发电机逆功率保护

能源科学技术

发电机逆功率保护又称功率方向保护。一般而言，发电机的功率方向应该为由发电机流向母线，但是当发电机失磁或其他某种原因，发电机有可能变为电动机运行，即从系统中吸取有功功率。这就是逆功率。当逆功率达到一定值时，发电机的保护动作，或动作于发信号或动作于跳闸。

背景介绍

并网运行的汽轮发电机，在汽轮机的主汽门关闭之后，便作为同步电动机运行：吸收有功功率而拖着汽轮机转动，可向系统发出无功功率。由于汽轮机主汽门已关闭，汽机尾部叶片与残留蒸汽产生摩擦而形成鼓风损耗，长期运行过热而损坏。燃气轮机和水轮机也主要是对原动机的损害。发电机逆功率保护主要保护汽轮机不受损害。

原理介绍

当发电机出现逆功率（外部功率指向发电机，也就是发电机变成电动机工况），逆功率保护动作断路器跳闸。需要采集三相电压和二相电流信号。

由于一次能源形态的不同，可以制成不同的发电机。利用水利资源和水轮机配合，可以制成水轮发电机；由于水库容量和水头落差高低不同，可以制成容量和转速各异的水轮发电机。利用煤、石油等资源，和锅炉，涡轮蒸汽机配合，可以制成汽轮发电机，这种发电机多为高速电机(3000rpm)。此外还有利用太阳能、风能、原子能、地热、潮汐、生物能等能量的各类发电机。此外，由于发电机工作原理不同又分作直流发电机，异步发电机和同步发电机。在广泛使用的大型发电机都是同步发电机。

整定计算

对汽轮机逆功率保护的整定计算，就是要确定该保护的动作功率Pdz及动作延时t。

1、动作功率Pdz的整定汽轮发电机逆功率保护的动作功率可按下式计算：

Pdz=(Krel*P1)/η

Pdz－逆功率保护的动作功率

Krel－可靠系数，取0.8

P1－主汽门关闭后，汽轮机维持同步转速旋转所消耗的功率，该功率的大小除与汽轮机的结构及容量有关之外，还与汽轮发电机的主蒸汽系统的结构（管道结构及有无旁路管道等）有关，一般取额定功率的1.5~2% η－发电机拖动汽轮发电机旋转时的效率，取0.98~0.99 所以：

Pdz≈（1.2~1.6%）PN

PN－发电机的额定功率。实际中，Pdz=可取1~1.5%PN。

2、动作延时发电机逆功率保护的动作延时，应按照汽轮发电机主汽门关闭后允许运行的时间来整定，该允许时间一般为10~15min。计算及运行实践表明，当汽轮机蒸汽系统有旁路管道时，允许运行时间还要长一些。因此，若按照汽轮机主汽门关闭之后允许运行的时间来整定保护的动作延时，可取5~10min。动作后作用于解列灭磁。另外，投运的大型汽轮发电机，多采用逆功率保护去启动程序跳闸回路，此时，动作时间通常取1~2s。对于程控逆功率保护，由于动作时间短，在主汽门点闭后很短的时间内，由于汽轮机及发电机的惯性，实际逆功率可能很小，因此逆功率的定值不应大于1%PN。

保护措施

我国自行设计的发电机，以往不装设逆功率保护，但采取以下措施：

(1) 主汽门关闭后，在控制室内发信号，如主汽门误关闭，检查之后可迅速恢复供汽，使机组正常运行，如几分钟恢复不了，可由值班员断开发电机出口开关。

(2) 采用联锁方法。当主汽门关闭后，用主汽门辅助接点，经延时切除发电机。上述方法虽然可行，但有不足之处，因为都不能正确地反映主汽门关闭情况。为了及时发现逆功率的异常工况，欧洲一些国家在发电机上配置有逆功率保护，用于保护汽轮机。当主汽门误关闭或机炉保护动作关闭主汽门而发电机出口开关未跳闸时，发电机变成电动机运行状态，此时发电机从系统吸收有功和无功，这种工况对发电机并无影响但由于鼓风损失，汽轮机尾部叶片有可能过热，损坏尾部叶片而造成汽轮机事故。因此大机组不允许在这种工况下长时间运行，最多只允许运行几分钟。

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