660MW发电机保护原理与应用Word文件下载.docx
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——装置通道调整误差引起的不平衡电流系数，一般取0.02；
由上式可知，当取Krel=2.0时，Icdqd
0.24Ie。
工程计算中，一般可取Icdqd
（0.2-0.3）Ie，对正常工作时回路不平衡电流较大的情况，应查明原因。
3.灵敏度计算。
按上述原则整定的比率制动特性，当发电机机端两相金属性短路时，差动保护的灵敏系数一定满足不小于2.0的要求，不必进行灵敏度校验。
4.差动速断动作电流。
为防止区内严重故障时由于TA饱和导致比率差动保护延缓动作,当任一相差动电流大于差动速断定值时瞬时动作于出口继电器，此定值按躲过机组非同期合闸产生的最大不平衡电流整定。
对于大型机组，一般取3-5Ie，建议取4Ie。
5.出口方式
动作于停机。
三、发电机差动各侧电流的折算
发电机差动所用电流为发电机机端电流及发电机中性点电流，两侧电流TA变比可能不一至，所以在差动运算前，要对各侧电流进行折算，折算到同一变比，电流的折算方法是采用标么值。
标么值定义：
电流的实际值和基准值的比值，一般选取各侧的额定电流做为基准电流。
对于发电机两侧额定电流的计算公式如下：
1.发电机机端侧：
2.发电机中性点侧：
——发电机视在功率；
——发电机额定有功功率；
——发电机额定功率因数；
——发电机机端额定线电压；
——发电机机端侧TA变比；
——发电机中性点侧TA变比。
四、保护动作简要分析
1.电流参考方向：
规定由发电机机端流向中性点为正，如图1.2所示。
图1.2电流参考方向
2.区内故障
如图1.3所示，机端侧短路电流I1由机端流向中性点，为正值。
中性点侧电流I2由中性点流向机端，为负值，由差动电流和制动电流公式可以看出：
图1.3区内故障时电流方向
此时差流很大而制动电流很小，差动方程很容易满足，差动保护动作。
3.区外故障
如图1.4所示，机端侧短路电流I1由机端流向中性点，为正值。
中性点侧电流I2也是由机端流向中性点，为正值，并且两个电流大小相等，由差动电流和制动电流公式可以看出：
图1.4区外故障时电流方向
此时差流为0而制动电流很大，差动方程不满足，差动保护不动作。
故障点有问题，中性点直接接地该保护无法反应。
第二节发电机匝间保护
一、装设匝间保护的必要性
因发电机定子绕组同槽上下层线棒同相的比例可能较大，由于定子线棒变形、震动而使绝缘受到机械磨损；
污染腐蚀、长期受热老化使匝间绝缘逐步劣化；
使发电机存在发生匝间短路的可能，因此发变组保护中要求配置发电机匝间保护，动作于停机。
二、横差保护的原理及整定
当发电机每相绕组为两分支或多分支时，在中性点处如果三相最后构成两个中性点，在这两个中性点的连线上装有一个TA，反应该TA二次电流的保护就称作单元件的横差保护，即零序电流型横差保护。
当正常运行和绕组的外部发生短路时，各个分支电势相同。
两个中性点等电位，两中性点连线上的电流为零，或者说仅为不平衡电流，保护不会动作。
当某相上的某一分支发生匝间短路时、绕组间发生相间短路时、当某一分支绕组开焊时，两中性点出现电位差，使两中性点连线上出现电流。
所以该横差保护可以反应定子绕组同一分支的匝间短路、同相不同分支间短路、不同相分支相间短路和分支开焊故障。
图2.1TA为发电机零序电流型横差保护所用的电流互感器（删TA外的互感器图标）
零序电流型横差保护高定值段：
接于发电机中性点连线的互感器用于零序电流型横差保护。
动作电流
按躲过发电机外部不对称短路故障或发电机转子偏心产生的最大不平衡电流整定，其表达式为：
——中性点连线上的TA变比。
零序电流横差保护低定值段：
低定值段具有防外部短路时误动的技术措施，动作电流
只需躲过正常运行时最大不平衡电流
可初设：
。
根据实测值进行校正，
，可靠系数一般取1.5
2.0。
零序电流型横差保护不设动作延时，但当励磁回路一点接地后，为防止励磁回路发生瞬时性第二点接地故障使横差保护误动，应切换为带0.5S-1.0S延时动作于停机。
三、纵向零序电压保护原理及整定
1.保护原理
当发电机无法分别引出双星形的中性点时，就无法采用原理比较成熟的单元件高灵敏横差保护，当发生上述匝间短路或开焊故障时，会出现纵向零序电压，目前采用较多的是动作量取自机端专用电压互感器（该电压互感器的中性点与发电机中性点相连但不接地）开口三角绕组纵向零序电压，当其值大于整定值时保护动作。
图2.2纵向零序过电压保护原理
在正常运行、外部短路时：
开口三角输出电压为：
所以纵向零序过电压保护不会误动作。
发电机定子绕组发生单相接地短路时，例如图2.2中C相绕组发生单相接地短路时，由于C相机端对N点的电压不变，
，所以纵向零序电压仍为零。
因此该保护不能保护定子接地短路。
需要指出，此时机端对地是会出现零序电压的，但本保护不反应机端对地的零序电压。
如果发电机定子绕组发生匝间短路。
例如A相某一分支绕组发生匝间短路，如图2.2所示。
短路匝数占总匝数的百分数a。
此时A相机端对N点电压由于部分匝数被短接故：
而B、C相机端对N点电压不变，电压为：
、
故开口三角输出电压为：
纵向零序过电压保护可以动作，所以该保护可保护同分支的匝间短路。
同理在同相不同分支绕组间短路时和在绕组内的相间短路时都会造成各相机端对中性点的电压幅值发生变化，从而会出现纵向（机端对中性点）零序电压。
所以纵向零序过电压保护也可以保护这些故障类型。
2.在此处输入导则第8页，4.1.7a-f条内容。
第三节发电机相间后备保护
一、发电机相间后备保护的作用
发电机相间后备保护主要用作发电机外部相间短路及内部故障时的后备保护。
发电机外部故障时，流过发电机的稳态短路电流不大，有时甚至接近发电机的额定负荷电流，所以发电机的过电流保护一般采用低电压启动或复合电压启动。
其电流取自发电机中性点或机端的电流互感器，电压取自机端电压互感器的相间电压，在发电机并网前发生故障时，保护装置也能动作。
在发电机发生过负荷时，过电流元件可能动作，但因这时低电压元件不动作，保护被闭锁。
二、发电机的后备保护方式
发电机的后备保护主要有低阻抗保护、低电压启动的过电流保护、复合电压启动的过电流保护等。
1、低电压启动的过电流保护。
发电机低压启动的过流保护的电流继电器，
接在发电机中性点侧三相星形连接的电流互感器上，电压继电器接在发电机出口端电压互感器的相间电压上，在发电机投入前发生故障时，保护也能动作。
低电压元件的作用在于区别是过负荷还是由于故障引起的过电流。
2、复合电压启动的过电流保护。
复合电压启动是指负序电压和单元件相间电压共同启动过电流保护。
在变压器高压侧母线不对称短路时，电压元件的灵敏度与变压器绕组的接线方式无关，有较高的灵敏度。
三、发电机复合电压过流保护的整定
下面以最为常用的发电机负荷电压过流保护为例，介绍整定方法。
此处输入导则第8-9页4.2条款
第四节发电机定子接地保护
一、发电机定子接地的危害
当发电机定子绕组与铁芯间的绝缘损坏将引起定子绕组的单相接地短路。
如果发电机的中性点是绝缘不接地的，此时接地点的接地电流是发电机电压系统的电容电流。
该电流较大时非但会烧伤定子绕组的绝缘还会烧损铁芯，甚至会将多层铁芯叠片烧接在一起在故障点形成涡流，使铁芯进一步加速熔化导致铁芯严重损伤。
为确保发电机的安全，不应使发电机的单相接地短路发展成相间短路或匝间短路，因此应该使单相接地故障处不产生电弧或者使接地电弧瞬间熄灭。
这个不产生电弧的最大接地电流被定义为发电机单相接地的安全电流，该电流与发电机的额定电压有关。
当单相接地电流小于安全电流时，定子接地保护动作后只发信号而不跳闸。
调度人员应转移负荷、平稳停机，以免再发生一点接地形成很大的短路电流而烧坏发电机。
当单相接地电流大于安全电流时，定子接地保护应动作于跳闸。
二、零序电压定子接地保护原理介绍及整定
1.原理介绍
在图4.1中F点的A相绕组发生接地短路。
F点到中性点的匝数占该相绕组总匝数的百分比为a。
图4.1发电机定子单相接地短路接线图
此时机端T点各相的对地（对A相的F点）电压为：
所以机端T点对地的零序电压为：
零序电压值随短路点位置a的变化而变化的关系如图4.2所示。
在机端单相接地时零序电压最大，在中性点处接地时零序电压为零。
图4.2在不同a处发生单相接地时的3UO
基波零序电压保护范围为发电机85～95％的定子绕组单相接地,在中性点N附近发生接地故障，保护有死区。
2.整定计算
基波零序电压保护一般设两段定值，一段为低定值段，另一段为高定值段。
2.1低定值段基波零序电压保护的动作电压U0.op应按躲过正常运行时的最大不平衡基波零序电压U0.max整定，即：
U0.op=KrelU0.max
Krel——可靠系数，取1.2-1.3；
U0.max——机端或中性点实测不平衡基波零序电压，实测之前，可初设为5%-10%U0n，U0n为机端单相金属性接地时中性点或机端的零序电压（二次值）。
应校核系统高压侧接地短路时，通过主变高、低压绕组间的相耦合电容CM传递到发电机侧的零序电压大小Ug0，Ug0可能引起基波零序过电压保护误动作。
因此，定子单相接地保护动作电压整定值与延时应与系统接地保护配合，可分为三种情况：
a.动作电压若已躲过主变高压侧耦合到机端的零序电压，在可能的情况下，延时应尽量取短，可取0.3S-1.0S；
b.具有主变高压侧系统接地故障传递过电压防误动措施的保护装置，延时可取0.3S-1.0S；
c.动作电压若低于主变高压侧耦合到机端的零序电压，延时应与高压侧接地保护配合。
2.2高定值段基波零序电压保护电压定值应可靠躲过传递过电压，可取（15%-25%）U0n；
延时可取0.3S-1.0S。
2.3该保护动作于停机。
三、三次谐波电压比率定子接地保护
基波零序过电压保护对于中性点附近的单相接地短路是存在死区的。
虽然正常运行时中性点的电压很低，发电机的定子绕组又是全绝缘的，中性点附近发生接地短路的几率较少。
但是不能完全排除中性点附近发生接地短路的可能性。
因此规程规定对容量小于100MW的发电机变压器组中的发电机定子接地保护中可只装设保护范围不小于90%的基波零序过电压保护。
但对容量大于等于100MW的发电机变压器组中的发电机一定要配置能对100%的定子绕组发生接地短路的保护。
100%的定子绕组接地短路保护的一种方案是用三次谐波电压和基波零序过电压两种保护联合构成。
三次谐波电压定子接地保护对于中性点附近的单相接地短路有很高的灵敏度，它与基波零序过电压保护正好有互补性。
所以可用这两个保护联合构成100%的定子绕组接地短路保护。
四、正常运行时机端与中性点处的三次谐波电压的特征
发电机每相对地电容Cg各一半分接在机端和中性点处。
发电机外接元件的每相对地电容Ct接于机端。
发电机三次谐波的相电势为E3。
由于正常运行时三相的三次谐波电压的幅值和相位相同，所以在三次谐波等值电路图中机端T处三相可连在一起，中性点N处三相本来就连在一起，构成如图所示三相三次谐波等值电路图。
各处的电容是单相电容的三倍。
发电机的电阻、电抗、电导相对于电纳来说很小，可忽略不计。
图4.3正常运行情况下三相三次谐波等值电路图
由上图可以得到发电机正常运行时机端和中性点三次谐波电压之比：
五、定子绕组单相接地短路时机端与中性点处的三次谐波电压的特征
图4.4单相接地时的接线图
图4.5三相三次谐波等值电路图
设短路点F到中性点N的匝数占总匝数的百分比为a，由等效电路得：
据电压公式可画出UT3～a，UN3～a的关系曲线如图所示。
图4.6金属性短路时UT3～a，UN3～a关系曲线
所以如果以UT3>
UN3作为动作方程的话，该继电器在金属性短路情况下可保护从中性点起50%的绕组上的单相接地短路。
且短路点越近中性点保护越灵敏。
六、三次谐波电压单相接地保护整定
三次谐波电压比率判据只保护发电机中性点25％左右的定子接地，机端三次谐波电压取自机端开口三角零序电压，中性点侧三次谐波电压取自发电机中性点TV。
该保护可采用以下两种原理
a.原理一
式中:
——机端和中性点三次谐波电压值；
——三次谐波电压比值整定值。
实测发电机正常运行时的最大三次谐波电压比值为a，
则可取
（1.2-1.5）a。
机组并网前后，机端等值容抗有较大的变化，因此三次谐波电压比率关系也随之变化，故在机组并网前后各设一段定值，随机组出口断路器位置接点变化自动切换，三次谐波电压比率判据可选择动作于跳闸或信号。
b.原理二
——机端、中性点三次谐波电压向量；
——自动跟踪调整系数向量；
——制动系数，取值可参考各厂家技术说明书。
三次谐波电压定子接地保护一般动作于信号。
第五节发电机励磁回路接地保护
一、发电机励磁回路接地保护的必要性
此处输入导则第12页4.4第一段内容。
当励磁绕组及其相连的直流回路发生一点接地故障时，由于没有形成短路回路，接地点并没有故障电流，所以并不会产生严重的后果。
但是如果继发第二点接地故障时，接地点流过的故障电流将烧伤转子本体，部分转子绕组被短接，励磁绕组中电流增加将因过热而烧伤。
部分励磁绕组被短接以后气隙磁场发生的畸变会造成转子振动的加剧（这一点对于水轮发电机尤其严重）此外两点接地后还可能发生轴系和汽轮机的磁化。
这些都将严量威胁发电机的安全。
为了大型发电机组的安全运行，无论水轮发电机或汽轮发电机，在励磁回路一点接地保护动作发出信号后，应立即转移负荷，实现平稳停机检修。
中、小型汽轮发电机除装设励磁回路一点接地保护外还需装设专门的转子两点接地保护，保护动作于跳闸。
在一点接地保护动作发信号后应立即投入两点接地保护，机组还允许继续运行。
为避免发生瞬间的两点接地时不必要地停机，两点接地保护应延时（0.5～1.0）秒动作于停机。
（请核实该段语句出处是否严谨）
二、励磁回路接地保护整定
此处输入导则第12页4.4的“目前广泛采用的转子”到4.4结尾。
第六节发电机定子绕组过负荷保护
一、发电机定子绕组过电流保护原理及组成
对于发电机因定子绕组过负荷或区外短路引起定子绕组过电流应装设定子绕组三相过电流保护，由定时限和反时限两部分组成。
反时限保护由三部分组成:
①下限启动,②反时限部分,③上限定时限部分。
上限定时限部分设最小动作时间定值。
当定子电流超过下限整定值Iszd时,反时限部分起动,并进行累积。
反时限保护热积累值大于热积累定值保护发出跳闸信号。
反时限保护,模拟发电机的发热过程,并能模拟散热。
当定子电流大于下限电流定值时,发电机开始热积累,如定子电流小于额定电流时,热积累值通过散热慢慢减小。
图6.1发电机定子绕组过电流保护的动作特性曲线
1--定时限过电流保护动作特性曲线
2--反时限过电流保护动作特性曲线
二、发电机定子绕组过负荷保护动作判据
发电机定子绕组过电流保护动作特性曲线如图6.1所示，动作特性曲线由三部分组成，图中曲线1的ABF为定时限过电流保护动作特性，曲线2的CD为反时限过电流动作特性，DEH为反时限上限（高定值）动作去。
对应的动作判据由三部分组成。
1、定时限过电流保护
图6.1中，曲线1的ABF段，当满足下式则动作后发信号
t
——发电机定子绕组中性点侧TA二次电流；
——定时限过电流保护动作电流整定值；
t——发电机定子电流满足动作条件作用时间；
——定时限过电流动作时间整定值。
2、反时限过电流保护
1）反时限动作判据。
图6.1中曲线2的CD段为反时限部分，当
时，若满足下式则动作后跳闸:
——发电机定子最大相电流相对值（以发电机定子额定二次电流为基准）；
——发电机允许发热时间常数；
——反时限过电流保护下限动作电流（最小动作电流）
——反时限过电流保护上限动作电流（最大动作电流）
——散热时间常数，数值上等于或略大于发电机额定电流相对值；
其他符号含义同前。
2）反时限上限动作判据。
如图6.1中曲线2的DEH段所示，此时有
t——电流超过上限动作电流的作用时间；
——上限动作时间整定值。
上述涂红部分照抄导则第12页4.5条，未涂红部分保留。
第七节发电机转子表层负序过负荷保护
增加“发电机转子表层负序过负荷的危害”，可参考国家电力调度通信中心组编《发电机变压器机电保护应用第二版》（软皮绿书）第210页内容
一、发电机负序过负荷保护原理及组成
发电机不论何种原因产生负序过电流时，当负序电流相对值
2与作用时间t（s）之乘积的积分值达到一定数值时，发电机的转子表层将过热，有时可能严重烧损发电机转子，为此应装设发电机转子表层负序过负荷保护（负序过电流保护）。
负序过负荷反应发电机转子表层过热状况，也可反应负序电流引起的其它异常。
保护动作量取机端、中性点的负序电流。
发电机负序过负荷保护分为定时限和反时限两种，其中反时限负序过负荷保护由三部分组成：
下限启动、反时限部分、上限定时限部分。
图7.1发电机转子表层负序过负荷保护的动作特性曲线
1—定时限过电流保护动作特性曲线；
2—反时限过电流保护动作特性曲线；
二、发电机负序过负荷保护动作方程
1、定时限负序过负荷保护
图7.1中曲线的ABF段为上限动作特性，当满足下式时，保护动作后发信号：
——发电机定子绕组的负序电流二次值（A）；
——发电机定时限转子表层负序过负荷保护动作电流整定值（A）；
——发电机定时限转子表层负序过负荷保护满足动作条件的持续时间（s）；
——发电机定时限转子表层负序过负荷保护动作时间整定值（s）。
2、负序反时限过负荷保护
1）负序反时限动作判据。
图7.1中CD段为负序反时限动作特性曲线，当
时，若满足下式，则负序反时限保护动作：
——发电机定子负序电流的相对值（以发电机额定二次电流为基准）；
A——发电机转子表层允许负序电流发热时间常数（s）；
——发电机转子表层负序过负荷保护反时限下限动作电流（A）；
——发电机转子表层负序过负荷保护反时限上限动作电流（A）；
——发电机长期连续运行允许的负序电流相对值（以发电机额定二次电流为基础）；
——负序电流反时限动作时间（s）；
2）负序反时限上限动作判据。
图7-1中DEH段为上限动作特性曲线，若满足下式，则保护动作：
t——负序电流超过上限动作电流的持续作用时间（s）；
——上限动作时间（s）。
上述涂红部分，照抄导则第14页，4.5.3转子表层夫婿过负荷保护所有内容。
“见附录”等导则特有部分不用摘抄。
第八节发电机失磁保护
一、发电机失磁原因
发电机的失磁故障是指发电机的励磁全部消失或部分消失的故障。
引起发电机失磁的原因是转子绕组的故障、励磁机的故障、自动灭磁开关的误跳闸、半导体励磁系统中某些元件的损坏或回路故障以及误操作。
二、失磁对电力系统和发电机的影响
1、发电机失磁对电力系统产生的影响
1）发电机从原先向系统输出无功功率Q1到需从系统吸收无功功率Q2，系统将出现的无功差额Q1+Q2。
发电机的容量在系统中占的比重越大，对系统的影响也越大。
如果系统没有足够的无功储备，则无功严重的缺额将造成机端和电力系统中邻近的某些点的电压严重下降甚至可能导致系统因电压崩溃而瓦解。
2）由于电压下降，系统中其它发电机在自动调整励磁装置的作用下将增加其无功输出，这可能导致发电机、变压器、线路的过电流。
如果因此造成它们保护的误动将进一步扩大事故。
2、发电机失磁对发电机产生的影响
1）在转子回路和转子本体表层将产生频率为fg-fs的差频电流。
造成转子的局部过热甚至灼伤。
2）定子电流的增大将造成定子过热。
3）在异步力矩的作用下发电机将产生振动。
水轮发电机和大型汽轮发电机由于设计的异步平均转矩的最大值较小，纵轴（d）和横轴（q）的不对称程度更大。
因而如果在重负荷下失磁会造成机组的严重振动而危及机组的安全。
三、发电机允许失磁运行的条件
如果系统有充足的无功储备，失磁后系统电压不致严重下降，则发电机可以不解列。
但要将负荷减到40
50%的额定负荷，以减小转差率s。
这样，允许失磁机组运行15
30分钟。
四、发电机失磁保护判据
该保护照抄导则15-19页失磁保护内容。
注：
以南瑞继保RCS-985保护装置为例。
1、定子侧阻抗判据
阻抗圆：
异步阻抗圆或静稳边界圆，阻抗电压量取发电机机端正序电压，电流量取发电机中性点正序电流。
动作方程为：
XA——对于静稳边界圆，可按系统阻抗整定，对于异步阻抗圆，XA=0.5X'
d；
XB——隐极机一般取Xd＋0.5X'
d，凸极机一般取0.5（Xd＋Xq）+0.5X'
d。
对于阻抗判据，可以选择与无功反向判据结合：
对于静稳阻抗继电器，特性如图7.1，图中阴影部分为
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