第10章 發(fā)電機保護

1、第第1010章章 發(fā)電機保護發(fā)電機保護瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院繼電保護2 教學(xué)要求： 熟悉發(fā)電機的故障和不正常工作狀態(tài)； 掌握發(fā)電機縱差保護的工作原理和整定原則； 理解發(fā)電機橫差保護工作原理； 掌握100%保護范圍的發(fā)電機定子接地保護工作原理； 理解勵磁回路一點接地、兩點接地保護； 了解負序過電流保護； 掌握發(fā)電機失磁保護； 了解發(fā)電機-變壓器組保護特點。 第第1010章章 發(fā)電機保護發(fā)電機保護瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院繼電保護310-1 發(fā)電機的故障，不正常工作狀態(tài)及其保護方式10-2 發(fā)電機的縱差保護10-3 發(fā)電機定子繞組匝間短路保護 10-4 發(fā)電機定子繞組單相接地保護10-5 發(fā)電機勵磁回路接地保護1

2、0-6 發(fā)電機失磁保護10-7 發(fā)電機的后備保護10-8 發(fā)電機的過負荷保護10-9 發(fā)電機的過電壓保護10-10 發(fā)電機變壓器組的保護第第1010章章 發(fā)電機保護發(fā)電機保護瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院繼電保護410.1.1 發(fā)電機故障1.發(fā)電機內(nèi)部故障定子：相間短路，匝間短路，單相接地轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子一點（兩點）接地，失磁2.外部故障定子繞組引出線：相間短路，單相接地10-1 10-1 發(fā)電機的故障，不正常工作狀態(tài)及其保護方式發(fā)電機的故障，不正常工作狀態(tài)及其保護方式瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院繼電保護51.外部短路或系統(tǒng)振蕩引起的定子繞組過電流； 2.定子繞組引起的三相對稱過負荷； 3.外部不對稱短路或不對稱負荷（如果相

3、負荷、非全相運行等）而引起的發(fā)電機過電流和過負荷； 4.突然甩負荷而引起的定子繞組過電壓； 5.勵磁回路故障或強勵時間過長而引起的轉(zhuǎn)子繞組過負荷；6.汽輪機主汽門突然關(guān)閉而引起的發(fā)電機逆功率運行等。 10.1.2 10.1.2 發(fā)電機不正常工作狀態(tài)發(fā)電機不正常工作狀態(tài)瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院繼電保護61.縱差保護：反應(yīng)定子繞組及引出線相間短路 瞬時動作于1KOM：跳QF，跳MK，停機2.零序保護：反應(yīng)定子單相接地Ic5A 保護動作于1KOMIc5A 保護作用于信號3.橫差保護：反應(yīng)定子匝間短路4.過電流保護（后備保護）：反應(yīng)外部短路或系統(tǒng)振蕩引起的定子繞組過電流。 延時動作于2KOM：跳QF，跳MK1

4、0.1.3 10.1.3 發(fā)電機保護配置發(fā)電機保護配置瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院繼電保護75.過負荷保護：定子繞組引起的三相對稱過負荷。 延時作用于發(fā)信號6.過電壓保護：突然甩負荷而引起的定子繞組過電壓。 延時作用于2KOM7.轉(zhuǎn)子一點接地保護：反應(yīng)轉(zhuǎn)子一點接地。作用于發(fā)信號8.轉(zhuǎn)子兩點接地保護：反應(yīng)轉(zhuǎn)子兩點接地。動作于1KOM9.失磁保護：反應(yīng)轉(zhuǎn)子失磁。作用于2KOM10.轉(zhuǎn)子回路過負荷保護11.逆功率保護10.1.3 10.1.3 發(fā)電機保護配置發(fā)電機保護配置瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院繼電保護810.2.1 帶斷線監(jiān)視的發(fā)電機普通縱差保護 1.接線：原理接線圖，按正常時的“環(huán)流接線”。圖10-110-2 10

5、-2 發(fā)電機的縱差保護發(fā)電機的縱差保護瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院繼電保護9圖10-2 帶斷線監(jiān)視的發(fā)電機普通縱差保護原理接線圖瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院繼電保護102.動作過程分析:圖10-2(1)正常及外部短路時u 一次電流：發(fā)電機母線u 二次電流：環(huán)流 I Ij j=I=Ibpbp（I Ibp.maxbp.max）I Idz.jdz.j KD不動作,保護不動作10.2.1 帶斷線監(jiān)視的發(fā)電機普通縱差保護瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院繼電保護112.動作過程分析:圖10-2（2）內(nèi)部故障時l 一次電流：發(fā)電機尾端短路點；母線短路點l 二次電流：I Ij j=I=Id dI Idz.j dz.j KD動作+WCFU1KD（常開

6、）閉合KS線圈XB1KOM線圈FU2-WC1KOM線圈帶電動作：跳QF，跳MK，停機切除故障KS線圈帶電動作：發(fā)掉牌信號，光字牌信號，音響信號10.2.1 帶斷線監(jiān)視的發(fā)電機普通縱差保護瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院繼電保護122.動作過程分析:圖10-2（3）TA二次回路斷線時（設(shè)C相斷線） 3KD：I Ij j=I=IfhfhI Idzdz 3KD不動作（整定計算獲得） KA0：I Ij j=I=IfhfhI Idzdz KA0動作發(fā)斷線監(jiān)視信號10.2.1 帶斷線監(jiān)視的發(fā)電機普通縱差保護瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院繼電保護133.動作參數(shù)整定(1)差動繼電器KD：u 動作電流的整定原則： 躲外部故障時的最大不平衡

7、電流：I Idzdz=K=Kk kI Ibp.maxbp.max躲差動回路斷線時的發(fā)電機額定電流:I Idzdz=K=Kk kI Ie.fe.fu繞組匝數(shù)的整定：同變壓器縱差保護繞組匝數(shù)的整定：同變壓器縱差保護(2)斷線監(jiān)視繼電器KA0：I Idzdz=0.2I=0.2Ie.fe.f(3)靈敏性校驗： K Klmlm=I=Id.mind.min/I/Idzdz2210.2.1 帶斷線監(jiān)視的發(fā)電機普通縱差保護瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院繼電保護141.接線： 原理接線圖，按正常時的“環(huán)流接線”。圖10-3差動線圈Ld：分別接于各相的差動回路平衡線圈Lbal：串聯(lián)起來接于差動保護的中性線回路Ld與Lbal極性

8、相反Ld：差動電流 Lbal：Ia+Ib+Ic10.2.2 采用BCH-2型差動繼電器構(gòu)成的高靈敏縱差保護 瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院繼電保護15圖10-3 發(fā)電機高靈敏縱差保護原理接線瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院繼電保護162.動作過程分析:圖10-3(1)正常時 I Ij.dj.d=I=IbpbpI Idz.jdz.j I Ij.balj.bal=I=Ibp.abp.a+I+Ibp.bbp.b+I+Ibp.cbp.cI Idz.jdz.j(2)內(nèi)部故障時三相短路：I Ij.dj.d=I=Id dI Idz.jdz.j I Ij.balj.bal=I=Ibp.abp.a+I+Ibp.bbp.b+I+Ibp.cbp

9、.c=0=0兩相短路（AB）：I Ij.dj.d=I=Id dI Idz.jdz.j I IdAdA=-I=-IdBdB I Idcdc=0=0 I Ij.balj.bal=I=Ibp.abp.a+I+Ibp.bbp.b+I+Ibp.bp.c=0c=0KD不動作KD靈敏動作10.2.2 采用BCH-2型差動繼電器構(gòu)成的高靈敏縱差保護 KD靈敏動作瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院繼電保護17(3）TA二次回路斷線時（設(shè)C相斷線）斷線相：Ld與Lbal流過Ifh KD不動作非斷線相：Ld流過Ibp；Lbal流過Ifh 要求KD不動作10.2.2 采用BCH-2型差動繼電器構(gòu)成的高靈敏縱差保護 瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院繼電

10、保護183.整定計算:圖10-3(1)平衡線圈Lbal的計算 原則：躲TA二次回路斷線時，保護不誤動 I Ie.f.2e.f.2L LbalbalAWAW0 0 K Kk kI Ie.f.2e.f.2L Lbalbal=AW=AW0 0 L Lbal.jsbal.js=AW=AW0 0/K/Kk kI Ie.f.2e.f.2 取整得平衡線圈整定匝數(shù)L Lbal.zbal.z10.2.2 采用BCH-2型差動繼電器構(gòu)成的高靈敏縱差保護 瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院繼電保護19(2)差動線圈Ld的計算:圖10-3 原則：躲TA二次回路斷線時，保護不誤動 即：I Ie.f.2e.f.2(L(Ld d-L-Lba

11、lbal) )AWAW0 0 K Kk kI Ie.f.2e.f.2(L(Ld d-L-Lbalbal)=AW)=AW0 0 L Ld.jsd.js=AW=AW0 0/K/Kk kI Ie.f.2e.f.2+L+Lbalbal2AW2AW0 0/K/Kk kI Ie.f.2e.f.2 取整得差動線圈整定匝數(shù)L Ld.zd.z10.2.2 采用BCH-2型差動繼電器構(gòu)成的高靈敏縱差保護 瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院繼電保護20 (3)動作電流： I Idz.jdz.j=AW=AW0 0/L/Ld.zd.z=1/2K=1/2Kk kI Ie.f.2e.f.2 與普通差動比較：I Idz.jdz.j=K=Kk

12、kI Ie.f.2e.f.2 靈敏度較普通縱差保護高一倍10.2.2 采用BCH-2型差動繼電器構(gòu)成的高靈敏縱差保護 瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院繼電保護2110.3.1 匝間短路的特點 :圖10-410-3 10-3 發(fā)電機定子繞組匝間短路保護發(fā)電機定子繞組匝間短路保護 瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院繼電保護221.發(fā)電機定子繞組單繼電器式橫差保護 ：圖10-510.3.2 10.3.2 橫差動保護的構(gòu)成及工作原理橫差動保護的構(gòu)成及工作原理瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院繼電保護232.定子繞組零序電壓原理的匝間短路保護圖10-6 發(fā)電機零序電壓匝間電流保護專用TV接入方式 10.3.2 10.3.2 橫差動保護的構(gòu)成及工作原理橫差

13、動保護的構(gòu)成及工作原理瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院繼電保護2410.4.1 定子繞組單相接地的特點1.單相接地時的零序電壓：即：故障點離中性點越遠，零序電壓越高10-4 10-4 發(fā)電機定子繞組單相接地保護發(fā)電機定子繞組單相接地保護 圖10-7定子繞組單相接地時的網(wǎng)絡(luò)圖 圖10-8 定子A相a處單相接地時的相量圖 瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院繼電保護252.單相接地時的零序電流：外部接地時:流過的零序電流為發(fā)電機的零序電容電流；內(nèi)部接地時:流過的零序電流為發(fā)電機電壓網(wǎng)絡(luò)中所有其他元件的零序電容電流之和。圖10-9 定子繞組接地時零序電流的分布（a）內(nèi)部接地 （b）外部接地（a）（b）10.4.1 10.4.1 定子繞

14、組單相接地的特點定子繞組單相接地的特點瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院繼電保護261.構(gòu)成原理： 反應(yīng)內(nèi)部故障和外部故障時零序電流的大小不同構(gòu)成的2.接線：圖10-10 采用專用零序電流互感器，KA，KT，KOM，KM（由外部相間短路過電流保護的起動元件起動），KM（常開）閉鎖KT線圈。為了防止外部相同短路產(chǎn)生的不平衡電流引起保護誤動，特增設(shè)了用后備過電流保護接點實現(xiàn)閉鎖的回路。3.動作過程10.4.2 反應(yīng)零序電流的發(fā)電機定子繞組單相接地保護瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院繼電保護27圖10-10 利用零序電流的發(fā)電機單相接地保護原理圖 瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院繼電保護281.構(gòu)成原理： 利用發(fā)電機單相接地零序電壓的出現(xiàn)構(gòu)成的保護

15、2.接線：TV開口三角形側(cè)取3U0過電壓繼電器KV時間繼電器KT3.動作過程：動作于發(fā)信號 10.4.3 反應(yīng)零序電壓的發(fā)電機定子繞組單相接地保護瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院繼電保護291.雙頻式100%接地保護 由基波零序電壓保護和3次諧波電壓保護組成2.外加直流電源的100%接地保護10.4.4 具有100%保護范圍的發(fā)電機定子繞組接地保護 瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院繼電保護3010.5.1 勵磁回路接地故障的危害 由于發(fā)生一點接地不能形成電流回路，因此對發(fā)電機沒有直接影響。如果接地故障不排除，則由于運行過程中勵磁回路其他部分對地電壓升高或操作過程中出現(xiàn)的操作過電壓，可能造成勵磁回路的另一點接地，即兩點接地。

16、1.破壞了氣隙磁通的對稱性，引起發(fā)電機劇烈振動； 2.部分繞組中將由于過電流而過熱，燒壞轉(zhuǎn)子，也可能使轉(zhuǎn)子、汽輪機的汽缸等部件磁化； 3.高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子由于其勵磁電流分布不均，從而和定子三相電流形成不對稱電磁力，使轉(zhuǎn)子發(fā)生機械損壞。 10-5 10-5 發(fā)電機勵磁回路接地保護發(fā)電機勵磁回路接地保護 瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院繼電保護31 1.水輪發(fā)電機裝設(shè)勵磁回路一點接地保護。1MW及以上的水輪發(fā)電機一點接地后，保護動作于信號，值班員接到信號后，立即安排轉(zhuǎn)移負荷和停機檢修；1MW以下的一點接地故障采用定期檢測裝置，發(fā)現(xiàn)一點接地后，立即停機。由于結(jié)構(gòu)上的原因，水輪發(fā)電機的勵磁回路一點接地是不允許的，因此一

17、點接地后應(yīng)安排停機；因一點接地后不允許運行，所以水輪機一般不裝設(shè)兩點接地保護。 2.汽輪發(fā)電機應(yīng)裝設(shè)勵磁回路一點接地保護，動作于信號，但允許發(fā)電機繼續(xù)運行一段時間。當(dāng)一點接地后，又出現(xiàn)了新的接地點，即形成兩點接地時，保護應(yīng)動作于停機，故應(yīng)裝設(shè)兩點接地保護；對100MW及以下容量的發(fā)電機裝設(shè)一點接地定期檢測裝置，發(fā)現(xiàn)一點接地后，投入兩點接地保護；對于100MW以上的大容量發(fā)電機，應(yīng)裝設(shè)一點接地保護（帶時限動作于信號）和兩點接地保護（帶時限動作于跳閘）。 10.5.2 10.5.2 勵磁回路接地故障保護裝設(shè)原則勵磁回路接地故障保護裝設(shè)原則 瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院繼電保護321.勵磁回路絕緣檢查裝置：圖1

18、0-11定期檢測母線電壓：正常時 V1=V2 正地 V1V2負地 V1V2缺點：裝置存在死區(qū)（FLQ中間接地）10.5.3 10.5.3 勵磁回路一點接地保護勵磁回路一點接地保護瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院繼電保護33（1）接線：見書上 圖中R1、R2為外接電阻，3WY為穩(wěn)壓管，其電阻值將隨外加電壓的變化而變化。勵磁繞組以地電位為界分成兩個部分，其等效電阻分別為R3和R4，高靈敏度直流繼電器J接于R1和R2的中點與地之間。即由R1（包括穩(wěn)壓管電阻Rv）R2、R3、R4和繼電器J組成的一個四臂直流電橋。（2）工作原理：正常運行時：R1+Rv=R2，R3=R4，故繼電器J中無電流流過，繼電器不動作。當(dāng)勵磁繞組

19、發(fā)生一點接地后，由于電橋平衡條件破壞:R3R4，繼電器J中便有電流流過，其大小與接地點的位置有關(guān)。若該電流大于繼電器的整定電流時，繼電器動作。當(dāng)接地故障發(fā)生在勵磁繞組中點時，則R3=R4 ，此時若不考慮穩(wěn)壓管的作用，電橋仍舊是平衡的，繼電器亦不會動作，這表明該保護存在死區(qū)。 2.2.直流電橋式勵磁回路一點接地保護直流電橋式勵磁回路一點接地保護 瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院繼電保護34（1）依據(jù)：轉(zhuǎn)子回路疊加交流（2）原理接線：構(gòu)成：JDJ接地繼電器 B隔離轉(zhuǎn)子回路與接地交流電網(wǎng)；降壓 C2隔離轉(zhuǎn)子回路與接地大軸 DZX中間繼電器 AN在運行中檢查裝置是否正常 XD監(jiān)視交流電源 LPC2被擊穿，即斷開LP，

20、使保護退出3.3.利用轉(zhuǎn)子一點接地繼電器（利用轉(zhuǎn)子一點接地繼電器（ZBZ-2ZBZ-2型）型）瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院繼電保護35（3）原理：正常：轉(zhuǎn)子繞組泄漏電阻回路IJDJ不動作接地：轉(zhuǎn)子繞組泄漏電阻回路IJDJ動作 電流流通回路為：B二次繞組一端C2LP大軸接地點DFLQ部分繞組2RDDZX2JDJ線圈B二次繞組另一端 JDJ動作DZX動作DZX1發(fā)信號 DZX2斷開JDJ線圈回路 DZX需手動復(fù)歸（使其復(fù)歸線圈通電）試驗：按AN，接通下列回路B二次繞組一端JDJDZX22RDFLQ1RDANR1C2B二次繞組另一端DZX1發(fā)信號手動復(fù)歸C2擊穿即斷開LP，使保護退出:防止勵磁回路與大軸連通 3

21、.3.利用轉(zhuǎn)子一點接地繼電器（利用轉(zhuǎn)子一點接地繼電器（ZBZ-2ZBZ-2型）型）瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院繼電保護361.接線：利用直流電橋原理2.工作原理正常時，保護不投入一點接地后，保護投入 投入K1，按下SB，調(diào)R使電橋平衡，mv指示為0，放開SB，投入K2兩點接地時：電橋不平衡，KA動作10.5.10.5. 勵磁回路兩點接地保護勵磁回路兩點接地保護瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院繼電保護3710.6.1 發(fā)電機失磁運行及影響 1.失磁原因： 轉(zhuǎn)子繞組故障勵磁回路開路半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng)故障自動滅磁開關(guān)誤跳閘自動調(diào)節(jié)勵磁裝置故障運行人員誤操作10-6 發(fā)電機失磁保護 瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院繼電保護382.失磁后：發(fā)電機由同步運行轉(zhuǎn)為異步運行 （1）失磁運行對機組的影響轉(zhuǎn)子出現(xiàn)轉(zhuǎn)差差頻電流附加損耗轉(zhuǎn)子過熱轉(zhuǎn)子燒傷等值電抗降低吸取無功功率增大定子過流，過熱異步運行轉(zhuǎn)矩、有功周期性劇烈擺動機組振動定子端部的漏磁增大端部部件和鐵心過熱 （2）失磁運行對系統(tǒng)的影響無功不足，引起電壓下降10.6.1 10.6.1 發(fā)電機失磁運行及影響發(fā)電機失磁運行及影響瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院繼電保護3910.6.2 10.6.2 發(fā)電機失磁后機端測量