淺談300MVA發電機繼電保護系統的作用

李曉敏

【摘 要】在大型機電中，繼電保護是對機電的一種自動保護裝置，在機電系統中主要是負責電力系統安全、可靠地運行。現在的大型發電機構建原理復雜，成本高昂，一旦發生了故障，不但維修困難，且所花的金錢成本也是需要考慮的重要問題。就電力系統而言，大型發電機所占比較重大，特別是在容量比較下，若是單機容量在系統容量中的比重過大，大型發電機一旦發生移除，對整個電力系統所造的沖擊相對較大。由此，在考慮大型發電機的繼電保護配置時，需要盡量保證機組在故障時所造成的破壞能夠被壓制到最小，即盡可能保證機器整體安全，不被停機，尤其是需要保護配置的非常規型啟動，對此本文研究300MVA發電機繼電保護系統的作用。

【關鍵詞】電力系統;發電機;繼電保護

1.300MVA發電機特點

發電機分直流發電機和交流發電機兩大類，后者又可分為同步發電機和異步發電機?，F代電廠中最常用的是同步發電機。它由直流電流勵磁，既能提供有功功率，也能提供無功功率，可滿足各種負載的需要。異步發電機沒有獨立的勵磁繞組，其結構簡單，操作方便，但不能向負載提供無功功率。因此，異步發電機運行時必須與其他同步發電機并聯，或并接相當數量的電容器。300MW發電機組造價昂貴，結構復雜，一旦發生故障，其檢修難度大，時間長，將造成較大的經濟損失。因此，在考慮300MW機組繼電保護的總體配置時，應最大限度地保證機組安全和縮小故障破壞范圍，盡可能避免不必要的突然停機，對某些異常工況采用自動處理裝置，特別要避免保護裝置的誤動和拒動，這樣不僅要求有足夠的的可靠性、靈敏性、選擇性和快速性，還要求繼電保護在總體配置上盡量做到完善、合理，避免繁瑣、復雜。

2.發電機的故障和不正常運行狀態

相對變壓器而言，發電機更加復雜，變壓器有原邊繞組，副邊繞組，通過鐵芯，磁場來將原邊和副邊連接起來，進行磁耦合，來實現能量的傳遞。發電機，有轉子繞組，定子繞組，轉子鐵芯，定子鐵芯。在發電機中有靜止的部分，也有旋轉的部分，通過定子去切割氣隙中的磁場，在定子上感應電勢，產生電流。將轉子上所接收到的機械能，帶動轉子轉動，通過磁場將機械能轉化為電能，通過定子繞組輸送出去。發電機內部有時間變化量，定子上感應的電流，電壓，呈正弦變化，還有空間變化。發電機的故障狀態以及不正常狀態相對于變壓器來說，就復雜得多。發電機.相對非常貴重，使得它的重要程度升高。

2.1發電機故障

（1）定子繞組單相接地

較常見，一般中性點不接地，或高阻接地，沒有較大的單相電流，如果電流值大于5A的話，可造成鐵芯燒傷或局部融化。一般給轉子繞組通入直流電流，讓其產生旋轉磁場，使定轉子之間形成磁路的耦合，使轉子獲得的機械能通過磁場傳輸到定子上。一般來說，轉子繞組是接在正負電源之間，轉子上本身是沒有接地點的，只有正負極，也就是沒有零電位，發生一點接地時，也就是相當于出現了一個零電位，形成不了回路，對發電機沒有直接的危害，但是，如果發生兩點接地，就相當于形成了一個短路狀態，此時，會有非常大的短路電流，造成了磁場的畸變，使轉子局部發熱，同時，會在定子感應較大的短路電壓，定子鐵芯易飽和，機組會出現發熱現象，同時，由于磁場的不均勻，使得它收到磁力的作用也不均勻，會引起發電機組的震動，對發電機.有直接的危害。不允許發電機繼續運行，必須馬上退出運行。

（2）轉子勵磁回路電流急劇下降或消失

從系統吸收無功功率，造成失步，從而引起系統電壓下降，甚至可使系統崩潰。本來通過轉子建立磁場，建立連接橋梁，轉子勵磁電流急劇下降，會使得轉.子的一部分機械能無法轉換為電能，使得轉子的轉速升高，外部連接的系統中的電流會建立連接橋梁，從而傳遞機械能，本來是向系統中發送無功功率，現在變成了向系統中吸收無功功率，無功功率和系統中的電壓有直接聯系，無功功率充足，系統中的電壓能夠保持較高的水平，無功功率不足，電壓下降，甚至可能使得系統崩潰。

2.2發電機不正常運行狀態

（1）定子繞組引起的三相對稱過負荷

發電機的抗過負荷能力遠小于變壓器，變壓器作為靜止元件，沒有旋轉部分，當過負荷時，能夠通過變壓器油有效地冷卻。發電機有高速旋轉部分，本身發熱量較大，其散熱也沒有像變壓器油那樣比較好的進行散熱，一般不允許過負荷狀態，一般過負荷，會發生報警信號。

（2）外部不對稱短路或不對稱負荷而引起的發電機負序電流

發電機作為旋轉元件，當其出現負序電流時，會產生一個反轉的磁場，發電機的工作原理是其轉子上加上一個勵磁電流后產生磁場，隨著轉子的旋轉，這個磁場會跟著轉子一起旋轉，磁場在定子繞組上感應電勢，產生三相交流電。三相交流電同樣會合成一個旋轉磁場，這個磁場在一般情況下轉子磁場保持靜止狀態，對于負序電流，轉子磁場正轉，而定子負序電流所產生的這個磁場反轉，磁場抵消，磁場很弱，機組振動。

3.發電機各保護作用

300MW機組保護裝置可分為短路保護和異常運行保護兩類。短路保護是用以反應被保護區域內發生的各種類型的短路故障，為了防止保護拒動或斷路器拒動，設主保護和后備保護。異常運行保護是用以反應各種可能給機組造成危害的異常工況，不設后備保護。為了滿足電力系統穩定方面的要求，對于300MW發電機變壓器組故障要求快速切除。為了確保正確快速切除故障，要求對300MW發電機-變壓器組設置雙重快速保護。各保護裝置動作后所控制的對象，依保護裝置的性質、選擇性要求和故障處理方式的不同而不同，對于發電機雙繞組變壓器，通常有以下幾種處理方式：

全停：停汽機、停鍋爐、斷開高壓側斷路器、滅磁、斷開高壓廠用變壓器低壓側斷路器、使機爐及其輔機停止工作。解列滅磁：斷開高壓側斷路器、滅磁、斷開高壓廠用變壓器低壓側斷路器。解列：斷開高壓側斷路器。減出力：減少原動機的輸出功率。發信號：發出聲光信號或光信號。母線解列：對雙母線系統，斷開母線聯絡斷路器，縮小故障波及范圍。

根據繼電保護技術規程，為正確反應發變組短路故障和確?？焖偾谐收希渲昧税l電機縱、橫差動保護，變壓器縱差保護和發電機-變壓器組縱差保護，對發電機-變壓器組構成了雙重快速保護。差動保護雙重化，降低了拒動的幾率;設置閉鎖，則降低了誤動的幾率。因此，雙重化加閉鎖，提高了可靠性，有利于大機組的安全運行。變壓器縱差保護，可以正確反應變壓器外部短路故障，為了正確、及時的反應變壓器內部短路故障，選擇裝設瓦斯保護。瓦斯保護分為輕瓦斯保護和重瓦斯保護，分別利用開口杯和擋板式原理，反應變壓器內部的故障程度，確定發出信號還是將變壓器從系統中切除。在超高壓電網中，單相接地短路故障最多，在各種短路接地故障中，有80%-90%是單相接地故障，為了在某些特殊情況下，不致使電網失去保護，所以盡管相鄰線路上配置了完善的近后備保護，一般還是要在變壓器中性點裝設零序電流保護，對相鄰線路構成遠后備。

結論：

保護系統主要包括大型發電機保護、變壓器保護。根據設備的容量、型號等相關資料分析可能出現的故障問題，根據保護的配置原則，確定該設備所需要的保護，計算結果選擇最具可靠性、安全性、動作最靈敏的保護繼電器。繼電保護是機電系統生產運行中一項重要工作。隨著電網規模的不斷擴大，電網結構日趨復雜，電力保護系統的工作量和復雜程度也越來越大，汽輪發電機繼電保護系統對其原理有更深的理解，擴充知識。

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（作者單位：喀什技師學院）