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第二章发电机微机继电保护原理

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第二章 发电机微机继电保护原理 1.纵差保护(含TA断线闭锁) (相间短 路) 2.定子绕组横差保护保护 (匝间短路) 3.100%的定子接地保护(定子单相接地 ) 4. 外部短路的过流保护(后备保护) 5. 负序过电流保护(转子表面过热保护 ) 6. 定子绕组过负荷保护 6. 转子绕组接地保护、失磁保护、过负 荷保护 7. 失步保护 8. 逆功率、过励磁、低频率保护等 发电机定子绕组短路故障的特点 相间短路最严重-主要有五种情况 单相接地电弧引发相间短路 相间绝缘击穿短路 单相接地对地电压升高,引发另一点接地 发电机端部相间短路 同一相匝间短路 一.比率制动式纵差动保护 外部短路不误动——躲最大不平衡电流; 内部短路灵敏度高——定值要低; 动作值(电流)随外部短路电流增大而自动 增大称为比率制动特性。 动作量: Id=|I’1+I’2| 制动量: Ires=|(I’1-I’2)/2| 动作条件:Id≧Id.min (Ires≦Ires.min) Id ≧Id.min+K*(Ires-Ires.min) (Ires〉Ires.min) K为制动特性斜率K=tgα。 Id.min躲最大负荷下不平衡电流(0.1—0.2)I2n。 Ires.min一般≦I2n,外部短路时呈比率制动特性。 制动线斜率 K=tgα;经验整定。外部短路时有制动。 比率制动 特性曲线 Id Ires.min Id.min Ire s 二.标积制动式纵差动保护 动作量 制动量 动作方程 标积制动式与比率制动式区别 Ø区外短路时,φ=180°,cosφ=-1,动 作量为零,而制动量达最大值KresI2,保 护可靠不动作。 Ø区内短路时,φ≈0,cosφ≈1,制动量为 负,负值的制动量即为动作量,即此时动 作量为(I1+I2)2+KresI1I2,制动量为零, 大大地提高了保护动作的灵敏度。 标积制动式与比率制动式区别 Ø当发电机单机送电或空载运行时发生 区内故障,因机端无电流,制动量为 零,动作量为I22,保护仍能灵敏动作 。而比率制动式差动保护在这种情况 下会有较大的制动量,降低了保护的 灵敏度。 三.发电机纵差动保护动作逻辑 1.单相纵差动保护的动作逻辑 一相差动动作:TA断线闭锁 三.发电机纵差动保护动作逻辑 2.循环闭锁方式动作逻辑 相间短路必有多个差动动作,单个为TA断线 防机内一点机外一点故障误认TA断线,用负序电 压判。(断线无U2) 四.发电机不完全纵差动保护接线 发电机每相绕组有两个或多个并联分支时,取中 性点侧部分分支电流构成差动保护。 发电机内部发生相间和匝间短路或绕组开焊 故障均会有差流,超过定值时可动作切除故障。 第二节发电机定子绕组匝间短路保护 一.发电机单元件横差动保护 把发电机定子绕组接成两个星形,一个电流互感器 连接于两个星形中性点连线中。即把两个星形的三相 电流之和进行比较。 发生匝间短路时,两个星形中性点连线中将有环流 流过,使保护动作。 一.发电机单元件横差动保护 采用电流互感器连接于两个星形中 性点连线方式存在问题: 发电机均有三次谐波电势,若两 支路E3不相等,则连线中会有环流。 处理方法: 增加三次谐波滤除器,削弱三次谐 波; 二、 纵向零序电压式定子绕组匝间短路保护 1. 基本原理 匝间短路时纵向不对称(相对于中性点,不是地)。 用专用的TV一次侧中性点和发电机中性点直接连接(不接 地)。纵向零序电压(相对中性点) 2. 负序功率方向元件 区外故障负序功率流向发电机,闭锁匝间保护 N ΔP2 二、 纵向零序电压式定子绕组匝间短路保护 2. 专用电压互感器接线 设A相匝间短α%,相差仍1200 纵向零序电压 3.负序功率方向闭锁 用于区外短路时,防止匝间短路保护误动 。 不同故障情况下,机端的负序功率方向 (a)区内故障; (b)区外故障; (a) (图内I2为正方向,实际相反) (b)(c)匝间短路 第三节 发电机定子绕组单相接地保护 一.发电机定子绕组单相接地时的基波零序电压和电 流 第三节 发电机定子绕组单相接地保护 一 .发电机定子绕组单相接地时的基波零序电压和电流 定子绕组单相接地时电容电流 当中性点不接地时,故障点的接地电流为 当中性点经消弧线圈接地时,故障点的接地 电流为 总电容为定值,一般采用欠补偿运行方式 二、利用零序电压构成定子绕组单相接地保 护 定子绕组单相接地故障时出现3U0(对 地)随接地故障点的位置不同而变化,取动作 电压为10V时,保护区为90% 。 为提高灵敏度应滤掉三次谐波; 动作延时应大于系统中接地的后备 保护动作延时。 二.利用零序电压构成的定子绕组单相接地保护 3U0取自发电机出口TV或中性 点接地配变二次侧。动作区机端向中性 点85-90%。 影响因素: n TV一次侧断线的闭锁措施。 n 发电机的三次谐波电势,需有三次 谐波滤除功能。 n 机端三相TV各相间的变比误差; n 发电机电压系统中三相对地绝缘不 一致; n 主变压器高压侧发生接地故障时由 变压器传递到发电机的系统零序电压。 发电机定子单相接地极有可能发展成为 匝间短路、相间短路和两点接地短路。 大型发电机中性点高阻抗(配电变压器, 二次侧接小电阻)可限制暂态过电压)接地 。定子绕组单相接地故障,要求保护有 100%的保护范围。动作于短延时信号、长 延时跳闸全停。 三 、发电机定子接地100%的保护。 (1)利用发电机固有三次谐波电势在发电机端或中 性点侧单相接地时三次谐波电压的比值变化实现保护 。 (2)附加直流或低频(25HZ)电源,从机端电压互 感器注入电流,定子单相接地时反映电流增大而动作 ; (3)发电机中性点加装固定工频偏移电压, 10% ~ 15%发电机相电压,中性点引出线加装零序电流互感 器。当发电机定子单相接地时,由偏移电压加大接地 电流而动作; 利用三次谐波电压构成的发电机定子绕组单相接 地保护 。 利用发电机固有三次谐波电势在发电机端或中性 点侧单相接地时三次谐波电压的比值变化实现保护。 1。三次谐波电势分布特点 发电机对地电容等效在中性点和机端,引出线、 变压器等电容也等效。 1。三次谐波电势分布特点 正常运行机端三次谐波电压与中性点侧 三次谐波电压之比恒小于1。 1。三次谐波电势分布特点 正常运行机端三次谐波电压与中性点侧 三次谐波电压之比恒小于1。 当发电机中性点采用消弧线圈时,中性点的三次谐波电压更大。 1。三次谐波电势分布特点 设当发电机距中性点α处发生金属性单相接地时,有 US3、UN3随α变化的关系: 当αUN3 2。反应三次谐波电压比值 和基波零序电压构成100%定 子接地保护 Ø 利用机端三次谐波电压US3作为动作量,用中性 点侧三次谐波电压UN3作为制动量,当US3≥ UN3为 保护动作条件,在正常运行时不会动作;当接地发 生在近中性点侧,有较高灵敏性。保护范围中性点 侧50%。 Ø 利用机端电压互感器开口三角形上引出的基波零 序电压,构成反映α15%以上范围的单相接地故障 。接地故障越接近机端,灵敏性越高。 利用两者的组合,构成100%定子接地保护 。 2。反应三次谐波电压比值 和基波零序电 压构成100%定子接地保护 第四节 发电机的负序过电流保护 一.负序过电流保护的作用 负序过电流引起转子过热(产生100Hz振动)(主保 护);邻元件不对称短路的后备保护(灵敏度高) 。 二.两段式负序过流过负荷保护 躲过长期允许负序电流, 延时t2(5-10s)发信号。 躲短时允许负序电流, 延时t1(3-5s)跳闸。 不能和发热允许负序 电流曲线很好配合 不能反应负序电流变化时转子的热积累过程。 I2* 0.5 0.1 t t2t1 三 .反时限负序过流保护 发热量与负序电流平方和持续时间的乘积 成正比为反时限特性,定时限保护不能正确反应热积 累过程,因此采用负序反时限过流保护作为转子过热 的主保护. 上限定时限:I2I2up(2.0) tup=1.0s时限与 高压侧出线快速保护配合; 下限定时限:I2I2m负序反时限过流保护启动 值。长延时t1跳闸解列。 反时限: I2mI2ms延时ts发信号 第五节 发电机失磁保护 励磁机 励磁变 1。发电机转子短路故障 2。励磁机、励磁变故障 3。整流器故障 4。灭磁开关误动作 失磁原因: 一、 发电机失磁过程 1。发电机失磁 → Eq 2。电磁转矩 900 → 4。发电机电势Uset=Krel U2ω.unb.N U2ω.unb.N——发电机额定负荷时,机端二次 谐波电压实测值 二.反应发电机定子电压二次谐波分量的励磁回 路两点接地保护 为防止误动作,保护受转子一点接地保护闭锁, 当转子绕组发生一点接地后,自动将转子两点接地保 护投入工作。 保护经一定延时后动作于跳闸,以躲过外部短路 暂态过程的影响和瞬时转子绕组两点接地短路,延时 时间t一般取0.5-1.0s。 第八节 发电机组其他保护 一.发电机及变压器过励磁保护 二.发电机逆功率保护 三.发电机低频保护 四.发电机误上电保护及断路器闪络保护 五.启停机保护 六.定子绕组对称过流/过负荷保护 七.励磁绕组过流/负荷保护
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