电气讲课(发变组保护)

t
出口
发变组保护
• 发电机转子接地保护 （1）、发电机注入式转子一点接地保护 保护采用注入直流电源原理，直流电源由装置自产。因此，在发 电机运行及不运行时，均可监视发电机励磁回路的对地绝缘。该保护 动作灵敏、无死区。 考虑到双套配置方案中，转子接地保护由于保护原理的要求不能 双套化，否则会相互影响导致测量失误。如采用一套运行一套备用方 式，需要时应可靠安全地带电切换。 要说明的是：对于励磁系统是可控硅整流系统时，由于励磁电压 中有较高的谐波分量（例如ABB公司生产的励磁装置，运行时产生的 6次谐波、12次谐波电压远大于直流分量电压），可能影响转子一点 接地保护的测量精度。 保护的输入端与转子负极及大轴连接。保护有两段出口供选用。
发变组保护
• 失磁保护的逻辑
信号
Uh< Ug < Z g<
& & &
1.5
t3
出口 信号 出口
t4
信号
TVg断线
+ &
t1
t2
Vfd<
出口 信号 出口
发变组保护
• 发电机反时限负序过流保护 保护反应发电机定子的负序电流大小， 是发电机的转子过热保护，也叫转子表层 过热保护。保护最好取自发电机中性点侧。
保护定义
• 什么叫反时限过流保护？是指动作时间随短路电流的增大 而自动减小的保护。 • 什么叫复合电压启动的过电流保护？是在过流保护的基础 之上，加入由一个负序电压继电器和一个接在相间电压上 的低电压继电器组成的复合电压启动元件构成的保护。该 保护只有在电流测量元件及电压启动元件都动作时，保护 装置才能动作于跳闸。 • 什么叫差动保护？在被保护设备两端的电流相减取得的电 流的差值大于保护整定值快速动作于跳闸的保护。 • 什么叫距离保护？当测量阻抗值等于或小于整定值时就动 作，即加在继电器中的电压降低，电流增大，相当于阻抗 减小，继电器就动作。电压产生制动力矩，电流产生动作 力矩，当电路突然失压时，制动力矩减小，电流回路有负 荷电流产生动作力矩。
&
I b<
出口
发变组保护
• 发电机3U0定子接地保护（3U0n原理） 保护采用基波零序电压式，范围为由机端至机 内90％左右的定子绕组单相接地故障。可作小机 组的定子接地保护，也可与三次谐波合用，组成 大中型发电机的100％定子接地保护。保护接入 3U0电压，取自发电机机端TV开口三角绕组两端， 或取自发电机中性点单相TV（或配电变压器或消 弧线圈）的二次。为了提高保护动作的可靠性， 建议取发电机中性点零序电压。
机端TV二次电压UAB
&
t1
信 号
TV断线
主气门关闭
发变组保护
• 发电机反时限过负荷（过流）保护 发电机反时限过负荷（过流）保护，是 发电机的定子过热保护，主要用于内冷式 大型汽轮发电机。保护反应发电机定子绕 组的电流大小，作为发电机定子绕组的后 备保护。 保护引入发电机三相电流（TA二次 值），最好取自发电机中性点侧。
发变组保护
• 频率积累逻辑（投信号）
Fl1 < F< F 1 h
Fl 2< F< Fh2
计算 频率 F
t
信号 出口 信号
2
1
UAB
t t
出口 信号
Fl 3 F< F 3 < h
3
出口 信号
K
F4< F< Fh 4 l
t
t1
4
出口 信号
F < F1
出口
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• 发电机反时限过激磁保护 过激磁保护反映的是过激磁倍数，而过激磁 倍数等于电压与频率之比。发电机或变压器的电 压升高或频率降低，可能产生过激磁。即
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• 保护逻辑
I 2 > I 2 g1
负序电流I2计算
t11 tS tup
信号
信号
Hale Waihona Puke I 2 > I 2s
+
出口
I 2 > I 2up
I2s<I2<I2up
发变组保护
• 发电机失步保护 失步保护反映发电机机端测量阻抗的变化 轨迹，动作特性为双遮挡器。失步保护能 可靠躲过系统短路和稳定振荡，并能在失 步开始的摇摆过程中区分加速失步和减速 失步。
• 发电机逆功率保护逻辑
发电机TA二次电流IA 机端TV二次电压UAB
P＜Pl
t1
信号 信号
&
TV断线
t2
出口
发变组保护
• 程逆：对于大型汽轮发电机，发电机的逆 功率保护，除了作为汽轮机的保护之外， 尚作为发电机组的程控跳闸启动元件，称 为程跳逆功率保护。防止汽轮机超速。
发电机TA二次电流IA
P＜Pl
发变组保护
• 发电机匝间保护逻辑
3 0 ＞3 0h U U
信号
&
出口
3 0 ＞3 0l U U (3U 0 3U 0 l ) ＞ K z (U 0.3 U 0.3n )
专用TV断线
信号
&
t0
出口
P 2＞0
发变组保护
• 发电机复合电压过流（记忆）保护 保护反应发电机电压﹑负序电压和电流大 小，电流最好取自中性点侧，主要作为发 电机相间短路的后备保护。当发电机为自 并励方式时，过流元件应有电流记忆功能。
发变组保护
• 发电机失步保护动作特性及过程图
jX
XB
Xt R4 R3 R2 0
4
3
2
R1
1
R
IV区 III区 减速失步 0区 I区
II区
I区
0区
加速失步
II区 XA
III区
IV区
发变组保护
• 失步保护的动作逻辑
加速失步 机端测量阻抗 失步类型判据 减速失步 加速信号 减速失步
信号 累计次数
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• 发电机纵差动保护逻辑图(循环闭锁出口方 式)
A相差动 B相差动 单 相 差 动 动 作
&
TA断线
C相差动
&
U2>
A相差动
B相差动 C相差动
至 少 两 相 差 动 动 作
+
出口跳闸
发变组保护
• 发电机纵向零序电压式匝间保护 发电机纵向零序电压式匝间保护，是发电机同相 同分支匝间短路及同相不同分支之间匝间短路的 主保护。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。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（例如， 专用TV回路有问题）产生的纵向零序电压使保护 误动，引入负序功率方向闭锁。负序功率方向判 据采用开放式（即允许式）闭锁，其三相电流必 须取自发电机机端侧。
发变组保护
• 发变组保护概述 滇东第二发电厂发变组保护采用南京南自 生产的DGT801B、DGT801E型保护装置。 A、B柜分别配置发电机、变压器主后备保 护，C柜为变压器非电量保护。A、B柜上 层保护装置为发电机、主变、高厂变、励 磁变保护，下层为脱硫变保护。
发变组保护
• 发电机比率制动原理纵差保护（循环闭锁差动方 式） 保护采用比率制动原理，出口设置为循环闭锁方 式，保护逻辑见下图。因为发电机中性点一般不 直接接地，当发电机差动区内发生相间短路故障 时，有两相或三相差动同时动作出口跳闸；而当 发电机发生一相在区内接地另一相在区外同时接 地故障，只有一相差动动作，但同时有负序电压， 保护也出口跳闸。如果只有一相差动动作无负序 电压，判断为TA断线。
发变组保护
• 发电机零序保护3u0
信号 中性点零序电压
3U0>
t
出口
发变组保护
• 发电机逆功率保护 并网运行的汽轮发电机，在主汽门关闭 后，便作为同步电动机运行。但从电网中 吸收有功，拖着汽轮机旋转。由于汽缸中 充满蒸汽，它与汽轮机叶片磨擦产生热， 使汽轮机叶片过热。长期运行，损坏汽轮 机叶片。
发变组保护
• 发电机复合电压过流（记忆）保护逻辑
Uca ＜ U l
+
t1
信号
U 2＞ U 2 g
出口
&
I a ＞ Ig
Ib ＞ Ig
I c ＞I g
+
0
t0
发变组保护
• 启停机保护 保护由零序电压与开关辅助接点与门构成， 具有发电机无励磁状态下检测定子绝缘降 低功能，测量原理与频率无关。 • 发电机启停机保护逻辑
发变组保护
• 转子两点接地保护逻辑框图 图中，：转子一点接地保护动作条件。
信号
UAB
U/f ＞ Us
计算 U/f
ts
出口 信号
U/f ＞ Uf1
出口
发变组保护
• 突加电压 发电机突加电压的可能有两种情况：第一种是发电机在盘车或升 速过程中（未加励磁）突然并入电网；第二种情况是非同期合闸。 发电机在盘车或升速过程中突然并入电网，将产生很大的定子电 流，损坏发电机。另外，当发电机转速很低时出现工频定子电流，定 子旋转磁场将切割转子绕组，造成转子过热损伤。目前500KV系统中 广泛采用的3/2断路器接线增加了突加电压的几率。 发电机非同期合闸，将产生很大的冲击电流及转矩，可能损坏发 电机及引起系统振荡。 在DGT801系列发变组保护装置中，利用灭磁开关未合及定子过 电流，来判别发电机升速或盘车过程中的突加电压；而利用低阻抗判 据，来判别非同期合闸。另外，利用定子负序电流判别并网前断路器 某相断口闪络。 突加电压保护在发电机并网后自动退出运行，解列后自动投入运 行。根据现场多年运行经验，谨慎的运行方法是在并网后退出突加电 压保护的出口压板，手动退出此保护。
保护定义
• 什么叫主保护 发生故障时，能满足系统稳定和设备安全的基本要求， 首先以最快的时间动作于跳闸，有选择地切除被保护设备 和全线路故障的保护。 • 什么叫后备保护 主保护或断路器拒动时，能够用于切除故障的保护 • 什么叫辅助保护 为补充主保护和后备保护不足，而增设的简单的保护
保护定义
• 什么叫速断保护 ，有何特点？ 按躲过被保护元件外部短路时流过本保护的最大短路电流进行整 定，以保证它有选择性的无时限电流保护。 特点：接线简单，动作可靠，不能保护线路全长，保护范围受运行 方式变化的影响大。 • 什么叫限时电流速断保护，有何特点？ 按与下一元件电流速断保护相配合以获得选择性的带较短时限的电 流保护。 特点：接线简单，动作可靠，切除故障较快，可以保护线路全长， 保护范围受运行方式变化的影响。 • 什么叫定时限过流保护？ 为了实现过流保护的动作选择性，各保护的动作时间一般按阶梯原 则进行整定。即相邻保护的动作时间，自负荷向电源方向逐渐增大， 且每套保护的动作时间是恒定不变的，与短路电流的大小无关。具有 这种动作时限特性的过电流保护称为定时限过电流保护。
大轴（600）
检测漏 电流
信号
负极（602）
计算Rg
Rg ＜ Rg1
t1
对单元件横差加延时及投入 转子两点接地保护
发变组保护
（2）、发电机转子两点接地保护 当转子绕组两点接地时，其气隙磁场将 发生畸变，在定子绕组中将产生二次谐波 负序分量电势。转子两点接地保护即反映 定子电压中二次谐波“负序”分量。 在转子一点接地保护动作后，自动投入 转子两点接地保护。转子两点接地保护的 逻辑框图如下图所示：
3Uo
&
断路器辅助接点
t/0
发信或跳闸
发变组保护
• 发电机阻抗原理失磁保护 正常运行时，若用阻抗复平面表示机端测量阻抗，则 阻抗的轨迹在第一象限（滞相运行）或第四象限（进相运 行）内。发电机失磁后，机端测量阻抗的轨迹将沿着等有 功阻抗园进入异步边界园内。失磁还可能进一步导致机端 电压下降或系统电压下降。 阻抗型失磁保护，通常由阻抗判据（Zg＜）、转子低 电压判据（Vfd＜）、机端低电压判据（Ug＜）、系统低 电压判据（Un＜）构成。 保护输入量有：机端三相电压、发电机三相电流、主 变高压侧三相电压（或某一相间电压）、转子直流电压。
发变组保护
• 发电机反时限过负荷（过流）保护逻辑
信号
I>Ig I>Is I>Iup
t1 ts tup
信号
+
出口
Is<I<Iup
发变组保护
• 发电机频率积累保护 汽轮机叶片有自己的自振频率。并网运 行的发电机，当系统频率异常时，汽轮机 叶片可能产生共振，从而使叶片发生疲劳， 长久下去可能损坏汽轮机的叶片。发电机 频率异常保护，是保护汽轮机安全的。 频率积累保护，反映汽轮机叶片疲劳的 累积效应，可作为低频积累保护，或高频 积累保护。
发变组保护
• 发电机突加电压及断路器闪络保护逻辑框 图
I＞
&2
t 11
信号
出口
0
断路器开关 闭合=0
t12
&3
+
磁路开关 闭合=0
&4
Z＜
t13 /t14
发变组保护
• 发电机过电压保护 保护反映发电机定子电压。其输入电压 为机端TV二次相间电压（例如），动作后 经延时切除发电机。 逻辑如下：
信号 Uca > U g
U
f
U
f

B Be

U f
式中 ——过激磁倍数； B、Be——分别为铁 芯工作磁密及额定磁密； u、f、u*、f* ——电压、频率及其以额定电 压及额定频率为基准的标么值。 发电机的过激磁能力比变压器的能力要低一些， 因此发变组保护的过激磁特性一般按照发电机的 特性整定。
发变组保护
• 发电机反时限过激磁保护逻辑框图