发电机微机继电保护原理

会计学1发电机微机继电保护原理发电机定子绕组短路故障的特点相间短路最严重－主要有五种情况单相接地电弧引发相间短路相间绝缘击穿短路单相接地对地电压升高，引发另一点接地发电机端部相间短路同一相匝间短路第1页/共53页一.比率制动式纵差动保护外部短路不误动——躲最大不平衡电流；内部短路灵敏度高——定值要低；动作值(电流)随外部短路电流增大而自动增大称为比率制动特性。第2页/共53页动作量：Id=|I’1+I’2|制动量：Ires=|（I’1-I’2）/2|动作条件：Id≧Id.min(Ires≦Ires.min)Id≧Id.min+K*(Ires-Ires.min)(Ires〉Ires.min)K为制动特性斜率K=tgα。第3页/共53页Id.min躲最大负荷下不平衡电流(0.1—0.2)I2n。Ires.min一般≦I2n,外部短路时呈比率制动特性。制动线斜率K=tgα；经验整定。外部短路时有制动。比率制动特性曲线IdIres.minId.minIres第4页/共53页二.标积制动式纵差动保护动作量制动量动作方程第5页/共53页标积制动式与比率制动式区别区外短路时，φ＝180°，cosφ=－1，动作量为零，而制动量达最大值KresI2，保护可靠不动作。区内短路时，φ≈0，cosφ≈1，制动量为负，负值的制动量即为动作量，即此时动作量为(I1+I2)2＋KresI1I2，制动量为零，大大地提高了保护动作的灵敏度。第6页/共53页标积制动式与比率制动式区别当发电机单机送电或空载运行时发生区内故障，因机端无电流，制动量为零，动作量为I22，保护仍能灵敏动作。而比率制动式差动保护在这种情况下会有较大的制动量，降低了保护的灵敏度。第7页/共53页三.发电机纵差动保护动作逻辑1.单相纵差动保护的动作逻辑一相差动动作：TA断线闭锁第8页/共53页三.发电机纵差动保护动作逻辑2.循环闭锁方式动作逻辑相间短路必有多个差动动作，单个为TA断线防机内一点机外一点故障误认TA断线，用负序电压判。（断线无U2）第9页/共53页四.发电机不完全纵差动保护接线发电机每相绕组有两个或多个并联分支时，取中性点侧部分分支电流构成差动保护。发电机内部发生相间和匝间短路或绕组开焊故障均会有差流，超过定值时可动作切除故障。第10页/共53页第二节发电机定子绕组匝间短路保护一．发电机单元件横差动保护把发电机定子绕组接成两个星形，一个电流互感器连接于两个星形中性点连线中。即把两个星形的三相电流之和进行比较。发生匝间短路时，两个星形中性点连线中将有环流流过，使保护动作。第11页/共53页一．发电机单元件横差动保护采用电流互感器连接于两个星形中性点连线方式存在问题：发电机均有三次谐波电势，若两支路E3不相等，则连线中会有环流。处理方法：增加三次谐波滤除器，削弱三次谐波；第12页/共53页二、纵向零序电压式定子绕组匝间短路保护1.基本原理匝间短路时纵向不对称(相对于中性点，不是地)。用专用的TV一次侧中性点和发电机中性点直接连接(不接地)。纵向零序电压(相对中性点)2.负序功率方向元件区外故障负序功率流向发电机，闭锁匝间保护NΔP2第13页/共53页二、纵向零序电压式定子绕组匝间短路保护2.专用电压互感器接线设A相匝间短α%，相差仍1200纵向零序电压第14页/共53页3．负序功率方向闭锁用于区外短路时，防止匝间短路保护误动。不同故障情况下，机端的负序功率方向区内故障；(b)区外故障；(图内I2为正方向，实际相反）(c)匝间短路第15页/共53页第三节发电机定子绕组单相接地保护一．发电机定子绕组单相接地时的基波零序电压和电流第16页/共53页第三节发电机定子绕组单相接地保护一．发电机定子绕组单相接地时的基波零序电压和电流第17页/共53页定子绕组单相接地时电容电流当中性点不接地时，故障点的接地电流为当中性点经消弧线圈接地时，故障点的接地电流为总电容为定值，一般采用欠补偿运行方式第18页/共53页二、利用零序电压构成定子绕组单相接地保护定子绕组单相接地故障时出现3U0(对地)随接地故障点的位置不同而变化，取动作电压为10V时,保护区为90%。为提高灵敏度应滤掉三次谐波；动作延时应大于系统中接地的后备保护动作延时。第19页/共53页二．利用零序电压构成的定子绕组单相接地保护3U0取自发电机出口TV或中性点接地配变二次侧。动作区机端向中性点85-90%。第20页/共53页影响因素：TV一次侧断线的闭锁 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 。发电机的三次谐波电势，需有三次谐波滤除功能。机端三相TV各相间的变比误差；发电机电压系统中三相对地绝缘不一致；主变压器高压侧发生接地故障时由变压器传递到发电机的系统零序电压。第21页/共53页发电机定子单相接地极有可能发展成为匝间短路、相间短路和两点接地短路。大型发电机中性点高阻抗(配电变压器,二次侧接小电阻)可限制暂态过电压)接地。定子绕组单相接地故障，要求保护有100%的保护范围。动作于短延时信号、长延时跳闸全停。第22页/共53页三、发电机定子接地100%的保护。（1）利用发电机固有三次谐波电势在发电机端或中性点侧单相接地时三次谐波电压的比值变化实现保护。（2）附加直流或低频（25HZ）电源，从机端电压互感器注入电流，定子单相接地时反映电流增大而动作；（3）发电机中性点加装固定工频偏移电压，10%～15%发电机相电压，中性点引出线加装零序电流互感器。当发电机定子单相接地时，由偏移电压加大接地电流而动作；第23页/共53页利用三次谐波电压构成的发电机定子绕组单相接地保护。利用发电机固有三次谐波电势在发电机端或中性点侧单相接地时三次谐波电压的比值变化实现保护。1。三次谐波电势分布特点发电机对地电容等效在中性点和机端，引出线、变压器等电容也等效。第24页/共53页1。三次谐波电势分布特点正常运行机端三次谐波电压与中性点侧三次谐波电压之比恒小于1。第25页/共53页1。三次谐波电势分布特点正常运行机端三次谐波电压与中性点侧三次谐波电压之比恒小于1。当发电机中性点采用消弧线圈时，中性点的三次谐波电压更大。第26页/共53页1。三次谐波电势分布特点设当发电机距中性点α处发生金属性单相接地时，有第27页/共53页US3、UN3随α变化的关系：当α<50%时，恒有US3>UN3第28页/共53页2。反应三次谐波电压比值和基波零序电压构成100%定子接地保护利用机端三次谐波电压US3作为动作量，用中性点侧三次谐波电压UN3作为制动量，当US3≥UN3为保护动作条件，在正常运行时不会动作；当接地发生在近中性点侧，有较高灵敏性。保护范围中性点侧50%。利用机端电压互感器开口三角形上引出的基波零序电压，构成反映α>15%以上范围的单相接地故障。接地故障越接近机端，灵敏性越高。利用两者的组合，构成100%定子接地保护。第29页/共53页2。反应三次谐波电压比值和基波零序电压构成100%定子接地保护第30页/共53页第四节发电机的负序过电流保护一．负序过电流保护的作用负序过电流引起转子过热(产生100Hz振动)(主保护)；邻元件不对称短路的后备保护(灵敏度高)。二．两段式负序过流过负荷保护躲过长期允许负序电流，延时t2(5－10s)发信号。躲短时允许负序电流，延时t1(3－5s)跳闸。不能和发热允许负序电流曲线很好配合不能反应负序电流变化时转子的热积累过程。I2*0.50.1tt2t1第31页/共53页三.反时限负序过流保护发热量与负序电流平方和持续时间的乘积成正比为反时限特性,定时限保护不能正确反应热积累过程,因此采用负序反时限过流保护作为转子过热的主保护.上限定时限：I2>I2up(2.0)tup=1.0s时限与高压侧出线快速保护配合;下限定时限：I2>I2m负序反时限过流保护启动值。长延时t1跳闸解列。反时限：I2m<I2<I2up范围内。负序过负荷发信号:I2>I2ms延时ts发信号第32页/共53页第33页/共53页第五节发电机失磁保护励磁机励磁变1。发电机转子短路故障2。励磁机、励磁变故障3。整流器故障4。灭磁开关误动作失磁原因：第34页/共53页一、发电机失磁过程1。发电机失磁→Eq2。电磁转矩<机械转矩→δ3。δ>900→4。发电机电势<系统电压→Q↓↑失去静态稳定从系统吸收5。发电机异步运行→Py向系统发出6。发电机减少功率输出→Py↓7。异步运行，功率平衡第35页/共53页发电机失磁异步运行影响：(1)需要从电力系统中吸收很大的无功功率以建立发电机的磁场。失磁前带的有功功率越大，失磁后转差就越大，所吸收的无功功率也就越大，将因过电流使定子过热。(2)从电力系统中吸收无功功率将引起电力系统的电压下降，从而破坏了负荷与各电源间的稳定运行，甚至可能因电压崩溃而使系统瓦解。第36页/共53页发电机失磁异步运行影响：(3)在转子及励磁回路中将产生频率为fg-fs的交流电流，即差频电流。差频电流在转子回路中产生的损耗，将使转子过热。(4)有功功率要发生周期性摆动。有很大的电磁转矩周期性地作用在发电机轴系上，引起机组振动。第37页/共53页发电机失磁异步运行影响：(5)低励磁或失磁运行时，定子端部漏磁增加，将使端部和边段铁芯过热，这一情况通常是限制发电机失磁异步运行能力的主要条件。第38页/共53页二．发电机失磁后的机端测量阻抗1。正常运行机端测量阻抗等有功阻抗圆第39页/共53页二．发电机失磁后的机端测量阻抗2。临界失步点（静稳阻抗边界圆、等无功圆）临界失步阻抗圆圆内为静失稳第40页/共53页二．发电机失磁后的机端测量阻抗3。异步运行异步阻抗圆第41页/共53页二．发电机失磁后机端测量阻抗4。变化轨迹第42页/共53页三．失磁保护转子判据1。Ufd≤Kset(P－Pt)整定值随P变化P输出有功Pt凸极功率2。Ufd<Ufd.set整定值固定空载或轻载第43页/共53页四．失磁保护逻辑机端测量阻抗一般采用静稳边界圆第44页/共53页第六节发电机失步保护双遮挡器动作特性的失步保护失步周期累计达一定值，保护动作跳闸第45页/共53页第七节发电机励磁回路接地保护发电机转子绕组不接地，大轴接地。励磁回路一点接地很常见。两点接地：故障点流过相当大的故障电流而烧伤转子本体；励磁电流增加，过热烧伤励磁绕组；部分绕组短接，气隙磁通失平衡，引起转子振动。第46页/共53页一．切换采样式发电机励磁回路一点接地保护保护工作时按一定的时钟脉冲频率轮流使S1、S2二者交替开、合，简称为乒乓式转子一点接地保护。第47页/共53页一．切换采样式发电机励磁回路一点接地保护设发电机转子绕组在k点经过渡电阻Rt接地S1闭合，S2断开S1断开，S2闭合第48页/共53页一．切换采样式发电机励磁回路一点接地保护令K=Ufd1/Ufd2，ΔU＝U1－KU2Rt和α与整定值比较来判断转子绕组的接地程度。第49页/共53页二．反应发电机定子电压二次谐波分量的励磁回路两点接地保护转子绕组两点接地或匝间短路故障时，气隙磁通分布的对称性遭到破坏，出现偶次谐波，发电机定子绕组每相感应电动势也就出现了偶次谐波分量。保护的动作判据U2ω>Uset＝KrelU2ω.unb.NU2ω.unb.N——发电机额定负荷时，机端二次谐波电压实测值第50页/共53页二．反应发电机定子电压二次谐波分量的励磁回路两点接地保护为防止误动作，保护受转子一点接地保护闭锁，当转子绕组发生一点接地后，自动将转子两点接地保护投入工作。保护经一定延时后动作于跳闸，以躲过外部短路暂态过程的影响和瞬时转子绕组两点接地短路，延时时间t一般取0.5－1.0s。第51页/共53页第八节发电机组其他保护一．发电机及变压器过励磁保护二．发电机逆功率保护三．发电机低频保护四．发电机误上电保护及断路器闪络保护五．启停机保护六．定子绕组对称过流/过负荷保护七．励磁绕组过流/负荷保护第52页/共53页