1、第 7 章同步發電機得繼電保護思考題與習題解答71發電機有哪些故障類型？應該裝設哪些反應故障得保護？答 :發電機應裝設下列保護 :發電機故障類型主要有各種短路故障。 各種故障包括相間短路、 接地短路與 輸電線路斷線。應裝設得保護有 :(1) 對于發電機定子繞組及其引出線得相間短路 ,應裝設縱聯差動保護。(2) 對于定子繞組單相接地故障 ,應裝設零序保護。當發電機電壓回路得接地電容 電流 (未經消弧繞組 )大于或等于 5A 時,保護應動作于跳閘 ,當接地電容電流小于 5A 時保護應動作于信號。對容量就是 100MW 及以上得發電機應盡量裝設保護 范圍為 100%得接地保護。(3) 對于定子繞組匝

2、間短路 ,當繞組接成雙星形 ,且每一分支都有引出端時 ,應裝設 橫聯差動保護。(4) 對于外部短路引起得過電流 ,一般應裝設低電壓啟動得過電流保護或復合電壓 啟動得過電流保護。對于容量為 50MW 及以上得發電機 ,一般裝設負序過電流及 單相低電壓啟動得過電流保護。 負序過電流保護同時用作外部不對稱短路或不對 稱負荷引起得負序過電流保護。(5) 對于由對稱過負荷引起得定子繞組過電流,應裝設接于一相電流得過負荷保護。(6) 對于水輪發電機及其某些大容量汽輪發電機定子繞組得過電壓,應裝設帶延時得過電壓保護。(7) 對于勵磁回路得接地故障 ,水輪發電機一般應裝設一點接地保護。對汽輪發電 機得勵磁回路

3、一點接地 ,一般采用定期檢測裝置 ,對大容量機組 ,可裝設一點接地 保護 ,對兩點接地故障 ,應裝設兩點接地保護。(8) 對于發電機得勵磁消失 ,當 100MW 以下不允許失磁運行得發電機 ,應在自動滅 磁開關斷開時應聯動斷開發電機斷路器 ;當采用半導體勵磁系統時 ,應裝設專用得 失磁保護。對于 100MW 以下但對電力系統有重大影響得發電機與 100MW 及以 上得發電機應裝設專用得失磁保護。(9) 對于發電機轉子回路過負荷 ,在容量為 100MW 以上并采用半導體勵磁得發電 機,可以裝設轉子回路過負荷保護。(10) 對于大容量汽輪發電機得逆功率運行 ,可以裝設逆功率保護。 72試分析發電機

4、縱差保護得作用及保護范圍答 :發電機縱差保護就是反應發電機定子繞組及其引出線得相間短路故障,保護無死區動作時限短。 它作為發電機相間短路得主保護。 其保護范圍包括發電機定子 繞組及引出線 ,即裝設發電機定子繞組兩側 TA 之間得范圍。73 試說明如圖 71 具有斷線監視裝置得發電機縱差保護裝置 ,在內部故障、電 流互感器二次回路斷線情況下得動作過程。當發生二次回路斷線時得外部故障 , 保護將如何反應？答 :如圖 71 所示具有斷線監視得發電機縱差保護裝置 ,在發生內部故障時 , 電流互感器 2TA 二次回路斷線 ,則差動繼電器通過 1TA 反應得短路電流要大于繼電器動作電流,繼電器動作。當發生

5、外部故障時，2TA斷線流過繼電器電流仍為, 保護要誤動作，但因為裝設了斷線監視裝置，發生斷線后，它發出信號，運行人先接 到信號后即將差動保護退出，防止誤動作。©圖7 1題73具有斷線監視裝置得發電機縱差保護原理接線圖74零序電壓匝間短路保護，能否保護單相接地？答:不能，如圖72所示為零序電壓匝間短路保護原理接線圖，圖中把發電機中 性點與發電機出口端電壓互感器得中性點連在一起 ，當發電機內部發生匝間短路 或者中性點不對稱得相間短路時，破壞了三相中性點得對稱，產生了對中性點得零 序電壓即，使零序電壓匝間短路保護正常動作。|當發電機內部或外部發生單相接地時，雖然電壓互感器TV得一次系統出現

6、 了零序電壓，即一次側三相對地電壓不平衡，中性點電位升高為，但TV 一次側得中 性點并不接地，所以即使它得中性點電位升高，三相對地中性點得電壓仍對稱，所 以開口三角形繞組輸出電壓=00保護不會動作。為防止1TV 一次熔斷器熔斷引 起保護誤動作，設置了電壓閉鎖裝置，為防止低定值零序電壓匝間短路保護在外部 短路時誤動作，設置了負序功率方向閉鎖元件。TVISI圖72題74零序電壓匝間短路保護原理接線圖75為什么反應零序電壓得定子繞組匝間短路保護要采用負序功率方向閉鎖？ 答:零序電壓得定子繞組匝間短路保護采用負序功率方向閉鎖元件。在正常 運行時,系統振蕩或三相對稱短路時，發電機定子繞組三相電流對稱，轉

7、子回路不 出現2次諧波電流，保護不會動作。當發電機不對稱運行或發生不對稱短路時，定子繞組得負序分量電流也將在轉子回路中感應出 2次諧波電流。為防止在這些情 況下保護誤動作，可加設起閉鎖作用得負序功率方向閉鎖，因為匝間短路時得負序 功率方向與不對稱運行或發生不對稱接地短路時得負序功率方向相反。這樣，不 對稱情況下得負序功率方向元件使保護閉鎖 ,匝間短路時便能使保護開放。76 為什么發電機定子繞組單相接地得零序電流保護存在死區,如何減小死區？答:當發電機定子繞組得中性點附近接地時,由于接地電流很小 ,采用零序電流保護可能不能動作，有15%30%得死區。為減小死區可采取下列措施 :(1) 加裝三次諧

8、波濾過器 ；(2) 對于高壓側就是中性點直接接地電網 ,可利用保護裝置延時來躲過高壓側接地 短路故障 ,其動作時限應與變壓器得零序保護相配合 ；(3) 對于高壓側就是中性點非直接接地電網 ,可利用高壓側得零序電壓將發電機得 接地保護閉鎖或實現制動。采用上述措施后 ,繼電器動作值可取 510 伏,保護范圍可提高到 90%以上, 但就是在中性點附近仍有 5% 10%得死區。77大容量發電機為什么要采用 100%定子接地保護？利用發電機定子繞組三次諧 波電壓與零序電壓構成得 100%定子接地保護得原理就是什么？答:在大型機組中水內冷機組占有一定得比例。 對于水內冷發電機來說 ,由于機 械損傷或發生漏

9、水等原因 ,導致中性點附近得定子繞組發生接地故障就是完全可 能得。如果這種故障沒有及時發現并處理 ,勢必會發展成匝間短路 ,相間短路或兩 點接地短路 ,以致造成發電機嚴重損壞。 因此,對這種大容量發電機 ,有必要裝設能 保護 100%定子繞組得接地保護。下面說明利用三次諧波電壓構成得100%定子接地保護。該保護由兩部分組成 ,一部分為零序電壓保護 ,它可以保護 85%90%定子繞 組。另一部分利用發電機三次諧波電壓構成 ,它用來消除零序電壓保護得死區 ,從 而實現保護 100%定子繞組得接地保護。為了可靠起見 ,兩部分保護區有段重疊。第二部分得工作原理就是利用發電機中性點與出線端得三次諧波電壓

10、在正 常運行與接地故障時變化相反得特點構成。正常運行時 ,發電機中性點得三次諧 波電壓比發電機出線端得三次諧波電壓大。利用其變化特點,使發電機出口得三次諧波電壓成為動作量 ,從而使中性點得三次諧波電壓成為制動量 ,利用絕對值比 較原理 ,當發電機出口三次諧波電壓大于中性點三次諧波電壓時,繼電器動作 ,這種保護在正常時制動 ,在定子繞組接地時動作。三次諧波電壓保護原理如下 ,由于發電機轉子與定子之間得氣隙磁通密度得 非正弦分布與鐵磁飽與得影響 ,在發電機定子繞組感應電勢中存在三次諧波分量 , 其值不超過基波電勢得 10%。正常運行時 ,中性點絕緣得發電機端電壓與中性點三次諧波電壓分布如圖73(a

11、)所示，其中為每相三次諧波電勢，為每相對地電容，為機端其它各連接元件每 相得對地電容 ,中性點三次諧波電壓與機端三次諧波電壓分別為 :(71)(72)(73) 上式說明在正常情況下 ,機端三次諧波電壓小于中性點三次諧波電壓 ,若發電機經 消弧繞組接地 ,上述結論也成立。(c) (d)圖 73題 77 發電機端與中性點三次諧波電壓(a)正常運行時發電機三次諧波電壓得等值電路；(c)發電機定子繞組單相接地時三次諧波電壓得等值電路；(c)、隨接地點位置a變化得曲線ITVc.lUR I LICt卩a.fi呂2RPJCtf圖7 4發電機零序電壓與三次諧波電壓相結合構成100%定子繞組單相接地保護原理接線

12、圖設發電機定子繞組距中性點a處發生單相接地，如圖73(b)所示,無論中性點就 是否接消弧繞組都有=,且與得比值為(74)與隨a而變化，其變化曲線如圖73(d)所示，當a<50%時，恒有 >。有以上分析可知， 正常情況下,<當av50%范圍內發生單相接地故障時,>,利用作為動作量，利用作為 制動量，構成接地保護,可以反應<50%范圍內得接地故障。利用基波零序電壓與三次諧波電壓得發電機定子繞組100%得定子接地保護接線圖如圖74所示。圖中與分別表示由中性點與機端取得得交流電壓，由電抗變 換器1UR 一次繞組與電容構成三次諧波串聯諧振電路，、組成基波串聯諧振電路， 因此

13、加于整流橋1U得交流電壓就是三次諧波電壓。1U整流電壓經濾波后作為 動作量作用于執行元件，同樣，經電抗變換器2UR、整流橋2U,濾波電容后，形成 制動量作用于執行元件，執行元件兩端電壓為：(75)在正常情況下 <<0,執行元件不動作；當a<50%范圍內發生接地故障 時,> >0,執行元件動作，調節電位器1RP可以改變保護得整定值。電壓變換器UV直接接于機端電壓互感器1TV得開口三角形側，反映基波零 序電壓?；阈螂妷航浾髌?U整流與經，組成濾波器濾波后，加于執行元件, 調節電位器2RP滑動端位置，可以改變基波零續電壓部分得整定值。78發電機失磁后，發電機機端測

14、量阻抗如何變化，什么就是等有功阻抗圓，等無功 阻抗圓？答:失磁后，發電機機端測量阻抗得變化就是，失磁保護得重要判據，下面以汽輪發 電機經線路與無窮大系統并列運行為例分析失磁后發電機機端測量阻抗得變化 情況。如圖75(a)所示為系統得等值電路，圖75(b)為系統正常運行時各電氣量得相 量圖。由電機理論可知，發電機送到受端得有功功率與無功功率為：(76)(77)(78)式中一發電機電勢，系統電壓；發電機同步電抗與系統及發電機之間聯系電抗之與 與之間得夾角，稱為功角；受端功率因數角Vs出jXsP jQuS2PP jQP jQP jQjXs 12P P jQP jQ jXs圖75題78發電機與無限大系

15、統并列運行(a)等值電路;(b)相量圖在正常運行時C V、在不考慮勵磁調節器作用時，S =,為穩定運行得極限角， S >,發電機失步、下面分三個階段分析發電機從失磁到穩定異步運行。1、失磁開始到失步前為等有功階段在這個階段中，隨勵磁電流逐漸減小而下降，根據公式116可知發電機送出功 率P減小,但原動機輸入功率沒有減小，轉子出現剩余功率使轉子加速 e增大,sin S增大，由于減小與增大相互補償，故P得平均值保持不變，這一過程稱為等有功 過程。根據式(77)無功功率Q隨增大而降低，而且從正值變為負值，即發電機變為 從系統吸收感性無功功率。發電機從失磁到失步前，機端測量阻抗為：ZgjXSUg

16、&jXs Ug式中，與P均為常數=arctan(Q/P),為得圓，如圖76所示,稱為等有功阻抗圓。(119)隨Q變化而變化,式(119)表示以為圓心,半徑圖76題78等有功阻抗圓上述分析可知，失步前機端測量阻抗在阻抗復平面第一象限，失磁開始到失步 前,隨著Q減小，機端測量阻抗得端點沿著等有功圓向第2、臨界失步點IV象限移動。當S增加到，汽輪發電機處于靜態極限，此時失磁發電機送至系統無功功率，根據 式(77)應為=常數(710)U&GU<2ZG W F1Q jXS吃 P jQ P jQ jXSj2Q f 4P jQ式中Q為負值，表明發電機從系統吸收感性無功功率，這種情況下，

17、機端測量阻抗 為(711)將式(11 10)代入(10 11)可得式(712)式中,僅為變量,所以式(712)也就是一個圓方程,其圓心坐標為(0,),半徑為,如 圖77所示。該圖稱臨界失步阻抗圓或稱為等無功阻抗圓。3. 失步后得異步運行狀態 發電機失步穩定運行在第IV象限，其等值電路如圖78所示。按圖中規定電流正 方向,機端測量阻為：(713)當發電機在空載下失磁，轉差率S=0, - 8，此時機端測 量阻抗 最大，即(714)當發電機失磁前帶有很大得有功功率，失磁后進入穩態異步時轉差率很咼，極 限情況就是S 8,0,此時有最小值,即(715)由上述分析可見，如圖79所示,發電機在正常運行時，其

18、機端測量阻抗按所 帶有功負荷不同(P1或P2),位于阻抗復平面第一象限(a與點)。失磁后，機端測 量阻抗沿等有功圓向第IV象限變化，當它與臨界失步阻抗圓相交時(b或點),表 明機組處于靜態穩定得極限。越過靜態邊界后，機組轉入異步運行，最后穩定運行 在第IV象限與之間得范圍(c或點附近)。圖78發電機異步運行時得等值電路定子繞組漏電抗；一歸算至定子側轉子回路電阻及漏電抗；定、轉子繞組間互感抗；一轉差率；圖79發電機失磁后機端測量阻抗得變化79為什么大容量發電機采用負序電流保護，其動作值就是按什么條件選擇得？ 答:由于大容量發電機組得額定電流很大，在相鄰元件末端發生兩相短路時，短路電流可能很小，采

19、用復合電壓啟動過流保護或負序電壓啟動過流保護，往往不能滿 足相鄰元件對靈敏系數得要求，在此情況下采用負序電流保護作為后備保護，可以 提高不對稱短路時得靈敏性。負序電流及單相低電壓啟動得過電流保護，其動作電流按下述三個條件整定：(1) 靈敏元件2KA得整定。負序過負荷部分得動作電流按躲開發電機最大負荷 時負序電流濾過器得不平衡電流與小于發電機長期允許得負序電流值，一般取(716)保護動作時限比發電機后備保護動作時間大一級。(2) 不靈敏元件3KA得整定。負序過流部分，按照發電機短時間允許得負序電流 來確定。在選擇動作電流時，應先給一個計算時間，在此時間內運行人員有可能采 取措施消除產生負序電流得

20、運行方式，一般取,若流過發電機得負序電流，允許通過負序電流得時間，運行人員來不及消除產生負序電流得運行方式，這種情況下保護裝置應動作于跳閘。因此，負序電流保護得動作電流(標幺值)為(717)對于表面冷卻得發電機，取A=3040代入上式可得(718)(3) 不靈敏元件負序電流動作值除按轉子發熱條件整定外，保護裝置得啟動電流還應與相鄰元件得后備保護在靈敏系數上相配合。若發電機與變壓器都沒有獨立得負序電流保護，則發電機得負序電流保護可只與升壓變壓器得負序電流相配合，即(719)式中一配合系數，取1、1；在主要運行方式下，發生外部不對稱短路，流過變壓器得負序電流正好 等于變壓器負序電流保護動作電流，流

21、過發電機得負序電流。710為什么要安裝發電機勵磁回路接地保護？ 一般有哪幾種保護？答:發電機正常運行時，轉子轉速很高，離心力較大，承受得電負荷又重，一次勵磁繞 組絕緣容易破壞。繞組導線碰接鐵芯，會造成轉子一點接地故障。發電機勵磁回路得一點接地就是比較常見得故障不會形成電流通路,所以對發電機無直接危害 ,但發生一點接地后 ,勵磁回路對地電壓升高 ,可能導致第二點接地。勵磁回路兩點 接地后構成短路電流通路 ,可能燒壞轉子繞組與鐵芯。由于部分勵磁繞組被短接,破壞了氣隙磁場得對稱性 ,引起機組振動 ,特別就是多極機振動更嚴重。 此外 ,轉子 兩點接地還可能使汽輪發電機組得軸系統與汽缸磁化。因此要安裝發

22、電機勵磁回路保護。 通常 1MW 以上得水輪發電機只裝設勵磁 回路一點接地保護，并動作于信號，以便安排停機。1MW以下得水輪發電機宜裝設 定期檢測裝置。對于100MW以下得汽輪發電機，一點接地故障采用定期檢測裝置， 發生一點接地后 ,再投入兩點接地保護裝置 ,帶時限動作于停機。轉子水內冷或 100MW 及以上得汽輪發電機應裝勵磁回路一點接地保護裝置（帶時限動作于信號）與兩點接地保護裝置 （帶時限動作于停機 ）。711發電機得過負荷保護分為哪幾種？ 答:發電機過負荷保護有 :（ 1 ）定子過負荷保護 ;（2）勵磁繞組過負荷保護 （3）轉子表面 負序過負荷保護 （負序電流保護 ）。1. 定子過負荷

23、保護 發電機定子繞組通過得電流與允許電流得持續時間成為反時限得關系。如圖 710所示,即電流 I 越大,允許時間 T 越短。圖 710 題 7 11 發電機定子繞組通過負荷電流與允許持續時間得關系曲線因此大型發電機得過負荷保護應采用具有反時限特性得繼電器。 保護裝置采 用三相式接線 ,動作時作用于跳閘。對于定子繞組非直接冷卻得中小容量得發電機 ,由于模擬定子發熱特性得反 時限繼電器太復雜 ,通常采用接于一相電流得過負荷保護。如圖 711 所示。過 負荷保護由一個電流繼電器 KA 與一個時間繼電器 KT 組成,動作于發信號。 發電機定時限過負荷保護得整定值按發電機額定電流1、24倍整定,即（72

24、0）圖711 題 711 發電機定時限過負荷保護原理接線圖 保護動作時限比發電機過電流保護得動作時限大一時限級差,一般整定左右 ,以防止發電機外部短路得過負荷保護誤動作。對于定子繞組為直接冷卻且過負荷能力較低 （例如過負荷能力低于 1、5 倍, 過負荷時間不超過60S）得發電機過負荷保護可采用定時限與反時限兩部分構成。 定時限部分作用于信號 ,有條件時也可以作用于減負荷。反時限部分作用于解列 或程序跳閘。2、勵磁繞組過負荷保護當發電機勵磁系統故障或強勵磁時間過長時,轉子得勵磁回路都有可能過負荷。采用半導體勵磁系統得發電機由于半導體元件易出現故障,轉子過負荷得機會比直流勵磁機多。大容量發電機得轉

25、子繞組一般采用氫或水直接內冷,繞組導線所取電流密度較高 ,線徑相對較小 ,因而允許過負荷時間很短。如國內生產得一 些機組在二倍額定勵磁電流時僅允許運行20S值班人員在這樣短時間內處理好勵磁繞組過負荷問題就是困難得。因此 ,行業標準規定 :容量 100MW 及以上采用 半導體勵磁得發電機 ,應裝設勵磁繞組過負荷保護。勵磁繞組過負荷保護宜采用反時限特性 ,通常利用直流互感器 （其工作原理同 磁放大器相似 ）作為轉子勵磁繞組電流得檢測元件 ,利用半導體電路或微機軟件形 成所需要得反時限特性。行業標準規定 :對于 300MW 以下 ,采用半導體勵磁系統得發電機 ,可裝設定時 限得勵磁繞組過負荷保護 ,

26、 保護裝置帶時限動作于信號與降低勵磁電流,對300MW 及以上發電機 ,勵磁繞組過負荷保護可由定時限與反時限兩部分組成。 定 時限部分動作電流按正常運行最大勵磁電流下能可靠返回條件整定,帶時限動作于信號 ,并動作于降低勵磁電流。反時限部分作用于解列滅磁。3、轉子表層負序過負荷保護當電力系統三相負荷不對稱 （ 如由電氣機車、電弧爐等單相設備造成 ）或非全 相運行 ,或發生外部不對稱短路時 ,發電機定子繞組將流過負序電流。負序電流產 生負序旋轉磁場 ,由于該磁場旋轉方向與轉子轉動方向相反 ,它相對于轉子得速度 為兩倍同步轉速，因而在轉子中感應出兩倍工頻（100Hz）得電流。由于轉子深部感 抗大,此

27、電流只能在轉子表面流通 ,將使轉子損耗增大 ,引起轉子過熱。 因此電流流 過槽楔與大小齒間得接觸表面 ,轉子本體與套箍間得接觸表面時 ,將會引起局部高 溫,甚至可能使轉子護環松脫 ,造成發電機得重大故障 ,因此,為防止發電機轉子遭 受負序電流得損壞 ,需要裝設轉子表層負序過負荷保護。發電機轉子發熱量得大小與流經發電機得負序電流得平方及其持續時間成 正比。假設發電機轉子不向周圍散熱 ,則在這個最嚴重條件下 ,發電機可以承受得 負序電流平方與電流持續時間乘積對不同型式與不同冷卻方式得發電機來說就 是一個常數 ,即（721） 式中負序電流與發電機額定電流得比值 ;負序電流持續時間 ;耐熱常數 ,由廠

28、家提供 ,其數值與發電機得型式及冷卻方式有關 對于發電機轉子表層得負荷保護 ,行業標準規定 ,50MW 及以上 ,得發電機,應 裝設定時限負序過負荷保護 ,保護裝置得動作電流按躲過發電機長期允許得負序 過電流值與躲過最大負荷下負序電流濾過器得不平衡電流整定,保護帶時限動作于信號。定時限過負荷保護與負序過電流保護組合在一起。行業標準還規定 100MW及以上,A<10得發電機,應裝設定時限與反時限兩部分組成得轉子表層負 序過負荷保護。定時限部分動作電流整定原則同上述相同 ,保護帶時限動作于信 號;反時限部分得動作特性按發電機承受負序電流得能力確定,保護應能反應電流變化時發電機轉子得熱積累過程

29、。 不考慮在靈敏系數與時限方面與其她相間短路 保護相配合 ,反時限部分動作于解列或程序跳閘。 712為什么要安裝發電機逆功率保護 ,過電壓保護 ,過勵磁保護？ 答:當氣輪機運行中由于各種原因關閉主汽門后 ,發電機將從電力系統中吸收 能量變為電動機運行。氣輪機關閉主氣門后 ,轉子與葉片得旋轉會引起風損。風 損與轉子葉輪直徑及葉片長度有關 ,因而在氣輪機得排氣端風損很大 ,風損與周圍 蒸汽密度成正比 ,一旦機組失去真空 ,使排出蒸汽得密度增大 ,風損將急劇增加 ;當 在再熱式機組得主蒸汽閥門與再熱蒸汽'截止閥之間截留了高密度蒸汽 ,高壓缸中得風損也就是很大得。因為逆功率 運行時沒有蒸汽流通

30、過氣輪機 ,由風損造成得熱量不能被帶走 ,氣輪機葉片將過熱 以至損壞。發電機變為電動機運行時 ,燃氣輪機可能出現齒輪損壞問題 ,為及時發 現電動機逆功率運行得異常情況 ,不論大中型機組 ,一般都應裝設逆功率保護。 水輪發電機在突然甩負荷時 ,由于調速器不靈敏 ,轉子得慣性大 ,原動機供給發 電機得功率將大于發電機得輸出功率而使發電機加速。 加上定子繞組去磁電樞反應得消失 ,使發電機得端電壓升高 ,若水輪發電機經長距離得輸電線供電,輸電線得電容電流還會產生助磁電樞反映 ,使發電機端電壓升高更多 ,水輪發電機過電壓 數值可達 1、82 倍發電機額定電壓 ,這樣高電壓對定子繞組得絕緣就是有害得。 為

31、防止發電機定子繞組絕緣遭受損壞 ,在水輪發電機上需要裝設過電壓保護。當發電機電壓升高或頻率降低 ,使電壓標幺值與頻率標幺值之比 ,即過勵磁倍 數1,發電機就可能遭受過勵磁得危害。發電機過勵磁時 ,鐵芯磁密過分增大 ,使鐵芯飽與 ,鐵芯 飽與后 ,鐵損增加 ,使鐵 芯溫度上升。鐵芯飽與后還會使磁場擴散到周圍空間,使漏磁場增強?？拷F芯得繞組導線與其她金屬構件 ,由于漏磁場產生渦流損耗。鐵芯飽與后諧波磁密度 增強 ,而渦流損耗與諧波磁密得頻率得平方成正比,因此附加損耗增大 ,并使這些部位發熱 ,引起高溫 ,嚴重時會造成局部變形與損傷周圍得絕緣介質。過勵磁還會 使鐵芯背部漏磁場增強。 背部漏磁場也就

32、是一個交變磁場。 處于這一交變漏磁場 中得定位筋 ,與定子繞組得線棒類似 ,將感應出電勢。相鄰定位筋中得感應電勢存 在相角差 ,通過定子鐵芯構成閉合回路 ,流通電流。正常情況下。定子鐵芯背部漏 磁小 ,定位筋中感應電勢也小 ,故通過定位筋與鐵芯得電流也比較小。過電壓時,定子背部漏磁通急劇增大 ,從而使定位筋與鐵芯中電流急劇增加 ,在定位筋附近得 部位,電流密度很大 ,將引起局部過熱 ,電壓越高 ,時間越長 ,局部過熱越嚴重 ,甚至造 成局部燒傷。 如果定位筋與定子鐵芯接觸不良 ,在接觸面上還可能出現火花放電。 這對于氫冷發電機 ,后果可能嚴重。大型發電機由于縱軸電抗較大 ,即單位面積得磁通較大

33、 ,故過勵磁現象比中小 型發電機要嚴重。我國行業標準規定 ,300MW 及以上得發電機 ,應裝設過勵磁保護。 發電機具有一定得耐受過勵磁得能力 ,其允許過勵磁時間隨過勵磁倍數 n 升 高而下降 ,兩者不成線性關系 ,在同一過勵磁倍數下 ,允許發電機持續運行時間 t 與 額定磁密 ,飽與磁密得大小及磁化曲線得形狀有密切關系,越接近 ,磁化曲線飽與段得斜率越小 ,則在同一個過勵磁倍數 n 下,允許發電機持續運行時間越短。為使過勵磁保護能有效地在發電機過勵磁運行時保護發電機,保護應具有反時限特性 ,且保護特性要與發電機得過勵磁倍數曲線相配合 ,即繼電器特性曲線緊 隨過勵磁倍數曲線下降。這樣當發電機過

34、勵磁運行時,保護會以稍小于允許發電機過勵磁運行時間斷開發電機 ,即保證發電機安全 ,又不會在發電機過勵磁運行尚 未危及發電機安全時 ,過早地切除發電機。由于鐵芯飽與非線性與鐵芯材料及工藝上得差別 ,使發電機過勵磁特性各異 , 給過勵磁保護增添了困難。 因此 ,發電機過勵磁保護采用兩段定時限過勵磁保護。 保護裝置由低定值與高定值兩部分組成。 低定值部分帶時限動作于信號與降低勵 磁電流。高定值部分動作于解列、滅磁或程序跳閘。汽輪發電機裝設了過勵磁保護 ,可不再裝設過電壓保護。713已知發電機型號為 QFSN3002,額定容量，額定電壓，額定電流11320A，功率因 數,效率,發電機暫態電抗 ,次暫

35、態電抗 ,同步電抗。已知,。要求;1、試用用下拋園特 性元件構成失磁保護得整定計算 ,并繪出失磁保護動作特性。2、發電機采用 BCD25 型差動繼電器構成比率制動得縱聯差動保護 ,試進 行整定計算 ,并繪出縱差保護比率制動特性曲線 （提示制動系數整定得范圍有 0、 2、 0、 35、 0、 6） 解:略 714已知發電機型號為 QFSN6002額定容量,額定電壓，額定電流19245A,功率因數，效率，發電機瞬變電抗，次暫態電抗，同步電抗。已知,。要求；1、試用用下拋園特 性元件構成失磁保護得整定計算，并繪出失磁保護動作特性。2、發電機采用BCD25型差動繼電器構成比率制動得縱聯差動保護，試進

36、行整定計算，并繪出縱差保護比率制動特性曲線(提示制動系數整定得范圍有 0、2、 0、 35、 0、 6)解:略715已知發電機容量為 25MW,cos=0、8,額定電壓為6、3kV=0、122,=0、149假 定發電機未與系統并聯運行，試對發電機得BCH2型差動保護整定計算(即求、)、 解：1求發電機額定電流及出口最大三相短路電流，取基準容量與基準電流為發電機次暫態電勢為于就是，發電機出口短路時次暫態短路電流得周期分量為此處算出得比取=1時略大。2求動作電流值(1) 按躲過最大不平衡電流條件Iop KrelIunb.maxpGlJmax 1.3 0.5 1 0.1 25.19 1.637KA

37、1673A式中一可靠系數，取1、3;非周期分量系數，取1；TA得同型系數，取0、5;TA得誤差，取0、1(2) 按躲過電流互感器二次回路斷線時誤動作條件取最大負荷電流為發電機額 定電流。取上述二條件中最大值者，即，流入差動繼電器得動作電流為3確定BCH 2型繼電器各繞組匝數 差動繞組得匝數為匝取匝，匝，匝動作電流整定值為：4靈敏系數校驗因只考慮單機運行(題設條件)故最小短路電流為iK.min Ik2Id 込 咤2864 基 遊22864 乜 7.2 2864 17858A20.14920.1492逼”X2滿足要求716發電機額定參數及其差動保護用電流互感器變比等已知數同 1113題，發電 機采

38、用圖712所示高靈敏接線得BCH2(DCD 2)型縱差動保護，試對該保護進 行整定計算。假設系統最小運行方式下發電機得等值阻抗大于發電機得正序阻抗。©圖712高靈敏接線得發電機縱差保護原理接線圖、分別為每相BCH2型差動繼電器得差動繞組與平衡繞組；KI 斷線監視繼電器解:已知發電機額定容量為25MW,cos 0.8,Ung 6.3KV,Xd' 0.122, X2 0.149, ©a 3O0%，求高靈敏接線得BCH2型縱差動保護整定1. 求發電機額定電流及出口最大三相短路電流。計算結果同題712(略)2. 求差動繼電器動作電流，確定各繞組匝數(1) 按TA二次回路斷線

39、時未斷線相保護不誤動作條件確定平衡繞組匝數匝取整定匝數，匝(2) 求差動繞組匝數及其動作電流匝按實有抽頭，取差動繞組整定匝數匝 差動繞組動作電流(3) 按TA二次回路斷線時斷線相保護不誤動條件校驗：在負荷電流作用下，斷線相差動繼電器中磁勢為 滿足要求(4) 按躲開外部短路不平衡電流條件校驗動作電流I K K K K Id1.3 0.5 1 0.1 25.19 103/ op.rnp'err/ 6002.73 P 3A 滿足要求3、靈敏系數校驗按系統最小運行方式機端兩相短路電流進行校驗折算到二次側繼電器電流靈敏系數 可見，靈敏性比題1113結果提高一倍多。717在額定電壓10、5KV得發

40、電機上裝設負序電流保護,并附有單相式低電壓過 電流保護其接線圖如11 13所示。發電機允許長期流過負序電流一般為發電機額定電流10%。當負序電流等于發電機額定電流 50%時，保護應動作于跳閘。發 電機電壓母線上接有兩臺變壓器，其后備保護（電流保護）得時間分別為，正常時可 能長期出現得負序電流=40A,負序電流濾過器得不平衡電流折算到一次側為發電 機額定電流得5%,發電機由構造形式與材料決定得耐熱系數A=30,可靠系數，返回系數=0、85,時限階段 t=0、5s發電機額定容量20MVA,電流互感器變比1500/5, 變壓器后備保護得動作時間=1、2s=1、4s、1 YRIQF+ 一©I

41、KA信?號+, IKS 3圖713題717單相式低電壓啟動過電流保護原理接線 解:發電機額定電流為負序電流濾過器一次不平衡電流為在最不利得情況下，與（長期出現得負序電流）為同相，保護在兩者之與得作 用下應該不動作，故動作于信號得負序過電流保護得啟動電流應為由題設條件可知，啟動電流應大于發電機長期允許負序電流即 取二者中大值者作為保護動作電流，故較靈敏繼電器1KA得動作值為 根據題設條件，動作于跳閘得不靈敏得繼電器 2KA動作電流應為或按轉子允許發熱條件，動作電流標幺值應為 即,與題設條件結果相同作用于跳閘得時間繼電器 3KT整定與變壓器后備保護動作時間中最長者 相配合，故作用于信號得時間繼電器

42、2KT,在外部短路時不動作，因此它得整定值在原 則上應該比上述動作于跳閘得時間再大，在此取一個，故實際上動作于信號得時間一般整定都較長 ,可取 10s。718 為保證發電機負序電流保護在對稱故障時動作 ,在該保護中設置單相式低 電壓啟動過電流保護(圖713中1KA,1KV ,1KT,1KM)已知電壓繼電器1KV得返 回系數=1、2,電流繼電器 1KA 得返回系數 =0、85,可靠系數=1、2,另外假定外部 故障切除后 ,負荷電動機自啟動過程中發電機得線電壓殘余值 ,其她計算所需數據 同 717題計算結果。求該低壓啟動過電流保護得動作電流,動作電壓,動作時間t、解:由上題求解結果 (略),發電機

43、額定電流 ,故電流元件動作電流為 電壓元件整定應保證在故障切除后 ,殘余電壓作用下 ,繼電器 1KV 能可靠返 回,即時間繼電器 1KT 得整定同 2KT( 參見習題 717)第 8 母線保護思考題及習題解答81 簡述判別母線故障得基本方法。答: 判別母線故障有三個原則。1、在母線上發生故障時 ,所有與母線連接得元件都向故障點提供短路電流。2、在正常運行時以及母線以外故障 ,母線上所有連接元件中與 ,流入得電流與 流出得電流相等。3、從每個連接元件中電流相位來瞧 ,在正常運行與母線外部故障時 ,至少有一 個元件得電流相位與其余元件電流相位相反。而當母線故障時 ,除電流等于零得 元件,其她元件中

44、得電流相位都相同。82 什么就是母線完全電流差動保護？ 答:母線完全電流差動保護屬于低阻抗型差動保護 ,差動回路電流繼電器阻抗很小 , 在母線內部故障時 ,電流互感器負荷小 ,二次電壓低,因而飽與度低 ,誤差小。無論單 母線母線完全電流差動保護或雙母線完全電流差動保護 ,都可以用判別母線故障 得三個原則判別故障。83 簡述母線保護得裝設原則。答:母線保護方式有兩種 ,一種就是利用供電元件得保護切除母線故障,另一種就是采用專用母線保護。繼電保護與安全自動裝置技術規程規定 ,下列情況應裝設專用得母線保護(1) 對 110KV 及以上得雙母線與分段單母線 ,為了保證有選擇性地切除任一故 障。(2)

45、110KV及以上單母線，重要發電廠或110KV以上重要變電所得3566KV母 線,按電力系統穩定性要求與保證母線電壓要求 ,需要快速切除母線上得故障。3566KV電力網中主要變電所得 3566KV雙母線或分段單母線,當在母 線或分段斷路器上裝設解列裝置與其它自動裝置后,仍不滿足電力系統安全運行得要求時。(4)對于發電廠與變電所得 110KV 分段母線或并列運行得雙母線 ,必須快速 而有選擇地切除一段或一組母線上得故障或線路斷路器不允許切除線路電抗器前得短路時。母線專用保護應該具有足夠得靈敏性與可靠性。對中性點直接接地電網 ，母 線保護采用三相式接線，以反映相間與單相接地短路；對中性點非直接接地

46、電網， 母線保護采用兩相式接線，只需反映相間短路。84分布簡述高阻抗、中阻抗、低阻抗母線差動保護得工作原理。答:母線得電流差動保護接于差動回路得電流繼電器阻抗很小，在內部故障時，電流互感器得負荷小、二次電壓低，因而飽與度低，誤差小。這種母線差動保護都就 是低阻抗型，所以也稱為低阻抗型母線差動保護。在各元件電流互感器電流比相 等得差動保護回路中,用高阻抗（2、57、5kQ）電壓繼電器作為執行元件，構成母 線得電壓差動保護。也稱為高阻抗母線電壓保護。同理，差動回路用阻抗大于低阻抗而小于高阻抗得繼電器構成得差動保護便稱為中阻抗母線差動保護。85雙母線同時運行時，母線保護可以依據那些原理來判斷故障母線

47、？答:雙母線同時運行時，母線保護可以依據元件固定連接得雙母線安全電流差動保 護原理與母線電流相位比較式母線差動保護原理來判斷故障母線。86試述母線不完全差動保護得工作原理？答:不完全差動電流保護通常用做發電廠或大容量變電站 610KV母線保護。通 常采用兩相式接線，兩段電流保護構成。保護原理接線圖如圖121所示。圖中僅對端有電源得連接元件上裝設電流互感器 ，即發電機、變壓器、分段斷路器及 母聯斷路器上裝設。有時也裝設在廠用變壓器上。這些電流互感器型號與變比均 相同。二次繞組按照環流法原理連接，電流繼電器1KA,2KA與電流互感器二次繞 組并聯。由于這種保護得電流互感器不就是在與所有母線連接得原

48、件上裝設。因此稱為不完全差動電流保護。圖81母線不完全差動保護得工作原理接線圖1KA為電流速斷保護。其動作電流按躲過線路電抗器后短路選擇且出線具 有延時過流保護時，電流速斷作成不帶時限得。如圖12 1所示，如果出線斷路器 容量按線路電抗器前短路選擇，且線路上除裝設延時過流保護外，還裝設了快速動 作得保護裝置，則電流速斷保護作成帶時限得，其時限比線路快速動作得保護裝置 大一個時限及差 t,以防止線路電抗器后發生短路時誤動作。圖中2KA為過電流保護。由于正常運行時流過差動回路得電流等于未接入 差動保護得所有連接元件得負荷電流之與，故過電流保護動作電流需躲過上述可 能最大得負荷電流之與來整定。過流保

49、護得動作時限比出線保護裝置得最大動作 時限大一個時限極差 t。過電流保護用做母線得后備保護以及引出線路得后備 保護。不完全差動電流保護工作原理如下：當母線或線路電抗器前發生短路時，電流速斷保護動作。即電流繼電器 1KA 動作,經信號繼電器1KS啟動跳閘繼電器1KM,2KM,從而跳開除發電機外得所有 供電元件得斷路器。速斷保護不斷開發電機且考慮故障發生在出線得斷路器與電 抗器之間時，斷開除發電機外得所有供電元件后將使故障電流大為減少，從而可以使斷路器按電抗器后短路選擇得線路過流保護動作切除故障，而發電機仍可帶著母線上得其她負荷繼續運行，這樣可以提高供電得可靠性。接線圖也考慮到運行 得靈活性，當需

50、要發電機斷路器由速斷保護切除時，只要合上連接片XB12，并斷開 XB11即可。圖12 1中1SM 2SM為測試轉換開關。當供電元件（發電機變壓器）內部短路或變壓器高壓側電網短路時，由于差動 回路僅流過不平衡電流，所以速斷與過電流保護不會動作。當在出線電抗器后線路上發生短路時，電流速斷保護不會動作，而過電流保護 可以動作。如果出線保護或斷路器拒動，電流繼電器2KA啟動后將啟動1KT,2KT, 經預定時限后,1KT觸點閉合，經信號繼電器2KS啟動跳閘繼電器1KM,2KM,跳開 除發電機斷路器外得所有供電元件得斷路器。如此時故障仍未切除 ，則待時間繼 電器2KT觸點閉合后，將發電機斷路器斷開。時間繼

51、電器2KT較時間繼電器1KT 得動作時限大一時限極差 t,這樣整定就是考慮盡量不切除發電機，讓發電機帶 著母線上得其它負荷繼續運行。87元件固定連接得雙母線電流差動保護，當元件固定連接破壞后，母線保護如 何動作？答:固定連接方式破壞時由于差動保護得二次回路不能隨著一次元件進行切換 ，所 以流過差動繼電器1KD,2KD,3KD得電流將隨著變化。如圖12 2所示，線路2 自母線I經倒閘操作切換到母線II后發生外部故障時電流分布。1KD-Ml1!2KD圖82 題87固定連接破壞后外部故障時電流分布圖由圖可知，此時選擇元件1KD,2KD中都有電流流過，因此1KD,2KD都可能動作, 但啟動元件3KD中

52、沒有故障電流流過，不動作，所以可以防止外部故障時保護誤 動作。固定連接破壞后內部故障時電流分布如圖 83所示,此時啟動元件3KD中流 過全部短路電流，而選擇元件1KD,2KD僅流過部分故障電流，因此啟動元件3KD 動作，選擇元件1KD,2KD也會同時動作，無選擇性得地把兩組母線上得元件切除。 為了避免流過1KD,2KD得電流過小,以至選擇元件不能可靠地動作，而使故障母 線上連接元件不能切除，特在固定連接方式破壞時投入刀閘開關S,把選擇元件1KD,2KD得觸點短接。這樣啟動元件3KD動作時就能將兩側母線上連接元件無 選擇性得切除。WLIKOMt1L3 WL1r札D圖83題87固定連接破壞后內部故

53、障時電流分布88電流比相式母線保護當母線外部故障與內部故障時，小母線上得波形分別如何變化？保護如何動作？答:現以兩個連接元件得母線為例說明電流比相式母線保護得工作原理。如圖84所示,當正常運行或外部故障時，流進母線得電流與流出母線得電流大小相等， 相位差180度，而在內部故障時，都流進母線，兩電流相位相同。電流、經過電流互感器得變換，二次電流、輸入中間電流變換器1UA,2UA得一次 繞組沖間變流器得二次電流在其負載電阻上得電壓降落造成二次電壓，如圖85所示。中間變流器1UA,2UA得二次輸出電壓分為兩組,分別經二極 V9,V10,V11,V12半波整流，接至小母線1,2,3上。小母線輸出再接至

54、相位比較元 件。下面分析母線外部故障與內部故障時，小母線得波形變化、在正常運行與外部故障時、相位相差 八在相位上也相差，在小母線1,2上呈 現連續得負半波波形，如圖8 6所示,因此比相元件沒有輸出保護不會動作于跳 閘。當母線內部故障時，、相位相同、相位也相同，所以在小母線1,2上呈現相同得 負半波波形，如圖12 7所示,所以一次比相元件有輸出，保護動作于跳閘。圖84題85母線故障時電流分布(a)母線外部故障；(b)母線內部故障37-pm-4圖85題125電流比相式母線保護原理接線圖-A A_.kvWv.小型復I上的波帶r rVH整洸憐技陪FiZAAZAA V 圖86母線外部故障時UA 一次側與

55、二次側得波形圖r rr rr rr rvnBi<rfaif&f小毋握m上的電阪禱聒iib'iUA 次側與二次側得波形圖89按照圖88說明母聯電流相位比較式母線差動保護得原理。答:圖128保護裝置工作原理就是基于比較母聯斷路器回路中電流相位與母線完 全電流總差動回路中電流相位來選擇故障母線得。在一定運行方式，無論哪一組母線短路，流過差動回路得電流相位恒定，而流過母聯回路得電流，在I母線上短路 時與在II母線上短路時得相位有變化。若以電流從II母線流向I母線為母聯回路電流得正方向，則I母線短路時母聯回路電流與差動回路電流相位相同,II母線短路時母聯回路電流與差動回路電流相位差

56、。因此，可以通過比較這兩個電流得相位來選擇故障母線，無論母線運行方式如何改變，只要每組母線上有一個電源支 路，母線短路時有短路電流通過母聯回路，保護都不會失去選擇性。該保護裝置主 要由啟動元件與選擇元件組成。啟動元件就是一個接在差動回路得差動繼電器KD,它在母線保護范圍內部故障時動作，而在母線保護范圍外部故障時不動作。用 她可以防止外部故障時保護誤動作。選擇元件KPC就是一個電流相位比較繼電器,它得兩組繞組9-16與12-13分別接入差電流與母線聯絡斷路器得電流。它比較兩電流得相位而動作。實際上它就是一個最大靈敏角為與得雙方向繼電器。 不同得母線故障時。反映母線總故障電流得差動回路得電流相位就是不變得，而母線聯絡斷路器上得電流相位卻隨故障母線得不同而變化，因此比較母線聯絡斷 路器電流與差動回路