浅谈发电机的故障类型、不正常运行状态及相应的保护方式

浅谈发电机的故障类型、不正常运行状态及相应的保护方式

摘要：发电机是电力系统中非常贵重和重要的设备，发电机单机容量不断增大，可以降低单位造价和发电成本，提高劳动生产力。但机组容量过大，发电机的事故停机率增高，可用率随之降低。据统计40-60万KW机组平均可用率为77.5%，事故停机率为9.7%，而80万KW以上机组分别为72.5%和16.2%。由于像600MW这样的大机组越来越多地在电力系统中应用，如何保障发电机在电力系统中的安全运行，就显得更加重要。为保障电力系统的安全运行，必须对发电机的故障类型、不正常运行状态及其相应的保护方式有一定的了解，才能有效使用各种保护装置。本文将对发电机的故障类型、不正常运行状态，以及相应的保护方式进行分析。

关键词：发电机；故障；不正常运行；保护

发电机的安全运行对电力系统的稳定运行起着决定性的作用。发电机是一个旋转的设备，它即要承受机械、热力的作用，又要承受电流、电压冲击的影响。因此在发电机的运行过程中，其定子绕组和转子回路均可能出现各种故障及不正常运行方式。

一、发电机故障类型

1.定子绕组故障

（1）定子绕组相间短路。

（2）定子绕组一相的匝间短路。

（3）定子绕组的单相接地。

2.转子绕组故障

（1）转子绕组一点接地或两点接地短路。

（2）转子励磁回路励磁电流消失。

造成的危害：

（1）定子绕组故障时，故障点出现的电弧将烧损定子绕组的绝缘，严重时，电弧使定子铁芯大量熔化或引起火灾。

（2）转子绕组两点接地时，除可能使转子绕组和铁芯损坏外，还因转子磁场不对称，使机组产生剧烈的机械振动。

二、发电机的不正常运行状态

（1）外部短路引起的定子绕组过电流。

（2）外部不对称短路或不对称负荷（如单相负荷，非全相运行等）引起的负序过电流和过负荷。

（3）突然甩负荷引起的定子绕组过电压。

（4）负荷超过发电机额定容量而引起的三相对称过负荷。

（5）汽轮机主汽门突然关闭而引起的发电机逆功率。

（6）低励、失磁。

（7）过励磁。

（8）频率异常。

（9）转子绕组的一点接地。

（10）发电机的误上电。

（11）失步。

（12）断路器断口闪络。

（13）励磁回路故障或强励时间过长而引起的转子绕组过负荷。

三、发电机应装设的保护方式

（1）对1MW以上发电机的定子绕组及其引出线的相间短路，应装设纵差保护。

（2）对直接联于母线的发电机定子绕组单相接地故障，当发电机电压网络的接地电容电流大于或等于5A时（不考虑消弧线圈的补偿作用），应装设动作于跳闸的零序电流保护，小于5A时，则装设作用于信号的接地保护。

（3）对定子绕组的匝间短路，当绕组接成星形且每相中有引出的并联支路时，应装设单继电器式的横联差动保护。

（4）对发电机外部短路而引起的过电流，可采用下列保护。

①负序过电流及单相式低电压起动过电流保护，一般用于50MW及以上的

发电机；②复合电压起动的过电流保护（负序电压及线电压）；③过电流保护，用于1MW以下的小发电机。

（5）对由不对称负荷或外部不对称短路而引起的负序过电流，一般在50MW 及以上的发电机上装设负序电流保护。

（6）对由对称负荷引起的发电机定子绕组过电流，应装设接于一相电流的过负荷保护。

（7）对水轮发电机定子绕组过电压，应装设带延时的过电压保护。

（8）对于发电机励磁回路的接地故障。

①水轮发电机装设一点接地保护，小容量机组可采用定期检测装置。

②对汽轮机励磁回路的一点接地，一般采用定期检测装置，对大容量机组则可装设一点接地保护，对两点接地故障，应装设两点接地保护在励磁回路发生一点接地后投入。

（9）对发电机励磁消失的故障，在发电机不允许失磁运行时，应在自动灭磁开关断开时连锁断开发电机的断路器，对采用半导体励磁以及100MW以上采用电机励磁的发电机，应增设反应发电机失磁时电气参数变化的专用失磁保护。

励磁方式：半导体励磁（ABB、GE）、电机励磁

（10）对转子回路过负荷，在100MW及以上并采用半导体励磁系统的发电机上应装设转子过负荷保护。

（11）对汽轮机主汽门突然关闭，为防止汽轮机遭到破坏，对大容量机组可考虑装设逆功率保护。

（12）当电力系统振荡影响机组安全运行时，在300MW机组上，应装设失步保护。

（13）当汽轮机低频运行造成机械振动，叶片损伤等可装设低频保护。

（14）当水冷却发电机断水时，可装设断水保护。

为了快速消除发电机内部的故障，在保护动作于发电机断路器跳闸的同时，必须动作于自动灭磁开关，断开发电机励磁回路，以使转子回路电流不会在定子绕组中再感应电势，继续供给短路电流。

参考文献：

[1]杨奇逊.微型机继电保护基础.北京：水利电力出版社，1988

[2]李火元.电力系统继电保护与自动装置，电力工业出版社，2006

[3]葛耀中.新型继电保护与故障测距原理与技术[M].西安：西安交通大学出版社，1996