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汽轮发电机定子绕组内部故障规律和保护方案 |
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表6 动模汽轮发电机带负载有功15 kW时
定子绕组内部故障的稳态试验结果
Table 6 Experimental results of turbogenerator
internal fault with 15 kW load
A
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| 短路种类
| ia1
| ia2
| ib1
| ib2
| ic1
| ic2
| id
| io-o
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a1 40%对2%
短路
| 50.90
| 29.30
| 33.90
| 7.63
| 19.20
| 29.20
| 254.3
| 3.83
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a1 40%对a2
10%短路
| 40.03
| 35.43
| 24.12
| 8.05
| 12.18
| 28.31
| 163.3
| 157.20
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a1 20%对b1
10%短路
| 17.41
| 16.37
| 25.07
| 10.07
| 1.10
| 21.24
| 180.7
| 10.59 |
在发电机正常运行时，发电机机端侧各支路电流和发电机中性点侧各支路电流的大小和相位相同。但在机组内部出现各种短路（包括匝间短路、相间短路和分支开焊）时，这种平衡状态就被打破，由于各支路之间的互感不同，导致各支路的感应电流也各不相同。当汽轮发电机中性点侧有6个引出抽头和各分支可安装保护用电流互感器(TA)时，通过上述仿真计算结果和实验结果可以得到：
a.利用机端相绕组电流构成的纵差保护对定子绕组匝间短路，同相不同分支之间的短路不起作用，但对定子绕组的相间短路则能够有保护作用。
b.在发电机内部出现同分支的小匝比匝间短路时，io-o很小，只有其额定电流的1%，随着短路匝的增加，其数值也逐步增大；而ifd2幅值约占其直流量的4%～10%。由于互感的影响，故障相和非故障相的各分支电流数值的大小出现了较大差异，若利用裂相横差保护（即同相2个分支之间的电流差动保护）则完全能够起到保护作用。另外u0也有零点几伏到10 V左右，负序功率标幺值在小匝比匝间短路时只有0.05，随着短路匝的增加，其数值也逐步增大。因此利用上述故障特征量的转子二次谐波电流保护、发电机单元件横差保护、发电机纵向零序电压保护以及故障分量负序方向保护能够起到部分保护作用。
c.在同相不同分支之间短路时，io-o很大，在此种情况下发电机单元件横差保护的灵敏度很高；故障分支靠近中性点侧的分支电流比机端相绕组的电流要大得多，所以可利用发电机不完全纵差保护（即机端相绕组电流和发电机中性点侧的分支电流构成差动保护）构成在这种情况下的主保护。非故障相的各分支电流数值的大小出现了较大差异，裂相横差保护完全能够起到保护作用；由于ifd2和u0不大，故转子二次谐波电流保护、发电机纵向零序电压保护只能起到部分保护作用。负序功率标幺值有较大的数值，故障分量负序方向保护能够起到保护作用。
d.在不同相之间相间短路时，故障分支靠近中性点侧的分支电流比机端相绕组的电流也要大许多，可利用发电机不完全纵差保护构成在这种情况下的主保护；中性点连线的电流比较大，发电机单元件横差保护也能有保护作用；ifd2和u0不大，转子二次谐波电流保护和发电机纵向零序电压保护只能起到部分保护作用；负序功率标幺值有较大的数值，故障分量负序方向保护完全能够起到保护作用；非故障相和故障相的各分支电流数值的大小出现了较大差异，裂相横差保护也完全能够起到保护作用。
3.2 保护配置
由上述结果可以得到：①在汽轮发电机中性点侧能够引出6个抽头的情况下，可优先采用裂相横差保护作为发电机定子绕组内部故障的主保护，另外发电机不完全纵差保护，故障分量负序方向保护和发电机单元件横差保护可作为定子绕组内部故障的主保护方案之一，补充构成主保护的双重化；利用微机保护的优越性，将发电机中性点侧各支路电流（共6个）以及机端相绕组电流（共3个）引入保护装置，然后利用微机进行所需组合，构成各种定子绕组内部故障的主保护。②在发电机中性点只引出3个端子的情况下，宜采用故障分量负序方向保护作为发电机定子绕组内部故障的主保护；另外励磁绕组二次谐波电流保护和发电机纵向零序电压保护 |
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