核电厂电气原理与设备单元22课时43-44发电机保护

第22单元发电机的保护

授课人：日期：中电投高级培训中心22.1发电机的故障和不正常工作状态一、发电机的不正常工作状态二、保护类型三、发电机的纵差保护1.发电机的故障形式：（1）定子（电枢绕组）故障：定子绕组相间短路故障---发电机定子绕组内部相间短路是发电机最严重的故障，若不能及时切除，将烧毁整个发电机，造成巨大经济损失。定子匝间短路故障---会在短路回路中产生很大的电流，烧伤或烧毁发电机组，必须快速切除。定子绕组单相接地故障（一般是铁心接地）---不属于短路故障，接地故障时不会引起很大的故障电流，主要是绕组对铁芯的分布电容引起的电容电流。发生定子单相接地后，接地电流经故障点、三相对地电容、三相定子绕组而构成通路。当接地电流较大能在故障点引起电弧时，将烧坏定子绕组的绝缘和定子铁芯，也容易发展成危害更大的定子绕组相间或匝间短路。（2）转子（励磁绕组）故障：转子接地故障---接地故障对汽轮机发电组的影响不是很大，一般允许继续运行一段时间，但发生转子两点接地时，由于故障点流过相当大的故障电流会烧伤转自本体，并使励磁绕组电流增加可能因过热而灼伤。失磁故障---由于励磁设备故障，励磁绕组短路等原因，引起部分失磁或者全部失磁，将使发电机进入异步运行状态，对系统和发电机的安全运行都有很大的影响。

为了快速消除上述发电机故障，要求配置完备的继电保护，并在保护动作与发电机断路器的同时，还必须动作于自动灭磁开关，断开发电机的励磁回路，以使转子回路电流不会在定子绕组中再感应电势，继续供给短路电流。2.发电机的不正常运行状态（1）区外短路引起的：对称过流---发生外部对称三相短路时，三相对称短路电流流过发电机定子绕组，会引起发电机定子过热。负序（不对称）过流---发电机负序过流会引起转子铁芯严重过热，甚至会烧毁发电机的铁芯，护环及槽楔。（2）系统问题引起的：对称过负荷---正常运行时，发电机不允许过负荷。在事故情况下，为了电力系统的稳定和保证对重要用户的供电，才允许短时间过负荷运行。定负序（不对称）过负荷---转子过热。（机组过负荷，负荷分的大）过励磁---并非每次都造成设备的明显破坏，但是多次重复过励磁，将因过热而使绝缘老化，降低设备的使用寿命。频率异常---汽轮机的叶片都有一个自然振动频率，如果发电机运行频率低于或高于额定值，在接近或等于叶片自振频率时，将导致共振，使材料疲劳。另外对极低频工况，还将威胁到厂用电的安全。失步运行---可能损坏发电机或发生大范围停电事故，系统崩溃。（3）误操作等引起的：过电压---绕组励磁调节器故障等原因会引起发电机过电压，将会影响发电机的绝缘寿命。逆功率---发电机的功率方向应该为由发电机流向母线，但是当主汽门误关闭或其他原因，发电机有可能变为电动机运行，从系统中吸取有功功率，变成逆功率运行。逆功率超过一定时间，可能造成汽机末级叶片过热疲劳。

误上电（突加电压）---当发电机盘车或转子静止时发生误合闸操作，定子电流在气隙产生的旋转磁场会在转子本体中感应工频或接近工频的电流，会引起转子过热而损坏。22.2保护类型22.2保护类型发电机保护的配置原则当发电机故障时应能将损失减小到最小，在异常运行状况时应在充分利用发电机自身能力的前提下确保机组本身的安全。对大型发电机—变压器组的主保护，要保证在保护范围内任一点发生各种故障，均有双重或多重主保护，有选择地、快速地、灵敏地切除故障。（一）发电机应装设的保护（1）纵联差动保护（2）发电机横差保护（3）定子绕组接地保护（4）转子绕组接地保护（5）发电机负序过流保护（6）发电机过电压保护（7）发电机过励磁保护（8）发电机失步保护（9）发电机对称过流保护（一）发电机应装设的保护（10）发电机失磁保护（11）发电机过负荷保护（12）发电机频率异常保护（13）励磁绕组过负荷保护（14）大容量发电机还应考虑配置低频保护、过频保护、起停机保护、误上电保护、断口闪络保护等（二）大型核电厂发电机保护出口方式大型核电厂发电机保护出口方式可以包括以下几种：（1）发电机-变压器组全停。断开主变压器高压侧开关、发电机开关、高压厂用工作变压器6KV侧开关，灭磁，关闭主汽门，厂用电源切换等。（2）停机。断开发电机开关，灭磁，关闭主汽门等。（3）解列灭磁。断开发电机开关，灭磁，汽轮机甩负荷等。（4）解列。断开发电机开关，汽轮机甩负荷等。（5）孤岛运行。断开主变压器高压侧开关，汽轮机减出力带厂用负荷运行，（6）程序跳闸。首先关闭主汽门，待逆功率继电器动作后，再跳开发电机开关并灭磁。（7）减励磁。将发电机励磁电流减小到给定值。（8）励磁切换。将励磁电源由工作励磁电源系统切换到备用励磁电源系统。（9）厂用电源切换。由厂用工作电源供电切换到备用电源供电。（10）信号。发出声光信号。22.3发电机的纵差保护发电机纵差保护是发电机内部相间短路故障的主保护，用来反映发电机定子绕组和引出线相间短路故障。它的特点是灵敏度高、动作时间短、可靠性高，但一般不能保护匝间短路故障。

（一）保护原理接线两组TA特性、变比一致正常运行或区外故障时：内部故障时：一、纵联差动保护（二）整定计算1.按躲外部故障时的最大不平衡电流整定互感器稳态最大误差非周期分量系数1.5～2同型系数0.5或1外部短路时的最大短路电流二次值一、纵联差动保护2.当电流互感器二次回路断线时不误动（三）采用比率制动特性的差动保护最大制动系数：一般取0.2~0.4；（三）采用比率制动特性的差动保护比率制动特性的斜率（四）发电机纵差动保护的灵敏性计算条件：（1）发电机与系统并列运行以前，其出口发生两相短路；（2）发电机采用自同期并列时，在系统最小运行方式下，其口发生两相短路；要求（五）评价(1)中性点附近存在死区距中性点处发生三相短路，故障点电阻为有必要设法减小定值以提高灵敏度，减小死区22.3发电机的纵差保护(2)不能反应匝间短路(3)不能反映接地故障短路电流很小，差动保护不能动作（五）评价(4)不受过负荷和系统振荡的影响1.原理接线二、发电机的不完全纵联差动保护

机端侧的全电流和中性点侧的分支电流构成不完全纵差保护。ABCTA2TA1

不仅可以反应相间短路，也可以反应匝间短路、分支开焊等故障。ABCTA1TA2(1)变比匹配二