同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行保護(hù)措施探究

吳濤

摘要：電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展對(duì)繼電保護(hù)不斷提出新的要求，電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)的飛速發(fā)展又為繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展不斷地注入了新的活力。下面介紹同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行期間的一些保護(hù)措施，以供參考。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī)、保護(hù)、措施

一、同步發(fā)電機(jī)的工作原理

同步發(fā)電機(jī)是利用電磁感應(yīng)原理將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的設(shè)備。同步發(fā)電機(jī)有定子和轉(zhuǎn)子兩大部分，而定子部分主要由定子鐵心和繞組組成，分為A、B、C三相，各相繞組均勻分布在定子槽中，轉(zhuǎn)子部分由黑心子鐵心和勵(lì)磁繞組組成，繞組通過(guò)直流電，建立發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)，當(dāng)轉(zhuǎn)子由原動(dòng)機(jī)（如汽輪機(jī)）帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，產(chǎn)生磁場(chǎng)，定子繞組（導(dǎo)線）切割轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的磁力線，就在定子繞組上感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)定子繞組接通用電設(shè)備時(shí)，定子繞組中即產(chǎn)生三相電流，發(fā)出電能。本文由教育大論文下載中心WwW.JiaoYuDa.CoM整理

如果同步發(fā)電機(jī)作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，必須在定子繞組加以三相交流電源，電機(jī)內(nèi)部便產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) ，這時(shí)轉(zhuǎn)子繞組加直流勵(lì)磁，則轉(zhuǎn)子將在定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的帶動(dòng)下，沿定子磁場(chǎng)的方向以相同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，也就是說(shuō)，電樞磁動(dòng)勢(shì)為一同步旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，它與轉(zhuǎn)子同速同方向旋轉(zhuǎn)，定子和轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)之間保持相對(duì)靜止并產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)柜。同步發(fā)電機(jī)在恒定頻率下的轉(zhuǎn)速為同步速度，是同步電機(jī)和感應(yīng)電機(jī)的基本區(qū)別之一。

在我國(guó)電力系統(tǒng)規(guī)定以50HZ作為標(biāo)準(zhǔn)頻率，如發(fā)電機(jī)有1對(duì)磁極時(shí)，其額定轉(zhuǎn)速為3000r/min，以此類推，習(xí)慣上稱此轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速。

二、同步發(fā)電機(jī)的類型

同步發(fā)電機(jī)有很多的類型，大致可分為以下幾種：

1、按原動(dòng)機(jī)的類別可分為汽輪發(fā)電機(jī)、水輪發(fā)電機(jī)，燃?xì)獍l(fā)電機(jī)及柴油發(fā)電機(jī)等。

2、按冷卻介質(zhì)分為空氣冷卻、氫氣冷卻和水冷卻等。

3、按主軸安裝方式分為臥式安裝和立式安裝等。

4、按本體結(jié)構(gòu)分為旋轉(zhuǎn)電樞和旋轉(zhuǎn)磁極式等。

以上主要介紹了同步發(fā)電機(jī)的原理及類型 ，但主要技術(shù)數(shù)據(jù)是同步發(fā)電機(jī)安全可靠運(yùn)行的依據(jù)主要包括十大方面：1、額定容量，2、額定定子電壓，3、額定定子電流，4、額定功率因數(shù)，5、額定轉(zhuǎn)速，6、額定頻率，7、額定勵(lì)磁電壓，8、額定勵(lì)磁電流，9、額定溫度，10、效率。

三、同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)

同步發(fā)電機(jī)是電力系統(tǒng)的主要設(shè)備，它是將旋轉(zhuǎn)形式的機(jī)械功率轉(zhuǎn)換成電功率的設(shè)備，為了完成這一轉(zhuǎn)換，它本身需要一個(gè)直流磁場(chǎng)，產(chǎn)生這個(gè)磁場(chǎng)的直流電流稱為同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，專門(mén)為同步發(fā)電機(jī)提供勵(lì)磁電流的有關(guān)設(shè)備，即勵(lì)磁電壓的建立，調(diào)查和使其電壓消失的有關(guān)設(shè)備稱勵(lì)磁系統(tǒng)。

勵(lì)磁系統(tǒng)是同步發(fā)電機(jī)的重要組成部分，同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的運(yùn)行狀況不僅影響發(fā)電機(jī)本身，而且會(huì)直接影響與其相聯(lián)的電力系統(tǒng)的運(yùn)行性能。它由兩部分組成：

1、勵(lì)磁功率單元。它向同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組提供直接勵(lì)磁電流。

2、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。它根據(jù)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁功率單元輸出的勵(lì)磁電流的大小以滿足發(fā)電機(jī)運(yùn)行的要求。

在同步發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行事故情況下，其勵(lì)磁系統(tǒng)起著十分重要的作用，性能優(yōu)良的勵(lì)磁系統(tǒng)不僅能保證發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行，提供合格的電能，而且還能有效地提高發(fā)電機(jī)及其相聯(lián)的電力系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。其有以下的作用：

（1）發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓控制。

（2）控制無(wú)功功率的分配。

（3）提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

（4）改善電力系統(tǒng)的運(yùn)行條件。同步發(fā)電機(jī)的主要?jiǎng)?lì)磁方式根據(jù)勵(lì)磁電源分為：直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁方式、交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁方式、靜止勵(lì)磁方式三大類和直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁方式、交流勵(lì)磁機(jī)靜止硅整流器勵(lì)磁方式、交流勵(lì)磁機(jī)旋轉(zhuǎn)硅整流器勵(lì)磁方式、靜止勵(lì)磁方式四種勵(lì)磁方式。

四、同步發(fā)電機(jī)的內(nèi)部故障

同步發(fā)電機(jī)的快速滅磁是限制發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障擴(kuò)大的唯一方法，當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障以及發(fā)電機(jī)??—變壓器組中變壓器短路時(shí)，繼電保護(hù)雖能將發(fā)電機(jī)向系統(tǒng)斷開(kāi)，但如不消滅發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)故障電流將仍然存在。

一般說(shuō)，發(fā)電機(jī)的故障和不正常情況常見(jiàn)有以下幾種：1、定子繞組的多相相間短路。2、定子繞組的匝間短路。3、定子繞組的單相接地故障。4、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流急劇下降或消失。5、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路一點(diǎn)或兩點(diǎn)接地。6、調(diào)速系統(tǒng)慣性較大發(fā)電機(jī)的過(guò)電壓。7、過(guò)負(fù)荷。8、定子過(guò)電流。

五、同步發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中的保護(hù)措施。

1、相間短路縱差保護(hù)。用來(lái)對(duì)付發(fā)電機(jī)定子繞組和引出線的相同短路故障，是發(fā)電機(jī)的主保護(hù)之一，應(yīng)瞬時(shí)動(dòng)作于跳閘。

2、定子繞組匝間短路保護(hù)。利用一些特點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)多重保護(hù)，如雙分支繞組的發(fā)電機(jī)，利用電流分布的特點(diǎn)，可以構(gòu)成橫差保護(hù)；利用出現(xiàn)零序電壓的特點(diǎn)構(gòu)成零序電壓匝間短路保護(hù)，利用必然出現(xiàn)負(fù)序電流和電壓的特點(diǎn)構(gòu)成負(fù)序電壓匝間短路保護(hù)，利用負(fù)序功率方向的特點(diǎn)，構(gòu)成二次諧波電流式轉(zhuǎn)子五次諧波電流匝間短路保護(hù)等。本文由教育大論文下載中心WwW.JiaoYuDa.CoM整理

3、發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)。對(duì)于定子繞組中性點(diǎn)不接地的發(fā)電機(jī)，具有一般不接地系統(tǒng)單相短路的特點(diǎn)。

4、利用基波零序分量的發(fā)電機(jī)定子單相接地保護(hù)。還可以利用基波零序電流保護(hù)，零序電壓保護(hù)。

5、發(fā)電機(jī)100%定子繞組單相接地保護(hù)。它包括附加直流電壓的保護(hù)方式、附加低頻電源方式、利用發(fā)電機(jī)固有三次諧波電動(dòng)勢(shì)構(gòu)成的接地保護(hù)。

6、發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)。發(fā)電機(jī)失磁后，它的各種電氣量和機(jī)械量都會(huì)發(fā)生變化，且將危及發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)的安全。同步發(fā)電機(jī)失磁的原因很多有三種主要原因：

（1）勵(lì)磁回路開(kāi)路，勵(lì)磁繞組斷線，滅磁開(kāi)關(guān)誤動(dòng)作，勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置的自動(dòng)開(kāi)關(guān)誤動(dòng)，可控硅勵(lì)磁裝置中部分元件損壞。

（2）勵(lì)磁繞組由于長(zhǎng)期發(fā)熱，絕緣老化式損壞引起短路。

（3）運(yùn)行人員誤操作等。

對(duì)電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)發(fā)生低勵(lì)和失磁后所產(chǎn)生的危害極其嚴(yán)重，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）從電力系統(tǒng)中吸取無(wú)功功率，引起電力系統(tǒng)的電壓下降，如果電力系統(tǒng)中無(wú)功功率儲(chǔ)備不足，將使電力系統(tǒng)中鄰近的某些點(diǎn)的電壓低于允許值，破壞了負(fù)荷與各電源間的穩(wěn)定運(yùn)行，使電力系統(tǒng)因電壓崩潰而瓦解。

（2）由于電壓下降，電力系統(tǒng)中的其他發(fā)電機(jī)在自動(dòng)調(diào)整勵(lì)磁裝置的作用下，將增加其無(wú)功輸出，從而使某些發(fā)電機(jī)、變壓器或線路過(guò)電流，其后備保護(hù)可能因過(guò)電流而動(dòng)作，使故障的波及范圍擴(kuò)大。

（3） 一臺(tái)發(fā)電機(jī)低勵(lì)磁或失磁后，有功功率的擺動(dòng)，電壓下降，電力系統(tǒng)各部分之間發(fā)生失步，使系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩，甩掉大量負(fù)荷。在發(fā)電機(jī)的單機(jī)容量與電力系統(tǒng)總?cè)萘恐仍酱髸r(shí)，對(duì)電力系統(tǒng)的不利影響就越嚴(yán)重。

失磁保護(hù)，有時(shí)也稱低勵(lì)保護(hù)，在大型同步發(fā)電機(jī)的失磁保護(hù)都是利用定子回路參數(shù)變化來(lái)檢測(cè)失磁故障也可以作為失磁保護(hù)的判據(jù)有以下三種： 無(wú)功功率改變方向、機(jī)端測(cè)量阻抗超越靜穩(wěn)邊界阻抗圓的邊界、機(jī)端測(cè)量阻抗進(jìn)入異步邊界阻抗圓。

7、復(fù)合電壓起動(dòng)的過(guò)電流及過(guò)負(fù)荷保護(hù)。發(fā)電機(jī)的后備保護(hù)在下列情況下應(yīng)動(dòng)作發(fā)出信號(hào)，并經(jīng)延時(shí)切除發(fā)電機(jī)。

（1）發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障而縱差保護(hù)或其他主要保護(hù)沒(méi)有動(dòng)作。

（2）發(fā)電機(jī)電壓母線故障，而該母線沒(méi)有專門(mén)的母線保護(hù)或有保護(hù)而拒動(dòng)的。

（3）當(dāng)連接在母線上的電氣元件如變壓器、線路故障，而相應(yīng)的保護(hù)裝置或斷路器拒動(dòng)時(shí)。

目前，發(fā)電機(jī)的后備保護(hù)方式主要有負(fù)序電流保護(hù)、低電壓起動(dòng)的過(guò)電流保護(hù)、復(fù)合電壓起動(dòng)的過(guò)電流保護(hù)、發(fā)電機(jī)的后備保護(hù)、過(guò)負(fù)荷保護(hù)。

8、反時(shí)限負(fù)序電流保護(hù)。

9、同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子接地保護(hù)。

10、發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子接地保護(hù)。

以上是同步發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中易出現(xiàn)故障的一些比較重大的保護(hù)措施，只要運(yùn)行人員對(duì)設(shè)備的熟悉達(dá)到心中有數(shù)，檢修人員的精心維護(hù)，才能保證整個(gè)機(jī)組的安全運(yùn)行。

總之，我國(guó)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)隨著電力系統(tǒng)的高速發(fā)展，繼電保護(hù)技術(shù)面臨著進(jìn)一步發(fā)展的趨勢(shì)，這對(duì)我們電力工作者提出了艱巨的任務(wù)，也開(kāi)辟了活動(dòng)的廣闊天地。