燃机电厂发电机保护系统

[摘要]文章首先介绍发电机的保护方式,然后具体论述燃机电厂发电机保护系统的配置和特点。

[关键词]燃机电厂;发电机;保护系统

[作者简介]张俊杰,中山市永安电力有限公司,广东中山,528415

[中图分类号] TM621.3[文献标识码] A[文章编号] 1007-7723(2010)04-0133-0002

随着经济社会的发展,电力系统发展也非常迅速,这就对继电保护提出了新的要求。计算机技术、电子技术以及通信技术的发展也为继电保护技术的进步增添了新的活力。20世纪70年代末期,我国开始研究计算机继电保护,这比国外晚了十几年,但是也得到了飞速的发展,我国研究开发了很多不同型式、不同原理的计算机保护装置。为了更好适应电力系统的发展变化,根据电力系统的运行方式以及出现的故障的状态引起保护性能的改变,自80年代开始涉足自适应继电保护的研究领域,这是继电保护的发展趋势,也是继电保护的智能化的组成部分。新式的计算机发电机-变压器组保护装置在装置的制造工艺上、新保护原理的运用上以及软硬件的设计上都有很大的进步,取得了很大的发展。

一、发电机的保护方式

发电机的定子绕组的中性点不接地或者不直接接地,因此把发电机的定子绕组设计成完全绝缘。虽然如此,发电机还是有可能由于各种各样的原因产生单相接地或者短路的故障。发电机发生内部短路的故障,会在短接绕组里产生非常大的短路电流。这就严重地损伤了发电机自身,还有可能产生更大的危害,使得发电机报废。单相接地并不会产生较大的短路电流,所以它不是多么严重的短路事故,但是出现单相接地时,还有可能发生以下故障:电弧引起故障点处出现相间短路;电位变化导致另一点接地,从而发生两点接地短路现象等。所以,定子绕组相间短路是发电机的故障中最主要的一种。结合这些故障的类型,发电机应该配备下面的继电保护:

1.针对1MW以上的发电机的定子绕组或者它的引出线发生相间短路故障,应该装配纵差保护。这个装置的硬件是以西门子20年数字保护装置的丰富经验为基础的,它利用32位微处理器,结合可编程功能,允许使用者完成自己的功能,为发电机提供安全可靠的保护。该装置利用了适应发电机的运行特点的高效的算法。

2.针对直接与母线连接的发电机的定子绕组发生单相接地的故障,当发生单相接地时,若电流超过规定值,应该装配选择性的接地保护。针对发电机-变阻器组,如果发电机的容量小于100MW,所装配的定子接地保护的保护区应该大于定子绕组的串联匝数的90%。如果发电机的容量大于100MW,所装配的定子接地保护的保护区应该为100%,保护带时限作用于信号,在必要的时候也可作用于发电机。

3.针对发电机的定子绕组发生匝间短路故障,如果定子绕组为星形接线,各相具有并联支线而且在中性点的两侧具有支线引出端,应该装配横差保护;如果发电机的容量为200MW及以上且具有条件,可以装配双重化的横差保护。

4.针对发电机的励磁回路发生一点接地的故障,如果发电机是1MW及以下的小型发电机,可以装配定时检查装置;如果发电机的容量大于1MW,应该装配专门的励磁回路一点接地保护装置。

5.针对发电机发生励磁消失的故障,当不允许发电机失磁运行时,应该在断开自动灭磁的开关的同时,也断开发电机的短路器开关;如果发电机采用的是半导体励磁或者容量大于100MW的电机励磁,应该增加装设专用的失磁保护,用来直接反映发电机发生失磁时的电气参数的变化。

同步发电机的不正常运行只允许短时间运行,这个时候发电机的某些参量有可能发生异常,比如当系统出现短路的故障时,发电机会失步运行;成组的电动机在启动时及强制励磁时,发电机的定子或者转子都有可能发生短时间过负荷现象。当电流超出规定值时,电机的绕组的温度有可能会超过允许值。对于燃汽轮发电机,应该装配逆功率保护装置。为了较快地排除发电机的故障,当保护作用于发电机断路并且跳闸时,必须同时作用于自动灭磁开关,切断发电机的励磁回路,阻止定子绕组里继续出现电动势。

二、燃机电厂发电机保护系统的配置及特点

一般燃机电厂常常利用国外公司研制的燃机和配套设备,国内的公司供应主变压器、汽机、高压厂用的变压器以及相关的配套装置。燃机发电机保护系统是国外公司的配套产品,它和国内燃煤机组的保护系统有很大差别。

不同容量的发电机所配备的保护装置也不相同。比较有代表性的容量在300MW以及以上的燃机发电机的保护功能配置有:发电机差动保护、三次谐波定子接地保护、基波定子接地保护、失步保护、发电机对称过负荷、过频保护、序过流或过负荷保护、低频保护、复压过流保护、过激磁保护、逆功率保护、突加电压保护、过电压保护、低电压保护、机端断路器失灵、失磁保护、启停机保护等。容量在100 MW以下的燃机发电机的保护装置比较简单,上述的某些保护配置可以不装设。其他的保护配置可以结合具体的实际工程来装设。另外对较大容量的发电机组应该装设失步保护;如果定子接地保护和差动保护采用的算法与频率没有关系,专门的启停机保护可以不配置。

燃机发电机的保护系统具有下面的特点:

1.一般国内的火力发电厂的发电机的保护配置都是按照继电保护的技术规范的要求设有专门的匝间保护装置,而由于燃机和配套设备是进口的,普遍认为进口机组不会出现匝间故障,所以不必装设专用匝间保护装置。

2.国内通常根据“四统一”的原则设计发变组大差动保护,而燃机电厂通常只装设独立的发电机差动以及主变压器差动。如果发电机差动与主变压器差动之间有死区,可以考虑装设短引线差动保护装置。

3.燃机电厂发电机保护系统通常要配备低电压保护装置,以防止机端三相电压同时下降引起电流上升而出现电机过热的现象。

4.燃气轮发电机应该配备逆功率保护装置,当一般的燃煤机组出现发电机的运行方式变为电动机的运行方式时,容量200MW及以上的汽轮发电机适合配备逆功率保护装置。

5.9F型燃机采用的是变频起动方式,由于有压气机作汽轮机的负载,灭磁和发电机跳闸之后,汽轮发电机不会超速,所以燃机保护没有程序跳闸出口,也不装设程序的逆功率保护。

6.较大容量的燃气轮机的发电机组应该配备失步保护。

7.一般燃煤机组都配置启停机保护,燃机保护仅装设启动用发电机过流保护装置和启动用定子接地保护装置。

8.一般情况下,与燃煤机组的励磁系统有关的保护可在发电机保护装置里来实现,但是燃机电厂一般利用独立的装置来实现,所以燃机发电机的保护系统中不装设励磁保护。

9.一般的燃煤机组的转子接地保护是由保护装置来实现的,而燃机一般由励磁调节系统来完成。

10.在大容量机组的机端配置断路器时,应该装设断路器失灵保护装置。

三、结语

在燃机发电机组的设计上,发电机的出口配备断路器会增强运行的灵活性,对容量大的机组,应该配有机端断路器失灵保护装置。对于后备保护的配置,应该配置低电压保护和逆功率保护,发电机容量较大时,还应该装设失步保护装置,但是对燃机的保护运行程序不设跳闸逆功率的出口。

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