省电力公司发电机保护整定计算讲义.doc

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1、第一节 概 述发电机的安全运行对保证电力系统的正常工作和电能质量起着决定性的作用，同时发电机本身也是一个十分贵重的电器元件，因此，应该针对各种不同的故障和不正常运行状态，装设性能完善的继电保护装置。1故障类型及不正常运行状态：11 故障类型1) 定子绕组相间短路：危害最大；2) 定子绕组一相的匝间短路：可能发展为单相接地短路和相间短路；3) 定子绕组单相接地：较常见，可造成铁芯烧伤或局部融化；4) 转子绕组一点接地或两点接地：一点接地时危害不严重；两点接地时，因破坏了转子磁通的平衡，可能引起发电机的强烈震动或将转子绕组烧损；5) 转子励磁回路励磁电流急剧下降或消失，即发电机低励或失磁：从电力系

2、统吸收无功功率，从而引起系统电压下降，如果系统中无功功率储备不足，将使电力系统中邻近失磁发电机的某些电压低于允许值，破坏了负荷与各电源间的稳定运行，甚至可使系统因电压崩溃而瓦解。6) 发电机与系统失步：会出现发电机的机械量和电气量与系统之间的振荡，这种持续的振荡对发电机组和电力系统产生有破坏力的影响；7) 发电机过励磁故障：并非每次都造成设备明显破坏，但多次反复过励磁，将因过热而使绝缘老化，降低设备的使用寿命。12 不正常运行状态1) 由于外部短路引起的定子绕组过电流：温度升高，绝缘老化；2) 由于负荷等超过发电机额定容量而引起的三相对称过负荷，温度升高，绝缘老化；3) 由于外部不对称短路或不

3、对称负荷而引起的发电机负序过电流和过负荷：在转子中感应出100hz的倍频电流，可使转子局部灼伤或使护环受热松脱，从而导致发电机重大事故。此外还会引起发电机100Hz的振动；4) 由于突然甩负荷引起的定子绕组过电压：调速系统惯性较大，在突然甩负荷时，可能出现过电压，造成发电机绕组绝缘击穿；5) 由于励磁回路故障或强励时间过长而引起的转子绕组过负荷；6）由于汽轮机主气门突然关闭而引起的发电机逆功率：当机炉保护动作或调速控制回路故障以及某些人为因素造成发电机转为电动机运行时，发电机将从系统吸收有功功率，即逆功率。危害：汽轮机尾部叶片有可能过热而造成事故。2 汽轮发电机保护类型1）发电机差动保护：定子

4、绕组及其引出线的相间短路保护；2）匝间保护：定子绕组一相匝间短路或开焊故障的保护；3）单相接地保护：对发电机定子绕组单相接地短路的保护；4）发电机的失磁保护：反应转子励磁回路励磁电流急剧下降或消失；5）过电流保护：反应外部短路引起的过电流，同时兼作纵差动保护的后备保护；6）阻抗保护：反应外部短路，同时兼作纵差动保护的后备保护；7）转子表层负序电流保护：反应不对称短路或三相负荷不对称时发电机定子绕组中出现的负序电流；8）过负荷保护：发电机长时间超过额定负荷运行时作用于信号的保护；9）过电压保护：反应突然甩负荷而出现的过电压；10）转子一点接地保护和两点接地保护：励磁回路的接地故障保护；11）逆功

5、率保护：当汽轮机主汽门误关闭而发电机出口断路器未跳闸，发电机失去原动力而变为电动机运行，从电力系统中吸收有功功率时保护；12）规程规定，对频率降低和电压升高引起的铁芯工作磁密过高，300MW及以上发电机应装设过励磁保护；13）失步保护：反应机组发生振荡失步的保护，300MW 及以上机组配置。3定值计算中假设条件“大型发电机变压器继电保护整定计算导则”规定，为简化计算工作，可按下列假设条件计算短路电流：1）可不计发电机、调相机、变压器、架空线路、电缆线路等阻抗参数中的电阻分量；在很多情况下，可假设旋转电机的负序阻抗与正序阻抗相等。2）发电机及调相机的正序阻抗，可采用次暂态电抗Xd的饱和值。3）各

6、发电机的等值电动势（标么值）可假设为1且相位一致。4）只计算短路暂态电流中的周期分量，但在纵联差动保护装置（以下简称纵差保护）的整定计算中以非周期分量系数Kap考虑非周期分量的影响。5）发电机电压应采用额定电压值，系统侧电压可采用额定电压值或平均额定电压值，不考虑变压器电压分接头实际位置的变动。6）不计故障点的相间和对地过渡电阻。4保护出口方式根据GBl4285的规定，按照故障和异常运行方式性质的不同，机组热力系统和调节系统的条件，各项保护装置分别动作于： a）停机：断开发电机或发电机变压器组（简称发变组）断路器、灭磁，关闭原动机主汽门或导水叶，断开厂用分支断路器。 b）解列灭磁：断开发电机或

7、发变组断路器和厂用分支断路器、灭磁，原动机甩负荷。 c）解列：断开发电机或发变组断路器，原动机甩负荷。 d）降低励磁 e）减出力：将原动机出力减至给定值。 f）缩小故障范围（例如断开母联或分段断路器）。 g）程序跳闸：对于汽轮发电机，先关主汽门，待逆功率继电器动作后再断开发电机或发变组断路器并灭磁；对于水轮发电机，先将导水叶关到空载位置，待逆功率继电器动作后再断开发电机或发变组断路器并灭磁。 h）信号：发出声光信号。5设备阻抗图 应首先根据机组、主变阻抗参数、系统阻抗，画出以Sb=100MW,Ub=系统平均电压（如220kV系统为230V）为基准值的阻抗图。第二节 发电机保护定值计算1发电机比

8、率制动差动保护1.1作用原理下图为发电机纵差动保护的单相原理图，两组CT特性、变比一致，正常 区外接地时12 整定计算 图2 比率制动式差动保护的制动特性1) 差动保护的最小动作电流, 即图2中A点的纵座标Iop.0式中：Krel可靠系数，取1.5； Ign发电机额定电流； Iunb.0发电机额定负荷状态下，实测的差动保护中的不平衡电流。实际可取Iop.0=（0.100.30）Ign/na，一般宜选用（0.100.20）Ign/na。如果实测Iunb.0较大，则应尽快查清Iunb.0增大的原因，并予消除，避免因Iop.0过大而掩盖一、二次设备的缺陷或隐患。发电机内部短路时，特别是靠近中性点经过

9、渡电阻短路时，机端或中性点侧的三相电流可能不大，为保证内部短路时的灵敏度，最小动作电流Iop.0不应无根据地增大。2) 制动特性的拐点电流Ires.0定子电流等于或小于额定电流时，差动保护不必具有制动特性，因此 Ires.0=(0.81.0)Ign/na3) 制动系数S按最大外部短路电流下差动保护不误动的条件确定。A）外部短路最大不平衡电流计算Iunb.max=（KapKerKcc）Ik.max 式中：Kap非周期分量系数，取1.52.0； Kcc互感器同型系数，取0.5(同型)或1.0（不同型）； Ker互感器比误差系数，取0.1（10PCT）或0.05(5PCT)； Ik.max最大外部三

10、相短路电流周期分量 Ik.max按发电机空载，机端发生三相金属性短路计算(区外穿越), Ik.max= =（1/Xd）（Sb/Ugn）/naB）差动保护最大动作电流计算Iop.max=KrelIunb.maxKrel可靠系数，取1.5；C）制动系数S Ires.max=Ik.max S=（Iop.max-Iop.min）/（Ires.max-Ires.0）4) 比率差动保护灵敏度校核 按发电机未并网时，机端发生区内两相金属性短路故障校核差动保护灵敏度。Ik.min=0.866(1/Xd)Sb/Ugn）/naIop.min=Ik.minIres=Ik.min/2（或Ik.min）Iop= Iop

11、.0+S(Ires-Ires.0)Ksen=Iop.min /Iop25) 保护出口方式一般动作于停机，即跳开高压侧开关、厂变分支开关、灭磁开关，关主汽门，启动分支快切，并且启动失灵。2 发电机匝间保护 大型汽轮发电机很多只引出3个端子，特别是部分汽轮发电机定子绕组每相只有一个分支，中性点也只可能有3个引出端，对于定子绕组的匝间短路无法配置裂相横差保护和零序电流型横差保护。对于发电机定子绕组的匝间短路故障，国内正在使用的有故障分量负序方向保护和纵向基波零序电压保护。这里介绍使用较多的纵向基波零序电压保护。1.1 作用原理（P57）纵向基波零序电压保护用于保护发电机定子绕组匝间短路或开焊故障，实

12、际上此保护也反应发电机内相间短路。因为发电机中性点不直接接地，所以发电机内部相间、匝间短路表现为机端三相对中性点的不平衡，即对中性点而言机端出现纵向零序电压3U0；当发电机内部或外部发生单相接地故障时，机端三相对地出现横向零序电压3U0。为了只反应相间或匝间短路时的纵向零序电压3U0，必须装设专用PT。该PT一次中性点直接与发电机中性点连接，且不允许接地。取一极端例子，例如B 相机端对中性点N 金属性短路，则：3U0=（UAN+0+UCN）/nv=100V为了防止外部短路时误动作，一般会增设故障分量负序方向元件，当外部短路时负序方向由系统流入发电机，内部短路时负序方向由发电机流入系统。发电机正

13、常运行时，可能有较大的三次谐波电压，三次谐波电压与零序电压有相同的特征，所以要求保护装置三次谐波滤过比应大于801.2 整定计算1）纵向零序动作电压按躲过发电机正常运行时最大不平衡电压整定，设计值可初选为 U0.op23（V）发电机投运后，应经实测，对Uop定值进行适当修正，以提高灵敏度。2）故障分量负序方向元件可以根据厂家建议取值，如许继WBH-800保护I=0.02Ie ，U= 0.008Ue ，P=0.08%Sn3）动作时间 为防止外部短路暂态过程中保护误动作，保护动作时间可取0.1-0.2s。4) 保护出口方式一般动作于停机，即跳开高压侧开关、厂变分支开关、灭磁开关，关主汽门，启动分支

14、快切，并且启动失灵3发电机定子接地保护3.1发电机定子绕组单相接地的特点1）基波零序电压定子绕组的单相接地（定子绕组与铁芯间的绝缘破坏）是发电机最常见的一种故障，大中型发电机定子绕组中性点不接地或经高阻抗接地。它具有一般不接地系统单相接地短路特点 设A相距中性点处单相接地 发电机中性点将发生位移，产生零序电压。故障点零序电压为 当故障点在机端时，=1，=EA 当故障点在中性点时，=0，=02）三次谐波电压 几个结论：a) 汽轮发电机正常运行时，机端三次谐波电压U3T小于中性点三次谐波电压U3N，两者虽在大小上不相等，但相位完全一致；b) 当金属性接地故障点位于靠近中性点的半个绕组区域内（0.5

15、）时, U3N 绝对值小于U3T绝对值；当金属性接地故障点靠近机端时正好相反，此时和正常状态难以区分；c) 接地点越靠近中性点，比较三次谐波绝对值得接地保护能动作的过渡电阻越大，表现越灵敏；当接地点位于绕组中心（=0.5）时，保护能动作的过渡电阻为0；接地点靠近机端一侧（0.5），则金属性接地也不能动作。由以上简单分析可知，基波零序电压有动作死区。对于100MW 及以上发电机，应装设无动作死区（100%动作区）单相接地保护。常用的保护方案时基波零序过电压保护与三次谐波电压保护共同组成100%单相接地保护。3.2整定计算1）基波零序电压保护按躲过正常运行时中性点（或机端）的最大不平衡电压Uunb

16、.max整定，即：Uop=Krel*Uunb.max ，Krel为可靠系数，取1.3；Uunb.max为实测运行中最大不平衡电压。初设选取Uop5V。（死区范围为(Uop零序PT 变比/（/)100%，要求保护死区大于5%）投运后可根据实测Uunb.max数值进行调整。c) 动作时间应校核系统高压侧接地短路时，通过主变高低压绕组间的每相耦合电容传递到发电机侧的零序电压。由于各对地电容数据不易取得，所以我们整定时一般通过时间整定来防止其误动作。动作时间与高压出线接地短路时主变零序保护动作延时配合，出口动作于全停。2）三次谐波定子接地保护三次谐波电压判据（WXB-800）方案1：动作判据：U3TK

17、U3N方案2：动作判据：U3T+U3NKU3N式中：U3T-机端三次谐波电压；U3N-中性点三次谐波电压；K、 K方案1、2的制动系数。实测发电机正常运行中若干个不同负载情况下的比值K=U3T/U3N及K=U3T+U3N/U3N,取它们各自的平均值Kave、K ave和它们的最大值Kmax、K max.若Kavem ave，则采用方案2，取 K=1 .1 K max动作时间与出线接地短路时主变零序保护动作延时配合, 动作后发信。4 发电机复合电压启动的过流保护4.1 当发电机或发电机相邻元件短路时，若主保护或相应断路器拒动，就需要后备保护动作切除故障。对于1000kW以上的发电机宜装设复合电压

18、（负序电压和线电压）启动的过流保护。4.2 整定计算1）过电流元件动作电流Iop按发电机额定负荷下可靠返回的条件整定 Iop=KrelIgn/Krna 式中：Krel可靠系数，取1.31.5； Kr返回系数，取0.850.95。灵敏系数按主变压器高压侧母线两相短路的条件校验 式中： 主变压器高压侧母线金属性两相短路时，流过保护的最小短路电流。 要求灵敏系数Ksen1.2。 2）低电压元件接线电压，动作电压Uop可按下式整定。对于汽轮发电机 式中：Ugn发电机额定电压； nv电压互感器变比。对于水轮发电机 灵敏系数按主变压器高压侧母线三相短路的条件校验 式中： 主变高压侧母线金属性三相短路时的最

19、大短路电流； Xt主变压器电抗，取XtZt。 要求灵敏系数Ksen1.2。 低电压元件的灵敏系数不满足要求时，可在主变压器高压侧增设低电压元件。3) 负序元件负序过电压元件的动作电压按躲过正常运行时的不平衡电压整定，一般取 灵敏系数按主变压器高压侧母线两相短路的条件校验 式中：U2.min主变高压侧母线二相短路时，保护安装处的最小负序电压。要求灵敏系数Ksen1.5。计算主变高压侧母线两相短路时，短路点最小负序电压：U2 =UkA1=EZ2/(Z1+Z2)所以主变高压侧母线两相短路时发电机机端负序电压为：U2.min =U2Xd2/Z2=Xd2/(2Xt+Xd+Xd2)E 4) 保护动作时间保

20、护的动作时限，按大于升压变压器后备保护的动作时限整定，动作于解列或停机。5）自并励发电机需要注意的问题（p61） 自并励发电机励磁电源取自发电机机端电压。当发电机外部发生短路时，机端电压下降，励磁电流随之减小，若机端三相短路，机端电压为零，短路电流逐渐衰减为零，对于过流保护会完全失去作用；对于主变高压侧短路，短路电流衰减要慢一些，但也不能认为过流保护一定不失效。微机保护采取了措施，如增加了电流自保持功能，电流自保持时间略大于过电流保护的动作时间。5 发电机的负序过流保护51负序电流对发电机的影响电力系统发生不对称短路，或三相负荷不对称时，将有负序电流过发电机的定子绕组，并在发电机中产生相对于转

21、子以两倍同步转速旋转的磁场，从而在转子中产生倍频电流。对于汽轮发电机，上述倍频电流由于集肤效应的作用，主要在转子表面流通，并经转子本体、槽楔和阻尼条，在转子的端部附近约10%-30%的区域内沿轴向构成闭合回路。这一轴向电流有很大的数值，在流过转子表层时，将在护环与转子本体之间和槽楔与槽壁之间等接触面上形成过热点，将转子烧伤，还将形成局部高温，导致转子表层金属材料的强度下降，危机机组的安全。此外，若转子本体与护环的温差超过允许限度，将导致护环松脱，造成严重的破坏。国内外发电机，特别是汽轮发电机因负序电流烧伤转子的事例屡见不鲜。因此，为防止发电机的转子遭受负序电流的损坏，大型汽轮发电机都要求装设比

22、较完善的负序电流保护。发电机承受负序电流的能力是构成和整定负序电流保护的依据。5.2 整定计算 针对发电机的不对称过负荷、非全相运行以及外部不对称故障引起的负序过电流，其保护通常由定时限过负荷和反时限过电流二部分组成。 a）负序定时限过负荷保护保护的动作电流按发电机长期允许的负序电流I2下能可靠返回的条件整定 保护延时动作于信号。 b）负序反时限过电流保护。负序反时限过电流保护的动作特性，由制造厂家提供的转子表层允许的负序过负荷能力确定。 如果保护上下限动作电流倍数不能满足要求，应根据实际情况予以协调，一般是在满足一定电流倍数的前提下，保留较小电流下的反时限特性。 在灵敏度和动作时限方面不必与

23、相邻元件或线路的相间短路保护配合；保护动作于解列或程序跳闸。6 发电机定子过负荷保护对于发电机因过负荷或外部故障引起的定子绕组过电流，装设单相定子绕组对称过负荷保护，通常由定时限过负荷及反时限过电流二部分组成。 a）定时限过负荷保护动作电流按发电机长期允许的负荷电流下能可靠返回的条件整定保护延时（躲过后备保护的最大延时，如9s ）动作于信号或动作于自动减负荷。 b）反时限过电流保护反时限过电流保护的动作特性，即过电流倍数与相应的允许持续时间的关系，由制造厂家提供的定子绕组允许的过负荷能力确定。 “汽轮发电机通用技术条件”规定：发电机定子绕组承受的短时过电流倍数与允许持续时间的关系为定子绕组允许

24、过电流曲线见图15。 设反时限过电流保护的跳闸特性与定子绕组允许过电流曲线相同。按此条件进行保护定值的整定计算。 反时限跳闸特性的上限电流Iop.max按机端三相金属性短路的条件整定第五节 发电机的失磁保护一、发电机的失磁运行及其产生的影响则 式中：Kc0配合系数，取1.05。 不考虑在灵敏度和动作时限方面与其他相间短路保护的配合。保护动作于解列或程序跳闸。7 发电机励磁回路接地保护7.1概述发电机励磁回路一点接地故障是发电机常见的故障形式之一，两点接地故障也时有发生，一点接地故障对发电机并不造成危害，但若再相继发生第二点接地故障，则部分转子绕组被短路，可能烧伤转子本体，振动加剧，甚至可能发生

25、轴系和汽轮机磁化，使机组修复困难、延长停机时间。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。对装有两点接地保护的汽轮发电机组，在一点接地故障后继续运行时，应投入两点接地保护，后者带时限动作于停机。 微机保护为励磁回路一点和两点接地故障新保护方案的实现提供了广阔的前景。其中一种采用切换采样原理的保护使用较为广泛（p278）。利用微机的计算功能，该保护装置能测定接地故障位置和过渡电阻大小。7.2 整定计算1）励磁回路一点接地电阻整定汽轮发电机通用技术条件规定：对于空冷及氢冷的汽轮发电机，励磁绕组的冷态绝缘电阻不小于

26、1M，直接水冷却的励磁绕组，其冷态绝缘电阻不小于2k。水轮发电机通用技术条件规定：绕组的绝缘电阻在任何情况下都不应低于0.5M。据此规定进行电阻定值整定。经延时（如5s）报信号。2）励磁回路两点接地转子一点接地保护动作后，经延时自动投入转子两点接地保护，当接地位置变化大于时判为转子两点接地，根据厂家说明书进行整定（如3%5%）转子两点接地保护动作时限按躲过瞬时出现的两点接地故障整定，一般为0.51.0s，动作于停机。8 发电机定子过电压保护81概述对于中小型汽轮发电机，通常不装设过电压保护。但是对于200MW 及以上大型汽轮发电机，因为运行实践中，出现危及绝缘安全的过电压是比较常见的现象，所以

27、都装设了过电压保护。当满负荷下突然甩去全部负荷，即使调速系统和自动调整励磁装置都正常运行，因电枢反应突然消失，而调速系统和自动调整励磁装置都是有惯性环节组成的，转速仍将上升，励磁电流不能突变，使得发电机电压在短时间内也要上升，其值可能达到1.31.5倍额定值，持续时间可能达到几秒。8.2 定值整定定子过电压保护的整定值，应根据电机制造厂提供的允许过电压能力或定子绕组的绝缘状况决定。a）对于200MW及以上汽轮发电机 动作时限取0.5s，动作于解列灭磁。b）对于水轮发电机 动作时限取0.5s，动作于解列灭磁。9 定子铁芯过励磁保护 电压的升高和频率的降低均可导致定子铁芯工作磁密增大，反复过励磁，

28、将因过热而使绝缘老化、使绕组的绝缘强度和机械性能恶化，降低设备的使用寿命。规程规定300MW 及以上发电机应装设过励磁保护。 当发电机与主变压器之间无断路器而共用一套过励磁保护时，其整定值按过励磁能力较低的要求整定。9.1 定时限 低定值部分带时限动作于信号和降低发电机励磁电流，高定值部分动作于解列灭磁或程序跳闸。9.2 反时限反时限过励磁保护按发电机制造厂家提供的反时限过励磁特性曲线（参数）整定。特别注意引进设备时，一次设备的过励磁能力与保护装置的过励磁动作特性不相适应的问题。注：过激磁与过电压保护都反应电压对机组的影响，但过激磁保护由设备的过热能力确定，而过电压是绝缘问题，由设备的过电压能

29、力确定。如果额定频率下，过激磁保护较过电压保护灵敏，则可以不装设过电压保护。10 发电机逆功率和程跳逆功率保护与电力系统并列运行的发电机，由于各种原因而停止供给原动机能量时，将从系统吸取能量变为电动机运行，驱动原动机运转。汽轮机在其主汽门关闭后，转子和叶片的旋转会引起风损，风损与转子叶轮直径和叶片长度有关，所以在汽轮机的排气端风损最大；风损还与周围蒸汽密度成正比，一旦机组失去真空，使排除蒸汽的密度增大，风损将剧烈增加。因为逆功率运行时，没有蒸汽流通过汽轮机，由风损造成的热量不能被带走，会使汽轮机叶片过热以致损坏。为了及时发现逆功率的异常工况，要求200MW 及以上汽轮发电机一般都装设逆功率保护

30、。逆功率保护主要由一个灵敏的功率继电器构成。10.1 逆功率保护1）动作功率2）动作时限 延时15s 动作于信号，跳闸时间由汽轮机允许的逆功率时间决定，一般取13min。10.2 程跳逆功率经由主汽门触点控制跳闸，动作功率同上，动作时限为1.01.5s。11 发电机起停机定子接地保护有些情况下，发电机在启动或停机过程中有励磁电流流过励磁绕组，例如，某些机组在盘车过程中需要利用励磁电流对转子进行预热时以及在机组上发生操作上的失误时，都可能如此。此时，定子电压的频率很低，而很多保护的动作特性受频率影响较大，在这样低的频率下不能正确工作。起停机定子接地保护用于反应发电机低速运行时的定子接地故障，由装

31、于机端或其中性点的零序过电压继电器构成，不要求滤过三次谐波。起停机保护仅做为发电机低频工况的辅助保护。正常运行时，由断路器的动断触点或低频继电器的输出触点连锁退出。零序过电压的整定值一般取10V 及以下，低频继电器的整定值选取额定频率的80%90% 。12 发电机突加电保护发电机在盘车过程中，由于出口断路器误合闸，突然加上三相电压，而使发电机异步启动，从系统中吸收有功功率。此种情况下，发电机电抗接近xd，并在启动过程中基本上不变，计及主变的电抗和系统联接电抗，并且在系统联接电抗较小时，流过发电机定子绕组的电流可达34倍额定值。定子电流所建立的旋转磁场，将在转子中产生差频电流（频率在变），如果不

32、及时切除电源，流过电流的持续时间过长，则在转子上产生产生的热效应将超过允许值，引起转子过热而遭到破坏。此外，突然加速，还可能因润滑油压低而使轴瓦遭受损坏。因此，对于这种突然加电压的异常运行状况，应有相应的保护装置，以迅速切断电源。由低频元件和过流元件构成的突加电保护：1）电流元件：等于或小于盘车状态下误合闸最小电流的50%；2）低频元件：应低于任何危机事故的频率，一般可取额定频率的80%90% 。13 低励、失磁保护失磁保护，有时也称为低励保护。低励，表示发电机的励磁电流低于静稳极限所对应的励磁电流，与正常欠励运行和完全失磁不同；失磁，表示发电机完全失去励磁。发电机低励或失磁是常见的故障形式，

33、特别是大型机组，励磁系统的环节比较多，增加了发生低励和失磁的机会。13.1 失磁原因1）励磁回路开路、励磁绕组断线 、灭磁开关误动作、励磁调节装置的自动开关误动、可控硅励磁装置中部分元件损坏；2） 励磁绕组由于长期发热，绝缘老化或损坏引起短路；3） 运行人员调整等。13. 2低励或失磁后所产生的危害1）对电力系统产生的危害a) 低励或失磁的发电机，从电力系统中吸收无功功率，引起电力系统的电压下降，如果电力系统无功功率储备不足，将使电力系统中邻近失磁发电机的某些点电压低于允许值，破坏了负荷与各电源间的稳定运行，甚至使电力系统因电压崩溃而瓦解；b) 当一台发电机发生低励或失磁后，由于电压下降，电力

34、系统中的其他发电机，在自动调整励磁装置的作用下，将增加其无功功率输出，从而使某些发电机、变压器或线路过电流，其后备保护可能因过电流而动作，使故障范围扩大；c) 一台发电机低励或失磁后，由于该发电机有功功率的摆动，以及系统电压的下降，可能导致相邻的正常运行发电机与系统之间、或电力系统个部分之间失步，使系统产生振荡，产生大量甩负荷。d) 发电机的额定容量越大，在低励或失磁时，引起无功功率缺额越大。电力系统相对失磁发电机的容量倍数越小，则补偿这一无功功率缺额的能力越小。因此，发电机的单机容量与电力系统总容量之比越大时，低励或失磁故障对电力系统的不利影响就越严重。2）对发电机本身的不利影响a) 发电机

35、低励或失磁后，将过渡到异步运行，转子出现转差。由于出现转差，在发电机转子中出现差频电流。差频电流在转子中产生额外损耗，如果超出允许值，将使转子过热。而流过转子表层的差频电流，还可能使转子本体与槽楔、护环的接触面上发生严重的局部过热甚至灼伤。b) 低励或失磁的发电机进入异步运行之后，发电机的等效电抗降低，由xd变为xd或xd，从系统中吸收的无功功率增加。低励或失磁前带的有功功率越大，转差就越大，等效电抗就越小，所吸收的无功功率就越大。在重负荷下失磁后，由于过电流，将使发电机定子过热。c) 发电机受交变异步电磁力矩的冲击而发生振动，转差率愈大，振动也愈厉害。由于发电机低励或失磁对电力系统和发电机本

36、身的危害，必须装设低励、失磁保护。我们希望不论什么原因造成的低励和失磁故障，保护装置都能够有选择性和迅速地动作，但是对于大型机组很难做到这一点，这是因为大型机组的励磁环节多，灭磁开关误动、设备故障、人员过失等造成低励和失磁的原因很复杂；低励和失磁后，发电机定子回路的参数又不会突然发生变化；转子回路的参数可能发生突然变化，但往往又难于与其他非失磁故障和异常工况相区别。因此在探索低励和失磁保护判据的过程中，出现了多种原理的保护装置。13.2 失磁保护的主要判据1）系统侧主判据高压母线三相同时低电压继电器。本判据主要用于防止由发电机低励失磁故障引发无功储备不足的系统电压崩溃，造成大面积停电，其动作判

37、据为 式中：Uop.3Ph三相同时低电压继电器动作电压 Uh.min高压系统最低正常运行电压。 经辅助判据“与门”输出，短延时动作于发电机解列。 2）发电机侧主判据： a）异步边界阻抗继电器； b）静稳极限阻抗继电器； c）静稳极限励磁低电压继电器。 3) 低励失磁保护的辅助判据 a）负序电压元件； b）励磁低电压元件；13.3 整定计算1）异步边界阻抗继电器异步边界阻抗圆动作判据主要用于与系统联系紧密的发电机失磁故障检测，它能反应失磁发电机机端的最终阻抗，但动作可能较晚。失磁发电机的机端阻抗最终轨迹一定进入下图的圆1中，圆l称为异步边界阻抗圆，其整定为：注意：Xd 取 饱和值，导则中取不饱和

38、值是错误的。（研修班教材P11）2）静稳极限阻抗继电器 汽轮发电机，如图中圆2，其整定值为： 阻抗动作特性式中Xcon发电机与系统间的联系电抗，为包括主变阻抗在内的标么值（以发电机额定值为基准）。Xcon计算见导则附录F设某电厂具有同容量的n台机，均呈发电机变压器组接地，在高压侧并联运行。电力系统归算至该厂高压母线的系统等值电抗为Xs，其接线及等值电路如图F1。假设对1号机的K保护装置进行整定计算，已知保护装于机端。 3）低励失磁保护的辅助判据 c) 励磁低电压元件。动作电压取Uop=0.8Ufdo 式中Ufdo发电机空载额定励磁电压这些辅助判据与上述主判据 “与门”输出，防止非失磁故障状态下

39、主判据继电器误出口。对于134延时元件动作于跳开发电机的延时元件，其延时应防止系统振荡时保护的误动作。振荡周期由电网主管部门提供，按躲振荡所需的时间整定。对于不允许发电机失磁运行的系统，其延时一般取0.51.0s。 动作于励磁切换及发电机减出力的时间元件，其延时由设备的允许条件整定。 失磁异步运行倩况下，动作于发电机解列的延时，由发电机制造厂和电力部门共同决定允许发电机带（0.40.5）Pgn的失磁异步运行时间。 允许失磁后发电机转入异步运行的低励失磁保护装置动作后，应切断灭磁开关，防止在转入异步运行时仍有有损大轴的同步功率存在。14 失步保护第三节 变压器保护整定计算1 变压器故障： 各相绕

40、组之间的相间短路油箱内部故障 单相绕组部分线匝之间的匝间短路 单相绕组或引出线通过外壳发生的单相接地故障 引出线的相间短路油箱外部故障 绝缘套管闪烁或破坏，引出线通过外壳发生的单相接地短路2 变压器不正常工作状态外部短路或过负荷 油箱漏油造成油面降低变压器中性点接地外加电压过高或频率降低3 应装设的继电保护装置 瓦斯保护 防御变压器油箱内各种短路故障和油面降低 重瓦斯 跳闸 轻瓦斯 信号 纵差动保护和电流速断保护 防御变压器绕组和引出线的多相短路、大接地电流系统侧绕组和引出线的单相接地短路及绕组匝间短路后备保护，作为以上变压器保护的后备：低阻抗保护复合电压起动的过电流保护零序电流保护过负荷保护

41、：防御变压器对称过负荷过励磁保护：防御变压器过励磁4 整定计算4.1 变压器纵差保护 纵差保护是变压器内部故障的主保护，主要反应变压器油箱内部、套管和引出线的相间和接地短路故障，以及绕组的匝间短路故障。4.1.1 对变压器纵差保护的技术要求 a）在变压器空载投入或外部短路切除后产生励磁涌流时，纵差保护不应误动作。 b）在变压器过励磁时，纵差保护不应误动作。 c）为提高保护的灵敏度，纵差保护应具有比率制动或标积制动特性。在短路电流小于起始制动电流时，保护装置处于无制动状态，其动作电流很小（小于额定电流），保护具有较高的灵敏度。当外部短路电流增大时，保护的动作电流又自动提高，使其可靠不动作。 d）

42、在最小运行方式下，纵差保护区内各侧引出线上两相金属性短路时，保护的灵敏系数不应小于2。e）在纵差保护区内发生严重短路故障时，为防止因电流互感器饱和而使纵差保护延迟动作，纵差保护应设差电流速断辅助保护，以快速切除上述故障。4.1.2 纵差保护整定计算内容 a）与纵差保护有关的变压器参数计算，包括变压器的各侧额定电流，电流互感器变比选择等。 b）短路电流计算。 c）纵差保护动作特性参数的整定。 d）纵差保护灵敏系数的校验。 e）其他辅助验算和经验数据的推荐，包括谐波制动比（对谐波制动原理的差动保护）和闭锁角（对间断角原理的差动保护）的推荐。4.1.3 纵差保护的整定计算4.1.3.1 变压器参数计算与纵差保护有关的变压器参数计算，可按表1所列的公式和步