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1、电力系统继电保护原理,主讲教师:焦彦军华北电力大学电自教研室,10/3/2022,电力系统继电保护原理,第八章 发电机保护,8-1发电机的故障、不正常运行状态及其保护配置8-2发电机纵联差动保护8-3发电机匝间短路保护8-4 发电机定子绕组单相接地保护8-5 发电机转子接地保护8-6 发电的失磁保护8-7 发电机负序过电流保护8-8发电机失步保护,10/3/2022,第八章 发电机保护8-1发电机的故障、不正常运行状态及其保,8-1发电机的故障、不正常运行状态及其保护配置,一、发电机定子绕组故障及保护配置,定子绕组及引出线上的相间短路,发电机纵差动保护,10/3/2022,8-1发电机的故障、
2、不正常运行状态及其保护配置一、发电机定子,8-1发电机的故障、不正常运行状态及其保护配置,一、发电机定子绕组故障及保护配置,定子绕组匝间短路,发电机纵向基波零序电压保护发电机不完全纵差保护发电机裂相横差保护发电机单元件横差保护,10/3/2022,8-1发电机的故障、不正常运行状态及其保护配置一、发电机定子,8-1发电机的故障、不正常运行状态及其保护配置,一、发电机定子绕组故障及保护配置,定子绕组单相接地短路,发电机定子绕组单相接地保护,10/3/2022,8-1发电机的故障、不正常运行状态及其保护配置一、发电机定子,8-1发电机的故障、不正常运行状态及其保护配置,二、发电机转子故障及保护配置
3、,转子绕组一点接地,转子绕组两点接地,转子绕组一点接地保护,转子绕组两点接地保护,10/3/2022,8-1发电机的故障、不正常运行状态及其保护配置+-二、发电机,8-1发电机的故障、不正常运行状态及其保护配置,二、发电机转子故障及保护配置,低励和失磁,发电机低励和失磁保护,励磁机,励磁变,10/3/2022,8-1发电机的故障、不正常运行状态及其保护配置+-二、发电机,8-1发电机的故障、不正常运行状态及其保护配置,三、发电机不正常运行状态及保护配置,区外短路引起的过电流,负序过电流及低电压过电流保护；复合电压启动的过电流保护；过电流保护；带电流记忆的低压过流保护。,定子过热,10/3/20
4、22,8-1发电机的故障、不正常运行状态及其保护配置三、发电机不正,8-1发电机的故障、不正常运行状态及其保护配置,三、发电机不正常运行状态及保护配置,区外不对称短路引起的负序过电流,负序过电流保护；,转子过热,10/3/2022,8-1发电机的故障、不正常运行状态及其保护配置三、发电机不正,8-1发电机的故障、不正常运行状态及其保护配置,三、发电机不正常运行状态及保护配置,过负荷（对称负荷引起定子绕组过电流）,过负荷保护,10/3/2022,8-1发电机的故障、不正常运行状态及其保护配置三、发电机不正,8-1发电机的故障、不正常运行状态及其保护配置,三、发电机不正常运行状态及保护配置,过励磁
5、（频率下降或电压升高引起）,过励磁保护,10/3/2022,8-1发电机的故障、不正常运行状态及其保护配置三、发电机不正,8-1发电机的故障、不正常运行状态及其保护配置,三、发电机不正常运行状态及保护配置,QF,QF1,QF2,+,-,ZB,ACR,转子绕组过负荷,转子绕组过负荷保护,10/3/2022,8-1发电机的故障、不正常运行状态及其保护配置三、发电机不正,8-1发电机的故障、不正常运行状态及其保护配置,三、发电机不正常运行状态及保护配置,QF,QF1,QF2,+,-,ZB,ACR,失步,失步保护,10/3/2022,8-1发电机的故障、不正常运行状态及其保护配置三、发电机不正,8-1
6、发电机的故障、不正常运行状态及其保护配置,三、发电机不正常运行状态及保护配置,QF,QF1,QF2,+,-,ZB,ACR,低频、过频,频率异常保护,10/3/2022,8-1发电机的故障、不正常运行状态及其保护配置三、发电机不正,8-1发电机的故障、不正常运行状态及其保护配置,三、发电机不正常运行状态及保护配置,QF,QF1,QF2,+,-,ZB,ACR,过电压,过电压保护,误强励、甩负荷,10/3/2022,8-1发电机的故障、不正常运行状态及其保护配置三、发电机不正,8-1发电机的故障、不正常运行状态及其保护配置,三、发电机不正常运行状态及保护配置,QF,QF1,QF2,+,-,ZB,AC
7、R,逆功率,逆功率保护,误关主汽门,10/3/2022,8-1发电机的故障、不正常运行状态及其保护配置三、发电机不正,8-1发电机的故障、不正常运行状态及其保护配置,三、发电机不正常运行状态及保护配置,QF,QF1,QF2,+,-,ZB,ACR,误上电,10/3/2022,8-1发电机的故障、不正常运行状态及其保护配置三、发电机不正,8-1发电机的故障、不正常运行状态及其保护配置,三、发电机不正常运行状态及保护配置,QF,QF1,QF2,+,-,ZB,ACR,误上电,误上电保护,10/3/2022,8-1发电机的故障、不正常运行状态及其保护配置三、发电机不正,8-1发电机的故障、不正常运行状态
8、及其保护配置,三、发电机不正常运行状态及保护配置,QF,QF1,QF2,+,-,ZB,ACR,其它,起停机保护、断路器断口闪络保护,非电量保护,10/3/2022,8-1发电机的故障、不正常运行状态及其保护配置三、发电机不正,8-1发电机的故障、不正常运行状态及其保护配置,四、发电机保护的动作方式,QF,QF1,QF2,+,-,ZB,ACR,（1）停机停汽机、停锅炉、断开高压则断路器、灭磁、断开高压厂用变低压侧断路器、使机炉及其辅机停止工作。,10/3/2022,8-1发电机的故障、不正常运行状态及其保护配置四、发电机保护,8-1发电机的故障、不正常运行状态及其保护配置,四、发电机保护的动作方
9、式,QF,QF1,QF2,+,-,ZB,ACR,（2）解列灭磁断开高压则断路器、灭磁、断开高压厂用变低压侧断路器、汽轮机甩负荷。,10/3/2022,8-1发电机的故障、不正常运行状态及其保护配置四、发电机保护,8-1发电机的故障、不正常运行状态及其保护配置,四、发电机保护的动作方式,QF,QF1,QF2,+,-,ZB,ACR,（3）解列断开高压则断路器、汽轮机甩负荷。,10/3/2022,8-1发电机的故障、不正常运行状态及其保护配置四、发电机保护,8-1发电机的故障、不正常运行状态及其保护配置,四、发电机保护的动作方式,QF,QF1,QF2,+,-,ZB,ACR,（4）程序跳闸保护先动作于
10、跳主汽门，然后经过逆功率继电器的延时接点和主汽门跳闸后的常闭接点串联, 动作于跳发电机-变压器组的出口断路器, 实现发电机组与系统解列并灭磁。,10/3/2022,8-1发电机的故障、不正常运行状态及其保护配置四、发电机保护,8-1发电机的故障、不正常运行状态及其保护配置,四、发电机保护的动作方式,QF,QF1,QF2,+,-,ZB,ACR,（5）减出力减少原动机的输出功率。（6）减励磁减小励磁电流。（7）母线解列对双母线系统，断开母联开关，缩小故障波及范围。（8）信号发出警示信号。,10/3/2022,8-1发电机的故障、不正常运行状态及其保护配置四、发电机保护,8-2发电机纵联差动保护,一
11、、 发电机纵联差动保护基本原理,+,发电机正常运行时,发电机定子绕组发生相间短路时,10/3/2022,8-2发电机纵联差动保护一、 发电机纵联差动保护基本原理+发,8-2发电机纵联差动保护,一、 发电机纵联差动保护基本原理,+,保护动作判据,其中,10/3/2022,8-2发电机纵联差动保护一、 发电机纵联差动保护基本原理+保,8-2发电机纵联差动保护,二、 比率制动特性和标积制动特性的纵联差动保护,动作判据,0,0,制动系数,斜率,10/3/2022,8-2发电机纵联差动保护二、 比率制动特性和标积制动特性的纵,8-2发电机纵联差动保护,二、 比率制动特性和标积制动特性的纵联差动保护,制动
12、电流,比率制动特性的制动电流,标积制动特性的制动电流,10/3/2022,8-2发电机纵联差动保护二、 比率制动特性和标积制动特性的纵,8-2发电机纵联差动保护,二、 比率制动特性和标积制动特性的纵联差动保护,10/3/2022,8-2发电机纵联差动保护二、 比率制动特性和标积制动特性的纵,8-2发电机纵联差动保护,三、 发电机不完全纵联差动保护,+,10/3/2022,8-2发电机纵联差动保护三、 发电机不完全纵联差动保护+10,8-3发电机匝间短路保护,一、发电机横差保护构成原理,裂相横差保护构成原理图,10/3/2022,8-3发电机匝间短路保护ABC+一、发电机横差保护构成原理,8-3
13、发电机匝间短路保护,一、发电机横差保护构成原理,单元件横差保护构成原理图,10/3/2022,8-3发电机匝间短路保护一、发电机横差保护构成原理单元件横差,8-3发电机匝间短路保护,一、发电机横差保护构成原理,单元件横差元件的三次谐波的滤过比应不小于80。,当发生发电机转子偏心、励磁回路两点接地时，横差保护有可能动作。,当发生励磁回路一点接地故障后，为防止可能出现的瞬时两点接地时横差保护误动作，经延时出口跳闸。,10/3/2022,8-3发电机匝间短路保护一、发电机横差保护构成原理转子一点接,二、发电机纵向基波零序电压保护,8-3发电机匝间短路保护,10/3/2022,二、发电机纵向基波零序电
14、压保护8-3发电机匝间短路保护10/,二、发电机纵向基波零序电压保护,8-3发电机匝间短路保护,判断发电机是否并网,防止外部不对称短路时保护误动,三次谐波滤过比大于80,10/3/2022,二、发电机纵向基波零序电压保护8-3发电机匝间短路保护负序功,三、发电机负序功率方向保护,8-3发电机匝间短路保护,10/3/2022,三、发电机负序功率方向保护8-3发电机匝间短路保护10/3/,三、发电机负序功率方向保护,8-3发电机匝间短路保护,10/3/2022,三、发电机负序功率方向保护8-3发电机匝间短路保护10/3/,三、发电机负序功率方向保护,8-3发电机匝间短路保护,10/3/2022,跳
15、闸机端三相无电流30ms & & &0100ms三、发电机,8-4 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基波零序分量的特点,1.发电机定子绕组距中性点 处单相接地短路,10/3/2022,8-4 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,10/3/2022,10/3/2022,10/3/2022,10/3/2022,10/3/2022,10/3/2022,10/3/2022,10/3/2022,10/3/2022,10/3/2022,8-4 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基波零序分量的特点,1.发电机定子绕组距中性点 处单相接地短路,（
16、1）忽略各相电流在发电机绕组上的压降，机端的零序电压和故障处的零序电压相等。,10/3/2022,8-4 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,8-4 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基波零序分量的特点,1.发电机定子绕组距中性点 处单相接地短路,（2）当发电机定子绕组发生接地短路时，测量的零序电流为发电机外部等值电容的零序电流；当发电机外部发生接地短路时，测量的零序电流为发电机对地电容的零序电流。,10/3/2022,8-4 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,8-4 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基波零序分
17、量的特点,1.发电机定子绕组距中性点 处单相接地短路,（3）零序电压及零序电流，其大小和故障点位置有关，故障点距离发电机中性点越近，数值越小，反之越大。,10/3/2022,8-4 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,例：发电价的额定电压,规程规定允许的接地短路电流为：,10/3/2022,例：发电价的额定电压规程规定允许的接地短路电流为：10/3/,【发电机中性点接地方式】,欠补偿方式,20000/230,例,10/3/2022,【发电机中性点接地方式】欠补偿方式20000/230例10/,8-4 发电机定子绕组单相接地保护,二、发电机定子绕组三次谐波电势及其特点,10/3
18、/2022,8-4 发电机定子绕组单相接地保护二、发电机定子绕组三次谐波,8-4 发电机定子绕组单相接地保护,二、发电机定子绕组三次谐波电势及其特点,10/3/2022,8-4 发电机定子绕组单相接地保护二、发电机定子绕组三次谐波,8-4 发电机定子绕组单相接地保护,三、发电机定子绕组单相接地保护构成原理,1.基波零序电压保护,的死区,接地电流小于安全电流，可动作于信号或延时跳闸。,10/3/2022,8-4 发电机定子绕组单相接地保护三、发电机定子绕组单相接地,8-4 发电机定子绕组单相接地保护,三、发电机定子绕组单相接地保护构成原理,2.三次谐波电压比定子接地保护,保护的动作判据,正常运行
19、时，可实际测量,10/3/2022,8-4 发电机定子绕组单相接地保护三、发电机定子绕组单相接地,8-5 发电机转子接地保护,一、发电机转子绕组故障形式及其危害,绕组匝间短路对于气体冷却的转子，这种匝间短路不会直接引起严重后果。对于水内冷的转子，由于匝数少、电流密度大，不容许带着匝间短路长期运行。,10/3/2022,8-5 发电机转子接地保护一、发电机转子绕组故障形式及其危害,8-5 发电机转子接地保护,一、发电机转子绕组故障形式及其危害,转子绕组一点接地对发电机不会造成实质性危害,转子绕组两点接地烧伤转子本体；励磁绕组因过热而烧伤；引起振动；轴系和汽机磁化。,10/3/2022,8-5 发
20、电机转子接地保护-+一、发电机转子绕组故障形式及其,8-5 发电机转子接地保护,一、发电机转子绕组故障形式及其危害,水轮发电机，都装设一点接地保护，动作于信号，不装设两点接地保护。,中小型汽轮发电机，不装设一点接地保护。用绝缘检查电压表检出一点接地故障后，投两点接地保护装置。两点接地保护动作后，经延时停机。,大型汽轮发电机装设一点接地保护已属定论。但在一点接地保护动作于信号还是动作于跳闸的问题上，存在着不同的看法。,10/3/2022,8-5 发电机转子接地保护-+一、发电机转子绕组故障形式及其,8-5 发电机转子接地保护,二、切换采样式转子一点接地保护（乒乓式）,-,+,测量：,计算：,10
21、/3/2022,8-5 发电机转子接地保护二、切换采样式转子一点接地保护（乒,-,+,10/3/2022,-+10/3/2022,-,+,10/3/2022,-+10/3/2022,-,+,10/3/2022,-+10/3/2022,-,+,10/3/2022,-+10/3/2022,10/3/2022,10/3/2022,8-5 发电机转子接地保护,二、切换采样式转子一点接地保护（乒乓式）,-,+,保护的动作判据:,转子接地保护可设置两段，依据汽轮发电机和水轮发电机所采用的冷却方式不同进行设置。灵敏段动作于信号，不灵敏段可延时动作于跳闸。,10/3/2022,8-5 发电机转子接地保护二、切
22、换采样式转子一点接地保护（乒,8-5 发电机转子接地保护,三、注入方波信号的转子一点接地保护,10/3/2022,8-5 发电机转子接地保护三、注入方波信号的转子一点接地保护,8-5 发电机转子接地保护,三、注入方波信号的转子一点接地保护,10/3/2022,8-5 发电机转子接地保护三、注入方波信号的转子一点接地保护,注入方波信号的转子一点接地保护具有以下特点：1) 转子接地电阻的计算与接地位置无关，保护没有死区；2) 转子接地电阻的计算与转子电压的大小无关；3) 不受转子绕组对地电容的影响；4) 在未加转子电压的情况下，也能监视转子的绝缘情况。,8-5 发电机转子接地保护,三、注入方波信号
23、的转子一点接地保护,10/3/2022,注入方波信号的转子一点接地保护具有以下特点：8-5 发电机转,8-6 发电的失磁保护,一、发电机失磁后的基本物理过程,发电机空载电势,10/3/2022,8-6 发电的失磁保护一、发电机失磁后的基本物理过程QF1Q,8-6 发电的失磁保护,一、发电机失磁后的基本物理过程,发电机稳态运行时的电压、电流向量关系为：,10/3/2022,8-6 发电的失磁保护一、发电机失磁后的基本物理过程QF1Q,对于隐极发电机,10/3/2022,对于隐极发电机10/3/2022,对于凸极发电机,10/3/2022,对于凸极发电机10/3/2022,8-6 发电的失磁保护,
24、一、发电机失磁后的基本物理过程,发电机稳态运行时的攻角关系：,隐极发电机,10/3/2022,8-6 发电的失磁保护一、发电机失磁后的基本物理过程QF1Q,8-6 发电的失磁保护,一、发电机失磁后的基本物理过程,发电机稳态运行时的功角关系：,凸极发电机,10/3/2022,8-6 发电的失磁保护一、发电机失磁后的基本物理过程QF1Q,隐极机功角特性,凸极机功角特性,发电机转子运动方程,10/3/2022,隐极机功角特性凸极机功角特性发电机转子运动方程10/3/20,发电机失磁后的电气量变化（以隐极机为例）：,10/3/2022,发电机失磁后的电气量变化（以隐极机为例）：10/3/2022,10
25、/3/2022,QF1QF2QF310/3/2022,转子出现转差定子电流增大定子电压下降有功功率下降无功功率反向并且增大机端测量阻抗变化在转子回路出现差频电流电力系统的电压下降某些电源支路过电流,发电机失磁后的电气量变化的特征：,10/3/2022,转子出现转差发电机失磁后的电气量变化的特征：10/3/202,（1）造成系统中大量无功缺少。当系统中无功储备不足，将引起电压下降，严重时引起电压崩溃，系统瓦解。（2）造成系统中其他发电机增加无功输出。使某些发电机、变压器、输电线路过电流，后备保护可能因过流动作，扩大故障范围。（3）造成有功功率摆动及系统电压降低。可能导致相邻正常运行的发电机与系统
26、之间失去同步，引起系统振荡。,发电机失磁后的危害：对电力系统的影响,10/3/2022,（1）造成系统中大量无功缺少。当系统中无功储备不足，将引起电,（1）转子绕组出现差频电流，引起绕组发热。（2）异步运行后，发电机的等效电抗降低，从系统中吸收的无功增加，使定子绕组过热。（3）对大型直接冷却式汽轮发电机，其转矩和有功将发生剧烈摆动。这种影响对水轮发电机更为严重，直接威胁机组安全。（4）定子端部漏磁增强，使端部的部件和端部铁芯过热。,发电机失磁后的危害：对发电机的影响,10/3/2022,（1）转子绕组出现差频电流，引起绕组发热。发电机失磁后的危害,8-6 发电的失磁保护,二、发电机失磁后的机端
27、测量阻抗,10/3/2022,8-6 发电的失磁保护二、发电机失磁后的机端测量阻抗QF1Q,1. 失步前（ ）时的机端测量阻抗,0,0,10/3/2022,1. 失步前（ ）时的机端测量阻抗0010/3/2,2. 临界失步点（ ）时的机端测量阻抗,O,10/3/2022,2. 临界失步点（ ）时的机端测量阻抗O10/3/,3. 发电机失步后的机端测量阻抗,当发电机失磁后，励磁电流按指数规律衰减到零，发电机进入异步运行状态。,10/3/2022,3. 发电机失步后的机端测量阻抗 当发电机失磁后，励磁,3. 发电机失步后的机端测量阻抗,O,10/3/2022,3. 发电机失步后的机端测量阻抗O10
28、/3/2022,发电机失磁后的机端测量阻抗,O,a,b,c,d,e,等有功圆,静稳边界阻抗圆,异步边界阻抗圆,10/3/2022,发电机失磁后的机端测量阻抗Oabcde等有功圆静稳边界阻抗,4.发电机在其它运行方式下的机端测量阻抗,发电机正常运行,发电机外部短路,O,系统振荡,发电机自并列,发电机对长线充电,10/3/2022,4.发电机在其它运行方式下的机端测量阻抗QF1QF2QF3发,8-6 发电的失磁保护,三、发电机失磁保护的构成,1.基于机端测量阻抗的发电机失磁保护 核心元件是阻抗继电器，阻抗继电器的动作特性可以采用静稳极限阻抗圆、异步阻抗圆，或者诸如透镜、苹果和椭圆形的特性，具体采用
29、何种特性，应根据发电机结构、运行工况及其在电网中所处位置而定。 2.基于高压侧低电压的发电机失磁保护 由于发电机低励失磁故障，无功储备不足，引起系统侧高压母线三相相间电压同时下降到低于最低电压允许值。 3.失磁保护的辅助判据 （1）等励磁电压失磁保护 （2）转子绕组变励磁低电压失磁保护,10/3/2022,8-6 发电的失磁保护三、发电机失磁保护的构成 1.基,10/3/2022,10/3/2022,8-7 发电机负序电流保护,一、发电机承受负序电流的能力,（转子表层过负荷保护）,汽轮发电机：,无阻尼绕组的水轮发电机：,有阻尼绕组的水轮发电机：,【定义】发电机的短时负序转子发热常数A,A的数值
30、与发电机的结构及冷却方式有关，应采用电机制造厂家提供的数值。,10/3/2022,8-7 发电机负序电流保护一、发电机承受负序电流的能力（转子,二、负序过电流保护的构成,1.两段定时限负序过电流保护,8-7 发电机负序电流保护,定时限发信段的延时通常按躲过后备保护的最大延时整定，一般取,第I段：,10/3/2022,二、负序过电流保护的构成1.两段定时限负序过电流保护 8-7,二、负序过电流保护的构成,1.两段定时限负序过电流保护,8-7 发电机负序电流保护,第II段：,（1）按转子发热条件整定：,（2）与相邻元件的负序电流后备保护配合,保护的动作延时，应遵循逐级配合的原则，一般取,10/3/
31、2022,二、负序过电流保护的构成1.两段定时限负序过电流保护 8-7,ab：对发电机不安全,bc：未充分利用发电机对I2的承受能力,cd：发信号，由于运行人员处理，靠近c点时不安全,de：保护根本不反应,延时跳闸,延时发信号,发电机定时限负序电流保护问题分析,10/3/2022,ab：对发电机不安全bc：未充分利用发电机对I2的承受能力,二、负序过电流保护的构成,8-7 发电机负序电流保护,2.反时限负序过电流保护,10/3/2022,二、负序过电流保护的构成8-7 发电机负序电流保护AB00&,8-8 发电机失步保护,一、发电机失步的危害,QF,QF1,QF2,10/3/2022,8-8
32、发电机失步保护一、发电机失步的危害QFQF1QF21,8-8 发电机失步保护,二、发电机失步保护构成原理,10/3/2022,8-8 发电机失步保护 jXR123456O二、发电机失步保,本章小结,（1）熟知发电机常见故障、不正常运行状态及保护配置。（2）掌握发电机纵差保护、横差保护、不完全纵差保护的构成原理及其反应的故障类型。（3）掌握发电机定子接地时电气量特征，掌握基于基波零序电压的定子接地保护和100%定子接地保护的构成原理。（4）熟知发电机失磁的危害，把握发电机失磁后电气量的变化过程，能够推导和分析发电机失磁后机端测量阻抗的变化轨迹，了解构成失磁保护的判据。（5）了解发电机其它保护构成的一般原理。,10/3/2022,本章小结（1）熟知发电机常见故障、不正常运行状态及保护配置。,
