【正文】 接地保護(hù)。該保護(hù)保護(hù)一般由兩部分組成：一部分是零序電壓保護(hù)，保護(hù)定子繞組的 85%以上；另一部分利用發(fā)電機(jī)三次諧波電壓構(gòu)成，它用來(lái)消除零序電壓保護(hù)的死區(qū)，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù) 100%定子繞組的接地保護(hù)。為可靠起見(jiàn)，兩部分保護(hù)區(qū)有一段重疊。利用發(fā)電機(jī)三次諧波電壓構(gòu)成的部分，其原理是利用發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)和出線端的三次諧波電壓在正常運(yùn)行和接地故障時(shí)變化相反的特點(diǎn)構(gòu)成。正常運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的三次諧波電壓比發(fā)電機(jī)出線端的三次諧波電壓大；而在發(fā)電機(jī)內(nèi)部定子接地時(shí)，出線端的三次諧波卻比中性點(diǎn)的大。利用這個(gè)特點(diǎn)，使發(fā)電機(jī)出口的三次諧波電壓成為動(dòng)作分量，而使中性點(diǎn)的三次諧波分量成為制動(dòng)分量，從而使發(fā)電機(jī)出口三次諧波電壓大于中性點(diǎn)三次諧波電壓時(shí)讓繼電器動(dòng)作。這樣，保護(hù)就會(huì)在正常時(shí)制動(dòng)，而在定子繞組接地時(shí)保護(hù)可靠動(dòng)作。發(fā)電機(jī)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(diǎn)，三相對(duì)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(shí)，發(fā)電機(jī)電壓系統(tǒng)的電容電流將經(jīng)接地點(diǎn)過(guò)渡到定子鐵芯，當(dāng)此電流較大時(shí)可能燒壞鐵芯，還可能擴(kuò)大成為相間短路或匝間短路。因此設(shè)發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)。發(fā)電機(jī)單相接地允許值，單相接地保護(hù)可帶時(shí)限動(dòng)作于信號(hào)，在發(fā)電機(jī)額定電壓 ，發(fā)電機(jī)額定容量為 200MW。如果定子繞組絕緣的破壞是由于機(jī)械的原因，例如水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)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(jī)附近接地故障的可能性。另外，如果中性點(diǎn)附近的絕緣水平已經(jīng)下降，但尚未到達(dá) 200MW發(fā)電機(jī)組繼電保護(hù) 36能為定子接地繼電器檢測(cè)出來(lái)的程度，這種情況具有很大的潛在危險(xiǎn)性。因?yàn)橐坏┰跈C(jī)端又發(fā)生另一點(diǎn)接地故障，使中性點(diǎn)驟增至相電壓，則中性點(diǎn)附近絕緣水平已經(jīng)下降部位，有可能在這個(gè)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(hù)，鑒于現(xiàn)代大型發(fā)電機(jī)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(diǎn)附近絕緣水平下降到一定程度時(shí)，保護(hù)就能動(dòng)作。定子繞組的單相接地故障，應(yīng)裝設(shè)零序保護(hù)。 ≥5A 時(shí)，保護(hù)動(dòng)作于跳閘；cI?當(dāng) ＜5A 時(shí)，保護(hù)動(dòng)作于信號(hào)。cI? 整定計(jì)算正常運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)中心側(cè)的三次諧波電壓總是大于發(fā)電機(jī)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(jī)定子繞組發(fā)生金屬性單相接地短路時(shí)，設(shè)接地發(fā)生在距中性點(diǎn) a 處，其等值電路如上圖所示，此時(shí)不管發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)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(jì)說(shuō)明書(shū) 37圖 21 發(fā)電機(jī)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(jī)端三次諧波零序電壓 作為動(dòng)作量，而發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)三次3SU諧波零序電壓 作為制動(dòng)量來(lái)構(gòu)成接地保護(hù)，且當(dāng) ﹥ 時(shí)作為保護(hù)的動(dòng)作條3NU3SN件發(fā)出信號(hào)，即a﹤ ＞Uact則經(jīng)過(guò)t1跳閘，則在正常運(yùn)行時(shí)保護(hù)不會(huì)3N勿動(dòng)作。對(duì)其余范圍可采用基波零序電壓的保護(hù)。從而構(gòu)成100﹪發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)。 利用三次諧波電壓構(gòu)成的接地保護(hù)，可以反應(yīng)電子繞組中靠近中性點(diǎn)側(cè) 50﹪范圍內(nèi)的單相接地故障，且故障點(diǎn)越接近于中性點(diǎn)時(shí)，保護(hù)越靈敏利用基波零序電壓構(gòu)成的接地保護(hù)，可以反應(yīng)靠近定子機(jī)端側(cè) 85﹪范圍內(nèi)的單相接地故障，且故障點(diǎn)越接近于出現(xiàn)端時(shí)，保護(hù)越靈敏。定子接地保護(hù)的靈敏系數(shù)的計(jì)算與其他保護(hù)不一樣，他是以定子繞組任一點(diǎn)的絕緣電阻下降到危及機(jī)組安全的事故絕緣電阻值的大小來(lái)定義的，若接地點(diǎn)過(guò)渡電阻為 Rf，此時(shí)保護(hù)處于動(dòng)作邊界上，該點(diǎn)的靈敏系數(shù)就為 Rf。在發(fā)生接地故障時(shí)，流過(guò)直接接地點(diǎn)的電流，不應(yīng)超過(guò)允許值，以此為條件來(lái)確定所需要的靈敏系數(shù)。 200MW發(fā)電機(jī)組繼電保護(hù) 381）保護(hù)靈敏系數(shù)的計(jì)算：Rf當(dāng) D1 點(diǎn)在中性點(diǎn)時(shí)，a= 221ExRnIdzIcK????????當(dāng) D1 點(diǎn)在機(jī)端時(shí)，a=1 時(shí)，此式為Rs= 2231ExIdzIcK??????? 式中 Ex——發(fā)電機(jī)的額定相電勢(shì) Ic——三相對(duì)地電容電流，為 5A； K——為補(bǔ)償系數(shù)，為 Idz——流過(guò)接地點(diǎn)的電流允許值，為 2A；a——發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)到故障點(diǎn) D1 的距離，用對(duì)定子繞組總長(zhǎng)的比值表示；∴Ｄ點(diǎn)在中性點(diǎn)時(shí)， ???????????當(dāng) D1 點(diǎn)在機(jī)端時(shí)，Rs== Ω 即在這臺(tái)發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)發(fā)生接地故障時(shí)，如果經(jīng)過(guò) 過(guò)渡電阻仍能動(dòng)作，在機(jī)端發(fā)生接地故障時(shí)，如果過(guò)渡電阻為 ，保護(hù)仍能動(dòng)作，那么選取這個(gè)定子接地保護(hù)靈敏系數(shù) Rf=10KΩ（電流損耗和相對(duì)誤差等）認(rèn)為是合格。特點(diǎn):1 對(duì)保護(hù)裝置靈敏系數(shù)的要求與故障點(diǎn)的位置，電壓的高低和故障點(diǎn)的電流允許值得大小有關(guān)2 故障點(diǎn)離中性點(diǎn)越遠(yuǎn)，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(jì)說(shuō)明書(shū) 393 發(fā)電機(jī)電壓越高，要求的靈敏系數(shù)就越高。4 故障點(diǎn)允許電流越大，要求的靈敏系數(shù)越低，即對(duì)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(hù)基波零序電壓保護(hù)靈敏段取中性點(diǎn)零序電壓 Uact 應(yīng)按躲過(guò)正常運(yùn)行方式下中性點(diǎn)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(diǎn)實(shí)測(cè)不平衡電壓；所以，繼電器的動(dòng)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(hù)的影響，提高保護(hù)的靈敏度。同時(shí)，裝置中利用高壓側(cè)發(fā)生接地故障時(shí)產(chǎn)生的零序電壓對(duì)保護(hù)進(jìn)行制動(dòng)，以防止由高壓側(cè)經(jīng)高，低壓繞組間電容耦合過(guò)來(lái)的零序電壓，而導(dǎo)致保護(hù)勿動(dòng)，采用上述措施之后繼電器的動(dòng)作電壓可整定 5～ Uact=10V. 勵(lì)磁繞組一點(diǎn)接地保護(hù) 發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，勵(lì)磁回路對(duì)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(jī)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(shí)，就可能引起勵(lì)磁 200MW發(fā)電機(jī)組繼電保護(hù) 40回路接地故障，常見(jiàn)的是一點(diǎn)接地故障，如不及時(shí)處理，還可能接著發(fā)生兩點(diǎn)接地故障。勵(lì)磁回路的一點(diǎn)接地故障，由于構(gòu)不成電流通路，對(duì)發(fā)電機(jī)不會(huì)構(gòu)成直接的危害，那么對(duì)于勵(lì)磁回路的一點(diǎn)接地故障的危害，主要是擔(dān)心再發(fā)生第二點(diǎn)接地故障，因?yàn)樵谝稽c(diǎn)接地故障后，勵(lì)磁回路對(duì)地電壓將有所增高，就有可能再發(fā)生第二個(gè)接地故障點(diǎn)。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路發(fā)生兩點(diǎn)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(jī)氣隙磁場(chǎng)的對(duì)稱(chēng)性，引起發(fā)電機(jī)的劇烈振動(dòng)，同時(shí)無(wú)功出力降低。2 轉(zhuǎn)子電流通過(guò)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(shí)還造成轉(zhuǎn)子和汽輪機(jī)葉片等部件被磁化。3 由于轉(zhuǎn)子本體局部通過(guò)轉(zhuǎn)子電流，引起局部過(guò)熱，使轉(zhuǎn)子發(fā)生緩慢變形而形成偏心，進(jìn)一步加劇振動(dòng)圖 23 勵(lì)磁繞組一點(diǎn)接地保護(hù)原理當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組發(fā)生一點(diǎn)接地時(shí)，由于沒(méi)有構(gòu)成接地電流的通路，故對(duì)發(fā)電機(jī)沒(méi)有直接危害。但要抬高轉(zhuǎn)子某些點(diǎn)的電壓，若處理得不及時(shí)，長(zhǎng)期運(yùn)行抬高電壓點(diǎn)的絕緣會(huì)被破壞，易形成亮點(diǎn)接地，此時(shí)，轉(zhuǎn)子磁通的對(duì)稱(chēng)性被破壞，使發(fā)電機(jī)產(chǎn)生強(qiáng)烈的機(jī)械振動(dòng)。 整定計(jì)算將一直流電壓 Uo=60V,經(jīng)一繼電器 KA 順向加到勵(lì)磁繞組的負(fù)端與地之間，構(gòu)成了疊加直流電壓式一點(diǎn)接地保護(hù)。設(shè)勵(lì)磁電壓為 Ufd=450V，勵(lì)磁繞組對(duì)地絕緣電阻為 Ry 并集中于勵(lì)磁繞組的中點(diǎn)?？蛰d勵(lì)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(jì)說(shuō)明書(shū) 41勵(lì)磁繞組中產(chǎn)生的壓降略去不計(jì)。在勵(lì)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(diǎn)接地保護(hù)，由可知正常運(yùn)行時(shí)流過(guò)繼電器 KA 的電流： 12OfdKyactURI??式中 Uo——疊加直流電壓為 60V； Ufd——發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓 450V；Rk——繼電器 KA 的內(nèi)阻；Ry——?jiǎng)?lì)磁繞組對(duì)地等效絕緣電阻發(fā)電機(jī)強(qiáng)行勵(lì)磁但勵(lì)磁繞組并不接地時(shí)，流過(guò)繼電器 KA 的電流為 .??式中 ——發(fā)電機(jī)強(qiáng)勵(lì)時(shí)的轉(zhuǎn)子電壓。 Krel——為可靠系數(shù)，為 ?????????∴ 40. 26y?? 對(duì)于空冷及氫冷汽輪發(fā)電機(jī)，要求在勵(lì)磁繞組負(fù)端經(jīng)過(guò)渡電阻 Rf＝10kΩ 接地時(shí)繼電器 KA 動(dòng)作。發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行，勵(lì)磁繞組負(fù)端經(jīng)過(guò)渡電阻 Rf 接地條件下，流過(guò)繼電器 KA 的電流 Iact 為 ??012fyfdoactKfKURRI??式中：U fd0——發(fā)電機(jī)空載勵(lì)磁電壓；Ry——接地點(diǎn)的過(guò)渡電阻。 200MW發(fā)電機(jī)組繼電保護(hù) 42按負(fù)端經(jīng)過(guò)渡電阻接地時(shí)流過(guò)繼電器 KA 的電流大于發(fā)電機(jī)強(qiáng)勵(lì)而勵(lì)磁繞組并不接地時(shí)流過(guò)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(guò)渡電阻 Rf 為當(dāng)＝2U fd,時(shí),??..oyofdaf fR??? 3Kyya??. .12yaRR?????∴ 37yMΩy60452=??繼電器的動(dòng)作條件：Iact== mA 直流電橋原理構(gòu)成的勵(lì)磁兩點(diǎn)接地保護(hù)可調(diào)電阻 R 接于勵(lì)磁繞組的兩端。當(dāng)發(fā)現(xiàn)勵(lì)磁繞組一點(diǎn)（例如 K1 點(diǎn)）接地后,勵(lì)磁繞組的直流電阻被分為 和 兩部分，這時(shí)運(yùn)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(shí)毫伏表 mV 的指示最p1p2121p2R小（理論上為零） 。然后，斷開(kāi) SK 而將連接片 XS 接通，投入勵(lì)磁繞組兩點(diǎn)接地保護(hù)。這時(shí)由于電橋平衡，故繼電器 KA 內(nèi)因無(wú)電流或流有很小的不平橫電流而不動(dòng)作。當(dāng)勵(lì)磁繞組再有一點(diǎn)（例如 K2 點(diǎn)）接地時(shí)，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(guò)，其大小與 K2 點(diǎn)離 K1 點(diǎn)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(gè)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(jì)說(shuō)明書(shū) 43動(dòng)作，跳開(kāi)發(fā)電機(jī)，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(duì)保護(hù)動(dòng)作的影響。缺點(diǎn):若第二點(diǎn)接地距第一點(diǎn)接地點(diǎn)較大，兩點(diǎn)接地保護(hù)不會(huì)動(dòng)作，即有死區(qū)；若第一接地點(diǎn)發(fā)生在轉(zhuǎn)子滑環(huán)附近，則不論第二個(gè)接地點(diǎn)在何處，保護(hù)都不會(huì)動(dòng)作（因無(wú)法投保護(hù)） ； 對(duì)于直流勵(lì)磁機(jī)的發(fā)電機(jī)，如第一個(gè)接地點(diǎn)發(fā)生在勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁回路時(shí)，保護(hù)也不能使用。因?yàn)楫?dāng)調(diào)節(jié)磁場(chǎng)變阻器時(shí)，會(huì)破壞電橋的平衡，使保護(hù)勿動(dòng)作；本保護(hù)裝置只能轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地后投入，如果第二點(diǎn)接地發(fā)生得較快，保護(hù)來(lái)不及投入。 Uf+Rp1Rp2K1K2RKAD2SKmVXKSCO信 號(hào) 跳 QF跳 滅 磁 開(kāi) 關(guān)關(guān) 閉 主 汽 門(mén)圖 22 勵(lì)磁繞組兩點(diǎn)接地保護(hù)原理 整定計(jì)算 繼電器的動(dòng)作電流按躲過(guò)電橋沒(méi)有完全調(diào)至平衡狀態(tài)下的不平衡電流和經(jīng)補(bǔ)償線圈沒(méi)有完全補(bǔ)償?shù)牟黄胶怆娏鱽?lái)整定，通常動(dòng)作電流整定為 200mA. 200MW發(fā)電機(jī)組繼電保護(hù) 44 結(jié)論與展望本設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì) 220 MW 發(fā)電機(jī)組的繼電保護(hù)參數(shù)的計(jì)算，闡述了發(fā)電機(jī)保護(hù)的配置和各整定值的計(jì)算方法，得出一套保護(hù)動(dòng)作整定值，經(jīng)校驗(yàn)后滿足保護(hù)可靠性、選擇性、靈敏性和速動(dòng)性的要求。通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我掌握了發(fā)電機(jī)保護(hù)基本 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 45原理、短路電流的計(jì)算和保護(hù)的整定計(jì)算等，更加認(rèn)識(shí)到繼電保護(hù)的重要性，發(fā)電機(jī)發(fā)生故障將對(duì)供電可靠性和系統(tǒng)的正常運(yùn)行帶來(lái)十分嚴(yán)重的后果。因此，無(wú)論是從保護(hù)設(shè)備的角度還是從保護(hù)電網(wǎng)安全運(yùn)行的角度,都應(yīng)積極重視發(fā)電機(jī)的保護(hù)配置。 目前，隨著微機(jī)保護(hù)的廣泛運(yùn)用，使得傳統(tǒng)保護(hù)理論有了新的發(fā)展，在不斷研制和開(kāi)發(fā)新型原理的基礎(chǔ)上，整個(gè)保護(hù)裝置的性能和功能也將得到提高。微機(jī)保護(hù)作為現(xiàn)今大型發(fā)電機(jī)變壓器組的主流保護(hù),現(xiàn)已得到廣泛應(yīng)用并得到了一致認(rèn)可,由于它的強(qiáng)大記憶性，將保護(hù)、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(hù)數(shù)據(jù)、故障錄波數(shù)據(jù)、保護(hù)事件通過(guò)保護(hù)的網(wǎng)絡(luò)接