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1、 水电站自动化n 重庆电力高等专科学校第五章 水轮发电机的继电保护5-1 5-1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5-2 5-2水轮发电机的纵联差动保护 水轮发电机的纵联差动保护5-3 5-3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5-4 5-4水轮发电机的电流电压保护 水轮发电机的电流电压保护5-5 5-5水轮发电机定子接地保护 水轮发电机定子接地保护5-6 5-6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5-7 5-7水轮发电机的失磁保护 水轮发电机的失磁保护5-8 5-8水轮发电机失步保护 水轮发电机失步保护5-9
2、 5-9水轮发电机过励磁保护 水轮发电机过励磁保护5-10 5-10水轮发电机逆功率保护 水轮发电机逆功率保护5-11 5-11水轮发电机轴电流保护 水轮发电机轴电流保护5-12 5-12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5-13 5-13发电机 发电机-变压器组的继电保护 变压器组的继电保护第五章 第五章 水轮发电机的继电保护 水轮发电机的继电保护55-1-1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n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。n1、水轮发电机的故障n2、水轮发电机的异常工作状
3、态n3、水轮发电机保护配置第五章 第五章 水轮发电机的继电保护 水轮发电机的继电保护一、水轮发电机的故障n1、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，严重损坏发电机，甚至引起火灾。n2、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。n3、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。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一、水轮发电机的故
4、障n4、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部分被短接，不但会烧毁转子绕组，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组剧烈振动，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“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两点接地现象出现。n5、发电机失磁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，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
5、章 第五章 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n1、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。n2、过负荷n3、过电压n特别是水轮发电机，因其调速系统惯性大，在突然甩负荷时，将引起过电压。n4、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。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三、水力发电机的保护配置n（一）一般原则n 电
6、压在3kV及以上、容量在6MW以上550MW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，装设相应的保护装置：n 1、定子绕组相间短路：n 2、定子绕组匝间短路；n 3、定子绕组接地；n 4、发电机外部相间短路；n 5、定子绕组过电压；n 6、定子绕组过负荷；n 7、转子表层（负序）过负荷；n 8、励磁绕组过负荷；n 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三、水力发电机的保护配置n（一）一般原则n 9、励磁回路一点接地；n 10、励磁电流异常下降或消失；n 11、定子铁心过励磁；n 12、调相运行与系统解列；n 13、发电机逆功率；n 14、失步；n 15、轴承
7、绝缘破坏。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n1、停机：断开发电机断路器、灭磁，关闭导水叶至机组停机状态；n2、解列灭磁：断开发电机断路器、灭磁，关导水叶至空载；n3、解列：断开发电机断路器、关导水叶至空载；n4、减出力：将水轮机出力减到给定值；n5、缩小故障影响范围：例如断开母联断路器等；n6、信号：发出声光信号第五章 第五章 水轮发电机的继电保护 水轮发电机的继电保护三、水力发电机的保护配置n（三）基本保护的配置n1、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，动作于瞬时跳开发电机开关、停机并灭磁
8、。n2、横联差动保护n当发电机定子绕组有2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定子绕组匝间短路，动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，用纵差动保护反应。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n3、零序保护n 当发电机电压回路回路的接地电容电流（未经消弧线圈补偿）大于或等于5A时，保护动作于跳闸、停机、灭磁。当接地电容电流小于5A时，保护应动作信号。对单机容量100MW及以上的发电机，应尽量装设保护范围为100%的接地保护。n4、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引起的定子
9、绕组过电流状态，并作为发电机的后备保护。n对单机容量为50MW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。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n5、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，应装设反应一相电流的过负荷保护，延时动作于信号。n6、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，延时动作于跳开关、停机、灭磁。n7、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，延时动作于信号。n8、转子回路过负荷：保护延时动作于信号，有时要求解列灭磁。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n9、失
10、磁保护n 当不允许失磁运行时，应在自动灭磁开关断开时，连跳发电机断路器。n10、调相运行保护：反应调相运行从系统解列，延时停机。n11、过励磁保护：低定值延时动作于信号和减励磁电流；高定值动作于延时解列灭磁。n12、贯流式、斜流式及大容量发电机逆功率保护：延时解列灭磁。n13、大容量发电机失步保护：一般作用于信号，也可作用于解列或自动减负荷。n14、轴电流保护：动作于信号或延时解列灭磁。n15、发电机转子表面（负序）过负荷保护：延时动作于信号。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三峡电站发电机保护的配置第五章 第五章 水轮发电机的继电保护 水轮发电机的继电保护第五章 第五
11、章 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55-22水轮发电机纵联差动保护水轮发电机纵联差动保护发电机纵差动保护,是发电机内部及引出线上短路故障的主保护之一。n1、保护接线与构成原理n2、完全差动保护动作值整定n3、发电机固定比率制动式差动保护 n4、发电机变比率制动式差动保护n5、工频变化量比率制动式差动保护第五章 第五章 水轮发电机的继电保护 水轮发电机的继电保护5 5-2 2水轮发电机纵联差动保护 水轮发电机纵联差动保护n1、保护接线与构成原理图中，KVI串接于三相电流互感器的中性线上，反应中性线
12、上的电流大小，作为差动保护TA断线监视用，延时发信号。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 5-2 2水轮发电机纵联差动保护 水轮发电机纵联差动保护n完全差动保护能反应发电机内部及引出线上的相间短路、大电流系统侧的单相接地短路故障。（但不能反应发电机内部匝间短路及分支开焊）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 5-2 2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
13、短路时，不完全纵差保护仍能可靠动作。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三峡机组第五章 第五章 水轮发电机的继电保护 水轮发电机的继电保护5 5-2 2水轮发电机纵联差动保护 水轮发电机纵联差动保护n2、常规完全差动保护动作整定n（中小型发电机，绕组无分支）n（1）动作电流按两个条件整定（取大的）nA、躲开二次侧不平衡电流:nB、躲开TA二次侧断线影响n（2）断线监视的整定n（3）灵敏度校验常规保护还要选择差动继电器的工作线圈和平衡线圈的匝数。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 5-2 2水轮发电机纵联差动保护 水轮发电机纵联差动保护n3、固定比
14、率制动式差动保护（完全差动和不完全差动）n（1）动作特性第五章 第五章 水轮发电机的继电保护 水轮发电机的继电保护（2）动作方程 完全纵差时 不完全纵差时 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（3）逻辑框图1发电机不完全纵差动保护一般使用单相出口方式第五章 第五章 水轮发电机的继电保护 水轮发电机的继电保护n（3）逻辑框图2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 水轮发电机的继电保护 水轮发电机的继电保护（4）定值的整定n比率制动系数Kbrkn启动电流Iact0n拐点电流Ibrk0n负序电压U2n差动速断Isn灵敏度校验第五章 第五章 水轮发电机的继电
15、保护 水轮发电机的继电保护5 5-2 2水轮发电机纵联差动保护 水轮发电机纵联差动保护n4、变比率制动式差动保护原理（1）n（1）动作特性第五章 第五章 水轮发电机的继电保护 水轮发电机的继电保护n（2）动作方程高值比例差动比例差动差动速断第五章 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 5-2 2水轮发电机纵联差动保护 水轮发电机纵联差动保护n4、变比率制动式差动保护原理（2）n（1）动作特性（三峡机组）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n（
16、2）动作方程（三峡机组）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55-22水轮发电机纵联差动保护水轮发电机纵联差动保护n5、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。n工频变化量概念如下：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（1）动作特性第五章 第五章 水轮发电机的继电保护 水轮发电机的继电保护n（2）动作方程第五章 第五章 水轮发电机的继电保护 水轮发电机的继电保护第五章 第
17、五章 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 水轮发电机的继电保护 水轮发电机的继电保护55-33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 水轮发电机的继电保护 水轮发电机的继电保护一、横差保护是发电机定子绕组匝间短路（同分支匝间短路及同相不同分支之间的匝间短路）、线棒开焊的主保护，也能保护定子绕组相间短路。类型：n单元件横差保护（零序电流横差保护）n裂相横差保护第五章 第五章 水轮发电机的继电保护 水轮发电机的继电保护1、单元件横差保护（零序电流横差保护）适用于每相
18、定子绕组为多分支，且有两个或两个以上中性点引出的发电机。正常情况下：每个并联分支的电势相等，各供出一半的负荷电流，因此N与N点电位相等。匝间短路时，两个绕组的电势不再相等，即因此N与N点电位不再相等。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（1）构成原理：装设在发电机两个中性点连线上的横差保护。横差动保护电流互感器，发电机正常运行和外部短路时，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。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（2）动作特性及动作整定值动作区高定值段横差保护：相当于传统单元件横差保护，动作电流按
19、躲过外部短路最大不平衡电流整定，通常可取高灵敏横差保护：动作电流按躲过发电机正常运行时最大不平衡电流整定，可靠系数大于2，一般可取：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性两点接地时横差保护误动，保护切换为0.51.0S延时动作。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（3）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。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（4）横差动保护在下列情况下存在死区：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2、裂相横
20、差保护（1）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，差动电流超过整定值后，将触发保护动作。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（2）相绕组多并联分支时的裂相横差保护：将每相如a1、a3、a5分支电流互感器TA2的二次侧并联，a2、a4分支电流互感器TA2二次侧并联，按照上述方法构成裂相横差保护，见下图。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（2）动作特性及动作值的整定：0.
21、4-0.5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三峡机组裂相横差保护：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三峡机组各种差动保护的动作特性第五章 第五章 水轮发电机的继电保护 水轮发电机的继电保护二、纵向零序电压式匝间保护1、构成原理该保护反映的是发电机纵向零序电压的基波分量，并用其三次谐波增量作为制动量。发电机正常运行或相间短路时，无零序电压。定子绕组单相接地时，故障相对地电压等于零，中性点对地电压为相电压，三相定子绕组对中性点电压仍然对称，不出现机端对绕组中性点的零序电压。（中性点不接地）当定子绕组发生匝间短路，形成纵向不对称（指机端相对于中性点不对
22、称)时，便出现机端三相对中性点电压不对称。机端对中性点的零序序电压为纵向零序电压，取自机端专用TV的开口三角输出端。TV应全绝缘,其一次中性点不允许接地，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 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 水轮发电机的继电保护 水轮发电机的继电保护2、接线原理第五章 第五章 水轮发电机的继电保护 水轮发电机的继电保护3、动作判据零序电压基波通道与三次谐波通道相互独立，并采用硬件滤波回路和软件滤波算法滤去零序电压基波通道的三次谐波分量，滤去三次谐波电压通道的基波分量。保护采用两段式，I段为次灵敏段，II段为灵敏段：第五章 第五章 水轮
23、发电机的继电保护 水轮发电机的继电保护4、逻辑框图为防止专用TV一次断线时保护误动，引入TV断线闭锁；另外，为防止区外故障或其他原因产生的纵向零序电压使保护误动，引入负序功率方向闭锁。电压平衡式TV断线逻辑框图第五章 第五章 水轮发电机的继电保护 水轮发电机的继电保护55-4 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一、相间短路的后备保护一、相间短路的后备保护11、相间阻抗保护、相间阻抗保护22、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四、发电机定子电压保护四、发电机定子电
24、压保护第五章 第五章 水轮发电机的继电保护 水轮发电机的继电保护5 5-4 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一、相间短路的后备保护 一、相间短路的后备保护1 1、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后备保护，电压量取发电机机端TV1相间电压，电流量取发电机后备电流通道相间电流。n(1)阻抗特性的选择：nA、当某段阻抗反向定值整定为零时，选择方向阻抗圆；nB、当某段阻抗正向定值大于反向定值时，选择偏移阻抗圆；nC、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。n阻抗保护的方向指向由整定值整定实现，一般正方向指向发电机外。第
25、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n(2)阻抗特性nI为相间电流，U为对应相间电压，Zn为阻抗反向整定值，Zp 为阻抗正向整定值。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n(3)阻抗元件的比相动作方程n（4）阻抗保护启动元件动作方程n阻抗保护的起动元件采用相间电流工频变化量起动或负序电流元件起动，开放500ms，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：n其中：It为浮动门坎，随着变化量输出增大而逐步自动提高。取1.25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。Ith为固定门坎。当相间电流的工频变化
26、量大于0.2In 时，起动元件动作。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n(5)阻抗保护的动作逻辑第五章 第五章 水轮发电机的继电保护 水轮发电机的继电保护2 2、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、高压母线和相邻线路故障的后备。复合电压过流设两段定值、各一段延时，第段动作于跳母联开关或其他开关，第段动作于停机。电流电压一般取自发电机的同一侧TA和TV；发变组TA取自发电机中性点侧。n(1)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，有两个控制字（即过流I段经复压闭锁，过流II段经复压闭锁）来控制过流I 段和
27、过流II 段经复合电压闭锁。当过流经复压闭锁控制字为1时，表示本段过流保护经过复合电压闭锁。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n(2)电流记忆功能：n对于自并励发电机，在短路故障后电流衰减变小，故障电流在过流保护动作出口前可能已小于过流定值，因此，复合电压过流保护起动后，过流元件需带记忆功能，使保护能可靠动作出口。控制字“自并励发电机”在保护装置用于自并励发电机时置“1”。对于自并励发电机，过流保护必须经复合电压闭锁。n(3)TV 断线对复合电压闭锁过流的影响n装置设有整定控制字（即TV 断线保护投退原则）来控制TV 断线时复合电压元件的动作行为。当装置判断出本侧TV
28、断线时：n 若“TV断线保护投退原则”控制字为1时，表示复合电压元件不满足条件；n 若TV 断线保护投退原则控制字为0时，表示复合电压元件满足条件，这样复合电压闭锁过流保护就变为纯过流保护。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n(4)发电机复压过流保护出口逻辑：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 5-4 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二、发电机定子负序电流保护 二、发电机定子负序电流保护产 产生 生的 的原 原因 因：当 当电 电力 力系 系统 统中 中发 发生 生不 不对 对称 称短 短路 路或 或在 在正 正常 常运
29、运行 行情 情况 况下 下三 三相 相负 负荷 荷不 不平 平衡 衡时 时，在 在发 发电 电机 机定 定子 子绕 绕组 组中 中将 将出 出现 现负 负序 序电流。电流。负序电流的危害：负序电流的危害：（1 1）负 负序 序电 电流 流产 产生 生负 负序 序磁 磁场 场，其 其旋 旋转 转方 方向 向与 与机 机组 组转 转向 向相 相反 反，故 故将 将以 以两 两倍 倍的 的同 同步 步转 转速 速扫 扫过 过转 转子 子的 的表 表面 面，在 在转 转子 子绕 绕组 组及 及转 转子 子铁芯表面感应出 铁芯表面感应出100HZ 100HZ的交流电流，使转子局部过热。的交流电流，使转子
30、局部过热。（2 2）100HZ 100HZ的 的交 交流 流电 电流 流产 产生 生的 的交 交变 变电 电磁 磁转 转矩 矩，将 将同 同时 时作 作用 用在转子大轴和定于机座上，从而引起 在转子大轴和定于机座上，从而引起100Hz 100Hz的振动。的振动。保护动作量取机端、中性点的负序电流。保护动作量取机端、中性点的负序电流。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允许流过的负序电流及允许时间的关系 允许流过的负序电流及允许时间的关系由 由于 于负 负序 序电 电流 流在 在转 转子 子中 中所 所引 引起 起的 的发 发热 热量 量，正 正比 比于 于负 负序 序电
31、电流 流的 的平 平方 方及 及所 所持 持续 续时 时间 间的 的乘 乘积 积，则 则不 不使 使转 转子 子过 过热 热所 所允 允许 许的 的负 负序 序电流和时间的关系，可用下式表示：电流和时间的关系，可用下式表示：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有两种保护：定时限和反时限负序过负荷保护 定时限和反时限负序过负荷保护第五章 第五章 水轮发电机的继电保护 水轮发电机的继电保护1 1、定时限负序过负荷保护、定时限负序过负荷保护保护由两段式组成:I段经t1（4s)延时动作于跳闸；段经t2(510s)延时动作于信号。蓝色曲线为动作特性第五章 第五章 水轮发电机的继电保
32、护 水轮发电机的继电保护第五章 第五章 水轮发电机的继电保护 水轮发电机的继电保护I段II段第五章 第五章 水轮发电机的继电保护 水轮发电机的继电保护2 2、反时限负序过负荷保护、反时限负序过负荷保护反 反时 时限 限过 过电 电流 流保 保护 护是 是一 一种 种动 动作 作时 时间 间随 随通 通过 过电 电流 流的 的增 增大 大而 而减 减小的保护。小的保护。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（1 1）反时限动作曲线）反时限动作曲线反时限上限延时定值 反时限下限延时定值反时限负序电流起动定值反时限上限负序电流值第五章 第五章 水轮发电机的继电保护 水轮发电机的继
33、电保护反时限保护由以下三部分组成：反时限保护由以下三部分组成：下限启动 下限启动 反时限部分 反时限部分 上限定时限部分 上限定时限部分上限定时限部分设最小动作时间定值。上限定时限部分设最小动作时间定值。当 当负 负序 序电 电流 流超 超过 过下 下限 限整 整定 定值 值I I2szd 2szd 时 时，反 反时 时限 限部 部分 分起 起动 动，并 并进 进行 行累 累积 积。反 反时 时限 限保 保护 护热 热积 积累 累值 值大 大于 于热 热积 积累 累定 定值 值时 时，保 保护 护发 发出跳闸信号。出跳闸信号。负 负序 序反 反时 时限 限保 保护 护能 能模 模拟 拟转 转子
34、 子的 的热 热积 积累 累过 过程 程，并 并能 能模 模拟 拟散 散热 热：发 发电 电机 机发 发热 热后 后，若 若负 负序 序电 电流 流小 小于 于I I2h 2h时 时，发 发电 电机 机的 的热 热积 积累 累通 通过 过散 散热 热过 过程 程，慢 慢慢 慢减 减少 少；负 负序 序电 电流 流增 增大 大，超 超过 过I I2h 2h时 时，从 从现 现在 在的 的热积累值开始，重新热积累的过程。热积累值开始，重新热积累的过程。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（2 2）反时限动作方程）反时限动作方程I I2 2：发电机负序电流：发电机负序电流I I
35、ezd ezd:发电机额定电流 发电机额定电流I I2l 2l：发电机长期运行允许负序电流（标么值）：发电机长期运行允许负序电流（标么值）A A：转子负序发热常数。：转子负序发热常数。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（3 3）反时限动作逻辑框图）反时限动作逻辑框图反时限负序保护可选择跳闸或报警，跳闸方式为解列灭磁。反时限负序保护可选择跳闸或报警，跳闸方式为解列灭磁。上下限定时反时限第五章 第五章 水轮发电机的继电保护 水轮发电机的继电保护5 5-4 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三、发电机定子过负荷保护 三、发电机定子过负荷保护定 定子 子过
36、过负 负荷 荷保 保护 护反 反应 应发 发电 电机 机定 定子 子绕 绕组 组的 的平 平均 均发 发热 热状 状况 况。保 保护动作量同时取发电机机端、中性点定子电流。护动作量同时取发电机机端、中性点定子电流。有两种典型保护：定时限和反时限过电流保护。有两种典型保护：定时限和反时限过电流保护。1 1、定时限定子过负荷保护、定时限定子过负荷保护（1 1）构成）构成定时限定子过负荷保护配置一段跳闸、一段信号。定时限定子过负荷保护配置一段跳闸、一段信号。（2 2）保护逻辑框图）保护逻辑框图第五章 第五章 水轮发电机的继电保护 水轮发电机的继电保护第五章 第五章 水轮发电机的继电保护 水轮发电机的
37、继电保护2 2、反时限定子过负荷保护、反时限定子过负荷保护（1 1）保护动作特性）保护动作特性tmin tmin：反时限上限延时定值：反时限上限延时定值tmax tmax：反时限下限延时定值：反时限下限延时定值Iszd Iszd：反时限起动定值：反时限起动定值Ih Ih：上限电流值。：上限电流值。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2 2、反时限定子过负荷保护、反时限定子过负荷保护（2 2）动作方程）动作方程KSzd KSzd:发电机发热时间常数 发电机发热时间常数Ksrzd Ksrzd：发电机散热效应系数：发电机散热效应系数为 为防 防止 止区 区外 外故 故障 障后
38、后热 热累 累积 积不 不能 能散 散掉 掉，发 发电 电机 机散 散热 热效 效应 应系 系数 数一般建议整定在 一般建议整定在1.02-1.05 1.02-1.05。Iezd Iezd：发电机额定电流二次值：发电机额定电流二次值第五章 第五章 水轮发电机的继电保护 水轮发电机的继电保护2 2、反时限定子过负荷保护、反时限定子过负荷保护（3 3）动作逻辑框图）动作逻辑框图第五章 第五章 水轮发电机的继电保护 水轮发电机的继电保护5 5-4 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四、发电机定子电压保护 四、发电机定子电压保护1 1、过电压保护、过电压保护过 过电 电压 压保 保
39、护 护用 用于 于保 保护 护发 发电 电机 机各 各种 种运 运行 行情 情况 况下 下引 引起 起的 的定 定子 子过 过电 电压 压。发 发电 电机 机电 电压 压保 保护 护所 所用 用电 电压 压量 量的 的计 计算 算不 不受 受频 频率 率变 变化 化影 影响 响。过电压保护反应机端三相相间电压，动作于跳闸出口。过电压保护反应机端三相相间电压，动作于跳闸出口。动作电压：动作电压：动作时间：动作时间：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动作逻辑 动作逻辑第五章 第五章 水轮发电机的继电保护 水轮发电机的继电保护2 2、低电压保护（调相失压保护）、低电压保护（调
40、相失压保护）低 低电 电压 压保 保护 护由 由经 经外 外部 部控 控制 制接 接点 点（调 调相 相运 运行 行控 控制 制接 接点 点，调 调相 相时 时闭 闭锁 锁）来 来闭 闭锁 锁的 的低 低电 电压 压构 构成 成，低 低电 电压 压保 保护 护反 反应 应三 三相 相相 相间 间电 电压的降低。低电压保护设一段跳闸段，延时可整定。压的降低。低电压保护设一段跳闸段，延时可整定。Uppmax Uppmax 为相间电压最大值。为相间电压最大值。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55-5 5 水轮发电机的定子接地保护水轮发电机的定子接地保护水水轮轮发发电电机机定
41、定子子绕绕组组通通常常属属于于小小接接地地电电流流系系统统，当当发发生生单单相相接接地地时时，会会在在接接地地点点引引起起电电弧弧，烧烧坏坏定定子子的绝缘，并有可能发展为匝间或相间短路。的绝缘，并有可能发展为匝间或相间短路。一、定子绕组单相接地的特点一、定子绕组单相接地的特点二、零序电压定子接地保护二、零序电压定子接地保护三、三次谐波电压定子接地保护三、三次谐波电压定子接地保护11、三次谐波电压比率定子接地保护、三次谐波电压比率定子接地保护22、三次谐波电压差动定子接地保护、三次谐波电压差动定子接地保护四、外加低频电源式发电机定子接地保护四、外加低频电源式发电机定子接地保护第五章 第五章 水轮
42、发电机的继电保护 水轮发电机的继电保护55-5 5 水轮发电机的定子接地保护水轮发电机的定子接地保护一、定子绕组单相接地的特点一、定子绕组单相接地的特点 11、电压特点、电压特点 表表示示出出中中性性点点到到故故障障点点的的绕绕组组占占全全部部绕绕组组布布线线的百分数，各的百分数，各相机端对地电压相机端对地电压分别为：分别为：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ABC结论：机端零序电压将随故障点位置不同而改变；当机端单相接地时（1），在中性点附近单相接地时（0），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 22、电流特点、电流特点发发电电机机的的零零序序电
43、电容容电电流流和和网网络络的的零零序序电电容容电电流流分分别别为为则总接地电流为：则总接地电流为：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结 结论 论：流 流经 经故 故障 障点 点的 的接 接地 地电 电流 流与 与 和 和C C0 0成 成正 正比 比，当 当机 机端 端（1 1）单 单相 相接 接地 地时 时，接 接地 地电 电流 流最 最大 大；与 与发 发电 电机 机有 有电 电联 联系 系的 的元件越多，接地电流也越大。元件越多，接地电流也越大。发 发电 电机 机的 的定 定子 子单 单相 相接 接地 地保 保护 护是 是采 采用 用零 零序 序电 电流 流方 方
44、式 式还 还是 是零 零序 序电压方式取决于发电机的具体工作条件：电压方式取决于发电机的具体工作条件：如 如发 发电 电机 机直 直接 接连 连在 在发 发电 电机 机电 电压 压母 母线 线上 上，通 通常 常采 采用 用零 零序 序电 电流保护；流保护；如 如发 发电 电机 机和 和变 变压 压器 器组 组成 成单 单元 元接 接线 线，通 通常 常采 采用 用零 零序 序电 电压 压保 保护；护；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55-5 5 水轮发电机的定子接地保护水轮发电机的定子接地保护二、零序电压基波定子接地保护二、零序电压基波定子接地保护第五章 第五章 水
45、轮发电机的继电保护 水轮发电机的继电保护1 1、特点、特点（1 1）电压信号的选取）电压信号的选取零 零序 序电 电压 压取 取自 自发 发电 电机 机电 电压 压互 互感 感器 器二 二次 次侧 侧开 开口 口三 三角 角形 形，或 或通 通过 过软 软件 件计 计算 算，采 采用 用基 基波 波零 零序 序。由 由于 于保 保护 护采 采用 用了 了频 频率 率跟 跟踪 踪、数 数字 字滤 滤波 波及 及全 全周 周傅 傅氏 氏算 算法 法，使 使得 得零 零序 序电 电压 压对 对三 三次 次谐 谐波 波的 的滤 滤除 除比 比达 达100 100 以上，保护只反应基波分量。以上，保护只
46、反应基波分量。（2 2）不足）不足在 在中 中性 性点 点附 附近 近有 有（5-15 5-15）%的 的死 死区 区，故 故基 基波 波零 零序 序电 电压 压保 保护 护发 发电机 电机85-95 85-95的定子绕组单相接地。的定子绕组单相接地。（3 3）构成）构成对 对大 大型 型机 机组 组，基 基波 波零 零序 序电 电压 压保 保护 护设 设两 两段 段定 定值 值，一 一段 段为 为灵 灵敏 敏段，另一段为高定值段。段，另一段为高定值段。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2 2、动作方程、动作方程
47、（1 1）灵敏段基波零序电压保护）灵敏段基波零序电压保护动作于信号时，其动作方程为 动作于信号时，其动作方程为:式 式中 中Un0 Un0 为 为发 发电 电机 机中 中性 性点 点零 零序 序电 电压 压，U0zd U0zd 为 为零 零序 序电 电压 压定 定值 值，通常为 通常为15-30V 15-30V，动作时限为，动作时限为1.5s 1.5s。灵敏段动作于跳闸时 灵敏段动作于跳闸时需 需经 经主 主变 变高 高压 压侧 侧零 零序 序电 电压 压闭 闭锁 锁，以 以防 防止 止区 区外 外故 故障 障时 时定 定子 子接 接地基波零序电压灵敏段误动。地基波零序电压灵敏段误动。灵 灵敏
48、 敏段 段动 动作 作于 于跳 跳闸 闸时 时，还 还需 需经 经机 机端 端开 开口 口三 三角 角零 零序 序电 电压 压闭 闭锁 锁，闭 闭锁 锁定 定值 值不 不需 需整 整定 定，保 保护 护装 装置 置根 根据 据系 系统 统参 参数 数中 中机 机端 端、中 中性 性点 点TV TV 的变比自动转换。的变比自动转换。（2 2）高 高定 定值 值段 段基 基波 波零 零序 序电 电压 压保 保护 护，取 取中 中性 性点 点零 零序 序电 电压 压为 为动 动作量，动作方程为：作量，动作方程为：高定值段可单独投退，动作于跳闸。高定值段可单独投退，动作于跳闸。第五章 第五章 水轮发电
49、机的继电保护 水轮发电机的继电保护三、三次谐波电压定子接地保护 三、三次谐波电压定子接地保护三 三次 次谐 谐波 波电 电压 压保 保护 护只 只保 保护 护发 发电 电机 机中 中性 性点 点附 附近 近25 25 左 左右 右的 的定 定子 子接 接地 地。机 机端 端三 三次 次谐 谐波 波电 电压 压取 取自 自机 机端 端开 开口 口三 三角 角零 零序 序电 电压 压，中 中性点侧三次谐波电压 性点侧三次谐波电压取自发电机中性点 取自发电机中性点TV TV。1 1、发电机三次谐波电势的分布特点、发电机三次谐波电势的分布特点由 由于 于发 发电 电机 机气 气隙 隙磁 磁通 通密 密
50、度 度的 的非 非正 正弦 弦分 分布 布和 和铁 铁磁 磁饱 饱和 和的 的影 影响 响，发电机电动势中存在三次谐波。发电机电动势中存在三次谐波。（1 1）正常运行时，发电机三次谐波等值电路）正常运行时，发电机三次谐波等值电路假定：假定：把 把发 发电 电机 机每 每相 相对 对地 地电 电容 容C C0G 0G分 分成 成相 相等 等地 地两 两部 部分 分，每 每部 部分 分1/2C 1/2C0G 0G等效地分别集中在发电机的中性点 等效地分别集中在发电机的中性点N N和机端 和机端S S处；处；将 将发 发电 电机 机端 端引 引出 出线 线、升 升压 压变 变压 压器 器、厂 厂用