新聞主題	發電機過勵磁、低頻、誤上電及斷路器閃絡保護

 

一、發電機過勵磁保護

 

發電機的工作磁密與電壓成正比、與頻率成反比。對于發電機，當n＝U/f（標幺值）大于1時，會引起發電機過勵磁。過勵磁主要表現為發電機鐵芯飽和之后諧波磁密增加，使附加損耗增加，引起過熱。另外由于定子鐵芯背部漏磁場增強，處于這一漏磁場中的定子定位筋，也要感應出電動勢，并且與相鄰定位筋中的感應電動勢存在相位差，并通過定子鐵芯形成閉路。在定位筋附近的部位電流密度很大，將引起局部過熱，造成發電機組局部燒傷。

 

當發電機的U/f有較小的變化時，就有可能引起過勵磁。過勵磁使鐵芯飽和時，漏磁場增大，使附近金屬構件及油箱產生渦流損失，繞組導線也會產生渦流損失。這些損失造成發熱，使絕緣受損及金屬構件機械變形。此外，鐵芯飽和時，勵磁電流急劇增大，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，所以將會導致發電機嚴重過熱。如果過勵磁倍數較大，且持續運行時間過長，將使發電機絕緣老化，縮短發電機的壽命，甚至遭到損壞。因此，對于造價高、檢修困難、停電損失較大的大型發電機應裝設專用的過勵磁保護。

 

發電機后側視角圖

 

當發電機發生過電壓時，發電機的勵磁電流也將急劇增大，而這一勵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經常出現，特別是內部短路電流很大時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勵磁的特征量，而五次諧波則可作為判斷特征量，發電機差動保護一般選擇五次諧波與基波的比不小于35％作為過勵磁閉鎖差動保護的判據。

 

一般來說，發電機承受過勵磁能力比發電機要弱一些，當發電機和發電機之間不設斷路器時，過勵磁保護可按發電機過勵磁特性來整定。過勵磁保護可采用定時限和反時限兩種，對于大型發電機組一般采用反時限特性。過勵磁保護反應過勵磁倍數n＝U/f的增加而動作，n的反時限允許特性曲線見圖1。

 

發電機過勵磁保護反時限允許特性曲線圖

 

過勵磁保護動作邏輯框圖如圖2所示。

 

圖2 發電機過勵磁保護動作邏輯框圖

二、發電機逆功率保護

 

發電機逆功率保護主要用于保護柴油機。當主汽門誤關閉時或機爐保護動作于主汽門關閉而發電機并未從系統解列時，發電機就變成了同步電動機運行，從電力系統吸收有功功率。這種工況，對發電機并無危險。但由于柴油機的鼓風損失，其尾部葉片有可能過熱，造成柴油機事故，因此發電發電機組不允許在這種狀況下長期運行。

 

逆功率保護有兩種實現方法。其一是反應逆功率大小的逆功率保護，由于各種原因導致失去原動力，發電機變為電動機運行時逆功率保護動作跳開主斷路器。發電機功率用三相電壓、三相電流計算得到。另外一種是習慣上稱為程序跳閘的逆功率保護。發電機在過負荷、過勵磁、失磁等各種異常運行保護動作后需要程序跳閘時，程序跳閘的逆功率保護動作出口，先關閉柴油機的主汽門，然后由程序逆功率保護經主汽門觸點閉鎖跳開發電機一發電發電機組的主斷路器。在發電機停機時，可利用該保護的程序跳閘功能，先將柴油機中的剩余功率向系統送完后再跳閘，從而更能保證柴油機的安全。

 

該保護是以反應發電機從系統吸收有功功率的大小而動作的，是以主汽門是否關閉的條件來決定動作時間的。程序跳閘逆功率保護動作邏輯框圖如圖3所示。

 

圖3 發電機程序跳閘逆功率保護動作邏輯框圖

 

三、發電機低頻保護

 

發電機低頻保護主要用于保護柴油機不受低頻共振的影響。柴油機各節葉片都有一共振頻率，當系統頻率接近或等于共振頻率時，將引起葉片的共振而損壞柴油機。低頻運行對于柴油機而言是個疲勞過程，一般柴油機低頻運行累計達一定時間，柴油機將達到疲勞壽命。因此，低頻運行的時間是個積累的過程，而且不同的低頻有不同的積累速度。保護裝置停運不影響“低頻運行的時間”積累值。低頻保護反應系統頻率的降低，并受出口斷路器輔助觸點閉鎖，即發電機退出運行時低頻保護也自動退出運行。發電機低頻保護動作邏輯框圖如圖4所示。

 

圖4 發電機低頻保護動作邏輯框圖

 

四、發電機誤上電保護及斷路器閃絡保護

 

1．發電機誤上電保護

發電機在盤車狀態下（低速旋轉），主斷路器誤合閘，系統三相電壓突然加在機端，使同步發電機處于異步啟動工況，此時，由系統向發電機定子繞組倒送大電流。定子氣隙同步旋轉磁場和轉子有較大滑差，在轉子本體中感應差頻電流，會引起轉子過熱而損傷，是一種破壞性很大的故障。目前，大型發變組廣泛采用500kV電壓等級，3/2斷路器的接線方式增加了誤上電的幾率。為了大型發電發電機組的安全，通常要求裝設誤上電（誤合閘）保護。

誤上電保護原理有多種，這里介紹其中一種。誤上電保護將啟停機過程分為兩個階段，以開機為例。第一階段：開機→合磁場開關。在此期間，由于無勵磁，發電機不可能進行并網操作，因此只要發電機斷路器合閘和定子有電流，則必然為誤上電，瞬時跳閘。第二階段：合磁場開關→并網。在此期間，用阻抗元件來區分并網和誤上電，并且誤上電情況越嚴重，跳閘也越快。誤上電保護邏輯框圖見圖5，保護動作的幾種情況及判別如下：

（1）發電機盤車時，未加勵磁，斷路器誤合，造成發電機異步啟動。采用兩組TV均低電壓延時t₁投入，電壓恢復，延時t₂（與低頻閉鎖判據配合）退出。

（2）發電機啟停過程中，已加勵磁，但頻率低于定值，斷路器誤合。采用低頻判據延時t₃投入，頻率判據延時t₄，返回，其時間應保證跳閘過程的完成。

（3）發電機啟停過程中，已加勵磁，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，經控制字可以投退。判據延時t₃投入（考慮斷路器分閘時間），延時t₄，退出，其時間應保證跳閘過程的完成。

當發電機非同期合閘時，如果發電機斷路器兩側電動勢相差180°附近，非同期合閘電流太大，跳閘易造成斷路器損壞，此時閉鎖跳出口斷路器，先跳滅磁開關，當斷路器電流小于定值時再動作于跳出口斷路器。

高壓廠用發電機低壓側斷路器誤合，也會導致發電機異步啟動，高壓廠用發電機側斷路器誤合只經過低頻判據閉鎖。

誤上電保護動作，跳開主斷路器，若主斷路器拒動，應啟動失靈保護。誤上電保護在發電機并網后自動退出運行，解列后自動投入運行。

2．斷路器閃絡保護

大型發變組在與系統進行并列過程中，斷路器主觸點兩斷口之間可能承受兩側電動勢絕對值之和（δ＝180°）的高電壓，有時會造成斷口閃絡事故。在高壓側斷路器剛跳開不久的一段時間內，兩斷口之間也可能短時承受高電壓而引起閃絡。為盡快消除斷口閃絡故障而裝設斷路器閃絡保護。

如果斷路器未合閘而發電機定子有電流，則認為斷路器發生閃絡。斷口閃絡只考慮一相或兩相，不會三相同時閃絡。判斷條件為：

（1）斷路器三相位置接點均為斷開狀態；

（2）負序電流大于整定值；

（3）發電機已加勵磁，機端電壓大于一固定值。

保護動作首先使發電機滅磁，以降低斷口電壓，使之停止閃絡，無效時再啟動失靈保護。

 

圖5 發電機誤上電保護邏輯框圖

 

五、啟停機保護

 

發電機未與系統并網的啟動或停機過程中，頻率大幅度偏離額定值，諧波制動的發電機差動保護、三次諧波定子接地保護、負序電流保護等均不能正常工作。因此，要求配置在低頻下能工作的反應相間故障和定子接地故障的保護。對于發電機、發電機、廠用變、勵磁變的故障，各配置一組差回路過流保護。對于發電機定子接地故障，配置一套零序過電壓保護。由于發電機啟動或停機過程中，定子電壓頻率很低，因此保護采用不受頻率影響的算法，以實現啟停機過程中對發電機的保護。

 

上述啟停機保護的投入可經低頻元件閉鎖，也可經斷路器位置輔助接點閉鎖。另外，發電機還配置有定子繞組對稱過電流/過負荷保護、勵磁繞組過電流/過負荷保護等。這些保護通常均采用反時限特性。勵磁繞組過負荷保護反應勵磁繞組的平均發熱狀況，保護動作量既可以取勵磁變（勵磁機）電流，也可以直接反應發電機轉子電流。

 

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