发电机保护的配置-课件.ppt

1、1第第 7 章章 发电机保护的配置发电机保护的配置2第第 7.1 节节 发电机故障、异常运行发电机故障、异常运行及其保护方式及其保护方式3 发电机的故障类型主要有：发电机的故障类型主要有：1 1、发电机定子绕组相间短路（、发电机定子绕组相间短路（K1K1故障）；故障）；最常发生的故障之一最常发生的故障之一 2 2、发电机定子绕组匝间短路、发电机定子绕组匝间短路 （1 1）绕组同相同分支匝间短路（）绕组同相同分支匝间短路（K2K2故障）；故障）；（2 2）绕组同相不同分支匝间短路（）绕组同相不同分支匝间短路（K3K3故障）；故障）；1K2K3K消弧消弧线圈线圈4 发电机的故障类型主要有：发电机的

2、故障类型主要有：3 3、发电机定子绕组单相接地短路（、发电机定子绕组单相接地短路（K4K4故障）；故障）；4 4、发电机转子励磁回路一点、发电机转子励磁回路一点(K5)K5)或两点接地或两点接地(K5(K5与与K6)K6)）；5 5、励磁电流消失等。、励磁电流消失等。4K5K6K5 发电机的不正常工作状态发电机的不正常工作状态 1.1.定子绕组过负荷。定子绕组过负荷。2.2.负序过电流。负序过电流。3.3.定子绕组过电压。定子绕组过电压。4.4.励磁回路过负荷励磁回路过负荷 5.5.转子低励或失磁。转子低励或失磁。6.6.发电机逆功率运行发电机逆功率运行。7.7.发电机与系统之间失步。发电机与

3、系统之间失步。外部短路、过负荷外部短路、过负荷外部不对称短路、非全相外部不对称短路、非全相突然甩负荷突然甩负荷转子回路故障或异常转子回路故障或异常转子断线、励磁故障转子断线、励磁故障突然关闭主汽门突然关闭主汽门6发电机保护的配置发电机保护的配置1.1.反映短路故障的主保护反映短路故障的主保护 （1 1）发电机纵联差动保护）发电机纵联差动保护 （2 2）变压器差动保护）变压器差动保护 （主变、发变组、厂用变、高备变、励磁变）（主变、发变组、厂用变、高备变、励磁变）（3 3）匝间保护）匝间保护 根据不同要求选配下列保护：根据不同要求选配下列保护：单元件横差保护单元件横差保护 转子二次谐波型负序功率

4、方向保护转子二次谐波型负序功率方向保护 负序功率方向闭锁纵向零序电压保护负序功率方向闭锁纵向零序电压保护72.2.反映短路故障的后备保护反映短路故障的后备保护 过电流保护过电流保护 （包括发电机、主变、厂用变及厂用分支）（包括发电机、主变、厂用变及厂用分支）可根据不同要求选配下列保护：可根据不同要求选配下列保护：1 1）过电流保护；）过电流保护；2 2）低压闭锁过电流保护；）低压闭锁过电流保护；3 3）复合电压闭锁过电流保护；）复合电压闭锁过电流保护；4 4）电压记忆过流保护；）电压记忆过流保护；5 5）负序过电流保护；）负序过电流保护；6 6）阻抗保护。）阻抗保护。83.3.反映接地故障的保

5、护反映接地故障的保护 1 1）定子接地保护；）定子接地保护；2 2）转子接地保护；）转子接地保护；3 3）主变接地保护。）主变接地保护。94.4.反映异常运行的保护反映异常运行的保护 1 1）失磁保护；）失磁保护；2 2）失步保护；）失步保护；3 3）逆功率保护；）逆功率保护；4 4）过电压保护；）过电压保护；5 5）过激磁保护；）过激磁保护；6 6）反时限对称过负荷保护；）反时限对称过负荷保护；7 7）反时限不对称过负荷保护；）反时限不对称过负荷保护；8 8）低频保护；）低频保护；9 9）转子两点接地保护；）转子两点接地保护；1010）非全相保护及起动失灵保护；）非全相保护及起动失灵保护；1

6、111）启停机保护；）启停机保护；1212）误上电保护；）误上电保护；1313）轴电流、轴电压保护。）轴电流、轴电压保护。105.5.非电量保护非电量保护 瓦斯、温度、压力释放、冷却器故障、热工、断水等。瓦斯、温度、压力释放、冷却器故障、热工、断水等。发电机保护的种类很多，重点介绍基于电气量的保护：发电机保护的种类很多，重点介绍基于电气量的保护：定子绕组短路故障保护、定子绕组短路故障保护、定子单相接地保护、定子单相接地保护、负序电流保护、负序电流保护、失磁保护、失磁保护、失步保护失步保护 励磁回路的接地保护。励磁回路的接地保护。11第第 7.2 节节 发电机定子绕组发电机定子绕组短路故障的保护

7、短路故障的保护12 7.2.1 发电机定子绕组短路故障的特点发电机定子绕组短路故障的特点 为了提高发电机供电的连续性，中性点一般不直接接地，为了提高发电机供电的连续性，中性点一般不直接接地，或通过消弧线圈、高阻接地。或通过消弧线圈、高阻接地。定子绕组单相接地时，不会产生大的短路电流，不属于严定子绕组单相接地时，不会产生大的短路电流，不属于严重的故障，可以发信号或延时跳闸。重的故障，可以发信号或延时跳闸。但是，发电机发生相间短路和匝间短路时，将出现很大的但是，发电机发生相间短路和匝间短路时，将出现很大的短路电流，既会危机系统安全，又会严重损伤发电机。这是定短路电流，既会危机系统安全，又会严重损伤

8、发电机。这是定子绕组保护的重点之一。子绕组保护的重点之一。13 7.2.2 发电机的纵差动保护发电机的纵差动保护 发电机纵差动保护的基本原理、动作方程与线路差动保护发电机纵差动保护的基本原理、动作方程与线路差动保护相同。相同。发电机差动保护原理图发电机差动保护原理图021 II，有有：正正常常运运行行及及外外部部短短路路时时021 II即即 1.发电机差动的动作逻辑发电机差动的动作逻辑 中性点为非直接接地，特点：中性点为非直接接地，特点：（1 1）内部发生相间短路时，会有两）内部发生相间短路时，会有两相或三相的差动保护同时动作。相或三相的差动保护同时动作。（2 2）单相差动动作时，应当辅以负）

9、单相差动动作时，应当辅以负序电压启动。序电压启动。单相单相TATA断线不误动。断线不误动。14 2.发电机不完全纵差动保护的接线发电机不完全纵差动保护的接线（以（以3分支为例）分支为例）对于大型发电机，由于额对于大型发电机，由于额定电流很大，通常每相定子绕定电流很大，通常每相定子绕组为两个或多个并联分支构成，组为两个或多个并联分支构成，可利用此特点构成可利用此特点构成不完全差动不完全差动保护保护（相对于普通的差动保护（相对于普通的差动保护而言）。而言）。不完全差动保护不完全差动保护0321 II：正正常常及及外外部部短短路路时时满满足足 相间短路、匝间短路时，相间短路、匝间短路时，将破坏上式，

10、促使保护动作将破坏上式，促使保护动作(完全差动不保护匝间短路完全差动不保护匝间短路)。1521IIId 为为：完完全全差差动动保保护护动动作作量量 以图示以图示A A相相3 3分支为例。分支为例。3213 IIId量量为为：不不完完全全差差动动保保护护动动作作 完全差动完全差动 不完全差动不完全差动优点优点 相间短路灵敏度高相间短路灵敏度高 匝间短路有灵敏度匝间短路有灵敏度缺点缺点 不反应匝间短路不反应匝间短路 匝间短路有死区匝间短路有死区 相间短路灵敏度受影响相间短路灵敏度受影响 常规保护需要寻求一种折中而兼顾的方案。常规保护需要寻求一种折中而兼顾的方案。对于微机保护，容易兼顾。对于微机保护

11、，容易兼顾。16 32221211 IIIIId）完完全全差差动动保保护护：对于微机保护，对于微机保护，可以尽可以尽量在各裂相中配置量在各裂相中配置TATA，在微，在微机内部机内部实现多种差动功能实现多种差动功能，确保相间短路和匝间短路均确保相间短路和匝间短路均有很好的灵敏度。有很好的灵敏度。以图示以图示TATA配置为例，可配置为例，可以构成如下差动保护：以构成如下差动保护：3212211213332IIIIIIIIIddd）不不完完全全差差动动保保护护：相间短路有很好的灵敏度相间短路有很好的灵敏度 匝间短路有很好的灵敏度匝间短路有很好的灵敏度，仍无法克服死区。，仍无法克服死区。还可以有其他还

12、可以有其他的构成方式的构成方式17 3.发电机纵差动保护的整定计算发电机纵差动保护的整定计算 发电机的完全差动保护与线路差动保护的整定计算相类似。发电机的完全差动保护与线路差动保护的整定计算相类似。以比率制动特性为例，重写如下：以比率制动特性为例，重写如下：opIIIIIKII21211212 躲过发电机额定工况下的最大不平衡电流。计及误差后，躲过发电机额定工况下的最大不平衡电流。计及误差后，有：有：的的整整定定）启启动动电电流流（opI1 21ererrelopIIKI 。二二次次误误差差，一一般般取取；，取取变变比比的的误误差差（同同型型号号）；可可靠靠系系数数，取取式式中中NerNerr

13、elI.II.TAI.K1006025121 NopI.I320240 代代入入得得：18 躲外部短路的最大不平衡电流。计及误差后，有：躲外部短路的最大不平衡电流。计及误差后，有：的的整整定定）斜斜率率（12K max.ktrerrelmax.unbrelIKK%KIK 210。，)如如不不完完全全差差动动(不不同同型型号号时时；同同型型号号时时，暂暂态态误误差差系系数数，；二二次次误误差差，取取；可可靠靠系系数数，取取式式中中1005001051312.KTAKTAKI.K.KtrtrtrNerrel 4502601.K 代代入入得得：（3 3）灵敏度要求）灵敏度要求 在内部发生两相金属性短

14、路时，要求在内部发生两相金属性短路时，要求51.Ksen 19 7.2.3 发电机的横差动保护发电机的横差动保护（简称横差，以（简称横差，以2分支为例）分支为例）1.裂相横差裂相横差021 II有：有：正常与外部短路时正常与外部短路时kIkI kI 021 II出出现现：产产生生环环流流成成分分，匝匝间间短短路路时时，分分支支之之间间时时动动作作。差差保保护护，即即利利用用此此特特征征，构构成成了了横横021 II时时。较较小小、有有死死区区，如如21 20 32221211 IIIIId）完完全全差差动动保保护护：对于微机保护，对于微机保护，可以尽可以尽量在各裂相中配置量在各裂相中配置TAT

15、A，在微，在微机内部机内部实现多种差动功能实现多种差动功能。3212211213332IIIIIIIIIddd）不不完完全全差差动动保保护护：3222321222123IIIIIIIIIddd）横横差差保保护护：21 2.单元件横差单元件横差 适用于具有适用于具有2 2个及以上中性点个及以上中性点引出端的发电机。引出端的发电机。正常与外部短路时，正常与外部短路时，0 dI。、绕绕组组短短路路时时，出出现现：)点点a a如如(焊焊匝匝间间短短路路、分分支支线线棒棒开开0 dI 321unbunbunbrelsetIIIKI 躲躲不不平平衡衡电电流流，有有：。，一一般般取取转转子子偏偏心心产产生生

16、的的；，一一般般取取的的磁磁场场气气隙隙不不均均匀匀产产生生；，一一般般取取的的分分支支间间参参数数差差异异产产生生；可可靠靠系系数数，取取NunbunbNunbunbNunbunbrelI%III%III%II.K105233121321 NsetI.I310250 代代入入得得：还需要滤除三次谐波成分的影响。还需要滤除三次谐波成分的影响。22 7.2.4 纵向零序电压式定子绕组匝间短路保护纵向零序电压式定子绕组匝间短路保护 1.基本原理基本原理 如图所示，如图所示，K1K1、K2K2时，发电机时，发电机的三相平衡被破坏，出现了纵向零的三相平衡被破坏，出现了纵向零序电压。序电压。据此构成了纵

17、向零序电压式定据此构成了纵向零序电压式定子绕组匝间短路保护。子绕组匝间短路保护。2.整定整定 躲外部接地短路时的最大不平衡电压。躲外部接地短路时的最大不平衡电压。V.Uset.3520 通通常常取取：也需要滤除三次谐波成分的影响。也需要滤除三次谐波成分的影响。23第第 7.3 节节 发电机的定子单相接地保护发电机的定子单相接地保护24 发电机发生定子单相接地故障的比例很高，约占定子故障发电机发生定子单相接地故障的比例很高，约占定子故障的的70%80%。影响：电容电流、弧光过电压等；非接地相电压升高，容影响：电容电流、弧光过电压等；非接地相电压升高，容易形成危害更严重的相间短路或匝间短路。易形成

18、危害更严重的相间短路或匝间短路。25 7.3.1 反应零序电压的定子单相接地保护反应零序电压的定子单相接地保护 1.特征分析特征分析 与小电流接地系统的分析相与小电流接地系统的分析相类似。类似。全部匝数之比。全部匝数之比。点之间的匝数与点之间的匝数与点到点到；外部元件的对地电容外部元件的对地电容各相对地的电容；各相对地的电容；NKCC0 ACCABBAAEEUEEUEU1 近似估算时，机端有：近似估算时，机端有：CBAUUUU 03可得：可得：AE 26CBAUUUU 03可得：可得：AE 2.反应零序电压的定子单相接地保护反应零序电压的定子单相接地保护 的的关关系系曲曲线线如如图图所所示示。

19、与与，可可得得变变比比通通常常采采用用的的特特征征，并并结结合合机机端端的的利利用用 0033100310033UUTVEUNA围围。可可确确定定该该保保护护的的动动作作范范，即即设设定定动动作作门门槛槛opU 需要滤除三次谐波成分需要滤除三次谐波成分及三相电压差异的影响。及三相电压差异的影响。零序电压保护简单、可零序电压保护简单、可靠，是基本配置之一，但靠，是基本配置之一，但在在中性点附近有死区中性点附近有死区。VUop105 一一般般取取27 7.3.2 反应三次谐波电压的定子单相接地保护反应三次谐波电压的定子单相接地保护 7.3.2.1 特征分析特征分析 发电机的开槽以及铁磁饱和的影响，

20、导致相电动势中存在发电机的开槽以及铁磁饱和的影响，导致相电动势中存在三次谐波等成分。利用此这个成分三次谐波等成分。利用此这个成分,可以构成另一种接地保护。可以构成另一种接地保护。1.正常运行正常运行 中性点不接地时，三次谐中性点不接地时，三次谐波系统的等效电路如图所示。波系统的等效电路如图所示。3333222ECCCCUECCCUGGNGGS可求得：可求得：1233 CCCUUGGNS特征为：特征为：分析表明，中性点经消弧分析表明，中性点经消弧线圈接地时，也满足此特征。线圈接地时，也满足此特征。28 2.定子单相接地定子单相接地 金属性接地时，金属性接地时，三次谐波系统的等三次谐波系统的等效电

21、路如图所示。效电路如图所示。33331EUEUNS可求得：可求得：时时当当特征为：特征为：501133.UUNS 3SU3NU29 3.保护原理保护原理 归纳特征如下：归纳特征如下：正常运行正常运行 金属性接地金属性接地 时时当当501133.UUNS 1233 CCCUUGGNS据据。作作为为定定子子单单相相接接地地的的判判于于是是，可可以以将将 133NSUU 尽管上述判据只适用于尽管上述判据只适用于 0.5 的场合，但是，与的场合，但是，与3Uo o保护保护相结合之后，达到互补的目的，相结合之后，达到互补的目的，二者共同实现二者共同实现100%的定子单的定子单相接地保护。相接地保护。地地

22、。，均均判判定定为为定定子子单单相相接接、或或opNSUUUU 0333130第第 7.4 节节 发电机的负序电流保护发电机的负序电流保护31 当电力系统发生不对称短路、非全相运行以及三相负荷不当电力系统发生不对称短路、非全相运行以及三相负荷不平衡时，在发电机定子绕组中将流过负序电流，从而在气隙中平衡时，在发电机定子绕组中将流过负序电流，从而在气隙中建立起负序的旋转磁场（相对于转子为建立起负序的旋转磁场（相对于转子为2倍的转速），进而在倍的转速），进而在转子绕组、阻尼绕组以及转子铁心等部件上感应处转子绕组、阻尼绕组以及转子铁心等部件上感应处100Hz的倍的倍频电流。频电流。负序电流会威胁发电机

23、的安全运行，但有一个热积累的负序电流会威胁发电机的安全运行，但有一个热积累的时间过程。时间过程。倍频电流的影响倍频电流的影响：1 1）转子局部过热而灼伤，甚至护环松）转子局部过热而灼伤，甚至护环松脱；脱；2 2）正序磁场与负序的倍频磁场共同作用于转子大轴和定）正序磁场与负序的倍频磁场共同作用于转子大轴和定子基座上，引起子基座上，引起100Hz的振动的振动。32 假设发电机不向周围散热，那么，转子不过热的计算关系假设发电机不向周围散热，那么，转子不过热的计算关系为：为：AtIdti*.t*.22022tAI*.2或或方方式式有有关关的的常常数数。与与发发电电机机类类型型和和冷冷却却平平均均值值；

24、内内的的在在时时间间的的持持续续时时间间；电电流流幺幺值值；发发电电机机的的负负序序电电流流标标式式中中AitIiti*.*.*.*.2222 如空气或氢气表面冷却的隐极发电机，如空气或氢气表面冷却的隐极发电机，A约为约为30；600MW汽轮发电机的汽轮发电机的A设计值约为设计值约为4。33的曲线如图所示。的曲线如图所示。时，时，tAIA*.244004002002001001000 01 12 2*.I2 st34的影响。的影响。下列方法防止过热下列方法防止过热的曲线关系，通常采用的曲线关系，通常采用根据根据tAI*.2 （1 1）过负荷发信号（躲外部不对称短路）过负荷发信号（躲外部不对称短

25、路）发信号。发信号。时，经延时时，经延时222tIIset.*.*.（2 2）达到热允许的限定值时，发跳令。通常给运行人员提供）达到热允许的限定值时，发跳令。通常给运行人员提供120s120s时间来设法消除负序电流，于是，有：时间来设法消除负序电流，于是，有：1202AI*.（3 3）考虑散热影响的负序反时限保护）考虑散热影响的负序反时限保护 AtKI*.222散热的效应系数。散热的效应系数。式中式中2K35第第 7.5 节节 发电机的失磁保护发电机的失磁保护36 7.5.1 发电机失磁运行及后果发电机失磁运行及后果 失磁故障是指发电机的励磁全部或部分消失。失磁故障是指发电机的励磁全部或部分消

26、失。增增大大；小小将将较较小小，电电磁磁转转矩矩也也减减失失磁磁时时感感应应电电动动势势 dE的的电电流流；转转子子中中感感应应出出后后，发发电电机机失失去去同同步步，SGff o90定定的的异异步步运运行行状状态态。电电机机进进入入稳稳矩矩达达到到新新的的平平衡衡时时，发发当当异异步步转转矩矩与与原原动动机机转转 发电机异步运行后，将产生以下的影响：发电机异步运行后，将产生以下的影响：（1 1）从系统吸收无功，增加了系统无功的缺额，还将引）从系统吸收无功，增加了系统无功的缺额，还将引起系统的电压下降。起系统的电压下降。（2 2）重负荷失磁后，发电机将因过电流使定子发热。）重负荷失磁后，发电机

27、将因过电流使定子发热。（3 3）发电机转速超过同步转速，产生差频电流，引起转）发电机转速超过同步转速，产生差频电流，引起转子过热。子过热。（4 4）对于转子在纵轴和横轴不对称时，可能产生振动。）对于转子在纵轴和横轴不对称时，可能产生振动。37 7.5.2 发电机失磁后的机端测量阻抗发电机失磁后的机端测量阻抗 机端测量阻抗能够反应失磁的特征。以单机机端测量阻抗能够反应失磁的特征。以单机-无穷大系统为无穷大系统为例：例：caIUcosIUPSS 个直角三角形相似个直角三角形相似2IXsinEIUdS sinXUEPSd得：得：XUcosXUEQSSd2同理，得：同理，得：38 正常运行时，正常运行

28、时，90属于失稳状态。属于失稳状态。不不变变。似似当当作作个个因因素素共共同同影影响响后后，近近上上述述P2 1.发电机失磁过程的机端测量阻抗发电机失磁过程的机端测量阻抗 （1 1）失磁后到失步前（）失磁后到失步前（90）；单因素的影响单因素的影响将减小将减小减小，减小，励磁电流减小励磁电流减小PEd 。另一个单因素的影响另一个单因素的影响增大增大增大增大增大增大发电机加速，发电机加速，不突变，出现不突变，出现但原动机的但原动机的PsinPPPMM IIjXUIUZSSGG 测测量量阻阻抗抗：以以此此为为条条件件，分分析析机机端端SSjXIU 39IUZPGG 阻阻抗抗：为为条条件件，分分析析

29、机机端端测测量量不不变变以以 IIjXUSS SSjXIU 的的条条件件）（设设法法转转化化为为 PjXUIUUSSSS SSGjXjQPUZ 2 jQPUIjQPsinjUcosUIUISSSS 计计及及SSjXjQPPPU 222SSjXjQPjQPjQPPU 22SSjXjQPjQPPU 122 jQPjQPPUjXPUSSS2222 22222jSSSePUjXPU40 22222jSSSGePUjXPUZ为为变变量量。为为变变量量，并并转转化化为为为为常常数数；、式式中中 QXUPSS。圆圆的的半半径径为为：；圆圆心心坐坐标标为为：这这是是圆圆的的标标准准方方程程。PUjXPUSSS

30、2222 由于这个圆特性是在由于这个圆特性是在P不变的条件下得到的，因不变的条件下得到的，因此，此，该圆也称为该圆也称为等有功圆等有功圆。阻抗变化轨迹阻抗变化轨迹41 （2 2）失磁后的临界失步圆（）失磁后的临界失步圆（=90）XUQXUcosXUEQSSSd2290得：得：代入代入将将o o 该式说明：发电机从系统吸收无功功率。此时，该式说明：发电机从系统吸收无功功率。此时，Q为常数为常数,以此为条件进行分析，并利用以此为条件进行分析，并利用P不变过程的前几步推导，得：不变过程的前几步推导，得：SSGjXjQPUZ 2SSjXjQPQjQjU 222 SSjXjQPjQPjQPQjU 22S

31、SjXjQPjQPQjU 122 SjSjXeQjU 2212，并代入上式。，并代入上式。转化为：转化为：将将QUXXXXUXUQSdSdSSS222 42，并代入上式。，并代入上式。转化为：转化为：将将QUXXXXUXUQSdSdSSS222 SjdSGjXejXXZ 212得得：222jSdSdeXXjXXj。圆圆的的半半径径为为：；圆圆心心坐坐标标为为：这这也也是是圆圆的的标标准准方方程程。22SdSdXXXXj 该圆称为该圆称为临界失步圆临界失步圆，可以可以作为失磁的阻抗判据作为失磁的阻抗判据。43 （3 3）静稳破坏后的异步运行阶段）静稳破坏后的异步运行阶段 由电机学可知，在此阶段，

32、可用异步电机的等效电路来表由电机学可知，在此阶段，可用异步电机的等效电路来表示，其中，电流的正方向仍为指向系统；示，其中，电流的正方向仍为指向系统；。转差为转差为SGffs 因此，其机端测量阻抗为：因此，其机端测量阻抗为：22221XXjsRjXsRjXjXZadadGdadGGjXjXjXZZsRs )(1201最大，其值为最大，其值为，此时，此时，）空载失磁时，）空载失磁时，dadadGGXjXXXXXjZZs )(2212最小，其值为最小，其值为，此时，此时，）另一种极端情况是）另一种极端情况是44之之间间。到到位位于于运运行行阶阶段段，分分析析结结论论可可知知，在在异异步步）两两种种极

33、极端端情情况况的的）、结结合合ddGjXXjZ 21dGGjXZZsRs 最大，其值为最大，其值为，此时，此时，）空载失磁时，）空载失磁时，201dGGXjZZs 最小，其值为最小，其值为，此时，此时，）另一种极端情况是）另一种极端情况是2抗抗位位于于图图示示的的圆圆内内。的的测测量量阻阻以以确确定定：异异步步运运行行状状态态之之间间变变化化时时，可可在在当当 s045 将将失步前、临界失步时、异步运行失步前、临界失步时、异步运行的三个阶段结合起来，的三个阶段结合起来，绘制出机端测量阻抗在失磁后的变化轨迹，如图所示。绘制出机端测量阻抗在失磁后的变化轨迹，如图所示。1 1）失磁前，送出功率）失磁

34、前，送出功率P P，机端阻抗位于，机端阻抗位于a a点处；点处；2 2）失步前，按等）失步前，按等 P P 轨轨迹变化迹变化,由由a a点变化到点变化到b b点；点；3 3）临界失步时，位于）临界失步时，位于b b点（等点（等Q Q圆）；圆）；4 4）异步运行阶段，由）异步运行阶段，由b b点向点向c c点变化。点变化。46 2.发电机在其他工况下的机端测量阻抗发电机在其他工况下的机端测量阻抗 失磁的失磁的阻抗轨迹、阻抗轨迹、外部短路的测量阻抗外部短路的测量阻抗、振荡轨迹，振荡轨迹，请自己标注其余工况的测量阻抗！请自己标注其余工况的测量阻抗！47 3.发电机失磁后的异步边界阻抗动作特性发电机失

35、磁后的异步边界阻抗动作特性 通常，根据机端测量阻抗的变化规律，再经过时间等元件通常，根据机端测量阻抗的变化规律，再经过时间等元件的确认，就构成了失磁保护的主判据。的确认，就构成了失磁保护的主判据。临界失步圆临界失步圆还可以特性进行改进。还可以特性进行改进。异步圆异步圆48 7.5.3 失磁保护的转子判据失磁保护的转子判据 失磁情况下，励磁电压降低应当是一个基本的特征。失磁情况下，励磁电压降低应当是一个基本的特征。但研究表明，此特征容易受到影响，主要作为辅助判据。但研究表明，此特征容易受到影响，主要作为辅助判据。1.1.固定动作值的转子判据固定动作值的转子判据 如设计为：如设计为：080ffu.

36、u 空空载载励励磁磁电电压压。式式中中0fu 受如下因素影响：受如下因素影响：大大；仍仍然然较较已已经经越越过过静静稳稳边边界界，但但较较大大且且部部分分失失磁磁时时，）fGuZP1很很低低，上上式式易易误误动动。）发发电电机机进进相相运运行行时时，fu2 难以确定一个兼顾各种情况的整定值。难以确定一个兼顾各种情况的整定值。49 2.2.动作值随动作值随P P改变的转子判据改变的转子判据，得得：功功表表达达式式，代代入入有有，对对应应的的电电动动势势设设为为在在静静稳稳边边界界处处有有 sinXUEPESdlim.do90 XUEPSlim.d下降下降下降下降下降下降失磁后，失磁后，dffEi

37、u 转化为：转化为：PUXESlim.d 相对应，于是，得：相对应，于是，得：与与以标幺值表示，并考虑以标幺值表示，并考虑lim.dlim.fEu PXulim.f 利用此特征，构成了利用此特征，构成了动作值随动作值随P P改变的转子判据：改变的转子判据：PXuf判据。判据。简称简称Puf 50。”的特性曲线如图所示”的特性曲线如图所示判据“判据“PXuPuff PXuf 影响，影响，系统阻抗，受运行方式系统阻抗，受运行方式为为中，中，在在SSdXXXX 。的的方方式式选选取取最最常常见见为为此此，整整定定时时，可可按按照照SX 上述分析的是隐极机情况。上述分析的是隐极机情况。对于凸极机，只给

38、出相应的曲对于凸极机，只给出相应的曲线关系（如图所示），其中，线关系（如图所示），其中，fmP qdqdSfmXXXXUP22凸极功率凸极功率51 7.5.4 失磁保护的一种构成方式失磁保护的一种构成方式52主要的逻辑和工作过程：主要的逻辑和工作过程：1）当静稳判据）当静稳判据(ZG)和转子低电压判据和转子低电压判据(uf)同时动作时，判同时动作时，判定为发电机失磁失稳，经定为发电机失磁失稳，经Y5输出输出1，发出失稳、失磁信号，经，发出失稳、失磁信号，经t3延时后，可切除发电机。若因某种原因导致延时后，可切除发电机。若因某种原因导致uf 拒动，在拒动，在ZG元元件经件经t2回路也可以单独作用

39、于切除发电机，但回路也可以单独作用于切除发电机，但ZG元件需要躲振元件需要躲振荡的影响荡的影响。2 2）uf 元件可以经元件可以经H6发出失磁信号。发出失磁信号。3 3）当）当uf 元件动作时，与高压侧三相电压低构成元件动作时，与高压侧三相电压低构成“与与”的的条件（条件（Y2），经），经t1延时可以直接作用于跳闸，防止系统崩溃。延时可以直接作用于跳闸，防止系统崩溃。53第第 7.6 节节 发电机的失步保护发电机的失步保护54 7.6.1 装设失步保护的必要性装设失步保护的必要性 对于中小型发电机，通常不装设失步保护。而是由运行人对于中小型发电机，通常不装设失步保护。而是由运行人员进行调节、处

40、理。员进行调节、处理。但是，对于大型发电机，失步将带来如下的危害：但是，对于大型发电机，失步将带来如下的危害：1 1）振荡中心落在机端附近时，周期性出现电压降低、电流）振荡中心落在机端附近时，周期性出现电压降低、电流增大，最大电流与机端三相短路一致，将使发电机及厂用设备增大，最大电流与机端三相短路一致，将使发电机及厂用设备受到损坏。受到损坏。2 2）热容量相对下降，可能导致定子绕组过热而损坏。）热容量相对下降，可能导致定子绕组过热而损坏。3 3）短路又伴随振荡时，受到多次、多种的应力冲击，增加）短路又伴随振荡时，受到多次、多种的应力冲击，增加了机械损伤的可能性。了机械损伤的可能性。.为了降低失

41、步的危害，通常要求大型发电机装设失步保护为了降低失步的危害，通常要求大型发电机装设失步保护,且一般要求在振荡的第一、第二个周期内能可靠动作。且一般要求在振荡的第一、第二个周期内能可靠动作。55 7.6.2 失步保护原理失步保护原理 要求失步保护只反应发电机的失步情况，能可靠地躲过系要求失步保护只反应发电机的失步情况，能可靠地躲过系统短路和同步摇摆，并能在失步期间区分：加速失步和减速失统短路和同步摇摆，并能在失步期间区分：加速失步和减速失步。步。利用阻抗变化轨迹的利用阻抗变化轨迹的失步保护失步保护 在距离保护中，已经分析了振荡的阻抗轨迹。下面，为了在距离保护中，已经分析了振荡的阻抗轨迹。下面，为

42、了简洁，设振荡中心位于机端，且忽略电阻分量（取消此假设时，简洁，设振荡中心位于机端，且忽略电阻分量（取消此假设时，结论仍可以适用）。结论仍可以适用）。算到发电机侧。算到发电机侧。，其中，各参数均已折，其中，各参数均已折即：即：dSTdXjXXXjZ 2 随后，根据测量阻抗穿越的情况，就可以实现失步保护。随后，根据测量阻抗穿越的情况，就可以实现失步保护。个个区区域域。平平面面分分为为一一起起共共同同将将)(轴轴，与与)、(个个电电阻阻的的整整定定值值轴轴上上设设定定复复平平面面中中，在在在在6044321XRRYRRRRRXR 56区区。位位于于正正常常运运行行时时，。定定义义：1GSdZEEa

43、rg ；时时，当当11 RZG。时时，当当22 RZG （1）加速失步时加速失步时，ZG由由1区依次穿过区依次穿过2、3、4、5、6区，对应于区，对应于由由0向向360变化。变化。当当ZG再次回落到再次回落到1区时区时,几乎完成了一个振荡周期。几乎完成了一个振荡周期。（2）减速失步时减速失步时，ZG依次穿过依次穿过6、5、4、3、2、1区，对应于区，对应于由由360向向0变化。变化。57 （3）当）当ZG由由1区突然落到区突然落到某一区，随后又长时间几乎某一区，随后又长时间几乎不变，对应于不变，对应于短路的特征短路的特征。当失步周期（也称滑极次数）达到设定值时，可以根据测当失步周期（也称滑极次

44、数）达到设定值时，可以根据测量阻抗轨迹判断振荡中心的位置，失步保护可动作于跳闸。量阻抗轨迹判断振荡中心的位置，失步保护可动作于跳闸。（4）当）当ZG由由1区穿越到某区穿越到某一区，随后又以相反的方向一区，随后又以相反的方向返回到返回到1区，对应于区，对应于摇摆的摇摆的特征特征。的的变变化化过过程程。来来反反应应还还可可以以利利用用 cosU58第第 7.7 节节 发电机励磁回路的接地保护发电机励磁回路的接地保护59 励磁回路一点接地是发电机比较常见的一种故障。励磁回路一点接地是发电机比较常见的一种故障。励磁回路一点接地时，对发电机并未造成危害，但是，如励磁回路一点接地时，对发电机并未造成危害，

45、但是，如果不采取措施，继而发生两点接地故障，将严重威胁发电机的果不采取措施，继而发生两点接地故障，将严重威胁发电机的安全。安全。励磁回路发生两点接地故障时，会产生如下的危害：励磁回路发生两点接地故障时，会产生如下的危害：1 1）故障点流过相当大的故障电流，将烧伤转子本体；）故障点流过相当大的故障电流，将烧伤转子本体；2 2）部分绕组被短接，励磁电流增大，烧伤励磁绕组；）部分绕组被短接，励磁电流增大，烧伤励磁绕组；3 3）绕组短接后，使得气隙磁通失去平衡，从而引起振动，）绕组短接后，使得气隙磁通失去平衡，从而引起振动，甚至造成灾难性后果；甚至造成灾难性后果；4 4）还可能使轴系和气轮机被磁化。）

46、还可能使轴系和气轮机被磁化。因此，需要在励磁回路发生一点接地时发出信号；并由运因此，需要在励磁回路发生一点接地时发出信号；并由运行人员采取措施（如逐渐停机、检修等），避免发生两点接地行人员采取措施（如逐渐停机、检修等），避免发生两点接地（提前说明结论：还没有较好的两点接地保护方法）。（提前说明结论：还没有较好的两点接地保护方法）。60 7.7.1 励磁回路一点接地保护励磁回路一点接地保护 1.1.直流电桥式一点接地保护直流电桥式一点接地保护 平衡电流。平衡电流。中仅为不中仅为不使电桥平衡，使电桥平衡，很大，调节很大，调节正常时，正常时，KARRy1流，发出接地的信号。流，发出接地的信号。中有电

47、中有电电桥失去平衡，电桥失去平衡，）接地时，）接地时，（处经处经KARRKyg 原理简单，但是，在转子绕组中点附近短路时，电桥仍然原理简单，但是，在转子绕组中点附近短路时，电桥仍然平衡，无法动作，因而存在死区。平衡，无法动作，因而存在死区。61 2.2.叠加直流式励磁回路一点接地保护叠加直流式励磁回路一点接地保护 。可设计为可设计为限流电阻，限流电阻，、接地电阻；接地电阻；电子开关；电子开关；外加直流电源；外加直流电源；kRRRSEg5040211 1）当）当S S打开时，可得：打开时，可得：ggfIRRREU21 2 2）当）当S S闭合时，可得：闭合时，可得：ggfIRREU 1 均为测量

48、电流。均为测量电流。、其中，其中，ggII 联立两式，得：联立两式，得：gggggIIIRIRRR 121时发接地信号。时发接地信号。当当setgRR 需需外外置置电电源源。停停机机期期间间也也能能使使用用，但但无无关关，启启、灵灵敏敏度度几几乎乎与与fU 62 3.3.切换采样式励磁切换采样式励磁回路一点接地保护回路一点接地保护 这是一种变电桥的应用，这是一种变电桥的应用，处。处。设接地点在图示的设接地点在图示的 ，有：，有：两端的电压为两端的电压为测量到测量到打开时打开时闭合、闭合、）当）当（UR,SS1211 2112111211121IIRUUIRRRIRRUIRRIRRRfggfgg

49、 为可测已知量。为可测已知量。失磁保护类似，失磁保护类似，励磁电压，与励磁电压，与接地电阻；接地电阻；fgUR63，有：，有：两端的电压为两端的电压为测量到测量到打开时打开时闭合、闭合、）当）当（UR,SS1211 2112111211121IIRUUIRRRIRRUIRRIRRRfggfgg ，有：，有：两端的电压为两端的电压为测量到测量到闭合时闭合时打开、打开、）当）当（UR,SS 1212 2112111211112IIRUUIRRRIRRUIRRIRRRfggfgg 联立求解，并整理得：联立求解，并整理得：31332311UUURRUUURRfg 时发出接地信号。时发出接地信号。时，经延时，经延setgRR