發(fā)電機(jī)保護(hù)教程

在轉(zhuǎn)子繞組中(圖中的W—j)通入直流，產(chǎn)生一恒定磁場(其兩極水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速n=750轉(zhuǎn)/分，當(dāng)極對數(shù)P=24時(shí)，其轉(zhuǎn)速為125轉(zhuǎn)/分。(1)直流激磁旋轉(zhuǎn)磁場(2)交流激磁的旋轉(zhuǎn)磁場I一發(fā)電機(jī)定子電流；若以機(jī)端電壓為參考向量，及的向量關(guān)系如圖下圖所示。在圖中：φ一功率因數(shù)角；δ一發(fā)電機(jī)電勢與機(jī)端電壓之間的夾角，又稱之功角。由圖可以看出，當(dāng)發(fā)電機(jī)送出有功及無功時(shí)，發(fā)電機(jī)電勢Eo大于機(jī)端電壓U。當(dāng)發(fā)電機(jī)從系統(tǒng)吸收無功時(shí)，發(fā)電機(jī)電勢將小于機(jī)端電壓。7發(fā)電機(jī)的阻抗若不及電阻分量，發(fā)電機(jī)的阻抗有同步電抗、暫態(tài)電抗、次暫態(tài)電抗、負(fù)序電抗和零序電抗。(1)同步電抗發(fā)電機(jī)的同步電抗也叫正序電抗。正常運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)的電抗，稱之(2)負(fù)序電抗發(fā)電機(jī)不對稱運(yùn)行時(shí)，負(fù)序電流產(chǎn)生負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場，負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場以2倍同步轉(zhuǎn)速切割轉(zhuǎn)子繞組。負(fù)序電抗等于機(jī)端負(fù)序電壓與定子繞組中負(fù)序電流的基波分量之比。(3)零序電抗零序電抗具有漏抗的性質(zhì)，其大小決定于零序電流產(chǎn)生的漏磁通。(4)暫態(tài)電抗一發(fā)電機(jī)的故障及不正常運(yùn)行方式(1)定子繞組的故障二發(fā)電機(jī)保護(hù)的配置發(fā)電機(jī)內(nèi)部短路故障的主保護(hù)有：縱差保護(hù)，橫差保護(hù)(單元件橫差及三元件橫差保護(hù)),發(fā)電機(jī)定子繞組匝間保護(hù)(主要有單元件橫差保護(hù)、縱向零序電壓匝間保護(hù)及負(fù)序功率方向保護(hù)),轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地保一縱差保護(hù)的分類ABC量。按制動方式分類，差動保護(hù)可分為比率制動式和標(biāo)積制動方式。個(gè)元件動作后，保護(hù)才作用于出口。另外，為防止發(fā)電機(jī)兩相接地(一個(gè)接地點(diǎn)在差動保護(hù)區(qū)內(nèi)，另一個(gè)接地點(diǎn)在差動保護(hù)區(qū)外)短路時(shí)差動二動作方程Ia≥Id?0不完全縱差：I?=(/Is—KIn/)/2;標(biāo)積制動式完全縱差：I?=√(IsIscos(180°-Izo一拐點(diǎn)電流，開始起制動作用時(shí)的最小制動電流；I、Is一分別為中心點(diǎn)及機(jī)端差動TA的二次電流；K一由中性點(diǎn)全電流與中性點(diǎn)流入差動TA的電流的比值；三動作特性某些廠家生產(chǎn)的發(fā)電機(jī)差動保護(hù)的動作特性，采用所變謂斜率(變制制系數(shù))的動作特性，實(shí)際上是多段折線式的動作特性。數(shù)十年的運(yùn)行實(shí)四邏輯框圖由圖(a)可以看出：當(dāng)采用單相出口方式時(shí)，只要有一相差動元件由圖(b)可以看出：當(dāng)采用循環(huán)閉鎖出口方式時(shí)，只有二相差動元件動作后，才作用于出口；但是，當(dāng)出現(xiàn)負(fù)序電壓時(shí)，只要有一相差三要素：即比率制動系數(shù)K、最小動作電流Id?0、拐點(diǎn)電流I?0。 (2)(考慮兩側(cè)TA正、負(fù)誤差);代入式(2)可得1=(0.24-0.32)I。,一般取0.3Ie。流增大。此外，若拐點(diǎn)電流I?o過大，由于無制作用可能致使差動保護(hù)誤動。因此，I?o應(yīng)取(0.5~0.8)Ie。3比率制動系數(shù)K?比率制動系數(shù)的取值原則，應(yīng)按使差動元件躲過發(fā)電機(jī)外部三相短路時(shí)產(chǎn)生的最大不平衡電流來整定。區(qū)外三相短路時(shí)，差動元件可能產(chǎn)生的最大不平衡電流為K?—TA的10%誤差；K?一通道的變換及傳輸誤差，取0.1;K?一兩側(cè)TA暫態(tài)特性不一產(chǎn)生的誤差，取0.05。Ihōmax=0.25Ikmax,Ih?max/當(dāng)不計(jì)拐點(diǎn)電流時(shí)，差動元件的比率制動系數(shù)應(yīng)為K?=Kh×0.25=(1.2～1.3)0.25=0.3~0.325,可取0.3~0.4。對于不完全縱差保護(hù)，當(dāng)兩側(cè)差動TA型號不同時(shí)，可取K?=0.5。4解除循環(huán)閉鎖的負(fù)序電壓元件定值一般按高壓母線出線末端故障產(chǎn)生的負(fù)序電壓來整定。通常U?=六對各類發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)的評價(jià)兩側(cè)TA的型號、變比完全相同，受其暫態(tài)特性的影響較小。其動作靈2不完全縱差保護(hù)內(nèi)部故障時(shí)其靈敏度更高(因制動量為負(fù)值)。發(fā)電機(jī)橫差保護(hù)適用于定子繞組為多分支的發(fā)電機(jī)一橫差保護(hù)的分類二單元件橫差保護(hù)3定值的整定對單元件橫差保護(hù)的整定，主要是確定動作電流及動作延時(shí)(1)動作電流目前，在單元件橫差保護(hù)中，設(shè)置有三次諧波濾過器。因此，其動作電流應(yīng)按躲過系統(tǒng)發(fā)生不對稱短路或發(fā)電機(jī)失磁失步運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子偏心產(chǎn)生的最大不平衡電流。K?一額定工況下，同相不同分支繞組由于參數(shù)的差異產(chǎn)生的不平衡電流，最大可取3×2%=0.06;K?一正常工況下氣隙不均勻產(chǎn)生的不平衡電流，取0.05Ie;K?一異常工況下轉(zhuǎn)子偏心產(chǎn)生的不平衡電流，取0.1e。將各參數(shù)代入式(5)得Iop=(0.3~0.35)Ie,可取0.35Ie。(2)動作延時(shí)動作延時(shí)t?可取0.5~1秒。三裂相橫差保護(hù)1交流輸入回路由圖可以看出：由于兩組TA二次呈反極性連接，且在正常工況下一次電流I?=I?,故流入差動元件的電流為零。當(dāng)定子繞組的某一分支匝間短路或兩分支不同匝間短路時(shí)，圖中的一次電流I?≠I?,故在差回路中產(chǎn)生差流，保護(hù)動作。2邏輯框圖在轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地之后，為避免橫差保護(hù)搶先動作，對于裂相橫差保護(hù)應(yīng)具有短動作延時(shí)。裂相橫差保護(hù)的邏輯框圖如圖所示。AA相橫差信號出口C相模差轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地B相橫差&&3動作方程及動作特性圖中的橫差元件，可以采用具有比率制動特性的差動元件，也可以采用像單元件橫差元件那樣的過電流元件。采用過電流元件時(shí)，其動作方程為Ia≥Iop……Iop一差動元件動作電流整定值。采用具有比率制動特性的差動元件時(shí)，其動作方程為I、I?(TA二次值)一分別為某相定子繞組分支(或分組)根據(jù)式(6)可以劃出如圖所示的動作特性。4整定計(jì)算(1)采用過電流元件時(shí)動作電流應(yīng)按躲過區(qū)外不對稱短路時(shí)產(chǎn)生的最大不平衡差流來整定。Ikmax式中：KH一可靠系數(shù)，取1.15~1.2;K?一兩側(cè)TA的10%誤差，取0.1;K?一通道傳輸及調(diào)整誤差，取0.1;K?一不對稱短路時(shí)，由于轉(zhuǎn)子偏心造成的誤差取0.1。將以上各數(shù)據(jù)代入式(7),可得(2)采用具有比率制動特性的差動元件時(shí)對其定值的整定，主要是確定最小動作電流，拐點(diǎn)電流及比率制動系數(shù)。A、最小動作電流按躲過正常工況下產(chǎn)生的最大不平衡電流來整定。Iazo=1/2Kh(K?+K?+K?)Ie………式中：Kh一可靠系數(shù)，取1.5~2;K?一兩側(cè)TA變比誤差，取0.06;K?一氣隙磁場不均勻產(chǎn)生的誤差，取0.05;K?一保護(hù)裝置通道傳輸及調(diào)整誤差，取0.1。代入式(8)可得一交流接入回路縱向零序電壓式匝間保護(hù)的接入電壓，取自機(jī)端專用TV的開口三二邏輯框圖為防止區(qū)外故障或其他原因(例如專用TV回路出現(xiàn)問題)產(chǎn)生的縱向零序電壓使保護(hù)誤動，通常采用負(fù)序功率方向閉鎖元件(也有采用負(fù)序t0&信號t一時(shí)間元件。對匝間保護(hù)引入一個(gè)短延時(shí)t的目的是：在專用TV一次斷線或一次保險(xiǎn)抖動時(shí)，確?？煽块]鎖保護(hù)出口。三專用TV斷線閉鎖元件匝間保護(hù)及3U?式定子接地保護(hù)TV斷線閉鎖，在TV一次斷線時(shí)應(yīng)動作。為防止TV一次斷線時(shí)保護(hù)誤動，通常采用比較兩組TV二次電壓大小及相位差的原理。國內(nèi)已采用過的反應(yīng)TV一次斷線的TV斷線閉鎖裝置，其構(gòu)成原理有兩種：一種是比較TV二次三相電壓向量和比較式，另一種是電壓平衡原理。1三相電壓向量和比較式反映TV二次三相電壓向量和的比較式TV斷線閉鎖裝置，是按對專用TV及普通TV二次三相電壓的向量和進(jìn)行絕對值比較的原理構(gòu)成。其動作方程為： (9) 式(9)表示專用TV一次斷線；式(10)表示普通TV一次斷線。電壓平衡式TV斷線閉鎖元件，是按比較兩組TV二次同名相間電壓在圖中：△U—差壓整定值；相間電壓之差；分析表明：當(dāng)發(fā)電機(jī)定子繞組一點(diǎn)接地時(shí)，斷線閉鎖裝置不會誤動。四負(fù)序功率方向五定值整定可取3V左右。負(fù)序電壓元件的動作電壓，應(yīng)保證正常工況不誤動，通常取6~8V。五提高動作可靠性措施及設(shè)置負(fù)序功率方向元件之外，尚應(yīng)保證專用TV二次及三次回路滿足外，專用TV一次中性點(diǎn)對地絕緣應(yīng)高(采用全絕緣接起來),決不允許一次中性點(diǎn)接地。一發(fā)電機(jī)定子單相接地的危害接線示意圖及機(jī)端電壓向量圖如圖中的(a)、(b)所示。端接地時(shí)α=1)。此時(shí)，相當(dāng)于在接地點(diǎn)出現(xiàn)一個(gè)零序電壓。由圖(b)可以看出：A相繞組接地時(shí)，使B相及C相對地電壓，相電壓升高到線電壓(升高到√3倍的相電壓)。另外，發(fā)電機(jī)定子繞組及機(jī)端連接元件(包括主變低壓側(cè)及廠高變高壓側(cè))對地有分布電容。零序電壓通過分布電容向故障點(diǎn)供給電流。發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地的危害是：非接地相二零序電壓及安全接地電流設(shè)定子A相接地，接地點(diǎn)距中性點(diǎn)的電氣距離為α,則機(jī)端對地電壓為(1—α)UA。接地點(diǎn)的零序電壓由式(11)可以看出，定子單相接地時(shí)，發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的零序電壓與在圖中：Uoe一發(fā)電機(jī)相電壓額定值；3α一接地點(diǎn)距中性點(diǎn)的電氣距離，機(jī)端接地時(shí)，α=1?？梢钥闯觯航拥攸c(diǎn)距中性點(diǎn)越遠(yuǎn)，零序電壓越高。機(jī)端接地時(shí)零序電壓最大(等于發(fā)電機(jī)相電壓);中性點(diǎn)接地時(shí)，零序電壓等于零。接地時(shí)的最大電容電流為式中：Icmax一機(jī)端接地時(shí)流過接地點(diǎn)的電容電流，單位為安培；Ue一發(fā)電機(jī)電壓，單位KV;wc一發(fā)電機(jī)對地容抗，單位法拉。所謂發(fā)電機(jī)的安全接地電流，是指長期流過接地點(diǎn)、而不損壞發(fā)電機(jī)定子鐵芯的最大電流。對于不同電壓等級及不同容量的發(fā)電機(jī)，其安全接地電流不同。發(fā)電機(jī)電壓越高及容量越大，其安全接地電流越小。安全接地電流與發(fā)電機(jī)電壓及容量的關(guān)系列于下表。發(fā)電機(jī)電壓容量安全接地電流備注50MW及以下氫冷發(fā)電機(jī)18KV以上機(jī)端三次諧波電壓的大小可在機(jī)端TV開口三角繞組兩端測量；而中性點(diǎn)的三次諧波電壓，可在中性點(diǎn)TV(或消弧線圈或配電變壓器)3定子接地時(shí)接地點(diǎn)位置對U?us及U?oN的影響發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后增大U?wn而U?us減小。三發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)統(tǒng)計(jì)表明，在發(fā)電機(jī)的各種故障中，定子接地故障占的比例很大。t發(fā)電機(jī)0次的。當(dāng)定子繞組接地，有電流流過中性點(diǎn)，電流元交流式(例如疊加一12.5Hz的低頻電壓)。疊加式定子接地保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)是：動作靈敏度高(特別是疊加直流式)及無死區(qū)(100%定子接地保護(hù))。缺點(diǎn)是構(gòu)成復(fù)雜，需要零序電壓式定子接地保護(hù)的零序電壓，可取自機(jī)端TV三次開口電壓，也可取自發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)TV二次(或消弧線圈或配電變壓器二次)。在上圖中：3U?>一零序電壓元件。當(dāng)零序電壓元件3U?>接于至機(jī)端TV三次時(shí)，為防止TV一次斷線保護(hù)誤動，應(yīng)設(shè)置TV斷線閉鎖。性點(diǎn)向機(jī)內(nèi)10~15%的定子繞組接地時(shí)，該保護(hù)不動作。四雙頻式100%定子接地保護(hù)基波零序電壓式接地保護(hù)的保護(hù)范圍是：由機(jī)端向機(jī)內(nèi)85%~90%的式，主要用于保護(hù)由發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)向機(jī)內(nèi)15~20%左右的定子繞組接地。雙頻式100%定子接地保護(hù)的交流接入回路如圖所示。上圖中：TV1一中性點(diǎn)電壓互感器(或消弧線圈或配電變壓器);多數(shù)3U?定子接地保護(hù)不引入中性點(diǎn)TV二次電壓，因此，當(dāng)機(jī)端TV一次斷線時(shí)，保護(hù)要誤動，故需設(shè)置專用的TV斷線閉鎖元件。上上圖所示的邏輯框圖為零序電壓取自機(jī)端三次的構(gòu)成形式。當(dāng)零序電壓取自中性點(diǎn)TV(或消弧線圈或配電變壓器)二次時(shí)，不需設(shè)置TV一次斷線閉鎖，故其邏輯框圖為下圖所示。在上圖中：3Uo?>一零序電壓取自機(jī)端的電壓元件；3Uo?>一零序電壓取自發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的電壓元件。(2)3@定子接地保護(hù)的邏輯框圖目前，國內(nèi)生產(chǎn)并廣泛應(yīng)用的3ω定子接地保護(hù)的構(gòu)成方式有兩種：其一是幅值比較式，另一是幅值相位比較式。所謂幅值比較式，是比較中性點(diǎn)三次諧波電壓U?oN與機(jī)端三次諧波電壓U?ws的幅值。其動作方程為U………………(K?一制動系數(shù)；△U一浮動門坎電壓；U?os一機(jī)端三次諧波電壓；U?on一中性點(diǎn)三次諧波電壓。其他符號的物理意義同式(13)。(3)定值的整定Uopo=KHUomax………………(發(fā)電機(jī)定子引出線不是封閉母線時(shí)，可取10~13V;當(dāng)發(fā)電機(jī)母線為序電壓作為制動量時(shí)，其動作延時(shí)t,應(yīng)按與主變高壓側(cè)接地故障保護(hù)B、3ω定子接地保護(hù)的整定幅值、相位平衡系數(shù)K?、K?應(yīng)在發(fā)電機(jī)空載額定電壓下或小負(fù)荷工況下調(diào)平衡整定。而制動系數(shù)K?的確定應(yīng)按下述原則進(jìn)行：水輪發(fā)電五提高雙頻式定子接地保護(hù)動作可靠性措施雙頻式定子接地保護(hù)，可以有效保護(hù)發(fā)電機(jī)定子繞組上任一點(diǎn)的接發(fā)電機(jī)引出線及所連元件露天安置時(shí)，雨天(特別是污塵嚴(yán)重地區(qū))保纜出線、或擴(kuò)大單元接線(兩臺機(jī)公用一臺變壓器)時(shí)，宜設(shè)置兩套3護(hù)(其邏輯回路如上圖所示)。應(yīng)當(dāng)指出的是：如果采用接入中性點(diǎn)