1、2021-12-11電力系統(tǒng)繼電保護(hù)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)主講教師主講教師:蔡琴，張磊蔡琴，張磊自動化與電氣工程學(xué)院電氣工程教研室自動化與電氣工程學(xué)院電氣工程教研室2021-12-127.37.3、發(fā)電機(jī)定子繞組接地、發(fā)電機(jī)定子繞組接地保護(hù)簡介保護(hù)簡介 2021-12-13小容量發(fā)電機(jī)小容量發(fā)電機(jī)現(xiàn)在經(jīng)常采用現(xiàn)在經(jīng)常采用大容量發(fā)電機(jī)大容量發(fā)電機(jī)國外進(jìn)口大型發(fā)電機(jī)組國外進(jìn)口大型發(fā)電機(jī)組7.37.3、發(fā)電機(jī)定子繞組接地、發(fā)電機(jī)定子繞組接地保護(hù)簡介保護(hù)簡介 7.3.1 發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地時電氣量的特征發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地時電氣量的特征中性點(diǎn)不接地的發(fā)電機(jī)，當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部單相接地時，接地電容電流中性點(diǎn)不

2、接地的發(fā)電機(jī)，當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部單相接地時，接地電容電流應(yīng)在應(yīng)在規(guī)定的允許值規(guī)定的允許值之內(nèi)，如表之內(nèi)，如表7.17.1所示。大型發(fā)電機(jī)由于造價昂貴，所示。大型發(fā)電機(jī)由于造價昂貴，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，檢修困難，且容量的增大使得其接地故障電流也隨之增結(jié)構(gòu)復(fù)雜，檢修困難，且容量的增大使得其接地故障電流也隨之增大，為了防止故障電流燒壞鐵芯，大型發(fā)電機(jī)有的裝設(shè)了大，為了防止故障電流燒壞鐵芯，大型發(fā)電機(jī)有的裝設(shè)了消弧線圈，消弧線圈，通過消弧線圈的電感電流與接地電容電流的相互抵消，把定子單相通過消弧線圈的電感電流與接地電容電流的相互抵消，把定子單相接地故障電流限制在規(guī)定的允許值之內(nèi)。接地故障電流限制在規(guī)定的允許值之內(nèi)。7

3、.3 發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)2021-12-1若若A A相在距離定子繞組中性點(diǎn)相在距離定子繞組中性點(diǎn) 處發(fā)生接地短路處發(fā)生接地短路表示中性點(diǎn)到故障點(diǎn)的繞組匝數(shù)占全表示中性點(diǎn)到故障點(diǎn)的繞組匝數(shù)占全部繞組的百分比（部繞組的百分比（01）2021-12-17.3.1 7.3.1 發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地時電氣量的特征發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地時電氣量的特征零序等效網(wǎng)絡(luò)如下所示，零序等效網(wǎng)絡(luò)如下所示，故障點(diǎn)的接地電流故障點(diǎn)的接地電流為：為：欠補(bǔ)償運(yùn)行方式欠補(bǔ)償運(yùn)行方式- - -補(bǔ)償?shù)母行噪娏餍∮诮拥厝菪噪娏?，這樣補(bǔ)償?shù)母行噪娏餍∮诮拥厝菪噪娏鳎@樣有利于減小電有利于減小電力變壓器耦合電容傳遞的過電壓力變

4、壓器耦合電容傳遞的過電壓。在大型發(fā)電機(jī)。在大型發(fā)電機(jī)變壓器組單元接線的情變壓器組單元接線的情況下，由于總電容為定值，一般采用欠補(bǔ)償運(yùn)行方式。況下，由于總電容為定值，一般采用欠補(bǔ)償運(yùn)行方式。7.3.27.3.2、 利用基波零序電壓構(gòu)成發(fā)電機(jī)的定子繞組單相接地保護(hù)利用基波零序電壓構(gòu)成發(fā)電機(jī)的定子繞組單相接地保護(hù)u對于對于發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)- -變壓器組變壓器組的接線方式，當(dāng)發(fā)生單相接地后，接地電流一的接線方式，當(dāng)發(fā)生單相接地后，接地電流一般小于允許值或經(jīng)消弧線圈補(bǔ)償后小于允許值。般小于允許值或經(jīng)消弧線圈補(bǔ)償后小于允許值。u所以所以零序電壓保護(hù)常用于發(fā)電機(jī)變壓器組的接地保護(hù)，零序電壓保護(hù)常用于發(fā)電機(jī)變壓器

5、組的接地保護(hù)，反映零序電壓反映零序電壓接地保護(hù)的原理圖如圖接地保護(hù)的原理圖如圖9-99-9所示所示零序電壓零序電壓7.3.27.3.2、 利用基波零序電壓構(gòu)成發(fā)電機(jī)的定子繞組單相接地保護(hù)利用基波零序電壓構(gòu)成發(fā)電機(jī)的定子繞組單相接地保護(hù)（1 1）零序電壓的獲得：）零序電壓的獲得： 取自取自發(fā)電機(jī)端發(fā)電機(jī)端電壓互感器電壓互感器二次開口三角形繞組；二次開口三角形繞組； 或或取自取自中性點(diǎn)中性點(diǎn)電壓互感器電壓互感器二次繞組。二次繞組。零序電壓零序電壓（2 2）工作原理）工作原理u當(dāng)發(fā)電機(jī)當(dāng)發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行正常運(yùn)行時，開口三角形側(cè)輸出電壓近似時，開口三角形側(cè)輸出電壓近似為為零，保護(hù)不動作；零，保護(hù)不動作；

6、u當(dāng)發(fā)電機(jī)定子繞組發(fā)生當(dāng)發(fā)電機(jī)定子繞組發(fā)生單相接地故障單相接地故障時，開口三角時，開口三角形側(cè)形側(cè)輸出電壓近似為輸出電壓近似為100V100V，保護(hù)動作。，保護(hù)動作。2021-12-1117.3.27.3.2、 利用基波零序電壓構(gòu)成發(fā)電機(jī)的定子繞組單相接地保護(hù)利用基波零序電壓構(gòu)成發(fā)電機(jī)的定子繞組單相接地保護(hù)2021-12-1127.3.37.3.3、三次諧波電壓構(gòu)成的定子單相接地保護(hù)三次諧波電壓構(gòu)成的定子單相接地保護(hù)2021-12-12021-12-12021-12-12021-12-12021-12-12021-12-12021-12-119中性點(diǎn)三次諧波電壓中性點(diǎn)三次諧波電壓UN3UN3和

7、發(fā)電機(jī)端三次諧波電壓用和發(fā)電機(jī)端三次諧波電壓用US3US3隨故站點(diǎn)隨故站點(diǎn) 的變化如圖，的變化如圖，而在而在距中性點(diǎn)距中性點(diǎn)50%50%范圍接地范圍接地機(jī)端三次諧波電壓機(jī)端三次諧波電壓US3US3大于中性點(diǎn)三次諧波電壓大于中性點(diǎn)三次諧波電壓UN3UN3，如果利用如果利用US3US3作為動作電壓，而有作為動作電壓，而有UN3UN3作為制動電壓，并以作為制動電壓，并以US3=UN3US3=UN3作為動作邊界條件，則作為動作邊界條件，則利用三次諧波構(gòu)成的接地保護(hù)就可以保護(hù)，由中性點(diǎn)起，定子繞組利用三次諧波構(gòu)成的接地保護(hù)就可以保護(hù)，由中性點(diǎn)起，定子繞組50%50%范圍以內(nèi)的故障，范圍以內(nèi)的故障，并且當(dāng)

8、故障點(diǎn)并且當(dāng)故障點(diǎn)越靠近中性點(diǎn)，保護(hù)的靈敏度越高越靠近中性點(diǎn)，保護(hù)的靈敏度越高7.3.37.3.3、三次諧波電壓構(gòu)成的定子單相接地保護(hù)三次諧波電壓構(gòu)成的定子單相接地保護(hù)當(dāng)發(fā)電機(jī)定子繞組發(fā)生金屬性單相接地時，設(shè)接當(dāng)發(fā)電機(jī)定子繞組發(fā)生金屬性單相接地時，設(shè)接地發(fā)生在距中性點(diǎn)地發(fā)生在距中性點(diǎn)，其等值電路如圖，其等值電路如圖7.137.13所示所示，此時不管發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)是否接有消弧線圈，總，此時不管發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)是否接有消弧線圈，總是有是有U UN3N3= =EE3 3和和U US3S3=(1-=(1-) )E E3 3，兩者相比，得，兩者相比，得（圖（圖7-13：發(fā)電機(jī)單相接地時三：發(fā)電機(jī)單相接地時三次

9、諧波電動勢分布的等值電路圖）次諧波電動勢分布的等值電路圖）（圖（圖7-14：中性點(diǎn)電壓和機(jī)端電壓隨故障點(diǎn)的變化曲線）：中性點(diǎn)電壓和機(jī)端電壓隨故障點(diǎn)的變化曲線）u利用利用三次諧波三次諧波構(gòu)成的接地保護(hù)可以反應(yīng)發(fā)電機(jī)定子繞組中構(gòu)成的接地保護(hù)可以反應(yīng)發(fā)電機(jī)定子繞組中0.50.150.15范圍內(nèi)的范圍內(nèi)的單相接單相接地故障地故障，且當(dāng)故障點(diǎn)越靠近發(fā)電機(jī)機(jī)端時，保護(hù)的靈敏性就越高。，且當(dāng)故障點(diǎn)越靠近發(fā)電機(jī)機(jī)端時，保護(hù)的靈敏性就越高。7.3.37.3.3、三次諧波電壓構(gòu)成的定子單相接地保護(hù)三次諧波電壓構(gòu)成的定子單相接地保護(hù)2021-12-14.4. 由反應(yīng)基波零序電壓和利用三次諧波電壓構(gòu)成的由反應(yīng)基波零序

10、電壓和利用三次諧波電壓構(gòu)成的100%100%定子接地定子接地保護(hù)，其基波零序電壓元件的保護(hù)范圍是（保護(hù)，其基波零序電壓元件的保護(hù)范圍是（ ）A.A. 由中性點(diǎn)向機(jī)端的定子繞組的由中性點(diǎn)向機(jī)端的定子繞組的85%-90%85%-90%B.B. 由機(jī)端向中性點(diǎn)的定子繞阻的由機(jī)端向中性點(diǎn)的定子繞阻的85%-90%85%-90%C.C. 100%100%的定子繞組的定子繞組D.D. 由中性點(diǎn)向機(jī)端的定子繞組的由中性點(diǎn)向機(jī)端的定子繞組的50%50%B7.4 發(fā)電機(jī)負(fù)序電流保護(hù)2021-12-17 7發(fā)電機(jī)的負(fù)序過電流保護(hù)，主要是為了防止（發(fā)電機(jī)的負(fù)序過電流保護(hù)，主要是為了防止（ ）。）。A.A. 損壞發(fā)電

11、機(jī)的定子線圈損壞發(fā)電機(jī)的定子線圈B.B. 損壞發(fā)電機(jī)的定子鐵芯損壞發(fā)電機(jī)的定子鐵芯C.C. 損壞發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子損壞發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子D.D. 損壞發(fā)電機(jī)的勵磁系統(tǒng)損壞發(fā)電機(jī)的勵磁系統(tǒng)C C2021-12-12021-12-17.4.2 定時限負(fù)序過電流保護(hù)定時限負(fù)序過電流保護(hù)（圖（圖7-17：發(fā)電機(jī)負(fù)序電流及單相式電壓啟動過電流保護(hù)原理接線圖）：發(fā)電機(jī)負(fù)序電流及單相式電壓啟動過電流保護(hù)原理接線圖）p 單相式低電壓啟動過電流保護(hù)單相式低電壓啟動過電流保護(hù)- - -由接于由接于相電流上的相電流上的過電流繼電器過電流繼電器KA1KA1和接于線和接于線電壓上的電壓上的低電壓繼電器低電壓繼電器KVKV組成單相式

12、的組成單相式的低電壓啟動過電流保護(hù)，以專門反應(yīng)低電壓啟動過電流保護(hù)，以專門反應(yīng)三三相對稱相對稱短路，短路，p 負(fù)序過電流保護(hù)負(fù)序過電流保護(hù)是并聯(lián)工作的，也經(jīng)是并聯(lián)工作的，也經(jīng)過時間繼電器過時間繼電器KT1KT1的延時后動作于跳閘。的延時后動作于跳閘。u 繼電器繼電器KA2KA2具有具有較大較大的整定值，經(jīng)時間的整定值，經(jīng)時間繼電器繼電器KT1KT1的延時后動作于發(fā)電機(jī)跳閘，的延時后動作于發(fā)電機(jī)跳閘，以作為防止轉(zhuǎn)子過熱和后備保護(hù)之用。以作為防止轉(zhuǎn)子過熱和后備保護(hù)之用。u 在選擇動作電流時，應(yīng)當(dāng)給出一個計在選擇動作電流時，應(yīng)當(dāng)給出一個計算時間算時間t tcalcal，在這個時間內(nèi)，值班人員，在這個

13、時間內(nèi)，值班人員有可能采取措施來消除產(chǎn)生負(fù)序電流有可能采取措施來消除產(chǎn)生負(fù)序電流的運(yùn)行方式。的運(yùn)行方式。u KA3KA3則具有則具有較小較小的整定值，當(dāng)負(fù)序電流的整定值，當(dāng)負(fù)序電流超過發(fā)電機(jī)的長期允許值時，經(jīng)時間超過發(fā)電機(jī)的長期允許值時，經(jīng)時間繼電器繼電器KT2KT2的延時后，發(fā)出發(fā)電機(jī)的延時后，發(fā)出發(fā)電機(jī)不不對稱過負(fù)荷信號。對稱過負(fù)荷信號。p 整定原則：整定原則：按照躲開發(fā)電機(jī)按照躲開發(fā)電機(jī)長期允許長期允許的負(fù)序電流值的負(fù)序電流值和最大負(fù)荷下負(fù)序過濾和最大負(fù)荷下負(fù)序過濾器的器的不平衡電流不平衡電流（均應(yīng)考慮繼電器的（均應(yīng)考慮繼電器的返回系數(shù)）來確定。返回系數(shù)）來確定。7.4.2 定時限負(fù)序過

14、電流保護(hù)定時限負(fù)序過電流保護(hù)如果將按照上述原則整定的如果將按照上述原則整定的兩段式定時限負(fù)序過電流保護(hù)兩段式定時限負(fù)序過電流保護(hù)，應(yīng)用于直接冷卻，應(yīng)用于直接冷卻的大容量發(fā)電機(jī)，例如的大容量發(fā)電機(jī)，例如A=4A=4的的600MW600MW 機(jī)組上，其定值根據(jù)式（機(jī)組上，其定值根據(jù)式（7.347.34），采用），采用0.5I0.5I2 2 、4s4s動作于跳閘動作于跳閘和和0.1I0.1I2 2 、10s10s作用于信號，作用于信號，其保護(hù)動作時限特性與其保護(hù)動作時限特性與發(fā)電機(jī)允許的負(fù)序電流曲線的配合情況標(biāo)示于圖發(fā)電機(jī)允許的負(fù)序電流曲線的配合情況標(biāo)示于圖7.167.16中。由此可見：中。由此可見

15、：在曲線在曲線abab段內(nèi)，段內(nèi)，保護(hù)裝置的動作時限（保護(hù)裝置的動作時限（4s4s）大于發(fā)）大于發(fā)電機(jī)允許的時間，因此，可能出現(xiàn)電機(jī)允許的時間，因此，可能出現(xiàn)發(fā)電機(jī)已被損壞發(fā)電機(jī)已被損壞而保護(hù)尚未動作的情況。而保護(hù)尚未動作的情況。在曲線在曲線bcbc段內(nèi)，段內(nèi)，保護(hù)裝置的動作時限小于發(fā)電機(jī)的保護(hù)裝置的動作時限小于發(fā)電機(jī)的允許時間，從發(fā)電機(jī)能繼續(xù)安全運(yùn)行的角度來看，允許時間，從發(fā)電機(jī)能繼續(xù)安全運(yùn)行的角度來看，在在不該切除的時候就將它切除了不該切除的時候就將它切除了，因此，沒有充分，因此，沒有充分利用發(fā)電機(jī)本身所具有的承受負(fù)序電流的能力。利用發(fā)電機(jī)本身所具有的承受負(fù)序電流的能力。在曲線在曲線cdc

16、d段內(nèi)，段內(nèi)，是靠保護(hù)裝置動作發(fā)信號，然后由是靠保護(hù)裝置動作發(fā)信號，然后由值班人員來處理的。但當(dāng)負(fù)序電流靠近值班人員來處理的。但當(dāng)負(fù)序電流靠近c(diǎn) c點(diǎn)附近時，點(diǎn)附近時，發(fā)電機(jī)所允許的時間與保護(hù)裝置動作的時間實(shí)際相發(fā)電機(jī)所允許的時間與保護(hù)裝置動作的時間實(shí)際相差很小，因此，就可能發(fā)生保護(hù)給出信號后，值班差很小，因此，就可能發(fā)生保護(hù)給出信號后，值班人員還未來得及處理時，發(fā)電機(jī)已超過了允許時間人員還未來得及處理時，發(fā)電機(jī)已超過了允許時間。由此可見，在。由此可見，在cdcd段內(nèi)只動作于發(fā)出信號也是不安段內(nèi)只動作于發(fā)出信號也是不安全的。全的。在曲線的在曲線的dede段內(nèi)段內(nèi)，保護(hù)根本不反應(yīng)。保護(hù)根本不反應(yīng)

17、。結(jié)論：兩段式定時限負(fù)序過電流保護(hù)的動作特性與發(fā)電機(jī)允許的負(fù)序電流曲結(jié)論：兩段式定時限負(fù)序過電流保護(hù)的動作特性與發(fā)電機(jī)允許的負(fù)序電流曲線不能很好地配合。此外，它也不能反映負(fù)序電流變化時發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的熱積線不能很好地配合。此外，它也不能反映負(fù)序電流變化時發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的熱積累過程。累過程。（圖（圖7-16：兩段定時限負(fù)序過電流保護(hù)動作特性）：兩段定時限負(fù)序過電流保護(hù)動作特性）2021-12-1動作時限動作時限:按后備保護(hù)的原則配合，一般取按后備保護(hù)的原則配合，一般取35S2021-12-17.4.3 反時限負(fù)序過電流保護(hù)反時限負(fù)序過電流保護(hù)反時限曲線特性反時限曲線特性如圖如圖7-197-19所示。它由

18、上限定時限、反時限、下限定時所示。它由上限定時限、反時限、下限定時限三部分組成。限三部分組成。發(fā)電機(jī)反時限負(fù)序過電流保護(hù)邏輯圖如圖發(fā)電機(jī)反時限負(fù)序過電流保護(hù)邏輯圖如圖7-207-20所示：所示：負(fù)序反時限特性負(fù)序反時限特性能真實(shí)地能真實(shí)地模擬轉(zhuǎn)子的熱積累過程，模擬轉(zhuǎn)子的熱積累過程，并能模擬散熱，即發(fā)電機(jī)并能模擬散熱，即發(fā)電機(jī)發(fā)熱后若負(fù)序電流消失，發(fā)熱后若負(fù)序電流消失，熱積累并不立即消失，而熱積累并不立即消失，而是慢慢地散熱消失，如此是慢慢地散熱消失，如此時負(fù)序電流再次增大，則時負(fù)序電流再次增大，則上一次的熱積累將成為該上一次的熱積累將成為該次的初值。次的初值。圖圖7-20：發(fā)電機(jī)反時限負(fù)序過電

19、流保護(hù)邏輯圖：發(fā)電機(jī)反時限負(fù)序過電流保護(hù)邏輯圖圖圖7.19反時限負(fù)序過電流保護(hù)動作特性曲線反時限負(fù)序過電流保護(hù)動作特性曲線7.5 發(fā)電機(jī)的失磁保護(hù)7.5.1 7.5.1 發(fā)電機(jī)失磁運(yùn)行及后果發(fā)電機(jī)失磁運(yùn)行及后果u 發(fā)電機(jī)失磁故障發(fā)電機(jī)失磁故障發(fā)電機(jī)的勵磁突然全部消失或部分消失。發(fā)電機(jī)的勵磁突然全部消失或部分消失。u 引起失磁的原因引起失磁的原因 轉(zhuǎn)子繞組故障、勵磁機(jī)故障、自動滅磁開關(guān)誤跳轉(zhuǎn)子繞組故障、勵磁機(jī)故障、自動滅磁開關(guān)誤跳閘、半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng)中某些元件損壞或回路發(fā)生故障以及誤操作等。閘、半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng)中某些元件損壞或回路發(fā)生故障以及誤操作等。u 失磁故障的形式失磁故障的形式 勵磁繞組直接短

20、路或經(jīng)勵磁電機(jī)電樞繞組閉路引勵磁繞組直接短路或經(jīng)勵磁電機(jī)電樞繞組閉路引起失磁、勵磁繞組開路引起失磁、勵磁繞組經(jīng)滅磁電阻短接而失磁，起失磁、勵磁繞組開路引起失磁、勵磁繞組經(jīng)滅磁電阻短接而失磁，勵磁繞組經(jīng)整流器閉路（交流電源消失）失磁。勵磁繞組經(jīng)整流器閉路（交流電源消失）失磁。u 當(dāng)發(fā)電機(jī)完全失去勵磁時：當(dāng)發(fā)電機(jī)完全失去勵磁時：發(fā)電機(jī)失磁后將從電力系統(tǒng)中吸取感性無功功率發(fā)電機(jī)失磁后將從電力系統(tǒng)中吸取感性無功功率; ; f fg g 為對應(yīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的頻率，為對應(yīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的頻率，f fs s 為系統(tǒng)的頻率。為系統(tǒng)的頻率。7.5.1 發(fā)電機(jī)失磁運(yùn)行及后果發(fā)電機(jī)失磁運(yùn)行及后果 當(dāng)發(fā)電機(jī)失磁進(jìn)入當(dāng)發(fā)電機(jī)

21、失磁進(jìn)入異步運(yùn)行異步運(yùn)行時，將對電力系時，將對電力系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)產(chǎn)生以下影響：統(tǒng)和發(fā)電機(jī)產(chǎn)生以下影響：需要從電力系統(tǒng)中需要從電力系統(tǒng)中吸收很大的無功功率吸收很大的無功功率以建以建立發(fā)電機(jī)的磁場。立發(fā)電機(jī)的磁場。由于從電力系統(tǒng)中吸收無功功率將引起電力由于從電力系統(tǒng)中吸收無功功率將引起電力系統(tǒng)的系統(tǒng)的電壓下降電壓下降，甚至可能因電壓崩潰而使，甚至可能因電壓崩潰而使系統(tǒng)瓦解。系統(tǒng)瓦解。在轉(zhuǎn)子及勵磁回路中將產(chǎn)生頻率為在轉(zhuǎn)子及勵磁回路中將產(chǎn)生頻率為f fg g - -f fs s的的差頻電流。差頻電流。有很大的有很大的電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩周期性地作用在發(fā)電機(jī)軸周期性地作用在發(fā)電機(jī)軸系上，并通過定子傳到機(jī)座上，

22、引起機(jī)組振系上，并通過定子傳到機(jī)座上，引起機(jī)組振動，直接動，直接威脅著機(jī)組的安全。威脅著機(jī)組的安全。低勵磁或失磁運(yùn)行時，定子端部漏磁增加，低勵磁或失磁運(yùn)行時，定子端部漏磁增加，將使端部和邊段將使端部和邊段鐵芯過熱。鐵芯過熱。（PGL水輪機(jī)控制保護(hù)屏圖）水輪機(jī)控制保護(hù)屏圖）7.5.2 發(fā)電機(jī)失磁后的機(jī)端測量阻抗發(fā)電機(jī)失磁后的機(jī)端測量阻抗（發(fā)電機(jī)勵磁保護(hù)裝置圖）（發(fā)電機(jī)勵磁保護(hù)裝置圖）7.5.2 發(fā)電機(jī)失磁后的機(jī)端測量阻抗發(fā)電機(jī)失磁后的機(jī)端測量阻抗1 1 發(fā)電機(jī)在失磁過程中的機(jī)端測量阻抗發(fā)電機(jī)在失磁過程中的機(jī)端測量阻抗(1) (1) 失磁后到失步前失磁后到失步前在這一階段中，發(fā)電機(jī)端的測量阻抗為：

23、在這一階段中，發(fā)電機(jī)端的測量阻抗為：其阻抗的軌跡在復(fù)數(shù)抗平面上如下圖所示：其阻抗的軌跡在復(fù)數(shù)抗平面上如下圖所示：由于這個圓是在某一定有功功率由于這個圓是在某一定有功功率 不不變的條件下做出的，因此稱為等有功變的條件下做出的，因此稱為等有功阻抗圓。機(jī)端測量阻抗的軌跡與阻抗圓。機(jī)端測量阻抗的軌跡與P P有有密切關(guān)系，對應(yīng)不同的值有不同的阻密切關(guān)系，對應(yīng)不同的值有不同的阻抗圓，且抗圓，且P P越大時圓的直徑越小越大時圓的直徑越小。7.5.2 發(fā)電機(jī)失磁后的機(jī)端測量阻抗發(fā)電機(jī)失磁后的機(jī)端測量阻抗(2) (2) 臨界失步點(diǎn)臨界失步點(diǎn)對汽輪發(fā)電機(jī)組，當(dāng)對汽輪發(fā)電機(jī)組，當(dāng)=90=90時，發(fā)電機(jī)處于失去靜態(tài)穩(wěn)

24、定的臨界狀時，發(fā)電機(jī)處于失去靜態(tài)穩(wěn)定的臨界狀態(tài)，稱為臨界失步點(diǎn)。此時輸送到受端的無功功率為（見式態(tài)，稱為臨界失步點(diǎn)。此時輸送到受端的無功功率為（見式7-377-37）：）：此時機(jī)端的測量阻抗為：此時機(jī)端的測量阻抗為：其軌跡也是一個圓的方程，如下圖所示：其軌跡也是一個圓的方程，如下圖所示：這個圓稱為靜穩(wěn)阻抗圓，也稱等無功這個圓稱為靜穩(wěn)阻抗圓，也稱等無功阻抗圓。其圓周為發(fā)電機(jī)以不同的有阻抗圓。其圓周為發(fā)電機(jī)以不同的有功功率功功率P P臨界失穩(wěn)時，機(jī)端測量阻抗臨界失穩(wěn)時，機(jī)端測量阻抗的軌跡，圓內(nèi)為靜穩(wěn)破壞區(qū)。的軌跡，圓內(nèi)為靜穩(wěn)破壞區(qū)。7.5.2 發(fā)電機(jī)失磁后的機(jī)端測量阻抗發(fā)電機(jī)失磁后的機(jī)端測量阻抗(

25、3) 3) 靜穩(wěn)破壞后的異步運(yùn)行階段靜穩(wěn)破壞后的異步運(yùn)行階段靜穩(wěn)破壞后的異步運(yùn)行階段可用圖靜穩(wěn)破壞后的異步運(yùn)行階段可用圖7.247.24所示的等效電路來表示，此時所示的等效電路來表示，此時機(jī)端測量阻抗應(yīng)為機(jī)端測量阻抗應(yīng)為（圖（圖7-24：異步電機(jī)等效圖）：異步電機(jī)等效圖）（圖（圖7-25：發(fā)電機(jī)端測量：發(fā)電機(jī)端測量阻抗在失磁后阻抗在失磁后 的變化軌跡）的變化軌跡）7.5.2 7.5.2 發(fā)電機(jī)失磁后的機(jī)端測量阻抗發(fā)電機(jī)失磁后的機(jī)端測量阻抗2 2 發(fā)電機(jī)在其它運(yùn)行方式下的機(jī)端測量阻抗發(fā)電機(jī)在其它運(yùn)行方式下的機(jī)端測量阻抗（1 1）發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行及外部故障時的機(jī)端測量阻抗）發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行及外部故障時

26、的機(jī)端測量阻抗當(dāng)發(fā)電機(jī)向外輸送有功功率和無功功率時，其機(jī)端測量阻抗當(dāng)發(fā)電機(jī)向外輸送有功功率和無功功率時，其機(jī)端測量阻抗Z Zg g位于第一象限位于第一象限，如圖，如圖7.267.26中的中的Z Zg1g1，它與，它與R R軸的夾角軸的夾角為發(fā)電機(jī)運(yùn)行時的功率因數(shù)角。當(dāng)發(fā)為發(fā)電機(jī)運(yùn)行時的功率因數(shù)角。當(dāng)發(fā)電機(jī)只輸出有功功率時，測量阻抗電機(jī)只輸出有功功率時，測量阻抗Z Zg2g2位于位于R R軸上。當(dāng)發(fā)電機(jī)欠激運(yùn)行時，向軸上。當(dāng)發(fā)電機(jī)欠激運(yùn)行時，向外輸送有功功率，同時從電力系統(tǒng)吸收一部分無功功率（外輸送有功功率，同時從電力系統(tǒng)吸收一部分無功功率（Q Q值變?yōu)樨?fù)），但仍值變?yōu)樨?fù)），但仍保持同步并列運(yùn)行

27、，此時，測量阻抗保持同步并列運(yùn)行，此時，測量阻抗Z Zg3g3位于第四象限。位于第四象限。（2 2）發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)間發(fā)生振蕩時的機(jī)端測量阻抗）發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)間發(fā)生振蕩時的機(jī)端測量阻抗圖圖7.26發(fā)電機(jī)在各種運(yùn)發(fā)電機(jī)在各種運(yùn)行情況下的機(jī)端測量阻抗行情況下的機(jī)端測量阻抗（圖（圖7-27：系統(tǒng)振蕩時機(jī)：系統(tǒng)振蕩時機(jī)端測量阻抗的變化軌跡）端測量阻抗的變化軌跡）7.5.2 發(fā)電機(jī)失磁后的機(jī)端測量阻抗發(fā)電機(jī)失磁后的機(jī)端測量阻抗 （3 3）發(fā)電機(jī)自同步并列時的機(jī)端測量阻抗）發(fā)電機(jī)自同步并列時的機(jī)端測量阻抗 在發(fā)電機(jī)接近于額定轉(zhuǎn)速，不在發(fā)電機(jī)接近于額定轉(zhuǎn)速，不加勵磁而投入斷路器的瞬間，加勵磁而投入斷路器的瞬間，與

28、發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行時發(fā)生失磁與發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行時發(fā)生失磁的情況實(shí)質(zhì)上是一樣的。但由的情況實(shí)質(zhì)上是一樣的。但由于自同步并列的方式是在斷路于自同步并列的方式是在斷路器投入后立即給發(fā)電機(jī)加上勵器投入后立即給發(fā)電機(jī)加上勵磁，因此，發(fā)電機(jī)無勵磁運(yùn)行磁，因此，發(fā)電機(jī)無勵磁運(yùn)行的時間極短。對此情況，應(yīng)該的時間極短。對此情況，應(yīng)該采取措施防止失磁保護(hù)的誤動采取措施防止失磁保護(hù)的誤動作。作。7.5.3 失磁保護(hù)轉(zhuǎn)子判據(jù)失磁保護(hù)轉(zhuǎn)子判據(jù) 失磁保護(hù)的轉(zhuǎn)子判據(jù)，失磁保護(hù)的轉(zhuǎn)子判據(jù)，便是根據(jù)失磁后便是根據(jù)失磁后u uf f初期下降（以至初期下降（以至到負(fù)）的特點(diǎn)來判別失磁故障。到負(fù)）的特點(diǎn)來判別失磁故障。 1.1.整定值固定

29、的轉(zhuǎn)子判據(jù)整定值固定的轉(zhuǎn)子判據(jù) 由轉(zhuǎn)子欠電壓繼電器來實(shí)現(xiàn)，可整定為由轉(zhuǎn)子欠電壓繼電器來實(shí)現(xiàn)，可整定為U Ufsetfset=0.8=0.8u uf0f0（7.457.45） 式中式中u uf0f0發(fā)電機(jī)空載勵磁電壓。發(fā)電機(jī)空載勵磁電壓。 整定值固定的方式，在發(fā)電機(jī)輸出有功功率較大的情況下整定值固定的方式，在發(fā)電機(jī)輸出有功功率較大的情況下發(fā)生部分失磁時，測量阻抗可能已越過靜穩(wěn)邊界，但發(fā)生部分失磁時，測量阻抗可能已越過靜穩(wěn)邊界，但u uf f仍仍大于動作值，以致按此轉(zhuǎn)子判據(jù)整定的保護(hù)仍未動作。因大于動作值，以致按此轉(zhuǎn)子判據(jù)整定的保護(hù)仍未動作。因此，目前趨向于采用按當(dāng)前有功負(fù)荷下靜穩(wěn)邊界所對應(yīng)的此，

30、目前趨向于采用按當(dāng)前有功負(fù)荷下靜穩(wěn)邊界所對應(yīng)的勵磁電壓整定。勵磁電壓整定。7.5.3 7.5.3 失磁保護(hù)轉(zhuǎn)子判據(jù)失磁保護(hù)轉(zhuǎn)子判據(jù)2 整定值隨有功功率而改變的轉(zhuǎn)子判據(jù)整定值隨有功功率而改變的轉(zhuǎn)子判據(jù)發(fā)電機(jī)在某一有功負(fù)荷發(fā)電機(jī)在某一有功負(fù)荷P時失磁，其達(dá)到靜穩(wěn)邊界所對應(yīng)的勵磁電壓時失磁，其達(dá)到靜穩(wěn)邊界所對應(yīng)的勵磁電壓也是某一定值。轉(zhuǎn)子欠電壓繼電器即按此值整定，當(dāng)也是某一定值。轉(zhuǎn)子欠電壓繼電器即按此值整定，當(dāng)P改變時，整定改變時，整定值跟隨改變。值跟隨改變。（圖（圖7-28：極限勵磁電壓：極限勵磁電壓與有功功率的關(guān)系曲線）與有功功率的關(guān)系曲線）7.5.4 失磁保護(hù)的構(gòu)成方式失磁保護(hù)的構(gòu)成方式一種比

31、較典型的發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)構(gòu)成的邏輯圖如圖一種比較典型的發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)構(gòu)成的邏輯圖如圖7-29所示：所示：（圖（圖7-29：發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)的邏輯圖）：發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)的邏輯圖）通常取機(jī)端阻抗判據(jù)作為失磁保護(hù)的主通常取機(jī)端阻抗判據(jù)作為失磁保護(hù)的主判據(jù)。一般情況下阻抗整定邊界為靜穩(wěn)判據(jù)。一般情況下阻抗整定邊界為靜穩(wěn)邊界圓，故也稱為靜穩(wěn)邊界判據(jù)，但也邊界圓，故也稱為靜穩(wěn)邊界判據(jù)，但也可以為其他形狀。當(dāng)定子靜穩(wěn)判據(jù)和轉(zhuǎn)可以為其他形狀。當(dāng)定子靜穩(wěn)判據(jù)和轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)同時滿足時，判定發(fā)電機(jī)子低電壓判據(jù)同時滿足時，判定發(fā)電機(jī)已失磁失穩(wěn)，已失磁失穩(wěn)， 經(jīng)與門經(jīng)與門“Y3”和延時和延時t1后后出口切除發(fā)電機(jī)。若因某種

32、原因，造成出口切除發(fā)電機(jī)。若因某種原因，造成失磁時轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)拒動，定子靜穩(wěn)失磁時轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)拒動，定子靜穩(wěn)判據(jù)也可單獨(dú)出口切除發(fā)電機(jī)，此時為判據(jù)也可單獨(dú)出口切除發(fā)電機(jī)，此時為了單個元件動作的可靠性，增加了延時了單個元件動作的可靠性，增加了延時t4 才出口。才出口。轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)滿足時發(fā)失磁信號，并轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)滿足時發(fā)失磁信號，并輸出切換勵磁命令。此判據(jù)可以預(yù)測發(fā)輸出切換勵磁命令。此判據(jù)可以預(yù)測發(fā)電機(jī)是否因失磁而失去穩(wěn)定，從而在發(fā)電機(jī)是否因失磁而失去穩(wěn)定，從而在發(fā)電機(jī)尚未失去穩(wěn)定之前及早地采取措施電機(jī)尚未失去穩(wěn)定之前及早地采取措施（如切換勵磁等），防止事故的擴(kuò)大。（如切換勵磁等），防止事

33、故的擴(kuò)大。轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)滿足并且靜穩(wěn)邊界判據(jù)轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)滿足并且靜穩(wěn)邊界判據(jù)滿足，則經(jīng)與門滿足，則經(jīng)與門“Y3”電路也將迅速發(fā)電路也將迅速發(fā)出失穩(wěn)信號。此信號表明發(fā)電機(jī)由失磁出失穩(wěn)信號。此信號表明發(fā)電機(jī)由失磁導(dǎo)致失去了靜穩(wěn)，將進(jìn)入異步運(yùn)行。導(dǎo)致失去了靜穩(wěn)，將進(jìn)入異步運(yùn)行。7.5.4 失磁保護(hù)的構(gòu)成方式失磁保護(hù)的構(gòu)成方式一種比較典型的發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)構(gòu)成的邏輯圖如圖一種比較典型的發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)構(gòu)成的邏輯圖如圖7-29所示：所示：（圖（圖7-29：發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)的邏輯圖）：發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)的邏輯圖）汽輪機(jī)在失磁時一般可允許異步運(yùn)行一段汽輪機(jī)在失磁時一般可允許異步運(yùn)行一段時間，此期間由定子過電流判據(jù)進(jìn)

34、行監(jiān)測。時間，此期間由定子過電流判據(jù)進(jìn)行監(jiān)測。若定子電流大于若定子電流大于1.05倍的額定電流，表明倍的額定電流，表明平均異步功率超過平均異步功率超過0.5倍的額定功率，發(fā)出倍的額定功率，發(fā)出壓出力命令，壓低發(fā)電機(jī)的出力后，允許壓出力命令，壓低發(fā)電機(jī)的出力后，允許汽輪機(jī)繼續(xù)穩(wěn)定異步運(yùn)行一段時間。穩(wěn)定汽輪機(jī)繼續(xù)穩(wěn)定異步運(yùn)行一段時間。穩(wěn)定異步運(yùn)行一般允許異步運(yùn)行一般允許215min（ t2 ），經(jīng)過），經(jīng)過t2 之后再發(fā)跳閘命令。這樣，在之后再發(fā)跳閘命令。這樣，在t1 期間運(yùn)期間運(yùn)行人員可有足夠的時間去排除故障，以圖行人員可有足夠的時間去排除故障，以圖重新恢復(fù)勵磁，避免跳閘，這對安全運(yùn)行重新恢復(fù)勵

35、磁，避免跳閘，這對安全運(yùn)行具有很大意義。如果出力在具有很大意義。如果出力在t2內(nèi)不能壓下內(nèi)不能壓下來，而過電流判據(jù)又一直滿足，則發(fā)跳閘來，而過電流判據(jù)又一直滿足，則發(fā)跳閘命令以保證發(fā)電機(jī)本身的安全。命令以保證發(fā)電機(jī)本身的安全。對于無功儲備不足的系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)電機(jī)失磁對于無功儲備不足的系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)電機(jī)失磁后，有可能在發(fā)電機(jī)失去靜穩(wěn)之前，高壓后，有可能在發(fā)電機(jī)失去靜穩(wěn)之前，高壓側(cè)電壓就達(dá)到了系統(tǒng)崩潰值。所以轉(zhuǎn)子低側(cè)電壓就達(dá)到了系統(tǒng)崩潰值。所以轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)滿足并且高壓側(cè)低電壓判據(jù)滿足電壓判據(jù)滿足并且高壓側(cè)低電壓判據(jù)滿足時，說明發(fā)電機(jī)的失磁已造成了對電力系時，說明發(fā)電機(jī)的失磁已造成了對電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的威

36、脅，經(jīng)與門統(tǒng)安全運(yùn)行的威脅，經(jīng)與門“Y2”和短延和短延時時t3發(fā)出跳閘命令，迅速切除發(fā)電機(jī)。發(fā)出跳閘命令，迅速切除發(fā)電機(jī)。7.6 發(fā)電機(jī)的失步保護(hù)7.6.1 裝設(shè)失步保護(hù)的必要性裝設(shè)失步保護(hù)的必要性失步的危害：失步的危害：1.1. 振蕩中心落在機(jī)端附近時，振蕩過程對機(jī)組的危害加重。機(jī)爐的輔機(jī)振蕩中心落在機(jī)端附近時，振蕩過程對機(jī)組的危害加重。機(jī)爐的輔機(jī)都由接在機(jī)端的廠用變壓器供電，機(jī)端電壓周期性地嚴(yán)重下降，將使都由接在機(jī)端的廠用變壓器供電，機(jī)端電壓周期性地嚴(yán)重下降，將使廠用機(jī)械工作的穩(wěn)定性遭到破壞，甚至使一些重要電動機(jī)制動，導(dǎo)致廠用機(jī)械工作的穩(wěn)定性遭到破壞，甚至使一些重要電動機(jī)制動，導(dǎo)致停機(jī)、停

37、爐。停機(jī)、停爐。2.2. 振蕩過程中，當(dāng)發(fā)電機(jī)電動勢與系統(tǒng)等效電動勢的夾角為振蕩過程中，當(dāng)發(fā)電機(jī)電動勢與系統(tǒng)等效電動勢的夾角為180180時，時，振蕩電流的幅值將接近機(jī)端三相短路時流過的短路電流的幅值。如此振蕩電流的幅值將接近機(jī)端三相短路時流過的短路電流的幅值。如此大的電流反復(fù)出現(xiàn)有可能使大的電流反復(fù)出現(xiàn)有可能使定子繞組端部受到機(jī)械損傷。定子繞組端部受到機(jī)械損傷。（圖解：（圖解：Sky Windpower的公司提出了上圖的設(shè)想：掛在空中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)）的公司提出了上圖的設(shè)想：掛在空中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)）7.6.1 裝設(shè)失步保護(hù)的必要性裝設(shè)失步保護(hù)的必要性3.3. 由于大機(jī)組熱容量相對下降，對振蕩電流引

38、起的熱效應(yīng)的持續(xù)時間由于大機(jī)組熱容量相對下降，對振蕩電流引起的熱效應(yīng)的持續(xù)時間也有限制，因?yàn)闀r間過長有可能導(dǎo)致也有限制，因?yàn)闀r間過長有可能導(dǎo)致發(fā)電機(jī)定子繞組過熱而損壞。發(fā)電機(jī)定子繞組過熱而損壞。4.4. 振蕩過程常伴隨短路及網(wǎng)絡(luò)操作過程，短路、切除及重合閘操作都振蕩過程常伴隨短路及網(wǎng)絡(luò)操作過程，短路、切除及重合閘操作都可能引發(fā)汽輪發(fā)電機(jī)軸系扭轉(zhuǎn)振蕩，可能引發(fā)汽輪發(fā)電機(jī)軸系扭轉(zhuǎn)振蕩，甚至造成嚴(yán)重事故。甚至造成嚴(yán)重事故。5.5. 在短路伴隨振蕩的情況下，定子繞組端部先遭受短路電流產(chǎn)生的應(yīng)在短路伴隨振蕩的情況下，定子繞組端部先遭受短路電流產(chǎn)生的應(yīng)力，相繼又承受振蕩電流產(chǎn)生的應(yīng)力力，相繼又承受振蕩電流

39、產(chǎn)生的應(yīng)力，使定子繞組端部出現(xiàn)機(jī)械損，使定子繞組端部出現(xiàn)機(jī)械損傷的可能性增加。傷的可能性增加。（圖解：繼（圖解：繼0606年研制出年研制出 世界上最小的發(fā)電機(jī)世界上最小的發(fā)電機(jī)納米發(fā)電機(jī)后，美國佐治亞理納米發(fā)電機(jī)后，美國佐治亞理工學(xué)院王中林教授的研究小組再次開發(fā)出由超聲波驅(qū)動的直流納米發(fā)電機(jī)。）工學(xué)院王中林教授的研究小組再次開發(fā)出由超聲波驅(qū)動的直流納米發(fā)電機(jī)。）7.6.2 失步保護(hù)原理失步保護(hù)原理 現(xiàn)介紹一種易于在數(shù)字保護(hù)中實(shí)現(xiàn)的現(xiàn)介紹一種易于在數(shù)字保護(hù)中實(shí)現(xiàn)的具有雙遮擋器動作特性具有雙遮擋器動作特性的失步保護(hù)原理的失步保護(hù)原理，如圖，如圖7-307-30所示（圖中整定部分忽略了線路電阻），假

40、定振蕩中心在機(jī)端保所示（圖中整定部分忽略了線路電阻），假定振蕩中心在機(jī)端保護(hù)安裝處護(hù)安裝處M M。R1R1，R2R2，R3R3，R4R4將阻抗平面分為將阻抗平面分為0 04 4共五個區(qū)：共五個區(qū)：加速失步時測量阻抗軌跡從加速失步時測量阻抗軌跡從+R+R向向-R-R方向變化，方向變化，0 04 4區(qū)依次從右到左排列。區(qū)依次從右到左排列。當(dāng)測量阻抗從右向左穿過當(dāng)測量阻抗從右向左穿過R1R1時判斷為加速失步。時判斷為加速失步。減速失步時測量阻抗軌跡從減速失步時測量阻抗軌跡從-R-R向向+R+R方向變化，方向變化，0 04 4區(qū)依次從左到右排列。區(qū)依次從左到右排列。當(dāng)測量阻抗從左向右穿過當(dāng)測量阻抗從左向右穿過R4R4時判定為減速失步。時判定為減速失步。（圖（圖7-30：失步阻抗軌跡與失步保護(hù)整定圖）：失步阻抗軌跡與失步保護(hù)整定圖）若測量阻抗在任一區(qū)內(nèi)永久停留，若測量阻抗在任一區(qū)內(nèi)永久停留，則判定為短路。若測量阻抗軌跡則判定為短路。若測量阻抗軌跡部分穿越這些區(qū)域后以相反的方部分穿越這些區(qū)域后以相反的方向返回，則判斷為可恢復(fù)的搖擺。向返回，則判斷為可恢復(fù)的搖擺。7.7 發(fā)電機(jī)勵磁回路接地保護(hù)7.7.1