1、電力系統(tǒng)繼電保護原理,2,1 發(fā)電機的繼電保護 1.1 發(fā)電機的故障類型和不正常運行狀態(tài) 1.2 發(fā)電機的縱差動保護和橫差動保護 1.3 發(fā)電機的定子單相接地保護 1.4 發(fā)電機的負序過電流保護 1.5 發(fā)電機的失磁保護 1.6 發(fā)電機-變壓器組繼電保護的特點,1.1 發(fā)電機的故障類型和不正常運行狀態(tài),4,1. 發(fā)電機的故障類型及保護方式,定子繞組 定子繞組及引出線相間短路：采用縱差保護 定子繞組匝間短路：采用橫差保護 定子繞組單相接地：采用零序電流和零序電壓保護 轉子繞組 轉子繞組一點或兩點接地：采用定期檢測裝置，或采用一點和兩點接地保護 轉子繞組勵磁電流消失：自動滅磁開關斷開時連鎖斷開發(fā)電

2、機的斷路器，或采用發(fā)電機失磁保護,5,2. 不正常運行狀態(tài)及保護方式,過電流 外部短路引起的定子過電流：采用負序過電流保護、低電壓起動的過電流保護、復合電壓起動的過電流保護或過電流保護； 不對稱負荷或外部不對稱短路引起的定子負序過電流：采用負序過電流保護 對稱負荷引起的定子過電流：采用接于一相電流的過負荷保護 轉子繞組過負荷：采用轉子過負荷保護 定子繞組過電壓：采用帶延時的過電壓保護 汽輪發(fā)電機主汽門突然關閉：采用逆功率保護,1.2 發(fā)電機的縱差動保護和橫差動保護,7,1. 縱差動保護的原理,反應定子內(nèi)部相間短路：動作于跳閘 反應電流互感器二次回路斷線：動作于信號,8,1.1 斷線監(jiān)視繼電器的

3、整定,起動電流按躲開正常運行時的不平衡電流整定，原則上越靈敏越好，通常?。?為了防止外部故障時由于不平衡電流的影響而誤發(fā)斷線信號，它的動作延時應大于發(fā)電機所有后備保護的動作時限,9,1.2 差動繼電器的整定,在正常運行情況下，電流互感器二次回路斷線時保護不應誤動 按躲開外部故障時的最大不平衡電流整定,10,1.3 具有比率制動特性的差動繼電器,最小起動電流： 拐點制動電流：一般取 制動系數(shù)（制動特性的斜率）：0.20.4,11,1.4 縱差保護的靈敏度校驗,Idmin為發(fā)電機內(nèi)部故障時流過保護的最小短路電流，需要考慮如下兩種情況： 發(fā)電機與系統(tǒng)并列運行以前，在其出線端發(fā)生兩相短路 發(fā)電機采用自

4、同期并列時，在系統(tǒng)最小運行方式下，發(fā)電機出線端發(fā)生兩相短路,12,2. 橫差動保護的原理,利用反應兩個支路電流之差的原理，可實現(xiàn)對發(fā)電機定子繞組匝間短路的保護,13,2.1 橫差動保護的接線,每相裝設兩個電流互感器，每相用一個繼電器 只裝設一個電流互感器和一個繼電器,14,2.2 橫差動保護的整定,轉子回路兩點接地時，橫差動保護可能誤動作，但不必在轉子回路兩點接地時閉鎖橫差動保護 在投入兩點接地保護的同時，橫差動保護應切換至帶0.51s的延時動作于跳閘，可防止轉子回路偶然性的兩點接地時引起的橫差保護誤動作,1.3 發(fā)電機的定子單相接地保護,16,1. 發(fā)電機電壓網(wǎng)絡的特點,發(fā)電機的中性點都是不

5、接地或經(jīng)消弧線圈接地的 發(fā)電機電壓網(wǎng)絡是指與發(fā)電機有直接電聯(lián)系的各元件組成的網(wǎng)絡，是非直接接地系統(tǒng) 發(fā)電機定子繞組單相接地時，流經(jīng)接地點的電流為發(fā)電機電壓網(wǎng)絡對地電容電流的總和。當接地電流較大時，能在故障點引起電弧，將繞組絕緣和定子鐵心燒毀 當接地電容電流小于5A時，裝設動作于信號的接地保護；否則，裝設動作于跳閘的接地保護,17,2. 內(nèi)部單相接地時的等值電路,18,3. 外部單相接地時的等值電路,內(nèi)部單相接地時，流經(jīng)LH0的零序電流為發(fā)電機以外電壓網(wǎng)絡的對地電容電流 外部單相接地時，流經(jīng)LH0的零序電流為發(fā)電機本身的對地電容電流,19,4. 利用零序電流構成的定子接地保護,需要采用高靈敏的零

6、序電流互感器： 盡量提高零序電流互感器的勵磁阻抗 選取繼電器的阻抗與零序互感器的勵磁阻抗匹配,20,定子零序電流保護的整定,躲過外部單相接地時，發(fā)電機本身的電容電流和零序電流互感器二次側的不平衡電流 零序電流保護的一次動作電流應小于發(fā)電機單相接地電流的允許值 當起動電流不考慮發(fā)電機的暫態(tài)電容電流時，保護需帶有12s的動作延時 當起動電流不考慮外部相間短路時的不平衡電流時，需要在相間保護動作時將接地保護閉鎖 定子繞組中性點附近接地時，接地電流很小，定子零序電流保護存在動作死區(qū),21,5. 利用零序電壓構成定子接地保護,用于發(fā)電機變壓器組，動作于信號,22,定子零序電壓保護的整定,躲開正常運行時的

7、不平衡電壓 變壓器高壓側接地時在發(fā)電機端產(chǎn)生的零序電壓 提高靈敏度的措施： 加裝三次諧波過濾器，消除三次諧波的影響 變壓器高壓側中性點直接接地時，利用延時躲開高壓側接地故障 變壓器高壓側中性點非直接接地時，利用高壓側的零序電壓將定子接地保護閉鎖或對保護實現(xiàn)制動,23,6. 反應100%定子繞組的接地保護,一是零序電壓保護，能保護定子繞組的85%以上 二是用來消除零序電壓保護不能保護的死區(qū) 發(fā)電機中性點加固定的工頻偏移電壓 附加直流或低頻電源，將其電流注入定子繞組 利用發(fā)電機固有的三次諧波電勢,24,發(fā)電機三次諧波電勢的分布特點,正常運行時，發(fā)電機中心點側的三次諧波電壓總是大于發(fā)電機端的三次諧波

8、電壓,25,發(fā)電機三次諧波電勢的分布特點,當靠近中性點側發(fā)生單相接地時，發(fā)電機端的三次諧波電壓大于中性點側的三次諧波電壓,26,100%定子接地保護的特點,利用三次諧波電壓構成的接地保護，可以反應定子繞組中靠近中性點側50%范圍內(nèi)的單相接地故障，且故障點越接近于中性點時，保護越靈敏 利用基波零序電壓構成的接地保護，可以反應靠近定子機端側85%范圍內(nèi)的單相接地故障，且故障點越接近于出線端時，保護越靈敏,1.4 發(fā)電機的負序過電流保護,28,1. 定子負序電流產(chǎn)生原因及影響,產(chǎn)生原因：電力系統(tǒng)發(fā)生不對稱短路；在正常運行情況下三相負荷不平衡 影響： 在轉子繞組、阻尼繞組及轉子鐵心等部件上感應出100

9、Hz的倍頻電流，造成局部過熱 產(chǎn)生100Hz的交變電磁轉矩，并作用在轉子大軸和定子機座上，引起100Hz的振動,29,定子負序電流引起轉子發(fā)熱的度量,假定發(fā)電機轉子為絕熱體（不向周圍散熱），則不使轉子過熱所允許的負序電流和時間的關系：,發(fā)電機組容量越大，承受負序過負荷的能力越小，即A值越小,30,定子負序過電流保護的作用,主保護：對定子繞組電流不平衡而引起轉子過熱的一種保護，是發(fā)電機的主保護之一 后備保護：在相鄰元件發(fā)生不對稱短路時，定子負序過電流保護可以作為后備保護；需要附加裝設一個單相式的低電壓起動過電流保護，以反應三相短路,31,2. 負序定時限過電流保護原理接線,繼電器3按躲開長期允許

10、負序電流值和最大負荷下的不平衡電流來整定 動作延時應保證選擇性，一般取510s,32,2. 負序定時限過電流保護原理接線,繼電器4按躲開短時間允許的負序電流整定，同時與相鄰元件的后備保護靈敏度配合 動作延時按后備保護逐級配合，一般取35s,33,3. 兩段負序定時限過電流保護動作特性,定時限過電流保護的動作特性與發(fā)電機允許負序過電流曲線不能很好配合,34,4. 負序反時限過電流保護,發(fā)電機允許負序電流的特性是在絕熱條件下給出的，考慮轉子散熱條件后，對于同一時間內(nèi)所允許的負序電流值實際上要比用允許負序電流曲線計算出的值大,1.5 發(fā)電機的失磁保護,36,1. 發(fā)電機失磁運行及影響,失磁原因： 轉

11、子繞組故障 勵磁機故障 自動滅磁開關誤跳閘 半導體勵磁系統(tǒng)中某些元件損壞或回路發(fā)生故障 誤操作,37,1. 發(fā)電機失磁運行及影響,38,1. 發(fā)電機失磁運行及影響,對電力系統(tǒng)和發(fā)電機的影響： 失磁發(fā)電機異步運行時，需要從系統(tǒng)吸收大量無功 當系統(tǒng)無功儲備不足時，將引起電壓下降，嚴重時可能因電壓崩潰而使系統(tǒng)瓦解 為了防止定子繞組過電流，失磁發(fā)電機異步運行所發(fā)出的有功比同步運行時小 失磁后發(fā)電機轉速超過同步轉速，轉子產(chǎn)生差頻電流，使轉子過熱,39,2. 發(fā)電機失磁后的機端測量阻抗,a) 等有功阻抗圓(失步前),40,2. 發(fā)電機失磁后的機端測量阻抗,b) 臨界失步阻抗圓(功角為90度，無功恒定),41,2. 發(fā)電機失磁后的機端測量阻抗,c) 失步后的異步運行階段,空載失磁時：,42,3. 其它運行方式下的機端測量阻抗,1為發(fā)電機正常運行 2為發(fā)電機只發(fā)有功 3為發(fā)電機欠勵運行 4為發(fā)電機失磁 5為發(fā)電機外部故障,43,系統(tǒng)振蕩時機端測量阻抗,44,4. 失磁保護的構成方式,45,轉子低電壓判據(jù)失磁保護方案,1.6 發(fā)電機-變壓器組繼電保護的特點,47,1. 發(fā)電機-變壓器組縱差保護的特點,48,2. 發(fā)變組中定子單相接地保護的特點,發(fā)變組中，發(fā)電機的中性點以不安不接地或經(jīng)消弧線圈接地 發(fā)生單相接地的接地電容電流通常小于允許值，可采用零序電壓保護，并動作于信號 對于大容量的發(fā)電機，應裝