发电机保护教程.doc

发电机基本概念 1　主要构成 发电机主要由定子和转子两部分构成。在定子与转子间留有适当的间隙，通常将该间隙称作为气隙。 极对数为1的三相交流同步发电机的结构示意图如图所示。 在定子铁芯上设置有槽，每个定子槽分上槽和下槽，上槽及下槽中设置有定子绕组。每台发电机的定子绕组为三相对称式绕组，如图中的a-x、b-y、c-z所示。所谓三相对称绕组是指三个绕组（即a-x、b-y、c-z）的匝数相等，其空间分布相对位置相距1200。在定子铁芯的上槽与下槽之间设置有屏蔽层。 在转子铁芯上也有槽，槽内设置有转子绕组（如下图） 为提高发电机的单机容量及降低铁芯及绕组的温度，各种发电机均设置有冷却系统。小型发电机一般采用空气冷却方式，也有采用氢冷式；对于大型汽轮发电机，通常采用水内冷及氢冷方式。 2　作用原理 在转子绕组中（图中的W－j）通入直流，产生一恒定磁场（其两极极性分别为N－S）。发电机转子由汽轮机或水轮机拖着旋转，恒定磁场变成旋转磁场（通常称之气隙磁场）。转子旋转磁场切割定子绕组，必将在定子绕组产生感应电势。 由于转子磁场在气隙中按正弦分布，而转子以恒定速度旋转，从而使定子绕组中的感应电势按正弦波规律变化。 发电机并网运行时，定子绕组中出现感应电流，向系统输出电能。 3　发电机的额定转速 转子磁场旋转时，每转过一对磁极，定子绕组中的电势便历经一个周期。因此，定子绕组中电势的频率可由每秒钟转过磁极的极对数来表示。设发电机的极对数（即一个N、一个S）为P，每分钟的转速为n， 则频率f＝pn/60　转速n＝60f/p…………………………………………………（1） 汽轮发电机的极对数P＝1，当电网的频率f＝50赫时，n＝3000转/分。对于水轮发电机，其极对数较多，故允许其转速转低，当P＝4时，水轮机的转速n=750转/分，当极对数P＝24时，其转速为125转/分。 4　两种旋转磁场 （1）直流激磁旋转磁场 直流激磁旋转磁场，又叫机械旋转磁场。在同步发电机转子上装设有转子绕组，通入直流后产生直流激磁的磁极，当转子旋转时，在气隙形成旋转磁场。该旋转磁场与转子无相对运动。气隙旋转磁场的转速与转子的转速相同。发电机正常运行时，转速为同步速。 （2）交流激磁的旋转磁场 发电机定子三相对称电流流过三相对称绕组时，将在气隙中产生旋转磁场。该旋转磁场由三相交流产生，故称交流激磁的旋转磁场。 发电机正常运行时，两种旋转磁场的转速均等于同步速，它们之间无相对运动。又因为转子的转速也等于同步速，因此，定子旋转磁场与转子之间无相对运动，而转子磁场紧拉着定子旋转磁场转动。 5　发电机的冷却方式 根据冷却介质流通的路途，同步发电机的冷却方式，可分为外冷式及内冷式两种。 外冷式又称之表面冷却方式，其冷却介质有空气及氢气两种；内冷式称之直接冷却方式，其冷却介质有氢气及水两种。 当采用水冷却方式时，绕组为空心铜制绕组，冷却水直接由绕组内流通。 目前，大型汽轮发电机定子绕组的冷却方式，多采用水冷方式。有些发电机的转子绕组也采用水内冷方式。将转子绕组及定子绕组均由水内冷冷却的发电机，称之双水内冷发电机。 6　并网运行汽轮发电机电势与端电压的关系 发电机并网运行时，向系统送出有功及无功。此时，机端电压与发电机电势的关系 E0＝U＋jIXd…………………………………………………（1） 式中:E0－发电机电势； 　　　U－机端电压； 　　　I－发电机定子电流； ????? Xd－发电机的同步电抗。 若以机端电压为参考向量， 及 的向量关系如图下图所示。  在图中： φ－功率因数角； ????? δ－发电机电势与机端电压之间的夹角，又称之功角。 　　由图可以看出，当发电机送出有功及无功时，发电机电势E0大于机端电压U。当发电机从系统吸收无功时，发电机电势将小于机端电压。 7　发电机的阻抗 若不及电阻分量，发电机的阻抗有同步电抗、暂态电抗、次暂态电抗、负序电抗和零序电抗。 （1）同步电抗 发电机的同步电抗也叫正序电抗。正常运行时发电机的电抗，称之同步电抗； （2）负序电抗 发电机不对称运行时，负序电流产生负序旋转磁场，负序旋转磁场以2倍同步转速切割转子绕组。负序电抗等于机端负序电压与定子绕组中负序电流的基波分量之比。 （3）零序电抗 零序电抗具有漏抗的性质，其大小决定于零序电流产生的漏磁通。 （4）暂态电抗 当定子电流突然变化时，在转子绕组中产生感应电势（像变压器一样），在转子回路中产生感应电流。该电流的作用使定子电抗减小，将减小后的电抗称之为暂态电抗 。 （5）次暂态电抗 当转子上有阻尼绕组时，若定子电流突然变化，由于阻尼绕组回路的阻抗不能突变，致使磁路的磁阻很大，相应的电抗更小。 发电机保护的配置 一　发电机的故障及不正常运行方式 1　发电机的故障 （1）定子绕组的故障 定子绕组的故障