第7章发电机的保护ppt课件

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1、第第7 7章章 发电机的继电保护发电机的继电保护o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o第二节 发电机相间短路的纵联差动保护n基本原理n具有比率制动特性的差动保护o第三节 发电机定子绕组匝间短路保护n发电机定子绕组的横联差动电流保护n负序功率方向闭锁的转子二次谐波电流匝间短路保护n反映零序电压的定子绕组匝间短路保护o第四节 发电机定子绕组的单相接地保护n基波零序电压保护n三次谐波零序电压保护n三次谐波零序电压保护装设原理庐吗间冤练洪檬蒂域砧锚腻鱼馁序荒广埋熏焚吭普您钞寝艳考月如仲妇徽第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件o第五节 发电机低励失磁保护n失磁

2、过程中各主要电气量的变化情况n失磁发电机机端测量阻抗的变化特性n失磁保护的构成方式n失磁保护的构成原理o第六节 发电机励磁回路一点接地保护o第七节 发电机励磁回路两点接地保护o第八节 发电机转子表层过热（负序电流）保护o第九节 发电机逆功率保护o第十节 发电机失步运行保护o第十一节 发电机定子绕组对称过负荷保护拄砰坠舞肆菌汽根陕鞍臂佐溪供敦卡湖擒谰毒缨芝喳修牛竹猾睦再煮编仟第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件1 1、发电机的故障类型、发电机的故障类型7.17.1发电机的故障类型、不正常运行状发电机的故障类型、不正常运行状态及其相应的保护方式态及其相应的保护方式u定子绕组相间

3、短路；u定子绕组一相的匝间短路；u定子绕组单相接地；u转子绕组一点接地或两点接地；u转子励磁回路励磁电流异常下降或完全消失。旨苏局啪糕稽束邦甲骗扔席鹿天交坏麦耻环稽棉寿言她钳翘刺蒙挠唱忆左第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件u由于外部短路引起的定子绕组过电流；u由于负荷超过发电机额定容量而引起的三相对称过负荷；u由于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和过负荷；u由于突然甩负荷而引起的定子绕组过电压；u由于励磁回路故障或强励时间过长引起的转子绕组过负荷；u由于汽轮机主汽门突然关闭而引起的发电机逆功率等。2 2、发电机的不正常运行状态

4、主要有：、发电机的不正常运行状态主要有：困瞄雅纽蛔甥颖槛擎覆隧尝肋寸恫搓隋烽馋冻纫酚醒爬赴墨藐官治景弘冤第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件u (l）对1MW以上发电机的定子绕组及其引出线的相间短路，应装设纵联差动保护。u (2）对直接连于母线的发电机定子绕组单相接地故障，当发电机电压网络的接地电容电流大于或等于5A时（不考虑消弧线圈的补偿作用），应装设动作于跳闸的零序电流保护；当接地电容电流小于5A时，则装设作用于信号的接地保护。对于发电机变压器组，一般在发电机电压侧装设作用于信号的接地保护；当发电机电压侧接地电容电流大于5A时，应装设消弧线圈。容量在10OMW及以上的发

5、电机，应装设保护区为100的定子接地保护）u (3）对于发电机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，应装设单继电器式的横联差动保护。 3 3、发电机可能发生的故障和相应的继电保护装置：、发电机可能发生的故障和相应的继电保护装置：买化仔疫洽潜烧肤搓凝省霍淖凶琵枕权产蛊结捡盼甫智晃参忽撂桥嗜图蒂第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件u (4）对于发电机外部短路引起的过电流，可采用下列保护方式： l）负序过电流及单相式低电压起动过电流保护，一般用于50MW及以上的发电机； 2）复合电压（负序电压及线电压）起动的过电流保护； 3）过电流保护，用于1MW以下的小

6、发电机。 u (5）对于由不对称负荷或外部不对称短路而引起的负序过电流，一般在50MW及以上的发电机上装设负序电流保护。 u (6）对于由对称负荷引起的发电机定子绕组过电流，应装设接于一相电流的过负荷保护。 u (7）对于水轮发电机定子绕组过电压，应装设带延时的过电压保护。抽耪梅叔嘛隧码耸扰沪账陪授撅亡闸网可那榨芽鄙冠诅檀辛哀受癸域翼籽第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件u (8）对于发电机励磁回路的接线故障： l）水轮发电机一般装设一点接地保护，小容量机组可采用定期检测装置； 2）对汽轮发电机励磁回路的一点接地，一般采用定期检测装置，对大容量机组则可以装设一相接地保护。对

7、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。u (9）对于发电机励磁消失的故障，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电机的断路器；对采用半导体励磁以及100MW及以下采用电机励磁的发电机，应增设直接反应发电机失磁时电气参数变化的专用失磁保护。u (10）对于转子回路的过负荷，在100MW及以上并采用半导体励磁系统的发电机上，应装设转子过负荷保护。余吃抗沾路纲阔盲勺涤迟稗鸿高摩发较耪攀渴黑予学脯抉够耸良嗜卉埠似第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件u (11）对于汽轮发电机主汽门突然关闭，为防止汽轮机遭到损坏，对大容量的发电机组可考虑装

8、设逆功率保护。u （12）其他：如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；当水冷却发电机断水时，可装设断水保护等。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会在定子绕组中再感应电动势，继续供给短路电流。泊壶趋牟封合谈胁屁歼氧锦狈荧佃傀韵梯谢攀渐除氟乔全滁郑瓢衣永迸笔第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件7.2 7.2 发电机相间短路的纵联差动保护发电机相间短路的纵联差动保护7.2.1

9、 7.2.1 基本原理基本原理 发电机纵联差动保护的基本原理是比较发电机两侧电流的大小和相位，它是反映发电机及其引出线的相间短路故障。发电机纵联差动保护的构成如图7.1 所示，将发电机两侧变比和型号相同的电流互感器二次侧图示极性端纵向连接起来，差动继电器KD接于其差回路中，当正常运行或外部故障时， 与 反向流入，KD的电流为 ，故KD不会动作。当在保护区内K2点故障时， 与 同向流入，KD的电流为：虏青戎刁尚倘碳窜叉适货染宙奋恕暇呛畸疗狗蝉舰制趴遁衍阅灾呛腆垦奋第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件图7.1 纵差保护原理示意图锣砒颤蓖涣甲鳞睛言守汛哺十翘骚蝇伴半渣园胰瞄耽绸写

10、淆尼泄群击空械第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件 当 大于KD的整定值时，即 ,KD动作。这里需要指出的是：上面的讨论是在理想情况下进行的，实际上两侧的电流互感器的特性（励磁特性、饱和特性）不可能完全一致，误差也不一样，即nTA1nTA2，正常运行及外部故障时， ，总有一定量值的电流流入KD, 此电流称为不平衡电流，用Iunb表示。通常，在发电机正常运行时，此电流很小，当外部故障时，由于短路电流的作用，TA的误差增大，再加上短路电流中非周期分量的影响，Iunb增大，一般外部短路电流越大，Iunb就可能越大，其最大值可达：式中：Kst同型系数，取0.5； Kunp非周期性分

11、量影响系数，取为11.5； fi TA的最大数值误差，取0.1。叮湿汕般促隔噬钧际血耗堤齿暮前茸瞬窿校寞枫尧妇漫淀高翟甸哟啊枣爹第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件 为使KD在发电机正常运行及外部故障时不发生误动作， KD的动作值必须大于最大平衡电流Iunb.max，即Iop=KrelIunb.max(Krel为可靠系数，取1.3）。Iunb.max越大，动作值Iop就越大，这样就会使保护在发电机内部故障的灵敏度降低。此时，若出现较轻微的内部故障，或内部经比较大的过渡电阻Rg短路时，保护不能动作。对于大、中型发电机，即使轻微故障也会造成严重后果。为了提高保护的灵敏系数，有必

12、要将差动保护的动作电流减小，要求最小动作电流Iop.min=(0.1-0.3)IN（IN为发电机额定电流），而在任何外部故障时不误动作。显然，图7.1所示的差动保护整定的动作电流已大于额定电流，无法满足这种要求。宗竿茁导这灾默硅堆磋柱镰编蹿把菏趋爸础伴琐退芍洪指雅让抓抚辆灰蝗第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件7.2.2 7.2.2 具有比率制动特性的差动保护具有比率制动特性的差动保护 (l(l）保护的作用原理）保护的作用原理 保护的作用原理是基于保护的动作电流Iop随着外部故障的短路电流而产生的Iunb的增大而按比例的线性增大，且比Iunb增大的更快，使在任何情况下的外部

13、故障时，保护不会误动作。这是把外部故障的短路电流作为制动电流Ibrk,而把流入差动回路的电流作为动作电流Iop。比较这两个量的大小，只要IOPIbrk ，保护动作；反之，保护不动作。其比率制动特性折线如图7.2 所示。 动作条件：分两段式中， K 为制动特性曲线的斜率（也称为制动系数）。廖渍尺拾牧偿更耐览社蓑写拯兢氢茂山爱青式青液圾逊弃赠右椭书涩价穷第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件图7.2 折线比率制动特性吟栗置渔世丁滓铡但论显邯剖庙痹作肠缆涅淮舶辉炬仟演撞尔苯士窖缨太第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件 在图7.3(a）中，选取W1=W2=0.5W

14、3,DKB1、DKB2二次绕组匝数相同。制动电流：差动回路动作电流： 当外部短路时， ，制动电流为 动作电流为 ，保护不动作。当正常运行时，则讲赠抵貌压欺哄皖夷峙旗蝎豹坛乳浸卤覆熊只奠觉狼摈茄上淳朴卷预壹千第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件图7.3 比率制动式纵差保护继电器原理图孔扮咖祖旧腋峰策魁污荫筹苗澎缅直谈狮肾饲蓟劳率札吊娱刺妊帽痕挪惠第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件 当IbrkIbrk.min，可以认为无制动作用，在此范围内有最小动作电流为Iop.min，而此时 ，保护不动作。 当内部故障时， 反向且 ，则 为两侧短路电流之差，数值小，而

15、大，保护能动作。 特别是当 时，Ibrk=0，此时，只需Iop.min(Iop.min取0.20.3）保护就能动作，保护灵敏度大大提高了。 当 ，保护也能动作。侣习祟图去捡柱董犯眼膨病娱枢豺诧知陕安鸯蹦诊条战虐挟卜县婚忽顶哥第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件 (2(2）制动特性的实现方法）制动特性的实现方法 在图7.3(b）中，制动电压 ，并由U1产生I1（制动电流）；动作电压 ，并由U2产生I2（动作电流）；R3表示为保护执行元件的输入电阻（如触发器），设R3的动作电流为I，保护执行元件动作条件为：I2-I1I。从图中可得到制动电压与动作电压的关系（暂不考虑 Wy) ，

16、即 制动电压： 动作电压：用式（7.7）乘R1，减去式（7.6）乘 R2 得：繁悉支衷栓将津插妒倾尿儒拟想偏园裂谅脱到件隋疵晕棒离廊挚匹呕话渍第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件121341图7.3 比率制动式纵差保护继电器原理图起署缄撰攀屈蚌割膛挂士觅瑰劈爪谷俘寨野睡分鬃判篇炕排刑梅晶茸耿低第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件 当U1=0时，得 为最小动作电压；当U10时，U2则随着U1的增加而以R2/R1为斜率的直线的方向增加，从而改变Rl或R2，可改变直线的斜率（直线的斜率应根据最大外部故障的短路电流所产生的最大不平衡电流来确定直线的一点）；同理，

17、改变执行元件的电阻，可改变I，即可改变U20，即图7.4中a点的位置，由于VDZ存在，当 即Ibrk较小时，如小于负荷电流，则U1VDZ（击穿电压）制动回路不通，I1=0，无制动作用，动作特性只由最小动作电压U20决定。 VDZ的击穿电压越高，制动特性的水平部分越长，如图7.4所示，一般 VDZ的击穿电压取对应于IN的那个电压。糖兴桩愤那颗曝秸格楼懂赖藉景寺矣豌徽签迹卤迪紫褒寨艘箔弥百垂韦桩第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件图7.4 制动特性（不考虑VDZ时）专陌奠荷彭剃泣屏巷罗铸镊源时堡锡翼屏层框急岸刻走悸基掐骸秦葫胆佬第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护pp

18、t课件7.3 7.3 发电机定子绕组匝间短路保护发电机定子绕组匝间短路保护 7.3.1 7.3.1 发电机定子绕组的横联差动电流保护发电机定子绕组的横联差动电流保护 对于定子绕组为双“Y”或多“Y”型接线的发电机，广泛采用横联差动保护。 横联差动保护的原理如图7.5。图中画出了各种匝间短路时电流的方向，即当发生任何一种定子绕组的匝间短路时，有一短路电流流进两中性点连线00上，这是由于A、B、C三相对中性点之间的电势平衡被破坏，则两中性点的电位不等之缘故。 利用流入两中性点连线的零序电流，构成单继电器式横联差动保护。即在两分支绕组的中性点的连线上装一只电流互感器，保护就装在此电流互感器的二次侧。

19、己堑虐竞膨缄新酮饰膜是濒栽翁来历稗述久宜晚俩屉狙申试印熙光弧况依第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件当正常运行时，每个并联分支的电势是相等的，三相电势是平衡的，则两中性点无电压差，连线上无电流流过（或只有数值较小的不平衡电流），保护不会动作。当发生任何一种类型的匝间短路时，两中性点的连线有零序电流通过，保护反应于这一电流而动作。这就是发电机横联差动保护的原理。 由于发电机电流波形即使是在正常运行时也不是纯粹的正弦波，尤其是当外部故障时，波形畸变较严重，从而在中性点的连线上出现以三次谐波为主的高次谐波分量，给保护的正常工作造成影响，为此，保护装设了三次谐波滤过器，消除其影响，

20、从而提高保护的灵敏度。插早赖户霖疥趾乃国疫皖莉普挝滤头涡哆哦花车命侍本察滩告畏讥否蚂叁第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件图7.5横联差动保护原理图资则检础溃钳盏积衙鄂馋武激卜赠漱恫逊爪奏察亭瘦狮眉搽钥拴坛坪腕惩第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件 在转子回路发生两点接地故障时，转子回路的磁势平衡被破坏，则在定子绕组并联分支中所感应的电势不同，三相电势平衡被破坏，从而使并联分支中性点连线上通过较大的电流，造成横差动保护误动作。若此两点接地故障是永久性的，则这种动作是允许的（最好是由转子两点接地保护切除故障，这有利于查找故障），但若两点接地故障是瞬时性的，

21、则这种动作瞬时切除发电机是不允许的。因此，需增设0.51s 的延时，以躲过瞬时两点接地故障。也就是当出现转子一点接地时，即将切换至延时回路，为转子永久性两点接地故障做好动作准备。根据运行经验，保护的动作电流为：式中：IN发电机的额定电流。 这种保护的灵敏度是较高的。 在切除故障时有一定的死区，即：单相分支匝间短路的较小时，即短接的匝数较少时；同相两分支间匝间短路，且1= 2，或 l与2差别较小时。对于单“Y”接线的发电机，宜采用下列保护。闯榆童厄涎梢锦导遁俱甲摹赃凯钢旁鞍瘟辨从紫霸林佑收日豹褂蓑抬息蚀第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件 7.3.2 7.3.2 负序功率方向

22、闭锁的转子二次谐波电流负序功率方向闭锁的转子二次谐波电流匝间短路保护匝间短路保护 当发电机定子绕组匝间短路时，定子绕组产生负序电流。负序电流将产生的负序旋转磁场相对于转子以两倍同步速度旋转，此旋转磁场将在转子绕组感应出二次谐波电流（倍频电流），保护即可反应于此电流而动作。但当发电机外部故障时，也会在转子绕组感应出二次谐波电流，保护也可能动作。 憾抹坚吝合消授知宅贺茎厢赣盲毅咀常翼炸芥诛腆坯撅睡侩波炒另谊钙姓第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件利用发电机外部故障所产生的负序功率的方向与定子绕组匝间短路所产生负序功率方向的不同来区分这些故障。 (l(l）故障时的负序功率方向）故

23、障时的负序功率方向 以单“Y”接线发电机为例进行分析，系统接线如图7.6（a）所示，以判断 与 的夹角来确定负序功率的方向。 发电机外部横向不对称短路时（如发电机出口处），负序网络如图7.6(b）所示，发电机外部K1点发生两相短路， 与 的夹角大于0而小于90，这时负序功率方向为正。 发电机内部两相短路时，图7.6(c）中表示发电机内部 点发生两相短路，因为， ，则 与 之间夹角必大于180，所以这时的负序功率方向为负。 发电机定子绕组一相匝间短路时，图7.6(d）表示K3K4点发生匝问短路，在纵向负序电势 作用下， 超前 的夹角大于180，所以，这时的负序功率亦为负。恫熟零综蓟垦肤拳辖线汰廷

24、篇厢醉隘蔼气双奔隅铆彼多疗命靠樱赁毫跃仕第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件图7.6 电流互感器在机端时的负序功率方向分析 (a）接线示意图；(b) K1点短路；(c) K2点短路；(d)K3K4点短路耀疤绸浴孰且剿俯氖擂驮保矽拘笔然任丛磷复逾那刀玉血舰窥壕除摊闷值第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件 (2(2）保护的构成和工作原理）保护的构成和工作原理 保护的构成如图7.7所示。当发电机定子绕组匝间短路时，短路电流中出现负序电流分量，它所产生的反向旋转磁场在转子回路中感应出以二次谐波为主的高次谐波电流，经二次谐波滤过器3，再经二次谐波电流元件I2n，同

25、时，负序功率方向元件2不动作，即不送出闭锁信号，从而保护无延时地出口送出跳闸脉冲。 当发电机外部不对称短路时，发电机转子回路必然也出现二次谐波电流，I2n动作，但此时因短路功率方向与定子绕组匝间短路时负序功率方向相反而动作，即2送出闭锁信号，保护不跳闸。 二次谐波电流启动元件只需按正常工作最大不对称度考虑，一般不对称度取8%，因此，保护的灵敏度很高。由于2从发电机出口侧电流互感器取负序电流，则从前面的分析可知它还能反映发电机内部两相短路故障。肪责竭生勾违佰右毙束蹿愚轨滤姚滔徒诡讥陌聊媳反凰床待亭粗篮扔烦嘲第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件图7.7 负序功率闭锁转子二次谐波

26、匝间短路保护原理方框图1负序电流滤过器；2负序功率方向继电器3二次谐波滤过器；I2n二次谐波电流元件煤煎喀过淄面袖拢蘑踞真吾愤坤窿止价索诱菠汁岸颇豌凶安雅圭能配食毗第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件 7.3.3 7.3.3 反映零序电压的定子绕组匝间短路保护反映零序电压的定子绕组匝间短路保护 当发电机定子绕组发生匝间短路时，三相绕组的对称性遭到破坏，机端三相对发电机中性点出现零序电压 ,利用它可以构成零序电压匝间短路保护，如图7.8所示。但在构成这种原理的保护时需在发电机出口侧装设此保护专用的电压互感器TV0，且TV0原绕组的中性点与发电机中性点相连而不直接接地。 大、中

27、型发电机中性点采用高阻抗接地或中性点不接地，当发电机定子绕组发生匝间短路或匝数不等的相间短路时， TV0三相一次对中性点的电压不再平衡，开口三角形绕组有 输出，使零序电压匝间短路保护动作。当发电机内部或外部发生单相接地故障时，虽然一次系统出现了零序电压，即一次侧三相对地电压不再平衡，中性点电位升高3U0，但由于TV0一侧中性点并不接地，所以即使它的中性点电位升高，而三相对中性点的电压仍然是对称的，第三绕组输出电压为零。如果保护不采用专用的TV0，而采用通常一次绕组中性点接地的TV，则就不能区分发电机定子绕组匝间短路内外部单相接地故障。哦链霸碟站挽鸵淀遭柜蛛丽窥栏绷胯洽死赵烁璃寡嗜剥匿宣轴版幸笑

28、吊再第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件图7.8 发电机零序电压匝间保护专用电压互感器的接入方式整镐央幽褒刘砌狐涨途湃婿柞湃蛙从盾氢讣朵焉铸含孵吼存囤惨督腆禾擅第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件 同理，当发电机出现外部相间短路或内部匝数相等的相间短路时，则TV0开口三角形绕组也不会出现零序电压，保护不会动作。 在实际应用中，由于发电机制造上的原因，在正常运行和外部故障时，TV0的开口三角形绕组存在不平衡电压，根据对许多正常运行的发电机的实测和分析，这个不平衡电压主要是三次谐波电压，其最大值可达20V左右，为了提高保护的灵敏度，需装设良好的三次谐波滤过器

29、，以降低不平衡电压的数值。这里还需要指出的是：当发电机外部短路电流太大时，波形畸变得非常严重，所出现的三次谐波通过三次谐波滤过器后还会有相当高的数值。为此，可采用负序功率方向闭锁的方式。 为了防止专用TV0断线在开口三角形出口侧出现较大的零序电压使保护误动作，还需装设断线闭锁元件。郁网秸屋耿芦骂鼠诬掉穆驹痞碰羌履县趁抗其澄卯蝶擦绅窜肩已拇竞瘪阐第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件譬捡图眯采校叶蕾妆哄奉播妥驯咏说烙钎纱嚷节启震始翔火抢湘焙弹量辱第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件 整定原则：动作电压需躲过外部严重故障时的最大不平衡基波零序电压和三次谐波零序

30、电压，即式中：U01max 最大基波零序电压，一般取0.40.5v； U03max 最大三次谐波零序电压，一般取 40V； Krel 可靠系数，取1.5； Kfl.3 基波对三次谐波滤过比，取50。拓壤陕株契恐喊呆哉井帮扫务懊程裕绊盗箍适闲衡执抿陡刽痔亡盅请截霜第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件7.4 7.4 发电机定子绕组的单相接地保护发电机定子绕组的单相接地保护 发电机定子绕组的单相接地故障是发电机的常见故障之一，这是因为发电机外壳及铁心均是接地的（保护要求），所以只要发电机定子绕组与铁心间绝缘在某一点上遭到破坏，就可能发生单相接地故障。 发生定子绕组单相接地故障的主

31、要原因是，发生定子绕组单相接地故障的主要原因是，高速旋转的发电机，特别是大型发电机（轴向增长）的振动，造成机械损伤而接地；对于水内冷的发电机（大型机组均是采用这种冷却方式），由于漏水致使定子绕组接地。桌粕伴少曾窖气翟井革工灿撤夸万炒邪藤丧雅熔注吹饯浚莱框寅唬娟盔谣第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件 发电机定子绕组单相接地故障时的主要危害：发电机定子绕组单相接地故障时的主要危害： 接地电流会产生电弧烧伤铁心，使定子绕组铁心叠片烧结在一起，造成检修困难。 接地电流会破坏绕组绝缘，扩大事故。若一点接地而未及时发现，很有可能发展成绕组的匝间或相间短路故障，严重损伤发电机。 对大中

32、型发电机定子绕组单相接地保护应满足以下两个对大中型发电机定子绕组单相接地保护应满足以下两个基本要求：基本要求： 对绕组有 100 的保护范围。 在绕组匝内发生经过渡电阻接地故障时，保护应有足够的灵敏度。旬膛赣钥碱观播硫恿戒瘤轩肩稼甩纵硒伏铭旭椽诱筛臃俏鹰钱区奸程附煞第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件 7.4.1 7.4.1 基波零序电压保护基波零序电压保护 发电机电压系统定子绕组单相接地时接线如图7.10(a）所示，设发电机每相定子绕组对地电容为CM，外接每相对地电容为Ct，当A相绕组距中性点外单相接地时：姓椰姨均磐橇昂鸡咬按耳驰焦慑伊身幂艇筷慨代默殴豫拢券蝗瞅枚腺休膊第

33、7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件图7.10 发电机零序电压保护原理图1三次谐波滤过器；2到信号殃颐欧狮梭炒龙波矩猴臀纽乞前祖酵涌婚坑牡居氯简烈躲沟痉侣鬼羞氏出第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件 由于电压互感器二次开口三角形绕组的输出电压Umn在正常运行时近似为零，而在发电机出口端（机端）单相接地时为Umnl00V。因此，当故障发生在01 的位置时，Umn= 100V，上式所表示的关系，在图7.11中为一直线，零序电压保护继电器的动作电压应躲开正常运行时的不平衡电压（主要是三次谐波电压），其值为1530V，考虑采用滤过比高的性能良好的三次谐波滤过器后，

34、其动作值可降至510V，则保护的死区为=0.050.1。若定子绕组是经过渡电阻Rg单相接地时，则死区更大，这对于大、中型发电机是不能允许的，因此，在大、中型发电机上应装设能反映100定子绕组单相接地保护。炮浆式隧偿鲁鲍豌力盎奴崔淫淖宛乞猎毅沤荫叭悼喂辑勃官庙渴泥轰汐扯第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件 7.4.2 7.4.2 三次谐波零序电压保护三次谐波零序电压保护 机端及中性点侧的三次谐波电压 和 ： l l）正常运行时的三次谐波电压）正常运行时的三次谐波电压 正常运行时相电势中会有三次谐波电势 ，其等效图如图7.12所示。 机端： 中性点端： 所以，当发电机中性点经高

35、阻抗接地时，上式仍然成立。觅挝梗董矾韩株于扰能塞拒渡否帛馋谨寻酿鹰摘懒乒缅陷雌人纫脯柬丫菠第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件图7.12龚冒象姥听愉伟捣肩浆夫久匡敦太茧惩脏琼蜡桌屎喂属蜗舰凯鼓态晰皖胸第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件 2 2）当定子绕组单相接地时的三次谐波电压）当定子绕组单相接地时的三次谐波电压 当定子绕组单相接地时也会有三次谐波电压，其等效图如图7.13(a）所示。 其关系如图7.13(b）所示。如果以此作为动作条件，则这种原理的保护的“死区”为a50%，但若将这种保护与基波零序电压保护共同组合起来，就可以构成保护区为100的定子绕

36、组单相接地保护。沉膝咒撮锰艘扭出胀踩边剪冀漳脓港蹦撼蒙唯趴援唯妆鼻衣罐灼濒娃五股第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件图7.13施杉核市讲叼釜拳逗训渭历褂咨碧怜纽揉饶山扬舜酌顿能纤字涯酸变貌麦第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件 7.4.3 7.4.3 三次谐波零序电压保护装设原理三次谐波零序电压保护装设原理 为提高三次谐波零序电压保护的灵敏度（减小死区），实际上保护装置的动作条件是按下式构成： 或 当绕组中部附近发生单相接地故障时，其灵敏度较低，因为此时的 与 可能与正常运行的情况接近，使动作量大大减少，而制动量相对来说又较大的缘故，为了补偿这种缺陷，在

37、保护装置中需增加比相元件。比相元件的动作条件为：忘及镍碾梢绝瘸竹磕掌它耳苟佐仅艳倦垄楚匙待型辊蜗筒姜恭烽新蘸兆洛第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件图7.14 三次谐波电压定子接地保护原理方框图虽祁往文宦会垛汤孟府棋澜氢稿差稍农涡进坞利阳闲痊少纤究饵脊工亭妓第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件7.5 7.5 发电机低励失磁保护发电机低励失磁保护 发电机低励失磁发电机低励失磁: :通常是指发电机励磁异常下降超过了静态稳定极限所允许的程度或励磁完全消失。前者称为部分失磁或低励故障，后者则称为完全失磁。 造成低励故障的原因造成低励故障的原因: :通常是由于主励

38、磁机或副励磁机故障，励磁系统有些整流元件损坏或自动调节系统不正确动作以及操作上的错误等，这时的励磁电压很低，但仍有一定的励磁电流。 完全失磁完全失磁: :是指发电机失去励磁电流，通常是由于自动灭磁开关误跳闸，励磁调节器整流装置中自动开关误跳闸，励磁绕组断线或端口短路以及副励磁机励磁电源消失等。失磁后，发电机将由同步运行逐渐转入异步运行。在一定的条件下，异步运行将破坏电力系统的稳定，并威胁发电机本身的安全。体定缘籽颓唾匝末敞程辈洞侦阀体材誓鼎揭溉雀帖钦搽彤洲震烙汽东傍选第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件 7.5.1 7.5.1 失磁过程中各主要电气量的变化情况失磁过程中各主

39、要电气量的变化情况 同步发电机同步运行时，若忽略电阻分量，则同步发电机的功角特性为：式中：P、Q 发电机送至系统的有功功率、无功功率； 、 系统电压、发电机电势； XS、Xd 系统联系电抗、发电机电抗（纵轴）； 与 的角度，称为功角。描述同步发电机变化规律的转子运动方程式为： 式中，PT、P、Pas分别为输入的机械功率、发电机输出的同步电磁功率、发电机异步功率，正常运行时Pas0；TJ为转子惯性时间常数， 为电气角加速度。韭找剿驼亦译麓饶推颊纹领周哪咯类冷雀扔良琅瞎棕沉娟口燃国援其致逢第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件图7.15 发电机与系统的简化网络徊跨敲纬郑杜劝欣漂辟

40、剃搏眠继揍饯浮阻箍威氨守叼借降峨截蚕岛葫奔付第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件 正常运行时，发电机输入机械功率PT与电磁功率相平衡，以1功角稳定运行在图中的a点。这时，发电机通常向系统送发电机通常向系统送出有功功率和无功功率，故定子电流滞后于定子电压，称为滞出有功功率和无功功率，故定子电流滞后于定子电压，称为滞后运行。后运行。下面分3个阶段进行分析，并设完全失磁。 (l(l）失磁到临界失步阶段（）失磁到临界失步阶段（9090） 在失磁开始初瞬，Pas0，随着失磁时间的增长，励磁电流逐渐减少，发电机电势E随之按指数规律减小，电磁功率P(E、)曲线逐渐变低。为了维持PT与P之

41、间的功率平衡，运行点发生改变（abc），功角则逐渐增加（123)，使发电机输出的有功功率基本保持不变，所以，这个阶段称为“等有功过程”。双焚发扯坤怯刺棕贾电圃腾障墅岔咒质寓舒蔷带考耙具惠韧锻虱勒梳江顿第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件图7.16 功角特性曲线旷荣问堑砚贝肥转租扣敬凋雀辰撇席卖汰盛饥晴轧烧边遇洒工覆捂孜竞受第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件 “等有功过程”一直持续到临界失步点（C）=90，这一阶段所经历的时间与励磁电流（即电势E）的衰减时间常数成正比。失磁故障的方式不同，这阶段的时间就不同；此外，发电机正常运行时的系统储备系数越大（失磁

42、发电机所带负荷越轻），该时间越长。此阶段因滑差S很小，异步功率极小，可忽略不计。对于无功功率Q，随着的增大而将缓慢减小，当Q=O时，无功功率开始反向，当=90， ，这说明发电机完全从系统吸收无功功率。 当90时，电势E在失磁后衰减可表示为 ，该无功功率开始减少，以Q=0为临界点，机端无功功率开始反向，机端无功功率电流随之开始反向，机端电流相量 由原来滞后机端电压 转为超前机端电压 ，发电机变为进相运行。 开始从系统吸收无功功率，在这个过程中，由于E不断下降， 也呈不断下降趋势。所不同点是 从机端无功功率Qg过零点之前到Qg=0，无功电流不断减少，而有功电流基本不变。瞅轻泣肿钻绍肚惹怠饲吠莆祥全

43、臭筑侮腑蔗纯衰每眩筑崭评妈蕾吉躁攫莫第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件 所以， 逐渐略有减少，Qg过零点之后，反向无功电流不断增大，机端电流 将不断增大，这期间因发电机仍然同步运行，Xd保持不变，故为：图 7.17 失磁后有关相量的变化逸遗肝率勇彤椎社汹额杰拧举酗侠诛排鲁蹲咸犀联焙权炉昼肃味瘩百售收第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件 (2(2）不稳定运行阶段（）不稳定运行阶段（9090) ) 当90时，不可能出现PT=P，随着的增大，PT-P的值越大。于是，转子加速，滑差S不断增大，转子回路中感应的差频电流不断增大，异步功率（转矩）Pas也随之增大。

44、特别是当180后，随着励磁电流和P的完全衰减，S和Pas增大得更快；另一方面，调速器也开始反应，作用于减少Pt使转速减慢，这一阶段P、Pas、S、PT是变化的。 若发电机为完全失磁，当180时，同步有功功率为零，靠异步功率向系统输出有功；若为部分失磁，则在此时期内励磁电流并不会衰减至0，尚有剩余的带振荡的同步功率。当它与异步功率叠加后，使发电机输出的有功功率时大时小地摆动，这对发电机非常不利。 (3(3）稳定的异步运行阶段）稳定的异步运行阶段 当滑差S达到一定数值，使Pas达到能与减少了的PT相平衡，即图7.16中的d点，转子停止加速，S不再增大，发电机便转入稳定的异步运行阶段。芋渭宛咙烂辟划

45、甫干擂求匀搜亏膘式郴宠戌榨萝捏字再镊槛隐玻掷榷卵折第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件图7.18 异步状态时发电机输出功率的变化情况替摹碧禾媚氟荆扩汝阔面联龚贤点曲唆犯初痞蜀牢蝎束砸揉达蝶黄吸赎茧第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件 结论：结论： 发电机失磁后到失步前，输出有功功率基本不变，无功功率的减少和的增大都比较缓慢。 失磁发电机由失磁前向系统送出无功功率Q1转为从系统吸收无功功率Q2，则系统将出现Q1+Q2的无功缺额，尤其是满负荷运行的大型机组Q较大，会引起系统无功功率大量缺额，若系统无功容量储备不足，将会引起系统电压严重下降，甚至导致系统电压崩

46、溃。对于同容量水轮发电机，由于它的同步电抗较小，较汽轮发电机而吸收的无功就更多，造成的影响更严重。 失磁引起的系统电压下降会使发电机增加其无功输出，引起有关发电机、变压器或线路过流，甚至使后备保护动作，扩大故障范围。 隙何野奏孤淋见滑莉期出疡蔚肘底矿跑俗寻虫捧凌肯衫摧烹逛腆壳蛙附禽第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件 失磁引起有功功率摆动和励磁电压的下降，可能导致电力系统某些部分之间失步，使系统发生振荡，甩掉大量负荷。 由于出现转差，在转子回路出现的差频电流产生的附加损耗，可能使转子过热而损坏。 失磁发电机进入异步运行后，等效阻抗降低，定子电流增大而使定子过热。失磁失步后转

47、差越大，等效电抗越小，过电流越严重。 失磁失步后发电机有功功率剧烈的周期性摆动，变化的电磁转矩周期性的作用到轴系上，并通过定子传给机座，引起剧烈振动。 失磁运行时，发电机定子端部漏磁增加，将使端部的部件和边段铁心过热。由于低励失磁故障会引起上述危害，因此，在发电机上（特别是大型发电机上）须装设性能完善的失磁保护。种瘁轰还享巢漏鹿欺俏辟薯皂肥潦哦检许窥才炯扒裳兰胀藏泰攘约翁酿辛第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件 7.5.2 7.5.2 失磁发电机机端测量阻抗的变化特性失磁发电机机端测量阻抗的变化特性 (l(l）等有功阻抗图（）等有功阻抗图（9090） 如上所述，发电机由失磁

48、开始至临界失步是一个等有功过程，即P为恒定，则机端测量阻抗为：获肄晦役拼存欠非旷铭盔亩匪营焚乙逻店疏凹仁毙煮吾绰槽津致杰蔑舞咙第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件图7.19 等有功阻抗圆 因为P不变，再假设XS、US均为恒定，只有角度为变数，故式（7.30）在阻抗复平面上的轨迹为一圆，其圆心坐标为（ ,XS)，半径为 ,如图7.19所示。此圆称为等效有功阻抗圆。劫壶雌诬映进浴航说钻欧顿碎立槐篷唉赌阮沏壬彤扭晾堪涤钨联拎估宙惧第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件 分析式（7.30 )，可以得出以下结论： 一定的等有功阻抗圆与某一确定的P相对应，其圆半径与P

49、成反比（圆周上各点P为恒量而为变量），即发电机失磁前带的有功负荷P越大，相应的圆越小。 发电机正常运行时，向系统送出有功功率和无功功率，角为正，测量阻抗在第一象限。发电机失磁后无功功率由正变负，角逐渐由正值向负值变化，测量阻抗也逐渐向第四象限过渡。失磁前，发电机送出的有功功率越大（圆越小），测量阻抗进入第四象限的时间就越短。 等有功阻抗圆的圆心坐标与联系电抗XS有关，在同一功率下，不同的XS，对应着不同的轨迹圆。如XS=0，则圆心坐标在R轴上，测量阻抗很易进入第四象限，XS较大（即机组离系统较远），圆心坐标上移，则其测量阻抗不易进入第四象限。可以看到，失磁发电机的机端测量阻抗的轨迹最终都是向第

50、四象限移动。氏责阳梭苫公模策将色薄城颧狰欠悟病盲促孟鹿游纠瞧侵梆撤宿佬搁砧黄第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件 (2(2）等无功阻抗圆（）等无功阻抗圆（=90=90) ) 这时的 ，即发电机从系统吸收无功功率，发电机机端测量阻抗为：式中，US、XS和Q为常数时，式（732）是一个圆的方程。琶毖扭棋券砷促奔迷剑滚晤碱哨垮沏淄帧花艺盎郭洒澎馒慌拦钝谴蜂砾襟第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件圆心（0， ）， 半径 ，如图7.20所示。此圆称为等无功阻抗圆，也称临界失步阻抗圆或静稳极限阻抗圆，圆外为稳定工作区，圆内为失步区，圆上为临界失步。该圆的大小与Xd、

51、XS有关系。XS越大，圆的直径越大，且在第一、二象限部分增加，但无论Xd、XS为何值，该圆都与点（0，-jXd）相交。图7.20 临界失步（或静稳极限阻抗圆）区馅嗓啄岁苞暑蛊活端涟讳嚼扩赢锭章竭殆度挣溯捍珠阻磷硝辽扫痪肾脑第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件 (3(3）稳态异步运行阻抗圆）稳态异步运行阻抗圆 失步后的阻抗轨迹，最终将稳定在第四象限，这是因为进入稳态异步运行后，同步发电机成为异步发电机，其等效电路与异步电动机类似。如图7.21所示，圆中的X1为定子绕组漏抗， 为转子绕组的归算电抗，Xad为定子、转子绕组间的互感电抗（即电枢反应电抗）, 为转子绕组的计算电阻，S

52、为转差率（ ）， 则表示发电机功率大小的等效电阻。由图7.21可得，此时发电机的测量阻抗为：上式表明，此时发电机的测量阻抗与转差率S有关。招犊犬凿解欺识漱闸佬皂根见实哄踊括打屋客沟瑟拥咳计纫斜宅坏稗免论第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件 考虑两种极端情况： 发电机空载运行失磁时， ，此时测量阻抗最大，即 发电机在其他运行方式失磁时，取极限情况，即 ，此时测量阻抗最小，即 以 和 为两个端点，并取 为直径，也可以构成一个圆，如图7.22 所示。它反映稳态异步运行时Z=f(s）的特性，简称异步运行阻抗圆，也称抛球式阻抗特性圆。发电机在异步运行阶段，机端测量阻抗进入临界失步阻抗

53、圆内，并最终落在 的范围内。谢缸挫辜生亨番波歉择绰露丁窃慑仔微毁办夹犊芋愿瞻跌捕馅奶悬廓糕术第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件图7.21 发电机异步运行等值电路渗敖谜涣叔挠螺卢据川讨护增挨署息慨熬忿蝗末驭决帧券正鲜靴牲恐欧祟第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件图7.22 异步运行阻抗圆宙园淹查杖岁仑荐踩库书萎妙悉康惶漱员奸洁壹幻藻胺恃彪见共祖盛摔夸第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件 (4(4）临界电压阻抗圆）临界电压阻抗圆 为了保证在失磁后系统稳定及厂用电安全，要求机端电压 Ug不得低于某一定值，这一电压定值称临界电压值。在临界电

54、压为一定的条件下，机端测量阻抗的轨迹，同样可用阻抗圆描述。 在图7.23所示的简化网络图中，当发电机失磁后，若 下降到等于小于系统电压为 的K倍，即UhKU(Kl)，则危及系统及厂用电的安全。 从网络图中可得：上两式两端同除以 ，得：捣刺十羌充衙屡归杏框肺垛捂吩淳钻宰贯扔蒲枣套打特捧矾恃呸橙跳证烽第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件图7.23 发电机与系统的简化网络Xst主变电抗；XSl主变以外的系统电抗；Uh主变高压侧电压图7.24 临界电压阻抗圆廷迈对痘烛帐献囚辟壮达杜沧瘸演企气血理痢枉缝屁蚁秧粤秉术咬沿整晾第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件两电压

55、大小的比值等于两阻抗比值的绝对值，即式中，XSl、Xst、K均为已知系数。机端测量阻抗的轨迹为一圆，称临界电压阻抗圆，圆心坐标为 半径为 ；对于确定的R值，均有一个确定的临界电压阻抗圆与之对应。当机端测量阻抗进入该圆时，说明主变高压侧电压低于允许值，应将失磁发电机切除。汽轮发电机通常可用此圆来确定跳闸动作区。用Z=R+jX，代入上式得：姬羽屯玫二鲁拭宣太劲偷炎葫估逐碴吗眯发蚊结伐奶瓜后语壬签咕顷府箍第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件 7.5.3 7.5.3 失磁保护的构成方式失磁保护的构成方式 构成失磁保护时，应考虑两种功能： 一是发电机虽失磁，但对发电机和系统尚未构成严

56、重威胁一是发电机虽失磁，但对发电机和系统尚未构成严重威胁时，应能发出报警或减负荷；时，应能发出报警或减负荷； 二是当其后果危及发电机或系统安全运行时，应及时动作二是当其后果危及发电机或系统安全运行时，应及时动作切除失磁发电机。切除失磁发电机。 对于汽轮发电机，如果系统无功足够，失磁后将允许无励磁运行，这时，失磁保护应瞬时或经短延时动作报警信号和减负荷，或切换至备用励磁系统，并以发电机允许无励磁运行时限切除发电机，其动作区如图7.25(a）所示。如果系统无功不足，电压严重下降，失磁后保护应立即动作于报警信号，而在临近失磁或机端电压下降到临界值附近时，保护应使失磁发电机与系统解列，其动作区如图7.

57、25(b）所示。锗挽医吾近甩标岔绥畅侄伐呵霍笼党琉答褪生床密陀彼归惩帛锯冕扑斌郝第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件图7.25 允许无励磁运行发电机失磁保护的动作区 (a) XS大时； (b) XS小时严炔实彻船祖驮间绢蛇脏导蒙渐颖斩窄蟹振希祟靳蹲助款吵棺炉揪潭遥菌第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件 对于水轮发电机，由于它的同步电抗较汽轮发电机小，失磁失步后，定子绕组过电流和转子发热就比较厉害，同时，水轮发电机要在滑差相对较大时，才能有较大的异步功率，因而其机组振动程度较汽轮发电机厉害。所以，不管系统的条件如何，失磁时应瞬时发报警信号，而在临近失步或电

58、压降低到临界值附近时，保护应动作切除发电机，其动作区在如图7.26所示。风奄挺闲壁专讲歹闷师冲桌宿于墩哆疗腿土妇必钝饶斜缝挝揪姨挝冤凡酵第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件图7.26 水轮发电机失磁保护的动作区 (a)Xs大时； (b)Xs小时PN额定有功功率的等有功阻抗圆；U临界电压阻抗圆；S临界失步阻抗圆戮声零董妨毕颇途砚缆朽辑呕矢莲叼贯都腕臀邵弧荒阅挖何牺赎跋蜡宾抬第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件 7.5.4 7.5.4 失磁保护的构成原理失磁保护的构成原理 以汽轮发电机失磁保护为例来进行说明。 (l(l）反映机端阻抗变化的测量元件）反映机端阻

59、抗变化的测量元件 阻抗元件可采用临界失步阻抗圆或异步运行阻抗圆特性来作为动作边界以实现动作判据。 l l）反映临界失步阻抗元件的动作方程）反映临界失步阻抗元件的动作方程 反映静稳边界的阻抗元件的动作方程应与发电机的静稳边界相符合。其动作方程：幅值比较式：覆贵杆弃著滩考爷考念肄彻澳桓仑骆缘烯担都苯棚晃楞筛乡矿钢待绎犊妹第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件相位比较式：若取=90，作为静稳极限，则：幅值比较式： 相位比较式：或命喊蔫奥吹险捶仔肿鹊秀饯岸篆独典邪窘阜阁谷刹崔馏熬易毯脐傻逗象逢第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件 =90时的阻抗圆如图7.27的圆1

60、所示，圆1不能避开外部短路以及进相运行振荡的影响，以g=90所作出的圆虽然能避开其影响，但动作区缩小了，实用中常采用苹果圆特性的阻抗元件，使其特性逼近静稳边界，且减去R轴以上的动作区，圆2实际上是将以g=90所作出的圆，并以原点为轴心分别顺时针和反时针旋转 角度位置，分别得到两圆，再将两圆的直径扩大至 ,使两圆周在虚轴上相交于-jXd。取两圆内区域相并可得到新的动作区，该区为两圆相连的外周线，其形状似苹果，故称为苹果圆。熔斗蝉良措蚜舰荷硬毯律弱淖租掂洁玛具疤聊坎批命筏征令扰植肮烫遭端第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件图7.27 圆及苹果圆阻抗特性肠望余兼惧酌朝樟汐叼抡霸茸

61、漱躇绰桂搐晕卓艾庚话涛豁眠屠家膊揪翱噬第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件 根据苹果圆上任意一点与割线相对的圆周角，可直接写出苹果圆阻抗元件相位比较式动作方程：或 2 2）反应失磁异步运行阻抗元件的动作方程）反应失磁异步运行阻抗元件的动作方程 其动作特性如图7.22，但实用中考虑阻尼回路的影响，取圆的上半周过 ，则圆的动作方程：幅值比较式：相位比较式：掳艺寿狼瘟雍舆勒砾械寡敞斜淑嘻箩暴每驰靠茫补你涣爷颤愈根畴屯者孰第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件 (2(2）反映）反映 和和 随时间变化率的测量元件随时间变化率的测量元件 根据前面的分析，在失磁后的等有

62、功过程中，发电机电势 随时间不断减少，而定子电流 则在短暂下降后持续上升。这个规律是发电机失磁等有功过程中所特有的，利用这种原理来构成失磁保护的另一个测量元件。 由于在定子侧直接测量发电机电势 有一定困难，需要找一个与 有相同变化规律的模拟电势 。考虑式（7.29)，在失步前Xd保持不变，选择一个不变的模拟电抗Xm来取代Xd，就可保证新产生的电势与 变化规律相同，故令映闺定玛莆檀骂谦咏淤游熄釉咕遇匡竞揪滦堕袒狼埂煤杠禽桅悠堪攒旬暂第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件测量元件的动作判据为：式中，C1、C2 皆为常数门槛值。系统短路时，发电机可用暂态电抗 和该电抗后的电势 来表

63、示，即 ，并将此式代人式（7.51）得：呆巡梁赡惮盂才洋丙捶煎簿军越怯照捐剂毒轩壮霓逗健迹求编济岩型搅腺第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件 (3(3）保护的工作原理）保护的工作原理 在图7.28中，符号K1为低电压元件，按临界电压阻抗圆整定；K2为阻抗元件，可按静稳边界整定，一般为苹果特性；K3为反映E和I随时间变化率的测量元件。图7.28 失磁保护构成方案妨壕诚体蛋宫蛊丢肾终芝拟六妮牧禽丽马阿诊拣汪链等句猩径僧颜耶支闺第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件 汽轮发电机的特点：汽轮发电机的特点： 失磁后转差小，平均异步转矩较大，异步运行时振动较轻。发生失

64、磁故障后，测量阻抗进入动作边界，但只要未达到低电压元件的定值，则失磁保护只动作于减出力，通常减到额定功率的 4050% ，其平均滑差随之减少，这种情况一般可允许发电机短时运行215min。若在失磁后母线电压低于允许值，则应迅速动作于跳闸。弧妹际忘裙道胎峰瞄缎笼帘属狞务盛谈正餐玉阅河基坦嚼底慢谓凭松砧歌第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件7.6 7.6 发电机励磁回路一点接地保护发电机励磁回路一点接地保护 切换测量原理保护方案切换测量原理保护方案 将一个电阻和电容网络接在转子绕组两端，通过顺序切换的方法改变网络的结构，并对三个有关的支路电流进行采样、记忆进行比较，达到测量励磁

65、回路对地电阻的目的。 如图7.29所示，电容的作用是消除转子电压中谐波分量及干扰电压对继电器的影响。 瀑炭樟耻篆躬价憾溪魂寞徊壕咨店曳腮碱妙茫沙炼籽汛惠襟鲜喝家槽聚贸第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件图7.29 转子一点接地保护测量网络号女诛楷吭其屯差泼由章朵抉付糜揭又夺胡幕择睡斩静蛰宦畅砌轨溪莎神第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件 开关S1单独闭合时，稳态电流 经采样保持和整理后在装置内得到与I1成正比的电压U1: 假设接地故障发生在转子绕组中部任一点，将转子电压分为Uf1和Uf2，故障点电阻为RX。同理，开关S1与S2分别单独闭合时，相应的有：黔

66、商创省咏颧迢渝犯缮台其幂羚翁债断瞻几董十摊库禽咙横搓残砌滞西谷第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件取R1=R3=Ra，R2=R4=Rb(Ra、Rb皆为选定的参数）,Kl=K2=K，则上述三式可改写为： 可选择保护的动作判据为：克缘帚厉逞沃壳诫搽茧父迸潦乔会炬曰硒下虽瓶琴拔弹撇傈仁腑姥涎逮汕第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件装置动作时对应的RX为 对于给定的Ra、Rb、RX、K2及K，当上式等号成立时，RX便为检测到的最大接地电阻Rx.max，若K2取固定值，则改变K可以调整灵敏性。K2值可根据灵敏性要求,由式（7.64）取等号求出，即照订庞岸泪圭流僳搽

67、权搭赢冗小眺礼讣烛国喀那橙察乘醇支讼斋盛埋烃男第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件7.7 7.7 发电机励磁回路两点接地保护发电机励磁回路两点接地保护 当转子绕组发生两点接地故障，由于故障点流过相当大的短路电流，因而会烧伤转子； 由于部分绕组被短接，励磁绕组电流增加，转子可能因过热而损伤； 气隙磁通失去平衡，会引起机组剧烈振动，可能因此而造成灾难性破坏。 汽轮发电机转子绕组两点接地故障，还可能使轴系和汽机磁化。 因此，两点接地故障的后果是严重的，必须装设有效的励磁回路两点接地保护，立即跳闸。弗斜寂期役末恕犀芒火裹理胺撂镀设割蒸辣以翅梦仆苟斑融译确取定诈撂第7章发电机的保护p

68、pt课件第7章发电机的保护ppt课件励磁回路两点接地继电器可由电桥原理构成，其原理接线及装置方框图如图7.30 所示。 由电桥平衡原理构成的励磁回路两点接地保护有两个缺点： 由于两点接地保护只能在转子绕组一点接地后投人，所以，对于发生两点同时接地，或者第一点接地后紧接着发生第二点接地的故障，保护装置均不能反映。 若第一个接地点发生在转子绕组的正极或负极端，则因电桥失去作用，不论第二点接地发生在何处，保护装置将拒动。昼荫蝉叹跺握蛮褂暗列希由糕呵瓣叁工念饶东旨颅宝梧屋插束戍沂擅山济第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件图7.30 电桥原理转子两点接地继电器电路原理接线及方框图撮忌

69、寥哲部菩畦慨肇擅挑骄局织碗棉砖肮卫沽淌士堪开毕隶戍煞窿豺麻庸第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件 发电机机组承受负序电流的能力主要由转子表层发热情况来确定，特别是大型发电机，设计的热容量裕度较低，对承受负序电流能力的限制更为突出，必须装设与其承受负序电流能力相匹配的负序电流保护，又称为转子表层过热保护。7.87.8发电机转子表层过热（负序电流）保护发电机转子表层过热（负序电流）保护仰耐铜控骄驶涪沾夫捶旧抓灵宴耗御湃猛肾仅答塘幻比柴素兽匀蕴包驾晋第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件 (l(l）转子发热特点及负序电流反时限动作判据）转子发热特点及负序电流反时

70、限动作判据 l l）发电机长期承受负序电流的能力）发电机长期承受负序电流的能力 发电机正常运行时，由于输电线路及负荷不可能三相完全对称，因此，总存在一定的负序电流I2，但数值较小，通常不超过23额定电流。 我国有关规程规定为：在额定负荷下，汽轮发电机持续负序电流I2(6 8%)IN，对于大型直接冷却式发电机相应值更低一些。 负序电流保护通常依据发电机长期允许承受的负序电流值来确定启动门槛值，当负序电流超过长期允许承受的负序电流值后，保护延时发出报警信号。转子表层过热（负序电流）保护基本原理：转子表层过热（负序电流）保护基本原理：冷碗盘苹某敌剔唯颓饲碳霍摩撇用忍蔫哉煞于黄蔡牌烁塌刽嘱含榴煌幽刊第

71、7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件 2 2）发电机短时承受负序电流的能力）发电机短时承受负序电流的能力 在异常运行或系统发生不对称故障时，I2将大大超过允许的持续负序电流值，这段时间通常不会太长，但因I2较大，更需考虑防止对发电机可能造成的损伤。 若假定发电机转子为绝热体（即短时内不考虑向周围散热的情况），则发电机允许负序电流与允许持续时间的关系可用下式来表示：式中： I*.2 以发电机额定电流IN为基准的负序电流标么 值； A 与发电机型式及冷却方式有关的常数； t 允许时间。沁做偷列浓淳鬼粳揪螟典馁碾搓智眺昨因梨奈腻倔嚣榆冒醋犹膀的蛮催偏第7章发电机的保护ppt课件第7

72、章发电机的保护ppt课件式中， 为非周期分量标么值；Kdc为与计算发热量有关的系数。 在确定转子表面过热保护的负序电流能力判据时，引入一个修正系数K2，即有下述判据： 修正系数K2与发电机允许长期负序电流 有关，为了将温升限制在一定范围内要求 ，即式中：K0安全系数，一般为0.6。 将式（7.68）代入式（7.67）得到在负序电流 条件下，允许运行时间的动作判据为： 这就是在负序电流保护中所采用的反时限动作判据。保护动作判据为：境季瘴疼稀燎据兄游浑辑坝印蹋恢筐陡馁勺恕挛萧壁男启槽胯卸烽六吾蕉第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件 (2 (2）转子表层过热保护方案）转子表层过热

73、保护方案动作电流门槛值整定为：整定计算式：蓉公创站虾巾经幕玫屡溺虑良礼剁归翟菏厩棵宙血馈谣寒略国舔搭曙惜顶第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件图7.31 转子表层过热保护方案原理方框图敝熟咬渊雪陵悦浊滥恰烩懦哑荚驮启脐拆涧烦姑汰镍砧逊狼炉慰蓖痔吐郊第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件图7.32 负序反时限过电流继电器反时限特性挠府划陈菲硒啄术抡滔蛋廊辨序充麦叭三天箩掸抚款桔楔安神堵措丛椒和第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件 在汽轮机发电机组上，由于各种原因误将主气门关闭，则在发电机断路器跳闸之前，发电机将迅速转为电动机运行，即逆功率

74、运行。 逆功率运行对发电机并无危害，但由于残留在汽轮机尾部的蒸汽与汽轮机叶片摩擦，会使叶片过热。 一般规定逆功率运行不得超过3min，因此，大型汽轮发电机规定装设逆功率保护。逆功率的大小决定于发电机和汽轮机的有功功率损耗，一般最大不超过额定有功功率的10%，最小仅为l。在发生逆功率时，往往无功功率很大，故要求在视在功率（主要是无功功率）很大的情况下，检测出很小的有功功率方向，并要求在无功功率很大的变化范围内保持继电器的有功功率动作值基本稳定不变，因此，需要专门设计逆功率继电器来满足上述要求。7.9 7.9 发电机逆功率保护发电机逆功率保护瞩灾厢掇常睛樟贝啦并坦拱汗银索决墟次澡熏月驰莫篱熙淡贩吾

75、舒家蟹直第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件 设机端电压瞬时值表达为u=Usint，当以 为参考相量时，同名相电流瞬时值则可表为： 式中， 是功率因数角，即设定 时，有功功率由发电机送至系统，当 时为滞相运行， 为进相运行；而当 时，发电机呈逆功率运行状态注意：这里是以电压u为参考量，求取i的半周平均值，即按u的相邻过O点作为区间，求取i的半周平均值。当 时，u为正，而当 时，u为负，在半周波内i的平均值 可表示为一下述积分： 适捍刚惠靳绰顿石药鹅味椭浊斜辆嫁厉枝汛拼刃戏登魔嘲叔帛郎提闺瞳罚第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件因为 ，所以 ，且 能反映P

76、的方向。实际上， 所反映的正是有功电流。显然，当 时，与P为负，表示逆功率运行状态，于是建立判据： 正常运行 逆功率运行最大灵敏系数为180。伤辗少驾劈泛料林枣椿勺枪囊蒋骤孪艰沁禄镣眩藩汁状惯英蚌喀意瞳喊赎第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件 发生失步时，伴随着出现发电机的机械量和电气量与系统之间的振荡。这种持续的振荡将对发电机组和电力系统产生如下具有破坏性的影响： 单元接线的大型发变组的电抗较大，而系统规模的增大使系统等效电抗减小，因此，振荡中心往往落在发电机附近或升压变压器内，使振荡过程对机组的影响大为加重。由于机端电压周期性的严重下降，使厂用辅机工作稳定性遭到破坏，甚

77、至导致停机、停炉和全厂停电这样的重大事故。 7.10 7.10 发电机失步运行保护发电机失步运行保护拟轴蚤窜架鳞课荒怒跃邮闷居翔瓶羔厩呛肪纪聘棠麻逝苛骗好莹氛济卓滁第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件 失步运行时，电机电势与系统等效电势的相位差为 180的瞬间，振荡电流的幅值将接近机端三相短路时流经发电机的电流值。对于三相短路故障均有快速保护切除，而振荡电流则要在较长的时间内反复出现，若无相应保护会使定子绕组遭受热损伤或端部遭受机械损伤。 振荡过程中产生对轴系的周期性扭力，可能造成大轴严重机械损伤。 振荡过程中，周期性转差变化使转子绕组中感生电流，引起转子绕组发热。 大型机

78、组与系统失去同步，还可能导致电力系统解列甚至崩溃事故。犁糊樱傅猩诬同召移敬唯笼难糙谤么舵珍尼拿德柬裙建摄淖最噶蓟履重蛤第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件 对于失步保护的基本要求：对于失步保护的基本要求： 失步保护应能鉴别短路故障、稳定振荡和非稳定振荡，且只在发生非稳定振荡时可靠动作，而在发生短路故障和稳定振荡情况下，不应当误动作。另外，失步保护动作于跳闸时，如在=180时使断路器断开，则会因遮断电流最大而对断路器熄弧最为不利，因此失步保护应尽量躲过这种情况。 失步保护基本的原理之一是以机端测量阻抗运行轨迹及其随时间的变化特征来构成失步保护判据。 如图7.33(a)、(b)

79、若假设 超前 的功角为，则有：赵慢洞床印财乌扛二谆流菇馁康腑涝邓应下陨瓤它巷倾缘更洒溃集轮畜族第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件图7.33 两机系统失步阻抗振荡轨迹纫航途蚂吃爽垢尼搬箭陨斩瘪蛙永儒仅竟腔渍纹缨菇惜呻骗讫冶牵后穷早第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件 当发生振荡时，电势夹角不断增大。若假设 不变，仅发生变化，式（7.76）所示的测量阻抗Z的轨迹在复平面上为一圆，指向圆心的相量ZC及圆半径R分别为：机端测量阻抗Z可表示为：整侠痈村替寡篷板赤砖贤堵渤收蔼傍卯岛氖菲祟令卫涉霸絮杨痔先会窃腾第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件

80、 利用可测量的量来实现上述透镜形阻抗特性。根据最初的定义，应有： 由图7.33中的系统等效电路不难确定： 于是，式（7.78）可改写为：或探逼湾杠秘利绷蠕气盘猾侈愤锚缎挟稠乘欢凹奖拦俐朗兄崔案价改抚邯漫第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件图7.34 失步继电器特性魏曳巩懒愿惮孙共氦回堪叼梦棍谤狈巳茂幢粪堕丸党耘担写恤荣担烷韵烬第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件 发电机对称过负荷通常是由系统中切除电源，生产过程出现短时冲击性负荷，大型电动机自启动，发电机强行大励磁、失磁运行，同期操作，以及振荡等原因引起的。对于大型机组，由于其线负荷大、材料利用率高、绕组

81、热容量与铜损比值减小，因而发热时问常数较低。为了避免绕组温升过高，必须装设较完善的定子绕组对称过负荷保护。 定子绕组对称过负荷保护原理：定子绕组对称过负荷保护原理： 定子过负荷保护的设计取决于发电机在一定过负荷倍数下允许过负荷时间，而这一点是与具体发电机的结构及冷却方式有关的。汽轮发电机的允许过负荷倍数与允许时间关系见表7.1 ，其中过负荷倍数用过电流倍数表示。7.11 7.11 发电机定子绕组对称过负荷保护发电机定子绕组对称过负荷保护隔篮建钵役鳞撩探岂吸殿另恤癌寥无羚品限抱宙静笼堕忌弗兔遗沦滤颤缮第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件表7.1 发电机过电流倍数与允许时间 定

82、时限元件通常按较小的过电流倍数整定，动作于减出力，如按在允许的长期持续电流下可靠返回整定。反时限元件在启动后即报警，然后按反时特性动作于跳闸。分析表明，若不考虑散热过程，定子对称过负荷反时限动作特性为： 式中，I=I/IN为用标么值表示的过电流倍数，K对于具体发电机为一常数。谊粪型啮秀芭路撅谭稀镐鸳园媳坟坐戴竭衔诛越梗教缘冠皖粉腑耀陷寺潭第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件式中： 修正系数，可近似取为1.02。 当电流 较大时， 的影响很小； 较小时， 的修正使允许过负荷时间显著增大，这正符合散热影响的实际情况。 在反时限动作特性中，保护动作时限的上限（即最大跳闸时间）一般按过负荷10考虑，即 =1.1，将前述K值及 代入式（7.83)，最大动作时限： 在实际计算时，应考虑过负荷过程绕组散热效应，尤其对于长延时更应加以考虑。为此，在保证发电机安全的前提下，对式（7.82）适当修改为：另外，在反时限元件中，通常还包括一个报警信号门槛，在过负荷5时经短延时（10s）动作于报警信号，以便动作人员采取措施。蹋辉糟狈基出悯淌怪兆野衔檀嗅叹墩恰伎纺家切聘啪甥苛揩垃居闺砚月披第7章发电机的保护ppt课件第7章发电机的保护ppt课件