第8章-发电机保护课件

2024/7/12第8章发电机保护1第8章 发电机保护牟黎2024/7/12第8章发电机保护28.1 概述发电机的相关知识发电机的故障发电机的不正常运行状态发电机保护的主要配置2024/7/12第8章发电机保护38.1 概述发电机的相关知识1.发电机的主要作用？将机械能转变成电能2024/7/12第8章发电机保护48.1 概述2.发电机的主要构成定子转子2024/7/12第8章发电机保护58.1 概述1.发电机的故障分类发电机的故障定子绕组相间短路绕组一相的匝间短路绕组单相接地转子绕组一点接地绕组两点接地励磁回路励磁电流消失2024/7/12第8章发电机保护6相间短路匝间短路接地短路一点接地二点接地低励、失磁8.1 概述2.发电机的故障演示2024/7/12第8章发电机保护78.1 概述3.发电机的定子故障的保护配置纵差动保护匝间短路保护相间短路定子接地保护匝间短路单相接地短路2024/7/12第8章发电机保护88.1 概述4.发电机的转子故障的保护配置一点接地保护两点接地保护一点接地失磁保护两点接地失磁2024/7/12第8章发电机保护98.1 概述1.发电机的不正常工作状态分类发电机的不正常工作状态定子绕组过电流和过负荷负序过电流绕组过电压转子过负荷发电机逆功率、频率降低、失步2024/7/12第8章发电机保护108.1 概述2.发电机定子的不正常工作状态的保护配置相间短路后备保护、过负荷保护负序过电流保护绕组过电流和过负荷定子绕组过电压保护负序过电流绕组过电压2024/7/12第8章发电机保护118.1 概述3.发电机转子的不正常工作状态的保护配置转子过负荷保护过负荷2024/7/12第8章发电机保护128.1 概述4.发电机的不正常工作状态的保护配置（其他）逆功率保护、低频保护、失步保护发电机逆功率、频率降低、失步2024/7/12第8章发电机保护138.1 概述5.总结发电机的结构发电机的故障和保护配置发电机的不正常工作状态和保护配置2024/7/12第8章发电机保护148.2 发电机纵差保护发电机纵差保护的基本原理和接线比率制动式发电机纵差保护的原理比率制动式发电机纵差保护的整定保护动作逻辑框图2024/7/12第8章发电机保护158.2 发电机纵差保护发电机纵差保护的基本原理和接线1.发电机纵差保护的概念 反应发电机定子绕组及其引出线的相间短路，是发电机的主保护。2024/7/12第8章发电机保护168.2 发电机纵差保护2.发电机纵差保护与变压器差动保护的区别只是引入发电机首末两端的电流进行比较，正常时其电流的大小和相位完全相同。电流互感器可以完全同型不存在励磁涌流和过激磁引起的误差2024/7/12第8章发电机保护178.2 发电机纵差保护3.发电机纵差保护的构成接入发电机中性点侧电流的份额完全纵差保护不完全纵差保护2024/7/12第8章发电机保护188.2 发电机纵差保护4.发电机完全纵差保护能反应发电机内部及引出线上的相间短路，但不能反应发电机内部匝间短路及分支开焊故障完全纵差保护2024/7/12第8章发电机保护198.2 发电机纵差保护5.发电机完全纵差保护原理无故障时相间故障时2024/7/12第8章发电机保护208.2 发电机纵差保护6.发电机不完全纵差保护适用于每相定子绕组多分支的大型发电机，还能反应定子线棒开焊及分支匝间短路不完全纵差保护2024/7/12第8章发电机保护218.2 发电机纵差保护7.发电机不完全纵差保护原理假设每相有n个分支无故障时相间故障或匝间短路时2024/7/12第8章发电机保护228.2 发电机纵差保护8.发电机纵差保护的整定计算保护启动电流整定1）躲过外部故障产生的最大不平衡电流2024/7/12第10章发电机保护23若汽轮发电机发电机额定电流则若水轮发电机则8.2 发电机纵差保护2024/7/12第10章发电机保护242）防止TA二次回路断线导致误动a.设TA二次回路断线监视装置b.为提高灵敏度，一般采用具有制动特性的差动继电器或比率制动式差动保护。发电机正常运行时若TA二次回路断线会误动。8.2 发电机纵差保护灵敏度校验2024/7/12第10章发电机保护258.2 发电机纵差保护9.练习 发电机完全差动保护为何不能反应匝间短路故障，变压器差动保护能反应吗？发电机的完全差动保护引入发电机定子机端和中性点的全部相电流，在定子绕组发生同相匝间短路时两侧电流仍然相等，保护将不动作。变压器匝间短路时，相当于增加了绕组个数，并改变了变压器变比，此时变压器两侧电流不再相等，流入差动继电器的电流将不再为零，所以变压器纵差动保护能反应绕组的匝间短路故障。2024/7/12第8章发电机保护2610.总结发电机纵差保护的概念发电机纵差保护的构成发电机纵差保护的整定8.2 发电机纵差保护2024/7/12第8章发电机保护27问题18.2 发电机纵差保护设一次电流的正方向都为流入同名端方向无故障时相间故障时2024/7/12第8章发电机保护28问题28.2 发电机纵差保护二次电流必须从交流模件的同名端流入2024/7/12第8章发电机保护29问题38.2 发电机纵差保护实际中电流互感器二次侧到底能不能断线？有可能断线的，因为发电机运行时，由于运转会产生震动，接线端子容易松动，造成二次回路断线。2024/7/12第8章发电机保护301.比率制动式发电机纵差保护的概念8.2 发电机纵差保护比率制动式发电机纵差保护的原理 其动作电流不是固定不变的，它随外部短路电流的增大而增大，既保证外部短路不误动，同时对于内部短路又有较高的灵敏度。2024/7/12第8章发电机保护312.比率制动式发电机纵差保护的优点8.2 发电机纵差保护不会恶化内部短路电流的传变内部故障不会延缓保护动作，不会降低灵敏度动作电流不固定，内部故障短路电流小时不拒动，不会进一步危害发电机。2024/7/12第8章发电机保护323.比率制动式纵差保护的原理8.2 发电机纵差保护基于保护的动作电流 随着外部故障的短路电流产生的 的增大按比例线性增大，且比 增大得更快，使在任何情况下的外部故障时，保护不会误动作。2024/7/12第8章发电机保护334.比率制动式纵差保护的特性曲线8.2 发电机纵差保护速断动作区动作区制动区拐点电流动作电流速断电流整定值启动电流比率制动系数2024/7/12第8章发电机保护341.比率制动式纵差保护的动作条件8.2 发电机纵差保护速断动作区动作区制动区比率制动式发电机纵差保护的整定2024/7/12第8章发电机保护352.比率制动式纵差保护的整定计算8.2 发电机纵差保护完全纵差保护差动电流制动电流不完全纵差保护差动电流制动电流2024/7/12第8章发电机保护363.比率制动式纵差保护的整定计算经验值8.2 发电机纵差保护（1）最小动作电流Iop.min（2）拐点电流Ig（3）制动特性曲线斜率K完全差动：0.30.5 不完全差动：0.52024/7/12第8章发电机保护371.纵差保护出口方式8.2 发电机纵差保护保护动作逻辑框图出口方式单相出口方式循环闭锁出口方式2024/7/12第8章发电机保护382.单相出口方式8.2 发电机纵差保护保护动作逻辑框图特点：需设置专门的TA断线闭锁，当差动电流较大 时解除TA断线闭锁，适于不完全纵差接线。2024/7/12第8章发电机保护393.循环闭锁出口方式8.2 发电机纵差保护内外部不同相同时接地故障特点：三取二，适于完全纵差接线。2024/7/12第8章发电机保护404.练习8.2 发电机纵差保护为什么要采用比率制动式纵差保护？如果按照传统的纵差动保护整定方法，为防止纵差动保护在外部短路时误动，继电器动作电流 应躲过最大不平衡电流 ，这样一来，纵差保护动作电流 将比较大，降低了保护的灵敏度，甚至有可能在发电机内部相间短路时拒动。为解决这个问题，考虑到不平衡电流随着流过TA电流的增加而增加的因素，提出了比率制动式纵差保护，使动作值随着外部短路电流的增大而自动增大。2024/7/12第8章发电机保护415.总结8.2 发电机纵差保护比率制动式纵差保护的概念和优点比率制动式纵差保护的原理和特性曲线比率制动式纵差保护的动作条件和整定纵差保护的出口方式2024/7/12第8章发电机保护428.3 发电机定子绕组接地保护发电机定子绕组单相接地的特点利用零序电流构成定子接地保护利用基波零序电压构成定子接地保护利用基波零序电压和三次谐波电压构成的100定子接地保护2024/7/12第8章发电机保护438.3 发电机定子绕组接地保护发电机定子单相接地的特点1.发电机定子单相接地的基本知识发电机外壳全部接地定子绕组单相接地故障安全要求绕组的绝缘和定子铁心烧坏，并且容易发展成相间短路，造成人身危害。绝缘破坏故障点电弧2024/7/12第8章发电机保护448.3 发电机定子绕组接地保护2.发电机定子单相接地的保护动作信号动作于跳闸的接地保护当接地电容电流等于或大于5A作用于信号的接地保护当接地电流小于5A2024/7/12第8章发电机保护458.3 发电机定子绕组接地保护3.发电机定子单相接地的危害接地电流会产生电弧，烧伤铁芯，使定子绕组铁芯叠片烧结在一起。接地电流会破坏绕组绝缘，扩大事故，若一点接地未及时发现，很有可能发展成绕组的匝间或相间短路故障，严重损伤发电机。2024/7/12第8章发电机保护468.3 发电机定子绕组接地保护4.发电机定子单相接地保护的基本要求大中型发电机绕组有100%的保护范围在绕组匝内发生经过渡电阻接地故障时，保护应有足够灵敏度2024/7/12第8章发电机保护478.3 发电机定子绕组接地保护5.发电机定子单相接地的特点单相接地时的零序电压故障点零序电压2024/7/12第8章发电机保护488.3 发电机定子绕组接地保护结论：故障点零序电故障点零序电压与压与成正比（随故成正比（随故障点位置不同而改变）障点位置不同而改变），故障点离中性点越，故障点离中性点越远，零序电压越高远，零序电压越高。U02024/7/12第8章发电机保护498.3 发电机定子绕组接地保护单相接地时的零序电流电容电流现代的发电机中性点都是不接地或经消弧线圈接地发电机内部单相接地时流经接地点的电流为发电机所在电压网络(即与发电机直接电联系的各元件)对地电容电流之总和2024/7/12第10章发电机保护50结论：结论：流经故障点的接地电流也与成正比，当故障点位于发电机出线端子附近时，接地电流为最大；当故障点靠近中性点时，接地电流很小。8.3 发电机定子绕组接地保护2024/7/12第8章发电机保护51对直接连接在母线上的发电机，当发电机电压网络接地电容电流大于允许值大于允许值时，不论该网络是否装有消弧线圈，均应装设动作于跳闸动作于跳闸的接地保护。当接地电容电流小于允许值小于允许值，则装设作用作用于信号于信号的接地保护。发电机额定电压(kV)发电机额定容量(MW)接地电流允许值接地电流允许值(A)(A)6.3504 410.550-1003 313.10-15.75125-2002 2110-203001 1利用零序电流构成的定子接地保护8.3 发电机定子绕组接地保护1.零序电流的动作方式2024/7/12第10章发电机保护528.3 发电机定子绕组接地保护2.发电机零序电流保护的整定原则避开外部单相接地时发电机本身的电容电流，以及由于零序电流互感器次侧三相导线排列不对称而在二次侧引起的不平衡电流。保护装置的一次动作电流应小于规定的允许值。为防止外部相间短路产生的不平衡电流引起的接地保护误动作，应在相间保护动作时将接地保护闭锁。2024/7/12第8章发电机保护53保护装置一般带有12s的时限，以避开外部单相接地瞬间，发电机暂态电容电流(其数据远较稳态时的大)的影响。因为，如果不带时限则保护装置的起动电流就必须按照大于发电机的暂态电容电流来整定。定子绕组中性点附近接地时，零序电流保护存在一定死区8.3 发电机定子绕组接地保护2024/7/12第8章发电机保护548.3 发电机定子绕组接地保护发电机定子单相接地的危害发电机定子单相接地保护的基本要求发电机定子单相接地的特点利用零序电流构成的定子接地保护总结2024/7/12第8章发电机保护558.3 发电机定子绕组接地保护问题12024/7/12第10章发电机保护568.3 发电机定子绕组接地保护利用基波零序电压构成的定子接地保护1.发电机接线方式 一般大、中型发电机在电力系统中大都采用发电机变压器组的接线方式。2024/7/12第8章发电机保护578.3 发电机定子绕组接地保护2.发电机零序电压保护的动作信号大容量的发电机变压器组发电机定子单相接地小容量的发电机变压器组接地电容电流一般小于允许值接地电容电流大于允许值装设消弧线圈予以补偿减小接地电流装设动作于信号的接地保护2024/7/12第8章发电机保护58缺点：保护在离中性点附近接地存在动作死区。8.3 发电机定子绕组接地保护3.发电机零序电压保护的接线2024/7/12第10章发电机保护59机端零序电压018.3 发电机定子绕组接地保护4.发电机零序电压保护的原理2024/7/12第10章发电机保护6001100153U0（V）15%动作电压8.3 发电机定子绕组接地保护5.发电机零序电压保护的死区NT死区515%保护区保护区2024/7/12第10章发电机保护618.3 发电机定子绕组接地保护6.零序电压动作值的整定零序电压取自机端TV开口三角形躲过正常运行时的不平衡电压（包括三次谐波）变压器高压侧接地时经电容耦合过来的零序电压经验一般取15-30V左右中性点附近接地时，保护将不能动作，出现死区2024/7/12第8章发电机保护628.3 发电机定子绕组接地保护利用基波零序电压和三次谐波电压构成的100定子接地保护1.消除死区的方法2024/7/12第10章发电机保护638.3 发电机定子绕组接地保护2.利用三次谐波电压消除死区100%定子绕组接地保护反应基波零序电压反应三次谐波电压2024/7/12第10章发电机保护648.3 发电机定子绕组接地保护3.发电机三次谐波电压的概念在发电机相电势中，除基波之外，还含有一定分量的谐波，其中主要是三次谐波，三次谐波值一般不超过基波10%。2024/7/12第10章发电机保护65 在正常运行时，发电机中性点侧的三次谐波电压U3N总是大于发电机端的三次谐波电压U3S。（1）正常运行时定子绕组中3次谐波电压分布8.3 发电机定子绕组接地保护3.发电机三次谐波电压的分布特点 2024/7/12第10章发电机保护66机端3次谐波电压：中性点谐波电压：比值：结论：正常运行时，机端三次谐波电压总是小于中性点三次谐波电压。8.3 发电机定子绕组接地保护2024/7/12第8章发电机保护67当设接地发生在距中性点处，此时不管发电机中性点是否接有消弧线圈，恒有:（2）定子绕组单相接地时3次谐波电压分布8.3 发电机定子绕组接地保护2024/7/12第10章发电机保护688.3 发电机定子绕组接地保护2024/7/12第10章发电机保护69结论正常情况：机端3次谐波U3S 小于中性点处3次谐波电压U3N；当离中性点处不足50%的范围内接地，机端3次谐波电压大于中性点处3次谐波电压。原理：利用机端3次谐波电压作为动作量，利用中性点处3次谐波电压作为制动量，构成接地保护，越靠近中性点保护越灵敏。可与基波零序电压保护一起构成发电机定子100%接地保护。8.3 发电机定子绕组接地保护4.发电机三次谐波电压的分布的结论 2024/7/12第10章发电机保护70 由基波零序电压保护发电机距机端8595范围内定子绕组单相接地故障（中性点附近有5%15的死区）；三次谐波电压保护发电机中性点附近定子绕组的单相接地故障。8.3 发电机定子绕组接地保护4.100定子接地保护动作判据2024/7/12第10章发电机保护71动作判据为：其中：3U0为发电机零序电压，Uset为基波零序电压整定值，U3S和U3N分别为发电机机端TV开口三角形绕组和中性点TV输出中的三次谐波分量，K为三次谐波比例定值。8.3 发电机定子绕组接地保护2024/7/12第10章发电机保护72 零序电压判据和三次谐波判据各有独立的出口回路，以满足不同配置的要求(如零序判据作用于直接跳闸，3次谐波判据作用于发信号等)。逻辑框图如下：8.3 发电机定子绕组接地保护5.100定子接地保护出口逻辑2024/7/12第10章发电机保护73发电机的接线发电机零序电压保护的原理消除死区的方法100%定子绕组接地保护的原理总结8.3 发电机定子绕组接地保护2024/7/12第10章发电机保护748.4 发电机失磁保护发电机失磁原因发电机失磁后物理过程及影响发电机失磁保护的构成2024/7/12第10章发电机保护758.4 发电机失磁保护1.发电机失磁的现象励磁电流消失或下降发电机失磁发电机失磁的原因2024/7/12第8章发电机保护76相间短路匝间短路接地短路一点接地二点接地低励、失磁8.4 发电机失磁保护2.发电机故障回顾2024/7/12第8章发电机保护778.4 发电机失磁保护3.发电机进入异步运行的过程发电机励磁系统故障发电机失磁（失去励磁电流）转子旋转磁场消失电磁力矩减小，原动力矩不变转子转速增加，与定子旋转磁场有了相对速度，发电机异步运行2024/7/12第8章发电机保护784.发电机失磁的原因8.4 发电机失磁保护励磁回路开路，励磁绕组断线,灭磁开关误动作，励磁调节装置的自动开关误动，可控硅励磁装置中部分元件损坏励磁绕组由于长期发热，绝缘老化或损坏引起短路运行人员调整等2024/7/12第8章发电机保护791.失磁后发电机运行的向量分析8.4 发电机失磁保护发电机失磁后物理过程及其影响XdXs2024/7/12第8章发电机保护802.失磁后发电机运行的等效参数8.4 发电机失磁保护XdXs2024/7/12第8章发电机保护813.失磁后发电机运行稳定性分析8.4 发电机失磁保护PPTPTa bcd132不稳定异步运行 稳定异步运行临界失步同步振荡1)失磁后到失步前（90 2024/7/12第8章发电机保护828.4 发电机失磁保护4.失磁后的影响2024/7/12第8章发电机保护838.4 发电机失磁保护1.发电机失磁保护的判据方法发电机失磁保护的构成失磁异步阻抗圆无功反方向判据2024/7/12第8章发电机保护848.4 发电机失磁保护2.发电机失磁保护的动作特性发信号或自动减负荷瞬时或经短延时动作于跳闸2024/7/12第8章发电机保护858.4 发电机失磁保护3.发电机失磁保护的构成基于机端测量阻抗原理阻抗判据转子低压判据机端低电压判据系统低电压判据过功率判据2024/7/12第8章发电机保护864.练习发电机失磁对系统和发电机本身有什么影响？汽轮发电机允许失磁后继续运行的条件是什么？8.4 发电机失磁保护（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。在重负荷下失磁进入异步运行，如不采取措施，发电机将因过电流使定子过热。（2）由于从电力系统中吸收无功功率将引起电力系统的电压下降。如果电力系统的容量较小或无功功率储备不足，则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、或其他临近的电压低于允许值，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。2024/7/12第8章发电机保护878.4 发电机失磁保护（3）失磁后发电机的转速超过同步转速，因此，在转子及励磁回路中将产生交流电流，即差频电流。差频电流在转子回路中产生的损耗，如果超出允许值，将使转子过热。（4）在重负荷下失磁后，直接冷却的大型机组的转矩、有功功率要发生周期性摆动。将有很大的电磁转矩周期性地作用在发电机轴系上，并通过定子传到机座上，引起机组振动，直接威胁着机组的安全。（5）低励磁或失磁运行时，定子端部漏磁增加，将使端部和边段铁芯过热。主要取决于电力系统的具体情况。当电力系统的有功功率供应比较紧张，同时发电机失磁后，系统能够供给它所需要的无功功率，并能保证电力系统的电压水平时，失磁后就应该继续运行。2024/7/12第8章发电机保护88发电机失磁的原因发电机失磁后的稳定性分析发电机失磁的影响总结8.4 发电机失磁保护2024/7/12第8章发电机保护898.5 发电机定子绕组匝间短路保护横联差动保护反应转子回路2次谐波电流的匝间短路保护 纵向零序电压式匝间保护 2024/7/12第8章发电机保护90匝间短路匝间短路同相同分支同相不同分支完全纵差动保护不能反应匝间短路 8.5 发电机定子绕组匝间短路保护1.故障位置2024/7/12第8章发电机保护918.5 发电机定子绕组匝间短路保护2.保护配置横联差动保护 反应转子回路2次谐波电流的匝间短路保护 纵向零序电压式匝间保护 2024/7/12第8章发电机保护928.5 发电机定子绕组匝间短路保护1.概念适用于每相定子绕组为多分支，且有两个或两个以上中性点引出的发电机。又称三元件横差保护，实际上是分相横差保护。适于每相两分支，且每分支都有线引出单元件横差保护裂相横差保护横联差动保护2024/7/12第8章发电机保护93保护测量两个中性点之间连线上的电流Ihd8.5 发电机定子绕组匝间短路保护2.单元件横差保护以发电机两个中性点连线上的TA二次电流，作为发电机单元件横差保护的输入电流。构成原理2024/7/12第8章发电机保护94为防止转子两点接地时磁场空间不对称造成保护误动，在转子一点接地后横差保护带0.51S延时动作。8.5 发电机定子绕组匝间短路保护逻辑框图2024/7/12第8章发电机保护95保护动作电流Iact应大于外部故障时的最大不平衡电流一般8.5 发电机定子绕组匝间短路保护动作值整定Iact=(0.30.4)IG.N2024/7/12第8章发电机保护96保护测量每相两个分支之间的电流差 为提高保护的灵敏性，可采用具有制动特性的差动原理，如比率制动、标积制动等。正常运行差电流为0，匝间短路差电流不为0。8.5 发电机定子绕组匝间短路保护3.裂相横差保护分相横差保护2024/7/12第8章发电机保护97将每相两组TA分支电流分别引入到保护装置中计算差动电流和制动电流,如下图所示：8.5 发电机定子绕组匝间短路保护2024/7/12第8章发电机保护988.5 发电机定子绕组匝间短路保护4.比率制动式裂相横差保护2024/7/12第8章发电机保护99 当发电机定子绕组发生匝间短路或线棒开焊故障时，三相定子电流出现负序分量。该负序分量电流产生负序旋转磁场在发电机励磁线圈WEG中感应出2次(100Hz)谐波电流。因此，可利用转子回路出现二次谐波电流为判据，构成发电机匝间短路保护。8.5 发电机定子绕组匝间短路保护1.概念反应转子回路2次谐波电流的匝间短路保护2024/7/12第8章发电机保护100为防止这种情况下匝间短路保护误动，采用了负序功率方向元件闭锁保护的出口回路。（定子绕组外部发生不对称短路时，负序功率方向继电器动作，禁止门NG闭锁，保护不功作；定子绕组发生匝间短路或线棒开焊时，负序功率方向继电器不动作，禁止门NG开放，允许保护动作）8.5 发电机定子绕组匝间短路保护2.工作原理2024/7/12第8章发电机保护101转子二次谐波定子负序方向元件，防止发电机外部不对称故障保护误动I2&P20 保护的动作值只需躲过与发电机正常负荷时（最大不对称度取5%左右)的二次谐波电流整定。3.动作条件8.5 发电机定子绕组匝间短路保护2024/7/12第8章发电机保护102 该保护反映的是发电机纵向零序电压（机端对中性点）的基波分量，并用其三次谐波增量作为制动量。关键：纵向零序电压，TV一次侧中性点与发电机中性点相连8.5 发电机定子绕组匝间短路保护1.概念纵向零序电压式匝间保护2024/7/12第8章发电机保护103匝间短路时：正常或相间短路：8.5 发电机定子绕组匝间短路保护2.工作原理2024/7/12第10章发电机保护1048.5 发电机定子绕组匝间短路保护3.注意事项单相接地时相对地电压有零序分量，相对中性点电压无零序分量。即纵向零序电压不反应单相接地。要滤除三次谐波以提高灵敏度；必要时可采用具有制动特性的动作方程。2024/7/12第10章发电机保护105不灵敏段高定值低定值灵敏段三次谐波制动动作条件：3U0&P20应设TV断线闭锁8.5 发电机定子绕组匝间短路保护4.动作条件2024/7/12第8章发电机保护106横联差动保护反应转子回路2次谐波电流的匝间短路保护纵向零序电压式匝间保护总结8.5 发电机定子绕组匝间短路保护2024/7/12第8章发电机保护107问题8.5 发电机定子绕组匝间短路保护纵向零序电压保护与基波零序电压保护的区别？到故障点的电压到中性点点的电压2024/7/12第8章发电机保护1088.6 发电机失步保护发电机失步的影响系统振荡时各物理量的分析三元件阻抗失步判据2024/7/12第8章发电机保护1098.6 发电机失步保护1.失步的概念发电机失步的影响发电机与系统失去同步（频率不同）。2024/7/12第8章发电机保护1108.6 发电机失步保护2.失步带来的后果导致厂用辅机的工作遭到严重的破坏，甚至导致全厂停机、停炉、停电。电流较长时间的反复出现将使发电机定子绕组发热，电磁力使发电机的端部受机械损伤。振荡时轴系周期性的扭力将使大轴受到严重扭伤，缩短运行寿命。滑差周期性的变化使转子绕组中产生差频的感应电流，将造成转子发热。大型机组与系统的振荡可能导致系统解列甚至崩溃。2024/7/12第8章发电机保护1118.6 发电机失步保护3.失步保护的内容反映发电机的振荡失步状态。2024/7/12第8章发电机保护1128.6 发电机失步保护4.失步保护的基本要求正确区分短路与振荡、稳定振荡和失步振荡，失步保护只在失步振荡时动作。不立即动作于跳闸，只在振荡次数或持续时间超过规定时，才动作于跳闸。2024/7/12第8章发电机保护1138.6 发电机失步保护5.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。振荡幅度越来越大，功角摆动使其超过90后继续增大，最终达到功角在0360之间周期性变化，使发电机进入振荡失步状态的振荡。同步振荡异步振荡2024/7/12第8章发电机保护1148.6 发电机失步保护1.系统振荡时电压相量振荡时各物理量的分析ErEsl以对侧电势En为参考相量，假设两侧电势夹角为 ，可画出系统电压相量图，图中Um为本侧母线电压，Un为对侧母线电压，Uc为振荡中心电压，I为振荡电流。-母线电压Um和电流I之间的夹角。-线路阻抗角。2024/7/12第8章发电机保护1158.6 发电机失步保护2.振荡电流2024/7/12第8章发电机保护1168.6 发电机失步保护3.母线电压2024/7/12第8章发电机保护1178.6 发电机失步保护4.振荡中心电压 系统振荡过程中，系统中电压最低的一点称为振荡中心，它位于线路几何中心。2024/7/12第8章发电机保护1188.6 发电机失步保护5.母线测量阻抗轨迹EREsQMRS2024/7/12第8章发电机保护1198.6 发电机失步保护1.发电机失步保护原理三元件阻抗失步判据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。2024/7/12第8章发电机保护1208.6 发电机失步保护2.阻抗元件计算的特点失步保护阻抗元件计算采用发电机正序电压、正序电流，阻抗轨迹在各种故障下均能正确反映。2024/7/12第8章发电机保护1218.6 发电机失步保护3.动作特性动作特性双遮挡器动作特性三阻抗元件透镜特性2024/7/12第8章发电机保护1228.6 发电机失步保护4.动作特性分析第一部分是透镜特性，图中，它把阻抗平面分成透镜内的部分I和透镜外的部分O。第二部分是遮挡器特性，图中，它把阻抗平面分成左半部分L和右半部分R。2024/7/12第8章发电机保护1238.6 发电机失步保护4.动作特性分析两种特性的结合，把阻抗平面分成四个区OL、IL、IR、OR，阻抗轨迹顺序穿过四个区（OLILIROR或ORIRILOL），并在每个区停留时间大于一时限，则保护判为发电机失步振荡。每顺序穿过一次，保护的滑极计数加1，到达整定次数，保护动作。2024/7/12第8章发电机保护1248.6 发电机失步保护4.动作特性分析第三部分特性是电抗线，图中，它把动作区一分为二，电抗线以上为I段（U），电抗线以下为II段（D）。阻抗轨迹顺序穿过四个区时位于电抗线以下，则认为振荡中心位于发变组内，位于电抗线以上，则认为振荡中心位于发变组外，两种情况下滑极次数可分别整定。2024/7/12第8章发电机保护1258.6 发电机失步保护5.区外失步2024/7/12第8章发电机保护1268.6 发电机失步保护6.区内失步2024/7/12第8章发电机保护127发电机失步的相关知识振荡的类型三元件阻抗失步判据总结8.6 发电机失步保护2024/7/12第8章发电机保护1288.7 发电机负序电流保护发电机的负序电流负序电流保护分析2024/7/12第8章发电机保护1291.发电机负序电流的产生负序电流的相关知识8.7 发电机负序电流保护不对称短路或负荷不平衡定子绕组负序电流转子绕组倍频电流附加涡流损耗，转子表层发热、机械振动2024/7/12第8章发电机保护1302.发电机负序电流保护的动作特性发声光信号经延时动作于跳闸，切除发电机8.7 发电机负序电流保护2024/7/12第8章发电机保护1318.7 发电机负序电流保护3.发电机负序电流保护的构成两段式，动作于信号的负序过负荷保护和动作于跳闸的负序过电流保护电流大时动作时限短，电流小时动作时限长定时限负序电流保护反时限负序电流保护2024/7/12第8章发电机保护1328.7 发电机负序电流保护短时标幺值允许过热时间常数跟发电机类型与冷却方式有关4.发电机承受负序电流的能力2024/7/12第10章发电机保护133跳闸8.7 发电机负序电流保护1.负序定时限过电流I段保护负序定时限过电流保护2024/7/12第10章发电机保护134发信号8.7 发电机负序电流保护2.负序定时限过电流段保护负序定时限过电流保护2024/7/12第8章发电机保护135a-b发热越限I段动作值bc未充分利用散热段动作值de未提供保护 ab段：t1大于允许时间,对发电机不安全；bc段：t1小于允许时间,未充分利用发电机的承受负序电流的能力；cd段：而靠近C点时，由于运行人员处理的时间已大于允许时间,对发电机安全来讲不利；de段，保护根本不反应。8.7 发电机负序电流保护3.保护动作分析2024/7/12第10章发电机保护136发热曲线不能与定时限电流曲线很好配合措施：采用反时限负序电流保护8.7 发电机负序电流保护4.保护动作分析结果2024/7/12第10章发电机保护137修正系数热容量曲线反时限负序电流曲线12曲线2保守，一般不选用曲线1利用发电机散热，一般采用此特性负序反时限过电流保护8.7 发电机负序电流保护1.曲线分析2024/7/12第10章发电机保护138IIupIIdowtupt1&t51跳闸或发信发信IIact高定值低定值发信定值反时限8.7 发电机负序电流保护2.负序保护逻辑2024/7/12第8章发电机保护139发电机负序电流的相关知识负序电流保护的构成定时限与反时限总结8.7 发电机负序电流保护2024/7/12第8章发电机保护1408.8 发电机逆功率保护发电机的逆功率逆功率保护基本原理逆功率保护的使用2024/7/12第8章发电机保护1418.8 发电机逆功率保护1.逆功率的概念发电机的逆功率发电机的功率方向应该由发电机流向母线当发电机失磁或其他某种原因，发电机有可能变为电动机运行，从系统中吸收有功功率正常时逆功率2024/7/12第8章发电机保护1428.8 发电机逆功率保护2.逆功率保护的概念功率方向保护。当逆功率达到一定值时，发电机的逆功率保护动作动作于发信号或跳闸2024/7/12第8章发电机保护1438.8 发电机逆功率保护3.逆功率的危害并网运行的汽轮发电机主汽门关闭同步电动机运行吸收有功，发出无功叶片与残留蒸汽产生摩擦，造成损耗长期运行过热而损坏2024/7/12第8章发电机保护1448.8 发电机逆功率保护1.逆功率保护的原理发电机逆功率保护的基本原理当发电机出现逆功率，逆功率保护动作于断路器跳闸，需要采集三相电压和电流信号。原理2024/7/12第8章发电机保护1458.8 发电机逆功率保护3.逆功率保护的逻辑图2024/7/12第8章发电机保护1468.8 发电机逆功率保护4.程跳逆功率保护的逻辑图2024/7/12第8章发电机保护1478.8 发电机逆功率保护1.逆功率保护的特点发电机逆功率保护的使用据统计，逆功率保护是大中型发电机组保护中动作次数最多的保护之一。但从目前的运行情况看，该保护的可靠性还不够理想，时有拒动现象发生，对机组造成永久性损伤。逆功率保护要考虑高灵敏的有功功率继电器，当原动机的主汽门关闭，发电机变为电动机运行后，从电网吸取有功功率稳态值只约为额定值的4%5.5%；若主汽门关闭不严、有泄漏，该值将更小。逆功率继电器的定值一般只有发电机额定功率的1%3%。要求在无功功率大范围变化时都能精确地测量出微小的有功，这对逆功率继电器的测量精度提出了更高的要求。2024/7/12第8章发电机保护1488.8 发电机逆功率保护2.逆功率保护的动作特性不装设逆功率保护2024/7/12第8章发电机保护1498.8 发电机逆功率保护3.采取措施主汽门关闭后，在控制室发信号采用连锁方法2024/7/12第8章发电机保护150发电机逆功率的概念逆功率保护的逻辑框图逆功率保护的适用范围总结8.8 发电机逆功率保护2024/7/12第8章发电机保护1518.9 发电机转子接地保护发电机的转子接地转子1点接地保护工作原理转子2点接地保护工作原理2024/7/12第8章发电机保护1528.9 发电机转子接地保护1.转子接地的概念发电机转子接地励磁回路与地之间有一定的绝缘电阻和分布电容引起励磁回路接地故障（一点、两点接地故障）正常运行时转子绝缘损坏2024/7/12第8章发电机保护1538.9 发电机转子接地保护2.转子接地的位置一点接地二点接地2024/7/12第8章发电机保护1548.9 发电机转子接地保护3.转子接地的危害转子一点接地（不直接构成危害）转子两点接地（构成危害）转子绕组一部分被短路，另一部分电流增加烧坏转子转子变形，加剧震动2024/7/12第8章发电机保护1558.9 发电机转子接地保护4.转子接地保护的动作特点动作于信号无直接危害，可能发展成为两点接地。转子一点接地保护动作于跳闸短路电流可能烧坏转子绕 组和铁芯，转子磁场畸变 引起机组振动。转子两点接地保护2024/7/12第8章发电机保护1568.9 发电机转子接地保护1.转子一点接地的保护原理转子一点接地保护定期检测注入直流电源外加交流电压直流电桥切换采样2024/7/12第8章发电机保护157两表法单表法 缺点：缺点：中点附近接地时，中点附近接地时，存在动作死区。存在动作死区。8.9 发电机转子接地保护2.励磁回路一点接地检查装置2024/7/12第8章发电机保护1588.9 发电机转子接地保护3.转子一点接地保护的构成反应发电机转子对地绝缘电阻的下降。利用切换采样原理（乒乓式）2024/7/12第8章发电机保护1598.9 发电机转子接地保护4.乒乓式转子一点接地保护的动作原理开关循环交替闭合打开有两段动作值2024/7/12第8章发电机保护1608.9 发电机转子接地保护5.注入直流电源转子一点接地保护的动作原理K接通K不接通2024/7/12第8章发电机保护1618.9 发电机转子接地保护1.转子两点接地保护原理转子两点接地保护直流电桥定子二次谐波电压2024/7/12第8章发电机保护1628.9 发电机转子接地保护2.直流电桥式转子两点接地保护原理可调电阻R接于励磁绕组两端判断继电器K中电流的大小2024/7/12第8章发电机保护1638.9 发电机转子接地保护3.直流电桥式转子两点接地保护的缺点第二点接地距离第一点接地点较近，两点接地保护不会动作，存在死区第一接地点发生在转子滑环附近，保护不动作具有直流励磁机的发电机，第一个接地点在励磁机励磁回路时，保护不使用只能在转子一点接地后投入，第二点接地发生很快，保护来不及投入2024/7/12第8章发电机保护1648.9 发电机转子接地保护4.二次谐波式转子两点接地保护原理发电机转子绕组两点接地时，其气隙磁场将发生畸变，在定子绕组中将产生二次谐波负序分量电势。转子两点接地保护即反应定子电压中二次谐波“负序”分量。2024/7/12第8章发电机保护165转子一点接地8.9 发电机转子接地保护5.二次谐波式转子两点接地保护逻辑框图2024/7/12第8章发电机保护166发电机转子接地的分类转子一点接地保护（乒乓式）转子两点接地保护总结8.9 发电机转子接地保护2024/7/12第8章发电机保护167复习：发电机保护故障或不正常运行位置对应装设的保护装设保护的原因驱动保护动作的条件保护原理分析保护逻辑框图2024/7/12第8章发电机保护168故障（相间短路、一相匝间短路、单相接地）不正常运行（负荷不对称）定子故障（一点接地、两点接地、失磁）不正常运行（失步、逆功率）转子2024/7/12第8章发电机保护169故障（相间短路、一相匝间短路、单相接地）不正常运行（负荷不对称）定子故障（一点接地、两点接地、失磁）转子不正常运行（失步、逆功率）2024/7/12第8章发电机保护170定子纵差动保护横差保护反应转子回路2次谐波电流的保护纵向零序电压保护相间短路零序电流保护基波零序电压保护基波零序电压和三次谐波电压保护一相匝间短路单相接地2024/7/12第8章发电机保护171定子负序过电流保护负荷不对称运行2024/7/12第8章发电机保护172转子切换采样（兵乓式）原理的一点接地保护直流电桥原理接地保护定子二次谐波电压保护一点接地失磁异步阻抗圆判据无功反方向判据两点接地失磁2024/7/12第8章发电机保护173发电机三元件阻抗失步判据逆功率保护失步逆功率