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1、,第八章 发电机保护,第八章 发电机保护,发电机的安全运行对于保证电力系统的正常工作和电能质量起着决定性的作用 同时，发电机本身也是十分昂贵的电气设备 因此，应该针对各种不同的故障和不正常运行状态，装设性能完善的发电机继电保护装置,第一节 发电机的故障类型和不正常工作状态,发电机的故障类型： 定子绕组相间短路 定子一相绕组内的匝间短路 定子绕组单相接地 转子绕组一点接地或者两点接地 转子励磁回路励磁消失,第一节 发电机的故障类型和不正常工作状态,发电机的不正常运行状态： 由于外部短路引起的定子绕组过电流 由于负荷超过发电机额定容量而引起的三相对称过负荷 由外部不对称短路或不对称过负荷而引起的发
2、电机负序过电流 由于突然甩负荷而引起的定子绕组过电压 由于励磁回路故障或者强励时间过长而引起的转子绕组过负荷 由于汽轮机汽门突然关闭而引起的发电机逆功率等,第二节 发电机的典型保护配置,针对发电机故障的典型保护配置： 定子绕组及其引出线的相间短路：纵差动保护 定子绕组的匝间短路：横差保护、双重横差保护 定子绕组单相接地故障：接地保护 励磁回路的一点接地故障：定期检测装置、励磁回路一点接地保护 励磁消失故障：专用失磁保护,第二节 发电机的典型保护配置,针对发电机不正常运行状态的典型保护配置： 发电机外部短路引起的过电流：负序过电流及不同类型的过电流保护 由对称负荷引起的发电机定子绕组过电流：过负
3、荷保护 不对称负荷或外部不对称短路而引起的负序过电流：负序过电流保护 定子绕组过电压：过电压保护 转子回路的过负荷：转子过负荷保护 主汽门突然关闭而出现的发电机变电动机运行：逆功率保护 过励磁保护,第二节 发电机的典型保护配置,其他保护配置： 当电力系统振荡影响机组安全运行时，在300MW机组上，宜装设失步保护 当汽轮机低频运行会造成机械振动，叶片损伤，对汽轮机危害极大时，可装设低频保护 当水冷发电机断水时，可装设断水保护,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时，还必须动作于自动灭磁开关，断开发电机励磁回路，使定子绕组中不再感应出电动势，继续供给短路电流,第三节 发电机定
4、子绕组短路故障的保护,发电机定子绕组中性点一般不直接接地，而是通过高阻接地、消弧线圈接地或不接地，故发电机的定子绕组都设计为全绝缘 发电机定子绕组可能由于绝缘老化、或者过电压冲击、或者机械振动等原因发生单相接地和短路故障 发电机定子单相接地并不会引起大的短路电流，不属于严重的短路性故障 发电机内部短路故障主要是指定子的各种相间和匝间短路故障，短路故障时在发电机被短接的绕组中将会出现很大的短路电流，严重损伤发电机本体，甚至使发电机报废，危害十分严重 发电机定子绕组的短路故障保护历来是发电机保护的研究重点之一,第三节 发电机定子绕组短路故障的保护,近年来短路故障的统计数据表明，发电机及其机端引出线
5、的故障中相间短路是最多的，是发电机保护考虑的重点,针对发电机定子绕组相间短路，可以装设发电机纵差动保护： 当正常运行以及发生保护区外故障时，流入差动继电器的差动电流为零，继电器不动作 当发生发电机内部故障时，流入差动继电器的差动电流将会出现较大数值 当差动电流超过整定值时，继电器判为发生了发电机内部故障而作用于跳闸,第三节 发电机定子绕组短路故障的保护,常规纵差动保护引入发电机定子机端和中性点的全部相电流，在定子绕组发生同相匝间短路时两电流仍然相等，保护不能动作,针对发电机定子绕组匝间短路，可以装设发电机横差动保护： 在大容量发电机中，由于额定电流很大，其每相都是由两个或两个以上并联分支绕组组
6、成。正常运行时，各绕组流过相等的负荷电流 当同相内非等电位点发生匝间短路时，各绕组间出现环流 利用这个环流，可以实现发电机定子绕组匝间短路的保护,第四节 发电机定子绕组单相接地保护,发电机容易发生绕组线棒和定子铁芯之间绝缘的破坏，因此发生单相接地故障的比例很高，约占定子故障的70%80% 由于大型发电机定子绕组对地电容比较大，当发电机机端附近发生接地故障时，故障点的电容电流比较大，影响发电机的安全运行 同时，由于接地故障的存在，会引起弧光过电压，可能导致发电机其他位置绝缘的破坏，形成危害严重的相间或匝间短路故障,第四节 发电机定子绕组单相接地保护,为了限制定子绕组单相接地故障的故障电流，大型发
7、电机有的装设了消弧线圈，通过消弧线圈的电感电流与接地电容电流相互抵消，把定子绕组单相接地电容电流限制在规定的允许值之内 有些发电机中性点采用了高阻接地方式，主要目的是限制发电机单相接地时的暂态过电压，但另一方面增大了故障电流。采用这种接地方式的发电机定子绕组应选择尽快跳闸,第四节 发电机定子绕组单相接地保护,假设A相距离定子绕组中性点a处发生金属性接地故障,当接地电容电流大于允许值时，不论该网络是否装有消弧线圈，接地保护动作于跳闸；当接地电流小于允许值时，接地保护动作于信号 定子绕组单相接地时机端出现零序电压，可以利用基波零序电压构成定子单相接地保护 故障点越靠近机端，零序电压越大，保护越灵敏
8、；越靠近中性点，零序电压越小，保护越不灵敏 基波零序电压保护能够反映a0.15范围内的单相接地故障,第四节 发电机定子绕组单相接地保护,发电机正常运行时，发电机中性点侧的三次谐波电压UN3总是大于发电机端的三次谐波电压US3 发电机定子绕组单相接地时，中性点三次谐波电压和机端三次谐波电压变化情况如图所示,当故障点靠近中性点时，US3UN3；当故障点靠近机端时，US3UN3时作为保护的动作条件，则在正常运行时保护不可能动作，而当中性点附近发生接地时，保护具有很高的灵敏性 利用三次谐波构成的接地保护，可以反应发电机定子绕组中a0.15范围内的单相接地故障，并且当故障点越靠近机端时，保护灵敏度越高
9、因此，利用三次谐波电压比值和基波零序电压的组合，可以构成100%的定子绕组单相接地保护,其他发电机保护,发电机外部不对称短路或在正常运行情况下三相负荷不平衡 外部不对称短路或在正常运行情况下三相负荷不平衡时，定子绕组中会出现负序电流。基于这一特征，可以构成发电机负序过电流保护 发电机失磁 发电机失磁时，转子励磁绕组电压会出现降低。基于这一特征，可以构成发电机失磁保护 发电机失步 根据发电机失步时机端测量阻抗的变化轨迹，可以构成发电机失步保护 发电机励磁回路接地故障 直流电桥式励磁回路一点接地保护、反应定子电压二次谐波分量的励磁回路两点接地保护,上一堂课回顾,防止变压器励磁涌流引起纵差保护误动的
10、方法 采用速饱和中间变流器 二次谐波制动的方法 间断角鉴别的方法 发电机保护 发电机的故障类型及不正常工作状态 发电机典型保护配置 发电机定子绕组短路故障保护 发电机定子绕组单相接地保护 其他保护,上一堂课回顾,间断角鉴别的方法 间断角的整定值一般取65度，对于Y/d11接线的三相变压器，非对称涌流的间断角比较大，间断角闭锁元件能够可靠动作；而对称性涌流的间断角可能较小，无法可靠动作 由于对称性涌流的波宽为120度，而故障电流的波宽为180度，可以在间断角判据的基础上再增加一个反应波宽的辅助判据，在波宽小于140度时也将差动保护闭锁,间断角判据和波宽判据是否等价？,波宽为120度，则间断角是否
11、为确定值？,上一堂课回顾,Y/d11接线的三相变压器，空载合闸时三相磁通波形如下：,上一堂课回顾,三相励磁电流波形如下所示：,上一堂课回顾,b相和c相励磁电流波形及产生的对称性涌流波形：,波宽： 对称性涌流的反向最大值出现在b相电流为最小值时；正向最大值出现在c相电流为最小值时 b相电流最小值和c相电流最小值差120度，因此对称性涌流波宽为120度,上一堂课回顾,b相和c相励磁电流波形及产生的对称性涌流波形：,间断角： 对称性涌流的间断角由b相(c相)涌流的间断角决定 铁芯越饱和，涌流越大，间断角越小 铁芯饱和程度与剩磁、饱和磁通有关,上一堂课回顾,改变b相和c相剩磁：,对称性涌流的波宽总是为
12、120度 对称性涌流的间断角由b相(c相)涌流的间断角决定，与剩磁、饱和磁通等因素有关，并不是固定值 若对称性涌流的间断角过小，无法满足间断角闭锁判据，则可以辅助以波宽判据，将保护可靠闭锁,第九章 母线保护,第一节 装设母线保护的基本原则,发电厂和变电所的母线是电力系统中的一个重要组成元件 母线上发生故障时，将使连接在故障母线上的所有元件在修复故障母线期间，或转换到另一组无故障母线上运行以前被迫停电 此外，在电力系统中枢纽变电所的母线上发生故障时，还可能引起系统稳定的破坏，造成严重的后果,第一节 装设母线保护的基本原则,母线上发生的短路故障可能是各种类型的接地和相间短路故障 母线短路故障类型的
13、比例与输电线路不同。在输电线路的短路故障中，单相接地故障约占故障总数的80以上 而在母线故障中，大部分故障是由绝缘子对地放电所引起的 母线故障开始阶段大多表现为单相接地故障，而随着短路电弧的移动，故障往往发展为两相或三相接地短路,第一节 装设母线保护的基本原则,一般来说，不采用专门的母线保护，而利用供电元件的保护装置就可以把母线故障切除： 如图所示的发电厂采用单母线接线,若接于母线的线路对侧没有电源，此时母线上的故障就可以利用发电机的过电流保护使发电机的断路器跳闸予以切除,第一节 装设母线保护的基本原则,如图所示的降压变电所，其低压侧的母线正常时分开运行,若接于低压侧母线上的线路为馈电线路，则
14、低压母线上的故障就可以由相应变压器的过电流保护使变压器断路器跳闸予以切除,第一节 装设母线保护的基本原则,当变电所B母线上d点短路时，则可以由保护1和4的第II段动作予以切除,如图所示的双侧电源网络（或环形网络）,第一节 装设母线保护的基本原则,但是，当利用供电元件的保护装置切除母线故障时，故障切除的时间一般较长。此外，当双母线同时运行或母线为分段单母线时，上述保护不能保证有选择性地切除故障母线 超高压枢纽变电站和大型发电厂的母线联系着各个地区系统和各台大型发电机组，母线发生短路直接破坏了各部分系统之间或各台机组之间的同步运行，严重影响电力系统的安全供电 对那些威胁电力系统稳定运行、使发电厂厂
15、用电及重要负荷的供电电压低于允许值的母线故障，必须装设有选择性的、快速母线保护,第一节 装设母线保护的基本原则,在下列情况下应装设专门的母线保护： 110kV及以上的双母线或者分段单母线上，应装设专用的母线保护 110kV及以上的单母线，重要发电厂的35kV母线或者高压侧为110kV以上的重要降压变电所的35kV母线，应装设专用的母线保护,第二节 母线差动保护的基本原理,为了满足速动性和选择性的要求，母线保护都是按差动原理构成的 实现母线差动保护所必须考虑的特点是在母线上一般连接着较多的电气元件，因此，就不能像元件差动保护只用简单的接线加以实现 不管母线上元件有多少，实现差动保护的基本原则仍适
16、用： 在正常运行以及母线范围以外故障时，在母线上所有连接元件中，流入的电流和流出的电流相等 当母线上发生故障时，所有与母线连接的元件上的电流等于短路点的总电流 在正常运行及外部故障时，至少有一个元件中的电流相位和其余元件中的电流相位相反；而当母线故障时，除电流等于零的元件以外，其他元件中的电流是接近同相位的,电流差动保护,电流比相式差动保护,第二节 母线差动保护的基本原理,一、单母线完全电流差动保护 1 保护原理,在母线的所有连接元件上装设具有相同变比和特性的电流互感器 所有TA的二次侧同极性端连接在一起，接至差动继电器中 差动继电器中的电流为各个母线连接元件二次电流的向量和,第二节 母线差动保护的基本原理,一、单母线完全电流差动保护 1 保护原理,正常运行及外部故障时，差动继电器流过电流为不平衡电流 母线上故障时，流入差动继电器为故障点的短路电流,此电流足够使差动继电器动作而驱动出口继电器，从而使所有连接元件的断路器跳闸,
