第六章发电机母线的继电保护

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1、第七章 发电机的继电保护,发电机故障类型、不正常运行状态 保护配置方式 发电机的纵差动保护和横差动保护 发电机的单相接地保护 发电机的负序过电流保护 发电机的失磁保护 发电机变压器组继电保护,第一节.故障类型不正常运行状态及保护方式,一、故障类型相间短路 定子绕组 匝间短路单相接地一点接地（发信号or跳闸） 转子绕组 二点接地（必须跳闸）失磁,二、不正常运行状态,过负荷、过电流（外部短路等引起）过电压（突然甩负荷）负序过负荷、负序过电流（不对称故障、负荷）转子过负荷（励磁回路故障，强励时间过长引起的）非全相运行逆功率低频失步 振荡,三、保护配置,1、纵差保护相间短路 1MW发电机 2、横差保护

2、匝间短路 3、接地保护发信号（IC5A零序电流保护。100MW，100%定子接地保护 4、过电流保护： (1)负序过电流及单相式低电压起动过电流保护, 50MW (2)复合电压（U2及线电压）起动的过电流保护 (3)过电流保护, 300MW)，低频保护，逆功率保护(大容量），断水保护等,第二节、发电机的纵差动保护和横差动保护,纵差动保护 横差动保护,一、纵差动保护,1、工作原理纵差动保护是发电机内部相间短路的主保护，但不能反应匝间故障，接地故障，靠整定来保证选择性。正常、外部故障：内部故障：,1、工作原理,不平衡电流： （注意与变压器差动保护的比较：）稳IbP由两个CT特性不同引起，比Tr小的

3、多暂IbP由外部短路时，非周期分量引起的。,2、整定计算： （1）原则一：躲CT二次回路断线,Kk=1.3,当CT二次回路断线时又发生外部短路会发生误动 为防止此种情况：加装断线监视装置,加装断线监视装置后,后备 Klm低，可靠性高。,（2）原则二：躲开外部故障时的最大不平衡电流,由（4-5）求得,与（1）Klm 相比可靠性差,（3）原则三对100MW发电机采用比率制动特性差动继电器制动系数：0.20.4,（4）灵敏度,的计算发电机与系统并列运行以前，其出线端发生两相短路，差动回路中只有发电机供给的短路电流发电机采用自同期并列时（发电机E0）在系统最小运行方式下，发电机出线端K（2）,，,3、

4、评价 不反应匝间故障 不反应接地故障 只反应 ， 不反应振荡，过负荷 Klm金属性故障无死区非金属性故障有死区,二、横差动保护,保护匝间故障 1、匝间故障的类型,很小,2、特点产生环流 两中性点之间差生环流 产生3U0 定子、转子回路产生高次谐波，以二次或倍频为主 负序功率方向与其它各种不对称故障的负序功率方向相反,3、接线方式 6CT，3继电器 P193 图7-5（b） 1CT，1继电器 图7-6,发电机三次谐波同相位误动防止方法：增加三次谐波滤器转子回路两点接地磁通不平衡环流误动4、整定：,反应各种匝间故障 转子两点接地故障定子绕组分支开焊故障简单 缺点： 有死区， Klm不太理想 一般用

5、在较小容量的发电机 大容量： 为提高Klm高： 负序功率方向闭锁的定子零序电压保护 负序功率方向闭锁的转子二次谐波电流保护,5、评价 优点：,第三节、发电机的单相接地保护,规定：单相接地电容电流5A跳闸5A 发信号,一、发电机定子绕组单相接地的特点,1.单相接地时电气量的特点,表示中性点到故障点的绕组占全部绕组匝数的百分数1,(1),(2),发电机外接元件越多3I0 发电机出口有母线IC大跳闸 发变组IC小信号,（3）I0的大小与方向发电机内部单相接地时,零序电流的方向为如图所示，大小为发电机以外电压 网络的对地电容电流。,（3）I0的大小与方向,发电机外部单相接地时,零序电流的方向为如图所示

6、，大小为发电机本身 的对地电容电流。,二、保护方式1、零序电流保护应用于发电机出口有母线的接线作用于跳闸 （1）原理,内部故障时：外部故障时： 并且内部故障与外部故障时零序电流相位相反,（2）整定原则 原则一：躲外部单相接地时，发电机本身电容电流 原则二：由CT引起的不平衡电流（正常运行） 原则三：保护一次动作值小于P195 表7-1 的值,发电机单相接地电流允许值,（2）整定原则原则四：为防止外部相间短路时的IbP引起误动作应在相间保护动作时将接地保护闭锁。 原则五：tdz=12S躲外部接地瞬间发电机暂态电容电流 当 0时有“死区” 在保证选择性下，尽量Idz,2、基波零序电压保护应用于发变

7、组IC小作用于发信号 （1）原理,有“死区”,“死区”,一般整定为：,（2）消除方法改为100%定子接地保护 中性点加固定的工频偏移电压（1015%）Ue（通过增大接地电流来实现一般增大值不超过1025A）附加直流or低频信号（20HZ or 25HZ）（通过检测此附加电流的大小来实现）利用三次谐波电压构成（利用中性点侧与机端侧三次谐波电压比值的变化来实现）,3、利用三次谐波电压构成的100%定子接地保护,（1）发电机三次谐波电压的分布特点由于发电机气隙磁通密度的非正弦分布和铁芯饱和的影响，在定子绕组上感应出基波、高次谐波（如百分之几的三次谐波）等效电路（简化）,N中性点 S机端 Cof发电机

8、对地电容 Cos其它元件对地电容 ，如 Tr、线路等,正常运行时 无消弧线时：,同样可证有消孤线圈时,则：,发电机内部发生单相接地故障时,当,时，,且单相接地故障的接地点越接近中性点则 越灵敏,动作量,制动量 保护范围,（2）、100%定子接地保护,三次谐波保护+零序电压保护,第四节、发电机的负序过电流保护,负序过电流保护的作用 负序定时限过流保护 负序反时限过流保护,一、负序过电流保护的作用 发电机主保护方式之一,1.负序电流的危害负序电流 转子发热烧毁负序电流 转子绕组、阻尼绕组、转子铁心100HZ电流 100HZ振动发电机允许负序电流发热常数,A值参考表,二、负序定时限过电流保护,1.原

9、理接线 保护原理 动作过程,2.两段式负序电流保护时限特性,两段式负序电流保护的缺点 ab段: bc段: cd段: de段:,三、负序反时限过电流保护,1.负序反时限过电流保护的优点,2.负序反时限过电流继电器原理接线图,第五节、发电机失磁保护,发电机失磁运行及其后果 发电机机端测量阻抗 发电机在其他运行方式下的机瑞测量阻抗 发电机时磁保护的构成方式,一、发电机失磁原因及其后果,1.发电机失磁的原因发电机失磁故障是指发电机励磁突然全部消失或部分消失。引起失磁故障的原因有：转子绕组故障、励磁机故障、自动灭磁开关误跳闸、半导体励磁系统中某些元件损坏或回路发生故障以及误操作等。,2.发电机失磁的危害

10、,当发电机失磁后，对电力系统和发电机都产生危害。 （1）对系统 正常运行时，发电机向系统输出无功功率Q1当失磁后，将从系统吸收无功功率Q2，因此将使系统出现无功功率差额QQ1+Q2。这无功功率差额将引起失磁发电机附近的电压下降。系统无功储备越小，电压下降将越严重。系统中其他发电机力图补偿这一无功功率差额，从而导致其发电机的过电流。失磁发电机容量与系统容量比越大，这种过电流也就越严重。由于过电流，就有可能引起其他发电机或系统中的其他设备被切除，特使系统因电压崩溃而瓦解。,（2）对发电机,由于失磁发电机吸收了大量的无功功率，因此为了防止其定子绕组的过电流，发电机所能发出的有功功率较同步运行时有所降

11、低，吸收的无功功率越大，则降低的越多。另外，当失磁后发电机将失步后，在转子的阻尼系统和励磁绕组中产生频率为ff-f0的差额电流，引起附加损耗，使发电机转子和励磁回路过热，危及转子的安全。,二.发电机机端测量阻抗,1.发电机正常时的机端测量阻抗,2.发电机临界失步点的机端测量阻抗,3.发电机失磁后的机端测量阻抗的变化,三.发电机在其他运行方式下的机瑞测量阻抗,1.发电机正常运行时的机端测量阻抗（1、2、3） 2.发电机外部故障时的机端测量阻抗（5） 3.发电机与系统间发生振荡时的机端测量阻抗 4.发电机自同步并列时的机端测量阻抗与发电机空载运行 时相同，但时间极短应采取措施防止失磁保护误动作,四

12、.发电机时磁保护的构成方式,1.利用自动灭磁开关联锁跳开发电机断路器 (100MW以下带直流励磁的水轮发电机和不允许失磁运行的汽轮机发电机) 2.利用失磁后发电机定子各参数变化的特点构成失磁保护 （1）机端测量阻抗由第一象限进入第四象限 （2）机端电压下降 （3）无功功率改变方向 （4）功率角增大 （5）励磁电压降低等（应用于100MW以上机组）,例.由阻抗元件构成的失磁保护,第六节、发电机变压器组继电保护,发电机变压器组的特点,发电机变压器纵差动保护的特点,一、发电机变压器组的特点,1、发电机变压器上的任何一种故障在发一变上都能反应2、共有保护可以精减，如纵差、后备、过负荷保护等,二、发电机

13、变压器纵差动保护的特点,1、发变间无断路器则可以共用一组纵差动保护。原理接线如图所示,但在下列几种情况下，发电机应补充装设单独的纵联差动保护容量为100MW及以上的发电机。对于水轮发电机和绕组直接冷却的汽轮发电机，当公用的纵联差动保护整定值大于1.5倍发电机额定电流时。,2、当发电机与变压器间有断路器时,发电机和变压器应分别装设纵联差动保护当发电机与变压器之间分支线时(如厂用电分支线)，应把分支线也包含在差动保护范围以内，其接线如图所示。这时分支线上电流互感器的变比应与发电机回路的相同。,三、发变组发电机电压侧单相接地保护的特点,（1）对于发电机一变压器组，由于发电机与系统之间没有直接的电联系

14、，因此，发电机定子接地保护就可以简化。 （2）由于发电机一变压器组中发电机的中性点一般不接地或经消弧线圈接地，发生单相接地的接地电容电流通常小于允许值，接地保护可以采用零序电压保护并动作于信号。（3）当发电机与变压器之间没有断路器时，零序电压取自发电机电压互感器二次绕组的开口三角形；（4）当发电机与变压器之间有断路器时，零序电压取自变压器低压侧的电压互感器，以便当发电机回路的断路器断开且变压器的低压侧发生接地短路时，保护装置仍能发出信号。（5）对100WM及以上的发电机应装设保护范围为100的定子接地保护。,四、发变组后备保护的特点,发电机一变压器组的后备保护，同时兼作相邻元件(母线和线路)短

15、路的后备保护。当为实现远后备而使保护装置的接线复杂化时，可缩短对相邻线路后备保护的范围，但对变压器各侧母线上的三相短路应有足够的灵敏度。采用后备保护装置的类型有：低电压起动的过电流保护、复合电压起动的过电流保护负序电流保护，可根据具体情况，装设相应的保护装置。,发电机双绕组变压器组的后备保护应装于发电机侧。当发电机与变压器间没有分支线时，可以用发电机的后备保护作为整组的后备保护；当有厂用分支线时，保护装置应有两段时限，第一段时限动作于高压侧断路器跳闸，第二段时限动作于跳开各侧断路器及灭磁开关。这样可以保证在外部短路时，仍能对分支线供电。保护装置的电流元件接于发电机中性点侧的电流互感器上，电压元件接于发电机电压互感器上。对变压器高压侧三相短路，电压元件灵敏度不能满足要求时，可在高压侧电压互感器任一线电压上加装一个电压继电器，以提高外部短路时保护装置的灵敏度。,