发电机逆功率保护学习
发电机逆功率保护
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，或动作于发号或动作于跳闸。
1、概述说明
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。
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。
2、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。
何为逆功率?
众所周知，发电机的功率方向应该由发电机方向流向系统方向。但由于某种原因，当汽轮机失去原动力，而发电机出口开关又未能跳闸，则功率方向变为由系统流向发电机，即发电机变为电动机在运行。此时发电机从系统中吸取有功功率，此即为逆功率。
逆功率的危害
发电机逆功率保护是汽轮机由于某种原因导致主汽门关闭而失去原动力时，发电机变为电动机带动汽轮机旋转，汽轮机叶片在无蒸汽情况下高速旋转会引起鼓风摩擦，特别是在末级叶片可能会引起过热，导致转子叶片的损坏事故。
所以说逆功率保护实则是对汽轮机无蒸汽运行的保护。
发电机的程序逆功率保护
发电机程序逆功率保护主要是防止发电机在带有一定负荷的情况下，突然跳开发电机出口开关而汽轮机主汽门又未能全部关闭的情况。在此情况下，汽轮发电机组极易发生超速，甚至飞车。为避免此种情况，对于非短路故障的某些保护，动作号发出后，先作用于关闭汽轮机主汽门，待发电机逆功率继电器动作后，与主汽门关闭的号组成与门，经一短时限组成程序逆功率保护，动作作用于全停。
逆功率保护与程序逆功率保护的区别
逆功率保护是为了防止逆功率后，发电机变为电动机，带动汽轮机旋转，造成汽轮机的损坏。归根到底，是怕原动机动力不足，反被系统带着跑!
程序逆功率保护是为了防止发电机组突然解列后，主汽门未完全关闭，导致汽轮机超速，从而利用逆功率来规避。归根到底，是怕原动机动力太足导致机组超速!
所以说严格意义上来说，逆功率保护是发电机继电保护的一种，但主要是保护汽轮机。而程序逆功率保护不是一种保护而是为了实现程序跳闸而设置的动作过程，也叫程序跳闸，一般应用于停机方式。
关键的是逆功率只要定值达到就会跳闸，而程序逆功率除了定值达到，还要求汽机主汽门关闭，所以说在机组启动过程中并网瞬间，一定要避免逆功率动作。
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电机进相运行技术措施
发电机正常运行时，向系统提供有功的同时还提供无功，定子电流滞后于端电压一个角度，此种状态即迟相运行。当逐渐减少励磁电流使发电机从向系统提供无功而变为从系统吸收无功，定子电流从滞后而变为超前发电机端电压一个角度，此种状态即进相运行。同步发电机进相运行时较迟相运行状态励磁电流大幅度减少，发电机电势Eq亦相应降低。从P-功角关系看，在有功不变的情况下，功角必将相应增大，比值整步功亦相应降低，发电机静态稳定性下降。其稳定极限与发电机短路比，外接电抗，自动励磁调节器性能及其是否投运等有关。
进相运行时发电机定子端部漏磁较迟相运行时增大。特别是大型发电机线负荷高，正常运行时端部漏磁比较大，端部铁芯压指连接片温升高，进相运行时因为漏磁增大，温升加剧。进相运行时发电机端部电压降低，厂用电电压也相应降低，如果超出10%，将影响厂用电运行。
因此，同步发电机进相运行要通过试验确定进相运行深度。即在供给一定有功状态下，吸收多少无功才能保持系统静态稳定和暂态稳定，各部件温升不超限，并能满足电压的要求。
进相运行进相运行现象：
1、励磁电流大幅度减少;
2、发电机定子电压降低;
3、发电机无功负荷变为负值。
相运行进相运行危害：
1、增加发电机有功负荷，将使发电机向不稳定方向发展，易造成发电机失稳运行甚至系统振荡事故。
2、继续减少发电机励磁电流，使发电机进相深度增加，可能导致发电机失磁保护动作或发电机失稳运行。
3、发电机进相运行，定子电流增加，定子发热增加;发电机进相运行时，定子端部漏磁通变化比增大，使得端部发热严重，发电机定子线圈温度将持续上升。
4、发电机进相运行，发电机出口电压降低，使得6KV母线电压降低。设有低电压保护的高压电动机将跳闸;运行中的各电气设备，因母线电压降低，电流增大，导致设备发热，长时间运行会损坏设备绝缘。
该厂母线电压考核范围为230—235KV，在电网某些运行方式下，会出现我厂发电机无功减至 但是母线电压仍然高出235KV，此时应考虑发电机进相运行。
一、运行人员要密切监视220KV母线电压和机组有功、无功负荷，当母线电压超过235 KV时，必须控制发电机组功率因数达到0.99以上。当机组功率因数已达0.99以上，母线电压接近控制上限值时，值长应主动向上级调度汇报，根据上级调度的命令调整机组无功出力，直至进相运行。
二、发电机是否进相运行由值长统一命令执行，在进相运行前应汇报上级调度发电机带无功及220KV母线电压情况，并请示上级调度申请进相运行，如上级调度未许可则申请220KV母线电压超限点免考核，未经上级调度许可不得擅自进相运行。
三、机组在不同运行方式下进相运行规定：
1、单机运行时原则上不进相运行，但在春节等特殊方式下除外。
2、双机运行时原则上一台机进相运行，另一台机组保持高功率因数迟相运行，即控制无功尽量在小范围。但在春节等特殊方式下可以同时进相运行。
3、在考虑进相运行的机组时，该机组运行情况应保持稳定。否则考虑另一台机组进相运行，当两台机组运行都不稳定时，应向上级调度说明详细情况，并按照调度命令执行。
4、若两台机同时运行时，考虑两台机同时进相，且两台机进相深度应保持平衡。
四、连续进相运行时间不得超过6小时。
五、进相运行时，应专设监盘人员，并严格按照上级调度命令进行。
六、在发电机进相运行期间，无值长允许任何岗位人员不得私自启动6KV转机，包括输煤、脱硫、化学、水源地，否则将按严重违反生产调度纪律处理!待启动6KV转机前，值班员需将6KV厂用母线电压调整至6.1KV以上，在启动电泵、循泵、增压风机等大容量设备需将6KV厂用母线电压调整至6.45KV以上。
七、进相运行时操作：在进相运行前，请示上级调度解除AVC装置自动，手动减少发电机励磁，发电机在减少无功操作时，要循序渐进缓慢进行，严禁超调度规定进相深度值。进相结束后，手动增加发电机励磁，使之恢复正常运行方式观察五分钟无异常后，投入AVC自动。在手动调整期间应保持220KV母线电压合格。
八、进相运行期间监视参数：发电机出入口风温、定冷水、氢气压力;定子铁芯及铁芯端部温度、定子线圈各部温升、温差不超过规定允许值、轴振不超过允许值;定子电流、励磁电流、端电压、励磁变高压侧电流、滑环温度、励磁变温度不超过允许值;上述参数每小时检查一次。
九、进相运行参数控制：
1、任一段6KV厂用母线电压不得低于5.8KV，0.4KV母线电压不得低于0.36KV(照明段除外)，发电机端电压不得低于20KV，220KV母线电压230—235KV，功率因数不得低于0.95。
2、发电机进相运行时功角不得大于60度，防止系统冲击破坏发电机静态稳定而造成发电机震荡。
3、进相深度试验数据(二零零九年河南省电力实验院)：
4、根据我厂实际情况且在实验数据基础上再留有充分进相裕度，现规定：发电机进相深度限制不得超过调度规定的进相深度。
5、在机组负荷大于500MW情况下需要进相时，应向上级调度充分说明此时进相运行危险性，并按上级调度命令处理。
十、发电机进相运行必要条件：励磁系统自动运行，励磁自动调节器无异常报警号;低励限制、失磁保护投入。
十一、进相运行机组应具备双向无功表，自动励磁调节装置正常投入，其低励定值应按满足进相运行进行整定。
十二、若进相运行引起系统故障时，应立即恢复原运行方式。
十三、进相运行期间做好事故预想，在值班日志做好进相运行时间、进相深度及命令人等相关记录。
十四、进相运行期间事故处理：
1、若发电机出现机端电压越下限，应立即停止进相并汇报上级调度，积极恢复6KV母线电压不超过规定值，确保厂用电系统稳定。
2、运行期间参数异常达到停机值则应申请停机。
3、若震荡或者失去同步时，应立即增加励磁电流，同时减少有功负荷，恢复正常运行方式，若在1分钟内不能恢复则申请停机，待系统正常后再申请并网。
4、发电机失磁，若失磁保护动作跳闸，则按发电机跳闸处理，若保护未动作则应立即解列发电机。
5、在进相运行过程中若发生异常情况，应及时汇报调度。
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