《大中型無刷勵(lì)磁發(fā)電機(jī)組主勵(lì)磁機(jī)保護(hù)技術(shù)導(dǎo)則》

ICS29.240T/CEC

CCSK45

中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)標(biāo)準(zhǔn)

T/CECXXXXX—202X

大中型無刷勵(lì)磁發(fā)電機(jī)組主勵(lì)磁機(jī)保護(hù)

技術(shù)導(dǎo)則

Technicalguideformainexciterprotectionoflargeandmediumbrushless

generatorunits

（征求意見稿）

（在提交反饋意見時(shí)，請(qǐng)將您知道的相關(guān)專利連同支持性文件一并附上）

202X-XX-XX發(fā)布202X-XX-XX實(shí)施

中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)發(fā)布

T/CECxxx—202X

大中型無刷勵(lì)磁發(fā)電機(jī)組主勵(lì)磁機(jī)保護(hù)技術(shù)導(dǎo)則

1范圍

本文件規(guī)定了大中型無刷勵(lì)磁發(fā)電機(jī)組主勵(lì)磁機(jī)保護(hù)的總體要求、配置原則、動(dòng)作方式及功能要求

等。

本文件適用于單機(jī)容量在300MW及以上的大中型無刷勵(lì)磁發(fā)電機(jī)組，作為該類機(jī)組主勵(lì)磁機(jī)保護(hù)

研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)、運(yùn)行和維護(hù)的依據(jù)，單機(jī)容量在300MW以下的機(jī)組可參照?qǐng)?zhí)行。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文

件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用

于本文件。

GB/T2900.1電工術(shù)語基本術(shù)語

GB/T2900.17電工術(shù)語量度繼電器

GB/T2900.49電工術(shù)語電力系統(tǒng)保護(hù)

GB/T11287電氣繼電器第21部分：量度繼電器和保護(hù)裝置的振動(dòng)、沖擊、碰撞和地震試驗(yàn)第1

篇：振動(dòng)試驗(yàn)（正弦）

GB/T13384機(jī)電產(chǎn)品包裝通用技術(shù)條件

GB/T14285繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程

GB/T14537量度繼電器和保護(hù)裝置的沖擊和碰撞試驗(yàn)

GB/T14598.3電氣繼電器第5部分：量度繼電器和保護(hù)裝置的絕緣配合要求和試驗(yàn)

GB/T14598.24量度繼電器和保護(hù)裝置第24部分：電力系統(tǒng)暫態(tài)數(shù)據(jù)交換（COMTRADE）通用

格式

GB/T14598.26量度繼電器和保護(hù)裝置第26部分：電磁兼容要求

GB/T14598.27量度繼電器和保護(hù)裝置第27部分：產(chǎn)品安全要求

GB50171電氣裝置安裝工程盤、柜及二次回路接線施工及驗(yàn)收規(guī)范

DL/T478-2013繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置通用技術(shù)條件

DL/T671發(fā)電機(jī)變壓器組保護(hù)裝置通用技術(shù)條件

DL/T5136火力發(fā)電廠、變電所二次接線設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程

JB/T7784透平同步發(fā)電機(jī)用交流勵(lì)磁機(jī)技術(shù)條件

3術(shù)語和定義

GB/T2900.1、GB/T2900.17、GB/T2900.49、GB/T14285、JB/T7784界定的以及下列的術(shù)語和定

義適用于本文件。

3.1

三相勵(lì)磁機(jī)Three-phaseexciter

1

DL/Txxx—202X

轉(zhuǎn)子電樞按照各分支繞組中性點(diǎn)相接后引出機(jī)端的方式，接成3相結(jié)構(gòu)的勵(lì)磁機(jī)。

3.2

多相勵(lì)磁機(jī)Multiphaseexciter

轉(zhuǎn)子電樞按照各相繞組首尾依次相接的方式，接成11相、39相或46相等多相結(jié)構(gòu)的環(huán)形繞組勵(lì)

磁機(jī)。

3.3

DNC系統(tǒng)Diodenon-conductiondetectionsystem

旋轉(zhuǎn)整流器開路故障檢測(cè)系統(tǒng)（DNC），該系統(tǒng)一般通過檢測(cè)霍爾傳感器脈沖實(shí)現(xiàn)對(duì)旋轉(zhuǎn)整流器開

路故障的檢測(cè)。

3.4

旋轉(zhuǎn)整流器一管開路Onediodeopencircuitfault

旋轉(zhuǎn)整流器出現(xiàn)的一只二極管斷開的故障。

3.5

旋轉(zhuǎn)整流器一相開路Onephaseopencircuitfault

電樞繞組與旋轉(zhuǎn)整流器之間出現(xiàn)一根連線的熔斷器熔斷的故障（僅存在于采用多相勵(lì)磁機(jī)的發(fā)電機(jī)

組）。

3.6

旋轉(zhuǎn)整流器兩相開路Twophaseopencircuitfault

電樞繞組與旋轉(zhuǎn)整流器之間出現(xiàn)兩根連線的熔斷器熔斷的故障（僅存在于采用多相勵(lì)磁機(jī)的發(fā)電機(jī)

組）。

3.7

旋轉(zhuǎn)整流器開路Rotatingrectifieropencircuitfault

旋轉(zhuǎn)整流器出現(xiàn)的一管開路、一相開路、兩相開路及更多相開路故障的統(tǒng)稱。

3.8

勵(lì)磁機(jī)磁場(chǎng)探測(cè)線圈Detectioncoil

在定子磁極上按照一定規(guī)則布置的、用于輔助檢測(cè)定子勵(lì)磁繞組匝間短路故障、轉(zhuǎn)子電樞繞組匝間

短路故障和旋轉(zhuǎn)整流器開路故障的附加繞組。

4總體要求

4.1主勵(lì)磁機(jī)配置的保護(hù)應(yīng)能反應(yīng)主勵(lì)磁機(jī)定子勵(lì)磁繞組、轉(zhuǎn)子電樞繞組和旋轉(zhuǎn)整流器的各類電氣故

障和異常運(yùn)行狀態(tài)，應(yīng)具有獨(dú)立性和完整性。

4.2主勵(lì)磁機(jī)配置的保護(hù)應(yīng)在機(jī)組啟停、發(fā)電機(jī)故障或異常以及系統(tǒng)擾動(dòng)時(shí)具備防誤動(dòng)能力。

4.3主勵(lì)磁機(jī)保護(hù)宜采用定子勵(lì)磁繞組電氣量反應(yīng)的各類故障和異常運(yùn)行狀態(tài)，也可采用磁場(chǎng)探測(cè)線

圈等其他測(cè)量方式。

4.4主勵(lì)磁機(jī)保護(hù)裝置的性能及安裝應(yīng)滿足GB/T11287、GB/T13384、GB/T14285、GB/T14537、

GB/T14598.3、GB/T14598.24、GB/T14598.26、GB/T14598.27、GB50171、DL/T478、DL/T671和

DL/T5136等標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2

T/CECxxx—202X

4.5主勵(lì)磁機(jī)保護(hù)裝置應(yīng)能檢測(cè)勵(lì)磁機(jī)定子勵(lì)磁電流或磁場(chǎng)探測(cè)線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)中不低于1500Hz的

高頻分量。

5保護(hù)配置原則及動(dòng)作方式

5.1保護(hù)配置原則

針對(duì)主勵(lì)磁機(jī)的故障和異常運(yùn)行狀態(tài)，應(yīng)至少配置以下保護(hù)：

a)轉(zhuǎn)子電樞繞組匝間短路保護(hù)；

b)轉(zhuǎn)子電樞繞組相間短路保護(hù)；

c)旋轉(zhuǎn)整流器開路保護(hù)；

d)定子勵(lì)磁繞組短路保護(hù)；

e)定子勵(lì)磁繞組一點(diǎn)接地保護(hù)；

f)定子勵(lì)磁繞組開路保護(hù)；

g)定子過電流和過電壓保護(hù)。

5.2保護(hù)動(dòng)作方式

根據(jù)故障和異常運(yùn)行狀態(tài)性質(zhì)的不同，本文件5.1部分列出的各項(xiàng)保護(hù)的動(dòng)作方式規(guī)定如下：

a)轉(zhuǎn)子電樞繞組匝間短路保護(hù)宜動(dòng)作于停機(jī)；

b)轉(zhuǎn)子電樞繞組相間短路保護(hù)宜動(dòng)作于停機(jī)；

c)對(duì)于采用多相勵(lì)磁機(jī)的發(fā)電機(jī)組，旋轉(zhuǎn)整流器的一管開路故障或一相開路故障宜動(dòng)作于信號(hào)，

兩相及以上的開路故障可動(dòng)作于停機(jī)；對(duì)于采用三相勵(lì)磁機(jī)的發(fā)電機(jī)組，旋轉(zhuǎn)整流器的開路故

障宜動(dòng)作于信號(hào)；

d)定子勵(lì)磁繞組短路保護(hù)宜動(dòng)作于信號(hào)，必要時(shí)可根據(jù)高、低兩段定值，發(fā)出不同的告警信號(hào)；

e)定子勵(lì)磁繞組一點(diǎn)接地保護(hù)宜動(dòng)作于信號(hào)；

f)定子勵(lì)磁繞組開路保護(hù)宜動(dòng)作于信號(hào)；

g)定子過電流和過電壓保護(hù)可動(dòng)作于信號(hào)或停機(jī)。

以上動(dòng)作方式的具體動(dòng)作行為，依據(jù)GB/T14285的規(guī)定執(zhí)行。

6保護(hù)功能要求

6.1轉(zhuǎn)子電樞繞組匝間短路保護(hù)

6.1.1對(duì)于采用三相勵(lì)磁機(jī)的發(fā)電機(jī)組，轉(zhuǎn)子電樞繞組匝間短路保護(hù)應(yīng)能反應(yīng)轉(zhuǎn)子電樞繞組的分支內(nèi)

匝間短路和分支間匝間短路故障。

6.1.2對(duì)于采用多相勵(lì)磁機(jī)的發(fā)電機(jī)組，轉(zhuǎn)子電樞繞組匝間短路保護(hù)應(yīng)能反應(yīng)轉(zhuǎn)子電樞繞組的各相分

支內(nèi)匝間短路故障。

6.1.3宜通過檢測(cè)定子勵(lì)磁電流實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)子電樞繞組匝間短路故障的保護(hù)。

6.1.4保護(hù)對(duì)電樞繞組發(fā)生的各類金屬性匝間短路故障的靈敏系數(shù)不應(yīng)小于1.5。

6.2轉(zhuǎn)子電樞繞組相間短路保護(hù)

6.2.1轉(zhuǎn)子電樞繞組相間短路故障保護(hù)宜通過檢測(cè)定子勵(lì)磁電流，反應(yīng)勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子電樞繞組及引出線

的相間短路故障。

6.2.2保護(hù)對(duì)電樞繞組發(fā)生的各類金屬性相間短路故障的靈敏系數(shù)不應(yīng)小于1.5。

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6.3旋轉(zhuǎn)整流器開路保護(hù)

6.3.1對(duì)于采用多相勵(lì)磁機(jī)的發(fā)電機(jī)組，宜通過檢測(cè)定子勵(lì)磁電流反應(yīng)旋轉(zhuǎn)整流器開路故障。

6.3.2對(duì)于采用多相勵(lì)磁機(jī)的發(fā)電機(jī)組，可額外配置DNC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)旋轉(zhuǎn)整流器的一相開路故障、

兩相及以上開路故障的判別。

6.3.3對(duì)于采用三相勵(lì)磁機(jī)的發(fā)電機(jī)組，宜通過檢測(cè)定子勵(lì)磁電流反應(yīng)旋轉(zhuǎn)整流器的一管開路故障，

必要時(shí)還可優(yōu)化判據(jù)使之反應(yīng)旋轉(zhuǎn)整流器的更多管開路故障。

6.3.4保護(hù)對(duì)旋轉(zhuǎn)整流器發(fā)生的各類開路故障的靈敏系數(shù)應(yīng)不小于1.3。

6.4定子勵(lì)磁繞組短路保護(hù)

6.4.1保護(hù)應(yīng)能通過檢測(cè)定子勵(lì)磁電流，反應(yīng)定子勵(lì)磁繞組一極內(nèi)的匝間短路、極間的匝間短路和正

負(fù)極間的短路故障。

6.4.2保護(hù)對(duì)勵(lì)磁繞組5%匝比金屬性短路故障的靈敏系數(shù)應(yīng)不小于1.3。

6.5定子勵(lì)磁繞組一點(diǎn)接地保護(hù)應(yīng)實(shí)現(xiàn)定子勵(lì)磁繞組對(duì)地絕緣電阻的實(shí)時(shí)檢測(cè)與顯示。

6.6定子勵(lì)磁繞組開路保護(hù)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁回路開路及接觸不良的檢測(cè)。

6.7勵(lì)磁機(jī)定子過電流和過電壓保護(hù)，應(yīng)能反應(yīng)各類故障或異常運(yùn)行導(dǎo)致的勵(lì)磁機(jī)定子過流、正負(fù)極

間過電壓和對(duì)地過電壓。

6.8為提高保護(hù)的靈敏性及可靠性，可在定子磁極布置磁場(chǎng)探測(cè)線圈，通過檢測(cè)探測(cè)線圈的感應(yīng)電動(dòng)

勢(shì)反應(yīng)定子勵(lì)磁繞組短路故障、轉(zhuǎn)子電樞繞組匝間短路故障、轉(zhuǎn)子電樞繞組相間短路故障和旋轉(zhuǎn)整流器

開路故障。

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附錄A

（資料性）

常見的兩種無刷勵(lì)磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理

目前大中型無刷勵(lì)磁發(fā)電機(jī)組共有兩種常見勵(lì)磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，圖A-1是采用多相勵(lì)磁機(jī)的無刷勵(lì)磁

方式，勵(lì)磁機(jī)多采用環(huán)形電樞繞組，勵(lì)磁變經(jīng)可控硅整流給勵(lì)磁機(jī)提供勵(lì)磁電源，勵(lì)磁機(jī)的轉(zhuǎn)子電樞繞

組通過旋轉(zhuǎn)整流器整流后為發(fā)電機(jī)提供勵(lì)磁電流。圖A-2是采用三相勵(lì)磁機(jī)的無刷勵(lì)磁方式，勵(lì)磁機(jī)

多采用常規(guī)的三相星形繞組，副勵(lì)磁機(jī)直接給勵(lì)磁機(jī)提供勵(lì)磁電源。

圖A-1采用多相勵(lì)磁機(jī)的無刷勵(lì)磁方式

CT

GHG

PT

勵(lì)磁調(diào)節(jié)器

圖A-2采用三相勵(lì)磁機(jī)的無刷勵(lì)磁方式

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附錄B

（資料性）

現(xiàn)有DNC保護(hù)的基本原理

對(duì)于旋轉(zhuǎn)整流器故障，目前現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的多相勵(lì)磁機(jī)普遍采用DNC系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。如圖B-1所示，

該系統(tǒng)在勵(lì)磁機(jī)磁極端面靠近電樞整流模塊連接片的位置相隔一定角度安裝3個(gè)霍爾傳感器。當(dāng)整流系

統(tǒng)正常、勵(lì)磁機(jī)電樞與整流器相連的各支路導(dǎo)通的情況下，勵(lì)磁機(jī)每旋轉(zhuǎn)一圈，傳感器探頭將輸出連續(xù)

的信號(hào)波形。如果有故障，則輸出波形不再連續(xù)，該系統(tǒng)按照3取2的邏輯進(jìn)行判斷。

旋轉(zhuǎn)二極管支路

霍爾1

一個(gè)支路故障

霍爾2

整形波形邏輯判兩個(gè)支路故障

放大檢測(cè)斷元件

霍爾3元件元件三個(gè)支路故障

……

霍爾元件

勵(lì)磁機(jī)內(nèi)部

圖B-1二極管非導(dǎo)通故障檢測(cè)系統(tǒng)（DNC）示意圖

6

T/CECxxx—202X

附錄C

（資料性）

勵(lì)磁機(jī)磁場(chǎng)探測(cè)線圈的典型配置方法

一般采用在定子勵(lì)磁繞組布置兩組相同探測(cè)線圈（空間相差180°機(jī)械角度）的方式來檢測(cè)故障時(shí)

氣隙磁場(chǎng)的特征。如圖C-1所示，電機(jī)為定子靜止勵(lì)磁。在空間相對(duì)的兩個(gè)磁極下布置相同匝數(shù)的兩個(gè)

探測(cè)線圈，探測(cè)線圈固定在電機(jī)定子內(nèi)圓的槽口或者槽楔處，兩個(gè)探測(cè)線圈分別處于不同極性的磁極下，

繞組的繞向相同。正常運(yùn)行時(shí)，探測(cè)線圈為開路，沒有工作電流因此不對(duì)電機(jī)正常運(yùn)行產(chǎn)生影響?？梢?/p>

利用單個(gè)探測(cè)線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，也可以將兩個(gè)探測(cè)線圈正向或反向串聯(lián)，利用感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的諧波特征

實(shí)現(xiàn)對(duì)無刷勵(lì)磁機(jī)各種故障的保護(hù)。

ω

圖C-1無刷勵(lì)磁機(jī)探測(cè)線圈布置方法

7

DL