第七章發(fā)動(dòng)機(jī)的保護(hù)

第七章發(fā)動(dòng)機(jī)的保護(hù)§7發(fā)電機(jī)保護(hù)

§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)（Ic>5A則跳閘；Ic<5A則發(fā)信號(hào)）轉(zhuǎn)子：一點(diǎn)接地一點(diǎn)接地保護(hù)或定期檢測(cè)裝置兩點(diǎn)接地兩點(diǎn)接地保護(hù)失磁失磁保護(hù)二、不正常狀態(tài)及保護(hù)方式1、外部短路→過(guò)電流

——過(guò)流保護(hù)（低電壓?jiǎn)?dòng)或復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)流）2、三相對(duì)稱過(guò)負(fù)荷——過(guò)負(fù)荷保護(hù)3、外部不對(duì)稱短路或不對(duì)稱過(guò)負(fù)荷→負(fù)序過(guò)流

——負(fù)序過(guò)流保護(hù)（5萬(wàn)KW以上）4、突然甩負(fù)荷→定子過(guò)電壓

——過(guò)電壓保護(hù)（水輪發(fā)電機(jī)）5、轉(zhuǎn)子過(guò)負(fù)荷

——轉(zhuǎn)子過(guò)負(fù)荷保護(hù)（10萬(wàn)KW以上，可控硅勵(lì)磁機(jī)組）6、主汽門(mén)突然關(guān)閉→逆功率

——逆功率保護(hù)（大容量，汽輪發(fā)電機(jī)）§7-2發(fā)電機(jī)G的縱差保護(hù)和橫差保護(hù)一、縱差保護(hù)基本原理：與線路縱聯(lián)差動(dòng)及變壓器縱聯(lián)差動(dòng)相同。作用：反映G內(nèi)部（包括機(jī)端引線）相間短路的主保護(hù)。作用對(duì)象：出口QF，滅磁開(kāi)關(guān)，停機(jī)。1、完全縱差與不完全縱差的差動(dòng)電流Icd與制動(dòng)電流Izh

(1)完全縱差：可反映G內(nèi)部相間短路，但不能反映匝間短路和開(kāi)焊故障。

相間短路（）匝間短路或開(kāi)焊（）（：出口側(cè)電流；：中性點(diǎn)側(cè)電流）差動(dòng)電流Icd=||；制動(dòng)電流Izh=||/2

(2)不完全縱差：可反映G內(nèi)部相間短路、匝間短路和開(kāi)焊故障。出口側(cè)TA1接相電流，而中性點(diǎn)側(cè)TA2只接每相部分分支的電流，同時(shí)為了保證在正常運(yùn)行及外部短路時(shí)差動(dòng)電流為0，需進(jìn)行分支比例調(diào)整。正常運(yùn)行及外部短路匝間短路或開(kāi)焊（IT/IN=K）（IT/IN≠K）分支系數(shù)K=(正常)相電流/(正常)分支電流差動(dòng)電流Icd=||；制動(dòng)電流Izh=||/22、比率制動(dòng)特性及整定計(jì)算：(1)最小啟動(dòng)電流Idz.min：躲過(guò)正常工況下最大差動(dòng)不平衡電流。一般Idz.min=(0.3~0.4)Ie.2

(2)拐點(diǎn)電流Izh.min：一般取Izh.min=(0.5~0.8)Ie.2

(3)制動(dòng)特性斜率Kzh：躲過(guò)外部短路最大不平衡差動(dòng)電流。一般Kzh=0.3~0.5（不完全縱差Kzh應(yīng)適當(dāng)偏大）(4)差動(dòng)速斷動(dòng)作電流Idz.max：一般取Idz.max=(4~8)Ie.2

(5)內(nèi)部短路靈敏度校驗(yàn)：要求機(jī)端兩相金屬性短路的靈敏系數(shù)Klm>2.0

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(kāi)焊故障的主保護(hù)作用對(duì)象：出口QF，滅磁開(kāi)關(guān)，停機(jī)1、裂相橫差保護(hù)（即三元件橫差，構(gòu)成相對(duì)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(shì)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（：短路匝數(shù)占整支匝數(shù)的百分比）兩繞組電勢(shì)不相等→環(huán)流Id→較大Icd=2Id/nTA

→0時(shí)，Icd→0，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(shì)不相等→環(huán)流I'd→較大Icd=2I’d/nTA

=(1－2)→0時(shí)，Icd→0，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(kāi)焊故障：某支開(kāi)焊時(shí)，一支無(wú)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(jiǎn)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+IC.R

則：Icd=|IL－IR|/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?！?時(shí)，Icd→0，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(chǎng)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(wú)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)間的繞組占整個(gè)繞組的百分比）1、零序電壓┌UAD=EA－EA

各相對(duì)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(jī)對(duì)地電容電流：

3I’0G＝j(luò)ωCG3U0＝－jωCG3EA

網(wǎng)絡(luò)對(duì)地電容電流：

3I’0S＝j(luò)ωCS3U0＝－jωCS3EA

故障點(diǎn)總對(duì)地電容電流：

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

3I0G＝3I’0G＝－jωCG3EA

（此時(shí)=1）其值較?。–G較?。环较颍耗妇€→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Ic>5A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(guò)（大于）外部系統(tǒng)單相接地時(shí)G所測(cè)得的零序電流（即G本身的電容電流3I’0G＝ωCG3EX，EX：相電壓）；并應(yīng)躲過(guò)正常運(yùn)行時(shí)TA0一次三相導(dǎo)線排列不對(duì)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<5A。(3)為防止外部相間短路時(shí)TA0出現(xiàn)的Ibp.max→接地保護(hù)誤動(dòng)，在過(guò)流保護(hù)動(dòng)作時(shí)應(yīng)將接地保護(hù)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(hù)誤動(dòng)，接地保護(hù)應(yīng)帶有1~2S的延時(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Ic<5A的情況，無(wú)選擇性動(dòng)作于信號(hào)。

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

（一般3U0.dz.j=15~30V）當(dāng)→0時(shí)（接地點(diǎn)靠近中性點(diǎn)），

3U0→0，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(shì)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/UN3>1）(1)正常運(yùn)行時(shí)中性點(diǎn)對(duì)地電抗：XN3=1/(jω3CG)；機(jī)端對(duì)地電抗：XS3=1/[jω3(CG+CS)]

中性點(diǎn)三次諧波電壓：

UN3=XN3E3/(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：US3<UN3

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-)/

*<50%時(shí)（F點(diǎn)靠中性點(diǎn)側(cè)），

US3>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，不滿足動(dòng)作條件，不動(dòng)作零序電壓保護(hù)和三次諧波電壓保護(hù)互相補(bǔ)充（死區(qū)互補(bǔ)）→100%定子接地保護(hù)。實(shí)際定子接地往往并非金屬性→三次諧波電壓保護(hù)靈敏度不高（保護(hù)范圍達(dá)不到中性點(diǎn)側(cè)的50%）3、三次諧波定子接地保護(hù)改進(jìn)判據(jù)

改進(jìn)型動(dòng)作條件：

|US3－Kp·UN3|>β·|UN3|

適當(dāng)調(diào)整復(fù)系數(shù)Kp使正常運(yùn)行時(shí)：

|US3－Kp·UN3|=0

當(dāng)靠中性點(diǎn)定子繞組接地：

US3↑,

UN3↓→|US3－Kp·UN3|↑↑>β·|UN3|

→保護(hù)靈敏動(dòng)作

當(dāng)靠機(jī)端定子繞組接地：

US3↓,

UN3↑→|US3－Kp·UN3|↑>β·|UN3|

→保護(hù)動(dòng)作

（可見(jiàn)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發(fā)電機(jī)過(guò)流保護(hù)一、復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)（或低電壓?jiǎn)?dòng)）的過(guò)流保護(hù)（同變壓器過(guò)流保護(hù)）二、負(fù)序過(guò)負(fù)荷及負(fù)序過(guò)流保護(hù)（用于50MW及以上的發(fā)電機(jī)）三相不對(duì)稱短路或不對(duì)稱負(fù)荷→負(fù)序過(guò)流→轉(zhuǎn)子倍頻電流→轉(zhuǎn)子過(guò)熱、振動(dòng)。發(fā)電機(jī)允許發(fā)熱條件：I2*2·t≤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(guò)負(fù)荷及負(fù)序過(guò)流1、定時(shí)限負(fù)序過(guò)負(fù)荷及負(fù)序過(guò)流

[II2>]元件→跳閘，反映負(fù)序過(guò)流（整定值大）

[III2>]元件→發(fā)信號(hào)，反映負(fù)序過(guò)負(fù)荷（整定值?。┱ㄓ?jì)算及特性分析：(1)負(fù)序過(guò)負(fù)荷部分（小定值）*動(dòng)作電流III2.dz整定：躲過(guò)發(fā)電機(jī)長(zhǎng)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=(0.06~0.08)Ie.2

水輪發(fā)電機(jī)：III2.dz=(0.1~0.2)Ie.2

*動(dòng)作延時(shí)tII：取6~9S(2)負(fù)序過(guò)流部分（大定值）*動(dòng)作電流II2.dz整定：①II2.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*<II2.dz.*時(shí)，允許時(shí)間ty>tjs，可人工處理，保護(hù)不必動(dòng)作當(dāng)I2*>II2.dz.*時(shí)，允許時(shí)間ty<tjs，來(lái)不及人工處理，保護(hù)動(dòng)作一般A=30~40，則：II2.dz=(0.5~0.6)Ie.2

（汽輪發(fā)電機(jī)用0.5；水輪發(fā)電機(jī)用0.6）②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=Kk·I2.jsKk：配合系數(shù)，取1.1~1.3

I2.js：計(jì)算電流，即相鄰設(shè)備后備保護(hù)范圍末端不對(duì)稱短路時(shí)流過(guò)本設(shè)備的最大負(fù)序電流。*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=tT＋t，一般為3~5秒(3)負(fù)序定時(shí)限過(guò)流保護(hù)特性分析：設(shè)：反映不對(duì)稱過(guò)負(fù)荷發(fā)信號(hào)部分：整定值0.1Ie.G；時(shí)限t=10S

反映不對(duì)稱短路跳閘部分：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(guò)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(zhǎng)，不對(duì)稱過(guò)負(fù)荷部分發(fā)信號(hào)后，無(wú)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(guò)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(guò)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*2·ty=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?。?/p>

tb=A/(I2*2－)

（：裕度常數(shù)）§7-5發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)（后備保護(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)→P<Pm→轉(zhuǎn)子加速,功角↑→P回升至c點(diǎn)，P=Pm；由于慣性繼續(xù)↑→P>Pm→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(kāi)始↓→P回落至c點(diǎn)，P=Pm；由于慣性繼續(xù)↓→P<Pm→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）。(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(guò)程中，沖過(guò)f點(diǎn)，即尚未將加速面積的能量耗盡又出現(xiàn)P<Pm→轉(zhuǎn)子又加速，不斷↑→異步運(yùn)行（失步）。2、失磁的影響

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

Q=→無(wú)功反向(發(fā)電機(jī)吸收無(wú)功以建立磁場(chǎng)，進(jìn)相)，

繼續(xù)↑→反向無(wú)功↑→系統(tǒng)無(wú)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(wú)功，為防止定子過(guò)流，有功P↓。(3)G轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速↑→G頻率fG>系統(tǒng)頻率fS

→轉(zhuǎn)子中出現(xiàn)滑差(fG－fS)交流→