发电机励磁回路接地保护
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7.5 发电机励磁回路接地保护
1、励磁回路一点接地保护 当励磁绕组绝缘严重下降或损坏时， 会引起励磁回路的接地故障，最常见的是 励磁回路一点接地故障。发生一点接地故 障后，励磁回路对地电压将升高，在某些 条件下会诱发第二点接地，励磁回路发生 两点接地故障将严重损坏发电机。
1）绝缘检查装置
缺点：
中点附近接地时， 存在动作死区。
Z m. min X 2 X ad X1 j X 2 X ad jX d
失磁后其机端测量阻抗沿等有功圆向第四象限 变化。临界失步时达到等无功阻抗圆的b点。 异步运行后，便进入等无功阻抗圆，稳定在c 点附近。
3、失磁保护的构成
发电机的失磁故障可采用无功功率改变方 向、机端测量阻抗超越静稳边界圆的边界、 机端测量阻抗进入异步静稳边界阻抗圆为主 要判据，来检测失磁故障。 为防止误动还需要用非正常运行状态下 的某些特征作为失磁保护和辅助判据。例如 励磁电压的下降，系统电压的降低均可用作 失磁保护辅助判据。
A I *2 a
t
A I *2
t
保护动作时限具有反时限特性
流仍存在，则动作于切除发电机。
发电机能长期承受的负序电流值由转子各部件能承 受的温度决定，通常为额定电流的4%到10%。 发电机承受负序电流的能力，与负序电流通过的 时间有关 。 发电机短时承受负序电流的能力 ：
t
A
2 I 2
发电机在任意时间内承受负序电流的能力 ：
A t 2 I 2
测量 指从发电机端向系统方向所看到的阻抗。 阻抗 失磁后机端测量阻抗的变化是失磁保护的重 要判据。
以发电机与无穷大系统并列运行为例进行 讨论：
失磁进 入稳态 异步运 行三个 阶段
失磁后到失步前 临界失步点
失步后
1）失磁后到失步前的阶段 失磁后到失步前，由于发电机转子存在惯 性，失步前的失磁发电机滑差很小，发电机 输出的有功功率基本上保持失磁前输出的有 功功率值，可近似看作恒定，而无功功率则 从正值变为负值。
1、定时限负序电流保护 两段式定时限特性曲线
I *2
a
2 .5 2 .0 1 .5 1 .0
在曲线ab段内， 保护动作时间大于允许 的时间。
b
两段负序电流保护时限 特性
c
d
e
t (s )
4
10
16
在曲线bc段内， 保护动作小于允许时间 。
2、反时限负序电流保护
保护判据： t
I *2
保护装置动作特性曲线
2、励磁回路两点接地保护 两点接地，故障点流过很大短路电流，电弧 可能烧伤转子。转子磁场发生畸变，力矩不 平衡，致使机组振动 。可能使汽缸磁化。 工作原理：当励磁回路K1点 发生接地后，投入刀闸S1并 按下按钮SB，调节的滑动触 点，使电桥平衡。
调整平衡后，合上S2，将保护投入工作。
当励磁回路第二点发生 接地时，电桥平衡遭到 破坏，电流继电器中有 电流通过，若电流大于 继电器的动作电流，保 护动作，断开发电机出 口断路器。 缺点：1）若故障点K2点离第一个故障点K1点较远， 则保护的灵敏度较好；反之，若K2点离K1点很近， 保护将拒动，因此保护存在死区，死区范围在10% 左右。
7.7 发电机负序电流保护 电力系统发生不对称短路，或三相负荷不 对称时，将有负序电流流过发电机的定子绕组， 该电流在气隙中建立起负序旋转磁场，以同步 速朝与转子转动方向相反的方向旋转，并在转 子绕组中产生100Hz的电流。 发电机承受负序电流的能力，是负序电流保 护的整定依据之一。
短时出现负序电流发信号。 负序电流持续时间达到规定时间时，负序电
圆内为失步区，圆外为稳定区。
3）失步后异步运行阶段
等值电路
机端测量阻抗：
R jX ad ( 2 jX 2 ) s Z m X 1 R2 j ( X ad X 2 ) s
异步边界阻抗圆：
最大、最小测量阻抗
Z m. max j ( X 1 X ad ) jX d
2 US P jQ (1 ) jX S 2P P jQ
2tg 1
Q P
2 2 US U S j jX S e 2P 2P
结论：因系统电抗、电压、发电机输出 有功不变，测量阻抗变化轨迹是圆。
2 2 US U S j Zm jX S e 2P 2P
3）由于两点接地保护只能在转子绕组一点接地 2）若第一个接地点K1点发生在转子绕组的 后投入，所以对于发生两点同时接地，或者第 正极或负极端，则因电桥失去作用，不论第 一点接地后紧接着发生第二点接地的故障，保 二点接地发生在何处，保护装置将拒动，死 护均不能反映。 区达100%。
7.6 发电机的失磁保护
正常运行时，电压表V1，V2的读数相等。当 励磁回路对地绝缘水平下降时，V1与V2的读
数不相等。
2）直流电桥式一点接地保护
正常时电桥处于平衡状 态；当励磁绕组发生一 点接地时，电桥失去平 衡。 接地点靠近励磁回路两极时保护 缺点 灵敏度高，而接地点靠近中点 M时，存在死区。
措施： 1）在电阻R1的桥臂中串接非线性元件稳压管， 2）转子偏心和磁路不对称等原因，使转子 其阻值随外加励磁电压的大小而变化，因此， 绕组中点对地电压不保持为零，而是在一 保护装置的死区随励磁电压改变而移动位置。 定范围内波动。利用此电压来消除保护死区。 这样在某一电压下的死区，在另一电压下则 变为动作区，从而减小了保护拒动的机率。
1、发电机失磁及原因
低励故障或完全失磁：造成低励故障的原 因通常是由于主励磁机或副励磁机故障；励磁 系统有些整流元件损坏或自动调节系统不正确 动作及操作上的错误。完全失磁通常是由于自 动灭磁开关误跳闸，励磁调节器整流装置中自 动开关误跳闸，励磁绕组断线或端口短路以及 副励磁机励磁电源消失等。
2、发电机失磁后机端测量阻抗的变化规律
U s2 其圆心座标： , Xs 2P
U s2 圆半径： 2P
2）临界失步点
2 EaU S US U s2 Q cos X X X
表示发电机从系统吸收无功，百度文库为常数。
2 2 US U S j Zm j( Xs) j e 2Q 2Q
测量阻抗：
简化后测量阻抗为：
1 1 Z m j ( X s X d ) j ( X S X d ) e j 2 2
2 E U S US Q cos δ X X
U G U S jI S X s
E U S P sin X
Ed
UG
jIX d
jIX s
Us
I
测量阻抗：
U G U s jIX s U s2 Zm jX s P jQ I I
1、励磁回路一点接地保护 当励磁绕组绝缘严重下降或损坏时， 会引起励磁回路的接地故障，最常见的是 励磁回路一点接地故障。发生一点接地故 障后，励磁回路对地电压将升高，在某些 条件下会诱发第二点接地，励磁回路发生 两点接地故障将严重损坏发电机。
1）绝缘检查装置
缺点：
中点附近接地时， 存在动作死区。
Z m. min X 2 X ad X1 j X 2 X ad jX d
失磁后其机端测量阻抗沿等有功圆向第四象限 变化。临界失步时达到等无功阻抗圆的b点。 异步运行后，便进入等无功阻抗圆，稳定在c 点附近。
3、失磁保护的构成
发电机的失磁故障可采用无功功率改变方 向、机端测量阻抗超越静稳边界圆的边界、 机端测量阻抗进入异步静稳边界阻抗圆为主 要判据，来检测失磁故障。 为防止误动还需要用非正常运行状态下 的某些特征作为失磁保护和辅助判据。例如 励磁电压的下降，系统电压的降低均可用作 失磁保护辅助判据。
A I *2 a
t
A I *2
t
保护动作时限具有反时限特性
流仍存在，则动作于切除发电机。
发电机能长期承受的负序电流值由转子各部件能承 受的温度决定，通常为额定电流的4%到10%。 发电机承受负序电流的能力，与负序电流通过的 时间有关 。 发电机短时承受负序电流的能力 ：
t
A
2 I 2
发电机在任意时间内承受负序电流的能力 ：
A t 2 I 2
测量 指从发电机端向系统方向所看到的阻抗。 阻抗 失磁后机端测量阻抗的变化是失磁保护的重 要判据。
以发电机与无穷大系统并列运行为例进行 讨论：
失磁进 入稳态 异步运 行三个 阶段
失磁后到失步前 临界失步点
失步后
1）失磁后到失步前的阶段 失磁后到失步前，由于发电机转子存在惯 性，失步前的失磁发电机滑差很小，发电机 输出的有功功率基本上保持失磁前输出的有 功功率值，可近似看作恒定，而无功功率则 从正值变为负值。
1、定时限负序电流保护 两段式定时限特性曲线
I *2
a
2 .5 2 .0 1 .5 1 .0
在曲线ab段内， 保护动作时间大于允许 的时间。
b
两段负序电流保护时限 特性
c
d
e
t (s )
4
10
16
在曲线bc段内， 保护动作小于允许时间 。
2、反时限负序电流保护
保护判据： t
I *2
保护装置动作特性曲线
2、励磁回路两点接地保护 两点接地，故障点流过很大短路电流，电弧 可能烧伤转子。转子磁场发生畸变，力矩不 平衡，致使机组振动 。可能使汽缸磁化。 工作原理：当励磁回路K1点 发生接地后，投入刀闸S1并 按下按钮SB，调节的滑动触 点，使电桥平衡。
调整平衡后，合上S2，将保护投入工作。
当励磁回路第二点发生 接地时，电桥平衡遭到 破坏，电流继电器中有 电流通过，若电流大于 继电器的动作电流，保 护动作，断开发电机出 口断路器。 缺点：1）若故障点K2点离第一个故障点K1点较远， 则保护的灵敏度较好；反之，若K2点离K1点很近， 保护将拒动，因此保护存在死区，死区范围在10% 左右。
7.7 发电机负序电流保护 电力系统发生不对称短路，或三相负荷不 对称时，将有负序电流流过发电机的定子绕组， 该电流在气隙中建立起负序旋转磁场，以同步 速朝与转子转动方向相反的方向旋转，并在转 子绕组中产生100Hz的电流。 发电机承受负序电流的能力，是负序电流保 护的整定依据之一。
短时出现负序电流发信号。 负序电流持续时间达到规定时间时，负序电
圆内为失步区，圆外为稳定区。
3）失步后异步运行阶段
等值电路
机端测量阻抗：
R jX ad ( 2 jX 2 ) s Z m X 1 R2 j ( X ad X 2 ) s
异步边界阻抗圆：
最大、最小测量阻抗
Z m. max j ( X 1 X ad ) jX d
2 US P jQ (1 ) jX S 2P P jQ
2tg 1
Q P
2 2 US U S j jX S e 2P 2P
结论：因系统电抗、电压、发电机输出 有功不变，测量阻抗变化轨迹是圆。
2 2 US U S j Zm jX S e 2P 2P
3）由于两点接地保护只能在转子绕组一点接地 2）若第一个接地点K1点发生在转子绕组的 后投入，所以对于发生两点同时接地，或者第 正极或负极端，则因电桥失去作用，不论第 一点接地后紧接着发生第二点接地的故障，保 二点接地发生在何处，保护装置将拒动，死 护均不能反映。 区达100%。
7.6 发电机的失磁保护
正常运行时，电压表V1，V2的读数相等。当 励磁回路对地绝缘水平下降时，V1与V2的读
数不相等。
2）直流电桥式一点接地保护
正常时电桥处于平衡状 态；当励磁绕组发生一 点接地时，电桥失去平 衡。 接地点靠近励磁回路两极时保护 缺点 灵敏度高，而接地点靠近中点 M时，存在死区。
措施： 1）在电阻R1的桥臂中串接非线性元件稳压管， 2）转子偏心和磁路不对称等原因，使转子 其阻值随外加励磁电压的大小而变化，因此， 绕组中点对地电压不保持为零，而是在一 保护装置的死区随励磁电压改变而移动位置。 定范围内波动。利用此电压来消除保护死区。 这样在某一电压下的死区，在另一电压下则 变为动作区，从而减小了保护拒动的机率。
1、发电机失磁及原因
低励故障或完全失磁：造成低励故障的原 因通常是由于主励磁机或副励磁机故障；励磁 系统有些整流元件损坏或自动调节系统不正确 动作及操作上的错误。完全失磁通常是由于自 动灭磁开关误跳闸，励磁调节器整流装置中自 动开关误跳闸，励磁绕组断线或端口短路以及 副励磁机励磁电源消失等。
2、发电机失磁后机端测量阻抗的变化规律
U s2 其圆心座标： , Xs 2P
U s2 圆半径： 2P
2）临界失步点
2 EaU S US U s2 Q cos X X X
表示发电机从系统吸收无功，百度文库为常数。
2 2 US U S j Zm j( Xs) j e 2Q 2Q
测量阻抗：
简化后测量阻抗为：
1 1 Z m j ( X s X d ) j ( X S X d ) e j 2 2
2 E U S US Q cos δ X X
U G U S jI S X s
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测量阻抗：
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