第七章 發(fā)動(dòng)機(jī)保護(hù)

1、 第七章 發(fā)動(dòng)機(jī)的保護(hù)7 7 發(fā)電機(jī)保護(hù) 7-1 7-1 發(fā)電機(jī)故障類型, ,不正常運(yùn)行狀態(tài)及相應(yīng)保護(hù)方式 一、故障類型及保護(hù)方式 定子（及引出線）： 相間短路 縱差保護(hù)（1000KW以上） 匝間短路 橫差保護(hù)（大容量，雙繞組） 單相接地 接地保護(hù)（Ic5A則跳閘；Ic2.0 二、發(fā)電機(jī)橫差保護(hù)作用：反映G內(nèi)部繞組（不含機(jī)端引線）相間短路、匝間 短路和開焊故障的主保護(hù)作用對象：出口QF，滅磁開關(guān)，停機(jī) 1、裂相橫差保護(hù)（即三元件橫差，構(gòu)成相對復(fù)雜，作為單元件橫差的補(bǔ)充）(1) G正常運(yùn)行或外部短路時(shí) 兩支繞組電勢相等， 故兩支電流大小相等， 差動(dòng)電流Icd=0 (2) 同一支繞組上匝間短路 （

2、：短路匝數(shù)占整支匝數(shù)的百分比） 兩繞組電勢不相等環(huán)流Id較大Icd=2Id/nTA 0時(shí)，Icd0，拒動(dòng)出現(xiàn)死區(qū) (3) 同相不同支繞組上匝間短路（1，2） 兩繞組電勢不相等環(huán)流Id較大Icd=2Id/ nTA =(12)0時(shí)，Icd0，拒動(dòng)出現(xiàn)死區(qū) (4) 相間短路產(chǎn)生較大Id較大Icd=Id/nTA (5) 開焊故障：某支開焊時(shí)， 一支無電流、一支有電流 較大Icd=Ifh/nTA 2、零序電流橫差保護(hù)（也稱單元件橫差或高靈敏度橫差，構(gòu)成簡單且靈敏度高） 在每相多分支的多個(gè)中性點(diǎn)連線上接入零序電流式橫差保護(hù)： 左星形：IL=IA.L+IB.L+IC.L 右星形：IR=IA.R+IB.R+I

3、C.R 則：Icd=|ILIR|/nTA (1)正常運(yùn)行及外部短路時(shí)：Icd=Ibp(很小)，保護(hù)不動(dòng)作。 (2)匝間短路時(shí)（）： Icd=Id/nTA（環(huán)流，很大），保護(hù)動(dòng)作。 0時(shí)，Icd0，保護(hù)拒動(dòng)出現(xiàn)死區(qū)。(3)轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地轉(zhuǎn)子磁場畸變橫差保護(hù)誤動(dòng)。 措施： * G有轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地保護(hù)時(shí)，轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地后橫差保護(hù)改 為經(jīng)短延時(shí)t出口。 * G無轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地保護(hù)時(shí)，轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地后橫差保護(hù)不 延時(shí)，允許橫差保護(hù)瞬時(shí)出口。 7-3 7-3 發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)（發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式：不接地或經(jīng)消弧線圈接地或 經(jīng)高阻接地）一、發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地的特點(diǎn) 設(shè)A相繞組接地：（：接地點(diǎn)到中性點(diǎn)間

4、的繞組 占整個(gè)繞組的百分比） 1、零序電壓 U UAD=E EAE EA 各相對地電壓： U UBD=E EBE EA U UCD=E ECE EA 零序電壓：3U U0=(U UADU UBDU UCD)=3E EA （3U U0隨變化） 2、零序電流 2、零序電流 發(fā)電機(jī)對地電容電流： 3I I0GjCG3U U0jCG3E EA 網(wǎng)絡(luò)對地電容電流： 3I I0SjCS3U U0jCS3E EA 故障點(diǎn)總對地電容電流： 3I Id03I I0G3I I0Sj(CGCS)3E EA* 發(fā)電機(jī)定子接地時(shí)，其出口TA0所測零序電流： 3I I0G3I I0SjCS3E EA 其值較大（CS較大）

5、； 方向：G母線* 外部系統(tǒng)單相接地時(shí)，發(fā)電機(jī)出口TA0所測零序電流： 3I I0G3I I0GjCG3E EA （此時(shí)=1） 其值較?。–G較小）；方向：母線G二、利用零序電流構(gòu)成定子接地保護(hù) 反映接地電容電流Ic5A的情況，有選擇性動(dòng)作于跳閘。 為減小不平衡電流， TA0采用高導(dǎo)磁率的零序電流互感器。零序電流保護(hù)整定值選擇原則：(1)躲過（大于）外部系統(tǒng)單相接地時(shí)G所測得的零序電流（即G本身的電容電流3I0GCG3EX ，EX：相電壓）； 并應(yīng)躲過正常運(yùn)行時(shí)TA0一次三相導(dǎo)線排列不對稱Ibp(2)保護(hù)一次動(dòng)作電流應(yīng)盡量小(靈敏度高)，且應(yīng)保證CG3EX）接地保護(hù)誤動(dòng)，接地保護(hù)應(yīng)帶有12S的

6、延時(shí)。三、利用零序電壓構(gòu)成定子接地保護(hù) 反映接地電容電流IcUbp （一般3U0.dz.j=1530V） 當(dāng)0時(shí)（接地點(diǎn)靠近中性點(diǎn)）， 3U00，保護(hù)拒動(dòng)，出現(xiàn)死區(qū)。 四、100%定子接地保護(hù)1、構(gòu)成方式第一部分：零序電壓保護(hù)，死區(qū)：=5%10%（靠中性點(diǎn)側(cè)） 附加直流電源第二部分： 附加交流電源 利用G固有三次諧波電勢2、三次諧波電壓保護(hù)基本原理 常規(guī)三次諧波保護(hù)動(dòng)作條件： 機(jī)端三次諧波電壓US3中性點(diǎn)三次諧波電壓UN3 （即：US3/UN31） (1) 正常運(yùn)行時(shí) 中性點(diǎn)對地電抗：XN3=1/(j3CG)； 機(jī)端對地電抗：XS3=1/j3(CG+CS) 中性點(diǎn)三次諧波電壓： UN3=XN3

7、E3/(XN3+XS3) 機(jī)端三次諧波電壓： US3=XS3E3/(XN3+XS3) 則：US3/UN3=XS3/XN3=(CG)/(CG+CS)1， 即：US3UN3 動(dòng)作條件不滿足，不動(dòng)作。 (2) 定子繞組單相接地時(shí) 設(shè)F點(diǎn)金屬性接地（距中性點(diǎn)比例為 ） UN3=E3，US3=(1-)E3 故：US3/UN3=(1-)/ * UN3，滿足動(dòng)作條件，動(dòng)作 * 50%時(shí)（F點(diǎn)靠機(jī)端側(cè)）， US3|UN3| 適當(dāng)調(diào)整復(fù)系數(shù)Kp使正常運(yùn)行時(shí)： |US3KpUN3|=0 當(dāng)靠中性點(diǎn)定子繞組接地： US3, UN3|US3KpUN3|UN3| 保護(hù)靈敏動(dòng)作 當(dāng)靠機(jī)端定子繞組接地： US3 , UN3

8、 |US3KpUN3|UN3| 保護(hù)動(dòng)作 （可見改進(jìn)型的三次諧波保護(hù)甚至可以單獨(dú)作為100%定子 接地保護(hù)） 7-4 7-4 發(fā)電機(jī)過流保護(hù)一、復(fù)合電壓啟動(dòng)（或低電壓啟動(dòng)）的過流保護(hù) （同變壓器過流保護(hù)）二、負(fù)序過負(fù)荷及負(fù)序過流保護(hù) （用于50MW及以上的發(fā)電機(jī)） 三相不對稱短路或不對稱負(fù)荷負(fù)序過流 轉(zhuǎn)子倍頻電流轉(zhuǎn)子過熱、振動(dòng)。 發(fā)電機(jī)允許發(fā)熱條件：I2*2t A (負(fù)序電流I2*大允許的時(shí)間t短) A：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子允許發(fā)熱量； I2*：以Ie.G為基準(zhǔn)的負(fù)序電流標(biāo)幺值） 1、定時(shí)限負(fù)序過負(fù)荷及負(fù)序過流1、定時(shí)限負(fù)序過負(fù)荷及負(fù)序過流 II2元件跳閘，反映負(fù)序過流（整定值大） III2元件發(fā)信號，

9、反映負(fù)序過負(fù)荷（整定值小） 整定計(jì)算及特性分析：(1) 負(fù)序過負(fù)荷部分（小定值） * 動(dòng)作電流III2.dz整定： 躲過發(fā)電機(jī)長期允許負(fù)序電流I2.：III2.dz= I2.= I2. 經(jīng)驗(yàn)公式：汽輪發(fā)電機(jī)：III2.dz=(0.060.08)Ie.2 水輪發(fā)電機(jī)：III2.dz=(0.10.2)Ie.2 * 動(dòng)作延時(shí)tII：取69S (2) 負(fù)序過流部分（大定值） * 動(dòng)作電流II2.dz整定： hkKK95. 02 . 1 II2.dz.* tjs：計(jì)算時(shí)間，即運(yùn)行人員可采取措施 消除負(fù)序電流所需的充足時(shí)間，取120s。 當(dāng)I2*tjs，可人工處理，保護(hù)不必動(dòng)作 當(dāng)I2*II2.dz.*時(shí)

10、，允許時(shí)間tytjs，來不及人工處理，保護(hù)動(dòng)作 一般A=3040，則：II2.dz=(0.50.6)Ie.2 （汽輪發(fā)電機(jī)用0.5；水輪發(fā)電機(jī)用0.6） 與相鄰元件的后備保護(hù)配合 （本后備保護(hù)Klm相鄰設(shè)備后備保護(hù)Klm） II2.dz=KkI2.js Kk：配合系數(shù)，取1.11.3 I2.js：計(jì)算電流，即相鄰設(shè)備后備保護(hù)范圍末端不對稱短路 時(shí)流過本設(shè)備的最大負(fù)序電流。jstA/ * 動(dòng)作時(shí)限tI：按階梯原則與相鄰元件后備保護(hù)配合： tG=tTt，一般為35秒 (3)負(fù)序定時(shí)限過流保護(hù)特性分析： 設(shè)：反映不對稱過負(fù)荷發(fā)信號部分： 整定值0.1Ie.G；時(shí)限t=10S 反映不對稱短路跳閘部分：

11、 整定值0.5Ie.G；時(shí)限t=4S ab段：保護(hù)尚未動(dòng)作，G已經(jīng)過熱。 bc段：未能充分利用G本身的承受能力 cd段：I2 0.5Ie.G時(shí)（靠近C點(diǎn)），允許時(shí)間ty不夠長，不對稱 過負(fù)荷部分發(fā)信號后，無充裕時(shí)間保證人工處理。 de段：保護(hù)根本不反應(yīng)。2、負(fù)序反時(shí)限過流保護(hù)（適用于大型G） 為更好地與發(fā)電機(jī)承受能力匹配，采用反時(shí)限特性。 反時(shí)限過流保護(hù)：動(dòng)作時(shí)限t與通入G的電流成反比變化。 G絕熱條件下：I2*2ty=A 則：ty=A/I2*2 考慮到G轉(zhuǎn)子的散熱條件， 允許一定的溫升裕度，保護(hù) 實(shí)際動(dòng)作特性取： tb=A/(I2*2) （：裕度常數(shù)） 7-5 7-5 發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)（后備保

12、護(hù)）一、發(fā)電機(jī)失磁及其產(chǎn)生的影響1、失磁的特點(diǎn) 設(shè)正常運(yùn)行于a點(diǎn)，(1)低勵(lì)失磁勵(lì)磁電流Ed 功角曲線P()下降，至b點(diǎn) PPm轉(zhuǎn)子減速，按等面積法則至d點(diǎn)（加速面積abc=減速面積cde），開始 P回落至c點(diǎn)，P=Pm；由于慣性繼續(xù)PPm 轉(zhuǎn)子加速，經(jīng)加速、減速循環(huán)往復(fù)的衰減振蕩穩(wěn)定在c點(diǎn) 穩(wěn)定振蕩（同步振蕩）。 )sin(XUEPsd(2)若嚴(yán)重失磁曲線P()大幅下降可提供的減速區(qū)面積chf加速面積abc慣性的減速過程中，沖過f點(diǎn)，即尚未將加速面積的能量耗盡又出現(xiàn)P系統(tǒng)頻率fS 轉(zhuǎn)子中出現(xiàn)滑差(fGfS)交流轉(zhuǎn)子過熱、振動(dòng)。(4)G電壓自動(dòng)解列裝置動(dòng)作，使G與系統(tǒng)解列。失磁后二、失磁過程中

13、的機(jī)端測量阻抗Zm 失磁前位于第一象限（a點(diǎn)）, 失磁后，無功Q由正變負(fù)，UG， Zm沿等有功圓進(jìn)入第四象限， 進(jìn)而落在臨界失步圓上（b點(diǎn)）， 進(jìn)而進(jìn)入失步區(qū)c點(diǎn)異步運(yùn)行（失步振蕩）。 ，不允許異步運(yùn)行水輪機(jī)，轉(zhuǎn)差率間，允許異步運(yùn)行一段時(shí)汽輪機(jī)，轉(zhuǎn)差率%21%5 . 0SfffSSSG 為準(zhǔn)確判別是否進(jìn)入失步， 一般不用靜穩(wěn)定極限圓， 而采用異步邊界阻抗圓： 以-jXd/2和-jXd兩點(diǎn)為直徑的圓。 三、失磁保護(hù) 定子三相同時(shí)低電壓元件：UG； 勵(lì)磁低電壓元件：Vfd 異步圓特性阻抗元件：Z * 失磁時(shí)：Z、Vfd動(dòng)作 &2動(dòng)作經(jīng)t3延時(shí)跳 滅磁開關(guān)(不停機(jī))、投異 步電阻、切換廠用電源； 按P的設(shè)定值減負(fù)荷。*由于失磁后期進(jìn)入異步運(yùn)行時(shí)，Vfd是交變的，Vfd元件將 周期性地動(dòng)作與返回，若Vfd持續(xù)動(dòng)作的時(shí)間t3，則