發(fā)電機(jī)保護(hù)教程

1、發(fā)電機(jī)基本概念發(fā)電機(jī)的作用是將汽輪機(jī)或水輪機(jī)輸出的機(jī)械能變換成電能。1 主要構(gòu)成發(fā)電機(jī)主要由定子和轉(zhuǎn)子兩部分構(gòu)成。在定子與轉(zhuǎn)子間留有適當(dāng)?shù)拈g隙，通常將該間隙稱作為氣隙。極對(duì)數(shù)為1的三相交流同步發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。在定子鐵芯上設(shè)置有槽，每個(gè)定子槽分上槽和下槽，上槽及下槽中設(shè)置有定子繞組。每臺(tái)發(fā)電機(jī)的定子繞組為三相對(duì)稱式繞組，如圖中的a-x、b-y、c-z所示。所謂三相對(duì)稱繞組是指三個(gè)繞組（即 a-x、b-y、c-z ）的匝數(shù)相等，其空間分布相對(duì)位置相距120°。在定子鐵芯的上槽與下槽之間設(shè)置有屏蔽層。在轉(zhuǎn)子鐵芯上也有槽，槽內(nèi)設(shè)置有轉(zhuǎn)子繞組（如下圖）為提高發(fā)電機(jī)的單機(jī)容量及降低鐵

2、芯及繞組的溫度，各種發(fā)電機(jī)均設(shè)置有冷卻系統(tǒng)。 小型發(fā)電機(jī)一般采用空氣冷卻方式，也有采用氫冷式；對(duì)于大型汽輪發(fā)電機(jī)， 通常采用水內(nèi)冷及氫冷方式。2作用原理在轉(zhuǎn)子繞組中（圖中的 W-j ）通入直流，產(chǎn)生一恒定磁場(chǎng)（其兩極極性分別為N S）。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子由汽輪機(jī)或水輪機(jī)拖著旋轉(zhuǎn)，恒定磁場(chǎng)變成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)（通常稱之氣隙磁場(chǎng)）。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割定子繞組，必將在定子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。由于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)在氣隙中按正弦分布，而轉(zhuǎn)子以恒定速度旋轉(zhuǎn)， 從而使定子繞組中的感應(yīng)電勢(shì)按正弦波規(guī)律變化。發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，定子繞組中出現(xiàn)感應(yīng)電流，向系統(tǒng)輸出電能。3發(fā)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，每轉(zhuǎn)過(guò)一對(duì)磁極，定子繞組中的電勢(shì)便歷經(jīng)一

3、個(gè)周期。因此，定子繞組中電勢(shì)的頻率可由每秒鐘轉(zhuǎn)過(guò)磁極的極對(duì)數(shù)來(lái)表示。設(shè)發(fā)電機(jī)的極對(duì)數(shù)（即一個(gè)N 個(gè)S）為P,每分鐘的轉(zhuǎn)速為n,則頻率 f = pn/60 轉(zhuǎn)速 n= 60f/p （1）汽輪發(fā)電機(jī)的極對(duì)數(shù) P= 1,當(dāng)電網(wǎng)的頻率f = 50赫時(shí)，n= 3000轉(zhuǎn)/分。對(duì)于水輪發(fā)電 機(jī)，其極對(duì)數(shù)較多，故允許其轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)低，當(dāng) P= 4時(shí)，水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速n=750轉(zhuǎn)/分，當(dāng)極對(duì)數(shù) P= 24時(shí)，其轉(zhuǎn)速為125轉(zhuǎn)/分。4兩種旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)(1) 直流激磁旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)直流激磁旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)， 又叫機(jī)械旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。 在同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上裝設(shè)有轉(zhuǎn)子繞組，通入直流后產(chǎn)生直流激磁的磁極， 當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，在氣隙形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。 該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與

4、轉(zhuǎn)子無(wú)相對(duì) 運(yùn)動(dòng)。氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速相同。發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速為同步速。(2) 交流激磁的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)電機(jī)定子三相對(duì)稱電流流過(guò)三相對(duì)稱繞組時(shí)，將在氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。 該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)由三相交流產(chǎn)生，故稱交流激磁的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)， 兩種旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速均等于同步速，它們之間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)。 又因?yàn)檗D(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速也等于同步速，因此，定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子之間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)緊拉著定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)。5發(fā)電機(jī)的冷卻方式根據(jù)冷卻介質(zhì)流通的路途，同步發(fā)電機(jī)的冷卻方式，可分為外冷式及內(nèi)冷式兩種。外冷式又稱之表面冷卻方式， 其冷卻介質(zhì)有空氣及氫氣兩種； 內(nèi)冷式稱之直接冷卻方式， 其冷卻介質(zhì)有氫氣及

5、水兩種。當(dāng)采用水冷卻方式時(shí)，繞組為空心銅制繞組，冷卻水直接由繞組內(nèi)流通。目前，大型汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組的冷卻方式，多采用水冷方式。有些發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組也采用水內(nèi)冷方式。將轉(zhuǎn)子繞組及定子繞組均由水內(nèi)冷冷卻的發(fā)電機(jī)，稱之雙水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)。6并網(wǎng)運(yùn)行汽輪發(fā)電機(jī)電勢(shì)與端電壓的關(guān)系發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，向系統(tǒng)送出有功及無(wú)功。此時(shí)，機(jī)端電壓與發(fā)電機(jī)電勢(shì)的關(guān)系E)= U+ jlX d (1)式中：Eo 發(fā)電機(jī)電勢(shì)；U機(jī)端電壓；I 發(fā)電機(jī)定子電流；X d發(fā)電機(jī)的同步電抗。若以機(jī)端電壓為參考向量，及 的向量關(guān)系如圖下圖所示。在圖中：功率因數(shù)角；3發(fā)電機(jī)電勢(shì)與機(jī)端電壓之間的夾角，又稱之功角。由圖可以看出，當(dāng)發(fā)電機(jī)送出有功

6、及無(wú)功時(shí)，發(fā)電機(jī)電勢(shì)E0大于機(jī)端電壓 U。當(dāng)發(fā)電機(jī)從系統(tǒng)吸收無(wú)功時(shí)，發(fā)電機(jī)電勢(shì)將小于機(jī)端電壓。7發(fā)電機(jī)的阻抗若不及電阻分量，發(fā)電機(jī)的阻抗有 同步電抗、 暫態(tài)電抗、 次暫態(tài)電抗、 負(fù)序電抗和零序 電抗 。（1）同步電抗 發(fā)電機(jī)的同步電抗也叫正序電抗。正常運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)的電抗，稱之同步電抗；（2）負(fù)序電抗發(fā)電機(jī)不對(duì)稱運(yùn)行時(shí)， 負(fù)序電流產(chǎn)生負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)， 負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以 2 倍同步轉(zhuǎn)速切割 轉(zhuǎn)子繞組。負(fù)序電抗等于機(jī)端負(fù)序電壓與定子繞組中負(fù)序電流的基波分量之比。（3）零序電抗零序電抗具有漏抗的性質(zhì)，其大小決定于零序電流產(chǎn)生的漏磁通。（4）暫態(tài)電抗當(dāng)定子電流突然變化時(shí)，在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)（像變壓器一

7、樣） ，在轉(zhuǎn)子回路中 產(chǎn)生感應(yīng)電流。該電流的作用使定子電抗減小，將減小后的電抗稱之為暫態(tài)電抗 。（5）次暫態(tài)電抗 當(dāng)轉(zhuǎn)子上有阻尼繞組時(shí)， 若定子電流突然變化， 由于阻尼繞組回路的阻抗不能突變， 致使磁 路的磁阻很大，相應(yīng)的電抗更小。發(fā)電機(jī)保護(hù)的配置一 發(fā)電機(jī)的故障及不正常運(yùn)行方式1 發(fā)電機(jī)的故障（1）定子繞組的故障 定子繞組的故障主要有：相間短路（二相短路、三相短路） 接地故障：?jiǎn)蜗嘟拥?、兩相接地短路故?匝間短路 （同分支繞組匝間短路， 同相不同分支繞組之間的短 路）。（2）轉(zhuǎn)子繞組的故障主要有：轉(zhuǎn)子繞組一點(diǎn)接地及二點(diǎn)接地，部分轉(zhuǎn)子繞組匝間短路。2 發(fā)電機(jī)異常運(yùn)行方式發(fā)電機(jī)不正常運(yùn)行方式主要

8、有： 定子繞組過(guò)負(fù)荷， 轉(zhuǎn)子繞組過(guò)負(fù)荷，發(fā)電機(jī)過(guò)電壓；發(fā) 電機(jī)過(guò)激磁，發(fā)電機(jī)誤上電、逆功率、頻率異常、失磁、發(fā)電機(jī)斷水及非全相運(yùn)行等。二 發(fā)電機(jī)保護(hù)的配置發(fā)電機(jī)定子繞組或輸出端部發(fā)生相間短路故障或相間接地短路故障， 將產(chǎn)生很大的短路 電流，大電流產(chǎn)生的熱、電動(dòng)力或電弧可能燒壞發(fā)電機(jī)線圈、定子鐵芯及破壞發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)子繞組兩點(diǎn)接地或匝間短路， 將破壞氣隙磁場(chǎng)的均勻性， 引起發(fā)電機(jī)劇烈振動(dòng)而損壞 發(fā)電機(jī)；另外，還可能燒傷轉(zhuǎn)子及損壞其他勵(lì)磁裝置。發(fā)電機(jī)異常運(yùn)行也很危險(xiǎn)。 發(fā)電機(jī)過(guò)電壓、 過(guò)電流及過(guò)激磁運(yùn)行可能損壞定子繞組； 大 型發(fā)電機(jī)失磁運(yùn)行除對(duì)發(fā)電機(jī)不利之外，還可能破壞電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。其他異常

9、工況下， 長(zhǎng)期運(yùn)行也會(huì)危及發(fā)電機(jī)的安全。為確保發(fā)電機(jī)安全經(jīng)常運(yùn)行，必需配置完善的保護(hù)系統(tǒng)。1 短路故障的主保護(hù)發(fā)電機(jī)內(nèi)部短路故障的主保護(hù)有： 縱差保護(hù)，橫差保護(hù)（單元件橫差及三元件橫差保護(hù)） ， 發(fā)電機(jī)定子繞組匝間保護(hù) （主要有單元件橫差保護(hù)、 縱向零序電壓匝間保護(hù)及負(fù)序功率方向 保護(hù)），轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地保護(hù)，勵(lì)磁機(jī)縱差保護(hù)。2 短路故障的后備保護(hù)發(fā)電機(jī)短路故障的后備保護(hù)主要有： 復(fù)壓閉鎖過(guò)流保護(hù)，對(duì)稱過(guò)流及過(guò)負(fù)荷保護(hù)，不對(duì) 稱過(guò)流及過(guò)負(fù)荷保護(hù)、負(fù)序過(guò)電流保護(hù)， 轉(zhuǎn)子過(guò)流及過(guò)負(fù)荷保護(hù)、轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地保護(hù)、帶記 憶的低壓過(guò)流保護(hù)。3其他故障保護(hù)發(fā)電機(jī)單相接地保護(hù)，發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)。4發(fā)電機(jī)異常運(yùn)行保護(hù)發(fā)

10、電機(jī)異常運(yùn)行保護(hù)有：發(fā)電機(jī)過(guò)電壓保護(hù)， 發(fā)電機(jī)過(guò)激磁保護(hù)、 逆功率保護(hù)，轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)，定子過(guò)負(fù)荷保護(hù)、非全相運(yùn)行保護(hù)、大型發(fā)電機(jī)失步保護(hù)、頻率異常保護(hù)等。5開(kāi)關(guān)量保護(hù)發(fā)電機(jī)斷水保護(hù)等。6臨時(shí)性保護(hù)所謂臨時(shí)性保護(hù)是指：發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)應(yīng)退出的保護(hù)。其中有發(fā)電機(jī)誤上電保護(hù)及發(fā)電機(jī) 啟、停機(jī)保護(hù)等。發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)，是發(fā)電機(jī)相間故障的主保護(hù)。一縱差保護(hù)的分類1按輸入電流的不同分類發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)由三個(gè)分相差動(dòng)元件構(gòu)成。若按由差動(dòng)元件兩側(cè)輸入電流的不同進(jìn)行分類， 可以分成完全縱差保護(hù)和不完全保護(hù) 兩類。其交流接入回路分別如圖（3）和（b）所示。AC(b)圖在圖中:Ja、Jb、Jc 分別為發(fā)電機(jī)A、B

11、C三相的差動(dòng)元件;(a )圖A、B C發(fā)電機(jī)三相輸入端子。由上圖可以看出， 發(fā)電機(jī)完全縱差保護(hù)與不完全縱差保護(hù)的區(qū)別是： 對(duì)于完全縱差保護(hù)， 在 發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)， 輸入到差動(dòng)元件的電流為每相的全電流， 而不完全差動(dòng)保護(hù)， 由中性點(diǎn)輸 入到差動(dòng)元件的電流為每相定子繞組某一分支的電流。2 按制動(dòng)方式分類為確保區(qū)外故障時(shí)縱差保護(hù)可靠不動(dòng)作， 在差動(dòng)元件中設(shè)置有制動(dòng)量。 按制動(dòng)方式分類， 差動(dòng)保護(hù)可分為 比率制動(dòng)式和標(biāo)積制動(dòng)方式 。3 按出口方式分類目前， 發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)均采用由三個(gè)差動(dòng)元件構(gòu)成的分相差動(dòng)保護(hù)。 由于發(fā)電機(jī)電壓系 統(tǒng)系小電流接地系統(tǒng)， 故保護(hù)的出口既可以采用單相出口方式， 也可以采用循

12、環(huán)閉鎖出口方 式。所謂 循環(huán)閉鎖出口方式 是指：在三個(gè)相差動(dòng)元件中， 只有二個(gè)或三個(gè)元件動(dòng)作后， 保護(hù) 才作用于出口。 另外，為防止發(fā)電機(jī)兩相接地 (一個(gè)接地點(diǎn)在差動(dòng)保護(hù)區(qū)內(nèi)，另一個(gè)接地點(diǎn) 在差動(dòng)保護(hù)區(qū)外) 短路時(shí)差動(dòng)保護(hù)拒絕出口， 一般采用由負(fù)序電壓元件去解除循環(huán)閉鎖措施。 此時(shí)，當(dāng)負(fù)序電壓元件動(dòng)作之后，只要有一相差動(dòng)元件動(dòng)作，保護(hù)就作用于出口。二 動(dòng)作方程目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)及廣泛應(yīng)用的發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)裝置， 為提高區(qū)內(nèi)故障時(shí)的動(dòng)作靈敏度及確保 區(qū)外故障時(shí)可靠不動(dòng)作，一般采用具有二段折線式動(dòng)作特性的差動(dòng)元件。其動(dòng)作方程為|dI dzOI zW I z0IdKz ( I z | z0)+ | dzO

13、I z> I zO (1 )式中：I d 差動(dòng)電流，完全縱差：I d = / I s+ I n/,不完全縱差：ld=/ I s+ KIn/；I z 制動(dòng)電流，完全縱差：Iz=(/ I S I n/) /2 ,不完全縱差：Iz=(/ I s KIn/) /2 ;標(biāo)積制動(dòng)式完全縱差：I z=" I nI scos ( 180 - 0)，標(biāo)積制動(dòng)不完全縱差：lz = VC I nKIscos (180 - 0)；Kz比率制動(dòng)系數(shù)；I zO 拐點(diǎn)電流，開(kāi)始起制動(dòng)作用時(shí)的最小制動(dòng)電流；I dzO 初始動(dòng)作電流；In、Is分別為中心點(diǎn)及機(jī)端差動(dòng)TA的二次電流；K 由中性點(diǎn)全電流與中性點(diǎn)流入

14、差動(dòng)TA的電流的比值；（ I N與I S之間的相位差。三動(dòng)作特性具有兩段折線式發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)的動(dòng)作特性如圖所示。由下圖可以看出：縱差保護(hù)的動(dòng)作特性由二部分組成：即無(wú)制動(dòng)部分和有制動(dòng)部分。這種動(dòng)作特性的優(yōu)點(diǎn)是：在區(qū)內(nèi)故障電流小時(shí)，它具有很高的動(dòng)作靈敏度；在區(qū)外故障時(shí)，它具有較強(qiáng)的躲過(guò)暫 態(tài)不平衡電流的能力。在下圖中：I dzO 最小啟動(dòng)電流；I zO 拐點(diǎn)電流；I d 動(dòng)作電流（差電流）；Iz 制動(dòng)電流；Kz 制動(dòng)系數(shù)。某些廠家生產(chǎn)的發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作特性，采用所變謂斜率（變制制系數(shù)）的動(dòng)作特性,實(shí)際上是多段折線式的動(dòng)作特性。數(shù)十年的運(yùn)行實(shí)踐表明，只要對(duì)各參數(shù)進(jìn)行合理的整定， 上圖所示的動(dòng)作特

15、性，完全滿足發(fā)電機(jī)對(duì)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作可靠性及動(dòng)作靈敏度的要求。四邏輯框圖發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)的出口方式：有單相出口方式及循環(huán)閉鎖出口方式兩種，其邏輯框圖分別如圖（a）及圖（b）所示。上悄社境 ：p11中童葩出口（a）圖：?jiǎn)蜗喑隹诜绞降陌l(fā)電機(jī)縱差保護(hù)邏輯框圖（b）圖：循環(huán)閉鎖出口方式發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)邏輯框圖由圖（a）可以看出：當(dāng)采用單相出口方式時(shí)，只要有一相差動(dòng)元件動(dòng)作，保護(hù)即作用 于出口。由圖（b）可以看出：當(dāng)采用循環(huán)閉鎖出口方式時(shí)，只有二相差動(dòng)元件動(dòng)作后，才作用 于出口；但是，當(dāng)出現(xiàn)負(fù)序電壓時(shí)，只要有一相差動(dòng)元件動(dòng)作，保護(hù)即作用于出口。五 整定原則及取值建議 3 "嚴(yán)"宀小 皿e 小

16、由縱差保護(hù)的動(dòng)作特性可以看出，對(duì)其定值的整定，主要是確定其構(gòu)成三要素：即比率制動(dòng)系數(shù)Kz、最小動(dòng)作電流I dzO、拐點(diǎn)電流I zO。1最小動(dòng)作電流IdzO最小動(dòng)作電流也叫啟動(dòng)電流或初始動(dòng)作電流。對(duì)于動(dòng)作特性為兩段或多段折線式縱差保護(hù)，最小動(dòng)作電流實(shí)質(zhì)是無(wú)制動(dòng)時(shí)的動(dòng)作電流。對(duì)IdzO的整定原則是：按躲過(guò)正常工況下的最大不平衡電流來(lái)整定?？砂聪率竭M(jìn)行整定I =K （ K + K ） I （2）dzO H 12 e式中：Kh 可靠系數(shù)，通常取 1.52 ;Ki TA變比誤差，10P級(jí)互感器誤差為0.03,故Ki可取0.06 （考慮兩側(cè)TA正、 負(fù)誤差）；K2保護(hù)裝置通道傳輸變換及調(diào)整誤差，可取0.1

17、 ;Ie 發(fā)電機(jī)額定電流，TA二次值。代入式（2）可得 I =（ 0.24 0.32 ） Ie, 一 般取 0.31 e。dz0對(duì)于不完全縱差保護(hù)，尚應(yīng)考慮每相分支電流的不平衡，故還應(yīng)適當(dāng)提高定值。2 拐點(diǎn)電流 I z0理論上分析， 外部故障時(shí)短路電流總比發(fā)電機(jī)的額定電流大， 因此， 其縱差保護(hù)的拐點(diǎn) 電流應(yīng)大于或等于其額定電流。 但是，由于差動(dòng)保護(hù)的初始動(dòng)作電流是按照發(fā)電機(jī)正常工況 的不平衡電流來(lái)整定的， 未考慮暫態(tài)過(guò)程的影響， 故在外部故障切除后的暫態(tài)過(guò)程中， 若無(wú) 制動(dòng)作用，則差動(dòng)保護(hù)有可能不正確動(dòng)作。在外部故障切除后的暫態(tài)過(guò)程中，由于差動(dòng)兩側(cè) TA 二次的暫態(tài)特性不能完全相同，致 使差

18、動(dòng)兩側(cè)電流之間的相位發(fā)變化，從而使不平衡電流增大。此外，若拐點(diǎn)電流 I z0 過(guò)大， 由于無(wú)制作用可能致使差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。因此,Izo應(yīng)?。?.50.8） le。3 比率制動(dòng)系數(shù) Kz比率制動(dòng)系數(shù)的取值原則， 應(yīng)按使差動(dòng)元件躲過(guò)發(fā)電機(jī)外部三相短路時(shí)產(chǎn)生的最大不平 衡電流來(lái)整定。區(qū)外三相短路時(shí)，差動(dòng)元件可能產(chǎn)生的最大不平衡電流為I h & max= （ K1 K2 K3） I kmax （3）式中：1 h smax 一最大不平衡電流；Ikmax 最大短路電流；心一 TA的10%誤差；K2通道的變換及傳輸誤差，取0.1；K3兩側(cè)TA暫態(tài)特性不一產(chǎn)生的誤差，取0.05。代入式（ 3）得Ihs

19、max= 0.25I kmax， Ihs max/Ikmax = 0.25當(dāng)不計(jì)拐點(diǎn)電流時(shí)，差動(dòng)元件的比率制動(dòng)系數(shù)應(yīng)為Kz = Khx 0.25 =（ 1.21.3） 0.25= 0.30.325，可取 0.30.4。 對(duì)于不完全縱差保護(hù)，當(dāng)兩側(cè)差動(dòng) TA 型號(hào)不同時(shí)，可取 Kz=0.5。4 解除循環(huán)閉鎖的負(fù)序電壓元件定值一般按高壓母線出線末端故障產(chǎn)生的負(fù)序電壓來(lái)整定。通常U2=（ 9 12） V六 對(duì)各類發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)的評(píng)價(jià) 各種類型的發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)均有自己的特點(diǎn)。1 完全縱差保護(hù)發(fā)電機(jī)完全縱差保護(hù)，是發(fā)電機(jī)相間故障的主保護(hù)。由于差動(dòng)元件兩側(cè)TA的型號(hào)、變比完全相同， 受其暫態(tài)特性的影響較小

20、。 其動(dòng)作靈敏度也較高， 但不能反應(yīng)定子繞組的匝間 短路及線棒開(kāi)焊。2 不完全縱差保護(hù)不完全縱差保護(hù)除保護(hù)定子繞組的相間短路之外， 尚能反應(yīng)定子線棒開(kāi)焊及某些匝間短 路。但是， 由于在中性點(diǎn)側(cè)只引入其一分支的電流，故在整定計(jì)算時(shí)，尚應(yīng)考慮各分支電流不相等產(chǎn)生的差流。另外，當(dāng)差動(dòng)元件兩側(cè)TA型號(hào)不同及變比不同時(shí)，受系統(tǒng)暫態(tài)過(guò)程的影響較大。3比率制動(dòng)式與標(biāo)積制動(dòng)式兩者均能有效躲過(guò)區(qū)外故障，其動(dòng)作特性也元全相同。當(dāng)區(qū)外故障時(shí)，標(biāo)積制動(dòng)方式縱差保護(hù)與比率制動(dòng)式縱差保護(hù)工況完全相同。不同的是標(biāo)積制動(dòng)式縱差保護(hù)的制動(dòng)電源反映兩側(cè)電流之間的相位敏感，故內(nèi)部故障時(shí)其靈敏度更高(因制動(dòng)量為負(fù)值)。發(fā)電機(jī)橫差保護(hù)

21、適用于定子繞組為 多分支的發(fā)電機(jī)，當(dāng)某相中某一分支發(fā)生匝間短路或 某相兩分支之間在不同匝數(shù)處發(fā)生短路時(shí)，橫差保護(hù)應(yīng)立即動(dòng)作切除發(fā)電機(jī)。一橫差保護(hù)的分類根據(jù)交流回路引入電流及保護(hù)中含差動(dòng)元件的數(shù)量不同，發(fā)電機(jī)橫差保護(hù)可分為 單元件橫差和三元件橫差。三元件橫差又稱裂相橫差。二單元件橫差保護(hù)單元件橫差保護(hù)，適用于每相定子繞組為多分支，且有兩個(gè)或兩個(gè)以上中性點(diǎn)引出的發(fā) 電機(jī)。1交流接入回路及動(dòng)作萬(wàn)程TA二次電流。以定子繞組單元件橫差保護(hù)的輸入電流，為發(fā)電機(jī)兩個(gè)中性點(diǎn)連線上的為每相兩分支的發(fā)電機(jī)為例，其交流接入回路如圖所示。J.'lIH.':;r其動(dòng)作萬(wàn)程為I opI opO (4)式中

22、：lop 中性點(diǎn)TA二次電流；I opO 橫差保護(hù)動(dòng)作電流整定值。2邏輯框圖橫差保護(hù)是發(fā)電機(jī)內(nèi)部短路的主保護(hù)，應(yīng)無(wú)延時(shí)動(dòng)作。但考慮到轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地短路時(shí)發(fā)電機(jī)氣隙磁場(chǎng)畸變可能致使保護(hù)誤動(dòng)，故在轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)動(dòng)作后，使橫差保護(hù)帶一個(gè)小延時(shí)動(dòng)作。保護(hù)動(dòng)作邏輯框圖如圖所示。HI I3定值的整定 對(duì)單元件橫差保護(hù)的整定，主要是確定動(dòng)作電流及動(dòng)作延時(shí)。(1 )動(dòng)作電流目前，在單元件橫差保護(hù)中，設(shè)置有三次諧波濾過(guò)器。因此，其動(dòng)作電流應(yīng)按 躲過(guò)系統(tǒng)發(fā)生不對(duì)稱短路或發(fā)電機(jī)失磁失步運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子偏心產(chǎn)生的最大不平衡電流。lop= Kh ( K1+ K2+ K3)le (5)式中：Kh 可靠系數(shù)，取1.5;K1-額定

23、工況下，冋相不冋分支繞組由于參數(shù)的差異產(chǎn)生的不平衡電流，最大 可取 3 X 2% = 0.06;K2 正常工況下氣隙不均勻產(chǎn)生的不平衡電流，取0.05le；K3異常工況下轉(zhuǎn)子偏心產(chǎn)生的不平衡電流，取0.1le。將各參數(shù)代入式(5)得lop=( 0.30.35) le,可取 o.35le。(2 )動(dòng)作延時(shí)動(dòng)作延時(shí)ti可取0.51秒。三裂相橫差保護(hù)1交流輸入回路裂相橫差保護(hù)由三個(gè)橫差元件構(gòu)成，每個(gè)元件兩側(cè)的輸入電流分別接在某相定子繞組兩分支(或兩分支組)上的 TA二次。以A相橫差元件為例，其交流接入回路如圖所示。I中性點(diǎn)由圖可以看出：由于兩組 TA二次呈反極性連接，且在正常工況下一次電流 h= |

24、2,故 流入差動(dòng)元件的電流為零。 當(dāng)定子繞組的某一分支匝間短路或兩分支不同匝間短路時(shí)，圖中的一次電流11工12,故在差回路中產(chǎn)生差流，保護(hù)動(dòng)作。2邏輯框圖在轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地之后，為避免橫差保護(hù)搶先動(dòng)作，對(duì)于裂相橫差保護(hù)應(yīng)具有短動(dòng)作延 時(shí)。裂相橫差保護(hù)的邏輯框圖如圖所示。3圖中的橫差元件，可以采用具有比率制動(dòng)特性的差動(dòng)元件，也可以采用像單元件橫差元件那樣的過(guò)電流元件。采用過(guò)電流元件時(shí)，其動(dòng)作方程為Id|op式中：Id差回路中的差流；I op 差動(dòng)元件動(dòng)作電流整定值。采用具有比率制動(dòng)特性的差動(dòng)元件時(shí)，其動(dòng)作方程為IdI dz0( IzW Iz0)|d> |dz0+ KI z ( Iz >

25、Iz0)式中：Id 差流，Id(丨1+ I2)；Iz 制動(dòng)電流,Iz( I1 I2)/2；Idz0 一初始動(dòng)作電流；K 比率制動(dòng)系數(shù)；Iz0 拐點(diǎn)電流；h、12 (TA二次值)分別為某相定子繞組分支(或分組)電流。 根據(jù)式(6)可以劃出如圖所示的動(dòng)作特性。4整定計(jì)算(1)采用過(guò)電流元件時(shí)動(dòng)作電流應(yīng)按躲過(guò)區(qū)外不對(duì)稱短路時(shí)產(chǎn)生的最大不平衡差流來(lái)整定。Iop= 1/2KH ( Ki+ K2+ K3)|Kmax (7)式中：Kh 可靠系數(shù)，取 1.151.2 ;Ki兩側(cè)TA的10%誤差，取0.1;K2通道傳輸及調(diào)整誤差，取0.1 ;0.1。K3-不對(duì)稱短路時(shí)，由于轉(zhuǎn)子偏心造成的誤差取將以上各數(shù)據(jù)代入式

26、( 7)，可得lop = 1/2 ( 0.3450.36 ) iKmax可取 0.2I Kmax( 2 )采用具有比率制動(dòng)特性的差動(dòng)元件時(shí) 對(duì)其定值的整定，主要是確定最小動(dòng)作電流，拐點(diǎn)電流及比率制動(dòng)系數(shù)。A 、最小動(dòng)作電流 按躲過(guò)正常工況下產(chǎn)生的最大不平衡電流來(lái)整定。Idz0= 1/2KH ( K1+ K2 + K3)le (8)式中：Kh 可靠系數(shù)，取1.52 ;Ki兩側(cè)TA變比誤差，取0.06;K2氣隙磁場(chǎng)不均勻產(chǎn)生的誤差，取0.05;K3保護(hù)裝置通道傳輸及調(diào)整誤差，取0.1。代入式( 8)可得Idz0=( 0.250.27) le,可取 0.2le。B、拐點(diǎn)電流在額定工況下，保護(hù)的制動(dòng)電

27、流約為0.5Ie,因此，拐點(diǎn)電流可取(0.30.4) 0.5le。C、比率制動(dòng)系數(shù) 比率制動(dòng)系數(shù) K 可取 0.4。發(fā)電機(jī)定子繞組發(fā)生匝間短路時(shí), 將出現(xiàn) 縱向零序電壓 ?？v向零序電壓式匝間保護(hù)是以 縱向零序電壓為判據(jù)構(gòu)成的發(fā)電機(jī)匝間短路保護(hù)。一 交流接入回路縱向零序電壓式匝間保護(hù)的接入電壓, 取自機(jī)端專用 TV 的開(kāi)口三角形電壓。 對(duì)發(fā)電機(jī)專用 TV 的要求是：全絕緣式 TV ,其一次中性點(diǎn)不能接地,而應(yīng)通過(guò)高壓電纜與發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)連接起來(lái) 。保護(hù)裝置的交流接入回路如圖所示。r*jiTYrru r-itTIL保 護(hù)對(duì)保護(hù)接入專用 TV二次電壓的目的是用于 TV斷線閉鎖。二邏輯框圖為防止專用TV

28、 一次斷線時(shí)匝間保護(hù)誤動(dòng)，引入TV斷線閉鎖；另外，為防止區(qū)外故障或其他原因（例如專用 TV回路出現(xiàn)問(wèn)題）產(chǎn)生的縱向零序電壓使保護(hù)誤動(dòng)，通常采用負(fù)序功率方向閉鎖元件（也有采用負(fù)序功率增量方向元件閉鎖的）。對(duì)于微機(jī)型保護(hù)裝置，負(fù)序功率方向判據(jù)應(yīng)采用允許式閉鎖。該保護(hù)的邏輯框圖如圖所示。&%1加A&用T¥斯絃在圖中：3U?？v向零序電壓元件；P2負(fù)序功率方向元件；t 時(shí)間元件。對(duì)匝間保護(hù)引入一個(gè)短延時(shí) t的目的是：在專用TV 一次斷線或一次保險(xiǎn)抖動(dòng)時(shí)， 確保 可靠閉鎖保護(hù)出口。三專用TV斷線閉鎖元件匝間保護(hù)及3Uo式定子接地保護(hù)TV斷線閉鎖，在TV 一次斷線時(shí)應(yīng)動(dòng)作。為防止

29、TV 一次斷線時(shí)保護(hù)誤動(dòng)，通常采用比較兩組TV二次電壓大小及相位差的原理。國(guó)內(nèi)已采用過(guò)的反應(yīng) TV 一次斷線的TV斷線閉鎖裝置，其構(gòu)成原理有兩種：一種是比較TV二次三相電壓向量和比較式，另一種是電壓平衡原理。1三相電壓向量和比較式反映TV二次三相電壓向量和的比較式TV斷線閉鎖裝置，是按對(duì)專用 TV及普通TV二次三相電壓的向量和進(jìn)行絕對(duì)值比較的原理構(gòu)成。其動(dòng)作方程為：(Ua+Ub+Uc)> (Ua+Ub+Uc) (9)(Ua+Ub+Uc)v (Ua+Ub+Uc) (10)在式（9 ）和（10）中：UA、UB、Uc 專用TV二次三相電壓；Ua、Ub、Uc普通TV二次三相電壓。式（9）表示專用

30、TV 一次斷線；式（10）表示普通TV 一次斷線。正常工況下，TV二次三相平衡，其向量之和近似等于零。當(dāng)專用TV 一次某相斷線時(shí)（Ua+Ub+Uc）57 V，而普通 TV 二次（Ua+Ub+Uc） 0V。反之，當(dāng)普通 TV次斷線時(shí)，（Ua+Ub+Uc） 57 V，而（Ua+Ub+UC） "V。因此，式（9）及式（10）能正確反應(yīng)TV 一次斷線。但是，由于專用TV 一次中性點(diǎn)不接地，而普通 TV 一次中性點(diǎn)直接接地，當(dāng)發(fā)電機(jī)定 子繞組發(fā)生單相接地進(jìn)，斷線閉鎖元件將誤判普通TV斷線。2電壓平衡式原理電壓平衡式TV斷線閉鎖元件，是按比較兩組TV二次同名相間電壓 Uab、Ubc及Uca的原理

31、構(gòu)成。其動(dòng)作邏輯框圖如圖所示。在圖中： U差壓整定值； Ub'A Ubc、A Uca專用TV與普通TV二次同名相間電壓之差； max Ubc、A 也取 Uab、A Ubc、A Uba中的最大者； U2 普通TV二次的負(fù)序電壓。由圖可以看出：若 UabA U-、A U=a三者中任一個(gè)大于 U時(shí)，判為T(mén)V一次斷線；此 時(shí)，如果普通TV二次無(wú)負(fù)序電壓，則判為專用TV斷線，若普通TV 二次有負(fù)序電壓，則被判為普通TV斷線。專用TV斷線時(shí)，閉鎖匝間保護(hù)；普通 TV斷線時(shí)，閉鎖3Uo定子接地保護(hù)。 分析表明：當(dāng)發(fā)電機(jī)定子繞組一點(diǎn)接地時(shí)，斷線閉鎖裝置不會(huì)誤動(dòng)。四負(fù)序功率方向負(fù)序功率方向元件的接入電壓

32、為機(jī)端普通TV二次三相電壓，接入電流為機(jī)端 TA二次三相電流。負(fù)序功率方向元件的作用，是防止區(qū)外故障及因任何原因使專用TV三次回路異常時(shí)匝間保護(hù)誤動(dòng)。為此，其動(dòng)作方向應(yīng)指向發(fā)電機(jī)內(nèi)，當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出負(fù)序功率時(shí)， 允許保護(hù)動(dòng)作。五定值整定對(duì)縱向零序電壓式匝間保護(hù)的整定，主要是確定縱向零序電壓元件的動(dòng)作電壓，斷線閉鎖元件的差壓，負(fù)序電壓元件的動(dòng)作電壓。1動(dòng)作電壓動(dòng)作電壓3Uo的整定原則是：能可靠躲過(guò)正常工況下由于發(fā)電機(jī)縱向不對(duì)稱及TV一次或三次參數(shù)不一致產(chǎn)生的零序電壓； 另外，在定子繞組發(fā)生最少匝間短路時(shí)， 保護(hù)應(yīng)可靠動(dòng) 作。對(duì)于定子繞組為單 Y連接的發(fā)電機(jī)，其整定值可適當(dāng)增大。例如對(duì)于上海電機(jī)廠生產(chǎn)

33、的 125MW雙水內(nèi)冷式汽輪發(fā)電機(jī) ，3Uo可取8V以上；而對(duì)于容量為200MW3OOMW定子繞組呈雙 Y連接的汽輪發(fā)電機(jī)，3Uo可取3V左右。2壓差壓差 U的整定值，應(yīng)確保專用 TV一次斷線時(shí)，其二次相間電壓與普通TV同名相相間電壓之差等于其 23倍。多卷式石英沙型 TV一次保護(hù)熔斷時(shí)，因兩斷點(diǎn)之間的距離很近而 不能使TV一次電壓完全消失，故該差壓可取68V。3負(fù)序功率方向元件的動(dòng)作方向?yàn)榉乐挂驅(qū)Ｓ肨V三次回路異?；蛞淮伪ｋU(xiǎn)熔斷不干脆使保護(hù)誤動(dòng)，負(fù)序功率方向元件的動(dòng)作方向應(yīng)指向機(jī)內(nèi)。4負(fù)序電壓元件的動(dòng)作電壓負(fù)序電壓元件的動(dòng)作電壓，應(yīng)保證正常工況不誤動(dòng)，通常取68V。五提高動(dòng)作可靠性措施為確保

34、縱向零序電壓式匝間保護(hù)動(dòng)作可靠性，除增加一動(dòng)作小延時(shí)及設(shè)置負(fù)序功率方向元件之外，尚應(yīng)保證專用 TV二次及三次回路滿足反措要求。在TV三次回路不應(yīng)設(shè)置保險(xiǎn)或隔離刀閘的輔助接點(diǎn)；在TV端子箱TV二次和三次回路嚴(yán)格分開(kāi)。另外，專用 TV 一次中性點(diǎn)對(duì)地絕緣應(yīng)高（采用全絕緣式 TV, 次中性點(diǎn)通 過(guò)高壓電纜與發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)聯(lián)接起來(lái)），決不允許一次中性點(diǎn)接地。一發(fā)電機(jī)定子單相接地的危害設(shè)發(fā)電機(jī)定子繞組為每相單分支且中性點(diǎn)不接地。發(fā)電機(jī)定子繞組接線示意圖及機(jī)端電壓向量圖如圖中的（a）、（ b）所示。（a）（ b）設(shè)A相定子繞組發(fā)生接地故障，接地點(diǎn)距中性點(diǎn)的電氣距離為a（機(jī)端接地時(shí)a= 1）。此時(shí)，相當(dāng)于在接

35、地點(diǎn)出現(xiàn)一個(gè)零序電壓。由圖（b）可以看出：A相繞組接地時(shí)，使 B相及C相對(duì)地電壓，由相電壓升高到另一 值，當(dāng)機(jī)端A相接地時(shí)，B、C兩相的對(duì)地電壓由相電壓升高到線電壓（升高到"3倍的相電壓）。另外，發(fā)電機(jī)定子繞組及機(jī)端連接元件（包括主變低壓側(cè)及廠高變高壓側(cè)）對(duì)地有分布電容。零序電壓通過(guò)分布電容向故障點(diǎn)供給電流。此時(shí)，如果發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)某一電阻接地，則發(fā)電機(jī)零序電壓通過(guò)電阻也為接地點(diǎn)供給電流。發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地的危害是：非接地相對(duì)地電壓的升高，將危及對(duì)地絕緣，當(dāng)原來(lái)絕緣較弱時(shí)，可能造成非接地相相繼發(fā)生接地故障，從而造成相間接地短路， 損害發(fā)電機(jī)；另外，流過(guò)接地點(diǎn)的電流具有電弧性質(zhì)，可

36、能燒傷定子鐵芯。如果定子鐵芯燒傷，修復(fù)很困難。分析表明：接地點(diǎn)距發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)越遠(yuǎn)，接地運(yùn)行對(duì)發(fā)電機(jī)的危害越大；反之越小。中 性點(diǎn)附近時(shí)，若不再出現(xiàn)其他部位接地故障，不會(huì)危害發(fā)電機(jī)。二 零序電壓及安全接地電流設(shè)定子A相接地，接地點(diǎn)距中性點(diǎn)的電氣距離為a,則機(jī)端對(duì)地電壓為（1a） Ua。接地點(diǎn)的零序電壓3U0= UA （1- a） + UB+ UC （11）由式（11）可以看出，定子單相接地時(shí)，發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的零序電壓與接地點(diǎn)的位置有關(guān), 如圖所示。在圖中：U ,e發(fā)電機(jī)相電壓額定值；3Ug-發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的零序電壓；a接地點(diǎn)距中性點(diǎn)的電氣距離，機(jī)端接地時(shí)，a=1。可以看出：接地點(diǎn)距中性點(diǎn)越遠(yuǎn)，零序電壓越

37、高。機(jī)端接地時(shí)零序電壓最大（等于發(fā)電機(jī)相電壓）；中性點(diǎn)接地時(shí)，零序電壓等于零。接地時(shí)的最大電容電流為Icmax = V 3Ue3 CX 103 （12）式中：Lmax 機(jī)端接地時(shí)流過(guò)接地點(diǎn)的電容電流，單位為安培；Ue發(fā)電機(jī)電壓，單位 KV ；3 C 發(fā)電機(jī)對(duì)地容抗，單位法拉。所謂發(fā)電機(jī)的安全接地電流，是指長(zhǎng)期流過(guò)接地點(diǎn)、而不損壞發(fā)電機(jī)定子鐵芯的最大電流。對(duì)于不同電壓等級(jí)及不同容量的發(fā)電機(jī)，其安全接地電流不同。 發(fā)電機(jī)電壓越高及容量越大，其安全接地電流越小。安全接地電流與發(fā)電機(jī)電壓及容量的關(guān)系列于下表。發(fā)電機(jī)電壓容量安全接地電流備注6.3KV50MW及以下4A10.5KV50100MW3A13.

38、815.75KV125200MW2A氫冷發(fā)電機(jī)2.5A18KV以上300600MW1A三 發(fā)電機(jī)三次諧波電勢(shì)及機(jī)端、中性點(diǎn)三次諧波電壓各種類型發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，均會(huì)產(chǎn)生三次諧波電勢(shì)。在額定工況下，發(fā)電機(jī)的三次電壓可 能超過(guò)其額定電壓的 5%。發(fā)電機(jī)定子繞組對(duì)地有分布電容。因此，在發(fā)電機(jī)定子繞組及對(duì)地分布電容構(gòu)成的回路中，將流過(guò)三次諧波電流，從而在發(fā)電機(jī)端及中性點(diǎn)對(duì)地之間產(chǎn)生三次諧波電壓。1發(fā)電機(jī)三次諧波電量的等值回路作以假設(shè)：發(fā)電機(jī)定子繞組對(duì)地的分布電容沿發(fā)電機(jī)定子繞組均勻分布，其總電容為Cg;發(fā)電機(jī)出線及連接元件（廠高變高壓側(cè)，主變低壓側(cè)）對(duì)地總電容為Cs;發(fā)電機(jī)的三次諧波電勢(shì)為E3。若將電容C

39、g分成兩等分，其一置于機(jī)端，另一置于中性點(diǎn)，則發(fā)電機(jī)三 次諧波電流流通的等值回路如圖所示。在圖中：E3發(fā)電機(jī)的三次諧波電勢(shì)；i3-三次諧波電流；CG 發(fā)電機(jī)的對(duì)地總分布電容；Cs 發(fā)電機(jī)出線及所連元件對(duì)地總電容。由圖可以看出：三次諧波電勢(shì)通過(guò)對(duì)地電容產(chǎn)生三次諧波電流，三次諧波電流在機(jī)端及中性點(diǎn)對(duì)地容抗上產(chǎn)生壓降， 從而形成機(jī)端三次諧波電壓 U3 3 S及中性點(diǎn)三次諧波電壓 U33 No 還可以看出，由于機(jī)端對(duì)地電容（Cg/2+Cs）比中性點(diǎn)對(duì)地電容 Cg/2大，故U33SV U33 No U3«s+U 3«N E 3o機(jī)端三次諧波電壓的大小可在機(jī)端TV開(kāi)口三角繞組兩端測(cè)量；

40、 而中性點(diǎn)的三次諧波電壓，可在中性點(diǎn) TV （或消弧線圈或配電變壓器）二次進(jìn)行測(cè)量°2 Ea、L3«s及U3«n的變化規(guī)律理論分析及測(cè)量表明，對(duì)于大多數(shù)發(fā)電機(jī)，其三次諧波電勢(shì)隨基波電勢(shì)的增大而增大。在并網(wǎng)之前，機(jī)端及中性點(diǎn)的三次諧波電壓隨發(fā)電機(jī)電壓升高而升高；在并網(wǎng)之后，對(duì)于汽輪發(fā)電機(jī)，機(jī)端及中性點(diǎn)三次諧波電壓隨有功的增大而增大；而對(duì)于水輪發(fā)電機(jī)則隨著無(wú)功功率的增大而增大。測(cè)量表明，在從發(fā)電機(jī)零起升壓到負(fù)荷的全過(guò)程中，Us«s與U3« N之間的相位變化不大。3定子接地時(shí)接地點(diǎn)位置對(duì)U33 s及U33N的影響分析表明，發(fā)電機(jī)定子繞組發(fā)生接地故障時(shí)

41、，對(duì)UUs及U3«N之間相對(duì)大小及相對(duì)相位均有影響。接地點(diǎn)的位置不同，UL s及U33 N之比不同。當(dāng)機(jī)端接地時(shí)，UL s= 0,而U33 N最大；而中性點(diǎn)接地時(shí)，U33 N = 0，而 1 s最大。U3« s及U3« N隨接地點(diǎn)的變化規(guī)律如圖所示。4機(jī)端連接元件的變化對(duì) L3sS及U3sN的影響機(jī)端連接元件對(duì) U S及U33 N的影響，主要是連接元件對(duì)地電容的影響。不同的連接元 件，對(duì)地電容不同。連接元件對(duì)地電容越大，其影響越大。理論分析及測(cè)量結(jié)果表明：當(dāng)發(fā) 電機(jī)斷路器兩側(cè)對(duì)地并有電容時(shí)，發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后增大U33 N而U33S減小。三發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)統(tǒng)計(jì)表明，在

42、發(fā)電機(jī)的各種故障中， 定子接地故障占的比例很大。為確保發(fā)電機(jī)的安全，當(dāng)出現(xiàn)定子繞組接地故障時(shí)， 應(yīng)即時(shí)發(fā)現(xiàn)并作相應(yīng)的處理。 這要靠定子接地保護(hù)。 規(guī)程規(guī)定, 對(duì)容量為100MW及以上的發(fā)電機(jī)，應(yīng)裝設(shè) 100%定子接地保護(hù)（即沒(méi)有死區(qū)的接地保護(hù)）。 1定子接地保護(hù)的類別定子接地保護(hù)的種類很多。其中有 零序電壓式，零序電流式，三次諧波電壓式，疊加直 流式，疊加交流式，注入式等等。2零序電流式定子接地保護(hù)目前，國(guó)內(nèi)采用的零序電流式定子接地保護(hù)有兩種。一種用于小機(jī)組，另一種用于大機(jī)組。小機(jī)組零序電流式定子接地保護(hù)的原理構(gòu)成接線圖如圖所示。在圖中：TA 零序TA，套在發(fā)電機(jī)三相出線上。由圖可以看出，接地

43、保護(hù)實(shí)際上由一接在零序TA二次的電流元件及時(shí)間元件構(gòu)成。零序TA無(wú)變比，靠漏磁使一次零序電流（即電容電流）傳遞至二次的。該保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)是：構(gòu)成簡(jiǎn)單及選擇性強(qiáng)， 可以區(qū)分接地點(diǎn)在機(jī)內(nèi)還是在機(jī)外。其缺點(diǎn)是:由于零序TA尺寸的限制，只能用于小機(jī)組。用于大機(jī)組零序電流式定子接地保護(hù)的原理接線圖如圖所示。在上圖中：R 發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)對(duì)地附加電阻，通常為1K Q ;TA 電流互感器。當(dāng)定子繞組接地，有電流流過(guò)中性點(diǎn)，電流元件動(dòng)作，經(jīng)延時(shí)作用于出口。該保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)是：構(gòu)成簡(jiǎn)單。其缺點(diǎn)是：有死區(qū)，在中性點(diǎn)附近接地時(shí)不動(dòng)作，不能滿 足大機(jī)組對(duì)接地保護(hù)的要求；另外，增加了流過(guò)接地點(diǎn)的電流，對(duì)發(fā)電機(jī)很不利。3疊加式定子接

44、地保護(hù)疊加式定子接地保護(hù)有兩類，其一是疊加直流式，另一是疊加低頻交流式 （例如疊加一12.5Hz的低頻電壓）。疊加式定子接地保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)是：動(dòng)作靈敏度高（特別是疊加直流式）及無(wú)死區(qū)（100%定子接地保護(hù)）。缺點(diǎn)是構(gòu)成復(fù)雜，需要一套外加電源。4零序電壓式定子接地保護(hù)零序電壓式定子接地保護(hù)的 零序電壓，可取自機(jī)端 TV三次開(kāi)口電壓，也可取自發(fā)電機(jī) 中性點(diǎn)TV二次（或消弧線圈或配電變壓器二次）。其動(dòng)作邏輯框圖如下圖所示。在上圖中：3Uo> 零序電壓元件。當(dāng)零序電壓元件3Uo >接于至機(jī)端TV三次時(shí)，為防止TV 一次斷線保護(hù)誤動(dòng)，應(yīng)設(shè)置TV斷線閉鎖。該保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)是：構(gòu)成簡(jiǎn)單，動(dòng)作可靠，其缺點(diǎn)

45、是有死區(qū)，在從中性點(diǎn)向機(jī)內(nèi)1015%的定子繞組接地時(shí)，該保護(hù)不動(dòng)作。四雙頻式100%定子接地保護(hù)雙頻式定子接地保護(hù)，由兩部分組成。其一是基波零序電壓式接地保護(hù)，另一是三次 諧波式定子接地保護(hù)?；阈螂妷菏浇拥乇Ｗo(hù)的保護(hù)范圍是：由機(jī)端向機(jī)內(nèi)85%90%的定子繞組接地。三次諧波式定子接地保護(hù)的保護(hù)范圍決定于其構(gòu)成方式，主要用于保護(hù)由發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)向機(jī)內(nèi)1520%左右的定子繞組接地。1交流接入回路雙頻式100%定子接地保護(hù)的交流接入回路如圖所示。上圖中：TV1 中性點(diǎn)電壓互感器(或消弧線圈或配電變壓器)；TV2機(jī)端電壓互感器。多數(shù)3U0定子接地保護(hù)不引入中性點(diǎn) TV二次電壓，因此，當(dāng)機(jī)端 TV 一次

46、斷線時(shí)，保 護(hù)要誤動(dòng)，故需設(shè)置專用的TV斷線閉鎖元件。2邏輯框圖(1) 3U0定子接地保護(hù)的邏輯框圖目前，國(guó)內(nèi)應(yīng)用的3Uo定子接地保護(hù)，根據(jù)接入的零序電壓的取處，其動(dòng)作邏輯框圖有三種形式。上上圖所示的邏輯框圖為零序電壓取自機(jī)端三次的構(gòu)成形式。當(dāng)零序電壓取自中性點(diǎn)TV (或消弧線圈或配電變壓器)二次時(shí)，不需設(shè)置TV 一次斷線閉鎖，故其邏輯框圖為下圖所示。第三種形式保護(hù)的邏輯框圖如下圖所示。3Uo2 > 零序電壓取自發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的電壓元件。上圖所示的零序電壓式定子接地保護(hù)，不需要設(shè)置TV斷線閉鎖，其動(dòng)作可靠性高。(2) 3®定子接地保護(hù)的邏輯框圖目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)并廣泛應(yīng)用的 33定子

47、接地保護(hù)的構(gòu)成方式有兩種：其一是幅值比較式,另一是幅值相位比較式。A、動(dòng)作方程所謂幅值比較式，是比較中性點(diǎn)三次諧波電壓U3«n與機(jī)端三次諧波電壓 L3«s的幅值。其動(dòng)作方程為KiLs«s> K3U> “+ U (13)式(13)中：Ki-調(diào)平衡系數(shù)；K3 -制動(dòng)系數(shù)； U 浮動(dòng)門(mén)坎電壓；L3q s機(jī)端三次諧波電壓； U3® n 中性點(diǎn)三次諧波電壓。幅值相位比較式，是同時(shí)比較中性點(diǎn)三次諧波電壓N與機(jī)端三次諧波電壓 U3 3S的大小及相位。其動(dòng)作方程為(K1U33 n+ K2L3«s)> K3U33 n (14)式(14)中：K、

48、K2 幅值、相位平衡系數(shù)；K3 制動(dòng)系數(shù)； 其他符號(hào)的物理意義同式(13)。B、邏輯框圖三次諧波電壓式定子接地保護(hù)的邏輯框圖，如下圖所示。(3) 定值的整定A、零序電壓式定子接地保護(hù)的整定對(duì)零序電壓式定子接地保護(hù)的整定：是確定3Uo電壓元件的動(dòng)作電壓及時(shí)間元件的動(dòng)作 時(shí)間。3Uo電壓元件動(dòng)作電壓整定原則：當(dāng)保護(hù)裝置中有性能良好的三次諧波濾過(guò)器時(shí)，應(yīng)按躲過(guò)正常工況下 TV開(kāi)口或中性點(diǎn)TV二次可能出現(xiàn)的最大基波零序電壓來(lái)整定。UOP0=KH Uomax (15)式中：Uopo零序電壓元件動(dòng)作電壓；Kh 可靠系數(shù)，取1.52 ；U 0max 正常運(yùn)行發(fā)電機(jī)出現(xiàn)的最大橫向電壓。影響Uomax的因素很多

49、，主要有發(fā)電機(jī)三相電壓系統(tǒng)對(duì)地不平衡，機(jī)端TV三相參數(shù)不一致，TV三相負(fù)載不均等。發(fā)電機(jī)定子引出線不是封閉母線時(shí)，可取1013V ;當(dāng)發(fā)電機(jī)母線為封閉時(shí)， 可取810V。當(dāng)主變高壓側(cè)發(fā)生接地短路故障時(shí)，高壓側(cè)的零序電壓可通過(guò)變壓器兩側(cè)的耦合電容傳遞至發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。當(dāng)定子接地保護(hù)不引入高壓側(cè)零序電壓作為制動(dòng)量時(shí)，其動(dòng)作延時(shí)t,應(yīng)按與主變高壓側(cè)接地故障保護(hù)的后備段相配合t= t 高 Omax + t (16)式中：t 3U0定子接地保護(hù)動(dòng)作延時(shí)；t高0max 主變高壓側(cè)零序保護(hù)后備段最長(zhǎng)動(dòng)作時(shí)間； t 時(shí)間級(jí)差，一般取 0.30.5S。B、33定子接地保護(hù)的整定幅值、相位平衡系數(shù) Ki、K2應(yīng)在發(fā)電

50、機(jī)空載額定電壓下或小負(fù)荷工況下調(diào)平衡整定。 而制動(dòng)系數(shù)K3的確定應(yīng)按下述原則進(jìn)行：水輪發(fā)電機(jī)取0.2左右；汽輪發(fā)電機(jī)可取 0.60.8。五提高雙頻式定子接地保護(hù)動(dòng)作可靠性措施雙頻式定子接地保護(hù)， 可以有效保護(hù)發(fā)電機(jī)定子繞組上任一點(diǎn)的接地故障，當(dāng)發(fā)電機(jī)機(jī)端連接元件對(duì)地絕緣降低或接地時(shí)亦能反應(yīng)。如果發(fā)電機(jī)引出線及所連元件露天安置時(shí)，雨天（特別是污塵嚴(yán)重地區(qū)）保護(hù)可能誤動(dòng)。此時(shí)，為提高保護(hù)的動(dòng)作可靠性，在計(jì)算其整定 值時(shí)，不宜整定得過(guò)于靈敏。三次諧波電勢(shì)、中性點(diǎn)及機(jī)端三次諧波電壓的大小和相位關(guān)系，與發(fā)電機(jī)類型、結(jié)構(gòu)、 運(yùn)行方式均有關(guān)。因此，應(yīng)在發(fā)電機(jī)運(yùn)行工況下對(duì)33定子接地保護(hù)進(jìn)行調(diào)整及整定（最好在

51、空載額定電壓下或小負(fù)荷時(shí)進(jìn)行整定及調(diào)整）。保護(hù)的輸入回路應(yīng)滿足反措要求：機(jī)端TV三次回路中不應(yīng)設(shè)置保險(xiǎn)或隔離刀閘的輔助接點(diǎn)；TV三次回路與二次回路應(yīng)在 TV端子箱處分開(kāi)，不應(yīng)有公共回路；中性點(diǎn)TV （消弧線圈或配電變壓器）二次不應(yīng)設(shè)置保險(xiǎn)及其他輔助接點(diǎn)，其二次回路中只能有一個(gè)接地點(diǎn)， 且接地點(diǎn)在保護(hù)盤(pán)上；中性點(diǎn) TV 一次不應(yīng)裝保險(xiǎn)；機(jī)端 TV三次回路不允許有多點(diǎn)接地現(xiàn) 象。當(dāng)3 3定子接地保護(hù)采用幅值相位比較式時(shí)，機(jī)端TV 一次中性點(diǎn)及發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)TV（或消弧線圈或配電站）一次應(yīng)可靠接地，機(jī)端TV 一次中性點(diǎn)不允許經(jīng)消諧器接地。當(dāng)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈或單相 TV接地時(shí)，如果其一、二次之間的

52、變比等于（ Ue/ V3） /0.1KV時(shí)，整定的幅值、相位比較式33保護(hù)，其Ki在0.91.1之間，K2一般小于0.1。 K3不應(yīng)大于1。對(duì)于發(fā)電機(jī)出口斷路器兩側(cè)并有接地電容、或發(fā)電機(jī)電壓系統(tǒng)有電纜出線、或擴(kuò)大單元接線（兩臺(tái)機(jī)公用一臺(tái)變壓器）時(shí)，宜設(shè)置兩套33保護(hù)，分別在不同工況下投入運(yùn)行。為防止機(jī)端TV 一次保險(xiǎn)保險(xiǎn)熔斷特性不良致使 3U0定子接地保護(hù)誤動(dòng)，保護(hù)的引入電 壓可取中性點(diǎn)TV或消弧線圈或配電變壓器的二次， 亦可取機(jī)端3U0元件與中性點(diǎn)3U0元件 組成的“與門(mén)”作為定子接地保護(hù)（其邏輯回路如上圖所示）。應(yīng)當(dāng)指出的是：如果采用接入中性點(diǎn)TV二次（或消弧線圈或配電變壓器二次）電壓的3

53、U0接地保護(hù)，在整定動(dòng)作電壓時(shí)，應(yīng)注意TV的變比。只有在其變比為（Ue/V3） /0.1KV時(shí)，其動(dòng)作電壓定值與接入機(jī)端3U0時(shí)相同。當(dāng)廠高變低壓側(cè)的中性點(diǎn)（低壓繞組接成Y型）經(jīng)小電阻接地時(shí)，發(fā)電機(jī)3U0接地保護(hù)定值的整定，尚應(yīng)考慮與廠高變低壓側(cè)的接地保護(hù)相配合。為確保定子接地保護(hù)回路正確、定值整定無(wú)誤，在機(jī)組啟動(dòng)時(shí)應(yīng)作機(jī)端及中性點(diǎn)的真機(jī)接地 試驗(yàn)。一、并聯(lián)運(yùn)行發(fā)電機(jī)的功角特性設(shè)所研究的發(fā)電機(jī)通過(guò)主變及輸電線路與無(wú)窮大系統(tǒng)連接。如下圖所示：發(fā)電機(jī)向系統(tǒng)送出有功及無(wú)功。發(fā)電機(jī)的同步電抗為 X、變壓器的電抗為 Xt,則上圖的等值網(wǎng)路為下圖：如下:其中曰一發(fā)電機(jī)電勢(shì)Xds 發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)連接的等值阻抗

54、，Xds = Xd+ Xt+ Xl ,其中Xd為發(fā)電機(jī)同步電抗， 人和Xl分別為主變及線路的電抗值。P發(fā)電機(jī)發(fā)出的有功功率Q-發(fā)電機(jī)向系統(tǒng)送出的無(wú)功功率I 一發(fā)電機(jī)電流UC 無(wú)窮大系統(tǒng)的等效電壓根據(jù)發(fā)電機(jī)的等值網(wǎng)路圖可以畫(huà)出發(fā)電機(jī)電勢(shì)Ed與無(wú)窮大系統(tǒng)電壓 Uc的相量關(guān)系圖。一功率因數(shù)角3發(fā)電機(jī)電勢(shì)與無(wú)窮大系統(tǒng)之間的夾角通常將3稱為功角。由上圖可得：Edsin 3= IXdzcos 所以 Icos Q= Edsin 合 /X d，又有 P=mUIcos 所以：P= mU ( Ed/Xd£) sin S電機(jī)課本上公式為：P&P2= mUESin S /x t上式為并網(wǎng)運(yùn)行發(fā)電機(jī)的功角方程。忽略發(fā)電機(jī)損耗，則并網(wǎng)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)功角特性曲線如下:二、并網(wǎng)運(yùn)行發(fā)電機(jī)失磁后的物理過(guò)程1發(fā)電機(jī)失磁的原因正常運(yùn)行的發(fā)電機(jī)發(fā)生失磁故障的原因很多，主要有：滅磁開(kāi)關(guān)（MK或LMK誤跳，轉(zhuǎn)子回路短路，勵(lì)磁電源故障及勵(lì)磁調(diào)節(jié)器異常等。2、從失磁到失步發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，由勵(lì)磁系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)子電流，產(chǎn)生直流磁場(chǎng)。發(fā)電機(jī)以同步速旋轉(zhuǎn)，直流磁場(chǎng)稱為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割定子繞組，在定子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，向系統(tǒng)送出電流。 設(shè)原動(dòng)機(jī)向發(fā)電機(jī)輸入的有功功率為Pt,它與功角特性的