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)

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.