新聞主題	發(fā)電機過(guò)勵磁、低頻、誤上電及斷路器閃絡(luò )保護

 

一、發(fā)電機過(guò)勵磁保護

 

發(fā)電機的工作磁密與電壓成正比、與頻率成反比。對于發(fā)電機，當n＝U/f（標幺值）大于1時(shí)，會(huì )引起發(fā)電機過(guò)勵磁。過(guò)勵磁主要表現為發(fā)電機鐵芯飽和之后諧波磁密增加，使附加損耗增加，引起過(guò)熱。另外由于定子鐵芯背部漏磁場(chǎng)增強，處于這一漏磁場(chǎng)中的定子定位筋，也要感應出電動(dòng)勢，并且與相鄰定位筋中的感應電動(dòng)勢存在相位差，并通過(guò)定子鐵芯形成閉路。在定位筋附近的部位電流密度很大，將引起局部過(guò)熱，造成發(fā)電機組局部燒傷。

 

當發(fā)電機的U/f有較小的變化時(shí)，就有可能引起過(guò)勵磁。過(guò)勵磁使鐵芯飽和時(shí)，漏磁場(chǎng)增大，使附近金屬構件及油箱產(chǎn)生渦流損失，繞組導線(xiàn)也會(huì )產(chǎn)生渦流損失。這些損失造成發(fā)熱，使絕緣受損及金屬構件機械變形。此外，鐵芯飽和時(shí)，勵磁電流急劇增大，且含有大量高次諧波分量。而鐵芯和其他金屬部件的渦流損耗與頻率平方成正比，所以將會(huì )導致發(fā)電機嚴重過(guò)熱。如果過(guò)勵磁倍數較大，且持續運行時(shí)間過(guò)長(cháng)，將使發(fā)電機絕緣老化，縮短發(fā)電機的壽命，甚至遭到損壞。因此，對于造價(jià)高、檢修困難、停電損失較大的大型發(fā)電機應裝設專(zhuān)用的過(guò)勵磁保護。

 

發(fā)電機后側視角圖

 

當發(fā)電機發(fā)生過(guò)電壓時(shí)，發(fā)電機的勵磁電流也將急劇增大，而這一勵磁電流中的三次諧波和五次諧波成分十分顯著(zhù)。在其他工況下三次諧波也會(huì )經(jīng)常出現，特別是內部短路電流很大時(shí)將有很顯著(zhù)的三次諧波成分。因此三次諧波不能作為判斷過(guò)勵磁的特征量，而五次諧波則可作為判斷特征量，發(fā)電機差動(dòng)保護一般選擇五次諧波與基波的比不小于35％作為過(guò)勵磁閉鎖差動(dòng)保護的判據。

 

一般來(lái)說(shuō)，發(fā)電機承受過(guò)勵磁能力比發(fā)電機要弱一些，當發(fā)電機和發(fā)電機之間不設斷路器時(shí)，過(guò)勵磁保護可按發(fā)電機過(guò)勵磁特性來(lái)整定。過(guò)勵磁保護可采用定時(shí)限和反時(shí)限兩種，對于大型發(fā)電機組一般采用反時(shí)限特性。過(guò)勵磁保護反應過(guò)勵磁倍數n＝U/f的增加而動(dòng)作，n的反時(shí)限允許特性曲線(xiàn)見(jiàn)圖1。

 

發(fā)電機過(guò)勵磁保護反時(shí)限允許特性曲線(xiàn)圖

 

過(guò)勵磁保護動(dòng)作邏輯框圖如圖2所示。

 

圖2 發(fā)電機過(guò)勵磁保護動(dòng)作邏輯框圖

二、發(fā)電機逆功率保護

 

發(fā)電機逆功率保護主要用于保護柴油機。當主汽門(mén)誤關(guān)閉時(shí)或機爐保護動(dòng)作于主汽門(mén)關(guān)閉而發(fā)電機并未從系統解列時(shí)，發(fā)電機就變成了同步電動(dòng)機運行，從電力系統吸收有功功率。這種工況，對發(fā)電機并無(wú)危險。但由于柴油機的鼓風(fēng)損失，其尾部葉片有可能過(guò)熱，造成柴油機事故，因此發(fā)電發(fā)電機組不允許在這種狀況下長(cháng)期運行。

 

逆功率保護有兩種實(shí)現方法。其一是反應逆功率大小的逆功率保護，由于各種原因導致失去原動(dòng)力，發(fā)電機變?yōu)殡妱?dòng)機運行時(shí)逆功率保護動(dòng)作跳開(kāi)主斷路器。發(fā)電機功率用三相電壓、三相電流計算得到。另外一種是習慣上稱(chēng)為程序跳閘的逆功率保護。發(fā)電機在過(guò)負荷、過(guò)勵磁、失磁等各種異常運行保護動(dòng)作后需要程序跳閘時(shí)，程序跳閘的逆功率保護動(dòng)作出口，先關(guān)閉柴油機的主汽門(mén)，然后由程序逆功率保護經(jīng)主汽門(mén)觸點(diǎn)閉鎖跳開(kāi)發(fā)電機一發(fā)電發(fā)電機組的主斷路器。在發(fā)電機停機時(shí)，可利用該保護的程序跳閘功能，先將柴油機中的剩余功率向系統送完后再跳閘，從而更能保證柴油機的安全。

 

該保護是以反應發(fā)電機從系統吸收有功功率的大小而動(dòng)作的，是以主汽門(mén)是否關(guān)閉的條件來(lái)決定動(dòng)作時(shí)間的。程序跳閘逆功率保護動(dòng)作邏輯框圖如圖3所示。

 

圖3 發(fā)電機程序跳閘逆功率保護動(dòng)作邏輯框圖

 

三、發(fā)電機低頻保護

 

發(fā)電機低頻保護主要用于保護柴油機不受低頻共振的影響。柴油機各節葉片都有一共振頻率，當系統頻率接近或等于共振頻率時(shí)，將引起葉片的共振而損壞柴油機。低頻運行對于柴油機而言是個(gè)疲勞過(guò)程，一般柴油機低頻運行累計達一定時(shí)間，柴油機將達到疲勞壽命。因此，低頻運行的時(shí)間是個(gè)積累的過(guò)程，而且不同的低頻有不同的積累速度。保護裝置停運不影響“低頻運行的時(shí)間”積累值。低頻保護反應系統頻率的降低，并受出口斷路器輔助觸點(diǎn)閉鎖，即發(fā)電機退出運行時(shí)低頻保護也自動(dòng)退出運行。發(fā)電機低頻保護動(dòng)作邏輯框圖如圖4所示。

 

圖4 發(fā)電機低頻保護動(dòng)作邏輯框圖

 

四、發(fā)電機誤上電保護及斷路器閃絡(luò )保護

 

1．發(fā)電機誤上電保護

發(fā)電機在盤(pán)車(chē)狀態(tài)下（低速旋轉），主斷路器誤合閘，系統三相電壓突然加在機端，使同步發(fā)電機處于異步啟動(dòng)工況，此時(shí)，由系統向發(fā)電機定子繞組倒送大電流。定子氣隙同步旋轉磁場(chǎng)和轉子有較大滑差，在轉子本體中感應差頻電流，會(huì )引起轉子過(guò)熱而損傷，是一種破壞性很大的故障。目前，大型發(fā)變組廣泛采用500kV電壓等級，3/2斷路器的接線(xiàn)方式增加了誤上電的幾率。為了大型發(fā)電發(fā)電機組的安全，通常要求裝設誤上電（誤合閘）保護。

誤上電保護原理有多種，這里介紹其中一種。誤上電保護將啟停機過(guò)程分為兩個(gè)階段，以開(kāi)機為例。第一階段：開(kāi)機→合磁場(chǎng)開(kāi)關(guān)。在此期間，由于無(wú)勵磁，發(fā)電機不可能進(jìn)行并網(wǎng)操作，因此只要發(fā)電機斷路器合閘和定子有電流，則必然為誤上電，瞬時(shí)跳閘。第二階段：合磁場(chǎng)開(kāi)關(guān)→并網(wǎng)。在此期間，用阻抗元件來(lái)區分并網(wǎng)和誤上電，并且誤上電情況越嚴重，跳閘也越快。誤上電保護邏輯框圖見(jiàn)圖5，保護動(dòng)作的幾種情況及判別如下：

（1）發(fā)電機盤(pán)車(chē)時(shí)，未加勵磁，斷路器誤合，造成發(fā)電機異步啟動(dòng)。采用兩組TV均低電壓延時(shí)t₁投入，電壓恢復，延時(shí)t₂（與低頻閉鎖判據配合）退出。

（2）發(fā)電機啟停過(guò)程中，已加勵磁，但頻率低于定值，斷路器誤合。采用低頻判據延時(shí)t₃投入，頻率判據延時(shí)t₄，返回，其時(shí)間應保證跳閘過(guò)程的完成。

（3）發(fā)電機啟停過(guò)程中，已加勵磁，但頻率高于定值，斷路器誤合或非同期。采用斷路器位置接點(diǎn)，經(jīng)控制字可以投退。判據延時(shí)t₃投入（考慮斷路器分閘時(shí)間），延時(shí)t₄，退出，其時(shí)間應保證跳閘過(guò)程的完成。

當發(fā)電機非同期合閘時(shí)，如果發(fā)電機斷路器兩側電動(dòng)勢相差180°附近，非同期合閘電流太大，跳閘易造成斷路器損壞，此時(shí)閉鎖跳出口斷路器，先跳滅磁開(kāi)關(guān)，當斷路器電流小于定值時(shí)再動(dòng)作于跳出口斷路器。

高壓廠(chǎng)用發(fā)電機低壓側斷路器誤合，也會(huì )導致發(fā)電機異步啟動(dòng)，高壓廠(chǎng)用發(fā)電機側斷路器誤合只經(jīng)過(guò)低頻判據閉鎖。

誤上電保護動(dòng)作，跳開(kāi)主斷路器，若主斷路器拒動(dòng)，應啟動(dòng)失靈保護。誤上電保護在發(fā)電機并網(wǎng)后自動(dòng)退出運行，解列后自動(dòng)投入運行。

2．斷路器閃絡(luò )保護

大型發(fā)變組在與系統進(jìn)行并列過(guò)程中，斷路器主觸點(diǎn)兩斷口之間可能承受兩側電動(dòng)勢絕對值之和（δ＝180°）的高電壓，有時(shí)會(huì )造成斷口閃絡(luò )事故。在高壓側斷路器剛跳開(kāi)不久的一段時(shí)間內，兩斷口之間也可能短時(shí)承受高電壓而引起閃絡(luò )。為盡快消除斷口閃絡(luò )故障而裝設斷路器閃絡(luò )保護。

如果斷路器未合閘而發(fā)電機定子有電流，則認為斷路器發(fā)生閃絡(luò )。斷口閃絡(luò )只考慮一相或兩相，不會(huì )三相同時(shí)閃絡(luò )。判斷條件為：

（1）斷路器三相位置接點(diǎn)均為斷開(kāi)狀態(tài)；

（2）負序電流大于整定值；

（3）發(fā)電機已加勵磁，機端電壓大于一固定值。

保護動(dòng)作首先使發(fā)電機滅磁，以降低斷口電壓，使之停止閃絡(luò )，無(wú)效時(shí)再啟動(dòng)失靈保護。

 

圖5 發(fā)電機誤上電保護邏輯框圖

 

五、啟停機保護

 

發(fā)電機未與系統并網(wǎng)的啟動(dòng)或停機過(guò)程中，頻率大幅度偏離額定值，諧波制動(dòng)的發(fā)電機差動(dòng)保護、三次諧波定子接地保護、負序電流保護等均不能正常工作。因此，要求配置在低頻下能工作的反應相間故障和定子接地故障的保護。對于發(fā)電機、發(fā)電機、廠(chǎng)用變、勵磁變的故障，各配置一組差回路過(guò)流保護。對于發(fā)電機定子接地故障，配置一套零序過(guò)電壓保護。由于發(fā)電機啟動(dòng)或停機過(guò)程中，定子電壓頻率很低，因此保護采用不受頻率影響的算法，以實(shí)現啟停機過(guò)程中對發(fā)電機的保護。

 

上述啟停機保護的投入可經(jīng)低頻元件閉鎖，也可經(jīng)斷路器位置輔助接點(diǎn)閉鎖。另外，發(fā)電機還配置有定子繞組對稱(chēng)過(guò)電流/過(guò)負荷保護、勵磁繞組過(guò)電流/過(guò)負荷保護等。這些保護通常均采用反時(shí)限特性。勵磁繞組過(guò)負荷保護反應勵磁繞組的平均發(fā)熱狀況，保護動(dòng)作量既可以取勵磁變（勵磁機）電流，也可以直接反應發(fā)電機轉子電流。

 

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