发电机保护

null1 发电机保护North China Electric Power University1 发电机保护发电机保护发电机保护1.3 定子绕组单相接地保护1.3.1中性点接地方式1.3.1中性点接地方式单相接地故障电流为对地电容电流。1. 中性点绝缘(不接地)机端单相接地故障电流为：null1. 中性点绝缘(不接地)存在的问： (1)接地电流较大时，引起燃弧，破坏硅钢片绝缘，损坏铁心； (2)间歇性的接地电弧可能引起绕组对地之间累积性电压升高，危及绝缘，可能导致匝间、相间短路。null2. 经消弧线圈接地经消弧线圈接地可有效地减小接地电流。机端单相接地时，消弧线圈供给的电感电流为：null2. 经消弧线圈接地高压侧接地时的传递电压等值电路为：null2. 经消弧线圈接地传递过电压系数为：高压侧接地时的传递电压null2. 经消弧线圈接地分母可能很小，B可能很大，传递过电压危及安全B总是小于0.5高压侧接地时的传递电压 所以，发电机中性点经消弧线圈接地必须采用欠补偿方式，同时串连合适的电阻可有效限制弧光过电压。null2. 经消弧线圈接地选择串连电阻时需考虑的因素：(1) 正常运行时，中性点的位移电压 null2. 经消弧线圈接地选择串连电阻时需考虑的因素：(1) 正常运行时，中性点的位移电压 为了减小位移电压，应适当增大阻尼率，即增大串连电阻； 这样也有利于降低保护定值，提高保护灵敏度。 null2. 经消弧线圈接地选择串连电阻时需考虑的因素：(2)传递过电压的要求 发电机的零序等值阻抗为： 可见要想降低传递电压，电阻就不能太小。null2. 经消弧线圈接地选择串连电阻时需考虑的因素：(3)故障短路电流的要求 根据前面分析可知： null3. 经大电阻接地主要是经配电变压器接地，变压器二次侧接电阻。 接地电阻为非故障相对地电容的电荷提供泄放通道，可避免产生弧光过电压。 为限制过电压不超过2.6pu，接地电阻一次值应满足： 即半周内电荷可释放到4.3%。 单相接地后故障电流增大，必须立即跳闸。1.3.2基波零序电压型定子单相接地保护1.3.2基波零序电压型定子单相接地保护1.对定子单相接地保护的要求 (2)对于单元接线的大中型机组应装设100%保护区的定子接地保护； (1)与母线直接连接的发电机，当接地电流（不考虑补偿作用）大于允许值时应装设有选择性的零序电流保护； (3)保护应带延时动作于信号，之后应及时处理，转移负荷，平稳停机； (4)必要时保护也可带延时动作于停机。null2.单相接地时的零序电压 由于接地电流非常小，且绕组感抗远小于对地容抗，所以可以忽略定子绕组压降，任一相任一点的零序电压都相等。 零序电压为：null2.单相接地时的零序电压 零序电压二次值为： 从机端获得时： 从中性点获得时：null3.基波零序电压型定子接地保护 动作方程： (1)躲过正常时的不平衡输出 1)三相对地电容不相等引起的位移电压； 2)三相电势的不平衡； 3)零序电压滤过器的不平衡输出； 4)三次谐波电压。 三次谐波电压经滤过器滤除之后，定值一般可取5～10V。 因此即使是金属性短路，在中性点侧也将存在5～10%的死区。null3.基波零序电压型定子接地保护 动作方程： (2)躲过主变高压侧接地时的传递电压1)引入高压侧零序电压作为制动量模拟式保护接线：微机保护判据：null3.基波零序电压型定子接地保护 动作方程： (2)躲过主变高压侧接地时的传递电压2)在保证一定的灵敏度的前提下，适当提高定值；3)设置时间延时，与主变高压侧接地后备保护配合。1.3.3三次谐波电压型定子单相接地保护1.3.3三次谐波电压型定子单相接地保护1. 提出(1)各种发电机中都存在三次谐波电压；(2) 三次谐波电压具有零序分量的特点，提取方便；(3) 三次谐波回路与主变高压侧系统无关。三次谐波电压的优势：null2. 三次谐波电势的分布 相邻匝三次谐波电势相位差为： 首末匝三次谐波电势相位差为：null3.正常运行时的三次谐波电压忽略各处的电导，两端的三次谐波电压相位一致。null3.正常运行时的三次谐波电压中性点绝缘，与系统并列运行时：中性点绝缘，与系统并列运行前：null中性点经消弧线圈接地时：完全补偿时满足：欠补偿时也满足。3.正常运行时的三次谐波电压null实际运行工况： (1)定子绕组对地电导随运行工况的改变而变化，且沿绕组分布不完全均匀；3.正常运行时的三次谐波电压 (2)运行工况的改变影响不均匀磁场饱和的分布，使得三次谐波电势分布不均匀； (3)随着负荷的变化，三相对地电容也有变化。null三次谐波电压与运行工况的关系： (1)与有功功率近似线性增长关系，与无功功率关系不大；3.正常运行时的三次谐波电压 (2)比值随有功功率变化规律不明显，但变化很小，可认为是常数； (3)相位差随有功功率的变化很小，可认为是零。null4.单相接地时三次谐波电压的分析null4.单相接地时三次谐波电压的分析null4.单相接地时三次谐波电压的分析null4.单相接地时三次谐波电压的分析null金属性接地时：时：时：比值的变化可以反应中性点侧50%范围内的接地故障。4.单相接地时三次谐波电压的分析null金属性接地时：4.单相接地时三次谐波电压的分析null非金属性接地时：4.单相接地时三次谐波电压的分析null任何位置发生故障，只要过渡电阻不太大时就有：非金属性接地时：4.单相接地时三次谐波电压的分析null(1)三次谐波电势特点：5.水轮发电机的三次谐波电压 各并联分支总的三次谐波电势相同，但各分支匝电势分布不同，相邻匝电势相位差不固定； 只能采用分布电路进行计算。(2)实测三次谐波电压特征： 随无功功率近似线性增长，与有功功率关系不大； 运行中机端和中性点三次谐波电压比值基本保持不变。null正常运行时，不满足动作条件；可以实测获得。(1)幅值比较判据接地故障时，越靠近中性点，比值越大，保护可以动作。6. 三次谐波电压型接地保护构成null(2)相位判据6. 三次谐波电压型接地保护构成一般可取： 当中性点或机端接地时，没有办法比相，增加辅助判据：null(3)自适应调整判据6. 三次谐波电压型接地保护构成null正常运行时：使动作量降为零(很小)，制动量很大，保护可靠不动。接地故障时：中性点处金属性短路可灵敏动作。使动作量显著增加，而制动量比较小。(3)自适应调整判据6. 三次谐波电压型接地保护构成null接地故障时：机端处金属性短路可以动作。(3)自适应调整判据6. 三次谐波电压型接地保护构成null接地故障时： 该判据综合了幅值和相位变化特征，和单纯比幅式判据相比大幅提高了灵敏度。 有过渡电阻时灵敏度下降，尤其是绕组中部发生接地时灵敏度较低。(3)自适应调整判据6. 三次谐波电压型接地保护构成null7. 存在的问题 (1)接地故障后，基波分量大而三次谐波分量小，准确地从大电气量中提取小电气量较困难； (2)需考虑主变高压侧三次谐波零序电动势的影响； (3)机端TV饱和时，会使机端三次谐波电压虚假升高； (4)从消弧线圈上取电压时，改变消弧线圈一次抽头位置则改变了变比，保护不能做相应调整； (5)中性点侧失压时可能造成误动。 一般三次谐波电压型接地保护动作于信号，而不是直接调闸。1.3.4外加电源型定子接地保护1.3.4外加电源型定子接地保护1. 微机型20Hz定子接地保护原理图null2. 外加电源频率的选择 (1)不能选用工频，以便区分正常工频电流； (2)不宜选用高频分量，降低正常运行时的外加电流； (3)不能选用直流分量，难以实现与一次系统的隔离； 一般选取10～20Hz。null3. 20Hz等值电路null4. 保护动作行为正常运行时： (1)计算获得的接地电阻很大； (2)接地信号电流很小。接地故障时： (1)计算获得的接地电阻较大时，动作于报警； (3)接地信号电流很大时，直接动作于跳闸。 (2)计算获得的接地电阻较小时，动作于跳闸；null5. 对保护的评价 (1)灵敏度与故障位置无关； (2)仅在有限的频率范围内计算的电阻才是有效的，启停机过程中频率较低时只靠接地过电流保护动作; (3)灵敏度与中性点接地方式、对地电容大小、外加电源内阻大小等因素有关。发电机保护发电机保护1.4 励磁回路接地保护null1.4.1 励磁回路故障的危害1.匝间短路 破坏磁势的正弦分布，机组振动加剧，励磁电流上升，产生局部过热。2.一点接地故障 对发电机没有直接危害。 故障电流烧伤转子本体和绕组；3.两点接地故障 气隙磁通不平衡，引起严重的振动； 引起大轴、轴系的磁化，退磁困难。null 要求能反应任一点故障，不受对地电容影响，具有一定的反应过渡电阻能力。1.4.2 对保护的要求1.匝间短路 对该故障处理没有统一，此时横差保护、转子回路过负荷保护可能动作。2.一点接地故障 装设专门保护动作于跳闸，或动作于信号后平稳停机。 可装设保护动作于跳闸。3.两点接地故障null1.4.3 常规保护方式1.电桥式励磁回路一点接地保护 正常运行时，调节电阻使流过继电器的电流最小，继电器不动作； 发生故障后，电桥失去平衡，流过继电器的电流增大，继电器动作。null1.电桥式励磁回路一点接地保护 励磁绕组两端接地时，灵敏度高，中点附近发生故障时，存在死区。 对大机组来讲，该保护不够完善。1.4.3 常规保护方式null2.叠加直流电压式保护 正常时流过继电器的电流为： 保护灵敏度不高，且由于励磁电压的作用，不同地点发生接地时灵敏度相差很大。1.4.3 常规保护方式null3.叠加交流电压式保护 正常时流过继电器的电流为： 发生接地故障后，流过继电器的电流增大，继电器动作。1.4.3 常规保护方式null3.叠加交流电压式保护优点：缺点：接线简单，没有死区，任一点接地时灵敏度基本一致。大机组对地电容较大，保护灵敏度低；注入交流量会加大谐波分量。1.4.3 常规保护方式null1.4.4 切换采样式一点接地保护状态1：S1闭合，S2打开状态2：S1打开，S2闭合状态3：S1打开，S2打开1.测量电路null状态1：S1闭合，S2打开状态2：S1打开，S2闭合2.故障计算1.4.4 切换采样式一点接地保护null2.故障计算1.4.4 切换采样式一点接地保护null2.故障计算1.4.4 切换采样式一点接地保护null2.故障计算1.4.4 切换采样式一点接地保护null3.保护判据(1) Ⅰ段延时5s发信号(2) Ⅱ段延时2s发信号或跳闸(3) 两点接地判据1.4.4 切换采样式一点接地保护null4.应用中注意事项 (3)要对切换开关有良好的自检功能； (2)状态切换时间应大于回路电容的充放电时间，防止分布电容的影响 ； 1.4.4 切换采样式一点接地保护null1.4.5 注入低频方波电源式一点接地保护1.双端注入式保护接线null电源分别为正负时的电路图：2.故障电阻计算1.4.5 注入低频方波电源式一点接地保护null电源分别为正负时的电流图：2.故障电阻计算1.4.5 注入低频方波电源式一点接地保护null3.评价： 1)在停机未加励磁时也能提供保护； 2)可调整注入电源频率躲过电容充电时间，来消除轴电压吸收回路的影响。 3)当转子绕组只引出一端时，可采用单端注入式接地保护。1.4.5 注入低频方波电源式一点接地保护