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1、发电机及电动机保护原理与整定计算发电机及电动机保护原理与整定计算长沙理工大学，穆大庆长沙理工大学，穆大庆11 发电机主保护发电机主保护作用对象：出口 QF，灭磁开关，停机。1-11-1 发电机纵差保护发电机纵差保护基本原理：与线路纵联差动及变压器纵联差动相同。作用：反映发电机内部（包括机端引线）相间短路（横向故障）的主保护一、完全纵差与不完全纵差的差动电流 Icd与制动电流 Izh1、完全纵差保护可反映 G 内部相间短路，但不能反映匝间短路和开焊故障。相间短路（T +N =d） 匝间短路或开焊（T +N = 0）IIIII差动电流 Icd=|T +N |；制动电流 Izh=|TN |II21I
2、I2、不完全纵差正常运行及外部短路 匝间短路或开焊（IT / IN =K） （IT / IN K）出口侧 TA1 接相电流，而中性点侧 TA2 只接每相部分分支的电流，同时为了保证在正常运行及外部短路时差动电流为 0，需进行分支比例调整。差动电流 Icd=|T +KN |；制动电流 Izh=|TKN |II21II分支系数 K=分支电流中性点全电流不完全纵差可反映 G 内部相间短路、匝间短路和开焊故障。二、比率制动特性及整定计算：1、最小启动电流 Idz.min：躲过正常工况下最大的差动不平衡电流。一般 Idz. min=(0.30.4) Ie.2 2、拐点电流 Izh.min：一般取 Izh
3、.min=(0.50.8) Ie.2 3、制动特性斜率 Kzh：躲过外部短路最大不平衡差动电流。一般 Kzh =0.30.5 （不完全纵差 Kzh应适当偏大）4、差动速断动作电流 Idz.max：一般取 Idz.max=(48) Ie.25、内部短路灵敏度校验：要求机端两相金属性短路的灵敏系数 Klm 2.0三、纵联差动出口方式1、单相出口方式可设置 TA 断线闭锁差动出口及差动电流 Icd大于解除闭锁定值 IJC而解除闭锁功能。解除闭锁定值 IJC=(0.81.2) Ie.2考虑到 TA 二次断线会引起高电压的危险，大型发电机组往往不采用 TA 断线闭锁，将解除闭锁定值 IJC设为 0 即可
4、。2、循环闭锁出口方式循环闭锁：至少有两相差动动作，差动保护才出口动作（发电机中性点不直接接地，单相接地不形成短路）为保证发电机内一相接地且发电机外另一相接地的两点接地短路情况下差动保护能可靠动作，则当仅一相差动动作但存在较大负序电压时，则解除循环闭锁。解除循环闭锁的负序电压定值 UJC=(912)V若仅一相差动动作且无负序电压，则判为 TA 断线而发信号。1-21-2 发电机横差保护发电机横差保护作用：反映 G 内部绕组（不含机端引线）相间短路、匝间短路和开焊故障的主保护作用对象：出口 QF，灭磁开关，停机一、裂相横差保护（也称三元件横差保护，构成相对复杂，作为单元件横差的补充）1、基本原理
5、（正常） （匝间短路） （相间短路）(1) G 正常运行或外部短路时两支绕组电势相等，故两支电流大小相等，差动电流 Icd = 0 (2) 同一支绕组上匝间短路（：短路匝数占整支匝数的百分比）两绕组电势不相等环流 Id较大 Icd = 2Id/ nTA0 时，Icd0，拒动出现死区(3) 同相不同支绕组上匝间短路（1，2）两绕组电势不相等环流 Id较大 Icd = 2Ik/ nTA = (12)0 时，Icd0，拒动出现死区(4) 相间短路产生较大 Id较大 Icd = Id/ nTA (5) 开焊故障：某支开焊时，一支无电流、一支有电流较大 Icd = Ifh/ nTA2、整定计算比率制动特
6、性：差动电流 Icd=|fz1 +fz2 |；制动电流 Izh=|fz1fz2 |II21II(1) 最小启动电流 Idz.min=(0.30.5) Ie.2 (2) 拐点电流 Izh.min=(0.20.5) Ie.2 (3) 制动特性斜率 Kzh=0.40.5(4) 差动速断动作电流 Idz.max=(48) Ie.23、多并联分支的水轮发电机裂相横差为保证在正常运行及外部短路时两组 TA 产生的差动电流为 0，需在保护内部进行平衡系数调整。二、零序电流横差保护（也称单元件横差或高灵敏度横差，构成简单且灵敏度高）在每相多分支的多个中性点连线上接入零序电流式横差保护：左星形：IL=IA.L+
7、IB.L+IC.L , 右星形：IR =IA.R+IB.R+IC.R Icd =| ILIR | / nTA正常运行及外部短路时：Icd = Ibp(很小)，保护不动作匝间短路时（）：Icd =Id / nTA（环流，很大） ，保护动作 0 时，Icd 0， 保护拒动出现死区转子两点接地转子磁场畸变横差保护误动。措施：G 有转子两点接地保护时，转子一点接地后横差保护改为经短延时 t 出口；G 无转子两点接地保护时，转子一点接地后横差保护不延时，允许横差保护瞬时出口。动作电流定值 Idz：躲过系统不对称短路及发电机失磁失步时转子偏心产生的最大不平衡电流（由于微机保护内部有专门三次谐波过滤，不需考
8、虑三次谐波影响）：一般取 Idz =(0.30.4)Ie.2短延时 t：与两点接地保护动作时间配合，一般取 0.51.0S（为提高保护灵敏度，TA 变比一般选择较小：200/5600/5）1-31-3 发电机纵向零序电压匝间短路保护发电机纵向零序电压匝间短路保护一、基本原理（两段式：I 段大定值；II 段小定值）反映发电机内部绕组相间短路、匝间短路及分支开焊故障。an=AN；bn=BN；cn=CN；则：30=(AN +BN +CN )/ nTVUUUUUUUUUUG 内部故障三相机端对中性点电压不平衡较大纵向基波零序电压 30保护动作。U外部短路时或专用 TV 回路有问题，可能出现较大|30|
9、，导致保护误动。措施：增U加负序方向元件 P2，只有内部故障时 P2为正，才开放纵向基波零序电压保护。为防专用 TV 断线导致保护误动，引入专用 TV 断线闭锁。专用 TV 断线闭锁判据采用普通机端 TV 与专用 TV 的同名相电压差是否大于定值 U二、整定计算可采用两段式纵向零序电压保护：I 段整定值 3U0.dz.I：125MW 汽轮发电机取 8V 以上；200300MW 汽轮发电机取 58V；II 段基波整定值 3U0.dz.II=(0.40.8) 3U0.dz.I（一般约 23V） ；II 段三次谐波整定值 3U0.3w.dz.II：取发电机额定负荷下三次谐波电势，一般取 25V；II
10、 段三次谐波增量制动系数 Kz：一般取 0.40.5；II 段延时 t：为确保专用 TV 一次断线时保护可靠不误动，II 段需延时 0.150.2S；专用 TV 断线判断定值 U：取 710V三、缺点*该保护可靠性不高（容易误动）*定子单相接地故障（k 点接地） ，由于专用 TV 的 n 与发电机 N 相连且不接地，三相电压平衡未被破坏，无纵向 30输出，保护不会误动（该保护是反映 G 内部短路和开焊的一U种主保护，不是定子接地保护） 。但是专用 TV 的 n 与发电机 N 的连接电缆绝缘破损而接地时，将造成定子接地保护误动。22 发电机接地保护发电机接地保护2-12-1 发电机定子绕组单相接
11、地保护发电机定子绕组单相接地保护作用对象：一般动作于发信号，特殊情况下跳出口 QF 及灭磁开关。一、我国发电机单相接地电流允许值6.3kV 及以下 4A10.5kV3A 13.815.75kV 2A（氢内冷发电机为 2.5A）18kV 及以上 1A二、基波零序电压保护定子绕组单相接地时，出现较大的零序电压，利用该零序电压可构成定子绕组接地保护。零序电压取自发电机出口 TV 的开口三角形或发电机中性点单相 TV0，该保护反映接地电容电流 Ic 中性点三次谐波电压 UN3（即：US3/ UN3 1） (1) 正常运行时中性点对地电抗：XN3=1/(j9CG)；机端对地电抗：XS3=1/j9(CG+
12、CS)中性点三次谐波电压：UN3= XN3E3/( XN3 + XS3)机端三次谐波电压：US3= XS3E3/( XN3 + XS3)则：US3/ UN3= XS3 / XN3= (CG)/(CG+CS) UN3，满足动作条件，动作 50%时（F 点位于 M 点右侧） ，US3 |N3| UPKUU适当调整系数使正常运行时|S3N3|=0PKUPKU当靠中性点定子绕组接地，S3, N3|S3N3|N3| 保护灵敏动作UUUPKUU当靠机端定子绕组接地，S3, N3|S3N3|N3|保护动作UUUPKUU（可见改进型的三次谐波保护甚至可以单独作为 100%定子接地保护）微机型三次谐波定子接地保
13、护中采用自适应系数：PK )()(33 pNkUpNkUKNS P动作条件：|S3(k)N3(k)|N3(k)| （ 取 0.10.15）U )()(33 pNkUpNkUNS UU（k：本采样点，k-pN：前整数个周波的采样点）幅值比突变量式动作条件： Pset| )(| | )(| )(| | )(|3333 pNkUpNkU kUkUNSNS 相量比突变量式动作条件： Pset|)()( )()(|3333 pNkUpNkU kUkUNSNS 2-22-2 发电机转子一点接地保护发电机转子一点接地保护作用对象：一般动作于发信号，特殊情况下跳出口 QF 及灭磁开关。一、电桥式转子一点接地保
14、护二、叠加直流电压式转子一点接地保护将外加交流电压 U 经过电压变换器 UV 及整流桥 VU 整流得到的直流电压 Ud经继电器 K 加到转子的负极与地之间。继电器 K 中的直流电流： Id Ud+(Ue/2)/(RK+Ry) （RK：继电器 K 的内阻； Ry：励磁绕组对地绝缘电阻）正常时：Ry ，Id 0，保护不动作转子回路绝缘下降或一点接地时：Ry Id，保护动作于信号。若接地点在励磁绕组负极性端，Id Ud /RK若接地点在励磁绕组正极性端，Id (Ud+Ue)/ RK若接地点在距负极性端 %，Id (Ud+Ue)/ RK（可见，随接地点位置不同，该保护的灵敏度不同）三、叠加交流电压式转
15、子一点接地保护（叠加直流式的缺点：保护灵敏度随接地点位置变化；励磁绕组与地之间未完全实现直流隔离）将交流电压 Ua经继电器 K、隔直电容 C 加于励磁绕组的一端与大地之间。正常时：Ia Ua / ZK + 1/(jC) + Zy U2.dz 且 U2.22U2.1（U2.1、U2.2：二次谐波的正序及负序分量电压； U2.dz：二次谐波负序电压定值）整定值 U2.dz：躲过发电机额定工况下的最大二次谐波负序电压，一般取 0.82V动作延时：为防止外部故障暂态过程中保护的误动，应延时 0.51S33 发电机相间短路后备保护发电机相间短路后备保护作用对象：延时动作于跳出口 QF 及灭磁开关。（当发电机出口和中性点侧皆装有 TA 时，作为发电机相间短路后备保护的过流保护的电流应取自发电机中性点侧的 TA，以保证过流保护可作为发电机的近后备保护）3-13-1 发电机复合电压闭锁的过流保护发电机复合电压闭锁的过流保护3-2
