9.发电机保护(精品).ppt

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1、第九章 同步发电机保护 第一节第一节 发电机常见故障、不正常及发电机常见故障、不正常及保护保护 定子绕组故障：定子绕组故障：相间短路相间短路纵差动保护纵差动保护 匝间短路匝间短路匝间短路保护匝间短路保护 单相接地单相接地单相接地保护单相接地保护 转子绕组故障：转子绕组故障：一点接地一点接地一点接地保护一点接地保护二点接地二点接地二点接地保护二点接地保护转子失磁转子失磁失磁保护失磁保护 过电流过电流 过电流保护过电流保护过负荷过负荷过负荷保护过负荷保护 过电压过电压过电压保护过电压保护逆功率逆功率 逆功率保护逆功率保护 失步失步失步保护失步保护保护出口方式保护出口方式停机：断开发电机断路器、灭磁

2、，关闭主汽门。停机：断开发电机断路器、灭磁，关闭主汽门。解列灭磁：断开发电机断路器，灭磁，汽轮机甩负荷。解列灭磁：断开发电机断路器，灭磁，汽轮机甩负荷。解列：断开发电机断路器，汽轮机甩负荷。解列：断开发电机断路器，汽轮机甩负荷。减出力：将原动机出力减到给定值。减出力：将原动机出力减到给定值。程序跳闸：首先关闭主汽门，待逆功率继电器动作后，程序跳闸：首先关闭主汽门，待逆功率继电器动作后，再跳开发电机断路器并灭磁。再跳开发电机断路器并灭磁。第二节发电机纵差动保护第二节发电机纵差动保护 一、发电机差动保护一、发电机差动保护、原理接线、原理接线、整定计算：、整定计算：).).躲过外部短路时的最大不平衡

3、电流。躲过外部短路时的最大不平衡电流。).).为避免电流互感器二次回路断线时误动作，保护为避免电流互感器二次回路断线时误动作，保护 的动作电流应大于发电机的额定电流。的动作电流应大于发电机的额定电流。3)3)、灵敏度校验、灵敏度校验 按单机运行时，发电机出口两相按单机运行时，发电机出口两相短路来校验差动保护的灵敏度。短路来校验差动保护的灵敏度。4)4)、断线监视部分的整定、断线监视部分的整定 按躲过正常运行时的不平衡电流来整定。按躲过正常运行时的不平衡电流来整定。根据运行经验取：根据运行经验取：LCD-12原原理理接接线线二、由比率制动式差动继电器构成二、由比率制动式差动继电器构成的纵联差动保

4、护的纵联差动保护 2 2、LCDLCD1212型继电器动作特性曲线型继电器动作特性曲线1、动作方程、动作方程 3 3、整定计算、整定计算 1 1）最小动作电流：按躲过最大负荷）最小动作电流：按躲过最大负荷下差回路的不平衡电流整定。下差回路的不平衡电流整定。2 2）制动特性斜率：）制动特性斜率：3 3）最小制动电流：取额定电流的）最小制动电流：取额定电流的5050-100%-100%。4 4、灵敏度校验：、灵敏度校验：按单机运行时，发电机出口两相按单机运行时，发电机出口两相短路校验。短路校验。第三节第三节 同步发电机定子绕组匝间短同步发电机定子绕组匝间短路保护路保护 作用作用：作为发电机匝间短路

5、的主保护：作为发电机匝间短路的主保护出口方式出口方式:全停或解列灭磁全停或解列灭磁一、单继电器式横差保护一、单继电器式横差保护原理：原理：是反映双是反映双Y型接线的定子绕组两中性点连线型接线的定子绕组两中性点连线中的电流而动作的保护中的电流而动作的保护.适用范围适用范围：双双Y型接线的定子绕组，且中性点至少型接线的定子绕组，且中性点至少有有6 6个引出端子。个引出端子。原理图原理图动作电流整定动作电流整定 按躲过机端三相短路故障时流过继电器的最大不平衡按躲过机端三相短路故障时流过继电器的最大不平衡电流整定。电流整定。一般按经验取：一般按经验取：保护接线特点及存在的问题保护接线特点及存在的问题

6、1 1.为为消消除除不不平平衡衡电电流流中中的的三三次次谐谐波波的的影影响响，提提高高保保护护灵灵敏敏度度，在在继继电电器器中中设设有有三三次次谐谐波波滤波器滤波器Z Z。2.2.为为避避免免励励磁磁回回路路瞬瞬时时性性两两点点接接地地时时，横横差差保保护护误误跳跳闸闸，故故在在转转子子发发生生一一点点接接地地后后，将将横横差差保保护护装装置置的的连连接接片片XBXB接接入入时时间间继继电电器器KTKT，使横差保护带有使横差保护带有0 0.5.51s1s延时。延时。二、纵向零序电压匝间短路保护二、纵向零序电压匝间短路保护 原理：原理：按照反应发电机机端对中性点零序电压原理构成按照反应发电机机端

7、对中性点零序电压原理构成出口逻辑关系出口逻辑关系：零序电压元件动作、负序功率方向元件不动：零序电压元件动作、负序功率方向元件不动作，作，TVTV断线判别元件不动作，则保护动作。断线判别元件不动作，则保护动作。三、测量励磁绕组二次谐波电流的匝间短路保护三、测量励磁绕组二次谐波电流的匝间短路保护原理：测量励磁绕组二次谐波电流，并且利用负序测量励磁绕组二次谐波电流，并且利用负序功率方向来区别区内短路还是区外短路的保护。功率方向来区别区内短路还是区外短路的保护。出口逻辑关系出口逻辑关系：电流元件和方向元件都动作，保护：电流元件和方向元件都动作，保护才动作。才动作。第四节第四节 同步发电机定子绕组的接地

8、保护同步发电机定子绕组的接地保护 一、反应基波零序电压的接地保护一、反应基波零序电压的接地保护 1 1、定子绕组单相接地故障时的零序电流、定子绕组单相接地故障时的零序电流零序电压零序电压:机端零序电压的特点及对相应保护的影响机端零序电压的特点及对相应保护的影响零序电压电压大小与接地点位置有关，越靠近中性点，零序电压电压大小与接地点位置有关，越靠近中性点，零序电压越小。零序电压越小。反映基波零序电压的定子绕组接地保护存在动作死区。反映基波零序电压的定子绕组接地保护存在动作死区。死区为死区为（15%-30%）2.2.反应基波零序电压的接地保护反应基波零序电压的接地保护 1 1、定子绕组单相接地时三

9、次谐波电压的特点、定子绕组单相接地时三次谐波电压的特点 NS二、发电机定子绕组二、发电机定子绕组100%100%接地保护接地保护结论结论:2 2反应三次谐波电压的接地保反应三次谐波电压的接地保护护 用机端的三次谐波电压用机端的三次谐波电压U U3S3S作为动作量，中性点的三次作为动作量，中性点的三次谐波电压谐波电压U U3N3N作为制动量构成接地保护，其动作条件作为制动量构成接地保护，其动作条件:则正常运行时保护不动作，只有当中性点附近发生接则正常运行时保护不动作，只有当中性点附近发生接地故障时，保护才会动作。地故障时，保护才会动作。发电机发电机100%100%定子接地保护定子接地保护由反应基

10、波零序电压元件由反应基波零序电压元件和和反应三次谐波电压元件反应三次谐波电压元件两部分组成。第一部分可两部分组成。第一部分可保护定子保护定子绕组的绕组的90%-95%90%-95%，而第二部分是而第二部分是用以消除基波零序电压用以消除基波零序电压元件保护的死区。元件保护的死区。3、发电机发电机100%100%定子接地保护定子接地保护第六节第六节 发电机的负序电流和过负荷保护发电机的负序电流和过负荷保护1.1.）负序电流保护部分）负序电流保护部分主要作为转子发热的主保护主要作为转子发热的主保护,同时兼做同时兼做发电机和升压变两相短路的后备保护；发电机和升压变两相短路的后备保护；2.2.）负序过负

11、荷保护部分）负序过负荷保护部分主要作为发电机不对称过负荷保护；主要作为发电机不对称过负荷保护；3.3.）单相低电压启动过电流部分）单相低电压启动过电流部分主要作为发电机和升压变三主要作为发电机和升压变三相短路的后备保护。相短路的后备保护。发电机转子发热特性方程发电机转子发热特性方程:A A发电机允许过热时间常发电机允许过热时间常数，它与发电机容量、冷却方式数，它与发电机容量、冷却方式等有关，非强迫冷却的发电机，等有关，非强迫冷却的发电机，A30A30；直接冷却的；直接冷却的100-100-300MW300MW汽轮发电机，汽轮发电机，A=6-15A=6-15；600MW600MW汽轮发电机的设计

12、值汽轮发电机的设计值A=4A=4。1、定时限负序电流保护动作值整定（两段）定时限负序电流保护动作值整定（两段）发电机负序保护发电机负序保护见图见图9-189-18：定时限负序电流保护与发热特性配合情况定时限负序电流保护与发热特性配合情况 该动作而未该动作而未动损坏机组动损坏机组不该动作而不该动作而动未发挥动未发挥机机组组负序潜力负序潜力发出信号，运行人员发出信号，运行人员来不及处理，超出允来不及处理，超出允许时间。不安全许时间。不安全反时限是指电流大时，时限短，电流小时，时限长。反时限是指电流大时，时限短，电流小时，时限长。2 2、反时限负序电流保护、反时限负序电流保护 工程实际：工程实际：大

13、型发电机，由于有大型发电机，由于有效材料利用率的提高，发电机效材料利用率的提高，发电机热容量降低，从而使发电机的热容量降低，从而使发电机的过负荷能力大大降低。为了充过负荷能力大大降低。为了充分利用发电机的过载能力而又分利用发电机的过载能力而又不致损坏发电机，在大型发电不致损坏发电机，在大型发电机的定子、转子、励磁绕组机的定子、转子、励磁绕组都都采反时限特性的过负荷保护。采反时限特性的过负荷保护。较保守，对安全有利实际情况一、一、发电机的失磁运行及其产生的影响发电机的失磁运行及其产生的影响 第七节第七节 同步发电机的失磁保护同步发电机的失磁保护 1 1、需需要要从从电电网网中中吸吸收收很很大大的

14、的无无功功功功率率以以建建立立发发电电机机的的磁磁场场，所所需需无无功功功功率率的的大大小小主主要要取取决决于于发发电电机机的的参参数数以以及及实际运行的转差率。实际运行的转差率。、由由于于从从电电力力系系统统中中吸吸收收无无功功功功率率将将可可能能引引起起电电力力系系统统电电压压下下降降，如如果果电电力力系系统统的的容容量量较较小小或或无无功功功功率率的的储储备备不不足足，可可能能使使失失磁磁发发电电机机的的机机端端电电压压、升升压压变变压压器器高高压压侧侧的的母母线线电电压压或或其其它它邻邻近近点点的的电电压压低低于于允允许许值值，从从而而破破坏坏了了负负荷荷与与各各电电源源间间的的稳稳定

15、定运运行行，甚甚至至可可能能因因电电压压崩崩溃溃而而使使系统瓦解。系统瓦解。、由于失磁发电机吸收了大量的无功功率，因此为由于失磁发电机吸收了大量的无功功率，因此为了防止其定子绕组的过电流，发电机所能发出的有功功率将了防止其定子绕组的过电流，发电机所能发出的有功功率将较同步运行时有不同程度的降低，吸收的无功功率越大，则较同步运行时有不同程度的降低，吸收的无功功率越大，则有功降低越多。有功降低越多。4、失磁后发电机的转速超过同步转速，因此，在转子励失磁后发电机的转速超过同步转速，因此，在转子励磁回路中将产生差频电流，因而形成附加损耗，使发电机转磁回路中将产生差频电流，因而形成附加损耗，使发电机转子

16、和励磁回路过热。显然，当转差率越大时，所引起的过热子和励磁回路过热。显然，当转差率越大时，所引起的过热也越严重。也越严重。5 5、失磁后会引起发电机组的振动，凸极机振动更厉害。、失磁后会引起发电机组的振动，凸极机振动更厉害。二、发二、发电机失磁过程中的机端测量阻抗电机失磁过程中的机端测量阻抗简单电力系力系统的功率特性的功率特性简单电力系统：给定系统电压V,一、隐极式发电机的功率特性一、隐极式发电机的功率特性 当电势当电势Eq及及电压电压V 恒定时，作简单电力系统的功率特性曲线：恒定时，作简单电力系统的功率特性曲线：发电机无励磁调节时，电势发电机无励磁调节时，电势Eq=常数。常数。功率极限：隐极

17、式发电机的功率特性隐极式发电机的功率特性 按 确定功率极限、功角。从失磁到稳定异步运行过程：从失磁到稳定异步运行过程：1 1）.失磁到失步前失磁到失步前 2 2）.临界临界失步点失步点 3 3）.失步后的异步运行失步后的异步运行1 1、失磁到失步前：、失磁到失步前：等有功圆等有功圆失磁到失步前阻抗变化轨迹失磁到失步前阻抗变化轨迹有功不有功不变，无变，无功由正功由正变负。变负。2、临界失步点阻抗变化轨迹、临界失步点阻抗变化轨迹临界失步临界失步点称为等点称为等无功圆点无功圆点3、失步后的异步运行、失步后的异步运行三、失磁保护的主要判据和辅助判据三、失磁保护的主要判据和辅助判据主要判据有：主要判据有

18、：1 1）检测无功功率方向）检测无功功率方向 2 2）检测机端测量阻抗变化）检测机端测量阻抗变化辅助判据有：辅助判据有：1 1）转子励磁电压下降）转子励磁电压下降 2 2）负序分量）负序分量 闭锁闭锁 3 3）延时，躲开系统振荡时误动。）延时，躲开系统振荡时误动。机端测量阻抗末端轨迹沿等有功圆由第机端测量阻抗末端轨迹沿等有功圆由第象限进象限进入第入第象限，机端测量阻抗进入第象限，机端测量阻抗进入第象限后，进一象限后，进一步将越过静稳阻抗边界阻抗圆，最后进入异步阻抗步将越过静稳阻抗边界阻抗圆，最后进入异步阻抗圆，表明发电机已进入异步运行状态。圆，表明发电机已进入异步运行状态。四、汽轮发电机失磁保

19、护方案四、汽轮发电机失磁保护方案 一、发电机转子绕组一点接地保护一、发电机转子绕组一点接地保护作用：作用：反映发电机转子绕组一点接地。反映发电机转子绕组一点接地。保护构成原理保护构成原理：通过外加工频电压直接测量转子通过外加工频电压直接测量转子绕组对地的绝缘电导来判断转子绕组是否一点绕组对地的绝缘电导来判断转子绕组是否一点接地。接地。出口方式出口方式：当转子对地电导急剧上升时（绝缘电当转子对地电导急剧上升时（绝缘电阻大幅度下降时），保护动作于信号。阻大幅度下降时），保护动作于信号。第八节同步发电机转子回路接地保护第八节同步发电机转子回路接地保护 1 1测量励磁回路导纳特性测量励磁回路导纳特性

20、1 1）.当对地电导当对地电导g gM M不变，而对地不变，而对地电纳电纳b bM M变化时，测量导纳变化时，测量导纳Y Ym m：等电导圆等电导圆2 2）当对地电纳）当对地电纳b bM M不变，而对地电不变，而对地电导导g gM M变化时，测量导纳变化时，测量导纳Y Ym m：等电纳圆等电纳圆 2 2、继电器的构成、继电器的构成 原理：只反映励磁回路电阻的降原理：只反映励磁回路电阻的降低，降到某一值即动作。低，降到某一值即动作。3 3、继电器动作方程及原理接线、继电器动作方程及原理接线二、发电机转子绕组两点接地保护二、发电机转子绕组两点接地保护作用作用：反映发电机转子绕组两点接地。反映发电机

21、转子绕组两点接地。保护构成原理保护构成原理：直流电桥原理；当转子直流电桥原理；当转子绕组一点接地时，由运行人员投入该保绕组一点接地时，由运行人员投入该保护护。出口方式出口方式：保护动作于停机保护动作于停机。直流电桥原理构成的两点接地保护直流电桥原理构成的两点接地保护 第九节第九节 发电机失步保护、逆功率保护发电机失步保护、逆功率保护一、一、发电机失步保护发电机失步保护1 1、失步概念：、失步概念：当系统受到大的扰动后，发电机或发电机群可能与系当系统受到大的扰动后，发电机或发电机群可能与系统不能保持同步运行，即发生不稳定振荡，称失步。统不能保持同步运行，即发生不稳定振荡，称失步。2 2、对失步保

22、护的要求、对失步保护的要求(1)(1)失步保护装置应能鉴别短路故障和不稳定振荡，发生短失步保护装置应能鉴别短路故障和不稳定振荡，发生短路故障时，失步保护装置不应动作。路故障时，失步保护装置不应动作。(2)(2)失步保护装置应能尽快检出失步故障，通常要求失步保失步保护装置应能尽快检出失步故障，通常要求失步保护装置在振荡的第一个振荡周期内能够检出失步故障。护装置在振荡的第一个振荡周期内能够检出失步故障。(3)(3)检出失步故障实行跳闸时，从断路器本身的性能出发，不检出失步故障实行跳闸时，从断路器本身的性能出发，不应在发电机电动势与系统电动势夹角为应在发电机电动势与系统电动势夹角为180180时跳闸

23、。时跳闸。(4)(4)失步保护装置应能鉴别不稳定振荡和稳定振荡失步保护装置应能鉴别不稳定振荡和稳定振荡(通常发电机通常发电机电动势与系统电动势间相角摆开最大不超过电动势与系统电动势间相角摆开最大不超过120120时为稳定时为稳定振荡，即是可恢复同步的振荡振荡，即是可恢复同步的振荡)，在稳定振荡的情况下，失步，在稳定振荡的情况下，失步保护不应误动作。保护不应误动作。3 3、反应阻抗变化的失步保护构成依据、反应阻抗变化的失步保护构成依据:不稳定振荡时不稳定振荡时，功角在，功角在0 0360360间作周期变化，测量阻抗间作周期变化，测量阻抗以以 的速率穿过阻抗平面，其轨迹在阻抗平面上是一个的速率穿过

24、阻抗平面，其轨迹在阻抗平面上是一个圆或直线。因此测量阻抗走过某段距离，需要一定时间。圆或直线。因此测量阻抗走过某段距离，需要一定时间。发生短路故障时发生短路故障时，功角基本不变，测量阻抗由负荷阻抗突变，功角基本不变，测量阻抗由负荷阻抗突变为短路阻抗。为短路阻抗。4.失步保护的构成失步保护的构成作用：作用：反应发电机失步状态的保护反应发电机失步状态的保护构成原理构成原理：利用两个阻抗继电器先后动作顺序反：利用两个阻抗继电器先后动作顺序反应发电机机端测量阻抗的变化。应发电机机端测量阻抗的变化。出口方式：出口方式：判断为减速失步时，发减速脉冲；判判断为减速失步时，发减速脉冲；判断为加速失步时，发加速

25、脉冲；经过处理仍然断为加速失步时，发加速脉冲；经过处理仍然处于失步状态时，就动作于解列灭磁。处于失步状态时，就动作于解列灭磁。H HK K不稳振荡：不稳振荡：ABCDABCD依次变化依次变化短路故障：由短路故障：由H H突变到突变到K K失步保护动作特性失步保护动作特性二、逆功率保护二、逆功率保护1 1、逆功率概念逆功率概念 对对于于汽汽轮轮发发电电机机，当当主主汽汽门门误误关关闭闭或或机机炉炉保保护护动动作作关关闭闭主主汽汽门门而而出出口口断断路路器器未未跳跳闸闸时时，发发电电机机转转为为电电动动机机运运行行，由由输输出出有有功功功功率率变变为为从从系统吸取有功功率，即称逆功率。系统吸取有功

26、功率，即称逆功率。2 2、逆功率保护、逆功率保护作用：作用：在发电机逆功率时在发电机逆功率时,避免汽轮机叶片损坏。避免汽轮机叶片损坏。构成原理构成原理：反映发电机有功功率大小和方向：反映发电机有功功率大小和方向.出口方式：出口方式：只要发电机从系统吸收功率，并且满足动只要发电机从系统吸收功率，并且满足动作条件作条件()()保护一般以保护一般以t1(1.5S)t1(1.5S)时间动作发信号；时间动作发信号；保护以保护以t2t2（100100秒）时间动作于机组秒）时间动作于机组全停。全停。功率整定：功率整定：一般取发电机额定功率的一般取发电机额定功率的(1-3)%(1-3)%。第十节第十节 发电机的过电压保护发电机的过电压保护作用作用：反应发电机突然甩负荷而出现的过电压。：反应发电机突然甩负荷而出现的过电压。出口方式出口方式：一般情况下保护动作于解列灭磁。：一般情况下保护动作于解列灭磁。第第十十一一节节发发电电机机变变压压器器组组保保护护特特点点复习思考题1，2，4,5