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1、发电机的保护及保护范围,一、发电机的故障及不正常运行状态 二、发电机的保护方式三、发电机的纵差动保护四、发电机定子绕组匝间短路保护五、发电机定子绕组单相接地保护 六、发电机励磁回路接地保护 七、发电机失磁保护及后备保护：,一、发电机的故障及不正常运行状态：1、故障：定子绕组相间短路、一相匝间短路、单相接地短路转子绕组一点或两点接地短路2、危害：定子故障电弧烧毁定子绕组绝缘火灾转子两点接地转子绕组和铁芯损坏磁路不对称振动,3、不正常运行状态：由外部短路引起的定子绕组过电流由于过负荷引起的三相对称过负荷由外部不对称短路或不对称负荷引起的发电机负序过电流或负序过负荷由于突然甩负荷引起的定子绕组过电压
2、由于励磁回路故障或强行励磁时间过长引起的转子绕组过负荷由于气轮机主汽门突然关闭引起的发电机逆功率运行由于励磁系统故障或自动灭磁开关误跳闸引起的发电机励磁电流急剧下降或消失,二、发电机的保护方式,对于上述故障和不正常工作状态，发电机应装备的继电保护装置 纵差保护 零序保护 横差保护 过电流保护 过负荷保护 过电压保护 一点接地保护和两点接地保护 失磁保护,9）逆功率保护,三、发电机的纵差动保护,作用原理和变压器的纵差保护相同,单相原理图：,四、发电机定子绕组的匝间短路保护,容量较大的发电机每相都有两个或两个以上的并联支路,同一支路绕组匝间或同相不同支路绕组匝间短路,都称为定子绕组的匝间短路。,匝
3、间短路的特点：a，短路时，在短路电流中有正序、负序和零序分量且各序电流相等，同时短路初瞬出现非周期分量。b，发电机定子不同绕组匝间短路时，必将出现环流的短路电流,c，发电机定子绕组匝间短路时，三相对中性点的平衡破坏，由PT在中性点上可感应出三倍的零序电压，且有三倍的零序电流在并联分支绕组的中性点联线上形成环流。d,由于一相匝间短路时出现负序分量，产生反向旋转磁场，在转子回路上感应二倍频率的电流，其又在定子绕组上感应出其它次谐波分量，产生一系列高次谐波。e,一相匝间短路时的负序功率方向与发电机其它内部短路及外部不对称短路时的负序功率方向相反。,2,发电机定子绕组的横差保护：,原理说明图：,A：动
4、作情况：a：正常：电势、阻抗相等，|I1|=|I2|，IJ=0 b：当一个分支匝间短路时：两个分支线圈的电势不等，|I1|I2|，且由于两个分支线圈的电势不等产生环流，IJ0，Idz时动作。,B：有死区：当短路匝数小时，可能由于短路电流达不到动作电流而拒动 对同相两个分支的等电位点匝间短路，无环流保护不动 匝间短路发生在接近中性点侧的引出线处时，由于环流很小，保护将拒动。由于此保护的接线复杂，不平衡电流大，采用的互感器多，因此，实际上，对于多分支绕组的发电机并联分支上应用横差保护时，只采用一个互感器，装于两分支绕组中性点的连线上。,3 由一个CT构成的发电机横差保护：,原理：利用匝间短路时分支
5、绕组之间的中性点连线上流过零序电流来实现的保护,原理图,元件：DL-11/b继电器：由XLG和LJ构成 XLG：高次谐波滤过器，主要消除三次谐波的影响。QP：切换片：1-2时，无延时 1-3时，0.5-1s延时，防止转子绕组 瞬时两点接地保护误动,动作情况分析：a：正常运行及外部故障时：每一分支绕组供出该相电流的一半，流过互感器的电流只是不平衡电流，保护不动 b：匝间短路时：故障相绕组的两个分支的电势不等，出现环流，中性点连线上有零序电流通过，短路电流大于动作电流时，保护动作。,4 零序电压匝间短路保护,零序电压的出现：匝间短路时，三相对中性点电压不对称，出现零序电压零序电压的大小：设A相被短
6、路匝数为计算得：3U0=-EA，3U0与成正比，构成保护。3U0的获得：在发电机端装设一组专用的YH，将一次绕组的星形中性点和发电机的中性点直接相连，YH的一组二次绕组接成开口三角形，以取得3U0,原理图：,动作分析：a：区外故障时：虽然有3U0，中性点电位升高，但由于YH0一次侧中性点不接地，三相对中性点的电位仍对称，故YH0开口输出为零。b：定子匝间短路时：YH0一次侧三相对中性点的电压不平衡，二次有3U0输出，当3U0大于电压继电器的动作电压时，保护动作。,五 发电机定子绕组单相接地保护：,发电机外壳都接地，定子绕组对外壳短路就是接地短路，机会较多。危害：故障点的电弧烧坏铁芯，匝间或相间
7、短路造成发电机严重损坏。规程规定：当接地电流大于5A时，装设作用于跳闸的单相接地保护。接地电流小于5A时，装设作用于信号的接地保护。大型发电机的铁芯结构复杂，检修困难，为此大型发电机的接地电流应限制在一个较小数值：小于1.01.5A，因此，一般将大型发电机的中性点经消弧线圈接地，使接地电流补偿到1.5A以下，其接地保护作用于信号。,接地故障时的零序电流和零序电压的特点：零序电压（故障点处）：故障点离中性点越远，零序电压越高。零序电流：外部接地时，流过机端的零序电流为发电机零序电容电流；内部故障时，流过机端的零序电流为发电机电压网络中所有其它元件的零序电容电流之和。,1、反应零序电流的发电机定子
8、绕组单相接地保护：,原理图：,动作原理：,a：外部故障时：常闭接点打开，切断SJ线圈回路，保证不跳闸；ZJ 常开接点闭合，短接LJ线圈使LJ不动。b：内部故障时：LJ动作，ZJ常开接点闭合，接通SJ线圈，经整定延时发出信号、跳开发电机断路器和灭磁开关。,2、反应零序电压的发电机定子绕组单相接地保护：,对于发电机-变压器组，接地电容电流较小，一般装设反应零序电压的接地保护。,原理接线图：,动作原理分析：简介；U2滤三次谐波；有死区：中性点近处接地时，保护范围：90%左右,3、100%发电机定子绕组接地保护：,原理：由基波零序电压保护（保护90%）和三次谐波电压保护组成（其它部分）三次谐波电压保护
9、：发电机定子绕组感应电势中存在三次谐波电压分量，其值一般不超过基波电压的10%，经分析知：,正常情况下，机端三次谐波电压总是小于中性点三次谐波电压，而当定子绕组50%范围内接地故障时，机端三次谐波电压US3大于中性点处的三次谐波电压UN3；当定子绕组50%范围外接地故障时，机端三次谐波电压US3小于中性点处的三次谐波电压UN3,所以，利用US3作为动作量，UN3作为制动量，构成接地保护，可以反应定子绕组距中性点50%范围内的接地故障。所以，由基波零序电压和三次谐波电压构成的双频式接地保护可以反应100%定子绕组接地故障,六、发电机励磁回路接地保护：,故障危害：一点接地不影响发电机运行，但对发电
10、机的抗压性能有巨大的影响，所以只发信号，以示有一点接地。当二点接地时，对发电机正常运行有巨大危害，必须马上跳闸，否则三点接地时，发电机将发生强烈的振动保护配置：水轮发电机：一点接地保护并作用于信号 中小型汽轮发电机：绝缘监视装置，一点接地时，投入两点接地保护，并作用于停机 大型汽轮发电机：动作于信号的励磁回路一点接地保护和动作于停机的励磁回路两点接地保护,励磁回路一点接地保护：,绝缘监视装置：,a、原理图：b、分析：正常运行时：V1=V2励磁回路正极对地绝缘降低：V1V2若转子绕组中点接地：V1=V2 有死区,直流电桥式励磁回路一点接地保护：,a：原理图：,b：原理：转子偏心和磁路不对称等原因
11、产生的转子绕组的交流电压，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，利用此电压构成保护。,c：分析：正常时：调节R1、R2使通过J电流最小，同时调节RW，使J不动作 若转子绕组一点接地，电桥平衡被破坏，流过继电器J的电流大于其动作电流，J动作 3WY串入电桥一臂，当中点短路时FLQ中仍有交流电压，此电压经BZ整流后作用于J，使J动作，消除了死区,励磁回路两点接地保护：,直流电桥原理构成的励磁回路两点接地保护：,a：原理图：,b：原理：FLQ的直流电阻RL与Rf构成电桥的四臂（R/L、R/f、R/L、R/f），毫伏表mV和LJ接于Rf滑动端与地（大轴）之间，即电桥的对角线上。当发现
12、FLQ d1点接地后，合上K1、K2，并按下按钮AN，调节Rf使mV指示为零，此时，电桥已平衡，各臂电阻的关系为：R/f*R/L=R/L*R/f，松开AN，合上K3，投入LJ，保护投入工作。当第二点d2接地时，R/L 的部分电阻被短接，电桥平衡被破坏，LJ中有电流通过，大于其动作电流时，LJ动作，跳开发电机断路器及灭磁开关。有死区：d1 d2点很近时。,反应定子绕组二次谐波电压的两点接地保护：正常运行时，无偶次谐波 励磁回路两点接地或匝间短路时，产生2次及以上各种偶次谐波，利用此2次谐波电压可构成两点接地保护。为区分励磁回路两点接地和匝间短路，将二次谐波保护的继电器2J与一点接地保护的继电器1
13、J的出口触点1J1、1J2、2J1、2J2组合。,七、发电机失磁保护及后备保护：1、失磁：指发电机的励磁电流下降到低于静态稳定极限所对应的励磁电流或励磁电流完全消失。2、失磁原因：励磁回路开路：励磁绕组断线、灭磁开关误动作、励磁调节装置的自动开关误动、可控硅励磁装置中部分元件损坏。励磁绕组由于长期发热，绝缘老化或损坏引起短路 运行人员误操作,3、失磁运行：同步到异步；转子出现转差导致转子回路中出现差频电流；导致定子电压降低，电流增大；进一步导致有功功率下降，无功功率反向并增大；从而导致系统电压降低和某些电源回路过电压；破坏电力系统的稳定运行，影响发电机安全。,4、发电机失磁后的机端测量阻抗：正常运行时：测量阻抗位于第一象限 失磁后：测量阻抗向第四象限移动，最后停止于第 四象限 5、失磁保护的构成：1）利用灭磁开关联跳发电机断路器：用于100MW以下的发电机，能反应除灭磁开关误跳外的其它原因引起的失磁故障 2）利用ZJ构成的失磁保护：以机端测量阻抗的移动方向为判据，采用灵敏角为90度、具有下抛球特性的阻抗继电器构成。,6、后备保护：低电压起动的过流保护 复合电压起动的过流保护 负序电流加单相电压起动的过流保护 反时限负序电流保护 发电机逆功率保护：逆功率继电器,
