南瑞RCS 发变组保护

同步发电机的功率特性及静态稳定极限角
Id X d = Ed −u f cos δ f
Id
=
Ed
− u f cosδ f Xd
Iq X q = u f Sinδ f
Iq
=
uf
sin δ Xq
f
ϕf = β −δ f
同步发电机的功率特性
Pf =uf I cosϕf =uf I cos(β −δf )
势 --电枢旋转磁势。因此，同步发电机接上三相对称负载以后，
电机中除了随轴同转的转子磁势 (称为机械旋转磁势)外，又多了
一个电枢旋转磁势(称为电气旋转磁势) 。
★ 参看异步电机篇的介绍，不难证明这两个旋转磁势的转速
均为同步速，而且转向一致，二者在空间处于相对静止状态，可
以用矢量加法将其合成为一个合成磁势 。
感应电势(凸极和隐极)
同步发电机的运行特性
• 1.空载特性 • 2.短路特性 • 3.负载特性 • 4.外特性 • 5.调整特性
空载特性
• 发电机空载特性是指发电机以额定转速空载运 行时其电势E0与励磁电流I1之间的关系曲线。 当发电机处于空载运行状态，其端电压U就等 于电势E0，因此该曲线也就是空载时端电压与 励磁电流的关系曲线。
=uf
cosδf
uf
sinδf Xq
+uf
sinδf
Ed
−uf cosδf Xd
= uf
cosδ f
Ed
− u f cosδ f Xd
−uf
sinδ f
uf
sinδ f Xq
=
Eduf Xd
sinδf
+ u2f Xq
sinδf
cosδf
− u2f Xd
sinδf
cosδf
=
Eduf Xd
sinδf
+ u2f 2
• β= 90º,
cosβ=0,sinβ=1,不发出有功功率，只发无功功率
• β= 180º,I、E0反相,cosβ=-1,sinβ=0,从电网吸收有功，电动机运行
• β=-90º,
cosβ=0,sinβ=-1,向电网送容性无功
• 由于β角可以是任意角，可以把电枢磁势分解为直轴和交轴两个分量 分析。同步发电机最常见的运行工况为0<β< 90º ，电枢反应磁场落后
旋转整流器励磁
• 静止整流器的直流输出必须经过电刷和集电环才能输送到旋 转的励磁绕组，对于大容量的同步发电机，其励磁电流达到 数千安培，使得集电环严重过热。因此大容量的同步发电机 中，常采用如图所示的系统。主励磁机是旋转电枢式三相同 步发电机，旋转电枢的交流电流经与主轴一起旋转的硅整流 器整流后，直接送到主发电机的转子励磁绕组。交流主励磁 机的励磁电流由同轴的交流副励磁机经静止的晶闸管整流器 整流后供给。这种励磁系统称为无刷励磁系统。
• ◆ 感应电势频率： 感应电势的频率决定于同步电机的转速n 和极对数p ，即 ◆ 交变性与对称性：由于旋转磁场极性相间，使得感应电势 的极性交变；由于电枢绕组的对称性，保证了感应电势的三 相对称性。
凸极机
隐极机
励磁方式
• 一类是用直流发电机作为励磁电源的直 流励磁机励磁系统；
• 另一类是用硅整流装置将交流转化成直 流后供给励磁的整流器励磁系统。
cos δ f
−
u
2 f
Xd
汽轮发电机输电系统的功角特性
水轮发电机输电系统的功角特性
发电机与电力系统的同步运行稳定性及振荡
（a）功率特性 （b）运行点a功角变化 （c）运行点b功角变化
暂态稳定
动态稳定
• 动态稳定涉及发电机的阻尼力矩问题。所谓阻尼力矩是指当发
电机转速变化时，发电机本身所具有的反应于这种转速变化的力 矩。
•
★空载时，同步电机中只有一个以同步转速旋转的励磁磁
势 ，它在电枢绕组中感应出三相对称交流电势，称为励磁电势。
★当电枢绕组接上三相对称负载后，电枢绕组和负载一起构
成闭合通路，通路中流过的是三相对称的交流电流 ，我们知道，
当三相对称电流流过三相对称绕组时，将会形成一个以同步速度
旋转的旋转磁势。
★由此可见，负载以后同步电机内部将会产生又一个旋转磁
• 电势决定于气隙磁通，空载时的气隙磁通决定 于转子磁势，转子磁势又决定于励磁电流，所 以这曲线表达了电机中“电”与“磁”的联系。
• 如图所示空载特性曲线，E0=f（I1）。做空载 特性试验时，应维持发电机转速不变，逐渐增 加励磁电流，直至端电压等于额定电压的130% 时为止。
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负载运行分析
• 负载后磁势分析
Qf =u f I sinϕ f = uf I sin(β −δ f )
=uf I cosβcosδf +uf I sinβsinδf
= uf I sin β cosδ f −u f I cosβ sinδ
=uf Iq cosδf +uf Id sinδf
= u f Id cosδ f − u f Iq sinδ f
TV配置方案说明
1.A、B屏尽量采用不同的电压互感器或互相独立的绕组。 2.对于发电机保护，配置匝间保护方案时，为防止匝间保护专 用TV高压侧断线导致保护误动，一套保护需引入两组TV。如考 虑采用独立的TV绕组，机端配置的TV数量太多，一般不能满足 要求。发电机机端建议配置三个TV绕组：TV1、TV2、TV3，A屏 接入TV1、TV3电压，B屏接入TV2、TV3电压。正常运行时，A屏 取TV1电压，TV3作备用，B屏取TV2电压，TV3作备用，任一组TV 断线，软件自动切换至TV3。（TV3既匝间保护专用TV，只做复 压过流的复压后备，不做接地保护的后备） 3. 对于零序电压，一般没有两个绕组，同时接入两套保护装 置。
(
Xd − Xq Xd Xq
)sin2δ
f
=
Edu f Xd
cosδ f
−
u
2 f
Xd
(cos2 δ f
+
Xd sin2 δ ) Xq
=
Edu f Xd
cosδ f
−
u
2 f
Xd
(1+
Xd − Xq Xq
sin2 δ f )
汽轮机的功率特性
Xd ≈ Xq
Pf
=
Edu f Xd
sin δ f
Qf
=
Edu f Xd
RCS-985发电机变压器组保护
RCS-985 发变组保护介绍
1、基础理论 2、方案介绍 3、装置介绍 4、保护功能特点 5、试验与运行 6、总结
同步发电机基本工作原理
同步电机基本工作原理
• ◆主磁场的建立：励磁绕组通以直流励磁电流，建立起转子 主磁场。 ◆ 载流导体：三相对称的电枢绕组充当功率绕组，成为感应 电势或者感应电流的载体。 ◆ 切割运动：原动机拖动转子旋转（给电机输入机械能）， 励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组（相当于绕 组的导体反向切割励磁磁场）。 ◆ 交变电势的产生：由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割 运动，电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三 相对称交变电势。通过引出线，即可提供交流电源。 ◆ 感应电势有效值：每相感应电势的有效值为
直流励磁机励磁
• 直流励磁机通常与同步发电机同轴，采用并励 或者他励接法。采用他励接法时，励磁机的励 磁电流由另一台被称为副励磁机的同轴的直流 发电机供给。
静止整流器励磁
• 同一轴上有三台交流发电机，即主发电机、交流主励磁机和 交流副励磁机。副励磁机的励磁电流开始时由外部直流电源 提供，待电压建立起来后再转为自励(有时采用永磁发电机)。 副励磁机的输出电流经过静止晶闸管整流器整流后供给主励 磁机，而主励磁机的交流输出电流经过静止的三相桥式硅整 流器整流后供给主发电机的励磁绕组。
适用范围
• 发电机变压器组类型
– 汽轮发电机变压器组 – 水轮发电机变压器组 – 燃气轮机组
• 机组容量
– 100MW以上发电机变压器机组 – 200MW以上发变组单元机组
保护总体方案设计思想
• 总体方案为双主双后，即双套主保护、双套后备保护、 双套异常运行保护的配置方案。其思想是将一个发变 组单元的全套电量保护集成在一套装置中，主保护和 后备保护共用一组TA。
• 调整特性可以使运行人员了解：在某一功率因数时， 定子电流到多少而不使励磁电流超过制造厂的规定 值，并能维持额定电压。利用这些曲线，可使电力系 统无功功率分配更合理一些。
发电机有功功率的输出
同步发电机的电枢反应
• 在稳定运行时，定子与转子两种旋转磁场对转 子绕组没有相对运动，因而不会在转子上产生 感应电势。 这两个磁场只在定子绕组产生感 应电势，在不考虑磁路饱和的情况下，转子磁 场感应空载电势E0，电枢磁场感应的电势为电 枢反应电势Ea,则有E0+Ea=Uf+I(ra+jxs)
• 隐极同步发电机的同步电抗标么值在0.9~3.5 之间；凸极式同步电机的直轴同步电抗在 0.6~1.6之间，交轴同步电抗在0.4~1.0之间。
直轴瞬态电抗
• 在短路初瞬，由于磁链不变原则，短路电流所产生 的电枢反应磁通不能通过转子铁芯去键链转子绕 组，而是象图1-13（b）中所示的，被挤到转子绕组 外侧的漏磁路中去了。定子短路电流所产生的磁通 所经路线的磁阻变大，这就意味着，此时限制电枢 电流的电抗变小，使突然短路初瞬有较大的短路电 流。这个限制电枢电流的电抗称为直轴瞬态电抗或 直轴暂态电抗
★ 气隙磁场可以看成是由合成磁势在电机的气隙中建立起来
的磁场。 也是以同步转速旋转的旋转磁场。 可见同步发电机负
载以后，电机内部的磁势和磁场将发生显著变化，这一变化主要
由电枢磁势的出现所致。
外特性
• 发电机带上负荷以后，端电压就会有所变化，外特 性就是反映这种变化规律的曲线。所谓外特性，就 是指励磁电流、转速、功率因数为常数的条件下， 变更负荷（定子电流I）时端电压U的变化曲线，即 U=f(I)。在滞后的功率因数情况下，当定子电流增 加时，电压降落较大，这是由于此时电枢反应是去 磁的。在超前的功率因数的情况下，定子电流增加 时，电压反应升高，这是由于电枢反应是助磁的。 在功率因数时，电压降落较小。
• 外特性可以用来分析发电机运行中的电压波动情 况，藉以提出对自动调节励磁装置调节范围的要求。
调整特性
• 电压会随负荷的变化而变动，要维持端电压不变，必 须在负荷变动时调整励磁电流。所谓调整特性，就是 指电压、转速、功率因数为常数的条件下，变更负荷 （定子电流I）时励磁电流I1的变化曲线，即I1的变 化曲线，即I1=f(I)，在滞后的功率因数情况下，负 荷增加，励磁电流也必须增加。这是因为此时去磁作 用加强，要维持气隙磁通，必须增加转子磁势。在超 前的功率因数下，负荷增加，励磁电流一般还要降低。 这是因为电枢反应有助磁作用的缘故。
• 对于一个发变组单元，配置两套完整的电气量保护， 每套保护装置采用不同组TA，均有独立的出口跳闸回 路。
• 非电量保护出口跳闸回路完全独立，和操作回路独立 组屏。
300MW-500KV机组TA、TV配置方案
300MW-500KV机组TA、TV配置方案
TA配置方案说明
1.A、B屏采用不同的电流互感器； 2.主后备共用一组TA； 3.主变差动、发电机差动均用到机端电流，一般引入 一组TA给两套保护用，对保护性能没有影响。RCS-985 保留了两组TA输入，适用于需要两组的特殊场合。 4.主变差动、高厂变差动均用到厂变高压侧电流，由 于主变容量与厂变容量差别非常大，为提高两套差动 保护性能，一般保留两组TA分别给两套保护用，RCS985通过软件选择，可以适用于只有一组TA的情况。 5.220KV侧应有一组失灵启动、非全相保护专用TA。
于转子磁场，即Ff超前Fa。图中可以将电流I分解为直轴分量Id和交轴分 量Iq。
同步发电机的电抗
• 电枢反应磁场在定子每相绕组中所感应的电枢 反应电势Ea，可以把它看作相电流所产生的一 个电抗电压降这个电抗便是电枢仅应电抗Xa。 即Ea=-jIXa，进一步再把Xa与漏磁Xa合并为一 个电抗Xs=Xa+X,这个Xs就称为同步电抗。考虑 示定式子的铜耗，则可写出同步阻抗Zs=ra+jXs的表
xd′ = xσ +
1 1 +1
=
xσ
+
xad x f xad + x f
xad x f
直轴超瞬态电抗
• 当转子上装有阻尼绕组时，则因阻尼绕 组也为闭合回路，它的磁链也不能突然 改变。同理，在短路初瞬，电枢磁通将 被排挤在阻尼绕组以外。也就是说，电 枢磁通将依次经过空气隙、阻尼绕组旁 的漏磁路和激磁绕组旁的漏磁路，如图 1-14中所示。这时磁路的磁阻更大了， 与之相应的电抗将有更小的数值。称为 直轴超瞬态电抗或直轴次暂态电抗。
电枢反应示意图
电枢反应解释
• 有负载时，便产生电枢磁势，对空间磁场的影响称电枢反应。电枢磁势 与转子磁势的相对位置取决于负载电流的性质如图所示，假定I、E0同 相位，β=0；假定E0越前I，β>0；假定E0滞后I，β<0；称Arg=β为内 功率因数角。
• β= 0,I、E0同相,cosβ=1,sinβ=0,不发出无功功率，只发有功功率