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1、发电机变压器组继电保护及自动装置,第一节 发电机继电保护 同步发电机是电力系统最重要和昂贵的设备，它的安全运行直接影响到电力系统的安全。然而，在发电机运行过程中，其定子绕组和转子回路都可能出现故障和异常情况。当故障发生后，对系统的影响较大，同时修复工作复杂且工期长，经济损失也较大。因此，发电机必须装设专门的、性能完善的继电保护装置。一旦发生故障，保护装置能快速而有选择性地将发电机从系统中切除，并进行灭磁。同步发电机处于不正常运行状态时，保护装置应能及时发出信号，以便运行人员进行处理。,一、故障类型及异常工况状态,故障类型,定子绕组,相间短路:破坏绝缘，烧坏铁芯,匝间短路:破坏纵绝缘，进而发展为
2、单相接地或相间短路,单相接地:铁芯局部熔化,转子绕组,一点接地或两点接地:两点接地时烧坏励磁绕组和铁芯，破坏转子磁通对称性，引起发电机振动，对于水轮发电机和同步调相机，危害更大,励磁电流急剧下降或消失:发电机要从系统吸取大量的无功功率，引起定子过电流，同时发电机可能失去同步而进入异步运行，若系统无功储备不足，将引起电压下降，严重时会危机系统的稳定运行。,异常工况状态,定子绕组过电流,过负荷,负序过电流和过负荷,定子绕组过电压,转子绕组过负荷,逆功率,二 . 大容量发电机组的特点,大容量发电机组指的是容量在200MW以上汽轮发电机和容量在125MW以上的水轮发电机。大容量发电机组有如下特点。1.
3、短路比减小(短路比意义是对应于空载额定电压的励磁电流下三相稳态短路时的短路电流与额定电流之比) 、电抗增大2.惯性时间常数降低3.热容量降低 4.时间常数增大此外，大容量发电机组采用直接冷却方式，绝缘水平相对有所降低，且冷却系统较复杂，发生故障的几率相对增多；由于单机容量增大，机组轴向长度与直径之比增大，容易引起气隙不均匀，使振动加剧。,三 . 发电机的继电保护配置,根据GB/T 14285-2006继电保护和安全自动装置技术规程的要求，发电机应装设以下继电保护装置。,发电机保护,纵联差动保护,接地保护,接地电容电流5A时动作于跳闸的零序电流保护,接地电容电流U3N保护范围：反应定子绕组中性点
4、侧约50范围内的接地故障。,三次谐波定子接地保护交流接入回路,绝对值比较式定子接地保护的动作方程为,K1、K3三次谐波式定子接地保护调整系数定值 浮动电压门坎。,定子接地保护逻辑框图,2、基波零序电压和三次谐波电压构成的定子单相接地保护(1)保护原理 基波零序电压保护：发电机距机端95范围内定子绕组单相接地故障（中性点附近有5%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。动作判据为,Uset为实测基波不平衡电压。 当UOP10V时，应校验高压系统接地短路时传递到机端的基波零序电压，以免误动。2)三次谐波电压比的整定。 若实测发电机正常运行时的最大三次谐波电压比值设为K0，
5、则取K(1.051.15)K0。,取1.21.3,若发电机机端电压互感器变比为 不管发电机中性点接地方式如何，中性点电压互感器变比应满足,八发电机相间短路后备保护,1同步发电机复合电压过流保护保护,1、构成原理及逻辑框图,（0.70.75）UN,（8%10%） UN,图4.19发电机复合电压过电流保护出口逻辑框图,2、阻抗保护（包括发电机、变压器）,发电机变压器低阻抗保护，主要作为发电机及变压器相间短路的后备保护，有时还兼作相邻设备（母线、线路等）相间短路的后备保护。该保护主要由三个相间阻抗元件构成。阻抗元件的接入电压和接入电流，可以取自机端TV及TA的二次，也可以取自主变高压侧或中压侧TV及
6、TA二次。,图4.20发电机低阻抗保护动作逻辑框图,正向阻抗及反向阻抗的整定 对于发电机变压器组的阻抗保护，当阻抗保护的输入电压及电流取自机端时，阻抗园应整定为具有偏移度的方向阻抗园。此时：ZF=ZT（变压器的二次阻抗 ）,阻抗保护的动作延时，应大于相邻线路保护距离I段的动作时间，而小于相邻线路对侧距离II段的动作时间,当阻抗保护的输入电压及电流取自主变高压侧时，阻抗园应整定为过原点的下抛园。此时，,3、发电机反时限对称过负荷保护,作用：是发电机定子的过热保护，主要用于内冷式大型汽轮发电机。 构成原理：保护反映发电机定子电流的大小，其输入电流同发电机定时限过负荷及过电流保护，即可为发电机TA二
7、次某一相电流，或者为三相电流。该保护由定时限和反时限两部分构成。,动作方程,定时限部分：反时限部分,动作特性当发电机的电流大于定时限动作整定值时，经延时发信号；而大于反时限启动电流值时，保护的动作时间与电流大小成反比，出口作用于解列或程序跳闸。保护的反时限特性曲线由三部分构成：上限短延时、反时限及下限长延时。其特性曲线如图所示。,4、发电机反时限不对称过负荷保护,发电机反时限不对称过负荷保护，适用于大型内冷式汽轮发电机。是发电机的转子过热保护，也叫转子表层过热保护。构成原理保护反应发电机定子电流中的负序分量。其输入电流为发电机TA二次三相电流。保护由定时限和反时限二部分构成。,动作方程,定时限
8、部分：反时限部分,九发电机转子接地保护,图4.25叠加直流式转子一点接地保护原理图,DGT-801 P48,十发电机失磁保护（阻抗原理）,DGT-801P51,十一.发电机失步保护,P58,一、发电机的失磁运行及其产生的影响 失磁故障指励磁突然全部消失或部分消失使励磁电流低于静稳极限所对应的励磁电流。1、 失磁原因： 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,2、 失磁后的基本物理过程：,功角特性关系：,转子运动方程：,异步功率,电气角加速度,机组的惯性时间常数, EdPe
9、PT不变转子加速 P=PT。由 123变化。,当900时，发电机未失步同步振荡阶段；,当=900（静态稳定极限角）临界失 步状态；,在发电机超过同步转速后，转子回路将感应出频率为fG-fs的差频电流，该电流将产生异步功率Pac，当Pac=PT即进入稳态的异步运行阶段。2、失磁的影响对电力系统： 吸收QU，无功储备不足，将因电压崩溃而瓦解。 U其它发电机Q过电流后备保护动作，故障扩大。 失磁失步振荡甩负荷。,对发电机： 转子中fG-fs的差频电流过热。 转差率 吸收Q定子过电流发热。 转速振动。对汽轮发电机： Pac较大，s0.5%可稳定运行，即可异步运行一段时间。对水轮发电机： Pac较小，s
10、很大 Q、I，发热厉害，故不允许失磁异步运行。,二、失磁发电机机端测量阻抗的变化轨迹 1、等有功阶段与等有功阻抗圆： 失步前，P基本不变 等有功过程,2、等无功阶段与等无功阻抗圆（临界失步圆）,阻抗判据,转子低电压判据,发电机反应功率Pt,（也称凸极功率）,阻抗型失磁保护框图,当发电机失磁导致机端低电压动作时，经延时t4发出信号并作用于出口（如切换励磁或切换厂用电源等措施）；当发电机失磁导致机组功率超过整定值时，经延时t5发出信号并作用于出口（如降出力）；当发电机失磁并导致系统低电压动作时，经延时t3发出信号并作用于跳闸；当发电机失磁阻抗元件满足，或同时转子低电压也满足时，经t1延时或t2延时发出信号并作用于出口（如解列灭磁）。,十一、 发电机失步保护,反应电机机端测量阻抗的变化轨迹，动作特性为双遮挡器的失步保护,可以看出：电阻线R1、R2、R3、R4及电抗线,将阻抗复平面分成04共5个区,测量阻抗依次穿过五个区后记录一次滑极。当滑极次数累计达到整定值时，便发出跳闸命令。,失步保护逻辑框图,开断电流,所谓开断电流，系指断路器断开时，流过开关触点的电流。该电流不能大于开关允许的额定遮断电流。,