繼電保護(hù)發(fā)電機(jī)的繼電保護(hù)

1、第七章 發(fā)電機(jī)的繼電保護(hù)第一節(jié) 概 述發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行對(duì)保證電力系統(tǒng)的正常工作和電能質(zhì)量起著決定性的作用，同時(shí)發(fā)電機(jī)本身也是一個(gè)十分貴重的電器元件，因此，應(yīng)該針對(duì)各種不同的故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)，裝設(shè)性能完善的繼電保護(hù)裝置。一、故障類型及不正常運(yùn)行狀態(tài)：1 故障類型1) 定子繞組相間短路：危害最大2) 定子繞組一相的匝間短路：可能發(fā)展為單相接地短路和相間短路3) 定子繞組單相接地：較常見，可造成鐵芯燒傷或局部融化4) 轉(zhuǎn)子繞組一點(diǎn)接地或兩點(diǎn)接地：一點(diǎn)接地時(shí)危害不嚴(yán)重；兩點(diǎn)接地時(shí)，因破壞了轉(zhuǎn)子磁通的平衡，可能引起發(fā)電機(jī)的強(qiáng)烈震動(dòng)或?qū)⑥D(zhuǎn)子繞組燒損。5) 轉(zhuǎn)子勵(lì)磁回路勵(lì)磁電流急劇下降或消失：從系統(tǒng)吸收

2、無功功率，造成失步，從而引起系統(tǒng)電壓下降，甚至可使系統(tǒng)崩潰。2 不正常運(yùn)行狀態(tài)1) 由于外部短路引起的定子繞組過電流：溫度升高，絕緣老化2) 由于負(fù)荷等超過發(fā)電機(jī)額定容量而引起的三相對(duì)稱過負(fù)荷：溫度升高，絕緣老化3) 由于外部不對(duì)稱短路或不對(duì)稱負(fù)荷而引起的發(fā)電機(jī)負(fù)序過電流和過負(fù)荷：在轉(zhuǎn)子中感應(yīng)出100hz的倍頻電流，可使轉(zhuǎn)子局部灼傷或使護(hù)環(huán)受熱松脫，而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)重大事故。此外，引起發(fā)電機(jī)的100hz的振動(dòng)。4) 由于突然甩負(fù)荷引起的定子繞組過電壓：調(diào)速系統(tǒng)慣性較大發(fā)電機(jī)，在突然甩負(fù)荷時(shí)，可能出現(xiàn)過電壓，造成發(fā)電機(jī)繞組絕緣擊穿。5) 由于勵(lì)磁回路故障或強(qiáng)勵(lì)時(shí)間過長(zhǎng)而引起的轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷：6) 由

3、于汽輪機(jī)主氣門突然關(guān)閉而引起的發(fā)電機(jī)逆功率：當(dāng)機(jī)爐保護(hù)動(dòng)作或調(diào)速控制回路故障以及某些人為因素造成發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)將從系統(tǒng)吸收有功功率，即逆功率。二、保護(hù)類型：1 發(fā)電機(jī)縱差動(dòng)保護(hù)：定子繞組及其引出線的相間短路保護(hù)2 橫差動(dòng)保護(hù)：定子繞組一相匝間短路的保護(hù)3 單相接地保護(hù)：對(duì)發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地短路的保護(hù)4 發(fā)電機(jī)的失磁保護(hù)：反應(yīng)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁回路勵(lì)磁電流急劇下降或消失5 過電流保護(hù)：反應(yīng)外部短路引起的過電流，同時(shí)兼作縱差動(dòng)保護(hù)的后備保護(hù)6 負(fù)序電流保護(hù)：反應(yīng)不對(duì)稱短路或三相負(fù)荷不對(duì)稱時(shí)，發(fā)電機(jī)定子繞組中出現(xiàn)的負(fù)序電流7 過負(fù)荷保護(hù)：發(fā)電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間超過額定負(fù)荷運(yùn)行時(shí)作用于信號(hào)的保護(hù)8 過

4、電壓保護(hù)：反應(yīng)突然甩負(fù)荷而出現(xiàn)的過電壓9 轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)和兩點(diǎn)接地保護(hù)：勵(lì)磁回路的接地故障保護(hù)10 轉(zhuǎn)子過負(fù)荷保護(hù)：11 逆功率保護(hù)：當(dāng)汽輪機(jī)主汽門誤關(guān)閉而發(fā)電機(jī)出口斷路器未跳閘，發(fā)電機(jī)失去原動(dòng)力而變?yōu)殡妱?dòng)機(jī)運(yùn)行，從電力系統(tǒng)中吸收有功功率。危害：汽輪機(jī)尾部葉片有可能過熱而造成事故。第二節(jié) 發(fā)電機(jī)縱差動(dòng)保護(hù)一、作用原理下圖為發(fā)電機(jī)縱差動(dòng)保護(hù)的單相原理圖，兩組CT特性、變比一致，正常及區(qū)外故障時(shí) CT特性可選得盡量一致 不平衡電流比變壓器小 二、整定計(jì)算 兩個(gè)條件：（1） 躲外部短路時(shí)的 （2） 躲大于發(fā)電機(jī)額定電流（CT二次斷線時(shí)不誤動(dòng)） 靈敏度 出口兩相短路。第三節(jié) 發(fā)電機(jī)的橫差動(dòng)保護(hù)當(dāng)一相

5、定子繞組有兩個(gè)及以上并聯(lián)分支時(shí)，裝設(shè)此種保護(hù) 正常：匝間接地： 動(dòng)作死區(qū)：（1） 同一分支： 保護(hù)不動(dòng)（2） 同相兩分支間： 保護(hù)不動(dòng)（3）不同相繞組匝間： 保護(hù)不動(dòng)缺點(diǎn)：接線復(fù)雜實(shí)用接線： 當(dāng)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)三次諧波電勢(shì)時(shí)，且三相同相位，若任一分支與其與支路不相等，則中性點(diǎn)連線上會(huì)出現(xiàn)三次諧波環(huán)流。該接線沒有互感器特性不同而引起的 靈敏度高，接線也較簡(jiǎn)單。第四節(jié) 發(fā)電機(jī)的單相接地保護(hù)一、發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地的特點(diǎn) 最常見的故障之一： 定子繞組中性點(diǎn)不接地或經(jīng)高阻抗接地。它具有一般不接地系統(tǒng)單相接地短路特點(diǎn) 設(shè)A相距中性點(diǎn)處，單相接地 發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)將發(fā)生位移，產(chǎn)生零序電壓。故障點(diǎn)各相對(duì)地電壓：故障

6、點(diǎn)零序電壓為 電流分布：見上頁圖： 二、利用基波零序分量的發(fā)電機(jī)定子單相接地保護(hù)視大小，（發(fā)電機(jī)直接連接母線） 較大時(shí)零序電流保護(hù)，動(dòng)作于跳閘，（發(fā)變組）<允許值零序電壓保護(hù)， 動(dòng)作于信號(hào)（一） 基波零序電流保護(hù)對(duì)C的要求：（1） 三相對(duì)稱負(fù)荷電流作用下，?。?） 。（較?。┖苄?足夠輸出功率。一般的C達(dá)不到足夠的靈敏度，曾廣泛采用交流助磁的C。（二） 基波零序電壓保護(hù) 定值 躲 高壓側(cè) ，發(fā)電機(jī)側(cè)的一般1530V 有死區(qū)100%定子接地保護(hù)： 零序電壓保護(hù)+附加支流電壓的保護(hù)方式 加固定工頻偏移電壓 利用三次諧波電壓第五節(jié) 發(fā)電機(jī)的負(fù)序過流保護(hù)一、負(fù)序電流保護(hù)的作用：轉(zhuǎn)子過熱，機(jī)械振動(dòng)

7、 為了使轉(zhuǎn)子不致過熱，以發(fā)電機(jī)額定電流倍數(shù)表示的負(fù)序電流的標(biāo)幺值A(chǔ)允許過熱時(shí)間常數(shù) 曲線表明： 發(fā)電機(jī)允許負(fù)序電流的時(shí)間是隨大小而變化 故稱為反時(shí)限。針對(duì)此情況，裝設(shè)發(fā)電機(jī)負(fù)序過流保護(hù)二、負(fù)序定時(shí)限過流保護(hù)兩段式 I段 經(jīng)延時(shí)動(dòng)作于跳閘 段 經(jīng)延時(shí)動(dòng)作于信號(hào)分析（1） 在ab段內(nèi)： >對(duì)發(fā)電機(jī)不安全 （2） 在bc段內(nèi) <未充分利用發(fā)電機(jī)對(duì) 的承受能力 （3） 在cd段內(nèi) 發(fā)信號(hào)，由于運(yùn)行人員處理，而靠近d點(diǎn)時(shí)，t已>,不安全（4） 在de段內(nèi)， 保護(hù)根本不反應(yīng) 即不能與反時(shí)限電流曲線很好配合，且對(duì)熱積累的過程不能反應(yīng)。三、負(fù)序反時(shí)限過流保護(hù) 或 修正常數(shù)（考慮到轉(zhuǎn)子的散熱條

8、件）第六節(jié) 發(fā)電機(jī)的失磁保護(hù)一、發(fā)電機(jī)的失磁運(yùn)行及其產(chǎn)生的影響失磁故障指勵(lì)磁突然全部消失或部分消失（低勵(lì)）勵(lì)磁電流低于靜穩(wěn)極限所對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁電流）1 失磁原因：三種（1）勵(lì)磁回路開路，勵(lì)磁繞組斷線 滅磁開關(guān)誤動(dòng)作，勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置的自動(dòng)開關(guān)誤動(dòng)，可控硅勵(lì)磁裝置中部分元件損壞（2） 勵(lì)磁繞組由于長(zhǎng)期發(fā)熱，絕緣老化或損壞引起短路（3） 運(yùn)行人員調(diào)整等。發(fā)電機(jī)失磁后，它的各種電氣量和機(jī)械量都會(huì)發(fā)生變化，且將危及發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)的安全。2 失磁后的基本物理過程：依據(jù)：功角特性關(guān)系： 轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程：原動(dòng)機(jī)功率 同步功率 異步功率 電氣角加速度 機(jī)組的慣性時(shí)間常數(shù)（1） 不變當(dāng) 發(fā)電機(jī)未失步 同步振蕩階段（靜穩(wěn)定極

9、限角）臨界失步狀態(tài) 轉(zhuǎn)子加速愈趨劇烈 異步運(yùn)行階段，這時(shí)原動(dòng)機(jī)的調(diào)速裝置在轉(zhuǎn)子加速的影響下，使汽門關(guān)小，（2） 當(dāng)時(shí)，即從系統(tǒng)吸收感性無功功率，吸收 圖圓為發(fā)電機(jī)以不同的有功功率P臨界失步時(shí)，機(jī)端測(cè)量阻抗的軌跡，圓內(nèi)為失步區(qū)。在發(fā)電機(jī)超過同步轉(zhuǎn)速后，轉(zhuǎn)子回路中將感應(yīng)出頻率為 電流，（發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的頻率，系統(tǒng)頻率） 該電流將產(chǎn)生異步功率當(dāng) 即進(jìn)入穩(wěn)態(tài)的異步運(yùn)行階段。3失磁后的影響 ：對(duì)電力系統(tǒng)：(1) 吸收Q無功儲(chǔ)備不足，將因電壓崩潰而瓦解 (2)(3) 失磁失步振蕩甩負(fù)荷對(duì)發(fā)電機(jī) （1）轉(zhuǎn)子中的差頻電流過熱（2）轉(zhuǎn)差率吸定子過電流發(fā)熱（3） 轉(zhuǎn)速振動(dòng)氣輪發(fā)電機(jī)：較大s<0.5%可穩(wěn)定運(yùn)行.

10、 可異步運(yùn)行一段時(shí)間水輪發(fā)電機(jī)較小 s很大發(fā)熱厲害，故不允許失磁異步運(yùn)行可見：失磁后，若不失步，無直接危害。失步后，對(duì)發(fā)電機(jī)及系統(tǒng)有不利影響。故應(yīng)裝設(shè)失磁保護(hù)。一、 發(fā)電機(jī)失磁后的機(jī)端測(cè)量阻抗 按失磁的物理過程的三個(gè)階段，分別為等有功階段、臨界失步點(diǎn)、異步運(yùn)行階段。對(duì)應(yīng)這三個(gè)階段，其機(jī)端測(cè)量阻抗分別為：等有功阻抗圓，臨界失步阻抗圓，異步運(yùn)行時(shí)的測(cè)量阻抗。（一） 等有功阻抗圓：失步前。P基本不變 等有功過程圓的方程式特點(diǎn)：（1） 圓的大小與P有關(guān) 圓（2） 失磁前，發(fā)電機(jī)向系統(tǒng)送無功，Q為正，位與第象限失磁后，隨Q的變化，Q由正負(fù)，從象限，圓越小，從快 。（3） 圓的位置與j有關(guān)，若=0， 圓心

11、在實(shí)軸上，很容易進(jìn)入第象限 可見，失磁后， 向第四象限移動(dòng)，且最終將穩(wěn)定在第四象限內(nèi)（二） 等無功阻抗圓（臨界失步圓） 常數(shù)圓周為發(fā)電機(jī)以不同的有功功率P臨界失步時(shí)，機(jī)端測(cè)量阻抗的軌跡，圓內(nèi)為失步區(qū)。 （三） 發(fā)電機(jī)異步運(yùn)行時(shí)的機(jī)端測(cè)量阻抗發(fā)電機(jī)異步運(yùn)行時(shí)的等值電路： 由機(jī)端看到的阻抗為： 當(dāng)時(shí)， 為發(fā)電機(jī)的暫態(tài)電抗。 當(dāng)時(shí)， 為發(fā)電機(jī)的同步電抗。 可見，當(dāng)滑差在之間變化時(shí)，機(jī)端測(cè)量阻抗在發(fā)電機(jī)的同步電抗與暫態(tài)電抗之間變化。 因此，我們可以構(gòu)成一個(gè)異步阻抗圓，其動(dòng)作區(qū)包含發(fā)電機(jī)的同步電抗與暫態(tài)電抗的范圍，以識(shí)別發(fā)電機(jī)失磁后是否進(jìn)入異步狀態(tài)。 圖中， ； 三 發(fā)電機(jī)在其他運(yùn)行方式下的機(jī)端測(cè)量阻抗

12、1發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的機(jī)端測(cè)量阻抗位于第一象限，與水平軸的夾角為負(fù)荷的功率因數(shù)角。其大小對(duì)應(yīng)與發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的負(fù)荷阻抗。2 發(fā)電機(jī)外部故障時(shí)的機(jī)端測(cè)量阻抗當(dāng)發(fā)電機(jī)機(jī)端發(fā)生各種相間短路或變壓器高壓側(cè)發(fā)生各種短路故障時(shí)，經(jīng)分析，其測(cè)量阻抗均在第一或第二象限。3 發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)之間發(fā)生發(fā)生振蕩時(shí)的機(jī)端測(cè)量阻抗設(shè)，發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)之間的聯(lián)系電抗為，則振蕩時(shí)的測(cè)量阻抗軌跡為穿過處的一條直線。設(shè)發(fā)電機(jī)機(jī)端與系統(tǒng)之間的阻抗為零，則振蕩時(shí)的測(cè)量阻抗軌跡為穿過的一條直線。當(dāng)時(shí)，測(cè)量阻抗為。1 發(fā)電機(jī)自同期并列時(shí)的機(jī)端測(cè)量阻抗當(dāng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速接近與額定轉(zhuǎn)速時(shí)，不加勵(lì)磁而將發(fā)電機(jī)投入系統(tǒng)時(shí)，與發(fā)電機(jī)空載發(fā)生失磁的情況是一樣的。機(jī)端測(cè)量阻抗位于第三或第四象限。但由于斷路器合閘后立即給發(fā)電機(jī)加勵(lì)磁。因此，機(jī)端測(cè)量阻抗很快會(huì)從三四象限過渡到第一象限。四 失磁保護(hù)的構(gòu)成方式 根據(jù)以上分析，發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)應(yīng)確保在發(fā)電機(jī)發(fā)生失磁后可靠動(dòng)作，發(fā)出跳閘或減負(fù)荷命令。而在非失磁情況下，發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)應(yīng)保證不誤動(dòng)作。通常構(gòu)成失磁保