100MW发电机变压器继电保护2(25页).doc

-100MW发电机变压器继电保护2-第 22 页电力系统继电保护课程设计报告（20122013学年 第一学期）题 目100MW发电机组继电保护自动装置的整定计算系 别 电子与电气工程系 专 业 电气工程及其自动化 班 级 0920325 学 号 092032516 姓 名 陈继辉 指导教师 黄新 完成时间 2012.11.25 评定成绩 目录 第一章 绪 论第一节 继电保继电保护概述电力系统在运行中，由于电气设备的绝缘老化、损坏、雷击、鸟害、设备缺陷或误操作等原因，可能发生各种故障和不正常运行状态。最常见的而且也是最危险的故障是各种类型的短路，最常见的不正常运行状态是过负荷，最常见的短路故障是单相接地。这些故障和不正常运行状态严重危及电力系统的安全和可靠运行，这就需要继电保护装置来反应设备的这些不正常运行状态。 所谓继电保护装置，就是指能反应电力系统中电气设备所发生的故障或不正常状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。它的基本作用是： 当电力系统发生故障时，能自动地、迅速地、有选择性地将故障设备从电力系统中切除，以保证系统其余部分迅速恢复正常运行，并使故障设备不再继续遭受损坏。 当系统发生不正常状态时，能自动地、及时地、有选择性地发出信号通知运行人员进行处理，或者切除那些继续运行会引起故障的电气设备。可见，继电保护装置是电力系统必不可少的重要组成部分，对保障系统安全运行、保证电能质量、防止故障的扩大和事故的发生，都有极其重要的作用。为完成继电保护的基本任务，对于动作于断路器跳闸的继电保护装置，必须满足以下四项基本要求： 选择性 选择性是指电力系统发生故障时，继电保护仅将故障部分切除，保障其他无故障部分继续运行，以尽量缩小停电范围。继电保护装置的选择性，是依靠采用合适类型的继电保护装置和正确选择其整定值，使各级保护相互配合而实现的。 快速性 为了保证电力系统运行的稳定性和对用户可靠供电，以及避免和减轻电气设备在事故时所遭受的损害，要求继电保护装置尽快地动作，尽快地切除故障部分。但是，并不是对所有的故障情况，都要求快速切除故障，应根据被保护对象在电力系统中的地位和作用，来确定其保护的动作速度。 （3）灵敏性 灵敏性是继电保护装置对其保护范围内发生的故障或不正常工作状态的反应能力，一般以灵敏系数K表示。灵敏系数K越大，说明保护的灵敏度越高。每种继电保护均有特定的保护区(发电机、变压器、母线、线路等)，各保护区的范围是通过设计计算后人为确定的，保护区的边界值称为该保护的整定值。 可靠性 可靠性是指当保护范围内发生故障或不正常工作状态时，保护装置能够可靠动作而不致拒绝动作，而在电气设备无故障或在保护范围以外发生故障时，保护装置不发生误动。保护装置拒绝动作或误动作，都将使保护装置成为扩大事故或直接产生事故的根源。因此，提高保护装置的可靠性是非常重要的 以上对继电保护装置所提出的四项基本要求是互相紧密联系的，有时是相互矛盾的。例如，为了满足选择性，有时就要求保护动作必须具有一定的延时，为了保证灵敏度，有时就允许保护装置无选择地动作，再采用自动重合闸装置进行纠正，为了保证快速性和灵敏性，有时就采用比较复杂和可靠性稍差的保护。总之，要根据具体情况 (被保护对象、电力系统条件、运行经验等)，分清主要矛盾和次要矛盾，统筹兼顾，力求相对最优。护概述第二节 课程设计的主要内容及基本思想 本次设计的主要内容是一个2*200MW火力发电厂的电气二次部分设计。在这次设计中一共分通过以下几个步骤来完成成本次的设计任务。2.1毕业设计的主要内容、功能及技术指标1、电厂规模与主要技术指标：（1）装机容量: 装机2台，容量分别为 2X200MW, UN=15.75KV（2） 保证供电安全、可靠、经济；2、主要内容：（1）确定保护配置：根据设计任务书，分析原始资料与数据，对电厂扩建发变机组进行保护配置的选取（2）整定计算：选择发电机变压器的保护配置对其进行整定计算。（3）绘制保护配置图：根据电气主接线发变机组的保护要求，绘制保护配置图3、原始资料1.1 发电厂及110kv电网接线图(1) 各变电站、发电厂的操作直流电源电压U=220V；(2) 发电厂最大发电容量2×25+50=100MW，最小发电容量为50MW，正常运行方式为发电厂发电容量最大，即100MW； (3) 线路X1=0.4/km, X0=0.4/km； (4) 变压器均为YN，D11，110±2.5%/10.5KV, UK=10.5%； (5) t=0.5S,负荷侧后备保护动作时间tdz=1.5S, 允许的最大故障切除时间为0.85S，变压器和母线均配置有差动保护； (6) 发电厂升压变中性点直接接地，其他变压器不接地；(7) 110KV断路器跳闸时间为0.07S，(8) 线路AC、BC、AB、CD的最大负荷电流分别为：230、150、230、140A，负荷自启动系数Kss=1.5；第二章 短路计算第一节 运行方式选择 电力系统运行方式的变化，直接影响保护的性能。因此，在对继电保护进行整定计弊之前，首先应该分析运行方式。这里要着重说明继电保护的最大运行方式是指电网在某种连接情况下通过保护的电流值最大，继电保护的最小运行方式是指电网在某种连接情况下通过保护的电流值最小。因此，系统的最大运行方式不一定就是保护的最大运行方式；系统的最小运行方式也不一定就是保护的最小运行方式。由原始资料得发电厂最大发电容量2×25+50=100MW，最小发电容量为50MW，正常运行方式为发电厂发电容量最大，即G1 G2 G3同时并列运行；所以该发电机组运行方式为最大运行方式，短路计算以此为依据。第二节 线路参数计算 2.1基准值选择基准功率：SB=100MV·A，基准电压：VB=115V。基准电流：IB=SB/1.732 VB=100×103/1.732×115=0.502KA；基准电抗：ZB=VB/1.732 IB=115×103/1.732×502=132.25；电压标幺值：E=E(2)=1.052.2线路等值电抗计算(1) 线路L1等值电抗计算正序以及负序电抗：XL1= X1L1=0.4×60=24XL1*= XL1/ ZB=24/132.25=0.1814零序电抗： XL10= X0L1= 3X1L1=3×0.4×60=72XL10*= XL10/ ZB=72/132.25=0.5444(2) 线路L3等值电抗计算正序以及负序电抗： XL3= X1L3=0.4×90=36XL3*= XL3/ ZB=36/132.25=0.2722零序电抗： XL30= X0L3= 3X1L3=3×0.4×90=108XL30*= XL30/ ZB=108/132.25=0.81662.3变压器等值电抗计算(1) 变压器T1、T2等值电抗计算XT1= XT2=(UK%/100)×(VN2×103/ SN)40.333XT1*= XT2*=XT1/ ZB=40.333/132.25=0.3050(2) 变压器T3等值电抗计算XT3=(UK%/100)×(VN2×103/ SN)21.175XT3*=XT3/ ZB=21.175/132.25=0.1601第三节 短路计算点的选择 3.1电网等效电路图 由于短路电流计算是电网继电保护配置设计的基础,因此分别考虑最大运行方式(三台发电机全部投入,系统环网取开网运行)时各线路未端短路的情况,最小运行方下(三台中最小的一台投入,系统按环网计算)时各线路未端短路的情况。电网等效电路图如图3.1所示图3-1电网等效电路图由于本设计只考虑E母线和F母线之前的部分，所以短路计算只选择d6和d3，这样能保证流过母线A的电流为最大短路电流3.2 系统阻抗计算 Zs .max=(G1+T1)|( G2+T2) |( G3+T3)= (0.4224+0.3050)|( 0.4224+0.3050) |( 0.2064+0.1601)=0.18253.3 d6点短路计算正序短路电流其中：Xff6= Zs .max +XL3 =0.1825+0.2722=0.4547Id6·max*=E/Xff7=1.05/0.45472.3092Id6·max=Id6·max*IB=2.3092×0.5021.1592KA3.4 d3点短路计算 (1)最大运行方式正序短路电流Xff3= Zs .max +XL1=0.1825+0.1814=0.3639Id3·max*=E/Xff3=1.05/0.36392.8463Id3·max=Id3·max*IB=2.8463×0.5021.4288KA3.4 整定电流选择 由3.3和3.4分别算出各路短路电流，由于Id6·max < Id3·max，所以最大短路电流取Ik.max= Id3·max=1.4288KA，因此之后的整定都依据此短路电流进行计算第三章 发变组保护配置第一节 发电机主保护配置1.1发电机变压器电流互感器的选择： G1G2发电机一次侧额定电流：IN=Sn/Un=25000/10.5=2380.9（A）； 电流互感器计算变比：NL=2380.9×1.1/5=2618/5； 选用标准变比：2500/5=300；G3发电机一次侧额定电流：IN=Sn/Un=50000/10.5=4761.9（A）电流互感器计算变比为：NL=4761.9/5； 选用标准变比：5000/5；电流互感器的型号选择为：LMZJ1-0.5继电器选用BHC-2型差动型继电器1.2发电机纵差保护（主保护）发电机相间短路的纵联差动保护（简称发电机纵差保护）是用于发电机定子绕组及其引出线相间短路故障的主保护，其基本原理与变压器纵差保护的原理相似，按照比较发电机机端侧与中性点侧电流大小和相位的原理构成。而由于发电机结构的特殊性，发电机纵差保护根据获取电流方式不同，其接线方式有完全纵差保护和不完全纵差保护两种。（一）发电机完全纵差保护（比率制动式）比率制动式差动保护是发电机内部相间短路故障的主保护。（1）保护原理差动动作方程如下：, 时式中：Id 为差动电流，Id.min 为启动电流，Ires 为制动电流，Ires.min 为拐点电流，K 为比率制动特性的斜率。各侧电流的方向都以指向发电机为正方向，见图4-1-1-1。差动电流： 制动电流： 式中：， 分别为机端、中性点电流互感器(TA)二次侧的电流，TA 的极性见下图所示：电流极性接线示意图（根据工程需要，也可将 TA 极性端均定义为靠近发电机侧）（2）TA 断线判别当任一相差动电流大于0.15 倍的额定电流时启动TA 断线判别程序，满足下列条件认为TA 断线:a. 本侧三相电流中至少一相电流为零b. 本侧三相电流中至少一相电流不变；c. 最大相电流小于 1.2 倍的额定电流。（二）发电机纵差保护整定与灵敏度 (1)起动电流的整定Id.min=Krel(Ierl+Ier2) 通常取0.3Ign(2)拐点电流的整定。Ires.min=(0.51.0)Ign(3)比率制动特性的制动系数Kres和制动斜率K的整定Kres=Iunb.max/Ik.max而制动斜率可表示为K=Iunb.max-Id.min/Ik.max-Ires.minKres一般取0.260.451.3 发电机定子匝间短路保护原理发电机定子匝间短路保护原理，主要有发电机纵向零序过电压及故障分量负序方向型匝间保护，不仅作为发电机内部匝间短路的主保护，还可作为发电机内部相间短路及定子绕组开焊的保护；故障分量负序方向(P2)保护应装在发电机端，不仅可作为发电机内部匝间短路的主保护，还可作为发电机内部相间短路及定子绕组开焊的保护；高灵敏零序电流型横差保护，作为发电机内部匝间、相间短路及定子绕组开焊的主保护。发电机横差保护，是发电机定子绕组匝间短路（同分支匝间短路及同相不同分支之间的匝间短路）、线棒开焊的主保护，也能保护定子绕组相间短路。单元件横差保护，适用于每相定子绕组为多分支，且有两个或两个以上中性点引出的发电机。（1）构成原理发电机单元件横差保护的输入电流，为发电机两个中性点连线上的TA 二次电流。以定子绕组每相两分支的发电机为例，其交流输入回路示意图如下所示：理想发电机正常时中性点连线上不会有电流产生，实际上发电机不同中性点之间从在不平衡电流，原因如下:(1) 定子同向而不同分支的绕组参数不完全相同，致使两端的电动势及支路电流有差异。(2) 发电机定子气息磁场不完全均匀，在不同定子绕组中产生的感应电动势不同。(3) 转自偏心，在不同的定子绕组中产生不同电动势。(4) 存在三次谐波。因此单原件纵差保护动作电流必须克服这些不平衡，整定式为： 额定工况下，同相不同分支绕组由于绕组之间参数的差异产生的不平衡电流，由于是三相之和，一般可取 磁场气隙不平衡产生的不平衡电流，一般可取 转自偏心产生的不平衡电流，一般取 可靠系数，取1.21.5把各系数代入得第二节 变压器主保护配置2.1不完全纵差保护不完全纵差保护是变压器(或发电机)内部故障的主保护，既能反映发电机(或发变组)内部各种相间短路，也能反映匝间短路和分支绕组的开焊故障。不完全纵差保护可作为变压器纵差保护，当用于发变组不完全纵差保护时，应增设防涌流误动的二次谐波闭锁判据。（1）保护原理差动动作方程如下： (时) （时）式中：Iop 为差动电流，Iop.0 为差动最小动作电流整定值，Ires 为制动电流，Ires.0 为最小制动电流整定值，S 为比率制动特性的斜率。各侧电流的方向都以指向发电机为正方向。差动电流： 制动电流：式中：IT，IN 分别为机端，中性点电流，Kfz 为分支平衡系数。（2）TA 断线判别当任一相差动电流大于 0.15 倍的额定电流时启动TA 断线判别程序，满足下列条件认为TA 断线:a. 本侧三相电流中至少一相电流为零b. 本侧三相电流中至少一相电流不变；c. 最大相电流小于 1.2 倍的额定电流。（3）发电机全纵差保护原理接线图如下所示(a) 中性点侧引出6 个端子 (b) 中性点侧引出4 个端子2.2 变压器纵差保护与发电机纵差保护的不同 变压器纵差保护与发电机纵差保护一样，也可采用比率制动方式或标积制动方式达到外部短路不误动和内部短路灵敏动作的目的。但是变压器纵差保护的最大制动系数比发电机的大，灵敏度相对较低。 1）变压器各侧额定电压和额定电流各不相等，因此各侧电流互感器的型号一定不同，而且各侧三相连接方式不尽相同，所以各侧相电流的相位也可能不一致，这将使外部短路时不平衡电流增大，所以变压器纵差保护的最大侧制动系数比发电机的大，灵敏度相对较低。 2）变压器高压绕组常有调压分接头，有的还要求带负荷调节使变压器纵差保护已调整平衡的二次电流又被破坏，不平衡电流增大，这将使变压器纵差保护的最小动作电流和制动系数都要相应加大。 3)对于定子绕组的匝间短路。发电机纵差保护完全没有作用。变压器各侧绕组的匝间短路，通过变压器铁芯磁路的耦合，改变了各侧电流大小和相位，使变压器纵差保护对匝间短路有作用（匝间短路可视为变压器的一个新绕组）。 4)无论变压器绕组还是发电机定子绕组的开焊故障，它们的完全纵差保护均不能动作，但变压器可依靠瓦斯保护或压力保护。 5)变压器纵差保护范围除包括各侧绕组外，还包含变压器的铁芯，即变压器纵差保护不仅有电路还有磁路，这就违反了纵差保护的理论基础基尔霍夫电流定律。2.3变压器纵差保护整定与灵敏度 1.1纵差保护动作电流的整定原则 （1）躲过外部短路时的最大不平衡电流，整定式为： Iset=KrelIunb.max (2)躲过变压器最大励磁涌流，整定式为： Iset=KrelKuIn(3)躲过电流互感器二次回路断线引起的差电流 Iset=Krel*I1.max1.2纵差保护动作灵敏度校验 纵差保护灵敏系数校验式为： Ksen=Ik.min.r/Iset第四章 发变组单元后备保护第一节 阻抗保护对于升压变压器或系统联络变压器，当采用复合电压起动的过电流保护和负序电流及单项式低电压起动的过电流保护时不能满足灵敏性和选择性要求时，可采用阻抗保护。变压器阻抗保护通常作为330KV及以上大型变压器相间短路的后备保护，由起动元件、相间阻抗测量元件、时间元件、TV断线检测元件等组成。当阻抗保护的起动元件和阻抗元件均动作、阻抗保护的压板投入、TV断线检测元件不动作，且经过预定的延时后，保护动作与跳闸。1.1起动元件起动元件由由相电流差突变量起动元件和负序电流起动元件两部分组成，相电流差突变量起动反应对称短路故障，负序电流起动元件反应不对称短路故障。起动元件动作判据为： i_I_set或I_2>I_(set,2)式中：i_为相电流突变量；I_2为负序电流；I_set、I_(set,2)分别为相电流突变量起动元件和负序电流起动元件的动作整定值，通常均取电流互感器二次额定电流的0.2倍。1.2 阻抗元件阻抗元件时变压器阻抗保护的测量元件，用于测量相间短路阻抗值，构成变压器相间短路的后备保护。阻抗元件采用00接线方式，其动作特性可根据需要整定为全阻抗圆特性或偏移阻抗圆特性，动作的正方向可以指向变压器，也可以指向母线，由保护的控制字控制。1.3 TV断线检测元件TV断线检测元件的作用是防止TV断线时，变压器阻抗保护误动作。当该元件检测到TV二次回路断线时，将阻抗保护闭锁，并发出告警信息。BC相间阻抗判据动作CA相间阻抗判据动作相电流突变量启动元件动作负序电流突变量启动元件动作后备保护应连接片投入阻抗保护软连接片投入机端TV断线&&&&1保护段动作t1t2保护段动作AB相间阻抗判据动作图4-1 保护逻辑图第二节 转子一点接地保护发电机正常运行时，转子回路对地之间有一定的绝缘电容和分布电阻。当转子回路发生一点接地故障时，由于没有形成电流回路，对发电机运行没有直接影响；一旦发电机发生转子两点接地后，励磁绕组将形成短路，使转子磁场畸变，引起机体强烈震动，严重损坏发电机。因此，有关规程要求发电机必须装有转子回路一点接地保护，动作于信号；装设转子回路两点接地保护，动作于跳闸。 2.1 保护原理： 切换采样式转子一点接地保护采用开关切换采样原理，通过求解两个不同的接地回路方程，实时计算转子接地电阻和接地位置。 当设S1闭合，S2断开时，在上测得电压；当S2闭合，S1断开时，在上测得电压。，则：正常运行时：4个电阻R对称，；转子一点接地时，,当接地电阻小于或等于接地电阻整定值 时，经延时发信号。2.2 保护的整定计算：保护的接地电阻整定值取决于正常运行时转子回路的绝缘水平。当接地电阻的高整定值整定为10K时，延时（410 s）东方工作于发信号；当接地电阻低整定值整定为10K时，延时（14s）动作与跳闸。3.保护逻辑框图：Rk Rk.set启动判据满足开放判据满足励磁回路一点接地保护投入保护动作&t&第三节 转子两点接地保护当发电机发生励磁绕组两点接地时，故障电流过的短路电流数值很大，会烧坏转子；当部分转子被短接，励磁绕组电流增加，转子有可能因过热而损坏；部分绕组被短接时气隙磁通失去平衡，会引起机组剧烈振动，可能因此造成灾难性破坏；转子两点接地短路时还会使轴系和汽机磁化。因此对于发电机很有必要装设转子两点接地保护。3.1原理分析转子两点接地保护共享转子一点接地时测得接地位置的数据。所以，在一点接地故障后，保护装置继续测量接地电阻的位置，若再发生转子一点接地故障，则以测得的值将变化。当其变化值超过整定值时，保护装置就认为已发生转子两点接地故障，发电机应立即停机。3.2 定值整定式中转子连点接地时位置变化的整定值接地位置变化动作值一般可以整定为（5%10%）（为发电机励磁电压）；动作时限避开瞬时出现的两点接地故障整定，一般为0.51.0s。第五章 发变组单元异常运行保护配置第一节 反时限定子绕组过负荷保护对于非直吹冷却方式的中小型发电机定子绕组的过负荷保护，采用单相式定时限电流保护，经延时动作与信号。保护的电流按在发电机长期允许的负荷电流下能可靠返回的条件整定，即：式中 发电机额定电流 可靠系数，取1.5 返回系数，取0.85保护的动作时限应与发电机在过负荷条件下允许的时间相配合，并大于相间短路后备保护最大延时。对于直接冷却的大中型发电机，定子绕组的过负荷保护，由定时限电流保护和反时限电流保护两部分组成。定时限部分，经延时动作与信号，有条件时可动作于自动减负荷；反时限部分按反时限特性动作与跳闸。第二节 转子绕组的过负荷保护转子绕组过负荷保护的配置与整定原则和定子绕组过负荷保护相似。对于30MW及以上的发电机，转子绕组过负荷保护由定时限电流保护和反时限电流保护两部分组成，定时限部分经延时动作与信号，反时限部分动作于解列灭磁。定时限过负荷保护的动作电流，按发电机正常运行最大励磁电流下能可靠返回的条件整定计算公式与定子绕组过负荷保护计算公式相同。反时限过负荷保护按：进行整定。第三节 转子表层的过负荷保护当发电机三相负荷不对称或系统发生不对称短路时，定子绕组中的负序电流产生旋转磁场，该磁场旋转的方向与转子运动方向相反，以两倍同步速度切割转子，转子中感应出100HZ交变电流，该电流使转子本体、端部、护环内表面等处因电流密度过大而过热灼伤，甚至引起护环松脱导致发生重大事故。另外，在定子转子之间产生的100HZ交变电磁力矩的作用下，机组会发生振动。为防止以上事故的发生，发电机应装设转子表层负序过负荷保护，即反时限负序电流保护。同时，该保护还可以兼作系统不对称故障的后备保护。对于中小型的发电机转子表层的负序过负荷保护，通常采用两段式定时限负序电流保护。段动作电流按与相邻元件后备保护配合的条件整定，一般取，经35s延时后动作于跳闸。段动作电流按躲过发电机长期允许的负序电流，一般取，经510s延时后动作于信号。大型发电机组转子表层负序过负荷保护，一般由定时限负序电流保护反时限负序电流保护两部分组成。定时限负序电流保护动作与信号，反时限负序电流保护动作于跳闸。定时限负序电流保护的动作电流，按在发电机长期允许的负荷电流下能可靠返回的条件整定。反时限负序电流保护的动作电流应与发电机承受负序电流的能力相配合。第四节 励磁绕组过负荷保护励磁绕组过负荷保护与定子绕组过负荷保护类似，也由定时限电流保护和反时限电流保护两部分组成。定时限部分的动作电流按在正常励磁电流下能够可靠返回的条件整定。反时限部分的动作特性按：进行整定，动作于解列灭磁。发电机的励磁系统，有的用交流励磁电源经可控或不可控整流装置组成。对于这种励磁系统，发电机励磁绕组过负荷保护可以配置在直流侧，也可以配置在交流侧。当由备用励磁机时，保护装置配置在直流侧可以在使用备用励磁机时励磁绕组不失去保护，但此时需要装设比较昂贵的直流变换设备。为了使励磁绕组过负荷保护能兼作励磁机、整流装置及其引出线的短路保护，长装设在中性点侧，当中性点没有引出端子时，则配置在励磁机的机端。此时，保护装置的动作电流要计及整流系数换算到交流侧。第五节 失磁保护发电机失磁通常是指发电机励磁异常下降或励磁完全消失的故障。励磁异常下降指发电机励磁电流的降低超过了静态稳定极限所允许的程度，使发电机稳定运行遭到破坏。造成励磁异常下降的原因通常是由于主励磁机故障；误操作的过量调整等。完全励磁消失就是发电机失去励磁电源，通常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等原因引起。对于不允许失磁后继续运行的发电机，失磁保护应动作于跳闸。当发电机允许失磁运行时保护可动作于信号，并要求失磁保护与切换励磁、自动减负荷等自动控制相结合，以取得发电机失磁后的最好处理效果。发电机失磁对发电机本身的影响主要有: 1、由于发动机失磁后出现转差,在发电机转子回路中出现差频电流,差频电流在转子回路中产生损耗,如果超出允许值,将使转子过热。特别是直接冷却的高力率大型机组,其热容量裕度相对降低,转子更容易过热。而转子表层的差频电流,还可能使转子本体槽楔、护环的接触面上发生严重的局部过热甚至灼伤； 2、失磁发电机进入异步运行之后,发电机的等效电抗降低,从电力系统中吸收无功功率,失磁前带的有功功率越大,转差就越大,等效电抗就越小,所吸收的无功功率就越大。在重负荷下失磁后,由于过电流,将使发电机定子过热；3、对于直接冷却高力率的大型汽轮发电机,其平均异步转矩的最大值较小,惯性常数也相对降低,转子在纵轴和横轴方面,也呈较明显的不对称。由于这些原因, 在重负荷下失磁后,这种发电机转矩、有功功率要发生剧烈的周期性摆动，将有很大甚至超过额定值的电机转矩周期性地作用到发电机的轴系上,并通过定子传递到机座上。此时,转差也作周期性变化,其最大值可能达到4%5%, 发电机周期性地严重超速。这些情况,都直接威胁着机组的安全；4、失磁运行时,定子端部漏磁增强,将使端部的部件和边段铁芯过热。5.1 保护原理对于大型发电机通常装设专门的失磁保护，动作于信号、减负荷或停机。大型机组突然跳闸会给机组本身造成大的冲击，对系统也会加重扰动，因此一般汽轮发电机的诗词保护仅动作于减负荷，转入低负荷异步运行。若不能在允许的异步时间内消除失磁因素，保护在动作于跳闸。若大型机组失磁而危及电力系统安全时，保护应尽快断开失磁的发电机。以静稳态边界为动作判据，采用变励磁电压（P）原理，即得动作电压随P变化，对于隐极机，动作判据为式中，整定系数，单位“伏/瓦”，即为 平面上动作特性直线的斜率；发电机有功功率，单位“瓦”；发电机额定功率，单位“瓦”；发电机励磁电压，单位“伏”；5.2 保护的逻辑框图第六节 失步保护随着电力系统容量不断增加，大型发电厂高压母线的系统阻抗较小，一旦发生系统非稳定性振荡，其振荡中心很容易进入失步发电机变压器组内部，这将严重威胁失步的发电机和系统的安全运行。所以发电机组均加装有失步保护，并有多种不同类型判据的失步保护。6.1 失步保护的基本原理失步保护的基本原理主要是通过测量阻抗的轨迹变化情况来检测是否失步。其主要指标有三点:一是测量阻抗轨迹为自左向右或自右向左依次穿越整定阻抗区域，穿越一次则记录为滑极次数加一；二是每穿越一个区域都大于一定延时，以区别于故障以及区分失步振荡和稳定振荡；三是滑极次数达到一定值时，则动作出口。失步保护要求在短路故障、系统振荡、电压回路断线等情况下，保护不误动作。失步保护反应发电机失步振荡引起的异步运行，失步保护阻抗元件计算采用发电机正序电压、正序电流，阻抗轨迹在各种故障下均能正确反映。国内失步保护主要采用三阻抗元件失步保护动作特性或双遮挡器失步保护动作特性。 保护采用三阻抗元件失步继电器动作特性, 如下图第一部分是透镜特性，图中，它把阻抗平面分成透镜内的部分I和透镜外的部分O。第二部分是遮挡器特性，图中，它把阻抗平面分成左半部分L和右半部分R。 两种特性的结合，把阻抗平面分成四个区OL、IL、IR、OR，阻抗轨迹顺序穿过四个区（OLILIROR或ORIRILOL），并在每个区停留时间大于一时限，则保护判为发电机失步振荡。每顺序穿过一次，保护的滑极计数加1，到达整定次数，保护动作。第三部分特性是电抗线，图中，它把动作区一分为二，电抗线以上为I段（U），电抗线以下为II段（D）。阻抗轨迹顺序穿过四个区时位于电抗线以下，则认为振荡中心位于发变组内，位于电抗线以上，则认为振荡中心位于发变组外，两种情况下滑极次数可分别整定，保护可动作于报警信号, 也可动作于跳闸。6.2 失步保护逻辑框图第七节 发电机低频保护7.1 保护原理大型汽轮发电机运行中允许其频率变化的范围为48.550.5Hz,低于48.5Hz 时,累计运行时间和每次持续运行时间达到定值,保护动作于信号或跳闸。汽轮机叶片有自己的自振频率。并网运行的发电机，当系统频率异常时，汽轮机叶片可能产生共振，从而使叶片发生疲劳，长久下去可能损坏汽轮机的叶片。发电机频率异常保护，是保护汽轮机安全的。7.2 保护的逻辑框图图7-2-1保护的逻辑框图第八节 发电机逆功率保护原理发电机逆功率保护用于保护汽轮发电机组，当主汽门误关闭，或机组保护动作于关闭主汽门而出口断路器未跳闸时等原因，发电机将变为电动机运行，从系统吸收有功功率。此时由于鼓风损失等，汽轮机尾部叶片可能过热，造成汽轮机损坏。一般汽轮发电机组不允许这种情况长期存在，而发电机逆功率保护可以很好的起到这种保护作用。发电机的功率计算采用三相电压和三相电流得到。8.1 保护原理逆功率保护反应发电机从系统吸收有功功率的大小。电压取自发电机机端 TV，电流取自发电机机端(或中性点)TA。保护按三相接线，有功功率为：为电压超前电流的角度，动作判据为：为逆功率保护动作整定值。保护设有2 段延时，短延时t1(1s5s)用于发信号，延时 (10s600s)可用于跳闸。8.2 保护逻辑图见图图8-2-1保护逻辑图见图第九节 发电机起停机保护原理发电机启动或停机过程中，频率低，转速也低。若在启停机过程中发电机发生故障，反映工频的主设备保护可能不能正确动作，因此应设置能反映在启停机过程中发生定子接地故障和相间短路故障的启停机保护，即：反映发电机低速运行时的定子接地故障的零序电压式启停机保护，及反映发电机低速运行时的相间故障的低频过电流保护。9.1 构成原理及逻辑框图保护的输入电压为取自机端TV 开口三角形绕组的零序电压或中性点TV（或消弧线圈或配电变压器）二次电压，采用专用的测量回路，其工作频率范围：5HZ55HZ，误差不大于±5%。该保护只作为发电机启停机过程中的辅助保护，它由断路器辅助接点控制，待发电机并网后可自动退出运行。动作方程式中： 机端TV 开口三角电压或中性点TV（配电变压器或消弧线圈）二次电压；动作电压整定值。9.2 保护的逻辑框图图9-2-1保护的逻辑框图第十节 发电机意外突加电压保护原理突加电压保护作为发电机盘车状态下，主断路器误合闸时的保护。10.1保护原理发电机在盘车或静止时，发生出口断路器误合闸，系统三相工频电压突然加在机端，使同步发电机处于异步启动工况，由系统向发电机定子绕组倒送的电流（正序电流）在气隙中产生的旋转磁场在转子本体中感应工频或接近工频的电流，从而引起转子过热而损伤，还可能由于润滑油油压不足使旋转轴承磨损。当停机、盘车或起动升速但磁场开关未闭合时误合闸，过流元件快速动作于跳闸，同时，由于发电机处于同步电机的异步起动过程，阻抗元件延时动作于跳闸，构成双重化保护；当并网前，机组启动，断路器断开，而磁场开关闭合时，过流元件退出工作，此时，若正常并网，阻抗元件不动作，误合闸保护不会动作，若发生误合闸，阻抗元件动作于跳闸。10.2 保护逻辑框图图12-2-1 保护逻辑框图第十一节 非全相保护组的故障，大多数发生在机组解列、并列的操作过程中，正确地进行机组解列或并列的操作是大幅度地减少因负序电流烧损转子的简单而有效的措施。因此只要遵循保持励磁、稳定机组转速、减少机组出力、控制定子电流的原则，严格按照合理顺序进行操作和调整，完全可以把负序电流控制在允许的范围之内。变压器220KV及以上高压侧的断路器，多为分相操作的断路器，常由于误操作或机械方面的原因，使三相不能同时合闸或跳闸，或在正常运行中突然一相跳闸。当发变组装有转子表层负序过负荷保护时，该保护有较长的延时有可能使相邻线路对侧后备保护抢先动作，导致故障范围扩大，甚至造成系统瓦解。因此，对于在系统中占有重要地位的电力变压器，220KV及以上电压侧分相操作的断路器，当非全相运行可能引起电力系统中其它保护越级跳闸，造成严重故障时，要求装设非全相运行保护。运行经验证明：220KV电压等级的分相操作断路器，发生非全相运行的情况是多见的，并在某些联系薄弱的电力系统中造成稳定破坏事故。因此，非全相运行保护得到普遍应用。非全相运行保护，一般有灵敏的负序电流元件和非全相判别回路组成。经短延时（如t=0.20.5s）动作于断开其他健全相。如果是操动机构故障，不能断开其他健全相，则应动作于母线失灵保护，切断与本回路有关的母线段上的其他有源电路。但是失灵保护不允许采用断路器辅助触点作判别元件。故障时，组运行工况的主要变化：1、由于主断路器一相或两相在合闸状态，致使定子电流严重不对称。（1）在主断路器一相未断开时（一相运行）电流幅值的变化规律是：比故障相滞后的一相电流为零，其它两相电流基本相等；（2）在主断路器两相未断开时，电流幅值的变化规律是：比故障相滞后一相电流最大，其它两相电流基本相等。2、汽轮机打闸后，由于发变组处于非全相及失磁状态下与系统连着，处于稳定的异步电动机不对称运行状态（空载），转速下降不明显。3、出口电压明显下降，由于失磁、主断路器非全相断开的状态下，变成了一个感性负载，处于稳定的异步电动机的不对称运行状态，从系统吸取大量无功功率，使出口电压明显下降。4、由于汽轮机打闸，灭磁开关断开，从系统吸收有、无功功率，使有功功率表、无功功率表指示反向。5、时，负序电流产生的负序磁场在转子上产生两倍频率的脉动转矩，使组产生100周/秒的振动。6、时间过久，转子线槽端头铝槽楔会过热熔化，护环嵌装面紧