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1、水电站自动化水电站自动化n重庆电力高等专科学校重庆电力高等专科学校第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护5-15-15-15-1水轮发电机的故障、异常工作状态及保护装置水轮发电机的故障、异常工作状态及保护装置水轮发电机的故障、异常工作状态及保护装置水轮发电机的故障、异常工作状态及保护装置5-25-25-25-2水轮发电机的纵联差动保护水轮发电机的纵联差动保护水轮发电机的纵联差动保护水轮发电机的纵联差动保护5-35-35-35-3水轮发电机定子匝间短路保护水轮发电机定子匝间短路保护水轮发电机定子匝间短路保护水轮发电机定子匝间短路保护5-45-45-45-4水轮发电机的电流电压保护
2、水轮发电机的电流电压保护水轮发电机的电流电压保护水轮发电机的电流电压保护5-55-55-55-5水轮发电机定子接地保护水轮发电机定子接地保护水轮发电机定子接地保护水轮发电机定子接地保护5-65-65-65-6水轮发电机转子绕组接地保护水轮发电机转子绕组接地保护水轮发电机转子绕组接地保护水轮发电机转子绕组接地保护5-75-75-75-7水轮发电机的失磁保护水轮发电机的失磁保护水轮发电机的失磁保护水轮发电机的失磁保护5-85-85-85-8水轮发电机失步保护水轮发电机失步保护水轮发电机失步保护水轮发电机失步保护5-95-95-95-9水轮发电机过励磁保护水轮发电机过励磁保护水轮发电机过励磁保护水轮
3、发电机过励磁保护5-105-105-105-10水轮发电机逆功率保护水轮发电机逆功率保护水轮发电机逆功率保护水轮发电机逆功率保护5-115-115-115-11水轮发电机轴电流保护水轮发电机轴电流保护水轮发电机轴电流保护水轮发电机轴电流保护5-125-125-125-12水轮发电机保护回路接线图举例水轮发电机保护回路接线图举例水轮发电机保护回路接线图举例水轮发电机保护回路接线图举例5-135-135-135-13发电机发电机发电机发电机-变压器组的继电保护变压器组的继电保护变压器组的继电保护变压器组的继电保护第五章第五章第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护
4、水轮发电机的继电保护5 5 5 5-1-1-1-1水轮发电机的故障、异常工作状态及保护装置水轮发电机的故障、异常工作状态及保护装置水轮发电机的故障、异常工作状态及保护装置水轮发电机的故障、异常工作状态及保护装置n发电机是电力系统中十分重要和贵重的设备，发电机是电力系统中十分重要和贵重的设备，发电机的安全运行直接影响电力系统的安全。发电机的安全运行直接影响电力系统的安全。n1 1、水轮发电机的故障、水轮发电机的故障n2 2、水轮发电机的异常工作状态、水轮发电机的异常工作状态n3 3、水轮发电机保护配置、水轮发电机保护配置第五章第五章第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机
5、的继电保护水轮发电机的继电保护一、水轮发电机的故障一、水轮发电机的故障n1 1、发电机定子绕组相间短路、发电机定子绕组相间短路n 定子绕组相间短路会产生很大的短路电流，严重损坏发电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。机，甚至引起火灾。n2 2、发电机定子绕组匝间短路、发电机定子绕组匝间短路n 定子绕组匝间短路会产生很大的环流，引起故障处温度升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，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。扩大发电机损坏范围。n3 3、发电机定子绕组单
6、相接地、发电机定子绕组单相接地n定子绕组单相接地是发电机易发生的一种故障。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。续时间较长时，会使铁芯局部熔化。第五章第五章第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护一、水轮发电机的故障一、水轮发电机的故障n4 4、发电机转子绕组一点接地和两点接地、发电机转子绕组一点接地和两点接地n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点接地，对发电机
7、没有直接危害。两点接地则转子绕组一部分被短接，不但会转子绕组一部分被短接，不但会烧毁转子绕组烧毁转子绕组，而且由于部，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组剧烈振动剧烈振动，产生严重后果。水轮发电机组是凸极结构，机，产生严重后果。水轮发电机组是凸极结构，机组剧烈振动后会破坏各轴承与轴瓦之间的间隙，造成组剧烈振动后会破坏各轴承与轴瓦之间的间隙，造成“拉瓦拉瓦”，排除故障需要相当长的停机时间，故绝不允许转子绕组，排除故障需要相当长的停机时间，故绝不允许转子绕组两点接地现象出现两点接地现象出现。n5 5、发电机失磁、发电
8、机失磁n由于转子绕组断线、励磁回路故障或灭磁开关误动等原因，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。发电机失去励磁后，运行电力系统安全也会造成严重影响。发电机失去励磁后，运行状态将变为电动机运行。故不允许发电机失磁后继续运行状态将变为电动机运行。故不允许发电机失磁后继续运行。第五章第五章第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护二、发电机的不正常工作状态二、发电机的不正常工作状态n1 1、由于外部短
9、路、非周期合闸以及系统振荡等原因引起的、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。过电流。n2 2、过负荷、过负荷n3 3、过电压、过电压n特别是水轮发电机，因其调速系统惯性大，在突然甩负荷特别是水轮发电机，因其调速系统惯性大，在突然甩负荷时，将引起过电压。时，将引起过电压。n4 4、逆功率、逆功率n发电机逆功率保护又称功率方向保护。一般而言，发电机发电机逆功率保护又称功率方向保护。一般而言，发电机的功率方向应该为由发电机流向母线，但是当发电机失由于的功率方向应该为由发电机流向母线，但是当发电机失由于某种原因，发电机有可能变为电动机运行，即从系统中吸取某种原因，发电机有可能变为电
10、动机运行，即从系统中吸取有功功率，这就是逆功率。当逆功率达到一定值时，发电机有功功率，这就是逆功率。当逆功率达到一定值时，发电机的保护动作，或动作于发信号或动作于跳闸。的保护动作，或动作于发信号或动作于跳闸。第五章第五章第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护三、水力发电机的保护配置三、水力发电机的保护配置n（一）一般原则（一）一般原则n 电压在电压在3kV3kV及以上、容量在及以上、容量在6MW6MW以上以上550MW550MW及以下的发电机及以下的发电机应按本节中的规定，对下列故障及异常运行方式，装设相应应按本节中的规定，对下列故障及异
11、常运行方式，装设相应的保护装置：的保护装置：n 1 1、定子绕组相间短路：、定子绕组相间短路：n 2 2、定子绕组匝间短路；、定子绕组匝间短路；n 3 3、定子绕组接地；、定子绕组接地；n 4 4、发电机外部相间短路；、发电机外部相间短路；n 5 5、定子绕组过电压；、定子绕组过电压；n 6 6、定子绕组过负荷；、定子绕组过负荷；n 7 7、转子表层（负序）过负荷；、转子表层（负序）过负荷；n 8 8、励磁绕组过负荷；、励磁绕组过负荷；n 第五章第五章第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护三、水力发电机的保护配置三、水力发电机的保护配置n
12、（一）一般原则（一）一般原则n 9 9、励磁回路一点接地；、励磁回路一点接地；n 1010、励磁电流异常下降或消失；、励磁电流异常下降或消失；n 1111、定子铁心过励磁；、定子铁心过励磁；n 1212、调相运行与系统解列；、调相运行与系统解列；n 1313、发电机逆功率；、发电机逆功率；n 1414、失步；、失步；n 1515、轴承绝缘破坏。、轴承绝缘破坏。第五章第五章第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护三、水力发电机的保护配置三、水力发电机的保护配置n（二）水轮发电机动作结果的解释（二）水轮发电机动作结果的解释n1 1、停机：、停机
13、：断开发电机断路器、灭磁，关闭导水叶至机组停断开发电机断路器、灭磁，关闭导水叶至机组停机状态；机状态；n2 2、解列灭磁：、解列灭磁：断开发电机断路器、灭磁，关导水叶至空载；断开发电机断路器、灭磁，关导水叶至空载；n3 3、解列：、解列：断开发电机断路器、关导水叶至空载；断开发电机断路器、关导水叶至空载；n4 4、减出力：、减出力：将水轮机出力减到给定值；将水轮机出力减到给定值；n5 5、缩小故障影响范围：、缩小故障影响范围：例如断开母联断路器等；例如断开母联断路器等；n6 6、信号：、信号：发出声光信号发出声光信号第五章第五章第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的
14、继电保护水轮发电机的继电保护三、水力发电机的保护配置三、水力发电机的保护配置n（三）（三）基本保护的配置基本保护的配置n1 1、纵差动保护纵差动保护n 反应发电机定子绕组及其引出线的相间短路故障，动作于反应发电机定子绕组及其引出线的相间短路故障，动作于瞬时跳开发电机开关、停机并灭磁。瞬时跳开发电机开关、停机并灭磁。n2 2、横联差动保护、横联差动保护n当发电机定子绕组有当发电机定子绕组有2 2个以上的分支且连接成双星形，每个个以上的分支且连接成双星形，每个分支都有引出线时，应装设横联差动保护反应分支都有引出线时，应装设横联差动保护反应定子绕组匝间定子绕组匝间短路短路，动作结果同纵差动保护。，动
15、作结果同纵差动保护。n当不满足该条件时，取消该保护，待故障发展为相间短时，当不满足该条件时，取消该保护，待故障发展为相间短时，用纵差动保护反应。用纵差动保护反应。第五章第五章第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护n3 3、零序保护、零序保护n 当发电机电压回路回路的接地电容电流（未经消弧线圈补当发电机电压回路回路的接地电容电流（未经消弧线圈补偿）大于或等于偿）大于或等于5A5A时，保护动作于跳闸、停机、灭磁。当接时，保护动作于跳闸、停机、灭磁。当接地电容电流小于地电容电流小于5A5A时，保护应动作信号。对单机容量时，保护应动作信号。对单机
16、容量100MW100MW及及以上的发电机，应尽量装设保护范围为以上的发电机，应尽量装设保护范围为100%100%的接地保护。的接地保护。n4 4、过电流保护、过电流保护n 一般应配置低电压过流或复合电压过流保护反应外部短路一般应配置低电压过流或复合电压过流保护反应外部短路引起的定子绕组过电流状态，并作为发电机的引起的定子绕组过电流状态，并作为发电机的后备保护后备保护。n对单机容量为对单机容量为50MW50MW及以上的发电机，一般装设负序过流及及以上的发电机，一般装设负序过流及单相低电压起动的过流保护。单相低电压起动的过流保护。第五章第五章第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水
17、轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护n5 5、定子过负荷保护、定子过负荷保护n 由于发电机对称过负荷引起的定子绕组过流，应装设反应由于发电机对称过负荷引起的定子绕组过流，应装设反应一相电流的过负荷保护，延时动作于信号。一相电流的过负荷保护，延时动作于信号。n6 6、定子过电压保护、定子过电压保护n 反应发电机突然甩负荷引起的定子绕组过电压现象，延时反应发电机突然甩负荷引起的定子绕组过电压现象，延时动作于跳开关、停机、灭磁。动作于跳开关、停机、灭磁。n7 7、转子绕组一点接地保护、转子绕组一点接地保护n 水轮发电机组一般装设一点接地保护并，延时动作于信水轮发电机组一般装设一点接地保护并，延时动
18、作于信号。号。n8 8、转子回路过负荷：、转子回路过负荷：保护延时动作于信号，有时要求解列保护延时动作于信号，有时要求解列灭磁。灭磁。第五章第五章第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护n9 9、失磁保护、失磁保护n 当不允许失磁运行时，应在自动灭磁开关断开时，连跳发当不允许失磁运行时，应在自动灭磁开关断开时，连跳发电机断路器。电机断路器。n1010、调相运行保护：、调相运行保护：反应调相运行从系统解列，延时停机。反应调相运行从系统解列，延时停机。n1111、过励磁保护：、过励磁保护：低定值延时动作于信号和减励磁电流；低定值延时动作于信号和
19、减励磁电流；高定值动作于延时解列灭磁。高定值动作于延时解列灭磁。n1212、贯流式、斜流式及大容量发电机、贯流式、斜流式及大容量发电机逆功率保护逆功率保护：延时解：延时解列灭磁。列灭磁。n1313、大容量发电机、大容量发电机失步保护失步保护：一般作用于信号，也可作用：一般作用于信号，也可作用于解列或自动减负荷。于解列或自动减负荷。n1414、轴电流保护轴电流保护：动作于信号或延时解列灭磁。：动作于信号或延时解列灭磁。n1515、发电机、发电机转子表面（负序）过负荷保护转子表面（负序）过负荷保护：延时动作于信：延时动作于信号。号。第五章第五章第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护
20、水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护三峡电站发电机保护的配置三峡电站发电机保护的配置第五章第五章第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护第五章第五章第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护三峡机组各种差动保护的动作特性三峡机组各种差动保护的动作特性第五章第五章第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护5 5 5 5-2 2 2 2水轮发电机纵联差动保护水轮发电机纵联差动保护水轮发电机纵联差动保护水轮发电机纵联差动保护发发电电机机纵纵
21、差差动动保保护护,是是发发电电机机内内部部及及引引出出线线上上短短路路故障的故障的主保护之一主保护之一。n1 1、保护接线与构成原理、保护接线与构成原理n2 2、完全差动保护动作值整定、完全差动保护动作值整定n3 3、发电机固定比率制动式差动保护、发电机固定比率制动式差动保护 n4 4、发电机变比率制动式差动保护、发电机变比率制动式差动保护n5 5、工频变化量比率制动式差动保护、工频变化量比率制动式差动保护第五章第五章第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护5 5 5 5-2 2 2 2水轮发电机纵联差动保护水轮发电机纵联差动保护水轮发电机
22、纵联差动保护水轮发电机纵联差动保护n1 1、保护接线与构成原理、保护接线与构成原理图中，图中，KVI串接于三相电流互感器的中性线上，反应中性线上的电流大小，作串接于三相电流互感器的中性线上，反应中性线上的电流大小，作为差动保护为差动保护TA断线监视用，延时发信号。断线监视用，延时发信号。第五章第五章第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护5 5 5 5-2 2 2 2水轮发电机纵联差动保护水轮发电机纵联差动保护水轮发电机纵联差动保护水轮发电机纵联差动保护n完全差动保护完全差动保护能反应发电机内部及引出线上的相间短能反应发电机内部及引出线上的
23、相间短路、大电流系统侧的单相接地短路故障。路、大电流系统侧的单相接地短路故障。（但不能反应发电（但不能反应发电机内部匝间短路及分支开焊）机内部匝间短路及分支开焊）第五章第五章第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护5 5 5 5-2 2 2 2水轮发电机纵联差动保护水轮发电机纵联差动保护水轮发电机纵联差动保护水轮发电机纵联差动保护n不完全纵差保护不完全纵差保护适用于每相定子绕组为多分支的大型适用于每相定子绕组为多分支的大型发电机。它除了能反应发电机相间短路故障，还能反应定子发电机。它除了能反应发电机相间短路故障，还能反应定子线棒开焊及分支匝
24、间短路。其基本原理是利用定子各分支绕线棒开焊及分支匝间短路。其基本原理是利用定子各分支绕组间的互感，使未装设互感器的分支短路时，不完全纵差保组间的互感，使未装设互感器的分支短路时，不完全纵差保护仍能可靠动作。护仍能可靠动作。第五章第五章第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护三峡机组三峡机组第五章第五章第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护5 5 5 5-2 2 2 2水轮发电机纵联差动保护水轮发电机纵联差动保护水轮发电机纵联差动保护水轮发电机纵联差动保护n2 2、常规完全差动保护动作
25、整定、常规完全差动保护动作整定n（中小型发电机，绕组无分支）（中小型发电机，绕组无分支）n（1 1）动作电流按两个条件整定（取大的）动作电流按两个条件整定（取大的）nA A、躲开二次侧不平衡电流、躲开二次侧不平衡电流:nB B、躲开、躲开TATA二次侧断线影响二次侧断线影响n（2 2）断线监视的整定）断线监视的整定n（3 3）灵敏度校验）灵敏度校验常规保护还要选择差动常规保护还要选择差动继电器的工作线圈和平继电器的工作线圈和平衡线圈的匝数。衡线圈的匝数。第五章第五章第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护5 5 5 5-2 2 2 2水轮发
26、电机纵联差动保护水轮发电机纵联差动保护水轮发电机纵联差动保护水轮发电机纵联差动保护n3 3、固定比率制动式差动保护固定比率制动式差动保护（完全差动和不完全差动）（完全差动和不完全差动）n（1 1）动作特性）动作特性第五章第五章第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护（2 2）动作方程）动作方程 完全纵差时完全纵差时 不完全纵差时不完全纵差时 第五章第五章第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护（3 3）逻辑框图）逻辑框图1 1发电机不完全纵差动保护一般使用单相出口方式发电机不完全纵差动保
27、护一般使用单相出口方式第五章第五章第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护n（3 3）逻辑框图）逻辑框图2 2发电机完全纵差动保护一般使用循环闭锁出口方式发电机完全纵差动保护一般使用循环闭锁出口方式第五章第五章第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护（4 4）定值的整定）定值的整定n比率制动系数比率制动系数K Kbrkbrkn启动电流启动电流I Iact0act0n拐点电流拐点电流I Ibrk0brk0n负序电压负序电压U U2 2n差动速断差动速断I Is sn灵敏度校验灵敏度校验第五
28、章第五章第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护5 5 5 5-2 2 2 2水轮发电机纵联差动保护水轮发电机纵联差动保护水轮发电机纵联差动保护水轮发电机纵联差动保护n4 4、变、变比率制动式差动保护比率制动式差动保护原理（原理（1 1）n（1 1）动作特性）动作特性第五章第五章第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护n（2 2）动作方程）动作方程高值比例差动高值比例差动比例差动比例差动差动速断差动速断第五章第五章第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护
29、水轮发电机的继电保护第五章第五章第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护第五章第五章第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护5 5 5 5-2 2 2 2水轮发电机纵联差动保护水轮发电机纵联差动保护水轮发电机纵联差动保护水轮发电机纵联差动保护n4 4、变、变比率制动式差动保护比率制动式差动保护原理（原理（2 2）n（1 1）动作特性（三峡机组）动作特性（三峡机组）第五章第五章第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护n（2 2）动作方程
30、（三峡机组）动作方程（三峡机组）第五章第五章第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护5 5 5 5-2 2 2 2水轮发电机纵联差动保护水轮发电机纵联差动保护水轮发电机纵联差动保护水轮发电机纵联差动保护n5 5、工频变化量比率制动式差动保护、工频变化量比率制动式差动保护n发电机内部轻微故障时，上述稳态差动保护由于负发电机内部轻微故障时，上述稳态差动保护由于负荷电流的影响，不能灵敏反应。为此可配置发电机荷电流的影响，不能灵敏反应。为此可配置发电机工频变化量比率差动保护，并设有控制字方便投退。工频变化量比率差动保护，并设有控制字方便投退。n工频
31、变化量概念如下：工频变化量概念如下：第五章第五章第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护第五章第五章第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护（1 1）动作特性）动作特性第五章第五章第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护n（2 2）动作方程）动作方程第五章第五章第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护第五章第五章第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电
32、保护水轮发电机的继电保护第五章第五章第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护5 5 5 5-3 3 3 3水轮发电机定子绕组匝间短路保护水轮发电机定子绕组匝间短路保护水轮发电机定子绕组匝间短路保护水轮发电机定子绕组匝间短路保护一、横差保护一、横差保护一、横差保护一、横差保护二、纵向零序电压式匝间保护二、纵向零序电压式匝间保护二、纵向零序电压式匝间保护二、纵向零序电压式匝间保护第五章第五章第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护一、横差保护一、横差保护是是发发电电机机定定子子绕绕组组匝匝间
33、间短短路路（同同分分支支匝匝间间短短路路及及同同相相不不同同分分支支之之间间的的匝匝间间短短路路）、线线棒棒开开焊焊的的主主保保护护，也能保护定子绕组相间短路。也能保护定子绕组相间短路。类型：类型：n单元件横差保护单元件横差保护（零序电流横差保护）（零序电流横差保护）n裂相横差保护裂相横差保护第五章第五章第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护1 1、单元件横差保护单元件横差保护（零序电流横差保护）（零序电流横差保护）适适用用于于每每相相定定子子绕绕组组为为多多分分支支，且且有有两两个个或或两两个个以以上上中中性性点引出的发电机。点引出的发
34、电机。正正常常情情况况下下：每每个个并并联联分分支支的的电电势势相相等等，各各供供出出一一半半的的负负荷电流，因此荷电流，因此N N与与NN点电位相等。点电位相等。匝匝间间短短路路时时，两两个个绕绕组组的的电电势势不不再再相相等等，即即因因此此N N与与NN点点电电位不再相等。位不再相等。第五章第五章第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护（1 1）构构成成原原理理：装装设设在在发发电电机机两两个个中中性性点点连连线线上上的的横横差差保保护。护。横差动保护电流互感器，发电机正常运行和外部短横差动保护电流互感器，发电机正常运行和外部短路时，有
35、不平衡电流，主要分别为基波和三次谐波，但路时，有不平衡电流，主要分别为基波和三次谐波，但很小。发生匝间短路时，有较大的电流通过电流互感器。很小。发生匝间短路时，有较大的电流通过电流互感器。第五章第五章第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护（2 2）动作特性及动作整定值）动作特性及动作整定值动作区动作区高定值段横差保护：高定值段横差保护：相当相当于传统单元件横差保护，动作于传统单元件横差保护，动作电流按躲过外部短路最大不平电流按躲过外部短路最大不平衡电流整定，通常可取衡电流整定，通常可取高灵敏横差保护：高灵敏横差保护：动作电流动作电流按躲过
36、发电机正常运行时最大按躲过发电机正常运行时最大不平衡电流整定，可靠系数大不平衡电流整定，可靠系数大于于2 2，一般可取：，一般可取：在发电机励磁回路一点接地动作后，为防止励磁回路发生瞬时在发电机励磁回路一点接地动作后，为防止励磁回路发生瞬时性两点接地时横差保护误动，保护切换为性两点接地时横差保护误动，保护切换为0.51.0S延时动作。延时动作。第五章第五章第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护（3 3）动作逻辑）动作逻辑考虑到在发电机转子绕组两点接地短路时发电机气隙磁考虑到在发电机转子绕组两点接地短路时发电机气隙磁场畸变可能致使保护误动，
37、故在转子一点接地后，使横差保场畸变可能致使保护误动，故在转子一点接地后，使横差保护带一短延时动作。护带一短延时动作。第五章第五章第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护（4 4）横差动保护在下列情况下存在死区：）横差动保护在下列情况下存在死区：第五章第五章第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护2 2、裂相横差保护、裂相横差保护（1 1）构成原理：）构成原理：同相两分支的两电流互感器的二次侧，反极性串联，将同相两分支的两电流互感器的二次侧，反极性串联，将差流送入保护。正常运行时，两支路电
38、流相等，差动电流为差流送入保护。正常运行时，两支路电流相等，差动电流为为不平衡电流；发生匝间短路时，由于两支路电路不再相等，为不平衡电流；发生匝间短路时，由于两支路电路不再相等，差动电流超过整定值后，将触发保护动作。差动电流超过整定值后，将触发保护动作。第五章第五章第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护（2 2）相绕组多并联分支时的裂相横差保护：）相绕组多并联分支时的裂相横差保护：将每相如将每相如a1、a3、a5分支电流互感器分支电流互感器TA2的二次侧并联的二次侧并联，a2、a4分支电流互分支电流互感器感器TA2二次侧并二次侧并联，联，
39、按照上述方法按照上述方法构成裂相横差保护，构成裂相横差保护，见下图。见下图。第五章第五章第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护第五章第五章第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护（2 2）动作特性及动作值的整定：）动作特性及动作值的整定：0.4-0.5第五章第五章第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护三峡机组裂相横差保护：三峡机组裂相横差保护：第五章第五章第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水
40、轮发电机的继电保护三峡机组各种差动保护的动作特性三峡机组各种差动保护的动作特性第五章第五章第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护二、纵向零序电压式匝间保护二、纵向零序电压式匝间保护1 1、构成原理、构成原理该该保保护护反反映映的的是是发发电电机机纵纵向向零零序序电电压压的的基基波波分分量量，并并用用其其三次谐波增量三次谐波增量作为制动量。作为制动量。发电机正常运行或相间短路时，无零序电压。发电机正常运行或相间短路时，无零序电压。定定子子绕绕组组单单相相接接地地时时，故故障障相相对对地地电电压压等等于于零零，中中性性点点对对地地电电压压为为
41、相相电电压压，三三相相定定子子绕绕组组对对中中性性点点电电压压仍仍然然对对称称，不出现机端对绕组中性点的零序电压。（中性点不接地）不出现机端对绕组中性点的零序电压。（中性点不接地）当当定定子子绕绕组组发发生生匝匝间间短短路路，形形成成纵纵向向不不对对称称（指指机机端端相相对于中性点不对称对于中性点不对称)时，便出现机端三相对中性点电压不对称。时，便出现机端三相对中性点电压不对称。机机端端对对中中性性点点的的零零序序序序电电压压为为纵纵向向零零序序电电压压，取取自自机机端端专专用用TVTV的的开开口口三三角角输输出出端端。TVTV应应全全绝绝缘缘,其其一一次次中中性性点点不不允允许许接接地，而是
42、通过高压电缆与发电机中性点联接起来。地，而是通过高压电缆与发电机中性点联接起来。第五章第五章第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护第五章第五章第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护2 2、接线原理、接线原理第五章第五章第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护3 3、动作判据、动作判据零零序序电电压压基基波波通通道道与与三三次次谐谐波波通通道道相相互互独独立立，并并采采用用硬硬件件滤滤波波回回路路和和软软件件滤滤波波算算法法滤滤去去
43、零零序序电电压压基基波波通通道道的的三三次次谐谐波波分量，滤去三次谐波电压通道的基波分量。分量，滤去三次谐波电压通道的基波分量。保护采用两段式，保护采用两段式，I I段为次灵敏段，段为次灵敏段，IIII段为灵敏段：段为灵敏段：第五章第五章第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护4 4、逻辑框图、逻辑框图为为防防止止专专用用TVTV一一次次断断线线时时保保护护误误动动，引引入入TVTV断断线线闭闭锁锁；另另外外，为为防防止止区区外外故故障障或或其其他他原原因因产产生生的的纵纵向向零零序序电电压压使使保保护护误动，引入负序功率方向闭锁。误动，引
44、入负序功率方向闭锁。电压平衡式电压平衡式TVTV断线逻辑框图断线逻辑框图第五章第五章第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护5 5 5 5-4 4 4 4 水轮发电机的电流电压保护水轮发电机的电流电压保护水轮发电机的电流电压保护水轮发电机的电流电压保护一、相间短路的后备保护一、相间短路的后备保护一、相间短路的后备保护一、相间短路的后备保护1 1 1 1、相间阻抗保护、相间阻抗保护、相间阻抗保护、相间阻抗保护2 2 2 2、发电机复合电压过流保护、发电机复合电压过流保护、发电机复合电压过流保护、发电机复合电压过流保护二、发电机定子负序过负荷保
45、护二、发电机定子负序过负荷保护二、发电机定子负序过负荷保护二、发电机定子负序过负荷保护三、发电机定子过负荷保护三、发电机定子过负荷保护三、发电机定子过负荷保护三、发电机定子过负荷保护四、发电机定子电压保护四、发电机定子电压保护四、发电机定子电压保护四、发电机定子电压保护第五章第五章第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护5 5 5 5-4 4 4 4 水轮发电机的电流电压保护水轮发电机的电流电压保护水轮发电机的电流电压保护水轮发电机的电流电压保护一、相间短路的后备保护一、相间短路的后备保护一、相间短路的后备保护一、相间短路的后备保护1 1
46、1 1、相间阻抗保护、相间阻抗保护、相间阻抗保护、相间阻抗保护n在发电机机端配置相间阻抗保护，作为发电机相间故障的在发电机机端配置相间阻抗保护，作为发电机相间故障的后备保护，电压量取发电机机端后备保护，电压量取发电机机端TVTV1 1相间电压相间电压，电流量取发电，电流量取发电机后备电流通道机后备电流通道相间电流相间电流。n(1)(1)阻抗特性的选择：阻抗特性的选择：nA A、当某段阻抗反向定值整定为零时，选择方向阻抗圆；、当某段阻抗反向定值整定为零时，选择方向阻抗圆；nB B、当某段阻抗正向定值大于反向定值时，选择偏移阻抗圆；、当某段阻抗正向定值大于反向定值时，选择偏移阻抗圆；nC C、当某
47、段阻抗正向定值与反向定值整定为相等时，选择全、当某段阻抗正向定值与反向定值整定为相等时，选择全阻抗圆。阻抗圆。n阻抗保护的方向指向由整定值整定实现，一般正方向指向阻抗保护的方向指向由整定值整定实现，一般正方向指向发电机外。发电机外。第五章第五章第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护n(2)(2)阻抗特性阻抗特性nI I为相间电流，为相间电流，U U为对应相间电压，为对应相间电压，ZnZn为阻抗反向整定值，为阻抗反向整定值，ZpZp 为阻抗正向整定值为阻抗正向整定值。第五章第五章第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电
48、机的继电保护水轮发电机的继电保护n(3)(3)阻抗元件的比相动作方程阻抗元件的比相动作方程n（4 4）阻抗保护启动元件动作方程）阻抗保护启动元件动作方程n阻抗保护的起动元件采用阻抗保护的起动元件采用相间电流工频变化量起动相间电流工频变化量起动或或负序负序电流元件起动电流元件起动，开放，开放500ms500ms，期间若阻抗元件动作则保持。工，期间若阻抗元件动作则保持。工频变化量起动元件的动作方程为：频变化量起动元件的动作方程为：n其中：其中：IIt t为浮动门坎，随着变化量输出增大而逐步自动提为浮动门坎，随着变化量输出增大而逐步自动提高。取高。取1.251.25倍可保证门槛电压始终略高于不平衡输
49、出，保证倍可保证门槛电压始终略高于不平衡输出，保证在系统振荡和频率偏移情况下，保护不误动。在系统振荡和频率偏移情况下，保护不误动。I Ithth为固定门坎。为固定门坎。当相间电流的工频变化量大于当相间电流的工频变化量大于0.2I0.2In n 时，起动元件动作。时，起动元件动作。第五章第五章第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护n(5)(5)阻抗保护的动作逻辑阻抗保护的动作逻辑第五章第五章第五章第五章 水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护水轮发电机的继电保护2 2 2 2、发电机复合电压过流保护、发电机复合电压过流
50、保护、发电机复合电压过流保护、发电机复合电压过流保护n复合电压过流保护作为发电机、变压器、高压母线和相邻复合电压过流保护作为发电机、变压器、高压母线和相邻线路故障的后备。复合电压过流设两段定值、各一段延时，线路故障的后备。复合电压过流设两段定值、各一段延时，第第段段动作于跳母联开关或其他开关，动作于跳母联开关或其他开关，第第段段动作于停机。动作于停机。电流电压一般取自发电机的同一侧电流电压一般取自发电机的同一侧TATA和和TVTV；发变组；发变组TATA取自发取自发电机中性点侧。电机中性点侧。n(1)(1)复合电压元件：复合电压元件：n复合电压元件由相间低电压和负序电压或门构成，有两个复合电压