电力系统继电保护原理7.ppt

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1、7 7 发电机保护发电机保护 学习目的：学习目的：1 1、了解发电机可能出现的故障及不正常状态，并、了解发电机可能出现的故障及不正常状态，并掌握其保护配置。掌握其保护配置。2 2、掌握发电机纵差、横差保护的基本原理及原理、掌握发电机纵差、横差保护的基本原理及原理接线。接线。3 3、掌握常用的发电机定子接地保护。、掌握常用的发电机定子接地保护。4 4、了解发电机后备保护。、了解发电机后备保护。5 5、掌握发电机失磁保护。、掌握发电机失磁保护。6 6、了解发电机失步保护。、了解发电机失步保护。7 7、了解发电机励磁回路接地保护。、了解发电机励磁回路接地保护。7.1 7.1 发电机的故障类型及保护配

2、置发电机的故障类型及保护配置 一、故障类型：一、故障类型：1 1、定子方面：、定子方面：相间短路相间短路匝间短路匝间短路单相接地单相接地A AB BC C(1)(1)定子绕组相间短路定子绕组相间短路产生很大的短路电流产生很大的短路电流绕组过热绕组过热烧坏铁心和绕组烧坏铁心和绕组甚至导致发甚至导致发电机着火。电机着火。(2)(2)定子绕组匝间短路定子绕组匝间短路被短路部分绕组内将被短路部分绕组内将产生大的环流产生大的环流故障处绝缘破坏故障处绝缘破坏变成单相变成单相接地或相间短路。接地或相间短路。(3)(3)定子绕组单相接地定子绕组单相接地发电机电容电流将流发电机电容电流将流过故障点，电流较大时过

3、故障点，电流较大时铁心熔化。铁心熔化。2 2、转子方面：、转子方面：1 1）励磁回路一点或两点接地）励磁回路一点或两点接地 转子绕组一点接地转子绕组一点接地 转子绕组两点接地转子绕组两点接地2 2）失磁（励磁电流消失）失磁（励磁电流消失）二、二、异常状态：异常状态：1 1、定子绕组过电流：外部短路引起。、定子绕组过电流：外部短路引起。2 2、过负荷、过负荷3 3、不对称不对称短路短路负序过流负序过流转子过热转子过热4 4、甩负荷、甩负荷定子绕组过电压定子绕组过电压5 5、汽轮机主气门突然关闭、汽轮机主气门突然关闭逆功率逆功率防止汽防止汽轮机叶片与残留尾汽剧烈摩擦过热而损坏汽轮机叶片与残留尾汽剧

4、烈摩擦过热而损坏汽轮机。轮机。三、保护配置：三、保护配置：1 1、纵差动保护：、纵差动保护：定子绕组及其引出线的相间定子绕组及其引出线的相间短路保护。短路保护。2 2、横差动保护：、横差动保护：定子绕组匝间短路的保护。定子绕组匝间短路的保护。3 3、单相接地保护：、单相接地保护：对定子绕组单相接地短路对定子绕组单相接地短路的保护。的保护。4 4、失磁保护：、失磁保护：反应转子励磁回路励磁电流急反应转子励磁回路励磁电流急剧下降或消失。剧下降或消失。5 5、过电流保护：、过电流保护：反应外部短路引起的过电流，反应外部短路引起的过电流，同时兼作纵差动保护的后备保护。同时兼作纵差动保护的后备保护。6

5、6、负序电流保护：、负序电流保护：7 7、过负荷保护：、过负荷保护：8 8、过电压保护：、过电压保护：9 9、转子一点接地保护、转子一点接地保护1010、两点接地保护、两点接地保护1111、转子过负荷保护：、转子过负荷保护：1212、逆功率保护：、逆功率保护：危害：汽轮机尾部叶片有危害：汽轮机尾部叶片有可能过热而造成事故。可能过热而造成事故。7.2 7.2 发电机定子绕组故障的保护发电机定子绕组故障的保护一、纵差保护一、纵差保护1 1、原理接线：、原理接线：正常或外部短正常或外部短路时：路时：内部短路时：内部短路时：两组两组CTCT特性、变比一致特性、变比一致Ir.=0Ir.Ik2 2、整定原

6、则、整定原则1 1）动作电流：）动作电流：躲开外部短路时的最大不平衡电流躲开外部短路时的最大不平衡电流 Isetset =Krelrel Iunb.maxmax Iunb.max=0.1KnpKstIk.max/nTA2 2）灵敏度检验：灵敏度检验：Ik.min.内部内部 的确定：的确定：并网前并网前 自同期并列自同期并列k.min.内部内部senIK=TAnIsetset3 3、比率制动特性、比率制动特性（P198 P198 图图7.27.2）比率制动特性方程：比率制动特性方程：比率制动基本判据：比率制动基本判据：根据运行经验通常取：根据运行经验通常取：（OCOC的斜率）的斜率）4 4、标积

7、制动特性、标积制动特性为相量为相量的标积。的标积。5 5、纵差动保护的接线方式、纵差动保护的接线方式1 1）动作逻辑）动作逻辑2 2）不完全纵差动）不完全纵差动注意：注意：TATA误差；误差；误差源增加；误差源增加；整定值；整定值；灵敏度灵敏度二、横差保护二、横差保护1 1、装设条件：、装设条件：发电机定子绕组中性点侧引出发电机定子绕组中性点侧引出4 4或或6 6个端子。个端子。2 2、原理：、原理：正常时：正常时：并联绕组电势相等。并联绕组电势相等。匝间短路时：匝间短路时：并联绕组电势不等。并联绕组电势不等。横差保护动作电流：横差保护动作电流：Isetset=（0.20.3）Ign横差保护原

8、理接线：横差保护原理接线：3 3、反应纵向零序电压的定子匝间保护、反应纵向零序电压的定子匝间保护反应发电机纵向零序电压的基波分量反应发电机纵向零序电压的基波分量。“零序零序”电压取自机端专用电压互感器的开口三角电压取自机端专用电压互感器的开口三角形绕组形绕组 。C CB BA ATVTV3U3U0 0.7.3 7.3 发电机的定子单相接地保护发电机的定子单相接地保护一、定子单相接地的特点一、定子单相接地的特点1 1、零序电压：、零序电压：外部接地短路时外部接地短路时TA0TA0TA0TA0TA0TA0二、反应于二、反应于基波零序电压基波零序电压的定子接地保护的定子接地保护1 1、原理接线、原理

9、接线2 2、整定原则、整定原则动作电压：躲不平衡电压动作电压：躲不平衡电压正常时的正常时的Uunbunb高压侧单相接地短路时高压侧单相接地短路时3 3UO O发电机三次谐波电压发电机三次谐波电压U3 3 靠中性点侧靠中性点侧“有死区有死区”，能保护定子绕组，能保护定子绕组靠机端侧约靠机端侧约70%-90%70%-90%的范围。的范围。三、三、100%100%定子接地保护定子接地保护原理：利用原理：利用U3 3+3+3U0 0 构成。构成。正常时：正常时：US3S3UN3N3定子绕组定子绕组处单相接地短路时：处单相接地短路时：50%50%则则US3S3UN3 N3；50%50%则则US3S3UN

10、3 N3 S S机端机端N N中性点中性点反应于反应于U3 3的定子接地保护：的定子接地保护：能保护定子绕组能保护定子绕组靠中性点侧约靠中性点侧约50%50%的范围。的范围。反应于反应于3 3U0 0的定子接地保护：的定子接地保护：能保护定子绕组能保护定子绕组靠机端侧约靠机端侧约70%-90%70%-90%的范围。的范围。S S机端机端N N中性点中性点50%50%70%-90%70%-90%反应于反应于3 3U0 0反应于反应于U3 3四、利用四、利用3 3U0 0 和叠加电源构成的和叠加电源构成的100%100%定子接地保护定子接地保护7.4 7.4 发电机的负序保护发电机的负序保护一、负

11、序过电流保护的作用一、负序过电流保护的作用三相不对称三相不对称I2 负序旋转磁场负序旋转磁场转子绕组倍频电流转子绕组倍频电流转子过热，机械振动转子过热，机械振动保护对象：保护对象：转子绕组转子绕组二、负序定时限过电流保护（原理接线见二、负序定时限过电流保护（原理接线见P210P210）三、负序反时限过电流保护三、负序反时限过电流保护7.5 7.5 发电机的失磁保护发电机的失磁保护一、发电机的失磁运行及其产生的影响一、发电机的失磁运行及其产生的影响 失磁：励磁突然全部消失或部分消失失磁：励磁突然全部消失或部分消失1 1、失磁原因：、失磁原因：（1 1）励磁绕组故障）励磁绕组故障（2 2）励磁系统

12、故障）励磁系统故障（3 3）灭磁开关误动作）灭磁开关误动作2 2、失磁后的基本物理过程：、失磁后的基本物理过程：1 1）9090P 呈波动变化呈波动变化“等有功过程等有功过程”2 2）=90=90临界失步点临界失步点3 3）9090静稳被静稳被破坏破坏4 4）180 180 P 0 0 不稳定不稳定失磁开始失磁开始稳定异步运行稳定异步运行等有功过程等有功过程临界失步点临界失步点异步运行异步运行3 3、失磁的影响、失磁的影响 ：对电力系统：对电力系统：1 1）吸收）吸收Q UQ U无功储备不足，将因电压崩无功储备不足，将因电压崩溃而瓦解。溃而瓦解。2 2）UU其它发电机其它发电机QQ过过电流电流

13、后备保护后备保护动作，扩大影响范围。动作，扩大影响范围。3 3）失磁）失磁失步失步振荡振荡甩负荷。甩负荷。对发电机：对发电机：1 1）转子中）转子中f ff f-f fs s的差频电流的差频电流过热。过热。2 2）转差率）转差率 SS吸吸QQ定子过电流。定子过电流。3 3）转速转速振动振动 。二、发电机失磁后的机端测量阻抗二、发电机失磁后的机端测量阻抗 4 4、失磁保护的实现：、失磁保护的实现：反应于机端测量阻抗的变化构成反应于机端测量阻抗的变化构成1 1）9090失磁后失磁后失步前失步前 “等有功过程等有功过程”2 2）=90=90临界失步点临界失步点3 3）稳定异步运行）稳定异步运行发电机

14、异步运行时的等值电路见发电机异步运行时的等值电路见P216P216图图7-237-23 i i）当当s0时时 Zf=-jx1-jxad=-jxd由机端看到的阻抗为：由机端看到的阻抗为：)()(22221xxjsRjxsRjxjxZadadf+-=iiii）当当s时时 Zf=-j(x1+x2/xad)=-jxd4 4）发电机失磁后的机端测量阻抗的变化轨迹）发电机失磁后的机端测量阻抗的变化轨迹总结：失磁后总结：失磁后Zf从第一象限向第四象限移动。从第一象限向第四象限移动。三、三、发电机在其他运行方式下的发电机在其他运行方式下的Zf1 1、正常运行正常运行2 2、外部故障、外部故障 3 3、系统振荡

15、、系统振荡4 4、自同期并列、自同期并列 RjxOO四、失磁保护的构成方式四、失磁保护的构成方式 主判据：主判据：1 1、机机端端测测量量阻阻抗抗是是否否进进入入临临界界失失步步阻阻抗抗圆圆或或异步阻抗圆。异步阻抗圆。2 2、无功方向由正变负。、无功方向由正变负。3 3、机端电压或高压侧电压降低。、机端电压或高压侧电压降低。辅助判据：辅助判据：1 1、励磁电压降低。、励磁电压降低。2 2、是否有负序分量出现。、是否有负序分量出现。3 3、用延时躲振荡。、用延时躲振荡。4 4、用开关量识别自同期并列。、用开关量识别自同期并列。7.6 发电机失步保护发电机失步保护 （一）保护原理（一）保护原理 1

16、 1、对失步保护的要求：、对失步保护的要求：1 1）能正确区分短路与振荡、稳定振荡和失步振荡，）能正确区分短路与振荡、稳定振荡和失步振荡，失步保护只在失步振荡时动作。失步保护只在失步振荡时动作。2 2）失步保护动作后的行为应由系统安全稳定运行）失步保护动作后的行为应由系统安全稳定运行的要求决定，不应立即动作于跳闸；只有在振荡次的要求决定，不应立即动作于跳闸；只有在振荡次数或持续时间超过规定时，才选择切断电流较小的数或持续时间超过规定时，才选择切断电流较小的时刻使发电机跳闸。时刻使发电机跳闸。2 2、构成：、构成：反应于发电机机端测量阻抗的变化轨迹。反应于发电机机端测量阻抗的变化轨迹。动作特性为

17、易于计算机实现的双遮挡器原理特性。动作特性为易于计算机实现的双遮挡器原理特性。1 1）测量阻抗）测量阻抗Xact2 2）加加速速失失步步时时测测量量阻阻抗抗轨轨迹迹从从+R R向向-R R方方向向变变化化，0 0 4 4区依次从右到左排列。区依次从右到左排列。减减速速失失步步时时测测量量阻阻抗抗轨轨迹迹从从-R R向向+R R方方向向变变化化，0 0 4 4区依次从左到右排列。区依次从左到右排列。3 3）当测量阻抗从右向左穿过时判断为加速；）当测量阻抗从右向左穿过时判断为加速；当测量阻抗从左向右穿过时判定为减速。当测量阻抗从左向右穿过时判定为减速。4 4）当当测测量量阻阻抗抗穿穿过过1 1区区

18、进进入入2 2区区，并并在在1 1区区及及2 2区区停停留的时间分别大于留的时间分别大于t t1 1和和t t2 2后，发失步信号。后，发失步信号。加速失步信号作用于降低原动机出力。加速失步信号作用于降低原动机出力。减速失步信号作用于提高原动机出力。减速失步信号作用于提高原动机出力。若在加速或减速信号发出后，没能使振荡平息，测若在加速或减速信号发出后，没能使振荡平息，测量阻抗继续穿过量阻抗继续穿过3 3区进入区进入4 4区，并在区，并在3 3区及区及4 4区停留的区停留的时间分别大于时间分别大于t t3 3和和t t4 4后，进行滑极计数。当滑极累后，进行滑极计数。当滑极累计达到整定值计达到整定值N N0 0即出口跳闸。即出口跳闸。（二）出口方式（二）出口方式 7.7 发电机转子一点接地保护发电机转子一点接地保护（一）保护原理（一）保护原理 采用新型的叠加直流方法，叠加源电压为采用新型的叠加直流方法，叠加源电压为5050V V，内内阻大于阻大于5050k k。发电机转子一点接地测量原理图发电机转子一点接地测量原理图（二）出口方式（二）出口方式 7.8 7.8 发发-变组继电保护变组继电保护一、特点：一、特点：