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1、第七章 发电机保护,一、故障类型及不正常运行状态 1 故障类型 定子绕组相间短路：危害最大 定子绕组一相的匝间短路：可能发展为单相接地短路和相间短路 定子绕组单相接地：较常见，可造成铁芯烧伤或局部融化 转子绕组一点接地或两点接地：一点接地时危害不严重；两点接地时，因破坏了转子磁通的平衡，可能引起发电机的强烈震动或将转子绕组烧损。 转子励磁回路励磁电流急剧下降或消失：从系统吸收无功功率，造成失步，从而引起系统电压下降，甚至可使系统崩溃。,2 不正常运行状态外部短路引起的定子绕组过电流：温度升高，绝缘老化 负荷等超过发电机额定容量而引起的三相对称过负荷：温度升高，绝缘老化外部不对称短路或不对称负荷
2、而引起的发电机负序过电流和过负荷：在转子中感应出100hz的倍频电流，可使转子局部灼伤或使护环受热松脱，而导致发电机重大事故。此外，引起发电机的100hz的振动。突然甩负荷引起的定子绕组过电压：调速系统惯性较大发电机，在突然甩负荷时，可能出现过电压，造成发电机绕组绝缘击穿。励磁回路故障或强励时间过长而引起的转子绕组过负荷 当汽轮机主汽门误关闭而发电机出口断路器未跳闸，发电机失去原动力而变为电动机运行，从电力系统中吸收有功功率。危害：汽轮机尾部叶片有可能过热而造成事故,为了快速消除发电机内部的故障在保护动作于发电机断路器跳闸的同时，还必须动作于自动灭磁开关，断开发电机励磁回路，以使转子回路电流不
3、会在定子绕组中再感应电势，继续供给短路电流。,二、保护类型,发电机纵差动保护：定子绕组及其引出线的相间短路保护 横差动保护：定子绕组一相匝间短路的保护 单相接地保护：对发电机定子绕组单相接地短路的保护 发电机的失磁保护：反应转子励磁回路励磁电流急剧下降或消失 过电流保护：反应外部短路引起的过电流，同时兼作纵差动保护的后备保护 负序电流保护：反应不对称短路或三相负荷不对称时，发电机定子绕组中出现的负序电流 过负荷保护：发电机长时间超过额定负荷运行时作用于信号的保护 过电压保护：反应突然甩负荷而出现的过电压 转子一点接地保护和两点接地保护：励磁回路的接地故障保护 转子过负荷保护 逆功率保护,第二节
4、 发电机纵差动保护,（1）在正常运行情况下，电流互感器二次回路断线时保护不应误动，保护起动电流应大于发电机额定电流；（2）保护装置的起动电流技躲开外部故障时的最大不平衡电流整定（3）为防止在LH二次回路断线、同时区外故障导致保护误动，另需设置LH二次回路断线监视装置发出告警信号，由运行人员退出保护（4）断线监视继电器4按躲开正常运行时的不平衡电流整定，动作时间按大于发动机后备保护时限,带制动的发电机纵差保护,对100Mw及以上大容量发电机，采用具有比率制动特性的差动继电器，利用外部故障时的穿越电流实现制动保证区外故障时可靠躲开最大不平衡电流的影响，又能提高区内故障时的灵敏度发电机纵差动保护可以
5、无延时切除保护范围内各种故障，不反应发电机过负荷和系统振荡，且灵敏系数较高，用作容量在1Mw以上发电机的主保护。,第三节 发电机匝间短路的横差动保护,（1）在正常情况下，两个绕组中的电势相等，各供出一半的负荷电流。（2）当任一个绕组中发生匝间短路时，两个绕组中的电势就不再相等，由于出现电势差产生一个均衡电流，在两个绕组中环流。利用反应两个支路电流之差，即可实现发电机定子绕组匝间短路的保护。（3）同相同绕组匝间短路： Ij= 2Id/nl，短路匝数越多时；环流越大， 较小时，保护不动作，有死区；（4）同相不同绕组匝间短路：1, 2之差值很小时，也将出现死区。,单元件横差保护,把一半绕组的三相电流
6、之与另一半绕组三相电流之和进行比较，当发生各种匝问短路时，中性点联线上有环流流过，继电器3动作只用一个互感器，没有由于互感器的误差所产生的不平衡电流，起动电流较小，灵敏度较高当发电机出现三次谐波电势E3时，三相同相位，若任一分支E3与其他支路不相等，则中性点连线上会出现三次谐波环流 ，采用三次谐波滤波器2，滤掉三次谐波不平衡电流转子永久性两点接地时，有较大不平衡电流通过中性点连接线，横差保护可能误动转子永久性两点接地时，气隙磁通畸变畸变气隙磁通导致发电机异常震动，需转子永久性两点接地保护动作跳闸，因此不闭锁横差保护为防止转子瞬时两点接地时横差误动，在转子一点接地后，横差切换至0.51s延时跳闸
7、回路,发电机变压器组差动保护,(1)当发电机和变压器之间无断路器时，一般装设整组共用的纵差动保护 (2)当发电机与变压器之间有断路器时，发电机和变压器应分别装设纵差动保护 (3)当发电机与变压器之间有分支 (如厂用电出线)，应把分支线也包括在差动保护范围内,第四节 发电机的单相接地保护,（1）发电机外壳是接地的； （2）定子绕组中性点不接地或经高阻抗接地； （3）定子绕组单相接地具有一般不接地系统单相接地短路的特点 （4）流经接地点的电流为发电机所在电压网络，即与发电机有直接电联系的各元件对地电容电流之总和（5）故障点零序电流、零序电压特随发电机内部接地点位置而改变（6）当接地电容电流等于或大
8、于5A时，应装设动作跳闸的接地保护，当接地电流小于5A时，装设作用于信号的接地保护,单相接地： Ip1=Ip2=Ip0, Id=3Ip0=3(I0f+I0l),发电机零序电容电流：,发电机以外网络零序电流,（1）发电机内部单相接地时，流过LH0的零序电流为发电机以外电压网络的对地电容电流; （2）发电机外部单相接地时，流过LH0的零序电流为发电机本身的对地电容电流 （3）当发电机定于绕组的中性点附近接地时，由于接地电流很小，零序电流保护将不能起动，存在死区,发电机内部单相接地短路的机端零序电压,发电机内部单相接地短路的机端零序电压和故障点的零序电压相等可通过机端的电压互感器来测量故障点零序电压
9、,二、利用零序电流构成的定子接地保护,(1)躲过外部单相接地时，发电机本身的电容电流，以及由于零序电流互感器一次侧三相导线排列不对称，而在二次侧引起的不平衡电流。(2)保护装置的一次动作电流应小于表7l规定的允许值。(3)为防止外部相间短路产生的不平衡电流引起接地保护误动作，应在相间保护动作时将接地保护闭锁。(4)保护装置一般带有12s的时限，以躲开外部单相接地瞬间，发电机暂态电容电流的影响,三、利用零序电压构成的定子接地保护 (发电机变压器组）,发电机变压器组接线方式，当发电机单相接地后，接地电容电流一般小于允许值，否则可装设消弧线圈补偿把接地电流补偿到很小的数值。装设作用于信号的接地保护，
10、反应于零序电压而动作。保护装置的整定值应躲开正常运行时的不平衡电压(包括三次谐波电压)，以及变压器高压侧接地时在发电机端所产生的零序电压。 中性点附近发生接地时，保护装置不能动作，有电压死区。,（1）利用零序电流和零序电压的接地保护，对定于绕组都不能达到100的保护范围。（2）对大型发电机组，持别是定子绕组用水内冷的机组，应装设能反应100定于绕组的接地保护,第四节 发电机的负序过流保护,系统中发生不对称短路或在正常运行情况厂三相负荷不平衡时，定子绕组中出现负序电流； 在转子绕组、阻尼绕组以及转于铁心等部件感应100H z的倍频电流，使转子过热； 产生100H z交变电磁转矩，将同时作用在转子
11、大轴和定子机座上，引起100H z的振动； 负序电流在转子中所引起的发热量，正比于负序电流的平方及所持续时间的乘积 发电机负序过电流保护实际上是对定子绕组电流不平衡而引起转子过热的保护,发电机允许负序电流的时间是随负序电流大小而变化， 具有反时限特性。,二、两段式负序定时限过流保护,I段 动作于发不对称负荷信号 按躲发电机长期允许的负序电流值和最大负荷下负序过滤器的不平衡电流来整定:I2dz = 0.1 Ief，Tdz: 5-10s II段 动作于跳闸 按躲发电机短时间允许的负序电流整定:I2dz = (0.50.6) Ief，Tdz: 35s 与相邻元件的后备保护在灵敏系数上相配合，时限按后
12、备保护的原则逐级配合,I段：0.1Ief，10s - 动作于信号 II段：0.5Ief，4s - 动作于跳闸,（1）曲线ab段: 动作时限(4s)大于发电机允许的时间，可能出现发电机已被损坏而保护尚未动作，对发电机不安全；（2）曲线bc段: 动作时限(4s)小于发电机允许的时间，没有充分利用发电机承受负序电流的能力;（3）曲线cd段：仅动作于发信也是不安全的;（4）曲线de段：保护不动作,两段式负序定时限过电流保护的动作特性与发电机允许的负序电流曲线不能很好地配合；不能反应负序电流变化时发电机转于的热积累过程。,单相式低电压起动过电流保护，反应三相对称短路,三、负序反时限过流保护,动作特性在允
13、许负序电流曲线的上面，其间的距离按转子温升裕度决定。 避免在发电机还没有达到危险状态时就把发电机切除。,第五节、发电机失磁保护,一、发电机的失磁运行及其产生的影响失磁故障：指励磁突然全部消失或部分消失。失磁原因：转子绕组故障、励磁机故障、自动灭磁开关误跳闸、半导体励磁系统中元件损坏或回路发生故障以及误操作等。,失磁后的影响,失磁失步异步运行 对电力系统影响：吸收无功，电压下降，无功储备不足，乃至电压崩溃而系统瓦解 对发电机影响： （1）转子中的差频电流引起转子过热 （2）转差率上升引起定子过电流产生发热 （3） 转速上升引起振动气轮发电机原则上允许异步运行一段时间 水轮发电机不允许失磁异步运行
14、,二、发电机失磁后的机端测量阻抗（90）,Q,P,受端功率 因素角,（1）失磁后到失步前,转子电流Id EdPP，保持P不变 Ed，QQ90）,1、发电机空载运行失磁时：S=0Zf = -jX1 jXad = -jXd -最大 2、发电机在其他运行方式下失磁：SZf,位于第四象限,三、发电机在其它运行方式下的机端测量阻抗,四、失磁保护的构成方式,失磁保护应能正确反应发电机失磁故障，而在 发电机外部故障、电力系统振荡、发电机自同步并列以及发电机低励磁(同步)运行时不误动作。 利用自动灭磁开关联锁跳开发电机断路器 利用失磁后发电机定子各参数变化的特点构成失磁保护：机端测量阻抗由第一象限进入第四象限，无功功率改变方向、机端电压下降，功角增大，励磁电压降低等,失磁故障主要判别元件： 阻抗元件Z：按临界失步阻抗圆整定； 母线低电压元件(Uf)：按保证系统安全运行所允许的最低电压整定；励磁低电压元件(Ufd)：闭锁元件， 按躲开空载运行时的最低励磁电压整定；,t1：躲开振荡过程中的短时低电压或自同步并列的影响，取 t1=0.51s t2：躲开振荡过程中的短时低电压或自同步并列的影响，取 t1=11.5s,
