发电机保护

（四）发电机失磁保护
我厂发电机失磁保护定值单
1.失磁保护整定计算的四个判据 （1） 定子侧阻抗判据 阻抗圆：异步阻抗圆或静稳边界圆 （2）无功反向定值（退出）：一般按有功的 10％～20％整定，取 Qzd =10%Pn。 （3）转子低电压判据定值（退出） U fl = K relU fd.0= 0.7*71.5 = 50V 式中 U fd.0——发电机空载时的励磁电压； K rel----可靠系数，一般 K rel = 0.4～0.8，这里取 K rel = 0.7； （4）机端低电压定值 低电压可取发电机机端电压，也可取110kV母线电压。 u当取机端电压时，按(0.85 ~ 0.9)U gn整定，故取 U op = 0.9Ugn = 0.9*100 = 90V （5）出口方式：I段，定子判据，延时0.5s，动作与发信; II 段，定子判据&机端低电压判据，延时1s，动作与程 序跳闸 III段，定子判据延时1s，动作与停机（退出）
（三）采用比率制动特性的差动继电器
. .
DKB2 （差动回路）
.
.
I op.r I op f ( I res )
. .
DKB1 （制动回路）
I op.r.0
I unb f ( I k ) I res
0 I NG / nTA
启动电流
I op.r.0 (0.1 ~ 0.3) I NG / nTA
我厂发电机差动保护定值及比 率制动曲线图
•
（一）原理接线
两组TA特性、变比一致
..
I 1
I 1
I r
I-I
I I I r 1 2
I 2
..
I 2
（二）可能引起差动保护动作的原因
1.保护区内发生相间短路 2.差动保护CT二次不匹配、或极性接反 3.差动CT二次注入电流（如电焊机焊接时，电流注入CT二次侧） 4.保护定值错误，或差动保护装置故障 5.引起相间断路的原因
基波零序电压保护
跳闸或 信号
U>
三次谐波电 压滤过器
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）； 变压器高压侧接地 时在发电机端所产生的 零序电压闭锁保护。
（一）基波零序电压保护定值（我厂发电机定子接地采用零序电压保护）
• 基波零序电压保护发电机85～95％的定子绕组单相接地。基波零序电压保护反应发电 机零序电压大小。由于保护采用了频率跟踪、数字滤波及全周傅氏算法,使得零序电压 对三次谐波的滤除比达100以上,保护只反应基波分量。按以下两个条件选取： u按躲过发电机正常运行时中性点PT的基波最大不平衡电压U unb.max整定，即动作电 压U 0.opj为：U 0.opj = K relU unb.max =1.3*Uunb.max 式中： K rel---可靠系数，取1.3； U unb.max---中性点实测基波不平衡零序电压。 按规程，取10%～15%额定电压整定，这里取10%， 考虑两种情况： 1）按规定，该延时应与110kV系统侧接地后备保护配合，而接地后备保护一般为 tmax = 0.3s，所以零序电压灵敏段保护延时为t1 = tmax + Dt = 0.5s 2）发电机单相接地时的接地电流： 假定距发电机中性点位置发生金属性单相接地，单相接地电容电流可表示为： 当发电机定子发生单相接地时，切除故障时间久，对发电机十分不利。注意到零序动 作电压已可靠躲过系统接地时耦合到低压侧的零序电压，所以动作时限可降低。同时 考虑发电机定子绕组由一点接地发展成两点接地故障时间一般不超过1.5s，故该保护 动作时间应不超过0.5s，这对发电机是有利的。故：动作时限取t1 = 0.5s。出口方式： 动作于发电机全停。
K xl I op.r.max I op.r.0 I kw.max / nTA I res.0
比率制动特性的斜率
三、发电机定子绕组匝间短路保护
（一）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）发电机定子绕组匝间短路的原因
1.定子绕组发生单相接地时，电容电流过大烧毁定 子绕组绝缘层，发生同相匝间短路或相间短路； 2.冷却水内漏、绝缘受潮； 3.绝缘老化、机械振动与损伤等均可引起定子绕组 匝间短路; 4.定子绕组匝间短路会在中性点产生零序短路电流。
(五)差动速断保护整定
• 差动速断保护是对比率制动纵差保护的补充，其定值按最 大外部短路电流不误动整定。对于大机组，一般取3～5倍 额定电流。 • 当任一相差动电流大于差动速断整定值时瞬时动作于出口 继电器。
四、发电机定子绕组单相接地保护
护我 定厂 值发 单电 机 定 子 接 地 保
（二）发电机定子单相接地保护
（4）.逆功率保护出口逻辑框图
二.程序逆功率保护 发电机在过负荷、过励磁、失磁等各种异常运行保护动作后，需要程序跳闸时。 保 护先关闭主汽门，由程序逆功率保护经主汽门接点闭锁和发变组断路器位置接点 闭锁， 延时动作于跳闸。用于非短路故障的保护，保护动作后关闭主汽门，启动程跳逆 功率保护。 程序逆功率保护定值范围 0.5% - 10% Pn, Pn为发电机额定有功功率 1.程序逆功率与逆功率的区别 （a）程跳逆功率是主汽门(注意不是调节汽门)关闭余汽做功后，发电机必然出现 逆功率的情况下，由主汽门关闭的行程接点(三取二)与逆功率继电器动作的电气 接点共同启动“程跳逆功率保护”，即其动作条件有两个，缺一不可。其动作对 象为“全停Ⅰ”，即跳发变组断路器、跳厂用断路器并启动快切、MK、主汽门， 且启动失灵。 （b）逆功率则不同，其动作条件就一个，即逆功率继电器动作， 而且此时主汽门关闭接点并未闭合。其动作对象同样是“全停Ⅰ”。 实例：本 厂曾经因调节汽门全部关闭而造成“逆功率保护”动作跳机，但此时“程跳逆功 率保护”并未动作。
a、由于输配电及供电系统电网结构不合理,或有大 容量的单相负载,使系统三相负载不平衡,造成发电 机不对称运行,这种情况产生的负序电流可能在定 子中较长时间存在。 b、因系统内或发电机本身产生不对称性短路 故障, 如输电线路单相接地,两相短路,发电机定子匝间相 间短路等产生的负序电流,存在时间较短。 c、系统发生非全相运行,如带有单相重合闸的输电 线路,或发电机并(解)时,出口断路器发生非全相合 （断)路，这时负序电流的存在时间
（二）三次谐波电压比率定子接地保护
三次谐波电压比率判据只保护发电机中性点25％左右的定子接地，机端三次谐波电压取自机 端TV开口三角，中性点侧三次谐波电压取自发电机中性点TV。 1、三次谐波电压差动定子接地保护
2、三次谐波电压比率定子接地保护(我厂发电机单相接地采用此保护)
三次谐波保护延时：躲过区外故障后备保护延时，建议取6～9S，故实际取t1 = 6s。 出口方式：三次谐波定子接地保护动作于信号。
发电机的继电保护
一、发电机故障和不正常工作状态及
其保护方式
二、发电机的纵差动保护
三、发电机定子绕组匝间短路保护
四、发电机定子绕组单相接地保护
五、我厂发电机保护配置 六、我厂发电机联锁示意图一、二
（一）发电机故障和不正常工作状态及其保 护方式
• • （一）发电机的故障 1. 定子绕组 （1）相间短路 （2）匝间短路 （3）单相接地故障 • 2. 转子绕组 （1）转子绕组两点接地 （2）转子绕组一点接地 • （二）发电机的不正常工作状态 （1）过电流 （2）负序过电流 （3）定子绕组过电压 （4）失步 （5）低励、失磁保护 （6）逆功率保护 （7）过励磁保护 （8）转子表层过负荷保护 （9）励磁绕组过负荷保护 （10）励磁绕组一点及两点接地保护 （11）失步保护
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（六）频率异常保护
频率异常可导致汽轮机叶片产生谐振，承受很大的谐振应力，使材料产生不可 逆的疲劳，材料疲劳逐渐累计，达到一定限度时就会断裂。轴系的振动、过励磁 和辅机出力下降。 大型汽轮发电机运行中允许其频率变化的范围为 48.5～ 50.5Hz，低于 48.5Hz时，持续运行时间达到定值，保护动作于信号或跳闸。 保护设两段定值，为持续运行低频保护。低频率保护经无流标志闭锁。
我厂发电机频率异常保护定值单
（七）发电机定子过负荷保护
定子过负荷保护反应发电机定子绕组的平均发热状况。保护动作量同时 取发电机机端、中性点定子电流。定时限定子过负荷保护配置一段跳闸、 一段信号。
（八）
• 负序过负荷反应发电机转子表层过热状况，也可反应负序电流引起的其它异 常。保护动作量取机端、中性点的负序电流。 • 定时限负序过负荷保护配置一段跳闸、一段信号。 • 负序电流的危害 在转子中产生倍频电流，集中于转子表面，形成过热点，将转子烧伤； 若转子本体与护环温差超过允许限度，将导致护环松脱； 倍频交变电磁力矩引起倍频振动； 大型汽轮机热容量相对小、轴系较长，受到的危害更大。
（二）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
二、发电机的纵差动保护
一、比率制动特性差动保护
• 发电机差动保护采用变斜率比例差 动特性，做为发电机内部故障的主 保护，主要反应定子绕组和引出线 相间短路故障。 比率差动的动作特性采用变斜率比 率制动曲线(如图)。合理整定比率 差动起始斜率kbl1和比率差动最大 斜率kbl2的定值，在区内故障时保 证最大的灵敏度，在区外故障时可 以躲过暂态不平衡电流。为防止在 TA 饱和时差动保护的误动，增加 了利用各侧相电流波形判断TA饱和 的措施。
2.失磁的原因 大型机组励磁环节比较多，属于常见故障，一般原因 有下面几种： (1)励磁绕组断线，灭磁开关误动作； (2)励磁装置元件损坏； (3)励磁绕组绝缘老化、短路； (4)运行人员误操作。
2.失磁保护动作逻辑图
（五）发电机逆功率保护
一.逆功率保护 （1）概念 与系统并列运行的发电机，失去原动机功率，但励磁仍存在，发电机变为电动机运行，从系 统吸收功率，驱动原动机运转。 （2）危害 对发电机本身危害不大；可造成汽轮机转子叶片过热损坏损坏；水轮机转子叶片产生汽蚀； 燃气轮机的齿轮损坏等后果。 一、逆功率保护 （3）可采取的措施 (a)主汽门关闭之后，发送信号，若为误关由运行人员排除故障，不能恢复时由运行人员停机； (b)主汽门关闭后，经辅助触点延时停机； (c)装设逆功率保护，准确的反应功率反向，及时发出信号，在允许的时间内停机。逆功率保 护设两段时限, 可通过控制字投退。Ⅰ段延时动作于信号，Ⅱ段延时动作于停机出口。其保 护定值范围0.5%-10%Pn,Pn为发电机额定有功功率。延时范围0.1-600S。
（九）发电机电压保护
• 过电压保护 过电压保护用于保护发电机各种运行情况下引起的定子过电压。发电机电压保护 所用电压量的计算不受频率变化影响。 过电压保护反应机端相间电压的最大值, 动作于跳闸出口。 • 低电压保护 低电压保护由经外部控制接点（调相运行控制接点）来闭锁的低电压构成，低电 压保护反应三相相间电压的降低。 低电压保护设一段跳闸段，延时可整定。
（十）
• 发电机相间短路后备保护包括发电机复合电压过流保护和发电机阻抗保护。 • 发电机复合电压过流保护作为发电机、变压器、110kV母线和相邻线路故障的后备保 护。动作量取机端、中性点电流的较大值，发电机阻抗保护取发电机中性点电流（如机端、 中性点侧CT变比不一致时，保护装置处理时将中性点侧电流按CT变比关系，全部校正到 与机端CT变比一样的电流量）。 自并励机组采用带电流记忆功能，复合电压元件由相间低电压和负序电压或门构成闭 锁原理方案。 对于RCS-985SS装置，相间短路后备保护电流取自后备保护通道时，发电机复合电压 过流保护根据后备保护CT变比整定 1.复合电压过流保护 1）Ⅰ段电流元件：（速断，有差动保护作主保护，且灵敏度满足要求，故该保护退出） 2）Ⅱ段电流元件：动作电流按发电机额定电流下可靠返回条件整定。 2.低电压元件 u动作值按躲过发电机失磁时最低机端电压整定：一般按(60%～65%)UN整定，实际取动 作电压：U op = 60%U N = 0.6¥105 = 63V（线电压）式中：U N为发电机额定线电压 （二次值）。 3.负序电压元件 u动作值按躲过正常运行不平衡负序电压整定，一般可取：U op.2. j = (0.06 ~ 0.08)U n = 3.46 ~ 4.62V式中：U N为额定相电压二次值，故负序动作电压取U op.2. j = 4.6V（相电 压）
3）引起发电机单相接地的原因：
1)运行中发生误操作，强大的电弧造成相间弧光短路。
2)小动物引起发电机出口短路，由于对电缆沟道的孔、洞、 发电机出口母线、发电机开关室、互感器室等的网门未注意 堵塞和封闭，鼠、蛇、猫、麻雀等小动物进入引起短路。 3)发电机定子绕组端部接头开焊，引起电弧扩大为相间弧光 短路事故。 4)发电机零部件固定不牢或强度不够，运行中由于振动、离 心力等原因，使零件甩出，引起相间短路。 5)轴承甩油、漏油引起定子绕组端部绝缘被油侵蚀膨胀变形， 潮气侵入，使绝缘强度和机械强度降低，遇到过电压或大电 流冲击时就击穿引起相间短路。 6)电机端部固定不好，端部线圈与端箍绑环在运行中摩擦， 造成线圈绝缘损坏而引起相间短路。 7)定子绕组匝间短路扩大为相间短路。定子线圈匝间绝缘损 坏，造成匝间短路、局部放电扩大到相间短路。 8)定子绕组绝缘已严重老化，遇到过电压或大电流冲击时就 引起相间短路