發電機保護是發電機的安全運行對保證電力系統的正常工作和電能質量起著決定性的作用,同時發電機本身也是十分貴重的電氣設備,因此,應該針對各種不同的故障和不正常工作狀態,裝設性能完善的繼電保護裝置。
發電機的故障類型主要有定子繞組相間短路、定子一相繞組內的匝間短路、定子繞組單相接地、轉子繞組一點接地或兩點接地、轉子勵磁回路勵磁電流消失等。
發電機是利用某種方法使線圈轉動起來產生電流的裝置。
例如,水力發電是利用河水的落差產生的力量轉動線圈而生產電能,火力發電是利用煤炭或石油燒水產生的水蒸氣的力量轉動線圈而生產電能,還有風力發電是利用風力旋轉風車使線圈轉動而生產電能。此外還有核能發電、太陽能發電、地熱發電等。
故障分析
發電的不正常運行狀態主要有:由于外部短路引起的定子繞組過電流;由于負荷超過發電機額定容量而引起的三相對稱過負荷;由外部不對稱短路或不對稱負荷(如單相負荷,非全相運行等)而引起的發電機負序過電流;由于突然甩負荷而引起的定子繞組過電壓;由于勵磁回路故障或強勵時間過長而引起的轉子繞組過負荷;由于汽輪機主汽門突然關閉而引起的發電機逆功率等。
分類保護
針對不同的故障類型和不正常運行狀態,按照發電機容量大小、類型等具體情況,發電機應配置的保護功能如下。
(1)對容量在1MW以上發電機的定子繞組及其引出線的相間短路,應裝設縱差動保護。
(2)對直接連于母線的發電機,當定子繞組單相接地的故障電流(不考慮消弧線圈的補償作用)大于規定的允許值時,應裝設有選擇性的接地保護裝置。對于發電機一變壓器組,當發電機容量在100MW以下時,應裝設保護區不小于定子繞組串聯匝數90%的定子接地保護;當發電機容量在100MW及以上時,應裝設保護區為100%的定子接地保護。定子接地保護帶時限動作于信號,必要時也可以動作于切除發電機。
(3)對于發電機定子繞組的匝間短路,當定子繞組星形接線、每相有并聯分支且中性點側有分支引出端時,應裝設橫差保護;200MW及以上的發電機,有條件時可裝設雙重化的橫差保護。
(4)對于發電機外部短路引起的過電流,可采用下列保護方式:
1)負序過電流及單元件低電壓啟動過電流保護,一般用于50MW及以上的發電機。
2)復合電壓啟動的過電流保護,一般用于1MW以上的發電機。
3)過電流保護,一般用于1MW以下的發電機。
4)帶電流記憶的低壓過電流保護,用于自并勵發電機。
(5)對于不對稱負荷或外部不對稱短路引起的負序過電流,一般在50MW及以上的發電機上裝設負序過電流保護。
(6)由對稱負荷引起的發電機定子繞組過電流,應裝設接于一相電流的過負荷保護。
(7)對于發電機定子繞組過電壓,應裝設帶延時的過電壓保護。
(8)對于發電機勵磁回路的一點接地故障,對1MW及以下的小型發電機可裝設定期檢測裝置;對1MW以上的發電機,應裝設專用的勵磁回路一點接地保護。
(9)對于發電機勵磁消失的故障,在發電機不允許失磁運行時,應在自動滅磁開關斷開時連鎖斷開發電機的斷路器;對采用半導體勵磁,以及100MW及以上采用電機勵磁的發電機,應增設反應發電機失磁時電氣參數變化的專用失磁保護。
(10)對于轉子回路的過負荷,在100MW及以上并采用半導體勵磁系統的發電機上,應裝設轉子過負荷保護。
(11)對于汽輪發電機主汽門突然關閉而出現的發電機變電動機運行的異常運行方式,為防止損壞汽輪機,對200MW及以上的大容量汽輪發電機,宜裝設逆功率保護;對于燃氣輪發電機,應裝設逆功率保護。
(12)對于300MW及以上的發電機,應裝設過勵磁保護。
(13)其他保護。例如:當電力系統振蕩影響機組安全運行時,300MW及以上的機組宜裝設失步保護;當汽輪機低頻運行會造成機械振動、葉片損傷,對汽輪機危害極大時,可裝設低頻保護;當水冷發電機斷水時,可裝設斷水保護。 [2]
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