發(fā)電機及主保護簡介

1、發(fā)電機及主保護簡介是汽輪發(fā)電機組三大重要組成部分之一。一、 工作原理：在槽內(nèi)沿定子鐵芯內(nèi)圓，每相隔120o分別安放著放 有A、B、C三相并且相等的線圈，轉(zhuǎn)子上有勵磁繞組（也稱轉(zhuǎn)子繞組） R-L。通過電刷和滑環(huán)的滑動接觸，將勵磁系統(tǒng)產(chǎn)生的直流電引入轉(zhuǎn) 子勵磁繞組，產(chǎn)生穩(wěn)恒的磁場。當被帶動以 n1（3000轉(zhuǎn)每分鐘）速旋 轉(zhuǎn)時，定子繞組（也稱電樞繞組）不斷地切割磁力線，在中產(chǎn)生（）， 和外面線路上的負載連接后輸出電壓。二、發(fā)動機的結構組成：發(fā)電機通常由、端蓋及等部件構成。發(fā)電機定子的組成：發(fā)電機定子主要由機座、定子鐵芯、定子繞組、端蓋等部分組成。1）機座與端蓋：機座是用鋼板焊成的殼體結構，它的作用

2、主要是支持和固定定子 鐵芯和定子繞組。此外，機座可以防止氫氣泄漏和承受住氫氣的爆炸 力。在機殼和定子鐵芯之間的空間是發(fā)電機通風 （氫氣）系統(tǒng)的一部 分。由于發(fā)電機定子采用徑向通風，將機殼和鐵芯背部之間的空間沿 軸向分隔成若干段，每段形成一個環(huán)形小風室，各小風室相互交替分 為進風區(qū)和出風區(qū)。這些小室用管子相互連通，并能交替進行通風。氫氣交替地通過鐵芯的外側(cè)和內(nèi)側(cè)， 再集中起來通過冷卻器，從而有 效地防止熱應力和局部過熱。端蓋是發(fā)電機密封的一個組成部分， 為了安裝、檢修、拆裝方便， 端蓋由水平分開的上、下兩半構成，并設有端蓋軸承。在端蓋的合縫 面上還設有密封溝，溝內(nèi)充以密封膠以保證良好的氣密。2）

3、定子鐵芯： 定子鐵芯是構成發(fā)電機磁路和固定定子繞組的重要部件。 為了減 少鐵芯的磁滯和渦流損耗，定子鐵芯采用導磁率高、損耗小、厚度為 0.5mm的優(yōu)質(zhì)冷軋硅鋼片沖制而成。每層硅鋼片由數(shù)張扇形片組成一 個圓形，每張扇形片都涂了耐高溫的無機絕緣漆。 沖片上沖有嵌放線 圈的下線槽及放置槽楔用的鴿尾槽。扇形沖片利用定子定位筋定位， 通過球墨鑄鐵壓圈施壓， 夾緊成一個剛性圓柱形鐵芯， 用定位筋固定 在內(nèi)機座上。 齒部是通過壓圈內(nèi)側(cè)的非磁性壓指來壓緊。 邊段鐵芯涂 有粘接漆，在鐵芯裝壓后加熱，使其粘接成一個牢固的整體，進一步 提高鐵芯的剛度。3）定子繞組：定子繞組是由嵌入鐵芯槽內(nèi)的絕緣線棒在端部聯(lián)結成的線

4、圈， 繞 組端部為籃式結構，并且由引線環(huán)連接成固定的相帶。采用連續(xù)式 F 級環(huán)氧粉云母絕緣系統(tǒng)， 表面有防暈處理措施。 軸向可沿支架滑銷方 向自由移動，減少由于負荷或工況變化而在定子繞組和支撐系統(tǒng)中引 起的應力，滿足機組調(diào)峰運行的要求。在負載運行條件下， 定子繞組會產(chǎn)生自感應渦流損耗， 為減少這 種損耗，定子線棒采用了羅貝爾換位形式。所謂換位，就是在線棒編 織時，讓每根線棒沿軸向長度，分別處于槽內(nèi)不同高度的位置，這樣 每根線棒的漏電抗相等，使每根導體內(nèi)電流均勻，減少直線及端部的 橫向漏磁通在各股導體內(nèi)產(chǎn)生的環(huán)流及附加損耗。定子線棒由矩形的空心和實心股線混合編織而成， 定子繞組就是 通過空心股線

5、中的水介質(zhì)來冷卻的。定子線棒端部的所有股線均焊接 到水電接頭上，通過銅帶將兩根線棒水電接頭焊在一起形成電氣連 接，構成一匝線圈；而所有空心股線中的冷卻水通過水電接頭的水路 接至靠滑環(huán)端的匯流母管，并經(jīng)絕緣引水管進入線圈。在發(fā)電機的集 電環(huán)端設有一條進水母管；在汽機端部設有一條出水母管。冷卻水流 通道為單向型，即從集電環(huán)端流向汽機端。發(fā)電機轉(zhuǎn)子：1）轉(zhuǎn)子本體：發(fā)電機轉(zhuǎn)子是由一根整體合金鋼鍛件加工而成， 在轉(zhuǎn)子本體上徑 向地開有許多縱向槽用于安裝轉(zhuǎn)子繞組， 作為磁路。轉(zhuǎn)子繞組在槽內(nèi) 由鋁合金和鋼槽楔緊固以抵御轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力。這種磁性和 非磁性兩種槽楔的應用能夠保證合理的分布磁通。 這些槽楔

6、均楔入了 轉(zhuǎn)子槽口處的鴿尾槽內(nèi)。轉(zhuǎn)子大齒上加工橫向槽（即月牙槽），用于均衡大、小齒方向的剛度，以避免由于它們之間的較大差異而產(chǎn)生倍 頻振動。2）轉(zhuǎn)子繞組：轉(zhuǎn)子繞組由高強度含銀銅線制成， 具有較高的抗蠕變能力，從而 提高了發(fā)電機承擔調(diào)峰負荷的能力。 為防止由于離心力的作用，對轉(zhuǎn) 子繞組端部產(chǎn)生破壞，轉(zhuǎn)子線圈放入槽內(nèi)后，槽口用鋁合金槽楔和鋼 槽楔固緊， 以抵御轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力。 非磁性槽楔和磁性槽 楔的應用，保證了合理的磁通分布。采用了高強度、非磁性合金鋼鍛 件加工而成的護環(huán)，熱套在轉(zhuǎn)子本體兩端，采用懸掛式嵌裝，一端與 轉(zhuǎn)子本體熱套配合， 另一端為懸掛式。 轉(zhuǎn)子繞組與護環(huán)之間采用模壓 的絕

7、緣環(huán)絕緣。 為了隔開和支撐端部線圈， 限制它們之間由于溫差和 離心力引起的位移，端部繞組間隔塊放置了模壓的環(huán)氧玻璃布絕緣 塊。轉(zhuǎn)子槽襯用含云母、 玻璃纖維等材料的復合絕緣壓制而成， 具有 良好的絕緣性能和機械性能。 槽襯內(nèi)表面和端部護環(huán)絕緣內(nèi)表面涂有 低摩檫系數(shù)的干性滑移劑， 使轉(zhuǎn)子銅線在負荷及工況變化引起熱脹冷 縮時可沿軸向自由收縮，以滿足發(fā)電機調(diào)峰運行的要求。3）轉(zhuǎn)子引線和集電環(huán)： 通過轉(zhuǎn)子引線與集電環(huán)以及電刷裝置， 可以給發(fā)電機提供額定出 力及強勵時所需的勵磁電流。 轉(zhuǎn)子電流通過電刷通入熱套在轉(zhuǎn)子外伸 端的集電環(huán)，再通過與集電環(huán)相聯(lián)接的徑向和軸向?qū)щ娐輻U傳到轉(zhuǎn)子 繞組。導電螺桿用高強度和

8、高導電率的銅合金制成。 導電螺桿與轉(zhuǎn)軸 之間有密封結構以防漏氫。集電環(huán)用耐磨合金鋼制成， 是一對帶溝槽的鋼環(huán)， 經(jīng)絕緣后熱套 在轉(zhuǎn)子軸上的。 在集電環(huán)與轉(zhuǎn)軸之間設有絕緣套筒。 集電環(huán)上加工有 軸向和徑向通風孔。表面的螺旋溝可以改善電刷與集電環(huán)的接觸狀 況，使電刷之間的電流分配均勻。 兩集電環(huán)間設有同軸離心式風扇以 冷卻集電環(huán)和電刷。4）護環(huán)、中心環(huán)、阻尼環(huán)：因為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時， 轉(zhuǎn)子線圈端部受到很大的離心力的作用， 為了 防止對轉(zhuǎn)子線圈端部的破壞， 采用了非磁性、 高強度合金鋼鍛件加工 而成的護環(huán)來保護轉(zhuǎn)子線圈端部。 護環(huán)分別裝配在轉(zhuǎn)子本體兩端， 與 本體端熱套配合， 另一端熱套在懸掛的中心環(huán)上。

9、 轉(zhuǎn)子線圈與護環(huán)之 間采用模壓的絕緣環(huán)絕緣。 為了隔開和支撐端部線圈， 限制它們之間 由于溫差和離心力引起的位移， 端部線圈間放置了模壓的環(huán)氧玻璃布 絕緣塊。中心環(huán)對護環(huán)起著與轉(zhuǎn)軸同心的作用， 當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時， 軸的撓度 不會使護環(huán)受到交變應力作用而損傷。 中心環(huán)還有防止轉(zhuǎn)子線圈端部 軸向位移的作用。為減少由于不平衡負荷產(chǎn)生的負序電流在轉(zhuǎn)子上引起的發(fā)熱， 提 高發(fā)電機承受不平衡負荷（負序電流和異步運行）的能力，采用了半 阻尼繞組，在轉(zhuǎn)子本體兩端（護環(huán)下）設有阻尼繞組。該半阻尼繞組 只在轉(zhuǎn)子兩端裝梳齒狀的用紫銅板制成的阻尼環(huán)， 其梳齒伸進每個槽 及大齒上阻尼槽的槽楔下，由槽楔壓緊。阻尼電流通路是由

10、護環(huán)、槽 楔、阻尼銅條形成的阻尼系統(tǒng)。5）碳刷：碳刷是將勵磁電流投入高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子繞組的關鍵部件。 為了能 在發(fā)電機運行時安全、迅速地更換電刷，采用了盒式刷握結構。每次 可換一組（ 4 個）電刷。通入轉(zhuǎn)子勵磁電流的電刷是由天然石磨材料粘結制成。 碳刷具有 低的摩擦系數(shù)和自潤滑作用。每個碳刷帶有兩柔性的銅引線（即刷 辮）。采用恒壓式彈簧徑向地裝在刷盒上，從而在電刷長度達到磨損 極限之前沒必要調(diào)整彈簧壓力。 彈簧的壓力施加在碳刷中心線上， 彈 簧是一種螺旋式的，壓力是恒定的。刷架采用左右分瓣把合結構，由 導電環(huán)、刷座及風罩等部件組成，對地絕緣。電刷的更換：正常操作條件下，電刷磨損量在 1000 小

11、時時為 10 -15mm當電刷長度達到接近磨損極限時， 電刷軟導線處于幾乎完全 伸長的狀態(tài)。因此，電刷運行一段時間應經(jīng)常檢查，密切注意，當發(fā) 現(xiàn)電刷過短時應及時進行更換。發(fā)電機通風系統(tǒng)： 高速為了減少因而產(chǎn)生的以及降低風摩耗，轉(zhuǎn)子直徑一般做得比較 小，長度比較大，即采用細長的轉(zhuǎn)子。特別是在 3000 轉(zhuǎn)分以上的 大容量高速機組，由于的關系，轉(zhuǎn)子直徑受到嚴格的限制，一般不能 超過 1.2 米。而轉(zhuǎn)子本體的長度又受到的限制。當本體長度達到直 徑的 6 倍以上時 , 轉(zhuǎn)子的第二將接近于電機的運轉(zhuǎn)速度，運行中可能 發(fā)生較大的振動。所以大型高速轉(zhuǎn)子的尺寸受到嚴格的限制。 10 萬 千瓦左右的空冷電機其轉(zhuǎn)

12、子尺寸已達到上述的 , 要再增大電機容量 , 只有靠增加電機的來實現(xiàn)。為此必須加機的冷卻。所以510萬千瓦以上的汽輪發(fā)電機都采用了冷卻效果較好的氫冷或水冷技術。發(fā)電機以氫氣作為主要冷卻介質(zhì)， 采用徑向多流式密閉循環(huán)通風 方式運行，定子繞組采用單獨的水冷卻系統(tǒng)，而氫氣冷卻系統(tǒng)，包括 風扇盒氫氣冷卻器完整地放置于發(fā)電機內(nèi)部。1）定子通風系統(tǒng)：發(fā)電機定子鐵芯沿軸向分為 13 個風區(qū)， 6 個進風區(qū)和 7 個出風 區(qū)相間布置。裝在轉(zhuǎn)子上的兩個軸流風扇（汽、勵側(cè)各一）將風分別 鼓入氣隙和鐵芯背部， 進入背部的氣流沿鐵芯徑向風道冷卻進風區(qū)鐵 芯后進入氣隙；少部分風進入轉(zhuǎn)子槽內(nèi)風道，冷卻轉(zhuǎn)子繞組；其它大 部

13、分再折回鐵芯，冷卻出風區(qū)的鐵芯，最后從機座風道進入冷卻器； 被冷卻器冷卻后的氫氣進入風扇前再循環(huán)。 這種交替進出的徑向多流 通風保證了發(fā)電機鐵芯和繞組的均勻冷卻， 減少了結構件熱應力和局 部過熱。為了防止風路的短路，常在定、轉(zhuǎn)子之間氣隙中冷熱風區(qū)間 的定子鐵芯上加裝氣隙隔環(huán)， 以避免由轉(zhuǎn)子拋出的熱風吸入轉(zhuǎn)子再循 環(huán)。2）轉(zhuǎn)子通風系統(tǒng)： 轉(zhuǎn)子本體段的導體冷卻采用的是“氣隙取氣”系統(tǒng)：在轉(zhuǎn)子線棒 鑿了兩排不同方向的斜流孔至槽底， 于是，沿轉(zhuǎn)子本體軸向就形成了 若干個平行的斜流通道。 通過這些通道， 氫氣交替的進入和流出轉(zhuǎn)子 繞組進風口的風斗， 迫使冷卻氫氣與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速相匹配的速度通過斜流 通道到達導

14、體槽的底部，然后拐向另一側(cè)同樣沿斜流通道流出導體。 從每個進風口鼓進的冷風是分成兩條斜流通道向兩個方向流進導體， 同樣，有兩條出風通道匯流在一起從出風口流出進入氣隙。3）氫氣冷卻器：為減少氫冷發(fā)電機的通風阻力和縮短風道， 氫氣冷卻器安放在機 座內(nèi)的矩形框內(nèi)。冷卻器為四組，立放在發(fā)電機機座的四角。冷卻器和機座間的密封墊結構既可以密封氫氣， 又可以在冷卻器因溫度變化 脹縮時起到補償作用，從而始終起到良好的密封作用。氫氣冷卻器的 水箱結構保證了發(fā)電機在充氫的狀態(tài)下，可以打開水箱清洗冷卻水 管，當冷卻器水管從外部水管拆開后，氫氣冷卻器可以從發(fā)電機中抽 出。護環(huán)tF轉(zhuǎn)子瑞蓋出線端子圖2 - 1發(fā)電機結構

15、原理圖圖2 - 2發(fā)電機剖視圖三、發(fā)電機的型號說明：QFSN-660-2-22B Q 汽輪機拖動 F 發(fā)電機 S 定子繞組水 冷N 轉(zhuǎn)子繞組氫內(nèi)冷 660 額定功率 2 兩極22 定子額定 電壓22KV水氫氫冷卻方式：定子線圈（包括定子引線）直接水冷、轉(zhuǎn)子線 圈直接氫冷（氣隙取氣方式），定子鐵心氫冷。發(fā)電機采用密閉循環(huán) 通風冷卻，機座內(nèi)部的氫氣由裝于轉(zhuǎn)子兩端的軸流式風扇驅(qū)動。 集電 環(huán)和電刷空氣冷卻，兩集電環(huán)間設有離心式風扇。軸承為強迫潤滑（由 汽機潤滑油系統(tǒng)供油）。發(fā)電機配有氫油水控制系統(tǒng)，以提供和控制發(fā)電機冷卻用氫氣，密封油和定子線圈冷卻用水。四、發(fā)電機的分類：1、按冷卻方式分為：水冷 ，

16、空冷（ 就是自然冷卻 ） ，氫冷 ，復合 冷卻（水空冷 水氫冷 ） 。2、按勵磁方式分為：自勵和他勵兩種。自勵分自并勵和自復勵，他 勵分為直流發(fā)電機供電和交流勵磁機（變壓后）供電兩種。3、按同異步分：同步，異步發(fā)電機。是轉(zhuǎn)速與的轉(zhuǎn)速相同的。 轉(zhuǎn)速與的轉(zhuǎn)速不相同的叫異步發(fā)電機，如風力發(fā)電機。4、按中性點接地方式分為：采用不接地、經(jīng)接地、經(jīng)電阻或直接接 地三種方式。發(fā)電機一般都接成星形，主要有兩點好處。一是可消除的存在；二是 如果接成三角形的話， 當內(nèi)部故障或接錯造成三相不對稱， 此時就會 產(chǎn)生環(huán)流，將損壞。這里主要講危害，中最主要的成分是，它是以為 槽與槽之間磁場的產(chǎn)生的。 的一個周期相當于的三

17、個周期， 也就是說， 的3600相當于三次波的3X 360o,這樣，由于各差 1200相位， 對于三次波來說是3X 120o =360o,角度差360o就相當于沒有， 它們是同相的，因此，如果接成三角形的話，就會產(chǎn)生環(huán)流，而接成 星形則可以相互抵消。（ 1 ）、不接地方式 : 當時, 接地點僅流過系統(tǒng)另兩相與發(fā)電機有電氣 聯(lián)系的 , 當這個電流較小時 , 故障點的常能自動熄滅 , 故可大大提高供 電的可靠性。它主要缺點是對倍數(shù)較高。（2） 、發(fā)電機中性點經(jīng)接地：當發(fā)電機較大時，一般采用中性點經(jīng)接 地，這主要考慮大到一定程度時接地點不能自動熄滅。而且若燒壞定子時難以修復。中性點接了消弧線圈后，時

18、可產(chǎn)生電感性電流，補償接 地點的電容電流而使接地點自動熄滅。（3）、發(fā)電機中性點經(jīng)電阻或直接接地：這種方式雖然較為簡單和對 的倍數(shù)較低，但是電流很大，甚至超過三相，可能使和損壞，而且在發(fā) 生故障時會引起，使復雜化五、哈密電廠發(fā)電機參數(shù)：發(fā)電機的參數(shù)：名稱參數(shù)名稱參數(shù)型號QFSN-660-2-22B額定功率因數(shù)：（滯后）額定容量733 MVA額定功率660 MW定子額定電壓UN22 kV額定勵磁電壓UFn426 V定子額定電流IN19245 A額定勵磁電流IFn4675 A額定頻率fN50 Hz空載勵磁電壓UF0V額定轉(zhuǎn)速nN3000 r/min空載勵磁電流IfO1792.7 A定子接線方式YY

19、冷卻方式水氫氫勵磁方式自并勵靜止可控硅勵磁進口 ABB強勵頂值電壓> 2倍額定勵磁電壓（機端額定電壓降至 80%強勵持續(xù)時間20秒額定效率< %相數(shù)3極數(shù)2額定氫壓氫冷器最咼進水溫度38 C噪聲（機殼1米、高1.2米處）V 85分貝額定氫壓運行時的漏氫量< 10Nrr/24 小時（）定子、轉(zhuǎn)子、定子鐵芯絕緣等級F級（溫升按B級考核）制造廠東方電氣集團東方電機有限公司發(fā)變組保護概述大型發(fā)變組單機容量大、造價昂貴，保護的拒動或誤動將造成十分嚴重的后果，所以大型機組繼電保護的技術指標要求更高。自并勵勵磁方式和發(fā)電機出口開關的應用，使保護的設置和出口方式上和常 規(guī)發(fā)電機變壓器組相比發(fā)

20、生了顯著的變化。發(fā)電機是電力系統(tǒng)中最主要的設備，大容量機組在系統(tǒng)中的地位 舉足輕重，如何保障發(fā)電機在電力系統(tǒng)中的安全運行， 就顯得非常重 要。由于大容量機組一般采用直接冷卻技術，體積和質(zhì)量并不隨容量 成比例增大，從而使得大型發(fā)電機各參數(shù)與中小型發(fā)電機已大不相 同，因此故障和不正常運行時的特性也與中小型機組有了較大差異， 給保護帶來復雜性。大型發(fā)電機組與中小型發(fā)電機組相比， 主要不同 點表現(xiàn)在：1）短路比減小，電抗增大。大型發(fā)電機的短路比大約減小到左右， 各種電抗都比中小型發(fā)電機大。 因此大型發(fā)電機組的短路水平反而比 中小型機組的短路水平低， 這對繼電保護是十分不利的。 由于 xd 的增 大，使

21、發(fā)電機的靜穩(wěn)儲備系數(shù) K ch 減小，因此在系統(tǒng)受到擾動或發(fā)電 機發(fā)生失磁故障時，很容易失去靜態(tài)穩(wěn)定。由于 xd 、xd 、xd 等參數(shù)的 變大，使發(fā)電機平均異步轉(zhuǎn)矩大大降低，約從中小型發(fā)電機的23倍額定值減小至額定值左右。 于是失磁后異步運行時滑差增大， 允許 異步運行的負載更小、 時間更短， 另一方面要從系統(tǒng)吸取更多的無功 功率，對系統(tǒng)穩(wěn)定運行不利。2）時間常數(shù)增大。大型發(fā)電機組定子回路時間常數(shù)Ta和比值Ta/Td 顯著增大， 短路時定子非周期電流的衰減較慢， 整個短路電流偏移在 時間軸一側(cè)若干工頻周期， 使電流互感器更容易飽和， 影響大機組保 護正確工作。3）慣性時間常數(shù)降低。 大容量機

22、組的體積并不隨容量成比例地增 大，有效材料利用率提高，其直接后果是機組的慣性常數(shù) H明顯降低， 600MV發(fā)電機的慣性時間常數(shù)在左右，在擾動下機組更易于發(fā)生振蕩。4）熱容量降低。 有效材料利用率提高的另一后果是發(fā)電機的熱容量（WS/C）與銅損、鐵損之比顯著下降。例如 200MW及更小的發(fā)電 機的定子繞組對稱過負荷能力為倍額定電流，允許持續(xù)運行120S，轉(zhuǎn)子繞組過負荷能力為2倍額定激磁電流，允許持續(xù)運行 30S;對于 600MW汽輪發(fā)電機，定子繞組過負荷能力規(guī)定為倍額定電流、30S,轉(zhuǎn)子繞組過負荷能力為2倍額定激磁電流、10S。轉(zhuǎn)子表層承受負序2過負荷的能力 I22t ，中小汽輪發(fā)電機組 （間接

23、冷卻方式） 為 30S，600MW （直接冷卻方式）汽輪發(fā)電機減小到 10S。發(fā)電機主要故障和異常6.2.1 定子繞組的相間短路反應發(fā)電機定子相間短路，保護發(fā)電機定子。一般裝設縱聯(lián)差動 保護裝置，保護壓板均投“跳閘”位置，瞬時動作于全停。發(fā)電機定 子繞組發(fā)生相間短路若不及時切除， 將燒毀整個發(fā)電機組， 引起極為 嚴重的后果，必須有二套或兩套以上的快速保護反應此類故障。動作結果：跳發(fā)變組出口開關、跳發(fā)電機勵磁開關、跳汽機。6.2.2 定子繞組匝間短路單機容量的增大，汽輪發(fā)電機軸向長度與直徑之比明顯加大，這 將使機組運行中振動加劇， 匝間絕緣磨損加快， 有時還可能引起冷卻 系統(tǒng)的故障， 因此裝設靈

24、敏的匝間短路保護， 用作發(fā)電機定子繞組的 匝間短路、 分支開焊故障以及相間短路的主保護。 因為沖擊電壓波沿 定子繞組的分布是不均勻的，波頭越陡，分布越不均勻，因此由機端 進入發(fā)電機的沖擊波，有可能首先在定子繞組的始端發(fā)生匝間短路， 有鑒于此，大型機組均在機端裝設三相對地的平波電容和氧化鋅避雷 器，即使這樣也不能完全排除沖擊過電壓造成的發(fā)電機匝間絕緣損 壞，因此也希望裝設匝間短路保護。發(fā)電機定子繞組發(fā)生匝間短路會在短路環(huán)內(nèi)產(chǎn)生很大電流。由于 工作原理不同，發(fā)電機縱差保護將不能反應。目前為止，反應發(fā)電機定子匝間短路的保護有：單元件橫差保護、負序功率方向保護、縱向 零序電壓保護和轉(zhuǎn)子二次諧波電流保護

25、。6.2.3 定子單相接地定子繞組的單相接地（定子繞組與鐵芯間的絕緣破壞）是發(fā)電機 最常見的一種故障， 定子故障接地電流超過一定值就可能造成發(fā)電機 定子鐵芯燒壞，而且發(fā)電機單相接地故障往往是相間或匝間短路的先 兆。在我國，為了確保大型發(fā)電機的安全，不使單相接地故障發(fā)展成 相間故障或匝間短路， 使單相接地故障處不產(chǎn)生電弧或者使接地電弧 瞬間熄滅，這個不產(chǎn)生電弧的最大接地電流被定義為發(fā)電機單相接地 的安全電流。其值與發(fā)電機額定電壓有關， 18kV 及以上發(fā)電機接地 電流允許值為 1A。發(fā)電機的中性點接地方式與定子接地保護的構成密切相關，同時 中性點接地方式與單相接地故障電流、定子繞組過電壓等問題有

26、關。 大型發(fā)電機中性點接地方式和定子接地保護應該滿足三個基本要求， 即：1）故障點電流不應超過安全電流，否則保護應動作于跳閘。2）保護動作區(qū)覆蓋整個定子繞組；有 100%保護區(qū)，保護區(qū)內(nèi)任 一點接地故障應有足夠高的靈敏度。3）暫態(tài)過電壓數(shù)值較小，不威脅發(fā)電機的安全運行。 大型發(fā)電機中性點采用何種接地方式，國內(nèi)一直存在著是采用消 弧線圈還是采用高阻接地爭議。 建議采用消弧線圈接地者， 認為可以 將接地電流限制在安全接地電流以下， 熄滅電弧防止故障發(fā)展， 從而 可以爭取時間使發(fā)電機負荷平穩(wěn)轉(zhuǎn)移后停機， 減小對電網(wǎng)的沖擊。 而 實際上我國就曾有過發(fā)電機接地電流雖小于安全電流， 長時間運行最 終還是發(fā)

27、展成相間短路的教訓。中性點經(jīng)配電變壓器高阻接地方式是國際上與變壓器接成單元的 大中型發(fā)電機中性點最廣泛采用的一種接地方式， 設計發(fā)電機中性點 經(jīng)配電變壓器接地， 主要是為了降低發(fā)電機定子繞組的過電壓 （不超 倍的額定相電壓），極大地減少發(fā)生諧振的可能性，保護發(fā)電機的絕 緣不受損。 但是發(fā)電機單相容量的增大， 一般使三相定子繞組對地電 容增加，相應的單相接地電容電流也增大，另外，發(fā)電機中性點經(jīng)配 電變壓器高阻接地必然導致單相接地故障電流的增大， 其數(shù)值美、日、 法、瑞士等國以控制在 15A 以下為標準， 這些國家認為在此電流下持 續(xù)510min,定子鐵芯只受輕微損傷。為保證大型發(fā)電機的安全， 中

28、性點經(jīng)配電變壓器高阻接地的 600MW機組必須使定子接地保護動 作于發(fā)電機故障停機。6.2.4 失磁失磁保護反應發(fā)電機勵磁回路故障引起的發(fā)電機異常運行。發(fā)電 機低勵（表示發(fā)電機的勵磁電流低于靜穩(wěn)極限所對應的勵磁電流） 或 失磁,是常見的故障形式。 發(fā)電機低勵或失磁后,將過渡到異步發(fā)電 機運行狀態(tài),轉(zhuǎn)子出現(xiàn)轉(zhuǎn)差,定子電流增大,定子電壓下降,有功功 率下降,無功功率反向并且增大；在轉(zhuǎn)子回路中出現(xiàn)差頻電流；電力 系統(tǒng)的電壓下降及某些電源支路過電流。 所有這些電氣量的變化, 都伴有一定程度的擺動1）對電力系統(tǒng)來說，低勵或失磁后所產(chǎn)生的危險，主要表現(xiàn)在以 下幾個方面： 低勵或失磁的發(fā)電機，由發(fā)出無功功率

29、轉(zhuǎn)為從電力系統(tǒng)中吸收 無功功率，從而使系統(tǒng)出現(xiàn)巨大的無功差額，發(fā)電機的容量越大，在 低勵和失磁時產(chǎn)生的無功缺額越大，如果系統(tǒng)中無功功率儲備不足， 將使電力系統(tǒng)中鄰近的某些點的電壓低于允許值， 甚至使電力系統(tǒng)因 電壓崩潰而瓦解。 當一臺發(fā)電機發(fā)生低勵或失磁后，由于電壓下降，電力系統(tǒng)的 其它發(fā)電機在自動勵磁調(diào)節(jié)器的作用下自動增大無功輸出， 從而使某 些發(fā)電機、變壓器或線路過電流，其后備保護可能因過流而跳閘，使 故障范圍擴大。 一臺發(fā)電機低勵或失磁后，由于該發(fā)電機有功功率的擺動，以 及系統(tǒng)電壓的下降， 可能導致相鄰的正常運行發(fā)電機與系統(tǒng)之間， 或 電力系統(tǒng)的各部分之間失步，使系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩，甩掉大量負

30、荷。2）對發(fā)電機本身來說，低勵或失磁產(chǎn)生的不利影響，主要表現(xiàn)在 以下幾個方面： 由于出現(xiàn)轉(zhuǎn)差，在發(fā)電機轉(zhuǎn)子回路中出現(xiàn)差頻電流。對于直接 冷卻高利用率的大型機組， 其熱容量裕度相對降低， 轉(zhuǎn)子更容易過熱。 流過轉(zhuǎn)子表層的差頻電流， 還可能使轉(zhuǎn)子本體與槽楔、 護環(huán)的接觸面 上發(fā)生嚴重的局部過熱甚至灼傷。 低勵或失磁的發(fā)電機進入異步運行之后，發(fā)電機的等效電抗降 低，從電力系統(tǒng)中吸收的無功功率增加。 低勵或失磁前帶的有功功率 越大，轉(zhuǎn)差就越大，等效電抗就越小，所吸收的無功功率就越大。在 重負荷下失磁后，由于過電流，將使定子過熱。 對于直接冷卻高利用率的大型汽輪發(fā)電機，其平均異步轉(zhuǎn)矩的 最大值較小，慣性

31、常數(shù)也相對降低，轉(zhuǎn)子在縱軸和橫軸方面，也呈較 明顯的不對稱。由于這些原因，在重負荷下失磁后，這種發(fā)電機的轉(zhuǎn) 矩、有功功率要發(fā)生劇烈的周期性擺動， 將有很大甚至超過額定值的 電磁轉(zhuǎn)矩周期性地作用到發(fā)電機的軸系上，并通過定子傳遞到機座上。此時，轉(zhuǎn)差也作周期性變化，其最大值可能達到4滬5%發(fā)電機周期性地嚴重超速。這些都直接威脅著機組的安全。 低勵或失磁運行時，定子端部漏磁增強，將使端部的部件和邊 段鐵芯過熱。由于發(fā)電機低勵和失磁對電力系統(tǒng)和發(fā)電機本身的上述危害，為 保證電力系統(tǒng)和發(fā)電機的安全， 必須裝設低勵失磁保護， 以便及時 發(fā)現(xiàn)低勵和失磁故障并采取必要的措施。失磁保護檢出失磁故障后， 可采取的措

32、施之一， 就是迅速把失磁的發(fā)電機從電力系統(tǒng)中切除， 這 是最簡單的辦法。但是，失磁對電力系統(tǒng)和發(fā)電機本身的危害，并不 象發(fā)電機內(nèi)部短路那樣迅速地表現(xiàn)出來。 另一方面， 大型汽輪發(fā)電機 組，突然跳閘會給機組本身及其輔機造成很大的沖擊， 對電力系統(tǒng)也 會加重擾動。汽輪發(fā)電機組有一定的異步運行能力，例如，東方電機廠生產(chǎn)的 600MW氣輪機組在失磁后允許 40%負荷持續(xù)運行15mi n。因此，對于 汽輪發(fā)電機，失磁后還可以采取另一種措施，即監(jiān)視母線電壓，當電 壓低于允許值時， 為防止電力系統(tǒng)發(fā)生振蕩或造成電壓崩潰， 迅速將 發(fā)電機切除；當電壓高于允許值時，則不應當立即把發(fā)電機切除，而 是首先采取降低原

33、動機出力等措施， 并隨即檢查造成失磁的原因， 予 以消除，使機組恢復正常運行，以避免不必要的事故停機。如果在發(fā) 電機允許的時間內(nèi)， 不能消除造成失磁的原因， 則再由保護裝置或由 操作人員手動停機。在我國電力系統(tǒng)中，就有過多次10300MW機組 失磁之后用上述方法避免事故停機的事例。 通過大量研究并試驗， 證 明容量不超過800MW的二極汽輪發(fā)電機若失磁機組快速減載到允許 水平，只要電網(wǎng)有相應無功儲備，可確保電網(wǎng)電壓，失磁機組的廠用 電保持正常工作的情況，失磁機組可不跳閘，盡快恢復勵磁。應當明白一點，發(fā)電機低勵產(chǎn)生的危害比完全失磁更嚴重，原因 是低勵時尚有一部分勵磁電壓， 將繼續(xù)產(chǎn)生剩余同步功率

34、和轉(zhuǎn)矩， 在 功角 0 360°的整個變化周期中，該剩余功率和轉(zhuǎn)矩時正時負地作 用在轉(zhuǎn)軸上，使機組產(chǎn)生強烈的振動，功率振蕩幅度加大，對機組和 電力系統(tǒng)的影響更嚴重，如圖 6 1 所示。此情況下一般失步保護會 動作，如果失步保護未動作，出于大機組的安全考慮，應迅速拉開滅 磁開關。發(fā)電機低勵和失磁狀況下的波形如下：103發(fā)電機低勵和失磁狀況下的波形625轉(zhuǎn)子接地故障轉(zhuǎn)子繞組絕緣破壞常見的故障形式有兩種：轉(zhuǎn)子繞組匝間短路和 勵磁回路一點接地。發(fā)電機轉(zhuǎn)子在運輸或保存過程中，由于轉(zhuǎn)子內(nèi)部受潮、鐵芯生銹, 隨后鐵銹進入繞組，造成轉(zhuǎn)子繞組主絕緣或匝間絕緣損壞； 轉(zhuǎn)子加工 過程中的鐵屑或其它金屬物落

35、入轉(zhuǎn)子，也可能引起轉(zhuǎn)子主絕緣或匝間 絕緣的損壞；轉(zhuǎn)子繞組下線時絕緣的損壞或槽內(nèi)繞組發(fā)生位移， 也將 引發(fā)接地或匝間短路；氫內(nèi)冷轉(zhuǎn)子繞組的銅線匝上，帶有開啟式的進 氫和出氫孔，在啟動或停機時，由于轉(zhuǎn)子繞組的活動，部分匝間絕緣 墊片發(fā)生位移，引起氫氣通風孔局部堵塞，使轉(zhuǎn)子繞組局部過熱和絕 緣損壞；運行中轉(zhuǎn)子滑環(huán)上的電流引線的導電螺釘未擰緊， 造成螺釘 絕緣損壞； 電刷粉末沉積在滑環(huán)下面的絕緣突出部分， 使勵磁回路絕 緣電阻嚴重下降。轉(zhuǎn)子繞組匝間短路多發(fā)生在沿槽高方向的上層線匝，對于氣體冷 卻的轉(zhuǎn)子， 這種匝間短路不會直接引起嚴重后果， 也無需立即消除缺 陷，所以并不要求裝設轉(zhuǎn)子繞組匝間短路保護。

36、轉(zhuǎn)子繞組匝間短路的 故障處理沒有統(tǒng)一的標準， 一旦發(fā)現(xiàn)這類故障， 發(fā)電機是否繼續(xù)運行 應綜合考慮現(xiàn)有的運行經(jīng)驗、 故障的形式和特點、 故障發(fā)現(xiàn)在機組運 行期間或預防性試驗中或機組安裝時等諸多因素。 我國某些電廠根據(jù) 轉(zhuǎn)子繞組的絕緣狀況、機組的振動水平和輸出無功功率的減少程度， 決定機組是否停機檢修。轉(zhuǎn)子一點接地對汽輪發(fā)電機組的影響不大，一般允許繼續(xù)運行一 段時間。發(fā)電機組發(fā)生一點接地后，轉(zhuǎn)子各部分對地電位發(fā)生變化， 比較容易誘發(fā)兩點接地， 汽輪發(fā)電機一旦發(fā)生兩點接地， 其后果相當 嚴重，由于故障點流過相當大的故障電流而燒傷轉(zhuǎn)子本體； 由于部分 繞組被短接，勵磁繞組中電流增加，可能因過熱而燒傷；

37、由于部分繞 組被短接，使氣隙磁通失去平衡， 從而引起振動。 勵磁回路兩點接地， 還可使軸系和汽機磁化。勵磁回路兩點接地，即使保護正確動作，從防止汽缸和大軸磁化 方面來看，已為時晚矣。一臺 30 萬千瓦汽輪發(fā)電機，因勵磁回路兩 點接地使大軸和汽缸磁化， 為退磁需停機一個月以上， 各項經(jīng)濟損失 需上千萬元。 勵磁回路發(fā)生兩點接地故障引起的后果非常復雜， 處理很麻煩近年來，大型汽輪發(fā)電機均裝設一點接地保護。但在一點接地保 護動作于信號還是動作于跳閘的問題上， 存在著不同的看法。 主張動 作于信號者，則考慮裝設兩點接地保護；主張動作于停機者，則認為 不必再裝設兩點接地保護，這有利于避免發(fā)生汽機磁化。另

38、外，由于 目前尚缺少選擇性好、 靈敏度高、 經(jīng)常投運且運行經(jīng)驗成熟的勵磁回 路兩點接地保護裝置， 所以也有不裝設兩點接地保護的意見， 進口大 型機組，很多不裝兩點接地保護。ABB公司的UN5000型勵磁系統(tǒng)中帶有電橋式轉(zhuǎn)子接地保護裝置， 他們對轉(zhuǎn)子接地保護的設計思想是： 當勵磁回路絕緣電阻下降到一定 值時報警，繼續(xù)下降至一定值時，保護動作切除發(fā)電機組，以防止發(fā) 生兩點接地導致災難性事故。6.2.6 定子對稱過負荷發(fā)電機對稱過負荷通常是由于系統(tǒng)中大電源切除、生產(chǎn)過程短時 沖擊性負荷、大型電動機自起動、強行勵磁、失磁、同期操作及振蕩 等原因引起的。對于大型發(fā)電機，定子和轉(zhuǎn)子的材料利用率很高，發(fā) 電

39、機的熱容量（WS/C）與銅損、鐵損之比顯著下降，因而熱時間常 數(shù)也比較小。 從限制定子繞組溫升的角度， 實際上就是要限制定子繞 組電流，所以實際上對稱過負荷保護，就是定子繞組對稱過流保護。發(fā)電機過負荷，即要在電網(wǎng)事故情況下充分發(fā)揮發(fā)電機的過負荷 能力，對電網(wǎng)起到最大程度的支撐， 又要在危及發(fā)電機安全的情況及 時將發(fā)電機解列，防止發(fā)電機的損壞。對于 600MV汽輪發(fā)電機，發(fā)電機具有一定的短時過負荷能力，從額定工況下的穩(wěn)定溫度起始，能承受倍額定定子電流下運行至少一分鐘。允許的電樞電流和持續(xù)時間（直到120秒）如下表所示:發(fā)電機定子繞組過負荷能力時間（秒）103060120電樞電流（%2261541

40、30116大型發(fā)電機定子過負荷保護，跟據(jù)過負荷能力，一般由定時限和 反時限兩部分組成。定子不對稱過負荷電力系統(tǒng)中發(fā)生不對稱短路，或三相負荷不對稱（大型單相負荷） 時，將有負序電流流過發(fā)電機的定子繞組， 并在發(fā)電機轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生兩 倍同步轉(zhuǎn)速的磁場，從而在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生倍頻電流。汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子由整塊鋼鍛壓而成，繞組置于槽中，倍頻電流由 于集膚效應的作用，主要在轉(zhuǎn)子表面流通，并經(jīng)轉(zhuǎn)子本體槽楔和阻尼 條，在轉(zhuǎn)子的端部附近約 10%- 30%勺區(qū)域內(nèi)沿周向構成閉合回路。 這一周向電流，有很大的數(shù)值，例如一臺600MW機組，可達250300kA。這樣大的頻倍電流流過轉(zhuǎn)子表層時，將在護環(huán)與轉(zhuǎn)子本體之 間和槽楔與槽

41、壁之間等接觸上形成熱點，將轉(zhuǎn)子燒傷。倍頻電流還將 使轉(zhuǎn)子的平均溫度升高，使轉(zhuǎn)子撓性槽附近斷面較小的部位和槽楔、 阻尼環(huán)與阻尼條等分流較大的部位， 形成局部高溫，從而導致轉(zhuǎn)子表 層金屬材料的強度下降，危及機組的安全。此外，轉(zhuǎn)子本體與護環(huán)的 溫差超過允許限度，將導致護環(huán)松脫，造成嚴重的破壞。為防止發(fā)電機的轉(zhuǎn)子遭受負序電流的損傷，大型汽輪發(fā)電機都要 求裝設比較完善的負序電流保護，因為他保護的對象是發(fā)電機轉(zhuǎn)子， 是轉(zhuǎn)子表層負序發(fā)熱的唯一主保護，因此，習慣上稱它為發(fā)電機轉(zhuǎn)子 表層負序過負荷保護，它由定時限和反時限兩部分組成。發(fā)電機轉(zhuǎn)子長期承受負序電流的能力和短時承受負序電流發(fā)熱的2能力I2t，是整定負序

42、電流保護的依據(jù)。勵磁回路過流我廠660MW發(fā)電機，在額定工況穩(wěn)定溫度下，發(fā)電機勵磁繞組允 許在勵磁電壓為125癥定值下運行一分鐘，允許的勵磁電壓與持續(xù) 時間（直到120秒）如下表所示：發(fā)電機勵磁繞組過負荷能力時間（秒）103060120勵磁電壓（%208146125112在發(fā)電機過勵限制器失靈或強勵動作后返回失靈時，為了使發(fā)電 機勵磁繞組不致過熱損壞，裝設有：定時限和反時限勵磁繞組過負荷 保護，后者作用解列滅磁。針對發(fā)電機的各種工況，自動調(diào)整勵磁裝 置都設有勵磁限制，為防止勵磁繞組過電流，設有過勵限制器，防止 勵磁繞組過負荷，可靠性由勵磁調(diào)節(jié)器來保證。三套反時限保護的作用：定子過負荷、轉(zhuǎn)子表層

43、負序過負荷、勵 磁回路過負荷三套反時限保護有各自明確的保護職責， 特別是第二個 反時限保護， 它是轉(zhuǎn)子表層負序發(fā)熱的唯一主保護， 完全由發(fā)電機的 轉(zhuǎn)子安全來決定它的動作延時大小。 這三套過負荷保護， 被看作是發(fā) 電機安全運行的一道屏障， 在靈敏度和延時方面， 都不考慮與其他短 路保護相配合，發(fā)電機的發(fā)熱狀況，是其整定的唯一根據(jù)，用于在各 種異常運行情況下保障機組的安全。經(jīng)實例計算，利用上述反時限電流保護，外部遠處短路時動作往 往太慢，外部近處短路時動作又可能太快， 不符合后備保護選擇性要 求。對于大機組已有雙重主保護，兩套主保護互為快速后備，并且配 備專用的后備保護， 利用此三套反時限保護來兼

44、作后備保護的現(xiàn)實意 義不大。6.2.9 過電壓大型汽輪發(fā)電機運行中出現(xiàn)危及絕緣安全的過電壓是比較常見的 現(xiàn)象，當滿負荷下突然甩去全部負荷，電樞反應突然消失，由于調(diào)速 系統(tǒng)和自動調(diào)整勵磁裝置都是由慣性環(huán)節(jié)組成， 轉(zhuǎn)速仍將上漲， 勵磁 電流不能突變， 使得發(fā)電機電壓在短時間內(nèi)也要上升， 如果沒有自動 電壓調(diào)節(jié)器或勵磁系統(tǒng)在手動方式運行， 恒勵磁電流調(diào)節(jié)， 則電壓繼 續(xù)上升一直到達由同步電抗所決定的最大值， 其值可能達到倍額定 值，持續(xù)時間可能達到數(shù)秒，甩負荷將導致嚴重的發(fā)電機電壓升高。發(fā)電機主絕緣的工頻耐壓水平，一般為倍額定電壓持續(xù)60S,而 實際過電壓的數(shù)值和持續(xù)時間可能超過試驗電壓和允許時間，

45、因此， 對發(fā)電機主絕緣構成了直接威脅。 ABB的UN5000型勵磁調(diào)節(jié)器在發(fā) 電機開關斷開時，將勵磁電流調(diào)節(jié)器的給定值復歸到空載勵磁電流 值。盡管這樣， 還是不能完全避免發(fā)電機定子過電壓的發(fā)生。因此大 型汽輪發(fā)電機均裝設過電壓保護， 保持動作電壓為倍額定電壓， 經(jīng)延 時作用于解列滅磁。6.2.10 過勵磁由于發(fā)電機或變壓器發(fā)生過勵磁故障時并非每次都造成設備的明 顯破壞，往往容易被人忽視，但是多次反復過勵磁，將因過熱而使絕 緣老化，降低設備的使用壽命。當過勵倍數(shù)大于 1 時發(fā)電機的過勵磁，主要表現(xiàn)在發(fā)電機定子鐵 芯背部漏磁場增強， 在定子鐵芯的定位筋中感應電勢， 并通過定子鐵 芯構成閉路，流過電

46、流，不僅造成嚴重過熱，還可能在定位筋和定子 鐵芯接觸面造成火花放電，這對氫冷發(fā)電機組十分不利。發(fā)電機運行中造成過激磁原因：機組并列前；操作錯誤；誤加勵磁電流引起激磁；發(fā)電機 PT斷線造成誤判斷；啟動過程中誤將電壓 升至額定值， 發(fā)電機因低頻運行而導致過勵磁； 停機過程中滅磁開關 拒動，自動勵磁調(diào)節(jié)器為保持機端額定電壓，使發(fā)電機遭受過勵磁； 發(fā)電機出口開關跳閘后， 若勵磁手動運行或自動失靈， 電壓與頻率均 會升高，因頻率升高較慢引起發(fā)電機過激磁。發(fā)電機的允許過激磁倍數(shù)一般低于變壓器過激磁倍數(shù)，更易遭受 過激磁的危害， 因此大型發(fā)電機需裝設性完善的過激磁保護。 對于發(fā) 電機出口裝設開關的發(fā)電機變壓

47、器組， 發(fā)電機和變壓器的過激磁保護應單獨設置。6.2.11頻率異常頻率降低對發(fā)電機有以下各方面的影響：頻率降低引起轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速降低，使轉(zhuǎn)子兩端進風量降低，引起發(fā) 電機的冷卻條件變壞，各部分的溫度升高。頻率降低，由于發(fā)電機的電勢和頻率磁通成正比，為保持電勢不 變，就要增加勵磁電流，使轉(zhuǎn)子線圈的溫度升高。頻率降低時，為保持機端電壓不變，就得增加磁通，使定子鐵芯 飽和，機座的某些結構部件產(chǎn)生局部高溫，有的部位甚至冒火星。低頻工況運行導致廠用電動機的轉(zhuǎn)速降低，影響發(fā)電機的出力， 并直接威脅著發(fā)電機甚至整個電廠和系統(tǒng)的安全運行。一方面由于低頻的同時存在系統(tǒng)無功缺額，另一方面由于發(fā)電機 轉(zhuǎn)速下降，同等勵磁條

48、件下機端電壓下降，廠用系統(tǒng)低電壓，嚴重的 低頻降可能導致系統(tǒng)頻率崩潰或電壓崩潰。當發(fā)電機頻率低于額定值一定范圍時，發(fā)電機的輸出功率應降低， 功率降低一般與頻率降低成一定比例，在低頻運行時發(fā)電機如果發(fā)生 過負荷，如上所述會導致發(fā)電機的熱損傷， 但限制汽輪發(fā)電機組低頻 運行的決定性因素是汽輪機而不是發(fā)電機。頻率異常保護主要用于保護汽輪機，防止汽輪機葉片及其拉金的 斷裂事故。汽輪機的葉片，都有一自振頻率 fv，如果發(fā)電機運行頻率 升高或者降低，當fv kn 7.5Hz時葉片將發(fā)生諧振，其中k為諧振倍率，k=1, 2, 3，n為轉(zhuǎn)速（r/min ），葉片承受很大的諧振應力, 使材料疲勞，達到材料所不允

49、許的限度時，葉片或拉金就要斷裂，造 成嚴重事故。材料的疲勞是一個不可逆的積累過程， 所以汽輪機都給 出在規(guī)定的頻率下允許的累計運行時間。從對汽輪機葉片及其拉金影響的積累作用方面看，頻率升高對汽 輪機的安全也是有危險的，所以頻率異常保護應當包括反應頻率升高 的部分。由于頻率升高是通過機組的調(diào)速系統(tǒng)作用、 超速保護來實現(xiàn)， 而且頻率升高大多數(shù)是在輕負荷或空載時發(fā)生，此時汽輪機葉片和拉 金所承受的應力，要比低頻滿載時小得多，所以一般頻率異常保護中， 不設置反應頻率升高的部分，而只包括反應頻率下降的部分，并稱為 低頻保護。我廠660MW氣輪發(fā)電機組能在Hz范圍內(nèi)安全連續(xù)運行，當頻率 偏差大于下表頻率值

50、時，低頻保護應該據(jù)此設定各段動作頻率和相應 時限。發(fā)電機頻率在時允許運行時間:頻率（Hz）允許時間每次（sec）累計（min）>30>30>180>180連續(xù)運行>300>300>60>60>20>10>5>56212發(fā)電機與系統(tǒng)之間失步對于大機組和超高壓電力系統(tǒng)，發(fā)電機裝有快速響應的自動調(diào)整 勵磁裝置，并與升壓變壓器組成單元接線，送電網(wǎng)絡不斷擴大，使發(fā) 電機與系統(tǒng)的阻抗比例發(fā)生了變化。發(fā)電機和變壓器阻抗值增加了， 而系統(tǒng)的等效阻抗值下降了。因此，振蕩中心常落在發(fā)電機機端或升 壓變壓器范圍內(nèi)。如下圖所示為主變高壓側(cè) AB相

51、故障延時切除引起 的發(fā)電機和系統(tǒng)失步振蕩波形，發(fā)電機機端測量電流、電壓波形。發(fā)電機和系統(tǒng)失步振蕩波形由于振蕩中心落在機端附近，使振蕩過程對機組的影響加重了。 機端電壓周期性地嚴重下降 ，這點對大型汽輪發(fā)電機的安全運行特 別不利。因為機爐的輔機都由接在機端的廠用變壓器供電， 電壓周期 性地嚴重下降，將使廠用機械的工作穩(wěn)定性遭到破壞， 甚至使一些重 要電動機停運，導致停機、 停爐或主輔設備的損壞。對于直吹式制粉 系統(tǒng)的鍋爐， 由于一次風機轉(zhuǎn)速周期性嚴重下降， 可能導致一次粉管 中大量煤粉積沉，鍋爐也可能瀕臨滅火，電壓回升后，轉(zhuǎn)速又急劇增 長，大量煤粉突然涌入爐膛，可能因此而引起爐膛爆炸。汽輪機轉(zhuǎn)速

52、的暫態(tài)上升，隨后失步，汽機超速保護將動作將調(diào)速 汽門關閉，直到又恢復同步速為止。這樣，就使單元制機組的再熱器 蒸汽流量的迅速改變， 隨之而來的是主汽壓力和溫度的瞬變， 直流式 鍋爐的中間段的大幅改變，爐管承受劇烈的熱應力。發(fā)電機長時失步運行，將造成電廠整個生產(chǎn)流程擾亂和破壞，可 能造成一些無法預見的后果。失步振蕩電流在較長時間內(nèi)反復出現(xiàn)， 使大型發(fā)電機組遭受沖擊力和熱損傷， 在短路伴隨振蕩下， 定子繞組 端部先后承受短路電流和振蕩電流產(chǎn)生的應力， 使定子繞組端部出現(xiàn) 嚴重的機械損傷。 振蕩過程中出現(xiàn)的扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩， 周期性作用于機組軸 系，使大軸扭傷，縮短運行壽命。對于電力系統(tǒng)來說，大機組與系統(tǒng)

53、之間失步，如不能及時和妥善處理，可能擴大到整個電力系統(tǒng)，導致 電力系統(tǒng)的崩潰。由于上述原因，對于大機組，特別是在單機容量所占比例較大的600MV汽輪發(fā)電機，需要裝設失步保護，用以及時檢出失步故障，迅 速采取措施， 以保障機組和電力系統(tǒng)的安全運行。 為了防止發(fā)電機失 步和電力系統(tǒng)的振蕩， 發(fā)電廠端往往采取一系列的安全穩(wěn)定措施， 如 超高速繼電保護、重合閘裝置、高起始響應勵磁調(diào)節(jié)器和PSS功率穩(wěn) 定器、聯(lián)鎖切機等。需要提到的是利用DEHF ACC加速度控制快關中 壓調(diào)節(jié)汽門功能， 將可能避免由于短路故障誘發(fā)的失步， 可能將不穩(wěn) 定振蕩轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定振蕩，這對于在線穩(wěn)定機組將大有好處。因此，對 于穩(wěn)定振

54、蕩，發(fā)電機也沒有必要跳閘。當振蕩中心落于機端附近時， 對于從機端取用勵磁電源的自并激勵磁方式發(fā)電機組將非常不利， 失 步將導致發(fā)電機失磁，使事故來得更為復雜。因此，當檢測到振蕩中 心落在發(fā)電機變壓器內(nèi)部時，失步保護應動作于全停。6.2.13 誤上電（盤車狀態(tài)下誤合閘）發(fā)電機在盤車過程中， 由于出口開關誤合閘， 突然加上三相電壓， 而使發(fā)電機出現(xiàn)異步啟動的情況， 在國外曾多次出現(xiàn)過， 它能在幾秒 鐘內(nèi)給機組造成損傷。 盤車中的發(fā)電機突然加電壓后， 流過發(fā)電機定 繞組的電流可達34倍額定值，定子電流所建立的旋轉(zhuǎn)磁場，將在 轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生差頻電流， 如果不及時切除電源， 流過電流的持續(xù)時間過2長，則在轉(zhuǎn)

55、子上產(chǎn)生的熱效應 以將超過允許值，引起轉(zhuǎn)子過熱而遭 到損壞。此外，突然加速，還可能因潤滑油壓低而使軸瓦遭受損壞。因此，對這種突然加電壓的異常運行狀況，應當有相應的保護裝 置，以迅速切除電源。對于這種工況，逆功率保護、失磁保護、機端 全阻抗保護也能反應，但由于需要設置無延時元件；盤車狀態(tài)，電壓 互感器和電流互感器都已退出，限制了其兼作突加電壓保護的使用。 一般來說，設置專用的誤合閘保護比較好， 不易出現(xiàn)差錯， 維護方便。 6.2.14 啟動和停機時故障有些情況下，由于操作上的失誤或其它原因使發(fā)電機在啟動或停 機過程中有勵磁電流， 而此時發(fā)電機正好存在短路或其它故障， 由于 此時發(fā)電機的頻率低，許

56、多保護繼電器的動作特性受頻率影響較大， 在這樣低的頻率下，不能正確工作，有的靈敏度大大降低，有的則根 本不能動作。鑒于上述情況，對于在低轉(zhuǎn)速下可能加勵磁電壓的發(fā)電機通常要 裝設反應定子接地故障和反應相間短路故障的保護裝置。這種保護， 一般稱為啟停機保護。 現(xiàn)在一些微機保護裝置都有頻率自適應 （跟蹤） 功能，保證偏離工頻時，特別在發(fā)電機在開停機過程（565HZ,不 影響保護的靈敏度。國內(nèi)常用方法是當汽輪機轉(zhuǎn)速低于 2990r/min 時，閉鎖勵磁裝置，禁止合勵磁開關。6.2.15 逆功率汽輪機在其主汽門關閉后，發(fā)電機變?yōu)橥诫妱訖C運行，從電機 可逆的觀點來看，逆功率運行對發(fā)電機毫無影響。但是對于

57、汽輪機， 其轉(zhuǎn)子將被發(fā)電機拖動保持 3000r/min 高速旋轉(zhuǎn)，葉片將和滯留在汽 缸內(nèi)的蒸汽產(chǎn)生鼓風磨擦， 所產(chǎn)生的熱量不能為蒸汽所帶走， 從而使 汽輪機的葉片 （主要是低壓缸和中壓缸末級葉片） 和排汽端缸溫急劇 升高，使其過熱而損壞，一般規(guī)定逆功率運行不得超過3mi n。因此大型機組都要求裝設逆功率保護， 當發(fā)生逆功率時， 以一定的延時將 機組從電網(wǎng)解列。主汽門關閉后，發(fā)電機有功功率下降并變到某一負值，幾經(jīng)擺動 之后達到穩(wěn)態(tài)值。發(fā)電機的有功損耗，一般約為額定值的1%，而汽輪機的損耗與真空度及其他因素有關，一般約為額定值的3% 4%，有時還要稍大些。因此，發(fā)電機變電動機運行后，從電力系統(tǒng)中吸收 的有功功率穩(wěn)態(tài)值約為額定值的 4滄5%而最大暫態(tài)值可達到額定 值的 10%左右。當主汽門有一定的漏泄時，實際逆功率還要比上述數(shù) 值小些。現(xiàn)代大型機組一般設置兩套逆功率保護， 一套是常規(guī)的逆率保護。 另一套是程序跳閘專用的逆率保護， 用于防止汽輪機主汽門關閉不嚴 而造成飛車危險， 當主汽門關閉時用逆功率元件來將機組從電網(wǎng)安全 解列。6.