繼電保護(hù)17同步電動(dòng)機(jī)保護(hù)課件

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)廣東工業(yè)大學(xué)華立學(xué)院機(jī)電工程學(xué)部第17講多媒體電子教案二零一二年二-七月主講：周展懷同步發(fā)電機(jī)保護(hù)授課日期：2012.6.6第十六周周三3-4節(jié)§9.1§9.2發(fā)電機(jī)的故障類型、不正常運(yùn)行狀態(tài)和保護(hù)方式第9章同步發(fā)電機(jī)保護(hù)同步發(fā)電機(jī)是電力系統(tǒng)中最重要的設(shè)備，它的安全運(yùn)行對(duì)保證電力系統(tǒng)的正常工作和電能質(zhì)量起著決定性的作用。同時(shí)發(fā)電機(jī)本身也是一個(gè)十分貴重的電器設(shè)備，因此，應(yīng)該針對(duì)各種不同的故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)，裝設(shè)性能完善的繼電保護(hù)裝置。9.1發(fā)電機(jī)的工作類型、不正常運(yùn)行狀態(tài)和保護(hù)方式2、發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行狀態(tài)（1）勵(lì)磁電流急劇下降或消失發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)故障或自動(dòng)滅磁開關(guān)誤跳閘，引起勵(lì)磁電流急劇下降或消失。在此情況下，發(fā)電機(jī)由同步轉(zhuǎn)入異步運(yùn)行狀態(tài)，并從系統(tǒng)吸收無(wú)功功率。系統(tǒng)無(wú)功不足時(shí)，將引起電壓下降，甚至使系統(tǒng)崩潰。同時(shí)，引起定子電流增加和轉(zhuǎn)子過熱，威脅發(fā)電機(jī)安全。（2）外部短路引起定子繞組過電流（3）負(fù)荷超過發(fā)電機(jī)額定容量而引起的過負(fù)荷以上（2）（3）兩種不正常運(yùn)行狀態(tài)都將引起發(fā)電機(jī)定子繞組溫度升高，加速絕緣老化，縮短機(jī)組壽命，也可能發(fā)展成為發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障。（4）轉(zhuǎn)子表層過熱電力系統(tǒng)發(fā)生不對(duì)稱短路或發(fā)電機(jī)三相負(fù)荷不對(duì)稱時(shí)，將有負(fù)序電流流過定子繞組，在發(fā)電機(jī)中產(chǎn)生對(duì)轉(zhuǎn)子的兩倍同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)，從而在轉(zhuǎn)子中感應(yīng)出倍頻電流。此電流可能造成轉(zhuǎn)子局部灼傷，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使保護(hù)環(huán)受熱松脫。特別是大型機(jī)組，這種威脅更加突出。（5）定子繞組過電壓調(diào)速系統(tǒng)慣性較大的發(fā)電機(jī)（如水輪發(fā)電機(jī)）因突然甩負(fù)荷，轉(zhuǎn)速急劇上升，發(fā)電機(jī)電壓迅速升高，造成定子繞組絕緣擊穿。此外，發(fā)電機(jī)異常運(yùn)行狀態(tài)還有發(fā)電機(jī)失步、發(fā)電機(jī)逆功率、非全相運(yùn)行以及勵(lì)磁回路故障或強(qiáng)勵(lì)磁時(shí)間過長(zhǎng)而引起的轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷等。9.1.1發(fā)電機(jī)的工作類型、不正常運(yùn)行狀態(tài)9.1.2發(fā)電機(jī)可能發(fā)生的故障及其相應(yīng)的保護(hù)1）發(fā)電機(jī)定子繞組相間短路定子繞組相間短路會(huì)產(chǎn)生很大的短路電流，嚴(yán)重?fù)p壞發(fā)電機(jī)。應(yīng)裝設(shè)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。2）發(fā)電機(jī)定子繞組匝間短路匝間短路將出現(xiàn)很大的環(huán)流，使絕緣老化，甚至擊穿絕緣發(fā)展為單相接地或相間短路，擴(kuò)大發(fā)電機(jī)損壞范圍。3）發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地

定子繞組單相接地是易發(fā)生的一種故障。單相接地后，其電容電流流過故障點(diǎn)的定子鐵芯，當(dāng)此電流較大或持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，會(huì)使鐵芯局部熔化。因此，應(yīng)裝設(shè)靈敏的反應(yīng)全部繞組任一點(diǎn)接地故障的100%定子繞組單相接地保護(hù)。4）發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組一點(diǎn)接地兩點(diǎn)接地轉(zhuǎn)子繞組一點(diǎn)接地，由于沒有構(gòu)成通路，對(duì)發(fā)電機(jī)沒有直接危害。再發(fā)生另一點(diǎn)接地，則轉(zhuǎn)子繞組一部分被短接，會(huì)燒毀轉(zhuǎn)子繞組，由于部分繞組短接，破壞磁磁路的對(duì)稱性，造成磁勢(shì)不平衡而引起機(jī)組劇烈振動(dòng)，產(chǎn)生嚴(yán)重后果。應(yīng)裝設(shè)轉(zhuǎn)子繞組一點(diǎn)接地保護(hù)和兩點(diǎn)接地保護(hù)。5）發(fā)電機(jī)失磁造成危害：失磁原因轉(zhuǎn)子繞組斷線、勵(lì)磁回路故障或滅磁開關(guān)誤動(dòng)等。不僅對(duì)發(fā)電機(jī)造成危害，而且對(duì)電力系統(tǒng)安全也會(huì)造成嚴(yán)重影響。裝設(shè)失磁保護(hù)。過電壓保護(hù)逆功率保護(hù)特別是水輪發(fā)電機(jī)，在突然甩負(fù)荷時(shí)，轉(zhuǎn)速急劇上升從而引起過電壓。在水輪發(fā)電機(jī)和大型汽輪發(fā)電機(jī)上應(yīng)裝設(shè)。主汽門突然關(guān)閉而發(fā)電機(jī)斷路器未斷，發(fā)電機(jī)變?yōu)閺南到y(tǒng)吸收無(wú)功，對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)葉片特別是尾葉，可能過熱而損壞。

發(fā)電機(jī)保護(hù)動(dòng)作跳開發(fā)電機(jī)斷路器的同時(shí)，還應(yīng)斷開發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流。9.1.3發(fā)電機(jī)的不正常工作狀態(tài)及其相應(yīng)的保護(hù)過電流保護(hù)過負(fù)荷保護(hù)作為外部短路和內(nèi)部短路的后備保護(hù)。50MW及以上的發(fā)電電機(jī)，應(yīng)裝設(shè)負(fù)序過電流保護(hù)。對(duì)稱過負(fù)荷，應(yīng)裝設(shè)只接于一相的過負(fù)荷保護(hù)。不對(duì)稱過負(fù)荷，一般在50MW及以上發(fā)電電機(jī)應(yīng)裝設(shè)負(fù)序過負(fù)荷保護(hù)。9.2發(fā)電機(jī)的縱差保護(hù)發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)是發(fā)電機(jī)定子繞組及其引出線相間短路的主保護(hù)，它應(yīng)能快速而靈敏地切除內(nèi)部所發(fā)生的故障。同時(shí)，在正常運(yùn)行及外部故障時(shí)，又應(yīng)保證其動(dòng)作的選擇性和工作的可靠性。在保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生相間短路時(shí)，應(yīng)瞬間斷開發(fā)電機(jī)斷路器和自動(dòng)滅磁開關(guān)。一般中、小型機(jī)組的縱差保護(hù)采用帶速飽和變流器的電磁型差動(dòng)繼電器BCH-2構(gòu)成，大容量的發(fā)電機(jī)采用帶比率制動(dòng)特性的差動(dòng)繼電器LCD-I2構(gòu)成。

一、用BCH-2型繼電器構(gòu)成的發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)發(fā)電機(jī)的縱差保護(hù)是利用比較發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)和引出線側(cè)電流幅值和相位的原理構(gòu)成的，因此在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)和引出線側(cè)裝設(shè)特性和變比完全相同的電流互感器來(lái)實(shí)現(xiàn)縱差保護(hù)。兩組電流互感器之間為縱差保護(hù)的保護(hù)范圍。電流互感器二次按照循環(huán)電流法接線，即如果兩組電流互感器一次側(cè)的極性分別以中性點(diǎn)側(cè)和母線側(cè)為正極性，則二次側(cè)同極性相連接。差動(dòng)繼電器和兩側(cè)電流互感器的二次繞組并聯(lián)。保護(hù)的原理接線圖如圖9－1所示1、縱差保護(hù)原理接線圖一、用BCH-2型繼電器構(gòu)成的發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)1、縱差保護(hù)原理接線圖保護(hù)裝置采用三相式接線（1～3KD為差動(dòng)繼電器），在差動(dòng)回路的中線上接有斷線監(jiān)視的電流繼電器KA，當(dāng)任何一相電流互感器回路斷線時(shí)，它都能動(dòng)作，經(jīng)過時(shí)間繼電器KT延時(shí)發(fā)出信號(hào)。另外，為了使差動(dòng)保護(hù)的范圍能包括發(fā)電機(jī)引出線（或電纜）在內(nèi)，所使用的電流互感器應(yīng)裝在靠近斷路器的地方。P2372、差動(dòng)保護(hù)的整定計(jì)算（2）靈敏度校驗(yàn)

斷線監(jiān)視動(dòng)作電流一般按20%額定電流整定，為了防止斷線監(jiān)視裝置誤發(fā)信號(hào)，KA動(dòng)作后應(yīng)延時(shí)發(fā)出信號(hào)。（3）斷線監(jiān)視部分的整定P2379.1.2比率制動(dòng)式發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)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。1、有LCD-I2型繼電器構(gòu)成的發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)原理接線圖電抗變壓器整流橋極化繼電器差動(dòng)線圈制動(dòng)線圈調(diào)節(jié)制動(dòng)特性斜率調(diào)節(jié)最小動(dòng)作電流穩(wěn)壓管P2382、差動(dòng)保護(hù)參數(shù)整定計(jì)算（1）最小動(dòng)作電流：按躲過最大負(fù)荷時(shí)的不平衡電流確定（2）制動(dòng)特性斜率：按定義動(dòng)作電流：系數(shù)與式（9-1）相同。制動(dòng)電流：P2389.3發(fā)電機(jī)定子繞組匝間短路保護(hù)在大容量發(fā)電機(jī)中，定子每相有兩個(gè)并聯(lián)分支（即定子為雙星形接線），每個(gè)分支的匝間或分支之間的短路，稱為稱為匝間短路故障。發(fā)電機(jī)定子繞組匝間短路保護(hù)按定子雙星形接線時(shí)可以采用橫差保護(hù)，否則應(yīng)采用其它匝間保護(hù)。如利用負(fù)序功率閉鎖的轉(zhuǎn)子三次諧波電流原理構(gòu)成的匝間短路保護(hù)；定子繞組零序電壓原理構(gòu)成的匝間短路保護(hù)；負(fù)序功率方向閉鎖的零序電壓匝間短路保護(hù)。一、單繼電器式橫聯(lián)差保護(hù)P2381、單繼電器式橫聯(lián)差保護(hù)接線及原理在兩組星形接線的中性點(diǎn)連線上裝一個(gè)電流互感器，將一組星形接線繞組的三相電流之和與另一組星形接線繞組的三相電流之和進(jìn)行比較。這種方式由于只用一個(gè)電流互感器，不存在兩個(gè)電流互感器的誤差不同所引起的不平衡電流問題，因而啟動(dòng)電流小，靈敏高，加上接線簡(jiǎn)單，故得到廣泛的采用。三次諧波濾過器正常運(yùn)行時(shí)：由于每相的兩個(gè)分支繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相等，各供應(yīng)相電流的一半，故兩組星形繞組里的三相電流對(duì)稱且平衡，兩個(gè)中性點(diǎn)電位相等，故裝在中性點(diǎn)連線上的電流互感器TA中沒有電流流過，電流繼電器KA不會(huì)動(dòng)作。P239一個(gè)繞組發(fā)生匝間短路，或者在同相的兩個(gè)繞組間發(fā)生匝間短路時(shí)：該相的兩個(gè)分支繞組間就有環(huán)流流過，從而電流互感器TA一次側(cè)有電流流過，接于TA二次側(cè)的電流繼電器KA在電流超過其動(dòng)作電流值時(shí)就會(huì)動(dòng)作，中間繼電器KM因而啟動(dòng)，使發(fā)電機(jī)斷路器和勵(lì)磁開關(guān)跳閘，并進(jìn)行事故停機(jī)。

由于三次諧波電壓三相同電位，三相電壓之和不為零，故當(dāng)發(fā)電機(jī)存在三次諧波電動(dòng)勢(shì)時(shí)，雙星形接線的兩個(gè)中性點(diǎn)上都會(huì)出現(xiàn)三次諧波電壓。如果兩個(gè)中性點(diǎn)上的三次諧波電壓不相等，中性點(diǎn)連線上就會(huì)出現(xiàn)三次諧波電流，橫差保護(hù)就有可能誤動(dòng)作，因此必須加裝三次諧波電流濾過器，用以濾除三次諧波電流。三次諧波濾過器電容C的作用是濾過三次諧波，由于容抗大小與頻率成反比，通過三次諧波電流時(shí)容抗比通過基波電流要小，因此，當(dāng)電流繼電器和電容并聯(lián)時(shí)，三次諧波電流會(huì)被電容支路分流掉，從而起到三次諧波濾過器作用。2、橫差保護(hù)的動(dòng)作電流根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)可以整定為20％～30％發(fā)電機(jī)額定電流。1、單繼電器式橫聯(lián)差保護(hù)接線及原理P2409.4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)。圖7-8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

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，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。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)沒有蒸汽流過汽輪機(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