核電廠電氣原理與設(shè)備單元22課時43-44發(fā)電機(jī)保護(hù)

第22單元發(fā)電機(jī)的保護(hù)

授課人：日期：中電投高級培訓(xùn)中心22.1發(fā)電機(jī)的故障和不正常工作狀態(tài)一、發(fā)電機(jī)的不正常工作狀態(tài)二、保護(hù)類型三、發(fā)電機(jī)的縱差保護(hù)1.發(fā)電機(jī)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(fā)電機(jī)定子繞組內(nèi)部相間短路是發(fā)電機(jī)最嚴(yán)重的故障，若不能及時切除，將燒毀整個發(fā)電機(jī)，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。定子匝間短路故障---會在短路回路中產(chǎn)生很大的電流，燒傷或燒毀發(fā)電機(jī)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(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。當(dāng)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(fā)展成危害更大的定子繞組相間或匝間短路。（2）轉(zhuǎn)子（勵磁繞組）故障：轉(zhuǎn)子接地故障---接地故障對汽輪機(jī)發(fā)電組的影響不是很大，一般允許繼續(xù)運行一段時間，但發(fā)生轉(zhuǎn)子兩點接地時，由于故障點流過相當(dāng)大的故障電流會燒傷轉(zhuǎn)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(shè)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(fā)電機(jī)進(jìn)入異步運行狀態(tài)，對系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)的安全運行都有很大的影響。

為了快速消除上述發(fā)電機(jī)故障，要求配置完備的繼電保護(hù)，并在保護(hù)動作與發(fā)電機(jī)斷路器的同時，還必須動作于自動滅磁開關(guān)，斷開發(fā)電機(jī)的勵磁回路，以使轉(zhuǎn)子回路電流不會在定子繞組中再感應(yīng)電勢，繼續(xù)供給短路電流。2.發(fā)電機(jī)的不正常運行狀態(tài)（1）區(qū)外短路引起的：對稱過流---發(fā)生外部對稱三相短路時，三相對稱短路電流流過發(fā)電機(jī)定子繞組，會引起發(fā)電機(jī)定子過熱。負(fù)序（不對稱）過流---發(fā)電機(jī)負(fù)序過流會引起轉(zhuǎn)子鐵芯嚴(yán)重過熱，甚至?xí)龤Оl(fā)電機(jī)的鐵芯，護(hù)環(huán)及槽楔。（2）系統(tǒng)問題引起的：對稱過負(fù)荷---正常運行時，發(fā)電機(jī)不允許過負(fù)荷。在事故情況下，為了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和保證對重要用戶的供電，才允許短時間過負(fù)荷運行。定負(fù)序（不對稱）過負(fù)荷---轉(zhuǎn)子過熱。（機(jī)組過負(fù)荷，負(fù)荷分的大）過勵磁---并非每次都造成設(shè)備的明顯破壞，但是多次重復(fù)過勵磁，將因過熱而使絕緣老化，降低設(shè)備的使用壽命。頻率異常---汽輪機(jī)的葉片都有一個自然振動頻率，如果發(fā)電機(jī)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(dǎo)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(fā)電機(jī)或發(fā)生大范圍停電事故，系統(tǒng)崩潰。（3）誤操作等引起的：過電壓---繞組勵磁調(diào)節(jié)器故障等原因會引起發(fā)電機(jī)過電壓，將會影響發(fā)電機(jī)的絕緣壽命。逆功率---發(fā)電機(jī)的功率方向應(yīng)該為由發(fā)電機(jī)流向母線，但是當(dāng)主汽門誤關(guān)閉或其他原因，發(fā)電機(jī)有可能變?yōu)殡妱訖C(jī)運行，從系統(tǒng)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(jī)末級葉片過熱疲勞。

誤上電（突加電壓）---當(dāng)發(fā)電機(jī)盤車或轉(zhuǎn)子靜止時發(fā)生誤合閘操作，定子電流在氣隙產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場會在轉(zhuǎn)子本體中感應(yīng)工頻或接近工頻的電流，會引起轉(zhuǎn)子過熱而損壞。22.2保護(hù)類型22.2保護(hù)類型發(fā)電機(jī)保護(hù)的配置原則當(dāng)發(fā)電機(jī)故障時應(yīng)能將損失減小到最小，在異常運行狀況時應(yīng)在充分利用發(fā)電機(jī)自身能力的前提下確保機(jī)組本身的安全。對大型發(fā)電機(jī)—變壓器組的主保護(hù)，要保證在保護(hù)范圍內(nèi)任一點發(fā)生各種故障，均有雙重或多重主保護(hù)，有選擇地、快速地、靈敏地切除故障。（一）發(fā)電機(jī)應(yīng)裝設(shè)的保護(hù)（1）縱聯(lián)差動保護(hù)（2）發(fā)電機(jī)橫差保護(hù)（3）定子繞組接地保護(hù)（4）轉(zhuǎn)子繞組接地保護(hù)（5）發(fā)電機(jī)負(fù)序過流保護(hù)（6）發(fā)電機(jī)過電壓保護(hù)（7）發(fā)電機(jī)過勵磁保護(hù)（8）發(fā)電機(jī)失步保護(hù)（9）發(fā)電機(jī)對稱過流保護(hù)（一）發(fā)電機(jī)應(yīng)裝設(shè)的保護(hù)（10）發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)（11）發(fā)電機(jī)過負(fù)荷保護(hù)（12）發(fā)電機(jī)頻率異常保護(hù)（13）勵磁繞組過負(fù)荷保護(hù)（14）大容量發(fā)電機(jī)還應(yīng)考慮配置低頻保護(hù)、過頻保護(hù)、起停機(jī)保護(hù)、誤上電保護(hù)、斷口閃絡(luò)保護(hù)等（二）大型核電廠發(fā)電機(jī)保護(hù)出口方式大型核電廠發(fā)電機(jī)保護(hù)出口方式可以包括以下幾種：（1）發(fā)電機(jī)-變壓器組全停。斷開主變壓器高壓側(cè)開關(guān)、發(fā)電機(jī)開關(guān)、高壓廠用工作變壓器6KV側(cè)開關(guān)，滅磁，關(guān)閉主汽門，廠用電源切換等。（2）停機(jī)。斷開發(fā)電機(jī)開關(guān)，滅磁，關(guān)閉主汽門等。（3）解列滅磁。斷開發(fā)電機(jī)開關(guān)，滅磁，汽輪機(jī)甩負(fù)荷等。（4）解列。斷開發(fā)電機(jī)開關(guān)，汽輪機(jī)甩負(fù)荷等。（5）孤島運行。斷開主變壓器高壓側(cè)開關(guān)，汽輪機(jī)減出力帶廠用負(fù)荷運行，（6）程序跳閘。首先關(guān)閉主汽門，待逆功率繼電器動作后，再跳開發(fā)電機(jī)開關(guān)并滅磁。（7）減勵磁。將發(fā)電機(jī)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(tǒng)切換到備用勵磁電源系統(tǒng)。（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(fā)出聲光信號。22.3發(fā)電機(jī)的縱差保護(hù)發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)是發(fā)電機(jī)內(nèi)部相間短路故障的主保護(hù)，用來反映發(fā)電機(jī)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(hù)匝間短路故障。

（一）保護(hù)原理接線兩組TA特性、變比一致正常運行或區(qū)外故障時：內(nèi)部故障時：一、縱聯(lián)差動保護(hù)（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(wěn)態(tài)最大誤差非周期分量系數(shù)1.5～2同型系數(shù)0.5或1外部短路時的最大短路電流二次值一、縱聯(lián)差動保護(hù)2.當(dāng)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(hù)最大制動系數(shù)：一般取0.2~0.4；（三）采用比率制動特性的差動保護(hù)比率制動特性的斜率（四）發(fā)電機(jī)縱差動保護(hù)的靈敏性計算條件：（1）發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)并列運行以前，其出口發(fā)生兩相短路；（2）發(fā)電機(jī)采用自同期并列時，在系統(tǒng)最小運行方式下，其口發(fā)生兩相短路；要求（五）評價(1)中性點附近存在死區(qū)距中性點處發(fā)生三相短路，故障點電阻為有必要設(shè)法減小定值以提高靈敏度，減小死區(qū)22.3發(fā)電機(jī)的縱差保護(hù)(2)不能反應(yīng)匝間短路(3)不能反映接地故障短路電流很小，差動保護(hù)不能動作（五）評價(4)不受過負(fù)荷和系統(tǒng)振蕩的影響1.原理接線二、發(fā)電機(jī)的不完全縱聯(lián)差動保護(hù)

機(jī)端側(cè)的全電流和中性點側(cè)的分支電流構(gòu)成不完全縱差保護(hù)。ABCTA2TA1

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