微机保护整定计算

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,发电机保护,1、发电机可能发生的故障及其相应措施,1）,发电机定子绕组相间短路,定子绕组相间短路会产生很大的短路电流，严重损坏发电机，甚至引起火灾。应装设纵联差动保护。,2）发电机定子绕组匝间短路,定子绕组匝间短路会产生很大的环流，引起故障处温度升高，使绝缘老化，甚至击穿绝缘发展为单相接地或相间短路，扩大发电机损坏范围。,3）发电机定子绕组单相接地,定子绕组单相接地是发电机易发生的一种故障。单相接地后，其电容电流流过故障点的定子铁芯，当此电流较大或持续时间较长时，会使铁芯局部熔化。应装设灵敏的反应全部绕组任一点接地故障的100%定子绕组单相接地保护。,4）发电机转子绕组一点接地和两点接地,转子绕组一点接地，对发电机没有直接危害。两点接地则转子绕组一部分被短接，不但会烧毁转子绕组，而且由于部分绕组短接会破坏磁路的对称性，造成磁势不平衡而引起机组剧烈振动，产生严重后果。,5）发电机失磁,由于转子绕组断线、励磁回路故障或灭磁开关误动等原因，将造成转子失磁，失磁故障不仅对发电机造成危害，而且对电力系统安全也会造成严重影响，因此，应装设失磁保护。,2、发电机的不正常工作状态及其相应的保护,1）由于外部短路、非周期合闸以及系统振荡等原因引起的过电流，应装设过电流保护，作为外部短路和内部短路的后备保护。对于50MW及以上的发电机，应装设负序过电流保护。,2)过负荷保护:针对对称过负荷，应装设只接于一相的过负荷信号保护；针对不对称过负荷，一般在50MW及以上发电机应装设负序过负荷保护。,3)过电压保护:特别是水轮发电机，因其调速系统惯性大和中间再热式大型汽轮发电机功频调节器的调节过程比较缓慢，在突然甩负荷时，将引起过电压。,4)逆功率保护:当汽轮发电机主汽门突然关闭而发电机断路器未断开时，发电机将过渡到同步电动机运行状态，对汽轮发电机叶片特别是尾叶，可能过热而损坏。,发电机的纵差保护,1）差动保护原理,发电机纵联差动保护的基本原理是比较发电机两侧的电流的大小和相位，它是反映发电机及其引出线的相间故障。发电机纵联差动保护的构成如图所示。,正常运行或外部短路时，流入差动继电器电流：,保护区内发生短路故障时，流入差动继电器电流：,2）保护原理接线,3）保护整定计算,动作电流按两个条件整定：,断线条件,不平衡电流条件,灵敏度,断线监视,注意事项,：,当过渡电阻为零时，三相短路电流随短路点位置而变，只要出口短路时灵敏度满足要求，则内部金属性短路灵敏度必然满足要求。,当过渡电阻不为零时，在靠近中性点附近短路时，短路电流很小，保护存在动作死区。,2、比率制动式发电机纵差保护,保护的作用原理是基于保护的动作电流随着外部故障的短路电流而产生的不平衡电流的增大而按比例的线性增大，且比增大的更快。为使保护不误动，将外部短路电流作为制动电流，流入差动回路电流为动作电流。,保护动作条件：,制动电流：,差动电流：,正常运行时，制动电流为,，当 ，,可以认为无制动作用。,外部短路时，制动电流较大，差动电流较小，保护不动作。,内部短路时，制动电流为两侧短路电流之差，差动电流 数值较大，保护动作。,发电机的匝间短路保护,条件,:每相绕组有两个并联支路，且中性电有引出。,定义,：每个支路的匝间或支路之间的短路称为匝间短路故障。,1、横差动保护,若发生定子绕组匝间短路，则故障相绕组的两个分支的电势不相等，因而在定子绕组中出现环流，通过中性点连线，该电流大于保护的动作电流，则保护动作，跳开发电机断路器及灭磁开关。,横差保护动作电流：,电流互感器变比：,2、反应零序电压的匝间短路保护,原理,：当发电机定子绕组发生匝间短路时，机端三相电压对发电机中性点不对称，出现零序电压。,3、反应转子回路2次谐波电流的匝间短路保护,发电机定子绕组发生匝间短路时，在转子回路中将出现2次谐波电流，因此利用转子中的2次谐波电流，可以构成匝间短路保护。,发电机定子绕组单相接地保护,定子绕组接地危害:,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，造成检修困难。,接地电流会破坏绕组绝缘，扩大事故，若一点接地而未及时发现，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。,要求,:,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。,1、反应基波零序电压的接地保护,1）原理,当在发电机内部A相距中性点 处,K点发生定子绕组接地，则每相对地电压为：,故障点零序电压为：,上式说明，故障点离中性点越远，零序电压越高。,2）保护构成,2、反应基波零序电压和3次谐波电压构成100%接地保护,1）正常运行时绕组中3次谐波分布,机端和中性点3次谐波电压：,比值：1,即 ,2)定子绕组单相接地时3次谐波电压的分布,发电机定子绕组距中性点 处发生金属性单相接地，恒有 ,其比值为,当 ,;,当 50%时,。,利用 作为动作量，利用 作为制动量，构成的接地保护动作范围050%。,定子绕组单相接地时3次谐波电压分布,发电机励磁回路接地保护,1、励磁回路一点接地保护,发电机必须装设灵敏的励磁回路一点接地保护，保护作用于信号。,（1）绝缘检查装置,正常时，两电压表的读数相等，当励磁回路对地绝缘水平下降时，两电压表读数不相等。,注意的是，在励磁绕组中点接地时，两电压表读数也相等，即存在动作死区。,绝缘装置原理图：,（2）直流电桥式一点接地保护,励磁绕组正常运行时，电桥处于平衡状态。当励磁绕组发生一点接地时，电桥失去平衡，流过继电器的电流大于其动作电流，保护动作。,存在问题,：接地点靠近中点M时，保护无法动作。,消除死区措施,：,1）在电阻R1的桥臂中串接了非线性元件稳压管，其阻值随外加励磁电压的大小而变化，因此，保护装置的死区随励磁电压改变而移动位置。这样在某一电压下的死区，在另一电压下则变为动作区，从而减小了保护拒动的机率。,2）转子偏心和磁路不对称等原因产生的转子绕组的交流电压，使转子绕组中点对地电压不保持为零，而是在一定范围内波动。利用这个波动的电压来消除保护死区,2、励磁绕组两点接地保护,直流电桥式励磁回路两点接地保护原理接线如图所示。在发电机励磁回路一点接地后，投入两点接地保护，当发电机励磁回路两点接地时，该保护经延时动作于停机。,发电机的失磁保护,1、原因,发电机失磁一般是指发电机的励磁电流异常下降超过了静态稳定极限所允许的程度或励磁电流完全消失的故障。前者称为部分失磁或低励故障，后者则称为完全失磁。,2、发电机失磁机端测量阻抗的变化规律,失磁后机端测量阻抗的变化是失磁保护的重要判据。以图所示发电机与无穷大系统并列运行为例，讨论发电机失磁后机端测量阻抗的变化规律。,发电机从失磁开始至进入稳态异步运行，一般可分为失磁后到失步前（90）；静稳极限（=90）,即临界失步点；失步后三个阶段。,1）失磁后到失步前的阶段,失步前的失磁发电机滑差很小，发电机输出的有功功率基本上保持失磁前输出的有功功率值，即可近似看作恒定，而无功功率则从正值变为负值。,机端的测量阻抗,测量阻抗是在有功不变的前提下得出的,称为等有功圆。,2)临界失步点(),测量阻抗,化简后得,阻抗轨迹是一个圆,该圆是在无功不变条件下得出的,称为等无功圆。,3）失步后异步运行阶段,测量阻抗为,等值电路：,测量最大阻抗为,测量最小阻抗为,异步边界圆,3、失磁保护构成,发电机的失磁故障可采用无功功率改变方向、机端测量阻抗超越静稳边界圆的边界、机端测量阻抗进入异步静稳边界阻抗圆为主要判据来检测失磁故障。,如有时发电机欠励磁运行或励磁调节器调差特性配合不妥，无功功率分配不合理，可能出现无功反向；系统振荡或某些短路故障时，机端测量阻抗也可能进入临界失步圆。为了保证保护动作的选择性，还需要用非正常运行状态下的某些特征作为失磁保护和辅助判据。,发电机负序电流保护,为了提高不对称短路的灵敏度，可采用负序电流保护，同时还可以防止转子回路的过热。,发电机承受负序电流的能力，是负序电流保护的整定依据之一。,发电机能长期承受的负序电流值由转子各部件能承受的温度决定，通常为额定电流的4%到10%。,发电机承受负序电流的能力，与负序电流通过的时间有关，时间越短，允许的负序电流越大，时间越长，允许的负序电流越小。,短时承受负序电流能力表达式:,发电机在任意时间内承受负序电流的能力,1、定时限负序电流保护,对于中、小型发电机，负序过电流保护大多采用两段式定时限负序电流保护，定时限负序电流保护由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组成。,负序过电流保护的动作电流，按发电机短时允许的负序电流整定。,两段式定时限负序电流保护接线简单，即能反应负序过负荷，又能反应负序过电流，对保护范围内故障有较高的灵敏度。在变压器后短路时，其灵敏度与变压器的接线方式无关。,2、反时限负序电流保护,反时限特性是指电流大时动作时限短，而电流小时动作时限长的一种时限特性。通过适当调整，可使保护时限特性与发电机的负荷发热允许电流曲线相配合。,发电机-变压器组保护特点,1、差动保护的特点,1）对于100MW及以下，一般只装设一套差动保护。对于100MW以上的发电机变压器组，采用一套差动保护对发电机内部故障不能满足灵敏性要求时，发电机应加装一套差动保护,2）对于200MW及以上的汽轮发电机，为了提高保护的速动性，在发电机端还宜增设复合电流速断保护，或在变压器上增设单独的差动保护，即采用双重快速保护方式。,3）对于高压侧电压为330KV及以上的变压器，可装设双重差动保护。,4）当发电机变压器组之间有分支线时，分支线应包括在差动保护范围内。,2、后备保护的特点,发电机变压器组一般装设共用的后备保护。当实现远后备保护会使保护接线复杂化时，可缩短对相邻线路后备保护的范围，但在相邻母线上三相短路时应有足够灵敏度。,