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1、第一节第一节 发电机常见故障、不正常运发电机常见故障、不正常运行状态及保护：行状态及保护： 定子绕组故障：定子绕组故障：相间短路相间短路纵差动保护纵差动保护 匝间短路匝间短路匝间短路保护匝间短路保护 单相接地单相接地单相接地保护单相接地保护 转子绕组故障：转子绕组故障：一点接地一点接地一点接地保护一点接地保护二点接地二点接地二点接地保护二点接地保护 二、由比率制动式差动继电器构二、由比率制动式差动继电器构成的纵联差动保护成的纵联差动保护 LCD-12原理接线原理接线1UR2URKP711 RR52 RR1RbRwRVC1V2V1I2I1、动作方程、动作方程212211IIUIIU动作21UU
2、2 2、LCDLCD1212型继电器动作特性曲线型继电器动作特性曲线ABtgCMmax.unbINunbI.0.operIkoperI.0.brkIbrkImax.kImax.max.%10kstaperrelunbrelkoperIKKKIKI)(unbI)(kI 3 3、整定计算、整定计算 1 1）最小动作电流：按躲过最大负荷）最小动作电流：按躲过最大负荷下差回路的不平衡电流整定。下差回路的不平衡电流整定。 TAN0opern/I ) 3 . 01 . 0(I2 2）制动特性斜率：）制动特性斜率： staperrelKK10%K3 3）最小制动电流：取额定电流的）最小制动电流：取额定电流的
3、5050-100%-100%。 4 4、灵敏度校验：、灵敏度校验： 按单机运行时，发电机出口两按单机运行时，发电机出口两相短路校验。相短路校验。 2oper(2)minksenIIK)I2I(II0brk)2(minK0operkoper第三节第三节 同步发电机定子绕组匝间短同步发电机定子绕组匝间短路保护路保护 作用作用：作为发电机匝间短路的主保护：作为发电机匝间短路的主保护出口方式出口方式: :全停或解列灭磁全停或解列灭磁一、单继电器式横差保护一、单继电器式横差保护原理：原理：是反映双是反映双Y型接线的定子绕组两中性点连线中型接线的定子绕组两中性点连线中的电流而动作的保护的电流而动作的保护.
4、适用范围适用范围：双双Y型接线的定子绕组，且中性点至少有型接线的定子绕组，且中性点至少有6个引出端子。个引出端子。I信号tXBKCOKSTAKTKZkIkIkI 灭磁解列动作电流整定动作电流整定按躲过机端三相短路故障时流过继电器的最大不平衡按躲过机端三相短路故障时流过继电器的最大不平衡电流整定。电流整定。一般按经验取：一般按经验取： NoperII)3 . 02 . 0(保护接线特点及存在的问题保护接线特点及存在的问题1、为消除不平衡电流中的三次谐波的影响，提高、为消除不平衡电流中的三次谐波的影响，提高保护灵敏度，在继电器中设有三次谐波滤波器保护灵敏度，在继电器中设有三次谐波滤波器Z。2、为避
5、免励磁回路瞬时性两点接地时，横差保护为避免励磁回路瞬时性两点接地时，横差保护误跳闸，故在转子发生一点接地后，将横差保护误跳闸，故在转子发生一点接地后，将横差保护装置的连接片装置的连接片XB接入时间继电器接入时间继电器KT，使横差保护使横差保护带有带有051s延时。延时。3、该保护存在死区。、该保护存在死区。二、纵向零序电压匝间短路保护二、纵向零序电压匝间短路保护 原理：原理：保护是按照反应发电机机端对中性点零序电压保护是按照反应发电机机端对中性点零序电压原理构成的原理构成的 出口逻辑关系出口逻辑关系：零序电压元件动作、负序功率方向元：零序电压元件动作、负序功率方向元件不动作，件不动作，TVTV
6、断线判别元件不动作，则保护动作。断线判别元件不动作，则保护动作。KWNKVZ&TV2U2I闭锁元件断线TV阻波器三次谐波出口1三、测量励磁绕组二次谐波电流的匝间三、测量励磁绕组二次谐波电流的匝间短路保护短路保护原理：测量励磁绕组二次谐波电流，并且利用负序测量励磁绕组二次谐波电流，并且利用负序功率方向来区别区内短路还是区外短路的保护。功率方向来区别区内短路还是区外短路的保护。出口逻辑关系出口逻辑关系：电流元件和方向元件都动作，保护：电流元件和方向元件都动作，保护才动作。才动作。TANTVNmmmnInUIUZ/TATANPnnZ85. 0 KWNKTVTA1跳闸励磁机交流Hz100第四节第四节
7、同步发电机定子绕组的接地保护同步发电机定子绕组的接地保护 一、反应基波零序电压的接地保护一、反应基波零序电压的接地保护 1 1、定子绕组单相接地故障时的零序电流、定子绕组单相接地故障时的零序电流GC0ABC0CTA2、机端零序电流特点及对相应保护的影、机端零序电流特点及对相应保护的影响响机端流过的零序电流：机端流过的零序电流：接地故障来反映发电机定子绕组保护线不适合采用零序电流因此发电机变压器组接大；元件越多，零序电流越发电机机压母线连接的0033UcjI AEBECEAUBUCU0UAE3 3、定子绕组单相接地故障时的零序电压、定子绕组单相接地故障时的零序电压4、机端零序电压的特点及对相应保
8、护的、机端零序电压的特点及对相应保护的影响影响零序电压电压大小与接地点位置有关，越靠近中性点，零序电压电压大小与接地点位置有关，越靠近中性点，零序电压越小。零序电压越小。反映基波零序电压的定子绕组接地保护存在动作死区。反映基波零序电压的定子绕组接地保护存在动作死区。的百分数短路的匝数占总匝数EU330 二、反应基波零序电压的接地保护二、反应基波零序电压的接地保护 VUZtKTTVSB信号三、发电机定子绕组三、发电机定子绕组100%100%接接地保护地保护 1 1、定子绕组单相接地时三次谐波电压的特点、定子绕组单相接地时三次谐波电压的特点 NU3NgC021S0CSU33EgC021结论结论NS
9、NSNSUUUUUU333333:5 . 00:0 . 15 . 0范围内接地时定子绕组的范围内接地时定子绕组的正常运行： 2 2反应三次谐波电压的接地保反应三次谐波电压的接地保护护 用机端的三次谐波电压用机端的三次谐波电压U U3S3S作为动作为动作量，中性点的三次谐波电压作量，中性点的三次谐波电压U U3N3N作为作为制动量构成接地保护，其动作条件为制动量构成接地保护，其动作条件为U U3S 3S UU3N3N，则正常运行时保护不动作，则正常运行时保护不动作，只有当中性点附近发生接地故障时，只有当中性点附近发生接地故障时，保护才会动作。保护才会动作。 发电机发电机100%100%定子接地保
10、护由反定子接地保护由反应基波零序电压元件和反应三次应基波零序电压元件和反应三次谐波电压元件两部分组成。第一谐波电压元件两部分组成。第一部分可保护定子绕组的部分可保护定子绕组的90%-95%90%-95%，而第二部分是用以消除基波零序而第二部分是用以消除基波零序电压元件保护的死区。电压元件保护的死区。 3、发电机发电机100%100%定子接地保护定子接地保护区基波零序电压保护保护区三次谐波电压保护保护05 . 01第六节第六节 发电机的过电流和过负荷保护发电机的过电流和过负荷保护广泛采用单相低电压启动过电流和两段式负序电广泛采用单相低电压启动过电流和两段式负序电流保护接线流保护接线单相低电压启动
11、过电流部分单相低电压启动过电流部分主要作为发电机和升主要作为发电机和升压变三相短路的后备保护压变三相短路的后备保护负序电流保护部分负序电流保护部分主要作为转子发热的主保护主要作为转子发热的主保护,同同时兼做发电机和升压变两相短路的后备保护时兼做发电机和升压变两相短路的后备保护负序过负荷保护部分负序过负荷保护部分主要作为发电机不对称过负主要作为发电机不对称过负荷保护荷保护aUbUcU跳QFTV二次断线ZANTATANPnnZ85. 0 发电机转子发热特性方程发电机转子发热特性方程AtI22 A A发电机允许过热时间发电机允许过热时间常数，它与发电机容量、冷却方常数，它与发电机容量、冷却方式等有关
12、，非强迫冷却的发电机，式等有关，非强迫冷却的发电机，A30A30；直接冷却的；直接冷却的100-300MW100-300MW汽汽轮发电机，轮发电机，A=6-15A=6-15；600MW600MW汽轮汽轮发电机的设计值发电机的设计值A=4A=4。 1、定时限负序电流和过负荷保护动作值整定定时限负序电流和过负荷保护动作值整定stIIstAItAIKAstKTIIKAoperNoperNoperoperNoper53)5 . 0,120,30:(:2105:11 . 01则若设：定时限负序电流保护与发热特性配合情况定时限负序电流保护与发热特性配合情况 021305120fbc5.00.15.10.2
13、5.20.3*2I)( sta2*230It 2 2、反时限负序电流保护、反时限负序电流保护 *2I0)( st2*2IAt 性曲线动作特)a（*2I0)( st2*2IAt 性曲线动作特)b（ 大型发电机，由于有效材大型发电机，由于有效材料利用率的提高，发电机热容料利用率的提高，发电机热容量降低，从而使发电机的过负量降低，从而使发电机的过负荷能力大大降低。为了充分利荷能力大大降低。为了充分利用发电机的过载能力而又不致用发电机的过载能力而又不致损坏发电机，在大型发电机的损坏发电机，在大型发电机的定子、转子、励磁绕组都采用定子、转子、励磁绕组都采用反时限特性的过负荷保护。反时限特性的过负荷保护。
14、 第七节第七节 同步发电机的失磁保护同步发电机的失磁保护 一、发电机失磁的影响一、发电机失磁的影响二、发电机失磁过程中的机端二、发电机失磁过程中的机端 测量阻抗测量阻抗 三、失磁保护判据及保护方案三、失磁保护判据及保护方案 发电机的失磁保护发电机的失磁保护 一、一、发电机的失磁运行及其产生的影响发电机的失磁运行及其产生的影响 1 1、需要从电网中吸收很大的无功功率、需要从电网中吸收很大的无功功率以建立发电机的磁场，所需无功功率以建立发电机的磁场，所需无功功率的大小主要取决于发电机的参数以及的大小主要取决于发电机的参数以及实际运行的转差率。实际运行的转差率。 、由于从电力系统中吸收无功功率将可能
15、由于从电力系统中吸收无功功率将可能引起电力系统电压下降，如果电力系统的容引起电力系统电压下降，如果电力系统的容量较小或无功功率的储备不足，可能使失磁量较小或无功功率的储备不足，可能使失磁发电机的机端电压、升压变压器高压侧的母发电机的机端电压、升压变压器高压侧的母线电压或其它邻近点的电压低于允许值，从线电压或其它邻近点的电压低于允许值，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。可能因电压崩溃而使系统瓦解。、由于失磁发电机吸收了大量的无功功由于失磁发电机吸收了大量的无功功率，因此为了防止其定子绕组的过电流，率，因此为了防止其定子绕组的
16、过电流，发电机所能发出的有功功率将较发电机所能发出的有功功率将较 同步运同步运行时有不同程度的降低，吸收的无功功率行时有不同程度的降低，吸收的无功功率越大，则降低越多。越大，则降低越多。4、失磁后发电机的转速超过同步转速，因失磁后发电机的转速超过同步转速，因此，在转子励磁回路中将产生差频电流，此，在转子励磁回路中将产生差频电流，因而形成附加损耗，使发电机转子和励因而形成附加损耗，使发电机转子和励磁回路过热。显然，当转差率越大时，磁回路过热。显然，当转差率越大时，所引起的过热也越严重。所引起的过热也越严重。 5 5、失磁后会引起发电机组的振动，凸极机、失磁后会引起发电机组的振动，凸极机振动更厉害
17、。振动更厉害。二、发电机失磁过程中的机端测量阻抗二、发电机失磁过程中的机端测量阻抗edsqsinXUEPd2sedsqXUcosXUEQqEgIdXgUsXsUsgsgsgsggmjXIUIXI jUIUZ从失磁到稳定异步运行过程从失磁到稳定异步运行过程 失磁到失步前失磁到失步前 临界失步点临界失步点 失步后的异步运行失步后的异步运行1 1、失磁到失步前、失磁到失步前有功基本不变（失磁PnPPPPEeJq):900 sgsgsgsggmjXIUIXI jUIUZj2s2sss2se2PUjX2PU失磁到失步前阻抗变化轨迹失磁到失步前阻抗变化轨迹0dXj djXjXRsjXPUS22mZ2、临界
18、失步点阻抗变化轨迹、临界失步点阻抗变化轨迹2202290jSdSdmdSeeXXjXXjZXUQ0RsjXomZ3、失步后的异步运行、失步后的异步运行dmdaddmXjZsjXjXjXZs :0900dXadXmUmIfXDXSrDSrf0djXdjXjXR5 . 0P8 . 0PR85. 0PjXsjX0djXdXj 机端测量阻抗末端轨迹沿机端测量阻抗末端轨迹沿等有功圆由第等有功圆由第象限进入第象限进入第象限，机端测量阻抗进入第象限，机端测量阻抗进入第象限后，进一步将越过静稳阻象限后，进一步将越过静稳阻抗边界阻抗圆，最后进入异步抗边界阻抗圆，最后进入异步阻抗圆，表明发电机已进入异阻抗圆，表明
19、发电机已进入异步运行状态。步运行状态。三、失磁保护的主要判据和辅助判据三、失磁保护的主要判据和辅助判据主要判据有：主要判据有： 1 1）检测无功功率方向）检测无功功率方向 2 2）检测机端测量阻抗变化）检测机端测量阻抗变化辅助判据有：辅助判据有： 1 1）转子励磁电压下降）转子励磁电压下降 2 2）负序分量）负序分量 3 3）延时）延时 四、汽轮发电机失磁保护方案四、汽轮发电机失磁保护方案 02t&ZUBU01t&03t电压回路断线信号电压回路断线信号3T2T1T3Y2Y1YXB跳闸减有功负荷跳闸)3 . 02 . 0(1st和外部短路躲振荡)5 . 11 (2st短时母线电压下降躲振荡时)2
20、5. 0(3st减有功负荷 第八节同步发电机转子回路接地保护第八节同步发电机转子回路接地保护 一、测量转子绕组对地导纳的一、测量转子绕组对地导纳的 一点接地保护一点接地保护 二、转子两点接地保护二、转子两点接地保护 一、发电机转子绕组一点接地保护一、发电机转子绕组一点接地保护作用：作用：反映发电机转子绕组一点接地。反映发电机转子绕组一点接地。保护构成原理保护构成原理：通过外加工频电压直接测量通过外加工频电压直接测量转子绕组对地的绝缘电导来判断转子绕组是转子绕组对地的绝缘电导来判断转子绕组是否一点接地。否一点接地。出口方式出口方式：当转子对地电导急剧上升时（绝当转子对地电导急剧上升时（绝缘电阻大
21、幅度下降时），保护动作于信号缘电阻大幅度下降时），保护动作于信号1 1测量导纳特性测量导纳特性 mYMYMRMCMMYZ1bbgR1U置装量测MMMMMCjR1jbgYMMb2bbMMbMbmjbggggjbg1g11Y1R1Y当对地电导当对地电导g gM M不变，而对地电纳不变，而对地电纳b bM M变化时，测量导纳变化时，测量导纳Y Ym m：MbMrCmggbarctgYYY)g2(gg)g2(ggg)e1 ()g2(gggMb2bMb2bbj2Mb2bb半径向量圆心向量 mjb0mg等电导圆等电导圆bg)g2(ggMb2b)g2(gggMb2bbmY当对地电纳当对地电纳b bM M不变
22、，而对地电导不变，而对地电导g gM M变化时，测量导纳变化时，测量导纳Y Ym m：MbMrCmggbarctgYjYjYM2bM2bbj2M2bb2bg2bgg)e1 (2bgg半径向量圆心向量 mjbbg0等电纳圆等电纳圆mgM2b2bgjmY mjbbg0mYmg 2 2、继电器的构成、继电器的构成 xyxmgggYmjbmgygxgmYXmgYxrgg3 3、继电器动作方程及原理接线、继电器动作方程及原理接线xyxmIIIIHZ50外加电源1U组绕磁励XRYRmILTxIyImI2UMCMR二、发电机转子绕组两点接地保护二、发电机转子绕组两点接地保护作用作用：反映发电机转子绕组两点接
23、地。反映发电机转子绕组两点接地。保护构成原理保护构成原理：直流电桥原理；当转子绕组一点接直流电桥原理；当转子绕组一点接地时，由运行人员投入该保护地时，由运行人员投入该保护。出口方式出口方式：保护动作于停机保护动作于停机。 1 1、直流电桥原理构成的两点接地保护、直流电桥原理构成的两点接地保护 V组绕磁励1R2R3R3R 3R C4R5R6RPV第九节发电机失步保护、逆功率保护第九节发电机失步保护、逆功率保护一、一、发电机失步保护发电机失步保护1 1、失步概念：、失步概念：当系统受到大的扰动后，发电机或发电机群可能与当系统受到大的扰动后，发电机或发电机群可能与系统不能保持同步运行，即发生不稳定振
24、荡，称失系统不能保持同步运行，即发生不稳定振荡，称失步。步。2 2、对失步保护的要求、对失步保护的要求 (1)(1)失步保护装置应能鉴别短路故障和不稳定振荡，失步保护装置应能鉴别短路故障和不稳定振荡，发生短路故障时，失步保护装置不应动作。发生短路故障时，失步保护装置不应动作。 (2) (2)失步保护装置应能尽快检出失步故障，通常要求失步保护装置应能尽快检出失步故障，通常要求失步保护装置在振荡的第一个振荡周期内能够检出失失步保护装置在振荡的第一个振荡周期内能够检出失步故障。步故障。(3)(3)检出失步故障实行跳闸时，从断路器本身检出失步故障实行跳闸时，从断路器本身的性能出发，不应在发电机电动势与
25、系统电的性能出发，不应在发电机电动势与系统电动势夹角为动势夹角为180180时跳闸。时跳闸。(4)(4)失步保护装置应能鉴别不稳定振荡和稳定失步保护装置应能鉴别不稳定振荡和稳定振荡振荡( (通常发电机电动势与系统电动势间相角通常发电机电动势与系统电动势间相角摆开最大不超过摆开最大不超过120120时为稳定振荡，即是可时为稳定振荡，即是可恢复同步的振荡恢复同步的振荡) )，在稳定振荡的情况下，失，在稳定振荡的情况下，失步保护不应误动作。步保护不应误动作。3 3、反应阻抗变化的失步保护、反应阻抗变化的失步保护构成依据构成依据: :不稳定振荡时不稳定振荡时，功角在，功角在0 0360360间作周期变
26、间作周期变化，测量阻抗以化，测量阻抗以 的速率穿过阻抗平面，的速率穿过阻抗平面，其轨迹在阻抗平面上是一个圆或直线。因此，其轨迹在阻抗平面上是一个圆或直线。因此，测量阻抗走过某段距离，需要一定的时间。测量阻抗走过某段距离，需要一定的时间。发生短路故障时发生短路故障时，功角基本不变，测量阻抗由，功角基本不变，测量阻抗由负荷阻抗突变为短路阻抗。负荷阻抗突变为短路阻抗。dtde 失步保护失步保护作用：作用： 反应发电机失步状态的反应发电机失步状态的构成原理构成原理：利用两个阻抗继电器先后动作顺序反：利用两个阻抗继电器先后动作顺序反应发电机机端测量阻抗的变化。应发电机机端测量阻抗的变化。出口方式：出口方
27、式：判断为减速失步时，发减速脉冲；判判断为减速失步时，发减速脉冲；判断为加速失步时，发加速脉冲；经过处理仍然断为加速失步时，发加速脉冲；经过处理仍然处于失步状态时，就动作于解列灭磁。处于失步状态时，就动作于解列灭磁。e失步保护动作特性失步保护动作特性二、逆功率保护二、逆功率保护1 1、逆功率概念逆功率概念对于汽轮发电机，当主汽门误关闭或机炉保护动作关对于汽轮发电机，当主汽门误关闭或机炉保护动作关闭主汽门而出口断路器未跳闸时，发电机转为电动机闭主汽门而出口断路器未跳闸时，发电机转为电动机运行，由输出有功功率变为从系统吸取有功功率，即运行，由输出有功功率变为从系统吸取有功功率，即称逆功率。称逆功率
28、。2 2、逆功率保护、逆功率保护作用：作用： 在发电机逆功率时在发电机逆功率时, ,避免汽轮机叶片损坏。避免汽轮机叶片损坏。构成原理构成原理：反映发电机有功功率大小和方向：反映发电机有功功率大小和方向. .出口方式：出口方式：只要发电机从系统吸收功率，并且满足只要发电机从系统吸收功率，并且满足动作条件（动作条件（ ）保护一般以）保护一般以t1(1.5S)t1(1.5S)时时间动作发信号；保护以间动作发信号；保护以t2t2（100100秒）时间动作于机秒）时间动作于机组组全停。全停。动作功率整定：动作功率整定：一般取发电机额定功率的（一般取发电机额定功率的（1-31-3）% %。operPP第十节第十节 发电机的过电压保护发电机的过电压保护作用作用：反应发电机突然甩负荷而出现的过电压。：反应发电机突然甩负荷而出现的过电压。出口方式出口方式：一般情况下保护动作于解列灭磁。：一般情况下保护动作于解列灭磁。发电机变压器组保护特点发电机变压器组保护特点