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1、电力系统发电机继电保护的配置及常见问题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。下面我们浅谈一下发电机的保护常识：一故障类型及不正常运行状态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。2 不正常运行状态有：外部短路引起定子过电流，负荷超过发电机额定容量引起的过负荷，和不对称负荷引起的发电机负序过电流，过负荷。由于突然甩负荷引起的定子过电压，由励磁故障引起的转子过负荷和主蒸汽门关闭引起的逆功率等。二采用的
2、保护1 发电机失磁保护：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
3、间保护。4 发电机转子一点，转子两点接地保护：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 发电机低频低压解列保护：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 配置方案我们根据以上发电机的故障类型和故障运行状态在严格执行保护规程等条件，选用功能齐全的自动化的综合保护装置。
4、发电机保护装置是专用200MW以下的中、小型汽轮发电机，水轮发电机的成套保护装置。符合我国国际标准 GB14285-2006 继电保护和安全自动装置技术规程。1 发电机主保护：南京钛能的发电机保护TDR928G。实现发电机差动保护和定子接地保护。2 发电机的其他保护：发电机综合保护器复合电压记忆过流，发电机过电压，定子过负荷，逆功率保护。一点及两点接地。四调试过程中问题分析。（差动保护为例）系列保护操作界面、功能使用相对比较简单容易学习和掌握。差动保护是发电机组主保护中的重中之重，所以，下面简述一下用机组短路实验，来验证差动保护回路在现实操作中的应用。机组短路试验是在发电机出口处断开，并用短路
5、母线进行三相短路连接。并在发电机励磁回路加入一定励磁电压，模拟发电机运行的电流实验。是检测发电机所用保护回路和仪表回路是否开路，定子线圈短路，验证保护差动接线及极性的正确性。同时录制发电机三相短路特性试验。发电机差动保护要求发电机两侧电流反极性接入（即相位差180）在升流过程中，发电机差动保护动作。根据装置录波功能，可以分析CT极性。如图4 1所示；和图4 2所示；图4 1 发电机主回路差动接线原理我们设定IAIBIC 为发电机中性点2CT三相电流。IaIb Ic 为发电机机端1CT电流，继电器平衡电流Ibp，制动电流Izd，比率系数Ik，动作电流Id。首先分析：当发电机A相机端电流和中性点流
6、经电流。看操作界面电流相位显示，如果其相位一致，并没有按反极性接入，因此可以判断极性接入错误。若发电机中性点2CT有按反极性接入则发电机机端电流和中性点电流方向相位不一致。B相发电机端电流和中性点2CT电流相位一致，也判断极性接入错误，反之正确。C相亦如此。如果保护装置检测显示发现流入保护装置的1CT的 A相电流比中性点2CT的A相电流滞后120度。流入发电机机端的1CT电流C相比流入中性点2CT电流C相电流超前120度。观察发现发电机中性点2CT的A相电流与机端1CT的C相电流相位一致，中性点2CT的C相电流与机端1CT的A相电流相位一致。通过极性检查发现中性点端2CT的 A相同名端和C相同
7、名端标注错误，A相同名端实际是C相同名端。C相同名端是A相同名端。工作原理见图4 3、图4 4所示。由于A，C 同名端标注错误同时亦未按反极性接入发电机两端CT接线。导致保护装置内部形成了差流，Id=IA-Ia.Ibp 比率差动保护防止差动保护在外部短路时有很大穿越电流使CT误差增大时误动作的保护。当IAIzd，IdIbp+（IA-Izd）*Ik时保护动作。当IAIbp时保护动作。图4 2 发电机差动接线原理图图4 3 比率制动式纵差保护原理接线图 4 4 比率制动式差动特性曲线五总结发电机微机保护装置是目前电力系统最常用的主保护，微机保护大量的现场应用为保护发电机不同动作特性的故障提供了有力
8、条件。在现场设备的保护配置，实际故障问题处理中，很多是以理论为基础的。但也有问题是理论解释不了的就要有丰富的现场经验和阅历，实践才是理论提升的保证。鲁布革水力发电厂位于云南省罗平县境内，共装机4台，单机容量15万千瓦。第一台机于1988年7月投运，发电机保护为西门子集成电路机组保护。2008年，我厂开始对4台机组保护进行改造，更换为西门子SIPROTEC4型多功能电机微机保护装置（7UM62）。2011年9月28日，2#发电机转子接地保护动作出口跳闸，本文对此次事故进行详细分析，找到了故障原因，成功模拟了故障，对现场设备管理及运行积累了一定的经验。1 故障原因分析1.1故障现象描述2011年9
9、月28日，2#发电机转子接地保护动作出口跳闸，跳闸前发电机所带功率为15万千瓦。事故发生后，检修人员采用1000V摇表对发电机转子回路进行绝缘测量，发电机转子绝缘电阻为170，显示发电机转子绝缘电阻正常。对发变机组保护录波分析没有发现异常。故障的初步检查提示，此次故障有两疑点：发电机转子绝缘是否发生破坏，新的发电机转子接地保护动作出口是否正确。1.2 转子接地保护分析（1）发电机保护装置录波分析及检查：发电机跳闸后，继电保护人员检查#2发变组保护两套发电保护装置内部元器件，未发现异常；均未发现异常，对机组保护动作录波图进行分析，可以看出测量电压UMeas（TD3）有尖顶脉冲波形，计算出故障电阻
10、为2k，小于跳闸定值5k，故保护出口跳闸。从录波图可以看出机组转子发生了绝缘下降，并达到二级出口定值。（参看下图）（2）为查找跳闸原因，9月30日22：11，#2机零起升压正常后，机组空载运行，进行转子接地动态模拟实验。1）检测两套发电机转子接地保护采样精度正常。2）用电阻箱模拟转子回路经75k高阻接地故障，转子接地I级保护正确动作，延时告警。3）用电阻箱模拟转子回路经2k低阻接地故障，转子接地保护级正确动作，瞬时跳闸，对录波图分析，排除保护测量回路受外部干扰信号影响，录波图形与跳机动作录波一致，保护装置动态试验正常。1.3 励磁系统检查对励磁系统与转子连接的主回路绝缘电阻进行测量，励磁正极绝
11、缘280M，励磁负极绝缘260M，调节器自用电源变压器T05及灭磁电阻绝缘电阻值2000M均正常。对与转子回路有电气联系的电压、电流采样板件PSUU81、U82，脉冲板A02进行检查，均未发现异常。1.4发电机转子回路检查对转子上下端、磁极引线、励磁系统直流汇流母排侧外观检查均正常，对发电机上端、下出风槽、磁极间隙检查均正常。对转子回路绝缘电阻进行测量，转子本体滑环170M、励磁电缆（直流侧）290M、励磁电缆（交流侧）280M、励磁变低压侧300M，绝缘电阻均合格。再次检查发现：部分磁极引出线绝缘块表面、支撑螺杆端部油污积垢有被冲刷痕迹，进一步检查分析认为：机坑上盖板拼缝处密封局部破损，清洁
12、机组盖板的水通过破损处渗入机坑，被机组转动形成的气流吸到转子磁极间连扳支撑螺杆绝缘组件处，导致转子回路绝缘骤降，引起磁极引线瞬间接地，转子接地保护级瞬时动作跳闸。机组停机后，因发电机机坑内的加热器投入工作，故内部温度较高，受潮绝缘体绝缘很快恢复，故障点消失，转子回路绝缘测量正常。2 故障模拟对比试验及分析随后进行了故障模拟试验，来证实判断的准确性。对磁极引线支撑螺杆受潮转子绝缘进行测试，绝缘电阻为160M，转子接地保护不动作。磁极支撑螺杆绝缘块表面放置小片湿纸巾，测得绝缘电阻为67k，转子接地保护I级延时动作告警，级不动作。磁极支撑螺杆绝缘块表面放置小片湿纸巾并搭接螺杆，测得绝缘电阻为4k，转
13、子接地保护级瞬时动作跳闸。通过对磁极上端部件检查发现，在机组运行工况下，存在少量流体介质被发电机气流吸附到支撑螺杆处的可能。并在试验后调取机组保护录波图对比，故障模拟录波与实际故障录波一致都为负极性接地。从而印证了故障重现模拟的正确性汽轮发电机励磁系统概述：根据同步发电机工作的基本原理，必须在汽轮发电机转子绕组中通以直流电流才能建立起主磁场，当汽轮机拖动转子旋转时，就能在定子电枢绕组中产生感应电动势。励磁系统的主要任务就是根据发电机的运行状态，向发电机电机的励磁绕组提供一个可调的直流电流，以满足发电机各种运行方式下的需要性能良好，可靠性高的励磁系统是保证发电机安全发电，提高电力系统稳定性所必须
14、的。励磁系统的作用：（1）维持发电机机端电压。（2）在并列运行的发电机间合理分配无功功率。（3）提高电力系统的静态.暂态稳定性。励磁方式的分类：（1）直流发电机供电的励磁方式，这种励磁方式的发电机具有专用的直流发电机，这种专用的直流发电机称为直流励磁机，励磁机一般与发电机同轴，发电机的励磁绕组通过装在大轴上的滑环及固定电刷从励磁机获得直流电流。这种励磁方式具有励磁电流独立，工作比较可靠和减少自用电消耗量等优点，缺点是励磁调节速度较慢，维护工作量大故在10MW以上的机组中很少采用。（2）交流励磁电源加半导体整流器的励磁方式，这种励磁系统中的直流励磁电源是通过把交流励磁电源经半导体整流后得到的（简
15、称半导体励磁方式）。根据交流励磁电源的不同种类，半导体励磁系统又可分为两大类。1.他励励磁系统。这类励磁系统采用与主发电机同轴的交流发电机作为交流励磁电源，经二极管、晶闸管或全控功率器件进行整流后，供给发电机励磁；这类励磁系统由于交流励磁电源取自主发电机之外的独立电源，故称为他励系统。用作励磁电源的同轴交流发电机称为交流励磁机，也可称为交流励磁机励磁系统。根据半导体整流器是静止的还是旋转的，又可分为交流励磁机静止整流器励磁系统和交流励磁机带旋转整流器励磁系统。其中后者由于半导体整流元件和交流励磁机电枢与主轴一同旋转，直接给主发电机转子励磁绕组供给励磁电流，不需要经过转子滑环及碳刷引入，也称为无
16、刷励磁系统。2.自励励磁系统。这类励磁系统通常采用变压器提供交流励磁电源，励磁变压器接在发电机机端或厂用电母线上。因励磁电源取自发电机自身或发电机所在的电力系统，故这种励磁方式称为自励励磁系统。自励励磁系统又可进一步细分为多种具体的实现方式，如果只用一台励磁变压器并联在机端，则称为自并励方式。如果除了并联的励磁变压器外，还有与发电机定子电流回路串联的励磁变流器或串联变压器，则构成自复励方式。根据励磁变压器保护测控装置和串联变压器结合的方式又可分为：直流侧并联自复励方式；直流侧串联自复励方式；交流侧并联自复励方式；交流侧串联自复励方式。（1）自并励励磁系统，由励磁变压器、可控硅功率整流装置、自动励磁调节装置、发电机灭磁及过电压保护装置、起励设备及励磁操作设备等部分组成。从发电机的出口母线获得三相交流电，经过励磁变压器变为符合要求的电压较低的交流电，再经过可控硅整流装置后，通过直流刀闸到主备励切换柜，
