1、第七章第七章 發電機保護發電機保護主講教師：王艷電自教研室一、發電機故障和不正常工作狀態及其保護方式一、發電機故障和不正常工作狀態及其保護方式二、發電機定子繞組短路故障的保護二、發電機定子繞組短路故障的保護三、發電機定子繞組單相接地保護三、發電機定子繞組單相接地保護主要內容主要內容（一）發電機的故障（一）發電機的故障一、發電機故障和不正常工作狀態及其保護方式一、發電機故障和不正常工作狀態及其保護方式（1）定子繞組過電流（2）負序過電流（3）定子繞組過電壓（4）失步（5）低勵、失磁（6）逆功率（7）過勵磁（二）發電機的不正常工作狀態（二）發電機的不正常工作狀態（8）頻率異常（9）轉子繞組的一點接

2、地（10）發電機的誤上電、斷 路器斷口閃絡 一、發電機故障和不正常工作狀態及其保護方式一、發電機故障和不正常工作狀態及其保護方式（三）發電機應裝設的保護（三）發電機應裝設的保護 （1）縱聯差動保護 （2）定子繞組匝間短路保護（3）定子繞組接地保護（4）發電機外部相間短路保護（5）定子繞組過負荷保護（6）定子繞組過電壓保護（7）轉子表層過負荷保護（8）勵磁繞組過負荷保護 （9）勵磁繞組一點及兩點接地保護一、發電機故障和不正常工作狀態及其保護方式一、發電機故障和不正常工作狀態及其保護方式（三）發電機應裝設的保護（三）發電機應裝設的保護（10）失磁保護（11）過勵磁保護（12）逆功率保護（13）失步

3、保護（14）大容量發電機還應考慮配置低頻保護、過頻保護、起停機保護、誤上電保護、斷口閃絡保護等（15）發電機的非電量保護，如采用水冷卻的發電機應配置斷水保護一、發電機故障和不正常工作狀態及其保護方式一、發電機故障和不正常工作狀態及其保護方式1I2I1I2IrI（一）縱聯差動保護（一）縱聯差動保護 二、發電機定子繞組短路故障的保護二、發電機定子繞組短路故障的保護1. 1. 差動保護基本原理差動保護基本原理021dIII正常運行或區外故障時： 021dIII內部故障時： 為提高內部故障時保護靈敏度，可采用比例制動縱差保護。 21dIII221resIII動作方程： d.minres.gresd)(

4、IIIKIres.gresIId.mindII res.gresII2. 2. 比例制動縱差保護比例制動縱差保護d.minIAres.gIBresIdI0Ck.maxId.maxI3. 3. 發電機縱差保護的接線方式發電機縱差保護的接線方式1 1、定子繞組匝間短路的形式和特點、定子繞組匝間短路的形式和特點 同相一分支的匝間短路 同相不同分支之間的匝間短路 （二）橫差保護（二）橫差保護 （1）在中性點連線上產生零序電流（2）發生匝間短路時， 在機端專用電壓互 感器的開口三角繞 組兩端，產生零序 電壓（3）產生負序功率，其方向為由發電機內部指向外部0U 1 1、定子繞組匝間短路的形式和特點、定子繞

5、組匝間短路的形式和特點 dITAd2nIsetTAdd.r2InII動作利用因電勢差而在各繞組間產生的環流來實現0時，環流較小，保護有死區同一分支繞組內部匝間短路2 2、發電機裂相橫差動保護基本原理、發電機裂相橫差動保護基本原理dITAd2nIsetTAdd.r2InII動作同相不同分支繞組匝間短路dI 1 2 利用兩個分支繞組短路點存在電勢差而產生的環流來實現12時，環流較小，保護有死區3 3、單元件橫差動保護基本原理、單元件橫差動保護基本原理 gNd.r3020II).(ABC需具有性能良好的三次諧波濾過器單繼電器式橫差保護單繼電器式橫差保護 NGop)3 . 02 . 0(II起動電流

6、TATVN1TV2出口利用匝間短路時破壞了三相對中性點的對稱，而產生對中性點的零序電壓來實現4、縱向零序電壓式定子繞組匝間短路保護縱向零序電壓式定子繞組匝間短路保護TATVN1TV2出口按躲區外不對稱短路時的最大不平衡電壓整定。需性能良好的三次諧波濾過器TATVN1TV2出口防止TVN1一次熔斷器熔斷而引起保護誤動作TATVN1TV2出口防止區外故障時保護誤動作（一）發電機定子繞組單相接地的特點（一）發電機定子繞組單相接地的特點0GClC0AEBECEBDUCDU0UADUAA)1 (EUABBEEUACCEEUACBA0)(31EUUUU0TA三、發電機定子繞組單相接地保護三、發電機定子繞組

7、單相接地保護0GClC0llCEjI0A0330U0GIlI0k0I0GA0GCEjI33A0GAk0ECjCCEjIl003)(330TA三、發電機定子繞組單相接地保護三、發電機定子繞組單相接地保護（一）發電機定子繞組單相接地的特點（一）發電機定子繞組單相接地的特點發電機定子繞組單相接地時的零序等效網絡（1）有零序電壓出現，其大小與成正比（2）接地點通過容性零序電流，大小與及C0G、C0l有關（3）當發電機定子繞組內部發生單相接地時，機端零序電流互感器中流過的電流為外接元件電容電流，方向由發電機流向母線（4）當發生外部單相接地時，機端零序電流互感器中流過的電流為發電機本身的電容電流，方向由外

8、部流向發電機三、發電機定子繞組單相接地保護三、發電機定子繞組單相接地保護（一）發電機定子繞組單相接地的特點（一）發電機定子繞組單相接地的特點（二）利用基波零序分量的發電機定子單相接地保護（二）利用基波零序分量的發電機定子單相接地保護 1.1.基波零序電流保護基波零序電流保護 （1）零序電流互感器裝 在發電機出口 （2）采用具有交流助磁 的零序電流互感器（3）當相間保護動作時 將接地保護退出 三、發電機定子繞組單相接地保護三、發電機定子繞組單相接地保護2.2.基波零序電壓保護基波零序電壓保護 動作電壓整定值應躲開正常運行時的不平衡電壓（包括三次諧波電壓），以及變壓器高壓側接地時在發電機端所產生的

9、零序電壓 三、發電機定子繞組單相接地保護三、發電機定子繞組單相接地保護無三次諧波濾過器時，一般為1530V；有三次諧波濾過器時，一般為515V （三）發電機（三）發電機100%100%定子繞組單相接地保護定子繞組單相接地保護 +發電機中性點加固定的工頻偏移電壓 零序電壓保護零序電壓保護（85%85%） 附加直流或低頻（20Hz或25Hz）電源 利用發電機固有的三次諧波電勢 用于消除死區用于消除死區 兩部分的保護區應相互重疊兩部分的保護區應相互重疊 三、發電機定子繞組單相接地保護三、發電機定子繞組單相接地保護（一）負序過電流保護的作用（一）負序過電流保護的作用 A2*2tI發電機負序過流保護是針

10、對定子繞組電流不平衡而引起的轉子過熱的一種保護 t*2I四、發電機的負序電流保護四、發電機的負序電流保護（二）負序定時限過電流保護（二）負序定時限過電流保護 1234567四、發電機的負序電流保護四、發電機的負序電流保護兩段式兩段式 NG2.op1 . 0 II NG2.op0.6)5 . 0(IIs531t跳閘 10s52t信號 abcde)(st*2I041040010.50.四、發電機的負序電流保護四、發電機的負序電流保護（二）負序定時限過電流保護（二）負序定時限過電流保護 （三）負序反時限過電流保護（三）負序反時限過電流保護 22*AItt*2I保護動作特性 ttI A22*或 四、發

11、電機的負序電流保護四、發電機的負序電流保護AIBICI四、發電機的負序電流保護四、發電機的負序電流保護（三）負序反時限過電流保護（三）負序反時限過電流保護 五、發電機的失磁保護五、發電機的失磁保護( (一一) )發電機的失磁運行及其影響發電機的失磁運行及其影響 ( (二二) )失磁發電機機端測量阻抗的變化軌跡失磁發電機機端測量阻抗的變化軌跡( (三三) )其他運行方式下發電機機端測量阻抗其他運行方式下發電機機端測量阻抗( (四四) )失磁保護的構成方式失磁保護的構成方式（一）發電機的失磁運行及其影響（一）發電機的失磁運行及其影響dE系統dXSXsindSSdXXUEPSUdS2SdSSdXXU

12、XXUEQcos)(acT22JPPPdtdT功角特性關系：功角特性關系：轉子運動方程式：轉子運動方程式：P TP90123dE失步前失步前開始失步開始失步完全失步完全失步對電力系統的危害對電力系統的危害：（1）造成系統中大量無功缺少。當系統中無功儲備不足，將引起電壓下降，嚴重時引起電壓崩潰，系統瓦解（2）造成系統中其他發電機增加無功輸出。使某些發電機、變壓器、輸電線路過電流，后備保護可能因過流動作，擴大故障范圍（3）造成有功功率擺動及系統電壓降低。可能導致相鄰正常運行的發電機與系統之間失去同步，引起系統振蕩（一）發電機的失磁運行及其影響（一）發電機的失磁運行及其影響對發電機的危害：對發電機的

13、危害： （1）轉子繞組出現差頻電流，引起繞組發熱（2）異步運行后，發電機的等效電抗降低，從系統中吸收的無功增加，使定子繞組過熱（3）對大型直接冷卻式汽輪發電機，其轉矩和有功將發生劇烈擺動。這種影響對水輪發電機更為嚴重，直接威脅機組安全（4）定子端部漏磁增強，使端部的部件和端部鐵芯過熱（一）發電機的失磁運行及其影響（一）發電機的失磁運行及其影響( (二二) )失磁發電機機端測量阻抗的變化軌跡失磁發電機機端測量阻抗的變化軌跡1.1.等有功阻抗圓（等有功阻抗圓（P P不變）不變） RjXSjXP2U2S1P2P3Pj22SS2SGe2j2PUXPUZ)(dE系統dXSXSU2.2.臨界失步圓（臨界失

14、步圓（= 90= 90時，時，Q Q不變）不變） jXSjXdjXRj2SdSdGe2j2jXXXXZ( (二二) )失磁發電機機端測量阻抗的變化軌跡失磁發電機機端測量阻抗的變化軌跡3.3.失步后的異步運行階段失步后的異步運行階段 RjXSjXdjXabcdXj abc1X2XadX2Rss1R2)( )( j)j(jj2ad222ad1GXXSRXSRXXZ( (二二) )失磁發電機機端測量阻抗的變化軌跡失磁發電機機端測量阻抗的變化軌跡( (三三) )其他運行方式下發電機機端測量阻抗其他運行方式下發電機機端測量阻抗GZRjX2fZkZ1fZL3fZL( (四四) )失磁保護的構成方式失磁保護

15、的構成方式（1）雖失磁，但未形成危害時，及時發信號；失磁后，危及發電機和系統安全運行時，動作于切機（2）水輪發電機失磁后，瞬時發信號。而在臨近失步或電壓降低到某一臨界值附近時，切機 （3）對于汽輪發電機，Q足夠時，應瞬時或經短延時動作于 信號和自動減負荷裝置，或切換至備用勵磁系統，并以發電 機允許無勵磁運行的時限切除發電機；Q不足時，立即發信 號，在臨近失步或電壓降低到某一臨界值附近時，切機（1）靜穩邊界阻抗圓判據 （2）異步阻抗圓判據 （3）無功方向判據 （4）系統三相電壓降低 XjSXjdXjRdX j2. 2. 失磁保護的主判據失磁保護的主判據( (四四) )失磁保護的構成方式失磁保護的

16、構成方式（1）勵磁電壓下降 （2）不出現負序分量 （3）用延時躲振蕩 3. 3. 失磁保護的輔助判據失磁保護的輔助判據按躲空載運行時的最低勵磁電壓整定按躲空載運行時的最低勵磁電壓整定4.4.汽輪發電機失磁保護裝置汽輪發電機失磁保護裝置按臨界失步阻抗圓進行整定按臨界失步阻抗圓進行整定按保證電力系統安全運行所允許的最低電壓整定按保證電力系統安全運行所允許的最低電壓整定11.5s0.51s125.5.整定值能自動隨有功功率整定值能自動隨有功功率P P變化的轉子低電壓失變化的轉子低電壓失 磁繼電器磁繼電器( (四四) )失磁保護的構成方式失磁保護的構成方式六、發電機逆功率保護及其他保護六、發電機逆功率

17、保護及其他保護（一）、逆功率保護：（一）、逆功率保護： 逆功率運行不能超過3分鐘；1、保護原理：逆功率保護反應 發電機從系統吸收有功功率 的大小；2、動作判據：setPPP的正方向指向系統母線；Pset動作區PQ（二）、低頻累加保護（二）、低頻累加保護低頻運行低頻運行氣輪機葉片疲勞損傷氣輪機葉片疲勞損傷使葉片斷裂造成故障使葉片斷裂造成故障保護原理：保護通過4個定值f1,f2,f3,f4將頻率范圍分為4個頻率段，并且f1f2f3f4。I段：f1ff2 時，累加時間上限為t1；II段：f2ff3時，累加時間上限為t2；III段：f3ff4時，累加時間上限為t3；IV段：ff4時，無累加時間，有延時時間t4；I、II、III段累加到時間上限或第IV段