发电机保护简介(下载)

关键词: 变压器 发电机 电机 1电机'>发电机失磁保护

失磁保护作为电机'>发电机励磁电流异常下降或完全消失的失磁故障保护。由整定值自动随有功功率变化的励磁低电压Ufd(P)、系统低电压、静稳阻抗、TV断线等判据构成，分别动作于发信号和解列灭磁。

励磁低电压Ufd(P)判据和静稳阻抗判据均与静稳边界有关，可检测电机'>发电机是否因失磁而失去静态稳定。静稳阻抗判据在失磁后静稳边界时动作。 TV断线判据在满足以下两个条件中任一条件：│Ua Ub Uc－3U0│≥Uset(电压门坎)或三相电压均低于8V，且0.1A在电力系统短路或短路切除等非失磁因素引起系统振荡时，保护采取措施闭锁Ufd(P)，可防止保护误出口。

励磁低电压Ufd(P)判据动作后经t1（2s）发出失磁信号。励磁低电压Ufd(P)判据、静稳阻抗判据均满足且无TV二次回路断线时经t2（6s）发出跳闸指令。励磁低电压Ufd(P)判据、静稳阻抗、系统低电压判据均满足且无TV二次回路断线时经t3（1s）发出跳闸指令。

2电机'>发电机过激磁保护

过激磁保护是反应电机'>发电机因频率降低或者电压过高引起铁芯工作磁密过高的保护。过激磁保护分高、低两段定值，低定值经固定延时5s发出信号和降低励磁电压（降低励磁电压、励磁电流的功能暂未用），高定值经反时限动作于解列灭磁。反时限延时上限为5秒，下限为200秒。

3电机'>发电机定子接地保护

电机'>发电机定子接地保护作为电机'>发电机定子单相接地故障保护，由基波零序电压部分和三次谐波电压两部分组成，基波零序电压保护机端至机尾95区域的定子绕组单相接地故障，由反映电机'>发电机机端零序电压原理构成，经时限t1（3s）动作于解列灭磁；三次谐波电压保护机尾至机端30区域的定子绕组单相接地故障，由电机'>发电机中性点和机端三次谐波原理构成，经时限t2（5s）动作于信号。二者组成100的定子接地保护。保护设有ＰＴ断线闭锁。

4电机'>发电机定子匝间保护

保护由纵向零序电压和故障分呈负序方向判据构成,设置PT断线闭锁措施，作为电机'>发电机内部匝间、相间短路以及定子绕组开焊的主保护.故障分量负序方向判据通过检测流出电机'>发电机的负序功率实现纵向零序电压判据通检测中性点与电机'>发电机中性点直接相连但不接地的3PT开口三角绕组所输出的纵向3U0实现。保护动作于全停。

5失步保护

保护采用三阻抗元件，通过阻抗的轨迹变化来检测滑极次数并确定振荡中心的位置。在短路故障、系统振荡、电压回路断线等情况下，保护不误动作。保护一般动作于信号；当振荡中心在电机'>发电机－变压器组内部，保护I段启动经t1(0.5s)发跳闸命令,

动作于解列灭磁；当振荡中心在电机'>发电机－变压器组外部，保护II段启动经t2(2s)发信号。保护装设有电流闭锁装置，用以保证在断路器断开时电流不超过断路器额定失步开断电流。

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6低频累加保护

低频累加保护反应系统频率降低对汽轮机影响的累积效应，保护由灵敏的频率继电器和计数器组成，经出口断路器辅助接点闭锁（即电机'>发电机退出运行时低频累加保护也退出运行），累计系统频率低于频率定值47.5Hz的时间，当累计时间达到整定值3000秒时，经延时30秒动作于发信号。装置在运行时可实时监视：定值，频率f及累计时间的显示。 发变组差动保护、变压器差动保护及高变差动保护是被保护元件内部相间短路故障的主保护，采用比率制动式原理。区外故障时可靠地躲过各侧CT特性不一致所产生的不平衡电流，区内故障保护灵敏地动作。为避免在变压器励磁涌流作用下保护误动，保护采用二次谐波闭锁。保护设有不经二次谐波闭锁差流速断功能，当差动电流达到整定值时瞬间切除故障。保护具有CT断线闭锁功能（实际未用）。CT断线判别与电机'>发电机差动保护相同。 7励磁回路过负荷保护

励磁回路过负荷保护用作转子励磁回路过流或过负荷的保护，接成三相式，由定时限和反时限两部分组成。

定时限部分动作电流按正常运行最大额定电流下能可靠返回的条件整定，经时限t1(5s)动作于信号和降低励磁电流（降低励磁电流的功能未用）；反时限部分动作特性按电机'>发电机励磁绕组的过负荷能力确定，保护动作于解列灭磁，反时限上限为10秒。 8电机'>发电机转子一点接地保护

电机'>发电机转子一点接地保护用于反应电机'>发电机转子回路一点接地故障，保护采用乒乓式切换原理，轮流采样转子回路正、负极对地电压，通过求解两个不同的接地回路方程，实时计算转子接地电阻和接地位置。保护经延时2秒动作于信号。 9电机'>发电机对称过负荷保护

保护装置由定时限和反时限两部分组成，定时限部分经时限5秒动作于信号。反时限动作特性按电机'>发电机承受过负荷电流的能力确定，动作于解列。保护装置能反应电机'>发电机定子的热积累过程。

10电机'>发电机负序过负荷保护

保护装置由定时限和反时限两部分组成，定时限动作电流按躲过电机'>发电机长期允许的负序电流值和躲过最大负荷下负序电流滤过器不平衡的电流值整定，经时限3秒动作于信号。反时限动作特性按电机'>发电机承受负序电流的能力确定，动作于解列灭磁。保护装置能反应电机'>发电机转子的热积累过程。 11电机'>发电机过电压保护

在电机'>发电机并网前，如机端电压达到1.3倍额定值时，电机'>发电机过电压经延时0.5秒动作于解列灭磁。当电机'>发电机并网后，自动退出此保护。电机'>发电机－变压器组是否并网通过主变220KV侧开关辅助接点状态进行判别

第一节概述发电机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。 一、故障类型及不正常运行状态：

1．故障类型1)定子绕组相间短路：危害最大2)定子绕组一相的匝间短路：可能发展为单相接地短路和相间短路3)定子绕组单相接地：较常见，可造成铁芯烧伤或局部融化4)转子绕组一点接地或两点接地：一点接地时危害不严重；两点接地时，因破坏了转子磁通的平衡，可能引起发电机的强烈震动或将转子绕组烧损。5)转子励磁回路励磁电流急剧下降或消失：从系统吸收无功功率，造成失步，从而引起系统电压下降，甚至可使系统崩溃。2．不正常

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运行状态1)由于外部短路引起的定子绕组过电流：温度升高，绝缘老化2)由于负荷等超过发电机额定容量而引起的三相对称过负荷：温度升高，绝缘老化3)由于外部不对称短路或不对称负荷而引起的发电机负序过电流和过负荷：在转子中感应出100hz的倍频电流，可使转子局部灼伤或使护环受热松脱，而导致发电机重大事故。此外，引起发电机的100hz的振动。4)由于突然甩负荷引起的定子绕组过电压：调速系统惯性较大发电机，在突然甩负荷时，可能出现过电压，造成发电机绕组绝缘击穿。5)由于励磁回路故障或强励时间过长而引起的转子绕组过负荷：6)由于汽轮机主气门突然关闭而引起的发电机逆功率：当机炉保护动作或调速控制回路故障以及某些人为因素造成发电机转为电动机运行时，发电机将从系统吸收有功功率，即逆功率。

二、保护类型：1．发电机纵差动保护：定子绕组及其引出线的相间短路保护2．横差动保护：定子绕组一相匝间短路的保护3．单相接地保护：对发电机定子绕组单相接地短路的保护4．发电机的失磁保护：反应转子励磁回路励磁电流急剧下降或消失5．过电流保护：反应外部短路引起的过电流，同时兼作纵差动保护的后备保护6．负序电流保护：反应不对称短路或三相负荷不对称时，发电机定子绕组中出现的负序电流7．过负荷保护：发电机长时间超过额定负荷运行时作用于信号的保护8．过电压保护：反应突然甩负荷而出现的过电压9．转子一点接地保护和两点接地保护：励磁回路的接地故障保护10．转子过负荷保护：11．逆功率保护：当汽轮机主汽门误关闭而发电机出口断路器未跳闸，发电机失去原动力而变为电动机运行，从电力系统中吸收有功功率。危害：汽轮机尾部叶片有可能过热而造成事故。第二节发电机纵差动保护一、作用原理下图为发电机纵差动保护的单相原理图，两组CT特性、变比一致正常区外接地时

CT特性可选得尽量一致不平衡电流比变压器小 二、整定计算两个条件：（1）躲外部短路时的

（2）躲大于发电机额定电流（CT二次断线时不误动）灵敏度——出口两相短路。第三节发电机的横差动保护当一相定子绕组有两个及以上并联分支时，装设此种保护正常： 匝间接地：动作死区：（1）同一分支：保护不动（2）同相两分支间：保护不动（3）不同相绕组匝间：保护不动缺点：接线复杂实用接线：

当发电机出现三次谐波电势时，且三相同相位，若任一分支与其与支路不相等，则中性点连线上会出现三次谐波环流。该接线没有互感器特性不同而引起的灵敏度高，接线也较简单。第四节发电机的单相接地保护一、发电机定子绕组单相接地的特点最常见的故障之一：定子绕组中性点不接地或经高阻抗接地。它具有一般不接地系统单相接地短路特点

设A相距中性点处，单相接地发电机中性点将发生位移，产生零序电压。故障点各相对地电压：

二、利用基波零序分量的发电机定子单相接地保护视大小，（发电机直接连接母线）较大时——零序电流保护，动作于跳闸，（发变组）<允许值——零序电压保护，动作于信号（一）基波零序电流保护 对C的要求：（1）三相对称负荷电流作用下，小（2）。（较小）很小足够输出功率。一般的C达不到足够的灵敏度，曾广泛采用交流助磁的C。（二）基波零序电压保护 定值躲

高压侧，发电机侧的

一般15~30V有死区100定子接地保护：零序电压保护 附加支流电压的保护方式加固定工频偏移电压利用三次谐波电压第五节发电机的负序过流保护一、负序电流保护的作用：——转子过热，机械振动为了使转子不致过热，

——以发电机额定电流倍数表示的负序电流的标幺值A——允许过热时间常数

曲线表明：发电机允许负序电流的时间是随大小而变化故称为反时限。针对此情况，装设发

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电机负序过流保护二、负序定时限过流保护两段式I段经延时动作于跳闸Ⅱ段经延时动作于信号分析（1）在ab段内：>对发电机不安全（2）在bc段内<未充分利用发电机对的承受能力（3）在cd段内发信号，由于运行人员处理，而靠近点时，已>,不安全（4）在de段内，保护根本不反应即不能与反时限电流曲线很好配合，且对热积累的过程不能反应。三、负序反时限过流保护或——修正常数（考虑到转子的散热条件）第六节发电机的失磁保护一、发电机的失磁运行及其产生的影响失磁故障指励磁突然全部消失或部分消失（低励）励磁电流低于静稳极限所对应的励磁电流）1失磁原因：三种（1）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（2）励磁绕组由于长期发热，绝缘老化或损坏引起短路（3）运行人员调整等。发电机失磁后，它的各种电气量和机械量都会发生变化，且将危及发电机和系统的安全。2失磁后的基本物理过程：

依据：功角特性关系： 转子运动方程：

——原动机功率——同步功率——异步功率——电气角加速度——机组的惯性时间常数（1）不变当发电机未失步——同步振荡阶段（静稳定极限角）——临界失步状态转子加速愈趋剧烈异步运行阶段，这时原动机的调速装置在转子加速的影响下，使汽门关小， （2）当时，即从系统吸收感性无功功率，，吸收

图圆为发电机以不同的有功功率P临界失步时，机端测量阻抗的轨迹，圆内为失步区。在发电机超过同步转速后，转子回路中将感应出频率为电流，（发电机转速的频率，系统频率）该电流将产生异步功率当即进入稳态的异步运行阶段。3．失磁后的影响：对电力系统：(1)吸收Q无功储备不足，将因电压崩溃而瓦解(2)

(3)失磁失步振荡甩负荷对发电机（1）转子中的差频电流过热（2）转差率吸定子过电流发热（3）转速振动气轮发电机：较大s<0.5可稳定运行.——可异步运行一段时间水轮发电机较小s很大发热厉害，故不允许失磁异步运行可见：失磁后，若不失步，无直接危害。失步后，对发电机及系统有不利影响。故应装设失磁保护。二、失磁发电机机端测量阻抗的变化轨迹通常采用等有功阻抗圆。等无功圆（临界失步阻抗圆）和等电压阻抗圆来分析。 （一）等有功阻抗圆：失步前。P基本不变———等有功过程 圆的方程式 特点：（1）圆的大小与P有关圆

（2）失磁前，发电机向系统送无功，Q为正，位与第Ⅰ象限失磁后，随Q的变化，Q由正负，从ⅠⅣ象限，圆越小，从ⅠⅣ快。（3）圆的位置与j有关，若=0，圆心在实轴上，很容易进入第Ⅳ象限可见，失磁后，向第四象限移动，且最终将稳定在第四象限内（二）等无功阻抗圆（临界失步圆） 常数

圆周为发电机以不同的有功功率P临界失步时，机端测量阻抗的轨迹，圆内为失步区。 （三）临界电压阻抗圆临界电压值：发电机失磁后，系统某一点电压下降到是机组不能稳定运行，此电压值称为临界电压值（ 整理后：三、失磁保护的主要判据

变压器保护

一、变压器纵差保护

变压器的纵差保护是反应相间短路、高压侧单相接地短路以及匝间短路的主保护，其保护范围包括变压器套管及引出线。

变压器在空载合闸时的过励磁电流，其值可为In的数倍到10倍以上，这样大的励

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磁电流通常称为励磁涌流。 二、气体保护

为防止变压器内部单相绕组的匝间短路，通常在容量大于800KVA的变压器上装设有气体保护。

不论是哪一种型式的气体继电器都有两对触点：

轻瓦斯保护：当变压器内发生轻微故障时，产生的气体较少且速度缓慢，气体上升后逐渐积聚在继电器的上部，使气体继电器内的油面下降，使得其中一个触点闭合而作用于信号。 轻瓦斯保护动作值采用气体容积大小表示：250－300cm3

重瓦斯保护：当变压器内发生严重故障时，强烈的电弧将产生大量的气体，油箱压力迅速升高，迫使变压器油沿着油箱冲向油枕，在油流的激烈冲击下，使另一触点接闭而动作于跳闸。 重瓦斯保护动作值采用油流速度大小表示：0.6－1.5m/s 三、变压器的相间短路后备保护 主要有过电流保护和低阻抗保护。 四、变压器的过负荷保护

变压器的过负荷大多数情况下都是三相对称的，因此，过负荷保护只要接入一相，用一个电流继电器即可实现。过负荷保护通常延时动作于信号

对于双绕组升压变压器，装于发电机电压一侧；对于三绕组升压变压器，当一侧无电源时，装在发电机电压侧和无电源一侧，当三侧都有电源时，装在所有三侧。 五、变压器的单相接地保护

1．中性点直接接地的普通变压器接地后备保护

2．中性点可能接地或不接地运行的变压器接地后备保护 1）中性点全绝缘变压器

2）分级绝缘且中性点装放电间隙的变压器 3．自耦变压器的接地后备保护

1）高、中压侧的方向零序电流保护整定计算 2）自耦变压器中性点零序过电流保护整定 六、变压器温度保护 一般设为75℃ 七、冷却器故障保护

差动保护和瓦斯保护共同组成变压器的主保护。

差动保护作为变压器内部以及套管引出线相间短路的保护以及中性点直接接地系统侧的单相接地短路保护，同时对变压器内部绕组的匝间短路也能反应。 瓦斯保护能反应变压器内部的绕组相间短路、中性点直接地系统侧的单相接地短路、绕组匝间短路、铁芯或其它部件过热或漏油等各种故障。 由上可以看出，差动保护对变压器内部铁芯过热或因绕组接触不良造成的过热无法反应，且当绕组匝间短路时短路匝数很少时，也可能反应不出。而瓦斯保护虽然能反应变压器油箱内部的各种故障，但对于套管引出线的故障无法反应，因此，通过瓦斯保护与差动保护共同组成变压器的主保护。

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