继电保护17同步电动机保护.ppt
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1、 同步发电机是电力系统中最重要的设备,它的安全运行对保证电力系统的正同步发电机是电力系统中最重要的设备,它的安全运行对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一个十分贵重的电器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一个十分贵重的电器设备,因此,应该针对各种不同的故障和不正常运行状态,装设性能完善的继电设备,因此,应该针对各种不同的故障和不正常运行状态,装设性能完善的继电保护装置保护装置。9.1 发电机的工作类型、不正常运行状态和保护方式发电机的工作类型、不正常运行状态和保护方式 1、发电机的故障类型:发电机的故障类型:(1)定子绕组相间短路定子绕组相间
2、短路 定子绕组间的相间短路对发电机的危害最大。产出很定子绕组间的相间短路对发电机的危害最大。产出很大的短路电流使绕组过热,故障点的电弧将破坏绝缘,烧坏铁芯和绕组、甚大的短路电流使绕组过热,故障点的电弧将破坏绝缘,烧坏铁芯和绕组、甚至导致发电机着火至导致发电机着火。(2)定子绕组匝间短路定子绕组匝间短路 定子绕组匝间短路时,被短路的部分绕组内将产生大定子绕组匝间短路时,被短路的部分绕组内将产生大的环流,从而引起故障处温度升高,绝缘破坏,并有可能转变成单相接地和的环流,从而引起故障处温度升高,绝缘破坏,并有可能转变成单相接地和相间短路。相间短路。(3)定子绕组单相接地定子绕组单相接地 发生这种故障
3、时,发电机电压网络的电容电流将流过发生这种故障时,发电机电压网络的电容电流将流过故障点,当电流较大时,会使铁芯局部溶化,给修理工作带来很大的困难。故障点,当电流较大时,会使铁芯局部溶化,给修理工作带来很大的困难。(4)励磁回路一点或两点接地励磁回路一点或两点接地 当励磁回路一点接地时,由于没有构成接地电当励磁回路一点接地时,由于没有构成接地电流通路,因此对发电机没有直接的危害。如果再发生另一点接地,就会造成流通路,因此对发电机没有直接的危害。如果再发生另一点接地,就会造成励磁回路两点接地短路,可能烧坏励磁绕组和铁芯。此外,由于转子磁通的励磁回路两点接地短路,可能烧坏励磁绕组和铁芯。此外,由于转
4、子磁通的对称性破坏,还会引起机组的强烈震动。对称性破坏,还会引起机组的强烈震动。9.1 发电机的工作类型、不正常运行状态和保护方式发电机的工作类型、不正常运行状态和保护方式9.1.1 发电机的工作类型、不正常运行状态发电机的工作类型、不正常运行状态2 2、发电机的不正常运行状态、发电机的不正常运行状态(1 1)励磁电流急剧下降或消失励磁电流急剧下降或消失 发电机励磁系统故障或自动灭磁开关误跳闸,发电机励磁系统故障或自动灭磁开关误跳闸,引起励磁电流急剧下降或消失。在此情况下,发电机由同步转入异步运行状引起励磁电流急剧下降或消失。在此情况下,发电机由同步转入异步运行状态,并从系统吸收无功功率。系统
5、无功不足时,将引起电压下降,甚至使系态,并从系统吸收无功功率。系统无功不足时,将引起电压下降,甚至使系统崩溃。同时,引起定子电流增加和转子过热,威胁发电机安全。统崩溃。同时,引起定子电流增加和转子过热,威胁发电机安全。(2 2)外部短路引起定子绕组过电流外部短路引起定子绕组过电流(3 3)负荷超过发电机额定容量而引起的过负荷负荷超过发电机额定容量而引起的过负荷 以上(以上(2 2)()(3 3)两种不正常运行状态都将引起发电机定子绕组温度升高,)两种不正常运行状态都将引起发电机定子绕组温度升高,加速绝缘老化,缩短机组寿命,也可能发展成为发电机内部故障。加速绝缘老化,缩短机组寿命,也可能发展成为
6、发电机内部故障。(4 4)转子表层过热转子表层过热 电力系统发生不对称短路或发电机三相负荷不对称时,将电力系统发生不对称短路或发电机三相负荷不对称时,将有负序电流流过定子绕组,在发电机中产生对转子的两倍同步转速旋转的磁有负序电流流过定子绕组,在发电机中产生对转子的两倍同步转速旋转的磁场,从而在转子中感应出倍频电流。此电流可能造成转子局部灼伤,严重时场,从而在转子中感应出倍频电流。此电流可能造成转子局部灼伤,严重时会使保护环受热松脱。特别是大型机组,这种威胁更加突出。会使保护环受热松脱。特别是大型机组,这种威胁更加突出。(5 5)定子绕组过电压定子绕组过电压 调速系统惯性较大的发电机(如水轮发电
7、机)因突然甩调速系统惯性较大的发电机(如水轮发电机)因突然甩负荷,转速急剧上升,发电机电压迅速升高,造成定子绕组绝缘击穿。负荷,转速急剧上升,发电机电压迅速升高,造成定子绕组绝缘击穿。此外,发电机异常运行状态还有发电机失步、发电机逆功率、非全相运行此外,发电机异常运行状态还有发电机失步、发电机逆功率、非全相运行以及励磁回路故障或强励磁时间过长而引起的转子绕组过负荷等。以及励磁回路故障或强励磁时间过长而引起的转子绕组过负荷等。9.1.1 发电机的工作类型、不正常运行状态发电机的工作类型、不正常运行状态发电机可能发生的故障及其相应的保护发电机可能发生的故障及其相应的保护1)发电机定子绕组相间短路)
8、发电机定子绕组相间短路定子绕组相间短路会产生很大的短路定子绕组相间短路会产生很大的短路电流,严重损坏发电机。应装设电流,严重损坏发电机。应装设纵联纵联差动保护差动保护。2)发电机定子绕组匝间短路发电机定子绕组匝间短路匝间短路将出现很大的环流,使绝缘老匝间短路将出现很大的环流,使绝缘老化,甚至击穿绝缘发展为单相接地或相化,甚至击穿绝缘发展为单相接地或相间短路,扩大发电机损坏范围间短路,扩大发电机损坏范围。3 3)发电机定子绕组单相接地)发电机定子绕组单相接地 定子绕组单相接地是易发生的一种故定子绕组单相接地是易发生的一种故障。单相接地后,其电容电流流过故障点障。单相接地后,其电容电流流过故障点的
9、定子铁芯,当此电流较大或持续时间较的定子铁芯,当此电流较大或持续时间较长时,会使铁芯局部熔化。因此,应装设长时,会使铁芯局部熔化。因此,应装设灵敏的反应全部绕组任一点接地故障的灵敏的反应全部绕组任一点接地故障的100%100%定子绕组单相接地保护定子绕组单相接地保护。4 4)发电机转子绕组一点接地两点接地)发电机转子绕组一点接地两点接地转子绕组一点接地,由于没有构成通路,对发电机没有直接危害。再发生另一点接地,则转子绕组一部分被短接,会烧毁转子绕组,由于部分绕组短接,破坏磁磁路的对称性,造成磁势不平衡而引起机组剧烈振动,产生严重后果。应装设转子绕组一点接地保护和两点接地保护。5 5)发电机失磁
10、)发电机失磁造成危害:失磁原因转子绕组断线、励磁回路故障或灭磁开关误动等。不仅对发电机造成危害,而且对电力系统安全也会造成严重影响。装设失磁保护。发电机的不正常工作状态及其相应的保护发电机的不正常工作状态及其相应的保护不正常工作状态负荷超过发电机额定值、负序电流超过发电机长期允许值外部短路、非周期合闸以及系统振荡等。发电机突然甩负荷主汽门突然关闭而发电机断路器未断开过电流保护过负荷保护过电压保护逆功率保护过电流保护过电流保护过负荷保护过负荷保护作为外部短路和内部短路的后作为外部短路和内部短路的后备保护。备保护。50MW及以上的发电及以上的发电电机,应装设电机,应装设负序过电流保护负序过电流保护
11、。对称过负荷,应装设只接于一相的过负荷对称过负荷,应装设只接于一相的过负荷保护。不对称过负荷,一般在保护。不对称过负荷,一般在50MW及以及以上发电电机应装设上发电电机应装设负序过负荷保护负序过负荷保护。过电压保护过电压保护逆功率保护逆功率保护特别是水轮发电机,在突然甩负荷时,特别是水轮发电机,在突然甩负荷时,转速急剧上升从而引起过电压。在转速急剧上升从而引起过电压。在水水轮发电机和大型汽轮发电机轮发电机和大型汽轮发电机上应装设。上应装设。主汽门突然关闭而发电机断路器未断,发主汽门突然关闭而发电机断路器未断,发电机变为从系统吸收无功,对汽轮发电机电机变为从系统吸收无功,对汽轮发电机叶片特别是尾
12、叶,可能过热而损坏。叶片特别是尾叶,可能过热而损坏。发电机保护动作跳开发电机发电机保护动作跳开发电机断路器断路器的同时,还应的同时,还应断开发电机励磁电流断开发电机励磁电流。发电机的不正常工作状态及其相应的保护发电机的不正常工作状态及其相应的保护过电流保护过电流保护过负荷保护过负荷保护作为外部短路和内部短路的后作为外部短路和内部短路的后备保护。备保护。50MW及以上的发电及以上的发电电机,应装设电机,应装设负序过电流保护负序过电流保护。对称过负荷,应装设只接于一相的过负荷对称过负荷,应装设只接于一相的过负荷保护。不对称过负荷,一般在保护。不对称过负荷,一般在50MW及以及以上发电电机应装设上发
13、电电机应装设负序过负荷保护负序过负荷保护。9.2 9.2 发电机的纵差保护发电机的纵差保护 发电机纵差保护是发电机定子绕组及其引出线相间短路的主保护,它应发电机纵差保护是发电机定子绕组及其引出线相间短路的主保护,它应能快速而灵敏地切除内部所发生的故障。同时,在正常运行及外部故障时,能快速而灵敏地切除内部所发生的故障。同时,在正常运行及外部故障时,又应保证其动作的选择性和工作的可靠性。在保护范围内发生相间短路时,又应保证其动作的选择性和工作的可靠性。在保护范围内发生相间短路时,应瞬间断开发电机断路器和自动灭磁开关。一般中、小型机组的纵差保护采应瞬间断开发电机断路器和自动灭磁开关。一般中、小型机组
14、的纵差保护采用带速饱和变流器的电磁型差动继电器用带速饱和变流器的电磁型差动继电器BCH-2构成,大容量的发电机采用带构成,大容量的发电机采用带比率制动特性的差动继电器比率制动特性的差动继电器LCD-I2 构成。一、用一、用BCH-2BCH-2型继电器构成的发电机纵差保护型继电器构成的发电机纵差保护 发电机的纵差保护是利用比较发电机中性点侧和引出线侧电流幅值和相发电机的纵差保护是利用比较发电机中性点侧和引出线侧电流幅值和相位的原理构成的,因此在发电机中性点侧和引出线侧装设特性和变比完全相同位的原理构成的,因此在发电机中性点侧和引出线侧装设特性和变比完全相同的电流互感器来实现纵差保护。两组电流互感
15、器之间为纵差保护的保护范围。的电流互感器来实现纵差保护。两组电流互感器之间为纵差保护的保护范围。电流互感器二次按照循环电流法接线,即如果两组电流互感器一次侧的极性分电流互感器二次按照循环电流法接线,即如果两组电流互感器一次侧的极性分别以中性点侧和母线侧为正极性,则二次侧同极性相连接。差动继电器和两侧别以中性点侧和母线侧为正极性,则二次侧同极性相连接。差动继电器和两侧电流互感器的二次绕组并联。保护的原理接线图如图电流互感器的二次绕组并联。保护的原理接线图如图91所示所示 1 1、纵差保护原理接线图、纵差保护原理接线图一、用一、用BCH-2BCH-2型继电器构成的发电机纵差保护型继电器构成的发电机
16、纵差保护1 1、纵差保护原理接线图、纵差保护原理接线图 保护装置采用三相式接线(保护装置采用三相式接线(1 13KD3KD为差动继电器),在差动回路的中线上接有为差动继电器),在差动回路的中线上接有断线监视的电流继电器断线监视的电流继电器KAKA,当任何一相电流互感器回路断线时,它都能动作,经过时,当任何一相电流互感器回路断线时,它都能动作,经过时间继电器间继电器KTKT延时发出信号。另外,为了使差动保护的范围能包括发电机引出线(或电延时发出信号。另外,为了使差动保护的范围能包括发电机引出线(或电缆)在内,所使用的电流互感器应装在靠近断路器的地方。缆)在内,所使用的电流互感器应装在靠近断路器的
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- 保护 17 同步电动机
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