继电保护(发电机).

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1、* 电力系统继电保护 1 发电机保护 发电机的故障和不正常运行状态及其保护方式 发电机相间短路的纵差动保护 发电机定子绕组匝间短路保护 发电机定子绕组单相接地保护 发电机失磁保护 发电机励磁回路接地保护 发电机负序电流保护 发电机的其他保护 * 电力系统继电保护 2 2-1 发电机故障和不正常状态及保护方式 1、发电机的故障及其危害、保护方式 n定子绕组的相间短路： 巨大的短路电流，烧坏发电机 瞬时动作的纵差动保护 n定子绕组匝间短路（同相同分支、同相异分支）： 巨大的短路电流，烧坏发电机 瞬时动作的匝间短路保护 n定子单相接地（绕组对铁芯短接）： 电弧灼伤铁芯、破坏绕组绝缘、故障发展 100

2、%定子绕组接地保护 * 电力系统继电保护 3 2-1 发电机故障和不正常状态及保护方式 n失磁（完全失磁、部分失磁）： 危害发电机、影响系统的安全 失磁保护 n转子一点、二点接地故障： 二点接地引起机组剧烈振动 转子一点接地保护和二点接地保护 * 电力系统继电保护 4 2、发电机不正常运行状态及其保护方式 n定子绕组负荷不对称运行（出现负序电流）： 定子绕组不对称过负荷保护（转子表层过热保护） n定子绕组对称过负荷： 对称过负荷保护 n转子绕组过负荷： 转子绕组过负荷保护 n逆功率：逆功率保护 n过激磁：过激磁保护 n系统振荡引起发电机失步：失步保护 n其他保护：定子绕组过电压保护、低频运行保

3、护、非全相运 行保护等 * 电力系统继电保护 5 3、保护装置的控制对象保护出口方式 （1）发变组全停：跳主变高压侧、发电机、高厂变，灭磁 ，关主汽门，厂用电切换 （2）解列灭磁：跳发电机、高厂变，灭磁，汽轮机甩负荷 （3）解列：跳发电机 （4）减出力：减少汽轮机输出功率 （5）发信号：发出声、光信号 （6）母线解列：对双母线系统，断开母线联络断路器 * 电力系统继电保护 6 3、保护装置的控制对象保护出口方式 （1）发变组全停：跳主变高压侧、发电机、高厂变，灭磁，关主汽门 ，厂用电切换 （2）停机：跳发电机，灭磁，关主汽门 （3）解列灭磁：跳发电机，灭磁，汽轮机甩负荷 （4）解列：跳发电机

4、（5）孤岛运行：跳主变高压侧、汽轮机减负荷带厂用 （6）程序跳闸：关主汽门，逆功率动作，跳发电机，灭磁 （7）减励磁 （8）减出力：减少汽轮机输出功率 （9）厂用电源切换 （10）发信号：发出声、光信号 （11）母线解列：对双母线系统，断开母线联络断路器 2-2 发电机相间短路的纵差动保护 作用：反应发电机内部定子绕组及其引出线相间短路，主 保护，外部故障不误动 配置：在发电机中性点和靠近发电机出口断路器处分别按 相装设型号、变比相同的电流互感器，二次侧按环 流法连接 原理：比较发电机绕组两端电流的大小和相位，正常和外 部故障时：相同；内部故障时不同 * 电力系统继电保护 8 1、基本原理 G

5、 KA TA1 TA2 KA：差动继电器，接差动回路 正常运行或外部故障时 KA的电流： KA不动作 保护区内故障时 KA的电流： 当 时,KA动作 TA1、TA2：同型号 同变比 * 电力系统继电保护 9 G KA TA1 TA2 实际正常运行及外部故障时： 不平衡电流 流入KA的电流： -同型系数，取0.5 -非周期分量影响系数,取11.5 -TA最大误差系数,取0.1 KA的动作电流 问题：动作电流大，灵敏度低 提高灵敏度：减小动作电流 1、基本原理 * 电力系统继电保护 10 2-3发电机子绕组匝间短路保护 1、单继电器式横差保护 定子绕组每相两并联分支分别接成星形，两个星形中性 点连

6、接线上接入TA，经高次谐波过滤器Z接至电流继电器KA 。 用于定子绕组每相有两个并联支路且每一支路中性点侧 都有引出端的发电机，反应定子绕组的匝间短路 。 * 电力系统继电保护 11 正常运行或外部故障时，两中性点等电位，连接线上无电流 或仅有数值不大的不平衡电流通过，保护不动作。 定子绕组匝间短路，故障相绕组的两个分支的电势不等，因 而在定子绕组中出现环流，通过中性点连线，若该电流大于 保护的动作电流，则保护动作。 * 电力系统继电保护 12 （1）保护存在死区。当一个分支短路匝数很小或两分支短路时 匝数相近时，中性点连线上通过的电流可能小于继电器动作 值，保护装置不动作。 （2）三次谐波引

7、起保护可能误动作。正常运行情况下，若三相电 动势的波形中含有三次谐波及三次谐波的倍数次谐波分量， 且当任一支路的三次谐波电动势与其他支路不相等时，将有 三次谐波流过电流互感器。为此，采用了高次谐波滤过器Z ，使高次谐波电流不致流入电流继电器KA 。 （3）励磁回路发生两点接地故障时，单继电器式横差动保护可能动作 。定子同一相的两并联分支回路电动势不等，形成环流。若 其值大于保护动作值，将使横差动保护动作。 励磁回路发生一点接地后，利用切换片SO 将横差保护 切换到带时限动作于跳闸。动作时限通常可取为0.51S 。 讨论： * 电力系统继电保护 13 2-3发电机定子绕组匝间短路保护 2、反应发

8、电机各相对中性点的零序电压匝间短路保护 原理：发生匝间短路时，机端三相电压对发电机中性点不 对称，出现零序电压。 配置： TV 一次绕组中性点与 发电机中性点直接连接，电压 互感器TV测量该零序电压,TV 开口三角侧接入三次谐波滤波 器Z 及零序过电压继电器KV 。 * 电力系统继电保护 14 （1）三次谐波滤波器用于减小发电机正常运行时固有三次谐 波对保护的影响。TZJ （2）零序电压继电器的动作电压应躲过正常运行和外部故障 时三次谐波滤波器输出的最大不平衡电压采取外部故障 时闭锁保护的措施。这样，零序电压继电器的动作电压只需 按躲过正常运行时的不平衡电压整定。KWN （3）TV 回路断线时

9、可能造成保护误动作，因此需要装设电 压回路断线闭锁装置。 （4）原理简单，灵敏度较高，能反应零序电压的匝间短路保 护，还能反应定子绕组开焊故障。适用于中性点只有三个引 出端的发电机匝间短路保护，但是保护接线复杂。 讨论： * 电力系统继电保护 15 * 电力系统继电保护 16 2-4发电机定子绕组单相接地保护 产生：发电机定子绕组与铁心间绝缘遭到破坏（铁心接地） 主要危害： 接地电流产生电弧烧伤铁心，铁心叠片烧结，维修困难 接地电流破坏绕组绝缘，扩大事故 发电机定子绕组接地保护： 安全电流：不产生电弧的单相接地电流 接地电流小于安全电流：保护动作于信号 接地电流大于安全电流：保护立即动作于跳闸

10、停机 对大中型发电机定子绕组接地保护的基本要求： 对绕组有100%的保护范围 经过渡电阻接地故障，应有足够灵敏度 * 电力系统继电保护 17 1、零序电压保护的基本原理 A相绕组距中性点 处单相接地 10100 10 C B A 零序电压随接地点 位置而变化。 * 电力系统继电保护 18 ( 1 ）大机组中性点采用高阻接地。小机组中性点装设消弧 线圈，抵消单相接地时的电容电流，使接地电流减小到允 许值以下。为防止系统运行方式改变时，产生谐振，引起 过电压，出口有直供负荷时，采用过补偿方式，即ILIc， 无直供负荷时，采用欠补偿。 ( 2 ）当发电机定子绕组单相接地时，利用零序电压随接地 点而变

11、化的特点，可以构成基波零序电压保护以及在此基 础上的某些100 定子接地保护。 讨论： * 电力系统继电保护 19 （3）利用内部故障与外部故障流过零序电流互感器TA0 的零序电流数值不同的特点，可以构成零序电流接地保护 。 发电机外部单相接地时，流过TA0的零序电流为发电机本 身的电容电流。流过接地点的电流为发电机电容电流与电 网电容电流之和，具有电容性质并与成正比，机端附近 接地时其值最大。 发电机内部单相接地时，流过TA0的零序电流为除发电机 以外的全部发电机电压电网电容电流。流过接地点的电流 为发电机电容电流与电网电容电流之和，具有电容性质并 与成正比，机端附近接地时其值最大。 讨论：

12、 * 电力系统继电保护 20 （1）定子接地点的接地电流不应超过安全电流，一般地， 应小于1. 0 1.5A，以保证发电机定子铁芯的安全。 （2）定子接地保护应有100 保护区，不允许存在死区。 （3）保护区内任何一点发生接地故障，保护应有足够灵敏 度。 发电机100%定子接地保护的要求： 对于中小型发电机而言，由于认为在正常运行时，中 性点电位等于或接近于零，发生绝缘击穿的可能性极小， 保护有死区还是可以允许的。对于双水内冷的大型发电机 ，要求具有100 保护区且灵敏度较高的定子接地保护。 * 电力系统继电保护 21 ( 1 ）反应三次谐波电压的方式。 它能可靠地覆盖零序电压保护的死区，与零

13、序电压保护一 起组成100 %定子接地保护。 ( 2 ）利用外加电源进行对地检测，以实现100 保护。 如中性点外加工频电压法、人工二次谐波电流法，外加低 频电压或编码信号以及外加直流电源等。 ( 3 ）利用接地故障产生的行波以实现保护。 发电机定子100 接地保护实现的方法： * 电力系统继电保护 22 10100 10 零序电压保护 V0 动作电压：510V 保护死区： 1、基波零序电压保护 * 电力系统继电保护 23 2、 三次谐波零序电压保护 正常运行时的三次谐波电压 定子单相接地时的三次谐波电压 * 电力系统继电保护 24 正常运行时的三次谐波电压关系 定子单相接地时的三次谐波电压关

14、系 + 基波零序电压保护 10.5 100%保护范围： 基波零序电压：机端侧约90%保护范围，机端短路灵敏度最高 三次谐波：中性点侧约50%保护范围，中性点短路灵敏度最高 2、 三次谐波零序电压保护 * 电力系统继电保护 25 2-5发电机励磁回路的接地保护 励磁回路接地： （1）励磁回路一点接地： 不会形成接地电流通路，因此对发电机无直接危害。但 励磁回路对地电压将增加，在最不利情况下，将比正常时增 大一倍，因而容易导致第二点接地。 （2）励磁回路发生两点接地： 部分励磁绕组被短接，造成转子磁场发生畸变，致使机 组振动。故障点电弧将烧坏转子绕组与铁芯。接地电流可能 使汽轮机汽缸磁化。 对于大

15、型汽轮发电机，宜采用动作于信号的励磁回路一 点接地保护和动作于停机的两点接地保护。 * 电力系统继电保护 26 2-6发电机失磁保护 失磁：励磁电流异常下降或励磁电流完全消失的故障。 励磁回路异常下降：励磁电流的降低超过了静态稳定极限所 允许的程度。 造成失磁的主要原因：主励磁机或副励磁机故障、励磁系统 故障、操作上过量调整以及励磁回路开路等。 对不允许失磁运行的发电机，失磁保护应动作于跳闸。 对允许失磁运行的发电机，失磁保护动作于发信号，并要求 失磁保护与切换励磁、自动减载等自动控制相结合，以取得 发电机失磁后的最好处理效果。 * 电力系统继电保护 27 失磁对电力系统的危害： ( 1 ）低励或失磁的发电机将从系统吸收无功，引起系统电压 下降。如果系统无功储备不足，将使邻近故障机组的系统某 点电压低于允许值，使电源与负荷间失去稳定，甚至造成电 力系统因电压崩溃而瓦解。 ( 2 ）一台机失磁电压下降，电力系统中的其他机组在自动调 整励磁装置作用下将增大无功输出，从而可能使某些机组、 线路过负荷，其后备保护可能误动作，使故障范围扩大。 ( 3 ）一台机失磁后，由于有功功率的摆动以及系统电压的下 降，可导致相邻正常发电机与系统之间或系统回路之间发生 振荡，造成严重后果。 * 电力系统继电保护 28 失磁对发电机本身的危害： 低励或失磁后，发电机进入异步运