發(fā)電機主保護及勵磁系統(tǒng)說明

1、僅供個人參考發(fā)電機主保護設(shè)計發(fā)電機是電力系統(tǒng)最重要的設(shè)備之一，發(fā)電機的安全運行對保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和電能質(zhì)量起著決定性的作用。因此必須針對發(fā)電機可能發(fā)生的各種不同的故障和不正常的運行狀態(tài)配裝完善的繼電保護裝置。5.1 發(fā)電機故障、不正常運行狀態(tài)及其保護方式發(fā)電機的故障類型主要有：(1) 定子繞組相間短路。(2) 定子繞組匝間短路。(3) 定子繞組單相接地。(4) 勵磁回路一點或兩點接地。發(fā)電機的不正常運行狀態(tài)主要有：(1) 勵磁電流急劇下降或消失。(2) 外部短路引起定子繞組過電流。(3) 負荷超過發(fā)電機額定容量而引起的過負荷。(4) 轉(zhuǎn)子表層過熱。(5) 定子繞組過電壓。針對上述故障類型

2、和異常運行狀態(tài)，按規(guī)程規(guī)定，發(fā)電機應(yīng)裝設(shè)以下繼電保護裝置：（ 1） 縱聯(lián)差動保護。對于1MW以上的發(fā)電機的定子繞組及其引出線的相問短路，應(yīng)裝設(shè)縱聯(lián)差動保護。（ 2） 定子繞組接地保護。對于直接接于母線的發(fā)電機定子繞組單相接地故障，當單相接地電流大于或等于5A(不考慮弧繞組的補償作用)時，應(yīng)裝設(shè)動作于跳閘的零序電流保護；當接地電流小于5A時，則裝設(shè)作用于信號的接地保護。對于發(fā)電機變壓器組，容量在100MW以上發(fā)電機應(yīng)裝設(shè)保護區(qū)為100%的定子接地保護；容量在100MW以下的發(fā)電機應(yīng)裝設(shè)保護區(qū)不小于90%的定子接地保護。（ 3） 定子繞組匝間短路保護。定子繞組為雙星形接線且中性點引出六個端子的發(fā)電

3、機，通常裝設(shè)單元件式橫差保護，作為匝間短路保護。對于中性點只有三個引出端子的大容量發(fā)電機的匝間短路保護，一般采用零序電壓式或轉(zhuǎn)子二次諧波電流式保護裝置。（ 4） 發(fā)電機外部相間短路保護?？刹捎脧?fù)合電壓啟動的過電流保護，用于1MW以上的發(fā)電機。（ 5） 定子繞組過負荷保護（本設(shè)計不考慮）。（ 6） 定子繞組過電壓保護（本設(shè)計不考慮）。（ 7） 轉(zhuǎn)子表層過負荷保護。50MW及其以上的發(fā)電機，應(yīng)裝設(shè)時限復(fù)序過負荷保護。（ 8） 勵磁回路一點以及兩點接地保護。100MW以下的汽輪發(fā)電機，對一點接地故障，可以采用定期檢測裝置；對于兩點接地故障，應(yīng)設(shè)兩點接地保護裝置。（ 9） 失磁保護。對于100MW以下

4、不允許失磁運行的發(fā)電機，當采用直流勵磁機時，在自動滅磁開關(guān)斷開后應(yīng)聯(lián)動斷開發(fā)電機斷路器；當采用半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng)時，則應(yīng)裝設(shè)專用的失磁保護。100MW以下但對電力系統(tǒng)有重大影響的發(fā)電機和100MW及以上的發(fā)電機，也應(yīng)裝設(shè)專用的失磁保護。除此之外，有的發(fā)電機還設(shè)有失步保護、低頻保護、斷水保護、非全相運行保護等裝置。（ 10） 50MW發(fā)電機主保護100MWM下發(fā)電機應(yīng)裝設(shè)下列故障及異常運行保護裝置：（1）定子繞組間短路保護；（2）定子繞組接地保護；（3）定子繞組匝間短路保護；（4）發(fā)電機外部相間短路保護；（5）對稱過負荷保護；（6）勵磁回路一點及兩點接地保護。發(fā)電機定子繞組及其引出線的相間短路故障,

5、應(yīng)裝設(shè)縱聯(lián)差動保護作為發(fā)電機的主保護。發(fā)電機的縱差保護是利用比較發(fā)電機中性點側(cè)和引出線側(cè)電流幅值和相應(yīng)的原理構(gòu)成的，因此在發(fā)電機中性點側(cè)和引出線側(cè)裝設(shè)特性和變比完全相同的電流互感器來實現(xiàn)縱差保護。對6MWZ上的發(fā)電機推薦采用帶飽和電流互感器的BCH-2型繼電器構(gòu)成.這種保護能很好地躲國過不平衡電流的影響。因此2X50MWJ發(fā)電機采用BCH-2®05.2.2定子繞組匝間短路保護發(fā)電機的匝間故障包括同相同分支的匝間短路和同相異分支的匝間短路。對不得用于商業(yè)用途僅供個人參考于這種故障縱差保護不能反應(yīng)，應(yīng)按下列裝設(shè)匝間短路保護：(1)對定子繞組為星形接線、每相有并列分支、且中性點有分支引出端

6、子的發(fā)電機應(yīng)裝設(shè)單繼電式橫差保護。橫差保護是利用反應(yīng)兩個支路電流之差的原理，由一個電流繼電器至裝在兩組星形繞組中性點連線上的電流互感器二次回路上。(2)對于50MW及以上發(fā)電機，當定子繞組為星形接線且中性點只有三個引出端時，也應(yīng)裝設(shè)專用的匝問短路保護。（ 11） 100MW發(fā)電機主保護對100MW&以上和阻抗較大的發(fā)電機，當縱聯(lián)差動保護采用BCH-2型繼電器時，推薦采用下圖所示接線方式，即高靈敏系數(shù)縱聯(lián)差動保護接線。當發(fā)電機電流為額定電流條件下斷開一相二次電流回路時，BCH-2型繼電器的差動線圈和平衡線圈的熱穩(wěn)定軍為10A,能滿足要求。ABC圖5-1縱聯(lián)差動保護接線說明圖圖中Wcda-

7、c、Wphac分別表示每相BCH-2型差動繼電器差動線圈和平衡線圈。CJJ為斷線監(jiān)視線圈。當任意一根連接導(dǎo)線斷線時，斷線相的差動線圈與其平衡線圈是反極性連接。所以，它們產(chǎn)生的磁通互相抵消。故該相繼電器不會誤動作。而非斷線相的兩個繼電器的差動線圈內(nèi)無電流，其平衡線圈內(nèi)只有斷線相的負荷電流。只要適當選擇平衡線圈匝數(shù)，非斷線相的繼電器也不會發(fā)生誤動作。當保護區(qū)內(nèi)發(fā)生兩相或三相短路時，短路電流將流過兩個或三個差動線圈，但其平衡線圈沒有短路電流。只要差動線圈亞,4,內(nèi)有較小的短路電流，差動繼電器就能動作。當在發(fā)電機電壓系統(tǒng)中發(fā)生兩點接地短路且其中一點在縱聯(lián)保護范圍內(nèi)時，繼電器中電流的分配情況與一相電流回

8、路斷線時相似，此時保護應(yīng)動作，且靈敏系數(shù)不應(yīng)小于通常的差動保護接線。這可由適當選擇差動線圈匝數(shù)來達到。不得用于商業(yè)用途僅供個人參考定子繞組匝間短路保護發(fā)電機的匝間故障包括同相同分支的匝間短路和同相異分支的匝間短路。對于這種故障縱差保護不能反應(yīng)，應(yīng)按下列裝設(shè)匝間短路保護：(1)對定子繞組為星形接線、每相有并列分支、且中性點有分支引出端子的發(fā)電機應(yīng)裝設(shè)單繼電式橫差保護。橫差保護是利用反應(yīng)兩個支路電流之差的原理，由一個電流繼電器至裝在兩組星形繞組中性點連線上的電流互感器二次回路上。(2)對于50MW及以上發(fā)電機，當定子繞組為星形接線且中性點只有三個引出端時，也應(yīng)裝設(shè)專用的匝間短路保護。不得用于商業(yè)用

9、途勵磁系統(tǒng)的設(shè)計7.1磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)的作用和基本要求同步發(fā)電機是電力系統(tǒng)的主要設(shè)備，它是將旋轉(zhuǎn)形式的機械功率轉(zhuǎn)換成電磁功率的設(shè)備，為完成這一轉(zhuǎn)換，它本身需要一個直流磁場，產(chǎn)生這個磁場的直流電流稱為同步發(fā)電機的勵磁電流。專門為同步發(fā)電機供應(yīng)勵磁電流的有關(guān)設(shè)備，統(tǒng)稱為勵磁系統(tǒng)。所以，同步發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)是由勵磁功率系統(tǒng)和勵磁調(diào)節(jié)器AER組成，勵磁功率系統(tǒng)向發(fā)電機轉(zhuǎn)子勵磁繞組提供直流勵磁電流。調(diào)節(jié)器根據(jù)機端電壓變化控制勵磁功率的輸出，從而達到調(diào)節(jié)勵磁電流的目的。勵磁功率的發(fā)展由同軸直流勵磁系統(tǒng)到目前通常采用他勵交流勵磁機系統(tǒng)和自復(fù)靜止式勵磁系統(tǒng)。同步發(fā)電機的運行特性與它的空載電動勢E0值的大小有關(guān)，而E

10、0值是發(fā)電機勵磁電流的函數(shù)，所以調(diào)節(jié)勵磁電流就等與調(diào)節(jié)發(fā)電機的運行特性。在電力系統(tǒng)正常運行和事故運行中，同步發(fā)電機的勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)不僅可以保證發(fā)電機安全運行；提供合格的電能，而且還能改善電力系統(tǒng)的穩(wěn)定條件。（一）調(diào)節(jié)電壓電力系統(tǒng)正常運行時，負荷隨機波動，隨著負荷的波動，需要對勵磁電流進行調(diào)節(jié)，以維持機端或系統(tǒng)中某點電壓在給定水平，所以勵磁系統(tǒng)擔負維持電壓水平的任務(wù)。（二）調(diào)節(jié)無功功率的分配發(fā)電機接于無限大容量系統(tǒng)時，調(diào)節(jié)它的勵磁電流只能改變起輸出的無功功率。勵磁電流過小發(fā)電機將從系統(tǒng)中吸收無功功率。在實際系統(tǒng)中，發(fā)電機并聯(lián)的母線并不是無限大系統(tǒng)，系統(tǒng)電壓隨著負荷波動而變化，改變其中一臺發(fā)電機的勵

11、磁電流不但影響其本身的電壓和無功功率，而且也影響與其并聯(lián)運行機組的無功功率。所以，同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)還擔負著并聯(lián)運行機組間無功功率合理分配的任務(wù)。（三）利于系統(tǒng)運行穩(wěn)定性同步發(fā)電機穩(wěn)定運行是保證電力系統(tǒng)可靠供電的首要條件，電力系統(tǒng)在運行中隨時都可能受各種干擾，在這些擾動后，發(fā)電機組能夠恢復(fù)到原來的運行狀態(tài)，或者過渡到另一個新的狀態(tài)，則系統(tǒng)是穩(wěn)定的。（四）改善電力系統(tǒng)的運行條件系統(tǒng)運行條件1 .加速系統(tǒng)電壓恢復(fù)過程和改善異步電動機的自啟動條件2 .為發(fā)電機異步運行和自同步并列創(chuàng)造條件（一）對調(diào)節(jié)器的要求1. 系統(tǒng)正常運行時，調(diào)節(jié)器應(yīng)有足夠的調(diào)壓范圍（0.8-1.2UG），并能合理的分配機組間的無

12、功功率。2. 系統(tǒng)故障時，調(diào)節(jié)器應(yīng)能迅速地強行勵磁，以提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定和改善系統(tǒng)的運行條件。3 調(diào)節(jié)器應(yīng)無失靈區(qū)，保證機組在人工穩(wěn)定區(qū)內(nèi)運行。4具有較小的時間常數(shù)，既反應(yīng)速度快。5結(jié)構(gòu)簡單可靠操作維護方便，并逐作到系列化，標準化。（二）對勵磁功率系統(tǒng)的要求1. 勵磁系統(tǒng)應(yīng)有足夠的調(diào)節(jié)容量，以適應(yīng)各種運行工況的要求。2. 具有足夠的勵磁頂值電壓響應(yīng)比。7.2勵磁系統(tǒng)設(shè)計ZTL-2型可控硅自動調(diào)整勵磁裝置。是應(yīng)用可控硅整流器的開關(guān)特性工作的。可控硅元件接在勵磁機勵磁回路中，例如：接在勵磁機的自并勵回路中，依據(jù)發(fā)電機端電壓與給定值的偏差改變可控硅的觸發(fā)角，從而達到調(diào)節(jié)勵磁電流的目的。（1）裝置由可

13、控硅元件和觸發(fā)、關(guān)斷、放大測量、調(diào)差等單元組成。觸發(fā)單元是用單晶管UJT1構(gòu)成的馳張電路單晶管的發(fā)射極接至電容器C2，C2由放大器輸出電路充電。當C2兩端電壓達到UJT1的峰點電壓時，UJT1導(dǎo)通。電容器C2經(jīng)電阻放電，向可控硅SCR輸出觸發(fā)脈沖；直到C2兩端電壓降低至UJT1的谷點電壓時，UJT1截至，C2準備充電。當電壓偏差信號改變時，放大器輸出電流隨之變化，C2充電速度也隨之變化，從而觸發(fā)角即觸發(fā)脈沖的相位也就改變。因而勵磁機的勵磁電流的平均值得到調(diào)節(jié)，放大器和觸發(fā)器的工作電源取自可控硅元件的兩端，經(jīng)穩(wěn)定器D12D14穩(wěn)壓后供給。因此，當可控硅導(dǎo)僅供個人參考通后，放大器和觸發(fā)器失去電源停

14、止工作，直到可控硅元件關(guān)斷后再投入工作，并重復(fù)上述過程。裝置移相觸發(fā)脈沖移相范圍可達：0二350=0裝置具有手動環(huán)節(jié)，以適應(yīng)發(fā)電機零起升壓和測量部分發(fā)生故障時，手動調(diào)整發(fā)電機電壓的需要。調(diào)差環(huán)節(jié)單元的原理是在ZTL測量比較單元的輸入側(cè)，不是直接輸入經(jīng)電壓互感器的發(fā)電機端電壓Ut而是輸入無功電源補償后的發(fā)電機U；使得測量單元感受到的電壓U；隨發(fā)電機無功電流It而變化，當Ir增加時ZTL感受到U；也增加通過調(diào)節(jié)去降低If,這樣就改變發(fā)電機的6。當忽略電壓互感器二次負載電流在調(diào)差R上的壓降，環(huán)節(jié)的輸出電壓為：'Ua-UAICRUB=Ub(7-1)Uc=Uc-IaR根據(jù)這一關(guān)系，作出當功率因數(shù)

15、cos平=1與cos邛=0時的矢量圖。當cos邛=1時，各相為純有功電流，電壓Ua、UB、UC雖較Ua、Ub、Uc有變化，但基本不變，故認為調(diào)差環(huán)節(jié)不反映用功電流的變化。當cos邛=0時，各相為純無功電流，輸出的線電壓三角形仍為正三角形，其大隨無功電流增長而增大。輸出電壓UL與輸入線電壓Ul的關(guān)系為：Ul=UlRIl符合式(7-1)。因此，改變R,可獲得適當?shù)?。當0<cos中M1,即正常運行情況下，發(fā)電機電流可分解為有功與無功兩個分量，而環(huán)節(jié)只反映無功分量的影響?？煽毓鑃CR關(guān)斷單元由可控硅SCR及其觸發(fā)回路和電容器C4及其充電回路組成。在發(fā)電機交流電壓每一周期的后半波內(nèi)，電壓互感器經(jīng)

16、變壓器B3向C4充電。當下一個周期開始時，SCR被觸發(fā)導(dǎo)通，向C4放電，為可控硅SCR提供一逆向電壓，使SCR關(guān)斷。電壓測量比較單元的任務(wù)是把發(fā)電機電壓變化為直流電壓信號，與給定的直流基準電壓進行比較，得到兩者的偏差信號。電壓測量比較單元是由測量變壓器、三相整流電路、濾波電路和電壓比較整定電路等環(huán)節(jié)組成。分別闡述如下。測量變壓器及整流電路。有電壓互感器測得的發(fā)電機三相電壓，經(jīng)測量變壓器降壓，再經(jīng)整流、濾波電路變換成也發(fā)電機電壓成比例的、平穩(wěn)的直流電壓。為使變換后的直流電壓平穩(wěn)，所以采用了三相整流電路及相應(yīng)的濾波電路。濾波電路。由于整流電路輸出的直流電壓中含有諧波分量，為了得到平穩(wěn)的直流電壓，必

17、須進行濾波。濾波電路有多種形式，常用的有n型濾波和r型濾波，本次設(shè)計使用的是型濾波。比較整流電路。比較整流電路是把測量整流電流輸出的電壓也基準電壓相比較，得到一個反映發(fā)電機偏差的直流電壓ude,輸出到綜合放大單元。另外，它還對發(fā)電機電壓給定值進行整定，使電壓(或無功功率)能滿足運行工況的要求。對稱比較電路有兩個穩(wěn)壓值相同的穩(wěn)壓管D7、D9和兩個阻值相同的電阻飛、R7及兩個二極管D8、Dio組成。兩條并聯(lián)支路的輸出特性合成后可見，當Uab=2Uvz時，比較橋平衡，輸出電壓Ude=0。使比較橋輸出為零的勵磁調(diào)節(jié)起輸入電壓，我們稱為整定電壓，以Uref表示，并以系數(shù)K表示Uab與Ug之比。這樣，Ua

18、b=KUg,且2Uvz=KUref。當U處之2Uvz時Ude=Uab-2Uvz=K(Ug-Uref)=K：Ug它正比于發(fā)電機端電壓與給定值的偏差。發(fā)電機滅磁采用滅弧柵滅磁。其內(nèi)容主要有以下幾點： 發(fā)電機正常運行時，滅磁開關(guān)處于合閘轉(zhuǎn)狀態(tài)。觸頭閉合，觸頭斷開。 當跳閘滅磁時，在閉合，斷開接入限流電阻是為了防止勵磁電源被短接在極短的時間內(nèi)，緊接著也斷開。其間產(chǎn)生的電弧，同時經(jīng)向磁場將電弧引入滅弧柵中，快速旋轉(zhuǎn)散失熱量直到熄滅。 滅磁過程中，勵磁電流逐漸衰減當衰減到較小值時，滅弧柵中電弧不能維持，可能出現(xiàn)電流中斷而引起過電壓。為了限制過電壓，滅弧柵并接許多電阻，避免整個電弧同時熄滅，實現(xiàn)順序熄滅。只要適當選擇滅弧柵旁路電阻?？上拗齐妷涸谝?guī)定值以內(nèi)。 此法實質(zhì)是將磁場能轉(zhuǎn)換為電弧能，消耗于滅弧柵片中。由于其滅磁速度快，所以應(yīng)用廣。不得用于商業(yè)用途僅供個人參考滅磁帕W:1LHaZ、c廣(r;b:粵自動放大附加輸入關(guān)斷1：IR10zrmi-.ClI_匚4不得用于商業(yè)用途SCF；.手動R16inLJT.wC_z觸發(fā)TibI1-!'調(diào)量調(diào)差僅供個人參考僅供個人用于學(xué)習(xí)、研究；不得用于商業(yè)用途Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notf