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【摘 要】在大型机电中,继电保护是对机电的一种自动保护装置,在机电系统中主要是负责电力系统安全、可靠地运行。现在的大型发电机构建原理复杂,成本高昂,一旦发生了故障,不但维修困难,且所花的金钱成本也是需要考虑的重要问题。就电力系统而言,大型发电机所占比较重大,特别是在容量比较下,若是单机容量在系统容量中的比重过大,大型发电机一旦发生移除,对整个电力系统所造的冲击相对较大。由此,在考虑大型发电机的继电保护配置时,需要尽量保证机组在故障时所造成的破坏能够被压制到最小,即尽可能保证机器整体安全,不被停机,尤其是需要保护配置的非常规型启动,对此本文研究300MVA发电机继电保护系统的作用。
【关键词】电力系统;发电机;继电保护
1.300MVA发电机特点
发电机分直流发电机和交流发电机两大类,后者又可分为同步发电机和异步发电机。现代电厂中最常用的是同步发电机。它由直流电流励磁,既能提供有功功率,也能提供无功功率,可满足各种负载的需要。异步发电机没有独立的励磁绕组,其结构简单,操作方便,但不能向负载提供无功功率。因此,异步发电机运行时必须与其他同步发电机并联,或并接相当数量的电容器。300MW发电机组造价昂贵,结构复杂,一旦发生故障,其检修难度大,时间长,将造成较大的经济损失。因此,在考虑300MW机组继电保护的总体配置时,应最大限度地保证机组安全和缩小故障破坏范围,尽可能避免不必要的突然停机,对某些异常工况采用自动处理装置,特别要避免保护装置的误动和拒动,这样不仅要求有足够的的可靠性、灵敏性、选择性和快速性,还要求继电保护在总体配置上尽量做到完善、合理,避免繁琐、复杂。
2.发电机的故障和不正常运行状态
相对变压器而言,发电机更加复杂,变压器有原边绕组,副边绕组,通过铁芯,磁场来将原边和副边连接起来,进行磁耦合,来实现能量的传递。发电机,有转子绕组,定子绕组,转子铁芯,定子铁芯。在发电机中有静止的部分,也有旋转的部分,通过定子去切割气隙中的磁场,在定子上感应电势,产生电流。将转子上所接收到的机械能,带动转子转动,通过磁场将机械能转化为电能,通过定子绕组输送出去。发电机内部有时间变化量,定子上感应的电流,电压,呈正弦变化,还有空间变化。发电机的故障状态以及不正常状态相对于变压器来说,就复杂得多。发电机.相对非常贵重,使得它的重要程度升高。
2.1发电机故障
(1)定子绕组单相接地
较常见,一般中性点不接地,或高阻接地,没有较大的单相电流,如果电流值大于5A的话,可造成铁芯烧伤或局部融化。一般给转子绕组通入直流电流,让其产生旋转磁场,使定转子之间形成磁路的耦合,使转子获得的机械能通过磁场传输到定子上。一般来说,转子绕组是接在正负电源之间,转子上本身是没有接地点的,只有正负极,也就是没有零电位,发生一点接地时,也就是相当于出现了一个零电位,形成不了回路,对发电机没有直接的危害,但是,如果发生两点接地,就相当于形成了一个短路状态,此时,会有非常大的短路电流,造成了磁场的畸变,使转子局部发热,同时,会在定子感应较大的短路电压,定子铁芯易饱和,机组会出现发热现象,同时,由于磁场的不均匀,使得它收到磁力的作用也不均匀,会引起发电机组的震动,对发电机.有直接的危害。不允许发电机继续运行,必须马上退出运行。
(2)转子励磁回路电流急剧下降或消失
从系统吸收无功功率,造成失步,从而引起系统电压下降,甚至可使系统崩溃。本来通过转子建立磁场,建立连接桥梁,转子励磁电流急剧下降,会使得转.子的一部分机械能无法转换为电能,使得转子的转速升高,外部连接的系统中的电流会建立连接桥梁,从而传递机械能,本来是向系统中发送无功功率,现在变成了向系统中吸收无功功率,无功功率和系统中的电压有直接联系,无功功率充足,系统中的电压能够保持较高的水平,无功功率不足,电压下降,甚至可能使得系统崩溃。
2.2发电机不正常运行状态
(1)定子绕组引起的三相对称过负荷
发电机的抗过负荷能力远小于变压器,变压器作为静止元件,没有旋转部分,当过负荷时,能够通过变压器油有效地冷却。发电机有高速旋转部分,本身发热量较大,其散热也没有像变压器油那样比较好的进行散热,一般不允许过负荷状态,一般过负荷,会发生报警信号。
(2)外部不对称短路或不对称负荷而引起的发电机负序电流
发电机作为旋转元件,当其出现负序电流时,会产生一个反转的磁场,发电机的工作原理是其转子上加上一个励磁电流后产生磁场,随着转子的旋转,这个磁场会跟着转子一起旋转,磁场在定子绕组上感应电势,产生三相交流电。三相交流电同样会合成一个旋转磁场,这个磁场在一般情况下转子磁场保持静止状态,对于负序电流,转子磁场正转,而定子负序电流所产生的这个磁场反转,磁场抵消,磁场很弱,机组振动。
3.发电机各保护作用
300MW机组保护装置可分为短路保护和异常运行保护两类。短路保护是用以反应被保护区域内发生的各种类型的短路故障,为了防止保护拒动或断路器拒动,设主保护和后备保护。异常运行保护是用以反应各种可能给机组造成危害的异常工况,不设后备保护。为了满足电力系统稳定方面的要求,对于300MW发电机变压器组故障要求快速切除。为了确保正确快速切除故障,要求对300MW发电机-变压器组设置双重快速保护。各保护装置动作后所控制的对象,依保护装置的性质、选择性要求和故障处理方式的不同而不同,对于发电机双绕组变压器,通常有以下几种处理方式:
全停:停汽机、停锅炉、断开高压侧断路器、灭磁、断开高压厂用变压器低压侧断路器、使机炉及其辅机停止工作。解列灭磁:断开高压侧断路器、灭磁、断开高压厂用变压器低压侧断路器。解列:断开高压侧断路器。减出力:减少原动机的输出功率。发信号:发出声光信号或光信号。母线解列:对双母线系統,断开母线联络断路器,缩小故障波及范围。
根据继电保护技术规程,为正确反应发变组短路故障和确保快速切除故障,配置了发电机纵、横差动保护,变压器纵差保护和发电机-变压器组纵差保护,对发电机-变压器组构成了双重快速保护。差动保护双重化,降低了拒动的几率;设置闭锁,则降低了误动的几率。因此,双重化加闭锁,提高了可靠性,有利于大机组的安全运行。变压器纵差保护,可以正确反应变压器外部短路故障,为了正确、及时的反应变压器内部短路故障,选择装设瓦斯保护。瓦斯保护分为轻瓦斯保护和重瓦斯保护,分别利用开口杯和挡板式原理,反应变压器内部的故障程度,确定发出信号还是将变压器从系统中切除。在超高压电网中,单相接地短路故障最多,在各种短路接地故障中,有80%-90%是单相接地故障,为了在某些特殊情况下,不致使电网失去保护,所以尽管相邻线路上配置了完善的近后备保护,一般还是要在变压器中性点装设零序电流保护,对相邻线路构成远后备。
结论:
保护系统主要包括大型发电机保护、变压器保护。根据设备的容量、型号等相关资料分析可能出现的故障问题,根据保护的配置原则,确定该设备所需要的保护,计算结果选择最具可靠性、安全性、动作最灵敏的保护继电器。继电保护是机电系统生产运行中一项重要工作。随着电网规模的不断扩大,电网结构日趋复杂,电力保护系统的工作量和复杂程度也越来越大,汽轮发电机继电保护系统对其原理有更深的理解,扩充知识。
参考文献:
[1]高有权.发电机变压器继电保护设计及整定计算[J].中国电力出版社,2011:24-118.
[2]陈生贵.机电系统继电保护[J].重庆大学出版社,2010:189-220.
[3]傅知兰.电力系统电气设备选择[J].中国电力出版社,2004:98-123.
(作者单位:喀什技师学院)
【关键词】电力系统;发电机;继电保护
1.300MVA发电机特点
发电机分直流发电机和交流发电机两大类,后者又可分为同步发电机和异步发电机。现代电厂中最常用的是同步发电机。它由直流电流励磁,既能提供有功功率,也能提供无功功率,可满足各种负载的需要。异步发电机没有独立的励磁绕组,其结构简单,操作方便,但不能向负载提供无功功率。因此,异步发电机运行时必须与其他同步发电机并联,或并接相当数量的电容器。300MW发电机组造价昂贵,结构复杂,一旦发生故障,其检修难度大,时间长,将造成较大的经济损失。因此,在考虑300MW机组继电保护的总体配置时,应最大限度地保证机组安全和缩小故障破坏范围,尽可能避免不必要的突然停机,对某些异常工况采用自动处理装置,特别要避免保护装置的误动和拒动,这样不仅要求有足够的的可靠性、灵敏性、选择性和快速性,还要求继电保护在总体配置上尽量做到完善、合理,避免繁琐、复杂。
2.发电机的故障和不正常运行状态
相对变压器而言,发电机更加复杂,变压器有原边绕组,副边绕组,通过铁芯,磁场来将原边和副边连接起来,进行磁耦合,来实现能量的传递。发电机,有转子绕组,定子绕组,转子铁芯,定子铁芯。在发电机中有静止的部分,也有旋转的部分,通过定子去切割气隙中的磁场,在定子上感应电势,产生电流。将转子上所接收到的机械能,带动转子转动,通过磁场将机械能转化为电能,通过定子绕组输送出去。发电机内部有时间变化量,定子上感应的电流,电压,呈正弦变化,还有空间变化。发电机的故障状态以及不正常状态相对于变压器来说,就复杂得多。发电机.相对非常贵重,使得它的重要程度升高。
2.1发电机故障
(1)定子绕组单相接地
较常见,一般中性点不接地,或高阻接地,没有较大的单相电流,如果电流值大于5A的话,可造成铁芯烧伤或局部融化。一般给转子绕组通入直流电流,让其产生旋转磁场,使定转子之间形成磁路的耦合,使转子获得的机械能通过磁场传输到定子上。一般来说,转子绕组是接在正负电源之间,转子上本身是没有接地点的,只有正负极,也就是没有零电位,发生一点接地时,也就是相当于出现了一个零电位,形成不了回路,对发电机没有直接的危害,但是,如果发生两点接地,就相当于形成了一个短路状态,此时,会有非常大的短路电流,造成了磁场的畸变,使转子局部发热,同时,会在定子感应较大的短路电压,定子铁芯易饱和,机组会出现发热现象,同时,由于磁场的不均匀,使得它收到磁力的作用也不均匀,会引起发电机组的震动,对发电机.有直接的危害。不允许发电机继续运行,必须马上退出运行。
(2)转子励磁回路电流急剧下降或消失
从系统吸收无功功率,造成失步,从而引起系统电压下降,甚至可使系统崩溃。本来通过转子建立磁场,建立连接桥梁,转子励磁电流急剧下降,会使得转.子的一部分机械能无法转换为电能,使得转子的转速升高,外部连接的系统中的电流会建立连接桥梁,从而传递机械能,本来是向系统中发送无功功率,现在变成了向系统中吸收无功功率,无功功率和系统中的电压有直接联系,无功功率充足,系统中的电压能够保持较高的水平,无功功率不足,电压下降,甚至可能使得系统崩溃。
2.2发电机不正常运行状态
(1)定子绕组引起的三相对称过负荷
发电机的抗过负荷能力远小于变压器,变压器作为静止元件,没有旋转部分,当过负荷时,能够通过变压器油有效地冷却。发电机有高速旋转部分,本身发热量较大,其散热也没有像变压器油那样比较好的进行散热,一般不允许过负荷状态,一般过负荷,会发生报警信号。
(2)外部不对称短路或不对称负荷而引起的发电机负序电流
发电机作为旋转元件,当其出现负序电流时,会产生一个反转的磁场,发电机的工作原理是其转子上加上一个励磁电流后产生磁场,随着转子的旋转,这个磁场会跟着转子一起旋转,磁场在定子绕组上感应电势,产生三相交流电。三相交流电同样会合成一个旋转磁场,这个磁场在一般情况下转子磁场保持静止状态,对于负序电流,转子磁场正转,而定子负序电流所产生的这个磁场反转,磁场抵消,磁场很弱,机组振动。
3.发电机各保护作用
300MW机组保护装置可分为短路保护和异常运行保护两类。短路保护是用以反应被保护区域内发生的各种类型的短路故障,为了防止保护拒动或断路器拒动,设主保护和后备保护。异常运行保护是用以反应各种可能给机组造成危害的异常工况,不设后备保护。为了满足电力系统稳定方面的要求,对于300MW发电机变压器组故障要求快速切除。为了确保正确快速切除故障,要求对300MW发电机-变压器组设置双重快速保护。各保护装置动作后所控制的对象,依保护装置的性质、选择性要求和故障处理方式的不同而不同,对于发电机双绕组变压器,通常有以下几种处理方式:
全停:停汽机、停锅炉、断开高压侧断路器、灭磁、断开高压厂用变压器低压侧断路器、使机炉及其辅机停止工作。解列灭磁:断开高压侧断路器、灭磁、断开高压厂用变压器低压侧断路器。解列:断开高压侧断路器。减出力:减少原动机的输出功率。发信号:发出声光信号或光信号。母线解列:对双母线系統,断开母线联络断路器,缩小故障波及范围。
根据继电保护技术规程,为正确反应发变组短路故障和确保快速切除故障,配置了发电机纵、横差动保护,变压器纵差保护和发电机-变压器组纵差保护,对发电机-变压器组构成了双重快速保护。差动保护双重化,降低了拒动的几率;设置闭锁,则降低了误动的几率。因此,双重化加闭锁,提高了可靠性,有利于大机组的安全运行。变压器纵差保护,可以正确反应变压器外部短路故障,为了正确、及时的反应变压器内部短路故障,选择装设瓦斯保护。瓦斯保护分为轻瓦斯保护和重瓦斯保护,分别利用开口杯和挡板式原理,反应变压器内部的故障程度,确定发出信号还是将变压器从系统中切除。在超高压电网中,单相接地短路故障最多,在各种短路接地故障中,有80%-90%是单相接地故障,为了在某些特殊情况下,不致使电网失去保护,所以尽管相邻线路上配置了完善的近后备保护,一般还是要在变压器中性点装设零序电流保护,对相邻线路构成远后备。
结论:
保护系统主要包括大型发电机保护、变压器保护。根据设备的容量、型号等相关资料分析可能出现的故障问题,根据保护的配置原则,确定该设备所需要的保护,计算结果选择最具可靠性、安全性、动作最灵敏的保护继电器。继电保护是机电系统生产运行中一项重要工作。随着电网规模的不断扩大,电网结构日趋复杂,电力保护系统的工作量和复杂程度也越来越大,汽轮发电机继电保护系统对其原理有更深的理解,扩充知识。
参考文献:
[1]高有权.发电机变压器继电保护设计及整定计算[J].中国电力出版社,2011:24-118.
[2]陈生贵.机电系统继电保护[J].重庆大学出版社,2010:189-220.
[3]傅知兰.电力系统电气设备选择[J].中国电力出版社,2004:98-123.
(作者单位:喀什技师学院)