发电机及电动机保护.docx

发电机及电动机保护原理与整定计算》长沙理工大学，穆大庆§1 发电机保护§1-1 发电机纵差保护 基本原理：与线路纵联差动及变压器纵联差动相同 作用：反映发电机内部（包括机端引线）相间短路（横向故障）的主保护 作用对象：出口 QF,灭磁开关，停机、完全纵差与不完全纵差的差动电流i d与制动电流ihcd zh1、完全纵差保护可反映 G 内部相间短路，但不能反映匝间短路和开焊故障TA1—』T-e— e 相TA2TA1包相相间短路（i T+1 N=i d）匝间短路或开焊（i T+i N=0）1zh 2cd T N差动电流icd=iiT+iN i；制动电流izh=」it-iN i2、不完全纵差正常运行及外部短路匝间短路或开焊（IT/ iN=K）出口侧TA1接相电流，而中性点侧TA2只接每相部分分支的电流，同时为了保证在正常运行及外部短路时差动电流为 0，需进行分支比例调整1差动电流id=i i T +k i N i；制动电流i h=—I i t-k i N icd T N zh 2 T N分支系数 K=中性点全电流分支电流不完全纵差可反映 G 内部相间短路、匝间短路和开焊故障比率制动特性及整定计算：1、 最小启动电流Id .:躲过正常工况下最大的差动不平衡电流。

dz.min一般 Id . =（0.3〜0.4） I 2dz. mm e.22、 拐点电流Ih .:一般取I h. =（0.5〜0.8） I 2zh.min zh.min e.23、 制动特性斜率Kzh：躲过外部短路最大不平衡差动电流一般Kzh =0.3〜0.5 （不完全纵差Kzh应适当偏大）4、 差动速断动作电流Id : 一般取Id =（4~8） I 2dz.max dz.max e.25、 内部短路灵敏度校验：要求机端两相金属性短路的灵敏系数Klm >2.0 三、纵联差动出口方式1、单相出口方式可设置TA断线闭锁差动出口及差动电流Icd大于解除闭锁定值I」而解除闭锁功能解除闭锁定值鼻=（0.8〜1.2） Ie.2考虑到TA二次断线会引起高电压的危险，大型发电机组往往不采用TA断线闭锁，将 解除闭锁定值Ijc设为0即可2、循环闭锁出口方式循环闭锁：至少有两相差动动作，差动保护才出口动作（发电机中性点不直接接地， 单相接地不形成短路）为保证发电机内一相接地且发电机外另一相接地的两点接地短路情况下差动保护能 可靠动作，则当仅一相差动动作但存在较大负序电压时，则解除循环闭锁解除循环闭锁 的负序电压定值 UJC=（9~12）V若仅一相差动动作且无负序电压，则判为 TA 断线而发信号。

§1-2 发电机横差保护作用：反映G内部绕组（不含机端引线）相间短路、匝间短路和开焊故障的主保护 作用对象：出口 QF,灭磁开关，停机一、裂相横差保护（也称三元件横差保护，构成相对复杂，作为单元件横差的补充） 1、基本原理（正常） （匝间短路） （相间短路）（1） G正常运行或外部短路时两支绕组电势相等，故两支电流大小相等，差动电流 Icd = 0 cd（2） 同一支绕组上匝间短路（a：短路匝数占整支匝数的百分比）两绕组电势不相等一环流Id~较大I d = 21丿nTAd cd d TAa-0时，Id-0,拒动出现死区cd（3） 同相不同支绕组上匝间短路（al, a2）两绕组电势不相等一环流I'厂较大I d = 2I'k/ nTAd cd k TAa = （al —a2）-0时，気~0,拒动出现死区⑷ 相间短路产生较大Id~较大Icd = Id/ nTA⑸ 开焊故障：某支开焊时，一支无电流、一支有电流f较大Icd = Ifh/ nTA2、整定计算 l比率制动特性：差动电流Icd=|ifzi + ifz2】；制动电流Izh=2lifzi— ifz2 1⑴ 最小启动电流Idz.min=（0.3〜0.5） Ie.2⑵拐点电流打血/©2〜0.5）L（3） 制动特性斜率 Kzh=0.4〜0.5⑷差动速断动作电流Idz.max=（4~8）1.23、多并联分支的水轮发电机裂相横差为保证在正常运行及外部短路时两组TA产生的差动电流为0,需在保护内部进行平 衡系数调整。

二、零序电流横差保护（也称单元件横差或高灵敏度横差，构成简单且灵敏度高） 在每相多分支的多个中性点连线上接入零序电流式横差保护：左星形： IL=IA.L+IB.L+IC.L ,右星形： IR =IA.R+IB.R+IC.R f Icd =|IL—IR | / nTA 正常运行及外部短路时：Icd = Ibp（很小），保护不动作匝间短路时（a）： Id =Id / nTA （环流，很大），保护动作cd d TAa - 0时，Id - 0,保护拒动出现死区cd转子两点接地-转子磁场畸变-横差保护误动措施：G 有转子两点接地保护时，转子一点接地后横差保护改为经短延时 t 出口；G 无转子两点接地保护时，转子一点接地后横差保护不延时，允许横差保护瞬时出口动作电流定值Id :躲过系统不对称短路及发电机失磁失步时转子偏心产生的最大不平 dz衡电流（由于微机保护内部有专门三次谐波过滤，不需考虑三次谐波影响）：一般取 Idz =（0.3〜0.4）Ie.2短延时t：与两点接地保护动作时间配合，一般取0.5〜1.0S（为提高保护灵敏度， TA 变比一般选择较小： 200/5〜600/5）§1-3 发电机纵向零序电压匝间短路保护一、 基本原理（两段式：I段大定值；II段小定值） 反映发电机内部绕组相间短路、匝间短路及分支开焊故障。

・ ・ ・ ・ ・ ・ __. r • • ・ ・U an= U AN； U bn= U BN； U cn= U CN；贝^： 3 U 0=（U AN + U BN + U CN " %VG内部故障一三相机端对中性点电压不平衡一较大纵向基波零序电压3 U 0-保护动作外部短路时或专用TV回路有问题，可能出现较大|3 U 0|,导致保护误动措施：增加 负序方向元件P2,只有内部故障时P2为正，才开放纵向基波零序电压保护为防专用 TV 断线导致保护误动，引入专用 TV 断线闭锁专用 TV 断线闭锁判据采 用普通机端TV与专用TV的同名相电压差是否大于定值AU二、 整定计算 可采用两段式纵向零序电压保护：I段整定值3U0.dz.I： 125MW汽轮发电机取8V以上；200〜300MW汽轮发电机取5〜8V；II 段基波整定值 3Uo.dz.]]=（O.4〜0.8） 3U0.dz.]（—般约 2〜3V）；II段三次谐波整定值3U0.3w.dz.]]：取发电机额定负荷下三次谐波电势，一般取2〜5V；II段三次谐波增量制动系数K : 一般取0.4~0.5；ZII段延时t：为确保专用TV 一次断线时保护可靠不误动，II段需延时0.15〜0.2S；专用TV断线判断定值AU：取7~10V三、缺点*该保护可靠性不高（容易误动）*定子单相接地故障（k点接地），由于专用TV的n与发电机N相连且不接地，三相电压平衡未被破坏，无纵向 3U 0输出，保护不会误动（该保护是反映 G 内部短路和开焊的一 种主保护，不是定子接地保护）。

但是专用 TV 的 n 与发电机 N 的连接电缆绝缘破损而接 地时，将造成定子接地保护误动§1-4 发电机定子绕组单相接地保护一、我国发电机单相接地电流允许值6.3kV及以下4A10.5kV3A13.8〜15.75kV2A （氢内冷发电机为2.5A）18kV 及以上1A二、基波零序电压保护 定子绕组单相接地时，出现较大的零序电压，利用该零序电压可构成定子绕组接地保 护零序电压取自发电机出口 TV的开口三角形或发电机中性点单相TV该保护反映接 地电容电流Ic < 5A的情况，无选择性动作于信号零序动作电压3U0.dz： 取 10〜13V；发电机出线为封闭母线时取5〜10V动作延时t：大于主变高压侧接地短路后备保护最长动作时间一般t取6~9S 在靠中性点附近单相接地时，该保护存在死区，死区达 10%〜15%三、反映三次谐波构成的 100%定子接地保护第一部分：零序电压保护，死区： =10%〜15%第二部分：利用 G 固有三次谐波电势1、三次谐波电压保护基本原理 常规三次谐波保护动作条件：机端三次谐波电压US3>中性点三次谐波电压UN3 (即：US3/ UN3> 1)(1) 正常运行时即：US3 < UN3中性点对地电抗：XN3=1/(J9®Cg);机端对地电抗：XS3=l/[j9®(CG+Cs)] 中性点三次谐波电压： UN3= XN3E3/( XN3 + XS3) 机端三次谐波电压： US3= XS3E3/( XN3 + XS3) 则： US3/ UN3= XS3/ XN3= (CG)/(CG+CS) < 1 动作条件不满足，不动作。

2)定子绕组单相接地时(a)设 F 点定子绕组金属性接地UN3=E'3，US3=E”3 故： US3/UN3= E”3/E'3「a<50%时(F点位于M点左侧)，US3 > UN3,满足动作条件，动作L a>50%时(F点位于M点右侧)，US3 < UN3，不满足动作条件，不动作零序电压保护和三次谐波电压保护互相补充(死区互补)一100%定子接地保护实际定子接地往往并非金属性一三次谐波电压保护灵敏度不高(保护范围达不到中性 点侧的 50%)2、三次谐波定子接地保护改进判据改进型动作条件：| US3— Kp• UN3I>卩・l UN3I 适当调整系数Kp使正常运行时| U S3 — Kp • U N3 1=°当靠中性点定子绕组接地，F，百N3JT百S3-兀百N31"邛"百N31〜保护灵敏动作当靠机端定子绕组接地，百S31，百N3^T百S3- K 百n3 2的百N3 一保护动作可见改进型的三次谐波保护甚至可以单独作为 100%定子接地保护）微机型三次谐波定子接地保护中K采用自适应系数：K二J3（k_ PN） P P U （k - pN）N3动作条件：1 U S3（k）- :S3：： -；：） • U N3（k）|>P J U N3（k）1N3（k：本采样点，k-pN：前整数个周波的采样点）(0 取 0.1〜0.15)幅值比突变量式动作条件：,I U (k)1 I U (k - pN)1I S3 — S3I U (k )I I U (k — pN )1N 3 N3I > APset相量比突变量式动作条件：I US 3（k） — US 3（k_ pN） I > AP t U （k） U （k — pN） setN3 N 3§1-5 发电机转子接地保护 一、电桥式转子一点接地保护二、叠加直流电压式转子一点接地保护将外加交流电压 U 经过电压变换器 UV 及整流桥 VU 整流得到的直流电压 Ud 经继电 器 K 加到转子的负极与地之间。

继电器K中的直流电流：Id〜[Ud+(Ue/2)]/(RK+Ry)(Rk：继电器K的内阻；R ：励磁绕组对地绝缘电阻) Ky正常时：Ry f °°, Id f 0,保护不动作转子回路绝缘下降或一点接地时：Ry !f Idt，保护动作于信号若接地点在励磁绕组负极性端，Id 。