(完整版)电力系统继电保护——7发电机的继电保护
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7
3. 发电机的保护方式-转子绕组
转子
• 转子接地保护：转子绕组一点或者两点接地短路 • 转子绕组过负荷保护：采用转子过负荷 • 失磁保护：励磁绕组失电 • 逆功率保护：汽轮发电机主汽门突然关闭
重点介绍的保护
• 发电机纵差保护，横差保护，零序电流保护，失磁保护
发电机保护动作的特点： • 发电机侧的断路器跳开，另外，必须切断励磁回路----
平衡电流，导致横差保护动作。。。可以考虑带0.5~1秒的延时，
再动作于跳断路器和灭磁开关。
20
2.3 横差动保护的整定
Iop (0.2 ~ 0.3)IN.G
保护有死区，死区范围跟整定值有关 转子回路两点接地时，横差动保护可能误动作， 但不必在转子回路两点接地时闭锁横差动保护 在投入两点接地保护的同时，横差动保护应切换 至带0.5~1s的延时动作于跳闸，可防止转子回路 偶然性的两点接地时引起的横差保护误动作
② 按躲开外部故障时的最大不平衡电流整定
Iact.r K I rel unb max
Krel 1.3
Iunb max Knp Kerr Kst Ik.max / nTA
12
不同类型发动机的差动电流整定值
汽轮发电机：励磁阻抗较小，
Ik.max 8I N.G
则
Iact.r (0.5 0.6)IN.G / nTA
电力系统继电保护原理
主讲教师：邰能灵
7 发电机的继电保护 7.1 发电机的故障类型和不正常运行状态 7.2 发电机的纵差动保护和横差动保护 7.3 发电机的定子单相接地保护 7.4 发电机的负序过电流保护 7.5 发电机的失磁保护 7.6 发电机-变压器组继电保护的特点
2
7.1 发电机的故障类型和不正常 运行状态
I k
I k
1
2
I k
（a）
（b）
讨论：
➢ （1）差动电流跟哪些因素有关？
➢ （2）可以列出差动电流的表达式吗？
➢ （3）保护有死区吗？
18
2.2 横差动保护的接线-方式
➢ 每相装设两个电流互感器，每相用一个继电器
有较大的不平衡电流
➢ 实用接线方式：两个并列的星形接线的中性点连
线上接一个电流互感器，有较小的不平衡电流。
起动电流按躲开正常运行时的不平衡电流整定， 原则上越灵敏越好，通常取：
Iact 0.2IN.G
为了防止外部故障时由于不平衡电流的影响而误 发断线信号，它的动作延时应大于发电机所有后 备保护的动作时限
11
1.2 差动继电器的整定
① 在正常运行情况下，电流互感器二次回路断线时
保护不应误动
Iact Krel IN.G Krel 1.3 Iact.r Krel IN.G / nTA
制动系数（制动特性的斜率）：0.2~0.4
14
1.4 纵差保护的灵敏度校验
K sen
Ik min I act
2.0
Ik.min为发电机内部故障时流过保护的最小短路电流， 需要考虑如下两种情况：
① 发电机与系统并列运行以前，也即发电机单机运
行时，在其出线端发生两相短路
② 发电机采用自同期并列时，励磁回路无电流，发
至信号
跳灭磁开关
5
6
LP
3I
2 4t
19
1 TA
2.2 横差动保护的接线
滤三次谐波
至信号
跳灭磁开关
5
6
LP
3I
2 4t
1 TA
➢ 采用三次谐波过滤器的原因：滤除三次谐波（三次谐波都会反映到
➢
中性线上，三系谐波在绕组中有环流，影响继电器的工作特性） 延时继电器的作用：转子回路发生一点接地故障时，会引起较大不
6
3. 发电机的保护方式-定子绕组
定子绕组
• 纵差保护：定子绕组及引出线相间短路 • 横差保护：发电机定子绕组匝间短路（大容量发电机） • 零序电流和零序电压保护：定子绕组单相接地 • 过电流保护：外部短路引起的定子过电流：采用负序
过电流保护、低电压起动的过电流保护、复合电压起 动的过电流保护或过电流保护； • 注意：对于发电机变压器组，一般采用复合电压启动 的过电流保护 • 负序电流保护：发电机不对称短路引起的负序电流 • 过电压保护：发电机突然甩负荷引起的过电压
作用：转子回路不存在电流，也就不在定子绕组中感 应电势，不再继续供给短路电流
8
7.2 发电机的纵差动保护和横差 动保护
1. 纵差动保护的原理
信号
6
7
跳灭磁开关
I-I 1 I-I 2 I-I 3
I 4
断线信号 t5
反应定子内部相间短路：动作于跳闸
反应电流互感器二次回路断线：动作于信号
10
1.1 断线监视继电器的整定
定子
• 定子绕组过电流（外部短路引起） • 过负荷（负荷超过发电机的额定容量引起） • 发电机负序过电流（不对称负荷或外部不对称短路引
起的）---负序电流会引起发电机发热 • 定子绕组过电压（突然甩负荷引起）
转子绕组
• 励磁回路故障或者励磁时间过长而引起的转子绕组过 负荷
• 汽轮发电机主汽门突然关闭而引起的发电机的逆功率
1. 发电机的故障类型
定子绕组
C
• 定子绕组及引出线相间短路
• 定子绕组匝间短路（大容量发电机）
• 定子绕组单相接地
F3
转子绕组—励磁回路
• 转子绕组一点或两点接地
ຫໍສະໝຸດ Baidu
• 转子绕组励磁电流消失
B
A
F2
F1
4
1. 发电机的故障类型 因励磁回路接地保护拒动而烧坏转子本体的事故 照片
5
2. 发电机的不正常运行状态
电机侧无电流，差动回路中流入的电流只有系统
供给的短路电流----在系统最小运行方式下，发 电机中性点侧发生两相短路
15
2.1 横差动保护的原理—定子绕组结构
大容量发电机的特点：额定电流太大，定子绕组 的每一相都是由两个并联的绕组组成。 正常运行时：每相每个绕组感应电势相等，绕组 间无环流； 匝间短路时，两个绕组的感应电势不相等，在绕 组间有环流。
水轮发电机：励磁阻抗较大，
Ik.max 5I N.G
则
Iact.r (0.3 0.4)IN.G / nTA
13
1.3 具有比率制动特性的差动继电器
I act .r
Iact.r f Ibrk
差动回路
Iumb f Iact
DKB1
0 I N.G / nTA
Ibrk
制动回路
最小起动电流：Iact.r.0 (0.1 ~ 0.3)IN.G / nTA 拐点制动电流：一般取I N.G / nTA
16
2.1 横差动保护的原理
C
B
A
I
Ik
Ik
I
I k
Ik
I k
I k
1
2
I k
（a）
（b）
利用反应两个支路电流之差的原理，可实现对发 电机定子绕组匝间短路的保护。
流入差动电流继电器的电流为 Ikd 2Ik / nTA
其中，Ikd 1-2
17
2.1 横差动保护的原理
C
B
A
I
Ik
Ik
I
I k
Ik
3. 发电机的保护方式-转子绕组
转子
• 转子接地保护：转子绕组一点或者两点接地短路 • 转子绕组过负荷保护：采用转子过负荷 • 失磁保护：励磁绕组失电 • 逆功率保护：汽轮发电机主汽门突然关闭
重点介绍的保护
• 发电机纵差保护，横差保护，零序电流保护，失磁保护
发电机保护动作的特点： • 发电机侧的断路器跳开，另外，必须切断励磁回路----
平衡电流，导致横差保护动作。。。可以考虑带0.5~1秒的延时，
再动作于跳断路器和灭磁开关。
20
2.3 横差动保护的整定
Iop (0.2 ~ 0.3)IN.G
保护有死区，死区范围跟整定值有关 转子回路两点接地时，横差动保护可能误动作， 但不必在转子回路两点接地时闭锁横差动保护 在投入两点接地保护的同时，横差动保护应切换 至带0.5~1s的延时动作于跳闸，可防止转子回路 偶然性的两点接地时引起的横差保护误动作
② 按躲开外部故障时的最大不平衡电流整定
Iact.r K I rel unb max
Krel 1.3
Iunb max Knp Kerr Kst Ik.max / nTA
12
不同类型发动机的差动电流整定值
汽轮发电机：励磁阻抗较小，
Ik.max 8I N.G
则
Iact.r (0.5 0.6)IN.G / nTA
电力系统继电保护原理
主讲教师：邰能灵
7 发电机的继电保护 7.1 发电机的故障类型和不正常运行状态 7.2 发电机的纵差动保护和横差动保护 7.3 发电机的定子单相接地保护 7.4 发电机的负序过电流保护 7.5 发电机的失磁保护 7.6 发电机-变压器组继电保护的特点
2
7.1 发电机的故障类型和不正常 运行状态
I k
I k
1
2
I k
（a）
（b）
讨论：
➢ （1）差动电流跟哪些因素有关？
➢ （2）可以列出差动电流的表达式吗？
➢ （3）保护有死区吗？
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2.2 横差动保护的接线-方式
➢ 每相装设两个电流互感器，每相用一个继电器
有较大的不平衡电流
➢ 实用接线方式：两个并列的星形接线的中性点连
线上接一个电流互感器，有较小的不平衡电流。
起动电流按躲开正常运行时的不平衡电流整定， 原则上越灵敏越好，通常取：
Iact 0.2IN.G
为了防止外部故障时由于不平衡电流的影响而误 发断线信号，它的动作延时应大于发电机所有后 备保护的动作时限
11
1.2 差动继电器的整定
① 在正常运行情况下，电流互感器二次回路断线时
保护不应误动
Iact Krel IN.G Krel 1.3 Iact.r Krel IN.G / nTA
制动系数（制动特性的斜率）：0.2~0.4
14
1.4 纵差保护的灵敏度校验
K sen
Ik min I act
2.0
Ik.min为发电机内部故障时流过保护的最小短路电流， 需要考虑如下两种情况：
① 发电机与系统并列运行以前，也即发电机单机运
行时，在其出线端发生两相短路
② 发电机采用自同期并列时，励磁回路无电流，发
至信号
跳灭磁开关
5
6
LP
3I
2 4t
19
1 TA
2.2 横差动保护的接线
滤三次谐波
至信号
跳灭磁开关
5
6
LP
3I
2 4t
1 TA
➢ 采用三次谐波过滤器的原因：滤除三次谐波（三次谐波都会反映到
➢
中性线上，三系谐波在绕组中有环流，影响继电器的工作特性） 延时继电器的作用：转子回路发生一点接地故障时，会引起较大不
6
3. 发电机的保护方式-定子绕组
定子绕组
• 纵差保护：定子绕组及引出线相间短路 • 横差保护：发电机定子绕组匝间短路（大容量发电机） • 零序电流和零序电压保护：定子绕组单相接地 • 过电流保护：外部短路引起的定子过电流：采用负序
过电流保护、低电压起动的过电流保护、复合电压起 动的过电流保护或过电流保护； • 注意：对于发电机变压器组，一般采用复合电压启动 的过电流保护 • 负序电流保护：发电机不对称短路引起的负序电流 • 过电压保护：发电机突然甩负荷引起的过电压
作用：转子回路不存在电流，也就不在定子绕组中感 应电势，不再继续供给短路电流
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7.2 发电机的纵差动保护和横差 动保护
1. 纵差动保护的原理
信号
6
7
跳灭磁开关
I-I 1 I-I 2 I-I 3
I 4
断线信号 t5
反应定子内部相间短路：动作于跳闸
反应电流互感器二次回路断线：动作于信号
10
1.1 断线监视继电器的整定
定子
• 定子绕组过电流（外部短路引起） • 过负荷（负荷超过发电机的额定容量引起） • 发电机负序过电流（不对称负荷或外部不对称短路引
起的）---负序电流会引起发电机发热 • 定子绕组过电压（突然甩负荷引起）
转子绕组
• 励磁回路故障或者励磁时间过长而引起的转子绕组过 负荷
• 汽轮发电机主汽门突然关闭而引起的发电机的逆功率
1. 发电机的故障类型
定子绕组
C
• 定子绕组及引出线相间短路
• 定子绕组匝间短路（大容量发电机）
• 定子绕组单相接地
F3
转子绕组—励磁回路
• 转子绕组一点或两点接地
ຫໍສະໝຸດ Baidu
• 转子绕组励磁电流消失
B
A
F2
F1
4
1. 发电机的故障类型 因励磁回路接地保护拒动而烧坏转子本体的事故 照片
5
2. 发电机的不正常运行状态
电机侧无电流，差动回路中流入的电流只有系统
供给的短路电流----在系统最小运行方式下，发 电机中性点侧发生两相短路
15
2.1 横差动保护的原理—定子绕组结构
大容量发电机的特点：额定电流太大，定子绕组 的每一相都是由两个并联的绕组组成。 正常运行时：每相每个绕组感应电势相等，绕组 间无环流； 匝间短路时，两个绕组的感应电势不相等，在绕 组间有环流。
水轮发电机：励磁阻抗较大，
Ik.max 5I N.G
则
Iact.r (0.3 0.4)IN.G / nTA
13
1.3 具有比率制动特性的差动继电器
I act .r
Iact.r f Ibrk
差动回路
Iumb f Iact
DKB1
0 I N.G / nTA
Ibrk
制动回路
最小起动电流：Iact.r.0 (0.1 ~ 0.3)IN.G / nTA 拐点制动电流：一般取I N.G / nTA
16
2.1 横差动保护的原理
C
B
A
I
Ik
Ik
I
I k
Ik
I k
I k
1
2
I k
（a）
（b）
利用反应两个支路电流之差的原理，可实现对发 电机定子绕组匝间短路的保护。
流入差动电流继电器的电流为 Ikd 2Ik / nTA
其中，Ikd 1-2
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2.1 横差动保护的原理
C
B
A
I
Ik
Ik
I
I k
Ik