适合电厂运行人员。发电机保护

发电机保护编写人：孟德广苏阳一.继电保护知识回顾1.继电保护装置：能够反映电力系统中电气设备发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。2.继电保护的作用：（1）自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除，保证无故障部分正常运行。（2）反映电气设备的不正常运行状态，发出信号或跳闸。3.对继电保护的要求（四性）：（1）可靠性：不拒动，不误动。（2）选择性：在最小范围内将故障切除。（3）速动性：尽可能快的切除故障。（4）灵敏性：对保护范围内故障的反应能力。相互制约的。4.继电保护的构成：现在都用微机保护5.主保护和后备保护：主保护：反应被保护元件自身的故障并以尽可能短的延时，有选择性地切除故障。后备保护：当主保护拒动时起作用，动作于相应断路器以切除故障元件。近后备保护：当主保护拒动时，由本电力设备或线路的另一套保护来实现的后备保护。远后备保护：当主保护或断路器拒动时，由相邻电力设备或线路的保护来实现的后备保护。5.微机保护：（1）计算、分析、逻辑判断能力强，有存储记忆功能，可实现复杂原理的保护；（2）维护调试方便，可靠性高；（3）统一硬件，保护装置硬件易标准化；（4）有强大辅助功能，简化调试、事故分析和事故后处理。（5）采用两套保护双重化配置，两套保护之间互不影响。6.我厂情况：北京四方继保自动化股份有限公司生产的微机保护装置。包括：燃机主变及高厂变保护汽机发变组保护（发电机保护、变压器保护）继保厂家：四方继保南瑞继保国电南瑞许继二.发电机的故障与非正常状态1.发电机的故障形式：（1）定子（电枢绕组）故障：•定子绕组相间短路故障---烧毁定子线棒铁芯，部件变形，电动力增大。•定子匝间短路故障---环流，破坏绝缘，可能发展为单相接地短路和相间短路。•定子绕组单相接地故障（一般是铁心接地）---铁芯烧伤或局部熔化，威胁绝缘。（2）转子（励磁绕组）故障：•转子接地故障---一点接地危害不严重，两点接地，磁势不平衡，可能引起发电机的强烈震动或将转子绕组、铁芯烧毁，汽轮机磁化。•失磁故障---从系统吸收无功，异步运行，可能造成振荡失步，转子过热，定子过热。2.发电机的不正常运行状态：（1）区外短路引起的：•对称过流---定子过热，绝缘老化。•负序（不对称）过流---转子过热或烧伤。（由于外部短路造成）PS：对称故障：三相短路不对称故障：除三相短路外的短路故障（2）系统问题引起的：•对称过负荷---定子过热，绝缘老化。•负序（不对称）过负荷---转子过热。（机组过负荷，负荷分的大）•过激磁---转子绕组过热。•低频---汽轮机振动，转子疲劳，叶片受损。•失步---振荡，发电机损坏，系统崩溃。（3）误操作等引起的：•过电压---绕组绝缘击穿。机组甩负荷两点原因。•逆功率---汽机末级叶片过热疲劳。汽机跳闸机组未解裂时。•过激磁---转子绕组过热。•误上电（突加电压）---发电机异步起动，严重的非同期并网。盘车，冲转，3000转但出口电压未到20KV时断路器误合。三.我厂汽机发电机保护配置1.发电机保护配置：（1）发电机差动保护（2）发电机定子匝间保护（3）发电机定子接地保护（4）发电机转子接地保护（5）发电机失磁保护定子转子发电机故障（6）发电机复合电压闭锁过流保护（7）发电机负序过流保护（8）发电机对称过负荷保护（9）发电机失步保护（10）发电机过激磁保护（11）发电机低频保护（12）发电机逆功率保护（13）发电机过电压保护（14）发电机阻抗保护（15）突加电压（误上电）保护（16）发电机启停机保护（17）发电机断路器失灵保护区外短路系统问题误操作、设备问题非正常状态2.发电机保护出口方式：（保护动作结果）发电机变压器组全停：断开发电机变压器组220kV断路器、发电机磁场断路器、关汽轮机主汽门。解列灭磁：断开发电机变压器组220kV断路器、断开灭磁开关等。解列：断开发电机变压器组220kV断路器。程序跳闸：关主汽门，确认主汽门关闭后再动作于“发电机变压器组全停”。确认，由汽轮机进汽阀限位开关和逆功率继电器实现。（像王莹师傅讲的）减出力：将汽轮机出力减至预定值。减励磁。信号：发出声、光信号，并向DCS发送信号用于事故记录。四.发电机保护介绍1.发电机差动保护（1）保护内容：发电机定子绕组及其引出线相间短路故障的主保护。（2）原理：利用发电机两侧电流向量之差，在区内短路时很大，在区外短路时几乎为零的特点，构成差动保护。正常情况及区外短路：区内短路：差动保护原理图CT二次侧断线：断线相会有正常负荷电流流过该相继电器,引起差动保护误动作。解决办法：提高整定值，躲过发电机额定电流：:可靠系数，一般取1.2—1.3（由下一张图可看出当ct二次断线产生零序电流，发断线信号。）差动保护接线图：不平衡电流：由于两侧电流互感器存在差异（励磁特性），使得二次侧流过差动继电器的电流不等于零。在外部故障时，不平衡电流很大，会引起差动保护误动作。单纯地提高整定值，会使差动保护灵敏性大大降低，不能反映较小的内部故障。比率制动：使差动电流整定值随制动电流的增大而成某一比率的提高。在差动保护中引入制动电流，阻碍差动保护动作。区外故障制动电流大制动强不误动区内故障制动电流小制动弱不拒动（制动电流：阻碍差动保护动作的电流。）折线比率制动特性:差动电流：制动电流：动作方程：制动特性的实现：当时，差动保护动作。（3）特点：具有CT断线判别，并选择性闭锁差动及自动解除闭锁的功能，能发CT断线信号。具有比率制动特性。（4）出口方式：瞬时动作于全停。2.发电机定子匝间保护（1）保护内容：发电机定子绕组匝间短路故障的主保护。也可以反映发电机内部相间短路故障。（2）原理：利用发电机定子绕组发生匝间短路时，机端三相对发电机中性点出现的零序电压而构成。PT一次侧中性点与发电机中性点用高压电缆相连，在PT二次开口三角绕组测量机端对中性点的零序电压。当时，保护动作。正常运行：开口三角处无零序电压。单向接地短路：会产生零序电压，但是由于存在中性点连接线，不会产生机端对中性点的零序电压。三次谐波：加装三次谐波滤过器。区外故障：加设负序功率方向判别元件来闭锁。PT一次侧断线：加设PT断线判别元件来闭锁。负序功率方向闭锁机端纵向零序电压发电机定子匝间保护原理接线图：（3）特点：三次谐波滤过比大于100，灵敏度高。负序功率方向闭锁，区外故障时不误动。PT发生断线时闭锁，不误动。（4）出口方式：瞬时动作于全停。3.发电机定子接地保护（1）保护内容：反映发电机定子绕组单相接地故障。（2）原理：利用基波零序电压原理与三次谐波电压原理共同构成保护区为100%的定子接地保护。基波零序电压定子接地保护：当定子绕组发生单相接地故障时，三相电压中会出现较大的零序电压分量。越靠近机端，零序电压越大；越靠近中性点，零序电压越小。测量机端电压的零序电压，计算可知：：中性点到短路点所占定子绕组百分数。：故障前机端相电压。按躲过正常运行最大不平衡零序电压，设定动作电压后，反映基波零序电压的定子接地保护，在中性点附近存在5%—15%的动作死区。基波零序电压定子接地保护只能保护发电机定子绕组的85%—95%。（我厂为95%）三次谐波影响：加装三次谐波滤过装置。零序电压可取自发电机中性点接地配电变压器二次侧。也可取自机端PT的开口三角绕组，此时应加设PT一次断线闭锁元件，防止保护误动作。（我厂取自机端PT）三次谐波电压定子接地保护：定子绕组感应电动势中含有三次谐波分量。正常运行时，机端三次谐波电压与中性点三次谐波电压之比，即恒有。定子发生单相接地时，三次谐波电压与短路点位置有如右图关系。短路点在中性点附近时，作为动作量，作为制动量，作为动作条件，则仅当距离中性点50%区域内发生定子单相接地时，三次谐波电压保护动作。三次谐波电压定子接地保护可保护距离中性点50%的定子绕组区域，越接近中性点，灵敏性越强。零序电压影响：加装基波阻波器。（3）特点：保护范围为100%定子绕组。具有PT一次断线闭锁功能。零序电压保护中三次谐波滤过比大于100。引进了系统侧零序电压闭锁元件，提高了可靠性、灵敏性。（4）出口方式：基波零序电压：延时动作于全停。三次谐波电压：延时动作于发信号。4.发电机转子接地保护（1）保护内容：反映发电机转子一点接地及两点接地故障。（2）原理：转子一点接地保护采用乒乓式变电桥原理；转子两点接地保护采用定子电压二次谐波分量原理。转子一点接地保护：转子一点接地，对发电机没有直接危害，根本目的是防止转子两点接地。切换电桥两臂电阻值，测量不同状态下的，计算励磁绕组对地的绝缘电阻，判断是否发生一点接地故障。当时，保护动作。转子两点接地保护：发电机转子两点接地时会在定子电势中产生二次谐波电压分量。测量发电机机端定子电压的二次正序谐波电压分量。当时，保护动作。（4）特点：乒乓式变电桥法，测量精度高，减少误报。在线监测电子开关运行情况。显示实时计算的励磁绕组绝缘电阻。能够反映转子接地点的位置。（5）出口方式：转子一点接地保护：延时动作于发信号，自动启动两点接地保护。转子两点接地保护：延时动作于全停。5.发电机失磁保护（1）保护内容：反映发电机失磁故障，根据具体情况，采取相应的措施。（2）原理：根据发电机失磁后机端测量阻抗、励磁电压等电气量的变化规律，构成发电机失步保护。发电机失磁后的特征：无功为负，有功减小。定子电流增大，机端电压、系统电压降低。励磁电压减小或为0，转速升高。机端测量阻抗变化。RjXSjXdjXabcdXjabc1P2P发电机失磁保护通常由多个判据共同构成：•发电机机端测量阻抗判据（）；•转子励磁绕组低电压判据（）；•主变高压侧低电压判据（）；•发电机定子过电流判据（）。（3）特点：具有检测静稳边界和稳态异步边界功能。具有检测系统电压崩溃功能。能够检测不同负荷下各种全失磁和部分失磁。正常进相、系统振荡、其他故障、PT断线时不误动。具有励磁通道电压检测功能（4）出口方式：根据不同的失磁情况发出信号、减出力、切换励磁、解列或全停。发电机失磁的可能原因：励磁绕组断路或短路；灭磁开关误跳；整流装置半导体元件损坏；励磁变压器故障；自动励磁调节装置故障；运行人员误操作等。6.发电机复合电压闭锁过流保护（1）保护内容：反映发电机及下级设备不对称故障和对称故障的后备保护（发电机差动保护的近后备）（2）原理：低电压启动反映对称故障，负序过电压启动反映不对称故障，电流整定值较低，延时较长，满足后备保护要求。复压闭锁过流原理接线图：（3）特点：复合低电压和负序电压闭锁，可靠性高。过电流启动门槛值低，灵敏度高。具有防止PT断线误动措施。（4）出口方式：延时动作于全停。7.发电机负序过流保护（1）保护内容：反映发电机负序过电流，是发电机转子过热的主保护。（2）原理：根据发电机转子发热所容许的负序电流，由定时限和反时限两部分组成负序过流保护。定时限：动作值低，延时固定。反时限：故障量越大，延时越短。发电机转子发热特性方程：A：发电机允许过热时间常数，300MW汽发取6—15。:以发电机额定电流倍数表示的负序电流标幺值。发电机（转子）承受负序电流的能力曲线，呈现反时限特性。AtI222I定时限部分：动作电流，按躲过发电机长期允许的负序电流整定，一般取：反时限部分（三部分）：•上限段（t2），固定短延时动作。•反时限段（t2—t3），按反时限动作。•下限段，延时可整定到1000S。（3）特点：由定时限和反时限两部分组成。反时限部分能够模拟热积累过程。（4）出口方式：定时限：延时发信号，延时5—10S。反时限：全停。8.发电机失步保护（1）保护内容：反映发电机的振荡失步状态。（2）原理：利用阻抗元件测量发电机机端测量阻抗的变化构成失步保护。失步：发电机与系统失去同步（频率不同）。同步振荡：振荡幅度越来越小，功角摆动逐渐衰减，最后能够恢复稳定同步运行的振荡。