【正文】 接地保護。該保護保護一般由兩部分組成：一部分是零序電壓保護，保護定子繞組的 85%以上；另一部分利用發(fā)電機三次諧波電壓構(gòu)成，它用來消除零序電壓保護的死區(qū)，從而實現(xiàn)保護 100%定子繞組的接地保護。為可靠起見，兩部分保護區(qū)有一段重疊。利用發(fā)電機三次諧波電壓構(gòu)成的部分，其原理是利用發(fā)電機中性點和出線端的三次諧波電壓在正常運行和接地故障時變化相反的特點構(gòu)成。正常運行時，發(fā)電機中性點的三次諧波電壓比發(fā)電機出線端的三次諧波電壓大；而在發(fā)電機內(nèi)部定子接地時，出線端的三次諧波卻比中性點的大。利用這個特點，使發(fā)電機出口的三次諧波電壓成為動作分量，而使中性點的三次諧波分量成為制動分量，從而使發(fā)電機出口三次諧波電壓大于中性點三次諧波電壓時讓繼電器動作。這樣，保護就會在正常時制動，而在定子繞組接地時保護可靠動作。發(fā)電機定子繞組與鐵芯間的絕緣破壞，就形成定子單相接地故障。發(fā)生定子單相接地后，接地電流經(jīng)故障點，三相對地電容。三相定子繞組而構(gòu)成通路。 ，由于絕緣破壞而引起繞組一相碰殼時，發(fā)電機電壓系統(tǒng)的電容電流將經(jīng)接地點過渡到定子鐵芯，當(dāng)此電流較大時可能燒壞鐵芯，還可能擴大成為相間短路或匝間短路。因此設(shè)發(fā)電機定子繞組單相接地保護。發(fā)電機單相接地允許值，單相接地保護可帶時限動作于信號，在發(fā)電機額定電壓 ，發(fā)電機額定容量為 200MW。如果定子繞組絕緣的破壞是由于機械的原因，例如水內(nèi)冷發(fā)電機的漏水、冷卻風(fēng)扇的葉片斷裂飛出，則完全不能排除發(fā)電機附近接地故障的可能性。另外，如果中性點附近的絕緣水平已經(jīng)下降，但尚未到達 200MW發(fā)電機組繼電保護 36能為定子接地繼電器檢測出來的程度，這種情況具有很大的潛在危險性。因為一旦在機端又發(fā)生另一點接地故障，使中性點驟增至相電壓，則中性點附近絕緣水平已經(jīng)下降部位，有可能在這個電壓下發(fā)生擊穿，故障立即轉(zhuǎn)為嚴(yán)重的相間或匝間短路。100﹪的定子接地保護，鑒于現(xiàn)代大型發(fā)電機在電力系統(tǒng)的重要地位及其制造工藝復(fù)雜，鐵芯檢修困難，而且在中性點附近絕緣水平下降到一定程度時，保護就能動作。定子繞組的單相接地故障，應(yīng)裝設(shè)零序保護。 ≥5A 時，保護動作于跳閘；cI?當(dāng) ＜5A 時，保護動作于信號。cI? 整定計算正常運行時，發(fā)電機中心側(cè)的三次諧波電壓總是大于發(fā)電機端的三次諧波電壓。圖 20 金屬性單相接地短路等值電路當(dāng)發(fā)電機定子繞組發(fā)生金屬性單相接地短路時，設(shè)接地發(fā)生在距中性點 a 處，其等值電路如上圖所示，此時不管發(fā)電機中性點是接有消弧線圈，橫有 =a3NUE=(1—a) / =(1—a)/a3SU3ES3NU 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 37圖 21 發(fā)電機端三次諧波零序電壓與三次諧波零序電壓關(guān)系如果利用發(fā)電機端三次諧波零序電壓 作為動作量，而發(fā)電機中性點側(cè)三次3SU諧波零序電壓 作為制動量來構(gòu)成接地保護，且當(dāng) ﹥ 時作為保護的動作條3NU3SN件發(fā)出信號，即a﹤ ＞Uact則經(jīng)過t1跳閘，則在正常運行時保護不會3N勿動作。對其余范圍可采用基波零序電壓的保護。從而構(gòu)成100﹪發(fā)電機定子接地保護。 利用三次諧波電壓構(gòu)成的接地保護，可以反應(yīng)電子繞組中靠近中性點側(cè) 50﹪范圍內(nèi)的單相接地故障，且故障點越接近于中性點時，保護越靈敏利用基波零序電壓構(gòu)成的接地保護，可以反應(yīng)靠近定子機端側(cè) 85﹪范圍內(nèi)的單相接地故障，且故障點越接近于出現(xiàn)端時，保護越靈敏。定子接地保護的靈敏系數(shù)的計算與其他保護不一樣，他是以定子繞組任一點的絕緣電阻下降到危及機組安全的事故絕緣電阻值的大小來定義的，若接地點過渡電阻為 Rf，此時保護處于動作邊界上，該點的靈敏系數(shù)就為 Rf。在發(fā)生接地故障時，流過直接接地點的電流，不應(yīng)超過允許值，以此為條件來確定所需要的靈敏系數(shù)。 200MW發(fā)電機組繼電保護 381）保護靈敏系數(shù)的計算：Rf當(dāng) D1 點在中性點時，a= 221ExRnIdzIcK????????當(dāng) D1 點在機端時，a=1 時，此式為Rs= 2231ExIdzIcK??????? 式中 Ex——發(fā)電機的額定相電勢 Ic——三相對地電容電流，為 5A； K——為補償系數(shù)，為 Idz——流過接地點的電流允許值，為 2A；a——發(fā)電機中性點到故障點 D1 的距離，用對定子繞組總長的比值表示；∴Ｄ點在中性點時， ???????????當(dāng) D1 點在機端時，Rs== Ω 即在這臺發(fā)電機的中性點發(fā)生接地故障時，如果經(jīng)過 過渡電阻仍能動作，在機端發(fā)生接地故障時，如果過渡電阻為 ，保護仍能動作，那么選取這個定子接地保護靈敏系數(shù) Rf=10KΩ（電流損耗和相對誤差等）認(rèn)為是合格。特點:1 對保護裝置靈敏系數(shù)的要求與故障點的位置，電壓的高低和故障點的電流允許值得大小有關(guān)2 故障點離中性點越遠，要求的靈敏系數(shù)就越高。 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 393 發(fā)電機電壓越高，要求的靈敏系數(shù)就越高。4 故障點允許電流越大，要求的靈敏系數(shù)越低，即對于給定的允許值，則 3Ic 越小要求的靈敏系數(shù)越低。圖 22 基波零序電壓保護基波零序電壓保護靈敏段取中性點零序電壓 Uact 應(yīng)按躲過正常運行方式下中性點單相電壓互感器的最大不平衡電壓 Uunb。max 以及三次諧波電壓。 Uact=KrelUunb。max式中 Krel——可靠系數(shù)取 ；Uunb。max ——為中性點實測不平衡電壓；所以，繼電器的動作回路中接入了由電感，電容組成的 50Hz 串聯(lián)諧振電路，以減小三次諧波電壓保護的影響，提高保護的靈敏度。同時，裝置中利用高壓側(cè)發(fā)生接地故障時產(chǎn)生的零序電壓對保護進行制動，以防止由高壓側(cè)經(jīng)高，低壓繞組間電容耦合過來的零序電壓，而導(dǎo)致保護勿動，采用上述措施之后繼電器的動作電壓可整定 5～ Uact=10V. 勵磁繞組一點接地保護 發(fā)電機正常運行時，勵磁回路對地之間有一定的絕緣電阻和分布電容，它們的大小與發(fā)電機的結(jié)構(gòu)、冷卻方式等因素有關(guān)。當(dāng)轉(zhuǎn)子絕緣損壞時，就可能引起勵磁 200MW發(fā)電機組繼電保護 40回路接地故障，常見的是一點接地故障，如不及時處理，還可能接著發(fā)生兩點接地故障。勵磁回路的一點接地故障，由于構(gòu)不成電流通路，對發(fā)電機不會構(gòu)成直接的危害，那么對于勵磁回路的一點接地故障的危害，主要是擔(dān)心再發(fā)生第二點接地故障，因為在一點接地故障后，勵磁回路對地電壓將有所增高，就有可能再發(fā)生第二個接地故障點。發(fā)電機勵磁回路發(fā)生兩點接地故障的危害表現(xiàn)為：1 轉(zhuǎn)子繞組的一部分被短路，另一部分繞組的電流增加，這就破壞了發(fā)電機氣隙磁場的對稱性，引起發(fā)電機的劇烈振動，同時無功出力降低。2 轉(zhuǎn)子電流通過轉(zhuǎn)子本體，如果轉(zhuǎn)子電流比較大（通常以 1500A 為界限） ，就可能燒損轉(zhuǎn)子，有時還造成轉(zhuǎn)子和汽輪機葉片等部件被磁化。3 由于轉(zhuǎn)子本體局部通過轉(zhuǎn)子電流，引起局部過熱，使轉(zhuǎn)子發(fā)生緩慢變形而形成偏心，進一步加劇振動圖 23 勵磁繞組一點接地保護原理當(dāng)發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組發(fā)生一點接地時，由于沒有構(gòu)成接地電流的通路，故對發(fā)電機沒有直接危害。但要抬高轉(zhuǎn)子某些點的電壓，若處理得不及時，長期運行抬高電壓點的絕緣會被破壞，易形成亮點接地，此時，轉(zhuǎn)子磁通的對稱性被破壞，使發(fā)電機產(chǎn)生強烈的機械振動。 整定計算將一直流電壓 Uo=60V,經(jīng)一繼電器 KA 順向加到勵磁繞組的負(fù)端與地之間，構(gòu)成了疊加直流電壓式一點接地保護。設(shè)勵磁電壓為 Ufd=450V，勵磁繞組對地絕緣電阻為 Ry 并集中于勵磁繞組的中點?？蛰d勵磁電壓為 Ufo=120V；將外加電壓 Uo 在 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 41勵磁繞組中產(chǎn)生的壓降略去不計。在勵磁繞組負(fù)端和大地之間經(jīng)一電流繼電器 KA 疊加直流電壓 Uo 構(gòu)成的轉(zhuǎn)子一點接地保護，由可知正常運行時流過繼電器 KA 的電流： 12OfdKyactURI??式中 Uo——疊加直流電壓為 60V； Ufd——發(fā)電機勵磁電壓 450V；Rk——繼電器 KA 的內(nèi)阻；Ry——勵磁繞組對地等效絕緣電阻發(fā)電機強行勵磁但勵磁繞組并不接地時，流過繼電器 KA 的電流為 .??式中 ——發(fā)電機強勵時的轉(zhuǎn)子電壓。 Krel——為可靠系數(shù)，為 ?????????∴ 40. 26y?? 對于空冷及氫冷汽輪發(fā)電機，要求在勵磁繞組負(fù)端經(jīng)過渡電阻 Rf＝10kΩ 接地時繼電器 KA 動作。發(fā)電機空載運行，勵磁繞組負(fù)端經(jīng)過渡電阻 Rf 接地條件下，流過繼電器 KA 的電流 Iact 為 ??012fyfdoactKfKURRI??式中：U fd0——發(fā)電機空載勵磁電壓；Ry——接地點的過渡電阻。 200MW發(fā)電機組繼電保護 42按負(fù)端經(jīng)過渡電阻接地時流過繼電器 KA 的電流大于發(fā)電機強勵而勵磁繞組并不接地時流過繼電器 KA 的電流整定。 Iact≥  式中：K rel——可靠系數(shù)，取 。解出表示最小靈敏度的過渡電阻 Rf 為當(dāng)＝2U fd,時,??..oyofdaf fR??? 3Kyya??. .12yaRR?????∴ 37yMΩy60452=??繼電器的動作條件：Iact== mA 直流電橋原理構(gòu)成的勵磁兩點接地保護可調(diào)電阻 R 接于勵磁繞組的兩端。當(dāng)發(fā)現(xiàn)勵磁繞組一點（例如 K1 點）接地后,勵磁繞組的直流電阻被分為 和 兩部分，這時運行人員接通按鈕 SK，并調(diào)節(jié)電12R阻 以改變 和 ，使電橋平衡（ ／ = ／ ） ，此時毫伏表 mV 的指示最p1p2121p2R?。ɡ碚撋蠟榱悖?。然后，斷開 SK 而將連接片 XS 接通，投入勵磁繞組兩點接地保護。這時由于電橋平衡，故繼電器 KA 內(nèi)因無電流或流有很小的不平橫電流而不動作。當(dāng)勵磁繞組再有一點（例如 K2 點）接地時，已調(diào)整好的電橋平衡關(guān)系被破壞，繼電器KA 內(nèi)將有電流流過，其大小與 K2 點離 K1 點的距離有關(guān)。K2 與 K1 間的距離愈大，電橋愈不平衡， 繼電器 KA 中的電流愈大，只要這個電流大于 KA 的整定電流，它就 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 43動作，跳開發(fā)電機，在繼電器 KA 的線圈回路中的串聯(lián)電感的目的，是阻止交流分量對保護動作的影響。缺點:若第二點接地距第一點接地點較大，兩點接地保護不會動作，即有死區(qū)；若第一接地點發(fā)生在轉(zhuǎn)子滑環(huán)附近，則不論第二個接地點在何處，保護都不會動作（因無法投保護） ； 對于直流勵磁機的發(fā)電機，如第一個接地點發(fā)生在勵磁機勵磁回路時，保護也不能使用。因為當(dāng)調(diào)節(jié)磁場變阻器時，會破壞電橋的平衡，使保護勿動作；本保護裝置只能轉(zhuǎn)子一點接地后投入，如果第二點接地發(fā)生得較快，保護來不及投入。 Uf+Rp1Rp2K1K2RKAD2SKmVXKSCO信 號 跳 QF跳 滅 磁 開 關(guān)關(guān) 閉 主 汽 門圖 22 勵磁繞組兩點接地保護原理 整定計算 繼電器的動作電流按躲過電橋沒有完全調(diào)至平衡狀態(tài)下的不平衡電流和經(jīng)補償線圈沒有完全補償?shù)牟黄胶怆娏鱽碚?，通常動作電流整定?200mA. 200MW發(fā)電機組繼電保護 44 結(jié)論與展望本設(shè)計通過對 220 MW 發(fā)電機組的繼電保護參數(shù)的計算，闡述了發(fā)電機保護的配置和各整定值的計算方法，得出一套保護動作整定值，經(jīng)校驗后滿足保護可靠性、選擇性、靈敏性和速動性的要求。通過本次畢業(yè)設(shè)計，使我掌握了發(fā)電機保護基本 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 45原理、短路電流的計算和保護的整定計算等，更加認(rèn)識到繼電保護的重要性，發(fā)電機發(fā)生故障將對供電可靠性和系統(tǒng)的正常運行帶來十分嚴(yán)重的后果。因此，無論是從保護設(shè)備的角度還是從保護電網(wǎng)安全運行的角度,都應(yīng)積極重視發(fā)電機的保護配置。 目前，隨著微機保護的廣泛運用，使得傳統(tǒng)保護理論有了新的發(fā)展，在不斷研制和開發(fā)新型原理的基礎(chǔ)上，整個保護裝置的性能和功能也將得到提高。微機保護作為現(xiàn)今大型發(fā)電機變壓器組的主流保護,現(xiàn)已得到廣泛應(yīng)用并得到了一致認(rèn)可,由于它的強大記憶性，將保護、數(shù)據(jù)采集、故障錄波多種功能集中在一起；并隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，將保護數(shù)據(jù)、故障錄波數(shù)據(jù)、保護事件通過保護的網(wǎng)絡(luò)接