第6单元-发电机继电保护
发电机保护
（二）三次谐波电压比率定子接地保护
三次谐波电压比率判据只保护发电机中性点25％左右的定子接地，机端三次谐波电压取自机 端TV开口三角，中性点侧三次谐波电压取自发电机中性点TV。 1、三次谐波电压差动定子接地保护
2、三次谐波电压比率定子接地保护(我厂发电机单相接地采用此保护)
三次谐波保护延时：躲过区外故障后备保护延时，建议取6～9S，故实际取t1 = 6s。 出口方式：三次谐波定子接地保护动作于信号。
基波零序电压保护
跳闸或 信号
U>
三次谐波电 压滤过器
动作电压整定值应 躲开正常运行时的不平 衡电压（包括三次谐波 电压）； 变压器高压侧接地 时在发电机端所产生的 零序电压闭锁保护。
（一）基波零序电压保护定值（我厂发电机定子接地采用零序电压保护）
• 基波零序电压保护发电机85～95％的定子绕组单相接地。基波零序电压保护反应发电 机零序电压大小。由于保护采用了频率跟踪、数字滤波及全周傅氏算法,使得零序电压 对三次谐波的滤除比达100以上,保护只反应基波分量。按以下两个条件选取： u按躲过发电机正常运行时中性点PT的基波最大不平衡电压U unb.max整定，即动作电 压U 0.opj为：U 0.opj = K relU unb.max =1.3*Uunb.max 式中： K rel---可靠系数，取1.3； U unb.max---中性点实测基波不平衡零序电压。 按规程，取10%～15%额定电压整定，这里取10%， 考虑两种情况： 1）按规定，该延时应与110kV系统侧接地后备保护配合，而接地后备保护一般为 tmax = 0.3s，所以零序电压灵敏段保护延时为t1 = tmax + Dt = 0.5s 2）发电机单相接地时的接地电流： 假定距发电机中性点位置发生金属性单相接地，单相接地电容电流可表示为： 当发电机定子发生单相接地时，切除故障时间久，对发电机十分不利。注意到零序动 作电压已可靠躲过系统接地时耦合到低压侧的零序电压，所以动作时限可降低。同时 考虑发电机定子绕组由一点接地发展成两点接地故障时间一般不超过1.5s，故该保护 动作时间应不超过0.5s，这对发电机是有利的。故：动作时限取t1 = 0.5s。出口方式： 动作于发电机全停。
电力系统继电保护及安全自动装置
2、消弧线圈的感性电流能起到补偿接地故障时的容性电流，使 接地故障电流减少。补偿有三种不同的运行方式：欠补偿、全 补偿、过补偿。 （1）欠补偿：补偿后电感电流小于电容电流；（当电网中因故 障或其他原因切除部分线路后，接地故障电容电流减小，导致 电感电流等于电容电流，从而形成全部长的运行方式而造成串 联谐振，出现很大的过电压。） （2）过补偿：补偿后电感电流大于电容电流； （3）全补偿：补偿后电感电流等于电容电流。（会发生串联谐 振从而使消弧线圈受到很高的电压。） \(^o^)/~消弧线圈一般采用过补偿方式
5、提高系统稳定性的主要措施 （1）减小线路电抗； （2）线路上装设串联电容； （3）装设中间补偿设备；（同步调相机、电容器） （4）采用直流输电。 二、中性点接地方式及消弧线圈的补偿方式 1、电力系统中性点接地方式： （1）中性点直接接地；（大接地电流系统：X0/X1≤4—5） ——用在110kV以上的系统中。 （2）中性点经消弧线圈接地；（小接地电流系统：X0/X1＞4— 5） ——用在3—35kV系统中。
通过预防事故或缩小事故范围来提高系统运行的可靠性， 最大限度地保证向用户安全连续供电。
五、继电保护的基本原理
——利用短路故障时电气量的变化，便构成了各种原理的继电 保护。 （1）根据短路故障时电流的增大，可构成过电流保护。 （2）根据短路故障时电压的降低，可构成电压保护。 （3）根据短路故障时电流与电压之间相角的变化，可构成功率 方向保护。 （4）根据电压与电流比值的变化，可构成距离保护。 （5）根据故障时被保护元件两端电流相位和大小的变化，可构 成差动保护。 （6）根据不对称故障时出现的电流、电压的相序分量，可构成 零序电流保护、负序电流保护和负序功率方向保护。 \(^o^)/~此外，除了反应工频电气量的保护外，还有反应非工 频电气量的保护，如电力变压器的瓦斯保护及反应电动机绕组 温度升高的过负荷或过热保护等。
发电厂电气部分第六章习题解答
第6章导体和电气设备的原理与选择6-1什么是验算热稳定的短路计算时间t k以及电气设备的开断计算时间t br？答：演算热稳定的短路计算时间t k为继电保护动作时间t pr和相应断路器的全开断时间t br之和，而t br是指断路器分断脉冲传送到断路器操作机构的跳闸线圈时起，到各种触头分离后的电弧完全熄灭位置的时间段。
6-2开关电器中电弧产生与熄灭过程与那些因素有关？答：电弧是导电的，电弧之所以能形成导电通道，是因为电弧柱中出现了大量的自由电子的缘故。
电弧形成过程：⑴电极发射大量自由电子：热电子+强电场发射；⑵弧柱区的气体游离，产生大量的电子和离子：碰撞游离+热游离。
电弧的熄灭关键是去游离的作用，去游离方式有２种：复合：正负离子相互吸引，彼此中和；扩散：弧柱中的带电质点由于热运行逸出弧柱外。
开关电器中电弧产生与熄灭过程与以下因素有关：⑴电弧温度；⑵电场强度；⑶气体介质的压力；⑷介质特性；⑸电极材料。
6-3开关电器中常用的灭弧方法有那些？答：有以下几种灭弧方式：1）利用灭弧介质，如采用SF6气体；2）采用特殊金属材料作灭弧触头；3）利用气体或油吹动电弧，吹弧使带电离子扩散和强烈地冷却面复合；4）采用多段口熄弧；5）提高断路器触头的分离速度，迅速拉长电弧，可使弧隙的电场强度骤降，同时使电弧的表面突然增大，有利于电弧的冷却和带电质点向周围介质中扩散和离子复合。
6-4什么叫介质强度恢复过程？什么叫电压恢复过程？它与那些因素有关？答：弧隙介质强度恢复过程是指电弧电流过零时电弧熄灭，而弧隙的绝缘能力要经过一定的时间恢复到绝缘的正常状态的过程为弧隙介质强度的恢复过程。
弧隙介质强度主要由断路器灭弧装置的结构和灭弧介质的性质所决定，随断路器形式而异。
弧隙电压恢复过程是指电弧电流自然过零后，电源施加于弧隙的电压，将从不大的电弧熄灭电压逐渐增长，一直恢复到电源电压的过程，这一过程中的弧隙电压称为恢复电压。
电压恢复过程主要取决于系统电路的参数，即线路参数、负荷性质等，可能是周期性的或非周期性的变化过程。
电力系统继电保护课程设计
课题: 发电机继电保护设计专业: 电气工程及其自动化班级：姓名：指导教师：设计日期：2016.6。
14～2016.6。
25成绩：目录1。
绪论 (1)1.1继电保护概述 (1)1.2继电保护基本要求 (1)2.发电机变压器参数 (2)2.1 原始资料 (2)2.2发电厂规模 (5)2.3主接线（一机组一出线） (5)2。
4课程设计的主要内容 (5)3。
短路电流计算 (6)3.1相关短路点及短路方式的选择 (6)3.2 短路计算点的选择 (7)3.3 整定电流选择 (9)4.发电机保护配置的选取及整定原则 (9)4.1发电机的保护配置 (9)4。
2发电机纵差保护整定 (10)4.3发电机的定子单相接地保护 (11)4.4发电机的负序过电流和转子接地保护 (11)4。
5发电机的失磁保护 (12)4.6发电机的其他保护 (12)5。
继电保护整定计算 (13)5.1发电机纵差保护整定 (13)5.2过电流保护整定 (14)5。
3过负荷保护整定 (15)6.仿真图 (16)7.总结 (17)8。
参考文献 (17)9.附录 (18)1.绪论1。
1继电保护概述电力系统在运行中，由于电气设备的绝缘老化、损坏、雷击、鸟害、设备缺陷或误操作等原因，可能发生各种故障和不正常运行状态。
最常见的而且也是最危险的故障是各种类型的短路，最常见的不正常运行状态是过负荷,最常见的短路故障是单相接地.这些故障和不正常运行状态严重危及电力系统的安全和可靠运行,这就需要继电保护装置来反应设备的这些不正常运行状态。
所谓继电保护装置,就是指能反应电力系统中电气设备所发生的故障或不正常状态,并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。
它的基本作用是：①当电力系统发生故障时，能自动地、迅速地、有选择性地将故障设备从电力系统中切除,以保证系统其余部分迅速恢复正常运行，并使故障设备不再继续遭受损坏.②当系统发生不正常状态时，能自动地、及时地、有选择性地发出信号通知运行人员进行处理，或者切除那些继续运行会引起故障的电气设备。
电力系统继电保护(详细版)
1. 电力系统的三种状态：正常运行，不正常运行和故障运行。
2. 继电保护的任务和作用：①当电力系统发生故障时，自动，迅速、有选择的将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏，保证其他无故障元件迅速恢复正常运行。
②反应电气元件的不正常运行状态，并根据不正常运行情况的类型和电气元件的维护条件，发出信号，由运行人员进行处理或自动进行调整。
反应不正常运行状态的继电保护装置允许带有一定个延时动作。
③继电保护装置还可以和电力系统中其他自动装置配合，在条件允许时，采取预定措施，缩短事故停电时间尽快恢复供电，从而提高电力系统运行的可靠性。
3. 动作于跳闸的继电保护，在技术上一般应满足四个基本要求，即可靠性、选择性、速动性和灵敏性。
4. 继电保护装置一般由测量比较元件，逻辑判断元件和输出元件三部分组成。
测量比较元件测量通过被保护的电气元件的物理参量，并与给定的值进行比较，根据比较的结果，给出是非或0或1性质的一组逻辑信号，从而判断保护装置是否应该启动。
逻辑判断元件根据测量比较元件输出逻辑信号的性质、先后顺序、持续时间等，是保护装置按一定的逻辑关系判定故障的类型和范围，最后确定是否应该是断路器跳闸、发出信号或不动作，并将对应的指令传给执行输出部分。
执行输出元件根据逻辑判断部分传来的指令，发出跳开断路器的跳闸脉冲即相应的动作信息，发出警报或不动作。
5. 电流保护的接线方式有三种：①两相一继电器的两相电流差接线②三相三继电器的完全星形接线③；两相两继电器的不完全星形接线。
6. 90°接线方式是指在三相对称的情况下，当cos ψ=1时，加入继电器的电流如ÌA 和电压ÚA 相位相差90°。
7. 90°接线方式的主要优点是：第一，对各种两相短路都没有死区，因为继电器加入的是非故障的相见电压，其值很高；第二，适当地选择继电器的内角α后，对线路上发生的各种故障，都能保证动作的方向性。
发电机的继电保护
6. 反应100%定子绕组的接地保护 一是零序电压保护，能保护定子绕组的85%以上 二是用来消除零序电压保护不能保护的死区
发电机中性点加固定的工频偏移电压 附加直流或低频电源，将其电流注入定子绕组 利用发电机固有的三次谐波电势
23
发电机三次谐波电势的分布特点
US3
C0 f
1
U N 3 C0 f 2C0S
42
系统振荡时机端测量阻抗
X s 0 Z f gmin jX d / 2
43
4. 失磁保护的构成方式
44
转子低电压判据失磁保护方案
45
1.6 发电机-变压器组继电保护 的特点
1. 发电机-变压器组纵差保护的特点
47
2. 发变组中定子单相接地保护的特点
发变组中，发电机的中性点以不安不接地或经消 弧线圈接地
1. 发电机的故障类型及保护方式
定子绕组
• 定子绕组及引出线相间短路：采用纵差保护 • 定子绕组匝间短路：采用横差保护 • 定子绕组单相接地：采用零序电流和零序电压保护
转子绕组
• 转子绕组一点或两点接地：采用定期检测装置，或采 用一点和两点接地保护
• 转子绕组励磁电流消失：自动灭磁开关断开时连锁断 开发电机的断路器，或采用发电机失磁保护
i22dt
I
2 2*
t
A
发电机 凸级式发电
机或调相机
A
40
空气或氢气表面 冷却的隐极式发 电机
30
导线直接冷却的 100~300MW汽 轮发电机
6~15
发电机组容量越大，承受负序过负荷的能力越小，即A值越小
29
定子负序过电流保护的作用
主保护：对定子绕组电流不平衡而引起转子过热 的一种保护，是发电机的主保护之一
电力系统继电保护(张保会)资料.
（2）功率方向继电器的动作方程
（2）功率方向继电器的动作方程
(二)功率方向继电器的动作区
LG-11整流型功率方向继电器
LG-11、LG-12小常识
LG-11、LG-12小常识
动作时间： 对于LG-11型，在灵敏角下，电压由额定突然降4倍最小动作电压，电流同时由0升至额定电流时，动作时间不大于30mS；对于LG-12型，在灵敏角下，同时突然加入额定电流和4倍最小动作电压时，动作时间不大于40ms。 记忆时间： 对于LG-11型，当模拟保护出口处短路在灵敏角下，突然增加额定电流至10倍额定电流，电压自100V同时突然降到0的情况下，继电器应可靠动作，其极化继电器动作保持时间不小于50ms
线路L-4和变压器T-4包含在正（负）序网络中，但是变压器T-4中性点未接地，不能流通零序电流，所以他们不包括在零序网络中 相反，线路L-3和变压器T-3因为空载不能流通正（负）序电流而不包括在正（负）序网络中，但因变压器T-3中性点接地。故L-3和T-3能够流通零序电流，所以他们包含在零序网络中
2 动作时限的选择
按阶梯原则选择
3 灵敏性的校验
（1）作为近后备时
3 灵敏性的校验
（1）作为远后备时
在各个灵敏度系数之间，要求灵敏系数互相配合
过电流保护的构成
流入保护继电器的电流与电流互感器的二次电流的比值，称为接线系数
按相启动
注意电流线圈和电压线圈的极性
分析正方向远方两相短路
（二）限时电流速断保护的整定计算
（二）限时电流速断保护的整定计算
（二）限时电流速断保护的整定计算
（二）限时电流速断保护的整定计算
5、对方向性电流保护的评价
①直接接地： 110kV及以上电网 ②不接地： 3~6kV 单相接地电流<30A 35～60kV 单相接地电流<10A ③非直接接地： 其他情况
电力系统继电保护课后习题解答
第一章继电保护概述1-1 答：继电保护装置的任务是自动、迅速、有选择性的切除故障元件，使其免受破坏，保证其他无故障元件恢复正常运行；监视电力系统各元件，反映其不正常工作状态，并根据运行维护条件规范设备承受能力而动作，发出告警信号，或减负荷、或延时跳闸；继电保护装置与其他自动装置配合，缩短停电时间，尽快恢复供电，提高电力系统运行的可靠性。
1-2 答：即选择性、速动性、灵敏性和可靠性。
1-3 答：继电保护的基本原理是根据电力系统故障时电气量通常发生较大变化，偏离正常运行范围，利用故障电气量变化的特征可以构成各种原理的继电保护。
例如，根据短路故障时电流增大．可构成过流保护和电流速断保护；根据短路故障时电压降低可构成低电压保护和电流速断保护等。
除反映各种工频电气量保护原理外，还有反映非工频电气量的保护，如超高压输电线的行波保护和反映非电气量的电力变压器的瓦斯保护、过热保护等。
1-4 答：主保护是指能满足系统稳定和安全要求，以最快速度有选择地切除被保护设备和线路故障的保护。
后备保护是指当主保护或断路器拒动时，起后备作用的保护。
后备保护又分为近后备和远后备两种：（1）近后备保护是当主保护拒动时，由本线路或设备的另一套保护来切除故障以实现的后备保护;（2）远后备保护是当主保护或断路器拒动时，由前一级线路或设备的保护来切除故障以实现的后备保护.辅助保护是为弥补主保护和后备保护性能的不足，或当主保护及后备保护退出运行时而增设的简单保护。
1-6答：(1)当线路CD中k3点发生短路故障时，保护P6应动作，6QF跳闸，如保护P6和P5不动作或6QF, 5QF拒动，按选择性要求，保护P2和P4应动作，2QF和4QF应跳闸。
(2）如线路AB中k1点发生短路故障，保护P1和P2应动作，1QF和2QF应跳闸，如保护P2不动作或2QF拒动，则保护P4应动作，4QF跳闸。
第二章继电保护的基础知识2-1答：（1）严禁将电流互感器二次侧开路；（2）短路电流互感器二次绕组，必须使用短路片或短路线,短路应妥善可靠，严禁用导线缠绕；（3）严禁在电流互感器与短路端子之间的回路和导线上进行任何工作；（4）工作必须认真、谨慎，不得将回路永久接地点断开；（5）工作时，必须有专人监护，使用绝缘工具，并站在绝缘垫上。
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发电机的匝间短路保护 二、单元件横联差动保护
动作条件是：IHC Iset ，其中 I set 是动作整定值
单元件横联差动保护可以反应相间短路和匝间短路故障。
发电机的匝间短路保护 三、反应零序电压的匝间短路保护（纵向零序过电压保护）
当发电机内部发生匝间短路 或发生对中性点不对称的各 种相间短路时，TV输出纵向 基波零序电压，纵向零序电 压保护正确动作。
发电机差动保护作为发电机定子绕组及 其出线的相间短路故障的主保护。
规程规定发电机需要采用两套差动保护。 为防止ＣＴ断线差动误动，任一相电流 互感器断线，均应能闭锁差动，ＣＴ断 线功能应设置开关，使其能投能退。任 一相电流互感器断线都应发信号。
差动保护瞬时动作于全停。
发电机－变压器组的差动保护（发变组大差动保护）
大型汽轮发电机是电厂中的重要电气设备
机端电压为27kV, YY接线， 6端子引出， 无刷励磁， 励磁电流5653A
浙江玉环电厂的百万千万燃煤超超临界机组 该发电机组由上海汽轮发电机有限公司引进西门子公司技术设 计制造，定子单体净重446吨，长11.6米，高4.7米，宽5.1米。
大型汽轮发电机的结构
87AT
TA03
TA04
TA7
*
TA05
87GS
TV3
TV5 TA9
*
TA10
TV6 *
发电机保护的动作方式：
（1）全停（停机）：断开发电机断路器、灭磁，关闭汽轮发电 机主汽门。 （2）程序跳闸：对于汽轮发电机，首先关闭主汽门，待逆功率 继电器动作后，再跳发电机断路器并灭磁。
（3）解列灭磁：断开发电机断路器、灭磁信号 解列灭磁
6.2 发电机的差动保护 电流差动原理应用在发电机中构成发电机差动保护。
A相差动电流 Icd.AI AI a，如果 Icd.A 0，则A相发生相间短路； B相差动电流 Icd.B IBI b，如果 Icd.B 0，则B相发生相间短路； C相差动电流Icd.C I CI c，如果 Icd.C 0，则C相发生相间短路。 发电机差动保护只能反映发电机内部相间短路故障。
6、 发电机频率上升或下降
针对发电机故障和不正常运行状态，应该配置的发电机保护：
1、纵联差动保护，反应发电机定子绕组及引出线相间短路； 2、定子绕组匝间短路； 3、定子单相接地保护； 4、定子过负荷保护； 5、 励磁回路接地保护 6、失磁保护 7、 失步保护 8、逆功率保护 9、定子绕组过电压保护 10、发电机过励磁保护 11、转子过负荷保护 12、发电机频率保护
动作判据：3U0 Uset
发电机定子匝间保护作为发电机定子绕组匝间短路故障的主 保护。保护瞬时动作于全停。
6.3 发电机定子绕组接地保护
如果定子绕组 与铁芯间的绝 缘遭到破坏， 就会发生定子 绕组单相接地 故障。
定子绕组单相接地故障的危害：
（1）持续的接地电流会产生电弧烧损铁芯。对于额定 电压大于10kV的发电机，安全电流仅约为1A。
发变组大差动保护 87GT的保护范围：
（1）发电机；
（2）主变；
（3）发电机、主 变、励磁变、厂用 变之间的母线。
发变组大差动保 护可以反应保护范 围内的相间短路、 变压器相间、匝间 短路故障。
发电机的匝间短路保护 一、裂相横联差动保护，可以反应相间短路和匝间短路故障
A相裂相差动电流：I cd.AI a1I a2，如果 Icd.A 0，认为故障。 B相裂相差动电流：I cd.BI b1I b2，如果 Icd.B 0，认为故障。 C相裂相差动电流：I cd.CI c1I c2，如果 Icd.A 0，认为故障。
第6 发电机的继电保护
电子信箱：
North China Electric Power University
第6单元 发电机的继电保护
6.1 发电机的故障、不正常工作状态及保护配置
发电机保护是保护发电机免受短路故障损坏的重要自动 装置。当发电机内部短路故障时，继电保护装置在很短的 时间内发出动作命令，保护发电机免受短路电流的损坏。
（4）解列：断开发电机断路器，汽轮机甩负荷。 （5）减励磁：将发电机励磁电流减至给定值。 （6）减出力：将原动机出力减至给定值。 （7）缩小故障范围（母线解列）：断开母联或分段断路器。 （8）信号：发出声光信号。 （9）励磁切换：将励磁电源由工作励磁电源系统切换到备用 励磁电源系统 （10）厂用电源切换：由厂用工作电源供电切换到备用电源供 电
发电机保护的配置：
TA1
TA2
*
*
TV4
* TA3
TA01
500KV
87MT
87GT
87GT 发变组差动 87MT 主变差动 87G 发电机纵差 87GS 发电机横差 87AT 高厂变差动 87ET 励磁变差动
TA4
TV1
*
TV2
* TA11
TA6 *
87ET
87G
* TA12
* TA8 TA5
*
转速高 体积小
大型汽轮发电机的结构特点
密封机座 结构紧凑
发电机定子的结构
发电机内部的电气连接关系图
发电机定子绕组中性点非直接接大地，一般高电阻、 消弧线圈或不接地。
发电机的故障类型：
1、发电机定子绕组相间短路（d1故障）； 2、发电机定子绕组匝间短路
（1）绕组同相同分支匝间短路（d2故障） ； （2）绕组同相不同分支匝间短路（d3故障） ； 3、发电机定子绕组单相接地短路； 4、发电机转子励磁回路一点或两点接地（d4故障） ； 5、失磁（低励）故障。
发电机的不正常工作状态：
1、定子绕组过电流和定子过负荷； 外部短路会造成发电机定子绕组过电流。
2、定子绕组负序过电流和负序过负荷； 由于外部不对称短路或不对称负荷引起负序电流。
3、发电机突然甩负荷引起的定子绕组过电压； 4、由于主汽门突然关闭引起的发电机逆功率 ；
5、转子励磁回路故障或强行励磁时间过长引起的转子励磁绕 组过负荷；
发电机保护的动作方式
主保护
接地保护 失磁保护 过负荷保护
保护配置类型
发电机纵差保护 发变组差动保护 定子绕组匝间短路保护 转子回路两点接地保护
定子接地（基波）保护 定子接地（三次谐波）保护 转子一点接地保护 失磁保护 t1段
t2、t3段 t4段 定子过负荷保护 定时限
反时限
动作方式
全停 全停 全停 全停