1、本科毕业论文（20 届）发电机保护的发展及展望所在学院 专业班级 电气工程及其自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 哈尔滨理工大学学士学位论文-I-发电机保护的发展及展望摘要随着我国经济发展速度不断的提高，电力资源变得十分的短缺，尤其在南方沿海发达城市，每到夏季就会迎来一个又一个的用电高峰。因此，如何在现有的技术条件下保证发电机的正常运行变成了摆在我们面前的一大难题，而本文便对发电机的保护进行了研究。本文主要对发电机保护中的几个重要的保护类型，发电机差动保护，定子匝间保护，定子单相接地保护，转子接地保护进行了阐述，对它们的基本保护原理及现有的几种保护的形式进行了介绍。如今，
2、发电机的保护主要采用的便是微机保护，应用高性能数字信号处理器 DSP 为硬件平台，已基本实现了数字化保护这一目标。本文介绍了国内外发展水平及微机保护的未来发展趋势。然而，仅仅在发生故障后进行保护还远远不够，对一些大型发电机组来说，哪怕是一个小小的故障，其损失也将是巨大的，因此本文还对正在研究中的故障预测技术进行了介绍，说明了其研究的目的，难点及其未来研究的方向。关键词 发电机保护；继电保护；微机保护；故障预测技术哈尔滨理工大学学士学位论文-II-The development of the generator protectionAbstractWith the pace of economi
3、c development in China continue to increase, the power resources has become very shortage, especially in the south developed coastal cities, will usher in a peak every summer. Therefore, how to ensure the normal operation of the generator into a major problem in front of us. in the existing technica
4、l conditions , this article will be on generator protection.In this paper, several important type of protection Generator protection, generator differential protection, stator interturn protection, stator ground fault protection and rotor earth fault protection are described, introduced the basic pr
5、otection principle and some form of protection.Today, protection of generator is microprocessor-based protection, the application uses high-performance digital signal processor (DSP) hardware platform, the basic realization of the digital protection that goal. This article describes the internationa
6、l level of development and computer protection and future development trend of domestic.However, only in the event of a failure to protect is not enough for a number of large generating units, even a small fault, and its loss will be huge, so study the failure prediction technology has become impera
7、tive. Domestic and international research in this area are ongoing today, but also are immature, but I think in the near future this technology will eventually be applied to the protection of the generator.Keywords generator protection; relay protection; microprocessor - based protection; failure pr
8、ediction technology哈尔滨理工大学学士学位论文-III-目录摘要 .IAbstract.II第 1 章 绪论 .11.1 课题背景 .11.2 研究的意义及目的 .11.3 论文的主要结构 .2第 2 章 发电机保护原理 .32.1 发电机故障类型及不正常运行状态 .32.2 发电机的主要保护类型 .42.2.1 发电机差动保护 .42.2.2 发电机定子匝间保护 .72.2.3 发电机定子接地保护 .122.2.4 转子接地保护 .182.3 本章小结 .20第 3 章 发电机微机保护 .213.1 继电保护的发展历史 .213.2 微机保护的特点 .223.3 当代发电机
9、微机继电保护 .223.3.1 保护原理的新进展 .223.3.2 国内外发展的差距 .233.4 微机继电保护的未来发展 .243.4.1 计算机化 .243.4.2 网络化 .253.4.3 智能化 .253.5 本章小结 .25第 4 章 发电机故障预测技术 .264.1 故障预测技术的研究内容 .264.2 故障预测技术的国内外研究状态 .294.3 故障预测的研究难点和研究预测 .324.4 本章小结 .33结论 .34致谢 .35参考文献 .36附录 .39哈尔滨理工大学学士学位论文- 1 -第 1 章 绪论1.1 课题背景电气主设备是电力系统中的重要元件，它的安危极大地影响电力系
10、统的安全稳定运行，因此对主设备保护的要求较高。国内的电气主设备保护的发展滞后于线路保护的发展，主要原因是电气主设备的机电和电磁特性复杂，保护配置品种繁多，参数复杂，并且长期以来对主设备缺乏科学的故障分析工具，不像线路保护那样可以比较清楚地分析故障成因及故障过程。所以，电力系统中还有一些老电厂采用传统式保护，但是新建电站的主设备基本选用数字式保护，并且原有的传统式保护正在有步骤地更换为数字式保护。1.2 研究的意义及目的随着我国电力系统的飞速发展，系统容量迅速增加，单机最大容量也达到了 90 万千瓦，目前还有正在建设中的项目，单机容量达到了 100 万千瓦。发电厂在电力系统中的重要地位是不言而喻
11、的，它的安全运行对电力系统具有极其重要的意义。因此，针对发电厂可能发生的故障和异常情况，必须装设专门的，性能完善的继电保护装置。继电保护装置是电力系统不可分割的一部分，是电力系统安全运行的重要保证，合理配置和正确使用继电保护装置尤为重要 。为满足电力系统对继电保护提出的可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求，充分发挥继电保护装置的效能，需合理的选择保护定值，以保持各保护间的相互配合和正确动作。装设继电保护和自动安全装置是自电力系统发展之初至今采用最为广泛的一种措施，它们在电力系统的安全稳定运行中发挥着非常重要的作用。电力系统在运行过程中，可能会遇到各种类型的故障和不正常运行方式，这些都可能在电力
12、系统中引起事故，从而破坏电力系统的正常运行，降低电力设备的使用寿命，严重的将直接破坏系统的稳定性，造成大面积的停电事故。当故障一旦发生时，应该迅速而有选择地切除故障元件，使故障的影响范围尽可能缩小，这一任务是由继电保护与安全自动装置来完成的。发电厂的设备种类繁多，每一种设备所配置的保护原理也多，尤其是主设备。因此研究各设备的保护形式，了解其保护的原理，以此来发现新的保护方式也变得格外重要。尤其是大型发电机来说，一个小小的故障也哈尔滨理工大学学士学位论文- 2 -会带来巨大的经济损失，如何利用现有的微机保护来使损失降到最低，如何做到最大程度避免故障的发生便是现在发电机保护研究所要做的工作。1.3
13、 论文的主要结构在第 1 章绪论里，主要介绍了发电机保护的作用及意义。在第 2 章里，主要介绍了发电机的故障类型、不正常运行状态及主要保护方式。在第 3 章里，主要描述了发电机微机保护的发展历史及特点，并预测了继电保护的未来发展。在第 4 章里，主要介绍了发电机故障预测技术。哈尔滨理工大学学士学位论文- 3 -第 2 章 发电机保护原理2.1 发电机故障类型及不正常运行状态同步发电机是电力系统中最重要的设备它的安全运行对保证电力系统的正常工作和电能质量起着决定性的作用。同时发电机本身也是一个十分贵重的电器元件因此应该针对各种不同的故障和不正常运行状态装设性能完善的继电保护装置。 发电机的故障类
14、型主要有：（1） 定子绕组相间短路。定子绕组的相间短路对发电机的危害最大会产生很大的短路电流使绕组过热，故障点的电弧将破坏绝缘、烧坏铁芯和绕组甚至导致发电机着火。 （2） 定子绕组匝间短路。定子绕组匝间短路时被短路的部分绕组内将产生大的环流，从而引起故障处温度升高绝缘破坏并有可能转变成单相接地和相间短路。 （3） 定子绕组单相接地。发生这种故障时发电机电压网络的电容电流将流过故障点 当电流较大时会使铁芯局部熔化给修理工作带来很大的困难。 （4） 励磁回路一点或两点接地。当励磁回路一点接地时由于没有构成接地电流通路，因此对发电机没有直接的危害。如果再发生另一点接地就会造成励磁回路两点接地短路，可
15、能烧坏励磁绕组和铁芯。此外由于转子磁通的对称性破坏还会引起机组的强烈振动。 发电机的不正常运行状态主要有：（1） 励磁电流急剧下降或消失。发电机励磁系统故障或自动灭磁开关误跳闸引起励磁电流急剧下降或消失。在此情况下发电机由同步转入异步运行状态并从系统吸收无功功率。系统无功不足时将引起电压下降甚至使系统崩溃。同时引起定子电流增加和转子过热，威胁发电机安全。（2） 外部短路引起定了绕组过电流。（3） 负荷超过发电机额定容量而引起的过负荷。 以上（2） （3）两种不正常运行状态都将引起发电机定了绕组温度升高加速绝缘老化，缩短机组寿命，也可能发展成为发电机内部故障。 （4） 转子表层过热。电力系统发生
16、不对称短路或发电机三相负荷不对称时，将有负序电流流过定子绕组，在发电机中产生对转了的两倍同步转速旋转的磁场，从而在转子中感应出倍频电流。此电流可能造成转子局部灼伤，严重时会使保护环受热松脱。特别是大型机组，这种威胁更加突哈尔滨理工大学学士学位论文- 4 -出。（5） 定子绕组过电压。调速系统惯性较大的发电机（如水轮发电机）因突然甩负荷造成定子绕组过电压。此外，发电机异常运行状态还有发电机失步、发电机逆功率、非全相运行以及励磁回路故障或强励磁时间过长而引起的转子绕组过负荷等 2。2.2 发电机的主要保护类型2.2.1 发电机差动保护2.2.1.1 基本原理发电机纵差保护的基本原理是比较发电机两侧
17、的电流的大小和相位，它是反映发电机及其出线的相间故障，如图 2-1。图 2-1 发电机纵差保护的基本原理当正常运行活外部故障 K1 点发生故障时，流入 KD 的电流为：（2-1）0221InITA故 KD 不动作。当在保护区 K2 点发生故障时，流入 KD 的电流为:哈尔滨理工大学学士学位论文- 5 -（2-2）TAKTAnIInI2121当大于 KD 的整定值时，KD 动作。但由于上述条件是在理想条件下进行的，事实上，两侧的电流互感器的特性不可能完全一致，误差也不一样，就会产生不平衡电流，用 Iunb 表示，使发电机内部故障的灵敏度下降 3。尤其对大、中型发电机来说，即使轻微故障也会造成严重
18、后果，为次，现在国内一般广泛采用的是具有折现比率制动特性的差动保护。2.2.1.2 具有比率特性的差动保护保护的作用原理是给予保护的动作电流 Iop 随着外部故障的短路电流而产生的 Iunb 的增大而按比例的线性增大，且比 Iunb 增大的更快是在任何情况下的外部故障时，保护不会误动作。这是把外部故障的短路电流作为制动电流 Ibrk，而把流入差动回路的电流作为动作电流 Iop。比较这两个量的大小，只要 IopIbrk，保护动作；反之，保护不动作。其比率制动特性曲线图如图 2-2 所示。图 2-2 折线比率制动曲线其动作条件为：minopI)(minbrkI（2-3）minin)(opbrkIK
19、哈尔滨理工大学学士学位论文- 6 -2.2.1.3 变斜率比率差动保护在上述比率差动保护的基础上，南京南瑞继保电气有限公司又自主研发出变斜率比率差动保护，其比率差动的动作特性采用变斜率比率制动曲线，采用谐波开放判据，起始就带制动，使差动保护的动作特性较好的于差流不平衡电流配合，因此差动起始定值可以安全的降低；提高了发电机、变压器内部轻微故障时保护的灵敏度，尤其是机组起停过程中内部轻微故障差动保护的灵敏度。使其保证在区内故障电流小时，具有较高的动作灵敏度，区外故障时，具有更强的躲过暂态不平衡差流的能。比率差动动作特性如图 2-3 所示。图 2-3比率差动保护的动作方程如下：( )cdqrbldIKI ernI（2-4）)(1erll( )cdqrl Ibn2 er（2-5）/(1lblr（2-6）erl)12IIr（2-7）1Id
