继电保护课件——第9章-发电机保护

第一节发电机常见故障、不正常运行状态及保护：定子绕组故障：相间短路—纵差动保护匝间短路—匝间短路保护单相接地—单相接地保护转子绕组故障：一点接地—一点接地保护二点接地—二点接地保护转子失磁——失磁保护过电流——过电流保护过负荷——过负荷保护过电压——过电压保护逆功率——逆功率保护失步——失步保护保护出口方式停机：断开发电机断路器、灭磁，关闭主汽门。解列灭磁：断开发电机断路器，灭磁，汽轮机甩负荷。解列：断开发电机断路器，汽轮机甩负荷。减出力：将原动机出力减到给定值。程序跳闸：首先关闭主汽门，待逆功率继电器动作后，再跳开发电机断路器并灭磁。第二节发电机纵差动保护一、用BCH—2型继电器构成的发电机差动保护１、原理接线IIRXBKSIIIII信号至延时信号QFTC1TA2TAQFKCO２、整定计算：１）躲过外部短路时的最大不平衡电流。TAmaxKstaperrelmaxunbrelkopern/IKK10%KIKI２）为避免电流互感器二次回路断线时误动作，保护的动作电流应大于发电机的额定电流。NreloperIKI3、灵敏度校验按单机运行时，发电机出口两相短路来校验差动保护的灵敏度。2oper(2)minksenIIK4、断线监视部分的整定按躲过正常运行时的不平衡电流来整定。根据运行经验取：Noper0.2II二、由比率制动式差动继电器构成的纵联差动保护LCD-12原理接线1UR2URKP711~RR52~RR1RbRwRVC1V2V1I2I1、动作方程212211IIUIIU动作21UU2、LCD—12型继电器动作特性曲线ABtgCMmax.unbINunbI.0.operIkoperI.0.brkIbrkImax.kImax.max..%10kstaperrelunbrelkoperIKKKIKI)(unbI)(kI3、整定计算1）最小动作电流：按躲过最大负荷下差回路的不平衡电流整定。TAN0opern/I)3.0~1.0(I2）制动特性斜率：staperrelKK10%K3）最小制动电流：取额定电流的50％-100%。4、灵敏度校验：按单机运行时，发电机出口两相短路校验。2oper(2)minksenIIK)I2I(II0brk)2(minK0operkoper第三节同步发电机定子绕组匝间短路保护•作用：作为发电机匝间短路的主保护•出口方式:全停或解列灭磁一、单继电器式横差保护原理：是反映双Y型接线的定子绕组两中性点连线中的电流而动作的保护.适用范围：双Y型接线的定子绕组，且中性点至少有6个引出端子。I信号tXBKCOKSTAKTKZkIkIkI灭磁解列动作电流整定按躲过机端三相短路故障时流过继电器的最大不平衡电流整定。一般按经验取：NoperII)3.02.0(保护接线特点及存在的问题1、为消除不平衡电流中的三次谐波的影响，提高保护灵敏度，在继电器中设有三次谐波滤波器Z。2、为避免励磁回路瞬时性两点接地时，横差保护误跳闸，故在转子发生一点接地后，将横差保护装置的连接片XB接入时间继电器KT，使横差保护带有0．5—1s延时。3、该保护存在死区。二、纵向零序电压匝间短路保护原理：保护是按照反应发电机机端对中性点零序电压原理构成的出口逻辑关系：零序电压元件动作、负序功率方向元件不动作，TV断线判别元件不动作，则保护动作。KWNKVZ&TV2U2I闭锁元件断线TV阻波器三次谐波出口1三、测量励磁绕组二次谐波电流的匝间短路保护原理：测量励磁绕组二次谐波电流，并且利用负序功率方向来区别区内短路还是区外短路的保护。出口逻辑关系：电流元件和方向元件都动作，保护才动作。TANTVNmmmnInUIUZ//TATANPnnZ85.0KWNKTVTA1跳闸励磁机交流Hz100第四节同步发电机定子绕组的接地保护一、反应基波零序电压的接地保护1、定子绕组单相接地故障时的零序电流GC0ABC0CTA2、机端零序电流特点及对相应保护的影响机端流过的零序电流：接地故障来反映发电机定子绕组保护线不适合采用零序电流因此发电机变压器组接大；元件越多，零序电流越发电机机压母线连接的0033UcjIAEBECEAUBUCU0UAE3、定子绕组单相接地故障时的零序电压4、机端零序电压的特点及对相应保护的影响零序电压电压大小与接地点位置有关，越靠近中性点，零序电压越小。反映基波零序电压的定子绕组接地保护存在动作死区。的百分数短路的匝数占总匝数EU330二、反应基波零序电压的接地保护VUZtKTTVSB信号三、发电机定子绕组100%接地保护1、定子绕组单相接地时三次谐波电压的特点NU3NgC021S0CSU33EgC021结论NSNSNSUUUUUU333333:5.00:0.15.0范围内接地时定子绕组的范围内接地时定子绕组的正常运行：2．反应三次谐波电压的接地保护用机端的三次谐波电压U3S作为动作量，中性点的三次谐波电压U3N作为制动量构成接地保护，其动作条件为U3S≥U3N，则正常运行时保护不动作，只有当中性点附近发生接地故障时，保护才会动作。发电机100%定子接地保护由反应基波零序电压元件和反应三次谐波电压元件两部分组成。第一部分可保护定子绕组的90%-95%，而第二部分是用以消除基波零序电压元件保护的死区。3、发电机100%定子接地保护区基波零序电压保护保护区三次谐波电压保护保护05.01第六节发电机的过电流和过负荷保护广泛采用单相低电压启动过电流和两段式负序电流保护接线单相低电压启动过电流部分主要作为发电机和升压变三相短路的后备保护负序电流保护部分主要作为转子发热的主保护,同时兼做发电机和升压变两相短路的后备保护负序过负荷保护部分主要作为发电机不对称过负荷保护aUbUcUZANTATANPnnZ85.0发电机转子发热特性方程AtI22A——发电机允许过热时间常数，它与发电机容量、冷却方式等有关，非强迫冷却的发电机，A≈30；直接冷却的100-300MW汽轮发电机，A=6-15；600MW汽轮发电机的设计值A=4。1、定时限负序电流和过负荷保护动作值整定stIIstAItAIKAstKTIIKAoperNoperNoperoperNoper53)5.0,120,30:(:2105:11.01则若设：定时限负序电流保护与发热特性配合情况021305120fbc5.00.15.10.25.20.3*2I)(sta2*230It2、反时限负序电流保护*2I0)(st2*2IAt性曲线动作特)a（*2I0)(st2*2IAt性曲线动作特)b（大型发电机，由于有效材料利用率的提高，发电机热容量降低，从而使发电机的过负荷能力大大降低。为了充分利用发电机的过载能力而又不致损坏发电机，在大型发电机的定子、转子、励磁绕组都采用反时限特性的过负荷保护。第七节同步发电机的失磁保护一、发电机失磁的影响二、发电机失磁过程中的机端测量阻抗三、失磁保护判据及保护方案发电机的失磁保护一、发电机的失磁运行及其产生的影响1、需要从电网中吸收很大的无功功率以建立发电机的磁场，所需无功功率的大小主要取决于发电机的参数以及实际运行的转差率。２、由于从电力系统中吸收无功功率将可能引起电力系统电压下降，如果电力系统的容量较小或无功功率的储备不足，可能使失磁发电机的机端电压、升压变压器高压侧的母线电压或其它邻近点的电压低于允许值，从而破坏了负荷与各电源间的稳定运行，甚至可能因电压崩溃而使系统瓦解。３、由于失磁发电机吸收了大量的无功功率，因此为了防止其定子绕组的过电流，发电机所能发出的有功功率将较同步运行时有不同程度的降低，吸收的无功功率越大，则降低越多。4、失磁后发电机的转速超过同步转速，因此，在转子励磁回路中将产生差频电流，因而形成附加损耗，使发电机转子和励磁回路过热。显然，当转差率越大时，所引起的过热也越严重。5、失磁后会引起发电机组的振动，凸极机振动更厉害。二、发电机失磁过程中的机端测量阻抗edsqsinXUEPd2sedsqXUcosXUEQqEgIdXgUsXsUsgsgsgsggmjXIUIXIjUIUZ从失磁到稳定异步运行过程失磁到失步前临界失步点失步后的异步运行1、失磁到失步前有功基本不变（失磁PnPPPPEeJq):900sgsgsgsggmjXIUIXIjUIUZj2s2sss2se2PUjX2PU失磁到失步前阻抗变化轨迹0dXjdjXjXRsjXPUS22mZ2、临界失步点阻抗变化轨迹2202290jSdSdmdSeeXXjXXjZXUQ0RsjXomZ3、失步后的异步运行dmdaddmXjZsjXjXjXZs::0900dXadXmUmIfXDXSrDSrf0djXdjXjXR5.0P8.0PR85.0PjXsjX0djXdXj机端测量阻抗末端轨迹沿等有功圆由第Ⅰ象限进入第Ⅳ象限，机端测量阻抗进入第Ⅳ象限后，进一步将越过静稳阻抗边界阻抗圆，最后进入异步阻抗圆，表明发电机已进入异步运行状态。三、失磁保护的主要判据和辅助判据主要判据有：1）检测无功功率方向2）检测机端测量阻抗变化辅助判据有：1）转子励磁电压下降2）负序分量3）延时四、汽轮发电机失磁保护方案02t&ZUBU01t&&03t电压回路断线信号电压回路断线信号3T2T1T3Y2Y1YXB跳闸减有功负荷跳闸)3.02.0(1st和外部短路躲振荡)5.11(2st短时母线电压下降躲振荡时)25.0(3st减有功负荷第八节同步发电机转子回路接地保护一、测量转子绕组对地导纳的一点接地保护二、转子两点接地保护一、发电机转子绕组一点接地保护作用：反映发电机转子绕组一点接地。保护构成原理：通过外加工频电压直接测量转子绕组对地的绝缘电导来判断转子绕组是否一点接地。出口方式：当转子对地电导急剧上升时（绝缘电阻大幅度下降时），保护动作于信号1．测量导纳特性mYMYMRMCMMYZ1bbgR1U置装量测MMMMMCjR1jbgYMMb2bbMMbMbmjbggggjbg1g11Y1R1Y当对地电导gM不变，而对地电纳bM变化时，测量导纳Ym：MbMrCmggbarctgYYY)g2(gg)g2(ggg)e1()g2(gggMb2bMb2bbj2Mb2bb半径向量圆心向量mjb0mg等电导圆bg)g2(ggMb2b)g2(gggMb2bbmY当对地电纳bM不变，而对地电导gM变化时，测量导纳Ym：MbMrCmggbarctgYjYjYM2bM2bbj2M2bb2bg2bgg)e1(2bgg半径向量圆心向量mjbbg0等电纳圆mgM2b2bgjmYmjbbg0mYmg2、继电器的构成xyxmgggYmjbmgygxgmYXmgYxrgg3、继电器动作方程及原理接线xyxmIIIIHZ50外加电源1U组绕磁励XRYRmILTxIyImI2UMCMR二、发电机转子绕组两点接地保护作用：反映发电机转子绕组两点接地。保护构成原理：直流电桥原理；当转子绕组一点接地时，由运行人员投入该保护。出口方式：保护动作于停机。1、直流电桥原理构成的两点接地保护V组绕磁励1R2R3R3R3RC4R5R6RPV第九节发电机失步保护、逆功率保护一、发电机失步保护1、失步概念：当系统受到大的扰动后，发电机或发电机群可能与系统不能保持同步运行，即发生不稳定振荡，称失步。2、对失步保护的要求(1)失步保护装置应能鉴别短