发电机非全相保护讲义讲稿.docx

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发电机非全相保护讲义讲稿

生产培训教案

培训题目：

发电机非全相保护

培训目的：

1.了解发电机（发变组）非全相现象。

2.了解发电机（发变组）非全相对发电机影响。

3.熟知发电机（发变组）非全相事故处理。

内容摘要：

1.发电机非全相运行电气量分析

2.发电机非全相运行对发电机影响

3.发电机非全相运行的现象

4.发电机非全相运行的处理

5.发电机非全相运行的保护

6.防止发电机非全相运行的措施

培训内容：

一、发电机出口开关非全相定义

缺相按开关合闸状态定义：

1、缺一相：

指合闸时一相未合上，分闸时两相未断开。

2、缺两相：

指合闸时两相未合上，分闸时一相未断开。

二、发电机非全相运行的分析

1、1.2号机主变中性点不接地运行、主汽门关闭、灭磁开关跳闸情况

缺一相（A相）：

高压侧B.C相绕组电流的流向相同，方向相反。

如图所示：

一次侧A相断开，对应的一次侧电流

IA＝0。

IB＝－IC

对应与二次侧相电流：

ia＝0

b＝－ic

二次线电流（反映到发电机电流）：

ICA＝ic-ia＝－ib-0＝－ib

IAB=ia-ib＝0-－ib＝－ib

IBC＝ib-ic＝ib+ib＝2ib

2、1.2号机主变中性点接地运行、主汽门关闭、灭磁开关跳闸情况

缺一相（A相）：

假设接地电阻为零，则高压侧B.C相绕组电流的流向与原电流不变，A相变为零。

如图所示：

一次侧A相断开，对应的一次侧电流

IA＝0。

IB＝【Sin（wt）+jCos（wt）】

IC=【Sin（120+wt）+jCos（120+wt）】

对应与二次侧相电流：

ia＝0

ib＝【Sin（wt）+jCos（wt）】

ic＝【Sin（120+wt）+jCos（120+wt）】

二次线电流（发电机电流）：

ICA＝ic-ia＝【Sin（120+wt）+jCos（120+wt）】

IAB=ia-ib＝－【Sin（wt）+jCos（wt）】

IBC＝ib-ic＝【Sin（240+wt）+jCos（240+wt）】

负序电流波形

4、1.2号机主变中性点不接地运行、主汽门关闭、灭磁开关跳闸情况

缺两相（A、C相）：

高压侧A.B相绕组电流为零。

C相只有电感电流，电流很小，接近于零。

一次侧A相断开，对应的一次侧电流

IA＝IC＝0。

对应与二次侧相电流：

ia＝ic＝0

二次线电流：

ICA＝ic-ia＝0

IAB=ia-ib＝0

IBC＝ib-ic＝0

发电机无电流显示。

5、1.2号机主变中性点接地运行、主汽门关闭、灭磁开关跳闸情况

缺两相（A、C相）：

高压侧A.B相绕组电流为零。

C相电流即等于零序电流。

一次侧A相断开，对应的一次侧电流

IA＝IC＝0。

对应于二次侧相电流（同上）：

ia＝ic＝0

二次线电流：

ICA＝ic-ia＝0

IAB=ia-ib＝0-－ib＝－ib

IBC＝ib-ic＝ib－0＝ib

•从以上分析看出，发电机非全相缺一相的情况下，主变中性点接地，发电机电枢磁场还是旋转磁场，发电机不失磁还可以维持同步，电流的表现介于系统电势与发电机电势之间，表现为一相电流偏高，另两相相等。

包括缺两相情况下，只要主汽门关闭，均不能维持同步。

•因此在主汽门关闭，不管缺一相或者缺两相的情况下，或者失磁情况下，要求快速隔离处理。

并且鉴于有功正负及缺一相两相现象各有不同，运行判断存在一定困难，理论上的调节控制措施也需要一定的时间，因此建议遇非全相运行，采取快速隔离措施。

•对于345号机，发电机装设出口开关，非全相现象非常明显，判断非常容易，相对于12号机主变高压侧采用3/2接线，处理比较容易，直接拉上级开关。

•缺一相：

现象一相电流为零，另两相电流相等。

不失磁情况下可维持同步运行，在解列时遇此情况，可有一定的处理时间。

•缺两相：

现象两相电流为零，一相有电流。

在发电机内部形成的是脉动磁场，即使励磁不跳，发电机将失步。

•345号机发电机缺相处理比较方便，因此建议不管是缺一相还是缺两相，建议快速拉开上级开关。

•在运行中负荷较高时出现发电机或者发变组非全相，负序电流将很大，应立即解列发电机。

总之主汽门关闭、失磁、或者缺两相保护不动作，立即隔离。

•注：

发电机非全相处理，谨用发电机急停按钮，防止只拉开灭此开关，而

拉不开出口开关，加重伤害程度。

6、发电机非全相运行对发电机影响：

非全相运行是三相机构分相操作发电机主开关在进行合、跳闸过程中，由于某种原因造成一相或两相开关未合好或未跳开，致使定子三相电流严重不平衡的一种故障现象。

将使得发电机非全相运行，产生负序电流。

负序电流的出现，在转子上产生的二倍工频环流的集肤效应，使转子表层的电流密度增大，产生附加损耗，引起发热甚至损坏转子和护环。

另外，还可引起附加振动，形成附加应力，可能造成某些部件疲劳和机械损坏。

长时间非全相运行很大的负序电流将损坏发电机定子线圈，严重时烧坏转子线圈，折断大轴。

7、发电机非全相运行处理（12号机规程）

（1）发电机并网和解列时，一定要严密监视发电机负序电流的变化，及时发现主开关非全相动作。

（2）出现非全相故障时，如果非全相保护正确动作，则按跳机后进行处理。

（3）若非全相保护未动，而断路器失灵保护动作时，将跳开所在220kV母线的所有开关。

（4）如果并列时发生非全相故障，立即解列。

（5）如果在发电机先解列时发生非全相开断，若是一相断开，可立即试合一次。

仍不行时，应调节汽轮机的有功功率和发电机的励磁电流，使有功和无功功率接近于0，发电机电流维持在最小，密切监视发电机负序电流值。

此时机组必须维持在额定转速，切忌断开励磁系统，并通知检修立即处理，同时汇报中调。

处理不了时，紧急断开上一级开关。

（6）如果在发电机先解列时发生两相断开，可立即再手拉一次。

无效时，立即调整增加电流，使发电机电流维持在最小值，密切监视发电机负序电流值。

此时机组必须维持在额定转速，并通知检修立即处理，同时汇报中调。

处理不了时，紧急断开上一级开关。

（7）汽轮机先打闸联跳发电机时，出现非全相故障，必须立即汇报中调，紧急断开上一级开关。

发电机非全相运行保护：

发电机变压器组高压侧断路器一相拉不开，高压侧单相电流通过变压器耦合使发电机非全相运行，在发电机回路产生较大的负序电流，造成发电机转子严重烧坏的事故。

为此，不管发电厂电气主接线采用哪种形式，也不管发电机变压器组高压断路器采用哪种类型，按照发电机变压器组保护双重化和近后备保护配置原则，在大型单元机组发电机变压器组保护中均配置了失灵保护。

当发电机变压器组高压侧断路器非全相运行时，失灵保护动作，跳开母联（或分段）断路器及发电机变压器组高压侧断路器所连接母线上的所有元件或与之相关的元件，保护发电机的安全。

我厂1、2号机非全相保护采用开关本体保护，非全相保护不经电流量闭锁，开关三相不一致时，非全相保护应能正确动作，非全相保护不动作，启动失灵。

非全相保护动作后，若开关机构异常无法跳开，只能通过失灵保护将相邻开关跳开;若失灵保护电流判别条件不满足，动作条件不动作，则只能通过人为干预跳开

造成非全相运行的原因有很多是可以在日常维护、巡回检查中较早发现弥补的

为防止机构失灵，可以对机构内传动轴、锁钉定期润滑，保证传动部分灵活，机构箱门保证处于严密关闭状态，防止线圈受潮，机构灵件锈蚀

正常巡回检查时，注意空气、SF6压力，加强对主开关的定期维护，压缩空气储气罐放水、加热器投退等工作保证正常进行

每次开关操作开关本体处设专人监控。

如遇三相开关未全合上，则通知远方将开关跳开，然后检查。

每次开关断开后（包括手动跳开、保护跳开），应对开关跳合闸线圈进行检查。

机组灭磁后或机组并网操作过程中，母刀合入后，升磁建压前，检查机端电压电流是否为0，若不为0，应怀疑开关非全相，应查明原因，确认后采取相应措施。

非全相保护的常用方案

非全相保护的实现，一般需要反映断路器三相位置不一致的回路，可以采用断路器辅助触点组合实现，也可以采用跳闸位置、合闸位置继电器的接点组合（该接点组合一般由操作箱给出）实现，以下均称之为三相不一致接点。

目前，专用非全相保护的常见方案有以下几种。

2.1三相不一致接点直接启动时间继电器

如图1所示，无电流接点时，这种方案与配置在断路器机构箱内的非全相保护类似，比较简单，也能起到应有的保护作用。

电网在反措细则中明确要求“非全相保护应直接用断路器辅助接点作为判据，取消电流判别回路”。

但是，由于断路器辅助接点的不可靠性及引入电缆运行环境的影响等因素，运行中发生了多次非全相保护误动的事例。

基于运行实践，该方案的安全性值得怀疑。

2.2三相不一致接点串接零序电流继电器接点后启动时间继电器

如图1所示，该方案与2.1节方案相比，增加了零序电流闭锁判据，安全性有了很大的提高。

由于零序电流较易获得，该方案在系统中获得了比较广泛的应用。

主要问题是零序电流的整定。

目前，一般按躲过正常负荷下的不平衡电流整

定（一次值约为100A），但是显然地，当零序电流较小时，非全相保护可能拒动。

主变中性点不接地运行时，无零序电流。

2.3三相不一致接点串接负序电流继电器接点后启动时间继电器

与2.2节方案类似，仅电流判别采用负序分量，一般用于负序电流较易获得的情况，例如发电机—变压器组成套保护中。

负序电流也可按躲过正常运行时的不平衡电流整定，当负荷较小时，也可能拒动。

较2.2节方案优越之处在于可用于变压器中性点不接地运行的机组。

2.4三相位置接点与无流判据组合后启动时间继电器

随着微机型保护装置的发展，非全相保护的电流判据，乃至其构成，均趋于多样化。

三相跳闸位置继电器的接点作为开关输入量引入装置，当任一相TWJ动作且无电流时，确认该相断路器在跳开位置，当任一相断路器在跳开位置而三相不全在跳开位置时，若控制开关在合后，则确认为三相不一致，经延时跳闸。

2.5复合电压闭锁失灵保护

失灵保护经常误动。

后经改造，在失灵保护回路加装了复合电压闭锁，但是随着机组单机容量的增大，负序电流对发电机转子的危害加剧，要求在发电机变压器组高压侧断路器非全相运行时，尽快解除复合电压闭锁，并且解除发电机变压器组失灵保护复合电压闭锁的逻辑关系要求。

复合电压闭锁可防止发电机变压器组断路器失灵保护误动作。

但在发电机变压器组某些类型故障时，可能不能引起复合电压动作，比如系统母线电压变化不大，电压元件没有反应；或非电量保护动作（如绕组温度高）等，复合电压闭锁发挥不了闭锁作用，反而造成失灵保护拒动。

由于失灵保护接线的改进及微机保护装置的应用，已经取消利用母线复合电压作为发电机变压器组失灵保护故障判别元件，而改用负序电流或零序电流或相电流作为故障判别元件。

因此，对新建电厂的发电机变压器组失灵保护采用微机保护装置，建议取消发电机变压器组失灵保护的复合电压闭锁；同时，应在失灵保护出口回路增加延时，延时时间应稍大于断路器的跳闸时间与保护装置的返回时间加裕度时间之和，以防止某些情况下失灵保护误动作。

发电机变压器组高压侧断路器为分相操作断路器时，热工保护可以直接启动失灵保护，也可以由逆功率保护启动失灵。

失灵保护判别回路采用2个零序电流继电器串联，构成并解除电压闭锁，零序电流按照躲过正常运行时的不平衡电流整定。

发电机变压器组高压侧断路器为三相操作断路器时，热工保护不宜直接启动失灵保护，宜由逆功率保护启动失灵。

这时，失灵保护判别回路由2组相电流元件构成，每相用2个独立的静态电流继电器，其接点串联后，三相并联作为判别元件。

如采用微机型失灵启动装置时，可仅用1组电流元件，相电流元件的定值，可按较低定值整定，以提高灵敏度。

对于双母线接线的失灵保护，发电机变压器组失灵保护的启动、跳闸回路均应经电压切换继电器触点控制，接入相电流元件的电流互感器，不应与其它电流互感器再并接，否则应防止并联电流互感器汲出电流的影响，失灵保护按断路器设置。

只采用三相不一致接点的方案简单，但安全性较差，有电流闭锁的方案提高了安全性，但降低了可依赖性。

在采用有电流闭锁的方案时，若负荷较小，非全相保护必然拒动，但考虑到此时负序、零序分量很小，对发变组和保护的运行已无大碍，且在这种情况下，也有相应的灯光信号指示运行值班人员，可以人工处理。

因此，非全相保护以有电流闭锁为佳，电流闭锁的定值应考虑发变组和保护的承受能力，尽量低一些。

断路器辅助接点不对应接法：

防止发电机非全相运行的措施

采取以下措施防止发电机非全相运行烧坏转子：

1、严格保证开关机构的可靠性。

机组每次大、小修（或开关及控制回路检修）后，要做主开关分、合闸试验，并就地检查三相分、合闸良好。

2、发电机并列前操作时，合主变出口刀闸前，一定要检查开关三相在分；检查汇控箱内的方式切换开关在“远方”位置，检查开关的弹簧能量及SF6气体压力正常。

3、发电机升压过程中应检查定子三相电压平衡，并列后，检查定子三相电流平衡，检查负序电流在规定范围内。

4、机组解列后，应申请拉开主开关两侧刀闸，申请退出重合闸。

5、主开关出现非全相运行时:

延时断路器保护装置的非全相保护动作跳上级开关；开关机构的非全相保护也会动作

3）动作于全停的保护启动失灵保护,如果开关有单相或三相失灵而跳不开的情况，失灵保护将瞬时动作跳主开关并停机灭磁,如果仍然没有跳开，则延时0.25秒跳对上级开关。

4）不对称过负荷（反时限）保护装置动作。

非全相运行对系统影响：

大型发电机--变压器组220KV及以上高压侧的断路器多为分相操作的断路器,常由于误操作或机械方面的原因使三相不能同时合闸或跳闸,或在正常

运行中突然一相跳闸。

这种异常工况,将在发电机--变压器组的发电机中流过负序电流,如果靠反应负序电流的反时限保护动作（对于联络变压器,要靠反应短路故障的后备保护动作）,则会由于动作时间较长,而导致相邻线路对侧的保护动作,使故障范围扩大,甚至造成系统瓦解事故。

因此,对于大型发电机--变压器组,在220KV及以上电压侧为分相操作的断路器时,要求装设非全相运行保护。

练习题

1.发电机发生非全相如何处理。

2.发电机发生非全相如何判断。

3.发电机发生非全相对发电机有何影响。

4、发电机发生非全相保护有那些。

参考资料

1.发电机保护定值单。

2.发电机出口开关二次图。

3.电力系统稳态分析。