浅谈发电机继电保护

浅谈发电机继电保护

陈亮

大唐国际托克托发电公司，内蒙古呼和浩特010216

摘要：发电机组是由无刷励磁机和发电主机、蒸汽机组成。发电机的安全运行对电力系统运行和电能质量起着决定性的作用，同时发电机也是贵重的电器设备。因此装设性能完善的继电保护装置是非常必要的。

关键词：发电机；继电保护；方式；原理

发电机与变压器都会在运行的过程出现各种类型的故障，对电力系统的正常运转造成了较为严重的阻碍作用。故障一旦发生，不仅会造成财产损失，也会出现较为严重的安全隐患，使得安全事故存在发生的可能。因此，必须对现有的发电机的继电保护进行优化设计，确保电力系统的运行具备一定的稳定性。

一、发电机的保护常识

1、故障类型及不正常运行状态

1.1故障类型包括定子绕组相间短路，单相匝间短路，单相接地，转子一点两点接地，和励磁回路电流消失和故障；

1.1.1定子绕组的相间短路（即三相或两相短路），会产生很大的短路电流，故障点的电弧会使绕组绝缘烧坏，甚至可能引起火灾；

1.1.2定子绕组同一相的匝间短路，这种故障的机会虽不多，但由于短路点电流很大，使故障处温度升高，而导致绝缘破坏，可能发展成单相接地或相间短路；

1.1.3定子绕组单相接地，通常是指一相绕组碰壳，这时发电机电压系统的电容电流流过定子铁芯，当该电流较大时，可能使铁芯局部熔化，对修理工作造成很大困难，还可能扩大为相间短路。

1.1.4转子绕组的一点接地，当发生一点接地时，由于没有构成接地电流通路，故对发电机没有直接危险，但若再发生另一点接地，就造成两点接地短路。

1.1.5转子绕组的两点接地短路，将使转子部分绕组被短接，破坏了磁路的对称性，可能引起发电机的强烈振动，甚至会把转子绕组烧毁，尤其对凸极式转子的水轮发电机和同步调相机，危险就更大。

1.1.6转子失去激磁电流，由于转子绕组断线或自动灭磁开关误动作等原因造成的失磁故障，使同步发电机变为异步运行，从系统吸取大量无功功率，以至发电机端电压降低及定子电流增大，引起电机过热，威胁安全运行。

2、发电机的不正常运行状态

2.1由于外部短路、非同期重合闸以及系统振荡等引起的过电流；

2.2由于负荷超过发电机的额定值，或负荷不对称而引起的过负荷（包括对称和不对称过负荷两种）；以上两种情况，都将引起发电机定子电流增大和温度升高，从而加速绝缘老化，缩短电机寿命，同时，长期过热也可能引起发电机内部故障。

2.3由于突然甩掉负荷引起的过电压，这种情况主要是发生在水轮发电机和大型汽轮发电机中，因为水轮发电机调速系统惯性大，中间再热式的大型汽轮发电机功频调节器的调节过程比较迟缓，在突然甩负荷时，转速急剧上升，以致引起过电压。

二、发电机的保护方式

1、发电机矢磁保护：矢磁保护作为发电机励磁电流异常下降或完全消失的矢磁故障保护由整定值自动随有功功率变化的励磁低电压UFD（P），系统低电压，静稳阻抗，TV断线等判据构成，分别作用于发信号和解列灭磁。励磁低电压判据和静稳阻抗判据均与静稳边界有关可检测发电机是否矢磁而失去静态稳定。静态阻抗判据在矢磁后静稳边界时动作。

2、发电机过磁保护：过磁保护是反应发电机因发电机频率降低或电压过高引起铁芯工作磁密度过高的保护

3、发电机定子保护（接地，匝间）定子接地保护是电机定子单相接地故障保护由基波零序电压和三次谐波电压组成。匝间保护由纵向零序电压和故障负序方向判据构成，设置PT断线闭锁措施作为发电机内部匝间保护。

4、发电机转子一点，两点接地保护：用于发电机转子回路一点接地轮流检测采样回路正负极对地电压，实时计算转子接地电阻动作于信号。

5、发电机差动保护：发电机主回路主要保护，是电网和发电机本身相间短路引起的过电流保护

6、发电机过负荷保护：分定时限和反时限，反应发电机承受负荷电流的能力和发动机定子的积热程度的保护

7、发电机低频保护：反应发电机系统频率降低对汽轮机影响积累的保护。

8、复合电压记忆过电流：是发电机电压PT和CT过电流的复合判据，采用记忆方式保护发电机过电流。

三、继电保护类别及原理

1、过电流保护

这种类型的继电保护方法主要针对保护对象中存在一定出现几率的最大负荷电流进行规避来实现保护目的。如大电机启动过程中的瞬间电流等，通过对其进行躲避，清除保护对象的运行的阻碍，使其能够正常运作。在应用这个方法时，要对相应级别的电流保护进行确认，进而对应时限进行相应的级差定位[1]。

2、电流速断保护

保护对象以及线路末梢在电力系统运行的过程中可能由于短路的存在而使得原本瞬间超大电流得以出现，这种短路情况也可能出现在变压器的特定位置之中，这种保护方式针对以上述两种情形为参照进行设定，具备无时限的特点。

3、定时限保护方式。当电力系统处于常规运行状态时，当被保护对象产生最大负荷电流时，继电器处于瘫痪状态，如果这段线路的上级区域出现故障，应该确保继电器的运作不受现实情况影响；定时限保护方式主要由电流、时间以及信号等三种不同类别的继电器共同构成；它在执行保护动作的时间内并不会与短路电流之间产生交互影响，因为其发生作用的时间始终处于稳定状态，具备一定程度的不变性。

3、发电机纵差保护的构成

4、发电机定子绕组相间短路是发电机内部最严重的故障，因此，要求装设快速动作的保护装置，当发电机中性点侧每相有引出线时，可装设纵联差动（简称“纵差”）保护作为发电机定子绕组相间短路的主保护。

5、为了实现此种保护，在发电机中性点侧与靠近出口端断路器处应装设同一型号和变化的两组电流互感器1LH和2LH，两组电流互感器之间，即为纵差保护的保护区。电流互感器二次侧按循环电流法接线，设两端电流互感器的同极性端子朝向同一方向，则两个互感器的二次侧异极性相连，并在两连线之间并联接入电流继电器，在继电器线圈中流过的电流是两侧电流互感器二次电流之差，故称它为差动回路，该继电器是反应两侧（同一相）电流互感器二次电流之差而动作的，故称它为差动继电器。

6、由于纵差保护不反应负荷电流与外部短路电流，只反应两侧电流互感器之间故障时的电流，故保护不必与其它保护作时限上的配合，可瞬时动作。

7、从理论上讲，正常及外部短路时，差动回路中的电流为零。事实上，由于1LH和2LH装设处到保护盘（即差动继电器安装处）的距离不同，以及两侧电流互感器的特性不可能完全一致等原因，在正常和外部短路时，差动回路中存在有差电流（即不平衡电流），尤其在外部短路初瞬间其值更大，为了防止在外部短路时所引起的最大不平衡电流，不致使保护误动作，并保证保护装置有足够的灵敏度，应采取必要的措施，来消除或减小不平衡电流的影响。

8、减小不平衡电流提高保护灵敏度的措施

9、为了减小稳态情况下的不平衡电流，保护应采用型号、性能完全相同的D级铁芯电流互感器，当外部短路故障的最大短路电流通过时，电流互感器应能满足10%误差曲线的要求。

10、采用中间速饱和变流器。为了减小暂态过程中最大不平衡电流（非周期分量）的影响，差动继电器应经中间速饱和变流器接入差动回路。速饱和变流器（SHB）的作用是，外部短路初始瞬间出现的最大不平衡电流，含有很大的非周期分量，使铁芯很快单方向饱和，致使该不平衡电流难于传变到继电器回路中去，当非周期分量衰减后（不平衡电流的最大值出现在短路后的几个周波，但衰减很快）。因此，速饱和变流器能成功地躲过不平衡电流中非周期分量的影响，从而可使保护装置动作电流的整定只要计及周期分量，即减小了保护的动作电流，提高了其灵敏度。

四、总结

发电机的继电保护能够对其电力系统的运作情况产生较大的影响，应该对其保护装饰的布局机型严格的确认。使得发电机和变压器的保护措施能够符合现实要求。电机内部较容易出现短路现象，针对这种情况应该对其安置纵差动保护等，确保电力系统能够在正常的状态下继续运行。

参考文献

[1]王攀.电力变压器继电保护设计[J].电气时代，2010（07）：15-116.

[2]李颖.瑞丽江一级铁矿自备的热电厂继电保护系统设计[J].云南水力发电，2010（05）：145-146.

[3]郝文新.35kV变电站微机继电保护设计[J].山西建筑，2010（32）：158-159.

[4]陈凌.福州EMS一体化继电保护整定计算系统功能设计新探[J].中国电力教育，2013（27）：145-148.

[5]郭青山.110kV变电站继电保护改造调试问题研究[J].中国电力教育，2013（30）：224-225.