第第六章六章 发电机保护发电机保护1 16.1 发电机的故障、不正常工作状态发电机的故障、不正常工作状态及保护方式及保护方式2 2一、发电机的故障类型一、发电机的故障类型 1 1、发电机定子绕组相间短路（、发电机定子绕组相间短路（K K1 1故障）；故障）； 最常发生的故障之一最常发生的故障之一 2 2、发电机定子绕组匝间短路、发电机定子绕组匝间短路 （1 1）绕组同相同分支匝间短路（）绕组同相同分支匝间短路（K K2 2故障）；故障）； （2 2）绕组同相不同分支匝间短路（）绕组同相不同分支匝间短路（K K3 3故障）；故障）；消弧消弧线圈线圈3 3一、发电机的故障类型一、发电机的故障类型 3 3、发电机定子绕组单相接地短路（、发电机定子绕组单相接地短路（K K4 4故障）；故障）； 4 4、发电机转子励磁回路一点（、发电机转子励磁回路一点（K K5 5） 或两点接地（或两点接地（K K5 5与与K K6 6 ） ； 5 5、失磁（低励）故障，等等。、失磁（低励）故障，等等。4 4二、发电机的不正常工作状态二、发电机的不正常工作状态 1 1、定子绕组过负荷。、定子绕组过负荷。 2 2、转子表层过热。由于外部不对称短路或系统非、转子表层过热。由于外部不对称短路或系统非 全相运行出现负序电流引起。全相运行出现负序电流引起。 3 3、定子绕组过电压。、定子绕组过电压。 4 4、发电机逆功率运行（、发电机逆功率运行（主汽门突然关闭，转为电主汽门突然关闭，转为电 动机动机）。）。 5 5、励磁回路过负荷、过励磁。、励磁回路过负荷、过励磁。 6 6、发电机频率上升或下降。、发电机频率上升或下降。 7 7、发电机与系统之间失步。、发电机与系统之间失步。5 5三、发电机保护配置三、发电机保护配置 1 1、纵联差动保护、纵联差动保护反应发电机定子绕组及引反应发电机定子绕组及引 出线的出线的相间短路相间短路 2 2、定子绕组匝间短路保护（横差保护）、定子绕组匝间短路保护（横差保护） 3 3、定子单相接地保护、定子单相接地保护( (接地电流超过允许值时接地电流超过允许值时) ) 4 4、负序过电流保护、负序过电流保护 5 5、对称过负荷保护、对称过负荷保护 6 6、励磁回路一点或两点接地保护、励磁回路一点或两点接地保护 7 7、失磁保护、失磁保护 8 8、失步保护、失步保护 种类很多，只能介绍基本原理和主要的保护。种类很多，只能介绍基本原理和主要的保护。6 6三、发电机保护配置三、发电机保护配置 9 9、转子过负荷保护、转子过负荷保护 1010、逆功率保护、逆功率保护 1111、定子绕组过电压保护、定子绕组过电压保护 1212、发电机过励磁保护。、发电机过励磁保护。7 76.2 发电机的纵差和横差保护发电机的纵差和横差保护保护范围：保护范围：发电机定子绕组及引出线的发电机定子绕组及引出线的相间短路相间短路。 （作为主保护）（作为主保护） 与变压器差动保护相似。与变压器差动保护相似。通常采用比率制动式纵差保通常采用比率制动式纵差保护。护。一、纵差保护一、纵差保护8 8归纳：归纳：差动保护的基本原理都是基尔霍夫电流定律。差动保护的基本原理都是基尔霍夫电流定律。 1）正常运行和外部短路）正常运行和外部短路 电流和电流和0； 2）内部）内部“横向横向”短路短路 电流和电流和短路电流。短路电流。 3 3）几乎不反应纵向故障。）几乎不反应纵向故障。 线路差动、变压器差动、发电机差动等。线路差动、变压器差动、发电机差动等。9 9归纳：归纳：差动保护的基本原理都是基尔霍夫电流定律。差动保护的基本原理都是基尔霍夫电流定律。 1）正常运行和外部短路）正常运行和外部短路 电流和电流和0； 2）内部）内部“横向横向”短路短路 电流和电流和短路电流。短路电流。 3 3）几乎不反应纵向故障。）几乎不反应纵向故障。 线路差动、变压器差动、发电机差动等。线路差动、变压器差动、发电机差动等。 差动保护均需要研究：差动保护均需要研究：TATA饱和、断线的影响；饱和、断线的影响； 制动方式。制动方式。 纵差保护常用的制动方式：纵差保护常用的制动方式： 比率制动、标积制动等。比率制动、标积制动等。1010 纵差保护整定纵差保护整定1.1.启动电流整定启动电流整定2.2.拐点电流整定拐点电流整定躲过额定工况下的最大不平衡电流躲过额定工况下的最大不平衡电流决定保护开始产生制动的电流大小决定保护开始产生制动的电流大小1.51.52 2一次误差一次误差0.06Ign0.06Ign二次误差二次误差0.1Ign0.1Ign1111 纵差保护整定纵差保护整定1.1.制动系数整定制动系数整定差动回路的最大不平衡电流差动回路的最大不平衡电流1.3-1.51.3-1.510%10%误差误差+ +二次误差二次误差暂态特性暂态特性0 0或或0.05-0.10.05-0.1制动系数（与直线斜率稍微有差异）制动系数（与直线斜率稍微有差异）1212保护的动作逻辑：保护的动作逻辑： 纵差保护并不是满足动作方程就动作，为防止纵差保护并不是满足动作方程就动作，为防止TATA 断线引起保护的误动，还需要加入其他判别逻辑断线引起保护的误动，还需要加入其他判别逻辑。1313不完全纵差保护不完全纵差保护应用条件：每相定子绕组为两个或多个并联分支。应用条件：每相定子绕组为两个或多个并联分支。 绕组仅接入部分的分支电流，机端接入全部电流，绕组仅接入部分的分支电流，机端接入全部电流，通过选择不同的电流互感器变比，构成纵差动保护。通过选择不同的电流互感器变比，构成纵差动保护。1414不完全纵差保护不完全纵差保护应用条件：每相定子绕组为两个或多个并联分支。应用条件：每相定子绕组为两个或多个并联分支。 绕组仅接入部分的分支电流，机端接入全部电流，绕组仅接入部分的分支电流，机端接入全部电流，通过选择不同的电流互感器变比，构成纵差动保护。通过选择不同的电流互感器变比，构成纵差动保护。 当发电机发生当发电机发生相间、匝间短路和分支开焊故障时相间、匝间短路和分支开焊故障时，差动电流超过动作电流，不完全纵差保护动作。差动电流超过动作电流，不完全纵差保护动作。 1515正常及外部短路的正常及外部短路的特征：特征：设法构成环流设法构成环流应用电流和定律应用电流和定律二、发电机横二、发电机横差保护差保护 发电机定子绕组发电机定子绕组 匝间短路匝间短路 的主保护的主保护。 1 1、裂相横差保护、裂相横差保护1616二、发电机横二、发电机横差保护差保护 1 1、裂相横差保护、裂相横差保护正常及外部短路的正常及外部短路的特征：特征：设法构成环流设法构成环流应用电流和定律应用电流和定律1717二、发电机横二、发电机横差保护差保护 1 1、裂相横差保护、裂相横差保护 （1 1）同相同分支同相同分支发生匝间短路发生匝间短路 出现出现死区死区1818二、发电机横二、发电机横差保护差保护 1 1、裂相横差保护、裂相横差保护 （2 2）同相不同分支同相不同分支发生匝间短路发生匝间短路 出现出现死区死区1919二、发电机横二、发电机横差保护差保护 发电机定子绕组发电机定子绕组 匝间短路匝间短路 的主的主保护保护。 1 1、裂相横差保护、裂相横差保护 缺点：缺点： 1 1）装设）装设6 6个个TA； 2 2）接线复杂；）接线复杂； 3 3）不平衡电流大。）不平衡电流大。2020二、发电机横二、发电机横差保护差保护 2 2、单元件横差保护、单元件横差保护 优点：接线简单，不平衡电流小，优点：接线简单，不平衡电流小， 灵敏性高，反应定子绕组匝灵敏性高，反应定子绕组匝 间、相间及分支开焊故障。间、相间及分支开焊故障。 动作电流按躲过区外短路时最大动作电流按躲过区外短路时最大不平衡电流整定。不平衡电流整定。（运行经验：（运行经验：0.20.20.30.3额定电流）额定电流）注意：注意：需滤除三次谐波电流引起的需滤除三次谐波电流引起的 不平衡电流不平衡电流结构产生结构产生 2121发电机纵差保护与变压器纵差保护的区别发电机纵差保护与变压器纵差保护的区别 1. 1. 变压器各侧额定电压电流不同，各侧变压器各侧额定电压电流不同，各侧TATA不同型，纵不同型，纵差保护的差保护的 不平衡电流相对较大；不平衡电流相对较大； 2. 2. 变压器纵差保护对绕组的匝间短路具有一定的保护变压器纵差保护对绕组的匝间短路具有一定的保护作用（铁心磁路耦合），而发电机纵差保护对定子绕作用（铁心磁路耦合），而发电机纵差保护对定子绕组匝间短路完全没有保护作用；组匝间短路完全没有保护作用； 3. 3. 变压器纵差和发电机纵差均对绕组的开焊故障没有变压器纵差和发电机纵差均对绕组的开焊故障没有保护作用，需要配置其它保护方式；保护作用，需要配置其它保护方式； 4. 4. 发电机纵差保护严格符合发电机纵差保护严格符合KCLKCL定律，而变压器纵差保定律，而变压器纵差保护其保护区内不仅有电路联系，而且还包含磁路的联护其保护区内不仅有电路联系，而且还包含磁路的联系，存在励磁涌流问题；系，存在励磁涌流问题；2222 6.3 发电机定子绕组单相接地保护发电机定子绕组单相接地保护 大型发电机组定子绕组对地电容较大，发生接地故大型发电机组定子绕组对地电容较大，发生接地故障时，接地电容电流比较大，可能使定子铁芯烧坏，障时，接地电容电流比较大，可能使定子铁芯烧坏，故障点会出现局部弧光过电压，可能导致发电机绕组故障点会出现局部弧光过电压，可能导致发电机绕组的多点绝缘损坏，使得故障扩展成为危害更大的相间的多点绝缘损坏，使得故障扩展成为危害更大的相间或匝间短路故障。或匝间短路故障。 一般是由定子线圈与铁芯之间的绝缘损坏引起的。一般是由定子线圈与铁芯之间的绝缘损坏引起的。 定子绕组单相接地故障占定子故障的定子绕组单相接地故障占定子故障的707080%80%。 2323 6.3 发电机定子绕组单相接地保护发电机定子绕组单相接地保护中性点不接地，接地电容电流应在规定允许值之内。中性点不接地，接地电容电流应在规定允许值之内。（如（如300600 MVA:300600 MVA:允许电流允许电流1 14A4A）大型发电机组采用中性点经消弧线圈接地，通过消弧大型发电机组采用中性点经消弧线圈接地，通过消弧线圈的电感电流补偿电容电流。线圈的电感电流补偿电容电流。( (欠补偿，因欠补偿，因C C固定固定.) .) 中性点采用高阻接地（经二次侧接小电阻的配电变压中性点采用高阻接地（经二次侧接小电阻的配电变压器接地器接地( (限制暂态电压，但增大故障电流限制暂态电压，但增大故障电流) )。2424 6.3 发电机定子绕组单相接地保护发电机定子绕组单相接地保护故障接地电容电流大于允许值，接地保护动作于故障接地电容电流大于允许值，接地保护动作于跳闸跳闸。发生单相接地（一点接地）故障，接地电容电流大于发生单相接地（一点接地）故障，接地电容电流大于允许值时，保护发出接地故障允许值时，保护发出接地故障信号信号，同时转移负荷，同时转移负荷，实现平稳停机、检修。实现平稳停机、检修。25251 1）正常时，基波零序电压）正常时，基波零序电压3U3U0 0很小；很小；2 2）接地故障时）接地故障时, ,出现出现3U3U0 0, ,大小与故障点位置有关。大小与故障点位置有关。发电机端各相对地电势：发电机端各相对地电势： （近似估计）（近似估计） 接地示意图接地示意图 2626一、基波零序电压定子绕组单相接地保护一、基波零序电压定子绕组单相接地保护 确定动作门槛确定动作门槛( (判据判据) )： 获得动作区域，获得动作区域，如左图的红色域如左图的红色域 2727一、基波零序电压定子绕组单相接地保护一、基波零序电压定子绕组单相接地保护 确定动作门槛确定动作门槛( (判据判据) )： 躲过最大不平衡电压，较多的情况取为：躲过最大不平衡电压，较多的情况取为：5V5V。优点：优点：简单、可靠，一般简单、可靠，一般 能够保护能够保护9095% ( (靠近机端靠近机端) )的定子的定子 接地故障。接地故障。缺点：缺点：在靠近中性点附近在靠近中性点附近 ，有一定的保护死，有一定的保护死 区。区。2828二、利用三次谐波电压的定子绕组单相接地保护二、利用三次谐波电压的定子绕组单相接地保护 理论分析表明，在正常运行情况下，发电机中性理论分析表明，在正常运行情况下，发电机中性点不接地或经消弧线圈接地时，可以获得如下的等点不接地或经消弧线圈接地时，可以获得如下的等值电路：值电路： 由容抗比确定，存在这样的关系：由容抗比确定，存在这样的关系：UN 3 US 3 2929二、利用三次谐波电压的定子绕组单相接地保护二、利用三次谐波电压的定子绕组单相接地保护 当定子绕组在距中性点当定子绕组在距中性点处发生金属性单相接地时处发生金属性单相接地时（无论中性点是否接消弧线圈），等值图近似如下：（无论中性点是否接消弧线圈），等值图近似如下：3030二、利用三次谐波电压的定子绕组单相接地保护二、利用三次谐波电压的定子绕组单相接地保护3131二、利用三次谐波电压的定子绕组单相接地保护二、利用三次谐波电压的定子绕组单相接地保护3232三、三、100100定子绕组单相接地保护定子绕组单相接地保护 对大型发电机组，应装设能反应对大型发电机组，应装设能反应 100% 定子绕组定子绕组接地的保护。接地的保护。 目前目前 100% 定子接地保护一般由两部分组成：定子接地保护一般由两部分组成： 1 1）基波零序电压保护。它能反应从机端到中性点）基波零序电压保护。它能反应从机端到中性点 间间 85% 范围内的定子绕组接地故障。范围内的定子绕组接地故障。 2 2）由三次谐波电压或外加交流电源的原理等构成，）由三次谐波电压或外加交流电源的原理等构成，用来消除零序电压保护的死区。用来消除零序电压保护的死区。 另外，还有外加交流电源式（注入交变信号）的另外，还有外加交流电源式（注入交变信号）的100100定子绕组单相接地保护（可自学）。定子绕组单相接地保护（可自学）。33336.4 6.4 发电机励磁回路接地保护发电机励磁回路接地保护 发电机励磁回路的绝缘破坏会造成励磁回路的接发电机励磁回路的绝缘破坏会造成励磁回路的接地故障。地故障。 当励磁回路发生一点接地时，并未形成电流回路，当励磁回路发生一点接地时，并未形成电流回路，对发电机不会造成直接危害对发电机不会造成直接危害 发信号。发信号。 但如果再发生第二点再接地故障时，形成了短路但如果再发生第二点再接地故障时，形成了短路电流的通路，不仅可能烧伤励磁绕组和转子本体，电流的通路，不仅可能烧伤励磁绕组和转子本体，还可能引起机组剧烈振动，严重威胁发电机的安全。还可能引起机组剧烈振动，严重威胁发电机的安全。 34346.4 6.4 发电机励磁回路接地保护发电机励磁回路接地保护保护配置：保护配置： 对于对于 100MW及以上汽轮发电机，均装设一点接及以上汽轮发电机，均装设一点接地保护，发现转子一点接地后，保护方式有两种情地保护，发现转子一点接地后，保护方式有两种情况：况： 1 1、保护动作于发信或跳闸；保护动作于发信或跳闸； 2 2、投入两点接地保护，两点接地保护动作于跳闸。投入两点接地保护，两点接地保护动作于跳闸。 进口发电机组一般不装两点接地保护。进口发电机组一般不装两点接地保护。 3535一、直流电桥式发电机励磁回路一点接地保护一、直流电桥式发电机励磁回路一点接地保护 转子对地分布电阻转子对地分布电阻当作集中电阻当作集中电阻 RgRg 利用电桥平衡原理，利用电桥平衡原理，1 1）正常时，）正常时，I=0。2 2）接地时，电桥平衡）接地时，电桥平衡 被破坏，被破坏，I0 ， 动作。动作。3636一、直流电桥式发电机励磁回路一点接地保护一、直流电桥式发电机励磁回路一点接地保护缺点：缺点：当接地点在励磁绕组中点附近时，保护存在当接地点在励磁绕组中点附近时，保护存在 一定的死区。一定的死区。 转子对地分布电阻转子对地分布电阻当作集中电阻当作集中电阻 RgRg 利用电桥平衡原理，利用电桥平衡原理，1 1）正常时，）正常时，I=0。2 2）接地时，电桥平衡）接地时，电桥平衡 被破坏，被破坏，I0 ， 动作。动作。3737二、二、切换采样式励磁回路一点接地保护切换采样式励磁回路一点接地保护 克服电桥式的缺陷（下图为一种方式）。克服电桥式的缺陷（下图为一种方式）。(1)(1)正常时，无论正常时，无论S S闭闭 合与否，均有：合与否，均有： I0。(2)(2)接地时接地时a a）S S闭合期间，有：闭合期间，有：b b）S S打开期间，有：打开期间，有：3838二、二、切换采样式励磁回路一点接地保护切换采样式励磁回路一点接地保护 联立求解联立求解2 2个方程个方程 不受接地位置、分布电容的影响，同时，在启、不受接地位置、分布电容的影响，同时，在启、停机时，也能够实施保护功能。停机时，也能够实施保护功能。3939三、叠加方波电压式励磁回路一点接地保护方波电压U0经耦合电容C和测量电阻RM加到励磁回路两端，当发生励磁绕组接地故障时，对地电阻 Rg下降，电阻RM上的电压UM随之增大，检测UM波形的变化来反映励磁回路的一点接地故障.4040 还有其他的切换方式，如：乒乓开关切换式。还有其他的切换方式，如：乒乓开关切换式。 以及注入交变信号方式，等。以及注入交变信号方式，等。4141 四、励磁回路两点接地保护四、励磁回路两点接地保护 1 1、检测定子电压二次谐波的两点接地保护、检测定子电压二次谐波的两点接地保护 当励磁绕组发生两点接地或匝间短路时，气隙磁当励磁绕组发生两点接地或匝间短路时，气隙磁场的对称性受到破坏，在定子绕组中感应出二次谐波场的对称性受到破坏，在定子绕组中感应出二次谐波及其它偶次谐波电压，利用定子电压二次谐波含量，及其它偶次谐波电压，利用定子电压二次谐波含量，可实现转子两点接地及匝间短路的保护可实现转子两点接地及匝间短路的保护 。 2 2、切换采样原理、切换采样原理 在发生一点接地后，可以通过计算得到一点接地在发生一点接地后，可以通过计算得到一点接地的的RgRg和和k(k(接地地点相关的量接地地点相关的量) )，此后，保护继续按照，此后，保护继续按照原方法进行计算，当检测到原方法进行计算，当检测到RgRg和和k k有变化时，根据其有变化时，根据其变化大小确认为变化大小确认为两点两点接地故障。接地故障。4242 四、励磁回路两点接地保护四、励磁回路两点接地保护 目前，还没有十分有效的方案，都有死区，或性能目前，还没有十分有效的方案，都有死区，或性能不够理想。不够理想。 同学们可以设法思考、研究。同学们可以设法思考、研究。 4343 6.5 发电机失磁保护发电机失磁保护 发电机失磁通常是指：发电机励磁异常下降或发电机失磁通常是指：发电机励磁异常下降或励磁完全消失的故障。励磁完全消失的故障。 发电机完全失去励磁时，励磁电流将逐渐衰减发电机完全失去励磁时，励磁电流将逐渐衰减至零，发电机感应电动势随之减小，其电磁转矩将至零，发电机感应电动势随之减小，其电磁转矩将小于原动机转矩，引起转子加速，使发电机功角小于原动机转矩，引起转子加速，使发电机功角增大，当其超过静态稳定极限角时，发电机与系统增大，当其超过静态稳定极限角时，发电机与系统失去同步。失去同步。 4444发电机失磁的危害：发电机失磁的危害：1 1、从系统中吸收大量的无功功率，引起电力系统电、从系统中吸收大量的无功功率，引起电力系统电压降低，甚至造成系统电压崩溃，并因过电流而压降低，甚至造成系统电压崩溃，并因过电流而使定子过热；使定子过热；2 2、发电机转速超过同步转速，在转子和励磁回路中、发电机转速超过同步转速，在转子和励磁回路中将产生差频电流，形成附加损耗，使转子过热；将产生差频电流，形成附加损耗，使转子过热；3 3、发电机的转矩和有功功率将发生周期性摆动，并、发电机的转矩和有功功率将发生周期性摆动，并通过定子传到机座上，引起机组振动，威胁机组通过定子传到机座上，引起机组振动，威胁机组安全；安全；4 4、低励或失磁运行时，定子端部漏磁增加，将使端、低励或失磁运行时，定子端部漏磁增加，将使端部和边缘铁芯过热，发生故障。部和边缘铁芯过热，发生故障。4545 规程规程规定：规定： 对于不允许失磁运行的发电机及失磁对电力系对于不允许失磁运行的发电机及失磁对电力系统有重大影响的发电机，应装设专用失磁保护。统有重大影响的发电机，应装设专用失磁保护。1 1、对于汽轮发电机，其异步功率较大，调速器比较、对于汽轮发电机，其异步功率较大，调速器比较 灵敏，可在较小的转差下异步运行一段时间。灵敏，可在较小的转差下异步运行一段时间。2 2、对于水轮发电机，由于其异步功率较小，调速器、对于水轮发电机，由于其异步功率较小，调速器 不灵敏，失磁异步运行吸收无功功率大，机组振不灵敏，失磁异步运行吸收无功功率大，机组振 动大，所以，水轮发电机失磁后一般不允许继续动大，所以，水轮发电机失磁后一般不允许继续 运行。运行。 4646失磁保护的主判据失磁保护的主判据一、低励磁电压判据一、低励磁电压判据 测量励磁电压，低于某个数值时，动作。测量励磁电压，低于某个数值时，动作。4747失磁保护的主判据失磁保护的主判据二、逆无功判据二、逆无功判据 失磁到失步前的表征：失磁到失步前的表征：1)1)发电机发出的有功功率基本发电机发出的有功功率基本不变；不变；2)2)EdEd减小，减小，增大；增大；3)3)无功功率无功功率Q随着随着EdEd的减小的减小和功角和功角增大而减小，增大而减小，Q值由正变为负，发电机吸收感值由正变为负，发电机吸收感性的无功功率。性的无功功率。4848失磁保护的主判据失磁保护的主判据二、逆无功判据二、逆无功判据 定子侧会同时出现：逆无功和过电流定子侧会同时出现：逆无功和过电流 可构成以逆无功判据为主的失磁保护。可构成以逆无功判据为主的失磁保护。 4949失磁保护的主判据失磁保护的主判据三、机端测量阻抗判据三、机端测量阻抗判据RjX-jXd-jXdjXsP1P2aabbcc 失磁后，随着功角失磁后，随着功角的不的不断增大，发电机处于失去静断增大，发电机处于失去静态稳定的临界失步点（对汽态稳定的临界失步点（对汽轮发电机组轮发电机组90），此时，），此时，汽轮发电机的机端测量阻抗汽轮发电机的机端测量阻抗为一个圆方程，称为为一个圆方程，称为静稳边静稳边界阻抗圆界阻抗圆( (等有功圆等有功圆) )。5050在失磁过程的机端测量阻抗 1. 失磁后到失步前等有功阻抗圆其中，失磁保护的主判据失磁保护的主判据机端测量阻抗判据机端测量阻抗判据51512. 临界失步点（静稳极限阻抗圆）90，发电机处于失去静态稳定的临界状态发电机从系统吸收无功功率失磁保护的主判据失磁保护的主判据机端测量阻抗判据机端测量阻抗判据5252将 代入前式，得静稳极限阻抗圆，其圆周为发电机以不同有功功率 P 临界失稳时，机端测量阻抗的轨迹。圆内为静稳破坏区，表示发电机已超过静稳极限，不能再保持同步运行。5353RjX-jXd-jXdjXsP1P2aabbcc发电机失磁后，测量阻抗沿等有功阻抗圆向第四象限移动，当它与静稳极限阻抗圆相交时，表示机组运行处于静稳稳定的极限，越过交点后，发电机将转入异步运行状态。5454 6.6 发电机失步保护发电机失步保护 发电机输出功率的变化较大，或系统中出现大扰发电机输出功率的变化较大，或系统中出现大扰动，或励磁调节不当，使发电机与系统间的功角动，或励磁调节不当，使发电机与系统间的功角 大于静稳极限，将出现静稳破坏而失步。大于静稳极限，将出现静稳破坏而失步。 发电机失步运行时，电流、电压、有功功率和无发电机失步运行时，电流、电压、有功功率和无功功率均出现大幅度波动。大型发电机变压器组的功功率均出现大幅度波动。大型发电机变压器组的阻抗相对增加，因此振荡中心常落在发电机附近或阻抗相对增加，因此振荡中心常落在发电机附近或升压变压器范围内。振荡中机端电压周期性下降，升压变压器范围内。振荡中机端电压周期性下降，严重影响厂用电及厂用机械的稳定运行，甚至导致严重影响厂用电及厂用机械的稳定运行，甚至导致停机事故。停机事故。 规程规定：规程规定：300MW及以上发电机宜装设失步保护。及以上发电机宜装设失步保护。5555 设置电阻线设置电阻线R1、R2、R3、R4，将阻抗平面分为将阻抗平面分为05区。区。双遮挡器特性失步保护原理双遮挡器特性失步保护原理1)1)正常运行时，机端测量正常运行时，机端测量阻抗较大，通常设计为：阻抗较大，通常设计为：且不会顺序经过且不会顺序经过14区。区。 5656双遮挡器特性失步保护原理双遮挡器特性失步保护原理2)2)短路时，机端测量阻抗短路时，机端测量阻抗会突然落入某个位置，但会突然落入某个位置，但依然不会顺序经过依然不会顺序经过14区。区。 5757双遮挡器特性失步保护原理双遮挡器特性失步保护原理3)3)振荡时，机端测量阻抗振荡时，机端测量阻抗会顺序地经过会顺序地经过0、1、2、3、4、5区。区。 5858双遮挡器特性失步保护原理双遮挡器特性失步保护原理 电阻线电阻线R1、R2、R3、R4将将阻抗平面分为阻抗平面分为04（共共5 5个区）。个区）。 1)1)正常运行时，机端测量阻正常运行时，机端测量阻抗较大，且不会顺序经过抗较大，且不会顺序经过04区。区。 2)2)加速失步时，测量阻抗从加速失步时，测量阻抗从+R向向R方向变化，从右至左方向变化，从右至左依次穿过电阻线；减速失步时依次穿过电阻线；减速失步时测量阻抗轨迹从测量阻抗轨迹从 R R 向向 +R +R 方方向变化，从右至左依次穿过向变化，从右至左依次穿过 。59593)3)失步中发信号，原动机出力失步中发信号，原动机出力变化，若振荡未平息，则失步变化，若振荡未平息，则失步周期计数，累计达到一定的值，周期计数，累计达到一定的值，认为失步。认为失步。1)1)阻抗轨迹穿越后以反方向返阻抗轨迹穿越后以反方向返回，则判断为可恢复的摇摆。回，则判断为可恢复的摇摆。2)2)阻抗轨迹在任一区域内停阻抗轨迹在任一区域内停留，判断为短路。留，判断为短路。6060 6.7 6.7 转子表层负序过电流保护转子表层负序过电流保护 电力系统中发生不对称短路或三相负荷不对称时，将有负序电流流过发电机的定子绕组，它所产生的旋转磁场与转子运动方向相反，以两倍同步转速切割转子，从而在转子中产生倍频电流，引起转子发热；同时负序电流产生的倍频交变电力力矩，还可能引起转子大轴和机座的振动，造成发电机的严重损坏。 发电机组承受负序电流的能力主要由转子表层发热情况来决定，大型发电机组要求转子表层过热保护与发电机承受负序电流的能力相适应。可分为长期和短期承受负序电流的能力。 6161由转子的材料和结构决定的，通过稳态负序试验可以测定其大小。通常规定在额定负荷下， 与负序电流I2的大小及其持续时间 t 的长短有关。假定发电机转子为绝热体，发电机短时负序转子过热常数为A，则不使转子过热所允许的负序电流和时间的关系为1.发电机长期允许的负序电流I2 水轮发电机I2 不超过12% ；汽轮发电机I2为 6%8%， 2.发电机短时承受负序电流的能力负序电流在转子中所产生的发热量，正比于负序电流的平方与所持续时间的乘积。6262转子表层负序过负荷保护主要适用于转子表层负序过负荷保护主要适用于100100MW 及及以上以上 A A 值小于值小于10 10 的发电机，保护通常由定时限过的发电机，保护通常由定时限过负荷和反时限过电流两部分组成。负荷和反时限过电流两部分组成。1.1. 定时限过负荷保护定时限过负荷保护 动作电流按发电机长期允许的负序电流动作电流按发电机长期允许的负序电流 下能可靠返回的条件整定。下能可靠返回的条件整定。 2.2.负序反时限过电流保护负序反时限过电流保护 反时限动作特性由上限定时限、反时限和下限反时限动作特性由上限定时限、反时限和下限定时限三部分组成。定时限三部分组成。6363当发电机负序电流大于上限电流定值 时，按上限动作时间 动作，如果负序电流低于下限反时限起动电流定值 时，按下限动作时间动作，如果负序电流在上下限定值之间时，反时限部分启动，并进行热积累。 负序反时限特性能够真实模拟转子的热积累过程，并能模拟散热过程。 反时限动作方程：6464 6.8 6.8 发电机后备保护发电机后备保护 发电机后备保护发电机后备保护： 低电压起动的过电流保护；低电压起动的过电流保护； 复合电压起动的过电流保护；复合电压起动的过电流保护； 负序电流加单相式低电压起动的过电流保护；负序电流加单相式低电压起动的过电流保护； 阻抗保护。阻抗保护。大型发电机变压器组要求配置双重化主保护，并大型发电机变压器组要求配置双重化主保护，并有比较完善的后备保护，有必要为高压母线提供后有比较完善的后备保护，有必要为高压母线提供后备，而高压超高压线路均设置有双重化主保护和后备，而高压超高压线路均设置有双重化主保护和后备保护，大型发变组后备保护一般不考虑作相邻线备保护，大型发变组后备保护一般不考虑作相邻线路的远后备。路的远后备。 6565