發(fā)電機保護--精品

1、第一節(jié) 發(fā)電機保護l 發(fā)電機差動保護 發(fā)電機阻抗保護 發(fā)電機匝間保護 發(fā)電機起停機保護 對稱過負荷保護 逆功率保護 不對稱過負荷保護 程序逆功率保護 發(fā)電機定子接地保護 頻率異常保護（低頻、過頻） 轉(zhuǎn)子接地保護（兩段式） 失步保護 失磁保護 帶電壓制動的過電流保護 發(fā)電機過激磁保護 突加電壓保護 發(fā)電機過電壓保護 1 定子繞組的相間短路 發(fā)電機定子繞組的相間短路是危害發(fā)電機安全運行最嚴重的一種故障，發(fā)生相間短路若不及時切除，故障點所產(chǎn)生的電弧，不但會損壞絕緣，而且可能燒壞定子鐵芯和繞組甚至將燒毀整個發(fā)電機組，引起極為嚴重的后果，給發(fā)電機的修復(fù)工作帶來巨大的困難，大型發(fā)電機組必須具有二套或兩套以

2、上的快速保護反應(yīng)此類故障。對于相間短路，國內(nèi)外均裝設(shè)縱聯(lián)差動保護裝置，瞬時動作于全停。G60 發(fā)電機差動保護 傳統(tǒng)的比率制動式縱差保護盡管原理上比較先進, 但在實際運行過程中, 由于CT 特性不一, 大電流下發(fā)生飽和等原因, 在外部故障時會使差動保護產(chǎn)生較大的不平衡電流, 可能使保護誤動作。如何在保證內(nèi)部故障時有足夠靈敏度的情況下, 最大限度地削弱外部故障時不平衡電流的影響就成了差動保護技術(shù)研究的核心。 GE 公司的差動保護特性曲線設(shè)置為雙斜率特性, 它的主要目的是在外部短路時躲過由CT 產(chǎn)生的不平衡電流, 該特性使差動保護可以在小故障電流的時候?qū)⒍ㄖ嫡ǖ梅浅ｌ`敏; 當故障電流大時CT 誤差

3、大, 又可以將定值整定放大。 如圖所示, CT 流過短路電流后, 要在1. 5 2 個周波后才達到開始飽和, 在低拐點以前的區(qū)域, CT 處于的線性工作區(qū)內(nèi), 由CT 飽和引起的不平衡電流小, 所以設(shè)置小的制動比以提高靈敏性; 在高拐點后, CT 開始飽和, 差動回路中的不平衡電流增大,為了防止誤動, 采用較高的制動比。 2 定子繞組匝間短路單機容量的增大，汽輪發(fā)電機軸向長度與直徑之比明顯加大，這將使機組運行中振動加劇，匝間絕緣磨損加快，有時還可能引起冷卻系統(tǒng)的故障，這種保護發(fā)電機定子繞組同相分支或同相不同分支間的匝間短路及定子繞組開焊的保護稱之為匝間保護，因此大容量機組希望裝設(shè)靈敏的匝間短路

4、保護。發(fā)電機定子繞組發(fā)生匝間短路會在短路環(huán)內(nèi)產(chǎn)生很大電流。由于工作原理不同，發(fā)電機縱差保護將不能反應(yīng)。目前為止，反應(yīng)發(fā)電機定子匝間短路的保護有：單元件橫差保護、負序功率方向保護、縱向零序電壓保護和轉(zhuǎn)子二次諧波電流保護。發(fā)電機定子匝間保護大多采用 縱向零序電壓 和 故障分呈負序方向 判據(jù)構(gòu)成,設(shè)置 PT斷線閉鎖措施 ，作為發(fā)電機內(nèi)部匝間以及定子繞組開焊的主保護.故障分量負序方向判據(jù)通過檢測流出發(fā)電機的負序功率實現(xiàn) 縱向零序電壓判據(jù)通檢測中性點與發(fā)電機中性點直接相連但不接地的3PT開口三角繞組所輸出的縱向3U0實現(xiàn)。保護動作于全停。 二、 縱向零序電壓式定子繞組匝間短路保護1. 基本原理 匝間短路

5、時縱向不對稱匝間短路時縱向不對稱( (相對于中性點，不是地相對于中性點，不是地) )。 用專用的用專用的TVTV一次側(cè)中性點和發(fā)電機中性點直接連接一次側(cè)中性點和發(fā)電機中性點直接連接( (不接不接地地) )?？v向零序電壓?？v向零序電壓( (相對中性點相對中性點) ) 2. 負序功率方向元件 區(qū)外故障負序功率流向發(fā)電機，閉鎖匝間保護P2N二、二、 縱向零序電壓式定子繞組匝間短路保護縱向零序電壓式定子繞組匝間短路保護2. 專用電壓互感器接線專用電壓互感器接線 00120120(1)ANAjBNBjCNCUEEUEEeUEEe- -= = =- -= = = = =縱向零序電壓 03ANBNCNUUU

6、UE= =+ + += = - -3負序功率方向閉鎖 用于區(qū)外短路時，防止匝間短路保護誤動。 不同故障情況下，機端的負序功率方向(a)區(qū)內(nèi)故障；(b)區(qū)外故障； (圖內(nèi)I2為正方向，實際相反）(c)匝間短路 由此可見，利用負序功率方向可以區(qū)別發(fā)電機匝間短路和外部短路，只有在匝間短路時，即負序功率方向為流出，arg(u2/I2)90時，負序功率繼電器不動作，才解除對保護的閉鎖，允許保護動作。我們可以看出，當負序電流I2取自發(fā)電機機端電壓互感器時，由于再其發(fā)電機內(nèi)部短路的負序功率方向與匝間短路時相同，因此，反應(yīng)縱向零序電壓的短路保護還可以反應(yīng)發(fā)電機內(nèi)部不對稱兩相短路故障，但在發(fā)電機并列前不起作用；

7、而當負序電流I2取自發(fā)電機中性點時，則只能反應(yīng)定子繞組的匝間短路。工作情況 在發(fā)電機正常運行時，機端對中性點的三相電動勢基本對稱，加在保護兩端的只有不平衡電壓，保護不動作。 在發(fā)電機外部短路時，發(fā)電機電動勢波形的畸變更加嚴重，因而產(chǎn)生的不平衡電流比正常運行時大，但由于負序功率方向閉鎖，保護部會動作。 在發(fā)電機內(nèi)部或者外部發(fā)生單相接地短路時，系統(tǒng)三相對地電動勢對中心點之間的平衡，于是在機端與中興點之間產(chǎn)生了縱向零序電壓，保護瞬間動作。 3、定子單相接地 定子繞組的單相接地（定子繞組與鐵芯間的絕緣破壞）是發(fā)電機最常見的一種故障，定子故障接地電流超過一定值就可能造成發(fā)電機定子鐵芯燒壞，而發(fā)電機單相接

8、地故障往往是相間或匝間短路的先兆，大型發(fā)電機在系統(tǒng)中的地位重要，鐵芯制造工藝復(fù)雜、造價昂貴，檢修困難，所以對于大型發(fā)電機的定子接地電流大小和保護性能提出了嚴格的要求。為保證大型發(fā)電機的安全，中性點經(jīng)配電變壓器高阻接地的1000MW機組必須使定子接地保護動作于發(fā)電機故障停機。 我廠發(fā)電機定子單相接地裝設(shè)基波零序電壓式、三次諧波式保護裝置一一 發(fā)電機定子繞組單相接地時的基波零序電壓發(fā)電機定子繞組單相接地時的基波零序電壓和電流和電流(1)ADABDBACDCAUEUEEUEE= =- -= =- -= =- -k0ADBDCDA1()3UUUUE 可見，當發(fā)電機發(fā)生單相接地故障時，所出現(xiàn)的零序電壓與

9、故障點位置有關(guān)，故障點離中性點越遠，零序電壓越高，機端接地時，=1，Uk0（故障點的零序電壓）=-EA,即零序電壓等于相電壓，達到最大值。 零序電壓3U0可以從發(fā)電機機端PT二次側(cè)開口三角形或中性點接地配變二次側(cè)取得。當3U0取自發(fā)電機機端發(fā)電機機端PT二次側(cè)開口三角形的話，假如發(fā)電機A相機端發(fā)生接地短路時，那么Uk0（故障點的零序電壓）=EA,為了使二次側(cè)開口三角形3U0=100V,那么機端PT的變比應(yīng)為 / / / 保護的動作應(yīng)躲過發(fā)電機正常運行時以3次諧波電壓為主的不平衡電壓，同時，還應(yīng)躲開變壓器高壓側(cè)接地時通過變壓器高、低壓側(cè)繞組電容耦合到機端的零序電壓。但這樣整定出來的保護動作值較高

10、，死區(qū)較大，故采用以下措施。（1）引入三次諧波慮過器Z3w，濾去正常運行時不平衡電壓中的第三次諧波電壓分量。(2)采用延時或者閉鎖，躲過變壓器高壓側(cè)接地時通過變壓器高、低壓測繞組耦合到機端的零序電壓。當變壓器高壓側(cè)中性點接地時，讓保護的延時大于變壓器高壓側(cè)接地保護的動作時限。31 . 031 . 032731 . 0 采取了上述措施后，電壓繼電器的動作電壓可整定為510V。由于發(fā)電機定子接地故障時，加入繼電器的零序電壓為*100V，故保護的死區(qū)只存在發(fā)電機中性點及附近的5%-10%范圍內(nèi)，但對于大型發(fā)電機組，仍不滿足要求。所以要增加3次諧波電壓保護。影響因素：1）TV一次側(cè)斷線的閉鎖措施。2）

11、發(fā)電機的三次諧波電勢，需有三次諧波濾除功能。3）機端三相TV各相間的變比誤差；4）發(fā)電機電壓系統(tǒng)中三相對地絕緣不一致；5）主變壓器高壓側(cè)發(fā)生接地故障時由變壓器傳遞到發(fā)電機的系統(tǒng)零序電壓。33)( 22ECCCCUWOfWOfN33)( 2ECCCUWOfOfS 二二 利用三次諧波電壓構(gòu)成的發(fā)電機定子繞組單利用三次諧波電壓構(gòu)成的發(fā)電機定子繞組單相接地保護相接地保護 利用發(fā)電機固有三次諧波電勢在發(fā)電機端或中性點側(cè)單相接地時三次諧波電壓的比值變化實現(xiàn)保護。1 三次諧波電勢分布特點 發(fā)電機對地電容等效在中性點和機端，引出線、變壓器等電容也等效。 正常運行機端正常運行機端三次諧波電壓與中三次諧波電壓與中

12、性點側(cè)三次諧波電性點側(cè)三次諧波電壓之比恒小于壓之比恒小于1。 2 當發(fā)電機中性點采用消弧線圈時，中性點的三次諧波電壓更大。 設(shè)當發(fā)電機距中性點處發(fā)生金屬性單相接地時，有33EUN33)1 (EUS133NUUS US3、UN3隨變化的關(guān)系：133NSUU133NSUU當當UN3 利用機端三次諧波電壓US3作為動作量，用中性點側(cè)三次諧波電壓UN3作為制動量，當US3 UN3為保護動作條件，在正常運行時不會動作；當接地發(fā)生在近中性點側(cè)，有較高靈敏性。保護范圍中性點側(cè)50%。 利用機端電壓互感器開口三角形上引出的基波零序電壓，構(gòu)成反映5%10%以上范圍的單相接地故障。接地故障越接近機端，靈敏性越高。

13、 利用兩者的組合，構(gòu)成100%定子接地保護 。2 反應(yīng)三次諧波電壓比值 和基波零序電壓構(gòu)成 100%定子接地保護 33sNUU4 發(fā)電機失磁保護 發(fā)電機失磁通常是指發(fā)電機勵磁異常下降或勵磁完全消失的事故，一般將前者稱為部分失磁或低勵故障，后者則稱為完全失磁故障。勵磁異常下降是指運行中發(fā)電機勵磁電流的降低超過了靜態(tài)穩(wěn)定極限所允許的程度，使發(fā)電機穩(wěn)定運行遭到破壞。造成勵磁異常下降的原因通常是由于主勵磁機或副勵磁機故障；勵磁系統(tǒng)中硅整流元件部分損壞或自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)不正確動作以及操作上的錯誤等等，這時勵磁電壓很低，但仍能維持一定的勵磁電流。完全失磁是指發(fā)電機失去勵磁電源，通常表現(xiàn)為勵磁回路開路，其原因包

14、括自動滅磁開關(guān)誤跳閘、勵磁調(diào)節(jié)器整流裝置自動開關(guān)誤跳閘。勵磁繞組斷線或端口短路以及副勵磁機勵磁電源消失等等，亦可引起完全失磁。發(fā)電機低勵失磁故障是常見故障，特別對于大型機組，勵磁系統(tǒng)環(huán)節(jié)多，更易發(fā)生這種故障。發(fā)電機失磁異步運行影響：(1) 需要從電力系統(tǒng)中吸收很大的無功功率以建立發(fā)電機的磁場。失磁前帶的有功功率越大，失磁后轉(zhuǎn)差就越大，所吸收的無功功率也就越大，將因過電流使定子過熱。(2) 從電力系統(tǒng)中吸收無功功率將引起電力系統(tǒng)的電壓下降，從而破壞了負荷與各電源間的穩(wěn)定運行，甚至可能因電壓崩潰而使系統(tǒng)瓦解。(3) 在轉(zhuǎn)子及勵磁回路中將產(chǎn)生頻率為fg - fs的交流電流，即差頻電流。差頻電流在轉(zhuǎn)子

15、回路中產(chǎn)生的損耗，將使轉(zhuǎn)子過熱。(4) 有功功率要發(fā)生周期性擺動。有很大的電磁轉(zhuǎn)矩周期性地作用在發(fā)電機軸系上，引起機組振動。(5) 低勵磁或失磁運行時，定子端部漏磁增加，將使端部和邊段鐵芯過熱，這一情況通常是限制發(fā)電機失磁異步運行能力的主要條件。二發(fā)電機失磁后的機端測量阻抗 1 正常運行機端測量阻抗 dSsinE UPX2dSScosE UUQXX等有功阻抗圓二發(fā)電機失磁后的機端測量阻抗 2 臨界失步點（靜穩(wěn)阻抗邊界圓、等無功圓）臨界失步阻抗圓XUsQ2二發(fā)電機失磁后的機端測量阻抗 3。異步運行 2ad2g12ad2jjjjRXXsZXRXXs異步阻抗圓 二發(fā)電機失磁后機端測量阻抗 4 變化軌

16、跡 5 轉(zhuǎn)子接地故障 轉(zhuǎn)子一點接地對汽輪發(fā)電機組的影響不大，一般允許繼續(xù)運行一段時間。發(fā)電機組發(fā)生一點接地后，轉(zhuǎn)子各部分對地電位發(fā)生變化，比較容易誘發(fā)兩點接地，汽輪發(fā)電機一旦發(fā)生兩點接地，其后果相當嚴重，由于故障點流過相當大的故障電流而燒傷轉(zhuǎn)子本體；由于部分繞組被短接，勵磁繞組中電流增加，可能因過熱而燒傷；由于部分繞組被短接，使氣隙磁通失去平衡，從而引起振動。勵磁回路兩點接地，還可使軸系和汽機磁化。 6 定子對稱過負荷發(fā)電機對稱過負荷通常是由于系統(tǒng)中切除電源；生產(chǎn)過程出現(xiàn)短時沖擊性負荷；大型電動機自起動；發(fā)電機強行勵磁；失磁運行；同期操作及振蕩等原因引起的。對于大型發(fā)電機，定子和轉(zhuǎn)子的材料利用

17、率很高，發(fā)電機的熱容量（WS/）與銅損、鐵損之比顯著下降，因而熱時間常數(shù)也比較小。從限制定子繞組溫升的角度，實際上就是要限制定子繞組電流，所以實際上對稱過負荷保護，就是定子繞組對稱過流保護。對于發(fā)電機過負荷，即要在電網(wǎng)事故情況下充分發(fā)揮發(fā)電機的過負荷能力，以對電網(wǎng)起到最大程度的支撐作用，又要在危及發(fā)電機安全的情況及時將發(fā)電機解列，防止發(fā)電機的損壞。一般發(fā)電機都給出過負荷倍數(shù)和相應(yīng)的持續(xù)時間。對于1000MW汽輪發(fā)電機，發(fā)電機具有一定的短時過負荷能力，從額定工況下的穩(wěn)定溫度起始，能承受1.5倍額定定子電流下運行30s至少一分鐘。7 定子不對稱過負荷電力系統(tǒng)中發(fā)生不對稱短路，或三相負荷不對稱（如有

18、電氣機車、電弧爐等單相負荷）時，將有負序電流流過發(fā)電機的定子繞組，并在發(fā)電機中產(chǎn)生對轉(zhuǎn)子以兩倍同步轉(zhuǎn)速的磁場，從而在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生倍頻電流。汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子由整塊鋼鍛壓而成，繞組置于槽中，倍頻電流由于集膚效應(yīng)的作用，主要在轉(zhuǎn)子表面流通，并經(jīng)轉(zhuǎn)子本體槽楔和阻尼條，在轉(zhuǎn)子的端部附近約10%30%的區(qū)域內(nèi)沿周向構(gòu)成閉合回路。這一周向電流，有很大的數(shù)值。例如，一臺1000MW機組，可達250300kA。這樣大的頻倍電流流過轉(zhuǎn)子表層時，將在護環(huán)與轉(zhuǎn)子本體之間和槽楔與槽壁之間等接觸面上形成熱點，將轉(zhuǎn)子燒傷。倍頻電流還將使轉(zhuǎn)子的平均溫度升高，使轉(zhuǎn)子撓性槽附近斷面較小的部位和槽楔、阻尼環(huán)與阻尼條等分流較大的部位形成

19、局部高溫，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)子表層金屬材料強度下降，危及機組安全。此外，轉(zhuǎn)子本體與護環(huán)的溫差超過允許限度，將導(dǎo)致護環(huán)松脫，造成嚴重的破壞。為防止發(fā)電機的轉(zhuǎn)子遭受負序電流的損傷，大型汽輪發(fā)電機都要求裝設(shè)比較完善的負序電流保護，因為他保護的對象是發(fā)電機轉(zhuǎn)子，是轉(zhuǎn)子表層負序發(fā)熱的唯一主保護，因此，習(xí)慣上稱它為發(fā)電機轉(zhuǎn)子表層負序過負荷保護，它由定時限和反時限兩部分組成。發(fā)電機轉(zhuǎn)子長期承受負序電流的能力和短時承受負序電流發(fā)熱的能力，是整定負序電流保護的依據(jù)。8 勵磁回路過流 和定子繞組相同，大型發(fā)電機勵磁繞組的熱容量和熱時間常數(shù)也相對較小，對于1000MW汽輪發(fā)電機，在額定工況穩(wěn)定溫度下，發(fā)電機勵磁繞組允許在勵

20、磁電壓為125%額定值下運行一分鐘。 根據(jù)設(shè)計要求每年運行在上述勵磁電壓下的次數(shù)不超過兩次。在發(fā)電機過勵限制器失靈或強勵動作后返回失靈時，為了使發(fā)電機勵磁繞組不致過熱損壞，300MW及以上發(fā)電機應(yīng)裝設(shè)定時限和反時限勵磁繞組過負荷保護，后者作用解列滅磁。應(yīng)該指出，現(xiàn)代自動調(diào)整勵磁裝置，針對發(fā)電機的各種工況，都設(shè)有比較完善的勵磁限制環(huán)節(jié)，為防止勵磁繞組過電流，設(shè)有過勵限制器，與勵磁繞組過負荷保護有類似的功能，其可靠性由勵磁調(diào)節(jié)器的性能來保證。9 過電壓運行實踐中，大型汽輪發(fā)電機出現(xiàn)危及絕緣安全的過電壓是比較常見的現(xiàn)象。當滿負荷下突然甩去全部負荷，電樞反應(yīng)突然消失，由于調(diào)速系統(tǒng)和自動調(diào)整勵磁裝置都是

21、由慣性環(huán)節(jié)組成，轉(zhuǎn)速仍將上漲，勵磁電流不能突變，使得發(fā)電機電壓在短時間內(nèi)也要上升，例如，次瞬變電抗是0.2p.u.，如果甩掉0.5p.u.無功電流，則立即產(chǎn)生10%的電壓升高，任何調(diào)節(jié)作用都不能減小它。如果沒有自動電壓調(diào)節(jié)器，或勵磁系統(tǒng)在手動方式運行，恒勵磁電流調(diào)節(jié)，則電壓繼續(xù)上升一直到達由同步電抗所決定的最大值，其值可能達到1.31.5倍額定值，持續(xù)時間可能達到數(shù)秒，甩負荷將導(dǎo)致嚴重的發(fā)電機電壓升高。發(fā)電機主絕緣的工頻耐壓水平，一般為1.3倍額定電壓持續(xù)60S，而實際過電壓的數(shù)值和持續(xù)時間可能超過試驗電壓和允許時間，因此，對發(fā)電機主絕緣構(gòu)成了直接威脅。ABB的UN6000型勵磁調(diào)節(jié)器在發(fā)電機

22、開關(guān)斷開時，將勵磁電流調(diào)節(jié)器的給定值復(fù)歸到空載勵磁電流值。盡管這樣，還是不能完全避免發(fā)電機定子過電壓的發(fā)生。由于上述原因，對于200MW及以上的大型汽輪發(fā)電機，以往國內(nèi)外都無例外地裝設(shè)過電壓保護，保持動作電壓為1.3Un，經(jīng)0.5S延時作用于解列滅磁。我廠設(shè)置過電壓保護主要是保護發(fā)電機在起動或并網(wǎng)過程中發(fā)生電壓升高而損壞發(fā)電機絕緣的事故。10 過激磁由于發(fā)電機或變壓器發(fā)生過勵磁故障時并非每次都造成設(shè)備的明顯破壞，往往容易被人忽視，但是多次反復(fù)過勵磁，將因過熱而使絕緣老化，降低設(shè)備的使用壽命。發(fā)電機和變壓器都由鐵芯繞組組成，設(shè)繞組外加電壓為U，匝數(shù)為W，鐵芯截面為S，磁密為B，則有：，因為W、S

23、均為定數(shù)，故可寫成：，式中，對每一特定的發(fā)電機或變壓器，K為定數(shù)。由式可知：電壓的升高和頻率的降低均可導(dǎo)致磁密B的增大。對于發(fā)電機，當過勵倍數(shù)1時，要遭受過勵磁的危害，主要表現(xiàn)在發(fā)電機定子鐵芯背部漏磁場增強，在定子鐵芯的定位筋中感應(yīng)電勢，并通過定子鐵芯構(gòu)成閉路，流過電流，不僅造成嚴重過熱，還可能在定位筋和定子鐵芯接觸面造成火花放電，這對氫冷發(fā)電機組十分不利。發(fā)電機運行中，可能因以下原因造成過激磁：1、發(fā)電機與系統(tǒng)并列之前，由于操作錯誤，誤加大勵磁電流引起過激磁，如由于發(fā)電機PT斷線造成誤判斷。2、發(fā)電機啟動過程中，發(fā)電機隨同汽輪機轉(zhuǎn)子低速暖機，若誤將電壓升至額定值，則因發(fā)電機低頻運行而導(dǎo)致過勵

24、磁。3、在切除機組的過程中，主汽門關(guān)閉，出口開關(guān)斷開，而滅磁開關(guān)拒動。此時汽輪機惰走轉(zhuǎn)速下降，自動勵磁調(diào)節(jié)器力求保持機端電壓等于額定值，使發(fā)電機遭受過勵磁。4、發(fā)電機出口開關(guān)跳閘后，若自動勵磁調(diào)節(jié)裝置手動運行或自動失靈，則電壓與頻率均會升高，但因頻率升高較慢引起發(fā)電機過激磁。發(fā)電機的允許過激磁倍數(shù)一般低于變壓器過激磁倍數(shù)，更易遭受過激磁的危害，因此，大型發(fā)電機需裝設(shè)性能完善的過激磁保護。對于發(fā)電機出口裝設(shè)開關(guān)的發(fā)電機變壓器組，為了在各種運行方式下二者都不失去保護，發(fā)電機和變壓器的過激磁保護應(yīng)分開設(shè)置。我廠過激磁保護是保護發(fā)電機及主變壓器過激磁，即當頻率降低和電壓升高時，引起鐵芯的工作磁通密度過

25、高而過熱使絕緣老化的保護。10 頻率異常頻率降低對發(fā)電機有以下各方面的影響：頻率降低引起轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速降低，使兩端風(fēng)扇鼓進的風(fēng)量降低，其后果是使發(fā)電機的冷卻條件變壞，各部分的溫度升高。由于發(fā)電機的電勢和頻率磁通成正比，若頻率降低，必須增大磁通才能保持電勢不變。這就要增加勵磁電流，致使發(fā)電機轉(zhuǎn)子線圈的溫度增加。頻率降低時，為了使機端電壓保持不變，就得增加磁通，這就容易使定子鐵芯飽和，磁通逸出，使機座的某些結(jié)構(gòu)部件產(chǎn)生局部高溫，有的部位甚至冒火星。低頻工況嚴重威脅廠電機械的安全，低頻導(dǎo)致廠用電動機的轉(zhuǎn)速降低，這可能造成一系列的惡性循環(huán)，如給水泵的壓力不足，致使鍋爐的汽壓不足、汽溫波動，循環(huán)水泵、凝結(jié)水

26、泵的出力不足，影響汽機真空等。這一切將影響發(fā)電機的出力并直接威脅著發(fā)電機甚至整個電廠和系統(tǒng)的安全運行。一方面由于低頻的同時存在系統(tǒng)無功缺額，另一方面由于發(fā)電機轉(zhuǎn)速下降，同等勵磁條件下機端電壓下降，所以低頻往往伴隨著低電壓，嚴重的低頻可能導(dǎo)致系統(tǒng)頻率崩潰或電壓崩潰。當發(fā)電機頻率低于額定值一定范圍時，發(fā)電機的輸出功率應(yīng)降低，功率降低一般與頻率降低成一定比例，在低頻運行時發(fā)電機如果發(fā)生過負荷，如上所述會導(dǎo)致發(fā)電機的熱損傷，但限制汽輪發(fā)電機組低頻運行的決定性因素是汽輪機而不是發(fā)電機。頻率異常保護主要用于保護汽輪機，防止汽輪機葉片及其拉金的斷裂事故。汽輪機的葉片，都有一自振頻率，如果發(fā)電機運行頻率升高或

27、者降低，當時葉片將發(fā)生諧振，其中k為諧振倍率，k=1，2，3，n為轉(zhuǎn)速（r/min），葉片承受很大的諧振應(yīng)力，使材料疲勞，達到材料所不允許的限度時，葉片或拉金就要斷裂，造成嚴重事故。材料的疲勞是一個不可逆的積累過程，所以汽輪機都給出在規(guī)定的頻率下允許的累計運行時間。從對汽輪機葉片及其拉金影響的積累作用方面看，頻率升高對汽輪機的安全也是有危險的，所以從這點出發(fā)，頻率異常保護應(yīng)當包括反應(yīng)頻率升高的部分。但是，一般汽輪機允許的超速范圍比較??；在系統(tǒng)中有功功率過剩時，通過機組的調(diào)速系統(tǒng)作用、超速保護，以及必要切除部分機組等措施，可以迅速使頻率恢復(fù)到額定值；而且頻率升高大多數(shù)是在輕負荷或空載時發(fā)生，此時

28、汽輪機葉片和拉金所承受的應(yīng)力，要比低頻滿載時小得多，所以一般頻率異常保護中，不設(shè)置反應(yīng)頻率升高的部分，而只包括反應(yīng)頻率下降的部分，并稱為低頻保護。11 失步 發(fā)電機與系統(tǒng)之間失步 對于大機組和超高壓電力系統(tǒng)，發(fā)電機裝有快速響應(yīng)的自動調(diào)整勵磁裝置，并與升變壓器組成單元接線，送電網(wǎng)絡(luò)不斷擴大，使發(fā)電機與系統(tǒng)的阻抗比例發(fā)生了變化。發(fā)電機和變壓器阻抗值增加了，而系統(tǒng)的等效阻抗值下降了。因此，振蕩中心常落在發(fā)電機機端或升壓變壓器范圍內(nèi)。如圖所示為主變高壓側(cè)AB相故障延時0.2S切除引起的發(fā)電機和系統(tǒng)失步振蕩波形，發(fā)電機機端測量電流、電壓波形。 由于振蕩中心落在機端附近，使振蕩過程對機組的影響加重了。機端

29、電壓周期性地嚴重下降，這點對大型汽輪發(fā)電機的安全運行特別不利。因為機爐的輔機都由接在機端的廠用變壓器供電，電壓周期性地嚴重下降，將使廠用機械工作的穩(wěn)定性遭到破壞，甚至使一些重要電動機制動，導(dǎo)致停機、停爐或主輔設(shè)備的損壞。發(fā)電機長時失步運行，將造成電廠整個生產(chǎn)流程擾亂和破壞，可能造成一些無法預(yù)見的后果。失步振蕩電流的幅值與三相短路電流可比擬，但振蕩電流在較長時間內(nèi)反復(fù)出現(xiàn)，使大型發(fā)電機組遭受沖擊力和熱的損傷，在短路伴隨振蕩的情況下，定子繞組端部先遭受短路電流產(chǎn)生的應(yīng)力，相繼又承受振蕩電流產(chǎn)生的應(yīng)力，使定子繞組端部出現(xiàn)機械損傷的可能性增加。振蕩過程中出現(xiàn)的扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，周期性作用于機組軸系，使大軸扭傷

30、，縮短運行壽命。對于電力系統(tǒng)來說，大機組與系統(tǒng)之間失步，如不能及時和妥善處理，可能擴大到整個電力系統(tǒng)，導(dǎo)致電力系統(tǒng)的崩潰。由于上述原因，對于大機組，特別是在單機容量所占比例較大的1000MW汽輪發(fā)電機，需要裝設(shè)失步保護，用以及時檢出失步故障，迅速采取措施，以保障機組和電力系統(tǒng)的安全運行。為了防止發(fā)電機失步和電力系統(tǒng)的振蕩，發(fā)電廠端往往采取一系列的安全穩(wěn)定措施，如超高速繼電保護、重合閘裝置、高起始響應(yīng)勵磁調(diào)節(jié)器和PSS功率穩(wěn)定器、聯(lián)鎖切機等。需要提到的是利用DEH的ACC加速度控制快關(guān)中壓調(diào)節(jié)汽門功能，將可能避免由于短路故障誘發(fā)的失步，可能將不穩(wěn)定振蕩轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定振蕩，這對于在線穩(wěn)定機組將大有好處

31、。因此，對于穩(wěn)定振蕩，發(fā)電機也沒有必要跳閘。當振蕩中心落于機端附近時，對于從機端取用勵磁電源的自并激勵磁方式發(fā)電機組將非常不利，失步將導(dǎo)致發(fā)電機失磁，使事故來得更為復(fù)雜。因此，當檢測到振蕩中心落在發(fā)電機變壓器內(nèi)部時，失步保護應(yīng)動作于全停。12 誤上電 發(fā)電機在盤車過程中，由于出口開關(guān)誤合閘，突然加上三相電壓，而使發(fā)電機異步啟動的情況，在國外曾多次出現(xiàn)過，它能在幾秒鐘內(nèi)給機組造成損傷。盤車中的發(fā)電機突然加電壓后，電抗接近，并在啟動過程中基本上不變。計及升壓變壓器的電抗和系統(tǒng)聯(lián)接電抗，并且在較小時，流過發(fā)電機定繞組的電流可達34倍額定值，定子電流所建立的旋轉(zhuǎn)磁場，將在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生差頻電流，如果不及時

32、切除電源，流過電流的持續(xù)時間過長，則在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的熱效應(yīng)將超過允許值，引起轉(zhuǎn)子過熱而遭到損壞。此外，突然加速，還可能因潤滑油壓低而使軸瓦遭受損壞。 因此，對這種突然加電壓的異常運行狀況，應(yīng)當有相應(yīng)的保護裝置，以迅速切除電源。13 啟停機 有些情況下，由于操作上的失誤或其它原因使發(fā)電機在啟動或停機過程中有勵磁電流，而此時發(fā)電機正好存在短路或其它故障，由于此時發(fā)電機的頻率低，許多保護繼電器的動作特性受頻率影響較大，在這樣低的頻率下，不能正確工作，有的靈敏度大大降低，有的則根本不能動作。 鑒于上述情況，對于在低轉(zhuǎn)速下可能加勵磁電壓的發(fā)電機通常要裝設(shè)反應(yīng)定子接地故障和反應(yīng)相間短路故障的保護裝置。這種保

33、護，一般稱為啟停機保護?，F(xiàn)在一些微機保護裝置都有頻率自適應(yīng)（跟蹤）功能，保證偏離工頻時，特別在發(fā)電機在開停機過程（565HZ），不影響保護的靈敏度。因此沒有必要再裝設(shè)啟停機保護，海鹽力源引進美國GE公司的G60微機保護正是如此。14 逆功率 汽輪機在其主汽門關(guān)閉后，發(fā)電機變?yōu)橥诫妱訖C運行，從電機可逆的觀點來看，逆功率運行對發(fā)電機毫無影響。但是對于汽輪機，其轉(zhuǎn)子將被發(fā)電機拖動保持3000r/min高速旋轉(zhuǎn)，葉片將和滯留在汽缸內(nèi)的蒸汽產(chǎn)生鼓風(fēng)磨擦，所產(chǎn)生的熱量不能為蒸汽所帶走，從而使汽輪機的葉片（主要是低壓缸和中壓缸末級葉片）和排汽端缸溫急劇升高，使其過熱而損壞，一般規(guī)定逆功率運行不得超過3mi

34、n。因此大型機組都要求裝設(shè)逆功率保護，當發(fā)生逆功率時，以一定的延時將機組從電網(wǎng)解列。主汽門關(guān)閉后，發(fā)電機有功功率下降并變到某一負值，幾經(jīng)擺動之后達到穩(wěn)態(tài)值。發(fā)電機的有功損耗，一般約為額定值的1%1.5%，而汽輪機的損耗與真空度及其他因素有關(guān)，一般約為額定值的3%4%，有時還要稍大些。因此，發(fā)電機變電動機運行后，從電力系統(tǒng)中吸收的有功功率穩(wěn)態(tài)值約為額定值的4%5%，而最大暫態(tài)值可達到額定值的10%左右。當主汽門有一定的漏泄時，實際逆功率還要比上述數(shù)值小些?，F(xiàn)代大型機組一般設(shè)置兩套逆功率保護，一套是常規(guī)的逆率保護。另一套是程序跳閘專用的逆率保護，用于防止汽輪機主汽門關(guān)閉不嚴而造成飛車危險，當主汽門

35、關(guān)閉時用逆功率元件來將機組從電網(wǎng)安全解列。我廠逆功率保護為兩個部分：一是作為保護裝置程序跳閘的起動元件；另一個是作為逆功率保護元件。 二 保護系統(tǒng)出口設(shè)置發(fā)電機變壓器組全停I、II：斷開發(fā)電機變壓器組500kV斷路器、發(fā)電機磁場斷路器、高壓廠用變壓器的兩個6kV分支斷路器、關(guān)汽輪機主汽門，切換廠用電、起動失靈保護。發(fā)電機變壓器組非電量全停：斷開發(fā)電機變壓器組500kV斷路器、發(fā)電機磁場斷路器、高壓廠用變壓器的兩個6kV分支斷路器、關(guān)汽輪機主汽門，切換廠用電。程序跳閘：關(guān)主汽門，待確認主汽門關(guān)閉后再動作于“發(fā)電機變壓器組全?！?。確認由汽輪機進汽閥限位開關(guān)和逆功率繼電器實現(xiàn)。起停機出口：斷開滅磁開

36、關(guān)等。解列滅磁：斷開發(fā)電機變壓器組500kV斷路器、斷開滅磁開關(guān)。解列：斷開發(fā)電機變壓器組500kV斷路器減出力：將汽輪機出力減至預(yù)定值。減勵磁。切換廠用電。信號：發(fā)出聲、光信號，并向DCS、故障錄波等發(fā)送信號用于事故記錄。發(fā)電機保護配置發(fā)電機差動保護（兩套）：保護能在區(qū)外故障時可靠地躲過兩側(cè)CT特性不一致所產(chǎn)生的不平衡電流。區(qū)內(nèi)故障保護靈敏動作，保護采用三相式接線。發(fā)電機差動保護為兩側(cè)電流差動，發(fā)電機中性點側(cè)CT電流信號引入發(fā)電機；主變低壓側(cè)CT電流信號引入發(fā)電機。保護瞬時動作于全停1，保護范圍包括：發(fā)電機、勵磁變。匝間保護：保護發(fā)電機定子繞組匝間短路故障。保護動作于全停。保護采用專用電壓互

37、感器零序電壓過壓和負序功率方向原理；區(qū)外故障時不誤動，區(qū)內(nèi)故障有足夠的靈敏系數(shù)；電壓或電流互感器斷線時不誤動發(fā)電機定子接地保護（兩套）：保護發(fā)電機定子繞組的單相接地故障，保護由發(fā)電機機端基波零序電壓和中性點側(cè)三次諧波電壓共同構(gòu)成100%保護區(qū)的定子接地保護。設(shè)PT斷線閉鎖。區(qū)外故障時不誤動?；阈螂妷菏浇拥乇Ｗo：保護動作于全停1。三次諧波式接地保護：采用三次諧波比原理，保護動作于發(fā)信號/全停1。發(fā)電機過電壓保護（兩套）：保護發(fā)電機在起動或并網(wǎng)過程中發(fā)生電壓升高而損壞發(fā)電機絕緣的事故。保護動作于程序跳閘，切換廠用電/全停1。發(fā)電機過激磁保護（兩套）：保護發(fā)電機過激磁，即當頻率降低和電壓升高時，

38、引起鐵芯的工作磁通密度過高而過熱使絕緣老化的保護裝置。保護設(shè)有定時限和反時限兩個部分：定時限延時t1動作于信號，減勵磁；延時t2動作于全停1，反時限部分動作于全停1。失磁保護（兩套）：保護發(fā)電機在發(fā)生失磁或部分失磁時，防止危及發(fā)電機安全及電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的保護。保護由發(fā)電機端測量阻抗判據(jù)、發(fā)電機出口電壓、變壓器高壓側(cè)低電壓判據(jù)、定子過電流判據(jù)組成。設(shè)PT斷線閉鎖。閉鎖元件動作，阻抗元件動作發(fā)出失磁信號經(jīng)延時t1動作減出力；閉鎖元件動作（系統(tǒng)低電壓），阻抗元件動作，延時t2程序跳閘/切換廠用電；時限t3到達時動作于程序跳閘/切換廠用電。失步保護（兩套）：保護發(fā)電機在發(fā)生失步時，造成機組受力和熱的

39、損傷及廠用電壓急劇下降，使廠用機械受到嚴重威脅，導(dǎo)致停機、停爐嚴重事故的保護。保護由三阻抗元件或測量振蕩中心電壓及變化率等原理構(gòu)成，在短路故障、系統(tǒng)穩(wěn)定振蕩、電壓回路斷線等情況下，保護不誤動作。能檢測加速和減速失步，保護通常動作于信號，當振蕩中心在發(fā)電機變壓器內(nèi)部，失步動作時間超過整定值或電流振蕩次數(shù)超過規(guī)定值時，保護動作于全停1。并裝設(shè)電流閉鎖裝置，以保證開關(guān)斷開時的電流不超過開關(guān)額定失步開斷電流。發(fā)電機過激磁保護（兩套）：保護發(fā)電機過激磁，即當頻率降低和電壓升高時，引起鐵芯的工作磁通密度過高而過熱使絕緣老化的保護裝置。保護設(shè)有定時限和反時限兩個部分：定時限延時t1動作于信號，減勵磁；延時t

40、2動作于全停1，反時限部分動作于全停1。失磁保護（兩套）：保護發(fā)電機在發(fā)生失磁或部分失磁時，防止危及發(fā)電機安全及電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的保護。保護由發(fā)電機端測量阻抗判據(jù)、發(fā)電機出口電壓、變壓器高壓側(cè)低電壓判據(jù)、定子過電流判據(jù)組成。設(shè)PT斷線閉鎖。閉鎖元件動作，阻抗元件動作發(fā)出失磁信號經(jīng)延時t1動作減出力；閉鎖元件動作（系統(tǒng)低電壓），阻抗元件動作，延時t2程序跳閘/切換廠用電；時限t3到達時動作于程序跳閘/切換廠用電。失步保護（兩套）：保護發(fā)電機在發(fā)生失步時，造成機組受力和熱的損傷及廠用電壓急劇下降，使廠用機械受到嚴重威脅，導(dǎo)致停機、停爐嚴重事故的保護。保護由三阻抗元件或測量振蕩中心電壓及變化率等原理構(gòu)成，在短路故障、系統(tǒng)穩(wěn)定振蕩、電壓回路斷線等情況下，保護不誤動作。能檢測加速和減速失步，保護通常動作于信號，當振蕩中心在發(fā)電機變壓器內(nèi)部，失步動作時間超過整定值或電流振蕩次數(shù)超過規(guī)定值時，保護動作于全停1。并裝設(shè)電流閉鎖裝置，以保證開關(guān)斷開時的電流不超過開關(guān)額定失步開斷電流。發(fā)電機頻率異常保護（兩套）：保護汽輪機，為防止發(fā)電機在頻率偏低或偏高時，使汽輪機的葉片及其