电力系统中的发电机保护是保障电力系统稳定运行的关键环节。发电机作为电力系统的主要设备,其安全稳定至关重要。本讲座主要探讨了发电机可能出现的各种故障及其相应的保护措施。
首先,发电机可能遇到的故障类型包括定子绕组相间短路(d1故障)、定子绕组匝间短路(分为d2和d3故障)、定子绕组单相接地短路、转子励磁回路接地(d4故障)以及失磁(低励)故障。这些故障可能导致发电机过负荷、转子表层过热、定子绕组过电压、发电机逆功率运行、励磁回路过负荷和过励磁,以及发电机频率上升或下降等现象。
为了应对这些故障,设计了多种保护机制。其中,纵联差动保护是反应发电机定子绕组及引出线相间短路的主要保护,它基于基尔霍夫电流定律(KCL),在正常运行或外部故障时,差动继电器的电流为零。在内部故障时,差动继电器会检测到故障电流,从而启动保护。然而,由于变压器和发电机的结构差异,纵联差动保护在变压器和发电机中的应用有所不同,例如对匝间短路的敏感度和对励磁涌流的处理。
定子绕组匝间短路保护专门针对定子绕组内部的短路问题,通常采用裂相横差保护和单元件横差保护。裂相横差保护通过检测环流来判断故障,接线简单,灵敏度高,但可能受到三次谐波电流的影响。单元件横差保护则适用于多分支的定子绕组,其接线复杂,但能够更好地处理不平衡电流。
此外,还有定子单相接地保护、负序过电流保护、对称过负荷保护、励磁回路接地保护、失磁保护、失步保护、转子过负荷保护、逆功率保护、定子绕组过电压保护和发电机过励磁保护等。这些保护机制相互配合,确保在各种故障条件下,发电机能够及时得到保护,避免故障扩大,保障电力系统的稳定运行。
综上所述,发电机保护涉及了电气工程的多个方面,包括电气理论、故障诊断和保护系统设计。正确理解和应用这些保护措施,对于电力系统的可靠性和安全性至关重要。