自備電廠發電機繼電保護的選擇與整定計算

陳愛春（寧夏啟元藥業有限公司自備電廠，寧夏 銀川 750100）

該企業是大型生物制藥企業連續生產，高耗電量，對電力供應的要求為不間斷供電。為滿足生產要求，采用兩條35KV市電和四臺15MW空冷發電機組并網持續供電。

發電機是該企業主要供電電源，其安全穩定運行。因此需要綜合考慮發電機的安全運行。就需要在發電機上配置較完善的繼電保護和并合理整定。

1 發電機可能出現的故障類型及不正常工作狀態

1.1 發電機可能出現的故障類型

1.1.1 發電機定子繞組相間短路 定子繞組相間短路會產生很大的短路電流，嚴重損壞發電機，甚至引起火災。

1.1.2 發電機定子繞組匝間短路 定子繞組匝間短路會產生很大的環流，引起故障處溫度升高，使絕緣老化，甚至擊穿絕緣發展為單相接地或相間短路，擴大發電機損壞范圍。

1.1.3 發電機定子繞組單相接地 定子繞組單相接地是發電機易發生的一種故障。單相接地后，其電容電流流過故障點的定子鐵芯，當此電流較大或持續時間較長時，會使鐵芯局部熔化。

1.1.4 發電機轉子繞組一點接地和兩點接地 轉子繞組一點接地，對發電機沒有直接危害。兩點接地則轉子繞組一部分被短接，不但會燒毀轉子繞組，而且由于部分繞組短接會破壞磁路的對稱性，造成磁勢不平衡而引起機組劇烈振動，產生嚴重后果。水輪發電機組是凸極結構，機組劇烈振動后會破壞各軸承與軸瓦之間的間隙，造成“拉瓦”，排除故障需要相當長的停機時間，故絕不允許轉子繞組兩點接地現象出現。

1.1.5 發電機失磁 由于轉子繞組斷線、勵磁回路故障或滅磁開關誤動等原因，將造成轉子失磁，失磁故障不僅對發電機造成危害，而且對電力系統安全也會造成嚴重影響。發電機失去勵磁后，運行狀態將變為電動機運行。故不允許發電機失磁后繼續運行。

1.2 發電機的不正常工作狀態

1.2.1 由于外部短路 非周期合閘以及系統振蕩等原因引起的過電流。

表1

表2 發電機定值整定

1.2.2 過負荷。

1.2.3 過電壓 特別是水輪發電機，因其調速系統慣性大，在突然甩負荷時，將引起過電壓。

1.2.4 逆功率 當汽輪發電機主汽門突然關閉而發電機斷路器未斷開時，發電機將過渡到同步電動機運行狀態，對汽輪發電機葉片特別是尾葉，可能過熱而損壞。

2 發電機的保護配置

2.1 縱差動保護 反應發電機定子繞組及其引出線的相間短路故障，動作于瞬時跳開發電機開關、停機并滅磁。

2.2 零序保護 當發電機電壓回路回路的接地電容電流（未經消弧線圈補償）大于或等于5A時，保護動作于跳閘、停機、滅磁。；當接地電容電流小于5A時，保護應動作信號。對單機容量為100MW及以上的發電機，應盡量裝設保護范圍為100%的接地保護。

2.3 過電流保護 一般應配置低電壓過流或復合電壓過流保護反應外部短路引起的定子繞組過電流狀態，并作為發電機的后備保護。對單機容量為50MW及以上的發電機，一般裝設負序過流及單相低電壓起動的過流保護。

2.4 過負荷保護 由于發電機對稱過負荷引起的定子繞組過流，應裝設反應一相電流的過負荷保護，延時動作于信號。

2.5 過電壓保護 反應發電機突然甩負荷引起的定子繞組過電壓現象，延時動作于跳開關、停機、滅磁。

2.6 轉子繞組一點接地保護 水輪發電機組一般裝設一點接地保護并動作于信號。汽輪機發電機采用定期檢測裝置，大容量機組才設一點接地保護和二點接地保護。一點接地保護動作于信號，二點接地保護動作于停機。

2.7 失磁保護 當不允許失磁運行時，應在自動滅磁開關斷開時，連跳發電機斷路器。對單機容量100MW及以上或采用可控硅勵磁方式時，應設專門的失磁保護。一般成套的可控硅勵磁裝置自身都設有失磁保護和轉子回路過負荷保護，所以發電機上不再單獨配置該保護。

2.8 頻率保護 汽輪機的葉片都有一個自然振蕩頻率，如果發電機運行頻率低于或高于額定值，在接近或等于葉片自振頻率時，將導致共振，使材料疲勞。達到材料不允許的程度時，葉片就有可能斷裂，造成嚴重事故。材料的疲勞是一個不可逆的積累過程，所以汽輪機給出了在規定頻率下允許的累計運行時間。低頻運行多發生在重負荷下，對汽輪機的威脅將更為嚴重，另外對極低頻工況，還將威脅到廠用電的安全，低頻運行會使汽輪機葉片受到疲勞損傷，故裝設低頻保護。低頻保護反映系統頻率的降低，并設有低電壓閉鎖，即發電機退出運行時低頻保護也自動退出運行。

當電網出現大波動是會出現突然甩切大負荷的情況，此時發電機會出現過頻現象，頻率過高也會損壞發電機。因此發電機應裝設頻率異常運行保護。

2.9 勵磁保護針對勵磁回路故障還應設有勵磁變過流保護、勵磁回路過負荷等保護。

3 發電機保護的選擇

根據有關規程，考慮到發電機常見故障及該企業供電要求選擇許繼的發電機保護裝置.設置繼電保護配置表。（表1）

4 發電機的保護整定

（見表2）

5 結語

通過發電機保護的選擇和定值整定，發電機運行穩定。各保護動作正常，滿足該企業安全連續供電要求。現通過8年的運行，時間和實踐都證明了該發電機保護選擇正確，定值整定合理。

[1]朱志宏.繼電保護,火力發電職業技能培訓教材[M].北京：中國電力出版社,2004.

Zhizhihong Relay teaching book for skill training[M]Beijing Chiba Electric Power Press,2004.

[2]陳永林.電力系統繼電保護的計算機整定計算[M].北京：水利電力出版社,1998.Chenyonglin Setting calculation of electric power systern re?lay[M]Beijing Water Conservancy and Electric Power Press,1994

[3]賀家李，宋從矩 電力系統繼電保護原理[M]北京：中國電力出版社2004