浅谈300MVA发电机继电保护系统的作用

李晓敏

【摘 要】在大型机电中，继电保护是对机电的一种自动保护装置，在机电系统中主要是负责电力系统安全、可靠地运行。现在的大型发电机构建原理复杂，成本高昂，一旦发生了故障，不但维修困难，且所花的金钱成本也是需要考虑的重要问题。就电力系统而言，大型发电机所占比较重大，特别是在容量比较下，若是单机容量在系统容量中的比重过大，大型发电机一旦发生移除，对整个电力系统所造的冲击相对较大。由此，在考虑大型发电机的继电保护配置时，需要尽量保证机组在故障时所造成的破坏能够被压制到最小，即尽可能保证机器整体安全，不被停机，尤其是需要保护配置的非常规型启动，对此本文研究300MVA发电机继电保护系统的作用。

【关键词】电力系统;发电机;继电保护

1.300MVA发电机特点

发电机分直流发电机和交流发电机两大类，后者又可分为同步发电机和异步发电机。现代电厂中最常用的是同步发电机。它由直流电流励磁，既能提供有功功率，也能提供无功功率，可满足各种负载的需要。异步发电机没有独立的励磁绕组，其结构简单，操作方便，但不能向负载提供无功功率。因此，异步发电机运行时必须与其他同步发电机并联，或并接相当数量的电容器。300MW发电机组造价昂贵，结构复杂，一旦发生故障，其检修难度大，时间长，将造成较大的经济损失。因此，在考虑300MW机组继电保护的总体配置时，应最大限度地保证机组安全和缩小故障破坏范围，尽可能避免不必要的突然停机，对某些异常工况采用自动处理装置，特别要避免保护装置的误动和拒动，这样不仅要求有足够的的可靠性、灵敏性、选择性和快速性，还要求继电保护在总体配置上尽量做到完善、合理，避免繁琐、复杂。

2.发电机的故障和不正常运行状态

相对变压器而言，发电机更加复杂，变压器有原边绕组，副边绕组，通过铁芯，磁场来将原边和副边连接起来，进行磁耦合，来实现能量的传递。发电机，有转子绕组，定子绕组，转子铁芯，定子铁芯。在发电机中有静止的部分，也有旋转的部分，通过定子去切割气隙中的磁场，在定子上感应电势，产生电流。将转子上所接收到的机械能，带动转子转动，通过磁场将机械能转化为电能，通过定子绕组输送出去。发电机内部有时间变化量，定子上感应的电流，电压，呈正弦变化，还有空间变化。发电机的故障状态以及不正常状态相对于变压器来说，就复杂得多。发电机.相对非常贵重，使得它的重要程度升高。

2.1发电机故障

（1）定子绕组单相接地

较常见，一般中性点不接地，或高阻接地，没有较大的单相电流，如果电流值大于5A的话，可造成铁芯烧伤或局部融化。一般给转子绕组通入直流电流，让其产生旋转磁场，使定转子之间形成磁路的耦合，使转子获得的机械能通过磁场传输到定子上。一般来说，转子绕组是接在正负电源之间，转子上本身是没有接地点的，只有正负极，也就是没有零电位，发生一点接地时，也就是相当于出现了一个零电位，形成不了回路，对发电机没有直接的危害，但是，如果发生两点接地，就相当于形成了一个短路状态，此时，会有非常大的短路电流，造成了磁场的畸变，使转子局部发热，同时，会在定子感应较大的短路电压，定子铁芯易饱和，机组会出现发热现象，同时，由于磁场的不均匀，使得它收到磁力的作用也不均匀，会引起发电机组的震动，对发电机.有直接的危害。不允许发电机继续运行，必须马上退出运行。

（2）转子励磁回路电流急剧下降或消失

从系统吸收无功功率，造成失步，从而引起系统电压下降，甚至可使系统崩溃。本来通过转子建立磁场，建立连接桥梁，转子励磁电流急剧下降，会使得转.子的一部分机械能无法转换为电能，使得转子的转速升高，外部连接的系统中的电流会建立连接桥梁，从而传递机械能，本来是向系统中发送无功功率，现在变成了向系统中吸收无功功率，无功功率和系统中的电压有直接联系，无功功率充足，系统中的电压能够保持较高的水平，无功功率不足，电压下降，甚至可能使得系统崩溃。

2.2发电机不正常运行状态

（1）定子绕组引起的三相对称过负荷

发电机的抗过负荷能力远小于变压器，变压器作为静止元件，没有旋转部分，当过负荷时，能够通过变压器油有效地冷却。发电机有高速旋转部分，本身发热量较大，其散热也没有像变压器油那样比较好的进行散热，一般不允许过负荷状态，一般过负荷，会发生报警信号。

（2）外部不对称短路或不对称负荷而引起的发电机负序电流

发电机作为旋转元件，当其出现负序电流时，会产生一个反转的磁场，发电机的工作原理是其转子上加上一个励磁电流后产生磁场，随着转子的旋转，这个磁场会跟着转子一起旋转，磁场在定子绕组上感应电势，产生三相交流电。三相交流电同样会合成一个旋转磁场，这个磁场在一般情况下转子磁场保持静止状态，对于负序电流，转子磁场正转，而定子负序电流所产生的这个磁场反转，磁场抵消，磁场很弱，机组振动。

3.发电机各保护作用

300MW机组保护装置可分为短路保护和异常运行保护两类。短路保护是用以反应被保护区域内发生的各种类型的短路故障，为了防止保护拒动或断路器拒动，设主保护和后备保护。异常运行保护是用以反应各种可能给机组造成危害的异常工况，不设后备保护。为了满足电力系统稳定方面的要求，对于300MW发电机变压器组故障要求快速切除。为了确保正确快速切除故障，要求对300MW发电机-变压器组设置双重快速保护。各保护装置动作后所控制的对象，依保护装置的性质、选择性要求和故障处理方式的不同而不同，对于发电机双绕组变压器，通常有以下几种处理方式：

全停：停汽机、停锅炉、断开高压侧断路器、灭磁、断开高压厂用变压器低压侧断路器、使机炉及其辅机停止工作。解列灭磁：断开高压侧断路器、灭磁、断开高压厂用变压器低压侧断路器。解列：断开高压侧断路器。减出力：减少原动机的输出功率。发信号：发出声光信号或光信号。母线解列：对双母线系統，断开母线联络断路器，缩小故障波及范围。

根据继电保护技术规程，为正确反应发变组短路故障和确保快速切除故障，配置了发电机纵、横差动保护，变压器纵差保护和发电机-变压器组纵差保护，对发电机-变压器组构成了双重快速保护。差动保护双重化，降低了拒动的几率;设置闭锁，则降低了误动的几率。因此，双重化加闭锁，提高了可靠性，有利于大机组的安全运行。变压器纵差保护，可以正确反应变压器外部短路故障，为了正确、及时的反应变压器内部短路故障，选择装设瓦斯保护。瓦斯保护分为轻瓦斯保护和重瓦斯保护，分别利用开口杯和挡板式原理，反应变压器内部的故障程度，确定发出信号还是将变压器从系统中切除。在超高压电网中，单相接地短路故障最多，在各种短路接地故障中，有80%-90%是单相接地故障，为了在某些特殊情况下，不致使电网失去保护，所以尽管相邻线路上配置了完善的近后备保护，一般还是要在变压器中性点装设零序电流保护，对相邻线路构成远后备。

结论：

保护系统主要包括大型发电机保护、变压器保护。根据设备的容量、型号等相关资料分析可能出现的故障问题，根据保护的配置原则，确定该设备所需要的保护，计算结果选择最具可靠性、安全性、动作最灵敏的保护继电器。继电保护是机电系统生产运行中一项重要工作。随着电网规模的不断扩大，电网结构日趋复杂，电力保护系统的工作量和复杂程度也越来越大，汽轮发电机继电保护系统对其原理有更深的理解，扩充知识。

参考文献：

[1]高有权.发电机变压器继电保护设计及整定计算[J].中国电力出版社，2011：24-118.

[2]陈生贵.机电系统继电保护[J].重庆大学出版社，2010：189-220.

[3]傅知兰.电力系统电气设备选择[J].中国电力出版社，2004：98-123.

（作者单位：喀什技师学院）