汽輪機發(fā)電機保護的應(yīng)用論文

1、鋼鐵中小型發(fā)電機組繼電氣保護的設(shè)置與整定摘要：鋼鐵行業(yè)發(fā)電機組大多采用工業(yè)煤氣原料為能源燃料，其他的能源，利用高爐產(chǎn)生的煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、焦?fàn)t煤氣等，通過鍋爐產(chǎn)生蒸汽發(fā)電等；利用煤氣壓差發(fā)電，形成在循環(huán)經(jīng)濟，節(jié)省了能源的浪費，降低了鋼鐵行業(yè)的成本，利用鋼鐵的各類能源余熱形成自備發(fā)電機組，在鋼鐵行業(yè)顯得越來越重要，這就需要進一步完善發(fā)電機組的各類生產(chǎn)運行保護。發(fā)電機機組由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在運行中可能發(fā)生故障和異常運行狀態(tài)，這樣會對發(fā)電機造成危害，同時，由于系統(tǒng)故障也可能損傷發(fā)電機，特別是現(xiàn)代的大中型發(fā)電機，由于容量大，出現(xiàn)故障維修困難，因此，要對發(fā)電機可能發(fā)生的故障類型及不正常的運行狀態(tài)進行分析，并針

2、對性設(shè)置相應(yīng)的必要的保護措施，來保證發(fā)電機組的正常運行。關(guān)鍵詞：差動保護；比例差動保護；過負(fù)荷保護；過流保護；失磁保護。振動保護；油系統(tǒng)保護；軸移位保護；超速保護目錄：1、引用標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范1、1 電力裝置的繼電保護和自動裝置設(shè)計規(guī)范BS50062-921、2 電力預(yù)防性試驗規(guī)程DL/596-19961、3 繼電保護和自動裝置技術(shù)規(guī)程DL400-911、4 護技術(shù)規(guī)程14285-20061、5 繼電保護裝置運行整定規(guī)程D L T584-951、6 繼電保護技術(shù)規(guī)程GB14285-20062、電力能源的發(fā)展2、1 電力系統(tǒng)：就是指發(fā)電廠、變電所、送電線路、用電設(shè)備所構(gòu)成的整體。2、2 電力能源：水力

3、發(fā)電、火力發(fā)電、核電、太陽能發(fā)電（環(huán)保型）、風(fēng)力發(fā)電（環(huán)保型）。3、鋼鐵行業(yè)電力能源的循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展3、1 利用剩余煤氣發(fā)電(焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣)、煤氣余壓發(fā)電等3、2 鍋爐生產(chǎn)蒸汽推動汽輪機發(fā)電（即汽輪機發(fā)電機組，裝機量10MW100MW）。 3、2、1 利用高爐煤氣壓差TRT發(fā)電機 （4500KW8000KW）3、2、2 CCPP發(fā)電 10000kW 50MW)3、2、3 干熄焦發(fā)電機4、繼電保護的發(fā)展?fàn)顩r4、1 第一代的繼電保護是電磁式繼電器。4、1 第二代的繼電器裝置加裝的晶體管保護裝置。4、3 第三代的繼電器裝置是以集成電路為保護裝置。4、4 第四代是以微機繼電器保護裝置的檢

4、測、控制、顯示、保護遙控等綜合保護裝置。5、 電氣 繼電保護概論4、1 繼電保護的作用5、1、1 繼電保護的概念及任務(wù)電力系統(tǒng)繼電保護是反映電力系統(tǒng)中電氣設(shè)備發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)而動作于斷路器跳閘或發(fā)生信號的一種自動裝置。繼電保護的基本任務(wù)是：電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，自動、快速、有選擇地將故障設(shè)備從電力系統(tǒng)中切除，保證非故障設(shè)備繼續(xù)運行，盡量縮小停電范圍;電力系統(tǒng)出現(xiàn)異常運行狀態(tài)時，根據(jù)運行維護的要求能自動、及時、有選擇地發(fā)出告警信號或者減負(fù)荷、跳閘。 5、2 繼電保護的基本原理和保護裝置的組成5、2、1 反應(yīng)系統(tǒng)正常運行與故障時電器元件（設(shè)備）一端所測基本參數(shù)的變化而構(gòu)成的原理（單端測量原理

5、，也稱階段式原理）5、2、2 反應(yīng)電氣元件內(nèi)部故障與外部故障（及正常運行）時兩端所測電流相位和功率方向的差別而構(gòu)成的原理（雙端測量原理，也稱差動式原理）5、2、3 保護裝置的組成部分 輸入測量邏輯執(zhí)行 輸出信號 信號 整定值5、3 對電力系統(tǒng)繼電保護的基本要求5、3、1 繼電保護的靈敏度、快速性、選擇性、可靠性。5、3、1、1 選擇性： 繼電保護動作的選擇性是指保護裝置動作時，僅將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使停電范圍盡量縮小，以保證系統(tǒng)中的無故障部分仍能繼續(xù)安全運行5、3、1、2速動性：繼電保護的速動性是指繼電保護裝置應(yīng)以盡可能快的速度切除故障設(shè)備。故障后,為防止并列運行的系統(tǒng)失步,減少用戶在

6、電壓降低情況下工作的時間及故障元件損壞程度，應(yīng)盡量地快速切除故障。5、3、1、3靈敏性：繼電保護的靈敏性是指保護裝置對于其應(yīng)保護的范圍內(nèi)發(fā)生故障的反應(yīng)能力。（保護不該動作情況與應(yīng)該動作情況所測電氣量相差越大靈敏度）。 一般用靈敏系數(shù)Klm來衡量靈敏度。5、3、1、4可靠性：繼電保護的可靠性是指保護裝置在電力系統(tǒng)正常運行時不誤動;再規(guī)定的保護范圍內(nèi)發(fā)生故障時，應(yīng)可靠動作;而在不屬于該保護動作的其他任何情況下，應(yīng)可靠的不動作。（主保護對動作快速性要求相對較高；后備保護對靈敏性要求相對較高。 5、4保護分類電力系統(tǒng)中的電力設(shè)備和線路，應(yīng)裝設(shè)短路故障和異常運行的保護裝置。電力設(shè)備和線路短路故障的保護應(yīng)

7、有主保護和后備保護，必要時可增設(shè)輔助保護。5、4、1主保護主保護是滿足系統(tǒng)穩(wěn)定和設(shè)備安全要求，能以最快速度有選擇地切除被保護設(shè)備和線路故障的保護。5、4、2 后備保護后備保護是主保護或斷路器拒動時，用以切除故障的保護。后備保護可分為遠后備和近后備兩種方式。a.遠后備是當(dāng)主保護或斷路器拒動時，由相鄰電力設(shè)備或線路的保護實現(xiàn)后備。b.近后備是當(dāng)主保護拒動時，由該電力設(shè)備或線路的另一套保護實現(xiàn)后備的保護；當(dāng)斷路器拒動時，由斷路器失靈保護來實現(xiàn)的后備保護。5、4、3 輔助保護輔助保護是為補充主保護和后備保護的性能或當(dāng)主保護和后備保護退出運行而增設(shè)的簡單保護。5、4、4 異常運行保護異常運行保護是反應(yīng)被

8、保護電力設(shè)備或線路異常運行狀態(tài)的保護。6、同步發(fā)電機的構(gòu)成和運行參數(shù)6、1 同步發(fā)電機是將原動機的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿男D(zhuǎn)機械。由于發(fā)電機轉(zhuǎn)速總是與定子繞組通過三相電流后產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速相等，所依成為同步發(fā)電機。6、2 同步發(fā)電機基本原理是由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。6、2、1 定子三相交流繞組鑲嵌于沖好槽的硅鋼片疊加而成的鐵芯里。6、2、2 轉(zhuǎn)子主要由轉(zhuǎn)子鐵芯和勵磁繞組組成，通可控制的直流勵磁源。6、3 同步發(fā)電機運行參數(shù)6、3、1 電氣絕緣等級：Y級-90；A級-105；E級-120；B級-130；F級-155；H級-180。 6、3、2 汽輪發(fā)電機耳釘冷卻空氣溫度為+35OC.6、3、3 發(fā)

9、電機運行電壓變化范圍是在額定電壓的±5%以內(nèi)。6、3、4 頻率變動的范圍不超過±0.5Hz(220MW及以上發(fā)電機組不超過±0.2 Hz。 發(fā)電機機組轉(zhuǎn)速允許變化范圍是3000±30rPm。6、3、5 功率因數(shù)：一般情況下，中小型發(fā)電機組的額定功率因數(shù)在0.8，大型發(fā)電機組額定功率因數(shù)0.85或0.9。6、3、6 在額定負(fù)荷連續(xù)運行時，汽輪發(fā)電機三相電流之差不超過額定電流的10%。6、3、7 允許過負(fù)荷，短時間的過負(fù)荷對絕緣壽命影響不大，因為絕緣老化需要一定的時間的變化過程，絕緣材料變脆，介質(zhì)損失角增大，擊穿電壓下降都需要一個高溫作用時間，高溫時間越短，

10、損害程度越輕。短時間允許過負(fù)荷時間，對于空氣或氫表面冷卻的發(fā)電機可參7、通常發(fā)電機可能發(fā)生時故障和相應(yīng)的主要保護裝置7、1 定子的相間短路，會引起巨大的短路電流，嚴(yán)重?zé)龤Оl(fā)電機，而需要設(shè)立的瞬時動作-縱聯(lián)差動。7、2 定子繞組的相間的匝間短路（分為同相一分支繞組的匝間短路和同相異分支路繞組的匝間短路），匝間短路會產(chǎn)生巨大的短路電流而燒毀發(fā)電機定子，這樣需要設(shè)立瞬時動作的專用的匝間短路保護-橫差動保護。7、3 定子繞組的單相接地，通常發(fā)電機容易發(fā)生的一種故障，這里通常是因為定子絕緣發(fā)熱老化或者定子絕緣遭到破壞使其繞組對鐵心短路，隨然此種故障瞬時的電流不大，但是發(fā)電機接地電流會引起電弧燒灼局部鐵芯

11、和局部繞組，同時破壞繞組的局部絕緣，從而發(fā)展為匝間短路或相間短路，以此應(yīng)該裝設(shè)靈敏度的反應(yīng)全部繞組任一點的接地故障的100%定子接地保護。7、4 發(fā)電機轉(zhuǎn)子的繞組一點接地和兩點接地，轉(zhuǎn)子一點接地后隨然對發(fā)電機的運行無太大的影響，但若在發(fā)生另一點接地，則轉(zhuǎn)子繞組一部分被短接后會造成磁勢不平衡而引起機組的劇烈震動，而產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，所以需要同時裝設(shè)轉(zhuǎn)子繞組一點接地和兩點接地保護。 7、4、1 利用基波零序電壓保護，零序電壓互感器元件裝設(shè)在發(fā)電機的出口端的電壓互感器開口三角形繞組上。7、4、2 機端及中性點側(cè)的三次諧波。正常運行時的三次諧波和當(dāng)定子繞組單相接地時產(chǎn)生三次諧波電壓，這種保護與基波零序保

12、護共同組合起來，就可以構(gòu)成100%的定子繞組單相接地保護。7、5 發(fā)電機失磁。發(fā)電機失磁可分為完全失磁和部分失磁，它是發(fā)電機常見的故障之一，失磁故障不僅對發(fā)電機早證危害，而且對系統(tǒng)的安全也會造成嚴(yán)重的影響，出現(xiàn)失磁發(fā)電機由失磁前系統(tǒng)送無功率Q1轉(zhuǎn)為從系統(tǒng)吸收無功功率Q2；失磁引起有功功率的擺動和勵磁電壓下降，由于出現(xiàn)轉(zhuǎn)差，在轉(zhuǎn)子回路出現(xiàn)的差頻電流產(chǎn)生了附加損耗，可能使轉(zhuǎn)子過熱而損壞失磁失步后發(fā)電機有功功率劇烈的周期性擺動，變化的電磁轉(zhuǎn)矩周期性的作用到軸系上，并通過定子傳給機座，引起劇烈振動；失步運行時，發(fā)電機定子端部漏磁增加，僵尸端部的部件和邊緣的鐵芯過熱；以此設(shè)立的-失磁保護。8、發(fā)電機組的

13、后備保護在發(fā)電機的異常運行狀態(tài)的危害不如故障性的嚴(yán)重，但是危機發(fā)電機的正常運行，特別是隨著時間的增長，可能發(fā)生成為故障，因此為了防患末然設(shè)置保護。8、1 定子的繞組負(fù)荷不對稱運行，出現(xiàn)負(fù)序電流可能引起的發(fā)電機轉(zhuǎn)子的表層過熱現(xiàn)象，需要設(shè)定定子繞組不對稱過負(fù)荷保護（轉(zhuǎn)子表層過熱保護）。8、2 定子繞組對稱過負(fù)荷，長時間的定子過負(fù)荷，會使發(fā)電機組的過熱，會造成定子絕緣老化，絕緣性能降低，裝設(shè)對稱的過負(fù)荷保護(一般采用反時限特性保護)。8、3 轉(zhuǎn)子過負(fù)荷，裝設(shè)轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷保護。8、4 并列運行的發(fā)電機可能因機爐的保護動作等原因?qū)⒅鳉忾T閥關(guān)閉，而導(dǎo)致的逆功率運行，使汽輪機葉片與殘留尾氣劇烈摩擦過熱，而

14、損害汽輪機，因此需要裝設(shè)逆功率保護。 8、5 為了防止過激磁引起發(fā)熱，而燒壞鐵芯，應(yīng)裝設(shè)過磁保護。8、6 因系統(tǒng)振蕩而引起發(fā)電機失步異常運行，危及發(fā)電機和系統(tǒng)的運行安全，需裝設(shè)失步保護。8、7 定子過電壓，由于突然失去動力而引起發(fā)電機甩負(fù)荷引起的過電壓。8、8 低電壓，低電壓通常是由于故障引起的電流突然增大，引起系統(tǒng)電壓降低。 8、9 低頻，受外界系統(tǒng)震蕩或系統(tǒng)故障和發(fā)電機的動力機影響產(chǎn)生頻率降低。8、9、1 低頻保護原理：發(fā)電機在低頻運行時，由汽輪機將產(chǎn)生機械震蕩，汽輪機葉片損傷嚴(yán)重，對汽輪機危害很大，因此，在在大型汽輪機上裝設(shè)低頻保護。低頻保護有低頻測量元件和時間積累計算器組成，因為低頻運

15、行對汽輪機的危害是積累性的美譽頻率下降和人持續(xù)時間有關(guān)。8、10 超頻，原動力突然加速引起超速形成的過頻。8、10、1 發(fā)電機轉(zhuǎn)速與頻率存在以一對用的關(guān)系，f=(P*n)/50.9、發(fā)電機的保護設(shè)置要求與保護整定9、1縱差動保護：9、1、1縱差動保護原理：比較發(fā)電機兩側(cè)電流的大小和相位，它是反映發(fā)電機及其引出線的相間短路故障的主要保護。9、1、2 a：在正常運行情況下，電流互感器的二次斷線應(yīng)有閉鎖，防止保護誤動作：為了防止差動誤動作，應(yīng)整定保護裝置的啟動電流大于發(fā)電機的額定電流。并引入可靠的系數(shù)Kk，則保護裝置和繼電器的啟動電流分別為：Idz=Kk*Ie.fIdz.j= Kk*Ie.f/nlb

16、：保護裝置的啟動電流按躲開外部故障的最大不平衡電流整定，繼電保護的啟動電流為 Idz.j= Kk*Ibp.max發(fā)電機定子繞組及其引出線的詳見多路故障，動作與瞬間跳開發(fā)電機開關(guān)、停機并滅磁。 9、2 橫差動保護：當(dāng)發(fā)電機定子繞組有2個以上的分支且練成雙星形，每個分支都有引線出線時，應(yīng)裝設(shè)橫差動保護反應(yīng)定子繞組匝間短路，動作結(jié)構(gòu)同縱差動保護。當(dāng)不滿足該條件是，取消該保護，待故障發(fā)展到相間短路時，再用縱差動保護反應(yīng)。9、3 零序保護：當(dāng)發(fā)電機電壓回路有接地電容電流大于或等于5A時，保護動作與跳閘、停機、跳滅磁。當(dāng)接地電容電流小于5A是，保護應(yīng)動作于信號。對單機容量大于100MW及以上的發(fā)電機組，應(yīng)

17、急兩裝設(shè)保護范圍在100%的接地保護。9、4 過電流保護：一般應(yīng)該配置低電壓過流或復(fù)合電壓過流保護反應(yīng)外部短路引起的發(fā)電機定子繞組過電流狀態(tài)，并作為發(fā)電機的后備保護。對電機容量為50MW及以上的發(fā)電機，一般張社負(fù)序過電流及單項低電壓啟動過流保護。9、5 過負(fù)荷保護：由發(fā)電機對稱過負(fù)荷引起的定子繞組過流，應(yīng)裝設(shè)反應(yīng)一相電流的過負(fù)荷保護，演示動作于信號。9、6 過電壓保護：主要是發(fā)電機突然甩負(fù)荷引起的定子繞組過電壓現(xiàn)象，演示動作于跳開開關(guān)、停機、滅磁。9、7 轉(zhuǎn)子繞組一點接地和兩點接地：對于小容量機組采用一點接地保護和動作發(fā)信號，大容量機組設(shè)立一點接地和兩點接地保護，出現(xiàn)兩點接地要動作跳開關(guān)、停機

18、、滅磁。 9、8 失磁保護：當(dāng)不允許失磁運行時，應(yīng)當(dāng)自動滅磁斷開開關(guān)，并聯(lián)跳發(fā)電機斷路器。 對于一般的成套的可控硅勵磁裝置自身都有失磁保護和轉(zhuǎn)子回路過負(fù)荷保護。9、9 逆功率保護：在汽輪機發(fā)電機組上，由于各種原因誤將主氣門關(guān)閉，則在發(fā)電機斷路器跳閘之前，發(fā)電機將迅速轉(zhuǎn)為電動運行，即逆功率運行。9、10 失步異常保護：有各種原因可引起發(fā)電機于系統(tǒng)發(fā)生失步。當(dāng)出現(xiàn)小的擾動和調(diào)節(jié)失誤使發(fā)電機與系統(tǒng)的功角大于靜穩(wěn)極限角時，發(fā)電機將因靜穩(wěn)破壞而發(fā)生失步；當(dāng)出現(xiàn)某些較大的擾動（短路故障）處理不當(dāng)，此時若發(fā)電機與系統(tǒng)間的功角大于動穩(wěn)極限角時，發(fā)電機將不能保持動態(tài)穩(wěn)定而失步。發(fā)生失步時的發(fā)電機伴隨著出現(xiàn)機械量和電氣量與系統(tǒng)之間的震蕩。這種震蕩將對發(fā)電機組合電力系統(tǒng)產(chǎn)生具有破壞型的影響。9、10、1 單元接線的大型發(fā)電機電抗較大，而系統(tǒng)規(guī)模的增大使系統(tǒng)等效電抗減小，因此震蕩中心往往落在發(fā)電機的附近和升壓變壓器內(nèi)，使震蕩過程對機組的影響加重。由于機械電壓周期性的嚴(yán)重下降，使廠用輔助工作穩(wěn)定性遭到破壞，甚至導(dǎo)致發(fā)電機的停機、停爐和全廠停電的重大事故。O9、10、2失步運行時，電動勢與系統(tǒng)等效電勢的相位差為180的瞬間，震蕩電流的幅值將近機端三相短路電流時徑流發(fā)電機的電流值，對于三相短路電流故障均有快速的保護功能并與切除，而震蕩電流側(cè)要在較長時間內(nèi)的反復(fù)出現(xiàn)，若無相應(yīng)的保護會使定子繞組遭受熱損傷或