发电机励磁回路接地保护

7.5 发电机励磁回路接地保护
1、励磁回路一点接地保护 当励磁绕组绝缘严重下降或损坏时， 会引起励磁回路的接地故障，最常见的是 励磁回路一点接地故障。发生一点接地故 障后，励磁回路对地电压将升高，在某些 条件下会诱发第二点接地，励磁回路发生 两点接地故障将严重损坏发电机。
1）绝缘检查装置
缺点：
中点附近接地时， 存在动作死区。
1、定时限负序电流保护 两段式定时限特性曲线
I *2
a
2 .5 2 .0 1 .5 1 .0
在曲线ab段内， 保护动作时间大于允许 的时间。
b
两段负序电流保护时限 特性
c
d
e
t (s )
4
10
16
在曲线bc段内， 保护动作小于允许时间 。
2、反时限负序电流保护
保护判据： t
I *2
保护装置动作特性曲线
Z m. min X 2 X ad X1 j X 2 X ad jX d
失磁后其机端测量阻抗沿等有功圆向第四象限 变化。临界失步时达到等无功阻抗圆的b点。 异步运行后，便进入等无功阻抗圆，稳定在c 点附近。
3、失磁保护的构成
发电机的失磁故障可采用无功功率改变方 向、机端测量阻抗超越静稳边界圆的边界、 机端测量阻抗进入异步静稳边界阻抗圆为主 要判据，来检测失磁故障。 为防止误动还需要用非正常运行状态下 的某些特征作为失磁保护和辅助判据。例如 励磁电压的下降，系统电压的降低均可用作 失磁保护辅助判据。
1、发电机失磁及原因
低励故障或完全失磁：造成低励故障的原 因通常是由于主励磁机或副励磁机故障；励磁 系统有些整流元件损坏或自动调节系统不正确 动作及操作上的错误。完全失磁通常是由于自 动灭磁开关误跳闸，励磁调节器整流装置中自 动开关误跳闸，励磁绕组断线或端口短路以及 副励磁机励磁电源消失等。
2、发电机失磁后机端测量阻抗的变化规律
3）由于两点接地保护只能在转子绕组一点接地 2）若第一个接地点K1点发生在转子绕组的 后投入，所以对于发生两点同时接地，或者第 正极或负极端，则因电桥失去作用，不论第 一点接地后紧接着发生第二点接地的故障，保 二点接地发生在何处，保护装置将拒动，死 护均不能反映。 区达100%。
7.6 发电机的失磁保护
流仍存在，则动作于切除发电机。
发电机能长期承受的负序电流值由转子各部件能承 受的温度决定，通常为额定电流的4%到10%。 发电机承受负序电流的能力，与负序电流通过的 时间有关 。 发电机短时承受负序电流的能力 ：
t
A
2 I 2
发电机在任意时间内承受负序电流的能力 ：
A t 2 I 2
圆内为失步区，圆外为稳定区。
3）失步后异步运行阶段
等值电路
机端测量阻抗：
R jX ad ( 2 jX 2 ) s Z m X 1 R2 j ( X ad X 2 ) s
异步边界阻抗圆：
最大、最小测量阻抗
Z m. max j ( X 1 X ad ) jX d
2、励磁回路两点接地保护 两点接地，故障点流过很大短路电流，电弧 可能烧伤转子。转子磁场发生畸变，力矩不 平衡，致使机组振动 。可能使汽缸磁化。 工作原理：当励磁回路K1点 发生接地后，投入刀闸S1并 按下按钮SB，调节的滑动触 点，使电桥平衡。
调整平衡后，合上S2，将保护投入工作。
当励磁回路第二点发生 接地时，电桥平衡遭到 破坏，电流继电器中有 电流通过，若电流大于 继电器的动作电流，保 护动作，断开发电机出 口断路器。 缺点：1）若故障点K2点离第一个故障点K1点较远， 则保护的灵敏度较好；反之，若K2点离K1点很近， 保护将拒动，因此保护存在死区，死区范围在10% 左右。
A I *2 a
t
A I *2
t
保护动作时限具有反时限特性
2 E U S US Q cos δ X X
U G U S jI S X s
EU S P sin X
Ed
UG
jIX d
jIX s

Us

I
测量阻抗：
U G U s jIX s U s2 Zm jX s P jQ I I
正常运行时，电压表V1，V2的读数相等。当 励磁回路对地绝缘水平下降时，V1与V2的读
数不相等。
2）直流电桥式一点接地保护
正常时电桥处于平衡状 态；当励磁绕组发生一 点接地时，电桥失去平 衡。 接地点靠近励磁回路两极时保护 缺点 灵敏度高，而接地点靠近中点 M时，存在死区。
措施： 1）在电阻R1的桥臂中串接非线性元件稳压管， 2）转子偏心和磁路不对称等原因，使转子 其阻值随外加励磁电压的大小而变化，因此， 绕组中点对地电压不保持为零，而是在一 保护装置的死区随励磁电压改变而移动位置。 定范围内波动。利用此电压来消除保护死区。 这样在某一电压下的死区，在另一电压下则 变为动作区，从而减小了保护拒动的机率。
U s2 其圆心座标： , Xs 2P
U s2 圆半径： 2P
2）临界失步点
2 EaU S US U s2 Q cos X X X
表示发电机从系统吸收无功，且为常数。
2 2 US U S j Zm j( Xs) j e 2Q 2Q
测量阻抗：
简化后测量阻抗为：
1 1 Z m j ( X s X d ) j ( X S X d ) e j 2 2
测量 指从发电机端向系统方向所看到的阻抗。 阻抗 失磁后机端测量阻抗的变化是失磁保护的重 要判据。
以发电机与无穷大系统并列运行为例进行 讨论：
失磁进 入稳态 异步运 行三个 阶段
失磁后到失步前 临界失步点
失步后
1）失磁后到失步前的阶段 失磁后到失步前，由于发电机转子存在惯 性，失步前的失磁发电机滑差很小，发电机 输出的有功功率基本上保持失磁前输出的有 功功率值，可近似看作恒定，而无功功率则 从正值变为负值。
2 US P jQ (1 ) jX S 2P P jQ
2tg 1
Q P
2 2 US U S j jX S e 2P 2P
结论：因系统电抗、电压、发电机输出 有功不变，测量阻抗变化轨迹是圆。
2 2 US U S j Zm jX S e 2P 2P
7.7 发电机负序电流保护 电力系统发生不对称短路，或三相负荷不 对称时，将有负序电流流过发电机的定子绕组， 该电流在气隙中建立起负序旋转磁场，以同步 速朝与转子转动方向相反的方向旋转，并在转 子绕组中产生100Hz的电流。 发电机承受负序电流的能力，是负序电流保 护的整定依据之一。
短时出现负序电流发信号。 负序电流持续时间达到规定时间时，负序电