新聞主題	發(fā)電機(jī)過(guò)勵(lì)磁、低頻、誤上電及斷路器閃絡(luò)保護(hù)

 

一、發(fā)電機(jī)過(guò)勵(lì)磁保護(hù)

 

發(fā)電機(jī)的工作磁密與電壓成正比、與頻率成反比。對(duì)于發(fā)電機(jī)，當(dāng)n＝U/f（標(biāo)幺值）大于1時(shí)，會(huì)引起發(fā)電機(jī)過(guò)勵(lì)磁。過(guò)勵(lì)磁主要表現(xiàn)為發(fā)電機(jī)鐵芯飽和之后諧波磁密增加，使附加損耗增加，引起過(guò)熱。另外由于定子鐵芯背部漏磁場(chǎng)增強(qiáng)，處于這一漏磁場(chǎng)中的定子定位筋，也要感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，并且與相鄰定位筋中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)存在相位差，并通過(guò)定子鐵芯形成閉路。在定位筋附近的部位電流密度很大，將引起局部過(guò)熱，造成發(fā)電機(jī)組局部燒傷。

 

當(dāng)發(fā)電機(jī)的U/f有較小的變化時(shí)，就有可能引起過(guò)勵(lì)磁。過(guò)勵(lì)磁使鐵芯飽和時(shí)，漏磁場(chǎng)增大，使附近金屬構(gòu)件及油箱產(chǎn)生渦流損失，繞組導(dǎo)線也會(huì)產(chǎn)生渦流損失。這些損失造成發(fā)熱，使絕緣受損及金屬構(gòu)件機(jī)械變形。此外，鐵芯飽和時(shí)，勵(lì)磁電流急劇增大，且含有大量高次諧波分量。而鐵芯和其他金屬部件的渦流損耗與頻率平方成正比，所以將會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)嚴(yán)重過(guò)熱。如果過(guò)勵(lì)磁倍數(shù)較大，且持續(xù)運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，將使發(fā)電機(jī)絕緣老化，縮短發(fā)電機(jī)的壽命，甚至遭到損壞。因此，對(duì)于造價(jià)高、檢修困難、停電損失較大的大型發(fā)電機(jī)應(yīng)裝設(shè)專(zhuān)用的過(guò)勵(lì)磁保護(hù)。

 

發(fā)電機(jī)后側(cè)視角圖

 

當(dāng)發(fā)電機(jī)發(fā)生過(guò)電壓時(shí)，發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流也將急劇增大，而這一勵(lì)磁電流中的三次諧波和五次諧波成分十分顯著。在其他工況下三次諧波也會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)，特別是內(nèi)部短路電流很大時(shí)將有很顯著的三次諧波成分。因此三次諧波不能作為判斷過(guò)勵(lì)磁的特征量，而五次諧波則可作為判斷特征量，發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)一般選擇五次諧波與基波的比不小于35％作為過(guò)勵(lì)磁閉鎖差動(dòng)保護(hù)的判據(jù)。

 

一般來(lái)說(shuō)，發(fā)電機(jī)承受過(guò)勵(lì)磁能力比發(fā)電機(jī)要弱一些，當(dāng)發(fā)電機(jī)和發(fā)電機(jī)之間不設(shè)斷路器時(shí)，過(guò)勵(lì)磁保護(hù)可按發(fā)電機(jī)過(guò)勵(lì)磁特性來(lái)整定。過(guò)勵(lì)磁保護(hù)可采用定時(shí)限和反時(shí)限兩種，對(duì)于大型發(fā)電機(jī)組一般采用反時(shí)限特性。過(guò)勵(lì)磁保護(hù)反應(yīng)過(guò)勵(lì)磁倍數(shù)n＝U/f的增加而動(dòng)作，n的反時(shí)限允許特性曲線見(jiàn)圖1。

 

發(fā)電機(jī)過(guò)勵(lì)磁保護(hù)反時(shí)限允許特性曲線圖

 

過(guò)勵(lì)磁保護(hù)動(dòng)作邏輯框圖如圖2所示。

 

圖2 發(fā)電機(jī)過(guò)勵(lì)磁保護(hù)動(dòng)作邏輯框圖

二、發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)

 

發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)主要用于保護(hù)柴油機(jī)。當(dāng)主汽門(mén)誤關(guān)閉時(shí)或機(jī)爐保護(hù)動(dòng)作于主汽門(mén)關(guān)閉而發(fā)電機(jī)并未從系統(tǒng)解列時(shí)，發(fā)電機(jī)就變成了同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，從電力系統(tǒng)吸收有功功率。這種工況，對(duì)發(fā)電機(jī)并無(wú)危險(xiǎn)。但由于柴油機(jī)的鼓風(fēng)損失，其尾部葉片有可能過(guò)熱，造成柴油機(jī)事故，因此發(fā)電發(fā)電機(jī)組不允許在這種狀況下長(zhǎng)期運(yùn)行。

 

逆功率保護(hù)有兩種實(shí)現(xiàn)方法。其一是反應(yīng)逆功率大小的逆功率保護(hù)，由于各種原因?qū)е率ピ瓌?dòng)力，發(fā)電機(jī)變?yōu)殡妱?dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)逆功率保護(hù)動(dòng)作跳開(kāi)主斷路器。發(fā)電機(jī)功率用三相電壓、三相電流計(jì)算得到。另外一種是習(xí)慣上稱(chēng)為程序跳閘的逆功率保護(hù)。發(fā)電機(jī)在過(guò)負(fù)荷、過(guò)勵(lì)磁、失磁等各種異常運(yùn)行保護(hù)動(dòng)作后需要程序跳閘時(shí)，程序跳閘的逆功率保護(hù)動(dòng)作出口，先關(guān)閉柴油機(jī)的主汽門(mén)，然后由程序逆功率保護(hù)經(jīng)主汽門(mén)觸點(diǎn)閉鎖跳開(kāi)發(fā)電機(jī)一發(fā)電發(fā)電機(jī)組的主斷路器。在發(fā)電機(jī)停機(jī)時(shí)，可利用該保護(hù)的程序跳閘功能，先將柴油機(jī)中的剩余功率向系統(tǒng)送完后再跳閘，從而更能保證柴油機(jī)的安全。

 

該保護(hù)是以反應(yīng)發(fā)電機(jī)從系統(tǒng)吸收有功功率的大小而動(dòng)作的，是以主汽門(mén)是否關(guān)閉的條件來(lái)決定動(dòng)作時(shí)間的。程序跳閘逆功率保護(hù)動(dòng)作邏輯框圖如圖3所示。

 

圖3 發(fā)電機(jī)程序跳閘逆功率保護(hù)動(dòng)作邏輯框圖

 

三、發(fā)電機(jī)低頻保護(hù)

 

發(fā)電機(jī)低頻保護(hù)主要用于保護(hù)柴油機(jī)不受低頻共振的影響。柴油機(jī)各節(jié)葉片都有一共振頻率，當(dāng)系統(tǒng)頻率接近或等于共振頻率時(shí)，將引起葉片的共振而損壞柴油機(jī)。低頻運(yùn)行對(duì)于柴油機(jī)而言是個(gè)疲勞過(guò)程，一般柴油機(jī)低頻運(yùn)行累計(jì)達(dá)一定時(shí)間，柴油機(jī)將達(dá)到疲勞壽命。因此，低頻運(yùn)行的時(shí)間是個(gè)積累的過(guò)程，而且不同的低頻有不同的積累速度。保護(hù)裝置停運(yùn)不影響“低頻運(yùn)行的時(shí)間”積累值。低頻保護(hù)反應(yīng)系統(tǒng)頻率的降低，并受出口斷路器輔助觸點(diǎn)閉鎖，即發(fā)電機(jī)退出運(yùn)行時(shí)低頻保護(hù)也自動(dòng)退出運(yùn)行。發(fā)電機(jī)低頻保護(hù)動(dòng)作邏輯框圖如圖4所示。

 

圖4 發(fā)電機(jī)低頻保護(hù)動(dòng)作邏輯框圖

 

四、發(fā)電機(jī)誤上電保護(hù)及斷路器閃絡(luò)保護(hù)

 

1．發(fā)電機(jī)誤上電保護(hù)

發(fā)電機(jī)在盤(pán)車(chē)狀態(tài)下（低速旋轉(zhuǎn)），主斷路器誤合閘，系統(tǒng)三相電壓突然加在機(jī)端，使同步發(fā)電機(jī)處于異步啟動(dòng)工況，此時(shí)，由系統(tǒng)向發(fā)電機(jī)定子繞組倒送大電流。定子氣隙同步旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子有較大滑差，在轉(zhuǎn)子本體中感應(yīng)差頻電流，會(huì)引起轉(zhuǎn)子過(guò)熱而損傷，是一種破壞性很大的故障。目前，大型發(fā)變組廣泛采用500kV電壓等級(jí)，3/2斷路器的接線方式增加了誤上電的幾率。為了大型發(fā)電發(fā)電機(jī)組的安全，通常要求裝設(shè)誤上電（誤合閘）保護(hù)。

誤上電保護(hù)原理有多種，這里介紹其中一種。誤上電保護(hù)將啟停機(jī)過(guò)程分為兩個(gè)階段，以開(kāi)機(jī)為例。第一階段：開(kāi)機(jī)→合磁場(chǎng)開(kāi)關(guān)。在此期間，由于無(wú)勵(lì)磁，發(fā)電機(jī)不可能進(jìn)行并網(wǎng)操作，因此只要發(fā)電機(jī)斷路器合閘和定子有電流，則必然為誤上電，瞬時(shí)跳閘。第二階段：合磁場(chǎng)開(kāi)關(guān)→并網(wǎng)。在此期間，用阻抗元件來(lái)區(qū)分并網(wǎng)和誤上電，并且誤上電情況越嚴(yán)重，跳閘也越快。誤上電保護(hù)邏輯框圖見(jiàn)圖5，保護(hù)動(dòng)作的幾種情況及判別如下：

（1）發(fā)電機(jī)盤(pán)車(chē)時(shí)，未加勵(lì)磁，斷路器誤合，造成發(fā)電機(jī)異步啟動(dòng)。采用兩組TV均低電壓延時(shí)t₁投入，電壓恢復(fù)，延時(shí)t₂（與低頻閉鎖判據(jù)配合）退出。

（2）發(fā)電機(jī)啟停過(guò)程中，已加勵(lì)磁，但頻率低于定值，斷路器誤合。采用低頻判據(jù)延時(shí)t₃投入，頻率判據(jù)延時(shí)t₄，返回，其時(shí)間應(yīng)保證跳閘過(guò)程的完成。

（3）發(fā)電機(jī)啟停過(guò)程中，已加勵(lì)磁，但頻率高于定值，斷路器誤合或非同期。采用斷路器位置接點(diǎn)，經(jīng)控制字可以投退。判據(jù)延時(shí)t₃投入（考慮斷路器分閘時(shí)間），延時(shí)t₄，退出，其時(shí)間應(yīng)保證跳閘過(guò)程的完成。

當(dāng)發(fā)電機(jī)非同期合閘時(shí)，如果發(fā)電機(jī)斷路器兩側(cè)電動(dòng)勢(shì)相差180°附近，非同期合閘電流太大，跳閘易造成斷路器損壞，此時(shí)閉鎖跳出口斷路器，先跳滅磁開(kāi)關(guān)，當(dāng)斷路器電流小于定值時(shí)再動(dòng)作于跳出口斷路器。

高壓廠用發(fā)電機(jī)低壓側(cè)斷路器誤合，也會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)異步啟動(dòng)，高壓廠用發(fā)電機(jī)側(cè)斷路器誤合只經(jīng)過(guò)低頻判據(jù)閉鎖。

誤上電保護(hù)動(dòng)作，跳開(kāi)主斷路器，若主斷路器拒動(dòng)，應(yīng)啟動(dòng)失靈保護(hù)。誤上電保護(hù)在發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后自動(dòng)退出運(yùn)行，解列后自動(dòng)投入運(yùn)行。

2．?dāng)嗦菲鏖W絡(luò)保護(hù)

大型發(fā)變組在與系統(tǒng)進(jìn)行并列過(guò)程中，斷路器主觸點(diǎn)兩斷口之間可能承受兩側(cè)電動(dòng)勢(shì)絕對(duì)值之和（δ＝180°）的高電壓，有時(shí)會(huì)造成斷口閃絡(luò)事故。在高壓側(cè)斷路器剛跳開(kāi)不久的一段時(shí)間內(nèi)，兩斷口之間也可能短時(shí)承受高電壓而引起閃絡(luò)。為盡快消除斷口閃絡(luò)故障而裝設(shè)斷路器閃絡(luò)保護(hù)。

如果斷路器未合閘而發(fā)電機(jī)定子有電流，則認(rèn)為斷路器發(fā)生閃絡(luò)。斷口閃絡(luò)只考慮一相或兩相，不會(huì)三相同時(shí)閃絡(luò)。判斷條件為：

（1）斷路器三相位置接點(diǎn)均為斷開(kāi)狀態(tài)；

（2）負(fù)序電流大于整定值；

（3）發(fā)電機(jī)已加勵(lì)磁，機(jī)端電壓大于一固定值。

保護(hù)動(dòng)作首先使發(fā)電機(jī)滅磁，以降低斷口電壓，使之停止閃絡(luò)，無(wú)效時(shí)再啟動(dòng)失靈保護(hù)。

 

圖5 發(fā)電機(jī)誤上電保護(hù)邏輯框圖

 

五、啟停機(jī)保護(hù)

 

發(fā)電機(jī)未與系統(tǒng)并網(wǎng)的啟動(dòng)或停機(jī)過(guò)程中，頻率大幅度偏離額定值，諧波制動(dòng)的發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)、三次諧波定子接地保護(hù)、負(fù)序電流保護(hù)等均不能正常工作。因此，要求配置在低頻下能工作的反應(yīng)相間故障和定子接地故障的保護(hù)。對(duì)于發(fā)電機(jī)、發(fā)電機(jī)、廠用變、勵(lì)磁變的故障，各配置一組差回路過(guò)流保護(hù)。對(duì)于發(fā)電機(jī)定子接地故障，配置一套零序過(guò)電壓保護(hù)。由于發(fā)電機(jī)啟動(dòng)或停機(jī)過(guò)程中，定子電壓頻率很低，因此保護(hù)采用不受頻率影響的算法，以實(shí)現(xiàn)啟停機(jī)過(guò)程中對(duì)發(fā)電機(jī)的保護(hù)。

 

上述啟停機(jī)保護(hù)的投入可經(jīng)低頻元件閉鎖，也可經(jīng)斷路器位置輔助接點(diǎn)閉鎖。另外，發(fā)電機(jī)還配置有定子繞組對(duì)稱(chēng)過(guò)電流/過(guò)負(fù)荷保護(hù)、勵(lì)磁繞組過(guò)電流/過(guò)負(fù)荷保護(hù)等。這些保護(hù)通常均采用反時(shí)限特性。勵(lì)磁繞組過(guò)負(fù)荷保護(hù)反應(yīng)勵(lì)磁繞組的平均發(fā)熱狀況，保護(hù)動(dòng)作量既可以取勵(lì)磁變（勵(lì)磁機(jī)）電流，也可以直接反應(yīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流。

 

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