发电机微机继电保护原理

U AD (1 )EA U BD EB EA UCD EC EA
U k0α
1 3 (UAD
U BD
UCD )
EA
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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
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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
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。
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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
U N 3 E3
U S3 (1 )E3
US 3 1 UN3
纵向零序电压
3U0 U AN UBN UCN E
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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；
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(b)区外故障；
(图内I2为正方向，实际相反）
(c)匝间短路
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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
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皮肌炎图片——皮肌炎的症状表现
皮肌炎是一种引起皮肤、肌肉、 心、肺、肾等多脏器严重损害的， 全身性疾病，而且不少患者同时 伴有恶性肿瘤。它的1症状表现如 下：
1、早期皮肌炎患者，还往往 伴有全身不适症状，如-全身肌肉 酸痛，软弱无力，上楼梯时感觉 两腿费力；举手梳理头发时，举 高手臂很吃力；抬头转头缓慢而 费力。
ΔP2
N
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
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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
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U AN EA (1 )E U BN EB Ee j1200 UCN EC Ee j1200
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发电机失磁异步运行影响：
(3) 在转子及励磁回路中将产生频率 为fg - fs的交流电流，即差频电流。差 频电流在转子回路中产生的损耗，将 使转子过热。
(4) 有功功率要发生周期性摆动。有 很大的电磁转矩周期性地作用在发电 机轴系上，引起机组振动。
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发电机失磁异步运行影响：
IK j3（Cf Cw）EA
当中性点经消弧线圈接地时，故障点的接地 电流为
Ikα j 1L 3(Cf Cw ) EA
总电容为定值，一般采用欠补偿运行方式
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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。
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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%。
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影响因素：
TV一次侧断线的闭锁措施。 发电机的三次谐波电势，需有三次谐 波滤除功能。
机端三相TV各相间的变比误差；
发电机电压系统中三相对地绝缘不一 致；
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。
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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。
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标积制动式与比率制动式区别
➢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。
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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
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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。
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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
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US3、UN3随α变化的关系：
US3 1 UN3
当α<50%时，恒有US3>UN3
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US3 1 UN3
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2。反应三次谐波电压比值U N3 和基波零序电压构成100%定子
接地保护
U s3
➢ 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
二．发电机失磁后的机端测量阻抗 2。临界失步点（静稳阻抗边界圆、等无功圆）
Us2 Q
X
圆内为静失稳
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临界失步阻抗圆
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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）
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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。
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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。
UN3
COf 2CW 2(COf CW
Id
比率制动特 性曲线
Id.min
Ires.min
Ire
s
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。
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二.标积制动式纵差动保护
动作量 Id I1 I2 2
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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；
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。
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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。
制动量 Ires kres I1 I2 cos
动作方程
I1 I2 2 kres I1 I2 cos
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标积制动式与比率制动式区别
➢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。
➢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。
6。发电机减少功率输出 → Py ↓
7。异步运行，功率平衡
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发电机失磁异步运行影响：
(1) 需要从电力系统中吸收很大的无功功 率以建立发电机的磁场。失磁前带的有功 功率越大，失磁后转差就越大，所吸收的 无功功率也就越大，将因过电流使定子过 热。
(2) 从电力系统中吸收无功功率将引起电 力系统的电压下降，从而破坏了负荷与各 电源间的稳定运行，甚至可能因电压崩溃 而使系统瓦解。
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第五节 发电机失磁保护
励磁机
励磁变
失磁原因：
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
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一、 发电机失磁过程
1。发电机失磁 → Eq ↓ 2。电磁转矩 < 机械转矩 → δ ↑
3。 δ> 900 → 失去静态稳定 4。发电机电势< 系统电压 → Q 从系统吸收 5。发电机异步运行 → Py 向系统发出
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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
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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。
(5) 低励磁或失磁运行时，定子端 部漏磁增加，将使端部和边段铁 芯过热，这一情况通常是限制发 电机失磁异步运行能力的主要条 件。
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二．发电机失磁后的机端测量阻抗 1。正常运行机端测量阻抗
P
EdUS XΣ
sin
Q
EdUS
cos
U
2 S
XΣ
XΣ
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等有功阻抗圆
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延时t1(3－5s)跳闸。
0.5
不能和发热允许负序
0.1
电流曲线很好配合
t
不能反应负序电流变化时转子的热积累t1过程t2。
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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：I2>I2up(2.0) tup=1.0s时限与高压侧出 线快速保护配合; 下限定时限：I2>I2m负序反时限过流保护启动值。 长延时t1跳闸解列。 反时限： I2m<I2<I2up 范围内。 负序过负荷发信号:I2>I2ms延时ts发信号
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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；
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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)
压构成100%定子接地保护
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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，
I2*
延时t2(5－10s)发信号。
躲短时允许负序电流，
)
E3
US3
COf 2(COf CW
)
E3
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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。
UN3
COf 2CW 2(COf CW
)
E3
US3
COf 2(COf CW
)
E3
US3
COf
1
U N3 (COf 2CW )
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生在近中性点侧，有较高灵敏性。保护范围中性点 侧50%。
➢ 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α>15%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 。
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2。反应三次谐波电压比值
UN3 U s3
和基波零序电