发电机保护浅谈

发电机保护浅谈

一、发电机设备简介

某电厂发电机为上海发电机有限公司制造的QFSN-600-2Y型三相交流隐极式同步发电机，定子绕组为2Y接线，功率因数0.9。发电机采用水、氢、氢冷却方式，定子、转子绕组均采用F级绝缘。发电机出线端子数目为6个，中性点经变压器二次电阻接地。发电机经主变升压后接入500KV系统，发变组系统为单元接线方式。发电机励磁系统为自并励静止可控硅整流励磁系统。励磁系统由励磁变、可控硅整流桥、自动励磁调节器及软启励装置、转子过电压保护、灭磁装置等组成。励磁变取自机端，降压后向整流器提供交流电源。

二、发电机保护种类及特点

（1）发电机差动保护：保护能在区外故障时可靠地躲过两侧CT特性不一致所产生的不平衡电流，区内故障保护灵敏动作。保护采用三相式接线, 由两侧差动继电器构成，瞬时动作于全停。

技术特点：1、有效防止区外故障误动的制动特性。2、CT断线判别功能。3、具有良好防外部CT饱和的能力。

（2）发电机定子接地保护：保护由发电机机端零序电压和中性点侧三次谐波电压共同构成100%保护区的定子接地保护，基波跳闸，三次谐波发信号。设PT断线闭锁，区外故障时不误动。

技术特点：1、由基波零序电压判据和三次谐波电压判据组成。2、保护发电机100%定子绕组单相接地。3、具有三次谐波电压滤除功能。4、具有PT断线闭锁功能。

（3）发电机过电压保护：过电压保护动作电压取1.3倍额定电压，延时0.5秒动作于全停。

技术特点：取三相线电压，任一相大于整定值时动作。

（4）低频保护：低频保护反应系统频率的降低，保护由灵敏的频率继电器和计数器组成，并受出口断路器辅助接点闭锁。即发电机退出运行时低频保护自动退出运行，保护动作于发信号或全停。

技术特点：具有按频率分段时间积累功能，时间积累在装置掉电时能保持。

（5）失步保护：保护由三阻抗元件或测量振荡中心电压及变化率等原理构成,在短路故障、系统稳定振荡、电压回路断线等情况下,保护不误动作。能检测加速失步和减速失步。保护通常动作于信号,当振荡中心在发电机或变压器内部,失步动作时间超过整定值或电流振荡次数超过规定值时,保护动作于全停。装设电流闭锁装置,以保证断路器断开时的电流不超过断路器额定失步开断电流。

技术特点：采用三阻抗元件，通过阻抗的轨迹变化来检测滑极次数并确定振荡中心的位置。

（6）失磁保护：保护因发电机突然失去励磁或部分失去励磁，引起系统电压降低，发电机的稳定运行受到威胁的保护装置。

技术特点：可由静稳励磁低电压、系统低电压、静稳边界阻抗、机端电压、异步边界阻抗等判据构成。

（7）发电机逆功率保护：防止由于汽机主汽门关闭，汽机尾部叶片与残留蒸汽摩擦而形成鼓风损耗 ，造成叶片过热而损坏。保护动作分两段时限t1发信号，t2动作于全停，具备PT断线闭锁功能。

技术特点：为发电机有功功率倒送，发电机变为电动运行异常工况保护。

（8）程控跳闸逆功率保护：保护为程控跳闸专用,用于确认汽机主汽门完全关闭后才解列发电机，防止机组发生超速事故。保护动作分两段时限t1发信号,t2动作于全停。

（9）发电机过激磁保护：过激磁是以V/HZ的比值为动作原理，设有两段定值。定时限动作于信号和降低励磁电流，反时限部分动作全停或程控跳闸。

技术特点： 1、定时限固有延时不大于50ms。2、反时限过激磁保护分预告信号、反时限两部分，反时限特性采用点对点式整定，在任意两点之间用对数曲线连接。

（10）发电机对称过负荷保护：保护由定时限和反时限组成，定时限动作于信号和自动减负荷。反时限反应电流变化时发电机定子绕组的热积累过程。动作特性按发电机定子绕组的过负荷能力确定，动作于全停或程序跳闸。

技术特点：保护由定时限过负荷和反时限过流两部分组成。

（11）发电机不对称过负荷保护：保护由定时限和反时限组成,定时限动作于信号,动作电流按躲过发电机长期允许的负序电流值和按躲过最大负荷下负序电流滤过器的不平衡电流值整定。反时限保护反应发电机转子热积累过程。动作特性按发电机承受负序电流的能力确定,动作于全停或程序跳闸。

技术特点：作为发电机不对称故障保护。

（12）发电机突加电压保护：保护由电流元件及电压元件构成，动作于发变组出口断路器。发变组出口断路器合闸后,该保护退出，解列后自动投入运行。

技术特点：作为发电机盘车状态下，主断路器误合闸时的保护。（13）发电机定子匝间保护：保护瞬时动作于全停。

技术特点：不仅保护匝间短路，还可保护内部相间及定子绕组开焊。

（14）PT断线闭锁：保护由电压元件构成，动作于信号。

（15）励磁绕组过负荷保护：保护由定时限和反时限两部分组成。定时限部分动作电流按正常励磁电流能可靠返回的条件整定，动作于信号，并动作降低励磁电流。反时限部分动作按发电机励磁绕组的过负荷能力确定，并动作于解列灭磁。保护能反应电流变化时励磁绕组的热积累过程。

技术特点：三相电流中最大值大于整定值时动作。

（16）转子一点及两点接地保护：一点接地保护定时限动作于信号，两点接地保护带时限动作于停机。

（17）起停机保护：保护发电机在启、停机过程中发生相间和接地故障时，防止某些保护装置受频率变化影响而拒动的保护装置。

（18）励磁变过流保护/速断：保护瞬时动作于全停。

（19）发电机断水保护：瞬时发信号，延时动作于程序跳闸，并可切换到全停。

三、发电机主要故障原因危害

（1） 定子绕组的相间短路

发电机定子绕组发生相间短路若不及时切除，将烧毁整个发电机组，引起极为严重的后果，必须有两套或两套以上的快速保护反应此类故障，装设纵联差动保护装置，瞬时动作于全停。

（2） 定子绕组匝间短路

发电机定子绕组发生匝间短路会在短路环内产生很大电流，造成定子铁芯及线棒烧毁。定子匝间短路的保护有：单元件横差保护、负序功率方向保护、纵向零序电压保护和转子二次谐波电流保护。负序功率方向保护的灵敏度受系统和发电机负序电抗变化影响较大；纵向零序电压保护需要单独装设全绝缘的电压互感器，容易受电压互感器断线等的影响，误动率高；转子二次谐波电流保护必须增设负序功率方向闭锁，整定计算复杂。这几类匝间保护运行误动情况严重，因而其应用都受到了限制。

（3）定子单相接地

定子绕组单相接地是最常见的一种故障，定子故障接地电流超过一定值就可能造成发电机定子铁芯烧坏，而且发电机单相接地故障往往是相间或匝间短路的先兆。

发电机中性点接地方式与定子接地保护构成密切相关，大型发电机中性点接地方式和定子接地保护应满足三个基本要求：

1、故障点电流不应超过安全电流，否则保护应动作于跳闸。

2、保护动作区覆盖整个定子绕组，有100%保护区，保护区内任一点接地故障应有足够高的灵敏度。