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2020年11月15日,星期日

发电机保护的基本理论

 

汽轮发电机



有许多异常情况可能会导致损坏 发电机。其中某些情况是发电机或其子系统之一发生故障的结果,而其他情况则源于电力系统本身。下表总结了可能发生的故障类型以及相关的保护方法。 


定子接地故障 


定子绕组最常见的故障是单相和地面之间的绝缘破坏。未被发现的故障会迅速损坏发电机铁心。风冷机器也可能引发火灾。定子差动元件检测接地故障的能力是可用接地故障电流的函数。因此,定子通常需要专用的接地故障保护。 


发电机提供电力系统中所有负载使用的能量以及为电感元件供电所需的许多无功功率,从而将系统电压维持在标称值。电力系统几乎没有存储能量的能力。因此,必须立即更换损失的发电,或者必须减轻相当数量的负载。最重要的是,在外部干扰期间,发电机的保护系统必须高度安全。 


发电机是复杂系统的一个组成部分,其中包括原动机,励磁机和各种辅助系统。因此,除了检测短路以外,还需要发电机保护装置IED来检测一系列可能损坏发电机或其中之一的异常情况。’的子系统。发电机可分为两种主要类型:感应式和同步式。感应电机的尺寸通常较小,低至100 kVA,通常由往复式发动机驱动。同步电机的大小范围从几百kVA到1200 MVA。 


同步发电机可由各种原动机驱动,包括往复式发动机,水力涡轮机,燃烧涡轮机和大型蒸汽涡轮机。涡轮机的类型会影响发电机的设计,因此会影响保护要求。发电机尺寸及其’的接地方法也会影响其保护要求。中小型机器通常直接连接到配电网络(直接连接)。在此配置中,可以将多台机器连接到同一总线。大型机器通常通过专用的电源变压器连接到传输网络(已连接的设备)。 


发电机端子处的第二个电源变压器为设备提供辅助电源。发电机接地是为了控制有害的瞬态电压并促进保护功能的运行。直连发电机通常通过低阻抗接地,该低阻抗将接地故障电流限制在200-400安培。单元连接的机器通常通过高阻抗接地,从而将电流限制在20安培以下。


对于直接连接的低阻抗接地机器,使用基于电流的检测方法。对于内部接地故障,该保护功能必须快速而灵敏,同时在外部干扰时也要确保安全。这可以通过使用受限制的接地故障元件或中性方向元件来实现。 G30和G60中实施的受限制的接地故障元件采用对称的部件约束机制,可在CT饱和度很高的外部故障期间提供高度的安全性。


对于单元连接的高阻抗接地机器,通常使用基于电压的方法来提供接地故障检测。结合使用基波和三次谐波电压元件,可以实现100%定子绕组的接地故障覆盖率。 GE继电器采用了三次谐波电压元件,该元件可响应三次谐波的中性值和终值之比。该元件易于设置,并且在正常操作下对三次谐波电平的变化不敏感。


读: 电厂的发电机冷却系统有哪些不同


定子相故障


相故障 在同一槽中具有相同相位的线圈的电机中,绕组端或槽内可能会发生不接地现象。尽管相故障的可能性小于接地故障,但是由该故障产生的电流不受接地阻抗的限制。因此,至关重要的是快速检测这些故障,以限制对机器的损坏。由于发电机的系统XOR比特别高,因此定子微分元件特别容易受到CT饱和的影响,这归因于外部干扰期间电流的直流分量。当怀疑由于电流的交流或直流分量导致CT饱和时,G60定子差分算法以定向检查的形式增加了额外的安全性。 


过载/热


下图显示了根据C50.13-2004的发电机允许的短时负载极限。超出这些限制的负载将迅速损坏机器。具有反特性的过电流元件可用于确保发电机在允许的范围内运行。通用电气’还配备了RTD输入。除了检测过载以外,RTD还可以检测由于冷却系统故障而导致的过热或由于定子铁心叠片之间的绝缘故障而导致的局部过热。





跳闸故障


发电机保护装置必须操作各种故障或干扰。对于每种故障类型,通常都会执行一组操作。这些措施包括使发电机断路器跳闸,使励磁断路器跳闸,辅助设备转移以及使原动机跳闸。例如,发生过磁情况需要发电机和励磁断路器跳闸,启动转移,但不要求原动机跳闸。如果问题得到快速解决,这将使计算机重新同步。内部可编程逻辑使跳闸逻辑易于实现。另外,在某些情况下,发电机动力室距离开关站很远。使用对等消息传递,跳闸和状态信号可以直接从中继器通过光纤发送到与发电机断路器相邻的控制器(例如C30)


资料来源:GE Multilin www.gemultilin.com

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