发电机保护发电机保护.pptx
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1、发电机保护1.1 发电机保护概述发电机保护概述第1页/共120页1.1.1 大型发电机组的特点1.发电机单机容量的发展 随着容量增大,相对造价降低不再明显,大容量发电机故障对系统的冲击大。1955年出现第一台200MW机组 1965年出现第一台1000MW机组 1973年出现第一台1300MW机组 单机容量随着科学技术和电力系统的规模而发展,从几百千瓦到100多万千瓦经历了100多年。第2页/共120页1.1.1 大型发电机组的特点1.发电机单机容量的发展第3页/共120页1.1.1 大型发电机组的特点1.发电机单机容量的发展第4页/共120页2.大机组的特点(1)有效材料利用率提高 1)热容
2、量与铜损铁损的比值下降,允许过热能力下降,要求更完善的后备保护;1.1.1 大型发电机组的特点 2)惯性时间常数 下降,更易发生失步。第5页/共120页2.大机组的特点(2)增大,定子绕组电阻 减小。1)时间常数 增大,暂态过程延长,保护的工作环境更加恶劣;2)短路电流的相对水平下降,要求保护更加灵敏;3)发电机的静稳储备系数下降,运行中更易失稳;4)失磁异步运行时滑差更大,后果更加严重;5)甩负荷时的过电压更严重。1.1.1 大型发电机组的特点第6页/共120页2.大机组的特点(3)结构工艺方面 1)冷却方式复杂,更易发生故障。1.1.1 大型发电机组的特点第7页/共120页2.大机组的特点
3、(3)结构工艺方面 2)汽轮发电机转子轴向长度和直径之比增加,更易发生振动,导致故障;1.1.1 大型发电机组的特点第8页/共120页2.大机组的特点(3)结构工艺方面 3)水轮发电机有多个磁极,转子直径很大,定转子间隙很小,易发生摩擦;08年9月20日青海省拉西瓦电站首台水轮发电机转子吊装成功,21对磁极,直径12.528米;1.1.1 大型发电机组的特点第9页/共120页2.大机组的特点(3)结构工艺方面 三峡70万千瓦机组转子直径为9.8米;3)水轮发电机有多个磁极,转子直径很大,定转子间隙很小,易发生摩擦;新疆恰甫其海水电站8万千瓦机组转子直径为8m,间隙2.2cm;1.1.1 大型发
4、电机组的特点第10页/共120页2.大机组的特点 4)每相有多个分支,往往采用分布式中性点,影响保护设置。(3)结构工艺方面1.1.1 大型发电机组的特点第11页/共120页2.大机组的特点(4)运行方面 1)保护的不正确动作将带来严重损失;2)励磁环节多,易发生低励失磁及过励磁;3)异常运行工况多;1.1.1 大型发电机组的特点第12页/共120页2.大机组的特点(4)运行方面 4)采用发变组单元接线。保护将其作为整体切除;振荡时,振荡中心处于机端附近,威胁厂用电安全。1.1.1 大型发电机组的特点第13页/共120页1.保护装置的发展电磁式保护:50、60年代广泛应用,目前仍有应用;晶体管
5、保护:70年代末基本成熟;微机保护、集成电路保护:80年代初到90年代是研制及应用的过程,集成电路保护由于调试困难90年代初退出,微机保护得到广泛的应用。2.主设备保护落后线路保护 主设备结构与运行工况复杂,而内部故障分析落后。3.主设备保护相对保守 机组运行环境相对好,故障相对少,误动将使正确动作率下降很多。1.1.2 主设备保护的发展第14页/共120页1.1.3 发电机故障类型和不正常运行状态1.发电机故障类型 (1)定子铁心与线圈之间的绝缘破坏,发生接地故障,由于故障点电弧的作用,使同槽其它线圈绝缘下降,引发相间、匝间故障 (2)发生单相接地故障后,由于电位的变化,造成另外一点接地故障
6、,发生两点接地(3)同槽绕组之间绝缘破坏,发生相间匝间故障(4)绕组端部由于接头松动,放电引发短路(5)对于转子线圈,还可能发生励磁电流消失故障 第15页/共120页2.故障类型统计1.1.3 发电机故障类型和不正常运行状态06年国电公司10万以上机组:本体故障29次,93次异常运行状态,8次机外故障 定子接地 34.48%;转子接地 27.59%;相间故障 17.24%;铁心故障 10.31%;内部引线故障 6.9%;匝间故障 3.45%。在本体故障中:第16页/共120页(1)定子绕组过电流(2)定子绕组过负荷(3)负序过电流(4)定子绕组过电压(5)转子绕组过负荷(6)过励磁(7)逆功率
7、等3.发电机不正常运行状态1.1.3 发电机故障类型和不正常运行状态第17页/共120页1.1.4 发电机应装设的保护1.内部故障主保护 主要包括各种差动保护 2.短路故障的后备保护 过电流保护:近、远后备 反时限保护:近后备3.定子绕组接地保护4.转子绕组接地保护5.低励、失磁保护6.失步保护第18页/共120页7.过励磁保护8.负序电流保护9.不正常运行保护 逆功率保护、过电压保护、过负荷保护、频率异常保护、误上电保护、启停机保护、非全相保护、断口闪络保护10.非电量保护1.1.4 发电机应装设的保护第19页/共120页7.信号1.停机:跳闸、灭磁、关闭主汽门2.解列灭磁:跳闸、灭磁、原动
8、机甩负荷3.解列:跳闸、原动机甩负荷4.增减出力:增加、减小原动机出力5.缩小故障影响范围:跳母联断路器6.程序跳闸:首先关主汽门、跳闸、灭磁1.1.5发电机保护的动作行为第20页/共120页发电机保护1.2 发电机内部故障主保护发电机内部故障主保护第21页/共120页1.2.1纵差保护基本原理正常运行或区外故障时:内部故障时:1.基本原理 第22页/共120页1.2.1纵差保护基本原理2.不平衡电流 主要由电流互感器传变特性不一致造成 第23页/共120页1.2.1纵差保护基本原理2.不平衡电流 减小误差的措施:(1)减小负载第24页/共120页1.2.1纵差保护基本原理2.不平衡电流 减小
9、误差的措施:(2)提高铁芯导磁率第25页/共120页1.2.1纵差保护基本原理2.不平衡电流 减小误差的措施:(3)采用TP级互感器,保证暂态传变精度具有闭合铁芯的TPS和TPX;具有气隙铁芯的TPY和TPZ。应用较多的是TPY型电流互感器。第26页/共120页1.2.1纵差保护基本原理2.不平衡电流 最大不平衡电流的计算:互感器稳态最大误差非周期分量系数1.52同型系数0.5或1外部短路时的最大短路电流二次值第27页/共120页1.2.1纵差保护基本原理3.整定计算 躲过外部故障时的最大不平衡电流:可靠系数1.31.5举例:第28页/共120页1.2.1纵差保护基本原理4.评价(1)中性点附
10、近存在死区距中性点 处发生三相短路,故障点电阻为 有必要设法减小定值以提高灵敏度,减小死区 第29页/共120页1.2.1纵差保护基本原理4.评价(2)不能反应匝间短路(3)不能反映接地故障 短路电流很小,差动保护不能动作 第30页/共120页1.2.2比率制动式纵差保护1.动作特性 第31页/共120页1.2.2比率制动式纵差保护2.整定计算(1)最小制动电流或拐点电流第32页/共120页(2)最小动作电流1)躲过正常最大负荷时的不平衡电流2)躲过区外短路电流接近发电机额定电流时的不平衡电流3)经验取值 使用P级互感器时动作值一般取 使用TPY级互感器时动作值一般取1.2.2比率制动式纵差保
11、护2.整定计算 第33页/共120页(3)比率制动特性斜率最大动作电流躲过区外短路最大不平衡电流按上式得到的斜率偏小,为了可靠性一般取0.40.5。时:2.整定计算 1.2.2比率制动式纵差保护第34页/共120页3.动作行为(1)正常、外部故障时:保护不会误动作1.2.2比率制动式纵差保护第35页/共120页(2)内部故障时:发电机并网前:保护可灵敏动作 3.动作行为1.2.2比率制动式纵差保护第36页/共120页4.三折线比率制动特性1.2.2比率制动式纵差保护 发电机内部发生轻微故障时,差动保护会有流出电流(两侧相位相反),此时差动电流小,制动电流大,保护灵敏度降低;可在保证不误动的前提
12、下,适当降低制动系数,减小动作电流来提高灵敏度。第37页/共120页4.三折线比率制动特性1.2.2比率制动式纵差保护IdIresIres.0Ires.1Iop.0K1K2O第38页/共120页4.三折线比率制动特性1.2.2比率制动式纵差保护IdIresK1K2OIres.maxIop.maxIop.0Ires.1Ires.0计算方法和前面相同(1)最小动作电流(2)第一拐点电流第39页/共120页4.三折线比率制动特性1.2.2比率制动式纵差保护(3)第二拐点电流 当外部短路电流较小时,互感器误差较小,不平衡输出也较小,允许采用较小的制动系数。内部小匝数匝间短路时,制动电流中具有穿越性负荷
13、电流,但 ,制动系数小,灵敏度较高。一般情况:IdIresK1K2OIres.maxIop.maxIop.0Ires.1Ires.0第40页/共120页4.三折线比率制动特性1.2.2比率制动式纵差保护(4)制动特性斜率 同时考虑TA性能和对流出电流的要求。TA误差较小且故障时流出电流较大时,可取较小值:IdIresK1K2OIres.maxIop.maxIop.0Ires.1Ires.0第41页/共120页4.三折线比率制动特性1.2.2比率制动式纵差保护 按躲过外部短路产生的最大不平衡电流考虑,若此时TA极度饱和,可以取更大值。(5)制动特性斜率IdIresK1K2OIres.maxIop
14、.maxIop.0Ires.1Ires.0第42页/共120页5.变斜率比率制动特性1.2.2比率制动式纵差保护第43页/共120页故障网络正常状态故障附加状态1.2.3故障分量纵差保护1.理论基础第44页/共120页(1)动作电流采用故障分量时采用全电流时2.电气量选择1.2.3故障分量纵差保护两种保护的差动电流完全相同 第45页/共120页(2)制动电流2.电气量选择采用故障分量时采用全电流时1.2.3故障分量纵差保护外部严重故障时:两种保护的制动作用相当 第46页/共120页(2)制动电流2.电气量选择采用故障分量时采用全电流时1.2.3故障分量纵差保护内部轻微故障时:故障分量差动保护的
15、制动作用小,灵敏度高 第47页/共120页动作判据:不考虑互感器误差的影响(1)内部故障时:3.故障分量纵差动保护制动特性的选取ZsZrZfF第48页/共120页3.故障分量纵差动保护制动特性的选取ZsZrZfF均为感性阻抗,阻抗角差小于90只要K2,保护即能动作不考虑互感器误差的影响(1)内部故障时:动作判据:第49页/共120页3.故障分量纵差动保护制动特性的选取不受过渡阻抗 的影响ZsZrZfF不考虑互感器误差的影响(1)内部故障时:动作判据:第50页/共120页3.故障分量纵差动保护制动特性的选取全电流差动保护:ErEsZsZrIsIrIfZfF不考虑互感器误差的影响(1)内部故障时:
16、动作判据:第51页/共120页3.故障分量纵差动保护制动特性的选取全电流差动保护:ErEsZsZrIsIrIfZfF不考虑互感器误差的影响(1)内部故障时:动作判据:第52页/共120页3.故障分量纵差动保护制动特性的选取全电流差动保护:ErEsZsZrIsIrIfZfF不考虑互感器误差的影响(1)内部故障时:动作判据:第53页/共120页当 时,保护灵敏度与过渡阻抗无关。3.故障分量纵差动保护制动特性的选取全电流差动保护:ErEsZsZrIsIrIfZfF当 时:的增大使 减小,保护灵敏度降低。不考虑互感器误差的影响(1)内部故障时:动作判据:第54页/共120页满足 的条件。3.故障分量纵
17、差动保护制动特性的选取故障分量差动保护:ZsZrZfFZsZrZfF不考虑互感器误差的影响(1)内部故障时:动作判据:第55页/共120页3.故障分量纵差动保护制动特性的选取(2)外部故障时:故障前后,电流互感器的误差会有所不同,假设两侧电流互感器的误差在故障前为,在故障后为动作判据:第56页/共120页3.故障分量纵差动保护制动特性的选取(2)外部故障时:故障前后,电流互感器的误差会有所不同,假设两侧电流互感器的误差在故障前为,在故障后为动作判据:第57页/共120页3.故障分量纵差动保护制动特性的选取(2)外部故障时:故障前空载或短路电流远大于负荷电流,则有:可取0.1可取0.2即要求:动
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