《大中型無刷勵磁發(fā)電機組主勵磁機保護技術(shù)導(dǎo)則》

ICS29.240T/CEC

CCSK45

中國電力企業(yè)聯(lián)合會標準

T/CECXXXXX—202X

大中型無刷勵磁發(fā)電機組主勵磁機保護

技術(shù)導(dǎo)則

Technicalguideformainexciterprotectionoflargeandmediumbrushless

generatorunits

（征求意見稿）

（在提交反饋意見時，請將您知道的相關(guān)專利連同支持性文件一并附上）

202X-XX-XX發(fā)布202X-XX-XX實施

中國電力企業(yè)聯(lián)合會發(fā)布

T/CECxxx—202X

大中型無刷勵磁發(fā)電機組主勵磁機保護技術(shù)導(dǎo)則

1范圍

本文件規(guī)定了大中型無刷勵磁發(fā)電機組主勵磁機保護的總體要求、配置原則、動作方式及功能要求

等。

本文件適用于單機容量在300MW及以上的大中型無刷勵磁發(fā)電機組，作為該類機組主勵磁機保護

研發(fā)、設(shè)計、制造、試驗、運行和維護的依據(jù)，單機容量在300MW以下的機組可參照執(zhí)行。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文

件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用

于本文件。

GB/T2900.1電工術(shù)語基本術(shù)語

GB/T2900.17電工術(shù)語量度繼電器

GB/T2900.49電工術(shù)語電力系統(tǒng)保護

GB/T11287電氣繼電器第21部分：量度繼電器和保護裝置的振動、沖擊、碰撞和地震試驗第1

篇：振動試驗（正弦）

GB/T13384機電產(chǎn)品包裝通用技術(shù)條件

GB/T14285繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程

GB/T14537量度繼電器和保護裝置的沖擊和碰撞試驗

GB/T14598.3電氣繼電器第5部分：量度繼電器和保護裝置的絕緣配合要求和試驗

GB/T14598.24量度繼電器和保護裝置第24部分：電力系統(tǒng)暫態(tài)數(shù)據(jù)交換（COMTRADE）通用

格式

GB/T14598.26量度繼電器和保護裝置第26部分：電磁兼容要求

GB/T14598.27量度繼電器和保護裝置第27部分：產(chǎn)品安全要求

GB50171電氣裝置安裝工程盤、柜及二次回路接線施工及驗收規(guī)范

DL/T478-2013繼電保護和安全自動裝置通用技術(shù)條件

DL/T671發(fā)電機變壓器組保護裝置通用技術(shù)條件

DL/T5136火力發(fā)電廠、變電所二次接線設(shè)計技術(shù)規(guī)程

JB/T7784透平同步發(fā)電機用交流勵磁機技術(shù)條件

3術(shù)語和定義

GB/T2900.1、GB/T2900.17、GB/T2900.49、GB/T14285、JB/T7784界定的以及下列的術(shù)語和定

義適用于本文件。

3.1

三相勵磁機Three-phaseexciter

1

DL/Txxx—202X

轉(zhuǎn)子電樞按照各分支繞組中性點相接后引出機端的方式，接成3相結(jié)構(gòu)的勵磁機。

3.2

多相勵磁機Multiphaseexciter

轉(zhuǎn)子電樞按照各相繞組首尾依次相接的方式，接成11相、39相或46相等多相結(jié)構(gòu)的環(huán)形繞組勵

磁機。

3.3

DNC系統(tǒng)Diodenon-conductiondetectionsystem

旋轉(zhuǎn)整流器開路故障檢測系統(tǒng)（DNC），該系統(tǒng)一般通過檢測霍爾傳感器脈沖實現(xiàn)對旋轉(zhuǎn)整流器開

路故障的檢測。

3.4

旋轉(zhuǎn)整流器一管開路Onediodeopencircuitfault

旋轉(zhuǎn)整流器出現(xiàn)的一只二極管斷開的故障。

3.5

旋轉(zhuǎn)整流器一相開路Onephaseopencircuitfault

電樞繞組與旋轉(zhuǎn)整流器之間出現(xiàn)一根連線的熔斷器熔斷的故障（僅存在于采用多相勵磁機的發(fā)電機

組）。

3.6

旋轉(zhuǎn)整流器兩相開路Twophaseopencircuitfault

電樞繞組與旋轉(zhuǎn)整流器之間出現(xiàn)兩根連線的熔斷器熔斷的故障（僅存在于采用多相勵磁機的發(fā)電機

組）。

3.7

旋轉(zhuǎn)整流器開路Rotatingrectifieropencircuitfault

旋轉(zhuǎn)整流器出現(xiàn)的一管開路、一相開路、兩相開路及更多相開路故障的統(tǒng)稱。

3.8

勵磁機磁場探測線圈Detectioncoil

在定子磁極上按照一定規(guī)則布置的、用于輔助檢測定子勵磁繞組匝間短路故障、轉(zhuǎn)子電樞繞組匝間

短路故障和旋轉(zhuǎn)整流器開路故障的附加繞組。

4總體要求

4.1主勵磁機配置的保護應(yīng)能反應(yīng)主勵磁機定子勵磁繞組、轉(zhuǎn)子電樞繞組和旋轉(zhuǎn)整流器的各類電氣故

障和異常運行狀態(tài)，應(yīng)具有獨立性和完整性。

4.2主勵磁機配置的保護應(yīng)在機組啟停、發(fā)電機故障或異常以及系統(tǒng)擾動時具備防誤動能力。

4.3主勵磁機保護宜采用定子勵磁繞組電氣量反應(yīng)的各類故障和異常運行狀態(tài)，也可采用磁場探測線

圈等其他測量方式。

4.4主勵磁機保護裝置的性能及安裝應(yīng)滿足GB/T11287、GB/T13384、GB/T14285、GB/T14537、

GB/T14598.3、GB/T14598.24、GB/T14598.26、GB/T14598.27、GB50171、DL/T478、DL/T671和

DL/T5136等標準的要求。

2

T/CECxxx—202X

4.5主勵磁機保護裝置應(yīng)能檢測勵磁機定子勵磁電流或磁場探測線圈感應(yīng)電動勢中不低于1500Hz的

高頻分量。

5保護配置原則及動作方式

5.1保護配置原則

針對主勵磁機的故障和異常運行狀態(tài)，應(yīng)至少配置以下保護：

a)轉(zhuǎn)子電樞繞組匝間短路保護；

b)轉(zhuǎn)子電樞繞組相間短路保護；

c)旋轉(zhuǎn)整流器開路保護；

d)定子勵磁繞組短路保護；

e)定子勵磁繞組一點接地保護；

f)定子勵磁繞組開路保護；

g)定子過電流和過電壓保護。

5.2保護動作方式

根據(jù)故障和異常運行狀態(tài)性質(zhì)的不同，本文件5.1部分列出的各項保護的動作方式規(guī)定如下：

a)轉(zhuǎn)子電樞繞組匝間短路保護宜動作于停機；

b)轉(zhuǎn)子電樞繞組相間短路保護宜動作于停機；

c)對于采用多相勵磁機的發(fā)電機組，旋轉(zhuǎn)整流器的一管開路故障或一相開路故障宜動作于信號，

兩相及以上的開路故障可動作于停機；對于采用三相勵磁機的發(fā)電機組，旋轉(zhuǎn)整流器的開路故

障宜動作于信號；

d)定子勵磁繞組短路保護宜動作于信號，必要時可根據(jù)高、低兩段定值，發(fā)出不同的告警信號；

e)定子勵磁繞組一點接地保護宜動作于信號；

f)定子勵磁繞組開路保護宜動作于信號；

g)定子過電流和過電壓保護可動作于信號或停機。

以上動作方式的具體動作行為，依據(jù)GB/T14285的規(guī)定執(zhí)行。

6保護功能要求

6.1轉(zhuǎn)子電樞繞組匝間短路保護

6.1.1對于采用三相勵磁機的發(fā)電機組，轉(zhuǎn)子電樞繞組匝間短路保護應(yīng)能反應(yīng)轉(zhuǎn)子電樞繞組的分支內(nèi)

匝間短路和分支間匝間短路故障。

6.1.2對于采用多相勵磁機的發(fā)電機組，轉(zhuǎn)子電樞繞組匝間短路保護應(yīng)能反應(yīng)轉(zhuǎn)子電樞繞組的各相分

支內(nèi)匝間短路故障。

6.1.3宜通過檢測定子勵磁電流實現(xiàn)對轉(zhuǎn)子電樞繞組匝間短路故障的保護。

6.1.4保護對電樞繞組發(fā)生的各類金屬性匝間短路故障的靈敏系數(shù)不應(yīng)小于1.5。

6.2轉(zhuǎn)子電樞繞組相間短路保護

6.2.1轉(zhuǎn)子電樞繞組相間短路故障保護宜通過檢測定子勵磁電流，反應(yīng)勵磁機轉(zhuǎn)子電樞繞組及引出線

的相間短路故障。

6.2.2保護對電樞繞組發(fā)生的各類金屬性相間短路故障的靈敏系數(shù)不應(yīng)小于1.5。

3

DL/Txxx—202X

6.3旋轉(zhuǎn)整流器開路保護

6.3.1對于采用多相勵磁機的發(fā)電機組，宜通過檢測定子勵磁電流反應(yīng)旋轉(zhuǎn)整流器開路故障。

6.3.2對于采用多相勵磁機的發(fā)電機組，可額外配置DNC系統(tǒng)實現(xiàn)對旋轉(zhuǎn)整流器的一相開路故障、

兩相及以上開路故障的判別。

6.3.3對于采用三相勵磁機的發(fā)電機組，宜通過檢測定子勵磁電流反應(yīng)旋轉(zhuǎn)整流器的一管開路故障，

必要時還可優(yōu)化判據(jù)使之反應(yīng)旋轉(zhuǎn)整流器的更多管開路故障。

6.3.4保護對旋轉(zhuǎn)整流器發(fā)生的各類開路故障的靈敏系數(shù)應(yīng)不小于1.3。

6.4定子勵磁繞組短路保護

6.4.1保護應(yīng)能通過檢測定子勵磁電流，反應(yīng)定子勵磁繞組一極內(nèi)的匝間短路、極間的匝間短路和正

負極間的短路故障。

6.4.2保護對勵磁繞組5%匝比金屬性短路故障的靈敏系數(shù)應(yīng)不小于1.3。

6.5定子勵磁繞組一點接地保護應(yīng)實現(xiàn)定子勵磁繞組對地絕緣電阻的實時檢測與顯示。

6.6定子勵磁繞組開路保護應(yīng)能實現(xiàn)勵磁回路開路及接觸不良的檢測。

6.7勵磁機定子過電流和過電壓保護，應(yīng)能反應(yīng)各類故障或異常運行導(dǎo)致的勵磁機定子過流、正負極

間過電壓和對地過電壓。

6.8為提高保護的靈敏性及可靠性，可在定子磁極布置磁場探測線圈，通過檢測探測線圈的感應(yīng)電動

勢反應(yīng)定子勵磁繞組短路故障、轉(zhuǎn)子電樞繞組匝間短路故障、轉(zhuǎn)子電樞繞組相間短路故障和旋轉(zhuǎn)整流器

開路故障。

4

T/CECxxx—202X

附錄A

（資料性）

常見的兩種無刷勵磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理

目前大中型無刷勵磁發(fā)電機組共有兩種常見勵磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，圖A-1是采用多相勵磁機的無刷勵磁

方式，勵磁機多采用環(huán)形電樞繞組，勵磁變經(jīng)可控硅整流給勵磁機提供勵磁電源，勵磁機的轉(zhuǎn)子電樞繞

組通過旋轉(zhuǎn)整流器整流后為發(fā)電機提供勵磁電流。圖A-2是采用三相勵磁機的無刷勵磁方式，勵磁機

多采用常規(guī)的三相星形繞組，副勵磁機直接給勵磁機提供勵磁電源。

圖A-1采用多相勵磁機的無刷勵磁方式

CT

GHG

PT

勵磁調(diào)節(jié)器

圖A-2采用三相勵磁機的無刷勵磁方式

5

DL/Txxx—202X

附錄B

（資料性）

現(xiàn)有DNC保護的基本原理

對于旋轉(zhuǎn)整流器故障，目前現(xiàn)場運行的多相勵磁機普遍采用DNC系統(tǒng)進行監(jiān)測。如圖B-1所示，

該系統(tǒng)在勵磁機磁極端面靠近電樞整流模塊連接片的位置相隔一定角度安裝3個霍爾傳感器。當(dāng)整流系

統(tǒng)正常、勵磁機電樞與整流器相連的各支路導(dǎo)通的情況下，勵磁機每旋轉(zhuǎn)一圈，傳感器探頭將輸出連續(xù)

的信號波形。如果有故障，則輸出波形不再連續(xù)，該系統(tǒng)按照3取2的邏輯進行判斷。

旋轉(zhuǎn)二極管支路

霍爾1

一個支路故障

霍爾2

整形波形邏輯判兩個支路故障

放大檢測斷元件

霍爾3元件元件三個支路故障

……

霍爾元件

勵磁機內(nèi)部

圖B-1二極管非導(dǎo)通故障檢測系統(tǒng)（DNC）示意圖

6

T/CECxxx—202X

附錄C

（資料性）

勵磁機磁場探測線圈的典型配置方法

一般采用在定子勵磁繞組布置兩組相同探測線圈（空間相差180°機械角度）的方式來檢測故障時

氣隙磁場的特征。如圖C-1所示，電機為定子靜止勵磁。在空間相對的兩個磁極下布置相同匝數(shù)的兩個

探測線圈，探測線圈固定在電機定子內(nèi)圓的槽口或者槽楔處，兩個探測線圈分別處于不同極性的磁極下，

繞組的繞向相同。正常運行時，探測線圈為開路，沒有工作電流因此不對電機正常運行產(chǎn)生影響?？梢?/p>

利用單個探測線圈的感應(yīng)電動勢，也可以將兩個探測線圈正向或反向串聯(lián)，利用感應(yīng)電動勢的諧波特征

實現(xiàn)對無刷勵磁機各種故障的保護。

ω

圖C-1無刷勵磁機探測線圈布置方法

7

DL