繼電保護 單元八 發(fā)電機

《電力系統(tǒng)保護技術及應用》主講教師：王洪梅發(fā)電機保護知識模塊八1發(fā)電機故障類型,不正常運行狀態(tài)及相應保護方式一、故障類型及保護方式定子（及引出線）：相間短路縱差保護（1000KW以上）匝間短路橫差保護（大容量，雙繞組）單相接地接地保護（Ic>5A則跳閘；Ic<5A則發(fā)信號）轉子：一點接地一點接地保護或定期檢測裝置兩點接地兩點接地保護失磁失磁保護二、不正常狀態(tài)及保護方式1、外部短路→過電流

——過流保護（低電壓啟動或復合電壓啟動的過流）2、三相對稱過負荷——過負荷保護3、外部不對稱短路或不對稱過負荷→負序過流

——負序過流保護（5萬KW以上）4、突然甩負荷→定子過電壓

——過電壓保護（水輪發(fā)電機）5、轉子過負荷

——轉子過負荷保護（10萬KW以上，可控硅勵磁機組）6、主汽門突然關閉→逆功率

——逆功率保護（大容量，汽輪發(fā)電機）1發(fā)電機G的縱差保護和橫差保護一、縱差保護基本原理：與線路縱聯(lián)差動及變壓器縱聯(lián)差動相同。作用：反映G內部（包括機端引線）相間短路的主保護。作用對象：出口QF，滅磁開關，停機。1、完全縱差與不完全縱差(1)完全縱差：可反映G內部相間短路，但不能反映匝間短路和開焊故障。

(2)不完全縱差：可反映G內部相間短路、匝間短路和開焊故障。

二、發(fā)電機橫差保護作用：反映G內部繞組（不含機端引線）相間短路、匝間短路和開焊故障的主保護作用對象：出口QF，滅磁開關，停機1、裂相橫差保護2、零序電流橫差保護2發(fā)電機定子繞組單相接地保護（發(fā)電機中性點接地方式：不接地或經(jīng)消弧線圈接地或經(jīng)高阻接地）一、發(fā)電機定子繞組單相接地的特點設A相繞組接地：（：接地點到中性點間的繞組占整個繞組的百分比）1、零序電壓┌UAD=EA－EA

各相對地電壓：

│

UBD=EB－EA

└UCD=EC－EA

零序電壓：3U0=(UAD＋UBD＋UCD)=－3EA

（3U0隨變化）2、零序電流2、零序電流發(fā)電機對地電容電流：

3I’0G＝jωCG3U0＝－jωCG3EA

網(wǎng)絡對地電容電流：

3I’0S＝jωCS3U0＝－jωCS3EA

故障點總對地電容電流：

3Id0＝3I’0G＋3I’0S＝－jω(CG＋CS)3EA*發(fā)電機定子接地時，其出口TA0所測零序電流：

3I0G＝3I’0S＝－jωCS3EA

其值較大（CS較大）；方向：G→母線*外部系統(tǒng)單相接地時，發(fā)電機出口TA0所測零序電流：

3I0G＝3I’0G＝－jωCG3EA

（此時=1）其值較小（CG較小）；方向：母線→G二、利用零序電流構成定子接地保護反映接地電容電流Ic>5A的情況，有選擇性動作于跳閘。為減小不平衡電流，TA0采用高導磁率的零序電流互感器。零序電流保護整定值選擇原則：(1)躲過（大于）外部系統(tǒng)單相接地時G所測得的零序電流（即G本身的電容電流3I’0G＝ωCG3EX，EX：相電壓）；并應躲過正常運行時TA0一次三相導線排列不對稱→Ibp(2)保護一次動作電流應盡量小(靈敏度高)，且應保證<5A。(3)為防止外部相間短路時TA0出現(xiàn)的Ibp.max→接地保護誤動，在過流保護動作時應將接地保護閉鎖。(4)為防止外部單相接地瞬間較大的暫態(tài)電流（>>ωCG3EX）→接地保護誤動，接地保護應帶有1~2S的延時。三、利用零序電壓構成定子接地保護反映接地電容電流Ic<5A的情況，無選擇性動作于信號。

G定子單相接地時，出現(xiàn)零序電壓3U0=3EX→保護動作。整定原則：3U0.dz.j>Ubp

（一般3U0.dz.j=15~30V）當→0時（接地點靠近中性點），

3U0→0，保護拒動，出現(xiàn)死區(qū)。四、100%定子接地保護1、構成方式第一部分：零序電壓保護，死區(qū)：=5%~10%（靠中性點側）┌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、三次諧波電壓保護基本原理常規(guī)三次諧波保護動作條件：機端三次諧波電壓US3>中性點三次諧波電壓UN3

（即：US3/UN3>1）(1)正常運行時中性點對地電抗：XN3=1/(jω3CG)；機端對地電抗：XS3=1/[jω3(CG+CS)]

中性點三次諧波電壓：

UN3=XN3E3/(XN3+XS3)

機端三次諧波電壓：

US3=XS3E3/(XN3+XS3)

則：US3/UN3=XS3/XN3=(CG)/(CG+CS)<1，即：US3<UN3

動作條件不滿足，不動作。(2)定子繞組單相接地時設F點金屬性接地（距中性點比例為）

UN3=E3，US3=(1-)E3

故：US3/UN3=(1-)/

*<50%時（F點靠中性點側），

US3>UN3，滿足動作條件，動作*>50%時（F點靠機端側），

US3<UN3，不滿足動作條件，不動作零序電壓保護和三次諧波電壓保護互相補充（死區(qū)互補）→100%定子接地保護。實際定子接地往往并非金屬性→三次諧波電壓保護靈敏度不高（保護范圍達不到中性點側的50%）5發(fā)電機過流保護一、復合電壓啟動（或低電壓啟動）的過流保護（同變壓器過流保護）二、負序過負荷及負序過流保護（用于50MW及以上的發(fā)電機）三相不對稱短路或不對稱負荷→負序過流→轉子倍頻電流→轉子過熱、振動。發(fā)電機允許發(fā)熱條件：I2*2·t≤A

(負序電流I2*大→允許的時間t短)A：發(fā)電機轉子允許發(fā)熱量；

I2*：以Ie.G為基準的負序電流標幺值）1、定時限負序過負荷及負序過流1、定時限負序過負荷及負序過流

[II2>]元件→跳閘，反映負序過流（整定值大）

[III2>]元件→發(fā)信號，反映負序過負荷（整定值?。┱ㄓ嬎慵疤匦苑治觯?1)負序過負荷部分（小定值）*動作電流III2.dz整定：躲過發(fā)電機長期允許負序電流I2.：III2.dz=I2.=I2.

經(jīng)驗公式：汽輪發(fā)電機：III2.dz=(0.06~0.08)Ie.2

水輪發(fā)電機：III2.dz=(0.1~0.2)Ie.2

*動作延時tII：取6~9S(2)負序過流部分（大定值）*動作電流II2.dz整定：①II2.dz.*≤

tjs：計算時間，即運行人員可采取措施消除負序電流所需的充足時間，取120s。當I2*<II2.dz.*時，允許時間ty>tjs，可人工處理，保護不必動作當I2*>II2.dz.*時，允許時間ty<tjs，來不及人工處理，保護動作一般A=30~40，則：II2.dz=(0.5~0.6)Ie.2

（汽輪發(fā)電機用0.5；水輪發(fā)電機用0.6）②與相鄰元件的后備保護配合（本后備保護Klm<相鄰設備后備保護Klm）

II2.dz=Kk·I2.jsKk：配合系數(shù)，取1.1~1.3

I2.js：計算電流，即相鄰設備后備保護范圍末端不對稱短路時流過本設備的最大負序電流。*動作時限tI：按階梯原則與相鄰元件后備保護配合：

tG=tT＋t，一般為3~5秒(3)負序定時限過流保護特性分析：設：反映不對稱過負荷發(fā)信號部分：整定值0.1Ie.G；時限t=10S

反映不對稱短路跳閘部分：整定值0.5Ie.G；時限t=4S

ab段：保護尚未動作，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（靠近C點），允許時間ty不夠長，不對稱過負荷部分發(fā)信號后，無充裕時間保證人工處理。

de段：保護根本不反應。2、負序反時限過流保護（適用于大型G）為更好地與發(fā)電機承受能力匹配，采用反時限特性。反時限過流保護：動作時限t與通入G的電流成反比變化。

G絕熱條件下：I2*2·ty=A

則：ty=A/I2*2

考慮到G轉子的散熱條件，允許一定的溫升裕度，保護實際動作特性?。?/p>

tb=A/(I2*2－)

（：裕度常數(shù)）6發(fā)電機失磁保護（后備保護）一、發(fā)電機失磁及其產(chǎn)生的影響1、失磁的特點設正常運行于a點，(1)低勵失磁→勵磁電流↓→Ed↓→功角曲線P()下降，至b點→P<Pm→轉子加速,功角↑→P回升至c點，P=Pm；由于慣性繼續(xù)↑→P>Pm→轉子減速，按等面積法則至d點（加速面積abc=減速面積cde），開始↓→P回落至c點，P=Pm；由于慣性繼續(xù)↓→P<Pm→轉子加速……，經(jīng)加速、減速循環(huán)往復的衰減振蕩穩(wěn)定在c點——穩(wěn)定振蕩（同步振蕩）。(2)若嚴重失磁→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，即尚未將加速面積的能量耗盡又出現(xiàn)P<Pm→轉子又加速，不斷↑→異步運行（失步）。2、失磁的影響

G發(fā)出的無功：(1)失磁→Ed↓，↑→G發(fā)出的Q持續(xù)下降，當↑=90°時，

Q=→無功反向(發(fā)電機吸收無功以建立磁場，進相)，

繼續(xù)↑→反向無功↑→系統(tǒng)無功缺額→系統(tǒng)電壓U↓→電壓崩潰。(2)由于從系統(tǒng)吸收大量無功，為防止定子過流，有功P↓。(3)G轉子轉速↑→G頻率fG>系統(tǒng)頻率fS

→轉子中出現(xiàn)滑差(fG－fS)交流→轉子過熱、振動。(4)G電壓↓→自動解列裝置動作，使G與系統(tǒng)解列。失磁后二、失磁過程中的機端測量阻抗Zm

失磁前位于第一象限（a點）,

失磁后，無功Q↓由正變負，UG↓，

Zm沿等有功圓進入第四象限，進而落在臨界失步圓上（b點），進而進入失步區(qū)c點→異步運行（失步振蕩）。

為準確判別是否進入失步，一般不用靜穩(wěn)定極限圓，而采用異步邊界阻抗圓：以-jX’d/2和-jXd兩點為直徑的圓。三、失磁保護定子三相同時低電壓元件：[UG<]；勵磁低電壓元件：[Vfd<]

異步圓特性阻抗元件：[Z]

*失磁時：[Z]、[Vfd<]動作→[&2]動作→經(jīng)t3延時跳滅磁開關(不停機)、投異步電阻、切換廠用電源；按[P]的設定值減負荷。*由于失磁后期進入異步運行時，Vfd是交變的，[Vfd<]元件將周期性地動作與返回，若[Vfd<]持續(xù)動作的時間