發(fā)電機(jī)主設(shè)備保護(hù)

發(fā)電機(jī)主設(shè)備保護(hù)第一頁，共六十三頁，2022年，8月28日發(fā)電機(jī)的故障類型：

a、發(fā)電機(jī)定子繞組相間短路（d1故障）；－最常發(fā)生

b、發(fā)電機(jī)定子繞組匝間短路（1）繞組同相同分支匝間短路（d2故障）；（2）繞組同相不同分支匝間短路（d3故障）；

c、發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地短路；

d、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁回路一點(diǎn)或兩點(diǎn)接地（d4故障）；

e、失磁（低勵(lì)）故障。第二頁，共六十三頁，2022年，8月28日發(fā)電機(jī)的不正常工作狀態(tài)：

a、定子繞組過負(fù)荷；

b、轉(zhuǎn)子表層過熱；由于外部不對(duì)稱短路或系統(tǒng)非全相運(yùn)行出現(xiàn)負(fù)序電流引起。

c、定子繞組過電壓；

d、發(fā)電機(jī)逆功率運(yùn)行（主汽門突然關(guān)閉，轉(zhuǎn)為電動(dòng)機(jī)）；

e、勵(lì)磁回路過負(fù)荷和過勵(lì)磁；

f、發(fā)電機(jī)頻率上升或下降；

g、發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)之間失步；第三頁，共六十三頁，2022年，8月28日a、縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，反應(yīng)發(fā)電機(jī)定子繞組及引出線相間短路；

b、定子繞組匝間短路保護(hù)；

c、定子單相接地保護(hù)（接地電流超過允許值時(shí)）；

d、負(fù)序過電流保護(hù)；

e、對(duì)稱過負(fù)荷保護(hù)；

f、勵(lì)磁回路一點(diǎn)或二點(diǎn)接地保護(hù)；

g、失磁保護(hù)；

h、失步保護(hù)；

I、轉(zhuǎn)子過負(fù)荷保護(hù)；

j、逆功率保護(hù)；

k、定子繞組過電壓保護(hù)；

L、發(fā)電機(jī)過勵(lì)磁保護(hù)；發(fā)電機(jī)保護(hù)配置：第四頁，共六十三頁，2022年，8月28日2.

發(fā)電機(jī)的縱差和橫差保護(hù)保護(hù)范圍：發(fā)電機(jī)定子繞組及引出線的相間短路的主保護(hù)。

發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行，差動(dòng)回路不平衡電流較小，隨著外部短路電流的增大，不平衡電流相應(yīng)增大，為防止保護(hù)誤動(dòng)，通常采用比率制動(dòng)式縱差保護(hù)。

正常運(yùn)行或外部故障情況下，流入差動(dòng)繼電器的電流為0，內(nèi)部故障時(shí)為故障電流。比率制動(dòng)式縱差保護(hù)：第五頁，共六十三頁，2022年，8月28日發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)與變壓器縱差保護(hù)的區(qū)別1.變壓器各側(cè)額定電壓電流不同，各側(cè)TA不同型，縱差保護(hù)的不平衡電流相對(duì)較大；2.變壓器縱差保護(hù)對(duì)繞組的匝間短路具有一定的保護(hù)作用（鐵心磁路耦合），而發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)對(duì)定子繞組匝間短路完全沒有保護(hù)作用；3.變壓器縱差和發(fā)電機(jī)縱差均對(duì)繞組的開焊故障沒有保護(hù)作用，需要配置其它保護(hù)方式；4.發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)嚴(yán)格符合KCL定律，而變壓器縱差保護(hù)其保護(hù)區(qū)內(nèi)不僅有電路聯(lián)系，而且還包含磁路的聯(lián)系，存在勵(lì)磁涌流問題；第六頁，共六十三頁，2022年，8月28日發(fā)電機(jī)機(jī)端和中性點(diǎn)側(cè)

TA二次電流分別為標(biāo)積制動(dòng)式縱差保護(hù)：二側(cè)電流的標(biāo)積定義為正常運(yùn)行和外部短路時(shí)制動(dòng)電流較大，保護(hù)不易誤動(dòng)，發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障時(shí)，制動(dòng)電流為零，保護(hù)有較大的靈敏度。第七頁，共六十三頁，2022年，8月28日

縱差保護(hù)并不是滿足動(dòng)作方程就動(dòng)作，為防止TA

斷線引起保護(hù)的誤動(dòng)，還需要加入其他判別邏輯。

保護(hù)的動(dòng)作邏輯：第八頁，共六十三頁，2022年，8月28日不完全縱差保護(hù)：大型汽輪或水輪發(fā)電機(jī)每相定子繞組為兩個(gè)或多個(gè)并聯(lián)分支，不完全差動(dòng)保護(hù)在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)僅接入部分并聯(lián)分支電流與機(jī)端電流構(gòu)成縱差動(dòng)保護(hù)，通過選擇不同的電流互感器變比，使得正常運(yùn)行及外部短路時(shí)沒有差動(dòng)電流。當(dāng)發(fā)電機(jī)發(fā)生相間、匝間短路和分支開焊故障，差動(dòng)電流超過動(dòng)作電流時(shí)，不完全縱差保護(hù)動(dòng)作切除故障。第九頁，共六十三頁，2022年，8月28日發(fā)電機(jī)完全縱差保護(hù)，是發(fā)電機(jī)相間故障的主保護(hù)。由于差動(dòng)元件兩側(cè)TA的型號(hào)、變比完全相同，受其暫態(tài)特性的影響較小。其動(dòng)作靈敏度也較高，但不能反應(yīng)定子繞組的匝間短路及開焊故障；完全縱差保護(hù)與不完全縱差保護(hù)的區(qū)別不完全縱差保護(hù)除保護(hù)定子繞組的相間短路之外，亦能反應(yīng)定子繞組開焊及某些匝間短路。但是，由于在中性點(diǎn)側(cè)只引入其一分支的電流，故在整定計(jì)算時(shí)，應(yīng)考慮各分支電流不相等產(chǎn)生的差流。另外，當(dāng)差動(dòng)元件兩側(cè)TA型號(hào)不同及變比不同時(shí)，受系統(tǒng)暫態(tài)過程的影響較大。第十頁，共六十三頁，2022年，8月28日發(fā)電機(jī)橫差保護(hù)：

發(fā)電機(jī)定子繞組匝間短路的主保護(hù)。1.裂相橫差保護(hù)

α越大，環(huán)流越大，繼電器的電流越大；α越小，環(huán)流越小，繼電器的電流越小,有死區(qū)。（2）同相不同分支發(fā)生匝間短路

α1＝α2時(shí)，無環(huán)流，保護(hù)出現(xiàn)死區(qū)。

α1≠α2時(shí)，產(chǎn)生兩個(gè)環(huán)流（1）同相同分支發(fā)生匝間短路

第十一頁，共六十三頁，2022年，8月28日優(yōu)點(diǎn)：接線簡單，不平衡電流小，靈敏性高，反應(yīng)定子繞組匝間、相間及分支開焊故障。

注意濾除三次諧波電流引起的不平衡電流。

每相分別裝設(shè)TA（6個(gè)）和繼電器（3個(gè)）缺點(diǎn)：接線復(fù)雜，不平衡電流大；2.單元件橫差保護(hù)

適用于具有多個(gè)分支的定子繞組且有兩個(gè)以上中性點(diǎn)引出端子的發(fā)電機(jī)。動(dòng)作電流按躲過區(qū)外短路時(shí)最大不平衡電流整定第十二頁，共六十三頁，2022年，8月28日TV0縱向零序電壓保護(hù)定子繞組發(fā)生匝間短路時(shí)，均會(huì)出現(xiàn)縱向不對(duì)稱，產(chǎn)生縱向零序電壓。通過裝設(shè)專用電壓互感器，互感器一次中性點(diǎn)與發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)直接相連，而不允許再接地，在互感器開口三角形繞組取得縱向零序電壓?？v向零序電壓保護(hù)：第十三頁，共六十三頁，2022年，8月28日6.3發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)定子繞組單相接地故障一般是由定子線圈與鐵芯之間的絕緣損壞引起的。大型發(fā)電機(jī)組定子繞組對(duì)地電容較大，發(fā)生接地故障時(shí)，接地電容電流比較大，可能使定子鐵芯燒壞，故障點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)局部弧光過電壓，可能導(dǎo)致發(fā)電機(jī)繞組的多點(diǎn)絕緣損壞，使得故障擴(kuò)展成為危害更大的相間或匝間短路故障。定子繞組單相接地故障電流和暫態(tài)過電壓大小均與發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式有關(guān)。發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式的討論：1.發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)直接接地方式，單相接地故障電流非常大，該方式不可??！第十四頁，共六十三頁，2022年，8月28日2.發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)不接地方式，單相接地故障電流為發(fā)電機(jī)三相對(duì)地電容電流，其值相對(duì)較小。但隨著單機(jī)容量的不斷增大，三相對(duì)地電容也相應(yīng)增大，使單相接地故障電流增大，威脅發(fā)電機(jī)安全。3.發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)配電變壓器高阻接地方式，利用接地電阻達(dá)到抑制暫態(tài)過電壓的作用。曲線3—發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)高阻接地當(dāng)選擇單相接地故障的暫態(tài)過電壓不超過2.6pu但會(huì)使接地故障電流大于4.發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式，利用消弧線圈提供的電感電流來補(bǔ)償發(fā)電機(jī)的電容電流，達(dá)到抑制或減小單相接地故障電流的作用。為避免發(fā)生傳遞過電壓，消弧線圈必須按欠補(bǔ)償方式調(diào)整。第十五頁，共六十三頁，2022年，8月28日發(fā)電機(jī)頻率偏移時(shí)，產(chǎn)生較嚴(yán)重的暫態(tài)過電壓。曲線1—發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈諧振接地方式曲線2—發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈諧振接地（消弧線圈中串接小電阻方式）該方式既有效抑制了暫態(tài)過電壓，同時(shí)也減小了單相接地的故障電流，有利于發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行。因此大型發(fā)電機(jī)組應(yīng)該采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式，使調(diào)整補(bǔ)償后的接地殘流小于允許值。發(fā)生單相接地故障后，接地保護(hù)動(dòng)作于信號(hào)，發(fā)電機(jī)繼續(xù)與系統(tǒng)并聯(lián)，同時(shí)轉(zhuǎn)移負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)停機(jī)檢修。第十六頁，共六十三頁，2022年，8月28日發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地必須采用欠補(bǔ)償方式主變高壓側(cè)發(fā)生接地故障時(shí)，故障點(diǎn)零序電壓U0H經(jīng)主變耦合電容CM傳遞到發(fā)電機(jī)側(cè):補(bǔ)償系數(shù):K>1欠補(bǔ)償；

K<1過補(bǔ)償；K=1

全補(bǔ)償如果采用

K<1過補(bǔ)償；1-(1/K)<0

可能使B趨近無窮大，產(chǎn)生傳遞過電壓。第十七頁，共六十三頁，2022年，8月28日機(jī)端經(jīng)過渡電阻發(fā)生接地故障當(dāng)

地電位在以AO為直徑的半圓弧上。A相金屬性短路時(shí)，非故障相電壓升高1.732

倍。但不是最大的穩(wěn)態(tài)過電壓。分析表明最大值可能達(dá)到1.82倍。第十八頁，共六十三頁，2022年，8月28日α正常情況下:發(fā)電機(jī)三相電壓中的基波零序電壓3U0很?。粏蜗嘟拥毓收蠒r(shí):就出現(xiàn)3U0,其大小與故障點(diǎn)位置有關(guān)。發(fā)電機(jī)端各相對(duì)地電勢：

定子繞組內(nèi)部任一點(diǎn)發(fā)生金屬性接地故障第十九頁，共六十三頁，2022年，8月28日

適用：發(fā)電機(jī)變壓器組單元接線一、基波零序電壓定子繞組單相接地保護(hù)故障點(diǎn)基波零序電壓為：

基波零序電壓保護(hù)動(dòng)作判據(jù)為：

動(dòng)作電壓按躲過正常運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)的最大不平衡電壓。受如下幾個(gè)因素的影響：死區(qū)第二十頁，共六十三頁，2022年，8月28日1.

發(fā)電機(jī)三相對(duì)地電容不對(duì)稱，造成中性點(diǎn)產(chǎn)生位移電壓中性點(diǎn)不接地時(shí)，假設(shè)三相電勢完全對(duì)稱，而，則根據(jù)KCL定律，可有：若中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地時(shí)，根據(jù)Thévenintheory第二十一頁，共六十三頁，2022年，8月28日加入消弧線圈后，中性點(diǎn)電壓為：其中，脫諧度阻尼率若在諧振條件下且消弧線圈為純電感，則只要三相對(duì)地電容略有不同，產(chǎn)生第二十二頁，共六十三頁，2022年，8月28日因此消弧線圈中宜加入電阻R，使達(dá)到限制中性點(diǎn)電壓U0的作用。2.主變高壓側(cè)發(fā)生接地故障時(shí)，高壓側(cè)基波零序電壓經(jīng)耦合電容傳遞到發(fā)電機(jī)機(jī)端產(chǎn)生的（當(dāng)基波零序電壓保護(hù)靈敏度受到影響時(shí)，可考慮增設(shè)主變高壓側(cè)基波零序制動(dòng)電壓）3.發(fā)電機(jī)自身三次諧波電壓（具有零序電壓性質(zhì)）的影響，應(yīng)裝設(shè)三次諧波阻波環(huán)節(jié)（三次諧波過濾器）。4.發(fā)電機(jī)三相電勢的不對(duì)稱或TV傳變特性誤差產(chǎn)生的零序基波不平衡電壓。第二十三頁，共六十三頁，2022年，8月28日缺點(diǎn)：一般能夠保護(hù)85%以上的定子接地故障，但靠近中性點(diǎn)部分有一定的保護(hù)死區(qū)。死區(qū)第二十四頁，共六十三頁，2022年，8月28日二、利用三次諧波電壓的定子繞組單相接地保護(hù)由于發(fā)電機(jī)氣隙磁場的非正弦波，在三相定子繞組中將感應(yīng)產(chǎn)生各種諧波電動(dòng)勢，如3，5，7次諧波，使發(fā)電機(jī)三相電壓偏離正弦波形，為此電機(jī)制造廠家采用短距繞組和分布繞組來最大限度減小或消除5，7次諧波，3次諧波不影響線電壓波形，且鐵芯的局部飽和也是不可避免，因此發(fā)電機(jī)三相電壓中，總是或多或少的存在3次諧波成分。1.發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)不接地對(duì)于一臺(tái)孤立發(fā)電機(jī)，則有，第二十五頁，共六十三頁，2022年，8月28日若發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)并列運(yùn)行，且中性點(diǎn)不接地，則有：2.發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地采用欠補(bǔ)償方式，若不計(jì)電阻，消弧線圈以純電感L表示，則有：即補(bǔ)償系數(shù)第二十六頁，共六十三頁，2022年，8月28日因此，機(jī)端與中性點(diǎn)側(cè)的3次諧波電壓之比中性點(diǎn)3次諧波等效容納為：所以，中性點(diǎn)的3次諧波等效阻抗仍為容性。機(jī)端的3次諧波等效阻抗也為容性，且電容值大于中性點(diǎn)側(cè)。第二十七頁，共六十三頁，2022年，8月28日US3/UN3＝（1－α）/α

當(dāng)α<50%時(shí)，則有：綜上表明：在正常運(yùn)行情況下，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地時(shí)，均有如下關(guān)系：當(dāng)發(fā)電機(jī)定子繞組在距中性點(diǎn)α

處發(fā)生金屬性單相接地時(shí)，無論中性點(diǎn)是否接有消弧線圈，均有：第二十八頁，共六十三頁，2022年，8月28日為防止發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，定子繞組單相接地保護(hù)誤動(dòng)，取三次諧波電壓型定子繞組單相接地保護(hù)方案當(dāng)近中性點(diǎn)發(fā)生經(jīng)過渡電阻接地故障時(shí)，由于增大，保護(hù)靈敏度不夠高。改進(jìn)方案：正常運(yùn)行時(shí)，調(diào)整Kp使從而可使制動(dòng)量取較小值，當(dāng)發(fā)電機(jī)定子繞組發(fā)生單相接地故障時(shí)，該方案能較靈敏動(dòng)作。第二十九頁，共六十三頁，2022年，8月28日三、100％定子繞組單相接地保護(hù)對(duì)大型發(fā)電機(jī)組，應(yīng)裝設(shè)能反應(yīng)100%定子繞組接地的保護(hù)。目前100%定子接地保護(hù)一般由兩部分組成，第一部分是零序電壓保護(hù)，它能反應(yīng)從機(jī)端到中性點(diǎn)間85%范圍內(nèi)的定子繞組接地故障，第二部分由三次諧波電壓構(gòu)成，用來消除零序電壓保護(hù)的保護(hù)死區(qū)，共同構(gòu)成100%定子繞組單相接地保護(hù)（雙頻式100％定子繞組單相接地保護(hù)方案）。外加交流電源式100％定子繞組單相接地保護(hù)第三十頁，共六十三頁，2022年，8月28日外加交流電源式100％定子繞組單相接地保護(hù)：正常運(yùn)行時(shí)，三相定子繞組對(duì)地絕緣完好，外加電源只在三相對(duì)地電容中產(chǎn)生很小的電流，當(dāng)定子繞組發(fā)生單相接地故障時(shí)，外加電源將通過接地點(diǎn)產(chǎn)生較大的故障電流，使保護(hù)動(dòng)作。第三十一頁，共六十三頁，2022年，8月28日外加電源頻率的選擇：1.

正常運(yùn)行時(shí)，外加電源只在三相對(duì)地電容中產(chǎn)生很小的電流，希望對(duì)地電流數(shù)值盡可能小，宜選用直流電源。但采用直流外加電源，使得發(fā)電機(jī)定子繞組與保護(hù)設(shè)備在電氣上直接相連，一次系統(tǒng)與二次系統(tǒng)之間沒有電氣隔離，不利于安全操作。2.

外加低頻交流電源方式(12.5Hz，20Hz，25Hz)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明：發(fā)電機(jī)系統(tǒng)可能發(fā)生諧振的頻率主要集中在25Hz，50Hz和150Hz

，因此25Hz

外加電源方式一般不被采納。第三十二頁，共六十三頁，2022年，8月28日外加交流電源式100％定子繞組單相接地保護(hù)：外加電源方式的定子繞組單相接地保護(hù)，主要優(yōu)點(diǎn)：與發(fā)電機(jī)的運(yùn)行方式無關(guān)，它不僅能夠檢測發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行狀態(tài)下的單相接地故障，而且在發(fā)電機(jī)啟、停機(jī)過程中同樣能夠保護(hù)定子繞組的單相接地故障靈敏度高于雙頻式的定子繞組單相接地保護(hù)方案。缺點(diǎn)：需要附加設(shè)備，造價(jià)昂貴。第三十三頁，共六十三頁，2022年，8月28日四、選擇性定子繞組接地保護(hù)假設(shè)K1點(diǎn)發(fā)生單相接地故障，相當(dāng)于在故障點(diǎn)突然施加一個(gè)電壓源，產(chǎn)生故障暫態(tài)行波。故障行波自左而右流過TA2，一部分經(jīng)變壓器發(fā)生透射和反射，另一部分經(jīng)母線流過TA1，其方向是自右而左，與TA2相反，因此，可以利用零序電壓行波3u0和零序電流行波3i01,3i02，構(gòu)成行波零序功率方向保護(hù)。第三十四頁，共六十三頁，2022年，8月28日6.4發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路接地保護(hù)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路的絕緣破壞會(huì)造成勵(lì)磁回路的接地故障。當(dāng)勵(lì)磁回路發(fā)生一點(diǎn)接地時(shí)，并未形成電流回路，對(duì)發(fā)電機(jī)不會(huì)造成直接危害。但如果再發(fā)生第二點(diǎn)接地故障，形成了短路電流的通路，不僅可能燒傷勵(lì)磁繞組和轉(zhuǎn)子本體，還可能使軸系和汽機(jī)磁化，引起機(jī)組劇烈振動(dòng)，嚴(yán)重威脅發(fā)電機(jī)的安全。對(duì)于100MW及以上汽輪發(fā)電機(jī)，均裝設(shè)一點(diǎn)接地保護(hù)，轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地后保護(hù)方式有兩種情況：1.發(fā)生一點(diǎn)接地后保護(hù)動(dòng)作于發(fā)信或跳閘；2.發(fā)生一點(diǎn)接地后投入兩點(diǎn)接地保護(hù)，兩點(diǎn)接地保護(hù)動(dòng)作于跳閘。保護(hù)配置：第三十五頁，共六十三頁，2022年，8月28日一、直流電橋式發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路一點(diǎn)接地保護(hù)

轉(zhuǎn)子對(duì)地絕緣的分布電阻看作接于勵(lì)磁繞組中點(diǎn)與地之間的一個(gè)集中電阻Rg，勵(lì)磁繞組中點(diǎn)兩側(cè)電阻構(gòu)成電橋的兩個(gè)臂，而外接電阻R1、R2構(gòu)成電橋的另外兩臂，在R1、R2連接點(diǎn)與地之間接入繼電器。正常時(shí)通過調(diào)整使電橋各臂平衡，繼電器流過的不平衡電流最小，發(fā)生某點(diǎn)接地故障時(shí)電橋平衡破壞，流過繼電器的電流大于不平衡電流時(shí)動(dòng)作。缺點(diǎn)：當(dāng)接地點(diǎn)在勵(lì)磁繞組中點(diǎn)附近時(shí)，保護(hù)存在一定的死區(qū)。第三十六頁，共六十三頁，2022年，8月28日二、疊加交流電壓式勵(lì)磁回路一點(diǎn)接地保護(hù)

交流電壓U0

經(jīng)電流繼電器K和隔直電容C

疊加到勵(lì)磁繞組的一端與地之間。

忽略勵(lì)磁繞組中的交流壓降和交變感應(yīng)電勢，正常情況下流過繼電器的不平衡電流為：第三十七頁，共六十三頁，2022年，8月28日當(dāng)勵(lì)磁繞組上某點(diǎn)經(jīng)過渡電阻短路后，流過繼電器電流為：

繼電器動(dòng)作，判別勵(lì)磁繞組發(fā)生接地短路。

優(yōu)點(diǎn)：接線簡單，沒有保護(hù)死區(qū)，勵(lì)磁繞組上任一點(diǎn)接地的靈敏度基本相近。

缺點(diǎn)：大機(jī)組的勵(lì)磁繞組對(duì)地電容較大，容抗較小，一般小于對(duì)地絕緣電阻，該保護(hù)的靈敏度較低。第三十八頁，共六十三頁，2022年，8月28日三、疊加方波電壓式勵(lì)磁回路一點(diǎn)接地保護(hù)

方波電壓U0

經(jīng)耦合電容C

和測量電阻RM

加到勵(lì)磁回路兩端，令耦合電容C>>Cg，得等效電路。對(duì)應(yīng)的齊次方程的通解（自由分量）為：第三十九頁，共六十三頁，2022年，8月28日對(duì)應(yīng)的非齊次方程解的強(qiáng)制分量（新穩(wěn)態(tài)量）為：所以，一階線性非齊次微分方程的通解為：設(shè)t=0時(shí)，分布電容的端電壓uc(0)=0，得到：所以，可得：第四十頁，共六十三頁，2022年，8月28日所以，測量電阻上的電壓降：t=0時(shí)，分布電容電壓uc(0)=0，Rg被短路，t=τ/2

時(shí)，第四十一頁，共六十三頁，2022年，8月28日當(dāng)發(fā)生勵(lì)磁繞組接地故障時(shí)，對(duì)地電阻Rg

下降，UM(0)不變，

UM(τ/2)

增大。通過檢測

UM

波形的變化來反映勵(lì)磁回路的一點(diǎn)接地故障。保護(hù)動(dòng)作判據(jù)：第四十二頁，共六十三頁，2022年，8月28日四、切換采樣式（乒乓式）勵(lì)磁回路一點(diǎn)接地保護(hù)K為轉(zhuǎn)子繞組接地點(diǎn)的位置，當(dāng)S1

閉合，S2打開時(shí)為狀態(tài)1：當(dāng)S2

閉合，S1打開時(shí)為狀態(tài)2：（R1：量測電阻）利用微機(jī)保護(hù)的計(jì)算能力，可計(jì)算出故障過渡電阻值以及標(biāo)識(shí)故障位置的K，通過綜合比較，就可以判斷出勵(lì)磁繞組是否發(fā)生了接地故障。第四十三頁，共六十三頁，2022年，8月28日五、勵(lì)磁回路兩點(diǎn)接地保護(hù)1.檢測定子電壓二次諧波的兩點(diǎn)接地保護(hù)。當(dāng)勵(lì)磁繞組發(fā)生兩點(diǎn)接地或匝間短路時(shí)，氣隙磁場的對(duì)稱性受到破壞，在定子繞組中感應(yīng)出二次諧波及其它偶次諧波電壓，通過監(jiān)測定子電壓二次諧波含量，可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地及匝間短路的保護(hù)。2.切換采樣原理。在發(fā)生一點(diǎn)接地后，可以通過計(jì)算得到一點(diǎn)接地的Rg

和k，此后保護(hù)繼續(xù)按照原方法進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)檢測到Rg

和k有變化時(shí)，根據(jù)其變化大小確認(rèn)為兩點(diǎn)接地故障。，則判定為兩點(diǎn)接地故障。第四十四頁，共六十三頁，2022年，8月28日6.5發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)

發(fā)電機(jī)失磁通常是指發(fā)電機(jī)勵(lì)磁異常下降或勵(lì)磁完全消失的故障，發(fā)電機(jī)完全失去勵(lì)磁時(shí)，勵(lì)磁電流將逐漸衰減至零，發(fā)電機(jī)感應(yīng)電動(dòng)勢隨之減小，其電磁轉(zhuǎn)矩將小于原動(dòng)機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)矩，引起轉(zhuǎn)子加速，使發(fā)電機(jī)功角δ增大，當(dāng)其超過靜態(tài)穩(wěn)定極限角時(shí)，發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)失去同步。第四十五頁，共六十三頁，2022年，8月28日發(fā)電機(jī)失磁的危害：

1.

從系統(tǒng)中吸收大量的無功功率，造成系統(tǒng)大量無功功率缺失，若系統(tǒng)無功儲(chǔ)備不足，則引起電力系統(tǒng)電壓降低，甚至造成系統(tǒng)電壓崩潰；并因過電流而使定子過熱；2.失磁后發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速超過同步轉(zhuǎn)速，在轉(zhuǎn)子和勵(lì)磁回路中將產(chǎn)生差頻電流，形成附加損耗，使轉(zhuǎn)子過熱；PTδP90δ1第四十六頁，共六十三頁，2022年，8月28日3.

失磁后發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和有功功率將發(fā)生周期性擺動(dòng)，并通過定子傳到機(jī)座上，引起機(jī)組振動(dòng)，威脅機(jī)組安全；4.

低勵(lì)或失磁運(yùn)行時(shí)，定子端部漏磁增加，將使端部和邊緣鐵芯過熱，發(fā)生故障。

規(guī)程規(guī)定對(duì)于不允許失磁運(yùn)行的發(fā)電機(jī)及失磁對(duì)電力系統(tǒng)有重大影響的發(fā)電機(jī)應(yīng)裝設(shè)專用失磁保護(hù)。

1.

對(duì)于汽輪發(fā)電機(jī)，其異步功率較大，調(diào)速器比較靈敏，可在較小的轉(zhuǎn)差下異步運(yùn)行一段時(shí)間。

2.

對(duì)于水輪發(fā)電機(jī)，由于其異步功率較小，調(diào)速器不靈敏，失磁異步運(yùn)行吸收無功功率大，機(jī)組振動(dòng)大，所以水輪發(fā)電機(jī)失磁后一般不允許繼續(xù)運(yùn)行。第四十七頁，共六十三頁，2022年，8月28日失磁保護(hù)判據(jù)的構(gòu)成：

存在的問題：超高壓遠(yuǎn)距離輸電線的電容電流較大，輕載情況下，系統(tǒng)電壓較高，發(fā)電機(jī)被迫減小勵(lì)磁電壓，甚至進(jìn)相運(yùn)行，該判據(jù)易誤動(dòng)。2.

利用機(jī)端測量阻抗的變化檢測低勵(lì)失磁故障1.

發(fā)電機(jī)失磁故障發(fā)生在轉(zhuǎn)子回路中，可利用勵(lì)磁電壓明顯降低構(gòu)成判據(jù)第四十八頁，共六十三頁，2022年，8月28日發(fā)電機(jī)在失磁過程中的機(jī)端測量阻抗

1.失磁后到失步前等有功阻抗圓其中，第四十九頁，共六十三頁，2022年，8月28日2.臨界失步點(diǎn)（靜穩(wěn)極限阻抗圓）汽輪發(fā)電機(jī)組δ＝90°，發(fā)電機(jī)處于失去靜態(tài)穩(wěn)定的臨界狀態(tài)發(fā)電機(jī)從系統(tǒng)吸收無功功率第五十頁，共六十三頁，2022年，8月28日將代入前式，得靜穩(wěn)極限阻抗圓，其圓周為發(fā)電機(jī)以不同有功功率P臨界失穩(wěn)時(shí)，機(jī)端測量阻抗的軌跡。圓內(nèi)為靜穩(wěn)破壞區(qū)，表示發(fā)電機(jī)已超過靜穩(wěn)極限，不能再保持同步運(yùn)行。第五十一頁，共六十三頁，2022年，8月28日RjX-jXd-jXd’jXsP1P2aa?bb’cc?發(fā)電機(jī)失磁后，測量阻抗沿等有功阻抗圓向第四象限移動(dòng)，當(dāng)它與靜穩(wěn)極限阻抗圓相交時(shí)，表示機(jī)組運(yùn)行處于靜穩(wěn)穩(wěn)定的極限，越過交點(diǎn)后，發(fā)電機(jī)將轉(zhuǎn)入異步運(yùn)行狀態(tài)。第五十二頁，共六十三頁，2022年，8月28日逆無功失磁判據(jù)

發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，向系統(tǒng)發(fā)出感性無功功率，發(fā)生失磁到失步前，無功功率隨著Eq的減小和功角δ

增大而減小，Q值由正變?yōu)樨?fù)，發(fā)電機(jī)吸收感性無功功率。定子側(cè)逆無功和過電流會(huì)同時(shí)出現(xiàn)，可構(gòu)成逆無功失磁保護(hù)判據(jù)。第五十三頁，共六十三頁，2022年，8月28日發(fā)電機(jī)機(jī)端經(jīng)過渡電阻短路時(shí)，測量阻抗可能進(jìn)入第四象限，靜穩(wěn)極限阻抗圓可能誤動(dòng)，為避免該情況的發(fā)生，可采用異步邊界阻抗圓構(gòu)成失磁保護(hù)判據(jù)。RjX-jXd-jXd’jXsZg1Zg2Zg3Zk異步邊界阻抗圓第五十四頁，共六十三頁，2022年，8月28日系統(tǒng)發(fā)生振蕩時(shí)，若兩側(cè)電動(dòng)勢相等，即使無窮大系統(tǒng)Xs=0，振蕩中阻抗變化軌跡與異步邊界阻抗圓相切，該失磁保護(hù)判據(jù)也不會(huì)誤動(dòng)。RjX-jXd-jXd’jXsZg振蕩對(duì)異步邊界阻抗圓的影響第五十五頁，共六十三頁，2022年，8月28日若失磁發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)聯(lián)系薄弱，帶重負(fù)荷，則失磁故障發(fā)生后，阻抗變化軌跡可能要經(jīng)過較長延時(shí)才能進(jìn)入異步邊界阻抗圓內(nèi)，可能造成該原理的失磁保護(hù)未動(dòng)作前，鄰接線路對(duì)側(cè)的后備保護(hù)已經(jīng)動(dòng)作，造成事故擴(kuò)大，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行帶來不利影響。RjX-jXd-jXd’jXs異步邊界阻抗圓的分析第五十六頁，共六十三頁，2022年，8月28日6.6發(fā)電機(jī)失步保護(hù)失步運(yùn)行是由于發(fā)電機(jī)輸出功率的較大變化或系統(tǒng)中出現(xiàn)大擾動(dòng)引起發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)間發(fā)生振蕩，當(dāng)系統(tǒng)擾動(dòng)或勵(lì)磁調(diào)節(jié)不當(dāng)使發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)間的功角δ

大于靜穩(wěn)極限時(shí)，將因靜穩(wěn)破壞而失步。

發(fā)電機(jī)失步運(yùn)行時(shí)，電流、電壓、有功功率和無功功率均出現(xiàn)大幅度波動(dòng)。大型發(fā)電機(jī)變壓器組的阻抗相對(duì)增加，因此振蕩中心常落在發(fā)電機(jī)附近或升壓變壓器范圍內(nèi)，振蕩中機(jī)端電壓周期性下降，嚴(yán)重影響廠用電及廠用機(jī)械的穩(wěn)定運(yùn)行，甚至導(dǎo)致停機(jī)事故。規(guī)程規(guī)定，300MW及以上發(fā)電機(jī)宜裝設(shè)失步保護(hù)。第五十七頁，共六十三頁，2022年，8月28日雙遮擋器特性失步保護(hù)原理假定，

電阻線R1、R2、R3、R4將阻抗平面分為0~4

共5個(gè)區(qū)。正常運(yùn)行時(shí)，機(jī)端測量阻抗大于R1

，測量阻抗不會(huì)進(jìn)入0~4區(qū)。加速失步時(shí)測量阻抗從+R

向–R

方向變化，從右至左依次穿過電阻線；減速失步時(shí)測量阻抗軌跡從–R向+R方向變化，從右至左依次穿過。則，振蕩中心落在機(jī)端保護(hù)安裝處M

第五十八頁，共六十三頁，2022年，8月28日6.7轉(zhuǎn)子表層負(fù)序過電流保護(hù)電力系統(tǒng)中發(fā)生不對(duì)稱短路或三相負(fù)荷不對(duì)稱時(shí)，將有負(fù)序電流流過發(fā)電機(jī)的定子繞組，它所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方向相反，以兩倍同步轉(zhuǎn)速切割轉(zhuǎn)子，從而在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生倍頻電流，引起轉(zhuǎn)子發(fā)熱；同時(shí)負(fù)序