发电机保护整定计算

E3
Ul3
C0 f
1
U N 3 C0 f 2C0l
• 类似分析带消弧线圈时三次谐波电压分布情况
• 当单相接地、短路匝数与绕组匝数比为时，无 论有无消弧线圈，都有 UN3 = E3 Ul3 = (1–)E3
Ul3 / UN3 = (1–) /
• 当 <50% 时，有 | Ul3|– |UN3| > 0
• 100%定子绕组接地短路的保护
四、定子、转子绕组的电流保护
包括： • 定子、转子绕组过负荷保护 • 发电机的负序过电流保护 对于大容量发电机，由于热容量降低，过负荷
能力下降，需考虑反时限动作特性：
动作时间与故障电流成反比
（一）定子、转子绕组过负荷保护 （1）中小机组：单相定时限过电流保护 （2）大型机组： • 发电机的热容量显著下降，过负荷能力随之下降 • 发电机过电流倍数越大，允许运行时间越短：过
为C0l，则电流分布如图所示
• 作出零序等效网络,求得
3I0f = j3C0fUd0 3I0l = j3C0lUd0 Id0 = – j3(C0f+C0l)Ud0
–发电机内部故障 流过LH0的电流为3I0l
–发电机外部故障 流过LH0的电流为3I0f
• 接地电流比较大、超过允许值时，应使发电机 中性点经消弧线圈接地
– 对使用LMZ型LH且三次谐波滤过器滤除三 次谐波的滤过比大于或等于80的高灵敏单元 件横差保护，动作电流初设可选为
Iop.0=0.05Ign
– 实际整定按躲过外部故障最大三相短路电流 时的基波和三次谐波不平衡电流计算：
I K K I I 2
2
op.0
rel ap unb.1.max unb.3.max
告警信号,由运行人员退出保护
Iop= 0.2Ign (躲开正常运行时的不平衡电流)
(2).躲开外部短路时的最大不平衡电流
Iop= KrelIunb.max = KkelKerKapKccId.max
–Krel：可靠系数，取 Krel =1.3 –Kap：非周期分量影响系数。 使用BLH时， Kap =1，否则 Kap =1.31.5
• 接地点对地零序电压与接地点位置有关
–设：A相绕组中性点到接地点间的短路匝数与A 相绕组匝数比为，接地点各相电压为：
UAD= EA–EA=0 UBD= EB–EA UCD= EC–EA Ud0= （UAD+ UBD + UBD) / 3 = –EA
• 考虑发电机内部对地电容为C0f，外部对地电容
的单相接地短路保护
3. 定子绕组单相匝间短路
• 对有六个引出端的双绕组发电机，应设 置简单、灵敏的单元件横差保护
4. 发电机外部故障引起的定子过流
(1)过流保护 用于1WM以下的小容量发电机保护
(2)复压启动的过流保护 用于过流保护灵敏度不足的发电机保护
(3)负序过电流及单相低电压起动的过流保护 用于用于50WM及以上的发电机保护
• 电感电流补偿使Id0降低
Id0 = j [(1/L)– 3(C0l+C0l)] Ud0
• 根据发电机工作方式选择保护方式 –发电机直接连接在电压母线上 • 与发电机直接联系的元件较多，C0l较大 • 3I0l较大，可用零序电流保护跳闸 –发电机–变压器单元接线 • 无其它与发电机直接联系的元件，C0l较小 • 3I0l较小，可用零序电压保护动作于信号
(2) 转子二次谐波电流保护(负序功率方向闭锁) 用于有三个引出端的单绕组发电机：横差无效
• 定子绕组部分绕组匝间(或相间)短路出现负序电 流分量，气隙必有负序(逆转)磁场, 在转子绕组 中感应出二次谐波电流，以此起动保护跳闸
• 增设负序功率方向闭锁，防止外部故障误动
– 当发电机内部不对称短路时，故障点负序电压 最大，负序功率由发电机流出
•
• 定子绕组三相对称过负荷
• 突然甩负荷引起的定子绕组过电压
• 励磁回路故障或强励时间太长引起的转子绕 组过负荷
• 汽轮机主气门突然关闭引起的发电机逆功率
（二）发电机的保护配置（与容量相关）
1.定子绕组及其引出线相间短路保护
• 纵联差动保护是发电机的主保护
• 1MW以上的发电机应装设纵联差动保护
–各种单相匝间短路 时，通过两组绕组 的中性点连接线构
成短路环流通路
–也可反应定子绕组 相间不对称短路： 相间短路时，一般 两组绕组三相不对 称，可形成环流
• 发电机正常运行和外部短路时，有较大三次谐 波不平衡电流通过中性点连接线，需滤波处理
• 转子永久性两点接地时气隙磁通畸变，也有较 大不平衡电流通过中性点连接线，可使横差误 动
–Kcc:LH同型系数。发电机差动采用同型LH， Kcc= 0.5(相对误差5%)
–Ker= 0.1:满足10%误差曲线要求时LH最大误差 –Id.max:取外部短路K(3)，Zs.min时计算
• 按条件(2）整定，有： Iop= （0.40.6)Ign 动作更灵敏；但LH二次回路断线、同时区外故障将 导致保护误动
发电机保护
一、发电机故障及其保护配置
（一）发电机的故障和异常运行状态
1．发电机的故障： • 定子绕组及引出线相间短路
• 定子绕组单相匝间短路和分支开焊
• 定子绕组单相接地 • 转子绕组一点或两点接地 • 励磁回路励磁电流消失
2．发电机异常运行状态
• 外部相间短路引起的定子绕组过电流
• 外部不对称短路或不对称负荷引起的负序过 电流和负序过负荷
–提高动作灵敏度措施
• 采用三次谐波滤波器 • 延时躲开外部接地短路故障时的零序电压
（四）无死区100%定子绕组接地短路的保护
• 零序分量构成的定子绕组接地保护存在动作死 区：较小时零序分量保护不能动作（保护范 围小于85%）
• 死区内故障可使接地故障发展为匝间、相间故 障，严重损坏发电机
• 需使用无死区100%定子绕组接地短路的保护
• 同相同绕组或同相不同绕组匝间短路时，两绕组 的电势不再相等
• 绕组电势差将在绕组内产生很大环流而不被纵差 保护反应
• 对有六个引出端的双绕组发电机，应设置简单、 灵敏的单元件横差保护
(1)利用两绕组电流之差即可构成三元件横差保护
• 三元件横差保护接线复杂，可靠性低
(2)单元件横差保护
–将一半绕组与另一半绕组的三相电流和比较
保护误动作，在相间保护动作时保护闭锁
(3)保护装置带有l～2s的时限，以躲开外部单相接 地瞬间发电机暂态(大于稳态)电容电流的影响
（三）零序电压保护 –当接地电流小于允许值时，—般装设作用于信号 的零序电压接地保护 –整定： (1)躲过正常运行时PT开口三次谐波不平衡电压 (2)躲过外部接地短路时产生的零序电压经变压器 绕组分布电容藕合到发电机侧的零序电压
• Iop< Ign (如上) 不使用1)中的LH二次回路断线闭锁: 保护定值不能躲过
• 断线故障机率很小,且加强运行维护,可大大降低断 线的可能性:倾向于条件(2）整定保护定值
• 微机保护具有更强的装置故障监测手段,可按条件2）
整定保护定值,辅以下述条件区分故障或断线: –任意一相电压工频变化量元件起动 –任意一相正、负、零序电压元件起动 –起动后任意一相电流大于1.1Ign
（二）零序电流保护
–C0l>> C0f ，内部故障时，3I0l>> 3I0f ，动作灵敏 –正常运行时，一次侧电流很大，LH0不平衡电流很
大，应使用特别设计的LH0 –整定：
(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 称在二次侧引起的不平衡电流
(2)为防止外部相间短路产生的不平衡电流引起接地
– 当外部不对称运行或短路时，负序功率流入发 电机，将保护闭锁
• 整定：动作电流大于正常运行允许的定子绕组最 大负序电流(5~8%)Ign对应的转子二次谐波电流
三、发电机定子绕组
单相接地短路的保护
• 根据安全要求，发电机的外壳接地 • 定子绕组因绝缘破坏而引起的单相接地故障比
较普遍，且接地电流为电容电流 • 接地电流能在故障点引起电弧时，将使绕组的
• 畸变气隙磁通导致发电机异常震动，需转子永 久性两点接地保护动作跳闸，因此不闭锁横差 保护
• 为防止转子瞬时两点接地时横差误动，在转子 一点接地后，横差切换至0.51s延时跳闸回路
• 整定计算
– 当单元件横差保护使用的三次谐波滤过器滤 除三次谐波的滤过比大于或等于15时，动作 电流初设可选为
Iop.0=(0.2~0.3)Ign
• 类型
–附加信号电源（需附加信号电源，略）
–增加三次谐波电压保护
• 三次谐波电压保护
–正常运行时，发电机含三次谐波电压
–以等效电路分析三次谐波电压分布情况
–正常运行时三次谐波电压 分布（不带消弧线圈）
UN3

C0 f 2C0l 2(C0 f C0l )
E3
Ul3

C0 f 2(C0 f C0l )
（二）带制动的纵差保护
• 一定满足灵敏度要求，无需校验
(1)最小动作电流大于正常运行时最大不平衡电流
Iop.0= （0.10.2)Ign (2)制动特性拐点对应的制动电流
Ires.0= Ign (3)制动系数
Iop.max= KkelKerKapKccId.max
Ires.max= Iunb.max
Kres = Iop.max / Ires.max = KkelKerKapKcc (推荐取0.3)
(4)斜率
S= (Iop.max – Iop.0)/ (Ires.max - Ires.0)
（三）定子绕组匝间短路的保护
1.横差保护
• 大容量发电机额定电流很大，各相以两个绕组 (或更多绕组)并联工作
绝缘和定子铁心损坏，也容易发展成相间短路， 造成更大的危害
• 当接地电容电流等于或大于允许值时，应装设 动作于跳闸的接地保护
• 当接地电流小于允许值时，—般装设作用于信 号的接地保护
（一）定子绕组单相接地短路的特点
• 发电机中性点采用不接地或经消弧线圈接地方式， 单相接地短路电流为三相对地电容电流之和
• 铁芯电流密度大的转子端部、护环等部位局 部灼伤，使转子表层过热
• 倍频电磁转矩同时引起100Hz的机械震动
• 负序过电流保护实际是发电机转子表层过热 保护
（1）发电机的过热时间常数
• 负序过电流时，发电机允许的发热量正比与过 热时间常数A
为 <50% 时定子绕阻单相接地故障的动作判据 • 为防止高阻接地故障拒动，使用高灵敏判据
K = | UN3 –kpUl3|– | UN3| > 0
–选择适当 kp，正常运行时使（UN3 –kpUl3） 0 –选择 << 1（减少制动量），有
• 正常运行时 K < 0 ,保护不动作； • 区内故障时， K > 0 , 保护灵敏动作
负荷能力具有反时限特性 • 应使用具有反时限特性的过负荷保护
t = K/[(I/Ign)2–(1+)] K:与发电机热容量相关的常数 =0.010.02,修正系数
（二） 发电机的负序过电流保护
• 不对称负荷或短路时，在定子绕组中出现负 序电流
• 对应的负序旋转磁场相对转子为2倍同步转 速，使转子绕组、铁芯感应倍频电流
满足任一条件为故障
2.灵敏度校验
Ksen=Id.min/Iop >2 • Id.min为内部故障时流过保护的最小短路电流
• 校验条件
（1）发电机与系统并列运行前，机端两相短路 故障：
发电机单独供给的短路电流
（2）发电机无励磁、与最小运行方式的系统自 同期并列时机端两相短路故障：
系统单独供给的短路电流
•
• 发变组
–当发电机与变压器之间有断路器时，设单独 的纵 差保护
–当发电机与变压器之间没有断路器时
• 100MW以下的发电机，设发变组共用纵差
• 100MW以上的发电机设单独的纵差保护，与发变 组共用纵差构成双重主保护
Hale Waihona Puke Baidu
2. 定子绕组单相接地短路保护
• 接地电容电流 5A , 动作于跳闸 • 接地电容电流 < 5A , 动作于信号 • 100MW及以上发电机，设保护区为100%
5. 发电机的其它保护
• 定子绕组过负荷/过电压 • 发电机失磁保护 • 发电机失步保护
二、发电机纵差/横差保护
（一）不带制动的纵差保护
1.保护动作值整定 (1).正常运行时,LH二次回路断线时保护不误动
Iop= KrelIgn/nL –Ign ：发电机额定电流 –Krel：可靠系数，取 Krel =1.3 • 为防止在LH二次回路断线、同时区外故障导致保 护误动，另需设置LH二次回路断线监视装置发出