浅谈发电机保护措施刘海涛

刘海涛

（陕西榆林能源集团横山煤电有限公司陕西省榆林市横山区719000）

摘要：随着我国科技水平的不断提高，我国的电力系统已经取得了突飞猛进的发展，人们的用电量也在逐年增多，这就对发电机的保护工作提出了更高的要求。本文以发电机的保护作为研究核心，从基础故障保护、差动保护以及定子绕组不对称保护这三个方面，对发电机的保护措施进行了详细的探讨，希望能为电厂的发电机保护工作提供一定的理论参考。

关键词：发电机；定子绕组故障；采样值纵差保护；故障分量原理

引言：对于电厂的继电保护工作而言，发电机的保护工作一直是一项重点内容。当前，我国的发电机保护工作已经取得了一系列的研究成果，并且在实际工作中取得了非常良好的效果。但对于不同的故障类别，工作人员需要采取合适的保护措施，这样才能使保护的效果达到最理想的状态。因此，对发电机的保护措施展开研究，有着非常重要的意义。

1.发电机的基础故障保护措施

1.1定子绕组故障的保护

定子绕组故障的保护措施主要包括：相间绕组的短路保护，缠绕机组匝间的短路保护，多分支型缠绕机组的分支开焊保护，定子绕组中的一点与地面接触保护。对于定子绕组故障的保护而言，为防止危及到其正常运行应采取的保护措施主要有：定子绕组过电流产生的保护，定子绕组过电压产生的保护，定子绕组中的铁芯过励磁产生的保护，定子绕组的局部过热产生的保护。

1.2转子系统回路故障的保护

转子系统故障的保护措施主要包括：转子系统中的一点与地面接触保护，转子系统中的两点与地面接触保护，转子系统匝间的短路保护，转子系统表面的过热保护，励磁系统的故障保护。对于转子系统回路故障的保护而言，为防止危及到其正常运行应采取的保护措施主要有：转子回路过电流产生的保护，转子回路过电压产生的保护，非全相类型的运行保护，断路器断口发生的闪络保护。

1.3轴系统故障的保护

轴系统和电力系统故障的保护措施主要包括：轴系统发电机的失磁保护，轴系统的失步保护，轴系统的扭振保护。对于轴系统故障的保护而言，为防止危及到其正常运行应采取的保护措施主要有：轴系统的频率异常保护，轴系统的逆功率保护，轴系统的误合闸保护。

2.发电机的差动保护措施

2.1采样值纵差保护

在发电机的差动保护措施中，采样值纵差保护是一种应用较为广泛的保护措施。实际上，采样值纵差保护是通过采集瞬时的电流值并经过比较和计算等方法来实现对发电机的保护的。在计算时，可以假设位于中性点一侧与位于发电机端一侧的相电在传变过程中产生了误差，这时假定电流的瞬时采样值流的正方向全都是发电机系统中性点的指向方向，对TA转变产生的误差不加考虑，这种情况下发电机产生的电流的瞬时采样值在任何时刻都是能够符合基尔霍夫电流定律中的规定的。然后使用绝对值比较法，就会得到动作方程（1）：

︱id（k）︱＞K︱it（k）︱

在这个动作方程（1）的公式中，id（k）表示差动电流的采样数值，id（k）=in（k）-it（k），其中，in（k）表示中性点一侧电流的采样数值，iT（k）表示发电机端电流的采样数值，it（k）则表示制动电流的采样数值，且it（k）=in（k）+iT（k）。

为了能够防止短时间的干扰对发电机运行产生的影响，当短时间的干扰发生之后，工作人员应当按照动作方程（1）里面公式的步骤重复地进行M次的判断，判断出结果之后再发出下一步的命令。工作人员下需要对时间表面进行分析，当经过TA位置的电流数值很大且具有非周期性的电流分量时，TA只会在初始阶段的四分之一到二分之一周波之前可以保持较好的传变特性。因此，工作人员对采样值的纵差保护反应一定要在半个周波发出之前就作出准确的判断，然后对其采取闭锁保护，以免发电机出现误动现象。为了保证发电机能具有制动的特性，信息必须要达到1/4的周波以上，即信息的重复覆盖次数应达到1/4周期以上。在发电机高速动行的状态下，TA产生的误差是非常小的，这就表示制动系数K可以取得相对较小的数值。

2.2纵差保护方案的改进

当具有多并联分支的发电机中出现带过渡型电阻的小匝数短路时，工作人员绝对不能忽视负荷分量对发电机产生的影响，因为符合分量会影响具有多并联分支的发电机的灵敏度，使具有多并联分支的发电机的灵敏度降低。为了消除因负荷分量对发电机造成的影响，工作人员可以利用叠加原理来加以解决。由叠加原理可知，故障分量电流可以看成是由故障点部位所假想出的电势产生的。按照假想电势的正方向，发电机端的中性点位产生的故障分量与发电机的电流相量之间形成的相角可以明确地当作纵差保护过程的计算参照，当发电机外部的故障时间小于π/2时，发电机内部的故障时间必然会大于π/2。根据这个叠加原理的特点，工作人员可以使发电机纵差保护的灵敏度得到有效的提升，从而达到对现有的折现判据加以简化的目的。

3.定子绕组不对称保护

3.1定子绕组不对称保护的基本类别

由于发电机的结构特点，定子绕组在运行时可能会发生不对称故障，因此工作人员需要对定子绕组不对称采取相应的保护措施。对于具有多分支结构的定子绕组，可以在部分绕组里面的点侧部位安置电流互感器，这样就能构成一个不完全纵差动保护系统。对于有条件的发电机，可以对其采取横差保护措施。通常情况下，横差动保护需要确保发电机不出现误动，因此需要使用较高的整定值，但这会造成发电机的灵敏度不足。对此，工作人员可以使用微机保护的措施，确保三次谐波能够对基波进行主滤及过比的情况下，降低发电机的整定值，从而提高发电机的灵敏度。另外，工作人员也可以将同相的分支编制成两组，构成两条独立的综合支路，从而构成横差保护，也叫做“裂相横差动”。

3.2故障分量原理

在实践的过程中，工作人员必须要对这样一个问题加以考虑，那就是负荷不对称等原因会造成负序分量的出现，从而在转子系统回路中感应出2次谐波电流。针对这个问题，工作人员可以借助故障分量原理来加以解决。当只对故障的附加状态电路进行考虑时，不管转子系统最初是怎样的状态，只要出现一个新的不对称，那么我们就可以设想在等量负序的电路故障点位置，会呈现出一个假想的负序电动势。对于转子系统中所有的不对称故障，都可以将这个假想的负序电动势安置在发电机的内部。反之，若转子系统的外部出现了不对称故障，呢么就可以将这个假想的负序电动势安置在发电机的外部。同时，当负序电流的故障分量经过发电机的定子绕组时，将会在转子系统的回路里面产生二次谐波电流的故障分量，工作人员就可以用这个分量来对发电机的故障进行检测。这表明，故障分量原理可以将不平衡的负荷电流对发电机的影响加以消除，从而使发电机的灵敏度得到有效的提升。

总结：综上所述，想要实现电力行业的平稳发展，就必须对发电机的保护工作加以足够的重视。这就需要广大的电力行业工作者在平时的工作当中，对发电机采取有针对性的保护措施，以免发电机产生故障，给企业带来不必要的经济损失。另外，相关的技术人员应继续加大对发电机保护措施的研究力度，这样发电机才能更好地为人们的工作和生活服务。

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