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1、第九章发电机保护第1页，本讲稿共47页一、发电机故障和不正常工作状态及其保护方式二、发电机定子绕组短路故障的保护三、发电机定子绕组单相接地保护四、发电机的负序电流保护 四、发电机的负序电流保护五、发电机的失磁保护 五、发电机的失磁保护六、发电机逆功率保护及其他保护 六、发电机逆功率保护及其他保护主要内容第2页，本讲稿共47页（一）发电机的故障1.1.定子绕组定子绕组（1 1）定子绕组及引出线上的相间短路）定子绕组及引出线上的相间短路（2 2）定子绕组的匝间短路）定子绕组的匝间短路（3 3）定子绕组的单相接地故障）定子绕组的单相接地故障2.2.转子绕组转子绕组（1 1）转子绕组两点接地）转子绕组
2、两点接地（2 2）转子励磁回路励磁电流消失）转子励磁回路励磁电流消失一、发电机故障和不正常工作状态及其保护方式第3页，本讲稿共47页（1）定子绕组过电流（2）负序过电流（3）定子绕组过电压（4）失步（5）低励、失磁（6）逆功率（7）过励磁（二）发电机的不正常工作状态（8）频率异常（9）转子绕组的一点接地（10）发电机的误上电、断 路器断口闪络 一、发电机故障和不正常工作状态及其保护方式第4页，本讲稿共47页（三）发电机应装设的保护（1）纵联差动保护（2）定子绕组匝间短路保护（3）定子绕组接地保护（4）发电机外部相间短路保护（5）定子绕组过负荷保护（6）定子绕组过电压保护（7）转子表层过负荷保护
3、（8）励磁绕组过负荷保护（9）励磁绕组一点及两点接地保护一、发电机故障和不正常工作状态及其保护方式第5页，本讲稿共47页（三）发电机应装设的保护（10）失磁保护（11）过励磁保护（12）逆功率保护（13）失步保护（14）大容量发电机还应考虑配置低频保护、过频保护、起停机保护、误上电保护、断口闪络保护等（15）发电机的非电量保护，如采用水冷却的发电机应配置断水保护一、发电机故障和不正常工作状态及其保护方式第6页，本讲稿共47页（一）纵联差动保护 二、发电机定子绕组短路故障的保护1.差动保护基本原理正常运行或区外故障时：内部故障时：为提高内部故障时保护灵敏度，可采用比例制动纵差保护。第7页，本讲稿
4、共47页动作方程：2.比例制动纵差保护A BC第8页，本讲稿共47页3.发电机纵差保护的接线方式第9页，本讲稿共47页1、定子绕组匝间短路的形式和特点 同相一分支的匝间短路 同相不同分支之间的匝间短路（二）横差保护 第10页，本讲稿共47页（1）在中性点连线上产生零序电流（2）发生匝间短路时，在机端专用电压互 感器的开口三角绕 组两端，产生零序 电压（3）产生负序功率，其方向为由发电机内部指向外部 1、定子绕组匝间短路的形式和特点 第11页，本讲稿共47页动作利用因电势差而在各绕组间产生的环流来实现0时，环流较小，保护有死区同一分支绕组内部匝间短路2、发电机裂相横差动保护基本原理第12页，本讲
5、稿共47页动作同相不同分支绕组匝间短路利用两个分支绕组短路点存在电势差而产生的环流来实现12时，环流较小，保护有死区第13页，本讲稿共47页3、单元件横差动保护基本原理 AB C需具有性能良好的三次谐波滤过器第14页，本讲稿共47页单继电器式横差保护 起动电流 第15页，本讲稿共47页TATVN1TV2出口利用匝间短路时破坏了三相对中性点的对称，而产生对中性点的零序电压来实现4、纵向零序电压式定子绕组匝间短路保护第16页，本讲稿共47页TATVN1TV2出口按躲区外不对称短路时的最大不平衡电压整定。需性能良好的三次谐波滤过器第17页，本讲稿共47页TATVN1TV2出口防止TVN1一次熔断器熔
6、断而引起保护误动作第18页，本讲稿共47页TATVN1TV2出口防止区外故障时保护误动作第19页，本讲稿共47页（一）发电机定子绕组单相接地的特点三、发电机定子绕组单相接地保护第20页，本讲稿共47页三、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的特点发电机定子绕组单相接地时的零序等效网络第21页，本讲稿共47页（1）有零序电压出现，其大小与成正比（2）接地点通过容性零序电流，大小与及C0G、C0 l有关（3）当发电机定子绕组内部发生单相接地时，机端零序电流互感器中流过的电流为外接元件电容电流，方向由发电机流向母线（4）当发生外部单相接地时，机端零序电流互感器中流过的电流为发电机本
7、身的电容电流，方向由外部流向发电机三、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的特点第22页，本讲稿共47页（二）利用基波零序分量的发电机定子单相接地保护 1.基波零序电流保护（1）零序电流互感器装 在发电机出口（2）采用具有交流助磁 的零序电流互感器（3）当相间保护动作时 将接地保护退出 三、发电机定子绕组单相接地保护第23页，本讲稿共47页2.基波零序电压保护 动作电压整定值应躲开正常运行时的不平衡电压（包括三次谐波电压），以及变压器高压侧接地时在发电机端所产生的零序电压 三、发电机定子绕组单相接地保护无三次谐波滤过器时，一般为1530V；有三次谐波滤过器时，一般为515V
8、第24页，本讲稿共47页（三）发电机100%定子绕组单相接地保护+发电机中性点加固定的工频偏移电压 零序电压保护（85%）附加直流或低频（20Hz或25Hz）电源 利用发电机固有的三次谐波电势 用于消除死区 两部分的保护区应相互重叠 三、发电机定子绕组单相接地保护第25页，本讲稿共47页三次谐波电压型定子接地保护正常运行时利用中性点及机端的三次谐波电压的比值构成。当中性点经消弧线圈接地时，比值更大。第26页，本讲稿共47页金属性接地第27页，本讲稿共47页（一）负序过电流保护的作用 发电机负序过流保护是针对定子绕组电流不平衡而引起的转子过热的一种保护 四、发电机的负序电流保护第28页，本讲稿共
9、47页（二）负序定时限过电流保护 1 23 45 67四、发电机的负序电流保护第29页，本讲稿共47页两段式 跳闸 信号 四、发电机的负序电流保护（二）负序定时限过电流保护 第30页，本讲稿共47页（三）负序反时限过电流保护 保护动作特性 或 四、发电机的负序电流保护第31页，本讲稿共47页四、发电机的负序电流保护（三）负序反时限过电流保护 第32页，本讲稿共47页五、发电机的失磁保护(一)发电机的失磁运行及其影响(二)失磁发电机机端测量阻抗的变化轨迹(三)其他运行方式下发电机机端测量阻抗(四)失磁保护的构成方式第33页，本讲稿共47页对电力系统的危害：（1）造成系统中大量无功缺少。当系统中无
10、功储备不足，将引起电压下降，严重时引起电压崩溃，系统瓦解（2）造成系统中其他发电机增加无功输出。使某些发电机、变压器、输电线路过电流，后备保护可能因过流动作，扩大故障范围（3）造成有功功率摆动及系统电压降低。可能导致相邻正常运行的发电机与系统之间失去同步，引起系统振荡（一）发电机的失磁运行及其影响第34页，本讲稿共47页对发电机的危害：（1）转子绕组出现差频电流，引起绕组发热（2）异步运行后，发电机的等效电抗降低，从系统中吸收的无功增加，使定子绕组过热（3）对大型直接冷却式汽轮发电机，其转矩和有功将发生剧烈摆动。这种影响对水轮发电机更为严重，直接威胁机组安全（4）定子端部漏磁增强，使端部的部件
11、和端部铁芯过热（一）发电机的失磁运行及其影响第35页，本讲稿共47页（一）发电机的失磁运行及其影响系统功角特性关系：转子运动方程式：失步前开始失步完全失步第36页，本讲稿共47页(二)失磁发电机机端测量阻抗的变化轨迹1.等有功阻抗圆（P不变）系统第37页，本讲稿共47页2.临界失步圆（=90时，Q不变）(二)失磁发电机机端测量阻抗的变化轨迹第38页，本讲稿共47页3.失步后的异步运行阶段(二)失磁发电机机端测量阻抗的变化轨迹第39页，本讲稿共47页(三)其他运行方式下发电机机端测量阻抗第40页，本讲稿共47页(四)失磁保护的构成方式（1）虽失磁，但未形成危害时，及时发信号；失磁后，危及发电机和
12、系统安全运行时，动作于切机（2）水轮发电机失磁后，瞬时发信号。而在临近失步或电压降低到某一临界值附近时，切机（3）对于汽轮发电机，Q足够时，应瞬时或经短延时动作于 信号和自动减负荷装置，或切换至备用励磁系统，并以发电 机允许无励磁运行的时限切除发电机；Q不足时，立即发信 号，在临近失步或电压降低到某一临界值附近时，切机1.1.功能 功能第41页，本讲稿共47页（1）静稳边界阻抗圆判据（2）异步阻抗圆判据（3）无功方向判据（4）系统三相电压降低 2.失磁保护的主判据(四)失磁保护的构成方式（1）励磁电压下降（2）不出现负序分量（3）用延时躲振荡 3.失磁保护的辅助判据第42页，本讲稿共47页按躲
13、空载运行时的最低励磁电压整定4.汽轮发电机失磁保护装置按临界失步阻抗圆进行整定按保证电力系统安全运行所允许的最低电压整定11.5s0.51s第43页，本讲稿共47页5.整定值能自动随有功功率P变化的转子低电压失 磁继电器(四)失磁保护的构成方式第44页，本讲稿共47页六、发电机逆功率保护及其他保护（一）、逆功率保护：逆功率运行不能超过3分钟；1、保护原理：逆功率保护反应 发电机从系统吸收有功功率 的大小；2、动作判据：P的正方向指向系统母线；Pset动作区PQ第45页，本讲稿共47页（二）、低频累加保护低频运行 气轮机叶片疲劳损伤 使叶片断裂造成故障保护原理：保护通过4个定值f1,f2,f3,
14、f4将频率范围分为4个频率段，并且f1f2f3f4。I段：f1ff2 时，累加时间上限为t1；II段：f2ff3时，累加时间上限为t2；III段：f3ff4时，累加时间上限为t3；IV段：ff4时，无累加时间，有延时时间t4；I、II、III段累加到时间上限或第IV段经一短延时动作于发信号或跳闸。保护还应设低电压闭锁判据。第46页，本讲稿共47页（三）、断路器断口闪络保护 接在220KV及以上的发变组，在进行同步并列过程中，断路器合闸前，作用于断口上的电压随角（待并发电机与系统等效电源电动势之角度差）变化，当180时，其值达到最大为两者电动势之和，当量电动势相等时，侧会有两倍的运行电压作用于断口上，产生断口闪络事故。断口闪络的危害：对断路器本身造成损坏，可能会扩大事故，破坏系统稳定运行；一相或两相闪络会产生负序电流，威胁发电机安全；断口闪络保护：利用负序电流元件与非全相运行保护相结合；第47页，本讲稿共47页