淺談300MVA發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)系統(tǒng)的作用

李曉敏

【摘 要】在大型機(jī)電中，繼電保護(hù)是對(duì)機(jī)電的一種自動(dòng)保護(hù)裝置，在機(jī)電系統(tǒng)中主要是負(fù)責(zé)電力系統(tǒng)安全、可靠地運(yùn)行。現(xiàn)在的大型發(fā)電機(jī)構(gòu)建原理復(fù)雜，成本高昂，一旦發(fā)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(tǒng)而言，大型發(fā)電機(jī)所占比較重大，特別是在容量比較下，若是單機(jī)容量在系統(tǒng)容量中的比重過大，大型發(fā)電機(jī)一旦發(fā)生移除，對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)所造的沖擊相對(duì)較大。由此，在考慮大型發(fā)電機(jī)的繼電保護(hù)配置時(shí)，需要盡量保證機(jī)組在故障時(shí)所造成的破壞能夠被壓制到最小，即盡可能保證機(jī)器整體安全，不被停機(jī)，尤其是需要保護(hù)配置的非常規(guī)型啟動(dòng)，對(duì)此本文研究300MVA發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)系統(tǒng)的作用。

【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng);發(fā)電機(jī);繼電保護(hù)

1.300MVA發(fā)電機(jī)特點(diǎn)

發(fā)電機(jī)分直流發(fā)電機(jī)和交流發(fā)電機(jī)兩大類，后者又可分為同步發(fā)電機(jī)和異步發(fā)電機(jī)?，F(xiàn)代電廠中最常用的是同步發(fā)電機(jī)。它由直流電流勵(lì)磁，既能提供有功功率，也能提供無功功率，可滿足各種負(fù)載的需要。異步發(fā)電機(jī)沒有獨(dú)立的勵(lì)磁繞組，其結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，但不能向負(fù)載提供無功功率。因此，異步發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)必須與其他同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)，或并接相當(dāng)數(shù)量的電容器。300MW發(fā)電機(jī)組造價(jià)昂貴，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一旦發(fā)生故障，其檢修難度大，時(shí)間長，將造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，在考慮300MW機(jī)組繼電保護(hù)的總體配置時(shí)，應(yīng)最大限度地保證機(jī)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(jī)，對(duì)某些異常工況采用自動(dòng)處理裝置，特別要避免保護(hù)裝置的誤動(dòng)和拒動(dòng)，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(hù)在總體配置上盡量做到完善、合理，避免繁瑣、復(fù)雜。

2.發(fā)電機(jī)的故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)

相對(duì)變壓器而言，發(fā)電機(jī)更加復(fù)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(jìn)行磁耦合，來實(shí)現(xiàn)能量的傳遞。發(fā)電機(jī)，有轉(zhuǎn)子繞組，定子繞組，轉(zhuǎn)子鐵芯，定子鐵芯。在發(fā)電機(jī)中有靜止的部分，也有旋轉(zhuǎn)的部分，通過定子去切割氣隙中的磁場，在定子上感應(yīng)電勢，產(chǎn)生電流。將轉(zhuǎn)子上所接收到的機(jī)械能，帶動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，通過磁場將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，通過定子繞組輸送出去。發(fā)電機(jī)內(nèi)部有時(shí)間變化量，定子上感應(yīng)的電流，電壓，呈正弦變化，還有空間變化。發(fā)電機(jī)的故障狀態(tài)以及不正常狀態(tài)相對(duì)于變壓器來說，就復(fù)雜得多。發(fā)電機(jī).相對(duì)非常貴重，使得它的重要程度升高。

2.1發(fā)電機(jī)故障

（1）定子繞組單相接地

較常見，一般中性點(diǎn)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(zhuǎn)子繞組通入直流電流，讓其產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，使定轉(zhuǎn)子之間形成磁路的耦合，使轉(zhuǎn)子獲得的機(jī)械能通過磁場傳輸?shù)蕉ㄗ由?。一般來說，轉(zhuǎn)子繞組是接在正負(fù)電源之間，轉(zhuǎn)子上本身是沒有接地點(diǎn)的，只有正負(fù)極，也就是沒有零電位，發(fā)生一點(diǎn)接地時(shí)，也就是相當(dāng)于出現(xiàn)了一個(gè)零電位，形成不了回路，對(duì)發(fā)電機(jī)沒有直接的危害，但是，如果發(fā)生兩點(diǎn)接地，就相當(dāng)于形成了一個(gè)短路狀態(tài)，此時(shí)，會(huì)有非常大的短路電流，造成了磁場的畸變，使轉(zhuǎn)子局部發(fā)熱，同時(shí)，會(huì)在定子感應(yīng)較大的短路電壓，定子鐵芯易飽和，機(jī)組會(huì)出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象，同時(shí)，由于磁場的不均勻，使得它收到磁力的作用也不均勻，會(huì)引起發(fā)電機(jī)組的震動(dòng)，對(duì)發(fā)電機(jī).有直接的危害。不允許發(fā)電機(jī)繼續(xù)運(yùn)行，必須馬上退出運(yùn)行。

（2）轉(zhuǎn)子勵(lì)磁回路電流急劇下降或消失

從系統(tǒng)吸收無功功率，造成失步，從而引起系統(tǒng)電壓下降，甚至可使系統(tǒng)崩潰。本來通過轉(zhuǎn)子建立磁場，建立連接橋梁，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流急劇下降，會(huì)使得轉(zhuǎn).子的一部分機(jī)械能無法轉(zhuǎn)換為電能，使得轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速升高，外部連接的系統(tǒng)中的電流會(huì)建立連接橋梁，從而傳遞機(jī)械能，本來是向系統(tǒng)中發(fā)送無功功率，現(xiàn)在變成了向系統(tǒng)中吸收無功功率，無功功率和系統(tǒng)中的電壓有直接聯(lián)系，無功功率充足，系統(tǒng)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(tǒng)崩潰。

2.2發(fā)電機(jī)不正常運(yùn)行狀態(tài)

（1）定子繞組引起的三相對(duì)稱過負(fù)荷

發(fā)電機(jī)的抗過負(fù)荷能力遠(yuǎn)小于變壓器，變壓器作為靜止元件，沒有旋轉(zhuǎn)部分，當(dāng)過負(fù)荷時(shí)，能夠通過變壓器油有效地冷卻。發(fā)電機(jī)有高速旋轉(zhuǎn)部分，本身發(fā)熱量較大，其散熱也沒有像變壓器油那樣比較好的進(jìn)行散熱，一般不允許過負(fù)荷狀態(tài)，一般過負(fù)荷，會(huì)發(fā)生報(bào)警信號(hào)。

（2）外部不對(duì)稱短路或不對(duì)稱負(fù)荷而引起的發(fā)電機(jī)負(fù)序電流

發(fā)電機(jī)作為旋轉(zhuǎn)元件，當(dāng)其出現(xiàn)負(fù)序電流時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)反轉(zhuǎn)的磁場，發(fā)電機(jī)的工作原理是其轉(zhuǎn)子上加上一個(gè)勵(lì)磁電流后產(chǎn)生磁場，隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，這個(gè)磁場會(huì)跟著轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)，磁場在定子繞組上感應(yīng)電勢，產(chǎn)生三相交流電。三相交流電同樣會(huì)合成一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場，這個(gè)磁場在一般情況下轉(zhuǎn)子磁場保持靜止?fàn)顟B(tài)，對(duì)于負(fù)序電流，轉(zhuǎn)子磁場正轉(zhuǎn)，而定子負(fù)序電流所產(chǎn)生的這個(gè)磁場反轉(zhuǎn)，磁場抵消，磁場很弱，機(jī)組振動(dòng)。

3.發(fā)電機(jī)各保護(hù)作用

300MW機(jī)組保護(hù)裝置可分為短路保護(hù)和異常運(yùn)行保護(hù)兩類。短路保護(hù)是用以反應(yīng)被保護(hù)區(qū)域內(nèi)發(fā)生的各種類型的短路故障，為了防止保護(hù)拒動(dòng)或斷路器拒動(dòng)，設(shè)主保護(hù)和后備保護(hù)。異常運(yùn)行保護(hù)是用以反應(yīng)各種可能給機(jī)組造成危害的異常工況，不設(shè)后備保護(hù)。為了滿足電力系統(tǒng)穩(wěn)定方面的要求，對(duì)于300MW發(fā)電機(jī)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(duì)300MW發(fā)電機(jī)-變壓器組設(shè)置雙重快速保護(hù)。各保護(hù)裝置動(dòng)作后所控制的對(duì)象，依保護(hù)裝置的性質(zhì)、選擇性要求和故障處理方式的不同而不同，對(duì)于發(fā)電機(jī)雙繞組變壓器，通常有以下幾種處理方式：

全停：停汽機(jī)、停鍋爐、斷開高壓側(cè)斷路器、滅磁、斷開高壓廠用變壓器低壓側(cè)斷路器、使機(jī)爐及其輔機(jī)停止工作。解列滅磁：斷開高壓側(cè)斷路器、滅磁、斷開高壓廠用變壓器低壓側(cè)斷路器。解列：斷開高壓側(cè)斷路器。減出力：減少原動(dòng)機(jī)的輸出功率。發(fā)信號(hào)：發(fā)出聲光信號(hào)或光信號(hào)。母線解列：對(duì)雙母線系統(tǒng)，斷開母線聯(lián)絡(luò)斷路器，縮小故障波及范圍。

根據(jù)繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)程，為正確反應(yīng)發(fā)變組短路故障和確?？焖偾谐收?，配置了發(fā)電機(jī)縱、橫差動(dòng)保護(hù)，變壓器縱差保護(hù)和發(fā)電機(jī)-變壓器組縱差保護(hù)，對(duì)發(fā)電機(jī)-變壓器組構(gòu)成了雙重快速保護(hù)。差動(dòng)保護(hù)雙重化，降低了拒動(dòng)的幾率;設(shè)置閉鎖，則降低了誤動(dòng)的幾率。因此，雙重化加閉鎖，提高了可靠性，有利于大機(jī)組的安全運(yùn)行。變壓器縱差保護(hù)，可以正確反應(yīng)變壓器外部短路故障，為了正確、及時(shí)的反應(yīng)變壓器內(nèi)部短路故障，選擇裝設(shè)瓦斯保護(hù)。瓦斯保護(hù)分為輕瓦斯保護(hù)和重瓦斯保護(hù)，分別利用開口杯和擋板式原理，反應(yīng)變壓器內(nèi)部的故障程度，確定發(fā)出信號(hào)還是將變壓器從系統(tǒng)中切除。在超高壓電網(wǎng)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(wǎng)失去保護(hù)，所以盡管相鄰線路上配置了完善的近后備保護(hù)，一般還是要在變壓器中性點(diǎn)裝設(shè)零序電流保護(hù)，對(duì)相鄰線路構(gòu)成遠(yuǎn)后備。

結(jié)論：

保護(hù)系統(tǒng)主要包括大型發(fā)電機(jī)保護(hù)、變壓器保護(hù)。根據(jù)設(shè)備的容量、型號(hào)等相關(guān)資料分析可能出現(xiàn)的故障問題，根據(jù)保護(hù)的配置原則，確定該設(shè)備所需要的保護(hù)，計(jì)算結(jié)果選擇最具可靠性、安全性、動(dòng)作最靈敏的保護(hù)繼電器。繼電保護(hù)是機(jī)電系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)行中一項(xiàng)重要工作。隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，電力保護(hù)系統(tǒng)的工作量和復(fù)雜程度也越來越大，汽輪發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)系統(tǒng)對(duì)其原理有更深的理解，擴(kuò)充知識(shí)。

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（作者單位：喀什技師學(xué)院）