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發電機故障和異常狀態

時間:2020-03-11 17:51:00 來源:

發電機的繼電保護
  (一)電機的故障類型、不正常工作狀態及其保護方式。 
相對變壓器而言,發電機更加負責,變壓器有原邊繞組,副邊繞組,通過鐵芯,磁場來將原邊和副邊連接起來,進行磁耦合,來實現能量的傳遞。發電機,有轉子繞組,定子繞組,轉子鐵芯,定子鐵芯。在發電機中有靜止的部分,也有旋轉的部分,通過定子去切割氣隙中的磁場,在定子上感應電勢,產生電流。將轉子上所接收到的機械能,帶動轉子轉動,通過磁場將機械能轉化為電能,通過定子繞組輸送出去。發電機內部有時間變化量,定子上感應的電流,電壓,呈正弦變化,還有空間變化。
  發電機的故障狀態以及不正常狀態相對于變壓器來說,就復雜得多。發電機相對非常貴重,使得它的重要程度升高。
1、 發電機的內部故障:
  有定子繞組的故障和有轉子繞組的故障。有靜止部分的故障和有旋轉部分故障。
  (1)定子繞組的相間短路:危害大。
  (2)定子繞組一相的匝間短路:可能發展為單相接地短路和相間短路。
對發電機有直接的危害。
  (3)定子繞組單相接地:較常見,一般中性點不接地,或高阻接地,沒有較大的單相電流,如果電流值大于5A的話,可造成鐵芯燒傷或局部融化。
  (4)轉子繞組一點接地或兩點接地:一點接地時危害不嚴重;兩點接地時,因破壞了轉子磁通的平衡,可能引發發電機的強烈震動或將轉子繞組燒損。
一般給轉子繞組通入直流電流,讓其產生旋轉磁場,使定轉子之間形成磁路的耦合,使轉子獲得的機械能通過磁場傳輸到定子上。一般來說,轉子繞組是接在正負電源之間,轉子上本身是沒有接地點的,只有正負極,也就是沒有零電位,發生一點接地時,也就是相當于出現了一個零電位,形成不了回路,對發電機沒有直接的危害,但是,如果發生兩點接地,就相當于形成了一個短路狀態,此時,會有非常大的短路電流,造成了磁場的畸變,使轉子局部發熱,同時,會在定子感應較大的短路電壓,定子鐵芯易飽和,機組會出現發熱現象,同時,由于磁場的不均勻,使得它收到磁力的作用也不均勻,會引起發電機組的震動,對發電機有直接的危害。不允許發電機繼續運行,必須馬上退出運行。
  (5)轉子勵磁回路電流急劇下降或消失:從系統吸收無功功率,造成失步,從而引起系統電壓下降,甚至可使系統崩潰。
本來通過轉子建立磁場,建立連接橋梁,轉子勵磁電流急劇下降,會使得轉子的一部分機械能無法轉換為電能,使得轉子的轉速升高,外部連接的系統中的電流會建立連接橋梁,從而傳遞機械能,本來是向系統中發送無功功率,現在變成了向系統中吸收無功功率,無功功率和系統中的電壓有直接聯系,無功功率充足,系統中的電壓能夠保持較高的水平,無功功率不足,電壓下降,甚至可能使得系統崩潰。
  (二)發電機的不正常運行狀態
  (1)外部短路或系統振蕩引起的定子繞組的過電流
  (2)定子繞組引起的三相對稱過負荷。發電機的抗過負荷能力遠小于變壓器,變壓器作為靜止元件,沒有旋轉部分,當過負荷時,能夠通過變壓器油有效地冷卻。發電機有高速旋轉部分,本身發熱量較大,其散熱也沒有像變壓器油那樣比較好的進行散熱,一般不允許過負荷狀態,一般過負荷,會發生報警信號。
  (3)外部不對稱短路或不對稱負荷而引起的發電機負序電流。
發電機作為旋轉元件,當其出現負序電流時,會產生一個反轉的磁場,發電機的工作原理是其轉子上加上一個勵磁電流后產生磁場,隨著轉子的旋轉,這個磁場會跟著轉子一起旋轉,磁場在定子繞組上感應電勢,產生三相交流電。三相交流電同樣會合成一個旋轉磁場,這個磁場在一般情況下轉子磁場保持靜止狀態,對于負序電流,轉子磁場正轉,而定子負序電流所產生的這個磁場反轉,磁場抵消,磁場很弱,機組振動。
  (4)突然甩負荷而引起的定子繞組過電壓。
  (5)勵磁回路故障或強勵時間過長而引起的轉子繞組過負荷。
  (6)汽輪機主氣門突然關閉而引起的發電機逆功率運行以及低頻、失步、過勵磁等。
主汽輪提供機械能,突然關閉,轉子由于慣性接著旋轉,這個時候會出現從系統吸收機械能,發電機的逆功率運行。對發電機而言,轉子轉速下降,其頻率下降,出現轉子轉子轉速接近于發電機的諧振轉速。發電機的轉子轉速和系統的額定轉速不能保持一致,為失步,比如發電機震蕩引起。過勵磁為定子鐵芯中的磁場嚴重飽和,對30萬以上的發電機組要考慮的,為了充分利用有色金屬材料,也為了縮短轉軸的長度,容易出現過勵磁狀態。
  (三)發電機的保護配置
  (1)定子繞組相間短路保護(1MW以上一般采用差動保護)
  (2)定子繞組匝間短路保護。
變壓器的匝間保護靠瓦斯保護來反應,而發電機中的定子繞組的相間短路保護和匝間短路保護共同構成發電機的主保護。
  (3)定子繞組接地保護(100MW以上發電機應有100%保護區)
在定子繞組中任意一點發生單相短路,都能反應。
  (4)勵磁回路一點及兩點接地保護;
  (5)勵磁電流異常下降或消失保護(100MW以上發電機)
   一般叫做低勵失磁保護。
  (6)發電機外部相間短路保護
  一般作為發電機相間短路的遠后備。
  (7)定子繞組過負荷保護
  (8)轉子表層(負序)過負荷保護;(50MW以上發電機)
  (9)定子繞組過電壓保護。
  (10)勵磁繞組過負荷保護(100MW以上發電機)
  (11)發電機逆功率保護(200MW以上汽輪機)
  (12)發電機低頻保護(300MW以上汽輪機)
  (13)失步保護(300MW以上汽輪機)
  (14)定子鐵芯過勵磁保護;
  (15)其他故障及異常運行保護。

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