第二十一講發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)

第二十一講發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)第一頁，共46頁。主要內(nèi)容1.掌握發(fā)電機(jī)負(fù)序過電流保護(hù)的作用2.掌握發(fā)電機(jī)失磁進(jìn)入異步運行時，對電力系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)的危害3.掌握發(fā)電機(jī)失磁機(jī)端測量阻抗的變化軌跡4、什么是失磁發(fā)電機(jī)的等有功阻抗園、等無功阻抗園和臨界失步園5、簡述母線常見的故障類型及相應(yīng)的保護(hù)方式6、掌握母線完全差動保護(hù)和相位差動保護(hù)的基本原理第二頁，共46頁。Ⅰ發(fā)電機(jī)的負(fù)序過電流保護(hù)一、負(fù)序電流保護(hù)的作用在電力系統(tǒng)中發(fā)生不對稱短路或正常運行情況下三相負(fù)荷不平衡時，在發(fā)電機(jī)繞組中將出現(xiàn)負(fù)序電流，該電流將在轉(zhuǎn)子回路中感應(yīng)出倍頻電流引起轉(zhuǎn)子過熱，危害發(fā)電機(jī)安全。為使轉(zhuǎn)子不致過熱，負(fù)序電流與允許它通過過發(fā)電機(jī)的時間的關(guān)系為t發(fā)電機(jī)負(fù)序電流與允許它通過的時間關(guān)系曲線第三頁，共46頁。I2*---為以發(fā)電機(jī)額定電流倍數(shù)表示的負(fù)序電流的標(biāo)幺值;A–允許過熱時間常數(shù)曲線表明發(fā)電機(jī)允許負(fù)序電流持續(xù)的時間t是隨大小而變化的。I2*大時，允許的時間短，I2*小時，允許的時間長。這種變化的特性稱為反時限特性。為此發(fā)電機(jī)應(yīng)裝設(shè)負(fù)序過電流保護(hù)。二、負(fù)序定時限過電流保護(hù)Ⅰ段：經(jīng)t1(4s)延時動作于跳閘。Ⅱ段：第四頁，共46頁。經(jīng)t2(5-10)s延時動作于序信號兩段負(fù)序定時限過電流保護(hù)動作特性與發(fā)電機(jī)允許負(fù)序電流曲線的配合情況分析：（1）在ab段內(nèi)：t1>t允許，對發(fā)電機(jī)不安全；（2）在bc段內(nèi)：t1<t,可保證發(fā)電機(jī)安全，但沒有充分利用發(fā)電機(jī)承受負(fù)序電流的能力。第五頁，共46頁。（3）在cd段內(nèi)，保護(hù)裝置Ⅰ段不會動作，只能由Ⅱ段動作于發(fā)信號，靠運行人員去處理。在靠近c點部分，允許時間較短，實際上來不及處理，所以在此區(qū)段內(nèi)，對發(fā)電機(jī)是不安全的。（4）在dc段內(nèi)，保護(hù)不反應(yīng)。結(jié)論：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配合，且不能反應(yīng)負(fù)序電流變化時發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的熱積累過程。第六頁，共46頁。三、負(fù)序反時限過流保護(hù)反時限過電流保護(hù)是一種動作時間隨通過電流的增大而減小的保護(hù)。反時限過電流保護(hù)的特性與發(fā)電機(jī)允許的負(fù)序電流曲線相配合，如圖所示。即動作特性在運行負(fù)序電流曲線的上面，這樣可避免在發(fā)電機(jī)還沒有達(dá)到危險狀態(tài)時就被切除。次時保護(hù)的動作特性可表示為式中α—與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的溫升特性，溫升裕度等因素有關(guān)的常數(shù)。發(fā)電機(jī)反時限負(fù)序電流保護(hù)的特性tI2第七頁，共46頁。發(fā)電機(jī)的失磁運行及其產(chǎn)生的影響一、失磁的原因：（1）勵磁回路開路、勵磁繞組斷線、滅磁開關(guān)誤動作、勵磁調(diào)節(jié)裝置的自動開關(guān)誤動、可控硅勵磁裝置中部分元件損壞；（2）勵磁繞組由于長期發(fā)熱，絕緣老化或損壞引起短路；（3）運行人員誤調(diào)整等。發(fā)電機(jī)失磁后，它的各種電氣量和機(jī)械量都會發(fā)生變化。將危及發(fā)電機(jī)的安全。Ⅱ發(fā)電機(jī)的失磁保護(hù)系統(tǒng)等值電路第八頁，共46頁。功角特性關(guān)系：PT—原動機(jī)功率；P—同步功率；PM—異步功率；轉(zhuǎn)子運動方程：--電氣角加速度；TJ—機(jī)組的慣性時間常數(shù)第九頁，共46頁。發(fā)電機(jī)從失磁到進(jìn)入穩(wěn)態(tài)的異步運行，一般可分為三個階段：（一）失步前（δ≤90°）Ilc減小，Ed減小，δ增大；維持P=PT;定子電流隨δ的增大而增大；Q緩慢減小。當(dāng)δ=90°時，即從系統(tǒng)吸收無功功率。機(jī)端電壓下降。（二）開始失步（90°<δ≤180°）隨著δ的增大，PT-P的值越來越大；第十頁，共46頁。在發(fā)電機(jī)超過同步轉(zhuǎn)速后，轉(zhuǎn)子回路中將感應(yīng)出頻率為ff-fx電流，該電流將產(chǎn)生異步功率PacQ負(fù)的越多機(jī)端電壓下降的越多，定子電流將持續(xù)增大。（三）完全失步δ>180°在δ較大時，由于轉(zhuǎn)子相對速度很大，發(fā)電機(jī)調(diào)速器必然動作，關(guān)小汽門或水門，減小原動機(jī)輸入的功率，使轉(zhuǎn)子減慢。當(dāng)P+Pac=PT時，發(fā)電機(jī)運行在穩(wěn)定的異步狀態(tài)。同步功率隨著δ的變化將呈周期振蕩狀態(tài)，各電氣量也都相應(yīng)地將周期性的擺動。第十一頁，共46頁。（四）失磁后的影響對電力系統(tǒng)：（1）發(fā)電機(jī)失磁后，不但不能向系統(tǒng)送出無功功率，而且還要從系統(tǒng)吸收無功功率。將造成系統(tǒng)電壓下降；（2）為了供給失磁發(fā)電機(jī)無功功率，可能造成系統(tǒng)中其它發(fā)電機(jī)過電流；（3）發(fā)電機(jī)失磁失步后，將造成系統(tǒng)振蕩，甩掉大量負(fù)荷。第十二頁，共46頁。對發(fā)電機(jī)：（1）發(fā)電機(jī)失磁后，轉(zhuǎn)子和定子磁場間出現(xiàn)了速度差，則在轉(zhuǎn)子回路中感應(yīng)出轉(zhuǎn)差頻率的電流，引起轉(zhuǎn)子局部過熱。（2）發(fā)電機(jī)受交變的異步電磁力矩的沖擊而發(fā)生振動，轉(zhuǎn)差率越大，振動越厲害?？梢?，失磁后，若不失步，無直接危害。失步后，對發(fā)電機(jī)及系統(tǒng)有不利影響。故應(yīng)裝設(shè)失磁保護(hù)。第十三頁，共46頁。①等有功阻抗圖(δ<90°)系統(tǒng)等值電路圖二、失磁發(fā)電機(jī)機(jī)端測量阻抗的變化軌跡第十四頁，共46頁。等有功阻抗圓第十五頁，共46頁。結(jié)論：（1）園的大小與有功功率的大小有關(guān)，功率越小，園的直徑越大；（2）失磁前，發(fā)電機(jī)向系統(tǒng)送有功功率和無功功率，θ為正，測量阻抗在第一象限；失磁后，無功功率由正變負(fù)，θ角由正值向負(fù)值變化，測量阻抗也逐漸向第四象限過渡，失磁前，發(fā)電機(jī)送出的有功功率越大，進(jìn)入第四象限的時間越短。（3）等有功阻抗園的圓心坐標(biāo)與聯(lián)系阻抗Xs有關(guān)?？梢?，失磁后，ZJ向第四象限移動，且最終將穩(wěn)定在第四象限內(nèi)。第十六頁，共46頁。②等無功阻抗圓(δ=90°)第十七頁，共46頁。臨界失步(或靜穩(wěn)極限)阻抗圓第十八頁，共46頁。③臨界電壓值（臨界電壓園）

發(fā)電機(jī)失磁后，系統(tǒng)某一點電壓下降到使機(jī)組不能穩(wěn)定運行，此為臨界電壓值整理后：第十九頁，共46頁。臨界電壓阻抗園第二十頁，共46頁。三、失磁保護(hù)的主要判據(jù)1.主要判據(jù)現(xiàn)在大型同步發(fā)電機(jī)的失磁保護(hù)都是利用定子回路參數(shù)變化來檢測失磁故障。可作為失磁保護(hù)的判據(jù)有：（1）無功功率改變方向；（2）機(jī)端測量阻抗超越靜穩(wěn)邊界阻抗園的邊界；（3）機(jī)端測量阻抗進(jìn)入異步邊界阻抗園?？勺鳛槭Т疟Ｗo(hù)的定子判據(jù)，還有反應(yīng)發(fā)電機(jī)感應(yīng)電勢衰減及消失、功角增大等。第二十一頁，共46頁。2.輔助判據(jù)為了保證保護(hù)動作的選擇性，還需要用非正常運行狀態(tài)下的某些特征，作為輔助判據(jù)如下：（1）勵磁電壓下降；（2）不出現(xiàn)負(fù)序分量；（3轉(zhuǎn)子電流減小）；（4）用延時躲振蕩。第二十二頁，共46頁。3.失磁保護(hù)的構(gòu)成方案（1）以失磁阻抗繼電器作主要判據(jù)而構(gòu)成失磁保護(hù)程度方案發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)方案圖第二十三頁，共46頁。（2）整定值能自動隨有功功率P變化的轉(zhuǎn)子低電壓失磁繼電器作主要判據(jù)而構(gòu)成失磁保護(hù)的方案第二十四頁，共46頁。（3）穩(wěn)態(tài)異步運行阻抗圓第二十五頁，共46頁。發(fā)電機(jī)異步運行等值電路異步運行阻抗圓第二十六頁，共46頁。Ⅲ母線保護(hù)一、裝設(shè)母線保護(hù)的基本原則1.利用供電元件的保護(hù)裝置切除母線故障。利用發(fā)電機(jī)的過電流保護(hù)切除母線故障第二十七頁，共46頁。利用變壓器的過電流保護(hù)切除低壓母線故障第二十八頁，共46頁。在雙電源網(wǎng)絡(luò)上，利用電源側(cè)的保護(hù)切除母線故障

2.裝設(shè)專門的母線保護(hù)。《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及自動裝置技術(shù)規(guī)程》規(guī)定下列情況應(yīng)裝設(shè)專門的母線保護(hù)：（1）在110kV及以上的雙母線和分段單母線上，為保證有選擇性地切除任一組（或段）母線上所發(fā)生的故障，而另一組（或段）無故障的母線仍能繼續(xù)運行，應(yīng)裝設(shè)專門的母線保護(hù)。（2）110kV及以上的單母線，主要發(fā)電廠的35kV母線或高壓側(cè)位110kV及以上的重要降壓變電所的35kV母線，按照裝設(shè)全線速動保護(hù)的要求必須快速切除母線上的故障時，應(yīng)裝設(shè)專門的母線保護(hù)。第二十九頁，共46頁。1.在正常運行以及母線范圍以外故障時，在母線所有連接元件中，流入的電流和流出的電流相等；2.當(dāng)母線上發(fā)生故障時，所有與電源有連接元件都向故障點供給短路電流，而在供電給負(fù)荷的連接元件中電流等于零；3.從相位來看，在正常運行以及外部故障時，至少有一個元件中的電流相位和其余元件中的電流相位相反。而當(dāng)母線故障時除電流等于零的元件以外，其它元件中的電流則是同相位的。二、實現(xiàn)母線差動保護(hù)的基本原則第三十頁，共46頁。三、幾種常用的母線差動保護(hù)1.母線完全電流差動保護(hù)整定計算：按躲過外部故障最大不平衡電流整定Krel----可靠系數(shù)，取1.3靈敏度第三十一頁，共46頁。2.電流比相式母線保護(hù)工作原理正常運行或外部故障時內(nèi)部故障時利用比相元件比較各元件中電流的相位，判斷區(qū)內(nèi)外故障，從而構(gòu)成保護(hù)。第三十二頁，共46頁。保護(hù)的構(gòu)成：電流比相式母線保護(hù)只與電流的相位有關(guān)，二與電流的幅值大小無關(guān)。因此①不須考慮不平衡電流的影響，提高了保護(hù)的靈敏度；②不要求采用型號和同變比的電流互感器，增加了使用的靈活性。③由于每條母線都裝設(shè)這種保護(hù)，從而克服了一般母線差動保護(hù)不適應(yīng)母線運行方式改變的缺點。第三十三頁，共46頁。3.雙母線固定連接的母線差動保護(hù)組成：第一組：由電流互感器1、2、5和差動繼電器1CJ組成，用以選擇第Ⅰ組母線上的故障。第二組：由電流互感器3、4、6和差動繼電器2CJ組成，用以選擇第Ⅱ組母線上的故障。第三組：由電流互感器1~6和差動繼電器3CJ組成的完全電流差動保護(hù)，作為整套保護(hù)的起動元件。第三十四頁，共46頁。組成：第一組：由電流互感器1、2、5和差動繼電器1CJ組成，用以選擇第Ⅰ組母線上的故障。第二組：由電流互感器3、4、6和差動繼電器2CJ組成，用以選擇第Ⅱ組母線上的故障。第三組：由電流互感器1~6和差動繼電器3CJ組成的完全電流差動保護(hù)，作為整套保護(hù)的起動元件。正常運行或外部故障時，流入1CJ、2CL、3CJ的電流均為不平衡電流，保護(hù)不會動作。第三十五頁，共46頁。組成：第一組：由電流互感器1、2、5和差動繼電器1CJ組成，用以選擇第Ⅰ組母線上的故障。第二組：由電流互感器3、4、6和差動繼電器2CJ組成，用以選擇第Ⅱ組母線上的故障。第三組：由電流互感器1~6和差動繼電器3CJ組成的完全電流差動保護(hù)，作為整套保護(hù)的起動元件。當(dāng)?shù)冖窠M母線故障時繼電器1CJ、3CJ流入全部短路電流，故1CJ、3CJ起動，使斷路器1DL、2DL、5DL跳閘，切除Ⅰ母線故障。繼電器2CJ流入不平衡電流，不會動作，Ⅱ母線繼續(xù)運行。第三十六頁，共46頁。組成：第一組：由電流互感器1、2、5和差動繼電器1CJ組成，用以選擇第Ⅰ組母線上的故障。第二組：由電流互感器3、4、6和差動繼電器2CJ組成，用以選擇第Ⅱ組母線上的故障。第三組：由電流互感器1~6和差動繼電器3CJ組成的完全電流差動保護(hù)，作為整套保護(hù)的起動元件。當(dāng)?shù)冖蚪M母線故障時繼電器3CJ、4CJ流入全部短路電流，故3CJ、4CJ起動，使斷路器3DL、4DL、5DL跳閘，切除Ⅱ母線故障。繼電器1CJ流入不平衡電流，不會動作，Ⅰ母線繼續(xù)運行。第三十七頁，共46頁。組成：第一組：由電流互感器1、2、5和差動繼電器1CJ組成，用以選擇第Ⅰ組母線上的故障。第二組：由電流互感器3、4、6和差動繼電器2CJ組成，用以選擇第Ⅱ組母線上的故障。第三組：由電流互感器1~6和差動繼電器3CJ組成的完全電流差動保護(hù)，作為整套保護(hù)的起動元件。當(dāng)固定連接破壞時，區(qū)外故障，繼電器1CJ、2CJ都將流入較大的差電流而誤動。但繼電器3CJ仍流過不平衡電流，但它不會動作，可以保證保護(hù)不會誤跳閘。組成：第三十八頁，共46頁。組成：第一組：由電流互感器1、2、5和差動繼電器1CJ組成，用以選擇第Ⅰ組母線上的故障。第二組：由電流互感器3、4、6和差動繼電器2CJ組成，用以選擇第Ⅱ組母線上的故障。第三組：由電流互感器1~6和差動繼電器3CJ組成的完全電流差動保護(hù)，作為整套保護(hù)的起動元件。當(dāng)固定連接破壞時，第Ⅰ母線故障繼電器1CJ、2CJ和3CJ都有短路電流流入，都可能動作，兩組母線都可能被切除。為此，當(dāng)固定連接破壞時，保護(hù)可以連接片LP,從而只要繼電器3CJ動作就直接跳開所有斷路器。第三十九頁，共46頁。組成：第一組：由電流互感器1、2、5和差動繼電器1CJ組成，用以選擇第Ⅰ組母線上的故障。第二組：由電流互感器3、4、6和差動繼電器2CJ組成，用以選擇第Ⅱ組母線上的故障。第三組：由電流互感器1~6和差動繼電器3CJ組成的完全電流差動保護(hù)，作為整套保護(hù)的起動元件。固定連接雙母線的電流差動保護(hù)的優(yōu)點是能快速而有選擇性地切除故障母線，保證另一母線繼續(xù)運行。但它限制了系統(tǒng)運行的調(diào)度的靈活性。當(dāng)固定連接破壞時，這種保護(hù)就不能選擇