第22單元發電機的保護

授課人：日期：中電投高級培訓中心22.1發電機的故障和不正常工作狀態一、發電機的不正常工作狀態二、保護類型三、發電機的縱差保護1.發電機的故障形式：（1）定子（電樞繞組）故障：定子繞組相間短路故障---發電機定子繞組內部相間短路是發電機最嚴重的故障，若不能及時切除，將燒毀整個發電機，造成巨大經濟損失。定子匝間短路故障---會在短路回路中產生很大的電流，燒傷或燒毀發電機組，必須快速切除。定子繞組單相接地故障（一般是鐵心接地）---不屬于短路故障，接地故障時不會引起很大的故障電流，主要是繞組對鐵芯的分布電容引起的電容電流。發生定子單相接地后，接地電流經故障點、三相對地電容、三相定子繞組而構成通路。當接地電流較大能在故障點引起電弧時，將燒壞定子繞組的絕緣和定子鐵芯，也容易發展成危害更大的定子繞組相間或匝間短路。（2）轉子（勵磁繞組）故障：轉子接地故障---接地故障對汽輪機發電組的影響不是很大，一般允許繼續運行一段時間，但發生轉子兩點接地時，由于故障點流過相當大的故障電流會燒傷轉自本體，并使勵磁繞組電流增加可能因過熱而灼傷。失磁故障---由于勵磁設備故障，勵磁繞組短路等原因，引起部分失磁或者全部失磁，將使發電機進入異步運行狀態，對系統和發電機的安全運行都有很大的影響。

為了快速消除上述發電機故障，要求配置完備的繼電保護，并在保護動作與發電機斷路器的同時，還必須動作于自動滅磁開關，斷開發電機的勵磁回路，以使轉子回路電流不會在定子繞組中再感應電勢，繼續供給短路電流。2.發電機的不正常運行狀態（1）區外短路引起的：對稱過流---發生外部對稱三相短路時，三相對稱短路電流流過發電機定子繞組，會引起發電機定子過熱。負序（不對稱）過流---發電機負序過流會引起轉子鐵芯嚴重過熱，甚至會燒毀發電機的鐵芯，護環及槽楔。（2）系統問題引起的：對稱過負荷---正常運行時，發電機不允許過負荷。在事故情況下，為了電力系統的穩定和保證對重要用戶的供電，才允許短時間過負荷運行。定負序（不對稱）過負荷---轉子過熱。（機組過負荷，負荷分的大）過勵磁---并非每次都造成設備的明顯破壞，但是多次重復過勵磁，將因過熱而使絕緣老化，降低設備的使用壽命。頻率異常---汽輪機的葉片都有一個自然振動頻率，如果發電機運行頻率低于或高于額定值，在接近或等于葉片自振頻率時，將導致共振，使材料疲勞。另外對極低頻工況，還將威脅到廠用電的安全。失步運行---可能損壞發電機或發生大范圍停電事故，系統崩潰。（3）誤操作等引起的：過電壓---繞組勵磁調節器故障等原因會引起發電機過電壓，將會影響發電機的絕緣壽命。逆功率---發電機的功率方向應該為由發電機流向母線，但是當主汽門誤關閉或其他原因，發電機有可能變為電動機運行，從系統中吸取有功功率，變成逆功率運行。逆功率超過一定時間，可能造成汽機末級葉片過熱疲勞。

誤上電（突加電壓）---當發電機盤車或轉子靜止時發生誤合閘操作，定子電流在氣隙產生的旋轉磁場會在轉子本體中感應工頻或接近工頻的電流，會引起轉子過熱而損壞。22.2保護類型22.2保護類型發電機保護的配置原則當發電機故障時應能將損失減小到最小，在異常運行狀況時應在充分利用發電機自身能力的前提下確保機組本身的安全。對大型發電機—變壓器組的主保護，要保證在保護范圍內任一點發生各種故障，均有雙重或多重主保護，有選擇地、快速地、靈敏地切除故障。（一）發電機應裝設的保護（1）縱聯差動保護（2）發電機橫差保護（3）定子繞組接地保護（4）轉子繞組接地保護（5）發電機負序過流保護（6）發電機過電壓保護（7）發電機過勵磁保護（8）發電機失步保護（9）發電機對稱過流保護（一）發電機應裝設的保護（10）發電機失磁保護（11）發電機過負荷保護（12）發電機頻率異常保護（13）勵磁繞組過負荷保護（14）大容量發電機還應考慮配置低頻保護、過頻保護、起停機保護、誤上電保護、斷口閃絡保護等（二）大型核電廠發電機保護出口方式大型核電廠發電機保護出口方式可以包括以下幾種：（1）發電機-變壓器組全停。斷開主變壓器高壓側開關、發電機開關、高壓廠用工作變壓器6KV側開關，滅磁，關閉主汽門，廠用電源切換等。（2）停機。斷開發電機開關，滅磁，關閉主汽門等。（3）解列滅磁。斷開發電機開關，滅磁，汽輪機甩負荷等。（4）解列。斷開發電機開關，汽輪機甩負荷等。（5）孤島運行。斷開主變壓器高壓側開關，汽輪機減出力帶廠用負荷運行，（6）程序跳閘。首先關閉主汽門，待逆功率繼電器動作后，再跳開發電機開關并滅磁。（7）減勵磁。將發電機勵磁電流減小到給定值。（8）勵磁切換。將勵磁電源由工作勵磁電源系統切換到備用勵磁電源系統。（9）廠用電源切換。由廠用工作電源供電切換到備用電源供電。（10）信號。發出聲光信號。22.3發電機的縱差保護發電機縱差保護是發電機內部相間短路故障的主保護，用來反映發電機定子繞組和引出線相間短路故障。它的特點是靈敏度高、動作時間短、可靠性高，但一般不能保護匝間短路故障。

（一）保護原理接線兩組TA特性、變比一致正常運行或區外故障時：內部故障時：一、縱聯差動保護（二）整定計算1.按躲外部故障時的最大不平衡電流整定互感器穩態最大誤差非周期分量系數1.5～2同型系數0.5或1外部短路時的最大短路電流二次值一、縱聯差動保護2.當電流互感器二次回路斷線時不誤動（三）采用比率制動特性的差動保護最大制動系數：一般取0.2~0.4；（三）采用比率制動特性的差動保護比率制動特性的斜率（四）發電機縱差動保護的靈敏性計算條件：（1）發電機與系統并列運行以前，其出口發生兩相短路；（2）發電機采用自同期并列時，在系統最小運行方式下，其口發生兩相短路；要求（五）評價(1)中性點附近存在死區距中性點處發生三相短路，故障點電阻為有必要設法減小定值以提高靈敏度，減小死區22.3發電機的縱差保護(2)不能反應匝間短路(3)不能反映接地故障短路電流很小，差動保護不能動作（五）評價(4)不受過負荷和系統振蕩的影響1.原理接線二、發電機的不完全縱聯差動保護

機端側的全電流和中性點側的分支電流構成不完全縱差保護。ABCTA2TA1

不僅可以反應相間短路，也可以反應匝間短路、分支開焊等故障。ABCTA1TA2(1)變比匹配二