繼電保護(hù)原理基礎(chǔ)_第七章

1、第七章 發(fā)電機(jī)保護(hù)一、故障類型及不正常運行狀態(tài)1 故障類型u定子繞組相間短路：危害最大u定子繞組一相的匝間短路：可能發(fā)展為單相接地短路和相間短路u定子繞組單相接地：較常見，可造成鐵芯燒傷或局部融化u轉(zhuǎn)子繞組一點接地或兩點接地：一點接地時危害不嚴(yán)重；兩點接地時，因破壞了轉(zhuǎn)子磁通的平衡，可能引起發(fā)電機(jī)的強(qiáng)烈震動或?qū)⑥D(zhuǎn)子繞組燒損。u轉(zhuǎn)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，造成失步，從而引起系統(tǒng)電壓下降，甚至可使系統(tǒng)崩潰。2 不正常運行狀態(tài) 外部短路引起的定子繞組過電流：溫度升高，絕緣老化 負(fù)荷等超過發(fā)電機(jī)額定容量而引起的三相對稱過負(fù)荷：溫度升高，絕緣老化 外部不對稱短路或不對稱負(fù)荷而

2、引起的發(fā)電機(jī)負(fù)序過電流和過負(fù)荷：在轉(zhuǎn)子中感應(yīng)出100hz的倍頻電流，可使轉(zhuǎn)子局部灼傷或使護(hù)環(huán)受熱松脫，而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)重大事故。此外，引起發(fā)電機(jī)的100hz的振動。 突然甩負(fù)荷引起的定子繞組過電壓：調(diào)速系統(tǒng)慣性較大發(fā)電機(jī)，在突然甩負(fù)荷時，可能出現(xiàn)過電壓，造成發(fā)電機(jī)繞組絕緣擊穿。 勵磁回路故障或強(qiáng)勵時間過長而引起的轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷 當(dāng)汽輪機(jī)主汽門誤關(guān)閉而發(fā)電機(jī)出口斷路器未跳閘，發(fā)電機(jī)失去原動力而變?yōu)殡妱訖C(jī)運行，從電力系統(tǒng)中吸收有功功率。危害：汽輪機(jī)尾部葉片有可能過熱而造成事故為了快速消除發(fā)電機(jī)內(nèi)部的故障在保護(hù)動作于發(fā)電機(jī)斷路器跳閘發(fā)電機(jī)斷路器跳閘的同時，還必須動作于自動滅磁開關(guān)自動滅磁開關(guān)，斷開發(fā)電機(jī)

3、勵磁回路，以使轉(zhuǎn)子回路電流不會在定子繞組中再感應(yīng)電勢，繼續(xù)供給短路電流。二、保護(hù)類型發(fā)電機(jī)縱差動保護(hù)：定子繞組及其引出線的相間短路保護(hù)橫差動保護(hù)：定子繞組一相匝間短路的保護(hù)單相接地保護(hù)：對發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地短路的保護(hù)發(fā)電機(jī)的失磁保護(hù)：反應(yīng)轉(zhuǎn)子勵磁回路勵磁電流急劇下降或消失過電流保護(hù)：反應(yīng)外部短路引起的過電流，同時兼作縱差動保護(hù)的后備保護(hù)負(fù)序電流保護(hù)：反應(yīng)不對稱短路或三相負(fù)荷不對稱時，發(fā)電機(jī)定子繞組中出現(xiàn)的負(fù)序電流過負(fù)荷保護(hù)：發(fā)電機(jī)長時間超過額定負(fù)荷運行時作用于信號的保護(hù)過電壓保護(hù)：反應(yīng)突然甩負(fù)荷而出現(xiàn)的過電壓轉(zhuǎn)子一點接地保護(hù)和兩點接地保護(hù)：勵磁回路的接地故障保護(hù)轉(zhuǎn)子過負(fù)荷保護(hù)逆功率保護(hù)第二

4、節(jié) 發(fā)電機(jī)縱差動保護(hù)（1）在正常運行情況下，電流互感器二次回路斷線時保護(hù)不應(yīng)誤動，保護(hù)起動電流應(yīng)大于發(fā)電機(jī)額定電流；（2）保護(hù)裝置的起動電流技躲開外部故障時的最大不平衡電流整定（3）為防止在LH二次回路斷線、同時區(qū)外故障導(dǎo)致保護(hù)誤動，另需設(shè)置LH二次回路斷線監(jiān)視裝置發(fā)出告警信號，由運行人員退出保護(hù)（4）斷線監(jiān)視繼電器4按躲開正常運行時的不平衡電流整定，動作時間按大于發(fā)動機(jī)后備保護(hù)時限帶制動的發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)對100Mw及以上大容量發(fā)電機(jī)，采用具有比率制動特性的差動繼電器，利用外部故障時的穿越電流實現(xiàn)制動保證區(qū)外故障時可靠躲開最大不平衡電流的影響，又能提高區(qū)內(nèi)故障時的靈敏度發(fā)電機(jī)縱差動保護(hù)可以無延

5、時切除保護(hù)范圍內(nèi)各種故障，不反應(yīng)發(fā)電機(jī)過負(fù)荷和系統(tǒng)振蕩，且靈敏系數(shù)較高，用作容量在1Mw以上發(fā)電機(jī)的主保護(hù)。第三節(jié) 發(fā)電機(jī)匝間短路的橫差動保護(hù)（1）在正常情況下，兩個繞組中的電勢相等，各供出一半的負(fù)荷電流。（2）當(dāng)任一個繞組中發(fā)生匝間短路時，兩個繞組中的電勢就不再相等，由于出現(xiàn)電勢差產(chǎn)生一個均衡電流，在兩個繞組中環(huán)流。利用反應(yīng)兩個支路電流之差，即可實現(xiàn)發(fā)電機(jī)定子繞組匝間短路的保護(hù)。（3）同相同繞組匝間短路：Ij= 2Id/nl，短路匝數(shù)越多時；環(huán)流越大， 較小時，保護(hù)不動作，有死區(qū)；（4）同相不同繞組匝間短路： 1, 2之差值很小時，也將出現(xiàn)死區(qū)。單元件橫差保護(hù)把一半繞組的三相電流之與另一半繞

6、組三相電流之和進(jìn)行比較， 當(dāng)發(fā)生各種匝問短路時，中性點聯(lián)線上有環(huán)流流過，繼電器3動作只用一個互感器，沒有由于互感器的誤差所產(chǎn)生的不平衡電流，起動電流較小，靈敏度較高當(dāng)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)三次諧波電勢E3時，三相同相位，若任一分支E3與其他支路不相等，則中性點連線上會出現(xiàn)三次諧波環(huán)流 ，采用三次諧波濾波器2，濾掉三次諧波不平衡電流轉(zhuǎn)子永久性兩點接地時，有較大不平衡電流通過中性點連接線，橫差保護(hù)可能誤動轉(zhuǎn)子永久性兩點接地時，氣隙磁通畸變畸變氣隙磁通導(dǎo)致發(fā)電機(jī)異常震動，需轉(zhuǎn)子永久性兩點接地保護(hù)動作跳閘，因此不閉鎖橫差保護(hù)為防止轉(zhuǎn)子瞬時兩點接地時橫差誤動，在轉(zhuǎn)子一點接地后，橫差切換至0.51s延時跳閘回路 發(fā)電

7、機(jī)變壓器組差動保護(hù)(1)當(dāng)發(fā)電機(jī)和變壓器之間無斷路器時，一般裝設(shè)整組共用的縱差動保護(hù)(2)當(dāng)發(fā)電機(jī)與變壓器之間有斷路器時，發(fā)電機(jī)和變壓器應(yīng)分別裝設(shè)縱差動保護(hù)(3)當(dāng)發(fā)電機(jī)與變壓器之間有分支 (如廠用電出線)，應(yīng)把分支線也包括在差動保護(hù)范圍內(nèi) 第四節(jié) 發(fā)電機(jī)的單相接地保護(hù) （4）流經(jīng)接地點的電流為發(fā)電機(jī)所在電壓網(wǎng)絡(luò)，即與發(fā)電機(jī)有直接電聯(lián)系的各元件對地電容電流之總和（5）故障點零序電流、零序電壓特隨發(fā)電機(jī)內(nèi)部接地點位置而改變（6）當(dāng)接地電容電流等于或大于5A時，應(yīng)裝設(shè)動作跳閘的接地保護(hù)，當(dāng)接地電流小于5A時，裝設(shè)作用于信號的接地保護(hù)單相接地：單相接地：Ip1=Ip2=Ip0, Id=3Ip0=3(

8、I0f+I0l)發(fā)電機(jī)零序電容電流：發(fā)電機(jī)零序電容電流：發(fā)電機(jī)以外網(wǎng)絡(luò)零序電流發(fā)電機(jī)以外網(wǎng)絡(luò)零序電流（1）發(fā)電機(jī)內(nèi)部單相接地時，流過）發(fā)電機(jī)內(nèi)部單相接地時，流過LH0的零序電流為發(fā)電機(jī)的零序電流為發(fā)電機(jī)以外電壓網(wǎng)絡(luò)的對地電容電流以外電壓網(wǎng)絡(luò)的對地電容電流; （2）發(fā)電機(jī)外部單相接地時，流過）發(fā)電機(jī)外部單相接地時，流過LH0的零序電流為發(fā)電機(jī)的零序電流為發(fā)電機(jī)本身的對地電容電流本身的對地電容電流（3）當(dāng)發(fā)電機(jī)定于繞組的中性點附近接地時，由于接地電流）當(dāng)發(fā)電機(jī)定于繞組的中性點附近接地時，由于接地電流很小，零序電流保護(hù)將不能起動，存在死區(qū)很小，零序電流保護(hù)將不能起動，存在死區(qū)發(fā)電機(jī)內(nèi)部單相接地短路的

9、機(jī)端零序電壓發(fā)電機(jī)內(nèi)部單相接地短路的機(jī)端零序電壓和故障點的零序電壓相等可通過機(jī)端的電壓互感器來測量故障點零序電壓二、利用零序電流構(gòu)成的定子接地保護(hù) (1)躲過外部單相接地時，發(fā)電機(jī)本身的電容電流，以及由于零序電流互感器一次側(cè)三相導(dǎo)線排列不對稱，而在二次側(cè)引起的不平衡電流。 (2)保護(hù)裝置的一次動作電流應(yīng)小于表7l規(guī)定的允許值。 (3)為防止外部相間短路產(chǎn)生的不平衡電流引起接地保護(hù)誤動作，應(yīng)在相間保護(hù)動作時將接地保護(hù)閉鎖。 (4)保護(hù)裝置一般帶有12s的時限，以躲開外部單相接地瞬間，發(fā)電機(jī)暫態(tài)電容電流的影響三、利用零序電壓構(gòu)成的定子接地保護(hù)(發(fā)電機(jī)變壓器組）發(fā)電機(jī)變壓器組接線方式，當(dāng)發(fā)電機(jī)單相接

10、地后，接地電容電流一般小于允許值，否則可裝設(shè)消弧線圈補償把接地電流補償?shù)胶苄〉臄?shù)值。裝設(shè)作用于信號的接地保護(hù)，反應(yīng)于零序電壓而動作。保護(hù)裝置的整定值應(yīng)躲開正常運行時的不平衡電壓(包括三次諧波電壓)，以及變壓器高壓側(cè)接地時在發(fā)電機(jī)端所產(chǎn)生的零序電壓。中性點附近發(fā)生接地時，保護(hù)裝置不能動作，有電壓死區(qū)。（1）利用零序電流和零序）利用零序電流和零序電壓的接地保護(hù)，對定于電壓的接地保護(hù)，對定于繞組都不能達(dá)到繞組都不能達(dá)到100的保的保護(hù)范圍。護(hù)范圍。（2）對大型發(fā)電機(jī)組，持）對大型發(fā)電機(jī)組，持別是定子繞組用水內(nèi)冷的別是定子繞組用水內(nèi)冷的機(jī)組，應(yīng)裝設(shè)能反應(yīng)機(jī)組，應(yīng)裝設(shè)能反應(yīng)100定于繞組的接地保護(hù)定于繞

11、組的接地保護(hù)第四節(jié) 發(fā)電機(jī)的負(fù)序過流保護(hù)系統(tǒng)中發(fā)生不對稱短路或在正常運行情況廠三相系統(tǒng)中發(fā)生不對稱短路或在正常運行情況廠三相負(fù)荷不平衡時，定子繞組中出現(xiàn)負(fù)序電流；負(fù)荷不平衡時，定子繞組中出現(xiàn)負(fù)序電流；在轉(zhuǎn)子繞組、阻尼繞組以及轉(zhuǎn)于鐵心等部件感應(yīng)在轉(zhuǎn)子繞組、阻尼繞組以及轉(zhuǎn)于鐵心等部件感應(yīng)100H z的倍頻電流，使轉(zhuǎn)子過熱；的倍頻電流，使轉(zhuǎn)子過熱；產(chǎn)生產(chǎn)生100H z交變電磁轉(zhuǎn)矩，將同時作用在轉(zhuǎn)子大交變電磁轉(zhuǎn)矩，將同時作用在轉(zhuǎn)子大軸和定子機(jī)座上，引起軸和定子機(jī)座上，引起100H z的振動；的振動；負(fù)序電流在轉(zhuǎn)子中所引起的發(fā)熱量，正比于負(fù)序負(fù)序電流在轉(zhuǎn)子中所引起的發(fā)熱量，正比于負(fù)序電流的平方及所持續(xù)時

12、間的乘積電流的平方及所持續(xù)時間的乘積發(fā)電機(jī)負(fù)序過電流保護(hù)實際上是對定子繞組電流發(fā)電機(jī)負(fù)序過電流保護(hù)實際上是對定子繞組電流不平衡而引起轉(zhuǎn)子過熱的保護(hù)不平衡而引起轉(zhuǎn)子過熱的保護(hù)發(fā)電機(jī)允許負(fù)序電流的時間是隨負(fù)序電流大小而變化，發(fā)電機(jī)允許負(fù)序電流的時間是隨負(fù)序電流大小而變化， 具有反時限特性。具有反時限特性。二、兩段式負(fù)序定時限過流保護(hù)二、兩段式負(fù)序定時限過流保護(hù)I段 動作于發(fā)不對稱負(fù)荷信號 按躲發(fā)電機(jī)長期允許的負(fù)序電流值和最大負(fù)荷下負(fù)序過濾器的不平衡電流來整定: I2dz = 0.1 Ief，Tdz: 5-10sII段 動作于跳閘 按躲發(fā)電機(jī)短時間允許的負(fù)序電流整定: I2dz = (0.50.6)

13、 Ief， Tdz: 35s 與相鄰元件的后備保護(hù)在靈敏系數(shù)上相配合，時限按后備保護(hù)的原則逐級配合I段：段：0.1Ief，10s - 動作于信號動作于信號II段：段：0.5Ief，4s - 動作于跳閘動作于跳閘 （1）曲線）曲線ab段段: 動作時限動作時限(4s)大于發(fā)電機(jī)允許的時間，可能出現(xiàn)發(fā)電大于發(fā)電機(jī)允許的時間，可能出現(xiàn)發(fā)電機(jī)已被損壞而保護(hù)尚未動作，對發(fā)電機(jī)不安全；機(jī)已被損壞而保護(hù)尚未動作，對發(fā)電機(jī)不安全； （2）曲線）曲線bc段段: 動作時限動作時限(4s)小于發(fā)電機(jī)允許的時間，沒有充分利用小于發(fā)電機(jī)允許的時間，沒有充分利用發(fā)電機(jī)承受負(fù)序電流的能力發(fā)電機(jī)承受負(fù)序電流的能力; （3）曲線

14、）曲線cd段：僅動作于發(fā)信也是不安全的段：僅動作于發(fā)信也是不安全的; （4）曲線）曲線de段：保護(hù)不動作段：保護(hù)不動作1. 兩段式負(fù)序定時限過電流保護(hù)的動作特性與發(fā)電機(jī)允許的負(fù)兩段式負(fù)序定時限過電流保護(hù)的動作特性與發(fā)電機(jī)允許的負(fù)序電流曲線不能很好地配合；序電流曲線不能很好地配合；2. 不能反應(yīng)負(fù)序電流變化時發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)于的熱積累過程。不能反應(yīng)負(fù)序電流變化時發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)于的熱積累過程。單相式低電壓單相式低電壓起動過電流保起動過電流保護(hù)，反應(yīng)三相護(hù)，反應(yīng)三相對稱短路對稱短路三、負(fù)序反時限過流保護(hù)動作特性在允許負(fù)序電流曲線的上面，其間的距離按轉(zhuǎn)子溫升裕度決定。避免在發(fā)電機(jī)還沒有達(dá)到危險狀態(tài)時就把發(fā)電機(jī)切除。

15、第五節(jié)、發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)一、發(fā)電機(jī)的失磁運行及其產(chǎn)生的影響 失磁故障：指勵磁突然全部消失或部分消失。 失磁原因： 轉(zhuǎn)子繞組故障、 勵磁機(jī)故障、 自動滅磁開關(guān)誤跳閘、 半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng)中元件損壞或回路發(fā)生故障以及誤操作等。 失磁后的影響 失磁失步異步運行對電力系統(tǒng)影響：吸收無功，電壓下降，無功儲備不足，乃至電壓崩潰而系統(tǒng)瓦解 對發(fā)電機(jī)影響：（1）轉(zhuǎn)子中的差頻電流引起轉(zhuǎn)子過熱（2）轉(zhuǎn)差率上升引起定子過電流產(chǎn)生發(fā)熱（3） 轉(zhuǎn)速上升引起振動氣輪發(fā)電機(jī)原則上允許異步運行一段時間水輪發(fā)電機(jī)不允許失磁異步運行二、發(fā)電機(jī)失磁后的機(jī)端測量阻抗（90）QP受端功率因素角 （1）失磁后到失步前轉(zhuǎn)子電流Id EdPP，保

16、持P不變Ed，QQ90）1、發(fā)電機(jī)空載運行失磁時：S=0Zf = -jX1 jXad = -jXd -最大2、發(fā)電機(jī)在其他運行方式下失磁：SZf,位于第四象限三、發(fā)電機(jī)在其它運行方式下的機(jī)端測量阻抗失磁失磁Q0Q=0Q0外部故障外部故障四、失磁保護(hù)的構(gòu)成方式失磁保護(hù)應(yīng)能正確反應(yīng)發(fā)電機(jī)失磁故障，而在 發(fā)電機(jī)外部故障、電力系統(tǒng)振蕩、發(fā)電機(jī)自同步并列以及發(fā)電機(jī)低勵磁(同步)運行時不誤動作。 利用自動滅磁開關(guān)聯(lián)鎖跳開發(fā)電機(jī)斷路器 利用失磁后發(fā)電機(jī)定子各參數(shù)變化的特點構(gòu)成失磁保護(hù)：機(jī)端測量阻抗由第一象限進(jìn)入第四象限，無功功率改變方向、機(jī)端電壓下降，功角增大，勵磁電壓降低等失磁故障主要判別元件：失磁故障主要判別元件：1. 阻抗元件阻抗元件Z：按臨界：按臨界失步阻抗圓整定；失步阻抗圓整定；2