電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù) 第3版 課件 許建安 第7、8章 發(fā)電機(jī)保護(hù)、母線保護(hù)_第1頁
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文檔簡介

發(fā)電機(jī)故障、不正常運(yùn)行及其保護(hù)1、發(fā)電機(jī)故障類型

發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行直接影響電力系統(tǒng)的安全。發(fā)電機(jī)由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜,在運(yùn)行中可能發(fā)生故障和不正常工作狀態(tài),特別是現(xiàn)代的大中型發(fā)電機(jī)的單機(jī)容量大,對系統(tǒng)影響大,損壞后的修復(fù)工作復(fù)雜且工期長,所以對繼電保護(hù)提出了更高的要求。針對發(fā)電機(jī)的故障和不正常工作狀態(tài),應(yīng)裝設(shè)性能完善的繼電保護(hù)裝置。

7.1發(fā)電機(jī)故障和不正常運(yùn)行及其保護(hù)(1)定子繞組相間短路:定子繞組相間短路會(huì)產(chǎn)生很大的短路電流,嚴(yán)重?fù)p壞發(fā)電機(jī)。應(yīng)裝設(shè)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。(2)發(fā)電機(jī)定子繞組匝間短路:匝間短路將出現(xiàn)很大的環(huán)流,使絕緣老化,甚至擊穿絕緣發(fā)展為單相接地或相間短路,擴(kuò)大發(fā)電機(jī)損壞范圍。(3)發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地:定子繞組單相接地是易發(fā)生的一種故障。單相接地后,其電容電流流過故障點(diǎn)的定子鐵芯,當(dāng)此電流較大或持續(xù)時(shí)間較長時(shí),會(huì)使鐵芯局部熔化。7.1發(fā)電機(jī)故障和不正常運(yùn)行及其保護(hù)(4)勵(lì)磁回路一點(diǎn)接地或兩點(diǎn)接地:轉(zhuǎn)子繞組一點(diǎn)接地,由于沒有構(gòu)成通路,對發(fā)電機(jī)沒有直接危害。再發(fā)生另一點(diǎn)接地,則轉(zhuǎn)子繞組一部分被短接,會(huì)燒毀轉(zhuǎn)子繞組,由于部分繞組短接,破壞磁路的對稱性,造成磁勢不平衡而引起機(jī)組劇烈振動(dòng),產(chǎn)生嚴(yán)重后果。(5)勵(lì)磁電流消失:勵(lì)磁系統(tǒng)故障或自動(dòng)滅磁開關(guān)誤跳閘造成勵(lì)磁電流消失。發(fā)電機(jī)將轉(zhuǎn)入異步運(yùn)行,從系統(tǒng)吸收無功,引起電壓下降。定子電流增加及轉(zhuǎn)子局部過熱。7.1發(fā)電機(jī)故障和不正常運(yùn)行及其保護(hù)2、發(fā)電機(jī)不正常運(yùn)行狀態(tài)

(1)定子繞組過電流:外部短路引起繞組過電流,將使繞組溫度升高,可能發(fā)展成內(nèi)部故障。(2)對稱過負(fù)荷:使繞組過熱。(3)轉(zhuǎn)子過熱:不對稱短路將在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)出倍頻電流,可能造成轉(zhuǎn)子局部灼傷,嚴(yán)重時(shí)使護(hù)環(huán)受熱松脫。7.1發(fā)電機(jī)故障和不正常運(yùn)行及其保護(hù)

(4)定子繞組過電壓:突然甩負(fù)荷造成轉(zhuǎn)速升高,定子繞組絕緣可能擊穿。(5)發(fā)電機(jī)逆功率:汽門突然關(guān)閉,斷路器未斷開,將從系統(tǒng)吸收功率,使汽輪機(jī)受到損傷。3、相應(yīng)保護(hù)(1)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù):對1MW以上發(fā)電機(jī)的定子繞組及其引出線的相間短路,應(yīng)裝設(shè)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。7.1發(fā)電機(jī)故障和不正常運(yùn)行及其保護(hù)

(2)定子繞組匝間短路保護(hù):定子繞組星形接線,每相有并聯(lián)分支且中性點(diǎn)側(cè)有分支引出端的發(fā)電機(jī),應(yīng)裝設(shè)橫聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。對于中性點(diǎn)側(cè)只有三個(gè)引出端的大容量發(fā)電機(jī),可采用零序電壓式或轉(zhuǎn)子二次諧波電流式匝間短路保護(hù)。(3)定子繞組單相接地保護(hù):對直接聯(lián)于母線的發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地故障,當(dāng)單相接地故障電流(不考慮消弧線圈的補(bǔ)償作用)大于或等于表7-1規(guī)定的允許值時(shí),應(yīng)裝設(shè)有選擇性的接地保護(hù)。7.1發(fā)電機(jī)故障和不正常運(yùn)行及其保護(hù)額定電壓額定容量接地電流允許值≤汽輪發(fā)電機(jī)汽輪發(fā)電機(jī)水輪發(fā)電機(jī)水輪發(fā)電機(jī)(氫冷)7.1發(fā)電機(jī)故障和不正常運(yùn)行及其保護(hù)

發(fā)-變組容量在100MW以下的發(fā)電機(jī),應(yīng)裝設(shè)保護(hù)區(qū)不小于定子繞組90%的定子繞組接地保護(hù);容量100MW及以上的發(fā)電機(jī),應(yīng)裝設(shè)保護(hù)區(qū)為100%的定子繞組接地保護(hù),保護(hù)動(dòng)作于信號,必要時(shí)也可動(dòng)作于停機(jī)。(4)勵(lì)磁回路一點(diǎn)或兩點(diǎn)接地保護(hù):水輪發(fā)電機(jī)一般只裝設(shè)勵(lì)磁回路一點(diǎn)接地保護(hù),小容量機(jī)組用定期檢測裝置;100MW以下汽輪發(fā)電機(jī),一般采用定期檢測裝置,對兩點(diǎn)接地故障,裝設(shè)兩點(diǎn)接地保護(hù)。轉(zhuǎn)子水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)和100MW及以上的汽輪發(fā)電機(jī),裝設(shè)一點(diǎn)接地保護(hù)和兩點(diǎn)接地保護(hù)裝置。7.1發(fā)電機(jī)故障和不正常運(yùn)行及其保護(hù)(5)失磁保護(hù):對不允許失磁運(yùn)行的發(fā)電機(jī),或失磁對電力系統(tǒng)有重大影響的發(fā)電機(jī),應(yīng)裝設(shè)專用的失磁保護(hù)。(6)對于發(fā)電機(jī)外部短路引起的過電流1)過電流保護(hù):用于1MW及以下的小型發(fā)電機(jī)。2)復(fù)合電壓啟動(dòng)的過電流保護(hù):一般用于1MW以上的發(fā)電機(jī)。

3)負(fù)序過電流及單相低電壓過電流保護(hù):一般用于50MW及以上的發(fā)電機(jī)。7.1發(fā)電機(jī)故障和不正常運(yùn)行及其保護(hù)

4)低阻抗保護(hù):當(dāng)電流保護(hù)靈敏度不足時(shí)采用。(7)過負(fù)荷保護(hù):定子繞組非直接冷卻的發(fā)電機(jī),應(yīng)裝設(shè)定時(shí)限過負(fù)荷保護(hù)。(8)過電壓保護(hù):水輪發(fā)電機(jī)或100MW及以上的汽輪發(fā)電機(jī),應(yīng)裝設(shè)過電壓保護(hù)。(9)逆功率保護(hù)

:大容量的發(fā)電機(jī)組應(yīng)考慮裝設(shè)逆功率保護(hù)。7.1發(fā)電機(jī)故障和不正常運(yùn)行及其保護(hù)發(fā)電機(jī)保護(hù)的出口方式有:1)停機(jī):斷開斷路器,滅磁,關(guān)閉汽門或?qū)怼?)解列滅磁:斷開斷路器,滅磁,原動(dòng)機(jī)甩負(fù)荷。3)解列:斷開發(fā)電機(jī)斷路器,原動(dòng)機(jī)甩負(fù)荷。4)減出力:將原動(dòng)機(jī)出力減到給定值。5)減勵(lì)磁:將發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流減到給定值。6)勵(lì)磁切換:將勵(lì)磁電源由工作勵(lì)磁電源系統(tǒng)切換到備用勵(lì)磁電源系統(tǒng)。7)廠用電切換:由廠用工作電源供電切換到備用電源供電。8)發(fā)信號:發(fā)聲光信號。7.1發(fā)電機(jī)故障和不正常運(yùn)行及其保護(hù)

第7章發(fā)機(jī)保護(hù)縱差保護(hù)作用:反應(yīng)發(fā)電機(jī)定子繞組及其引出線的相間短路,是發(fā)電機(jī)的主要保護(hù)。1、比率制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)(1)差動(dòng)保護(hù)的基本工作原理保護(hù)基本原理:比較發(fā)電機(jī)兩側(cè)的電流的大小和相位,它是反映發(fā)電機(jī)及其引出線的相間故障。發(fā)電機(jī)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的構(gòu)成的兩側(cè)電流互感器同變比、同型號。7.2發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)正常運(yùn)行及外部故障時(shí):7.2發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)保護(hù)區(qū)內(nèi)故障:結(jié)論:保護(hù)區(qū)內(nèi)故障差動(dòng)回路測量到電流為故障點(diǎn)短路電流。7.2發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)

(2)原理接線

7.2發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)

2、微機(jī)比率制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)差動(dòng)電流取兩側(cè)電流相量和:制動(dòng)電流取值:差動(dòng)接線有電流和與電流差接線兩種。7.2發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作條件:制動(dòng)電流:

差動(dòng)電流:7.2發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)1)當(dāng)正常運(yùn)行時(shí),制動(dòng)電流為,保護(hù)不動(dòng)作。7.2發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)2)當(dāng)外部短路時(shí),制動(dòng)電流為,數(shù)值大。7.2發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)

為兩側(cè)短路電流之差,數(shù)值小;3)當(dāng)內(nèi)部故障時(shí),的方向與正常的電流相反,且;,數(shù)值大,保護(hù)動(dòng)作。7.2發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)發(fā)電機(jī)未并列時(shí)且發(fā)生故障時(shí),,保護(hù)也能動(dòng)作。當(dāng)時(shí),制動(dòng)電流為零,動(dòng)作電流只要最小值,保護(hù)就動(dòng)作,大大提高了靈敏度。7.2發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)3.縱差保護(hù)的動(dòng)作邏輯7.2發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)2、差動(dòng)保護(hù)整定計(jì)算(1)最小動(dòng)作電流(2)最小拐點(diǎn)電流(3)制動(dòng)曲線斜率靈敏度:

:發(fā)電機(jī)出口短路時(shí),流經(jīng)保護(hù)最小的周期性短路電流。7.2發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)3、發(fā)電機(jī)標(biāo)積制動(dòng)原理差動(dòng)保護(hù)為提高差動(dòng)保護(hù)靈敏度,微機(jī)保護(hù)采用標(biāo)積原理差動(dòng)保護(hù),其動(dòng)作方程為>、為發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)、發(fā)電機(jī)端基波電流;標(biāo)積制動(dòng)系數(shù);7.2發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)正常運(yùn)行故障時(shí)相量正常運(yùn)行時(shí)保護(hù)不動(dòng)作。當(dāng)BC兩相區(qū)外短路時(shí),情況同正常運(yùn)行。7.2發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)區(qū)內(nèi)故障時(shí),保護(hù)可靠動(dòng)作。一側(cè)斷線時(shí),或?yàn)榱悖赡苷`動(dòng)。7.2發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)

7.3發(fā)電機(jī)匝間短路保護(hù)

在容量較大的發(fā)電機(jī)中,每相繞組有兩個(gè)并聯(lián)支路,每個(gè)支路的匝間或支路之間的短路稱為匝間短路故障。由于縱差保護(hù)不能反映同一相的匝間短路,當(dāng)出現(xiàn)同一相匝間短路后,如不及時(shí)處理,有可能發(fā)展成相間故障,造成發(fā)電機(jī)嚴(yán)重?fù)p壞,因此,在發(fā)電機(jī)上應(yīng)該裝設(shè)定子繞組的匝間短路保護(hù)。7.3發(fā)電機(jī)匝間短路保護(hù)7.3.1橫聯(lián)差動(dòng)保護(hù)

保護(hù)裝設(shè)了3次諧波濾過器,降低保護(hù)動(dòng)作電流,提高靈敏度。7.3發(fā)電機(jī)匝間短路保護(hù)

切換片正常運(yùn)行時(shí)投1-2位置,保護(hù)不帶延時(shí)。轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地時(shí),投1-3位置,保護(hù)帶延時(shí),為轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地故障做好準(zhǔn)備。7.3發(fā)電機(jī)匝間短路保護(hù)

定子繞組匝間短路時(shí),故障相繞組的兩個(gè)分支的電勢不相等,因而在定子繞組中出現(xiàn)環(huán)流,該電流大于保護(hù)的動(dòng)作電流,則保護(hù)動(dòng)作。7.3發(fā)電機(jī)匝間短路保護(hù)

正常運(yùn)行或外部短路時(shí),每一分支繞組供出該相電流的一半,流過中性點(diǎn)連線的電流只是不平衡電流,故保護(hù)不動(dòng)作。7.3發(fā)電機(jī)匝間短路保護(hù)

動(dòng)作電流:電流互感器變比:缺點(diǎn):1)單相分支匝間短路的短接的匝數(shù)較少時(shí),存在動(dòng)作死區(qū)。

2)同相兩分支間匝間短路,當(dāng)短路點(diǎn)位置差別較小時(shí),也存在死區(qū)。7.3發(fā)電機(jī)匝間短路保護(hù)7.3.2反映零序電壓的匝間短路保護(hù)

大容量發(fā)電機(jī)其結(jié)構(gòu)緊湊,無法裝設(shè)橫差保護(hù)。發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)一般不直接接地,正常運(yùn)行發(fā)電機(jī)三相機(jī)端與中性點(diǎn)之間的電動(dòng)勢是平衡;當(dāng)發(fā)生定子繞組匝間短路時(shí),部分繞組被短接,機(jī)端三相電動(dòng)勢不平衡,出現(xiàn)縱向零序電壓。

因定子繞組匝間短路會(huì)出現(xiàn)縱向零序電壓,正常運(yùn)行或定子繞組出現(xiàn)其他故障縱向零序電壓幾乎為零,因此,通過反應(yīng)發(fā)電機(jī)三相對中性點(diǎn)的縱向零序電壓可以構(gòu)成匝間短路保護(hù)。7.3發(fā)電機(jī)匝間短路保護(hù)

發(fā)電機(jī)內(nèi)部或外部單相接地故障時(shí),機(jī)端三相對地之間會(huì)出現(xiàn)零序電壓。但與匝間短路情況是不一樣。為檢測發(fā)電機(jī)的匝間短路,必須測量縱向零序電壓,為此應(yīng)裝設(shè)專用電壓互感器。電壓互感器的一次側(cè)星形中性點(diǎn)直接與發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)相連接。專用電壓互感器的開口三角側(cè)的電壓僅反應(yīng)縱向零序電壓,而不反應(yīng)機(jī)端對地的零序電壓。

7.3發(fā)電機(jī)匝間短路保護(hù)特點(diǎn):發(fā)電機(jī)定子繞組匝間短路時(shí),機(jī)端會(huì)出現(xiàn)負(fù)序電壓、負(fù)序電流及負(fù)序功率,且負(fù)序功率的方向是從發(fā)電機(jī)內(nèi)部流向系統(tǒng)。外部不對稱故障,負(fù)序功率與匝間短路方向相反。外部不對稱故障負(fù)序功率方向動(dòng)作,閉鎖保護(hù)。7.3發(fā)電機(jī)匝間短路保護(hù)零序動(dòng)作電壓:定子繞組匝間短路保護(hù)動(dòng)作電壓;可靠系數(shù),可取0.8;匝間短路時(shí)最小的縱向零序電壓。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),二次動(dòng)作電壓可取2.5~3V。7.3發(fā)電機(jī)匝間短路保護(hù)7.3.3反應(yīng)轉(zhuǎn)子回路2次諧波電流的匝間短路保護(hù)原理:匝間短路在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生2次諧波電流,利用此特點(diǎn)構(gòu)成保護(hù)。7.3發(fā)電機(jī)匝間短路保護(hù)正常運(yùn)行、三相對稱短路及系統(tǒng)振蕩時(shí),發(fā)電機(jī)定子繞組三相電流對稱,保護(hù)不會(huì)動(dòng)作。發(fā)電機(jī)不對稱運(yùn)行或不對稱短路時(shí):轉(zhuǎn)子回路中將出現(xiàn)2次諧波電流。為了避免保護(hù)的誤動(dòng),采用負(fù)序功率方向繼電器閉鎖的措施。7.3發(fā)電機(jī)匝間短路保護(hù)原因:匝間短路時(shí)的負(fù)序功率方向與不對稱運(yùn)行時(shí)或發(fā)生不對稱短路時(shí)的負(fù)序功率方向相反。7.3發(fā)電機(jī)匝間短路保護(hù)定子繞組單相接地的危害:1)接地電流會(huì)產(chǎn)生電弧,燒傷鐵芯,使定子繞組鐵芯疊片燒結(jié)在一起,造成檢修困難。2)接地電流會(huì)破壞繞組絕緣,擴(kuò)大事故,若一點(diǎn)接地未及時(shí)發(fā)現(xiàn),很有可能發(fā)展成繞組的匝間或相間短路故障,嚴(yán)重?fù)p傷發(fā)電機(jī)。7.4發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)接地電流允許值:發(fā)電機(jī)額定電壓(KV)發(fā)電機(jī)額定容量(MW)接地電流允許值(A)6.3≤50410.550~100313.8~15.75125~200218~203001當(dāng)發(fā)電機(jī)接地故障電流大于允許值時(shí),應(yīng)裝設(shè)有選擇性接地保護(hù)。7.4發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)對大中型發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)的基本要求:1)繞組有100%的保護(hù)范圍。2)當(dāng)發(fā)生經(jīng)過渡電阻接地故障時(shí),保護(hù)應(yīng)有足夠靈敏度。7.4.1反應(yīng)基波零序電壓的接地保護(hù)

處每相對地電壓為:7.4發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)故障點(diǎn)零序電壓:結(jié)論:故障點(diǎn)零序電壓與α成正比,故障點(diǎn)離中性點(diǎn)越遠(yuǎn),零序電壓越高。7.4發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)在機(jī)端接地時(shí):在中性點(diǎn)處接地時(shí):7.4發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)保護(hù)構(gòu)成:1)反映零序電壓保護(hù)原理接線缺點(diǎn):保護(hù)在離中性點(diǎn)附近接地存在動(dòng)作死區(qū)。7.4發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)提高保護(hù)靈敏度措施:1)加裝3次諧波濾過器。2)高壓側(cè)中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)中,利用保護(hù)延時(shí)躲過高壓側(cè)接地故障。3)高壓側(cè)中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)中,利用高壓側(cè)接地出現(xiàn)的零序電壓閉鎖或者制動(dòng)發(fā)電機(jī)接地保護(hù)。注意:在中性點(diǎn)附近接地仍有5%的死區(qū)。7.4發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)7.4.2反應(yīng)基波零序電壓和3次諧波電壓構(gòu)成的發(fā)電機(jī)定子100%接地保護(hù)

在發(fā)電機(jī)相電勢中,除基波之外,還含有一定分量的諧波,其中主要是3次諧波,3次諧波值一般不超過基波10%。1、正常運(yùn)行時(shí)定子繞組中3次諧波電壓分布7.4發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)機(jī)端3次諧波電壓:中性點(diǎn)3次諧波電壓:比值:結(jié)論:正常運(yùn)行時(shí),機(jī)端3次諧波電壓總是小于中性點(diǎn)3次諧波電壓。7.4發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)2、定子繞組單相接地時(shí)3次諧波電壓的分布有其比值為:7.4發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)結(jié)論:7.4發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)零序電壓隨α變化特性:7.4發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)總結(jié):1)正常情況機(jī)端3次諧波小于中性點(diǎn)處3次諧波電壓;2)當(dāng)離中性點(diǎn)處不足50%的范圍內(nèi)接地,機(jī)端3次諧波電壓大于中性點(diǎn)處3次諧波電壓。3)原理:利用機(jī)端3次諧波電壓作為動(dòng)作量,利用中性點(diǎn)處3次諧波電壓作為制動(dòng)量,構(gòu)成接地保,越靠近中性點(diǎn)保護(hù)越靈敏??膳c其它保護(hù)一起構(gòu)成發(fā)電機(jī)定子100%接地保護(hù)。7.4發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)7.5發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路接地保護(hù)、失磁保護(hù)1、勵(lì)磁回路一點(diǎn)接地保護(hù)

當(dāng)勵(lì)磁繞組絕緣嚴(yán)重下降或損壞時(shí),會(huì)引起勵(lì)磁回路的接地故障,最常見的是勵(lì)磁回路一點(diǎn)接地故障。發(fā)生一點(diǎn)接地故障后,勵(lì)磁回路對地電壓將升高,在某些條件下會(huì)誘發(fā)第二點(diǎn)接地,勵(lì)磁回路發(fā)生兩點(diǎn)接地故障將嚴(yán)重?fù)p壞發(fā)電機(jī)。7.5發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路接地保護(hù)1)絕緣檢查裝置正常運(yùn)行時(shí),電壓表V1,V2的讀數(shù)相等。當(dāng)勵(lì)磁回路對地絕緣水平下降時(shí),V1與V2的讀數(shù)不相等。缺點(diǎn):中點(diǎn)附近接地時(shí),存在動(dòng)作死區(qū)。7.5發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路接地保護(hù)2)直流電橋式一點(diǎn)接地保護(hù)正常時(shí)電橋處于平衡狀態(tài);當(dāng)勵(lì)磁繞組發(fā)生一點(diǎn)接地時(shí),電橋失去平衡。缺點(diǎn):接地點(diǎn)靠近勵(lì)磁回路兩極時(shí)保護(hù)靈敏度高,而接地點(diǎn)靠近中點(diǎn)M時(shí),存在死區(qū)。7.5發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路接地保護(hù)措施:1)在電阻R1的橋臂中串接非線性元件穩(wěn)壓管,其阻值隨外加勵(lì)磁電壓的大小而變化,保護(hù)裝置的死區(qū)隨勵(lì)磁電壓改變而移動(dòng)位置。在某一電壓下的死區(qū),在另一電壓下則變?yōu)閯?dòng)作區(qū),從而減小了保護(hù)拒動(dòng)的機(jī)率。7.5發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路接地保護(hù)2)轉(zhuǎn)子偏心和磁路不對稱等原因產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子繞組交流電壓,使轉(zhuǎn)子繞組中點(diǎn)對地電壓不保持為零,而是在一定范圍內(nèi)波動(dòng)。利用此電壓來消除保護(hù)死區(qū)。2、勵(lì)磁回路兩點(diǎn)接地保護(hù)7.5發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路接地保護(hù)

兩點(diǎn)接地,故障點(diǎn)流過很大短路電流,電弧可能燒傷轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子磁場發(fā)生畸變,力矩不平衡,致使機(jī)組振動(dòng)??赡苁蛊状呕9ぷ髟恚寒?dāng)勵(lì)磁回路K1點(diǎn)發(fā)生接地后,投入刀閘S1并按下按鈕SB,調(diào)節(jié)的滑動(dòng)觸點(diǎn),使電橋平衡。7.5發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路接地保護(hù)調(diào)整平衡后,合上S2,將保護(hù)投入工作。

當(dāng)勵(lì)磁回路第二點(diǎn)發(fā)生接地時(shí),電橋平衡遭到破壞,電流繼電器中有電流通過,若電流大于繼電器的動(dòng)作電流,保護(hù)動(dòng)作。7.5發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路接地保護(hù)缺點(diǎn):1)若故障點(diǎn)K2點(diǎn)離第一個(gè)故障點(diǎn)K1點(diǎn)較遠(yuǎn),則保護(hù)的靈敏度較好;反之,若K2點(diǎn)離K1點(diǎn)很近,保護(hù)將拒動(dòng),因此保護(hù)存在死區(qū),死區(qū)范圍在10%左右。7.5發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路接地保護(hù)2)若第一個(gè)接地點(diǎn)K1點(diǎn)發(fā)生在轉(zhuǎn)子繞組的正極或負(fù)極端,則因電橋失去作用,不論第二點(diǎn)接地發(fā)生在何處,保護(hù)裝置將拒動(dòng),死區(qū)達(dá)100%。7.5發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路接地保護(hù)7.5發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路接地保護(hù)3)由于兩點(diǎn)接地保護(hù)只能在轉(zhuǎn)子繞組一點(diǎn)接地后投入,所以對于發(fā)生兩點(diǎn)同時(shí)接地,或者第一點(diǎn)接地后緊接著發(fā)生第二點(diǎn)接地的故障,保護(hù)均不能反映。7.5發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路接地保護(hù)1.發(fā)電機(jī)失磁及原因

低勵(lì)故障或完全失磁:造成低勵(lì)故障的原因通常是由于主勵(lì)磁機(jī)或副勵(lì)磁機(jī)故障;勵(lì)磁系統(tǒng)有些整流元件損壞或自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)不正確動(dòng)作及操作上的錯(cuò)誤。完全失磁通常是由于自動(dòng)滅磁開關(guān)誤跳閘,勵(lì)磁調(diào)節(jié)器整流裝置中自動(dòng)開關(guān)誤跳閘,勵(lì)磁繞組斷線或端口短路以及副勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電源消失等。7.6發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)2.發(fā)電機(jī)失磁后機(jī)端測量阻抗的變化規(guī)律測量阻抗:指從發(fā)電機(jī)端向系統(tǒng)方向所看到的阻抗。失磁后機(jī)端測量阻抗的變化是失磁保護(hù)的重要判據(jù)。以發(fā)電機(jī)與無窮大系統(tǒng)并列運(yùn)行為例進(jìn)行討論:7.6發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)失磁進(jìn)入異步穩(wěn)定狀態(tài)三階段:1)失磁后到失步前2)臨界失步點(diǎn)3)失步后(1)失磁后到失步前的階段7.6發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)

失磁后到失步前,由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子存在慣性,失步前的失磁發(fā)電機(jī)滑差很小,發(fā)電機(jī)輸出的有功功率基本上保持失磁前輸出的有功功率值,可近似看作恒定,而無功功率則從正值變?yōu)樨?fù)值。7.6發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)7.6發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)結(jié)論:因系統(tǒng)電抗、電壓、發(fā)電機(jī)輸出有功不變,測量阻抗變化軌跡是圓。7.6發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)其圓心座標(biāo):圓半徑:7.6發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)2)臨界失步點(diǎn)()表示發(fā)電機(jī)從系統(tǒng)吸收無功,且為常數(shù)。7.6發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)簡化后測量阻抗為:3)失步后異步運(yùn)行階段7.6發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)機(jī)端測量阻抗:等值電路最大、最小測量阻抗7.6發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)異步邊界阻抗圓:7.6發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)失磁后其機(jī)端測量阻抗沿等有功圓向第四象限變化。臨界失步時(shí)達(dá)到等無功阻抗圓的b點(diǎn)。異步運(yùn)行后,便進(jìn)入等無功阻抗圓,穩(wěn)定在c點(diǎn)附近。7.6發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)3.失磁保護(hù)的構(gòu)成

發(fā)電機(jī)的失磁故障可采用無功功率改變方向、機(jī)端測量阻抗超越靜穩(wěn)邊界圓的邊界、機(jī)端測量阻抗進(jìn)入異步靜穩(wěn)邊界阻抗圓為主要判據(jù),來檢測失磁故障。

為防止誤動(dòng)還需要用非正常運(yùn)行狀態(tài)下的某些特征作為失磁保護(hù)和輔助判據(jù)。例如勵(lì)磁電壓的下降,系統(tǒng)電壓的降低均可用作失磁保護(hù)輔助判據(jù)。7.6發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)7.6發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)勵(lì)磁繞組低電壓滿足低勵(lì),變壓器高壓側(cè)低電壓、無斷線條件,發(fā)信號或跳閘。7.6發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)靜穩(wěn)邊界阻抗圓、轉(zhuǎn)子低壓同時(shí)滿足,發(fā)信號和延時(shí)t1跳閘。7.6發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)轉(zhuǎn)子低壓拒動(dòng),靜穩(wěn)判據(jù)延時(shí)t4單跳。轉(zhuǎn)子低壓判據(jù)滿足7.6發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)汽輪發(fā)電機(jī)可異步運(yùn)行一段時(shí)間,由定子電流大于1.05倍額定電流發(fā)壓出力信號,經(jīng)t2跳閘。7.6發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)

系統(tǒng)發(fā)生不對稱短路,或三相負(fù)荷不對稱時(shí),將有負(fù)序電流流過發(fā)電機(jī)的定子繞組,該電流在氣隙中建立起負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場,以同步速朝與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的方向旋轉(zhuǎn),并在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生100Hz的電流。發(fā)電機(jī)承受負(fù)序電流的能力,是負(fù)序電流保護(hù)的整定依據(jù)之一。7.7發(fā)電機(jī)負(fù)序電流保護(hù)短時(shí)出現(xiàn)負(fù)序電流發(fā)信號。負(fù)序電流持續(xù)時(shí)間達(dá)到規(guī)定時(shí)間時(shí),負(fù)序電流仍存在,則動(dòng)作于切除發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)能長期承受的負(fù)序電流值由轉(zhuǎn)子各部件能承受的溫度決定,通常為額定電流的4%到10%。7.7發(fā)電機(jī)負(fù)序電流保護(hù)發(fā)電機(jī)短時(shí)承受負(fù)序電流的能力:發(fā)電機(jī)在任意時(shí)間內(nèi)承受負(fù)序電流的能力:1、定時(shí)限負(fù)序電流保護(hù)7.7發(fā)電機(jī)負(fù)序電流保護(hù)兩段式定時(shí)限特性曲線7.7發(fā)電機(jī)負(fù)序電流保護(hù)2、反時(shí)限負(fù)序電流保護(hù)保護(hù)判據(jù):保護(hù)動(dòng)作時(shí)限具有反時(shí)限特性7.7發(fā)電機(jī)負(fù)序電流保護(hù)若反時(shí)限動(dòng)作時(shí)間太長,則按下限延時(shí)動(dòng)作。負(fù)序電流大于上限,按延時(shí)動(dòng)作。7.7發(fā)電機(jī)負(fù)序電流保護(hù)7.7發(fā)電機(jī)負(fù)序電流保護(hù)負(fù)序電流在上、下限整定值之間,則按反時(shí)限動(dòng)作反時(shí)限部分定時(shí)限部分7.7發(fā)電機(jī)負(fù)序電流保護(hù)

第8章母線保護(hù)第8章母線保護(hù)8.1裝設(shè)母線保護(hù)基本原則

母線是電能集中和分配的重要場所,是重要組成元件之一。母線發(fā)生故障,將造成大面積用戶停電,可能破壞電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行,導(dǎo)致電力系統(tǒng)瓦解,后果是十分嚴(yán)重的。故障類型:母線可能發(fā)生單相接地或者相間短路。

1、母線短路故障第8章裝設(shè)母線保護(hù)基本原則母線故障原因:1)母線絕緣子和斷路器套管的閃絡(luò);2)母線電壓互感器和電流互感器的故障;3)母線隔離開關(guān)和斷路器的支持絕緣子損壞;4)運(yùn)行人員的誤操作等。8.1裝設(shè)母線保護(hù)基本原則對母線保護(hù)要求:1)保護(hù)在動(dòng)作原理和接線上必須十分可靠,母線故障時(shí)有足夠的靈敏度,區(qū)外故障及保護(hù)裝置本身故障時(shí)保證不誤動(dòng)。2)保護(hù)裝置能快速地、有選擇地切除故障母線。3)大接地電流系統(tǒng)的母線保護(hù),應(yīng)采用三相式接線,反應(yīng)相間和接地故障;小接地電流系統(tǒng)的母線保護(hù),應(yīng)采用兩相式接線,只要求反應(yīng)相間故障。8.1裝設(shè)母線保護(hù)基本原則

2、母線故障的保護(hù)方式(1)利用供電元件的保護(hù)兼母線故障的保護(hù)

8.1裝設(shè)母線保護(hù)基本原則8.1裝設(shè)母線保護(hù)基本原則

利用發(fā)電機(jī)后備保護(hù)兼作母線保護(hù)。8.1裝設(shè)母線保護(hù)基本原則

利用供電元件的保護(hù)兼作母線保護(hù)。8.1裝設(shè)母線保護(hù)基本原則(2)專用母線保護(hù)裝設(shè)專用母線保護(hù)原則:1)110kV及以上雙母線和分段母線。2)110kV單母線,重要發(fā)電廠或110kV以上重要變電所的35~66kV母線,需要快速切除母線上的故障時(shí)。3)35~66kV電力網(wǎng)中主要變電所的35~66kV雙母線或分段單母線,在母聯(lián)或分段斷路器上裝設(shè)解列裝置和其它自動(dòng)裝置后,仍不滿足電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的要求時(shí)。8.1裝設(shè)母線保護(hù)基本原則

4)發(fā)電廠和主要變電所的1~10kV分段母線或并列運(yùn)行的雙母線,須快速地切除一段或一組母線上故障時(shí),或者線路斷路器不允許切除線路電抗器前的短路時(shí)。保護(hù)原理:母線保護(hù)按差動(dòng)原理構(gòu)成。8.2母線差動(dòng)保護(hù)的基本原理比率制動(dòng)原理的母差保護(hù),制動(dòng)電流可克服區(qū)外故障時(shí)由于電流互感器誤差而產(chǎn)生的不平衡電流,在高壓電網(wǎng)中得到廣泛的應(yīng)用。8.1裝設(shè)母線保護(hù)基本原則1、動(dòng)作電流與制動(dòng)電流

國內(nèi)微機(jī)母差保護(hù)一般采用完全電流差動(dòng)保護(hù)原理。完全電流差動(dòng)是將母線上的全部連接元件的電流按相接入差動(dòng)回路。差動(dòng)電流:制動(dòng)電流:8.2母線差動(dòng)保護(hù)(1)單母線完全電流差動(dòng)要求:母線的所有連接元件上裝設(shè)同變比同特性的電流互感器。8.2母線差動(dòng)保護(hù)(2)雙母線差動(dòng)保護(hù)總差動(dòng)(大差)的啟動(dòng)元件,反應(yīng)流入Ⅰ、Ⅱ段母線所有連接元件電流之和,區(qū)分母線短路故障和外部短路故障。

采用Ⅰ母分差動(dòng)(小差)和Ⅱ母分差動(dòng)作為故障母線的選擇元件,分別反應(yīng)各連接元件流入Ⅰ母線、Ⅱ母線電流之和,從而區(qū)分出Ⅰ母線故障還是Ⅱ母線故障。8.2母線差動(dòng)保護(hù)大差Ⅰ母小差Ⅱ母小差“0”代表分,“1”代表合。8.2母線差動(dòng)保護(hù)(3)母聯(lián)兼旁路形式的雙母線接線

閉合,打開時(shí),母聯(lián)由雙母線形式中母線聯(lián)絡(luò)作用改作旁路斷路器。8.2母線差動(dòng)保護(hù)2、復(fù)式比率制動(dòng)母差保護(hù)判據(jù)差動(dòng)電流:制動(dòng)電流:由于在制動(dòng)電流中引入了差動(dòng)電流,使得該元件在發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時(shí)制動(dòng)電流近似為零,保護(hù)系統(tǒng)無制動(dòng)量;在發(fā)生區(qū)外故障時(shí)保護(hù)系統(tǒng)有極強(qiáng)的制動(dòng)特性。8.2母線差動(dòng)保護(hù)1)分相復(fù)式差動(dòng)判據(jù)拐點(diǎn)前動(dòng)作電流:>拐點(diǎn)后動(dòng)作電流:>8.2母線差動(dòng)保護(hù)8.2母線差動(dòng)保護(hù)

第8章母線保護(hù)8.3典型微機(jī)母線保護(hù)

微機(jī)母線保護(hù)對輸入各路電流、電壓模擬量、開關(guān)量及差動(dòng)電流和負(fù)序、零序量的監(jiān)測和顯示,提高了裝置的可靠性和可信度,改善了保護(hù)人機(jī)對話的工作環(huán)境,減少了裝置的調(diào)試和維護(hù)工作量。

1、微機(jī)母線保護(hù)的配置

微機(jī)母線保護(hù)在硬件上采用多技術(shù),使保護(hù)各主要功能分別由不同的獨(dú)立完成,來提高保護(hù)的可靠性。8.3典型微機(jī)母線保護(hù)2)其他保護(hù)配置:斷路器失靈保護(hù),由斷路器的失靈啟動(dòng)觸點(diǎn)來啟動(dòng)失靈保護(hù),最終斷開連接該母線的所有支路斷路器。(1)微機(jī)母線保護(hù)的配置1)主保護(hù)配置:母線主保護(hù)為復(fù)式比率差動(dòng)保護(hù),采用復(fù)合電壓及斷線閉鎖方式閉鎖差動(dòng)保護(hù)。8.3典型微機(jī)母線保護(hù)3)保護(hù)啟動(dòng)元件配置-啟動(dòng)元件有三種:母線電壓突變元件;母線各支路的相電流突變量元件;雙母線的大差動(dòng)過電流元件。只要有一個(gè)啟動(dòng)元件動(dòng)作,母線差動(dòng)保護(hù)即啟動(dòng)工作。2、微機(jī)母差保護(hù)電流變比設(shè)置

常規(guī)的母差保護(hù)要求母線上的各個(gè)支路變比必須完全一致,微機(jī)母線保護(hù)的變比可由菜單輸入到微機(jī)保護(hù)裝置,由軟件不平衡補(bǔ)償,允許母線各支路差動(dòng)不一致。8.3典型微機(jī)母線保護(hù)

1、啟動(dòng)元件程序邏輯大差動(dòng)受Ⅰ、Ⅱ段復(fù)合電壓閉鎖。啟動(dòng)元件由大差、母線電壓突變量啟動(dòng)、各支路電流突變量啟動(dòng)三個(gè)部分組成。8.4微機(jī)母線保護(hù)程序邏輯

啟動(dòng)元件動(dòng)作后,程序才進(jìn)入復(fù)式比率差動(dòng)保護(hù)的算法判據(jù)。因此要求啟動(dòng)元件必須在差動(dòng)保護(hù)計(jì)算判據(jù)前正確啟動(dòng)。8.4微機(jī)母線保護(hù)程序邏輯

故障時(shí)瞬時(shí)采樣值

前一周波的采樣值電壓突變量當(dāng)>時(shí),母線電壓突變量啟動(dòng)。電流突變量啟動(dòng)類似電壓。8.4微機(jī)母線保護(hù)程序邏輯

2、母線復(fù)式比率差動(dòng)保護(hù)程序邏輯8.4微機(jī)母線保護(hù)程序邏輯1)大、小差動(dòng)元件邏輯關(guān)系:大、小差都是差動(dòng)保護(hù)的兩個(gè)判據(jù)為核心,所不同的是它們的保護(hù)范圍和差動(dòng)電流、制動(dòng)電流取值不同。

小差動(dòng)作,大差動(dòng)必然動(dòng)作,為提高保護(hù)可靠性,用大差與兩個(gè)小差成與門。2)復(fù)合電壓元件作用及其邏輯關(guān)系:防止二次回路電壓互感器斷線引起的誤動(dòng),復(fù)合電壓起閉鎖作用。由正序低電壓、零序和負(fù)序過電壓構(gòu)成的“或”元件。8.4微機(jī)母線保護(hù)程序邏輯復(fù)合電壓邏輯框圖:8.

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