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淺談同步發電機的運行保護措施

發布時間:2013-08-24 15:05所屬分類:電力瀏覽:1加入收藏

摘要:電力系統的飛速發展對繼電保護不斷提出新的要求,電子技術、計算機技術與通信技術的飛速發展又為繼電保護技術的發展不斷地注入了新的活力。

  摘要:電力系統的飛速發展對繼電保護不斷提出新的要求,電子技術、計算機技術與通信技術的飛速發展又為繼電保護技術的發展不斷地注入了新的活力。下面介紹同步發電機運行期間的一些保護措施,以供參考。

  關鍵詞:發電機、保護、措施

  一、同步發電機的工作原理

  同步發電機是利用電磁感應原理將機械能轉換成電能的設備。同步發電機有定子和轉子兩大部分,而定子部分主要由定子鐵心和繞組組成,分為A、B、C三相,各相繞組均勻分布在定子槽中,轉子部分由黑心子鐵心和勵磁繞組組成,繞組通過直流電,建立發電機的磁場,當轉子由原動機(如汽輪機)帶動旋轉時,產生磁場,定子繞組(導線)切割轉子磁場的磁力線,就在定子繞組上感應出電動勢,當定子繞組接通用電設備時,定子繞組中即產生三相電流,發出電能。

  如果同步發電機作電動機運行,必須在定子繞組加以三相交流電源,電機內部便產生一個旋轉磁場 ,這時轉子繞組加直流勵磁,則轉子將在定子旋轉磁場的帶動下,沿定子磁場的方向以相同的轉速旋轉轉子的轉速,也就是說,電樞磁動勢為一同步旋轉的旋轉磁動勢,它與轉子同速同方向旋轉,定子和轉子磁動勢之間保持相對靜止并產生恒定的電磁轉柜。同步發電機在恒定頻率下的轉速為同步速度,是同步電機和感應電機的基本區別之一。

  在我國電力系統規定以50HZ作為標準頻率,如發電機有1對磁極時,其額定轉速為3000r/min,以此類推,習慣上稱此轉速為同步轉速。

  二、同步發電機的類型

  同步發電機有很多的類型,大致可分為以下幾種:

  1、按原動機的類別可分為汽輪發電機、水輪發電機,燃氣發電機及柴油發電機等。

  2、按冷卻介質分為空氣冷卻、氫氣冷卻和水冷卻等。

  3、按主軸安裝方式分為臥式安裝和立式安裝等。

  4、按本體結構分為旋轉電樞和旋轉磁極式等。

  以上主要介紹了同步發電機的原理及類型 ,但主要技術數據是同步發電機安全可靠運行的依據主要包括十大方面:1、額定容量,2、額定定子電壓,3、額定定子電流,4、額定功率因數,5、額定轉速,6、額定頻率,7、額定勵磁電壓,8、額定勵磁電流,9、額定溫度,10、效率。

  三、同步發電機的勵磁系統

  同步發電機是電力系統的主要設備,它是將旋轉形式的機械功率轉換成電功率的設備,為了完成這一轉換,它本身需要一個直流磁場,產生這個磁場的直流電流稱為同步發電機的勵磁電流,專門為同步發電機提供勵磁電流的有關設備,即勵磁電壓的建立,調查和使其電壓消失的有關設備稱勵磁系統。

  勵磁系統是同步發電機的重要組成部分,同步發電機勵磁系統的運行狀況不僅影響發電機本身,而且會直接影響與其相聯的電力系統的運行性能。它由兩部分組成:

  1、勵磁功率單元。它向同步發電機的勵磁繞組提供直接勵磁電流。

  2、勵磁調節器。它根據發電機的運行狀態,自動調節勵磁功率單元輸出的勵磁電流的大小以滿足發電機運行的要求。

  在同步發電機正常運行事故情況下,其勵磁系統起著十分重要的作用,性能優良的勵磁系統不僅能保證發電機的安全運行,提供合格的電能,而且還能有效地提高發電機及其相聯的電力系統的技術經濟指標。其有以下的作用:

  (1)發電機機端電壓控制。

  (2)控制無功功率的分配。

  (3)提高電力系統運行的穩定性。

  (4)改善電力系統的運行條件。同步發電機的主要勵磁方式根據勵磁電源分為:直流勵磁機勵磁方式、交流勵磁機勵磁方式、靜止勵磁方式三大類和直流勵磁機勵磁方式、交流勵磁機靜止硅整流器勵磁方式、交流勵磁機旋轉硅整流器勵磁方式、靜止勵磁方式四種勵磁方式。

  四、同步發電機的內部故障

  同步發電機的快速滅磁是限制發電機內部故障擴大的唯一方法,當發電機內部故障以及發電機¬¬—變壓器組中變壓器短路時,繼電保護雖能將發電機向系統斷開,但如不消滅發電機磁場故障電流將仍然存在。

  一般說,發電機的故障和不正常情況常見有以下幾種:1、定子繞組的多相相間短路。2、定子繞組的匝間短路。3、定子繞組的單相接地故障。4、發電機勵磁電流急劇下降或消失。5、發電機勵磁回路一點或兩點接地。6、調速系統慣性較大發電機的過電壓。7、過負荷。8、定子過電流。

  五、同步發電機在運行中的保護措施。

  1、相間短路縱差保護。用來對付發電機定子繞組和引出線的相同短路故障,是發電機的主保護之一,應瞬時動作于跳閘。

  2、定子繞組匝間短路保護。利用一些特點可實現多重保護,如雙分支繞組的發電機,利用電流分布的特點,可以構成橫差保護;利用出現零序電壓的特點構成零序電壓匝間短路保護,利用必然出現負序電流和電壓的特點構成負序電壓匝間短路保護,利用負序功率方向的特點,構成二次諧波電流式轉子五次諧波電流匝間短路保護等。

  3、發電機定子繞組單相接地保護。對于定子繞組中性點不接地的發電機,具有一般不接地系統單相短路的特點。

  4、利用基波零序分量的發電機定子單相接地保護。還可以利用基波零序電流保護,零序電壓保護。

  5、發電機100%定子繞組單相接地保護。它包括附加直流電壓的保護方式、附加低頻電源方式、利用發電機固有三次諧波電動勢構成的接地保護。

  6、發電機失磁保護。發電機失磁后,它的各種電氣量和機械量都會發生變化,且將危及發電機和系統的安全。同步發電機失磁的原因很多有三種主要原因:

  (1)勵磁回路開路,勵磁繞組斷線,滅磁開關誤動作,勵磁調節裝置的自動開關誤動,可控硅勵磁裝置中部分元件損壞。

  (2)勵磁繞組由于長期發熱,絕緣老化式損壞引起短路。

  (3)運行人員誤操作等。

  對電力系統發電機發生低勵和失磁后所產生的危害極其嚴重,主要表現在以下幾個方面:

  (1)從電力系統中吸取無功功率,引起電力系統的電壓下降,如果電力系統中無功功率儲備不足,將使電力系統中鄰近的某些點的電壓低于允許值,破壞了負荷與各電源間的穩定運行,使電力系統因電壓崩潰而瓦解。

  (2)由于電壓下降,電力系統中的其他發電機在自動調整勵磁裝置的作用下,將增加其無功輸出,從而使某些發電機、變壓器或線路過電流,其后備保護可能因過電流而動作,使故障的波及范圍擴大。

  (3) 一臺發電機低勵磁或失磁后,有功功率的擺動,電壓下降,電力系統各部分之間發生失步,使系統產生振蕩,甩掉大量負荷。在發電機的單機容量與電力系統總容量之比越大時,對電力系統的不利影響就越嚴重。

  失磁保護,有時也稱低勵保護,在大型同步發電機的失磁保護都是利用定子回路參數變化來檢測失磁故障也可以作為失磁保護的判據有以下三種: 無功功率改變方向、機端測量阻抗超越靜穩邊界阻抗圓的邊界、機端測量阻抗進入異步邊界阻抗圓。

  7、復合電壓起動的過電流及過負荷保護。發電機的后備保護在下列情況下應動作發出信號,并經延時切除發電機。

  (1)發電機內部故障而縱差保護或其他主要保護沒有動作。

  (2)發電機電壓母線故障,而該母線沒有專門的母線保護或有保護而拒動的。

  (3)當連接在母線上的電氣元件如變壓器、線路故障,而相應的保護裝置或斷路器拒動時。

  目前,發電機的后備保護方式主要有負序電流保護、低電壓起動的過電流保護、復合電壓起動的過電流保護、發電機的后備保護、過負荷保護。

  8、反時限負序電流保護。

  9、同步發電機的轉子接地保護。

  10、發電機的轉子接地保護。

  以上是同步發電機在運行中易出現故障的一些比較重大的保護措施,只要運行人員對設備的熟悉達到心中有數,檢修人員的精心維護,才能保證整個機組的安全運行。

  我國電力系統繼電保護技術隨著電力系統的高速發展,繼電保護技術面臨著進一步發展的趨勢,這對我們電力工作者提出了艱巨的任務,也開辟了活動的廣闊天地。


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