电力系统继电保护原理课件：9第九章发电机的继电保护

第九章发电机的继电保护 9.19.1发电机的故障、不正常工作状态发电机的故障、不正常工作状态及其保护配置及其保护配置（一）发电机的故障（一）发电机的故障（1）定子绕组过电流（2）负序过电流（3）定子绕组过电压（4）失步（5）低励、失磁（6）逆功率（7）过励磁（二）发电机的不正常工作状态（二）发电机的不正常工作状态（8）频率异常（9）转子绕组的一点接地（10）发电机的误上电、断路器断口闪络（三）发电机应装设的保护（1）纵联差动保护（2）定子绕组匝间短路保护（横差动保护）（3）定子绕组接地保护（4）发电机外部相间短路保护（5）定子绕组过负荷保护（6）定子绕组过电压保护（7）转子表层过负荷保护（8）励磁绕组过负荷保护（9）励磁绕组一点及两点接地保护（10）失磁保护（11）过励磁保护（12）逆功率保护（13）失步保护（14）大容量发电机还应考虑配置低频保护、过频保护、起停机保护、误上电保护、断口闪络保护等；（15）发电机的非电量保护，如采用水冷却的发电机应配置断水保护；各种保护可动作于：（1）停机：跳闸、灭磁、关闭主汽门（2）解列、灭磁：跳闸、灭磁、原动机甩负荷（3）解列：跳闸、原动机甩负荷（4）增减出力：增加、减小原动机出力（5）缩小故障影响范围：跳母联断路器跳母联断路器（6）程序跳闸：首先关主汽门、跳闸、灭磁首先关主汽门、跳闸、灭磁（7）信号 9.29.2发电机的纵差动保护发电机的纵差动保护1I2I1I 2I rI（一）保护原理接线 两组两组TA特性、变比一致特性、变比一致 正常运行或区外故障时：内部故障时：r120()unbIIIIrkII一、纵联差动保护max.unbrelopIKI（二）整定计算 1.按躲外部故障时的最大不平衡电流整定 max.maxunberstnpkIK K K IerK互感器稳态最大误差npK非周期分量系数1.52stK同型系数0.5或1max.kI外部短路时的最大短路电流二次值2.当电流互感器二次回路断线时不误动 NGrelopIKI（三）采用比率制动特性的差动保护 resIop.rITANGrop3010nII/).(0.op.r.0Ires.minI0)(kunbIfI)(resopIfI最小动作电流：.minNGTA(0.8 1.0)/resIIn拐点电流：（三）采用比率制动特性的差动保护 resIop.rIop.minI.minresI0)(kunbIfI)(resopIfI最大制动系数：op.max.maxres.maxIresrelerstnpkK K K KI一般取0.20.4；（三）采用比率制动特性的差动保护 resIop.rIop.minI.minresI0)(kunbIfI)(resopIfIop.maxop.min(3)k.maxTAres.minI/ImInI比率制动特性的斜率（四）发电机纵差动保护的灵敏性 opminksenIIK.计算条件：（1）发电机与系统并列运行以前，其出口发生两相短路；（2）发电机采用自同期并列时，在系统最小运行方式下，其出口发生两相短路；要求 2Ksen（五）评价(1)中性点附近存在死区距中性点 处发生三相短路，故障点电阻为 kr222kkEIrrx有必要设法减小定值以提高灵敏度，减小死区(2)不能反应匝间短路 0()rTNunbIIII(3)不能反映接地故障 rkII短路电流很小，差动保护不能动作（三）评价(4)不受过负荷和系统振荡的影响1.原理接线二、发电机的不完全纵联差动保护 机端侧的全电流和中性点侧的分支电流构成不完全纵差保护。ABCTA2NITA1TI 不仅可以反应相间短路，也可以反应匝间短路、分支开焊等故障。2.互感器变比的选择：ABCTA1TA2(1)变比匹配NITI221TATAnnNTdIII二、发电机的不完全纵联差动保护(2)由软件实现平衡121TATAnn2NTdIII 2.互感器变比的选择：ABCTA1TA2NITI二、发电机的不完全纵联差动保护21nN 3.中性点侧电流的选取 每相并联分支数为n，中性点处接入差动保护的支路数为N，一般应满足下面关系：A13245二、发电机的不完全纵联差动保护9.3 9.3 发电机横差动保护发电机横差动保护（一）定子绕组匝间短路的形式和特点 同相一分支的匝间短路 同相不同分支之间的匝间短路（1）在中性点连线上产生零序电流；（2）发生匝间短路时，在机端专用电压互感器的开口三角绕组两端，产生零序电压；（3）产生负序功率，其方向为由发电机内部指向外部；0U（二）单元件横差动保护（二）单元件横差动保护 （零序横差动保护）（零序横差动保护）NGopII)3.02.0(起动电流 525.00NTAIn（三）裂相横差动保护 用于每相多个分支的发电机，将全部分支分成两部分构成差动保护 12dIII1)正常运行或外部故障时 1212dTATAIIInn 各分支电流大小相同，选择合适的TA变比，使此时的差动电流为0。（三）裂相横差动保护 用于每相多个分支的发电机，将全部分支分成两部分构成差动保护 12dIII2)内部故障时 相间、匝间短路或分支开焊故障时，各分支电势不再平衡，各分支电流不再满足正常时的关系，会有差动电流出现。9.49.4发电机的单相接地保护发电机的单相接地保护（一）发电机定子绕组单相接地的特点（一）发电机定子绕组单相接地的特点0GClC0AEBECEBDUCDU0UADUAA1EU)(ABBEEUACCEEUACBA031EUUUU)(0TA0GClC0llCEjI0A0330U0GIlI0k0I0GA0GCEjI33A0GAk0ECjCCEjIl003)(330TA（1）有零序电压出现，其大小与成正比；（2）接地点通过容性零序电流，大小与及C0G、C0l有关；（3）当发电机定子绕组内部发生单相接地时，机端零序电流互感器中流过的电流为外接元件电容电流，方向由发电机流向母线；（4）当发生外部单相接地时，机端零序电流互感器中流过的电流为发电机本身的电容电流，方向由外部流向发电机；（二）利用零序分量的定子接地保护（二）利用零序分量的定子接地保护 1.零序电流保护（1）零序电流互感器装在发电机出口；当发电机定子绕组在中性点附近接地时，a很小，因而通过TA0的接地电容电流很小，保护存在死区；2.基波零序电压保护 动作电压整定值应躲开正常运行时的不平衡电压（包括三次谐波电压），以及变压器高压侧接地时在发电机端所产生的零序电压；一般为15V 在中性点附近发生接地故障时，a很小，零序电压很小，也将存在死区；由于开口三角侧电压为100，当定值为15时，则死区为15%；（三）发电机100%定子接地保护+发电机中性点加固定的工频偏移电压 零序电压保护（85%）附加直流或低频（20Hz或25Hz）电源 利用发电机固有的三次谐波电势 用于消除死区 两部分的保护区应相互重叠 1.利用三次谐波电压构成的定子接地保护(1)各种发电机中都存在三次谐波电压；(2)三次谐波电压具有零序分量的特点，提取方便；(3)三次谐波回路与主变高压侧系统无关。三次谐波电压的优势：正常运行时的三次谐波电压E3UN3UT33LNTCg2Cg2Ct33TNUUtCCCgg21结论：在正常运行时，发电机中性点人侧的三次谐波电压总是大于发电机机端侧的三次谐波电压；单相接地时三次谐波电压33(1)TUE 33NUE331TNUU%50时：133NTUU%50时：133NTUU比值的变化可以反应中性点侧50%范围内的接地故障；2.发电机100%定子接地保护装置的构成 保护发电机定子绕组中性点侧15%以上范围内的接地故障，且当故障点越靠近中性点时灵敏度越高；第一部分：零序电压保护 两部分的保护区应有一部分相互重叠 第二部分：利用三次谐波电压比值构成定子绕组接地保护 保护定子绕组机端侧的85%以上，当故障点越靠近机端侧时灵敏度越高；9.59.5发电机相间短路的后备保护发电机相间短路的后备保护（一）负序过电流保护的作用（一）负序过电流保护的作用 A2*2tI发电机负序过流保护是针对定子绕组电流不平衡而引起的转子过热的一种保护；t*2I（二）定时限负序过电流保护（二）定时限负序过电流保护 1234567两段式 NG2.op0 II1.NG2.op0.6)50II.(s531t跳闸 10s52t信号 abcde)(st*2I041040010.50.（三）反时限负序过电流保护（三）反时限负序过电流保护 2*2AItt*2I保护动作特性 ttI A2*2或 AIBICI9.69.6发电机的失磁保护发电机的失磁保护（一）发电机的失磁运行及其影响（一）发电机的失磁运行及其影响dE系统dXSXsindSSdXXUEPSUdS2SdSSdXXUXXUEQcos)(acT22JPPPdtdT功角特性关系：转子运动方程式：P TP90123dE失步前开始失步完全失步对电力系统的危害：（1）造成系统中大量无功缺少。当系统中无功储备不足，将引起电压下降，严重时引起电压崩溃，系统瓦解（2）造成系统中其他发电机增加无功输出。使某些发电机、变压器、输电线路过电流，后备保护可能因过流动作，扩大故障范围（3）造成有功功率摆动及系统电压降低。可能导致相邻正常运行的发电机与系统之间失去同步，引起系统振荡对发电机的危害：（1）转子绕组出现差频电流，引起绕组发热（2）异步运行后，发电机的等效电抗降低，从系统中吸收的无功增加，使定子绕组过热（3）对大型直接冷却式汽轮发电机，其转矩和有功将发生剧烈摆动。这种影响对水轮发电机更为严重，直接威胁机组安全（4）定子端部漏磁增强，使端部的部件和端部铁芯过热(二二)失磁发电机机端测量阻抗的变化轨迹失磁发电机机端测量阻抗的变化轨迹1.等有功阻抗圆（P不变）RjXSjXP2U2S1P2P3Pj22SS2SGe2j2PUXPUZ)(dE系统dXSXSU2.临界失步圆（=90时，Q不变）jXSjXdjXRj2SdSdGe2j2jXXXXZ3.失步后的异步运行阶段 RjXSjXdjXabcdXj abc1X2XadX2Rss1R2)()()(2ad2ad1Gjjjj22XXXXXZSRSR(三三)其他运行方式下发电机机端测量阻抗其他运行方式下发电机机端测量阻抗GZRjX2fZkZ1fZL3fZL发电机与系统间发生振荡时的机端阻抗发电机外部故障时的机端阻抗发电机正常运行且向外输送有功和感性无功时的机端阻抗发电机正常运行且只输出有功时的机端阻抗发电机正常运行且输出有功，同时吸收部分感性无功时时的机端阻抗(四四)失磁保护的构成方式失磁保护的构成方式（1）虽失磁，但未形成危害时，及时发信号；失磁后，危及发电机和系统安全运行时，动作于切机；（2）水轮发电机失磁后，瞬时发信号。而在临近失步或电压降低到某一临界值附近时，切机；（3）对于汽轮发电机，Q足够时，应瞬时或经短延时动作于信号和自动减负荷装置，或切换至备用励磁系统，并以发电机允许无励磁运行的时限切除发电机；Q不足时，立即发信号，在临近失步或电压降低到某一临界值附近时，切机；（1）静稳边界阻抗圆判据（2）异步阻抗圆判据（3）无功方向判据（4）系统三相电压降低 XjSXjdXjRdX j2.失磁保护的主判据3.失磁保护的辅助判据（1）励磁电压下降（2）不出现负序分量（3）用延时躲振荡 按躲空载运行时的最低励磁电压整定4.汽轮发电机失磁保护装置按临界失步阻抗圆进行整定按保证电力系统安全运行所允许的最低电压整定11.5s0.51s125.整定值能自动随有功功率P变化的转子低电压失磁继电器当失磁后励磁电压降低到整定值时，动作，使发电机减载；当达到静稳边界时，反应定子判据的阻抗元件动作，两者组成与门后跳闸；9.79.7发电机发电机-变压器组继电保护变压器组继电保护（一）发电机（一）发电机-变压器组纵差动保护的特点变压器组纵差动保护的特点1.当发电机和变压器之间无断路器时 发电机变压器组纵差动保护单相原理图 发电机变压器组纵差动保护单相原理图 2.当发电机和变压器之间有断路器时（二）发电机电压侧单相接地保护的特点（二）发电机电压侧单相接地保护的特点采用普通零序电压保护或100%定子接地保护并作用于信号（三）发电机过电流保护的特点（三）发电机过电流保护的特点（1）当发电机和变压器间没有分支线时，可以用发电机的过电流保护作为整组的保护（2）当发电机和变压器间有分支线时，发电机的过电流保护应有两个时限，第I段时限动作于高压侧断路器，第II段时限断开所有侧断路器及励磁开关本章学习重点 了解发电机可能产生的故障类型和异常运行状态，以及发电机应有的保护方式。熟练掌握发电机纵差动保护的基本工作原理及其特点。熟练掌握发电机横差动保护的基本工作原理及其特点。熟练掌握发电机接地保护的基本工作原理及其特点。掌握发电机失磁保护的基本工作原理及其特点。了解发电机相间短路保护的配置及特点。了解发电机变压器组继电保护的应用及特点。