第八章发电机的继电保护 第一节发电机的不正常工作状态及其保护 发电机的安全运行对保证电力系统的正常工作和电能质量起着决定性的作用,同时发电机本身也 个分贵重的电器元件,因此,应该针对各种不同的故障和不正常运行状念,装设性能完善的 故障类型及不正常运行状态 类型 1)定子绕组相间短路:危害最大 2)定子绕组一相的匝间短路:可能发展为单相接地短路和相间短路 3)定子绕组单相接地:较常见,可造成铁心烧伤或局部融化 4)转子绕组一点接地或两点接地:一点接地时危害不严重:两点接地时,因破坏了转子磁通的 平衡,可能引起发电机的强烈震动或将转子绕组烧损 5)转子励磁回路励磁电流急剧下降或消失:从系统吸收无功功率,造成失步,从而引起系统电 压下降,甚仝可使系统崩溃 2.不正常运行状态 1)山于外部短路引起的定子绕组过电流:温度升高,绝缘老化 2)山于负荷等超过发电机额定容量而引起的三相对称过负荷:温度升高,绝缘老化 3)山于外部不对称短路或不对称负荷而引起的发电机负序过电流和过负荷:在转子中感应出100h 的倍频电流,可使转子局部灼伤或使护环受热松脱,而导致发电机重大事故。此外,引起发电 机的100hz的振动。 4)山于突然甩负荷引起的定子绕组过电压:调速系统惯性较大发电机,在突然甩负荷时,可能出 现过电压,造成发电机绕组绝缘击穿 5)山于励磁回路故障或强励时间过长而引起的转子绕组过负荷: 6)山于汽轮机主气门突然关闭而引起的发电机逆功率:当机炉保护动作或调速控制回路故障以及 某些人为因素造成发电机转为电动机运行时,发电机将从系统吸收有功功率,即逆功率 保护类型 1.发电机纵差动保护:定子绕组及其引出线的相间短路保护 2.横差动保护:定子绕组一相匝间短路的俫护 3.单相接地保护:对发电机定子绕组单相接地短路的俫护 4.发电机的失磁侏护:反应转子励磁回路励磁电流急剧下降或消失 5.过电流保护:反应外部短路引起的过电流,同时兼作纵差动保护的后备保护 6.负序电流保护:反应不对称短路或三相负荷不对称时,发电机定子绕组中出现的负序电流 过负荷保护:发电机长时间超过额定负荷运行时作用于信号的护 8.过电压保护:反应突然甩负荷而出现的过电压 9.转子一点接地俫护和两点接地保护:励磁回路的接地故障保护 10.转子过负荷休护 11.逆功率保护:当汽轮机主汽门误关闭而发电机出口断路器未跳闸,发电机失去原动力而变 为电动机运行,从电力系统中吸收有功功率。危害:汽轮机尾部叶片有可能过热而造成事故。 第二节发电机纵差动保护 作用原理 下图为发电机纵差动保护的单相原理图,两组CT特性、变比一致,正常及区外故障时
1=l21=1-12≈0∵l1=12CT特性可选得尽量一致 不半衡电流比变压器小 72g""er Iamayn/K=0.5 二、整定计算 两个条件:(1)躲外部短路时的/m1n2=Kg,m (2)躲大于发电机额定电流l。(CT二次断线时不误动) 灵敏度Km=1d 4 min>2 I d min 出口两相短路
第三节发电机的匝间短路保护 当一相定子绕组有两个及以上并联分支时,装设此种保护 正常:l1=121=(1-12)/m=0 匝间接地:1,=(1-12+2ln)m=m>1=动作 死区:(1)同一分 0,d≈0 护不动 (2)同相两分支间:a1≈a,≈0 休护不动 (3)不同相绕组匝间 保护不动 缺点:接线复杂 实用接线
当发电机出现三次谐波电势时,且三相同相位,若任一分支与其与支路不相等,则中 性点连线上会出现三次谐波环流 该接线没有互感器特性不同而引起的灵敏度高,接线也较简单。 第四节发电机的单相接地保护 、发电机定子绕组单相接地的特点 最常见的故障之一:定子绕组中性点不接地或绎高阻抗接地。它具有一般个接地系统单 相接地短路特点 设A相距中性点d处,单相接地发电机中性点将发生位移,产生零序电压。 故障点各相对地电压
故障点零序电压为Uma=l/3(Uat+Ulm+Ua)=-aE 电流分布:见上页图: 3101=jaco U dola) =-j3aco CEA (Co +Cn)ae 二、利用基波零序分量的发电机定子单相接地保护 视J。大小,(发电机直接连接母线)J较大时—一零序电流保护,动作于跳闸 (发变组)J<允许值—零序电压保护,动作于信号 (一)基波零序电流侏护 对CT的要求 (1)三相对称负荷电流作用下,l小 (2)d2)。(a较小)l很小足够输出功率。一般的CT达不到足够的灵敏度,曾 广泛采用交流助磁的CT
(二)基波零序电压保护 定值躲UU3 高压侧d,发电机侧的U 般15-30V有死区 100%定子接地侏护: 零序电压侏护+附加支流电压的保护方式 加固定工频偏移电压 利用三次谐波电压 第五节发电机的励磁回路接地保护 、励磁回路的接地故障 正常:正极对地电压U+ 负极对地电压U 且U+=U-=1/2UK(励磁电压) 接地:某极对地绝缘↓→该极对地电压↓ 另极对地电压↑→威胁绝缘 励憾回路定期检测装置 适用:小容量机组(1000KW以下) 构成:直流电压表 切换开关 图参见中专教材 缺点:装置存在死区(FLQ中间接地) 2-2型转子点接地保护装置 1、依据:转子回路叠加交流 2、原理接线 P220图12-7 构成:JDJ——接地继电器 B——隔离转子回路与接地交流电网:降压
C2——隔离转子回路与接地大轴 DZX—中间继电器 AN—一在运行中检查装置是否正常 XD—监视交流电源 LP—C2被击穿,即断开LP,使保护退出 3、原理: (1)正常:转子绕组泄漏电阻↑→回路I↓→JDJ不动作 (2)接地:转子绕组泄漏电阻↓→回路I↑→JJ动作 电流流通回路为: B二次绕组端→C2→LP→大轴→接地点D→FLQ部分绕组→2 →DZX2→JDJ线圈→B二次绕组另·端 JDJ动作→DZX动作—DZX1发信号 DZX2断开JDJ线圈回路 DZX需手动复归(使其复归线圈通电) (3)试验:按AN,接通下列回路 B二次绕组端→JDJ→DZX2→2RD→FLQ→1RD→AN→R1→C2→B 二次绕组另端 →DZX1发信号 →手动复归 (4)C2击穿即断开LP,使保护退出 →防止励磁回路与大轴连通 四、在转子回路叠加直流的保护装置 P221图12-8 正常:IJ=(UZ+1/2E)/(RJ+RJD) 绝缘下降:=(UZ+aUK)/(RJ+Km) 第六节发电机的失磁保护 、发电机的失磁运行及其产生的影响 失磁故障指励磁突然全部消失或部分消失(低励)励磁电流低于静稳极限所对应的励 磁电流) 1失磁原因:三种(1)励磁回路开路,励磁绕组断线灭磁开关误动作,励磁调节装置的自 动开关误动,可控硅励磁装置中部分元件损坏(2)励磁绕组山于长期发热,绝缘老化或损 坏引起短路(3)运行人员调整等。 发电机失磁后,它的各种电气量和机械量都会发生变化,且将危及发电机和系统的安全 2失磁后的基本物理过程
依据;功角特性关系:P= dUs6 rs+x EU. O cos d 转子运动方程 d-s Pr-(P-Pa) P—原动机功率P一同步功率P一异步功率2。—电气角加速度 7——机组的惯性时间常数 (1)E→P↓P不变→转子加速→8↑→P=P1 当90P<P转子加速愈趋剧烈异步运行阶段,这时原动机的调速装置在转
子加速的影响下,使汽门关小,P↓ (2)EA→→Q↓当δ=90时,9=、V一即从系统吸收感性无功功率 >90°,吸收Q↑→U,↓,/↑ 图圆为发电机以不同的有功功率P临界失步时,机端测量阻抗的轨迹,國内为失步区 在发电机超过同步转速后,转子回路中将感应出频率为-f。电流,(f发电机转 速的频率,f系统频率)该电流将产生异步功率P当P=P即进入稳态的异步运行 阶段。 3.失磁后的影响: 对电力系统: (1)吸收Q→U↓.无功储备不足,将因电压崩溃而瓦解 (2)U↓→其它发电机Q个→过电流→后备保护动作,故障扩大 (3)失磁→失步→>振荡→>甩负荷 对发电机 (1)转子中f-/的差频电流→过热 (2)转差率s= ↑→吸Q↑.R2(1-s) →定子过电流→发热 (3)转速个.→振动 气轮发电机:∵P较大S05%可稳定运行—可异步运行一段时间 水轮发电机P较小s很大→>Q↑,↑发热厉害,故不允许失磁异步运行 可见:失磁后,若不失步,无直接危害 失步后,对发电机及系统有不利影响 故应装设失磁保护 发电机失磁后的机端测量阻抗 按失磁的物理过程的三个阶段,分别为等有功阶段、临界失步点、异步运行阶段。对应这 个阶段,其机端测量阻抗分别为:等有功阻抗圆,临界失步阻抗圆,异步运行时的测量阻 抗
(一)等有功阻抗圆 失步前。P基本不变 有功过程 U Ue+l Jx Us P-jQ+P+jQ -Q U (1+ +jxs) Q 9=g P 圆的方程式 特点:(1)圆的大小与P有关P↑→圆↓ (2)失磁前,发电机向系统送无功,Q为正,Z,位与第Ⅰ象限 磁后,随Q的变化,Q山正→负,z从I→Ⅳ象限,圆越小,从Ⅰ→Ⅳ快。 (3)圆的位置与jxs有关,若xs=0,圆心在实轴上,z很谷易进入第Ⅳ象限 可见,失磁后,向第四象限移动,且最终将稳定在第四象限内 )等无功阻抗圆(临界失步圆)
