发电机为何严禁带负荷解列

发电机为何严禁带负荷解列

郭强

阳城国际发电有限责任公司，山西省晋城市， 048000

摘要：发电机为何严禁带负荷解列是线管操作标准中严格要求的，所以必须要严格按照要求操作。同时解释了严禁带负荷操作的必要性，从根本上理解这一技术要求。同时在实际的保护过程中，统筹做好发电机的零功率保护、误上电保护以及启停机保护，确保发电机运行稳定。

关键词：发电机；负荷；解列

引言

发电机作为动力装置，在机械设备中是不可缺少的部分，也是核心部分。因此对于发电机的维护、维修、管理都必须要严格的按照规章制度执行。尤其是在汽轮机组运行过程中，对于发电机的运行状态的解列工作。本文以汽轮机中发电机解列为例，探究如何做好工作保护，避免事故发生。

一、发电机严禁带负荷解列必要性分析

根据《防止生产事故的二十五项重点要求及编制释义》即(二十五项反措)第八项：防止汽轮机、燃气轮机事故之防止汽轮机超速事故。其中规定，组停机时,应先将发电机有功、无功功率减至零、检查确认有功功率到零,电能表停转或逆转以后,再将发电机与系统解列,或采用汽轮机手动打闸或锅炉手动主燃料跳闸联跳汽轮机,发电机逆功率保护动作解列。严禁带负荷解列。

二十五项反措的规定主要是考虑发电机解列,而不是汽机打闸,如果解列不联跳汽轮机,则汽轮机主汽门、调门是不关的,机组仍然要维持3000转,所以停机解列时要将发电机有功功率减到零，否则转速升高严重时将会造成汽轮机超速设备损坏事件。而无功功率降至零主要是考虑如果无功不降为零发电机解列会造成机组空载过电压。解列时无功功率较高的话,发变组电压会飙升,同时发电机会使发电机过激磁,导致绝缘,甚至造成击穿烧损。(发电机和变压器都是由铁心绕组组成,设绕组外加电压为 U ,频率为 f ,匝数为 W ,铁心截面为 S ,磁密为 B ,则有 U =4.44fWBS,所以 B = K * U / f ( K 为常数1/4.44WS),由此可知,电压的升高和频率的降低均可导致磁密的增大。磁密的过分增大,使铁心饱和,严重时就形成威胁设备安全的过励磁故障。发电机过励磁的危害是会造成发电机局部过热和定子铁心背部漏磁场增强,对机组安全十分不利。

从现在的机组停机方式来看,操作方式上基本上不存在这样的问题，因为现在机组都是首先通过汽轮机打闸后通过逆功率保护来将发电机解列的,也就不会存在汽轮机超速的可能。但是也有很多机组是发电机解列，汽轮机打闸，这就需要严格执行此项规定了，防止发电机解列时造成机组严重超速。

在发电机解列过程中，逆功率保护的投入在主汽门(注意不是调节汽门)关闭，汽轮机的余汽做功后，发电机必然出现逆功率的情况下，由主汽门关闭的行程接点(保安油压低三取二)与逆功率继电器动作的电气接点共同启动“逆功率保护”,即其动作条件有两个,缺一不可。

二、发电机保护方法与策略

2.1 发电机保护概述

汽轮发电机在某种原因主气门关闭时,汽轮机处于无蒸汽状态运行,此时发电机变为电动机带动汽轮机转子旋转,汽轮机叶片的高速旋转会引起鼓风摩擦损耗,特别在尾端的叶片可能引起过热,造成汽轮机转子叶片损坏事故。此种情况下，可以理解为是对汽轮机叶片的保护。

动作功率: Pop = Krel (P₁+P₂)

P₁:汽轮机逆功率运行时最小损耗,一般取额定功率的1%~4%

P₂:发电机逆功率运行时最小损耗,一般取P₂×(1—η) Pgη (η :发电机效率, Pgη :发电机额定功率)

Krel :可靠系数,取0.5~0.8。

一般为( 0.5%~2%)发电机额定功率,并根据主气门关闭时保护装置实测功率值校核。

逆功率保护设两段时限: I 段发信号,可设延时2S。I段定值延时(根据汽轮机允许的逆功率运行时间),动作解列。

2.2 发电机零功率保护:

防止发电机在带有一定有功下,突然断开主断路器或线路故障跳闸切断了输电通道，而主汽门又未全部关闭，导致发电机无法输出功率，有功功率突然降至很低（厂用电负荷以下）甚至降至零，此时发电机电枢反应突然消失，在汽轮机原动力不变的情况下，转速迅速上升，特别在满负荷的情况下发生零功率，转速升高的更多，有可能出现超速而飞车的事故。即使汽轮机超速保护正确动作，也可能给机组带来不必要的危害，同时，如果处在手动励磁控制方式下，过剩的励磁会使极端电压大幅升高，使发电机及主变发生过电压，引起绝缘损坏和电压事故，甚至造成附属设备及常用设备的不正常和损坏。为避免此类事故即在发生零功率保护时，动作后先关闭汽轮机主气门G，动作后作用于机组全停。

在正常停机操作时，当负荷降为零时，汽轮机主汽门关闭，在低于一定的有功负荷限值条件下，启动逆功率长延时保护，动作于断开发变组出口断路器，与系统解列。这样做的目的是防止主汽门关闭不严，当发变组出口断路器跳开后,发电机由于没有外部电磁功率这个电磁力矩，就有可能造成汽轮机飞车事件。另外，在发生事故情况下的停机操作时，为保护汽轮机安全停机，确保主汽门关闭，由逆功率短延时保护动作于A,B,C,D,E,F,G,H，即断开主开关，启动快切装置，关闭主汽门，灭磁，保护机组全停，必要情况下手打汽机防止汽轮机超速。

2.3 误上电保护策略

为充分保护发电机，在机组启停阶段，还引入了误上电保护，开关闪络保护和启停机保护，讲解如下：

1.误上电保护设置目的:300MW及以上发电机组,一般都要装设误上电保护,以防止发电机起停机时的误操作。

2.误上电保护设置原因:当发电机盘车或转子静止时发生误合闸操作,定子的电流(正序电流)在气隙产生的旋转磁场会在转子本体中感应工频或接近工频的电流,会引起转子过热而损失。(励磁系统基本原理详解)

3.误上电保护分类:

(1)发电机盘车时,未加励磁,断路器误合,造成发电机异步起动。发电机异步启动,定子的电流(正序电流)在气隙产生的旋转磁场会在转子本体中感应工频或接近工频的滑差电流,会引起转子过热烧伤。

在这期间,由于无励磁,发电机不可能进行并网操作,因此用发电机断路器合闸、灭磁开关未合和定子有电流,来判别发电机升速或盘车过程中的误上电,瞬时动作与跳闸(电流按机端电流整定)。

2. 发电机起停过程中,已加励磁,但频率低于定值,断路器误合,造成非同期合闸。发电机非同期合闸会造成断路器出口闪络,将产生很大的冲击电流。发电机非同期合闸会造成断路器出口闪络,将产生很大的冲击电流(负序电流)及转矩,可能损坏发电机及引起系统振荡。采用阻抗元件来区分并网和误上电。如果发电机断路器两侧电势相差180附近,非同期合闸电流太大,跳闸易造成断路器损坏,此时闭锁跳断路器出口,先跳灭磁开关,当断路器电流小于定值时再动作于跳出口开关。

3. 这期间(断路器未合闸时)也可以根据断路器位置接点及断路器闪络负序过流值来判断误上电,动作发电机跳灭磁开关,失效时启动系统失灵保护。

4. 误上电保护引入发电机三相电流和主变高压侧或者发电机侧两相电流和两相电压。

5. 误上电保护在发电机并网后自动退出运行,解列后自动投入运行。

6. 发电机在盘车过程中,由于出口断路器误合闸,突然加电压,使发电机异步启动,它能给机组造成损伤。因此需要有相应的保护,当发生上述事件时,迅速切除电源。一般设置专用的意外加电压保护,可用延时返回的低频元件和过流元件共同存在为判据。该保护正常运行时停用,机组停用后才投入。

7. 当然在异常启动时,逆功率保护、失磁保护、阻抗保护也可能动作,但时限较长,设置专用的误合闸保护比较好。

2.4 启停机保护

1.启停机保护配置的目的:发电机启动或停机过程中,配置反应相间故障的保护和定子接地故障的保护。

2.启停机保护配置的原因:在发电机启动或停机过程中,由于操作上的失误或其它原因使发电机在启动或停机过程中有励磁电流,而此时发电机正好存在短路或其它故障,而此时发电机定子电压频率很低,许多保护继电器的动作特性受频率影响较大,在这样低的频率下,不能正确工作,有的灵敏度大大降低,有的则根本不能动作,因此启停机保护采用了不受频率影响的算法,保证了启停机过程中对发电机的保护。

3.启停机保护的投入可经低频元件闭锁,也可经断路器位置辅助接点闭锁。

4.误上电保护在发电机并网后自动退出运行,解列后自动投入运行。

结束语

发电机为何严禁带负荷解列是线管操作标准中严格要求的，所以必须要严格按照要求操作。同时解释了严禁带负荷操作的必要性，从根本上理解这一技术要求。同时在实际的保护过程中，统筹做好发电机的零功率保护、误上电保护以及启停机保护，确保发电机运行稳定。

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