第二章-发电机微机继电保护原理课件.ppt

1、第二章 发电机微机继电保护原理1纵差保护（含TA断线闭锁）（相间短路）2定子绕组横差保护保护 (匝间短路)3100%的定子接地保护（定子单相接地）4.外部短路的过流保护（后备保护）5.负序过电流保护（转子表面过热保护）6.定子绕组过负荷保护6.转子绕组接地保护、失磁保护、过负荷保护7.失步保护8.逆功率、过励磁、低频率保护等发电机定子绕组短路故障的特点相间短路最严重主要有五种情况单相接地电弧引发相间短路相间绝缘击穿短路单相接地对地电压升高，引发另一点接地发电机端部相间短路同一相匝间短路一.比率制动式纵差动保护外部短路不误动躲最大不平衡电流；内部短路灵敏度高定值要低；动作值动作值(电流电流)随外

2、部短路电流增大而自动增随外部短路电流增大而自动增大称为比率制动特性。大称为比率制动特性。动作量：Id=|I1+I2|制动量：Ires=|（I1-I2）/2|动作条件：IdId.min (IresIres.min)Id Id.min+K*(Ires-Ires.min)(IresIres.min)K为制动特性斜率K=tg。Id.min躲最大负荷下不平衡电流(0.10.2)I2n。Ires.min一般I2n,外部短路时呈比率制动特性。制动线斜率 K=tg；经验整定。外部短路时有制动。比率制动特性曲线IdIres.minId.minIres二.标积制动式纵差动保护动作量制动量动作方程221IIIdco

3、s21IIkIresrescos21221IIkIIres 标积制动式与比率制动式区别区外短路时，180，cos=1，动作量为零，而制动量达最大值KresI2，保护可靠不动作。区内短路时，0，cos1，制动量为负，负值的制动量即为动作量，即此时动作量为(I1+I2)2KresI1I2，制动量为零，大大地提高了保护动作的灵敏度。标积制动式与比率制动式区别当发电机单机送电或空载运行时发生区内故障，因机端无电流，制动量为零，动作量为I22，保护仍能灵敏动作。而比率制动式差动保护在这种情况下会有较大的制动量，降低了保护的灵敏度。三.发电机纵差动保护动作逻辑1.单相纵差动保护的动作逻辑一相差动动作：TA

4、断线闭锁三.发电机纵差动保护动作逻辑2.循环闭锁方式动作逻辑相间短路必有多个差动动作，单个为TA断线防机内一点机外一点故障误认TA断线，用负序电压判。（断线无U2）四.发电机不完全纵差动保护接线发电机每相绕组有两个或多个并联分支时，取中性点侧部分分支电流构成差动保护。发电机内部发生相间和匝间短路或绕组开焊故障均会有差流，超过定值时可动作切除故障。第二节发电机定子绕组匝间短路保护 一发电机单元件横差动保护把发电机定子绕组接成两个星形，一个电流互感器把发电机定子绕组接成两个星形，一个电流互感器连接于两个星形中性点连线中。即把两个星形的三相连接于两个星形中性点连线中。即把两个星形的三相电流之和进行比

5、较。电流之和进行比较。发生匝间短路时，两个星形中性点连线中将有环流流过，使保护动作。一发电机单元件横差动保护 采用电流互感器连接于两个星形中性点连线方式存在问题：发电机均有三次谐波电势，若两支路E3不相等，则连线中会有环流。处理方法：增加三次谐波滤除器，削弱三次谐波；二、纵向零序电压式定子绕组匝间短路保护1.基本原理 匝间短路时纵向不对称匝间短路时纵向不对称(相对于中性点，不是地相对于中性点，不是地)。用专用的用专用的TVTV一次侧中性点和发电机中性点直接连接一次侧中性点和发电机中性点直接连接(不接不接地地)。纵向零序电压。纵向零序电压(相对中性点相对中性点)2.负序功率方向元件 区外故障负序

6、功率流向发电机，闭锁匝间保护NP2二、纵向零序电压式定子绕组匝间短路保护2.专用电压互感器接线 设A相匝间短%，相差仍120000120120(1)ANAjBNBjCNCUEEUEEeUEEe-=-=纵向零序电压03ANBNCNUUUUE=+=-3负序功率方向闭锁 用于区外短路时，防止匝间短路保护误动。不同故障情况下，机端的负序功率方向(a)区内故障；(b)区外故障；(图内I2为正方向，实际相反）(c)匝间短路 第三节 发电机定子绕组单相接地保护 一发电机定子绕组单相接地时的基波零序电压和电流(1)ADABDBACDCAUEUEEUEE=-=-=-k0ADBDCDA1()3UUUUE 第三节

7、发电机定子绕组单相接地保护 一 发电机定子绕组单相接地时的基波零序电压和电流定子绕组单相接地时电容电流当中性点不接地时，故障点的接地电流为当中性点经消弧线圈接地时，故障点的接地电流为总电容为定值，一般采用欠补偿运行方式 3KfwAIjCCE=-+（）kfwA1j3()ICCEL二、利用零序电压构成定子绕组单相接地保护定子绕组单相接地故障时出现3U0(对地)随接地故障点的位置不同而变化，取动作电压为10V时,保护区为90%。为提高灵敏度应滤掉三次谐波；动作延时应大于系统中接地的后备保护动作延时。二利用零序电压构成的定子绕组单相接地保护3U03U0取自发电机出口取自发电机出口TVTV或中性点接或中

8、性点接地配变二次侧。动作区机端向中性点地配变二次侧。动作区机端向中性点85-90%85-90%。影响因素：n TV一次侧断线的闭锁措施。n 发电机的三次谐波电势，需有三次谐波滤除功能。n 机端三相TV各相间的变比误差；n 发电机电压系统中三相对地绝缘不一致；n 主变压器高压侧发生接地故障时由变压器传递到发电机的系统零序电压。发电机定子单相接地极有可能发展成为匝间短路、相间短路和两点接地短路。大型发电机中性点高阻抗(配电变压器,二次侧接小电阻)可限制暂态过电压)接地。定子绕组单相接地故障，要求保护有100%的保护范围。动作于短延时信号、长延时跳闸全停。三、发电机定子接地100%的保护。（1）利用

9、发电机固有三次谐波电势在发电机端或中利用发电机固有三次谐波电势在发电机端或中性点侧单相接地时三次谐波电压的比值变化实现保性点侧单相接地时三次谐波电压的比值变化实现保护。护。（2）附加直流或低频（25HZ）电源，从机端电压互感器注入电流，定子单相接地时反映电流增大而动作；（3）发电机中性点加装固定工频偏移电压，10%15%发电机相电压，中性点引出线加装零序电流互感器。当发电机定子单相接地时，由偏移电压加大接地电流而动作；利用三次谐波电压构成的发电机定子绕组单相接地保护。利用发电机固有三次谐波电势在发电机端或中性点侧单相接地时三次谐波电压的比值变化实现保护。1。三次谐波电势分布特点 发电机对地电容

10、等效在中性点和机端，引出线、变压器等电容也等效。33)(22ECCCCUWOfWOfN33)(2ECCCUWOfOfS1。三次谐波电势分布特点 正常运行机端三次谐波电压与中性点侧正常运行机端三次谐波电压与中性点侧三次谐波电压之比恒小于三次谐波电压之比恒小于1。1)2(33WOfOfNSCCCUU33)(22ECCCCUWOfWOfN33)(2ECCCUWOfOfS1。三次谐波电势分布特点 正常运行机端三次谐波电压与中性点侧正常运行机端三次谐波电压与中性点侧三次谐波电压之比恒小于三次谐波电压之比恒小于1。当发电机中性点采用消弧线圈时，中性点的三次谐波电压更大。1。三次谐波电势分布特点设当发电机距

11、中性点处发生金属性单相接地时，有33EUN33)1(EUS133NUUS US3、UN3随变化的关系：133NSUU当当UN3133NSUU2。反应三次谐波电压比值反应三次谐波电压比值 和基波零序电压构成和基波零序电压构成100%定定子接地保护子接地保护 33sNUU 利用机端三次谐波电压利用机端三次谐波电压US3作为动作量，用中性作为动作量，用中性点侧三次谐波电压点侧三次谐波电压UN3作为制动量，当作为制动量，当US3 UN3为为保护动作条件，在正常运行时不会动作；当接地发保护动作条件，在正常运行时不会动作；当接地发生在近中性点侧，有较高灵敏性。保护范围中性点生在近中性点侧，有较高灵敏性。保

12、护范围中性点侧侧50%。利用机端电压互感器开口三角形上引出的基波零利用机端电压互感器开口三角形上引出的基波零序电压，构成反映序电压，构成反映15%以上范围的单相接地故障。以上范围的单相接地故障。接地故障越接近机端，灵敏性越高。接地故障越接近机端，灵敏性越高。利用两者的组合，构成利用两者的组合，构成100%定子接地保护定子接地保护。2。反应三次谐波电压比值反应三次谐波电压比值 和基波零序电和基波零序电压构成压构成100%定子接地保护定子接地保护 33sNUU 第四节 发电机的负序过电流保护一负序过电流保护的作用负序过电流引起转子过热(产生100Hz振动)(主保护)；邻元件不对称短路的后备保护(灵

13、敏度高)。二两段式负序过流过负荷保护 躲过长期允许负序电流，延时t2(510s)发信号。躲短时允许负序电流，延时t1(35s)跳闸。不能和发热允许负序电流曲线很好配合 不能反应负序电流变化时转子的热积累过程。I2*0.50.1tt2t1三.反时限负序过流保护发热量与负序电流平方和持续时间的乘积负序电流平方和持续时间的乘积成正比为反时限特性,定时限保护不能正确反应热积累过程,因此采用负序反时限过流保护作为转子过热的主保护.上限定时限上限定时限：I2I2up(2.0)tup=1.0s时限与高压侧出线快速保护配合;下限定时限下限定时限：I2I2m负序反时限过流保护启动值。长延时t1跳闸解列。反时限反

14、时限：I2mI2I2ms延时ts发信号 第五节 发电机失磁保护 励磁机励磁变 1。发电机转子短路故障 2。励磁机、励磁变故障 3。整流器故障 4。灭磁开关误动作 失磁原因：一、发电机失磁过程 1。发电机失磁 Eq 2。电磁转矩 900 4。发电机电势 系统电压 Q失去静态稳定从系统吸收从系统吸收 5。发电机异步运行 Py向系统发出向系统发出 6。发电机减少功率输出 Py 7。异步运行，功率平衡 发电机失磁异步运行影响：(1)需要从电力系统中吸收很大的无功功率以建立发电机的磁场。失磁前带的有功功率越大，失磁后转差就越大，所吸收的无功功率也就越大，将因过电流使定子过热。(2)从电力系统中吸收无功功

15、率将引起电力系统的电压下降，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。发电机失磁异步运行影响：(3)在转子及励磁回路中将产生频率为fg-fs的交流电流，即差频电流。差频电流在转子回路中产生的损耗，将使转子过热。(4)有功功率要发生周期性摆动。有很大的电磁转矩周期性地作用在发电机轴系上，引起机组振动。发电机失磁异步运行影响：(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，这一情况通常是限制发电机失磁异步运行能力的主要条件。二发电机失磁后的机端测量阻抗 1。正常运行机端测量阻抗 dSsinE UPX2dSScosE UUQXX等有功阻抗圆 二发电机失磁

16、后的机端测量阻抗 2。临界失步点（静稳阻抗边界圆、等无功圆）临界失步阻抗圆 XUsQ2圆内为静失稳 二发电机失磁后的机端测量阻抗 3。异步运行 异步阻抗圆 2ad2g12ad2jjjjRXXsZXRXXs 二发电机失磁后机端测量阻抗 4。变化轨迹 三失磁保护转子判据 1。UfdKset(PPt)整定值随P变化 P 输出有功 Pt 凸极功率2。UfdUsetKrel U2.unb.N U2.unb.N发电机额定负荷时，机端二次谐波电压实测值 二反应发电机定子电压二次谐波分量的励磁回路两点接地保护 为防止误动作，保护受转子一点接地保护闭锁，当转子绕组发生一点接地后，自动将转子两点接地保护投入工作。保护经一定延时后动作于跳闸，以躲过外部短路暂态过程的影响和瞬时转子绕组两点接地短路，延时时间t一般取0.51.0s。第八节 发电机组其他保护 一发电机及变压器过励磁保护 二发电机逆功率保护 三发电机低频保护 四发电机误上电保护及断路器闪络保护五启停机保护六定子绕组对称过流/过负荷保护七励磁绕组过流/负荷保护