电力系统继电保护——发电机继电保护.ppt

《电力系统继电保护——发电机继电保护.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电力系统继电保护——发电机继电保护.ppt（91页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、1.1第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.1电力系统继电保护发电机继电保护 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望1.2第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.2 本章讲述了发电机故障、不正常运行状态及其各种保护方式，重点讲述了本章讲述了发电机故障、不正常运行状态及其各种保护方式，重点讲述了发电机纵差动保护、定子匝间短路保护、单相接地保护和失磁保护的工作原理及发电机纵差动保护、定子匝间短路保护、单相接地保护和失磁保护的工作原理及整定计算

2、，最后对逆功率保护、低频保护及失步保护等予以介绍。整定计算，最后对逆功率保护、低频保护及失步保护等予以介绍。1.3第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.3本章内容本章内容 7.1 发电机的故障类型、不正常运行状态及其保发电机的故障类型、不正常运行状态及其保 护方式护方式 7.2 发电机的纵差动保护发电机的纵差动保护 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 7.4 发电机定子绕组单相接地保护发电机定子绕组单相接地保护 7.5 发电机的失磁保护发电机的失磁保护 7.6 发电机的其他保护发电机的其他保护 思考题与习题思考题与习题1.4第第7 7章章 发电机继电保护发电

3、机继电保护1.47.1 发电机的故障类型、不正常运行状态及发电机的故障类型、不正常运行状态及其保护方式其保护方式 发电机是电力系统中重要的设备。保证发电机的安全和防止其本身遭受损害发电机是电力系统中重要的设备。保证发电机的安全和防止其本身遭受损害对电力系统的稳定运行、对负荷的不间断供电起着决定性作用。发电机在运行过对电力系统的稳定运行、对负荷的不间断供电起着决定性作用。发电机在运行过程中要承受短路电流和过电压的冲击，同时发电机本身又是一个旋转的机械设备，程中要承受短路电流和过电压的冲击，同时发电机本身又是一个旋转的机械设备，它在运行过程中还要承受原动机械力矩的作用和轴承摩擦力的作用。因此，发电

4、它在运行过程中还要承受原动机械力矩的作用和轴承摩擦力的作用。因此，发电机在运行过程中出现故障及不正常运行情况就不可避免。机在运行过程中出现故障及不正常运行情况就不可避免。1.5第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.57.1 发电机的故障类型、不正常运行状态及发电机的故障类型、不正常运行状态及其保护方式其保护方式7.1.1 发电机的故障和异常运行状态发电机的故障和异常运行状态 1.发电机的内部故障发电机的内部故障 内部故障主要是由定子绕组及转子绕组绝缘损坏引起的，常见的故障有：内部故障主要是由定子绕组及转子绕组绝缘损坏引起的，常见的故障有：(1)定子绕组相间短路。定子绕组相间短路。(2

5、)定子绕组单相匝间短路。定子绕组单相匝间短路。(3)定子绕组单相接地。定子绕组单相接地。(4)转子绕组一点接地或两点接地。转子绕组一点接地或两点接地。(5)转子励磁回路电流消失。转子励磁回路电流消失。2.发电机的不正常运行状态发电机的不正常运行状态 不正常运行状态主要有：不正常运行状态主要有：(1)外部短路引起的定子绕组过电流。外部短路引起的定子绕组过电流。(2)负荷超过发电机额定容量而引起的三相对称过负荷。负荷超过发电机额定容量而引起的三相对称过负荷。(3)外部不对称短路或不对称负荷外部不对称短路或不对称负荷(如单相负荷，非全相运行等如单相负荷，非全相运行等)而引起的发而引起的发电机负序过电

6、流和过负荷。电机负序过电流和过负荷。1.6第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.67.1 发电机的故障类型、不正常运行状态及发电机的故障类型、不正常运行状态及其保护方式其保护方式(4)突然甩负荷而引起的定子绕组过电压。突然甩负荷而引起的定子绕组过电压。(5)励磁回路故障或强励时间过长而引起的转子绕组过负荷。励磁回路故障或强励时间过长而引起的转子绕组过负荷。(6)汽轮机主汽门突然关闭而引起的发电机逆功率运行等。汽轮机主汽门突然关闭而引起的发电机逆功率运行等。1.7第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.77.1 发电机的故障类型、不正常运行状态及发电机的故障类型、不正常运行状态

7、及其保护方式其保护方式7.1.2 大型发电机组的特点及对继电保护的要求大型发电机组的特点及对继电保护的要求 随着电力工业的飞跃发展，大机组的陆续投运，与中、小型机组相比，大机随着电力工业的飞跃发展，大机组的陆续投运，与中、小型机组相比，大机组在设计、组在设计、结构及运行方面有许多特点，相应的对继电保护提出了新的要求，具结构及运行方面有许多特点，相应的对继电保护提出了新的要求，具体有如下表现。体有如下表现。(1)大容量机组的体积不随容量成比例增大，即有效材料利用率高，但却直接大容量机组的体积不随容量成比例增大，即有效材料利用率高，但却直接影响了机组的惯性常数明显降低，使发电易于失步，因此很有必要

8、装设失步保护；影响了机组的惯性常数明显降低，使发电易于失步，因此很有必要装设失步保护；其次，发电机热容量与铜损、铁损之比明显下降，使定子绕组及转子表面过负荷其次，发电机热容量与铜损、铁损之比明显下降，使定子绕组及转子表面过负荷能力降低，为了确保大型发电机组在安全运行条件下充分发挥过负荷的能力，应能力降低，为了确保大型发电机组在安全运行条件下充分发挥过负荷的能力，应装设具有反时限特性的过负荷保护及过电流保护。装设具有反时限特性的过负荷保护及过电流保护。(2)电机参数电机参数 、增大增大 其后果是：其后果是：短路电流水平下降，要求装设更灵敏的保护。短路电流水平下降，要求装设更灵敏的保护。定子回路时

9、间常数显著增大，定子非周期分量电流衰减缓慢，使继电保护定子回路时间常数显著增大，定子非周期分量电流衰减缓慢，使继电保护用的电流互感器的工作特性严重恶化，同时也加重了不对称短路时转子表层的附用的电流互感器的工作特性严重恶化，同时也加重了不对称短路时转子表层的附加发热，使负序保护进一步复杂化。加发热，使负序保护进一步复杂化。1.8第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.87.1 发电机的故障类型、不正常运行状态及发电机的故障类型、不正常运行状态及其保护方式其保护方式 发电机平均异步力矩大为降低，因此失磁异步运行时滑差大，从系统吸发电机平均异步力矩大为降低，因此失磁异步运行时滑差大，从系统吸

10、收感性无功多，允许异步运行时的负载小、时间短，所以大型机组更需要性能完收感性无功多，允许异步运行时的负载小、时间短，所以大型机组更需要性能完善的失磁保护。善的失磁保护。由于增大，发电机由满载突然甩负荷引起的过电压就较严重。由于增大，发电机由满载突然甩负荷引起的过电压就较严重。(3)大型机组采用水内冷、氢内冷等复杂的冷却方式，故障几率增加。大型机组采用水内冷、氢内冷等复杂的冷却方式，故障几率增加。(4)单机容量增大，汽轮机组轴向长度与直径之比明显增大，从而使机组振单机容量增大，汽轮机组轴向长度与直径之比明显增大，从而使机组振荡加剧，匝间绝缘磨损加快，有时候可能引起冷却系统故障。因此，应当用灵敏荡

11、加剧，匝间绝缘磨损加快，有时候可能引起冷却系统故障。因此，应当用灵敏的匝间短路保护和漏水保护的匝间短路保护和漏水保护(对水内冷机组对水内冷机组)。(5)大型水轮机组的转速低，直径大，气隙不均匀，将引起机组振荡加剧，因大型水轮机组的转速低，直径大，气隙不均匀，将引起机组振荡加剧，因此要装气隙不均保护。若定子绕组并联分支多且有中性点，应设计新的反应匝间此要装气隙不均保护。若定子绕组并联分支多且有中性点，应设计新的反应匝间短路的横差保护。短路的横差保护。(6)大型机组励磁系统复杂，故障几率也增多，发电机过电压、失磁的可能性大型机组励磁系统复杂，故障几率也增多，发电机过电压、失磁的可能性加大，若采用自

12、并励励磁系统，还需考虑后备保护灵敏度问题。加大，若采用自并励励磁系统，还需考虑后备保护灵敏度问题。综上所述，并考虑到大型机组造价高、结构复杂，一旦发生故障，其检修难度大、综上所述，并考虑到大型机组造价高、结构复杂，一旦发生故障，其检修难度大、时间长、造成经济损失大，因此，要求大型机组的继电保护进一步的完善化，时间长、造成经济损失大，因此，要求大型机组的继电保护进一步的完善化，1.9第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.97.1 发电机的故障类型、不正常运行状态及发电机的故障类型、不正常运行状态及其保护方式其保护方式即不但要提高原有保护的性能，还要探索多功能、新原理的故障预测装置，用计

13、即不但要提高原有保护的性能，还要探索多功能、新原理的故障预测装置，用计算机技术使保护与安全监测和综合自动化控制更好的结合。算机技术使保护与安全监测和综合自动化控制更好的结合。1.10第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.107.1 发电机的故障类型、不正常运行状态及发电机的故障类型、不正常运行状态及其保护方式其保护方式7.1.3 发电机保护装设的原则发电机保护装设的原则 针对以上故障及不正常运行状态，一般发电机应装设以下继电保护装置：针对以上故障及不正常运行状态，一般发电机应装设以下继电保护装置：(1)对对1MW以上发电机的定子绕组及其引出线的相间短路，应装设纵差保护以上发电机的定子

14、绕组及其引出线的相间短路，应装设纵差保护装置。装置。(2)对直接连于母线的发电机定子绕组单相接地故障，当单相接地故障电流对直接连于母线的发电机定子绕组单相接地故障，当单相接地故障电流(不考虑消弧线圈的补偿作用不考虑消弧线圈的补偿作用)大于表大于表7-1规定的允许值时，应装设有选择性的接地规定的允许值时，应装设有选择性的接地保护装置。保护装置。对于发电机对于发电机变压器组，对容量在变压器组，对容量在100MW以下的发电机，应装设保护区以下的发电机，应装设保护区不小于定子绕组串联匝数不小于定子绕组串联匝数90%的定子接地保护；对容量在的定子接地保护；对容量在100MW及以上的发电机，及以上的发电机

15、，应装设保护区为应装设保护区为100%的定子接地保护，保护带时限动作于信号，必要时动作于切的定子接地保护，保护带时限动作于信号，必要时动作于切机。机。1.11第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.117.1 发电机的故障类型、不正常运行状态及发电机的故障类型、不正常运行状态及其保护方式其保护方式表表7-1 发电机定子绕组单相接地故障电流允许值发电机定子绕组单相接地故障电流允许值发电机额定电压发电机额定电压/kV发电机额定功率发电机额定功率/MW接地电容电流允许值接地电容电流允许值/A6.350410.5汽轮发电机汽轮发电机501003水轮发电机水轮发电机1010013.815.75汽

16、轮发电机汽轮发电机1252002水轮发电机水轮发电机4022518203006001 对氢冷发电机为对氢冷发电机为2.5。1.12第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.127.1 发电机的故障类型、不正常运行状态及发电机的故障类型、不正常运行状态及其保护方式其保护方式 (3)对于发电机定子绕组的匝间短路，当定子绕组星形连接、每相有并联分对于发电机定子绕组的匝间短路，当定子绕组星形连接、每相有并联分支且中性点侧有分支引出端时，应装设横差保护；对支且中性点侧有分支引出端时，应装设横差保护；对200MW及以上的发电机，及以上的发电机，有条件时可装设双重化横差保护。有条件时可装设双重化横差保

17、护。(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：对于发电机外部短路引起的过电流，可采用下列保护方式：负序过电流及单元件低电压启动的过电流保护，一般用于负序过电流及单元件低电压启动的过电流保护，一般用于50MW及以上的及以上的发电机。发电机。复合电压复合电压(包括负序电压及线电压包括负序电压及线电压)启动的过电流保护，一般用于启动的过电流保护，一般用于1MW及及以上的发电机。以上的发电机。过电流保护用于过电流保护用于1MW以下的小型发电机保护。以下的小型发电机保护。带电流记忆的低压过电流保护用于自并励发电机。带电流记忆的低压过电流保护用于自并励发电机。对于由不对称负荷或外部不对称短

18、路所引起的负序过电流，一般在对于由不对称负荷或外部不对称短路所引起的负序过电流，一般在50MW及以上的发电机上装设负序过电流保护。及以上的发电机上装设负序过电流保护。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。负荷保护。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。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。1.13第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.137.1 发电机的故障类型、不正常运行状态及发电机的故障类型、不正常运行状态及其保护方式其保护方式 对于发电机励磁回

19、路的一点接地故障，对对于发电机励磁回路的一点接地故障，对1MW及以下的小型发电机可装及以下的小型发电机可装设定期检测装置；对设定期检测装置；对1MW以上的发电机应装设专用的励磁回路一点接地保护。以上的发电机应装设专用的励磁回路一点接地保护。对于发电机励磁消失故障，在发电机不允许失磁运行时，应在自动灭磁对于发电机励磁消失故障，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及以上采及以上采用电动机励磁的发电机，应增设直接反应发电机失磁时电气参数变化的专用失磁用电动机励磁的发电机，应增设直接

20、反应发电机失磁时电气参数变化的专用失磁保护。保护。对于转子回路的过负荷，在对于转子回路的过负荷，在100MW及以上，并且采用半导体励磁系统的及以上，并且采用半导体励磁系统的发电机上，应装设转子过负荷保护。发电机上，应装设转子过负荷保护。对于汽轮发电机主汽门突然关闭而出现的发电机变电动机运行的异常运行方对于汽轮发电机主汽门突然关闭而出现的发电机变电动机运行的异常运行方式，为防止损坏汽轮机，对式，为防止损坏汽轮机，对200MW及以上的大容量汽轮发电机宜装设逆功率保及以上的大容量汽轮发电机宜装设逆功率保护；对于燃气轮发电机，应装设逆功率保护。护；对于燃气轮发电机，应装设逆功率保护。对于对于300MW

21、及以上的发电机，应装设过励磁保护。及以上的发电机，应装设过励磁保护。其他保护：如当电力系统振荡影响机组安全运行时，在其他保护：如当电力系统振荡影响机组安全运行时，在300MW机组上，宜装机组上，宜装设失步保护；当汽轮机低频运行会造成机械振动，叶片损伤，对汽轮机危害极大设失步保护；当汽轮机低频运行会造成机械振动，叶片损伤，对汽轮机危害极大时，可装设低频保护；当水冷发电机断水时，可装设断水保护等。时，可装设低频保护；当水冷发电机断水时，可装设断水保护等。1.14第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.147.1 发电机的故障类型、不正常运行状态及发电机的故障类型、不正常运行状态及其保护方式

22、其保护方式 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，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，使定子绕组中不再感应出还必须动作于自动灭磁开关，断开发电机励磁回路，使定子绕组中不再感应出电动势，继续供短路电流。电动势，继续供短路电流。1.15第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.157.2 发电机的纵差动保护发电机的纵差动保护 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，因此，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，因此，它应能快速切断内部所发生的故障，同时在

23、正常运行及外部故障时，又应能保证它应能快速切断内部所发生的故障，同时在正常运行及外部故障时，又应能保证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。机断路器和自动灭磁开关。1.16第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.167.2.1 工作原理工作原理 这种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，这种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，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因此在发电机中

24、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动保护。两组电流互感器之间为纵差动保护的范围。电流互感器二次绕组按纵差动保护。两组电流互感器之间为纵差动保护的范围。电流互感器二次绕组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。差动继电器与两侧电流互感器的二次绕组侧为正极性，则二次侧同极性相连接。差动继电器与两侧电流互感器的二次绕组并联。保护的单相原理接线如图并联。保护的单相原理接线如图7.1所示。所示。发电机内部故障时，如图发电机内部故障时，如图7.1

25、(a)中的点短路，两侧电流互感器的一、二次侧中的点短路，两侧电流互感器的一、二次侧电流如图所示，差动继电器中的电流为电流如图所示，差动继电器中的电流为 。当。当 大于继电器的整定电流大于继电器的整定电流时，继电器动作。在正常运行或保护区外故障时，流过继电器的电流为两侧电流时，继电器动作。在正常运行或保护区外故障时，流过继电器的电流为两侧电流之差之差()，如图，如图7.1(b)所示所示(短路点短路点k2)。在循环电流回路两臂引线阻抗。在循环电流回路两臂引线阻抗相同、两侧电流互感器特性完全一致和铁芯剩磁一样的理想情况下，两侧二次电相同、两侧电流互感器特性完全一致和铁芯剩磁一样的理想情况下，两侧二次

26、电流相等流相等()，流过继电器的电流为零。但实际上差动继电器中流过不大，流过继电器的电流为零。但实际上差动继电器中流过不大的电流，此电流称为不平衡电流。的电流，此电流称为不平衡电流。7.2 发电机的纵差动保护发电机的纵差动保护1.17第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.17(a)内部故障情况内部故障情况 (b)正常运行及外部故障情况正常运行及外部故障情况图图7.1 发电机纵差保护单相原理图发电机纵差保护单相原理图7.2 发电机的纵差动保护发电机的纵差动保护1.18第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.18 纵差保护在原理上不反应负荷电流和外部短路电流，只反应发电机两侧电纵

27、差保护在原理上不反应负荷电流和外部短路电流，只反应发电机两侧电流互感器之间保护区内的故障电流，因此，纵差保护在时限上不必与其他时限流互感器之间保护区内的故障电流，因此，纵差保护在时限上不必与其他时限配合，可以瞬时动作于跳闸。配合，可以瞬时动作于跳闸。7.2 发电机的纵差动保护发电机的纵差动保护1.19第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.197.2.2 整定原则整定原则 1.在正常运行情况下，电流互感器二次回路断线时保护不应误动在正常运行情况下，电流互感器二次回路断线时保护不应误动 如图如图7.1所示，假设流过电流互感器所示，假设流过电流互感器2TA的二次引线发生了断线，则电流的二次

28、引线发生了断线，则电流 被迫变为零，此时，在差动继电器中将流过被迫变为零，此时，在差动继电器中将流过 电流，当发电机在额定容量运行时，电流，当发电机在额定容量运行时，此电流即为发电机额定电流变换到二次侧的电流，用此电流即为发电机额定电流变换到二次侧的电流，用 表示。在这种情表示。在这种情况下，为防止差动保护误动，应整定保护装置的启动电流大于发电机的额定电流，况下，为防止差动保护误动，应整定保护装置的启动电流大于发电机的额定电流，引入可靠系数后，则保护装置和继电器的整定电流分别为引入可靠系数后，则保护装置和继电器的整定电流分别为 (7-1)式中式中 电流互感器变比。电流互感器变比。这样整定之后，

29、在正常运行情况下，任一相电流互感器二次回路断线时，保这样整定之后，在正常运行情况下，任一相电流互感器二次回路断线时，保护将不会误动作。但如果在断线后又发生了外部短路，则继电器回路中要流过短护将不会误动作。但如果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，保护仍然要误动。为防止这种情况的发生，在差动保护中，一般装设断路电流，保护仍然要误动。为防止这种情况的发生，在差动保护中，一般装设断线监视装置，当断线后，它动作发出信号，运行人员接到信号后即应将差动保护线监视装置，当断线后，它动作发出信号，运行人员接到信号后即应将差动保护退出工作。退出工作。7.2 发电机的纵差动保护发电机的纵差动保

30、护1.20第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.20 断线监视继电器的整定电流按躲开正常运行时的不平衡电流整定，原则断线监视继电器的整定电流按躲开正常运行时的不平衡电流整定，原则上越灵敏越好。根据经验，一般选择为上越灵敏越好。根据经验，一般选择为 (7-2)为了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误发信号，为了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误发信号，取其动作时限大于发电机后备保护的时限。取其动作时限大于发电机后备保护的时限。具有断线监视装置的发电机纵差保护原理接线如图具有断线监视装置的发电机纵差保护原理接线如图7.2所示。所示。7.2 发电机的纵差动

31、保护发电机的纵差动保护1.21第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.21图图7.2 具有断线监视装置的发电机纵差保护原理接线图具有断线监视装置的发电机纵差保护原理接线图7.2 发电机的纵差动保护发电机的纵差动保护1.22第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.22 保护装置采用三相式接线保护装置采用三相式接线(1KD3KD为差动继电器为差动继电器)，在差动回路的中线上，在差动回路的中线上接有断线监视继电器接有断线监视继电器KA，当任一相电流互感器回路断线时，它都能动作，经过，当任一相电流互感器回路断线时，它都能动作，经过延时发出信号。延时发出信号。为了使差动保护的范围能包括发

32、电机引出线为了使差动保护的范围能包括发电机引出线(或电缆或电缆)在内，因此所使用的在内，因此所使用的电流互感器应装设在靠近断路器的位置。电流互感器应装设在靠近断路器的位置。2.躲过外部故障时的最大不平衡电流躲过外部故障时的最大不平衡电流 整定电流为整定电流为 (7-3)考虑非周期分量的影响，并将稳态不平衡电流计算式考虑非周期分量的影响，并将稳态不平衡电流计算式 代入式代入式(7-3)得得 (7-4)式中式中 可靠系数，取可靠系数，取1.3；非周期分量系数，当采用具有速饱和铁芯的差动继电器时，取非周期分量系数，当采用具有速饱和铁芯的差动继电器时，取1；电流互感器同型系数，当型号相同时取电流互感器

33、同型系数，当型号相同时取0.5。7.2 发电机的纵差动保护发电机的纵差动保护1.23第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.23 对于汽轮机组，其出口处发生三相短路的最大短路电流约为对于汽轮机组，其出口处发生三相短路的最大短路电流约为 ，代入式，代入式(7-4)中，则差动继电器的整定电流为中，则差动继电器的整定电流为 (7-5)对于水轮机组，由于电抗对于水轮机组，由于电抗 的数值比汽轮机组大，其出口处发生三相短的数值比汽轮机组大，其出口处发生三相短路时的最大短路电流约为路时的最大短路电流约为 ，则差动继电器中的整定电流为，则差动继电器中的整定电流为 (7-6)对于内冷的大容量发电机组，

34、其电抗数值也较上述汽轮机组为大，因此，对于内冷的大容量发电机组，其电抗数值也较上述汽轮机组为大，因此，差动继电器的启动电流较汽轮机组小。差动继电器的启动电流较汽轮机组小。综上可见，按躲过不平衡电流的条件整定的差动保护，其启动值远小于按综上可见，按躲过不平衡电流的条件整定的差动保护，其启动值远小于按躲过躲过 电流互感器二次回路断线时的整定值，因此，保护的灵敏性就高。但这样电流互感器二次回路断线时的整定值，因此，保护的灵敏性就高。但这样整定后，在正常运行情况下发生电流互感器二次回路断线时，在负荷电流的作整定后，在正常运行情况下发生电流互感器二次回路断线时，在负荷电流的作用下，差动保护可能误动，就这

35、点看，可靠性较差。用下，差动保护可能误动，就这点看，可靠性较差。当差动保护的定值小于额定电流时，可不装设电流互感器二次回路断线监当差动保护的定值小于额定电流时，可不装设电流互感器二次回路断线监视装置。运行经验表明，只要重视对差动保护回路的维护与检查，如采取防震视装置。运行经验表明，只要重视对差动保护回路的维护与检查，如采取防震措施，以防接线端子松脱，检修时测量差动回路的阻抗，并与以前的值比较等，措施，以防接线端子松脱，检修时测量差动回路的阻抗，并与以前的值比较等，在实际运行中发生该类故障的几率还是很少的。在实际运行中发生该类故障的几率还是很少的。7.2 发电机的纵差动保护发电机的纵差动保护1.

36、24第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.24 3.灵敏度校验灵敏度校验 保护装置灵敏度校验按下式计算：保护装置灵敏度校验按下式计算：(7-7)式中式中 发电机内部故障时流过保护装置的最小短路电流。发电机内部故障时流过保护装置的最小短路电流。实际上应考虑下面两种情况：实际上应考虑下面两种情况：(1)发电机与系统并列运行以前，在其出线端发生两相短路，此时差动回路发电机与系统并列运行以前，在其出线端发生两相短路，此时差动回路中只有发电机供给的短路电流中只有发电机供给的短路电流 ，而，而 0。(2)发电机采用自同期并列发电机采用自同期并列(此时发电机先不加励磁，电动势此时发电机先不加励磁，

37、电动势 E 0)时，在时，在系统最小运行方式下，发电机出线端发生两相短路，此时，差动回路只有系统系统最小运行方式下，发电机出线端发生两相短路，此时，差动回路只有系统供给的短路电流供给的短路电流 ，而，而 =0 。对灵敏系数的要求一般不小于对灵敏系数的要求一般不小于2。应该指出，上述灵敏系数的校验，都是以发电机出口处发生两相短路为依应该指出，上述灵敏系数的校验，都是以发电机出口处发生两相短路为依据的，此时短路电流较大，一般都能够满足灵敏系数的要求。但当内部发生轻据的，此时短路电流较大，一般都能够满足灵敏系数的要求。但当内部发生轻微的微的 故障，例如经绝缘材料的过渡电阻短路时，短路电流的数值往往较

38、小，差故障，例如经绝缘材料的过渡电阻短路时，短路电流的数值往往较小，差动保动保 护不能启动，此时只有等故障进一步发展以后，保护方能动作，而这时可护不能启动，此时只有等故障进一步发展以后，保护方能动作，而这时可能已能已7.2 发电机的纵差动保护发电机的纵差动保护1.25第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.25对发电机造成更大的危害。因此，尽量减小保护装置的启动电流，以提高差动对发电机造成更大的危害。因此，尽量减小保护装置的启动电流，以提高差动保护对内部故障的反应能力还是很有意义的，保护对内部故障的反应能力还是很有意义的，发电机的纵差动保护可以无延时地切除保护范围内的各种故障，同时又发

39、电机的纵差动保护可以无延时地切除保护范围内的各种故障，同时又不反应发电机的过负荷和系统振荡，且灵敏系数一般较高。因此，纵差动保护不反应发电机的过负荷和系统振荡，且灵敏系数一般较高。因此，纵差动保护毫无例外地用作容量在毫无例外地用作容量在1MW以上发电机的主保护。以上发电机的主保护。7.2 发电机的纵差动保护发电机的纵差动保护1.26第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.267.3 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 装设匝间短路保护的必要性装设匝间短路保护的必要性 由于发电机纵差保护不反应定子绕组一相匝间短路，因此，发电机定子绕由于发电机纵差保护不反应定子

40、绕组一相匝间短路，因此，发电机定子绕组一相匝间短路后，如不能及时进行处理，则可能发展成相间故障，造成发电组一相匝间短路后，如不能及时进行处理，则可能发展成相间故障，造成发电机严重损坏。因此，在发电机上机严重损坏。因此，在发电机上(尤其是大型发电机尤其是大型发电机)应装设定子匝间短路保护。应装设定子匝间短路保护。以往对于双星形接线而且中性点侧引出以往对于双星形接线而且中性点侧引出6个端子的发电机，通常装设单元件式横个端子的发电机，通常装设单元件式横联差动保护联差动保护(简称横差保护简称横差保护)。但是，对于一些大型机组，出于技术上和经济上。但是，对于一些大型机组，出于技术上和经济上的考虑，发电机

41、中性点侧常常只引出三个端子，更大的机组甚至只引出一个中的考虑，发电机中性点侧常常只引出三个端子，更大的机组甚至只引出一个中性点，这就不可能装设常用的单元件式横差保护。在这种情况下，便出现了以性点，这就不可能装设常用的单元件式横差保护。在这种情况下，便出现了以下观点：下观点：(1)定子绕组匝间绝缘强度高于对地绝缘强度，因此绝缘破坏引起的故障定子绕组匝间绝缘强度高于对地绝缘强度，因此绝缘破坏引起的故障 首先应该是定子单相接地，随后才发展为匝间或相间短路，现在已有无死区的首先应该是定子单相接地，随后才发展为匝间或相间短路，现在已有无死区的100%定子接地保护，因此可以不装匝间短路保护。定子接地保护，

42、因此可以不装匝间短路保护。这种观点有一定的根据，但也确有首先发生匝间短路而后再发展为接地故这种观点有一定的根据，但也确有首先发生匝间短路而后再发展为接地故障或相间短路的实例。考察匝间短路的发生过程，首先是看匝间绝缘，由于定障或相间短路的实例。考察匝间短路的发生过程，首先是看匝间绝缘，由于定子线棒变形或受振动而发生机械磨损，以及污染腐蚀、长期的受热和老化都会子线棒变形或受振动而发生机械磨损，以及污染腐蚀、长期的受热和老化都会使匝间绝缘逐步劣化，这就构成了匝间短路的内因，不能肯定匝间绝缘的劣化使匝间绝缘逐步劣化，这就构成了匝间短路的内因，不能肯定匝间绝缘的劣化一定晚于对地绝缘。更重要的是，外来冲击

43、电压的袭击，给定子匝间绝缘造成一定晚于对地绝缘。更重要的是，外来冲击电压的袭击，给定子匝间绝缘造成极大威胁，因为冲击电压波沿定子绕组的分布是不均匀的，极大威胁，因为冲击电压波沿定子绕组的分布是不均匀的，1.27第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.27波头愈陡，分布愈不均匀，一个波头为波头愈陡，分布愈不均匀，一个波头为3ns的冲击波，在绕组的第一个匝间可的冲击波，在绕组的第一个匝间可能承受全部冲击电压的能承受全部冲击电压的25%，因此由机端进入的冲击波，完全可能首先在定子，因此由机端进入的冲击波，完全可能首先在定子绕组的始端发生匝间短路。鉴于此，大型机组往往在机端装设三相对地电容器绕

44、组的始端发生匝间短路。鉴于此，大型机组往往在机端装设三相对地电容器和磁吹避雷器，即使如此，也不能认为再也没有发生匝间短路的可能和完全不和磁吹避雷器，即使如此，也不能认为再也没有发生匝间短路的可能和完全不必装设匝间短路保护了。必装设匝间短路保护了。(2)另一种观点认为，大型机组的定子同槽上、下层线棒同属一相的很少，另一种观点认为，大型机组的定子同槽上、下层线棒同属一相的很少，因此，即使上、下层绝缘破坏也主要是相间短路，既然装设单元式横差保护有因此，即使上、下层绝缘破坏也主要是相间短路，既然装设单元式横差保护有困难，就不再装设匝间短路保护。困难，就不再装设匝间短路保护。实际上这是一种错觉，多极的水

45、轮发电机，很多情况下定子同槽上、下实际上这是一种错觉，多极的水轮发电机，很多情况下定子同槽上、下层线棒同相的已超过，大型汽轮发电机，极数也不一定再是层线棒同相的已超过，大型汽轮发电机，极数也不一定再是2，现以运行中的，现以运行中的60万万kW两极汽轮发电机为例，其定子总槽数为两极汽轮发电机为例，其定子总槽数为42，同槽上、下层同相的槽数，同槽上、下层同相的槽数为为18(均为同相但不同分支的均为同相但不同分支的)，约占总槽数的，约占总槽数的42.86%，完全有发生匝间短路，完全有发生匝间短路的可能。在实际中因未装设匝间短路保护以致在发生匝间短路时严重损坏发电的可能。在实际中因未装设匝间短路保护以

46、致在发生匝间短路时严重损坏发电机的例子是有的。机的例子是有的。总之，随着单机容量的增大，发电机定子绕组的并联分支数将增多，不考总之，随着单机容量的增大，发电机定子绕组的并联分支数将增多，不考虑定子匝间短路及其保护是不合理的。虑定子匝间短路及其保护是不合理的。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1.28第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.287.3.2 单继电器横差保护单继电器横差保护 在大容量发电机组中，由于额定电流很大，其每相都做成两个及其以上绕在大容量发电机组中，由于额定电流很大，其每相都做成两个及其以上绕组的并联，如图组的并联，如图7.3所示。所示。图

47、图7.3 大容量发电机内部接线示意图大容量发电机内部接线示意图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1.29第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.29 在正常情况下，两个绕组中的电势相等，各供的负荷电流。当任一各绕组在正常情况下，两个绕组中的电势相等，各供的负荷电流。当任一各绕组中发生匝间短路时，两个绕组中的电动势就不再相等，因而会由于出现电动势中发生匝间短路时，两个绕组中的电动势就不再相等，因而会由于出现电动势差而产生一个均衡电流，在两个绕组中环流。因此，利用反应两个支路电流之差而产生一个均衡电流，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，即可实

48、现对发电机定子绕组匝间短路的保护，此即横差保护，现对差的原理，即可实现对发电机定子绕组匝间短路的保护，此即横差保护，现对其原理分述如下。其原理分述如下。如图如图7.4(a)所示，当某一绕组内发生匝间短路时，由于故障支路与非故障所示，当某一绕组内发生匝间短路时，由于故障支路与非故障支路的电动势不相等，因此，有一个环流产生，这时在差动回路中将有电流，支路的电动势不相等，因此，有一个环流产生，这时在差动回路中将有电流，当此电流大于继电器的整定电流时，保护动作。短路匝数越多，则环流越大，当此电流大于继电器的整定电流时，保护动作。短路匝数越多，则环流越大，而当而当 较小时，保护就不动作。因此，保护是有死

49、区的。较小时，保护就不动作。因此，保护是有死区的。如图如图7.4(b)所示，在同相的两个分支间发生匝间短路，当所示，在同相的两个分支间发生匝间短路，当 时，由于时，由于两个分支存在电势差，将分别出现两个环流两个分支存在电势差，将分别出现两个环流 和和 流入继电器内的电流为流入继电器内的电流为 。若这种短路发生在等位点上。若这种短路发生在等位点上(即即 )时，将不会有环流。因时，将不会有环流。因此，此，或或 时，保护也出现死区。时，保护也出现死区。根据定子绕组匝间短路的特点，横差保护有两种接线方式。一种是比较每根据定子绕组匝间短路的特点，横差保护有两种接线方式。一种是比较每相两个分支绕组的电流之

50、差，这种方式每相需装设两个差接的电流互感器，三相两个分支绕组的电流之差，这种方式每相需装设两个差接的电流互感器，三相共需六个电流互感器和三个继电器。由于这种方式接线复杂，且流过继电器相共需六个电流互感器和三个继电器。由于这种方式接线复杂，且流过继电器的不平衡电流较大，故实际中很少采用。另一种接线方式是在两组星形接线的的不平衡电流较大，故实际中很少采用。另一种接线方式是在两组星形接线的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1.30第第7 7章章 发电机继电保护发电机继电保护1.30中性点连线上装设一个电流互感器，将一组星形接线绕组的三相电流之和与另中性点连线上装设一个电流互