第六章_發(fā)電機保護

1、第六章 發(fā)電機保護發(fā)電機是電力系統(tǒng)中十分重要和貴重的設備，發(fā)電機的安全運行直接影響電力系統(tǒng)的安全。因此，應針對發(fā)電機可能發(fā)生的各種故障和不正常工作狀態(tài)，裝設性能完善的繼電保護裝置。第一節(jié) 發(fā)電機的故障、不正常工作狀態(tài)及其保護o 發(fā)電機的故障o 發(fā)電機的不正常工作狀態(tài)o 發(fā)電機應裝設的保護一、發(fā)電機的故障o定子繞組相間短路：會產生很大的短路電流，嚴重損壞發(fā)電機。定子繞組相間短路：會產生很大的短路電流，嚴重損壞發(fā)電機。 o定子繞組匝間短路：定子繞組匝間短路：會產生很大的環(huán)流，引起故障處溫度升高，會產生很大的環(huán)流，引起故障處溫度升高，使絕緣老化，甚至擊穿絕緣發(fā)展為單相接地或相間短路使絕緣老化，甚至擊

2、穿絕緣發(fā)展為單相接地或相間短路o定子繞組單相接地：定子繞組單相接地：是發(fā)電機易發(fā)生的一種故障。單相接地后，是發(fā)電機易發(fā)生的一種故障。單相接地后，其電容電流流過故障點的定子鐵芯，當此電流較大或持續(xù)時間較其電容電流流過故障點的定子鐵芯，當此電流較大或持續(xù)時間較長時，會使鐵芯局部熔化。長時，會使鐵芯局部熔化。o轉子繞組一點接地或兩點接地：轉子繞組一點接地或兩點接地：轉子繞組一點接地，對發(fā)電機沒轉子繞組一點接地，對發(fā)電機沒有直接危害；兩點接地則轉子繞組一部分被短接，不但會燒毀轉有直接危害；兩點接地則轉子繞組一部分被短接，不但會燒毀轉子繞組，而且由于部分繞組短接會破壞磁路的對稱性，造成磁勢子繞組，而且由

3、于部分繞組短接會破壞磁路的對稱性，造成磁勢不平衡而引起機組劇烈振動，產生嚴重后果。不平衡而引起機組劇烈振動，產生嚴重后果。o轉子勵磁回路勵磁電流急劇下降或消失：轉子勵磁回路勵磁電流急劇下降或消失：從系統(tǒng)吸收無功功率，從系統(tǒng)吸收無功功率，造成失步，從而引起系統(tǒng)電壓下降，甚至可使系統(tǒng)崩潰。造成失步，從而引起系統(tǒng)電壓下降，甚至可使系統(tǒng)崩潰。 二、發(fā)電機的不正常工作狀態(tài)o 由于外部短路引起的定子繞組過電流；由于外部短路引起的定子繞組過電流；o 由于負荷等超過發(fā)電機額定容量而引起的三相對稱由于負荷等超過發(fā)電機額定容量而引起的三相對稱過負荷；過負荷；o 由于外部不對稱短路或不對稱負荷而引起的發(fā)電機由于外部

4、不對稱短路或不對稱負荷而引起的發(fā)電機負序過電流和過負荷；負序過電流和過負荷；o 由于突然甩負荷引起的定子繞組過電壓；由于突然甩負荷引起的定子繞組過電壓；o 由于勵磁回路故障或強勵時間過長而引起的轉子繞由于勵磁回路故障或強勵時間過長而引起的轉子繞組過負荷；組過負荷；o 由于汽輪機主氣門突然關閉而引起的發(fā)電機逆功率由于汽輪機主氣門突然關閉而引起的發(fā)電機逆功率等。等。三、發(fā)電機應裝設的保護o 縱差動保護：反映定子繞組及其引出線相間短路的保護。o 定子繞組匝間短路保護（橫差動保護）：反映定子繞組一相匝間短路的保護。o 定子繞組單相接地保護：反映定子繞組單相接地短路的保護。o 發(fā)電機的失磁保護：反映轉子

5、勵磁電流急劇下降或消失的保護。o 過電流保護：反映外部短路引起的過電流，同時兼作縱差動保護的后備保護。o 負序電流保護：反映定子繞組中出現(xiàn)負序電流的保護。o 過負荷保護：反映發(fā)電機過負荷并作用于信號的保護。o 過電壓保護：反映突然甩負荷而出現(xiàn)過電壓的保護。o 轉子一點接地保護和兩點接地保護：反映勵磁回路接地故障的保護。o 轉子過負荷保護：反映轉子回路過負荷的保護。o 逆功率保護：當汽輪機主汽門誤關閉而發(fā)電機出口斷路器未跳閘，發(fā)電機失去原動力而變?yōu)殡妱訖C運行，汽輪機尾部葉片有可能過熱而造成事故。為此應裝設逆功率保護。三、發(fā)電機應裝設的保護第二節(jié) 發(fā)電機的縱差動保護o 發(fā)電機縱差動保護的基本原理o

6、 由BCH2型差動繼電器構成的發(fā)電機縱差動保護一、發(fā)電機縱差動保護的基本原理o 發(fā)電機縱差動保護由兩組特性和變比相同的電流互感器及差動繼電器構成，如圖所示：1、正常運行和外部故障時2、內部故障時不動作0)(12.1.IInITAK動作opkTATAKIInIInI.2.1.1)(1二、由BCH2型差動繼電器構成的發(fā)電機縱差動保護o原理接線圖：o整定計算：1、動作電流的整定（1）躲過發(fā)電機額定電流，即（2）躲過外部短路時的最大不平衡電流，即2、靈敏度的校驗：按內部短路時的最小短路電流校驗，即3、斷線監(jiān)視繼電器的動作電流，即GNrelopIKI.max.unbrelopIKI2/min.opkse

7、nIIKTAGNopnII/2 . 0.評價（1）定子繞組內部經過渡電阻短路時，在靠近中性點 處存在死區(qū)（2）不反應定子繞組匝間短路（3）不反應定子繞組單相接地（4）當發(fā)生兩點接地故障，其中一點在差動保護范圍 內，一點在差動保護范圍外，僅有一相差動動作（5）不受過負荷和系統(tǒng)振蕩的影響第三節(jié) 發(fā)電機定子繞組單相接地保護定子繞組單相接地的危害 接地電流會產生電弧，燒傷鐵芯，使定子繞組鐵芯疊片燒結在一起，造成檢修困難。接地電流會破壞繞組絕緣，擴大事故，若一點接地未及時發(fā)現(xiàn)，很有可能發(fā)展成繞組的匝間或相間短路故障，嚴重損傷發(fā)電機。接地電流允許值：發(fā)電機額定電壓（KV)發(fā)電機額定容量（MW)接地電流允許

8、值（A)6.3小于等于50410.550100313.815.75125200218203001對大中型發(fā)電機定子繞組單相接地保護的基本要求：繞組有100%的保護范圍。在繞組匝內發(fā)生經過渡電阻接地故障時，保護應有足夠靈敏度。ECEAEBUk0EA1、反應基波零序電壓的接地保護每相對地電壓為：AAGEU)1 (ABBGEEUACCGEEU故障點零序電壓：ACGBGAGakEUUUU)(310結論：故障點零序電壓與成正比，故障點離中性點越遠，零序電壓越高。在機端接地時：AkEU0在中性點處接地時：00kUECEAEBUk0EA保護構成：1）反映零序電壓保護原理接線缺點：保護在離中性點附近接地存在動

9、作死區(qū)。3次諧波濾過器信號提高保護靈敏度措施：加裝3次諧波濾過器。高壓側中性點直接接地電網中，利用保護延時躲過高壓側接地故障。高壓側中性點非直接接地電網中，利用高壓側接地出現(xiàn)的零序電壓閉鎖或者制動發(fā)電機接地保護。注意：在中性點附近接地仍有5%的死區(qū)。2、反應基波零序電壓和3次諧波電壓構成的發(fā)電機定子100%接地保護在發(fā)電機相電勢中，除基波之外，還含有一定分量的諧波，其中主要是3次諧波，3次諧波值一般不超過基波10%。1）正常運行時定子繞組中3次諧波電壓分布機端3次諧波電壓：)(233SGGsCCCEU中性點諧波電壓：)(2233.SGSGNCCCCEU比值：123 .3 .SGGNsCCCUU

10、結論：正常運行時，機端3次諧波電壓總是小于中性點3次諧波電壓。2）定子繞組單相接地時3次諧波電壓的分布（）（）33 .33 .)1 (,EUEUsN有其比值為：13 .3 .NsUU3 .3 .%,50NsUU3 .3 .%,50NsUU結論零序電壓隨變化特性：（中性點）（機端）結論正常情況：機端3次諧波小于中性點處3次諧波電壓；當離中性點處不足50%的范圍內接地，機端3次諧波電壓大于中性點處3次諧波電壓 。原理：利用機端3次諧波電壓作為動作量，利用中性點處3次諧波電壓作為制動量，構成接地保護，越靠近中性點保護越靈敏?？膳c其它保護一起構成發(fā)電機定子100%接地保護。第四節(jié)發(fā)電機的匝間短路保護在

11、容量較大的發(fā)電機中，每相繞組有兩個并聯(lián)支路，每個支路的匝間或支路之間的短路稱為匝間短路故障。由于縱差保護不能反映同一相的匝間短路，當出現(xiàn)同一相匝間短路后，如不及時處理，有可能發(fā)展成相間故障，造成發(fā)電機嚴重損壞，因此，在發(fā)電機上應該裝設定子繞組的匝間短路保護 。1、橫聯(lián)差動保護12跳斷路器信號跳滅磁開關切換片正常運行時投12位置,保護不帶延時。轉子一點接地時，投13位置，保護帶延時，為轉子兩點接地故障做好準備。保護裝設了3次諧波濾過器，降低保護動作電流，提高靈敏度。 正常運行或外部短路時，每一分支繞組供出該相電流的一半，流過中性點連線的電流只是不平衡電流，故保護不動作。 發(fā)生定子繞組匝間短路，故

12、障相繞組的兩個分支的電勢不相等，因而在定子繞組中出現(xiàn)環(huán)流，該電流大于保護的動作電流，則保護動作，跳開發(fā)電機斷路器及滅磁開關。12跳斷路器信號跳滅磁開關 保護動作值：動作電流：GNopII) 3 . 02 . 0(電流互感器變比：5/25. 0GNTAIn缺點單相分支匝間短路的較小時，即短接的匝數(shù)較少時，存在動作死區(qū)。同相兩分支間匝間短路，當短路點位置差別較小時，也存在死區(qū)。2、反應零序電壓的匝間短路保護3次諧波濾過器跳閘原理：當發(fā)電機定子繞組發(fā)生匝間短路時，機端三相電壓對發(fā)電機中性點不對稱，出現(xiàn)零序電壓。3次諧波濾過器跳閘零序電壓繼電器的動作電壓按躲過正常運行時的不平衡電壓整定。要求：為防止T

13、V回路斷線時造成保護誤動作，需要裝設電壓回路斷線閉鎖裝置。反應零序電壓的匝間短路保護，還能反應定子繞組開焊故障。該保護原理簡單，靈敏度較高，適于中性點只有3個引出端的發(fā)電機匝間短路保護。3、反應轉子回路2次諧波電流的匝間短路保護原理：匝間短路在轉子繞組出現(xiàn)2次諧波電流 ，利用此特點構成保護。負序電流濾過器2次諧波濾過器負序電壓濾過器2次諧波電流繼電器負序功率方向繼電器執(zhí)行元件出口負序電流濾過器2次諧波濾過器負序電壓濾過器2次諧波電流繼電器負序功率方向繼電器執(zhí)行元件出口正常運行、三相對稱短路及系統(tǒng)振蕩時，發(fā)電機定子繞組三相電流對稱，保護不會動作。發(fā)電機不對稱運行或不對稱短路時轉子回路中將出現(xiàn)2次

14、諧波電流。為了避免保護的誤動，采用負序功率方向繼電器閉鎖的措施。原因：匝間短路時的負序功率方向與不對稱運行時或發(fā)生不對稱短路時的負序功率方向相反。第五節(jié) 發(fā)電機勵磁回路接地保護o 發(fā)電機正常運行時，勵磁回路與大地之間有一定的絕緣電阻和分布電容。o 當勵磁繞組絕緣嚴重下降或損壞時，會引起勵磁回路的接地故障。o 勵磁回路發(fā)生一點接地故障時，由于沒有形成接地電流的通路，因此對發(fā)電機運行沒有直接影響；勵磁回路發(fā)生兩點接地故障時，將嚴重損壞發(fā)電機。為此，發(fā)電機應裝設勵磁回路一點接地保護和兩點接地保護。一、勵磁回路一點接地保護o 勵磁回路一點接地保護動作于信號。o 勵磁回路一點接地保護主要有：1、勵磁回路

15、絕緣檢查裝置；2、直流電橋式一點接地保護。1、勵磁回路絕緣檢查裝置o 原理圖o 工作原理（1）正常時，兩電壓表V1和V2的讀數(shù)相等。（2）勵磁繞組發(fā)生一點接地故障時，兩電壓表V1和V2的讀數(shù)不相等。2、直流電橋式一點接地保護o 原理圖o 工作原理（1）正常運行時，電橋處于平衡，繼電器不動作。（2）當勵磁繞組發(fā)生一點接地故障時，電橋失去平衡，繼電器動作。（3）如果接地點靠近勵磁繞組中性點M時，流過繼電器的電流小于繼電器的動作電流，而使繼電器不動作，因此存在死區(qū)。二、勵磁回路兩點接地保護o勵磁回路兩點接地保護由電橋原理構成，電橋由勵磁回路電阻Re和附加電阻Rab構成直流電橋四個臂。毫伏表和電流繼電

16、器接在對角線上。o 工作原理（1）勵磁回路一點接地后，調節(jié)R滑動觸點，使電橋平衡；并將勵磁回路兩點接地保護投入工作。（2）勵磁回路發(fā)生兩點接地時，電橋平衡關系被破壞，則保護經延時動作于停機。第六節(jié) 發(fā)電機的其他保護o 負序過電流保護o 失磁保護o 發(fā)電機復合電壓閉鎖過流保護o 失步保護o 逆功率保護o 誤上電保護負序過電流保護的作用A2*2tI發(fā)電機負序過流保護是針發(fā)電機負序過流保護是針對定子繞組電流不平衡而引起的對定子繞組電流不平衡而引起的轉子過熱的一種保護轉子過熱的一種保護 t*2I原理：根據(jù)發(fā)電機轉子發(fā)熱所容許的原理：根據(jù)發(fā)電機轉子發(fā)熱所容許的負序電流，由定時限和反時限兩部分負序電流，由

17、定時限和反時限兩部分組成負序過流保護。組成負序過流保護。發(fā)電機轉子發(fā)熱特性方程：發(fā)電機轉子發(fā)熱特性方程： A：發(fā)電機允許過熱時間常數(shù)。：發(fā)電機允許過熱時間常數(shù)。定時限：動作值低，延時固定。定時限：動作值低，延時固定。反時限：故障量越大，延時越短。反時限：故障量越大，延時越短。負序定時限過電流保護 1234567兩段式 NG2.op0 II1 . NG2.op0.6)50II.(s531t跳閘 10s52t信號 abcde)(st*2I041040010.50.負序反時限過電流保護 2*2AItt*2I保護動作特性 ttI A2*2或 AIBICI失磁保護o 發(fā)電機失磁是指發(fā)電機的勵磁電流異常下

18、降或勵磁電流完全消失的故障。o 發(fā)電機失磁后，各種電氣量和機械量都會發(fā)生變化，且將危及發(fā)電機和系統(tǒng)的安全。為此，發(fā)電機應裝設失磁保護。（1）當發(fā)電機不允許失磁運行時，則失磁保護應動作于跳閘；（2）當發(fā)電機允許失磁運行時，則失磁保護可動作于信號。對電力系統(tǒng)的危害：（1）造成系統(tǒng)中大量無功缺少。當系統(tǒng)中無功儲備不足，將引起電壓下降，嚴重時引起電壓崩潰，系統(tǒng)瓦解（2）造成系統(tǒng)中其他發(fā)電機增加無功輸出。使某些發(fā)電機、變壓器、輸電線路過電流，后備保護可能因過流動作，擴大故障范圍（3）造成有功功率擺動及系統(tǒng)電壓降低?？赡軐е孪噜徴＿\行的發(fā)電機與系統(tǒng)之間失去同步，引起系統(tǒng)振蕩對發(fā)電機的危害： （1）轉子繞

19、組出現(xiàn)差頻電流，引起繞組發(fā)熱（2）異步運行后，發(fā)電機的等效電抗降低，從系統(tǒng)中吸收的無功增加，使定子繞組過熱（3）對大型直接冷卻式汽輪發(fā)電機，其轉矩和有功將發(fā)生劇烈擺動。這種影響對水輪發(fā)電機更為嚴重，直接威脅機組安全（4）定子端部漏磁增強，使端部的部件和端部鐵芯過熱發(fā)電機失磁后機端測量阻抗o現(xiàn)以如圖所示的發(fā)電機與無窮大系統(tǒng)并列運行為例，討論發(fā)電機失磁后機端測量阻抗的變化規(guī)律。（1）失磁后到失步前（90）：機端測量阻抗由第一象限沿等有功阻抗圓向第四象限移動；（2）臨界失步點（=90）：機端測量阻抗到達臨界失步園的園周；（3）失步后的異步運行：機端測量阻抗進入臨界失步園的園內。發(fā)電機失磁保護的構成o 構成失磁保護的判據(jù)：1、無功功率方向改變；2、機端測量阻抗由第一象限沿等有功阻抗圓向第四象限移動，進入臨界失步園內等。o 失磁保護1、小型發(fā)電機的失磁保護通常采用失磁聯(lián)動；2、大、中型發(fā)電機必須裝設專用的失磁保護。發(fā)電機復合電壓閉鎖過流保護（1）保護內容：反映發(fā)電機及下級設備不對稱故障和對稱故障的后備保護（發(fā)電機差動保護的近后備）（2）原理：低電壓啟動反映對稱故障，負序過電壓啟動反映不對稱故障，電流整定值較低，延時較長，滿足后備保護要求。發(fā)電機失步保護（1）保護內容：反映發(fā)電機的