【正文】 王維儉，清華大學(xué)出版社，19925．知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)論文摘要：發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行直接影響電力系統(tǒng)的安全。設(shè)備選擇正確合理，設(shè)計(jì)心得體會(huì)真實(shí)可信。設(shè)計(jì)過(guò)程有創(chuàng)新，故障判斷準(zhǔn)確，短路電流計(jì)算正確。認(rèn)真查找資料，主動(dòng)提出問(wèn)題，分析問(wèn)題，解決問(wèn)題。四、進(jìn)度安排講解設(shè)計(jì)目的、要求、方法、任務(wù)分工。二、設(shè)計(jì)資料及參數(shù)（一）設(shè)計(jì)原始資料待設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)圖三相380V供電系統(tǒng)容量為300MW三、設(shè)計(jì)要求及成果分析主保護(hù)工作原理。本課程設(shè)計(jì)教學(xué)要求是：（1）理論與實(shí)踐緊密聯(lián)系；（2）學(xué)習(xí)電力系統(tǒng)保護(hù)的配置原則以及整定計(jì)算方法。（3）訓(xùn)練學(xué)生工程CAD制圖方法。論證后備保護(hù)的基本原理。（2小時(shí)）查閱資料，熟悉用戶任務(wù)要求，（）設(shè)計(jì)保護(hù)方案，提出可行性報(bào)告（1天）查閱圖書、資料、產(chǎn)品手冊(cè)和工具書進(jìn)行設(shè)備校驗(yàn)，繪制繼電保護(hù)二次展開圖（1天）。服從管理，按時(shí)完成設(shè)計(jì)任務(wù)。(3) 方案設(shè)計(jì)40%課程設(shè)計(jì)報(bào)告包含兩部分，設(shè)計(jì)說(shuō)明書和圖紙。(4) 課題說(shuō)明書20%對(duì)課題考核重點(diǎn)理解深刻，能正確、全面地回答問(wèn)題。發(fā)電機(jī)由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在運(yùn)行中可能發(fā)生故障和不正常工作狀態(tài)，特別是現(xiàn)代的大中型發(fā)電機(jī)的單機(jī)容量大，對(duì)系統(tǒng)影響大，損壞后的修復(fù)工作復(fù)雜且工期長(zhǎng)，所以對(duì)繼電保護(hù)提出了更高的要求。關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī)保護(hù) 縱差保護(hù) 母線保護(hù) 比例制動(dòng)正文： 第一部分 發(fā)電機(jī)保護(hù)一、 發(fā)電機(jī)的故障 、不正常工作狀態(tài)發(fā)電機(jī)是電力系統(tǒng)中十分重要和貴重的設(shè)備，發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行直接影響電力系統(tǒng)的安全，因此針對(duì)各種不同的故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)，裝設(shè)性能完善的繼電保護(hù)裝置。其原理圖如下圖1.圖1. 縱差動(dòng)保護(hù)原理圖以圖中(a)的中相為例(其它兩相的繼電器未畫出，原理相同)，當(dāng)發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行或在差動(dòng)保護(hù)區(qū)外，例如斷路器的B、C相短路，此時(shí)1TA和2TA一次側(cè)通過(guò)的電流大小相等、方向相同。但是，無(wú)論斷路器的脫扣器有幾段保護(hù)，都不能保護(hù)發(fā)電機(jī)內(nèi)部繞組，在發(fā)電機(jī)繞組引出線和中性點(diǎn)側(cè)存在保護(hù)盲區(qū)。主配電板上斷路器的三段保護(hù)不能對(duì)發(fā)生相間短路的發(fā)電機(jī)進(jìn)行保護(hù)，結(jié)果造成了發(fā)電機(jī)組的嚴(yán)重?fù)p壞。 比率制動(dòng)式縱差保護(hù)比率制動(dòng)式縱差保護(hù)僅反應(yīng)相間短路故障。圖中，縱坐標(biāo)為差動(dòng)電流Id，橫坐標(biāo)為制動(dòng)電流Ires。因此，縱差保護(hù)在正常負(fù)荷狀態(tài)下的最大不平衡電流不大于6%。發(fā)電機(jī)內(nèi)部發(fā)生短路故障時(shí)，差動(dòng)電流明顯增大， 比率制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)的制動(dòng)特性和 相位接近相同，減小了制動(dòng)量，從而可靈敏動(dòng)作。發(fā)電機(jī)的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，是發(fā)電機(jī)定子繞組及其引出線發(fā)生相間短路時(shí)的主保護(hù)。隨著對(duì)發(fā)電機(jī)內(nèi)部短路分析的進(jìn)一步深入， 發(fā)電機(jī)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的構(gòu)成對(duì)發(fā)電機(jī)內(nèi)部發(fā)生輕微故障的分析成為可能，可以更多地分析內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)的保護(hù)動(dòng)作行為，從而更好的選擇保護(hù)原理和方案。啟動(dòng)電流的整定的原則是躲過(guò)發(fā)電機(jī)額定工況下差動(dòng)回路中最大的不平衡電流。 對(duì)于不完全縱差保護(hù)，尚需要考慮發(fā)電機(jī)每相各分支電流的差異，應(yīng)適當(dāng)提高的整定值。根據(jù)比率式制動(dòng)特性曲線可以看出，在啟動(dòng)電流及動(dòng)作特性曲線的斜率K保持不變的情況下，越小，差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作區(qū)越??；而制動(dòng)區(qū)增大；反之亦然?？梢钥闯?，當(dāng)拐點(diǎn)電流確定后，夾角決定于C點(diǎn)。將以上數(shù)據(jù)代入（）得。發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù) 我國(guó)現(xiàn)階段大型發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)主要有以下2種接地方式，一是經(jīng)消弧線圈欠補(bǔ)償接地方式。 基波零序過(guò)電壓保護(hù)，即 Uop＝ 式中：Krel ——可靠系數(shù)，～。圖中，E0為系統(tǒng)側(cè)接地短路時(shí)產(chǎn)生的基波零序電動(dòng)勢(shì)，由系統(tǒng)實(shí)際情況確定，一般可取 ，UHn為系統(tǒng)額定線電壓。 Ug0可能引起基波零序過(guò)電壓保護(hù)誤動(dòng)作。 電壓互感器變比為：機(jī)端TV 中性點(diǎn)TV 如發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈或配電變壓器接地，保護(hù)裝置應(yīng)具有調(diào)平衡功能，否則應(yīng)增設(shè)中間電壓互感器。然后調(diào)整系數(shù)β，使制動(dòng)量 在正常運(yùn)行時(shí)恒大于動(dòng)作量，一般取β≈～。E3—發(fā)電機(jī)三次諧波相電動(dòng)勢(shì)；EH3—系統(tǒng)高壓側(cè)三次諧波相電動(dòng)勢(shì)；Zn—發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)對(duì)地三次諧波感抗或電阻的三倍；C1—發(fā)電機(jī)每相對(duì)地電容之半；C2—機(jī)端外接元件每相對(duì)地總電容；CM—主變壓器高低壓繞組間每相耦合電容圖 發(fā)電機(jī)三次諧波電壓分析計(jì)算用等值電路 中性點(diǎn)經(jīng)配電變壓器高阻接地的定子繞組單相接地保護(hù)接于配電變壓器(變比nt)二次側(cè)的電阻RN，應(yīng)按機(jī)端單相接地時(shí)由RN產(chǎn)生的電阻電流大于電容電流選定，即 式中：——發(fā)電機(jī)及機(jī)端外接元件每相對(duì)地總電容。c)95%定子繞組單相接地基波零序過(guò)電流保護(hù)。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生三相不對(duì)稱短路或負(fù)荷三相不對(duì)稱時(shí)，在發(fā)電機(jī)定子繞組中就流過(guò)負(fù)序電流，該負(fù)序電流在發(fā)電機(jī)氣隙中產(chǎn)生反向（與正序電流產(chǎn)生的正向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向相反）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，它相對(duì)于轉(zhuǎn)子來(lái)說(shuō)為2倍的同步轉(zhuǎn)速，因此在轉(zhuǎn)子中就會(huì)感應(yīng)出100HZ的電流，即所謂的倍頻電流，該倍頻電流的主要部分流經(jīng)轉(zhuǎn)子本體、槽鍥和阻尼條，而在轉(zhuǎn)子端部附近沿周界方向形成閉合回路，這就使得轉(zhuǎn)子端部、護(hù)環(huán)內(nèi)表面、槽鍥和小齒接觸面等部位局部灼傷，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使護(hù)環(huán)松脫，給發(fā)電機(jī)造成災(zāi)難性破壞，即通常所說(shuō)的“負(fù)序電流燒機(jī)”，這是負(fù)序電流對(duì)發(fā)電機(jī)的危害之一。負(fù)序電流保護(hù)按其動(dòng)作時(shí)限分為定時(shí)限和反時(shí)限兩種。關(guān)于A值，應(yīng)采用制造廠所提供的數(shù)據(jù)。 隨著發(fā)電機(jī)組容量的不斷增大，他所允許的承受負(fù)序過(guò)負(fù)荷的能力也隨之下降（A值減?。├缛?00MW汽輪機(jī)A的設(shè)計(jì)值為4。 定時(shí)限負(fù)序電流保護(hù)　　(1) 原理接線　對(duì)表面冷卻的汽輪發(fā)電機(jī)和水輪發(fā)電機(jī)，大都采用兩段式定時(shí)限負(fù)序過(guò)電流保護(hù)?！　　　?T——值班人員有可能采取措施消除負(fù)序電流的時(shí)間，一般取120s，如值班人員在此時(shí)間內(nèi)來(lái)不及消除產(chǎn)生負(fù)序電流的運(yùn)行方式，則保護(hù)動(dòng)作于跳閘。 反時(shí)限負(fù)序過(guò)電流保護(hù)　 反時(shí)限負(fù)序過(guò)電流保護(hù)反應(yīng)負(fù)序電流增大，其動(dòng)作時(shí)間與負(fù)序電流成反比?！　　Ｓ嘘P(guān)統(tǒng)計(jì)資料表明,在發(fā)電機(jī)各類故障中,由于失磁引起的故障占60 %以上,居于各類故障首位。由于失磁保護(hù)的判據(jù)較多,閉鎖方式和出口方式也較多,因此失磁保護(hù)的配置目前是所有發(fā)電機(jī)保護(hù)中最復(fù)雜,種類也是最多。 (3) 系統(tǒng)低電壓判據(jù)。正常運(yùn)行情況下(包括進(jìn)相) ,勵(lì)磁電壓不會(huì)低于空載勵(lì)磁電壓。勿容置疑的是,該判據(jù)靈敏度最高,動(dòng)作很快。 所示:　轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)動(dòng)作特性曲線低勵(lì)、失磁故障將導(dǎo)致機(jī)組失步,失步后勵(lì)磁電壓和發(fā)電機(jī)輸出功率作大幅度波動(dòng),通常會(huì)使轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)周期性地動(dòng)作與返回。還有介于兩者之間的蘋果圓(主要用于凸極機(jī)) 。靜穩(wěn)邊界圓與縱軸交于A、B 兩點(diǎn),A 點(diǎn)為系統(tǒng)阻抗,B 點(diǎn)為( 同步阻抗) 。對(duì)于進(jìn)相運(yùn)行的機(jī)組,若取最大系統(tǒng)阻抗(小方式) ,B 點(diǎn)又乘可靠系數(shù)1. 2 ,很容易誤動(dòng)。(3) 若采用靜穩(wěn)圓,采用過(guò)原點(diǎn)的兩根直線將進(jìn)相區(qū)躲開,此時(shí),進(jìn)相深度可整定。 反映系統(tǒng)(電廠高壓側(cè)母線) 三相同時(shí)低電壓。高壓側(cè)母線的三相電壓嚴(yán)重下降將導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的破壞,因此須快速跳閘。對(duì)于與系統(tǒng)聯(lián)系緊密的電廠和小型機(jī)組,本判　配置方案采用上述的三個(gè)主判據(jù),并結(jié)合異常工況閉鎖的輔助判據(jù),組成完整的失磁保護(hù)。壓判據(jù)+ 低阻抗判據(jù)+ 沒(méi)有異常工況→時(shí)間元件t2 →跳閘。本方案主要適用于大型機(jī)組和對(duì)系統(tǒng)影響很大的發(fā)電機(jī)的失步保護(hù)　 隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展,電網(wǎng)需求不斷的擴(kuò)大,機(jī)組的容量也越來(lái)越大,并與變壓器構(gòu)成單元接線,發(fā)—變組的電抗比與它們相連的系統(tǒng)等值電抗大。 　基本原理發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)發(fā)生失步的振蕩中心軌跡圖如下:　機(jī)端失步阻抗軌跡，B代表發(fā)電機(jī)　A代表系統(tǒng)　代表發(fā)電機(jī)阻抗　代表主變阻抗　代表系統(tǒng)阻抗,三條虛線都表示發(fā)電機(jī)B 與系統(tǒng)A 失步時(shí)機(jī)端的振蕩阻抗軌跡,其中:虛線1 表示時(shí)的振蕩軌跡, 與失步線AB 垂直, 交點(diǎn)處的EA 、EB 夾角δ(即功角) 為180 度, 虛線圓弧3 分別表示在 和的情況下, 機(jī)端振蕩阻抗軌跡?！∈Р奖Ｗo(hù)的主要構(gòu)成,可以用一個(gè)透鏡阻抗元件和兩根直線型阻抗元件構(gòu)成三阻抗元件監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)的失步。Φ 為阻抗角, 失步線AB ⊥EF。由機(jī)端電壓和電流, 在線測(cè)量機(jī)端失步阻抗軌跡,即圖1 中的虛線1 或2 或3 。 中的虛線3 必須與透鏡元件相交于兩點(diǎn), 且與阻擋元件相交于一點(diǎn),才能作為1 次滑極。實(shí)測(cè)發(fā)電機(jī)機(jī)端三相電壓 、,它們的綜合矢量為式中 , x 為觀測(cè)節(jié)點(diǎn)的位置( 即機(jī)端) ?！『螘r(shí)確認(rèn)失步（1）至少有50ms 在透鏡形阻抗動(dòng)作區(qū)內(nèi)。與都?xì)w算到發(fā)電機(jī)側(cè)?！?70176?！?0176。保護(hù)發(fā)跳閘令除滿足此條件外, 還應(yīng)滿足失步阻抗軌跡進(jìn)入動(dòng)作區(qū)1 和失步滑極次。如跳閘功角δ整定為90176。本文提供了有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的指導(dǎo), 特別是明確提出發(fā)電機(jī)保護(hù)與發(fā)電機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行容量以及發(fā)電機(jī)靜態(tài)穩(wěn)定之間必須協(xié)調(diào)。在大型系統(tǒng)發(fā)生振蕩時(shí)保持發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行是一個(gè)重要目標(biāo), 它需要發(fā)電機(jī)保護(hù)與發(fā)電機(jī)控制的良好協(xié)調(diào)。 利用變壓器的過(guò)電流保護(hù)切除低壓母線故障 利用發(fā)電機(jī)的過(guò)電流保護(hù)切除母線故障利用相鄰供電元件的保護(hù)來(lái)切除母線故障，不需另外裝設(shè)保護(hù)，簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，但故障切除的時(shí)間一般較長(zhǎng)。③ 35～66kV電力網(wǎng)中主要變電所的35～66kV雙母線或分段單母線，當(dāng)在母聯(lián)或分段斷路器上裝設(shè)解列裝置和其它自動(dòng)裝置后，仍不滿足電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的要求時(shí)。但不管母線上元件有多少，實(shí)現(xiàn)差動(dòng)保護(hù)的基本原則仍是適用的，即：（1）在正常運(yùn)行以及母線范圍以外故障時(shí)，在母線上所有連接元件中，流入的電流和流出的相等，或表示為，；（2）當(dāng)母線上發(fā)生故障時(shí)，所有與母線連接的元件都向故障點(diǎn)供給短路電流或流出殘留的負(fù)荷電流，按基爾霍夫電流定律，（為短路點(diǎn)的總電流），；（3）從每個(gè)連接元件中電流的相位來(lái)看，在正常運(yùn)行及外部故障時(shí)，至少有一個(gè)元件中的電流相位和其余元件中的電流相位是相反的。 母線外故障和母線內(nèi)故障時(shí)流過(guò)元件的短路電流的相位1 單母線完全電流母線差動(dòng)保護(hù)保護(hù)的工作原理基本與差動(dòng)保護(hù)相同，于是流入繼電器的電流為 保護(hù)的整定計(jì)算： ① 按躲過(guò)外部短路時(shí)最大不平衡電流條件 ② 按躲過(guò)最大負(fù)荷電流條件 ③ 靈敏度 式中——在母線上發(fā)生故障的最小短路電流門檻值，其值一般應(yīng)不低于2。這時(shí)差動(dòng)繼電器中將流過(guò)很大的不平衡電流，將使完全電流差動(dòng)母線保護(hù)誤動(dòng)作。在外部短路時(shí)，若電流互感器無(wú)誤差，則非故障支路二次電流之和與故障支路二次電流大小相等、方向相反，此時(shí)差動(dòng)繼電器(不論是電流型的還是電壓型的)中的電流為零，非故障支路二次電流都流入故障支路TA的二次繞組中。由于其內(nèi)阻很高，電壓繼電器端出現(xiàn)高電壓，于是電壓繼電器動(dòng)作。因而此種母線保護(hù)一般只適用于單母線。差動(dòng)電流流經(jīng)強(qiáng)制電阻R、差動(dòng)變流器和繼電器KA所構(gòu)成的差動(dòng)回路，由UA經(jīng)整流輸出，在工作電阻Rw上形成動(dòng)作電壓Uop。全波整流過(guò)程是：當(dāng)和為正半周時(shí)，