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1、机械工业出版社,教材配套电子教案,电力系统继电保护,刘学军 编制,第7章 发电机的保护,同步发电机是电力系统中最重要的设备，它的安全运行对保证电力系统的正常工作和电能质量起着决定性的作用。同时发电机本身也是一个十分贵重的电器元件，因此，应该针对各种不同的故障和不正常运行状态，装设性能完善的继电保护装置。,7.1 发电机的故障、不正常运行状态及其保护方式,7.1.1 发电机的故障、不正常运行状态及其保护方式,发电机的故障类型主要有：（1）定子绕组相间短路 定子绕组间的相间短路对发电机的危害最大。产出很大的短路电流使绕组过热，故障点的电弧将破坏绝缘，烧坏铁芯和绕组、甚至导致发电机着火。（2）定子绕
2、组匝间短路 定子绕组匝间短路时，被短路的部分绕组内将产生大的环流，从而引起故障处温度升高，绝缘破坏，并有可能转变成单相接地和相间短路。（3）定子绕组单相接地 发生这种故障时，发电机电压网络的电容电流将流过故障点，当电流较大时，会使铁芯局部溶化，给修理工作带来很大的困难。（4）励磁回路一点或两点接地 当励磁回路一点接地时，由于没有构成接地电流通路，因此对发电机没有直接的危害。如果再发生另一点接地，就会造成励磁回路两点接地短路，可能烧坏励磁绕组和铁芯。此外，由于转子磁通的对称性破坏，还会引起机组的强烈震动。,7.1.1 发电机的故障、不正常运行状态,发电机的不正常运行状态主要有：（1）励磁电流急剧
3、下降或消失 发电机励磁系统故障或自动灭磁开关误跳闸，引起励磁电流急剧下降或消失。在此情况下，发电机由同步转入异步运行状态，并从系统吸收无功功率。系统无功不足时，将引起电压下降，甚至使系统崩溃。同时，引起定子电流增加和转子过热，威胁发电机安全。（2）外部短路引起定子绕组过电流（3）负荷超过发电机额定容量而引起的过负荷 以上（2）（3）两种不正常运行状态都将引起发电机定子绕组温度升高，加速绝缘老化，缩短机组寿命，也可能发展成为发电机内部故障。,7.1.1 发电机的故障、及不正常运行状态,（4）转子表层过热 电力系统发生不对称短路或发电机三相负荷不对称时，将有负序电流流过定子绕组，在发电机中产生对转
4、子的两倍同步转速旋转的磁场，从而在转子中感应出倍频电流。此电流可能造成转子局部灼伤，严重时会使保护环受热松脱。特别是大型机组，这种威胁更加突出。（5）定子绕组过电压 调速系统惯性较大的发电机（如水轮发电机）因突然甩负荷，转速急剧上升，发电机电压迅速升高，造成定子绕组绝缘击穿。此外，发电机异常运行状态还有发电机失步、发电机逆功率、非全相运行以及励磁回路故障或强励磁时间过长而引起的转子绕组过负荷等。,7.1.2发电机的保护措施,1）发电机定子绕组相间短路,2）发电机定子绕组匝间短路,3）发电机定子绕组单相接地,定子绕组单相接地是易发生的一种故障。单相接地后，其电容电流流过故障点的定子铁芯，当此电流
5、较大或持续时间较长时，会使铁芯局部熔化。因此，应装设灵敏的反应全部绕组任一点接地故障的100%定子绕组单相接地保护。,7.1.2发电机的保护措施,4）发电机转子绕组一点接地两点接地,转子绕组一点接地，由于没有构成通路，对发电机没有直接危害。,再发生另一点接地，则转子绕组一部分被短接，会烧毁转子绕组，由于部分绕组短接，破坏磁磁路的对称性，造成磁势不平衡而引起机组剧烈振动，产生严重后果。,7.1.2发电机的保护措施,5）发电机失磁,造成危害：,失磁原因,7.1.2发电机的保护措施,7.1.2发电机的的保护措施,不正常工作状态,负荷超过发电机额定值、负序电流超过发电机长期允许值,发电机突然甩负荷,主
6、汽门突然关闭而发电机断路器未断开,过电流保护,过负荷保护,7.1.2发电机的的保护措施,过电压保护,逆功率保护,发电机保护动作跳开发电机断路器的同时，还应断开发电机励磁电流。,7.1.2发电机的保护措施,7.2 发电机的纵差保护,发电机纵差保护是发电机定子绕组及其引出线相间短路的主保护，它应能快速而灵敏地切除内部所发生的故障。同时，在正常运行及外部故障时，又应保证其动作的选择性和工作的可靠性。在保护范围内发生相间短路时，应瞬间断开发电机断路器和自动灭磁开关。一般中、小型机组的纵差保护采用带速饱和变流器的电磁型差动继电器BCH-2构成，大容量的发电机采用带比率制动特性的差动继电器BCH-1 构成
7、。,用BCH-2（BCH-1）型继电器构成的发电机纵差保护,7.2.1用DCD-2型继电器构成的发电机纵联差动保护 发电机的纵差保护是利用比较发电机中性点侧和引出线侧电流幅值和相位的原理构成的，因此在发电机中性点侧和引出线侧装设特性和变比完全相同的电流互感器来实现纵差保护。两组电流互感器之间为纵差保护的保护范围。电流互感器二次按照循环电流法接线，即如果两组电流互感器一次侧的极性分别以中性点侧和母线侧为正极性，则二次侧同极性相连接。差动继电器和两侧电流互感器的二次绕组并联。保护的单相原理接线图如图71所示,7.2 发电机的纵差保护,1、发电机的纵差保护原理及接线,图 11-1 发电机纵差保护单相
8、原理接线图（a）内部故障情况；（b）正常运行及外部故障情况,1、正常运行及外部故障时：,理想情况：,实际情况：,1、差动保护原理及接线,保护区内故障：,单侧电源：,双侧电源：,1、差动保护原理及接线,2）具有断线监视装置的发电机纵差保护的原理接线如图72所示。,保护装置采用三相式接线（13KD为差动继电器），在差动回路的中线上接有断线监视的电流继电器KA，当任何一相电流互感器回路断线时，它都能动作，经过时间继电器KT延时发出信号。另外，为了使差动保护的范围能包括发电机引出线（或电缆）在内，所使用的电流互感器应装在靠近断路器的地方。,图 7-2 具有断线监视装置的发电机纵差保护原理接线图,2、差
9、动保护整定计算,1、按电流互感器二次断线条件：,2、按最大不平衡电流条件：,两条件取较大值为整定值。,差动继电器动作电流：,3、断线监视继电器启动电流:,对于汽轮发动机IK.max=8IN，继电器启动电流为：,对于水轮发电机，IK.max=5IN,Iop.r=(0.3-0.4)IN/KTA,(7-1),(7-2),灵敏度：,：发电机出口短路时，流经保护最小的周期性短路电流。,断线监视动作电流一般按20%额定电流整定，为了防止断线监视装置误发信号，KV动作后应延时发出信号。,3）差动保护整定计算,(7-3),结论,2）当过渡电阻不为零时，在靠近中性点附近短路时，短路电流很小，如图曲线2。当短路电
10、流小于动作电流（图曲线3）时，保护不能动作，出现动作死区。死区的大小与保护的动作电流大小有关。,3）差动保护整定计算,图7-3发电机内部三相短路电流与短路位置 的关系,2、差动保护整定计算,纵差保护虽然是发电机内部相间短路最灵敏的保护，但是在中性点附近经过渡电阻相间短路时，仍存在一定的死区。由于定子绕组的电动势和匝数成正比，靠近中性点短路时，定子电动势随定子绕组匝数的减少而减少，虽然定子绕组的电抗和匝数平方成正比，比定子电动势减少得更快，但是当经过渡电阻短路时，短路电流可能很小，使保护不能动作。,7.2.2具有比率制动特性的差动保护,基本原理：是基于保护的动作电流随着外部故障的短路电流而产生的
11、最大不平衡电流的增大而按比例的线性增大，且比最大不平衡电流增大的更快，使在任何情况下的外部故障时，保护不会误动作。,制动电流：将外部故障的短路电流作为制动电流。,差动电流：把流入差动回路的电流作为动作电流。,7.2.2比率制动式发电机纵差保护,图 7-4 比率制动差动继电器纵差保护单相原理接线图及特性曲线（a）原理接线图；（b）制动特性；（c）比较电路图,制动电流：,差动电流：,7.2.2比率制动式发电机纵差保护,图7-4比例差动继电器纵差保护原理接线图,1）正常运行时,制动电流,2）外部短路时,制动电流为外部短路电流数值大、差动电流数值小，保护不动作。,差动电流,制动电流,7.2.2比率制动
12、式发电机纵差保护,差动电流,差动电流小于制动电流，保护不动作。,3）内部故障时,制动电流为两侧电流之差，其值较小：,内部短路电流。,差动电流为内部短路电流，差动电流大大于制动电流，故保护动作：,发电机未并列时,制动电流为：,差动电流为：,7.2.2比率制动式发电机纵差保护,继电器制动特性,继电器制动特性用图7-4（b）中折线PQS表示。OP表示制动电流为零时 继电器最小动作电流为：，此后，随制动电流增大，动作电流增大。在外部最大短路电流 下，最大为：由于TA饱和出现不平衡电流用KT表示。OT表示在不同制动电流时的不平衡电流。OT低于制动特性PQS保证在穿越性短路时继电器不误动。定义制动系数为：
13、,继电器制动特性,7.2.2比率差动保护的整定计算,1、确定比例制动特性PQS（1）最小动作电流按大于最大负荷时的不平衡电流确定,（2）比率制动特性拐点Q。一般取发电机的额定电流即。,（3）制动特性的最高点S。S点由最大外部短路电流的最大不平衡电流决定。一般：,P、Q、S三点确定之后，连QS直线，其斜率即为制动系数,(4)保护灵敏系数校验。保护的灵敏系数为 式中 单机孤立运行时的机端两相金属性短路周期分量短路电流有效值，一般要求灵敏系数大于2.0,7.2.2比率差动保护的整定计算,P、Q、S三点确定之后，连QS直线，其斜率即为制动系数，其值为：,（7-6）,（7-7）,发电机标积制动式纵差保护
14、,由上述保护所知比率制动式纵差保护的判据为,其中 为制动量，为动作量。,式（11-10）中制动系数Kres取小于0.5。将式两边平方整理得,称为标积制动系数。式（10-11）称为标积制动判据。等号左侧为动作量，右侧两电流幅值与夹角余弦乘积成为“标积”。是制动量。,（10-10）,（10-11）,外部故障时，所以制动量很大，可靠制动。内部故障时，所以制动量为负，而动作量 很大，所以差动保护灵敏动作。,7.3 发电机定子绕组匝间短路保护,发电机定子绕组匝间短路保护按定子双星形接线时可以采用横差保护，否则应采用其它匝间保护。如利用负序功率闭锁的转子二次谐波电流原理构成的匝间短路保护；定子绕组零序电压
15、原理构成的匝间短路保护；负序功率方向闭锁的零序电压匝间短路保护。横差保护灵敏性较高，但有死区；负序功率闭锁的转子二次谐波电流原理构成的匝间短路保护结构简单、灵敏性高，一般可用于大型发电机组，大型发电机组也可以采用 负序功率方向闭锁的零序电压匝间短路保护；定子绕组零序电压原理构成的匝间短路保护装置由零序电压、负序功率方向和电压断线闭锁三部分组成，装置复杂，灵敏性不高，因此，只在不能采用单元件横差保护的情况下采用。,7.3 发电机定子绕组匝间短路保护,同步发电机定子绕组的匝间短路，包括同一分支匝间和同一相不同分支匝间的短路。发生匝间短路时，短路环中的电流可能很大，若不及时处理，故障处的温度升高，使
16、绝缘损坏，很可能导致定子绕组单相接地或发展成相间短路。对于这种故障，纵差保护不能反映。因此，在发电机（尤其是大型机组）应该装设匝间短路保护。保护动作后，断开发电机断路器和自动灭磁开关。横差保护只装设在定子绕组为双星形接线的发电机上。,双星形接线的定子绕组匝间短路有两种情况1）同一绕组内部发生匝间短路：此时由于两个分支绕组的电动势不等，将有环流 产生。短路的匝数越多环流越大，短路匝数越少，环流越小；,双星形接线的定子绕组匝间短路有两种情况,2）同相的两个分支绕组间发生匝间短路：当两绕组在不同的电位点发生短路时，由于短路形成的两个回路中都存在电动势差，因此两个回路将分别出现环流。电动势差越大，环流
17、越大。两绕组的等电位点短路时，就没有环流。,7.3.1单继电器式横差保护,在两组星形接线的中性点连线上装一个电流互感器，将一组星形接线绕组的三相电流之和与另一组星形接线绕组的三相电流之和进行比较。这种方式由于只用一个电流互感器，不存在两个电流互感器的误差不同所引起的不平衡电流问题，因而启动电流小，灵敏高，加上接线简单，故得到广泛的采用。,一、单继电器式横差保护,图 7-7单继电器式横差保护的原理接线图,一、单继电器式横差保护,正常运行时：由于每相的两个分支绕组感应电动势相等，各供应相电流的一半，故两组星形绕组里的三相电流对称且平衡，两个中性点电位相等，故装在中性点连线上的电流互感器TA中没有电
18、流流过，电流继电器KA不会动作。,一个绕组发生匝间短路，或者在同相的两个绕组间发生匝间短路时：该相的两个分支绕组间就有环流流过，从而电流互感器TA一次侧有电流流过，接于TA二次侧的电流继电器KA在电流超过其动作电流值时就会动作，中间继电器KM因而启动，使发电机断路器和励磁开关跳闸，并进行事故停机。,一、单继电器式横差保护,由于三次谐波电压三相同电位，三相电压之和不为零，故当发电机存在三次谐波电动势时，双星形接线的两个中性点上都会出现三次谐波电压。如果两个中性点上的三次谐波电压不相等，中性点连线上就会出现三次谐波电流，横差保护就有可能误动作，因此必须加装三次谐波电流滤过器，用以滤除三次谐波电流。
19、,电容C的作用是滤过三次谐波，由于容抗大小与频率成反比，通过三次谐波电流时容抗比通过基波电流要小，因此，当电流继电器和电容并联时，三次谐波电流会被电容支路分流掉，从而起到三次谐波滤过器作用。电容量用满足三倍工频150Hz时继电器动作电流比50Hz时动作电流大10倍。,横差保护的动作电流，根据运行经验可以整定为2030发电机额定电流。,7.3.2反应转子回路二次谐波电流原理匝间短路保护,一、发电机定子绕组匝间短路时，将在转子回路感应二次谐波电流。发电机正常对称运行时，转子电流无二次谐波成分。因此，可以利用转子二次谐波电流构成匝间短路保护。,图7-8二次谐波式匝间保护原理图,7.3.2反应转子回路
20、二次谐波电流原理匝间短路保护,二、工作原理分析1、定子绕组匝间电短路后，转子二次谐波电流大于保护动作电流。,负序功率由发电机流向系统，故负序功率方向继电器KWH不动作，KWH不发出闭锁信号，从而保护无延时送出跳闸脉冲。,7.3.2反应转子回路二次谐波电流原理匝间短路保护,2、由于负序电流取自机端电流互感器，因此，在发电机内部两相短路时，匝间短路保护也会动作，KWH不发闭锁信号。此时，匝间短路保护可兼作内部两相短路保护，负序电流取自中性点侧的电流互感器,7.3.2反应转子回路二次谐波电流原理匝间短路保护,3、当发电机外部不对称短路时，转子回路也会出现二次谐波电流，匝间保护继电器也可能误动，此时，
21、负序功率由外部流入发电机，KWH动作，发出闭锁信号，使保护闭锁。,7.3.3定子绕组零序电压原理的匝间短路保护,当发电机定子绕组发生匝间短路时，机端三相电压对发电机中性点不对称，出现零序电压。,图7-9 由负序功率闭锁的纵向零序电压匝间短路保护原理示意图,7.3.3定子绕组零序电压原理的匝间短路保护,当发电机正常运行和外部发生相间短路时，理论TVN1的开口三角绕组没有输出电压；即3U0=0。当发电机内部或外部发生单相接地故障时，虽然一次系统出现了零序电压，即一次侧三相对地电压不再平衡，中性点电位升高为U0，但是TVN1一次侧中性点并不接地，所以即使它的中性点电位升高，三相对中性点的电压仍然完全
22、对称，故开口三角绕组输出电压也等于零。只有当发电机内部发生匝间短路或者对中性点不对称的各种相间短路时，破坏了三相对中性点的对称，产生对中性点的零序电压，即3U00，使零序电压匝间短路保护正常动作。,7.4 发电机定子绕组单相接地保护,由于定子绕组与铁芯之间绝缘的破坏而造成定子绕组单相接地故障，这是发电机常见的故障之一。由于发电机中性点不接地和经高阻抗接地，定子绕组单相接地并不引起大的故障电流，过去很长时间100MW以下的发电机的定子接地保护只发信号而不立即跳闸停机。多年的运行实践和事故教训表明，5A的定子接地电流不能认为是安全电流。因此为确保大型发电机的安全，不使单相接地故障发展成为相间或匝间
23、短路，应该使单相接地故障处不产生电弧或者接地电弧瞬间熄灭，这个不产生电弧的最大接地电流被定义为发电机单相接地安全电流，发电机接地电流允许值如表7-1所示。,表7-1发电机接地电流允许值,表7-1 发电机接地电流允许值,7.4发电机定子绕组单相接地保护,定子绕组单相接地的危害,对大中型发电机定子绕组单相接地保护的基本要求：,7.4发电机定子绕组单相接地保护,7.4.1反应基波零序电压的接地保护,1、各相对地电压为：,在机端接地时：,在中性点处接地时：,7.4.1反应基波零序电压的接地保护,图7-10c零序电压随 的变化关系,7.4.1反应基波零序电压的接地保护,图7-10发电机内部定子绕组单相接
24、地时的零序电流分布,（a）网络图；（b）零序等值电路,发电机内部定子绕组单相接地时零序电流分布,图中 C0G 为发电机每相的对地电容，C0为发电机以外电压网络每相对地的等值电容。由此即可求出发电机的零序电容电流和网络的零序电容电流分别为：,则故障点总的接地电流即为：,结论：故障点接地电流与 成正比，当故障点位于发电机出线端时，接地电流最大。,（7-12）,（7-13）,定子绕组单相接地的特点,单相接地时的零序电流 发电机内部、外部单相接地时，流过机端零序电流互感器的零序电流是有区别的：外部接地时，流过的零序电流为发电机本身的零序电容电流如图7-11所示；内部接地时，流过的电流如图7-10b所示
25、，为发电机以外电压网络所有其它元件的零序电容电流之和，其值为,图7-11发电机外部单相接地时零序等值网络,当发电机内部单相接地时实际无法测得故障点的零序电压UK0，而只能借助与机端电压互感器TV来测量。由图7-10d可见，当忽略各相电流在发电机内阻抗上的压降时，机端各相对地电压分别为,其相量关系如图7-12所示，由此可以求得机端的零序电压为,图7-12发电机内部单相接地时机端电压相量图,定子绕组单相接地的特点,发电机三次谐波电势的特点。,7-18,图7-19,7-20,7.4.2零序电流及零序电压的定子绕组单相接地保护,1、利用零序电流构成的定子接地保护如图7-14所示，TA2为零序电流互感器
26、，1KA用于保护两点接地故障，2KA用作发电机单相接地保护的起动元件。闭锁继电器KL防止外部故障保护误动。这样可以使整定值不必躲开外部故障时相对应的不平衡电流。当外部故障时闭锁。KT延时1-2s，动作时启动出口继电器，断开断路器及励磁开关。当发电机定子绕组的中性点附近短路时，由于接地电流很小，保护将不能动作，因此，零序电流保护存在一定死区，为了减小死区的范围，应在满足发电机外部接地时动作选择性的前提下，尽量减低保护的启动电流。,1、零序电流构成的定子接地保护,图7-14利用零序电流构成定子接地保护原理接线,2、零序电压构成的定子接地保护,1、利用零序电压构成定子接地保护2适用范围：发电机-变压
27、器组。3保护构成：参见图7-16。4保护的整定：动作电压应躲开正常运行时开口三角形输出的3次谐波电压；同时要躲开在变压器高压侧接地时，通过变压器高，低压绕组间电容耦合到机端的零序电压。5解决死区的措施1）降低动作电压值。2）采用适当延时。3）将定子绕组接地保护闭锁或使保护制动：变压器高压侧为非直接接地电网时，利用高压侧接地时的零序电压。,2、反映零序电压保护原理接线,缺点：保护在离中性点附近仍有5%10%存在动作死区。,图7-16反应零序电压的发电机定子绕组接地保护,7.4.3利用三次谐波电压的构成100%定子绕组单相接地保护,1发电机三次谐波电压分布的特点 由于发电机转子和定子之间的气隙磁通
28、密度的非正弦分布和铁磁饱和的影响，在定子绕组中感应的电动势除基波分量外，还含有百分之几的三次谐波电动势E3。如果把发电机的对地电容等值地集中在发电机的中性点N和机端S，每端为 0.5C0G；并将发电机机端出线、升压变压器、厂用变压器等其他元件的每相对地电容C0S 放在机端，则正常运行时的等值电路如图 7-17 所示。利用等值电路，根据分压原理，可以求得中性点及极端的三次谐波电压分别为,2、定子绕组单相接地时三次谐波电压的分布,（7-18）,由式（7-18）可见，在正常运行时，发电机中性点侧三次谐波电压UN3总是大于发电机端三次谐波电压US3，在极限情况下，发电机出线开路时（C0G=0）时，UN
29、3=US3，当发电机中性点经消弧线圈接地时，等效电路如图7-18所示。,图7-17正常运行时等效网络,图7-18发电机中性点经消弧线圈接地时三次谐波电压分布等效电路,假设基波电容电流完全补偿，则有,发电机中性点侧三次谐波等值阻抗为,（7-19）,（7-20）,将式（7-19）代入（7-20）得,发电机端三次谐波电抗,三次谐波之比,发电机开路时：,图7-18,2、定子绕组单相接地时三次谐波电压的分布,设发电机定子绕组距中性点处发生金属性单相接地，其等效电路如图7-19所示。无论发电机中性点是否接有消弧线圈，恒有UN3=E3,Us3=(1-)E3，其比值为,图7-19定子单相绕组接地时三次谐波电压
30、分布等效电路,2、定子绕组单相接地时三次谐波电压的分布,UN3和US3随变化曲线如图7-20所示。,图7-20UN3随US3变化曲线,7.4.3利用三次谐波电压的构成100%定子绕组单相接地保护,图7-21零序电压和三次谐波结合构成100%定子接地保护原理图,7.4.3利用三次谐波电压的构成100%定子绕组单相接地保护,图中UX1和UX2为电抗变换器，UX1一次绕组接在电压互感器TV1的开口三角绕组侧，反应机端的三次谐波电压UT3.C1和UX1的一次绕组并联，组成对三次谐波电压的并联谐振电路。放大机端的三次谐波电压。同理，接在发电机中性点侧TV的二次侧的UX2,由于其一次绕组和电容C3组成并联
31、谐振电路，也能放大中性点的三次谐波电压UN3.UX1和UX2的二次电压分别反应UT3和UN3,经过整流滤波后即可以进行绝对值比较。图中C2、C4对基波起到阻波作用，这因为容抗和频率成反比。零序电压保护部分由和机端电压互感器的开口三角接线侧的三次谐波电压滤过器和零序电压元件组成。三次谐波电压保护区为30%，零序电压保护区为85%，两者结合就可以保护全部定子绕组。,提高保护灵敏度措施：,注意：在中性点附近接地仍有5%的死区。,7.5发电机励磁回路接地保护,1、励磁回路一点接地保护,当励磁绕组绝缘严重下降或损坏时，会引起励磁回路的接地故障，最常见的是励磁回路一点接地故障。发生一点接地故障后，励磁回路
32、对地电压将升高，在某些条件下会诱发第二点接地，励磁回路发生两点接地故障将严重损坏发电机。,1）绝缘检查装置,用一个或两个电压表定期测量励磁回路正、负极对低电压。正常运行时，电压表V1，V2的读数相等。当励磁回路对地绝缘水平下降时，V1与V2的读数不相等。,缺点：中点附近接地时，存在动作死区。,2）直流电桥式一点接地保护,正常时电桥处于平衡状态；当励磁绕组发生一点接地时，电桥失去平衡。,缺点,措施：,1）在电阻R1的桥臂中串接非线性元件稳压管，其阻值随外加励磁电压的大小而变化，因此，保护装置的死区随励磁电压改变而移动位置。这样在某一电压下的死区，在另一电压下则变为动作区，从而减小了保护拒动的机率
33、。,2）转子偏心和磁路不对称等原因，使转子绕组中点对地电压不保持为零，而是在一定范围内波动。利用此电压来消除保护死区。,2、励磁回路两点接地保护,两点接地，故障点流过很大短路电流，电弧可能烧伤转子。转子磁场发生畸变，力矩不平衡，致使机组振动。可能使汽缸磁化。,工作原理：当励磁回路K1点发生接地后，投入刀闸S1并按下按钮SB，调节的滑动触点，使电桥平衡。,调整平衡后，合上S2，将保护投入工作。,当励磁回路第二点发生接地时，电桥平衡遭到破坏，电流继电器中有电流通过，若电流大于继电器的动作电流，保护动作，断开发电机出口断路器。,缺点：1）若故障点K2点离第一个故障点K1点较远，则保护的灵敏度较好；反
34、之，若K2点离K1点很近，保护将拒动，因此保护存在死区，死区范围在10%左右。,2）若第一个接地点K1点发生在转子绕组的正极或负极端，则因电桥失去作用，不论第二点接地发生在何处，保护装置将拒动，死区达100%。,3）由于两点接地保护只能在转子绕组一点接地后投入，所以对于发生两点同时接地，或者第一点接地后紧接着发生第二点接地的故障，保护均不能反映。,图7-28电桥式转子两点接地保护的原理接线图,7.6 发电机的失磁保护,7.6.1、发电机失磁运行及其产生的影响,发电机失去励磁时，其励磁电流将近似按指数规律衰减，定子电动势随励磁电流减小而降低。发电机电磁转矩将小于原动机转矩，使转子加速，使发电机功
35、角增加，当功角超过静态稳定极限时，发电机失去同步而进入异步运行。励磁故障或完全失磁：造成低励故障的原因通常是由于主励磁机或副励磁机故障；励磁系统有些整流元件损坏或自动调节系统不正确动作及操作上的错误。完全失磁通常是由于自动灭磁开关误跳闸，励磁调节器整流装置中自动开关误跳闸，励磁绕组断线或端口短路以及副励磁机励磁电源消失等。,7.6.1发电机失磁运行及其产生的影响,发电机失去励磁后，对电力系统产生不利影响1）使系统出现无功功率缺额发电机失磁后，不但不能向系统输送功率，而且还要从系统吸收无功功率。使系统出现无功功率缺额。2）造成其他发电机过电流为了供给失磁发电机无功功率，可能造成系统中其他发电机过
36、电流。失磁发电机容量在系统中比重越大，过电流越大。发电机失磁对发电机本身影响1）由于转子损耗增大而 造成转子局部过热发电机失磁后，转子会和定子磁场间出现速度差，定子旋转磁场切割转子，就在转子回路感应出转差频率电流，引起附加温升。2）发电机受交变的异步力矩的冲击而发生震动，发电机磁路越不对称，则交变的异步力矩越大，发电机震动越厉害。,7.6.2、发电机失磁后机端的测量阻抗,失磁后机端测量阻抗的变化是失磁保护的重要判据。,以发电机与无穷大系统并列运行为例进行讨论：,失磁进入稳态异步运行三个阶段,临界失步点,失步后,1）失磁后到失步前的阶段,失磁后到失步前，由于发电机转子存在惯性，失步前的失磁发电机
37、滑差很小，发电机输出的有功功率基本上保持失磁前输出的有功功率值，可近似看作恒定，而无功功率则从正值变为负值。,图11-28发电机与无限大系统并列运行,测量阻抗：,结论：因系统电抗、电压、发电机输出有功不变，测量阻抗变化轨迹是圆。,其圆心座标：,圆半径：,等有功园,2）临界失步点,表示发电机从系统吸收无功，且为常数。,测量阻抗：,当 汽轮发动机处于静态稳定极限，此时失磁发电机输送至系统无功功率为：,简化后测量阻抗为：,等无功阻抗园，圆内为失步区，圆外为稳定区。,3）失步后异步运行阶段,最大、最小测量阻抗,机端测量阻抗：,图7-32发电机异步运行的等值电路,图7-31等值电路,失磁后其机端测量阻抗
38、沿等有功圆向第四象限变化。临界失步时达到等无功阻抗圆的b点。异步运行后，便进入等无功阻抗圆，稳定在c点附近。,图7-33失磁后机端测量阻抗,7.6.3、失磁保护的主要判据与构成,发电机的失磁故障可采用无功功率改变方向、机端测量阻抗超越静稳边界圆的边界、机端测量阻抗进入异步静稳边界阻抗圆为主要判据，来检测失磁故障。,为防止误动还需要用非正常运行状态下的某些特征作为失磁保护和辅助判据。例如励磁电压的下降，系统电压的降低均可用作失磁保护辅助判据。,7.7 发电机相间短路后备保护及过负荷保护,7.7.1过电流保护发电机的过电流保护时发电机外部短路和定子绕组内部相间短路的后备保护，它的保护范围一般包括升
39、压变压器的高中压母线、厂用变压器低压侧和发电机电压母线上出线的末端。由于过电流保护的整定值需要考虑电动机自启动的影响，因而动作电流值较大，而发电机外部故障时稳态短路电流值往往很小，满足不了灵敏性的要求，因此过电流保护实际上只能够用在容量小于1000kW的发电机上。,7.7.2复合电压启动过电流保护,复合电压启动的过电流保护由于低电压继电器在电动机自启动时不会动作，如果将低电压继电器和过电流继电器的触点相串联后启动出口中间继电器，则电流继电器的动作电流就可以不考虑电动机的自启动电流。此外低电压继电器还可以起到闭锁的作用，以防止过电流继电器因误碰或误通电而引起的误动作。因此，对50MW以下的发电机
40、为了提高Y，d接线变压器后面发生不对称短路时保护的灵敏性，可以广泛采用复合电压启动的过电流保护。复合电压启动过电流保护的原理接线如图7-41所示,图7-41发电机的复合电压启动过电流保护,7.7.3负序电流单相式低电压启动过电流保护,电力系统发生不对称短路，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，该电流在气隙中建立起负序旋转磁场，以同步速朝与转子转动方向相反的方向旋转，并在转子绕组中产生100Hz的电流。,发电机承受负序电流的能力，是负序电流保护的整定依据之一。,短时出现负序电流发信号。,负序电流持续时间达到规定时间时，负序电流仍存在，则动作于切除发电机。,发电机能长期承受的负序
41、电流值由转子各部件能承受的温度决定，通常为额定电流的4%到10%。,发电机承受负序电流的能力，与负序电流通过的时间有关。,发电机短时承受负序电流的能力：,发电机在任意时间内承受负序电流的能力：,7.7.3负序电流单相式低电压启动过电流保护,图7-42发电机允许的负序电流与时间的关系特性,7.7.3负序电流单相式低电压启动过电流保护,图7-43负序电流单相式低电压启动的过电流保护原理图,7.7.4反时限过电流保护,保护判据：,保护动作时限具有反时限特性,图7-45负序反时限过电流保护原理框图,7.7.5过负荷保护,发电机的过负荷保护有（1）定子过负荷保护（2）励磁绕组过负荷保护（3）转子表面负序
42、过负荷保护,（1）定子过负荷保护,发电机定子绕组通过的电流和允许电流的持续时间成反时限的关系，即电流I越大，允许时间t越短。因此，对于大型发电机的过负荷保护，应尽量采用反时限特性的继电器，以模拟定子的发热特性，反应定子过负荷能力。为了正确反应定子绕组的温升情况，保护装置应采用三相式，动作时作用于跳闸。对于定子绕组非直接冷却的中小容量的发电机，由于模拟定子发热特性的反时限继电器太复杂，通常采用接于一相电流的过负荷保护。如图 1136所示，过负荷保护由一个电流继电器KA和一个时间继电器KT组成，动作时发信号。发电机定时限过负荷保护的整定值按发电机额定电流的1.24倍整定,（2）励磁绕组过负荷保护,当发电机励磁系统故障或强励磁时间过长时，转子的励磁回路都可能过负荷。采用半导体励磁系统的发电机由于半导体励磁系统某些元件易出故障（如可控硅控制回路失灵），转子过负荷的机会就比直流机励磁的发电机多。大容量发电机的转子绕组一般用氢或水直接内冷，绕组导线所取电流密度较高，线径相对较小，因而允许过负荷的时间很短，国内生产的一些机组在二倍额定励磁电流时允许运行20s。如果让值班人员在这样短的时间内处理好励磁绕组过负荷问题是有困难的，因此，行业标准规定：容量为100MW及以上的采用半导体励磁的发电机，应装设励磁绕组过负荷保护。,本章内容结束,
