發(fā)電機(jī)及主保護(hù)簡介

1、發(fā)電機(jī)及主保護(hù)簡介是汽輪發(fā)電機(jī)組三大重要組成部分之一。一、 工作原理：在槽內(nèi)沿定子鐵芯內(nèi)圓，每相隔120o分別安放著放 有A、B、C三相并且相等的線圈，轉(zhuǎn)子上有勵磁繞組（也稱轉(zhuǎn)子繞組） R-L。通過電刷和滑環(huán)的滑動接觸，將勵磁系統(tǒng)產(chǎn)生的直流電引入轉(zhuǎn) 子勵磁繞組，產(chǎn)生穩(wěn)恒的磁場。當(dāng)被帶動以 n1（3000轉(zhuǎn)每分鐘）速旋 轉(zhuǎn)時，定子繞組（也稱電樞繞組）不斷地切割磁力線，在中產(chǎn)生（）， 和外面線路上的負(fù)載連接后輸出電壓。二、發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)組成：發(fā)電機(jī)通常由、端蓋及等部件構(gòu)成。發(fā)電機(jī)定子的組成：發(fā)電機(jī)定子主要由機(jī)座、定子鐵芯、定子繞組、端蓋等部分組成。1）機(jī)座與端蓋：機(jī)座是用鋼板焊成的殼體結(jié)構(gòu)，它的作用

2、主要是支持和固定定子 鐵芯和定子繞組。此外，機(jī)座可以防止氫氣泄漏和承受住氫氣的爆炸 力。在機(jī)殼和定子鐵芯之間的空間是發(fā)電機(jī)通風(fēng) （氫氣）系統(tǒng)的一部 分。由于發(fā)電機(jī)定子采用徑向通風(fēng)，將機(jī)殼和鐵芯背部之間的空間沿 軸向分隔成若干段，每段形成一個環(huán)形小風(fēng)室，各小風(fēng)室相互交替分 為進(jìn)風(fēng)區(qū)和出風(fēng)區(qū)。這些小室用管子相互連通，并能交替進(jìn)行通風(fēng)。氫氣交替地通過鐵芯的外側(cè)和內(nèi)側(cè)， 再集中起來通過冷卻器，從而有 效地防止熱應(yīng)力和局部過熱。端蓋是發(fā)電機(jī)密封的一個組成部分， 為了安裝、檢修、拆裝方便， 端蓋由水平分開的上、下兩半構(gòu)成，并設(shè)有端蓋軸承。在端蓋的合縫 面上還設(shè)有密封溝，溝內(nèi)充以密封膠以保證良好的氣密。2）

3、定子鐵芯： 定子鐵芯是構(gòu)成發(fā)電機(jī)磁路和固定定子繞組的重要部件。 為了減 少鐵芯的磁滯和渦流損耗，定子鐵芯采用導(dǎo)磁率高、損耗小、厚度為 0.5mm的優(yōu)質(zhì)冷軋硅鋼片沖制而成。每層硅鋼片由數(shù)張扇形片組成一 個圓形，每張扇形片都涂了耐高溫的無機(jī)絕緣漆。 沖片上沖有嵌放線 圈的下線槽及放置槽楔用的鴿尾槽。扇形沖片利用定子定位筋定位， 通過球墨鑄鐵壓圈施壓， 夾緊成一個剛性圓柱形鐵芯， 用定位筋固定 在內(nèi)機(jī)座上。 齒部是通過壓圈內(nèi)側(cè)的非磁性壓指來壓緊。 邊段鐵芯涂 有粘接漆，在鐵芯裝壓后加熱，使其粘接成一個牢固的整體，進(jìn)一步 提高鐵芯的剛度。3）定子繞組：定子繞組是由嵌入鐵芯槽內(nèi)的絕緣線棒在端部聯(lián)結(jié)成的線

4、圈， 繞 組端部為籃式結(jié)構(gòu)，并且由引線環(huán)連接成固定的相帶。采用連續(xù)式 F 級環(huán)氧粉云母絕緣系統(tǒng)， 表面有防暈處理措施。 軸向可沿支架滑銷方 向自由移動，減少由于負(fù)荷或工況變化而在定子繞組和支撐系統(tǒng)中引 起的應(yīng)力，滿足機(jī)組調(diào)峰運行的要求。在負(fù)載運行條件下， 定子繞組會產(chǎn)生自感應(yīng)渦流損耗， 為減少這 種損耗，定子線棒采用了羅貝爾換位形式。所謂換位，就是在線棒編 織時，讓每根線棒沿軸向長度，分別處于槽內(nèi)不同高度的位置，這樣 每根線棒的漏電抗相等，使每根導(dǎo)體內(nèi)電流均勻，減少直線及端部的 橫向漏磁通在各股導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的環(huán)流及附加損耗。定子線棒由矩形的空心和實心股線混合編織而成， 定子繞組就是 通過空心股線

5、中的水介質(zhì)來冷卻的。定子線棒端部的所有股線均焊接 到水電接頭上，通過銅帶將兩根線棒水電接頭焊在一起形成電氣連 接，構(gòu)成一匝線圈；而所有空心股線中的冷卻水通過水電接頭的水路 接至靠滑環(huán)端的匯流母管，并經(jīng)絕緣引水管進(jìn)入線圈。在發(fā)電機(jī)的集 電環(huán)端設(shè)有一條進(jìn)水母管；在汽機(jī)端部設(shè)有一條出水母管。冷卻水流 通道為單向型，即從集電環(huán)端流向汽機(jī)端。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子：1）轉(zhuǎn)子本體：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子是由一根整體合金鋼鍛件加工而成， 在轉(zhuǎn)子本體上徑 向地開有許多縱向槽用于安裝轉(zhuǎn)子繞組， 作為磁路。轉(zhuǎn)子繞組在槽內(nèi) 由鋁合金和鋼槽楔緊固以抵御轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力。這種磁性和 非磁性兩種槽楔的應(yīng)用能夠保證合理的分布磁通。 這些槽楔

6、均楔入了 轉(zhuǎn)子槽口處的鴿尾槽內(nèi)。轉(zhuǎn)子大齒上加工橫向槽（即月牙槽），用于均衡大、小齒方向的剛度，以避免由于它們之間的較大差異而產(chǎn)生倍 頻振動。2）轉(zhuǎn)子繞組：轉(zhuǎn)子繞組由高強度含銀銅線制成， 具有較高的抗蠕變能力，從而 提高了發(fā)電機(jī)承擔(dān)調(diào)峰負(fù)荷的能力。 為防止由于離心力的作用，對轉(zhuǎn) 子繞組端部產(chǎn)生破壞，轉(zhuǎn)子線圈放入槽內(nèi)后，槽口用鋁合金槽楔和鋼 槽楔固緊， 以抵御轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力。 非磁性槽楔和磁性槽 楔的應(yīng)用，保證了合理的磁通分布。采用了高強度、非磁性合金鋼鍛 件加工而成的護(hù)環(huán)，熱套在轉(zhuǎn)子本體兩端，采用懸掛式嵌裝，一端與 轉(zhuǎn)子本體熱套配合， 另一端為懸掛式。 轉(zhuǎn)子繞組與護(hù)環(huán)之間采用模壓 的絕

7、緣環(huán)絕緣。 為了隔開和支撐端部線圈， 限制它們之間由于溫差和 離心力引起的位移，端部繞組間隔塊放置了模壓的環(huán)氧玻璃布絕緣 塊。轉(zhuǎn)子槽襯用含云母、 玻璃纖維等材料的復(fù)合絕緣壓制而成， 具有 良好的絕緣性能和機(jī)械性能。 槽襯內(nèi)表面和端部護(hù)環(huán)絕緣內(nèi)表面涂有 低摩檫系數(shù)的干性滑移劑， 使轉(zhuǎn)子銅線在負(fù)荷及工況變化引起熱脹冷 縮時可沿軸向自由收縮，以滿足發(fā)電機(jī)調(diào)峰運行的要求。3）轉(zhuǎn)子引線和集電環(huán)： 通過轉(zhuǎn)子引線與集電環(huán)以及電刷裝置， 可以給發(fā)電機(jī)提供額定出 力及強勵時所需的勵磁電流。 轉(zhuǎn)子電流通過電刷通入熱套在轉(zhuǎn)子外伸 端的集電環(huán)，再通過與集電環(huán)相聯(lián)接的徑向和軸向?qū)щ娐輻U傳到轉(zhuǎn)子 繞組。導(dǎo)電螺桿用高強度和

8、高導(dǎo)電率的銅合金制成。 導(dǎo)電螺桿與轉(zhuǎn)軸 之間有密封結(jié)構(gòu)以防漏氫。集電環(huán)用耐磨合金鋼制成， 是一對帶溝槽的鋼環(huán)， 經(jīng)絕緣后熱套 在轉(zhuǎn)子軸上的。 在集電環(huán)與轉(zhuǎn)軸之間設(shè)有絕緣套筒。 集電環(huán)上加工有 軸向和徑向通風(fēng)孔。表面的螺旋溝可以改善電刷與集電環(huán)的接觸狀 況，使電刷之間的電流分配均勻。 兩集電環(huán)間設(shè)有同軸離心式風(fēng)扇以 冷卻集電環(huán)和電刷。4）護(hù)環(huán)、中心環(huán)、阻尼環(huán)：因為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時， 轉(zhuǎn)子線圈端部受到很大的離心力的作用， 為了 防止對轉(zhuǎn)子線圈端部的破壞， 采用了非磁性、 高強度合金鋼鍛件加工 而成的護(hù)環(huán)來保護(hù)轉(zhuǎn)子線圈端部。 護(hù)環(huán)分別裝配在轉(zhuǎn)子本體兩端， 與 本體端熱套配合， 另一端熱套在懸掛的中心環(huán)上。

9、 轉(zhuǎn)子線圈與護(hù)環(huán)之 間采用模壓的絕緣環(huán)絕緣。 為了隔開和支撐端部線圈， 限制它們之間 由于溫差和離心力引起的位移， 端部線圈間放置了模壓的環(huán)氧玻璃布 絕緣塊。中心環(huán)對護(hù)環(huán)起著與轉(zhuǎn)軸同心的作用， 當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時， 軸的撓度 不會使護(hù)環(huán)受到交變應(yīng)力作用而損傷。 中心環(huán)還有防止轉(zhuǎn)子線圈端部 軸向位移的作用。為減少由于不平衡負(fù)荷產(chǎn)生的負(fù)序電流在轉(zhuǎn)子上引起的發(fā)熱， 提 高發(fā)電機(jī)承受不平衡負(fù)荷（負(fù)序電流和異步運行）的能力，采用了半 阻尼繞組，在轉(zhuǎn)子本體兩端（護(hù)環(huán)下）設(shè)有阻尼繞組。該半阻尼繞組 只在轉(zhuǎn)子兩端裝梳齒狀的用紫銅板制成的阻尼環(huán)， 其梳齒伸進(jìn)每個槽 及大齒上阻尼槽的槽楔下，由槽楔壓緊。阻尼電流通路是由

10、護(hù)環(huán)、槽 楔、阻尼銅條形成的阻尼系統(tǒng)。5）碳刷：碳刷是將勵磁電流投入高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子繞組的關(guān)鍵部件。 為了能 在發(fā)電機(jī)運行時安全、迅速地更換電刷，采用了盒式刷握結(jié)構(gòu)。每次 可換一組（ 4 個）電刷。通入轉(zhuǎn)子勵磁電流的電刷是由天然石磨材料粘結(jié)制成。 碳刷具有 低的摩擦系數(shù)和自潤滑作用。每個碳刷帶有兩柔性的銅引線（即刷 辮）。采用恒壓式彈簧徑向地裝在刷盒上，從而在電刷長度達(dá)到磨損 極限之前沒必要調(diào)整彈簧壓力。 彈簧的壓力施加在碳刷中心線上， 彈 簧是一種螺旋式的，壓力是恒定的。刷架采用左右分瓣把合結(jié)構(gòu)，由 導(dǎo)電環(huán)、刷座及風(fēng)罩等部件組成，對地絕緣。電刷的更換：正常操作條件下，電刷磨損量在 1000 小

11、時時為 10 -15mm當(dāng)電刷長度達(dá)到接近磨損極限時， 電刷軟導(dǎo)線處于幾乎完全 伸長的狀態(tài)。因此，電刷運行一段時間應(yīng)經(jīng)常檢查，密切注意，當(dāng)發(fā) 現(xiàn)電刷過短時應(yīng)及時進(jìn)行更換。發(fā)電機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)： 高速為了減少因而產(chǎn)生的以及降低風(fēng)摩耗，轉(zhuǎn)子直徑一般做得比較 小，長度比較大，即采用細(xì)長的轉(zhuǎn)子。特別是在 3000 轉(zhuǎn)分以上的 大容量高速機(jī)組，由于的關(guān)系，轉(zhuǎn)子直徑受到嚴(yán)格的限制，一般不能 超過 1.2 米。而轉(zhuǎn)子本體的長度又受到的限制。當(dāng)本體長度達(dá)到直 徑的 6 倍以上時 , 轉(zhuǎn)子的第二將接近于電機(jī)的運轉(zhuǎn)速度，運行中可能 發(fā)生較大的振動。所以大型高速轉(zhuǎn)子的尺寸受到嚴(yán)格的限制。 10 萬 千瓦左右的空冷電機(jī)其轉(zhuǎn)

12、子尺寸已達(dá)到上述的 , 要再增大電機(jī)容量 , 只有靠增加電機(jī)的來實現(xiàn)。為此必須加機(jī)的冷卻。所以510萬千瓦以上的汽輪發(fā)電機(jī)都采用了冷卻效果較好的氫冷或水冷技術(shù)。發(fā)電機(jī)以氫氣作為主要冷卻介質(zhì)， 采用徑向多流式密閉循環(huán)通風(fēng) 方式運行，定子繞組采用單獨的水冷卻系統(tǒng)，而氫氣冷卻系統(tǒng)，包括 風(fēng)扇盒氫氣冷卻器完整地放置于發(fā)電機(jī)內(nèi)部。1）定子通風(fēng)系統(tǒng)：發(fā)電機(jī)定子鐵芯沿軸向分為 13 個風(fēng)區(qū)， 6 個進(jìn)風(fēng)區(qū)和 7 個出風(fēng) 區(qū)相間布置。裝在轉(zhuǎn)子上的兩個軸流風(fēng)扇（汽、勵側(cè)各一）將風(fēng)分別 鼓入氣隙和鐵芯背部， 進(jìn)入背部的氣流沿鐵芯徑向風(fēng)道冷卻進(jìn)風(fēng)區(qū)鐵 芯后進(jìn)入氣隙；少部分風(fēng)進(jìn)入轉(zhuǎn)子槽內(nèi)風(fēng)道，冷卻轉(zhuǎn)子繞組；其它大 部

13、分再折回鐵芯，冷卻出風(fēng)區(qū)的鐵芯，最后從機(jī)座風(fēng)道進(jìn)入冷卻器； 被冷卻器冷卻后的氫氣進(jìn)入風(fēng)扇前再循環(huán)。 這種交替進(jìn)出的徑向多流 通風(fēng)保證了發(fā)電機(jī)鐵芯和繞組的均勻冷卻， 減少了結(jié)構(gòu)件熱應(yīng)力和局 部過熱。為了防止風(fēng)路的短路，常在定、轉(zhuǎn)子之間氣隙中冷熱風(fēng)區(qū)間 的定子鐵芯上加裝氣隙隔環(huán)， 以避免由轉(zhuǎn)子拋出的熱風(fēng)吸入轉(zhuǎn)子再循 環(huán)。2）轉(zhuǎn)子通風(fēng)系統(tǒng)： 轉(zhuǎn)子本體段的導(dǎo)體冷卻采用的是“氣隙取氣”系統(tǒng)：在轉(zhuǎn)子線棒 鑿了兩排不同方向的斜流孔至槽底， 于是，沿轉(zhuǎn)子本體軸向就形成了 若干個平行的斜流通道。 通過這些通道， 氫氣交替的進(jìn)入和流出轉(zhuǎn)子 繞組進(jìn)風(fēng)口的風(fēng)斗， 迫使冷卻氫氣與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速相匹配的速度通過斜流 通道到達(dá)導(dǎo)

14、體槽的底部，然后拐向另一側(cè)同樣沿斜流通道流出導(dǎo)體。 從每個進(jìn)風(fēng)口鼓進(jìn)的冷風(fēng)是分成兩條斜流通道向兩個方向流進(jìn)導(dǎo)體， 同樣，有兩條出風(fēng)通道匯流在一起從出風(fēng)口流出進(jìn)入氣隙。3）氫氣冷卻器：為減少氫冷發(fā)電機(jī)的通風(fēng)阻力和縮短風(fēng)道， 氫氣冷卻器安放在機(jī) 座內(nèi)的矩形框內(nèi)。冷卻器為四組，立放在發(fā)電機(jī)機(jī)座的四角。冷卻器和機(jī)座間的密封墊結(jié)構(gòu)既可以密封氫氣， 又可以在冷卻器因溫度變化 脹縮時起到補償作用，從而始終起到良好的密封作用。氫氣冷卻器的 水箱結(jié)構(gòu)保證了發(fā)電機(jī)在充氫的狀態(tài)下，可以打開水箱清洗冷卻水 管，當(dāng)冷卻器水管從外部水管拆開后，氫氣冷卻器可以從發(fā)電機(jī)中抽 出。護(hù)環(huán)tF轉(zhuǎn)子瑞蓋出線端子圖2 - 1發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)

15、原理圖圖2 - 2發(fā)電機(jī)剖視圖三、發(fā)電機(jī)的型號說明：QFSN-660-2-22B Q 汽輪機(jī)拖動 F 發(fā)電機(jī) S 定子繞組水 冷N 轉(zhuǎn)子繞組氫內(nèi)冷 660 額定功率 2 兩極22 定子額定 電壓22KV水氫氫冷卻方式：定子線圈（包括定子引線）直接水冷、轉(zhuǎn)子線 圈直接氫冷（氣隙取氣方式），定子鐵心氫冷。發(fā)電機(jī)采用密閉循環(huán) 通風(fēng)冷卻，機(jī)座內(nèi)部的氫氣由裝于轉(zhuǎn)子兩端的軸流式風(fēng)扇驅(qū)動。 集電 環(huán)和電刷空氣冷卻，兩集電環(huán)間設(shè)有離心式風(fēng)扇。軸承為強迫潤滑（由 汽機(jī)潤滑油系統(tǒng)供油）。發(fā)電機(jī)配有氫油水控制系統(tǒng)，以提供和控制發(fā)電機(jī)冷卻用氫氣，密封油和定子線圈冷卻用水。四、發(fā)電機(jī)的分類：1、按冷卻方式分為：水冷 ，

16、空冷（ 就是自然冷卻 ） ，氫冷 ，復(fù)合 冷卻（水空冷 水氫冷 ） 。2、按勵磁方式分為：自勵和他勵兩種。自勵分自并勵和自復(fù)勵，他 勵分為直流發(fā)電機(jī)供電和交流勵磁機(jī)（變壓后）供電兩種。3、按同異步分：同步，異步發(fā)電機(jī)。是轉(zhuǎn)速與的轉(zhuǎn)速相同的。 轉(zhuǎn)速與的轉(zhuǎn)速不相同的叫異步發(fā)電機(jī)，如風(fēng)力發(fā)電機(jī)。4、按中性點接地方式分為：采用不接地、經(jīng)接地、經(jīng)電阻或直接接 地三種方式。發(fā)電機(jī)一般都接成星形，主要有兩點好處。一是可消除的存在；二是 如果接成三角形的話， 當(dāng)內(nèi)部故障或接錯造成三相不對稱， 此時就會 產(chǎn)生環(huán)流，將損壞。這里主要講危害，中最主要的成分是，它是以為 槽與槽之間磁場的產(chǎn)生的。 的一個周期相當(dāng)于的三

17、個周期， 也就是說， 的3600相當(dāng)于三次波的3X 360o,這樣，由于各差 1200相位， 對于三次波來說是3X 120o =360o,角度差360o就相當(dāng)于沒有， 它們是同相的，因此，如果接成三角形的話，就會產(chǎn)生環(huán)流，而接成 星形則可以相互抵消。（ 1 ）、不接地方式 : 當(dāng)時, 接地點僅流過系統(tǒng)另兩相與發(fā)電機(jī)有電氣 聯(lián)系的 , 當(dāng)這個電流較小時 , 故障點的常能自動熄滅 , 故可大大提高供 電的可靠性。它主要缺點是對倍數(shù)較高。（2） 、發(fā)電機(jī)中性點經(jīng)接地：當(dāng)發(fā)電機(jī)較大時，一般采用中性點經(jīng)接 地，這主要考慮大到一定程度時接地點不能自動熄滅。而且若燒壞定子時難以修復(fù)。中性點接了消弧線圈后，時

18、可產(chǎn)生電感性電流，補償接 地點的電容電流而使接地點自動熄滅。（3）、發(fā)電機(jī)中性點經(jīng)電阻或直接接地：這種方式雖然較為簡單和對 的倍數(shù)較低，但是電流很大，甚至超過三相，可能使和損壞，而且在發(fā) 生故障時會引起，使復(fù)雜化五、哈密電廠發(fā)電機(jī)參數(shù)：發(fā)電機(jī)的參數(shù)：名稱參數(shù)名稱參數(shù)型號QFSN-660-2-22B額定功率因數(shù)：（滯后）額定容量733 MVA額定功率660 MW定子額定電壓UN22 kV額定勵磁電壓UFn426 V定子額定電流IN19245 A額定勵磁電流IFn4675 A額定頻率fN50 Hz空載勵磁電壓UF0V額定轉(zhuǎn)速nN3000 r/min空載勵磁電流IfO1792.7 A定子接線方式Y(jié)Y

19、冷卻方式水氫氫勵磁方式自并勵靜止可控硅勵磁進(jìn)口 ABB強勵頂值電壓> 2倍額定勵磁電壓（機(jī)端額定電壓降至 80%強勵持續(xù)時間20秒額定效率< %相數(shù)3極數(shù)2額定氫壓氫冷器最咼進(jìn)水溫度38 C噪聲（機(jī)殼1米、高1.2米處）V 85分貝額定氫壓運行時的漏氫量< 10Nrr/24 小時（）定子、轉(zhuǎn)子、定子鐵芯絕緣等級F級（溫升按B級考核）制造廠東方電氣集團(tuán)東方電機(jī)有限公司發(fā)變組保護(hù)概述大型發(fā)變組單機(jī)容量大、造價昂貴，保護(hù)的拒動或誤動將造成十分嚴(yán)重的后果，所以大型機(jī)組繼電保護(hù)的技術(shù)指標(biāo)要求更高。自并勵勵磁方式和發(fā)電機(jī)出口開關(guān)的應(yīng)用，使保護(hù)的設(shè)置和出口方式上和常 規(guī)發(fā)電機(jī)變壓器組相比發(fā)

20、生了顯著的變化。發(fā)電機(jī)是電力系統(tǒng)中最主要的設(shè)備，大容量機(jī)組在系統(tǒng)中的地位 舉足輕重，如何保障發(fā)電機(jī)在電力系統(tǒng)中的安全運行， 就顯得非常重 要。由于大容量機(jī)組一般采用直接冷卻技術(shù)，體積和質(zhì)量并不隨容量 成比例增大，從而使得大型發(fā)電機(jī)各參數(shù)與中小型發(fā)電機(jī)已大不相 同，因此故障和不正常運行時的特性也與中小型機(jī)組有了較大差異， 給保護(hù)帶來復(fù)雜性。大型發(fā)電機(jī)組與中小型發(fā)電機(jī)組相比， 主要不同 點表現(xiàn)在：1）短路比減小，電抗增大。大型發(fā)電機(jī)的短路比大約減小到左右， 各種電抗都比中小型發(fā)電機(jī)大。 因此大型發(fā)電機(jī)組的短路水平反而比 中小型機(jī)組的短路水平低， 這對繼電保護(hù)是十分不利的。 由于 xd 的增 大，使

21、發(fā)電機(jī)的靜穩(wěn)儲備系數(shù) K ch 減小，因此在系統(tǒng)受到擾動或發(fā)電 機(jī)發(fā)生失磁故障時，很容易失去靜態(tài)穩(wěn)定。由于 xd 、xd 、xd 等參數(shù)的 變大，使發(fā)電機(jī)平均異步轉(zhuǎn)矩大大降低，約從中小型發(fā)電機(jī)的23倍額定值減小至額定值左右。 于是失磁后異步運行時滑差增大， 允許 異步運行的負(fù)載更小、 時間更短， 另一方面要從系統(tǒng)吸取更多的無功 功率，對系統(tǒng)穩(wěn)定運行不利。2）時間常數(shù)增大。大型發(fā)電機(jī)組定子回路時間常數(shù)Ta和比值Ta/Td 顯著增大， 短路時定子非周期電流的衰減較慢， 整個短路電流偏移在 時間軸一側(cè)若干工頻周期， 使電流互感器更容易飽和， 影響大機(jī)組保 護(hù)正確工作。3）慣性時間常數(shù)降低。 大容量機(jī)

22、組的體積并不隨容量成比例地增 大，有效材料利用率提高，其直接后果是機(jī)組的慣性常數(shù) H明顯降低， 600MV發(fā)電機(jī)的慣性時間常數(shù)在左右，在擾動下機(jī)組更易于發(fā)生振蕩。4）熱容量降低。 有效材料利用率提高的另一后果是發(fā)電機(jī)的熱容量（WS/C）與銅損、鐵損之比顯著下降。例如 200MW及更小的發(fā)電 機(jī)的定子繞組對稱過負(fù)荷能力為倍額定電流，允許持續(xù)運行120S，轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷能力為2倍額定激磁電流，允許持續(xù)運行 30S;對于 600MW汽輪發(fā)電機(jī)，定子繞組過負(fù)荷能力規(guī)定為倍額定電流、30S,轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷能力為2倍額定激磁電流、10S。轉(zhuǎn)子表層承受負(fù)序2過負(fù)荷的能力 I22t ，中小汽輪發(fā)電機(jī)組 （間接

23、冷卻方式） 為 30S，600MW （直接冷卻方式）汽輪發(fā)電機(jī)減小到 10S。發(fā)電機(jī)主要故障和異常6.2.1 定子繞組的相間短路反應(yīng)發(fā)電機(jī)定子相間短路，保護(hù)發(fā)電機(jī)定子。一般裝設(shè)縱聯(lián)差動 保護(hù)裝置，保護(hù)壓板均投“跳閘”位置，瞬時動作于全停。發(fā)電機(jī)定 子繞組發(fā)生相間短路若不及時切除， 將燒毀整個發(fā)電機(jī)組， 引起極為 嚴(yán)重的后果，必須有二套或兩套以上的快速保護(hù)反應(yīng)此類故障。動作結(jié)果：跳發(fā)變組出口開關(guān)、跳發(fā)電機(jī)勵磁開關(guān)、跳汽機(jī)。6.2.2 定子繞組匝間短路單機(jī)容量的增大，汽輪發(fā)電機(jī)軸向長度與直徑之比明顯加大，這 將使機(jī)組運行中振動加劇， 匝間絕緣磨損加快， 有時還可能引起冷卻 系統(tǒng)的故障， 因此裝設(shè)靈

24、敏的匝間短路保護(hù)， 用作發(fā)電機(jī)定子繞組的 匝間短路、 分支開焊故障以及相間短路的主保護(hù)。 因為沖擊電壓波沿 定子繞組的分布是不均勻的，波頭越陡，分布越不均勻，因此由機(jī)端 進(jìn)入發(fā)電機(jī)的沖擊波，有可能首先在定子繞組的始端發(fā)生匝間短路， 有鑒于此，大型機(jī)組均在機(jī)端裝設(shè)三相對地的平波電容和氧化鋅避雷 器，即使這樣也不能完全排除沖擊過電壓造成的發(fā)電機(jī)匝間絕緣損 壞，因此也希望裝設(shè)匝間短路保護(hù)。發(fā)電機(jī)定子繞組發(fā)生匝間短路會在短路環(huán)內(nèi)產(chǎn)生很大電流。由于 工作原理不同，發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)將不能反應(yīng)。目前為止，反應(yīng)發(fā)電機(jī)定子匝間短路的保護(hù)有：單元件橫差保護(hù)、負(fù)序功率方向保護(hù)、縱向 零序電壓保護(hù)和轉(zhuǎn)子二次諧波電流保護(hù)

25、。6.2.3 定子單相接地定子繞組的單相接地（定子繞組與鐵芯間的絕緣破壞）是發(fā)電機(jī) 最常見的一種故障， 定子故障接地電流超過一定值就可能造成發(fā)電機(jī) 定子鐵芯燒壞，而且發(fā)電機(jī)單相接地故障往往是相間或匝間短路的先 兆。在我國，為了確保大型發(fā)電機(jī)的安全，不使單相接地故障發(fā)展成 相間故障或匝間短路， 使單相接地故障處不產(chǎn)生電弧或者使接地電弧 瞬間熄滅，這個不產(chǎn)生電弧的最大接地電流被定義為發(fā)電機(jī)單相接地 的安全電流。其值與發(fā)電機(jī)額定電壓有關(guān)， 18kV 及以上發(fā)電機(jī)接地 電流允許值為 1A。發(fā)電機(jī)的中性點接地方式與定子接地保護(hù)的構(gòu)成密切相關(guān)，同時 中性點接地方式與單相接地故障電流、定子繞組過電壓等問題有

26、關(guān)。 大型發(fā)電機(jī)中性點接地方式和定子接地保護(hù)應(yīng)該滿足三個基本要求， 即：1）故障點電流不應(yīng)超過安全電流，否則保護(hù)應(yīng)動作于跳閘。2）保護(hù)動作區(qū)覆蓋整個定子繞組；有 100%保護(hù)區(qū)，保護(hù)區(qū)內(nèi)任 一點接地故障應(yīng)有足夠高的靈敏度。3）暫態(tài)過電壓數(shù)值較小，不威脅發(fā)電機(jī)的安全運行。 大型發(fā)電機(jī)中性點采用何種接地方式，國內(nèi)一直存在著是采用消 弧線圈還是采用高阻接地爭議。 建議采用消弧線圈接地者， 認(rèn)為可以 將接地電流限制在安全接地電流以下， 熄滅電弧防止故障發(fā)展， 從而 可以爭取時間使發(fā)電機(jī)負(fù)荷平穩(wěn)轉(zhuǎn)移后停機(jī)， 減小對電網(wǎng)的沖擊。 而 實際上我國就曾有過發(fā)電機(jī)接地電流雖小于安全電流， 長時間運行最 終還是發(fā)

27、展成相間短路的教訓(xùn)。中性點經(jīng)配電變壓器高阻接地方式是國際上與變壓器接成單元的 大中型發(fā)電機(jī)中性點最廣泛采用的一種接地方式， 設(shè)計發(fā)電機(jī)中性點 經(jīng)配電變壓器接地， 主要是為了降低發(fā)電機(jī)定子繞組的過電壓 （不超 倍的額定相電壓），極大地減少發(fā)生諧振的可能性，保護(hù)發(fā)電機(jī)的絕 緣不受損。 但是發(fā)電機(jī)單相容量的增大， 一般使三相定子繞組對地電 容增加，相應(yīng)的單相接地電容電流也增大，另外，發(fā)電機(jī)中性點經(jīng)配 電變壓器高阻接地必然導(dǎo)致單相接地故障電流的增大， 其數(shù)值美、日、 法、瑞士等國以控制在 15A 以下為標(biāo)準(zhǔn)， 這些國家認(rèn)為在此電流下持 續(xù)510min,定子鐵芯只受輕微損傷。為保證大型發(fā)電機(jī)的安全， 中

28、性點經(jīng)配電變壓器高阻接地的 600MW機(jī)組必須使定子接地保護(hù)動 作于發(fā)電機(jī)故障停機(jī)。6.2.4 失磁失磁保護(hù)反應(yīng)發(fā)電機(jī)勵磁回路故障引起的發(fā)電機(jī)異常運行。發(fā)電 機(jī)低勵（表示發(fā)電機(jī)的勵磁電流低于靜穩(wěn)極限所對應(yīng)的勵磁電流） 或 失磁,是常見的故障形式。 發(fā)電機(jī)低勵或失磁后,將過渡到異步發(fā)電 機(jī)運行狀態(tài),轉(zhuǎn)子出現(xiàn)轉(zhuǎn)差,定子電流增大,定子電壓下降,有功功 率下降,無功功率反向并且增大；在轉(zhuǎn)子回路中出現(xiàn)差頻電流；電力 系統(tǒng)的電壓下降及某些電源支路過電流。 所有這些電氣量的變化, 都伴有一定程度的擺動1）對電力系統(tǒng)來說，低勵或失磁后所產(chǎn)生的危險，主要表現(xiàn)在以 下幾個方面： 低勵或失磁的發(fā)電機(jī)，由發(fā)出無功功率

29、轉(zhuǎn)為從電力系統(tǒng)中吸收 無功功率，從而使系統(tǒng)出現(xiàn)巨大的無功差額，發(fā)電機(jī)的容量越大，在 低勵和失磁時產(chǎn)生的無功缺額越大，如果系統(tǒng)中無功功率儲備不足， 將使電力系統(tǒng)中鄰近的某些點的電壓低于允許值， 甚至使電力系統(tǒng)因 電壓崩潰而瓦解。 當(dāng)一臺發(fā)電機(jī)發(fā)生低勵或失磁后，由于電壓下降，電力系統(tǒng)的 其它發(fā)電機(jī)在自動勵磁調(diào)節(jié)器的作用下自動增大無功輸出， 從而使某 些發(fā)電機(jī)、變壓器或線路過電流，其后備保護(hù)可能因過流而跳閘，使 故障范圍擴(kuò)大。 一臺發(fā)電機(jī)低勵或失磁后，由于該發(fā)電機(jī)有功功率的擺動，以 及系統(tǒng)電壓的下降， 可能導(dǎo)致相鄰的正常運行發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)之間， 或 電力系統(tǒng)的各部分之間失步，使系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩，甩掉大量負(fù)

30、荷。2）對發(fā)電機(jī)本身來說，低勵或失磁產(chǎn)生的不利影響，主要表現(xiàn)在 以下幾個方面： 由于出現(xiàn)轉(zhuǎn)差，在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路中出現(xiàn)差頻電流。對于直接 冷卻高利用率的大型機(jī)組， 其熱容量裕度相對降低， 轉(zhuǎn)子更容易過熱。 流過轉(zhuǎn)子表層的差頻電流， 還可能使轉(zhuǎn)子本體與槽楔、 護(hù)環(huán)的接觸面 上發(fā)生嚴(yán)重的局部過熱甚至灼傷。 低勵或失磁的發(fā)電機(jī)進(jìn)入異步運行之后，發(fā)電機(jī)的等效電抗降 低，從電力系統(tǒng)中吸收的無功功率增加。 低勵或失磁前帶的有功功率 越大，轉(zhuǎn)差就越大，等效電抗就越小，所吸收的無功功率就越大。在 重負(fù)荷下失磁后，由于過電流，將使定子過熱。 對于直接冷卻高利用率的大型汽輪發(fā)電機(jī)，其平均異步轉(zhuǎn)矩的 最大值較小，慣性

31、常數(shù)也相對降低，轉(zhuǎn)子在縱軸和橫軸方面，也呈較 明顯的不對稱。由于這些原因，在重負(fù)荷下失磁后，這種發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn) 矩、有功功率要發(fā)生劇烈的周期性擺動， 將有很大甚至超過額定值的 電磁轉(zhuǎn)矩周期性地作用到發(fā)電機(jī)的軸系上，并通過定子傳遞到機(jī)座上。此時，轉(zhuǎn)差也作周期性變化，其最大值可能達(dá)到4滬5%發(fā)電機(jī)周期性地嚴(yán)重超速。這些都直接威脅著機(jī)組的安全。 低勵或失磁運行時，定子端部漏磁增強，將使端部的部件和邊 段鐵芯過熱。由于發(fā)電機(jī)低勵和失磁對電力系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)本身的上述危害，為 保證電力系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)的安全， 必須裝設(shè)低勵失磁保護(hù)， 以便及時 發(fā)現(xiàn)低勵和失磁故障并采取必要的措施。失磁保護(hù)檢出失磁故障后， 可采取的措

32、施之一， 就是迅速把失磁的發(fā)電機(jī)從電力系統(tǒng)中切除， 這 是最簡單的辦法。但是，失磁對電力系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)本身的危害，并不 象發(fā)電機(jī)內(nèi)部短路那樣迅速地表現(xiàn)出來。 另一方面， 大型汽輪發(fā)電機(jī) 組，突然跳閘會給機(jī)組本身及其輔機(jī)造成很大的沖擊， 對電力系統(tǒng)也 會加重擾動。汽輪發(fā)電機(jī)組有一定的異步運行能力，例如，東方電機(jī)廠生產(chǎn)的 600MW氣輪機(jī)組在失磁后允許 40%負(fù)荷持續(xù)運行15mi n。因此，對于 汽輪發(fā)電機(jī)，失磁后還可以采取另一種措施，即監(jiān)視母線電壓，當(dāng)電 壓低于允許值時， 為防止電力系統(tǒng)發(fā)生振蕩或造成電壓崩潰， 迅速將 發(fā)電機(jī)切除；當(dāng)電壓高于允許值時，則不應(yīng)當(dāng)立即把發(fā)電機(jī)切除，而 是首先采取降低原

33、動機(jī)出力等措施， 并隨即檢查造成失磁的原因， 予 以消除，使機(jī)組恢復(fù)正常運行，以避免不必要的事故停機(jī)。如果在發(fā) 電機(jī)允許的時間內(nèi)， 不能消除造成失磁的原因， 則再由保護(hù)裝置或由 操作人員手動停機(jī)。在我國電力系統(tǒng)中，就有過多次10300MW機(jī)組 失磁之后用上述方法避免事故停機(jī)的事例。 通過大量研究并試驗， 證 明容量不超過800MW的二極汽輪發(fā)電機(jī)若失磁機(jī)組快速減載到允許 水平，只要電網(wǎng)有相應(yīng)無功儲備，可確保電網(wǎng)電壓，失磁機(jī)組的廠用 電保持正常工作的情況，失磁機(jī)組可不跳閘，盡快恢復(fù)勵磁。應(yīng)當(dāng)明白一點，發(fā)電機(jī)低勵產(chǎn)生的危害比完全失磁更嚴(yán)重，原因 是低勵時尚有一部分勵磁電壓， 將繼續(xù)產(chǎn)生剩余同步功率

34、和轉(zhuǎn)矩， 在 功角 0 360°的整個變化周期中，該剩余功率和轉(zhuǎn)矩時正時負(fù)地作 用在轉(zhuǎn)軸上，使機(jī)組產(chǎn)生強烈的振動，功率振蕩幅度加大，對機(jī)組和 電力系統(tǒng)的影響更嚴(yán)重，如圖 6 1 所示。此情況下一般失步保護(hù)會 動作，如果失步保護(hù)未動作，出于大機(jī)組的安全考慮，應(yīng)迅速拉開滅 磁開關(guān)。發(fā)電機(jī)低勵和失磁狀況下的波形如下：103發(fā)電機(jī)低勵和失磁狀況下的波形625轉(zhuǎn)子接地故障轉(zhuǎn)子繞組絕緣破壞常見的故障形式有兩種：轉(zhuǎn)子繞組匝間短路和 勵磁回路一點接地。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在運輸或保存過程中，由于轉(zhuǎn)子內(nèi)部受潮、鐵芯生銹, 隨后鐵銹進(jìn)入繞組，造成轉(zhuǎn)子繞組主絕緣或匝間絕緣損壞； 轉(zhuǎn)子加工 過程中的鐵屑或其它金屬物落

35、入轉(zhuǎn)子，也可能引起轉(zhuǎn)子主絕緣或匝間 絕緣的損壞；轉(zhuǎn)子繞組下線時絕緣的損壞或槽內(nèi)繞組發(fā)生位移， 也將 引發(fā)接地或匝間短路；氫內(nèi)冷轉(zhuǎn)子繞組的銅線匝上，帶有開啟式的進(jìn) 氫和出氫孔，在啟動或停機(jī)時，由于轉(zhuǎn)子繞組的活動，部分匝間絕緣 墊片發(fā)生位移，引起氫氣通風(fēng)孔局部堵塞，使轉(zhuǎn)子繞組局部過熱和絕 緣損壞；運行中轉(zhuǎn)子滑環(huán)上的電流引線的導(dǎo)電螺釘未擰緊， 造成螺釘 絕緣損壞； 電刷粉末沉積在滑環(huán)下面的絕緣突出部分， 使勵磁回路絕 緣電阻嚴(yán)重下降。轉(zhuǎn)子繞組匝間短路多發(fā)生在沿槽高方向的上層線匝，對于氣體冷 卻的轉(zhuǎn)子， 這種匝間短路不會直接引起嚴(yán)重后果， 也無需立即消除缺 陷，所以并不要求裝設(shè)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路保護(hù)。

36、轉(zhuǎn)子繞組匝間短路的 故障處理沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)， 一旦發(fā)現(xiàn)這類故障， 發(fā)電機(jī)是否繼續(xù)運行 應(yīng)綜合考慮現(xiàn)有的運行經(jīng)驗、 故障的形式和特點、 故障發(fā)現(xiàn)在機(jī)組運 行期間或預(yù)防性試驗中或機(jī)組安裝時等諸多因素。 我國某些電廠根據(jù) 轉(zhuǎn)子繞組的絕緣狀況、機(jī)組的振動水平和輸出無功功率的減少程度， 決定機(jī)組是否停機(jī)檢修。轉(zhuǎn)子一點接地對汽輪發(fā)電機(jī)組的影響不大，一般允許繼續(xù)運行一 段時間。發(fā)電機(jī)組發(fā)生一點接地后，轉(zhuǎn)子各部分對地電位發(fā)生變化， 比較容易誘發(fā)兩點接地， 汽輪發(fā)電機(jī)一旦發(fā)生兩點接地， 其后果相當(dāng) 嚴(yán)重，由于故障點流過相當(dāng)大的故障電流而燒傷轉(zhuǎn)子本體； 由于部分 繞組被短接，勵磁繞組中電流增加，可能因過熱而燒傷；

37、由于部分繞 組被短接，使氣隙磁通失去平衡， 從而引起振動。 勵磁回路兩點接地， 還可使軸系和汽機(jī)磁化。勵磁回路兩點接地，即使保護(hù)正確動作，從防止汽缸和大軸磁化 方面來看，已為時晚矣。一臺 30 萬千瓦汽輪發(fā)電機(jī)，因勵磁回路兩 點接地使大軸和汽缸磁化， 為退磁需停機(jī)一個月以上， 各項經(jīng)濟(jì)損失 需上千萬元。 勵磁回路發(fā)生兩點接地故障引起的后果非常復(fù)雜， 處理很麻煩近年來，大型汽輪發(fā)電機(jī)均裝設(shè)一點接地保護(hù)。但在一點接地保 護(hù)動作于信號還是動作于跳閘的問題上， 存在著不同的看法。 主張動 作于信號者，則考慮裝設(shè)兩點接地保護(hù)；主張動作于停機(jī)者，則認(rèn)為 不必再裝設(shè)兩點接地保護(hù)，這有利于避免發(fā)生汽機(jī)磁化。另

38、外，由于 目前尚缺少選擇性好、 靈敏度高、 經(jīng)常投運且運行經(jīng)驗成熟的勵磁回 路兩點接地保護(hù)裝置， 所以也有不裝設(shè)兩點接地保護(hù)的意見， 進(jìn)口大 型機(jī)組，很多不裝兩點接地保護(hù)。ABB公司的UN5000型勵磁系統(tǒng)中帶有電橋式轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置， 他們對轉(zhuǎn)子接地保護(hù)的設(shè)計思想是： 當(dāng)勵磁回路絕緣電阻下降到一定 值時報警，繼續(xù)下降至一定值時，保護(hù)動作切除發(fā)電機(jī)組，以防止發(fā) 生兩點接地導(dǎo)致災(zāi)難性事故。6.2.6 定子對稱過負(fù)荷發(fā)電機(jī)對稱過負(fù)荷通常是由于系統(tǒng)中大電源切除、生產(chǎn)過程短時 沖擊性負(fù)荷、大型電動機(jī)自起動、強行勵磁、失磁、同期操作及振蕩 等原因引起的。對于大型發(fā)電機(jī)，定子和轉(zhuǎn)子的材料利用率很高，發(fā) 電

39、機(jī)的熱容量（WS/C）與銅損、鐵損之比顯著下降，因而熱時間常 數(shù)也比較小。 從限制定子繞組溫升的角度， 實際上就是要限制定子繞 組電流，所以實際上對稱過負(fù)荷保護(hù)，就是定子繞組對稱過流保護(hù)。發(fā)電機(jī)過負(fù)荷，即要在電網(wǎng)事故情況下充分發(fā)揮發(fā)電機(jī)的過負(fù)荷 能力，對電網(wǎng)起到最大程度的支撐， 又要在危及發(fā)電機(jī)安全的情況及 時將發(fā)電機(jī)解列，防止發(fā)電機(jī)的損壞。對于 600MV汽輪發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)具有一定的短時過負(fù)荷能力，從額定工況下的穩(wěn)定溫度起始，能承受倍額定定子電流下運行至少一分鐘。允許的電樞電流和持續(xù)時間（直到120秒）如下表所示:發(fā)電機(jī)定子繞組過負(fù)荷能力時間（秒）103060120電樞電流（%2261541

40、30116大型發(fā)電機(jī)定子過負(fù)荷保護(hù)，跟據(jù)過負(fù)荷能力，一般由定時限和 反時限兩部分組成。定子不對稱過負(fù)荷電力系統(tǒng)中發(fā)生不對稱短路，或三相負(fù)荷不對稱（大型單相負(fù)荷） 時，將有負(fù)序電流流過發(fā)電機(jī)的定子繞組， 并在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生兩 倍同步轉(zhuǎn)速的磁場，從而在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生倍頻電流。汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子由整塊鋼鍛壓而成，繞組置于槽中，倍頻電流由 于集膚效應(yīng)的作用，主要在轉(zhuǎn)子表面流通，并經(jīng)轉(zhuǎn)子本體槽楔和阻尼 條，在轉(zhuǎn)子的端部附近約 10%- 30%勺區(qū)域內(nèi)沿周向構(gòu)成閉合回路。 這一周向電流，有很大的數(shù)值，例如一臺600MW機(jī)組，可達(dá)250300kA。這樣大的頻倍電流流過轉(zhuǎn)子表層時，將在護(hù)環(huán)與轉(zhuǎn)子本體之 間和槽楔與槽

41、壁之間等接觸上形成熱點，將轉(zhuǎn)子燒傷。倍頻電流還將 使轉(zhuǎn)子的平均溫度升高，使轉(zhuǎn)子撓性槽附近斷面較小的部位和槽楔、 阻尼環(huán)與阻尼條等分流較大的部位， 形成局部高溫，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)子表 層金屬材料的強度下降，危及機(jī)組的安全。此外，轉(zhuǎn)子本體與護(hù)環(huán)的 溫差超過允許限度，將導(dǎo)致護(hù)環(huán)松脫，造成嚴(yán)重的破壞。為防止發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子遭受負(fù)序電流的損傷，大型汽輪發(fā)電機(jī)都要 求裝設(shè)比較完善的負(fù)序電流保護(hù)，因為他保護(hù)的對象是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子， 是轉(zhuǎn)子表層負(fù)序發(fā)熱的唯一主保護(hù)，因此，習(xí)慣上稱它為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子 表層負(fù)序過負(fù)荷保護(hù)，它由定時限和反時限兩部分組成。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子長期承受負(fù)序電流的能力和短時承受負(fù)序電流發(fā)熱的2能力I2t，是整定負(fù)序

42、電流保護(hù)的依據(jù)。勵磁回路過流我廠660MW發(fā)電機(jī)，在額定工況穩(wěn)定溫度下，發(fā)電機(jī)勵磁繞組允 許在勵磁電壓為125癥定值下運行一分鐘，允許的勵磁電壓與持續(xù) 時間（直到120秒）如下表所示：發(fā)電機(jī)勵磁繞組過負(fù)荷能力時間（秒）103060120勵磁電壓（%208146125112在發(fā)電機(jī)過勵限制器失靈或強勵動作后返回失靈時，為了使發(fā)電 機(jī)勵磁繞組不致過熱損壞，裝設(shè)有：定時限和反時限勵磁繞組過負(fù)荷 保護(hù)，后者作用解列滅磁。針對發(fā)電機(jī)的各種工況，自動調(diào)整勵磁裝 置都設(shè)有勵磁限制，為防止勵磁繞組過電流，設(shè)有過勵限制器，防止 勵磁繞組過負(fù)荷，可靠性由勵磁調(diào)節(jié)器來保證。三套反時限保護(hù)的作用：定子過負(fù)荷、轉(zhuǎn)子表層

43、負(fù)序過負(fù)荷、勵 磁回路過負(fù)荷三套反時限保護(hù)有各自明確的保護(hù)職責(zé)， 特別是第二個 反時限保護(hù)， 它是轉(zhuǎn)子表層負(fù)序發(fā)熱的唯一主保護(hù)， 完全由發(fā)電機(jī)的 轉(zhuǎn)子安全來決定它的動作延時大小。 這三套過負(fù)荷保護(hù)， 被看作是發(fā) 電機(jī)安全運行的一道屏障， 在靈敏度和延時方面， 都不考慮與其他短 路保護(hù)相配合，發(fā)電機(jī)的發(fā)熱狀況，是其整定的唯一根據(jù)，用于在各 種異常運行情況下保障機(jī)組的安全。經(jīng)實例計算，利用上述反時限電流保護(hù)，外部遠(yuǎn)處短路時動作往 往太慢，外部近處短路時動作又可能太快， 不符合后備保護(hù)選擇性要 求。對于大機(jī)組已有雙重主保護(hù)，兩套主保護(hù)互為快速后備，并且配 備專用的后備保護(hù)， 利用此三套反時限保護(hù)來兼

44、作后備保護(hù)的現(xiàn)實意 義不大。6.2.9 過電壓大型汽輪發(fā)電機(jī)運行中出現(xiàn)危及絕緣安全的過電壓是比較常見的 現(xiàn)象，當(dāng)滿負(fù)荷下突然甩去全部負(fù)荷，電樞反應(yīng)突然消失，由于調(diào)速 系統(tǒng)和自動調(diào)整勵磁裝置都是由慣性環(huán)節(jié)組成， 轉(zhuǎn)速仍將上漲， 勵磁 電流不能突變， 使得發(fā)電機(jī)電壓在短時間內(nèi)也要上升， 如果沒有自動 電壓調(diào)節(jié)器或勵磁系統(tǒng)在手動方式運行， 恒勵磁電流調(diào)節(jié)， 則電壓繼 續(xù)上升一直到達(dá)由同步電抗所決定的最大值， 其值可能達(dá)到倍額定 值，持續(xù)時間可能達(dá)到數(shù)秒，甩負(fù)荷將導(dǎo)致嚴(yán)重的發(fā)電機(jī)電壓升高。發(fā)電機(jī)主絕緣的工頻耐壓水平，一般為倍額定電壓持續(xù)60S,而 實際過電壓的數(shù)值和持續(xù)時間可能超過試驗電壓和允許時間，

45、因此， 對發(fā)電機(jī)主絕緣構(gòu)成了直接威脅。 ABB的UN5000型勵磁調(diào)節(jié)器在發(fā) 電機(jī)開關(guān)斷開時，將勵磁電流調(diào)節(jié)器的給定值復(fù)歸到空載勵磁電流 值。盡管這樣， 還是不能完全避免發(fā)電機(jī)定子過電壓的發(fā)生。因此大 型汽輪發(fā)電機(jī)均裝設(shè)過電壓保護(hù)， 保持動作電壓為倍額定電壓， 經(jīng)延 時作用于解列滅磁。6.2.10 過勵磁由于發(fā)電機(jī)或變壓器發(fā)生過勵磁故障時并非每次都造成設(shè)備的明 顯破壞，往往容易被人忽視，但是多次反復(fù)過勵磁，將因過熱而使絕 緣老化，降低設(shè)備的使用壽命。當(dāng)過勵倍數(shù)大于 1 時發(fā)電機(jī)的過勵磁，主要表現(xiàn)在發(fā)電機(jī)定子鐵 芯背部漏磁場增強， 在定子鐵芯的定位筋中感應(yīng)電勢， 并通過定子鐵 芯構(gòu)成閉路，流過電

46、流，不僅造成嚴(yán)重過熱，還可能在定位筋和定子 鐵芯接觸面造成火花放電，這對氫冷發(fā)電機(jī)組十分不利。發(fā)電機(jī)運行中造成過激磁原因：機(jī)組并列前；操作錯誤；誤加勵磁電流引起激磁；發(fā)電機(jī) PT斷線造成誤判斷；啟動過程中誤將電壓 升至額定值， 發(fā)電機(jī)因低頻運行而導(dǎo)致過勵磁； 停機(jī)過程中滅磁開關(guān) 拒動，自動勵磁調(diào)節(jié)器為保持機(jī)端額定電壓，使發(fā)電機(jī)遭受過勵磁； 發(fā)電機(jī)出口開關(guān)跳閘后， 若勵磁手動運行或自動失靈， 電壓與頻率均 會升高，因頻率升高較慢引起發(fā)電機(jī)過激磁。發(fā)電機(jī)的允許過激磁倍數(shù)一般低于變壓器過激磁倍數(shù)，更易遭受 過激磁的危害， 因此大型發(fā)電機(jī)需裝設(shè)性完善的過激磁保護(hù)。 對于發(fā) 電機(jī)出口裝設(shè)開關(guān)的發(fā)電機(jī)變壓

47、器組， 發(fā)電機(jī)和變壓器的過激磁保護(hù)應(yīng)單獨設(shè)置。6.2.11頻率異常頻率降低對發(fā)電機(jī)有以下各方面的影響：頻率降低引起轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速降低，使轉(zhuǎn)子兩端進(jìn)風(fēng)量降低，引起發(fā) 電機(jī)的冷卻條件變壞，各部分的溫度升高。頻率降低，由于發(fā)電機(jī)的電勢和頻率磁通成正比，為保持電勢不 變，就要增加勵磁電流，使轉(zhuǎn)子線圈的溫度升高。頻率降低時，為保持機(jī)端電壓不變，就得增加磁通，使定子鐵芯 飽和，機(jī)座的某些結(jié)構(gòu)部件產(chǎn)生局部高溫，有的部位甚至冒火星。低頻工況運行導(dǎo)致廠用電動機(jī)的轉(zhuǎn)速降低，影響發(fā)電機(jī)的出力， 并直接威脅著發(fā)電機(jī)甚至整個電廠和系統(tǒng)的安全運行。一方面由于低頻的同時存在系統(tǒng)無功缺額，另一方面由于發(fā)電機(jī) 轉(zhuǎn)速下降，同等勵磁條

48、件下機(jī)端電壓下降，廠用系統(tǒng)低電壓，嚴(yán)重的 低頻降可能導(dǎo)致系統(tǒng)頻率崩潰或電壓崩潰。當(dāng)發(fā)電機(jī)頻率低于額定值一定范圍時，發(fā)電機(jī)的輸出功率應(yīng)降低， 功率降低一般與頻率降低成一定比例，在低頻運行時發(fā)電機(jī)如果發(fā)生 過負(fù)荷，如上所述會導(dǎo)致發(fā)電機(jī)的熱損傷， 但限制汽輪發(fā)電機(jī)組低頻 運行的決定性因素是汽輪機(jī)而不是發(fā)電機(jī)。頻率異常保護(hù)主要用于保護(hù)汽輪機(jī)，防止汽輪機(jī)葉片及其拉金的 斷裂事故。汽輪機(jī)的葉片，都有一自振頻率 fv，如果發(fā)電機(jī)運行頻率 升高或者降低，當(dāng)fv kn 7.5Hz時葉片將發(fā)生諧振，其中k為諧振倍率，k=1, 2, 3，n為轉(zhuǎn)速（r/min ），葉片承受很大的諧振應(yīng)力, 使材料疲勞，達(dá)到材料所不允

49、許的限度時，葉片或拉金就要斷裂，造 成嚴(yán)重事故。材料的疲勞是一個不可逆的積累過程， 所以汽輪機(jī)都給 出在規(guī)定的頻率下允許的累計運行時間。從對汽輪機(jī)葉片及其拉金影響的積累作用方面看，頻率升高對汽 輪機(jī)的安全也是有危險的，所以頻率異常保護(hù)應(yīng)當(dāng)包括反應(yīng)頻率升高 的部分。由于頻率升高是通過機(jī)組的調(diào)速系統(tǒng)作用、 超速保護(hù)來實現(xiàn)， 而且頻率升高大多數(shù)是在輕負(fù)荷或空載時發(fā)生，此時汽輪機(jī)葉片和拉 金所承受的應(yīng)力，要比低頻滿載時小得多，所以一般頻率異常保護(hù)中， 不設(shè)置反應(yīng)頻率升高的部分，而只包括反應(yīng)頻率下降的部分，并稱為 低頻保護(hù)。我廠660MW氣輪發(fā)電機(jī)組能在Hz范圍內(nèi)安全連續(xù)運行，當(dāng)頻率 偏差大于下表頻率值

50、時，低頻保護(hù)應(yīng)該據(jù)此設(shè)定各段動作頻率和相應(yīng) 時限。發(fā)電機(jī)頻率在時允許運行時間:頻率（Hz）允許時間每次（sec）累計（min）>30>30>180>180連續(xù)運行>300>300>60>60>20>10>5>56212發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)之間失步對于大機(jī)組和超高壓電力系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)裝有快速響應(yīng)的自動調(diào)整 勵磁裝置，并與升壓變壓器組成單元接線，送電網(wǎng)絡(luò)不斷擴(kuò)大，使發(fā) 電機(jī)與系統(tǒng)的阻抗比例發(fā)生了變化。發(fā)電機(jī)和變壓器阻抗值增加了， 而系統(tǒng)的等效阻抗值下降了。因此，振蕩中心常落在發(fā)電機(jī)機(jī)端或升 壓變壓器范圍內(nèi)。如下圖所示為主變高壓側(cè) AB相

51、故障延時切除引起 的發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)失步振蕩波形，發(fā)電機(jī)機(jī)端測量電流、電壓波形。發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)失步振蕩波形由于振蕩中心落在機(jī)端附近，使振蕩過程對機(jī)組的影響加重了。 機(jī)端電壓周期性地嚴(yán)重下降 ，這點對大型汽輪發(fā)電機(jī)的安全運行特 別不利。因為機(jī)爐的輔機(jī)都由接在機(jī)端的廠用變壓器供電， 電壓周期 性地嚴(yán)重下降，將使廠用機(jī)械的工作穩(wěn)定性遭到破壞， 甚至使一些重 要電動機(jī)停運，導(dǎo)致停機(jī)、 停爐或主輔設(shè)備的損壞。對于直吹式制粉 系統(tǒng)的鍋爐， 由于一次風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速周期性嚴(yán)重下降， 可能導(dǎo)致一次粉管 中大量煤粉積沉，鍋爐也可能瀕臨滅火，電壓回升后，轉(zhuǎn)速又急劇增 長，大量煤粉突然涌入爐膛，可能因此而引起爐膛爆炸。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速

52、的暫態(tài)上升，隨后失步，汽機(jī)超速保護(hù)將動作將調(diào)速 汽門關(guān)閉，直到又恢復(fù)同步速為止。這樣，就使單元制機(jī)組的再熱器 蒸汽流量的迅速改變， 隨之而來的是主汽壓力和溫度的瞬變， 直流式 鍋爐的中間段的大幅改變，爐管承受劇烈的熱應(yīng)力。發(fā)電機(jī)長時失步運行，將造成電廠整個生產(chǎn)流程擾亂和破壞，可 能造成一些無法預(yù)見的后果。失步振蕩電流在較長時間內(nèi)反復(fù)出現(xiàn)， 使大型發(fā)電機(jī)組遭受沖擊力和熱損傷， 在短路伴隨振蕩下， 定子繞組 端部先后承受短路電流和振蕩電流產(chǎn)生的應(yīng)力， 使定子繞組端部出現(xiàn) 嚴(yán)重的機(jī)械損傷。 振蕩過程中出現(xiàn)的扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩， 周期性作用于機(jī)組軸 系，使大軸扭傷，縮短運行壽命。對于電力系統(tǒng)來說，大機(jī)組與系統(tǒng)

53、之間失步，如不能及時和妥善處理，可能擴(kuò)大到整個電力系統(tǒng)，導(dǎo)致 電力系統(tǒng)的崩潰。由于上述原因，對于大機(jī)組，特別是在單機(jī)容量所占比例較大的600MV汽輪發(fā)電機(jī)，需要裝設(shè)失步保護(hù)，用以及時檢出失步故障，迅 速采取措施， 以保障機(jī)組和電力系統(tǒng)的安全運行。 為了防止發(fā)電機(jī)失 步和電力系統(tǒng)的振蕩， 發(fā)電廠端往往采取一系列的安全穩(wěn)定措施， 如 超高速繼電保護(hù)、重合閘裝置、高起始響應(yīng)勵磁調(diào)節(jié)器和PSS功率穩(wěn) 定器、聯(lián)鎖切機(jī)等。需要提到的是利用DEHF ACC加速度控制快關(guān)中 壓調(diào)節(jié)汽門功能， 將可能避免由于短路故障誘發(fā)的失步， 可能將不穩(wěn) 定振蕩轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定振蕩，這對于在線穩(wěn)定機(jī)組將大有好處。因此，對 于穩(wěn)定振

54、蕩，發(fā)電機(jī)也沒有必要跳閘。當(dāng)振蕩中心落于機(jī)端附近時， 對于從機(jī)端取用勵磁電源的自并激勵磁方式發(fā)電機(jī)組將非常不利， 失 步將導(dǎo)致發(fā)電機(jī)失磁，使事故來得更為復(fù)雜。因此，當(dāng)檢測到振蕩中 心落在發(fā)電機(jī)變壓器內(nèi)部時，失步保護(hù)應(yīng)動作于全停。6.2.13 誤上電（盤車狀態(tài)下誤合閘）發(fā)電機(jī)在盤車過程中， 由于出口開關(guān)誤合閘， 突然加上三相電壓， 而使發(fā)電機(jī)出現(xiàn)異步啟動的情況， 在國外曾多次出現(xiàn)過， 它能在幾秒 鐘內(nèi)給機(jī)組造成損傷。 盤車中的發(fā)電機(jī)突然加電壓后， 流過發(fā)電機(jī)定 繞組的電流可達(dá)34倍額定值，定子電流所建立的旋轉(zhuǎn)磁場，將在 轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生差頻電流， 如果不及時切除電源， 流過電流的持續(xù)時間過2長，則在轉(zhuǎn)

55、子上產(chǎn)生的熱效應(yīng) 以將超過允許值，引起轉(zhuǎn)子過熱而遭 到損壞。此外，突然加速，還可能因潤滑油壓低而使軸瓦遭受損壞。因此，對這種突然加電壓的異常運行狀況，應(yīng)當(dāng)有相應(yīng)的保護(hù)裝 置，以迅速切除電源。對于這種工況，逆功率保護(hù)、失磁保護(hù)、機(jī)端 全阻抗保護(hù)也能反應(yīng)，但由于需要設(shè)置無延時元件；盤車狀態(tài)，電壓 互感器和電流互感器都已退出，限制了其兼作突加電壓保護(hù)的使用。 一般來說，設(shè)置專用的誤合閘保護(hù)比較好， 不易出現(xiàn)差錯， 維護(hù)方便。 6.2.14 啟動和停機(jī)時故障有些情況下，由于操作上的失誤或其它原因使發(fā)電機(jī)在啟動或停 機(jī)過程中有勵磁電流， 而此時發(fā)電機(jī)正好存在短路或其它故障， 由于 此時發(fā)電機(jī)的頻率低，許

56、多保護(hù)繼電器的動作特性受頻率影響較大， 在這樣低的頻率下，不能正確工作，有的靈敏度大大降低，有的則根 本不能動作。鑒于上述情況，對于在低轉(zhuǎn)速下可能加勵磁電壓的發(fā)電機(jī)通常要 裝設(shè)反應(yīng)定子接地故障和反應(yīng)相間短路故障的保護(hù)裝置。這種保護(hù)， 一般稱為啟停機(jī)保護(hù)。 現(xiàn)在一些微機(jī)保護(hù)裝置都有頻率自適應(yīng) （跟蹤） 功能，保證偏離工頻時，特別在發(fā)電機(jī)在開停機(jī)過程（565HZ,不 影響保護(hù)的靈敏度。國內(nèi)常用方法是當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速低于 2990r/min 時，閉鎖勵磁裝置，禁止合勵磁開關(guān)。6.2.15 逆功率汽輪機(jī)在其主汽門關(guān)閉后，發(fā)電機(jī)變?yōu)橥诫妱訖C(jī)運行，從電機(jī) 可逆的觀點來看，逆功率運行對發(fā)電機(jī)毫無影響。但是對于

57、汽輪機(jī)， 其轉(zhuǎn)子將被發(fā)電機(jī)拖動保持 3000r/min 高速旋轉(zhuǎn)，葉片將和滯留在汽 缸內(nèi)的蒸汽產(chǎn)生鼓風(fēng)磨擦， 所產(chǎn)生的熱量不能為蒸汽所帶走， 從而使 汽輪機(jī)的葉片 （主要是低壓缸和中壓缸末級葉片） 和排汽端缸溫急劇 升高，使其過熱而損壞，一般規(guī)定逆功率運行不得超過3mi n。因此大型機(jī)組都要求裝設(shè)逆功率保護(hù)， 當(dāng)發(fā)生逆功率時， 以一定的延時將 機(jī)組從電網(wǎng)解列。主汽門關(guān)閉后，發(fā)電機(jī)有功功率下降并變到某一負(fù)值，幾經(jīng)擺動 之后達(dá)到穩(wěn)態(tài)值。發(fā)電機(jī)的有功損耗，一般約為額定值的1%，而汽輪機(jī)的損耗與真空度及其他因素有關(guān)，一般約為額定值的3% 4%，有時還要稍大些。因此，發(fā)電機(jī)變電動機(jī)運行后，從電力系統(tǒng)中吸收 的有功功率穩(wěn)態(tài)值約為額定值的 4滄5%而最大暫態(tài)值可達(dá)到額定 值的 10%左右。當(dāng)主汽門有一定的漏泄時，實際逆功率還要比上述數(shù) 值小些?，F(xiàn)代大型機(jī)組一般設(shè)置兩套逆功率保護(hù)， 一套是常規(guī)的逆率保護(hù)。 另一套是程序跳閘專用的逆率保護(hù)， 用于防止汽輪機(jī)主汽門關(guān)閉不嚴(yán) 而造成飛車危險， 當(dāng)主汽門關(guān)閉時用逆功率元件來將機(jī)組從電網(wǎng)安全 解列。6.