【word】 发电机装设失步保护
发电机装设失步保护
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发电机装设失步保护
口曹树栋
摘要:对于大机组,特别是大型汽轮发电机,需要装设失步保护,用以
及时检出失步故障,迅速采取措施,以保障机组和电力系
统的安全运行.
关键词:发电机失步保护
对于中小机组,通常都不装设失步
保护.当系统发生振荡时,由人来判断,
然后用人工增加励磁电流,增加或减少
原动机出力,局部解列等方法来处理.
对于大机组,由于下述的理由,这样处
理将不能保证机组的安全,需要装设用
于反映振荡过程的专门的失步保护.
对手大超高压电力系统,发电杌装
有快速响应自动调整励磁装置,并与升
压变压器组成单元接线,送电网络不断
扩大,使发电机与系统的阻抗比例发生
了变化.发电机和变压器的阻抗值增加
了,而系统的等效阻抗值下降T.因此,
振荡中心常落在发电机机端或升压变压
器的范围内.例如,在图lO一5-1所示
的简化系统图中,单机与系统之间发生
振荡时,振荡中心将落在机内,若三机
对系统之间发生振荡,则振荡中心可能
在机端附近.
由于振荡中心落在机端附近,使振
荡过程对机组的影响加重了.机端电压
周期性地严重下降,这点对大型汽轮发
电机的安全运行特别不利.因为机炉的
辅机都由接在机端的厂用变压器供电.
电压刷期性地严重下降,将使厂用机械
工作的稳定性遭到破坏,甚至使一些重
要电动机制动,导致停机停炉.对于给
煤机或给油电动机,由于转速下降,可
能导致锅炉火火电压回升后,转速叉增
长,在热态下向炉内送入燃料,可能因
此而引起炉膛爆炸.汽轮机转速的暂态
上升,随后失步,将使调速汽门关闭,直
到又恢复同步速为止.这样,就使单元
制机组的再热器蒸汽需要量迅速改变,
随之而来的是雎力和温度的瞬变,锅炉
水位的波动,引起炉管过热.由于振荡过
程对锅炉的上述危害,有的国家,例如英
国中央发电局和法国电力公司,规定失步
运行的持续时间不超过3秒.
振荡过程中,当发电机电势与系统等
效电势的夹角为l8O.时,振荡电流的幅
值将接近机端三相短路时流过发电机的
短路电流的幅值.机端三相短路时,流过
发电机的短路电流的幅值为I=7发生振
荡时,若取发电机电抗为xi=Os32,rA0流
过发电机的振荡电流幅值为I;--25.44.三
——厂一
相短路电流I心稍大于振荡电流Iz,但
三相短路将由相问短路保护迅速切除,
而振荡电流则要在较长的时间内反复出
现.因此,对能使定绕组端部遭受机械
损伤.
从振荡电流引起的热效应方面看,
由丁大机纽热容量相对下降,对振荡电
流持续的时间,也有了较严格的限制.
例如,一台20万千瓦的汽轮发电机,其
定子绕组的发热时间常数:37.5.若振荡
电流的幅值=5,相应的有效值为
5/d2=3.53,则允许的持续时间约为fI
—
l1=37.5/(3.53t.1)ss3-3秒,即在3.3秒
内没有消除振荡过程时,发电机定子绕
组有可能过热而遭受损伤.振荡过程常
伴随短路故障出现.发生短路故障和切
除故障后,汽轮发电机轴系可能发生扭
转振荡.当故障切除后,若随即发生电
气参数的振荡过程,则加到轴系上的制
动转矩是一脉振转矩,从而可能加剧轴
系的扭转振荡,使大轴遭受机械损伤,
甚至造成严重事故.在短路伴随振荡的
情况,定子绕组端部先遭受短路电流
产生的应力,相继又承受振荡电流产生的
应力,使定子绕组端部出现机械损伤的可
能性增加.
对于电力系统来说,一台发电机与系
统之间失步,如不能及时和妥善处理1,:
可能扩大到整个电力系统,导致电力系
统的崩溃.特别是在电力系统中举足轻
重的大机组,影响就更大,而大机组一
般都采用单元控制方式,各发电机分别
在不同的控制室内控制,这又增加了处
理上的困难.
由于上述原因,对于大机组,特别是
大型汽轮发电机,需要装设失步保护,用
以及时检出失步故障,迅速采取措施,以
保障机组和电力系统的安全运行.
失步保护应当能够尽快检出失步故
障.显然,当扰动一出现,如果保护装置能
够立即判断出来将发生非稳定振荡,并及
时采取措施,是最理想的.因为这样就可
以避免振荡过程的发生,或者可以把非稳
定振荡转化为稳定振荡,至少也可以最大
限度地缩短振荡过程,减轻振荡过程对电
力系统的不利影响.然而,要做到在扰动
出现时立即检出失步故障,常常是困难
的.因此,通常要求失步保护在振荡的第
一
个振荡周期内能够可靠动作.
失步保护动作后,应当根据被保护发
电机的具体状况9采取不同的措施,而不
应当无条件地动作于跳闸.一般,对于处
于加速状态的发电机,应当动作于快速降
低原动机的输出功率,必要时再切除部分
发电机.而对于处于减速状态的发电机,
应当在发电机不过负荷的条件下,快速增
加原动机的输出功率,必要时再切除部分
负荷.
当动作于跳闸时,若在电势角
8=180.时使断路器断开,则将在最大电
压下切断最大电流,对断路器的工作条件
最为不利,有可能超过断路器的遮断容
量.因此,失步保护应避免在这一时机动
作于跳闸.保护装置应能鉴别短路故障和
非稳定振荡,当发生短路故障时,失步保
护不应误动作.?
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作者单位:西北民族大学电气工程学院
05级电气工程及其自动化专业(2)班