发电机保护

发电机保护（精选11篇）

发电机保护 篇1

摘要：三台索拉机组自2007年以来, 频繁的发生机组逆功率保护和熄火保护跳机事故, 造成逆功率保护和熄火保护起动的主要原因是当线路发生接地、短路故障或者主燃料阀突然关闭后, 机组将发生逆功率保护跳机故障和发动机熄火保护跳机故障, 严重影响电力生产的安全可靠性。

关键词：索拉,发电机逆功率,发动机熄火,研究

1 故障现象简介

(1) 2007年7月17日, #2索拉机组发电机逆功率保护动作, #2索拉机组出口断路器跳闸, 机组冷却非闭锁停机;#3索拉机组发电机逆功率保护动作, #3索拉机组出口断路器跳闸, 机组空载运行。

(2) 2009年1月30日, 10K V瓦克夏输气首站#1线1031相间短路, 电缆起火、故障跳闸;输气首站#2线1032故障跳闸。#1、#2索拉机组发电机保护动作, 逆功率保护动作, #1、#2索拉机组出口断路器跳闸, 机组冷却非闭锁停机。

(3) 2009年8月25日由于10KV瓦克夏燃油#2进线 (掺稀线) 1005电流Ⅰ段保护动作跳闸, #1、#2索拉机组熄火保护动作, 索拉机组出口断路器跳闸, 机组快速非闭锁停机。

(4) 2009年11月15日, #2索拉机组告警:发电机保护故障 (CN561 GEERATOR PR O TEC TI ON FA U L T) ;机组告警:燃气压力高 (FN482 GAS FUEL STRT PRESS FLOW HI) 、点火失败 (FN497 IGNTION FAILURE) ;机组发电机保护装置报警:逆功率保护 (32#DIRETCTION POWER) 。

(5) 2010年2月17日#2索拉机组告警:发电机保护故障 (C N561 G E E R A T O R PR O TEC TI ON FA U LT) ;机组告警:燃气压力高 (FN482 GAS FUEL STRT PRESS FLOW HI) 、点火失败 (FN497 IGNTION FAILURE) ;机组发电机保护装置报警:逆功率保护 (3#2 DIRETCTION POWER) 。

2 索拉机组发电机逆功率保护研究

(1) 2009年1月30日10KV瓦克夏输气首站#1线1031相间短路, 造成#1、#2机组逆功率保护停机, 为了防止逆功率保护动作的再次发生, 将#1、#2索拉机组逆功率保护启动值由-0.08P u改为-0.1P u, 逆功率保护时间由3s改为5s。但是2009年8月25日由于瓦克夏燃油#2进线 (掺稀线) 1005电流Ⅰ段保护动作跳闸#1、#2索拉机组报警, 发动机熄火保护快速非闭锁停机后, 发电机发生逆功率保护冷却非闭锁停机, 也就是说机组最终快速非闭锁停机, 故障录波中的数据可以看出三台索拉机组逆功率保护起动后在5秒内均返回 (如图1、图2) , 从而, 造成逆功率保护的后备保护动作, 发动机熄火保护跳机, 再次将#1、#2索拉机组逆功率保护时间由5s改为4s, 逆功率保护定值不变 (-0.1Pu) 。

(2) 2009年11月15日和2010年2月17日#2索拉机组先后发生了两次发电机逆功率保护停机, 故障现象相同, 索拉机组的故障报警条分别为:

CN561 GEERATOR PROTECTION FAULT

FN482 GAS FUEL STRT PRESS FLOW HI

FN497 IGNTION FAILURE

32#DIRETCTION POWER

故障发生后, 索拉公司检查认为是主燃料阀突然关闭后, 索拉机组发生发电机逆功率保护起动, 此时的发电机的逆功率时间为4.3秒左右, 可以得出结论, 当索拉机组主燃料阀故障突然关闭后, 索拉机组将发生逆功率现象, 逆功率时间为4.3秒。

(3) 通过对发电机逆功率保护动作时间可以判断, 无论是电网发生故障还是机组发生故障造成的逆功率的动作时间在4至5秒之间;

#1、#2索拉机组逆功率保护动作, 机组将会冷却闭锁停机, 熄火保护动作将会快速非闭锁停机, 3#索拉机组逆功率保护动作, 机组将会冷却非闭锁停机, 在索拉机组《TITAN130燃气发电机组安装与维护手册》中定义:

a、冷却非闭锁停机:

包括正常停机和一些超过报警状态, 但不会立即造成设备设备, 包括滑油温度高, 带载失败和一些重新运行前需要修正的动作 (进入冷却非闭锁停机, 将进入正常停机程序, 机组将空载运行10分钟)

b、冷却闭锁停机:

包括正常停机, 也包括运行状态超过立即停机的水平, 但设备损坏已经发生, 典型的故障包括传感器的顺坏、油箱液位低、油箱压力高

c、快速非闭锁停机:

包括持续运行可能引气的设备损坏, 这些状态可能由于瞬时的故障;瞬时的故障包括:发动机超速、低转速、发电机熄火保护, 高振动 (发动机、压气机或者发电机)

根据索拉公司对这两种停机方式的定义不难看出, 机组的这三种停机方式更希望机组能够执行冷却非闭锁停机、冷却闭锁停机次之, 最不希望的是快速闭锁停机, 因为快速闭锁停机可能造成设备部件的损坏。

3 结论

目前, #1、#2索拉机组, 发电机逆功率保护和发动机熄火保护同时发生的情况下, 说明发电机逆功率保护定值设定不正确, 在索拉机组安装与维护手册中明确的定义, 熄火保护是由于发电机逆功率造成的, 需要修改#1、#2索拉机组逆功率保护定值, 建议将逆功率保护动作后延时3停机。

参考文献

[1]Titan130 Gas Turbine-Driven Generator Set Installation and Maintenance Instructions

[2]M-3420 Generator Protection Instruction Book

浅谈船舶发电机故障保护策略 篇2

【关键词】船舶发电机；故障；保护

1.引言

发电机是船舶电站中最重要的设备之一，发电机正常运行是船舶安全航行的前提条件。针对船舶发电机的不正常运行和故障，必须装设相应的保护装置。

2.故障描述

船舶同步发电机的故障主要包括：过载、外部短路、欠压、频率不正常和逆功率等。

船舶同步发电机本身内部也可能产生故障。例如：定子绕组的相间短路、单相绕组层间短路、单相绕组接地；发电机转子绕组的匝间短路、转子绕组接地等。但由于船舶发电机属于低压系统，而且又定期检查，因此船舶发电机内部故障出现的概率极小，另外发电机至主配电板之间的电缆也比较短，故均不设保护装置。

3.跳闸机理分析

3.1 发电机的过载保护

电站运行中，如果出现发电机容量不能满足负载的要求或并联运行的机组负载分配不均匀等情况，都会造成发电机过载。

发电机过载又分为2种：功率过载和电流过载。长期的电流过载会使发电机过热引起绝缘老化和损坏；长期的功率过载会使导致原动机寿命缩短和部件损坏。

从外部系统的要求方面来看，要求发电机过载保护是带时限的。例如：当大电机启动或多台电动机同时启动时，启动电流可能会超出发电机的电流额定值，但此时发电机的过载保护装置不应动作，而应从时间上避开这种暂时的过载现象。启动过程一般不超过10秒。若远离发电机处发生短路时，短路电流也可能超过发电机过载电流的整定值，但为了保证保护装置动作的选择性，也应从时间上避开这种情况，先让下一级的开关动作，这段时间一般仅为几十到一百多豪秒。因此对发电机的过载保护装置来说，必须有一个合理的时间来鉴别过载的性质，以避开暂时性的过载状态。

某船发电机功率过载保护是由PMS发出指令进行保护。

一级卸载：0.95Ie，延时15秒。当发电机过载时，卸去空调等用电负载，保证重要负载连续供电。

二级卸载：0.95Ie，延时15秒。发电机并联运行，当发电机过载时，卸去侧推，保证重要负载连续供电。

某船发电机的电流过载保护是有框架式自动空气断路器中的过流脱扣器。

某船对发电机过载保护有如下规定：

过流长延时，1.25Ie，延时15～30秒。

过流短延时，2Ie，延时0.4秒。

瞬时保护，当电流达到10Ie时，延时0.06秒。

3.2 欠压保护

当调压装置失灵或发电机外部故障尚未切除或发生严重欠频时，均有可能出现电压下降的情况。发电机在欠压下运行，将引起电动机电流增加，电动机转矩下降，从而导致电动机发热、绝缘老化损坏。

为了避开大负荷启动时引起电网电压短时可能下降的特殊情况，欠压保护一般分为：有延时和无延时两种。

对有延时机构的欠压保护，一般整定在电压低于70%～80%额定电压，延时1～3秒后动作，使发电机自动跳闸。

对无延时机构的欠压保护，整定在电压低于40%～70%额定电压时瞬时动作，使发电机自动跳闸。

某船发电机当电压降至额定电压的70%～35%时，自动空气断路器延时动作。

3.3 逆功率保护

同步发电机的逆功率运行是指该发电机不是发出有功功率，而是从电网吸收有功功率。同步发电机出现逆功率运行的原因主要有：当几台机组并联运行时，若其中一台发电机的原动机发生故障（例如：燃油中断或发电机与原动机的联轴节损坏等，将使该台机组不但不能输出有功功率，反而从电网功率即成为同步电动机）；在并车操作时，失误（例如：在待并机组负频差或滞后相位时合闸）。对于后者，因其逆功率的数值一般不大，发生的时间也较短，故逆功率保护也应避开此种情况。

某船柴油机逆功率整定值在10%Pe的逆功率，延时6S，使自动空气断路器开断。

3.4 外部短路保护

发生短路的原因不外乎是导线绝缘老化、受机械及生物（如老鼠）的损坏损伤、误操作、维护不当及导电物品不慎掉在裸导体或汇流排上所造成的。短路时产生的短路电流，对电力系统的设备和运行又巨大的破坏作用，因此要求保护装置要正确、可靠、快速而有选择地断开故障点。

某船发电机的过载保护与短路保护都是根据对电流的检测来实现的。负载电流超过额定值不太大时成过载，负载电流电流超过额定值较多时称短路。短路也可以看成一种严重过载。实际上，负载电流达到短路电流时，其可能是发电机外部短路引起的，也可能是负载过多或其它原因引起的。因此，需要从实际出发，分析、检查故障的原因所在。

瞬时保护，当电流达到10Ie时，由自动空气断路器中的过流脱扣器瞬时来完成跳闸的。

4.发电机保护主开关跳闸的判别

4.1 发电机过载保护的判别

发电机过载主开关跳闸一般是发生在发电机运行在较大负荷下，在不察看发电机实际功率时启动大负荷运行，如消防总用泵、特舱冷水机组等导致发电机过载而跳闸；也可能发生在并联运行时，其中一台发电机因机电故障保护立即跳闸，而分级卸载装置失灵或卸载后仍过载导致运行机组出现过载而发生保护跳闸等场合。

4.2 发电机欠压保护的判别

发电机欠压保护跳闸主要发生在调速器及燃油系统或调压器出现故障时的场合。调速器及燃油系统故障导致欠压保护的判别依据是故障发生时先出现转速下降（可以柴油机运转的声音听到）后发生跳闸，此时柴油机停机；调压器故障导致欠压保护的判别依据是故障发生时先出现电压下降（可以从照明的亮度变化看出）后发生跳闸，此时柴油机运转正常。

4.3 发电机逆功率保护的判别

发电机逆功率保护跳闸主要发生在并车操作合闸时刻掌握不当导致待并机组合上后跳闸，或并联运行时负荷分配操作调节方向反了，或并联运行时其中一台机组调速器损坏或燃油中断等场合会发生逆功率保护跳闸。发电机主开关跳闸后可从逆功率继电器上显示出来。

4.4 发电机外部短路故障判别

发电机电流大于2.5Ie，主开关跳闸这一故障的判别。

当发生发电机主开关跳闸，但这一跳闸不是发生在同时启动几台大负荷负载，不是出现在先出现转速下降后发生主开关跳闸，也不是出现在先发生电压下降后再跳闸（从照明亮度可以得到判别），这时一般可断定是发生了发电机外部短路故障，但也不排除有关人员的操作失误，如并车操作不当使发电机达到短路保护整定值（对运行机组），或也有可能由于主开关本身故障引起的跳闸。

5.几点建议

（1）定期对某船主要设备开关请专业人员进行检测。如：某船1、2、5号发电机主开关均因短路模块故障，造成半自动并列机组失败而使自动空气开关保护跳闸。

（2）定期对某船开关进行功能检查。用仪器模拟各种保护的动作值，检测各种保护能否在规定时间内实现动作，从而有效保护发电机不受损害。

（3）定期对主要开关进行维护保养。一是对灭弧栅片的烟痕、金属细末进行清洁。二是检查主触点表面，用锉刀、细砂纸打平触面，并需保持触点原有形状。如果触点损伤超过1mm时，应更换新触点。三是检查脱扣器的衔铁和拉簧活动是否正常，热元件各部位有无损坏，间隙是否正常。四是检查内部接线有无松动。

6.结束语

通过这些保护装置中断发电机的供电，以保护发电机不受损害，这样也是为了有效保证航行的安全。

参考文献

[1][J].船舶电工.

发电机保护若干功能调试 篇3

电力系统的安全稳定运行与日新月异的社会发展紧紧联系着, 大型发电机作为现代电力系统的重要组成部分之一, 它造价昂贵, 一旦发生故障, 将有可能造成整个电力系统的瘫痪, 给国民经济造成直接或间接的巨额损失。因此对大型发电机组的可靠性、灵敏性、选择性和快速性提出了更高的要求。

对于大型发电机组, 可能会发生的故障有定子绕组故障、励磁回路 (转子绕组) 故障, 主要的异常工况有过负荷、过流、过励、逆功率、失步误上电、频率异常等。针对上述故障, 经过电力工作者长期的研究, 目前发电机保护主要配置以下保护:发电机差动保护、发电机定子匝间保护、发电机复合电压过流保护、发电机定子接地保护、发电机对称过负荷保护、发电机负序过负荷保护、发电机失磁保护、发电机失步保护、发电机过电压保护、发电机过激磁保护、发电机逆功率保护、发电机频率保护。本文的主要研究是充分利用资料及结合沙河电厂实际工程配置, 对发电机保护的原理及校验方法进行逐一阐述。

二、保护的原理及校验方法

(一) 差动保护。

比率差动动作特性如图1所示。

发电机保护装置配置的发电机差动保护以差动各侧的电流标幺值 (有名值/Ie) 计入计算的。 (各侧的电流标幺值=各侧的实际电流值÷各侧的额定电流) 发电机差动保护的机端和中性点电流为同极性 (0o) 接入装置, 差动电流Id和制动电流Ir计算公式如下:

undefined

(二) 发电机后备保护。

1.纵向零序电压保护试验。

当发电机匝间专用TV2一次断线时, 闭锁定子匝间纵向零序电压保护 (其闭锁判据详见技术说明书) 。调试电压、电流, 试验装置电压A相接TV1、TV2;B相接TV2中性点电压。电流a相接发电机机端电流。加入UA=20V (满足发电机机端TV1、TV2有大于U2set的负序电压, 防止装置发TV2断线闭锁匝间保护) , 相电流制动取自发电机机端最大相电流Imax。

发电机机端任意相加IA< 3.39A时, 则Im=IA。 有Uz>Uzd×[1+2×IA) /Ief]=3× (1+2IA/ Ief) =3+6 IA/ Ief;

当IA≥ 3.39A时, 则Im= (Imax-Ief) +3I2= ( IA -Ief) +IA=2IA-Ief,

有Uz>Uzd×[1+2×Im) /Ief]=3× (1+2 (2IA- Ief) /Ief) =12IA /Ief-3。

2.发电机定子接地。

基波零序电压报警试验报警段动作判据:中性点零序电压Un0>U0zd。基波零序电压定子接地保护, 动作于报警时, 报警定值为“基波零序电压”定值, 延时为“零序电压保护延时”, 不需通过压板控制, 也不需经机端零序电压和主变高压侧零序电压闭锁。在发电机中性点零序电压输入端子上, 递加单相电压, 直到保护动作。

3.发电机转子接地。

转子一点接地保护反映发电机转子对大轴绝缘电阻的下降。合上屏后顶部左端的转子电压输入小空气开关, 从相应屏端子外加直流电压220V (请确认输入端子, 严防直流高电压误加入交流电压回路) , 将试验端子 (内含20kΩ标准电阻) 与电压正端短接, 测得试验值, 将试验端子与电压负端短接, 试验值。

整定“一点接地灵敏段电阻定值”或“一点接地电阻定值”为20kΩ以上 (如20.5kΩ) , 如上正常加入直流电压, 将试验端子与电压正端 (或负端) 短接即可, 相应的“一点接地灵敏段报警”或“一点接地报警”信号发出, 无需外加电阻进行试验。在“一点接地报警”发出信号延时15s, 装置发出“转子两点接地保护投入”信号, 将大轴输入端与电压负端 (或正端) 短接 (注:与“一点接地”试验时短接端相对) , 若“两点接地二次谐波电压投入”控制字置0, 则“两点接地”保护跳闸出口;若“两点接地二次谐波电压投入”控制字置1, 则“两点接地”不出口跳闸, 在机端TV1加单相3倍定值U2.2w的二次谐波电压, 此时“两点接地”保护跳闸出口。

4.发电机功率保护。逆功率的意思就是发电机从系统吸收功率, 变成电动机运行, 即是有功功率变负。合理设置电压电流大小, 以及电压电流的角度, 变量为电流Iab, 电流角度为0o, 电压角度为100o, 在第二象限, 有功功率是负的。假如电流角度放0o不变, 那么电压角度为90o<Φ<270o时有功都为负的, 在此范围都可以做此试验。

程序逆功率保护与一般逆功率的不同在于要判断“主汽门位置接点”是否闭合, 所以首先得用短接线将“主汽门位置接点”开入接入, 以给保护一个主汽门关闭的信号, 其余的定值的校验采用上面的方法试验即可。

5.发电机误上电保护。初始状态机端TV1加三相正序电压, 电压频率低于频率闭锁定值45 Hz, 主变高压侧电流 (I分支) 、发电机机端电流和中性点电流都要通入电流, 每侧只需加入一相电流即可, 同时突然变化量达定值, 保护即动作。

实验方式:一是模拟“发电机盘车时, 未加励磁, 断路器误合, 造成发电机异步起动”:投上压板“经低频闭锁”, 不加电压, 突加主变高压侧、发电机机端、中性点的电流。二是模拟“发电机起停过程中, 已加励磁, 但频率低于定值, 断路器误合”:投上压板“经低频闭锁”, 加电压, 频率低于闭锁值, 突加主变高压侧、发电机机端、中性点的电流。三是模拟“发电机起停过程中, 已加励磁, 但频率大于定值, 断路器误合或非同期”:投上压板“经低频闭锁”和“经断路器位置闭锁”, 加电压, 频率大于闭锁值, 突加主变高压侧、发电机机端、中性点的电流。

三、结语

本文通过对发变组保护原理的研究, 并结合沙河电厂600MW火力发电机组保护实际情况, 对大型火力发电机组发变组的几种保护的校验作出分析, 通过保护装置的校验, 确保装置符合正常运行的标准, 使电厂安全稳定地运行, 做到保护装置的可靠性、灵敏性、选择性和快速性。

参考文献

[1].王爱琴.大型发变组保护的研究与应用[D].浙江大学, 2009

发电机保护 篇4

关键词：断路器 水电站 发电机

1 发电机型断路器与通用型断路器的技术性能比较

发电机型断路器与通用型断路器在机械特性、绝缘特性和电气特性的表述方式上基本相同。

如对短路开断电流均以交流分量有效值和直流分量百分数(DC%)表示；绝缘性能均以工频和雷电冲击耐压水平考核；机械特性考核项目等也基本相同。

发电机型断路器与通用型断路器的不同之处，是前者对某些技术性能的技术参数要求要苛刻得多。因为发电机的电感值较系统相对要大，作为保护断路器在瞬间所承受的直流分量和衰减时间常数均大得多。GB/T14824-1993中规定：在断路器分闸时间加0.01s时，直流分量(DC%)约为68%，衰减时间常数为60ms，显然较通用型断路器的直流分量DC%≤20%和衰减时间常数45ms要大；同时，额定短路关合电流也不相同，发电机型断路器因为直流分量较大，额定短路关合电流(峰值)为额定短路电流的2.74倍，而通用型断路器此值仅为2.5倍；在表述方式上，发电机型断路器的铭牌除标有额定短路电流值外，同时还注明有直流分量(DC%)值，而通用型断路器则仅标有额定短路电流值。

通过比较可以看出，发电机型断路器较通用型断路器开断、关合条件均要苛刻，型式试验的考核也相对严格得多。

2 发电机型断路器的主要型式试验考核内容

依据当前国际通用的ANSI/IEEEC37-013以对称电流为基础的交流高压发电机断路器标准规定，对发电型断路器型式试验考核内容主要是：系统源短路的开断与关合、发电机源短路开断和失步开断与关合。其它的型式试验考核与通用型断路器内容基本相同。

(1)系统源短路的开断与关合试验。发电机型断路器是在非自动重合闸操作顺序下进行。直流分量分DC%<20%及dc%>20%两种条件；瞬态恢复电压(峰值)为1.7倍发电机最高工作电压；瞬态恢复电压的上升率为3.5kV/μs；关合试验按2.74倍额定短路电流(峰值)合并进行的。国外西屋和西门子公司在进行此项试验时，直流分量(DC%)均按75%额定短路电流考核。

通用型断路器一般都是在自动重合闸操作顺序下进行的。直流分量(DC%)<20%；瞬态恢复电压(峰值)为1.71倍额定工作电压；瞬态恢复电压上升率为0.34kV/μs；关合试验是按2.5倍额定短路电流(峰值)与对称开断试验合并进行。当断路器的分闸时间≥60ms时，则不必进行非对称开断试验。

上述两种类型断路器的试验考核，均相当于三相试验时首开相或者单相试验时的条件。相比之下，即便是开断电流的数值相同，而发电机型断路器则是在高直流分量和瞬态恢复电压下进行开断，开断条件较通用型断路器苛刻得多。

(2)发电机源短路的开断试验。

发电机源短路的开断试验条件则更为苛刻，该试验具有更高的直流分量。按照ANSI/IEEEC37-013标准规定：此值为DC%=130%。对于这一试验考核，通用型断路器则是无法胜任的。

(3)失步开断与关合试验。

发电机型断路器失步开断与关合试验是在合、分条件下进行的。外施电压和首相开断工频恢复电压为1.22倍发电机最高电压；开断电流为50%的交流分量有效值；直流分量(DC%)分<20%和≥50%两种条件；瞬态恢复电压峰值为2.5倍发电机最高电压；瞬态恢复电压上升率为3.3kV/μs；关合试验按2.5倍对称开断电流交流分量值(峰值)与开断试验合并进行；国外西屋公司在进行此项试验时的直流分量(DC%)为80%；西门子公司为120%。

通用型断路器的合、分失步开断与关合试验，外施电压和首相开断工频恢复电压为1.44倍系统最高电压；开断电流为25%的交流分量有效值；直流分量(DC%)<20%；瞬态恢复电压峰值为2.55倍额定工作电压；瞬态恢复电压上升率为0.26kV/μs；而对关合电流不作规定。

我国国家标准GB1984规定：失步开断仅适用于联络断路器，对于通用型断路器在10kV系统应用时，则不必进行失步开断与关合此项试验。该标准已被修订，目前正在待批。相对比较，发电机型断路器对失步开断与关合试验不仅要做，而且直流分量和瞬态恢复电压值要大得多，这是通用型断路器不可能替代的。

3 发电机型断路器开发研究过程

发电机保护 篇5

关键词：面向对象；发电机保护；整定计算；设计

前言

随着我国社会的不断发展，电网规模也在逐渐的趋于复杂化，同时出现了很多新型的技术，一些超高压、交直流等技术都频繁出现，这对于电网安全生产运行的要求逐渐的增高。而整定计算则是对电网的各种原理、结构以及接线的方式都要进行大量的计算，并且对各种情况下的电流以及电压进行分析，整合整定方案，从而保证结果的精确，避免出现故障，随着科技的进步，对于整定计算水平也有了很大程度上的提高，以此对其进行了简单的设计。

1.继电保护以及面向对象的发电机保护整定计算的特点

1.1发电厂继电保护的主要特点

在电力系统中，发电机的稳定运行能够影响到整个电力系统的正常工作，对电能质量起着很重要的作用，并且发电机也是一个十分重要的电气元件，必须要针对其中存在的各种故障以及性能进行分析，从而采取正确的措施，保证电力系统的稳定运行[1]。由于发电机的保护配置十分的复杂，发电厂主要是对于元件的保护，其中保护的主设备是以差动为基本原理，主要是利用阶段式的保护，在时间上能够进行配合。另外，发电厂的保护整定原则十分的不统一，其中保护的类型很多，主要是针对不同的类型采取不同的继电保护方式，所以电厂的整定计算十分的复杂。在实际的整定原则中，由于运行的条件以及方式存在很大的差异，并且为了能够满足不同的电厂保护配置的要求，在继电保护整定计算软件中采取通用性的原则，以此来解决传统的整定原则中存在的问题。

1.2面向對象的发电机保护整定计算的特点

目前，面向对象以及图形化的程序设计整定计算软件逐渐的问世，并且与传统的整定计算的软件相互比较，具有很大的优点，主要是可视化以及图形化，用户能够直接浏览电网的结构，并且能够完成相应的数据信息的输入，同时也能够对故障进行设置。同时在进行计算完毕之后，能够直接查询到相关的计算结果，具有很高的效率，操作也十分的简单。

2.系统的构成

2.1图形模块的构成

对于图形模块的构建，能够使用户对系统直接方便的使用，并且用户能够能够通过图形界面直观的了解到电厂的结构以及设备的信息等，从而实现对数据的修改以及管理[2]。在图形模块上主要是用户提供相应的绘图工具箱，其中包括了发电机、变压器以及断路器等设备，这些被统称为图元，用户可以根据自身的需求进行绘图设置，在设计时，能够输入相关数据，以及图元的各项参数。在具体的设计中，必须要对电器设备进行全面的考虑，对其属性进行分析，主要是利用VC面向对象的编程思想，在本程序中，其中最为基础的便是对象和类别的组建，并且各个元件都具有自身的属性，因此将其进行定义为一个虚基类，作为元件的父类，这样各图的元件将会派生出来，在图元中的数据以及功能将会以成员变量以及函数的关系封装在各个类型的图元中。

2.2数据库模块

数据库是系统中的基础，在后台数据库中主要是储存发电厂电网结构参数以及设备的参数，并且其中的设备参数主要是包括多发电机以及母线电器参数的保护配置信息[3]。在系统中的每个模块都是利用ODBC接口进行访问后台数据库，同时在任何一个模块中进行数据的修改，其结果都会在其他的模块中进行显示，以此来有效的保证系统中饭数据的一致性。ODBC是VC提供的一个数据库访问技术，这样能够为用户提供方相应的数据库类型，同时ODBC所提供的应用程序接口都是统一的，使其访问任何ODBC驱动程序的数据库。在数据库界面的设计上，主要是分为列表说明以及详细说明，用户根据自身的需求进行自由切换，列表方式主要是以表格的方式对数据记录的显示，详细说明方式则是对具体的数据进行记录，利用一些单选框以及编辑框等空间，对各种数据进行使用。

2.3短路计算模块以及整定计算模块

这两大模块是发电厂主接线的基本界面，主要是在短路计算模块以及整定计算模块中添加了短路计算以及整定计算的方式，用户能够点击图元进行计算，但是在这两个模块中，用户无法对图元进行删除以及移动。在模块中是利用多种控件的方式，使界面内容十分的丰富，并且能消除用户在使用时的单调感，从而来提升系统的稳定性以及安全性。这两个模块是系统中最为重要的两个模块，短路计算模块能够计算出电网系统中的故障，并且能计算出带那里系统的运行方式，将计算的结果通过报表的形式显示出来，整定计算模块能够对发电机变压器以及电动机等设备进行全面的计算，将其以定值单的形式显示出来。在对其设计中，两个模块主要是利用传统的设计思路，利用Fortran语言编写的短路计算以及整定计算程序，简单的将其中部分进行修正，使其转变成函数或者是子程序，并且在相关的主系统中调用，主系统是利用VC6.0编写的，因此最好是利用混合语言编程程序对其进行编程，这具有很强的优点，能够有效的提升数据的处理能力以及工作效率。

3.结语

以上主要是对面向对象的发电机保护整定计算机设计进行了简单的设计分析，并且提出了一些设计方案，以此来提升工作的效率，促进电力系统的稳定运行。

参考文献：

[1]钟耀星.县级电网继电保护整定系统研制与应用[D].南昌大学，2013.

[2]高虹霞.电网继电保护整定计算软件的研究[D].华北电力大学（河北），2012.

电厂发电机保护双重化改造 篇6

某电厂#1发电机为上海电机厂生产的QFS-125-2型汽轮发电机,额定电压13.8 kV,额定容量125 MW,该发电机于1989年6月开始投产发电。

2001年,发电机保护由电磁型继电保护改为四方继保自动化公司的CSG300A微机型保护装置和CSR22B非电量保护装置,配置有差动保护、大电流闭锁保护、三次谐波定子接地保护、转子一点接地保护、转子两点接地保护、对称过负荷及不对称过负荷保护、匝间保护、负序低压过流保护、失磁保护、程跳逆功率保护、逆功率保护、关主汽门保护、断水保护。

1 异常现象

(1) 2003年7月27日—8月2日#1机组小修期间,在对其保护装置进行检验时发现,A1机箱定子接地保护主变高压侧零序电压不能采样,经检查为交流插件1上通道的小PT损坏,另有一块VFC插件刻度调整电位器不能调节刻度。更换上述2个插件后,重新调试正常。

(2) 2005年7月22日,#1汽轮机定速,发现#1发电机保护屏“热控保护”信号不能复归。检查为非电量保护机箱的“热控保护”信号继电器插件接点粘死。更换非电量保护机箱的信号插件后复归正常。

(3) 2005年7月24日,#1发电机CSG300A保护装置“运行监视”信号灯闪烁不停,不能复归。检修人员现场检查后要求退出CSG300A装置所有的保护出口压板,对该套保护采取瞬间停电复位处理,“运行监视”信号灯闪烁缺陷得到解决。7月25日,#1发电机CSG300A保护装置“运行监视”信号灯再次出现闪亮,检修人员判断是机箱插件故障,需联系厂家处理,暂不影响保护正常动作。

(4) 2008年11月23日,#1发电机非电量保护装置备用信号灯长亮,更换#1发电机非电量保护信号插件后正常。

(5) 2009年5月12日,#1发电机开机并网前灭磁开关不能合闸,检查发现#1发电机保护出口跳闸信号回路的灭磁开关接点一直导通,且CSG300A保护出口装置的第二块插件(跳闸总出口1插件)的跳闸开出4接点一直导通,其余跳闸接点正常。将出口装置断电后重新上电,故障依然存在。将出口装置的第二块插件拔出后,测量故障接点正常,灭磁开关试合、分闸正常,确定为出口装置的第二块插件损坏。更换出口插件后测量故障接点正常。做好安全措施后进行开出试验,开出发电机差动保护、95%定子接地保护(这2个保护出口包括插件2所有跳闸继电器),测试出口正常。

(6) 2011年12月17日,#1发电机CSG300A保护装置PT断线灯亮,检查发现CPU1中3YH电压UC显示为0 V,更换#1发电机装置交流采样插件的2个电压互感器后正常。

2 改造的必要性

(1)#1发电机保护装置投入至今已超年限服役,经常出现异常现象,影响设备稳定运行。

(2)规定100 MW及以上容量的发电机保护均应实现双重化配置。

3 方案的确定和实施

(1) 2012年5月#1机组大修,发电机保护改造在此期间进行。

(2)将#1发电机原1面保护屏更换为2面保护屏(保护A、B屏),发电机保护A屏安装在原发电机保护屏位置,发电机保护B屏安装在原集控室远动转接屏位置。改造工程需将集控室远动转接屏的所有电缆转移至#1机组的电度表屏,拆除原远动转接屏,安装新发电机保护B屏;拆除原发电机保护屏及其电缆,安装新发电机保护A屏。

(3)发电机保护A、B屏的保护装置之间不应有任何电气联系。2套保护装置的交流电流应分别取自电流互感器互相独立的绕组,其保护应交叉重迭,避免死区。每套保护均应包含完整的差动及后备保护,能反映被保护设备的各种故障及异常状态,并能动作于跳闸或给出信号。

(4)#1发电机出口801开关有2个跳闸线圈,因此发电机出口801开关处应增加第二组跳闸电源,为DC220 V。

(5)在#1发电机保护A、B屏处增加信号至故障录波器屏,这样当发电机发生故障后能快速有效地查出故障情况。

(6)#1发电机励磁机出口只有2组CT,1组用于测量,1组用于保护A屏。由于发电机保护增加1个保护B屏,CT不够用,因此需在#1发电机励磁机出口增加2组CT,1组用于保护B屏,1组用于故障录波器,型号为LMZJ1-0.5。

(7)增加启动失灵回路至#1主变保护作为开入。当#1发电机保护动作出口,同时启动GCB保护动作,且启动失灵开入为1时,将启动#1主变的失灵保护。#1主变保护根据测得的#1发电机模拟量判断是否存在故障,动作于跳闸本侧开关。启动失灵回路如图1所示。

(8)实现大电流闭锁保护的优化。CSC-306提供了通过跳闸矩阵进行整定的功能,更加灵活方便,减少了中间环节,提高了跳闸回路的可靠性,同时为更好地实现大电流闭锁保护创造了有利条件。具体说明如下:

CSG300A通过硬接点和逻辑接点来实现大电流闭锁,仅在差动保护、匝间保护和负序低压过流保护动作时起作用。在上述保护动作后,会同时驱动主变高压侧和机端侧的断路器跳闸回路,若此时大电流闭锁已经动作,则闭锁跳机端断路器的回路,待主变高压侧开关跳开后,再跳机端断路器;若大电流闭锁保护未动作,则同时跳主变高压侧和机端侧断路器。

CSC-306保护可用于发电机出口断路器(断路器的遮断容量不够)的电流闭锁保护。当故障电流超过断路器遮断容量时,先跳上一级断路器;当故障电流小于断路器遮断容量时,可以直接跳该断路器。该保护一般选取发电机机端侧电流的最大值进行判别。CSC-306保护装置的大电流保护闭锁逻辑通过软件进行内部处理,当大电流闭锁保护动作后,通过清除软件内部的机端断路器跳闸矩阵的方式来闭锁机端断路器的出口,同时驱动大电流保护的跳闸矩阵来跳开主变高压侧断路器。大电流保护动作闭锁机端断路器的跳闸后,待机端电流降到大电流闭锁定值以下时,会再次开放机端断路器的跳闸。

2种大电流闭锁逻辑对比:1) CSG300A软件判别出大电流闭锁动作后,需要将硬接点信号再次输出到机端断路器跳闸回路中才能实现闭锁,而CSC-306通过软件内部判别大电流动作后直接闭锁机端断路器的跳闸输出。CSC-306的大电流闭锁逻辑可以消除因外部继电器动作时间而引起的延时,可以在第一时间内闭锁跳机端断路器的出口,大电流闭锁更加快速、可靠,同时,简化了外回路,减少了外回路出现问题的几率。2) CSG300A在发电机差动保护、匝间保护和负序低压过流保护动作后,首先要跳开主变高压侧断路器,然后再跳开机端断路器,即无论故障电流是否大于机端断路器的遮断容量,都会跳开主变高压侧断路器。而CSC-306在发生上述保护动作时,首先判断故障电流是否大于机端断路器的遮断容量,若故障电流小于大电流闭锁定值则仅跳开机端断路器,可缩小事故影响范围。3) CSC-306的大电流闭锁功能不只在发电机差动保护、匝间保护和负序低压过流动作时起作用,其在所有跳机端断路器的保护动作时均起作用,可以防止极端情况下,其他保护动作跳机端断路器时因故障电流较大而无法跳开机端断路器的问题。

4 结语

#1发电机保护改造调试后,对保护进行带开关传动试验,保护动作并能正常跳开开关。对#1发电机保护进行双重化改造后,其运行至今没有出现过任何故障。双重化改造保证了保护动作的正确性,提高了设备运行的稳定性和可靠性。

参考文献

发电机定子接地保护动作探讨 篇7

1 基本原理及作用

蒙古第三热电厂50MW机组发变组保护采用国电南京自动化股份有限公司的DT801系列保护, 电量保护型号为DGT801UB, 非电量保护型号为DGT801E。此保护采用独创的双电源双CPU并行处理技术, 结构先进, 性能优良, 调试和维护人性化, 运行安全可靠。

本机组发电机定子接地保护采用基波零序电压式定子接地保护, 保护范围为由机端至机内90%左右的定子绕组单相接地故障, 作为小机组的定子接地保护。也可与三次谐波定子接地保护合用, 组成大、中型发电机的100%定子接地保护。

保护接入3U0电压取自发电机机端TV开口三角绕组两端, 为确保TV一次断线时保护不误动, 需引入TV断线闭锁。

本定子接地保护设置有性能良好的三次谐波过滤器, 因此, 3U0动作值应按躲过正常运行时TV开口三角绕组可能出现的最大基波零序电压来整定, 动作值为8V, 延时为2.5S。

2 系统简介

蒙古第三热电厂50MW机组9号发电机组额定功率为50MW。发电机出口电压为10.5k V, 以发电机-变压器组单元接线方式接入厂内110k V变电站。本机组启动/备用电源从老厂6 k V母线上引接, 并经电缆直接接入6k V工作段备用电源进线柜。高压厂用变压器由主变低压侧引接, 接入6k V工作段工作电源进线柜, 供6k V厂用电源, 见图1。

3 保护动作情况探讨

2014年07月01日23:03, 由于突发的暴雨, 引起发电机定子接地保护动作, 发变组保护动作于全停, 跳开发变组高压侧开关、灭磁开关、6k V工作电源进线开关, 启动厂用电源切换, 关闭主汽门。保护动作故障录波图见图2。

从上图中可以看出, 在故障发生时, 因为发电机中性点为经避雷器接地, 发电机3U0瞬时增大为相电压值, A、B两相电压增大为线电压值, 故障相C相维持相电压值, 三相电流维持原值不变。

发变组保护动作记录见图3。

从发变组保护动作记录可以看出, 发电机3U0值为相电压103.7V (瞬时值) , 与故障录波信息一致。

故障发生后检查发电机绝缘正常, 主封闭母线C相绝缘为0.2MΩ。因此, 决定重点检查检查主封闭母线, 发现封闭母线封堵用的环氧树脂板有明显碳化痕迹, 可以确定为故障发生点, 见图4。

由此, 我们可以得出以下结论:

3.1发电机定子接地是由于主封闭母线C相接地引起, 保护动作正确, 预防了事故进一步扩大。

3.2环氧树脂板虽然具有良好的绝缘性能, 但是容易凝露受潮, 受潮后绝缘性能迅速变差, 因此, 不能作为密闭高压设备的绝缘材料和封堵材料, 禁止作为室外高压设备的绝缘材料和封堵材料。

3.3发电机定子接地保护反映灵敏, 能有效反映出发电机及封母上的接地故障, 是预防发电机定子接地的主保护。

4 事故处理情况探讨

发电机定子接地保护动作后, 根据要求对发电机、主变、高厂变、主封母等设备进行了全面检查, 确认故障点发生在主封母后, 要求对主封母进行重点全面检查, 处理完成后重新进行一次交接试验等级下的交流耐压试验, 试验合格后, 才能进行再次开机并网。

对安装不规范的主封母至主变联络处 (见图5) , 必须进行全面整改, 尽快拿出符合规范要求的整改方案, 在下一次停机期间进行整改。

结语

此次发电机定子接地保护动作虽然是由于恶劣极端天气 (暴雨) 引起的, 但是偶然中具有必然性, 根本原因还是由于主封母质量缺陷和不规范安装造成的。所以, 机组的安全稳定运行需要多处把关, 从设计、设备制造、安装、调试、监理、质检、运行等多处把关, 才能预防事故的发生。

摘要：本文通过介绍一起发电机定子接地保护动作的现象及分析、处理情况, 分析定子接地保护动作的原因, 探讨预防定子接地保护动作的方法和措施。环氧树脂板虽然具有良好的绝缘性能, 但是容易凝露受潮, 受潮后绝缘性能迅速变差, 因此, 不能作为密闭高压设备的绝缘材料和封堵材料, 禁止作为室外高压设备的绝缘材料和封堵材料。

关键词：发变组保护,发电机定子接地保护,保护动作,探讨

参考文献

[1]GBT 50062-2008, 电力装置的继电保护和自动装置设计规范[S].

发电机失磁保护判据的应用 篇8

失磁保护的典型判据包括转子判据、系统判据、定子判据。新型判据包括:逆无功判据、神经网络等。每一种失磁保护的动作判据都能在一定程度上对发电机的失磁故障起到保护作用, 但普遍存在容易误动的问题。因此, 比较理想的办法就是将这些判据根据一定的逻辑关系组合起来, 实现优势互补, 这样就形成了失磁保护配置方案。

1 大型机组失磁保护判据存在的问题

1.1 转子低电压判据

目前的微机保护, 多采用变励磁电压判据Ufd (P) , 如公式:Ufd

1.2 系统低电压判据

发电机失磁后, 可能引起主变高压侧 (系统) 电压降低, 引起局部电网电压崩溃, 因此, 在失磁保护配置方案中, 应有“三相同时低电压”判据, 为防止该判据误动, 该判据应与其它辅助判据组成“与”门出口。此判据主要判断失磁的发电机对系统电压 (母线电压) 的影响。

随着系统容量的不断增大及网架结构的增强, 系统无功储备也增加了很多, 且快速反应的微机自动励磁调节器也在系统中大量使用, 大型汽轮发电机失磁后, 系统电压变化较小。对采用系统电压闭锁失磁保护原理的保护来说, 失磁保护拒动的可能性越来越大。

根据大型汽轮发电机变压器整定导则, 失磁保护中系统电压定值整定在 (0.85～0.9) Umin (Umin为高压母线正常运行最低允许电压) 。因此系统母线电压只有下降10%～15%, 失磁保护才能动作。试验证明300MW汽轮发电机在正常运行方式下失磁, 系统电压最大下降3.04%, 必然会引起保护拒动。机组失磁后, 系统电压下降的幅度不但与机组负荷情况有关, 而且与系统运行方式有关, 是一个不确定数值。由此可以说明系统电压不宜作为失磁保护的动作判据。

1.3 阻抗判据

阻抗元件作为失磁保护的定子判据是同步发电机中常用的方式, 即利用定子回路的参数变化来鉴别发电机的失磁故障。当发电机正常运行时, 机端测量阻抗为负载阻抗, 当发电机失磁后, 随着无功功率输出方向的改变, 机端测量阻抗的轨迹由第一象限逐步进入第四象限。进入静稳边界, 此时发电机的机械功率与电磁功率失去平衡, 一旦进入静稳边界后, 发电机将不可避免地进入异步运行状态。因此, 构成失磁保护的阻抗圆有2种, 一是静稳边界圆Z1;另一个是异步圆Z2, 如图1所示。当发电机机端测量阻抗落入阻抗圆内时, 保护动作。发电机发生低励、失磁故障后, 机端测量阻抗Zm总是沿着等有功阻抗圆1先通过静稳边界B点, 进入静稳边界圆Z1, 然后进入异步阻抗圆Z2。因此, 静稳边界圆比异步圆灵敏。

由于发电机均具有进相运行的能力, 若机组进相运行的深度较深, 机端测量阻抗可能会落入静稳边界圆Z1内, 引起失磁保护误动作。

2 发电机失磁保护判据的应用

2.1 逆无功判据

发电机失磁及励磁降低至不允许程度的主要标志是逆无功和定子过电流同时出现。并网运行的发电机失磁之后由产生无功变为吸收无功, 无功功率由正值变为负值, 即出现了逆功率, 此时若发电机维持的有功较大则定子过电流, 该原理失磁保护直接反映发电机失磁后机组从系统吸收无功的程度和定子过电流的情况。该判据的物理概念清晰, 容易整定且不受系统运行方式影响。有一些300MW及以上的大型汽轮发电机采用无刷励磁方式, 运行效果比较好。但无刷励磁发电机转子电压不直接引出, 因此转子低电压判据不适合于无刷励磁发电机的失磁保护, 而逆无功原理构成的失磁保护特别适合这种发电机。

2.2 神经网络判据

基于保护原理的人工神经网络失磁保护配置方案中输入量为:发电机高压侧电压、发电机机端电压、发电机机端测量阻抗、发电机输出的有功功率、发电机输出的无功功率、发电机励磁电压和发电机励磁电流;输出量为:低励失磁故障、非低励失磁故障 (区外故障) 。配置方案中的决策系统采用ANN。网络的输入层使用成熟的保护原理, 并且通过网络的合理连接完成网络的第一层, 该层网络直接反应了保护原理。该方案将现有失磁保护的保护判据和人工神经网络智能化特点相结合, 充分发挥各自优势, 为实现高性能的继电保护装置提供了可能。

3 发电机组失磁保护在整定过程中应注意的问题

3.1 失磁保护中低电压判据的整定问题

低电压判据采用机端电压还是主变高压侧电压, 主要是看发电机与电网的连接方式及发电机容量在电网中的比例、厂用电安全和电网稳定的要求。整定时可以把主变高压侧低电压定值按不破坏电网稳定整定, 机端低电压定值按躲过强行励磁启动电压和不破坏厂用电安全来整定, 这样的整定方式可以有效的减少失磁故障对发电机或电网的影响。

当前对低电压判据的使用, 普遍的做法是考虑投入2段失磁保护, 第1段用机端电压闭锁判据, 失磁保护较短延时动作用于出口, 第2段不经低电压闭锁, 失磁保护经稍长延时动作用于出口。如为了防止失磁时母线低电压判据不能动作, 第1段改用机端电压闭锁判据, 这种方法有利于失磁保护一段动作, 但是为确保各种失磁故障保护均能够动作, 第2段不经低电压闭锁的失磁保护则必须投入。

发电机机端三相电压同时低电压判据, 即Ug≤Ug·set, Ug·set可取 (0.75～0.90) Ug N, 采用机端三相低电压判据有时为了保证厂用电, 有时仅为了与Ufd (P) (或静稳阻抗判据) 组成“与”门出口, 以防止由于Ufd (P) (或静稳阻抗) 单独出口时可能发生的误动作。因此Ug·set选择有较广泛的灵活性。

3.2 低励限制与失磁保护配合的整定问题

対失磁保护而言, 低励限制必须满足发电机进相运行时机端测量阻抗不进入到失磁保护所整定的阻抗圆内。将静稳极限阻抗边界图、异步边界阻抗图、转化为R-X平面的低励限制边界图都放在同一个阻抗平面上, 它们的范围由大到小依次为:低励限制边界-静稳极限阻抗边界-异步边界阻抗。可见其整定比较合理, 失磁保护在发电机进相运行时不会误动。

实际运行中发电厂在做进相试验之前。最好将进相试验方案中的有功功率与无功功率曲线的关系转化到阻抗平面上与失磁保护的阻抗圆进行比较, 确保试验能够可靠进行。另外, 合理的低励限制曲线与阻抗判据整定的配合, 也是防止失磁保护误动的一个重要方法。

4 工程应用中的发电机失磁保护方案

发电机变压器保护改造问题探讨 篇9

秦山二期在国内600MW以上机组首次使用许继生产的国产数字化WFB-100发变组继电保护装置,通过将近10年的运行实践,在经历多次区外故障后,该保护未有误动和拒动记录,保证了核电厂的安全稳定运行。但随着时间的推移,装置不可避免发生电子元器件的老化,特别是内部电解电容老化导致稳压电源性能不稳定,造成其模拟量采样偏差较大。根据DL/T478—2001《继电保护和安全自动装置通用技术要求》中的11.2条要求“一般情况下,继电保护产品使用期限不超过10年”,《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》(试行)[国家电网生技[2005]400号文]中继电保护专业重点实施要求(以下简称《重点要求》)7.1.3条“微机保护装置的开关模件宜在运行4～5年予以更换”等要求,在2011年机组大修时,将发电机变压器组保护更换成WFB-800A。本文就此讨论发电机、变压器保护改造实施过程和相关保护应用存在的问题,并提出相应解决方案。

1 对保护室接地网的理解

《重点要求》6.1.2条明确规定在主控室、保护室柜屏下层的电缆室内,按柜屏布置的方向敷设100mm2的专用铜排(缆),并将该专用铜排(缆)首末端连接,形成保护室内的等电位接地网;保护室内的等电位接地网必须用4根以上、截面不小于50mm2的铜排(缆)与厂、站的主接地网在电缆竖井处可靠连接。但在实际改造实施过程中发现原保护室内的4根接地电缆分别在4个角落连接至4个不同的竖井,即原安装单位没有理解“等电位”,4根接地电缆仅需可靠连接。

2 电压互感器开口三角绕组引入线的取用

《重点要求》6.2.2条规定电压互感器开口三角绕组的2根引入线均应使用各自独立的电缆。这次改造中就出现了电缆感应电压导致定子接地保护误动的情况。如图1所示,GSY057/1和GSY057/22根电缆芯线为发电机保护B柜内保护机箱提供发电机定子接地保护所需的基波零序电压。主变送电后,因GSY400TU和发电机中性点送至机组故障录波器的2组电压共用同一根电缆,而在GSY057/1号芯线上产生了感应电压,且此感应电压超过了基波零序电压保护低定值(5V),故引起了发电机保护B柜内定子接地保护动作并发出报警信号。临时采取在发电机并网操作前改变设备状态,将图1中的QF65空开合上,从而让GSY057/1号芯线的感应电接地,消除了报警。最终措施是在GSY002CR端子箱内敷设1根长电缆送至机组录波器柜内,此电缆专供机组录波器采集发电机中性点电压用。

3 发电机短路试验的必要性

DL/T995—2006《继电保护和电网安全自动装置校验规程》8.25要求,对于发电机的差动保护,应在发电机投入前进行的短路试验过程中,测量差动回路的差电流,以判别电流回路极性的正确性。也就是说,发电机的差动保护应通过发电机的短路试验来验证其回路是否有开路、极性是否正确。对于新建投运的机组,短路试验是必需的;但对未涉发电机TA更换且不涉及TA二次端子箱及电缆的保护改造,则可根据实际情况来考虑是否进行短路试验。以本次改造为例,秦山二期的发电机仅通过发电机出口断路器直接与主变连接,未增设隔离刀,同时发电机短路试验一般在并网前进行,此时主变已送电,短路排已拆装,从安全方面考虑,由于只有出口断路器一个断点,因此试验时必须停运主变。考虑到发电机TA端子箱未涉及改动,通过2组不同人员互校性的通流试验就可杜绝TA开路的可能性,而极性的不确定性也可通过发电机带负荷试验来验证,即TA开路及差流可通过发电机低功率带负荷试验进行验证。

4 误上电保护改进与分析

原WFB-100误上电保护逻辑由过流元件与低频元件组成,即在发电机停机状态,只要过流元件动作,保护就可以出口。其逻辑简单,对机组外部条件要求较少,但在发电机建压(大于45Hz)后,该保护就会失去作用,而此时发电机出口断路器气压和电源均正常,机组条件满足断路器误合闸条件,若发生非同期合闸将导致机组没有保护。因此,对保护提出了如下新的设计要求:

(1)在机组停机到成功并网前,如果断路器误合闸,那么误上电保护应该可靠跳闸。

(2)在机组停机到成功并网前,如果断路器不合闸,那么误上电保护应该可靠不动作。

(3)发电机正常并网过程中,误上电保护应该可靠不动作。

(4)发电机成功并网后,误上电保护应该可靠退出运行。

改造后采用的WFB-800A保护逻辑如图2所示。在原有过流单元的基础上增加了阻抗单元,以避免在机组励磁开关合闸后到机组成功并网之间的这段时间里保护机组误上电;同时增加了灭磁开关LK和发电机出口断路器DK的辅助接点判据,用以判断保护各单元的自动投退。在发电机并网前,励磁开关尚未合闸时,一旦断路器误合闸,WFB-800A误上电保护的过流元件及低阻抗元件就将作为双重化保护而动作;当励磁开关合闸后,过流元件退出,若此时断路器误合闸,则导致同步发电机非同期合闸,从而对机组造成冲击,此时低阻抗元件就会动作。

需要注意的是,误上电保护多用于机组检修,而机组在检修期间的状态是复杂多变的,如果在检修期间灭磁开关拉至“检修”或“隔离”位置,常闭接点就会打开,那么就会导致误上电保护失效。于是将灭磁开关的“闭”接点改成“开”接点,然后在软件中取“非”,这样即使灭磁开关拉出至检修状态也不会影响误上电保护的正常运行。

5 结束语

改造后的秦山二厂的发电机变压器组保护运行良好,解决了改造前设备老化、模拟量偏差问题,使改造后的机组保护具有运行安全可靠、调试维护方便的优点。通过这次技术改造,说明了只有从实际出发,因地制宜解决存在的问题,设计合理的保护逻辑才能保证继电保护的可靠运行。

摘要：根据运行经验和继电保护实施细则,对秦山二期的发变组组保护进了改造,对保护室的接地网、开口三角绕组电缆的取用,发电机短路试验验证差动的必要性及误上电保护改进提出建议。

关键词：发电机,变压器,保护,接地,短路试验,误上电

参考文献

[1]GB/T 14285-2006继电保护和安全自动装置技术规程[S]

[2]查卫华,王建成,李德佳.WFB-100微机保护在秦山第二核电厂的应用[J].继电器,2003,31(6):73-77

水力发电厂继电保护的运行分析 篇10

【关键词】水力发电厂；继电保护；运行

1.前言

继电保护的基本任务是当电力系统发生故障或异常状况时，以最快的速度，以最准确的动作方式，避免事故的扩大和发展。水力发电厂否安全运行，继电保护装置性能好坏是一项重要指标。电力系统在运行中，可能发生各种故障和不正常运行状态，最常见的故障是发生各种形式的短路，如相间短路、接地短路等。继电保护装置能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号。继电保护以其具有的灵敏性、可靠性、快速性、选择性在水力发电安全生产中起着重要的作用：当电力系统中的电气设备发生短路故障时，能自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏，保证其它无故障部分迅速恢复正常运行；当电力系统中的电气设备出现不正常运行状态时，并根据运行维护的条件动作于发出信号、跳闸。此时一般不要求保护迅速动作，而是根据当时电力系统和元件的危害程度规定一定的延时，以免误动作。所以说，继电保护是保证电网安全、可靠运行的基础，是组成电力系统的不可缺少的重要部分。下面我们就简单分析一下继电保护的现状。

2.水力发电的继电保护的发展状况

在实际生活中，继电保护装置解决了很多实际的问题。例如发电机保护、变压器保护、微机继电保护、纵联差动保护、过电流保护、微机线路保护、水力发电机失磁保护、正序故障分量方向、高频保护等方面出现的问题。随着信息时代的到来，继电保护技术也进入了微机控制时代。同时，随着计算机网络的快速发展与普及，已经向着计算机化、网络化方向发展，保护、测量、控制、数据、通信一体化和人工智能化对继电保护提出了更高的要求。

3.故障分析、检测

3.1故障分析

当发生保护装置的误动作时，就会发生继电器掉牌的事故。这主要是由于变压器处于运行状态时，触发了“主变压器差动元件故障”的信号，这一信号直接导致了事故的发生；当主变压器的内部构件发生故障时，被引进装置的电流及流出装置的流出出现差值的时，差电流的保护动作也就出现了，发出保护动作信号，继而发电机跳闸。以上就是常见的两种故障及发生原因。

3.2故障检测

（1）检测电流互感器的二次回路绝缘、接线方法及二次回路接线的极性。第一步，检测二次回路绝缘，如果经过检测之后没有发现异常情况出现，进行第二步，检测主变压器，如果主变压器每侧都在“合”位，则被引入的电流和流出装置的电流之间位差也正常。（2）检测差动回路接地点。在检测差动回路接地点的时候，发现在Y型接线的每个电流互感器两侧，主变压器只是一点接地，而存在多点接地情况的是差动回路。（3）保护定值检查。A、B、C三相差流值的范围是在0.39-0.88A的时，保护装置就会发出“差动原件故障”的信号；而假如A、B、C三相差流值到达1.5的时候，就会保护出口；而如果定值和动作值相等的话，保护装置所发出的“差动原件故障”的信号就会认为是误动信号。（4）检测差流。例如，当整个设备处于正常运转的状态时，1.05、0.98分别是差动装置两侧的电流，而这两侧线路的差值大概是在0.05A-0.06A这个电流幅度上，然而经检测发现差动装置整定插头的位置5.0（2LH）与3.5（1LH）不满足N1/N2=I1/I2的关系。这就说明出现了故障。（5）检测谐波制动系数。假如设施二次谐波制动系数为12.13%，检测前查看前两年检测记录，其制动系数分别为18.5%及17.6%，则表明谐波制动回路里面有些构件的特性已经出现了偏差。（6）10KVI段母线检测。如果10KVI段母线数属于绝缘电阻，而且通过42KV交流耐压的测试以后并无不正常的现象出现，则证明设备正常。

4.解决措施

以上对故障进行了简单的分析，针对以上状况提出三条具体的实施措施。其内容如下：一是：在实际运行的时应当十分注意的问题是电流互感器是否相匹配，如果发现电流互感器不匹配要及时更换，进行相应的处理；二是：为了防止差动回路有几点接地现象而导致出现分流状况，或在差动保护电流互感器的接地附近展开电焊作业的时出现装置的拒动、误动这两种故障的发生。此时需要将电流互感器的二次回路变更为控制式一点接地的方式；三是：根据设备在正常运转的时的差流关系为N1/N2=I1/I2，调整1LH插头位置到5.0，再次测试保护装置。以上这三种常见的解决措施基本上能解决遇到的故障。当然我们仍需要具体情况具体分析，制定最合适的解决措施。

5.水力发电对继电保护的基本要求

以水力发电厂的继电保护为例，对继电保护性能包括的四个方面进行具体分析。

5.1灵敏性。发生故障的装置的反应能力，常常用灵敏系数来表示，他是在保护装置的测量元件确定了动作值以后，以一种安整定值进行动作的方式运行，并满足有关规定的标准。

5.2可靠性。在保护装置既定的保护范围之内发生它应该反映的故障时，保护装置应可靠地动作。而在不属于该保护动作的其他任何情况下，则不应该动作。

5.3在装置发生故障时，继电保护能够迅速找到故障点，处理故障点的时间尽量减少。这样不但可以减轻设备的损坏程度，还能提高电力系统运行的稳定性。

5.4选择性。在装置发生故障时，继电保护系统只会把发生故障的原件切除，缩小停电的范围，是剩余的部分供电正常，能够进行正常的工作和运行。

6.继电保护发展趋势分析

随着信息时代的到来，计算机的软、硬件也随着社会的发展，不断被开发利用，所以要完善继电保护系统，提高微机保护能力不容忽视。除此之外，我们还要增加其他的功能需求，例如：具有大容量的故障信息和数据的长期存放空间、快速的数据处理功能、强大的通信能力、与其他保护、控制装置和调度联网以共享全系统数据、信息和网络资源的能力、高级语言编程等，这是继电保护发展的大方向，随着时代的脚步一切事物都在不断的更新着。只有创新和改变才能真正使事物本身具有鲜活的生命力。

7.结束语

以上我们分别从几个方面对水力发电厂继电保护的运行进行了具体的分析。显而易见，继电保护是水力发电厂的守护神，所以，做好继电保护就等于为水电厂的安全生产护航。总之，继电保护是电网安全、电厂可靠运行的基础，是组成电力系统不可或缺的重要部分。

参考文献

[1]许允锋，祖艳.水力发电厂继电保护的运行与分析[J].黑龙江科技信息，2013，（1）：102-103.

[2]孙红军.水力发电厂继电保护的运行及分析[J].中国高新技术企业，2012，（16）：52-53.

发电机保护 篇11

中小型水电站的发电机一般采用并联接线方式[1]。定子接地故障是发电机的一种主要故障类型,如不及时检测和处理,易引起故障点局部过热,烧毁定子线棒及铁心,影响发电机正常运行[2,3]。并联运行的多台发电机需要有选择性地检测故障点位置,判断故障发电机,便于有选择性地停机处理。现有的发电机定子接地保护方法一般采用零序基波电压[4,5,6]、3次谐波电压[7,8,9,10]、注入信号测量法实现[11]。这些方法均不具备选择性,不能判断故障发电机,需“试探性”地从电网中解裂发电机,查找故障点。行波保护是现行的一种具有选择性的定子接地保护方法[12],但是由于发电机所对应的行波首半波持续时间相应很短,使该保护的测量和判定有较大困难;而且在工频相电压瞬时值过零点附近发生定子单相接地时,该保护根本不能反应,行波保护难以推广应用[13]。因此急需研制并安装高灵敏度选择性定子接地保护,提高水电站的运行可靠性和经济指标。

现研究一种有选择性的定子接地保护原理,比较各发电机对地泄漏电流(即3倍中性点侧零序电流与机端出线侧零序电流之差),来判断单相接地点是否在本发电机定子绕组内部。

1 发电机定子对地泄漏电流分析

图1为机端共母线的3台发电机组供电系统。假定各发电机型号相同,图中i01S、i02S、i03S分别表示流过各发电机机端侧的零序电流,i01N、i02N、i03N分别表示流过各发电机中性点侧的零序电流。发电机定子绕组对地有分布电容,当发电机系统发生接地故障时,有故障分量电压(基波零序和3次谐波电压故障分量)产生,便产生对地泄漏电流。故障机组G1的泄漏电流是其所在电压网络(即与发电机有直接电联系的各非故障元件)对地电容电流之总和,方向是由发电机流向母线。当发生外部接地故障时(发电机G1发生定子接地故障,相当于发电机G2、G3是发生外部接地故障),非故障发电机G2、G3的泄漏电流方向相同,由母线流向发电机,大小为发电机本身对地电容电流。

因此,可以通过比较发电机定子单相接地故障时各发电机泄漏电流的大小或方向进行接地保护。

由于零序电压及泄漏电流均随发电机内部接地点的位置而改变,当发电机定子在靠近中性点附近发生单相接地时,零序基波电压与零序基波泄漏电流数值很小(趋于0),基于基波泄漏电流的保护不起作用。但故障点接近于中性点时,3次谐波电压及3次谐波泄漏电流的故障分量大,基于3次谐波泄漏电流保护的灵敏度高。因此,采用基波分量和3次谐波故障分量分别进行保护判断,可以实现100%定子接地保护。

2 泄漏电流定子接地保护

如上所述,利用泄漏电流基波分量可以反应发电机绕组中机端侧的单相接地故障,且当故障点越接近于发电机出线端时,保护的灵敏性越高;而利用泄漏电流3次谐波故障分量可以反应中性点附近的单相接地故障,且当故障点越接近于中性点时,保护的灵敏性越高。利用泄漏电流的基波分量和3次谐波故障分量的组合,构成选择性100%定子绕组接地保护。

2.1 泄漏电流保护启动

将基波与3次谐波电压分开处理,由发电机机端和中性点零序电压计算相应的基波故障分量(ΔU0)和3次谐波电压故障分量(ΔU3S、ΔU3N),用相量有效值描述启动判据为

其中,Uset为门槛电压;β为可靠性系数。发电机中性点及机端3次谐波电压故障分量分别为ΔU3N、ΔU3S。

2.2 泄漏电流保护判据

将基波与3次谐波电流分开处理。由发电机零序电压以及机端和中性点零序电流计算相应的基波分量和3次谐波故障分量。以基波分量为例提出保护判据。

a.泄漏电流大小保护。分析第k台发电机的接地保护,整定值应躲过外部单相接地时,发电机本身的电容电流I0kg,以及由于零序电流互感器一次侧三相导线排列不对称,而在二次侧引起的不平衡电流I0ub。取动作判据为

式中k为可靠系数;I0XL为泄漏电流基波分量。

b.泄漏电流方向保护。理想条件下,故障发电机的泄漏电流滞后零序电压90°,非故障发电机超前零序电压90°。以零序电压作为参考矢量,比较发电机的泄漏电流与零序电压(U0)的相位进行保护。考虑发电机定子绕组泄漏电阻的影响,取动作判据为

c.泄漏能量保护。当发电机定子接地时,零序电流由故障发电机流向非故障发电机,经定子绕组对地电容及中性点对地阻抗流回大地。考虑定子绕组对地泄漏电阻及中性点对地阻抗,将产生能量损耗。定义泄漏能量为泄漏电流与零序电压的积分,泄漏能量由故障发电机传向非故障发电机。泄漏能量函数为

故障发电机的泄漏能量函数呈单调上升,绝对值等于故障发电机故障电阻和对地泄漏电阻消耗的能量总和;而非故障发电机的泄漏能量函数仅为对地泄漏电阻消耗的能量,其值相应很小。因此,故障发电机的泄漏能量值远大于非故障发电机,通过比较发电机泄漏能量的大小可进行定子接地保护[14]。

d.泄漏电流方向比较保护。通过采用两两发电机泄漏电流相应的瞬时值相乘再积分的方法来进行保护[15]。非故障发电机泄漏电流方向相同,电流同为正或同为负,i0XLi(t)·Δi0XL j(t)≥0(i≠j)。故障发电机k与非故障发电机泄漏电流之间夹角在180°左右,Δi0XL j(t)·Δi0XLk(t)≤0(j=1,2,…,j≠k)。定义泄漏电流乘积的积分函数S0 jk(t)为泄漏电流方向比较函数。考虑一定的灵敏度范围,取动作判据为

式中 Sdz为保护动作出口的门槛整定值,它是为提高保护动作可靠性而设置的;t0为故障开始时刻。

2.3 泄漏电流保护可行性分析

上述保护方法都适用于基波分量保护和3次谐波分量保护。

所提保护判据适用范围不同。当仅为2台发电机并列运行或故障发电机对地电容较其他发电机小很多时,保护判据a、d失效;但保护判据b、c具有方向性,能可靠动作。当发电机台数在2台以上且各台发电机对地电容相差不多时,保护判据均可动作。因此采用泄漏电流及能量组成的综合发电机定子接地保护,可以完成低阻、高阻等各种接地故障的准确检测。

判据c、d采用瞬时采样值进行计算,由此构成的保护有可能超高速动作出口切除故障。通过求积分,提高了保护的可靠性,减少了分布电容、干扰等因素的影响。

发电机正常运行时,系统中包含3次谐波电压及电流,利用3次谐波故障分量进行接地保护,可以排除正常3次谐波电流的影响,充分反映系统的故障特性,从而保证保护的可靠性和准确性。由于单相接地故障前后电流变化不大,电流互感器一直工作在磁饱和曲线的线性区,所以该保护方法不受电流互感器饱和影响。为提高保护精度,可采用14位或16位AD采样。

3 仿真波形及结果分析

仿真实验中,以3台发电机并列运行为例,如图1所示。各项参数取值如下:发电机额定电压13.8 k V,各发电机每相对地电容分别为0.577μF、0.560μF、0.560μF,发电机外部系统每相总电容0.15μF。以发电机中性点不接地为例,根据故障点位置、过渡电阻Rf等不同情况,分别进行仿真测试。对于基波分量:零序电压有效值为U0,能量函数为E0,发电机1、2的泄漏电流分别为ΔI0XL1、ΔI0XL2。对于3次谐波故障分量:能量函数为E3,发电机1、2的泄漏电流分别为ΔI3XL1、ΔI3XL2,发电机中性点及机端3次谐波电压故障分量分别为ΔU3N、ΔU3S。

3.1 基波分量保护仿真

图2及表1为发电机1定子绕组A相发生单相接地故障时泄漏电流基波分量能量函数波形图及仿真结果,其中α表示中性点到故障点的绕组占全部绕组的比例,图3及表2同。

由波形图及仿真结果可知4点。

a.故障发电机的泄漏电流大于非故障发电机的泄漏电流;而非故障发电机对地泄漏电流大小基本相同,对地电容大的非故障发电机泄漏电流较大。因此,泄漏电流大小保护具有较高的准确度。

b.故障发电机与非故障发电机泄漏电流的相位基本相反,因此泄漏电流方向保护及泄漏电流方向比较保护具有较高的准确度。

c.故障后故障发电机的泄漏能量单调上升,且数值较大;非故障发电机的泄漏能量在一个周期内为负,且数值很小。因此采用泄漏能量函数进行定子接地保护具有较高的准确度。

d.当发电机中性点附近发生故障时,泄漏电流基波分量很小,保护不动作。

3.2 3次谐波故障分量保护仿真

发电机1定子绕组A相发生单相接地故障时泄漏电流3次谐波故障分量保护仿真结果如图3及表2所示。

由波形图及仿真结果可知5点。

a.发电机发生定子单相接地故障后,机端和中性点侧的3次谐波电压增量是近似相等的,包括幅值与相位相等。当系统运行方式变化或其他原因引起机端和中性点侧的3次谐波电压变化时,一般表现为机端和中性点侧的3次谐波电压变化量的比值近似不变,且它们变化量的相角差将接近180°(近似于正常运行时的规律)。因此,启动判据具有较高的可靠性。

b.故障发电机的泄漏电流3次谐波故障分量大于非故障发电机;而非故障发电机对地泄漏电流3次谐波故障分量大小基本相同,对地电容大的非故障发电机泄漏电流较大。因此,泄漏电流大小保护具有较高的准确度。

c.故障发电机与非故障发电机泄漏电流3次谐波故障分量的相位基本相反,因此泄漏电流方向保护及泄漏电流方向比较保护具有较高的准确度。

d.故障发电机泄漏能量函数数值较大,非故障发电机泄漏能量函数数值较小。因此采用泄漏能量函数进行定子接地保护具有较高的准确度。

e.正常运行条件下定子绕组3次谐波零电位附近故障时,泄漏电流3次谐波故障分量很小,保护灵敏度低。

4 结论

提出了利用比较各发电机对地泄漏电流(即3倍中性点侧零序电流与机端出线侧零序电流之差)而构成的定子接地保护原理。理论分析和仿真结果都表明,该保护原理不仅能够较好地检测发电机系统定子接地故障,还可较好地区分故障发电机与非故障发电机,具有如下特点:

a.发电机定子单相接地故障产生的零序电流由故障点流向整个系统,通常故障发电机泄漏电流大于非故障发电机,且方向相反,能够用于接地保护;

b.利用泄漏电流的基波分量和3次谐波故障分量的组合,构成选择性100%定子绕组接地保护;