汽轮机发电机保护的应用论文

1、钢铁中小型发电机组继电气保护的设置与整定摘要：钢铁行业发电机组大多采用工业煤气原料为能源燃料，其他的能源，利用高炉产生的煤气、转炉煤气、焦炉煤气等，通过锅炉产生蒸汽发电等；利用煤气压差发电，形成在循环经济，节省了能源的浪费，降低了钢铁行业的成本，利用钢铁的各类能源余热形成自备发电机组，在钢铁行业显得越来越重要，这就需要进一步完善发电机组的各类生产运行保护。发电机机组由于结构复杂，在运行中可能发生故障和异常运行状态，这样会对发电机造成危害，同时，由于系统故障也可能损伤发电机，特别是现代的大中型发电机，由于容量大，出现故障维修困难，因此，要对发电机可能发生的故障类型及不正常的运行状态进行分析，并针

2、对性设置相应的必要的保护措施，来保证发电机组的正常运行。关键词：差动保护；比例差动保护；过负荷保护；过流保护；失磁保护。振动保护；油系统保护；轴移位保护；超速保护目录：1、引用标准和规范1、1 电力装置的继电保护和自动装置设计规范BS50062-921、2 电力预防性试验规程DL/596-19961、3 继电保护和自动装置技术规程DL400-911、4 护技术规程14285-20061、5 继电保护装置运行整定规程D L T584-951、6 继电保护技术规程GB14285-20062、电力能源的发展2、1 电力系统：就是指发电厂、变电所、送电线路、用电设备所构成的整体。2、2 电力能源：水力

3、发电、火力发电、核电、太阳能发电（环保型）、风力发电（环保型）。3、钢铁行业电力能源的循环经济发展3、1 利用剩余煤气发电(焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气)、煤气余压发电等3、2 锅炉生产蒸汽推动汽轮机发电（即汽轮机发电机组，装机量10MW100MW）。 3、2、1 利用高炉煤气压差TRT发电机 （4500KW8000KW）3、2、2 CCPP发电 10000kW 50MW)3、2、3 干熄焦发电机4、继电保护的发展状况4、1 第一代的继电保护是电磁式继电器。4、1 第二代的继电器装置加装的晶体管保护装置。4、3 第三代的继电器装置是以集成电路为保护装置。4、4 第四代是以微机继电器保护装置的检

4、测、控制、显示、保护遥控等综合保护装置。5、 电气 继电保护概论4、1 继电保护的作用5、1、1 继电保护的概念及任务电力系统继电保护是反映电力系统中电气设备发生故障或不正常运行状态而动作于断路器跳闸或发生信号的一种自动装置。继电保护的基本任务是：电力系统发生故障时，自动、快速、有选择地将故障设备从电力系统中切除，保证非故障设备继续运行，尽量缩小停电范围;电力系统出现异常运行状态时，根据运行维护的要求能自动、及时、有选择地发出告警信号或者减负荷、跳闸。 5、2 继电保护的基本原理和保护装置的组成5、2、1 反应系统正常运行与故障时电器元件（设备）一端所测基本参数的变化而构成的原理（单端测量原理

5、，也称阶段式原理）5、2、2 反应电气元件内部故障与外部故障（及正常运行）时两端所测电流相位和功率方向的差别而构成的原理（双端测量原理，也称差动式原理）5、2、3 保护装置的组成部分 输入测量逻辑执行 输出信号 信号 整定值5、3 对电力系统继电保护的基本要求5、3、1 继电保护的灵敏度、快速性、选择性、可靠性。5、3、1、1 选择性： 继电保护动作的选择性是指保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，以保证系统中的无故障部分仍能继续安全运行5、3、1、2速动性：继电保护的速动性是指继电保护装置应以尽可能快的速度切除故障设备。故障后,为防止并列运行的系统失步,减少用户在

6、电压降低情况下工作的时间及故障元件损坏程度，应尽量地快速切除故障。5、3、1、3灵敏性：继电保护的灵敏性是指保护装置对于其应保护的范围内发生故障的反应能力。（保护不该动作情况与应该动作情况所测电气量相差越大灵敏度）。 一般用灵敏系数Klm来衡量灵敏度。5、3、1、4可靠性：继电保护的可靠性是指保护装置在电力系统正常运行时不误动;再规定的保护范围内发生故障时，应可靠动作;而在不属于该保护动作的其他任何情况下，应可靠的不动作。（主保护对动作快速性要求相对较高；后备保护对灵敏性要求相对较高。 5、4保护分类电力系统中的电力设备和线路，应装设短路故障和异常运行的保护装置。电力设备和线路短路故障的保护应

7、有主保护和后备保护，必要时可增设辅助保护。5、4、1主保护主保护是满足系统稳定和设备安全要求，能以最快速度有选择地切除被保护设备和线路故障的保护。5、4、2 后备保护后备保护是主保护或断路器拒动时，用以切除故障的保护。后备保护可分为远后备和近后备两种方式。a.远后备是当主保护或断路器拒动时，由相邻电力设备或线路的保护实现后备。b.近后备是当主保护拒动时，由该电力设备或线路的另一套保护实现后备的保护；当断路器拒动时，由断路器失灵保护来实现的后备保护。5、4、3 辅助保护辅助保护是为补充主保护和后备保护的性能或当主保护和后备保护退出运行而增设的简单保护。5、4、4 异常运行保护异常运行保护是反应被

8、保护电力设备或线路异常运行状态的保护。6、同步发电机的构成和运行参数6、1 同步发电机是将原动机的机械能转变为电能的旋转机械。由于发电机转速总是与定子绕组通过三相电流后产生的旋转磁场转速相等，所依成为同步发电机。6、2 同步发电机基本原理是由定子和转子两部分组成。6、2、1 定子三相交流绕组镶嵌于冲好槽的硅钢片叠加而成的铁芯里。6、2、2 转子主要由转子铁芯和励磁绕组组成，通可控制的直流励磁源。6、3 同步发电机运行参数6、3、1 电气绝缘等级：Y级-90；A级-105；E级-120；B级-130；F级-155；H级-180。 6、3、2 汽轮发电机耳钉冷却空气温度为+35OC.6、3、3 发

9、电机运行电压变化范围是在额定电压的±5%以内。6、3、4 频率变动的范围不超过±0.5Hz(220MW及以上发电机组不超过±0.2 Hz。 发电机机组转速允许变化范围是3000±30rPm。6、3、5 功率因数：一般情况下，中小型发电机组的额定功率因数在0.8，大型发电机组额定功率因数0.85或0.9。6、3、6 在额定负荷连续运行时，汽轮发电机三相电流之差不超过额定电流的10%。6、3、7 允许过负荷，短时间的过负荷对绝缘寿命影响不大，因为绝缘老化需要一定的时间的变化过程，绝缘材料变脆，介质损失角增大，击穿电压下降都需要一个高温作用时间，高温时间越短，

10、损害程度越轻。短时间允许过负荷时间，对于空气或氢表面冷却的发电机可参7、通常发电机可能发生时故障和相应的主要保护装置7、1 定子的相间短路，会引起巨大的短路电流，严重烧毁发电机，而需要设立的瞬时动作-纵联差动。7、2 定子绕组的相间的匝间短路（分为同相一分支绕组的匝间短路和同相异分支路绕组的匝间短路），匝间短路会产生巨大的短路电流而烧毁发电机定子，这样需要设立瞬时动作的专用的匝间短路保护-横差动保护。7、3 定子绕组的单相接地，通常发电机容易发生的一种故障，这里通常是因为定子绝缘发热老化或者定子绝缘遭到破坏使其绕组对铁心短路，随然此种故障瞬时的电流不大，但是发电机接地电流会引起电弧烧灼局部铁芯

11、和局部绕组，同时破坏绕组的局部绝缘，从而发展为匝间短路或相间短路，以此应该装设灵敏度的反应全部绕组任一点的接地故障的100%定子接地保护。7、4 发电机转子的绕组一点接地和两点接地，转子一点接地后随然对发电机的运行无太大的影响，但若在发生另一点接地，则转子绕组一部分被短接后会造成磁势不平衡而引起机组的剧烈震动，而产生严重的后果，所以需要同时装设转子绕组一点接地和两点接地保护。 7、4、1 利用基波零序电压保护，零序电压互感器元件装设在发电机的出口端的电压互感器开口三角形绕组上。7、4、2 机端及中性点侧的三次谐波。正常运行时的三次谐波和当定子绕组单相接地时产生三次谐波电压，这种保护与基波零序保

12、护共同组合起来，就可以构成100%的定子绕组单相接地保护。7、5 发电机失磁。发电机失磁可分为完全失磁和部分失磁，它是发电机常见的故障之一，失磁故障不仅对发电机早证危害，而且对系统的安全也会造成严重的影响，出现失磁发电机由失磁前系统送无功率Q1转为从系统吸收无功功率Q2；失磁引起有功功率的摆动和励磁电压下降，由于出现转差，在转子回路出现的差频电流产生了附加损耗，可能使转子过热而损坏失磁失步后发电机有功功率剧烈的周期性摆动，变化的电磁转矩周期性的作用到轴系上，并通过定子传给机座，引起剧烈振动；失步运行时，发电机定子端部漏磁增加，僵尸端部的部件和边缘的铁芯过热；以此设立的-失磁保护。8、发电机组的

13、后备保护在发电机的异常运行状态的危害不如故障性的严重，但是危机发电机的正常运行，特别是随着时间的增长，可能发生成为故障，因此为了防患末然设置保护。8、1 定子的绕组负荷不对称运行，出现负序电流可能引起的发电机转子的表层过热现象，需要设定定子绕组不对称过负荷保护（转子表层过热保护）。8、2 定子绕组对称过负荷，长时间的定子过负荷，会使发电机组的过热，会造成定子绝缘老化，绝缘性能降低，装设对称的过负荷保护(一般采用反时限特性保护)。8、3 转子过负荷，装设转子绕组过负荷保护。8、4 并列运行的发电机可能因机炉的保护动作等原因将主气门阀关闭，而导致的逆功率运行，使汽轮机叶片与残留尾气剧烈摩擦过热，而

14、损害汽轮机，因此需要装设逆功率保护。 8、5 为了防止过激磁引起发热，而烧坏铁芯，应装设过磁保护。8、6 因系统振荡而引起发电机失步异常运行，危及发电机和系统的运行安全，需装设失步保护。8、7 定子过电压，由于突然失去动力而引起发电机甩负荷引起的过电压。8、8 低电压，低电压通常是由于故障引起的电流突然增大，引起系统电压降低。 8、9 低频，受外界系统震荡或系统故障和发电机的动力机影响产生频率降低。8、9、1 低频保护原理：发电机在低频运行时，由汽轮机将产生机械震荡，汽轮机叶片损伤严重，对汽轮机危害很大，因此，在在大型汽轮机上装设低频保护。低频保护有低频测量元件和时间积累计算器组成，因为低频运

15、行对汽轮机的危害是积累性的美誉频率下降和人持续时间有关。8、10 超频，原动力突然加速引起超速形成的过频。8、10、1 发电机转速与频率存在以一对用的关系，f=(P*n)/50.9、发电机的保护设置要求与保护整定9、1纵差动保护：9、1、1纵差动保护原理：比较发电机两侧电流的大小和相位，它是反映发电机及其引出线的相间短路故障的主要保护。9、1、2 a：在正常运行情况下，电流互感器的二次断线应有闭锁，防止保护误动作：为了防止差动误动作，应整定保护装置的启动电流大于发电机的额定电流。并引入可靠的系数Kk，则保护装置和继电器的启动电流分别为：Idz=Kk*Ie.fIdz.j= Kk*Ie.f/nlb

16、：保护装置的启动电流按躲开外部故障的最大不平衡电流整定，继电保护的启动电流为 Idz.j= Kk*Ibp.max发电机定子绕组及其引出线的详见多路故障，动作与瞬间跳开发电机开关、停机并灭磁。 9、2 横差动保护：当发电机定子绕组有2个以上的分支且练成双星形，每个分支都有引线出线时，应装设横差动保护反应定子绕组匝间短路，动作结构同纵差动保护。当不满足该条件是，取消该保护，待故障发展到相间短路时，再用纵差动保护反应。9、3 零序保护：当发电机电压回路有接地电容电流大于或等于5A时，保护动作与跳闸、停机、跳灭磁。当接地电容电流小于5A是，保护应动作于信号。对单机容量大于100MW及以上的发电机组，应

17、急两装设保护范围在100%的接地保护。9、4 过电流保护：一般应该配置低电压过流或复合电压过流保护反应外部短路引起的发电机定子绕组过电流状态，并作为发电机的后备保护。对电机容量为50MW及以上的发电机，一般张社负序过电流及单项低电压启动过流保护。9、5 过负荷保护：由发电机对称过负荷引起的定子绕组过流，应装设反应一相电流的过负荷保护，演示动作于信号。9、6 过电压保护：主要是发电机突然甩负荷引起的定子绕组过电压现象，演示动作于跳开开关、停机、灭磁。9、7 转子绕组一点接地和两点接地：对于小容量机组采用一点接地保护和动作发信号，大容量机组设立一点接地和两点接地保护，出现两点接地要动作跳开关、停机

18、、灭磁。 9、8 失磁保护：当不允许失磁运行时，应当自动灭磁断开开关，并联跳发电机断路器。 对于一般的成套的可控硅励磁装置自身都有失磁保护和转子回路过负荷保护。9、9 逆功率保护：在汽轮机发电机组上，由于各种原因误将主气门关闭，则在发电机断路器跳闸之前，发电机将迅速转为电动运行，即逆功率运行。9、10 失步异常保护：有各种原因可引起发电机于系统发生失步。当出现小的扰动和调节失误使发电机与系统的功角大于静稳极限角时，发电机将因静稳破坏而发生失步；当出现某些较大的扰动（短路故障）处理不当，此时若发电机与系统间的功角大于动稳极限角时，发电机将不能保持动态稳定而失步。发生失步时的发电机伴随着出现机械量和电气量与系统之间的震荡。这种震荡将对发电机组合电力系统产生具有破坏型的影响。9、10、1 单元接线的大型发电机电抗较大，而系统规模的增大使系统等效电抗减小，因此震荡中心往往落在发电机的附近和升压变压器内，使震荡过程对机组的影响加重。由于机械电压周期性的严重下降，使厂用辅助工作稳定性遭到破坏，甚至导致发电机的停机、停炉和全厂停电的重大事故。O9、10、2失步运行时，电动势与系统等效电势的相位差为180的瞬间，震荡电流的幅值将近机端三相短路电流时径流发电机的电流值，对于三相短路电流故障均有快速的保护功能并与切除，而震荡电流侧要在较长时间内的反复出现，若无相应的保护会使定子绕组遭受热损伤或