发电机继电保护PPT课件

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7.1.3 发电机保护装设的原则
总的原则
针对发电机的故障类型和不正常状态,根 据发电机的容量和重要程度和规程规定配 置相应的保护
保护配置
1. 纵差动保护:对1MW以上发电机的定子绕 组及其引出线的相间短路
2. 接地保护:对直接连于母线的发电机定子 绕组单相接地故障,当单相接地故障电流
7.1 发电机的故障类型、不正常 运行状态及其保护方式
图7.7 发电机电压系统的对地电容分布图
7.4 发电机定子绕组单相接地保护
7.4.2 利用零序电压构成的定子接地保护
为提高可靠性,两部分的保护区应相互重叠。
构成第二部分保护的方案主要有:
1. 发电机中性点加固定的工频偏移电压,其值为额定相电压的10 %~15%。当发电机定子绕组接地时,利用此偏移电压来加大 故障点的电流(其值限制在10~25A左右),接地保护即反应 于这个电流而动作,使发电机跳闸。
7.1 发电机的故障类型、不正常运行状态及其保护 方式
7.1.2大型发电机组的特点及对继电保护的要求
对继保提出的新要求: ➢ 装设具有反时限特性的过负荷保护及过电
流保护。
➢ 大型机组更需要性能完善的失磁保护
➢ 用灵敏的匝间短路保护和漏水保护
➢ 装气隙不均保护和设计新的反应匝间短路
7.1 发电机的故障类型、不正常运行状态及其 保护方式
保护装置的整定电流,通常取发电机定子 绕组额定电流20~30%,即:
7.3 发电机定子绕组匝间短路保护
7.3.3 定子绕组零序电压原理的匝间短路保护
➢当发电机正常运行和外部相间短路 时,TVN1辅助二次绕组没有输出电压, 即3U0=0。
➢当发电机内部或外部发生单相接地 故障时,中性点电位升高为U0 ,由于 TVN1一次侧中性点不接地,开口三角 绕组输出电压为0V。
7.2 发电机的纵差动保护
7.2.2 整定原则
(二)躲过外部故障时的最大不平衡电流 整定电流:Iset.r K I rel unb.max
(7-1) Iunb 0.1Kst Ik.max / KTA 考虑非周期Ise分t.r 量0.的1Kr影el K响np K,st Ik.并max 将/ KT稳A 态不平衡电 KK流nrpel 计算式
7.1 发电机的故障类型、不正常运行状态及其 保护方式
7.1.3 发电机保护装设的原则
3. 匝间短路保护:对于定子绕组匝间短路, 当定子绕组采用星形接线,每相有并联分 支且中性点侧引出端安装CT时,应装设横 差保护。
4. 外部短路引起的过电流保护:对于发电机 外部短路引起的过电流可采用以下保护方 式:
2. 大型机组的定子同槽上下层线棒同属一相 的很少,不再装设匝间短路保护。
总结:随着单机容量的增大,发电机定子绕 组的并联分支数将增多,不考虑定子匝间 短路及其保护是不合理的。
7.3 发电机定子绕组匝间短路保护 7.3.2 单元件横差保护
图7.5 发电机定子绕组匝间短路的电流分布 (a) 在某一绕组内部匝间短路; (b)在同相不同绕组匝间短路
7.2 发电机的纵差动保护
7.2.1工作原理
发电机内部故障时,如图(a)中的k1 点短路I. ,kd= 两侧I2 . '+ 电流I. ' 2 '互感器I.d 的一、二次侧电 流如图所示,差动继电器中的电流 为 整定电流时,I.继kd=电I器2 .'-动。I. ' 作2 '当。 大于继电器的
在正常运行或保护区外故障时,流过继

I
'' 1
1)发电机与系统并列运行以.前,. 在其出线端
发生两相短路,此时差动I回1'路I1'中只有发电
机供给的短路电流 ,而 =0;
2)发电机采用自同期并列时,发电机出线端
7.3 发电机定子绕组匝间短路保 护
7.3.1 装设匝间短路保护的必要性
根据情况出现了以下观点:
1. 定子绕组匝间绝缘强度高于对地绝缘强度, 可以不装匝间短路保护。
7.1.3 发电机保护装设的原则
发电机额定电压(kV) 发电机额定功率(MW)
接地电容电流允许值 (A)
≤50
6.3
4
汽轮发电机 50~100
10.5
水轮发电机 10~100
3
汽轮发电机 125~200
13.8~15.75
水轮发电机 40~225
2*
300~600
18~20
1
图 7.1发电机定子绕组单相接地故障电流允许值 * 对氢冷发电机为2.5
7.4 发电机定子绕组单相接地保护
7.4.1 利用零序电流构成的定子接地保护
接于零序电流互感器上的发电机零序 电流保护,其整定值的选择原则如下:
1. 躲过外部单相接地时,发电机本身的电容 电流以及由于零序电流互感器一次侧三相 导线排列不对称,而在二次侧引起的不平 衡电流。
2. 保护装置的一次动作电流应小于规定的允 许值。
K TA
7.2 发电机的纵差动保护
7.2.2 整定原则
(一)在正常运行情况下,电流互感器二次 回路断线时保护不应误动 断线监视继电器的整定电流按躲开正 常 敏运越行好时。的根I不 据set.r平 经 衡 验0.2电 ,ING流 一/ K整 般TA选定择,为原:则上越灵
7.2 发电机的纵差动保护
7.2.2 整定原则
7.1 发电机的故障类型、不正常运行状态及 其保护方式
7.1.1发电机的故障和异常运行状态
(二)发电机的不正常运行状态 不正常运行状态 1. 外部短路引起的定子绕组过电流; 2. 负荷超过发电机额定容量而引起的三相对
称过负荷; 3. 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; 4. 突然甩负荷而引起的定子绕组过电压; 5. 励磁回路故障或强励时间过长而引起的转
带入(7-1)式得:
K st
7.2 发电机的纵差动保护
7.2.2 整定原则
(二)躲过外部故障时的最大不平衡电流 1. 汽轮机组 汽Ik.m轮ax 机 8组IN出G 口处发生三相短路的最大短路电
流约为 Iset.r (0.5 ~ 0.6)ING / KTA ,带入(7-2),差动继电器
Ik.m的ax 整5I定NG 电流为:
(一)在正常运行情况下,电流互感器二次
回路断线时保护不应误动
图7.4 具有断线监视装置的发电机纵差保护原理接线图
保护装置采用三相式
接线,在差动回路的中线 上接有断线监视继电器器 KA,当任一相电流互感器 回路断线时,它都能动作, 经过延时发出信号。
为了使差动保护的范
围能包括发电机引出线 (或电缆)在内,因此所 使用的电流互感器应装设 在靠近断路器的位置。
➢保护的零序动作电压由正常运行负 荷工况下的零序不平衡电压U0.unb决定。
图7.6 由负序功率闭锁的纵向零序电压匝间短路保护原理图
7.4 发电机定子绕组单相接地保护 根据安全运行经验:
当接地电容电流大于等于5A时,应装 设动作于跳闸的接地保护;当接地电流小 于5A时,一般装设作用于信号的接地保护。
图7.2 发电机纵差保护单相原理图 (a)内部故障情况(b)正常运行及外部故障情况
7.2 发电机的纵差动保护
7.2.1工作原理
纵差保护是发电机定子绕组及其引出线相间 短路的主保护。
保护原理:利用比较发电机中性点侧和引出 线侧电流幅值和相位的原理构成。
图7.3 发电机纵差保护单相原理图 (a)内部故障情况 (b)正常运行及外部故障情况
对大容量发电机,通常装设失磁保护,动作 于跳闸,减负荷或发出信号
7.5 发电机的失磁保护
7.5.2 发电机失磁保护的辅助判据
辅助判据的依据: 以静稳定边界或异步边界作为判据的
失磁阻抗继电器能够鉴别正常运行与失磁 故障。但是,在发电机外部短路、系统振 荡、长线路充电、自同期并列及电压回路 断线等,失磁继电器可能误动作。因此,
护就不动作。因此,保护是有死区的。
如(b)所示,在同相的两个分支间 发生匝间短路,当α1≠α2时,由于两个分支
7.3 发电机定子绕组匝间短路保 护
7.3.2 单继电器横差保护
根据定子绕组匝间短路的特点,横差保护 有两种接线方式:
1. 比较每相两个分支绕组的电流之差。
2. 在两组星形接线的中性点连线上装设一个 电流互感器,将一组星形接线绕组的三相 电 流流之之和和进与行另 比Is一 较et 组(0.星2 ~形0.3接)IN线G 绕组的三相电
3. 为防止外部相间短路产生的不平衡电流引
7.4 发电机定绕组单相接地保护
7.4.2 利用零序电压构成的定子接地保护
继电器的起动电压一般整定为15~30V左右。
为了减小死区,可采取如下措施来降低起动电压: ➢加装三次谐波带阻过滤器; ➢对于高压侧中性点直接接地电网,利用保护装 置的延时来躲过高压侧的接地故障; ➢在高压侧中性点非直接接地电网中,利用高压 侧的零序电压将发电机接地保护闭锁或利用它对 保护实现制动。
加速 3.功角δ增大,当功角δ超过稳定运行的极
限角时,发电机失去同步→转子绕组将从 系统吸收无功以供给转子的感应励磁电流
7.5 发电机的失磁保护
7.5.1 发电机失磁运行的后果
异步运行对电力系统的影响: 发电机输出电磁功率减少,转子加速,进
入异步运行 失磁后将从系统吸收大量感性无功,端部
发热 若系统无功充足,发电机最终可以稳定为
异步运行状态,若无功缺额较大,可能引 起电压不稳定,导致系统崩溃,造成大面 积停电
7.5 发电机的失磁保护
7.5.1 发电机失磁运行的后果
异步运行对发电机的的影响: 汽轮机:调速灵敏,异步转差小,若无功
充足,可允许异步运行一段时间。否则应 切除 水轮机:调速慢,异步转差大,异步运行 吸收无功量大,通常不允许异步运行
➢ 负序过电流保护或单相式低压启动过电流 保护
7.2 发电机的纵差动保护
纵差保护是发电机定子绕组及其引 出线相间短路的主保护,因此,它应能快 速切断内部所发生的故障,同时在正常运 行及外部故障时,又应能保证动作的选择 性和工作的可靠性。
7.2 发电机的纵差动保护
7.2.1工作原理
利用比较发电机中性点侧和引出线侧 电流幅值和相位的原理构成,因此在发电 机中性点侧和引出线侧装设特性和变比完 全相同的电流互感器来实现纵差动保护。
2. 附加直流或低频(20Hz或50Hz)电源,通过发电机端的电压 互感器将其电流注入发电机定子绕组,当定子绕组接地时,保 护装置将反应于此注入电流的增大而动作。
3. 利用发电机固有的三次谐波电势,以发电机中性点侧和机端侧 三次谐波电压比值的变化,或比值和方向的变化,来作为保护 动作的判据。
7.5 发电机的失磁保护
7.3 发电机定子绕组匝间短路保护
7.3.2 单继电器横差保护
如(a)所示,当某一绕组内发生匝
间短路时,由于故障支路与非故障支路的
电动势不相等,因此,有一个环流产生,
这时在差动回路中将有电流,当此电流大
于继电器的整定电流时,保护动作。短路
匝数 I
' k
越I k'' 多,则环流越大,而Ir 当3Ik'' / K较TA 小时,保
Iset.r (0.5 ~ 0.6)ING / KTA
2. 水轮机组
7.2 发电机的纵差动保护
7.2.2 整定原则
(三)灵敏度检效
灵敏度计算公式Kse:n
I k.min I set
I k . min
要求:一般不小于2
为发电机内部故障时流过保护装置的最
小短路电流时考虑以下两种情况:I. ' ' 1
电器的电.流为. 两侧电流之差

I2'=
I
'' 2
),如图7.1(b)所示
(短路点k2)。
在循环电流回路两臂引线阻抗相同、
7.2 发电机的纵差动保护
7.2.2 整定原则
(一)在正常运行情况下,电流互感器二次 回路断线时保护不应误动
保护装置整定Is电et 流 Krel I NG
继电器的整定Iset电.r 流Krel I NG / KTA
7.5.1 发电机失磁运行的后果
失磁原因: 转子绕组故障 励磁机故障 自动灭磁开关误跳闸 半导体励磁系统中某些元件损坏 回路发生故障以及误操作等
7.5 发电机的失磁保护
7.5.1 发电机失磁运行的后果
失磁过程: 1.励磁电流衰减到零,发电机空载电势随励
磁电流越来越小,造成空载电势下降。 2.空载电势下降→输出电磁功率下降→转子
7.1 发电机的故障类型、不正常 运行状态及其保护方式
7.1.1发电机的故障和异常运行状态
(一)发电机内部故障 发电机由定子绕组和转子绕组两部分构成。 常见故障: 1. 定子绕组相间短路; 2. 定子绕组单相匝间短路; 3. 定子绕组单相接地; 4. 转子绕组一点接地或两点接地; 5. 转子励磁回路电流消失。
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