发电机继电保护装置的配置与整定计算

第3章发电机继电保护装置的配置与整定计算

重点：熟悉发电机的故障和不正常工作状态；掌握发电机保护配置的基本方法；理解发电机横差保护工作原理；100%保护范围的发电机定子接地保护工作原理。难点：100%保护范围的发电机定子接地保护工作原理。

能力培养要求：基本具备对中小型发电机配置保护装置的能力。

学时：讲课3学时，现场教学2学时

3.1 发电机的保护配置

一、发电机的故障和不正常工作状态

发电机是电力系统中十分重要和贵重的设备，发电机的安全运行直接影响电力系统的安全。

1、发电机可能出现的故障类型

①发电机定子绕组相间短路

定子绕组相间短路会产生很大的短路电流，严重损坏发电机，甚至引起火灾。

②发电机定子绕组匝间短路

定子绕组匝间短路会产生很大的环流，引起故障处温度升高，使绝缘老化，甚至击穿绝缘发展为单相接地或相间短路，扩大发电机损坏范围。

③发电机定子绕组单相接地

定子绕组单相接地是发电机易发生的一种故障。单相接地后，其电容电流流过故障点的定子铁芯，当此电流较大或持续时间较长时，会使铁芯局部熔化。

④发电机转子绕组一点接地和两点接地

转子绕组一点接地，对发电机没有直接危害。两点接地则转子绕组一部分被短接，不但会烧毁转子绕组，而且由于部分绕组短接会破坏磁路的对称性，造成磁势不平衡而引起机组剧烈振动，产生严重后果。水轮发电机组是凸极结构，机组剧烈振动后会破坏各轴承与轴瓦之间的间隙，造成“拉瓦”，排除故障需要相当长的停机时间，故绝不允许转子绕组两点接地现象出现。

⑤发电机失磁

由于转子绕组断线、励磁回路故障或灭磁开关误动等原因，将造成转子失磁，失磁故障不仅对发电机造成危害，而且对电力系统安全也会造成严重影响。发电机失去励磁后，运行状态将变为电动机运行。故不允许发电机失磁后继续运行。

2、发电机的不正常工作状态

①由于外部短路、非周期合闸以及系统振荡等原因引起的过电流。

②过负荷。

③过电压。特别是水轮发电机，因其调速系统惯性大，在突然甩负荷时，将引起过电压。

④逆功率。当汽轮发电机主汽门突然关闭而发电机断路器未断开时，发电机将过渡到同步电动机运行状态，对汽轮发电机叶片特别是尾叶，可能过热而损坏。

二、发电机的保护配置

1、纵差动保护

反应发电机定子绕组及其引出线的相间短路故障，动作于瞬时跳开发电机开关、停机并灭磁。

2、横联差动保护

当发电机定子绕组有2个以上的分支且连接成双星形，每个分支都有引出线时，应装设横联差动保护反应定子绕组匝间短路，动作结构同纵差动保护。当不满足该条件时，取消该保护，待故障发展为相间短时，用纵差动保护反应。

3、零序保护

当发电机电压回路回路的接地电容电流（未经消弧线圈补偿）大于或等于5A时，保护动作于跳闸、停机、灭磁。；当接地电容电流小于5A时，保护应动作信号。对单机容量为100MW及以上的发电机，应尽量装设保护范围为100%的接地保护。

4、过电流保护

一般应配置低电压过流或复合电压过流保护反应外部短路引起的定子绕组过电

流状态，并作为发电机的后备保护。对单机容量为50MW及以上的发电机，一般装设负序过流及单相低电压起动的过流保护。

5、过负荷保护

由于发电机对称过负荷引起的定子绕组过流，应装设反应一相电流的过负荷保护，延时动作于信号。

6、过电压保护

反应发电机突然甩负荷引起的定子绕组过电压现象，延时动作于跳开关、停机、灭磁。

7、转子绕组一点接地保护

水轮发电机组一般装设一点接地保护并动作于信号。汽轮机发电机采用定期检测

装置，大容量机组才设一点接地保护和二点接地保护。一点接地保护动作于信号，二点接地保护动作于停机。

8、失磁保护

当不允许失磁运行时，应在自动灭磁开关断开时，连跳发电机断路器。对单机容量100MW及以上或采用可控硅励磁方式时，应设专门的失磁保护。

其他还有如转子回路过负荷保护，用于单机容量100MW及以上并采用可控硅励磁方式的发电机；大容量汽轮机发电机的逆功率保护等。

一般成套的可控硅励磁装置自身都设有失磁保护和转子回路过负荷保护，所以发电机上不再单独配置该保护。

3.2 发电机纵差保护的整定计算

一、电流继电器构成的发电机纵差保护

图中，KVI串接于三相电流互感器的中性线上，反应中性线上的电流大小，作为差动保护TA断线监视用，延时发信号。

二、保护整定计算

动作电流按两个条件整定：

1、躲开TA二次侧断线影响：

2、躲开二次侧不平衡电流：

式中：短路电流非周期分量影响系数，电流继电器取1.5～2，BCH-2继电器取1；可靠系数一般取1.3。

取1、2两项中的最大值为保护动作整定值。

3、断线监视继电器的整定：

根据经验：

4、灵敏度校验

注意：在发电机中性点附近短路，当过渡电阻不为零时，短路电流很小，保护存在动作死区。

三、由BCH—2差动继电器构成的发电机纵差动保护

1.保护构成示意图

2、工作原理

三相平衡线圈串联接于纵差保护的中性线回路，其极性与差动线圈的极性相反。当发电机内部相间短路时，其短路电流流入故障相继电器的差动线圈，而该继电

器的平衡线圈由于接在中性线上，并无电流通过，因此该相继电器动作。

当TA二次侧断线时，断线相差动继电器的差动线圈及三个平衡线圈中通过数值相等的负荷电流，由于极性相反，两者产生的磁通相抵消。该继电器不动作。正常运行及外部故障时，回路中流动的是不平衡电流，只要合理选择线圈匝数，就可以避开。

3、整定计算

①平衡线圈的匝数

按TA二次侧断线时纵差保护不动作条件整定，可靠系数取1.1。

以上公式计算出的是平衡线圈的计算值，平衡线圈的整定值应是小于

而接近于计算值的整数。

②差动线圈的匝数

整定计算的原则同上。

根据计算值和继电器差动线圈的固有数值，取整数作为整定值。

按上述方法进行整定，一般情况下继电器的动作电流相当于0.55IN.G.2,还可保证TA二次侧断线时不误动，故发电机内部故障时灵敏度很高，通常称具有高灵敏性的纵差保护。

四、比率制动式发电机纵差保护

对于大型机组或水内冷机组，中性点相间短路的几率比较大，以上2种保护方式或者有死区、或者保护动作时间有延迟，都不满足要求。故大型机组一般采用比率制动式纵差保护。

3.3定子绕组匝间短路的保护

一、横差电流保护