發(fā)電機繼電保護

發(fā)電機繼電保護第一頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日一、發(fā)電機故障和不正常運行狀態(tài)7.1發(fā)電機的故障類型、不正常運行狀態(tài)及其保護方式發(fā)電機的故障類型主要有：(1)定子繞組相間短路。(2)定子一相繞組內(nèi)的匝間短路。(3)定子繞組單相接地。(4)轉(zhuǎn)子繞組一點接地或兩點接地。(5)轉(zhuǎn)子勵磁回路勵磁電流異常下降或完全消失。第二頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日發(fā)電機的不正常運行狀態(tài)主要有：(1)由于外部短路引起的定子繞組過電流；(2)由于負荷超過發(fā)電機額定容量而引起的三相對稱過負荷；(3)由外部不對稱短路或不對稱負荷（如單相負荷、非全相運行等）而引起的發(fā)電機負序過電流和過負荷；(4)由于突然甩負荷而引起的定子繞組過電壓；(5)由于勵磁回路故障或強勵時間過長而引起的轉(zhuǎn)子繞組過負荷；(6)由于汽輪機主汽門突然關(guān)閉而引起的發(fā)電機逆功率等。第三頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日7.2發(fā)電機的縱差動保護縱差保護作用：反應(yīng)發(fā)電機定子繞組及其引出線的相間短路，是發(fā)電機的主要保護。圖7-1發(fā)電機縱差動保護原理圖

保護基本原理：比較發(fā)電機兩側(cè)的電流的大小和相位，它是反映發(fā)電機及其引出線的相間故障。發(fā)電機縱聯(lián)差動保護的構(gòu)成的兩側(cè)電流互感器同變比、同型號。第四頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日正常運行及外部故障時：第五頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日保護區(qū)內(nèi)故障：第六頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日一、傳統(tǒng)縱差動保護整定方法按照以下兩個原則來整定：

(1)在正常情況下，電流互感器二次回路斷線時保護不應(yīng)誤動。保護裝置和繼電器的起動電流分別為(2)保護裝置的起動電流按躲開外部故障時的最大不平衡電流整定，此時起動電流應(yīng)整定為再根據(jù)前面章節(jié)對不平衡電流的分析，有第七頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日二、比率制動式縱差動保護整定方法

對于大容量的發(fā)電機（100MW及以上），為了減少故障發(fā)生于發(fā)電機中性點附近而出現(xiàn)的縱差動保護的死區(qū)，要求將縱聯(lián)保護的動作電流降低，提高保護動作的靈敏性，并要保證在區(qū)外短路時保護可靠不誤動?？紤]到不平衡電流隨著流過電流互感器TA電流的增加而增加，往往采用性能更好的比率制動式縱差動保護，使其動作值隨著外部短路電流的增大而自動增大（即利用外部故障時的穿越電流實現(xiàn)制動，其原理接線如圖7-2所示。圖7-2比率制動式差動繼電器原理接線圖第八頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日基本原理：是基于保護的動作電流隨著外部故障的短路電流而產(chǎn)生的最大不平衡電流的增大而按比例的線性增大，且比最大不平衡電流增大的更快，使在任何情況下的外部故障時，保護不會誤動作。制動電流：將外部故障的短路電流作為制動電流。差動電流：把流入差動回路的電流作為動作電流。第九頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日圖7-3比率制動特性曲線(1)啟動電流的整定。(2)拐點電流的整定。(3)比率制動特性的制動系數(shù)制動線斜率的整定。第十頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日7.3發(fā)電機匝間短路的橫差動保護

在大容量發(fā)電機中，由于額定電流很大，其每相都是由兩個或多個并聯(lián)的繞組組成。在正常運行的時候，各繞組中的電動勢相等，流過相等的負荷電流。而當任一繞組發(fā)生匝間短路時，繞組中的電動勢就不再相等，因而會出現(xiàn)因電動勢差而在各繞組間產(chǎn)生均衡電流。利用這個環(huán)流，可以實現(xiàn)對發(fā)電機定子繞組匝間短路的保護，即橫差動保護。以一個每相具有兩個并聯(lián)分支繞組的發(fā)電機為例，發(fā)生不同性質(zhì)的同相內(nèi)部短路時橫差動保護的原理可由圖7-4和圖7-5來說明。第十一頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日圖7-5同相不同繞組匝間短路的橫差動保護圖7-4一個繞組內(nèi)部匝間短路的橫差動保護第十二頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日圖7-6單元橫差動保護接線原理圖

目前廣泛應(yīng)用的接線方式如圖7-6所示，這種接線方式只用一個互感器裝于發(fā)電機兩組星形中點的連線上，其本質(zhì)是把一半繞組的三相電流之和去與另一半繞組三相電流之和進行比較。這種接線方式?jīng)]有由于互感器誤差所引起的不平衡電流，其起動電流比較小，靈敏度高，且接線非常簡單。

橫差動保護有兩種接線方式，一種是每相裝設(shè)兩個電流互感器和一個繼電器構(gòu)成單獨的保護，其原理接線圖如圖7-4、7-5。這樣，三相共需要六個互感器和三個繼電器。由于這種方式接線復雜，保護中的不平衡電流較大，在實際中已經(jīng)很少采用。第十三頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日7.4發(fā)電機定子繞組單相接地保護一、發(fā)電機定子繞組單相接地的特點

圖7-7發(fā)電機定子繞組單相接地電路

目前發(fā)電機中性點都是不接地或經(jīng)消弧線圈接地的，當發(fā)電機內(nèi)部發(fā)生單相接地故障時，流經(jīng)接地點的電流仍為發(fā)電機所在電壓網(wǎng)絡(luò)對地電流的總和。大型發(fā)電機由于造價昂貴，結(jié)構(gòu)復雜，檢修困難，且容量的增大使得其接地故障電流也隨之增大，為了防止故障電流燒壞鐵芯，大型發(fā)電機有的裝設(shè)了消弧線圈，通過消弧線圈的電感電流與接地電容電流的相互抵消，把定子繞組單相接地電容電流限制在規(guī)定的允許值之內(nèi)。第十四頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日圖7-8發(fā)電機內(nèi)部單相接地時機端電壓相量圖當中性點不接地時，故障點的接地電流為當中性點經(jīng)消弧線圈接地時，故障點的接地電流為第十五頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日圖7-9發(fā)電機定子繞組單相接地時的零序等效網(wǎng)絡(luò)(a)中性點不接地；(b)中性點經(jīng)消弧線圈接地第十六頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日二、利用零序電壓構(gòu)成的發(fā)電機定子繞組接地保護

圖7-10發(fā)電機變壓器組單相接地信號裝置接線圖三、發(fā)電機100%定子繞組單相接地保護的基本原理

第十七頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日

發(fā)電機100%定子繞組接地保護種類很多，廣泛使用的是利用三次諧波電壓構(gòu)成的100%定子繞組接地保護。該保護保護一般由兩部分組成：一部分是零序電壓保護，保護定子繞組的85%以上；另一部分利用發(fā)電機三次諧波電壓構(gòu)成，它用來消除零序電壓保護的死區(qū)，從而實現(xiàn)保護100%定子繞組的接地保護。為可靠起見，兩部分保護區(qū)有一段重疊。利用發(fā)電機三次諧波電壓構(gòu)成的部分，其原理是利用發(fā)電機中性點和出線端的三次諧波電壓在正常運行和接地故障時變化相反的特點構(gòu)成。正常運行時，發(fā)電機中性點的三次諧波電壓比發(fā)電機出線端的三次諧波電壓大；而在發(fā)電機內(nèi)部定子接地時，出線端的三次諧波卻比中性點的大。利用這個特點，使發(fā)電機出口的三次諧波電壓成為動作分量，而使中性點的三次諧波分量成為制動分量，從而使發(fā)電機出口三次諧波電壓大于中性點三次諧波電壓時讓繼電器動作。這樣，保護就會在正常時制動，而在定子繞組接地時保護可靠動作。第十八頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日7.5發(fā)電機的其他保護一、發(fā)電機的負序過電流保護

隨著發(fā)電機組容量不斷增大，它所允許的承受負序過負荷的能力也隨之下降。此外，由于大容量機組的額定電流很大，而在相鄰元件末端發(fā)生兩相短路時的短路電流可能較小，此時采用復合電壓啟動的過電流保護往往不能滿足作為相鄰元件后備保護時對靈敏性的要求。在這種情況下，采用負序過電流保護作為后備保護，就可以提高不對稱短路時的靈敏性。由于負序過電流保護不能反應(yīng)于三相短路，因此，當用它作為后備保護時，還需要附加裝設(shè)一個單相式的低電壓啟動過電流保護，以專門反應(yīng)三相短路。第十九頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日二、發(fā)電機的失磁保護

發(fā)電機失磁后，對電力系統(tǒng)和發(fā)電機本身會產(chǎn)生諸多不利影響，如需要從電力系統(tǒng)中吸收很大的無功功率以建立發(fā)電機的磁場；由于從電力系統(tǒng)中吸收無功功率將引起電力系統(tǒng)電壓下降，如果電力系統(tǒng)的容量較小或無功功率儲備不足，則可能使失磁發(fā)電機的機端電壓、升壓變壓器高壓側(cè)的母線電壓或其他鄰近的電壓低于允許值，從而破壞了負荷與各電源間的穩(wěn)定運行，甚至可能因電壓崩潰而使系統(tǒng)瓦解。第二十頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日三、發(fā)電機的逆功率保護

大型汽輪機在運行中由于各種原因?qū)㈥P(guān)閉主氣門后，發(fā)電機將從電力系統(tǒng)吸收能量變?yōu)殡妱訖C運行。由于逆功率運行時沒有蒸汽流過汽輪機，故風損造成的熱量不能被帶走，氣輪機葉片將會過熱而導致?lián)p壞。而且發(fā)電機變?yōu)殡妱訖C運行時，燃汽輪機可能有齒輪損壞的問題。故為了及時發(fā)現(xiàn)發(fā)電機的逆功率運行的異常工作狀況，一般對大、中型機組都裝設(shè)逆功率保護。保護裝置由靈敏的功率繼電器構(gòu)成，帶時限動作于信號，經(jīng)長時限動作于解列。第二十一頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日四、發(fā)電機的失步保護