发电机保护第1讲.

第七章发电机保护第六章发电机保护7.1发电机的故障、不正常工作状态及保护配置（一）发电机故障发电机由定子绕组和转子绕组两部分构成。定子绕组故障①定子绕组相间故障②定子绕组接地故障③定子绕组一相匝间故障转子绕组故障①转子绕组一点或两点接地故障②励磁消失7.1发电机的故障、不正常工作状态及保护配置（二）发电机不正常工作状态1.外部短路引起的定子绕组过电流2.三相对称过负荷3.由外部不对称短路或不对称负荷引起的发电机负序过电流4.由于突然甩负荷引起的定子绕组过电压5.由于汽轮机主汽门突然关闭引起的发电机逆功率运行6.失步运行7.励磁回路故障或强励时间过长引起的转子绕组过负荷7.1发电机的故障、不正常工作状态及保护配置（三）发电机保护配置针对发电机的故障类型和不正常状态，根据发电机的容量、重要程度和规程规定配置相应的保护保护配置1.纵差动保护：对容量1MW以上的发电机，应配置纵联差动保护。作为定子绕组及其引出线故障的主保护（为此发电机应在机端和中性点侧安装相应的电流互感器）。2.匝间短路保护：对于定子绕组匝间短路，当定子绕组采用星形接线，每相有并联分支且中性点侧引出端安装CT时，应装设横差保护。7.1发电机的故障、不正常工作状态及保护配置（三）发电机保护配置3.定子绕组接地保护：对直接联于母线上的发电机定子绕组单相接地故障，当单相接地故障电容电流超过5A时，应装设有选择性的接地保护装置。当接地电容电流小于5A时，应装设动作于信号的定子接地保护。容量在100MW以上的发电机，应装设保护区为100%的定子接地保护。4.负序过电流保护：对于不对称引起的负序过电流，一般在50MW以上机组装设负序过电流保护，防止过热。7.1发电机的故障、不正常工作状态及保护配置（三）发电机保护配置5.外部短路引起的过电流保护：对于发电机外部短路引起的过电流可采用以下保护方式负序过电流保护或单相式低压启动过电流保护复合电压启动过电流保护过流保护6.过负荷保护：反应对称过负荷的单相式过负荷保护7.定子绕组过电压保护：对于水轮机定子绕组过电压，应装设带延时的过电压保护（调速慢）。7.1发电机的故障、不正常工作状态及保护配置（三）发电机保护配置8.转子一点接地保护：对于转子回路一点接地故障，则1MW及以下的小型发电机可装设定期检测装置。对1MW以上机组应装设转子一点接地故障保护，防止其发展为两点接地故障。9.转子过负荷保护：对100MW以上机组且采用半导体励磁系统，应安装转子过负荷保护10.失磁保护：对采用半导体励磁系统及100MW以上采用电机励磁的发电机，应装设专用的失磁保护。对于发电机励磁消失故障，在发电机不允许失磁运行时，应在自动灭磁开关动作后联跳发电机机端断路器。7.1发电机的故障、不正常工作状态及保护配置（三）发电机保护配置8.逆功率保护9.过励磁保护10.其他保护：失步保护，低频保护，应结合系统实际考虑配置。发电机保护出口回路的特点：跳开发电机出口断路器同时，应跳开自动灭磁开关（因为发电机为有源元件）。7.2发电机定子绕组短路故障的保护7.2.1纵差动保护：保护原理纵差动保护一般作为发电机定子绕组相间故障的主保护发电机纵差动保护原理与电流差动保护相同，一般采用带制动特性的纵差动继电器。比率制动标积制动cos(180)0cos(180)cos(180)00mnmnmnresmnIII12resmnIIIrresresIKIrmnIII7.2发电机定子绕组短路故障的保护7.2.1纵差动保护：保护接线完全电流差动保护1I2III1I2I特点：1.差动电流取自发电机机端和中性点引出端2.可以反映定子绕组各种类型的相间故障3.不能反映定子绕组匝间故障7.2发电机定子绕组短路故障的保护7.2.1纵差动保护：保护接线不完全电流差动保护特点：1.差动电流取自发电机机端和中性点侧部分分支，两侧TA变比不同。2.可以反映定子绕组各种类型的相间故障。3.可以反映定子绕组匝间故障。优点：节约中性点侧TA数量。CBA2I1IopI7.2发电机定子绕组短路故障的保护为了对付发生一点在区内而另外一点在区外接地引起的同相短路故障，当有一相差动继电器动作且同时有负序电压时也判定为发电机内部短路故障。这种动作逻辑的特点：单相TA断线时不会误动，因此可省去专用的TA断线闭锁环节，且保护安全可靠。7.2.1纵差动保护：保护的跳闸逻辑7.2发电机定子绕组短路故障的保护7.2.1纵差动保护：整定计算1.启动电流:躲过正常运行时的不平衡电流opIresI0.minopI.resgIAgC2K故障特性曲线.min0.3opgnII对于不完全差动保护，启动电流应适当提高。2.拐点电流：变制动作用区的起点.min(0.51)resgnII3.制动斜率K：依据不平衡电流算出(0.260.45)resK7.2发电机定子绕组短路故障的保护7.2.1纵差动保护：灵敏度校验规程规定，发电机纵差动保护的灵敏度是在发电机机端发生两相金属性短路情况下差动电流和动作（制动）电流的比值，要求Ksen≥1.5。随着对发电机内部短路分析的进一步深入，对发电机内部发生轻微故障（如小匝数匝间短路）的分析成为可能，可以更多地分析内部发生故障时的保护动作行为，从而更精细的分析保护在内部故障时的行为，选择更灵敏动作的保护原理和方案。7.2发电机定子绕组短路故障的保护7.2.2横差动保护（一）定子绕组裂相运行横差保护原理动作adIldnI22dopsetlIIIn同一绕组匝间短路分析差动回路电流为ldopnII2两分支匝数不同时感应电势不同，分支间有环流，差动回路反应环流，电流大小和短路匝数有关，匝数太少时灵敏度不足。7.2发电机定子绕组短路故障的保护ldnI22dopsetlIIIn1a2adIdI动作同相不同绕组匝间短路横差保护差动回路电流为差动回路电流大小同样取决于短路匝数有关。ldopnII27.2.2横差动保护（一）定子绕组裂相运行横差保护原理7.2发电机定子绕组短路故障的保护单元件横差保护接线原理图特点：需要多中性点引出，反应匝间短路、分支开焊、相间短路。一个电流互感器，简单可靠。躲过不同中性点间不平衡电流。7.2.2横差动保护（二）单元件（零序）横差保护原理BCAgnopII)3.0~2.0(动作7.2发电机定子绕组短路故障的保护7.2.2横差动保护（二）单元件横差保护原理中性点不平衡电流分析定子同相而不同分支的绕组参数不完全相同，致使两端的电势及支路电流有差异发电机定子气隙磁场不完全均匀，在不同定子绕组中产生的感应电势不同转子偏心，在不同的定子绕组中产生不同电势存在三次谐波电流动作定值(0.25~0.31)setgnII7.2发电机定子绕组短路故障的保护7.2.2横差动保护（三）横差保护死区分析短路匝数对横差保护的影响短路位置对横差保护的影响7.3负序电流对发电机的影响•负序电流的危害•定子绕组中的负序电流将在转子绕组中感应出100Hz的高频分量。该分量会在转子铁芯中产生涡流，导致转子发热•负序气隙旋转磁场与转子电流之间以及正序气隙旋转磁场与定子负序电流之间所产生的100Hz交变电磁转矩，将同时作用在转子大轴和定子机座上，从而引起100Hz的振动，威胁发电机安全•负序电流保护的作用•防止发电机过热•作为外部不对称故障的后备保护7.4发电机失磁保护7.4.1发电机失磁运行及后果失磁原因：转子绕组故障励磁机故障自动灭磁开关误跳半导体励磁系统元件损坏人为误操作7.4发电机失磁保护7.4.1发电机失磁运行及后果失磁过程：fdiqfdEI1.励磁电流衰减到零，发电机空载电势，造成空载电势下降2.空载电势下降→输出电磁功率下降→转子加速3.功角δ增大，当功角δ超过稳定运行的极限角时，发电机失去同步→转子绕组将从系统吸收无功以供给转子的感应励磁电流4.转速达到一定值时，若功率达到新的平衡，则发电机进入稳定异步运行状态，即作为异步发电机运行。7.4发电机失磁保护7.4.1发电机失磁运行及后果失磁后果：发电机输出电磁功率减少，转子加速，进入异步运行失磁后将从系统吸收大量感性无功，端部发热若系统无功充足，发电机最终可以稳定为异步运行状态，若无功缺额较大，可能引起电压不稳定，导致系统崩溃，造成大面积停电转子过热机组振动7.4发电机失磁保护7.4.1发电机失磁运行及后果异步运行对系统的影响汽轮机：调速灵敏，异步转差小，若无功充足，可允许异步运行一段时间。否则应切除水轮机：调速慢，异步转差大，异步运行吸收无功量大，通常不允许异步运行。对大容量发电机，通常装设失磁保护，动作于跳闸，减负荷或发出信号7.4发电机失磁保护7.4.2发电机失磁后机端测量阻抗以单机无穷大系统为例分析正常运行发电机输出功率为，负号表示发出感性无功。PjQ2sincosEUPXEUUQXXqEdXfUIXLXU7.4发电机失磁保护7.4.2发电机失磁后机端测量阻抗失磁过程分析1.从失磁开始到失去同步之前为简化分析，作如下假设（1）不考虑调速器影响，则机械输入功率恒定（2）失磁后E减小，但功角δ增加，可近似认为Esinδ基本不变，从而近似认为不变。，但Q将由正变为负，即由发出无功变为吸收无功。TPEP2sincosEUPXEUUQXXqEdXfUIXLXU