发电机的继电保护优秀课件

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1、第七章发电机的继电保护第七章发电机的继电保护发电机是电力系统中最主要的设备，发电机发电机是电力系统中最主要的设备，发电机单机容量不断增大，可以降低单位造价和发单机容量不断增大，可以降低单位造价和发电成本，提高劳动生产力。但机组容量过大，电成本，提高劳动生产力。但机组容量过大，发电机的事故停机率增高，可用率随之降低。发电机的事故停机率增高，可用率随之降低。据统计据统计4060万万KW机组平均可用率为机组平均可用率为77.5%，事故停机率为，事故停机率为9.7%，而，而80万万KW以以上机组分别为上机组分别为72.5%和和16.2%。由于象。由于象600MW这样的大机组越来越多地在电力系统这样的大

2、机组越来越多地在电力系统中应用，如何保障发电机在电力系统中的安中应用，如何保障发电机在电力系统中的安全运行，就显得更加重要。全运行，就显得更加重要。 发电机的继电保护优秀一、发电机故障类型一、发电机故障类型、定子绕组相间短路、定子绕组相间短路、定子绕组一相的匝间短路、定子绕组一相的匝间短路、定子绕组单相接地、定子绕组单相接地定定子子绕绕组组第一节发电机的故障类型、不正常第一节发电机的故障类型、不正常运行状态及其相应的保护方式运行状态及其相应的保护方式转转子子绕绕组组、转子绕组一点接地或两点接地短路、转子绕组一点接地或两点接地短路、转子励磁回路励磁电流消失、转子励磁回路励磁电流消失发电机的继电保

3、护优秀造成的危害：造成的危害：定子绕组故障时，故障点出现的电定子绕组故障时，故障点出现的电弧将烧损定子绕组的绝缘，严重时，电弧将烧损定子绕组的绝缘，严重时，电弧使定子铁芯大量熔化或引起火灾。弧使定子铁芯大量熔化或引起火灾。转子绕组两点接地时，除可能使转转子绕组两点接地时，除可能使转子绕组和铁芯损坏外，还因转子磁场不子绕组和铁芯损坏外，还因转子磁场不对称，使机组产生剧烈的机械振动。对称，使机组产生剧烈的机械振动。发电机的继电保护优秀二、发电机的不正常运行状态二、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、

4、由于负荷超过发电机额定容量而引起的三相对称过负荷；对称过负荷；、由外部不对称短路或不对称负荷（如单相负、由外部不对称短路或不对称负荷（如单相负荷，非全相运行等）而引起的发电机负序过电流荷，非全相运行等）而引起的发电机负序过电流和过负荷；和过负荷；、由于突然甩负荷而引起的定子绕组过电压；、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强励时间过长而引起的、由于励磁回路故障或强励时间过长而引起的转子绕组过负荷；转子绕组过负荷；、由于汽轮机主汽门突然关闭而引起的发电机、由于汽轮机主汽门突然关闭而引起的发电机逆功率等。逆功率等。发电机的继电保护优秀三、保护方式三、保护方式对以上发电机的定子

5、绕组及其引出线对以上发电机的定子绕组及其引出线的的相间短路相间短路，应装设，应装设纵差保护纵差保护对直接联于母线的发电机定子绕组对直接联于母线的发电机定子绕组单相接地故单相接地故障，障，当发电机电压网络的接地电容电流大于或等当发电机电压网络的接地电容电流大于或等于时（不考虑消弧线圈的补偿作用），应装于时（不考虑消弧线圈的补偿作用），应装设动作于跳闸的设动作于跳闸的零序电流保护，零序电流保护，小于时，则小于时，则装设作用于信号的装设作用于信号的接地保护接地保护对定子绕组的匝间短路，当绕组接成星形且每对定子绕组的匝间短路，当绕组接成星形且每相中有引出的并联支路时，应装设相中有引出的并联支路时，应装

6、设单继电器式的单继电器式的横联差动保护横联差动保护发电机的继电保护优秀对对发电机外部短路而引起的过电流发电机外部短路而引起的过电流，可采用下，可采用下列保护：列保护：负序过电流负序过电流及及单相式低电压起动过电流保护，单相式低电压起动过电流保护，一一般用于般用于50MW及以上的发电机；及以上的发电机；复合电压起动的过电流保护复合电压起动的过电流保护（负序电压及线电压）（负序电压及线电压）过电流保护，过电流保护，用于用于1MW以下的小发电机以下的小发电机对对由不对称负荷或外部不对称短路而引起的负由不对称负荷或外部不对称短路而引起的负序过电流，序过电流，一般在一般在50MW及以上的发电机上装设及以

7、上的发电机上装设负序电流保护负序电流保护对对由对称负荷引起的发电机定子绕组过电流，由对称负荷引起的发电机定子绕组过电流，应装设应装设接于一相电流的过负荷保护接于一相电流的过负荷保护发电机的继电保护优秀对对水轮发电机定子绕组过电压，水轮发电机定子绕组过电压，应装设应装设带延时带延时的过电压保护的过电压保护对于对于发电机励磁回路的接地故障发电机励磁回路的接地故障水轮发电机装设一点接地保护，小容量机组可采水轮发电机装设一点接地保护，小容量机组可采用定期检测装置用定期检测装置对汽轮机励磁回路的一点接地，一般采用定期检对汽轮机励磁回路的一点接地，一般采用定期检测装置，对大容量机组则可装设一点接地保护，测

8、装置，对大容量机组则可装设一点接地保护，对两点接地故障，应装设两点接地保护在励磁回对两点接地故障，应装设两点接地保护在励磁回路发生一点接地后投入路发生一点接地后投入发电机的继电保护优秀对对发电机励磁消失的故障，发电机励磁消失的故障，在发电机不允许失在发电机不允许失磁运行时，应在自动灭磁开关断开时连锁断开发磁运行时，应在自动灭磁开关断开时连锁断开发电机的断路器，对采用半导体励磁以及电机的断路器，对采用半导体励磁以及100MW以以上采用电机励磁的发电机，应增设反应发电机失上采用电机励磁的发电机，应增设反应发电机失磁时电气参数变化的磁时电气参数变化的专用失磁保护专用失磁保护对对转子回路过负荷转子回路

9、过负荷，在，在100MW及以上并采用半及以上并采用半导体励磁系统的发电机上应装设导体励磁系统的发电机上应装设转子过负荷保护转子过负荷保护对对汽轮机主汽门突然关闭汽轮机主汽门突然关闭，为防止汽轮机遭到，为防止汽轮机遭到破坏，对大容量机组可考虑装设破坏，对大容量机组可考虑装设逆功率保护逆功率保护发电机的继电保护优秀当电力系统振荡影响机组安全运行时，在当电力系统振荡影响机组安全运行时，在300MW机组上，应装设机组上，应装设失步保护；失步保护；当汽轮机低频运行造成机械振动，叶片损伤等可当汽轮机低频运行造成机械振动，叶片损伤等可装设装设低频保护；低频保护；当水冷却发电机断水时，可装设当水冷却发电机断水

10、时，可装设断水保护断水保护为了快速消除发电机内部的故障，在保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，必须动护动作于发电机断路器跳闸的同时，必须动作于自动灭磁开关，断开发电机励磁回路，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会在定子绕组中再感应以使转子回路电流不会在定子绕组中再感应电势，继续供给短路电流。电势，继续供给短路电流。发电机的继电保护优秀第二节发电机的纵差保护和第二节发电机的纵差保护和横差保护横差保护一、发电机纵差保护的整定计算和原理接线一、发电机纵差保护的整定计算和原理接线纵差保护是发电机内部相间短路的主保护，纵差保护是发电机内部相间短路的主

11、保护，因此它能快速而灵敏地切除内部所发生故障，同因此它能快速而灵敏地切除内部所发生故障，同时，在正常运行及外部故障时，又应保证动作的时，在正常运行及外部故障时，又应保证动作的选择性和工作的可靠性。选择性和工作的可靠性。发电机纵差保护起动电流有两个不同选取原发电机纵差保护起动电流有两个不同选取原则，与其对应的接线也有些差别。则，与其对应的接线也有些差别。发电机的继电保护优秀1)在正常情况下，电流互感器二次在正常情况下，电流互感器二次回路断线时保护不应误动回路断线时保护不应误动I-ILH2LH1二次回路断线时的电流分布二次回路断线时的电流分布假定电流互感器假定电流互感器LH2的二的二次引出线发生断

12、线次引出线发生断线,则则 ,这时在差动继电器中将流过这时在差动继电器中将流过电流电流 ,当发电机在额定容当发电机在额定容量运行时量运行时,此电流即为发电机此电流即为发电机额定电流变换二次侧的数值额定电流变换二次侧的数值,可以可以I e.f/nl表示，为防止差动表示，为防止差动保护误动作，应整定保护装保护误动作，应整定保护装置的起动电流大于发电机的置的起动电流大于发电机的额定电流，引入可靠系数额定电流，引入可靠系数Kk(一般取一般取1.3)发电机的继电保护优秀则保护装置和继电器的起则保护装置和继电器的起动电流分别为：动电流分别为：Idz=KkI e.fIdz.J=KkI e.f/nlKk=1.3

13、这样整定，在正常运行时任一相电流这样整定，在正常运行时任一相电流互感器二次侧断线时，保护均不会误动。互感器二次侧断线时，保护均不会误动。若在断线后又发生了外部短路，则继电器回路中要流若在断线后又发生了外部短路，则继电器回路中要流过短路电流，保护仍要误动，因此一般在差动保护中装设过短路电流，保护仍要误动，因此一般在差动保护中装设断线监视装置，当断线后它动作于发出信号，运行人员接断线监视装置，当断线后它动作于发出信号，运行人员接此信号后即应将差保退出工作。此信号后即应将差保退出工作。断线监视继电器的起动电流按躲开正常运行时的不平断线监视继电器的起动电流按躲开正常运行时的不平衡电流整定，原则上越灵敏

14、越好，通常选择：衡电流整定，原则上越灵敏越好，通常选择：为防止断线监视装置在外部故障时由于不平衡电流的影为防止断线监视装置在外部故障时由于不平衡电流的影响而发信号，其动作时限应大于发电机后备保护的时限。响而发信号，其动作时限应大于发电机后备保护的时限。发电机的继电保护优秀2)保护装置的起动电流按躲开外部保护装置的起动电流按躲开外部故障时的最大不平衡电流整定故障时的最大不平衡电流整定这时，继电器的起动电流应为：这时，继电器的起动电流应为：输电线纵差保护输电线纵差保护中影响输电线纵中影响输电线纵差保护正确工作差保护正确工作的因素：的因素：、电流互感器的误差和不平衡电流、电流互感器的误差和不平衡电流

15、、导引线的阻抗、分布电容、导引线的阻抗、分布电容、导引线故障和感应过电压、导引线故障和感应过电压发电机的继电保护优秀当采用具有速饱和铁芯的差动继电器时当采用具有速饱和铁芯的差动继电器时Kzq=1；当电流互感器型号相同时，当电流互感器型号相同时，Ktx=0.5；可靠系数一般而论取可靠系数一般而论取Kk=1.3对水轮发电机对水轮发电机 则则总结总结：方式方式2）灵敏性高（整定值小）；）灵敏性高（整定值小）； 可靠性低，当可靠性低，当TA二次侧断线时，可能误动。二次侧断线时，可能误动。对于汽轮发电机，对于汽轮发电机，其出口处发生三相短路其出口处发生三相短路最大短路电流约为最大短路电流约为则差动继电则

16、差动继电器的起动电流为器的起动电流为:发电机的继电保护优秀3)对对100MW及以上大容量发电机，及以上大容量发电机，采用具有比率制动特性的差动继采用具有比率制动特性的差动继电器电器利用外部故障时的穿越电流实现制动，利用外部故障时的穿越电流实现制动，即可保证区外故障时可靠躲开最大不平衡电即可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性。流的影响，又能提高区内故障时的灵敏性。发电机的继电保护优秀二、发电机匝间短路的横差动二、发电机匝间短路的横差动电流保护电流保护A.原理原理在大容量发电机中，由于额定电流很在大容量发电机中，由于额定电流很大，其每相都是由两个并联的绕组组成的

17、，大，其每相都是由两个并联的绕组组成的，在正常情况下，两个绕组中的电势相等，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，而当任一个绕组各供出一半的负荷电流，而当任一个绕组中发生匝间短路时，两个绕组中的电势就中发生匝间短路时，两个绕组中的电势就不再相等，因而会由于出现电势差而产生不再相等，因而会由于出现电势差而产生一个均衡电流，在两个绕组中环流。因此，一个均衡电流，在两个绕组中环流。因此，利用反应两个支路电流之差的原理，即可利用反应两个支路电流之差的原理，即可为实现对发电机定子绕组匝间短路的保护，为实现对发电机定子绕组匝间短路的保护，即横差保护。即横差保护。C B A双星形结构双星

18、形结构发电机的继电保护优秀 1） 在某一个绕组内部在某一个绕组内部发生匝间短路，由于故发生匝间短路，由于故障支路和非故障支路的障支路和非故障支路的电势不相等，故有一个电势不相等，故有一个环流环流 产生。这时在差产生。这时在差动回路中将流有电流动回路中将流有电流当此电流大于继电器的起动电流时，保护即可动当此电流大于继电器的起动电流时，保护即可动作于跳闸，短路匝数作于跳闸，短路匝数越多时，则环流越大，而当越多时，则环流越大，而当较小时，保护就不能动作，故保护是有死区的。较小时，保护就不能动作，故保护是有死区的。I某一绕组内部匝间短路某一绕组内部匝间短路感应电势大感应电势小发电机的继电保护优秀2)在

19、同一相的在同一相的两个不同绕两个不同绕组间发生匝组间发生匝间短路，当间短路，当12时，由时，由于两个支路于两个支路的电势差，的电势差，将分别产生将分别产生两个环流：两个环流： 和和此时流过继电器的电流为此时流过继电器的电流为: ，当当12之差很小时，也将出现保护的死区，之差很小时，也将出现保护的死区，例如当例如当12时，时，I12感应电势大感应电势大发电机的继电保护优秀B.接线方式接线方式横差保护有两种接线方式横差保护有两种接线方式1)在每相装设两个电流互感器和一个电流在每相装设两个电流互感器和一个电流继电器做成单独的保护，三相共需个继电器做成单独的保护，三相共需个互感器和三个继电器，由于接线

20、复杂，互感器和三个继电器，由于接线复杂，且保护中的不平衡电流也大，故很少采且保护中的不平衡电流也大，故很少采用。用。2)单继电器式横差保护单继电器式横差保护发电机的继电保护优秀单继电器式横联差动保护原理接线图单继电器式横联差动保护原理接线图跳闸跳闸跳跳MK（灭磁灭磁开关）开关）ILPt中中性性点点有有并并联联支支路路1LH23465至信号至信号三三次次谐谐波波过过滤滤器器当发电机出现三当发电机出现三次谐波时，三相次谐波时，三相均同相位，任一均同相位，任一支路的支路的E3与其它与其它支路的支路的E3不相等不相等时，均在两绕组时，均在两绕组间出现三次谐波间出现三次谐波环流，形成不平环流，形成不平衡

21、电流。衡电流。发电机的继电保护优秀只用一个电流互感器装于发电机两组只用一个电流互感器装于发电机两组星形中性点的联线上，把一半绕组中三相星形中性点的联线上，把一半绕组中三相电流之和与另一半绕组中三相电流之和进电流之和与另一半绕组中三相电流之和进行比较，当发生各种匝间短路时，此中性行比较，当发生各种匝间短路时，此中性点联线上就有环流，故继电器动作。点联线上就有环流，故继电器动作。注意：注意：对于容量为对于容量为200MW及以上发电机，由于其结及以上发电机，由于其结构紧凑，中性点侧只能引出三个端子，无法装构紧凑，中性点侧只能引出三个端子，无法装设单继电器横差保护。设单继电器横差保护。优点：优点：v只

22、用一个互感器，没有由于互感器误差所产生只用一个互感器，没有由于互感器误差所产生的不平衡电流，因而起动电流较少，灵敏度较高的不平衡电流，因而起动电流较少，灵敏度较高v接线简单接线简单发电机的继电保护优秀c.整定整定保护装置的起动电流，根据运行经验可保护装置的起动电流，根据运行经验可采用发电机定子绕组额定电流的采用发电机定子绕组额定电流的20%30%，即：即：当发电机出现三次谐波电势当发电机出现三次谐波电势3时，由于时，由于三相均是同相位的，因此，当任一支路的三相均是同相位的，因此，当任一支路的3与其它支路的不相等时，均会在两组星形中与其它支路的不相等时，均会在两组星形中性点联线上出现三次谐波的环

23、流，并通过互性点联线上出现三次谐波的环流，并通过互感器反应到保护中去，为此采用了三次谐波感器反应到保护中去，为此采用了三次谐波过滤器，以滤掉三次谐波电流。过滤器，以滤掉三次谐波电流。发电机的继电保护优秀第三节发电机的单相接地保护第三节发电机的单相接地保护发电机是电力系统中非常贵重和重要的电气设发电机是电力系统中非常贵重和重要的电气设备，定子绕组中性点一般不直接接地，而是通备，定子绕组中性点一般不直接接地，而是通过高阻接地、消弧接地、或不接地，发电机的过高阻接地、消弧接地、或不接地，发电机的定子绕组都设计为全绝缘。尽管如此，发电机定子绕组都设计为全绝缘。尽管如此，发电机定子绕组仍可能由于老化绝缘

24、降低、或者过电定子绕组仍可能由于老化绝缘降低、或者过电压冲击、或者机械震动等原因发生单相接地和压冲击、或者机械震动等原因发生单相接地和短路故障。由于发电机定子单相接地并不会引短路故障。由于发电机定子单相接地并不会引起大的短路电流，不属于短路性故障。起大的短路电流，不属于短路性故障。发电机的继电保护优秀发电机的外壳都是接地的，因此，定发电机的外壳都是接地的，因此，定子绕组因绝缘破坏而引起的单相接地故障子绕组因绝缘破坏而引起的单相接地故障比较普遍，当接地电流比较大时，能在故比较普遍，当接地电流比较大时，能在故障点引起电弧时，将使绕组的绝缘和定子障点引起电弧时，将使绕组的绝缘和定子铁芯烧坏，并且也容

25、易发展成相间短路，铁芯烧坏，并且也容易发展成相间短路，造成更大危害。我国规定：造成更大危害。我国规定：当接地电容电当接地电容电流等于或大于时，就装设动作于跳闸流等于或大于时，就装设动作于跳闸的接地保护，当接地电流小于时，就的接地保护，当接地电流小于时，就装设作用于信号的接地保护。装设作用于信号的接地保护。发电机的继电保护优秀一、定子绕组单相接地特点一、定子绕组单相接地特点发电机其中性点都是不接地或经消弧线发电机其中性点都是不接地或经消弧线圈接地的，故当发电机内部单相接地时，流圈接地的，故当发电机内部单相接地时，流经接地点的电流仍为发电机所在电压网络对经接地点的电流仍为发电机所在电压网络对地电容

26、电流之总和；不同之处在于故障点的地电容电流之总和；不同之处在于故障点的零序电压将随发电机内部接地点的位置而改零序电压将随发电机内部接地点的位置而改变。变。发电机的继电保护优秀假设相接地发生在定子绕组距中心点假设相接地发生在定子绕组距中心点处，处， 表示表示由中性点到故障点的绕组占全部绕组匝数的百分数，则故由中性点到故障点的绕组占全部绕组匝数的百分数，则故障点处各相电势为障点处各相电势为EA， EB， EC，故障点处各相对地故障点处各相对地电压分别为电压分别为：C B ALH0发电机机端电发电机机端电流互感器流互感器D（a）三相网络接线三相网络接线C B ALH0发电机机端电发电机机端电流互感器

27、流互感器EBECEAdD（a）三相网络接线三相网络接线发电机的继电保护优秀故障点故障点故障点故障点各相对各相对各相对各相对地电压地电压地电压地电压C B ALH0发电机机端电发电机机端电流互感器流互感器D（a）三相网络接线三相网络接线C B ALH0发电机机端电发电机机端电流互感器流互感器EBECEAdD（a）三相网络接线三相网络接线发电机的继电保护优秀因此，故障点处的零序电压为：因此，故障点处的零序电压为：上式说明故障点的零序电压将随着故上式说明故障点的零序电压将随着故障点位置的不同而不同。障点位置的不同而不同。发电机的继电保护优秀of发电机每相的对地电容，发电机每相的对地电容，ol为发电机

28、以为发电机以外电压网络每相的对地电容，即可求出发电机的外电压网络每相的对地电容，即可求出发电机的零序电容电流和网络的零序电容电流分别为：零序电容电流和网络的零序电容电流分别为：则故障点总的接地电流即为：则故障点总的接地电流即为：ColCofLH0Ud0(b)零序等效网络零序等效网络发电机的继电保护优秀其有效值为其有效值为 ，为发为发电机的相电势。常用发电机网络的平均额定电机的相电势。常用发电机网络的平均额定相电压相电压U代替，即代替，即流经故障点的接地电流也与流经故障点的接地电流也与成正比，成正比，故当故障点位于发电机出线端子附近时，故当故障点位于发电机出线端子附近时， 1，接地电流为最大，其

29、值为：接地电流为最大，其值为：发电机的继电保护优秀当发电机内部单相接地时，无法直接获得故当发电机内部单相接地时，无法直接获得故障点的零序电压障点的零序电压U d0()，而只能借助于机端的电压而只能借助于机端的电压互感器来测量，当忽略各相电流在发电机内阻抗互感器来测量，当忽略各相电流在发电机内阻抗上的压降时，机端各相的对地电压应分别为：上的压降时，机端各相的对地电压应分别为：由此可求得机端零序电压：由此可求得机端零序电压：其值与故障点处零序电压相等！其值与故障点处零序电压相等！O发电机的继电保护优秀二、利用零序电流构成的定子接地保护二、利用零序电流构成的定子接地保护当绕组内部离中性点当绕组内部离

30、中性点处发生单相接地时处发生单相接地时，流过机端流过机端电流互感器电流互感器LH0的零序电流为：的零序电流为：1.零序电流分布零序电流分布ColCofLH0(a)发电机内部故障发电机内部故障即流过发电机以外的其它各元件每相对地电容电流即流过发电机以外的其它各元件每相对地电容电流发电机的继电保护优秀Col(b)发电机以外电压网络接地发电机以外电压网络接地CofLH0 在发电机外部单相接地时，流过在发电机外部单相接地时，流过LH0的零的零序电流为：序电流为：即流过即流过0f的电流。的电流。发电机的继电保护优秀2.发电机零序电流保护整定值的选择发电机零序电流保护整定值的选择原则原则1)躲过外部单相接

31、地时，发电机本身的电容电流，以及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根导线排列不对称，而由于零序电流互感器一次侧三根导线排列不对称，而在二次侧引起的不平衡电流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规定的发电机单相接保护装置的一次动作电流应小于规定的发电机单相接地允许值（表地允许值（表7-1）3)为防止外部相间短路产生的不平衡电流引起接地保护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，应在相间保护动作时将接地保护闭锁误动，应在相间保护动作时将接地保护闭锁4)保护装置一般带有保护装置一般带有12s的时限，以躲开外部单相接地的时限，以躲开

32、外部单相接地瞬间，发电机暂态电容电流的影响瞬间，发电机暂态电容电流的影响发电机的继电保护优秀发发电电机机额额定定电电压压(kV)发发电电机机额额定定容容量量(MW)接接地地电电流流允允许值许值(A)6.3U3过滤器过滤器发电机的继电保护优秀因此，发电机内部单相接地的信号装置一般因此，发电机内部单相接地的信号装置一般是反应于零序电压而动作。是反应于零序电压而动作。过电压继电器接于发电机机端电压互感器二过电压继电器接于发电机机端电压互感器二次侧接成开口三角的输出电压上。次侧接成开口三角的输出电压上。ABCmn发电机的继电保护优秀a a0dU0.50.501.01.0a发电机电压系统中三相发电机电压

33、系统中三相对地绝缘不一致及主变对地绝缘不一致及主变高压侧发生接地故障时高压侧发生接地故障时由变压器高压侧传递到由变压器高压侧传递到发电机系统的零序电压。发电机系统的零序电压。 故障点位置与机端零故障点位置与机端零序电压之间的关系序电压之间的关系影响影响UomaxUomax的因素主要有：的因素主要有：发电机的三次谐波电势、机端三相发电机的三次谐波电势、机端三相TV各相各相间的变比误差（主要是间的变比误差（主要是TV一次绕组对二次一次绕组对二次绕组之间的变比误差绕组之间的变比误差）、）、发电机的继电保护优秀由于发电机正常运行时，相电压中含有三由于发电机正常运行时，相电压中含有三次谐波，因此，在机端

34、电压互感器接成开次谐波，因此，在机端电压互感器接成开口三角的一侧也有三次谐波电压输出，此口三角的一侧也有三次谐波电压输出，此外，当变压器高压侧发生接地故障时，由外，当变压器高压侧发生接地故障时，由于变压器高低绕组之间有电容存在，在发于变压器高低绕组之间有电容存在，在发电机机端也会产生零序电压。因此，为了电机机端也会产生零序电压。因此，为了保证选择性，保证选择性，保护要具有三次谐波滤除功保护要具有三次谐波滤除功能，并且整定时要躲过正常运行时的不平能，并且整定时要躲过正常运行时的不平衡电压以及变压器高压侧接地时在发电机衡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。端所产生的零序电压。 发

35、电机的继电保护优秀2.反应零序电压的保护装置的整定反应零序电压的保护装置的整定值应考虑躲开：值应考虑躲开：在正常运行时：在正常运行时：A、发电机相电压中含有三次谐波电势发电机相电压中含有三次谐波电势B、当变压器高压侧发生接地故障时，当变压器高压侧发生接地故障时，由于变压器高、低压绕组之间有电容存由于变压器高、低压绕组之间有电容存在，而在发电机端也会产生零序电压在，而在发电机端也会产生零序电压发电机的继电保护优秀3.发电机发电机变压器组零序电压保护变压器组零序电压保护整定原则：整定原则：为保证动作的选择性，保护装置的整定为保证动作的选择性，保护装置的整定值就应满足：值就应满足：应躲开正常运行时的

36、不平衡电压（包括三应躲开正常运行时的不平衡电压（包括三次谐波电压）次谐波电压）应躲开变压器高压侧接地时在发电机端所应躲开变压器高压侧接地时在发电机端所产生的零序电压产生的零序电压根据运行经验，继电器根据运行经验，继电器的起动电压一般整定为的起动电压一般整定为1530V左右（二次侧）左右（二次侧）发电机发电机变压器变压器组零序电压保护组零序电压保护发电机的继电保护优秀4.发电机零序电压的单相接地保护为发电机零序电压的单相接地保护为何有死区？如何提高保护灵敏性？何有死区？如何提高保护灵敏性？按照上述条件整定，由于整定值较高，故当按照上述条件整定，由于整定值较高，故当中性点附近发生接地时，保护装置不

37、能动作，因中性点附近发生接地时，保护装置不能动作，因而会出现死区。为减小死区，可采取如下措施：而会出现死区。为减小死区，可采取如下措施：加装三次谐波过滤器（整定时不考虑三次加装三次谐波过滤器（整定时不考虑三次谐波电压的影响）谐波电压的影响）对于高压侧中性点直接接地的电网，利用对于高压侧中性点直接接地的电网，利用保护装置的延时来躲开高压侧的接地故障保护装置的延时来躲开高压侧的接地故障（动作延时，由高压侧线路的零序保护先动（动作延时，由高压侧线路的零序保护先动作切除故障点，发电机接地保护延时动作）作切除故障点，发电机接地保护延时动作）发电机的继电保护优秀在高压侧中性点非直接接地电网中，利用在高压侧

38、中性点非直接接地电网中，利用高压侧的零序电压将发电机接地保护闭锁或高压侧的零序电压将发电机接地保护闭锁或利用它对保护实现制动（采取上述措施后，利用它对保护实现制动（采取上述措施后，动作电压可整定在动作电压可整定在10V左右，其保护范围相左右，其保护范围相应可达应可达90%左右）左右）总结：利用零序电流和零序电压的总结：利用零序电流和零序电压的接地保护，对定子绕组都不能达到接地保护，对定子绕组都不能达到100%的保护范围。的保护范围。发电机的继电保护优秀5.对大容量的机组为什么应装设能对大容量的机组为什么应装设能反应反应100%定子绕组的接地保护？定子绕组的接地保护？因为对大容量机组来说，由于振

39、动因为对大容量机组来说，由于振动较大而产生的机械损伤或发生漏水（指较大而产生的机械损伤或发生漏水（指水内冷的发电机）等原因，都可能使靠水内冷的发电机）等原因，都可能使靠近中性点附近的绕组发生接地故障，若近中性点附近的绕组发生接地故障，若这种故障不能及时发现，则一种可能是这种故障不能及时发现，则一种可能是进一步发展成匝间或相间短路，另一种进一步发展成匝间或相间短路，另一种可能是如果又在其它地点发生接地，则可能是如果又在其它地点发生接地，则形成两点接地短路，这两种结果都会造形成两点接地短路，这两种结果都会造成发电机的严重损坏。成发电机的严重损坏。发电机的继电保护优秀6.100%定子接地保护装置一般

40、由两定子接地保护装置一般由两部分组成：部分组成：第一部分第一部分是零序电压保护，它能保护定子绕是零序电压保护，它能保护定子绕组的组的85%以上。以上。15%以上的单相接地第二部分第二部分保护则用来消除零序电压保护不能保护则用来消除零序电压保护不能保护的死区，为提高可靠性，两部分保护区保护的死区，为提高可靠性，两部分保护区应相互重迭。应相互重迭。发电机的继电保护优秀构成第二部分保护的方案主要有：构成第二部分保护的方案主要有：q发电机中性点加固定的工频偏移电压，其值发电机中性点加固定的工频偏移电压，其值为额定相电压的为额定相电压的1015%。当发电机定子绕组接。当发电机定子绕组接地时，利用此偏移电

41、压来加大故障点的电流地时，利用此偏移电压来加大故障点的电流（1025A左右）接地保护即反应于这个电流动左右）接地保护即反应于这个电流动作，使发电机跳闸。作，使发电机跳闸。q附加直流或低频（附加直流或低频（20Hz或或25Hz）电源，通电源，通过发电机端的电压互感器将其电流注入发电机过发电机端的电压互感器将其电流注入发电机定子绕组，当定子绕组发生接地时，保护装置定子绕组，当定子绕组发生接地时，保护装置将反应于注入电流的增大而动作。将反应于注入电流的增大而动作。双频式保护基波零序电压保护基波零序电压保护次谐波电压保护次谐波电压保护发电机的继电保护优秀q利用发电机固有的三次谐波电势，以发电利用发电机

42、固有的三次谐波电势，以发电机中性点和机端侧三次谐波电压比值的变化机中性点和机端侧三次谐波电压比值的变化或比值和方向的变化，来作为保护动作的判或比值和方向的变化，来作为保护动作的判据。据。 由于发电机气隙磁通密度的非正弦分由于发电机气隙磁通密度的非正弦分布和铁磁饱和的影响，在定子绕组中感应布和铁磁饱和的影响，在定子绕组中感应的电势除基波分量外，还含有高次谐波分的电势除基波分量外，还含有高次谐波分量。其中三次谐波电势在线电势中可以将量。其中三次谐波电势在线电势中可以将它消除，但在相电势中依然存在，因此，它消除，但在相电势中依然存在，因此，每台发电机总有约百分之几的三次谐波电每台发电机总有约百分之几

43、的三次谐波电势。设以势。设以E3表示。表示。1.1.利用零序电压和三次谐波电压构成的利用零序电压和三次谐波电压构成的100定子单相接地保护定子单相接地保护 发电机的继电保护优秀NSC0f/2C0f/2C0sE3UN3US3I03把发电机的对地电容等效地看作集中在发电机的中性把发电机的对地电容等效地看作集中在发电机的中性点点N和机端和机端S，每端各为每端各为C0f/2，并将发电机以外的每并将发电机以外的每相对地电容相对地电容C0s也等效地放在机端。由此即可求出中也等效地放在机端。由此即可求出中性点及机端的三次谐波电压分别为：性点及机端的三次谐波电压分别为：UN3=C0f+2C0s2(C0f+C0

44、s)E3中性点三次谐波电压中性点三次谐波电压US3= C0f2(C0f+C0s)E3机端三次谐波电压机端三次谐波电压发电机的继电保护优秀机端三次谐波电压与中性点三次谐波机端三次谐波电压与中性点三次谐波电压之比为：电压之比为：US3UN3= C0fC0f+2C0s 1由此可见：由此可见：在正常运行时，中性点侧三次谐波在正常运行时，中性点侧三次谐波电压电压UN3总是大于机端三次谐波电压总是大于机端三次谐波电压US3。当发电机定子绕组发生金属性单相接地时，设当发电机定子绕组发生金属性单相接地时，设接地发生在距中性点接地发生在距中性点处，此时恒有：处，此时恒有：UN3= E3US3=（1- ）E3发电

45、机的继电保护优秀US3UN3=1- 当当UN3因此，利用机端三次谐波电压因此，利用机端三次谐波电压US3作作为动作量，而用中性点侧三次谐波电为动作量，而用中性点侧三次谐波电压压UN3作为制动量来构成接地保护，作为制动量来构成接地保护，则在正常运行时保护不可能动作，而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，具有很高当中性点附近发生接地时，具有很高的灵敏性。可以反应定子绕组中性点的灵敏性。可以反应定子绕组中性点侧约侧约50%范围以内的接地故障。范围以内的接地故障。发电机的继电保护优秀2.2.利用零序电压和叠加电源方式构成的利用零序电压和叠加电源方式构成的100定子单相接地保护定子单

46、相接地保护 附加直流电源附加直流电源 保护的基本原理，将直流电压持续地注入到发电保护的基本原理，将直流电压持续地注入到发电机定子绕组进行对地检测。正常时，定子绕组对机定子绕组进行对地检测。正常时，定子绕组对地绝缘电阻很高，直流电流非常微小，当定子绕地绝缘电阻很高，直流电流非常微小，当定子绕组对地绝缘下降或是发生接地故障时，直流电流组对地绝缘下降或是发生接地故障时，直流电流增大，保护装置就利用直流电流工作。增大，保护装置就利用直流电流工作。 该保护方式的突出优点是简单灵敏，能够反映该保护方式的突出优点是简单灵敏，能够反映定子绕组中任一点的接地故障；主要缺点是定子绕组中任一点的接地故障；主要缺点是

47、YH 一次侧的中性点不能直接接地，因而，一次侧的中性点不能直接接地，因而，YH就不就不能再用来测量相对地电压。同时，对于中性点能再用来测量相对地电压。同时，对于中性点经消弧线圈接地的发电机也不适用。经消弧线圈接地的发电机也不适用。 发电机的继电保护优秀第四节发电机的负序过电流第四节发电机的负序过电流保护保护一、负序过电流保护的作用一、负序过电流保护的作用 当电力系统中发生不对称短路或在正常当电力系统中发生不对称短路或在正常运行情况下，三相负荷不平衡时，在发电机运行情况下，三相负荷不平衡时，在发电机定子绕组中将出现负序电流，此电流在发电定子绕组中将出现负序电流，此电流在发电机空气隙中建立的负序旋

48、转磁场相对转子为机空气隙中建立的负序旋转磁场相对转子为两倍的同步转速。因此将在转子绕组，阻尼两倍的同步转速。因此将在转子绕组，阻尼绕组以及转子铁芯等部件上感应于绕组以及转子铁芯等部件上感应于100Hz的的倍频电流，该电流使得转子密度很大的某些倍频电流，该电流使得转子密度很大的某些发电机的继电保护优秀部位（如转子端部、护环内表面等），可能出现部位（如转子端部、护环内表面等），可能出现局部灼伤，甚至可能使护环受热松脱，从而导致局部灼伤，甚至可能使护环受热松脱，从而导致发电机的重大事故，另外，负序气隙旋转磁场与发电机的重大事故，另外，负序气隙旋转磁场与转子电流之间以及正序气隙旋转磁场与定子负序转子电

49、流之间以及正序气隙旋转磁场与定子负序电流之间所产生的电流之间所产生的100Hz交变电磁转矩，将同时交变电磁转矩，将同时作用在转子大轴和定子基座上，从而引起作用在转子大轴和定子基座上，从而引起100Hz的振动的振动。负序电流在转子中所负序电流在转子中所引起的发热量，正比于负引起的发热量，正比于负序电流的平方及所持续时序电流的平方及所持续时间的乘积，假设发电机转间的乘积，假设发电机转子为绝热体，则使转子不子为绝热体，则使转子不过热所允许的负序电流和过热所允许的负序电流和时间的关系可表示为：时间的关系可表示为：发电机的继电保护优秀其中：其中：i2流经发电机的负序电流值流经发电机的负序电流值I2 2

50、*在时间在时间t内内I2 2 的平均值的平均值A与发电机形式和冷却方式有关的常数与发电机形式和冷却方式有关的常数ti2所持续的时间所持续的时间凸极式发电机或调凸极式发电机或调相机取相机取=40；空气或；空气或氢气表面冷却的隐极式氢气表面冷却的隐极式取取=30；100300MW导线直接冷却的汽轮发导线直接冷却的汽轮发电机取电机取=615；发电；发电机组容量越大，允许承机组容量越大，允许承受负序过负荷能力越低受负序过负荷能力越低。发电机的继电保护优秀装设发电机负序过电流保护是对定装设发电机负序过电流保护是对定子绕组电流不平衡而引起转子过热的子绕组电流不平衡而引起转子过热的一种保护，它是发电机的主保

51、护方式一种保护，它是发电机的主保护方式之一。（同时也作为相邻元件不对称之一。（同时也作为相邻元件不对称短路的后备保护）短路的后备保护） 由于大容量机组的额定电流很大，而在相邻元由于大容量机组的额定电流很大，而在相邻元件末端发生两相短路时的短路电流可能较小，此时件末端发生两相短路时的短路电流可能较小，此时采用复合电压起动的过电流保护往往不能满足作为采用复合电压起动的过电流保护往往不能满足作为相邻元件后备保护时对灵敏系数的要求。在这种情相邻元件后备保护时对灵敏系数的要求。在这种情况下，采用负序电流作为后备保护，就可以提高不况下，采用负序电流作为后备保护，就可以提高不对称短路时的灵敏性。由于负序过电

52、流保护不能反对称短路时的灵敏性。由于负序过电流保护不能反应于三相短路，因此，当用它作为后备保护时，还应于三相短路，因此，当用它作为后备保护时，还需要附加装一个单相式的低电压起动过电流保护，需要附加装一个单相式的低电压起动过电流保护，以专门反应三相短路以专门反应三相短路 发电机的继电保护优秀二、负序定时限过电流保护二、负序定时限过电流保护t过过滤器滤器tabcLH1234567信号信号具有较大具有较大的整定值的整定值不对称过负荷信号不对称过负荷信号单相式低电压起动的过电流保护单相式低电压起动的过电流保护发电机的继电保护优秀1.工作原理工作原理负序电流过滤器的输出接电流继电器负序电流过滤器的输出接

53、电流继电器和和，其中，其中4 4具有较大的整定值经时间继电器具有较大的整定值经时间继电器6 6延延时后动作于发电机跳闸时后动作于发电机跳闸,作为防止转子过热和后作为防止转子过热和后备保护用备保护用.3 3具有较小的整定值，当负序电流超具有较小的整定值，当负序电流超过发电机的长期允许值时，经时间继电器过发电机的长期允许值时，经时间继电器延延时后发出发电机的不对称过负荷信号。时后发出发电机的不对称过负荷信号。 由接于相电流上的过电流继电器由接于相电流上的过电流继电器和接于和接于线电压上的低电压继电器线电压上的低电压继电器组成单相式的低电组成单相式的低电压启动的过电流保护，以专门反应三相对称短压启动

54、的过电流保护，以专门反应三相对称短路，其与负序过电流保护并联工作，也经路，其与负序过电流保护并联工作，也经延延时后动作于跳闸。时后动作于跳闸。发电机的继电保护优秀2.整定原则整定原则1)对过负荷的信号部分，其整定值应按照对过负荷的信号部分，其整定值应按照躲开发电机长期允许的负序电流值和最躲开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最大不平衡电流大负荷下负序过滤器的最大不平衡电流来确定，汽轮发电机的长期允许负序电来确定，汽轮发电机的长期允许负序电流为流为6%8%（Ief）的额定电流，水轮发的额定电流，水轮发电机的长期允许电流为电机的长期允许电流为12%额定电流。额定电流。动作时限则应保

55、证在外部不对称短路时动作动作时限则应保证在外部不对称短路时动作的选择性，一般取的选择性，一般取510s故一般取故一般取2.dz=0.1e.f 发电机的继电保护优秀2)对动作于跳闸保护部分，其整定值应按照发对动作于跳闸保护部分，其整定值应按照发电机短时间允许的负序电流来整定。由电机短时间允许的负序电流来整定。由，给出一个计算，给出一个计算3) 时间时间tjs且在且在tjs内值班员有可能采取措施消内值班员有可能采取措施消除负序电流的运行方式，一般取除负序电流的运行方式，一般取tjs=120s，则则对表面冷却的发电机组对表面冷却的发电机组A=3040，则则2.dz=(0.50.6)e.f发电机的继电

56、保护优秀3)发电机的负序电流保护的灵敏系数应较变发电机的负序电流保护的灵敏系数应较变压器的为低，引入配合系数压器的为低，引入配合系数ph，则发电则发电机负序过电流保护的起动电流应为：机负序过电流保护的起动电流应为：Kph 配合系数取配合系数取1.12.js 在进行计算的运行方式下，发生外在进行计算的运行方式下，发生外部故障且流过升压变压器的负序短路电流部故障且流过升压变压器的负序短路电流正好与其负序电流保护的起动电流相等时，正好与其负序电流保护的起动电流相等时，流过被保护发电机的负序短路电流流过被保护发电机的负序短路电流保护的动作时限仍按后备保护原则逐级配合，取保护的动作时限仍按后备保护原则逐

57、级配合，取t=35s发电机的继电保护优秀特点：特点： 两段式负序定时限过电流保护动两段式负序定时限过电流保护动作特性与发电机允许电流曲线不能很作特性与发电机允许电流曲线不能很好地配合，另外，也不能反应负序电好地配合，另外，也不能反应负序电流变化时发电机转子的热积累过程。流变化时发电机转子的热积累过程。（负序电流连续升降，时间继电器来（负序电流连续升降，时间继电器来不及动作）不及动作）发电机的继电保护优秀三、负序反时限过电流保护三、负序反时限过电流保护保护装置的动作特性可表示为：保护装置的动作特性可表示为：即：即：其中其中与转子的温升特性与转子的温升特性,温升程度等因素温升程度等因素有关的常数有

58、关的常数意义：意义：发电机允许负序电流的特性是在绝发电机允许负序电流的特性是在绝热的条件下给出的，实际上考虑转子的散热条件后，热的条件下给出的，实际上考虑转子的散热条件后，对于同一时间内所允许的负序电流值要比对于同一时间内所允许的负序电流值要比的计算值略高，故引入后面的一项的计算值略高，故引入后面的一项t。发电机的继电保护优秀&1减减法法器器t10过负荷过负荷信号信号t2A值整值整定回定回路路反时限反时限跳闸跳闸&电电平平桥桥测测器器&1开放反时限部分的计数回路，允许运算回开放反时限部分的计数回路，允许运算回路的输出按工作路的输出按工作&2开放反时限部分的跳闸回路，以防止由于保护装开放反时限部

59、分的跳闸回路，以防止由于保护装置内部元件损坏造成误动作置内部元件损坏造成误动作起动回路动作后，延时起动回路动作后，延时t1发出过负荷信号，并打开发出过负荷信号，并打开与门和与门和发电机的继电保护优秀第五节发电机的失磁保护第五节发电机的失磁保护一、发电机的失磁运行及其产生的影响一、发电机的失磁运行及其产生的影响发电机失磁故障是指发电机的励磁突然发电机失磁故障是指发电机的励磁突然全部消失或部分消失。全部消失或部分消失。发电机的继电保护优秀引起失磁的原因：引起失磁的原因：转子绕组故障、励磁机故障、自动灭磁转子绕组故障、励磁机故障、自动灭磁开关跳闸、半导体励磁系统中某些元件损坏开关跳闸、半导体励磁系统

60、中某些元件损坏或回路发生故障以及误操作等。或回路发生故障以及误操作等。特点：特点：当发电机完全失去励磁时，励磁电流将逐渐当发电机完全失去励磁时，励磁电流将逐渐衰减至零，由于发电机的感应电势衰减至零，由于发电机的感应电势Ed随着励磁电随着励磁电流的减少而减少，因此，其电磁转矩也将小于原流的减少而减少，因此，其电磁转矩也将小于原动机的转矩，因而引起转子加速，使发电机的功动机的转矩，因而引起转子加速，使发电机的功角角增大，当增大，当超过静态稳定极限角时，发电机与超过静态稳定极限角时，发电机与系统失去同步。发电机失磁后将从并列运行的电系统失去同步。发电机失磁后将从并列运行的电力系统中吸取电感性无功功率

61、供给转子励磁电流，力系统中吸取电感性无功功率供给转子励磁电流，发电机的继电保护优秀在定子绕组中感应电势，在发电机超过同步转速在定子绕组中感应电势，在发电机超过同步转速后，转子回路中将感应出后，转子回路中将感应出ff-fs的电流（的电流（ ff为对应发为对应发电机转速的频率，电机转速的频率， fs 为系统的频率）此电流产生为系统的频率）此电流产生异步制动转矩，当异步转矩与原动机转矩达到新异步制动转矩，当异步转矩与原动机转矩达到新的平衡时，即进入稳定的异步运行。的平衡时，即进入稳定的异步运行。X1为定子绕组漏抗；为定子绕组漏抗；X为转子绕组漏抗；为转子绕组漏抗；为转子绕组电阻；为转子绕组电阻；s为

62、转差率（）为转差率（）;异步发电机的等效电路图异步发电机的等效电路图d 为定子与转子绕组为定子与转子绕组 之间的互感电抗；之间的互感电抗；为反映发电机功率大小的等效电阻；为反映发电机功率大小的等效电阻；发电机的继电保护优秀当发电机失磁后而异步运行时，将对当发电机失磁后而异步运行时，将对电力系统和发电机产生以下影响：电力系统和发电机产生以下影响：1)需要从电网中吸收很大的无功功率以建立发电机需要从电网中吸收很大的无功功率以建立发电机的磁场。假设失磁前发电机向系统送出无功功率的磁场。假设失磁前发电机向系统送出无功功率，而在失磁后从系统吸收无功功率，而在失磁后从系统吸收无功功率，则系，则系统中将出现

63、统中将出现的无功功率差额。的无功功率差额。2)由于从电力系统中吸收无功功率将引起电力系统由于从电力系统中吸收无功功率将引起电力系统的电压下降，若电力系统的容量较小或无功功率的电压下降，若电力系统的容量较小或无功功率储备不足，则可能使失磁发电机的机端电压、升储备不足，则可能使失磁发电机的机端电压、升压器高压侧的母线电压、或其它邻近点的电压低压器高压侧的母线电压、或其它邻近点的电压低于允许值，从而破坏了负荷与各电源间的稳定运于允许值，从而破坏了负荷与各电源间的稳定运行，甚至可能因电压崩溃而使系统瓦解。行，甚至可能因电压崩溃而使系统瓦解。发电机的继电保护优秀3)由于失磁发电机吸收了大量的无功功率，为

64、防止由于失磁发电机吸收了大量的无功功率，为防止其定子绕组的过电流其定子绕组的过电流,发电机所能发出的有功功发电机所能发出的有功功率将较同步运行时有不同程度的降低，吸收的无率将较同步运行时有不同程度的降低，吸收的无功功率越大，则降低的越多。功功率越大，则降低的越多。4)失磁后的发电机的转速超过同步转速，因此，在失磁后的发电机的转速超过同步转速，因此，在转子及励磁回路中将产生频率为转子及励磁回路中将产生频率为ff-fs交流电流，交流电流，因而形成附加的损耗，使发电机转子和励磁回路因而形成附加的损耗，使发电机转子和励磁回路过热，当转差率越大时，引起的过热就越严重。过热，当转差率越大时，引起的过热就越

65、严重。因此，需要在发电机上装设失磁保护，因此，需要在发电机上装设失磁保护，以便及时发现失磁故障，采取措施，保障电以便及时发现失磁故障，采取措施，保障电力系统和发电机的安全。力系统和发电机的安全。发电机的继电保护优秀二、发电机失磁后的机端测量阻抗二、发电机失磁后的机端测量阻抗以汽轮发电机经一联络线与一无穷大系统并以汽轮发电机经一联络线与一无穷大系统并列运行为例：列运行为例：等值电路等值电路向量图向量图发电机的继电保护优秀其中其中 为发电机的同步电势；为发电机的同步电势； 为发电机端的相电压；为发电机端的相电压；为无穷大系统的相电压；为无穷大系统的相电压；为发电机的定子电流；为发电机的定子电流；为

66、发电机的同步电抗；为发电机的同步电抗；为发电机与系统之间的联系电抗；为发电机与系统之间的联系电抗；根据电机学分析，发电机送到受端的功率根据电机学分析，发电机送到受端的功率W=P-jQ分别为：分别为：发电机的继电保护优秀正常运行时正常运行时 90后发电机失步。后发电机失步。发电机从失磁开始到进入稳态异步运发电机从失磁开始到进入稳态异步运行，一般分为三个阶段：行，一般分为三个阶段：I.失磁后到失步前失磁后到失步前在失磁后到失步前的阶段中，转子电流逐渐衰在失磁后到失步前的阶段中，转子电流逐渐衰减，减，d随之减少，发电机的电磁功率开始减小，随之减少，发电机的电磁功率开始减小，由于原动机所供给的机械功率

67、还来不及减小，于由于原动机所供给的机械功率还来不及减小，于是转子逐渐加速，使之间的功角是转子逐渐加速，使之间的功角随之增随之增大，又要回升。在这一阶段中，大，又要回升。在这一阶段中，sin的增大与的增大与d的减小相补偿，的减小相补偿，发电机的继电保护优秀基本上保持了电磁功率不变。基本上保持了电磁功率不变。同时无功功率将随着同时无功功率将随着d的减小和的减小和的增大的增大而迅速减小，由公式而迅速减小，由公式计算的值将由正变负，即发电机变为吸收计算的值将由正变负，即发电机变为吸收无功。在这一阶段中，发电机端的测量阻抗为：无功。在这一阶段中，发电机端的测量阻抗为：发电机的继电保护优秀其中其中US、X

68、S和和P为常数，而为常数，而Q和和为变数，为变数，故它是一个圆的方程式，其圆心故它是一个圆的方程式，其圆心（ ，Xs） 半径为半径为 。由于这个圆是在某一定。由于这个圆是在某一定有功有功功率不变条件下做出的，故称等有功阻抗功率不变条件下做出的，故称等有功阻抗圆。圆。机端测量阻抗的轨迹与机端测量阻抗的轨迹与P有密切关系，有密切关系，对应不同的对应不同的P值有不同的阻抗圆，且值有不同的阻抗圆，且P越大越大时圆的直径越小。时圆的直径越小。 发发电电机机失失磁磁以以前前，向向系系统统送送出出无无功功功功率率，角角由由正正值值变变为为负负值值，因因此此测测量量阻阻抗抗也也沿沿着圆周随之由第一象限过渡到第

69、四象限。着圆周随之由第一象限过渡到第四象限。发电机的继电保护优秀2临界失步点临界失步点对汽轮发电机组，当对汽轮发电机组，当=90 时，发电机处时，发电机处于失去静稳定的临界状态，故称为临界失于失去静稳定的临界状态，故称为临界失步点。此时输送到受端的无功功率为步点。此时输送到受端的无功功率为 Q= 式式中中Q为为负负值值，表表明明临临界界失失步步时时，发发电电机机自自系系统统吸吸收收无无功功功功率率，且且为为一一常常数数，故故临临界界失失步步点点也也称称为为等等无无功功点点。此此时时机机端端的的测测量阻抗为量阻抗为:发电机的继电保护优秀将将 代入并化简后可得：代入并化简后可得：Q= 发电机的继电

70、保护优秀由由（7-30）式式可可知知，发发电电机机在在输输出出不不同同的的有有功功功功率率P而而临临界界失失步步时时，其其无无功功功功率率Q恒恒为为常常数数。因因此此，在在（7-31）式式中中，为为变变数数，也也是是一一个个圆圆的的方方程程，圆圆心心0的的坐坐标标为为（0， ），圆的半径为），圆的半径为 。这个圆称为临界失。这个圆称为临界失步步阻阻抗抗圆圆，也也称称等等无无功功阻阻抗抗圆圆。其其圆圆周周为为发发电电机机以以不不同同的的有有功功功功率率P临临界界失失步步时时，机机端端测测量量阻阻抗抗的的轨轨迹迹，圆圆内内为为失失步区。步区。发电机的继电保护优秀3失步后的异步运行阶段失步后的异步运

71、行阶段可用图7-23所示的等效电路来表示，此时按图7-24所规定的电流正方向，机端测量阻抗应为当发电机空载运行失磁时，S0， ，此时机端的测量阻抗为最大发电机的继电保护优秀当发电机在其他运行方式下失磁时，Zf将随着转差率的增大而减小，并位于第四象限内。极限情况是当ff时S-， 趋近于零，Zf的数值为最小：综上所述，当一台发电机失磁前在过激状态下运行时，其机端测量阻抗位于复数平面的第一象限（如图7-27中的a或a点），失磁以后，测量阻抗沿等有功阻抗圆向第四象限移动。当它与临界步圆相交时（b或b点），表时机组运行处于静稳定的极限。越过b（或b）点以后，转入异步运行，最后稳定运行于c（或c）点，此时

72、平均异步功率与调节后的原动机输入功率相平衡。发电机的继电保护优秀三、发电机在其它运行方式下的机端测量阻抗为为了了便便于于和和失失磁磁情情况况下下的的机机端端测测量量阻阻抗抗（如如图图7-28中中的的4点点）进进行行鉴鉴别别和和比比较较，现现对对发发电电机机在在下下列列几几种种运运行行情情况况下下的的机机端端测量阻抗简要说明如下。测量阻抗简要说明如下。发电机的继电保护优秀1发电机正常运行时的机端测量阻抗发电机正常运行时的机端测量阻抗 当当发发电电机机向向外外输输送送有有功功和和无无功功功功率率时时，其其机机端端测测量量阻阻抗抗Zf位位于于第第一一象象限限，如如图图7-28中中的的1点点所所示示，

73、它它与与R轴轴的的夹夹角角为为发发电电机机运运行行时时的的功功率因数角。率因数角。当当发发电电机机只只输输出出有有功功功功率率时时，测测量量阻阻抗抗位位于于R轴轴上的上的2点。点。当当发发电电机机欠欠激激运运行行时时，它它向向外外输输送送有有功功，同同时时从从电电网网吸吸收收一一部部分分无无功功功功率率（Q值值变变为为负负），但但仍仍保保持持同同步步并并列列运运行行，此此时时，测测量量阻阻抗抗位位于于第第四四象象限的限的3点。点。发电机的继电保护优秀2发电机外部故障时的机端测量阻抗发电机外部故障时的机端测量阻抗当当采采用用0 接接线线方方式式时时，故故障障相相测测量量阻阻抗抗位位于于第第一一象

74、象限限，其其大大小小和和相相位位正正比比于于短短路路点点到到保保护护安安装装地地点点之之间间的的阻阻抗抗Zd，如如图图7-28中中的的5点点。如如继继电电器器接接于于非非故故障障相相，则则测测量量阻阻抗抗的的大大小小和和相相位位需需经具体分析后确定。经具体分析后确定。3发电机与系统间发生振荡时的机端测量阻抗发电机与系统间发生振荡时的机端测量阻抗根根据据图图7-24的的等等值值电电路路，当当认认为为EdUS时时，振振荡荡中中心心位位于于X处处。当当XS0时时，振振荡荡中中心心即即位位于于Xd处处，此此时时机机端端测测量量阻阻抗抗的的轨轨迹迹沿沿直直线线00变变化化，如如图图7-29所所示示，当当

75、=180时时，测测量量阻阻抗抗的的最最小小值值为为发电机的继电保护优秀4发电机自同步并列时的机端测量阻抗发电机自同步并列时的机端测量阻抗在在发发电电机机接接近近于于额额定定转转速速，不不加加励励磁磁而而投投入入断断路路器器的的瞬瞬间间，与与发发电电机机空空载载运运行行时时发发生生失失磁磁的的情情况况实实质质上上是是一一样样的的。但但由由于于自自同同步步并并列列的的方方式式是是在在断断路路器器投投入入后后立立即即给给发发电电机机加加上上励励磁磁，因因此此，发发电电机机无无励励磁磁运运行行的的时时间间极极短短。对对此此情情况况，应应该该采采取取措措施施防止失磁保护的误动作。防止失磁保护的误动作。发

76、电机的继电保护优秀四、失磁保护的构成方式四、失磁保护的构成方式失失磁磁保保护护应应能能正正确确反反应应发发电电机机的的失失磁磁故故障障，而而在在发发电电机机外外部部故故障障、电电力力系系统统振振荡荡、发发电电机机自自同同步步并并列列以以及及发发电电机低励磁（同步）运行时不误动作。机低励磁（同步）运行时不误动作。发电机的继电保护优秀1.利利用用自自动动灭灭磁磁开开关关联联锁锁跳跳开开发发电电机机断断路路器器过过去去发发电电机机失失磁磁保保护护都都是是采采用用这这种种方方式式。但但实实际际上上发发电电机机失失磁磁并并不不都都是是由由于于自自动动灭灭磁磁开开关关跳跳开开而而引引起起的的，特特别别是是

77、当当采采用用半半导导体体励励磁磁系系统统时时，由由于于半半导导体体元元件件或或回回路路的的故故障障而而引引起起发发电电机机失失磁磁是是可可能能的的，而而在在这这种种情情况况下下保保护护将将不不能能动动作作。因因此此这这种种保保护护方方式式一一般般用用于于容容量量在在100MW以以下下带带直直流流励励磁磁机机的的水水轮轮发发电电机机以以及及不不允允许许失失磁磁运运行行的的汽轮发电机上。汽轮发电机上。发电机的继电保护优秀2利利用用失失磁磁后后发发电电机机定定子子各各参参数数变变化化的的特特点构成失磁保护点构成失磁保护这这种种方方式式的的保保护护所所反反应应的的发发电电机机定定子子参参数数的的变变化

78、化如如：机机端端测测量量阻阻抗抗由由第第一一象象限限进进入入第第四四象象限限，无无功功功功率率改改变变方方向向，机机端端电电压压下下降降，功功角角增增大大，励励磁磁电电压压降降低低等等。目目前前对对容容量量在在100MW及及以以上上的的发发电电机机和和采采用用半半导导体体励励磁磁的的发发电电机机，普普遍遍增增设设了了这这种种方方式的保护。式的保护。发电机的继电保护优秀（1）图7-30所示为汽轮发电机失磁保护装置（动作于跳闸）的一种构成方式。图中阻抗元件Z是失磁故障的主要判别元件，可按临界失步阻抗圆进行整定；母线低电压元件（Uf）用以监视母线电压，按保证电力系统安全运行所允许的最低电压整定，是失

79、磁故障的另一个主要判别元件；励磁低电压元件（Ufd）用作闭锁元件，一般按躲开空载运行时的最低励磁电压整定，但应考虑在满载运行情况下部分失磁时，继电器可能拒动。当发电机失磁时，阻抗元件和励磁低电压元件动作，起动与2门，立即发电机已失步的信号，并经t2延时后，通过或门动作于跳闸。延时t2用以躲开振荡过程中的短时间电压降低或自同步并列时的影响，一般取为0.51s。由于有Ufd元件的闭锁，因此在短路故障以及电压互感器回路断线时，与1和与2都不可能起动，因而保护装置不会误动作。当电压互感器回路断线时，Uf或Z误动作后，均可发出电压回路断线信号。当励磁回路电压降低时，Ufd动作，发出信号。发电机的继电保护

80、优秀（2）图7-31所示为一种新型的、整定值能自动随有功功率P变化的转子低电压失磁继电器（简称UL-P继电器）作主要判据而构成失磁保护的方案。UL-P继电器的主要特点是它的整定值随着发电机有功功率的增大而增大，从而可以灵敏地反应发电机在各种负荷状态下的失磁故障，当失磁后励磁电压降低到整定值时（此时尚未失步，而是预告了必须要失步），它可以比静稳边界提前约1s的时间动作，使发电机减载，从而更容易获得减载的效益，例如恢复同步或者进入较小转差率下的异步运行。继电器动作后，经t1延时0.2s使发电机减载。当达到静稳边界时，反应定子判据的阻抗元件Z动作、两者组成与门后可使发电机跳闸。在发电机失磁、越过18

81、0之后，保护装置可靠动作，增设了t2延时返回（或记忆）的电路。发电机的继电保护优秀第七章习题第七章习题1、发电机应装设哪些反应故障的保护？、发电机应装设哪些反应故障的保护？2、发电机可能发生哪些不正常工作状态？发电机可能发生哪些不正常工作状态？3、反应零序电压的定子绕组单相接地保护为什么、反应零序电压的定子绕组单相接地保护为什么有死区？如何提高保护的灵敏性，减少死区？有死区？如何提高保护的灵敏性，减少死区？4、单继电器横差保护用在什么样的发电机上？试、单继电器横差保护用在什么样的发电机上？试说明其工作原理，它能否反应定子绕组相间短路说明其工作原理，它能否反应定子绕组相间短路？5、对大容量机组为什么应装设能反应、对大容量机组为什么应装设能反应100%定子定子绕组的接地保护？双频式保护是如何实现绕组的接地保护？双频式保护是如何实现100%保保护范围的？护范围的？6、有哪些判据可反应发电机的失磁运行？发电机、有哪些判据可反应发电机的失磁运行？发电机失磁后将产生哪些危害？这些危害主要发生在异失磁后将产生哪些危害？这些危害主要发生在异步运行前还是异步运行后？步运行前还是异步运行后？发电机的继电保护优秀7、发电机发电机变压器组中发电机单机接地保护有何变压器组中发电机单机接地保护有何特点？一般采用什么原理的保护方式？特点？一般采用什么原理的保护方式？发电机的继电保护优秀