發(fā)電機(jī)-主設(shè)備保護(hù)

1、電力系統(tǒng)主設(shè)備保護(hù)（2） -- 發(fā)電機(jī)保護(hù),1. 發(fā)電機(jī)的故障、不正常工作狀態(tài)及保護(hù)方式,發(fā)電機(jī)的故障類型： a、發(fā)電機(jī)定子繞組相間短路（d1故障）；－最常發(fā)生 b、發(fā)電機(jī)定子繞組匝間短路 （1）繞組同相同分支匝間短路（d2故障） ； （2）繞組同相不同分支匝間短路（d3故障） ； c、發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地短路； d、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵磁回路一點(diǎn)或兩點(diǎn)

2、接地（d4故障） ； e、失磁（低勵）故障。,發(fā)電機(jī)的不正常工作狀態(tài)： a、定子繞組過負(fù)荷； b、轉(zhuǎn)子表層過熱； 由于外部不對稱短路或系統(tǒng)非全相運(yùn)行出現(xiàn)負(fù)序電流引起。 c、定子繞組過電壓； d、發(fā)電機(jī)逆功率運(yùn)行（主汽門突然關(guān)閉，轉(zhuǎn)為電動機(jī)） ； e、勵磁回路過負(fù)荷和過勵磁； f、 發(fā)電機(jī)頻率上升或下降； g、發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)之間失步；,a、縱聯(lián)差動保護(hù)，反應(yīng)發(fā)電機(jī)定子

3、繞組及引出線相間短路； b、定子繞組匝間短路保護(hù)； c、定子單相接地保護(hù)（接地電流超過允許值時）； d、負(fù)序過電流保護(hù) ； e、對稱過負(fù)荷保護(hù)； f、 勵磁回路一點(diǎn)或二點(diǎn)接地保護(hù)； g、失磁保護(hù)； h、失步保護(hù)； I、 轉(zhuǎn)子過負(fù)荷保護(hù)； j、 逆功率保護(hù)； k、定子繞組過電壓保護(hù)； L、發(fā)電機(jī)過勵磁保護(hù)；,發(fā)電機(jī)保護(hù)配置：,2. 發(fā)電機(jī)的縱差和橫

4、差保護(hù),保護(hù)范圍：發(fā)電機(jī)定子繞組及引出線的相間短路的主保護(hù)。,發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行，差動回路不平衡電流較小，隨著外部短路電流的增大，不平衡電流相應(yīng)增大，為防止保護(hù)誤動，通常采用比率制動式縱差保護(hù) 。,正常運(yùn)行或外部故障情況下，流入差動繼電器的電流為0，內(nèi)部故障時為故障電流。,,,,,比率制動式縱差保護(hù)：,發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)與變壓器縱差保護(hù)的區(qū)別,1. 變壓器各側(cè)額定電壓電流不同，各側(cè)TA不同型，縱差保護(hù)的 不平衡電流相對較大；,2. 變壓器縱差保

5、護(hù)對繞組的匝間短路具有一定的保護(hù)作用（鐵心磁路耦合），而發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)對定子繞組匝間短路完全沒有保護(hù)作用；,3. 變壓器縱差和發(fā)電機(jī)縱差均對繞組的開焊故障沒有保護(hù)作用，需要配置其它保護(hù)方式；,4. 發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)嚴(yán)格符合KCL定律，而變壓器縱差保護(hù)其保護(hù)區(qū)內(nèi)不僅有電路聯(lián)系，而且還包含磁路的聯(lián)系，存在勵磁涌流問題；,發(fā)電機(jī)機(jī)端和中性點(diǎn)側(cè) TA 二次電流分別為,標(biāo)積制動式縱差保護(hù)：,,二側(cè)電流的標(biāo)積定義為,正常運(yùn)行和外部短路時

6、 制動電流較大，,,保護(hù)不易誤動，發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障時， 制動電流為零，,,保護(hù)有較大的靈敏度。,縱差保護(hù)并不是滿足動作方程就動作，為防止TA 斷線引起保護(hù)的誤動，還需要加入其他判別邏輯。,保護(hù)的動作邏輯：,,不完全縱差保護(hù)：,大型汽輪或水輪發(fā)電機(jī)每相定子繞組為兩個或多個并聯(lián)分支，,不完全差動保護(hù)在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)僅接入部分并聯(lián)分支電流,與機(jī)端電流

7、 構(gòu)成縱差動保護(hù)，通過選擇不同的電流互感器,變比，使得正常運(yùn)行及外部短路時沒有差動電流。,當(dāng)發(fā)電機(jī)發(fā)生相間、匝間短路和分支開焊故障，差動電流超過動作電流時，不完全縱差保護(hù)動作切除故障。,發(fā)電機(jī)完全縱差保護(hù)，是發(fā)電機(jī)相間故障的主保護(hù)。由于差動元件兩側(cè)TA的型號、變比完全相同，受其暫態(tài)特性的影響較小。其動作靈敏度也較高，但不能反應(yīng)定子繞組的匝間短路及開焊故障；,完全縱差保護(hù)與不完全縱差保護(hù)的區(qū)別,不完全縱差保護(hù)除保護(hù)定子繞組的相間短路之外，

8、亦能反應(yīng)定子繞組開焊及某些匝間短路。但是，由于在中性點(diǎn)側(cè)只引入其一分支的電流，故在整定計(jì)算時，應(yīng)考慮各分支電流不相等產(chǎn)生的差流。另外，當(dāng)差動元件兩側(cè)TA型號不同及變比不同時，受系統(tǒng)暫態(tài)過程的影響較大。,發(fā)電機(jī)橫差保護(hù)： 發(fā)電機(jī)定子繞組 匝間短路 的主保護(hù)。,1. 裂相橫差保護(hù),α越大，環(huán)流越大，繼電器的電流越大；α越小，環(huán)流越小，繼電器的電流越小, 有死區(qū)。,（2）同相不同分支發(fā)生匝間短路,α1＝α2 時，無環(huán)流，保

9、護(hù)出現(xiàn)死區(qū)。,α1≠α2 時，產(chǎn)生兩個環(huán)流,（1）同相同分支發(fā)生匝間短路,優(yōu)點(diǎn)：接線簡單，不平衡電流小，靈敏性高， 反應(yīng)定子繞組匝間、相間及分支開焊故障。 注意濾除三次諧波電流引起的不平衡電流。,每相分別裝設(shè) TA（6個）和繼電器（3個） 缺點(diǎn)：接線復(fù)雜，不平衡電流大；,2. 單元件橫差保護(hù),適用于具有多個分支的定子繞組且有兩個以上中性點(diǎn)引出端子的發(fā)電機(jī)。,動作電流按躲過區(qū)外短路時最大不平衡電流整定,定子繞組發(fā)生匝

10、間短路時，均會出現(xiàn)縱向不對稱，產(chǎn)生縱向零序電壓。通過裝設(shè)專用電壓互感器，互感器一次中性點(diǎn)與發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)直接相連，而不允許再接地，在互感器開口三角形繞組取得縱向零序電壓。,縱向零序電壓保護(hù)：,6.3 發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù),,,,定子繞組單相接地故障一般是由定子線圈與鐵芯之間的絕緣損壞引起的。大型發(fā)電機(jī)組定子繞組對地電容較大，發(fā)生接地故障時，接地電容電流比較大，可能使定子鐵芯燒壞，故障點(diǎn)會出現(xiàn)局部弧光過電壓，可能導(dǎo)致發(fā)電機(jī)繞組的多點(diǎn)

11、絕緣損壞，使得故障擴(kuò)展成為危害更大的相間或匝間短路故障 。,定子繞組單相接地故障電流和暫態(tài)過電壓大小均與發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式有關(guān)。,發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式的討論：,1. 發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)直接接地方式，單相接地故障電流非常大，該方式不可?。?2. 發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)不接地方式，單相接地故障電流為發(fā)電機(jī)三相對地電容電流，其值相對較小。但隨著單機(jī)容量的不斷增大，三相對地電容也相應(yīng)增大，使單相接地故障電流增大，威脅發(fā)電機(jī)安全。,3. 發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)配

12、電變壓器高阻接地方式，利用接地電阻達(dá)到抑制暫態(tài)過電壓的作用。,曲線3—發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)高阻接地,當(dāng)選擇,單相接地故障的暫態(tài)過電壓不超過2.6pu,但會使接地故障電流大于,4. 發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式，利用消弧線圈提供的電感電流來補(bǔ)償發(fā)電機(jī)的電容電流，達(dá)到抑制或減小單相接地故障電流的作用。為避免發(fā)生傳遞過電壓，消弧線圈必須按欠補(bǔ)償方式調(diào)整。,發(fā)電機(jī)頻率偏移時，產(chǎn)生較嚴(yán)重的暫態(tài)過電壓。,曲線1—發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈諧振接地方式,曲線

13、2—發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈諧振接地（消弧線圈中串接小電阻方式）,該方式既有效抑制了暫態(tài)過電壓，同時也減小了單相接地的故障電流，有利于發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行。,因此大型發(fā)電機(jī)組應(yīng)該采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式，使調(diào)整補(bǔ)償后的接地殘流小于允許值。發(fā)生單相接地故障后，接地保護(hù)動作于信號，發(fā)電機(jī)繼續(xù)與系統(tǒng)并聯(lián)，同時轉(zhuǎn)移負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)停機(jī)檢修。,發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地必須采用欠補(bǔ)償方式,主變高壓側(cè)發(fā)生接地故障時，故障點(diǎn)零序電壓 U0H 經(jīng)主變耦合電

14、容 CM 傳遞到發(fā)電機(jī)側(cè) :,補(bǔ)償系數(shù) :,K >1欠補(bǔ)償； K <1 過補(bǔ)償； K =1 全補(bǔ)償,如果采用 K <1 過補(bǔ)償； 1-(1/K )<0 可能使 B 趨近無窮大，產(chǎn)生傳遞過電壓。,機(jī)端經(jīng)過渡電阻發(fā)生接地故障,,,,當(dāng),地電位在以AO為直徑的半圓弧上 。,A相金屬性短路時，非故障相電壓升高 1.732 倍。但不是最大的穩(wěn)態(tài)過電壓。分析表明最大值可能達(dá)到1.82倍。,α,正常情況下: 發(fā)電機(jī)三相電壓

15、中的基波零序電壓3U0很??；單相接地故障時: 就出現(xiàn)3U0 ,其大小與故障點(diǎn)位置有關(guān)。,發(fā)電機(jī)端各相對地電勢：,定子繞組內(nèi)部任一點(diǎn)發(fā)生金屬性接地故障,適用：發(fā)電機(jī)變壓器組單元接線,一、基波零序電壓定子繞組單相接地保護(hù),故障點(diǎn)基波零序電壓為：,基波零序電壓保護(hù)動作判據(jù)為：,,動作電壓 按躲過正常運(yùn)行時可能出現(xiàn)的最大不平衡電壓。,,受如下幾個因素的影響 ：,1. 發(fā)電機(jī)三相對地電容不對稱，造成中性點(diǎn)產(chǎn)生位移電壓

16、,中性點(diǎn)不接地時，假設(shè)三相電勢,完全對稱 ，而,，則根據(jù) KCL 定律，可有：,若中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地時，根據(jù) Thévenin theory,加入消弧線圈后，中性點(diǎn)電壓為：,,其中，,脫諧度,阻尼率,若在諧振條件下且消弧線圈為純電感，則,只要三相對地電容略有不同，產(chǎn)生,因此消弧線圈中宜加入電阻 R ，使,達(dá)到限制中性點(diǎn)電壓 U0 的作用。,2.主變高壓側(cè)發(fā)生接地故障時，高壓側(cè)基波零序電壓,經(jīng)耦合電容傳遞到發(fā)電機(jī)機(jī)端產(chǎn)生的,

17、（當(dāng)基波零序電壓保護(hù)靈敏度受到影響時，可考慮增設(shè)主變高壓側(cè)基波零序制動電壓）,3.發(fā)電機(jī)自身三次諧波電壓（具有零序電壓性質(zhì)）的影響，應(yīng)裝設(shè)三次諧波阻波環(huán)節(jié)（三次諧波過濾器）。,4.發(fā)電機(jī)三相電勢的不對稱或TV傳變特性誤差產(chǎn)生的零序基波不平衡電壓。,缺點(diǎn)：一般能夠保護(hù) 85% 以上的定子接地故障，但靠近中性點(diǎn)部分有一定的保護(hù)死區(qū)。,二、利用三次諧波電壓的定子繞組單相接地保護(hù),由于發(fā)電機(jī)氣隙磁場的非正弦波，在三相定子繞組中將感應(yīng)產(chǎn)生各種諧波

18、電動勢，如3，5，7次諧波，使發(fā)電機(jī)三相電壓偏離正弦波形，為此電機(jī)制造廠家采用短距繞組和分布繞組來最大限度減小或消除5，7次諧波，3次諧波不影響線電壓波形，且鐵芯的局部飽和也是不可避免，因此發(fā)電機(jī)三相電壓中，總是或多或少的存在3次諧波成分。,1 . 發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)不接地,對于一臺孤立發(fā)電機(jī)，,則有，,若發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)并列運(yùn)行，,且中性點(diǎn)不接地，則有：,2 . 發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地,采用欠補(bǔ)償方式，,若不計(jì)電阻，消弧線圈以純電感 L

19、 表示，則有：,即補(bǔ)償系數(shù),因此，機(jī)端 與中性點(diǎn)側(cè)的 3 次諧波電壓之比,中性點(diǎn) 3 次諧波等效 容納為：,,所以，中性點(diǎn)的 3次諧波等效阻抗仍為容性。,機(jī)端的 3次諧波等效阻抗也為容性，且電容值大于中性點(diǎn)側(cè)。,US3 / UN3＝（1－α）/ α 當(dāng)α < 50% 時，則有：,綜上表明：在正常運(yùn)行情況下，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地時，均有如下關(guān)系：,當(dāng)發(fā)電機(jī)定子繞組在距中性點(diǎn)α 處發(fā)生金屬性單相接地時，無論中性點(diǎn)是

20、否接有消弧線圈，均有 ：,為防止發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時，定子繞組單相接地保護(hù)誤動，取,三次諧波電壓型定子繞組單相接地保護(hù)方案,當(dāng)近中性點(diǎn)發(fā)生經(jīng)過渡電阻接地故障時，由于 增大，,保護(hù)靈敏度不夠高。,改進(jìn)方案：,正常運(yùn)行時，調(diào)整 Kp 使,從而可使制動量 取較小值，,當(dāng)發(fā)電機(jī)定子繞組發(fā)生單相接地故障時，該方案能較靈敏動作。,三、100％定子繞組單相接地保護(hù),對大型發(fā)電機(jī)組，應(yīng)裝設(shè)能

21、反應(yīng) 100% 定子繞組接地的保護(hù)。目前 100% 定子接地保護(hù)一般由兩部分組成，第一部分是零序電壓保護(hù)，它能反應(yīng)從機(jī)端到中性點(diǎn)間 85% 范圍內(nèi)的定子繞組接地故障，第二部分由三次諧波電壓構(gòu)成，用來消除零序電壓保護(hù)的保護(hù)死區(qū)，共同構(gòu)成 100% 定子繞組單相接地保護(hù) （雙頻式100％定子繞組單相接地保護(hù)方案）。,外加交流電源式 100％定子繞組單相接地保護(hù),外加交流電源式 100％定子繞組單相接地保護(hù)：,正常運(yùn)行時，三相定子繞組對地絕緣

22、完好，外加電源只在三相對地電容中產(chǎn)生很小的電流，當(dāng)定子繞組發(fā)生單相接地故障時，外加電源將通過接地點(diǎn)產(chǎn)生較大的故障電流，使保護(hù)動作。,外加電源頻率的選擇：,1. 正常運(yùn)行時，外加電源只在三相對地電容中產(chǎn)生很小的電流，希望對地電流數(shù)值盡可能小，宜選用直流電源。,但采用直流外加電源，使得發(fā)電機(jī)定子繞組與保護(hù)設(shè)備在電氣上直接相連，一次系統(tǒng)與二次系統(tǒng)之間沒有電氣隔離，不利于安全操作。,2. 外加低頻交流電源方式 ( 12.5 Hz ，20 H

23、z ，25 Hz ),運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明：發(fā)電機(jī)系統(tǒng)可能發(fā)生諧振的頻率主要集中在25 Hz ，50 Hz 和150 Hz ，因此25 Hz 外加電源方式一般不被采納。,外加交流電源式 100％定子繞組單相接地保護(hù)：,外加電源方式的定子繞組單相接地保護(hù)，主要優(yōu)點(diǎn)：與發(fā)電機(jī)的運(yùn)行方式無關(guān)，它不僅能夠檢測發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行狀態(tài)下的單相接地故障，而且在發(fā)電機(jī)啟、停機(jī)過程中同樣能夠保護(hù)定子繞組的單相接地故障靈敏度高于雙頻式的定子繞組單相接地保護(hù)方案。,

24、缺點(diǎn)：需要附加設(shè)備，造價(jià)昂貴。,四、選擇性定子繞組接地保護(hù),假設(shè)K1點(diǎn)發(fā)生單相接地故障，相當(dāng)于在故障點(diǎn)突然施加一個電壓源，產(chǎn)生故障暫態(tài)行波。故障行波自左而右流過TA2，一部分經(jīng)變壓器發(fā)生透射和反射，另一部分經(jīng)母線流過TA1，其方向是自右而左，與TA2相反，因此，可以利用零序電壓行波3u0 和零序電流行波3i01 , 3i02，構(gòu)成行波零序功率方向保護(hù)。,6.4 發(fā)電機(jī)勵磁回路接地保護(hù),發(fā)電機(jī)勵磁回路的絕緣破壞會造成勵磁回路的接地故障。

25、當(dāng)勵磁回路發(fā)生一點(diǎn)接地時，并未形成電流回路，對發(fā)電機(jī)不會造成直接危害。但如果再發(fā)生第二點(diǎn)接地故障，形成了短路電流的通路，不僅可能燒傷勵磁繞組和轉(zhuǎn)子本體，還可能使軸系和汽機(jī)磁化，引起機(jī)組劇烈振動，嚴(yán)重威脅發(fā)電機(jī)的安全 。,對于 100MW 及以上汽輪發(fā)電機(jī)，均裝設(shè)一點(diǎn)接地保護(hù)，轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地后保護(hù)方式有兩種情況：1. 發(fā)生一點(diǎn)接地后保護(hù)動作于發(fā)信或跳閘；2. 發(fā)生一點(diǎn)接地后投入兩點(diǎn)接地保護(hù)，兩點(diǎn)接地保護(hù)動作于跳閘。,保護(hù)配置：,一、直流電橋

26、式發(fā)電機(jī)勵磁回路一點(diǎn)接地保護(hù),轉(zhuǎn)子對地絕緣的分布電阻看作接于勵磁繞組中點(diǎn)與地之間的一個集中電阻 Rg，勵磁繞組中點(diǎn)兩側(cè)電阻構(gòu)成電橋的兩個臂，而外接電阻 R1、R2 構(gòu)成電橋的另外兩臂，在R1、R2連接點(diǎn)與地之間接入繼電器。正常時通過調(diào)整使電橋各臂平衡，繼電器流過的不平衡電流最小，發(fā)生某點(diǎn)接地故障時電橋平衡破壞，流過繼電器的電流大于不平衡電流時動作。,缺點(diǎn)：當(dāng)接地點(diǎn)在勵磁繞組中點(diǎn)附近時，保護(hù)存在一定的死區(qū)。,二、疊加交流電壓式勵磁回路一點(diǎn)

27、接地保護(hù),交流電壓 U0 經(jīng)電流繼電器K和隔直電容 C 疊加到勵磁繞組的一端與地之間。,忽略勵磁繞組中的交流壓降和交變感應(yīng)電勢，正常情況下流過繼電器的不平衡電流為：,當(dāng)勵磁繞組上某點(diǎn)經(jīng)過渡電阻短路后，流過繼電器電流為：,繼電器動作，判別勵磁繞組發(fā)生接地短路。,優(yōu)點(diǎn)：接線簡單，沒有保護(hù)死區(qū)，勵磁繞組上任一點(diǎn)接地的靈敏度基本相近。,缺點(diǎn)：大機(jī)組的勵磁繞組對地電容較大，容抗較小，一般小于對地絕緣電阻，該保護(hù)的靈敏度較低。,三、疊加方波電壓式勵

28、磁回路一點(diǎn)接地保護(hù),方波電壓 U0 經(jīng)耦合電容 C 和測量電阻 RM 加到勵磁回路兩端，令耦合電容 C >> Cg，得等效電路。,對應(yīng)的齊次方程的通解（自由分量）為：,對應(yīng)的非齊次方程解的強(qiáng)制分量（新穩(wěn)態(tài)量）為：,所以，一階線性非齊次微分方程的通解為：,設(shè) t=0 時，分布電容的端電壓 uc(0)=0 ， 得到：,所以，可得：,所以，測量電阻上的電壓降：,t=0 時，分布電容電壓 uc(0)=0 ， Rg被短路，,t=τ/2

29、 時，,當(dāng)發(fā)生勵磁繞組接地故障時，對地電阻 Rg 下降，,UM(0)不變， UM(τ/2) 增大。通過檢測 UM 波形的變化來反映勵磁回路的一點(diǎn)接地故障。,保護(hù)動作判據(jù)：,四、切換采樣式（乒乓式）勵磁回路一點(diǎn)接地保護(hù),K 為轉(zhuǎn)子繞組接地點(diǎn)的位置，當(dāng)S1 閉合，S2打開時為 狀態(tài)1：,當(dāng)S2 閉合，S1打開時為 狀態(tài)2：,（R1： 量測電阻）,,,,,,,利用微機(jī)保護(hù)的計(jì)算能力，可計(jì)算出故障過渡電阻值 以及標(biāo)識故障位置的K，通

30、過綜合比較，就可以判斷出勵磁繞組是否發(fā)生了接地故障。,五、 勵磁回路兩點(diǎn)接地保護(hù),1. 檢測定子電壓二次諧波的兩點(diǎn)接地保護(hù)。 當(dāng)勵磁繞組發(fā)生兩點(diǎn)接地或匝間短路時，氣隙磁場的對稱性受到破壞，在定子繞組中感應(yīng)出二次諧波及其它偶次諧波電壓，通過監(jiān)測定子電壓二次諧波含量，可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地及匝間短路的保護(hù) 。,2. 切換采樣原理。 在發(fā)生一點(diǎn)接地后，可以通過計(jì)算得到一點(diǎn)接地的 Rg 和 k，此后保護(hù)繼續(xù)按照原方

31、法進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)檢測到 Rg 和 k有變化時，根據(jù)其變化大小確認(rèn)為兩點(diǎn)接地故障。,，則判定為兩點(diǎn)接地故障。,6.5 發(fā)電機(jī)失磁保護(hù),發(fā)電機(jī)失磁通常是指發(fā)電機(jī)勵磁異常下降或勵磁完全消失的故障，發(fā)電機(jī)完全失去勵磁時，勵磁電流將逐漸衰減至零，發(fā)電機(jī)感應(yīng)電動勢隨之減小，其電磁轉(zhuǎn)矩將小于原動機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)矩，引起轉(zhuǎn)子加速，使發(fā)電機(jī)功角 δ增大，當(dāng)其超過靜態(tài)穩(wěn)定極限角時，發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)失去同步。,發(fā)電機(jī)失磁的危害：,1. 從系統(tǒng)中吸收大量的無功功率，造

32、成系統(tǒng)大量無功功率缺失，若系統(tǒng)無功儲備不足，則引起電力系統(tǒng)電壓降低，甚至造成系統(tǒng)電壓崩潰；并因過電流而使定子過熱 ；,2. 失磁后發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速超過同步轉(zhuǎn)速，在轉(zhuǎn)子和勵磁回路中將產(chǎn)生差頻電流，形成附加損耗，使轉(zhuǎn)子過熱；,,,,PT,,,,,,δ,P,90,,,δ1,3. 失磁后發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和有功功率將發(fā)生周期性擺動，并通過定子傳到機(jī)座上，引起機(jī)組振動，威脅機(jī)組安全；,4. 低勵或失磁運(yùn)行時，定子端部漏磁增加，將使端部和邊緣鐵芯過熱

33、，發(fā)生故障。,規(guī)程規(guī)定對于不允許失磁運(yùn)行的發(fā)電機(jī)及失磁對電力系統(tǒng)有重大影響的發(fā)電機(jī)應(yīng)裝設(shè)專用失磁保護(hù)。,1. 對于汽輪發(fā)電機(jī)，其異步功率較大，調(diào)速器比較靈敏，可在較小的轉(zhuǎn)差下異步運(yùn)行一段時間。,2. 對于水輪發(fā)電機(jī)，由于其異步功率較小，調(diào)速器不靈敏，失磁異步運(yùn)行吸收無功功率大，機(jī)組振動大，所以水輪發(fā)電機(jī)失磁后一般不允許繼續(xù)運(yùn)行 。,失磁保護(hù)判據(jù)的構(gòu)成：,存在的問題： 超高壓遠(yuǎn)距離輸電線的電容電流較大，輕載情況下，系統(tǒng)電壓較高，發(fā)電

34、機(jī)被迫減小勵磁電壓，甚至進(jìn)相運(yùn)行，該判據(jù)易誤動。,2. 利用機(jī)端測量阻抗的變化檢測低勵失磁故障,1. 發(fā)電機(jī)失磁故障發(fā)生在轉(zhuǎn)子回路中，可利用勵磁電壓明顯降低構(gòu)成判據(jù),發(fā)電機(jī)在失磁過程中的機(jī)端測量阻抗,1. 失磁后到失步前,等有功阻抗圓,其中，,,2. 臨界失步點(diǎn)（靜穩(wěn)極限阻抗圓）,汽輪發(fā)電機(jī)組 δ＝90°，發(fā)電機(jī)處于失去靜態(tài)穩(wěn)定的臨界狀態(tài),,,發(fā)電機(jī)從系統(tǒng)吸收無功功率,將

35、 代入前式，得,靜穩(wěn)極限阻抗圓，其圓周為發(fā)電機(jī)以不同有功功率 P 臨界失穩(wěn)時，機(jī)端測量阻抗的軌跡。圓內(nèi)為靜穩(wěn)破壞區(qū)，表示發(fā)電機(jī)已超過靜穩(wěn)極限，不能再保持同步運(yùn)行。,,發(fā)電機(jī)失磁后，測量阻抗沿等有功阻抗圓向第四象限移動，當(dāng)它與靜穩(wěn)極限阻抗圓相交時，表示機(jī)組運(yùn)行處于靜穩(wěn)穩(wěn)定的極限，越過交點(diǎn)后，發(fā)電機(jī)將轉(zhuǎn)入異步運(yùn)行狀態(tài)。,逆無功失磁判據(jù),發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時，向系統(tǒng)發(fā)出感性無功功率，發(fā)生失磁到失步前， 無功功率 隨著 Eq 的減小和功角 δ

36、 增大而減小，Q 值由正變?yōu)樨?fù)，發(fā)電機(jī)吸收感性無功功率。定子側(cè)逆無功和過電流會同時出現(xiàn)，可構(gòu)成逆無功失磁保護(hù)判據(jù)。,,發(fā)電機(jī)機(jī)端經(jīng)過渡電阻短路時，測量阻抗可能進(jìn)入第四象限，靜穩(wěn)極限阻抗圓可能誤動，為避免該情況的發(fā)生，可采用異步邊界阻抗圓構(gòu)成失磁保護(hù)判據(jù)。,,,,R,jX,-jXd,,,,,-jXd’,jXs,,Zg1,,,Zg2,Zg3,,Zk,,,異步邊界阻抗圓,系統(tǒng)發(fā)生振蕩時，若兩側(cè)電動勢相等，即使無窮大系統(tǒng)Xs=0，振蕩中阻抗變化

37、軌跡與異步邊界阻抗圓相切，該失磁保護(hù)判據(jù)也不會誤動。,,,,R,jX,-jXd,,,,,-jXd’,jXs,Zg,,振蕩對異步邊界阻抗圓的影響,,,若失磁發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)聯(lián)系薄弱，帶重負(fù)荷，則失磁故障發(fā)生后，阻抗變化軌跡可能要經(jīng)過較長延時才能進(jìn)入異步邊界阻抗圓內(nèi)，可能造成該原理的失磁保護(hù)未動作前，鄰接線路對側(cè)的后備保護(hù)已經(jīng)動作，造成事故擴(kuò)大，對系統(tǒng)運(yùn)行帶來不利影響。,,,,R,jX,-jXd,,,,,-jXd’,jXs,,異步邊界阻抗圓的分

38、析,,6.6 發(fā)電機(jī)失步保護(hù),失步運(yùn)行是由于發(fā)電機(jī)輸出功率的較大變化或系統(tǒng)中出現(xiàn)大擾動引起發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)間發(fā)生振蕩，當(dāng)系統(tǒng)擾動或勵磁調(diào)節(jié)不當(dāng)使發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)間的功角δ 大于靜穩(wěn)極限時，將因靜穩(wěn)破壞而失步。,發(fā)電機(jī)失步運(yùn)行時，電流、電壓、有功功率和無功功率均出現(xiàn)大幅度波動。大型發(fā)電機(jī)變壓器組的阻抗相對增加，因此振蕩中心常落在發(fā)電機(jī)附近或升壓變壓器范圍內(nèi)，振蕩中機(jī)端電壓周期性下降，嚴(yán)重影響廠用電及廠用機(jī)械的穩(wěn)定運(yùn)行，甚至導(dǎo)致停機(jī)事故。,規(guī)程規(guī)

39、定，300MW及以上發(fā)電機(jī)宜裝設(shè)失步保護(hù)。,雙遮擋器特性失步保護(hù)原理,假定，,電阻線R1、R2、R3、R4將阻抗平面分為 0~4 共 5 個區(qū)。正常運(yùn)行時，機(jī)端測量阻抗大于R1 ，測量阻抗不會進(jìn)入 0~4 區(qū)。加速失步時測量阻抗從+R 向 –R 方向變化，從右至左依次穿過電阻線 ；減速失步時測量阻抗軌跡從 –R 向 +R 方向變化，從右至左依次穿過 。,則，振蕩中心落在機(jī)端保護(hù)安裝處 M,6.7 轉(zhuǎn)子表層負(fù)序過電流保護(hù),電力系統(tǒng)中發(fā)

40、生不對稱短路或三相負(fù)荷不對稱時，將有負(fù)序電流流過發(fā)電機(jī)的定子繞組，它所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子運(yùn)動方向相反，以兩倍同步轉(zhuǎn)速切割轉(zhuǎn)子，從而在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生倍頻電流，引起轉(zhuǎn)子發(fā)熱；同時負(fù)序電流產(chǎn)生的倍頻交變電力力矩，還可能引起轉(zhuǎn)子大軸和機(jī)座的振動，造成發(fā)電機(jī)的嚴(yán)重?fù)p壞。,發(fā)電機(jī)組承受負(fù)序電流的能力主要由轉(zhuǎn)子表層發(fā)熱情況來決定，大型發(fā)電機(jī)組要求轉(zhuǎn)子表層過熱保護(hù)與發(fā)電機(jī)承受負(fù)序電流的能力相適應(yīng)?？煞譃殚L期和短期承受負(fù)序電流的能力。,1. 發(fā)電機(jī)長期

41、允許的負(fù)序電流 ，是由轉(zhuǎn)子的材料和結(jié)構(gòu)決定的，通過穩(wěn)態(tài)負(fù)序試驗(yàn)可以測定其大小。通常規(guī)定在額定負(fù)荷下，汽輪發(fā)電機(jī) 為 6%~8%，水輪發(fā)電機(jī) 不超過 12% ；,2. 發(fā)電機(jī)短時承受負(fù)序電流的能力，與負(fù)序電流 I2 的大小及其持續(xù)時間 t 的長短有關(guān)，負(fù)序電流在轉(zhuǎn)子中所產(chǎn)生的發(fā)熱量，正比于負(fù)序電流的平方與所持續(xù)時間的乘積，假定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子為絕熱體，發(fā)電機(jī)短時負(fù)序轉(zhuǎn)子過熱常數(shù)為 A ，則不使轉(zhuǎn)子過熱所

42、允許的負(fù)序電流和時間的關(guān)系為,,轉(zhuǎn)子表層負(fù)序過負(fù)荷保護(hù)主要適用于100MW 及以上 A 值小于10 的發(fā)電機(jī)，保護(hù)通常由定時限過負(fù)荷和反時限過電流兩部分組成。,1. 定時限過負(fù)荷保護(hù) 動作電流按發(fā)電機(jī)長期允許的負(fù)序電流 下能可靠返回的條件整定。,2.負(fù)序反時限過電流保護(hù) 反時限動作特性由上限定時限、反時限和下限定時限三部分組成。,當(dāng)發(fā)電機(jī)負(fù)序電流大于上限電流定值

43、 時按上限動作時間 動作，如果負(fù)序電流低于下限反時限起動電流定值 時，按下限動作時間 動作，如果負(fù)序電流在上下限定值之間時，反時限部分啟動，并進(jìn)行熱積累。,負(fù)序反時限特性能夠真實(shí)模擬轉(zhuǎn)子的熱積累過程，并能模擬散熱過程。,動作方程：,6.8 發(fā)電機(jī)后備保護(hù),發(fā)電機(jī)后備保護(hù)： 低電壓起動的過電流保護(hù)；

44、 復(fù)合電壓起動的過電流保護(hù)； 負(fù)序電流加單相式低電壓起動的過電流保護(hù)； 阻抗保護(hù)；,大型發(fā)電機(jī)變壓器組要求配置雙重化主保護(hù)，并有比較完善的后備保護(hù)，有必要為高壓母線提供后備，而高壓超高壓線路均設(shè)置有雙重化主保護(hù)和后備保護(hù)，大型發(fā)變組后備保護(hù)一般不考慮作相