发电机组保护Word文件下载.docx

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转子绕组过负荷，装设转子绕组过负荷保护。

并列运行的发电机可能因机炉的保护动作等原因将主气阀关闭，从而导致逆功率运行，使汽轮机叶片与残留尾气剧烈磨擦过热而损坏汽轮机，因此要装设逆功率保护。

为防止过激磁引起发热而烧坏铁蕊，应装设过激磁保护。

因系统振荡而引起发电机失步异常运行，危及发电机和系统运行安全，要装设失步保护。

其他保护：

定子绕组过电压、低频运行、非全相运行及与发电机运行直接有关的热工方面的保护，对水内冷发电机还应装设断水保护等。

另外，还应装设发电机的后备保护，如电流、电压保护、阻抗保护等。

三、发电机保护原理

1、发电机相间短路的纵联差动保护

发电机纵联差动保护的基本原理是比较发电机两侧电流的大小和相位，它是反映发电机及其引出线的相间短路故障。

2、发电机差动保护

2.1保护原理

发电机差动保护是发电机内部相间短路故障的主保护，它反应发电机中性点和机端侧差动电流的大小，采用比率制动特性，动作判据如下：

（1）

式中：

、

分别为动作电流和制动电流，且有

，

；

分别为差动最小动作电流和制动特性的拐点电流值，拐点电流

固定为

为发电机二次额定电流；

为比率制动系数。

其中：

分别为发电机机端和中性点的电流相量，其正方向均为指向系统为正，也即两侧电流互感器（TA，以下同）为零度接线。

图5带比率制动特性的发电机差动保护动作特性

装置设置有差动TA断线判断功能，判据为有且只有一相的一侧（机端或中性点）电流为零，判为TA断线。

当检测出差动TA断线时，由控制字选择是否闭锁单相差动保护。

为了提高可靠性，当判为单相差动动作时，若有负序电压或电流较大时，开放差动保护。

为了在轻负荷下提前发现差动回路的异常，装置还具有差流越限功能，差流越限的定值固定为差动最小动作电流的80%，当判出差流越限且经过10s发差流越限告警信号。

2.2启动

为了保证差动保护的可靠性，一方面采用启动插件闭锁（C型和D型），另一方面结合后备电流有突变或后备电流越限以及差动电流辅助起动作为差动的综合启动方式。

2.3说明

机端和中性点电流互感器必须同型号、同变比，而且为零度接线。

2.4发电机差动保护逻辑框图

图6发电机差动保护原理框图

3、发电机变压器组差动保护

3.1保护原理

发电机变压器组差动保护（简称大差）是发电机内部相间短路和变压器内部故障的主保护，它反应发电机中性点电流和主变高压侧电流，适用于发电机出口不带断路器的场合。

发变组差动保护包括差动速断、比率制动差动、差流越限、TA断线判别、涌流判别等模块。

比率制动特性动作判据如式

（2）所示，比率制动特性如图（4）所示。

（2）

分别为差动电流最小动作电流和制动特性的拐点电流值，拐点电流

为主变高压侧二次额定电流；

为经过平衡后的主变高压侧电流相量，

为发电机中性点的电流相量，其正方向均为指向发变组为正，也即两侧电流互感器（TA，以下同）为180度接线。

比率制动特性动作判据如式

（2）所示，比率制动特性如图（5）所示。

励磁涌流判据采用二次谐波制动特性，当有一相差流的二次谐波制动比（差流的二次谐波与基波的比值）大于定值，一般为8%~20%，即闭锁差动保护。

TA断线后发出告警信号，TA断线后是否闭锁差动保护由控制字选择。

发变组中的主变一般为Y0/接线型式，需要对主变高压侧的电流进行相位差和平衡补偿。

对Y/－11接线，校正方法如下：

（3）

对Y/－1接线，校正方法如下：

（4）

分别为主变高压侧TA二次电流，

为校正后的各相电流。

装置中对常见的几种接线方式进行了相位校正，由用户自行选择（见定值KMD）。

发电机侧电流互感器二次电流平衡补偿由软件完成，发电机中性点侧平衡补偿均以主变高压侧二次电流不变为基准，平衡系数计算如下：

（5）

为平衡系数定值，

分别为主变高压侧和发电机中性点侧二次额定电流。

补偿时分别将发电机中性点侧的各相电流与相应的平衡系数相乘。

差动电流

与制动电流

的有关运算均是在电流相位校正和平衡补偿后的基础上进行的。

3.2启动

为了保证差动保护的可靠性，采用后备电流无流，后备电流突变，后备电流越限与差动电流辅助起动相结合作为差动启动方式。

3.3发变组差动保护逻辑框图

图7发电机变压器组差动保护原理框图

4、复合电压过流保护（电流可带记忆）

4.1保护原理

复合电压过流保护作为发电机、变压器、高压母线及相邻线路故障的后备保护。

对于自并励发电机，在短路故障后电流衰减变小，故障电流在过流元件动作出口前就可能已经返回，因此，在复合电压过流保护起动后，过流元件需带记忆功能，使保护能可靠动作出口，电流是否带记忆功能可通过控制字选择。

复合电压过流保护由负序电压或线电压启动的过电流元件组成，复合电压过流保护设两段定值，第I段通常动作于缩小故障范围，第II段动作于全停，也可以通过控制字将两段定值都设置为全停。

每段的复合电压元件可分别投退。

电流取自后备用TA，电压取自机端TV。

当TV断线时可选择是否退出复压元件。

4.2复合电压过流保护逻辑框图

图8复合电压过流保护逻辑框图

4.3负序过电流保护

4.3.1保护原理

负序过电流保护设两段定值，第I段动作于缩小故障范围，第II段全停，也可以通过控制字将两段定值都设置为全停。

负序电流保护用的负序电流元件取自后备用电流互感器，负序电压元件取自机端TV。

该保护可以和4.3节的低压过流组成复合过电流保护，即负序过流用于保护不对称短路故障，低压过流保护用于保护三相短路故障。

4.3.2保护动作逻辑框图

图9负序过电流保护原理框图

4.4定子过负荷和负序过负荷保护

4.4.1保护原理

定子过负荷保护反应发电机定子绕组的平均发热状况，以保护发电机定子绕组以免过热，电流取自后备TA和机端TA三相电流的最大值。

发电机负序过负荷保护反应定子绕组的负序电流大小，保护发电机转子以防表面过热。

电流取自发电机后备TA和机端TA负序电流的最大值。

4.4.2保护动作逻辑框图

图10发电机定子过负荷和负序过负荷保护原理框图

4.5电压保护

4.5.1过电压保护原理

发电机过电压保护用于保护发电机各种运行工况下引起的定子绕组过电压。

保护反应发电机机端电压大小。

保护设一段一个时限定值。

4.5.2欠电压（调相失压）保护原理

发电机欠电压保护反应三相相间电压的降低，并经外部触点（一般为自动操作装置触点）闭锁。

4.5.3保护动作逻辑框图

图11电压保护原理框图

4.6定子接地保护

4.6.1保护原理

定子接地保护反应发电机定子一点接地故障，针对不同的主接线形式，有两种不同的原理：

一种是基波零序电流定子接地保护，一种是基波零序电压定子接地保护。

保护设一段延时，出口方式可以通过控制字选择既可以是发信，也可以是全停。

对于基波零序电流定子接地保护，其零序电流选择为发电机定子接地专用零序电流互感器；

对于基波零序电压定子接地保护，其零序电压选择为发电机机端零序电压互感器。

为了提高三次谐波的滤过能力，采用零点滤过器叠加付氏算法，三次谐波滤过比大于100倍以上。

保护还设置有机端TV断线闭锁基波零序电压定子接地保护功能。

4.6.2保护动作逻辑框图

图12定子接地保护原理框图

4.7转子一点接地保护

4.7.1保护原理

转子一点接地保护主要反应转子对大轴绝缘电阻的下降。

采用“乒乓”式变电桥原理，其设计思想是：

通过电子开关S1、S2轮流切换，改变电桥两臂电阻值的大小，通过求解三种状态下的回路方程，实时计算转子接地电阻和接地位置。

保护的动作判据为：

（6）

为转子对地测量电阻，

为整定的接地电阻值。

保护对S1和S2开关有良好的自检功能。

此外变电桥式转子一点接地保护与接地点的位置和励磁电压无关，在转子绕组任何地点发生接地故障时，均具有很高的灵敏度。

4.7.2保护动作逻辑框图

图13转子一点接地保护原理框图

4.8转子两点接地保护

4.8.1保护原理

当转子一点接地动作后，装置自动投入转子两点接地保护。

保护采用机端电压的二次谐波正序分量作为判别量，保护经延时发出跳闸（全停）命令。

（7）

分别为机端正序电压的二次谐波分量和整定定值。

4.8.2保护动作逻辑框图

图14转子两点接地保护原理框图

4.9失磁保护

4.9.1失磁保护开入判据

失磁保护采用直流励磁电压低外部开入（采用三取二方式）保护原理，为了提高失磁保护的可靠性，结合逆无功元件识别失磁故障。

保护动作于停机。

直流励磁电压低外部开入除了常规的开入监视外，增加当直流励磁电压低开入三取二动作时，但逆无功元件不动作时，表明直流励磁回路出现异常，给出告警信息。

4.9.2失磁保护低励判据

失磁保护低励判据主判据采用转子励磁电压。

为了提高失磁保护的可靠性，结合逆无功元件识别励磁故障。

装置具有直流励磁回路正常与否的监视功能，即判别直流励磁电压低于8V，但无功不反向，经延时10s报直流励磁电压回路异常告警，提醒运行人员处理。

4.9.3失磁保护阻抗判据

失磁保护阻抗特性可选为园特性或苹果园特性。

阻抗特性在复平面上的位置可任意，用户可根据静稳边界或异步边界进行整定。

阻抗动作方程为：

（8）

Xm、Rm分别为机端测量阻抗的电抗和电阻分量；

X0、R0分别为圆心向量；

R为圆半径。

为了防止在其他非失磁情况下的测量阻抗进入动作特性内造成失磁保护误动，设有相应的闭锁措施。

为躲过系统振荡的影响，设有t6时限。

4.9.4失磁保护原理逻辑框图

图15失磁保护原理框图

4.10开入闭锁低压过流（水车停机闭锁）保护

4.10.1开入闭锁低压过流（水车停机闭锁）保护原理

保护取发电机中性点或后备侧电流和机端电压。

4.10.2保护动作逻辑框图

图16开入闭锁低压过流（水车停机闭锁）保护原理框图

4.11逆功率保护

4.11.1保护原理

逆功率保护是作为汽轮机突然停机的保护，逆功率运行对机组的主要危害是汽轮机尾部长叶片的过热，一般规定逆功率运行的时间不得超过3min。

对于燃气轮机、柴油发电机也有装设逆功率保护的需要，目的在于防止未燃尽物质有爆炸和着火的危险。

逆功率保护的电压取自发电机机端TV，电流取自专用测量TA。

功率的计算采用两表法，即：

（9）

逆功率保护包括一段两时限，其中第一时限动作后作用于信号，第二时限动作后作用于跳闸。

4.11.2保护动作逻辑框图

图17逆功率保护原理框图

四、各种保护的主要性能

1、发电机差动保护

发电机差动保护的主要性能为：

a）具有防止区外故障误动的制动特性；

b）具有电流互感器（TA，以下同）断线判别功能，能选择闭锁差动，当断线时能发断线信号；

c）当出现两点接地故障（一点区内、一点区外）时，可动作出口；

d）差动速断动作时间（2倍整定电流时）不大于30ms；

e）两相比率制动动作时间（2倍整定电流时）不大于30ms；

f）单相比率制动动作时间（2倍整定电流时）不大于60ms；

g）整定值允差±

5%。

2、发变组差动保护

发变组差动保护的主要性能为：

具有防止区外故障误动的制动特性；

a）具有防止励磁涌流期间引起误动的措施；

c）差动速断动作时间（2倍整定电流时）不大于30ms；

d）比率制动动作时间（2倍整定电流时）不大于40ms；

e）整定值允差±

3、过电流保护

过电流保护的主要性能为：

1）过电流保护

a）固有延时（1.2倍整定值时）不大于70ms；

b）定值误差不大于5%。

2）低电压闭锁过电流保护（电流可带记忆）

a）过电流技术条件同2.11.3第1）款；

b）电流记忆时间不小于100ms，最大为30s（可整定）；

c）电流为1.2倍整定值和低电压为0.8倍整定值时，不大于70ms。

d）低电压定值误差不大于5%。

3）复合电压闭锁过电流保护（电流可带记忆）

c）低电压技术条件同2.11.3第2）款；

d）固有延时：

电流为1.2倍整定值，且负序电压为1.2倍整定值或低电压为0.8倍整定值时，不大于70ms；

e）负序电压定值误差不大于5%。

4、负序过电流保护

负序过电流保护的主要性能为：

5、定子接地保护

定子接地保护的主要性能为：

a）可选择为零序电压原理或零序电流原理，当选择为零序电压原理时，具有TV断线闭锁功能；

当选择为零序电流原理时，具有过电流闭锁功能；

b）三次谐波滤过比大于100；

c）固有延时（1.2倍整定值时）不大于70ms；

d）定值误差不大于2.5%。

6、转子一点接地保护

转子一点接地保护的主要性能为：

a）适用于转子回路对地分布电容小于8μF的各种非旋转励磁方式的发电机励磁回路；

b）整定范围：

汽轮发电机为1~20kΩ，水轮发电机为1~10kΩ；

c）在同一整定值下，转子绕组不同地点发生一点接地时，其动作值误差为：

当整定值为1kΩ～5kΩ时允差±

0.5kΩ，当整定值为5kΩ～50kΩ时允差±

10%。

7、转子两点接地保护

转子两点接地保护的主要性能为：

a）具有转子一点接地后自动投入保护功能；

b）固有延时（1.2倍整定值时）不大于70ms；

c）定值误差不大于10%。

8、过电压保护

过电压保护的主要性能为：

a）固有延时（1.1倍整定值时）不大于70ms；

b）返回系数不小于0.95；

c）定值允差±

2.5%。

9、定子过负荷和负序过负荷保护

定子过负荷和负序过负荷保护的主要性能为：

10、失磁保护

失磁保护的主要性能为：

a）提供三种原理供选择，即：

失磁开入判据、转子低励判据、低阻抗判据，各判据增加逆无功启动元件，既防止机组正常进相运行时失磁保护误动，也提高了失磁保护的可靠性；

b）具有机端低电压加速跳闸功能；

c）阻抗判据具有TV断线和电压切换过程中不误动；

d）系统故障、故障切除过程中及系统振荡时保护不误动；

e）具有励磁电压通道检测功能；

f）固有延时不大于70ms；

g）阻抗定值误差不大于5%，其它定值误差不大于2.5%。

11、欠电压保护

欠电压保护的主要性能为：

a）固有延时（0.8倍整定值时）不大于70ms；

b）返回系数不小于1.05；

12、逆功率保护

逆功率保护的主要性能为：

13、启动元件

启动元件的主要性能为：

1）突变量启动元件

a）动作时间（1.2倍整定值时）不大于20ms；

b）定值误差不大于10％。

2）稳态量启动元件

定值误差不大于5％。