的后備保護配合 （本后備保護Klm相鄰設備后備保護Klm） II2.dz=KkI2.js Kk：配合系數，取1.11.3 I2.js：計算電流，即相鄰設備后備保護范圍末端不對稱短路 時流過本設備的最大負序電流。jstA/ * 動作時限tI：按階梯原則與相鄰元件后備保護配合： tG=tTt，一般為35秒 (3)負序定時限過流保護特性分析： 設：反映不對稱過負荷發(fā)信號部分： 整定值0.1Ie.G；時限t=10S 反映不對稱短路跳閘部分：

11、 整定值0.5Ie.G；時限t=4S ab段：保護尚未動作，G已經過熱。 bc段：未能充分利用G本身的承受能力 cd段：I2 0.5Ie.G時（靠近C點），允許時間ty不夠長，不對稱 過負荷部分發(fā)信號后，無充裕時間保證人工處理。 de段：保護根本不反應。2、負序反時限過流保護（適用于大型G） 為更好地與發(fā)電機承受能力匹配，采用反時限特性。 反時限過流保護：動作時限t與通入G的電流成反比變化。 G絕熱條件下：I2*2ty=A 則：ty=A/I2*2 考慮到G轉子的散熱條件， 允許一定的溫升裕度，保護 實際動作特性?。?tb=A/(I2*2) （：裕度常數） 7-5 7-5 發(fā)電機失磁保護（后備保

12、護）一、發(fā)電機失磁及其產生的影響1、失磁的特點 設正常運行于a點，(1)低勵失磁勵磁電流Ed 功角曲線P()下降，至b點 PPm轉子減速，按等面積法則至d點（加速面積abc=減速面積cde），開始 P回落至c點，P=Pm；由于慣性繼續(xù)PPm 轉子加速，經加速、減速循環(huán)往復的衰減振蕩穩(wěn)定在c點 穩(wěn)定振蕩（同步振蕩）。 )sin(XUEPsd(2)若嚴重失磁曲線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，即尚未將加速面積的能量耗盡又出現P系統(tǒng)頻率fS 轉子中出現滑差(fGfS)交流轉子過熱、振動。(4)G電壓自動解列裝置動作，使G與系統(tǒng)解列。失磁后二、失磁過程中

13、的機端測量阻抗Zm 失磁前位于第一象限（a點）, 失磁后，無功Q由正變負，UG， Zm沿等有功圓進入第四象限， 進而落在臨界失步圓上（b點）， 進而進入失步區(qū)c點異步運行（失步振蕩）。 ，不允許異步運行水輪機，轉差率間，允許異步運行一段時汽輪機，轉差率%21%5 . 0SfffSSSG 為準確判別是否進入失步， 一般不用靜穩(wěn)定極限圓， 而采用異步邊界阻抗圓： 以-jXd/2和-jXd兩點為直徑的圓。 三、失磁保護 定子三相同時低電壓元件：UG； 勵磁低電壓元件：Vfd 異步圓特性阻抗元件：Z * 失磁時：Z、Vfd動作 &2動作經t3延時跳 滅磁開關(不停機)、投異 步電阻、切換廠用電源； 按P的設定值減負荷。*由于失磁后期進入異步運行時，Vfd是交變的，Vfd元件將 周期性地動作與返回，若Vfd持續(xù)動作的時間t3，則