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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流大型发电机异常运行状态的保护及模拟.精品文档. 毕业设计报告（论文）大型发电机异常运行状态的保护及模拟 所 属 系 电气工程系 专 业 电气工程及其自动化 学 号 01507428 姓名 * 指导教师 * 起讫日期 2011.2 - 2011.5 设计地点 * 东南大学成贤学院毕业设计报告（论文）诚 信 承 诺本人承诺所呈交的毕业设计报告（论文）及取得的成果是在导师指导下完成，引用他人成果的部分均已列出参考文献。如论文涉及任何知识产权纠纷，本人将承担一切责任。学生签名： 日期：摘要随着电力工业的迅速发展，发电机单机容量的不断增加，大型发电机组
2、在电力系统中越来越重要。人们对发电机的可靠性、安全性要求越来越高。发电机的安全运行对保证电力系统的正常工作和电能质量起着极其重要的作用。但是较之故障，异常运行状态发生的机率更大，比如定子绕组过负荷、发电机失磁、失步，发电机逆功率运行，非全相运行等。这些威胁同样不容忽视，所以研究大型发电机的异常运行及保护是很有必要的。由于大型发电机多采用三相分相操作主开关，非全相运行已成为发电厂电气运行的重点防止对象。本文针对大型发电机非全相运行进行了分析研究，采用对称分量法得出了各相电流、各序电流及相序电流间的关系，并用MATLAB软件进行了仿真，验证了理论分析的结果。同时，就发电机组非全相保护存在的问题提出
3、了改进方案，并给出了发电厂发生非全相运行故障时的一些处理方法。关键词：非全相运行、对称分量法、MATLAB仿真、发电机保护ABSTRACTWith the power industry developing and the capacity of single generator growing, the large generator-transformer units play more and more important roles in power system, and the demands for higher performance of large generator pr
4、otection is necessary. However, the probability of abnormal operation is higher, if handled improperly it will bring greater harm, so the study of the abnormal operation of generators is necessary too. For example, Stator winding overload , Generators excitation-loss, open-phase operation and so on.
5、 These threats also can not be ignored. Because more and more large generators have Adopted three-phase points phase operation master switches, Open-phase operation has become the key to prevent electrical accidents. In this thesis, the normal form of open-phase operation in large power unit is anal
6、yzed in theory with the method of sym-metry-ponderance. The normal form of open-phase operation in large power unit is studied respectively by MATLAB simulation. Finally, in this thesis, the problems with open-phase protection are discussed, and the improved scheme of protection is presentedIn addit
7、ion，according to the open-phase operation of actual work, the corresponsive solutions are presentedKey Words：open-phase operation、method of symmetrical component、MATLAB simulation、generator protection目录第一章 引言11.1发电机常见异常状态及其危害11.2发电机常见异常状态保护的简述1第二章 发电机非全相运行的概论32.1发电机非全相运行的定义32.2发电机非全相运行的分类32.3简述发电机非全
8、相运行的起因32.4发电机非全相运行的危害42.4.1非全相运行对发电机的危害42.4.2非全相运行对电力系统的危害42.5发电机非全相运行的研究现状5第三章 影响发电机非全相运行能力的因素63.1转子发热条件63.2转子振动因素63.3负序电流所产生阻力矩的考虑63.4系统条件的考虑7第四章 发电机非全相运行的理论分析84.1发电机组非全相运行情况分类84.1.1发变组高压侧出口处断路器非同期合闸或分闸84.1.2电厂出线采用单相一次重合闸94.2造成发电机非全相运行事故的直接原因94.2.1高压断路器故障94.2.2断路器二次回路故障104.3造成非全相运行事故扩大的原因104.3.1运行
9、人员处理不当造成104.3.2断路器失灵保护拒动104.3.3未装设发电机出口断路器104.4发电机非全相运行的一般理论分析114.4.1变压器两侧电压、电流对称分量的相位关系114.4.2单元接线方式非全相运行分析134.4.2.1发变组高压侧两相断开144.4.2.2发变组高压侧单相断开15第五章 MATLAB的简述和电力系统建模185.1 MATLAB开发工具简介185.2 Simulink模块库和子系统简介195.2.1电力系统PSB简介195.2.2其它仿真模块库205.3系统模型建模思路及方法215.3.1 模型子系统的建立方法225.3.2系统主要模块说明22第六章 大型汽轮发电
10、机组非全相运行的仿真246.1基于MATLAB系统的发电机组非全相运行仿真246.1.1主要模块介绍及参数说明246.1.2仿真算法和精度的确定266.2发变组高压侧出口断路器非同期分闸仿真276.2.1非全相解列仿真部分参数设定286.2.2仿真输出波形的定性分析296.3发变组高压侧出口断路器非同期合闸仿真296.3.1非全相并列仿真部分参数设定306.3.2仿真输出波形的定性分析316.4 仿真结果分析31第七章 防止发电机组非全相事故的措施探讨327.1非全相运行的事故现象327.2非全相运行的事故处理327.2.1非全相运行故障处理的要点327.2.2故障处理时应注意的两种模式327
11、.3发电机组非全相运行事故的预防337.3.1发电机失灵保护的投入时间337.3.2运行人员操作的注意事项337.3.3设备机构的检修与校验337.3.4防止主变压器中性点过电压347.4基于GCB预防的完善化措施34第八章 结论36参考文献37谢辞38第一章 引言1.1发电机常见异常状态及其危随着电力工业的迅速发展，发电机单机容量的不断增加，大型发电机组在电力系统中越来越重要。除了发电机的故障状态，不正常运行也是不容忽视的。这其中的重要性在前面摘要中已作了说明，因此本文首先就发电机几种常见的异常状态进行分析：1、低励磁或失磁发电机励磁系统故障、励磁绕组断线或自动灭磁开关误动作等，都有可能造成
12、发电机低励磁或失磁。在这种情况下，发电机将从系统吸取大量无功功率，引起定子过电流。同时发电机可能失去同步而进入异步运行状态。若系统无功储备不足，则将引起电压较大幅度下降，严重时将危及系统的稳定运行。2、定子过电流或过负荷外部短路故障、非同步合闸、系统振荡、失磁等均能引起定子过电流或过负荷。当发电机过电流或过负荷时，将造成定子温度升高，绝缘加速老化，机组寿命缩短。3、发电机失步倘若发电机失步，发电机与系统发生振荡，当振荡中心落在发电机-变压器组内时，高、低母线电压将大幅度波动，严重威胁厂用电的安全。此外，振荡电流会使定子绕组过热，并使其端部遭受机械损伤。4、逆功率和频率降低当汽轮发电机主汽门突然
13、关闭而发电机断路器未断开时，发电机将从系统吸取有功功率并逐步过渡到同步电动机运行状态，形成逆功率现象。发电机的逆功率将导致汽轮机尾部叶片与剩余蒸汽摩擦过热以致损坏。5、非全相运行三相机构分相操作发电机主开关在进行分、合闸过程中，由于某种原因造成一相或两相开关未合好或未跳开，致使定子三相电流严重不平衡。长时间非全相运行，所引起的负序电流将损坏发电机定子线圈，严重时会烧坏转子线圈，折断大轴。1.2发电机常见异常状态保护的简述1、低励磁或失磁保护对于容量在100MW以下不允许失磁运行的发电机，当采用直流励磁机时，应在灭磁开关断开时同时断开发电机断路器。容量在100MW以上的发电机也应装设失磁保护。对
14、于水轮发电机，保护动作于解列灭磁；对于汽轮发电机，保护动作于减出力，以便缩短异步运行时间尽快恢复同步运行，在不允许继续异步运行或失磁后母线电压低于允许值时，保护动作于解列灭磁。2、定子过电流或过负荷保护在定子绕组、励磁绕组上应装设定时限和反时限过负荷保护。定时限过负荷保护动作于信号或自动减负荷、降低励磁电流。反时限过负荷保护动作于解列或程序跳闸、解列灭磁。3、逆功率保护对于容量在200MW及以上的汽轮发电机，宜装设逆功率保护。保护带时限动作于信号，经长时限动作于解列。以上所述的解列灭磁，是指断开发电机断路器，汽轮机甩负荷。减出力，是指将原动机出力减到给定值。程序跳闸，对汽轮发电机来说，是指首先
15、关闭主汽门，待逆功率继电器动作后，再跳开发电机断路器并灭磁。对水轮发电机，是指首先将导水翼关到空载位置，再跳开发电机断路器灭磁。4、发电机失步保护对于容量在300MW及以上的发电机，需装设失步保护,保护动作于信号或解列。若发生失步现象, 应尽快创造恢复同期的条件, 一般可采取增加发电机的励磁,或减少该失步电机的有功出力,进而将其牵入同步。5、非全相运行保护发电机变压器组的非全相运行故障，大多数发生在机组解列、并列的操作过程中，正确地进行机组解列或并列的操作是大幅度地减少因负序电流烧损发电机转子的简单而有效的措施。因此只要遵循保持发电机励磁、稳定机组转速、减少机组出力、控制定子电流的原则，严格按
16、照合理顺序进行操作和调整，完全可以把负序电流控制在允许的范围之内。由于现在大型发电机多采用三相分相操作主开关，非全相运行已成为发电厂电气运行的重点防止对象。所以在下面的章节中我将重点分析发电机非全相运行及其相应的保护措施。第二章 发电机非全相运行的概论2.1发电机非全相运行的定义非全相运行是指电力系统中因开关非全相分(合)、线路中不对称故障、负荷不对称等原因引起的缺相运行，是发电机较为常见的非正常运行状态。它可以导致重大的机组设备事故和电网事故，在我国因为发电机组非全相运行而导致的事故较多。发电机非全相运行时，三相电流不对称，可以分解为正序和负序两个分量。发电机定子中的负序电流，产生一个与转子
17、同步速但与转子旋转方向相反的旋转磁场，称为负序旋转磁场。若发电机以同步速运行，该负序旋转磁场便以两倍同步速度切割转子，使转子绕组中产生很大的感应电势和电流，该电流频率较高。比如有1000A的工频电流流过发电机定子绕组,将直接产生较大的负序电流,形成负序旋转磁场,进而在转子的励磁绕组、阻尼绕组以及转子本体中感应出两倍频率(100Hz)的交流电,其趋肤效应较强,只在转子表面薄层流过。在转子表面沿轴向流动,并在端部沿圆周方向形成环流,环流不仅流过转子本体,还流过护环、心环,以及转子槽楔与齿,这些地方电阻较高,发热尤其严重,形成局部高温,可能会给转子的机械强度和绝缘造成严重的损坏。2.2发电机非全相运
18、行的分类总所周知，在理想的三相交流电力系统中，电压(电流)是对称的，它们数值相等，相角互成120度，但由于存在着种种不平衡因素, 使得在实际运行中的电力系统并不是完全平衡的, 系统的不平衡可分为正常性和事故性。正常性的不平衡是指由于系统的三相元件或负荷不对称所致, 但是这种不平衡可经过适当的负荷调整，降到允许范围之内。它对机组的运行不会构成威胁。然而事故性的不平衡是由于三相系统中某一相或两相出现故障所致, 如断线、短路等。这种不平衡却会对系统、机组产生严重的破坏, 比如发变组主开关的非全相运行。对于发变组主开关的非全相运行，主要可分为以下几种情况：1、由于系统负荷不对称所造成的发电机非全相运行
19、。2、当电厂出线发生不对称故障，断路器断开经过1秒延时后自动重合。在断路器分闸到重合闸动作这段时间内，所造成的发电机组非全相运行。3、操作发变组高压侧出口断路器进行并列与解列时，断路器非全相合闸、分闸。本文就针对这种事故性不平衡进行了分析，并以其中的操作发变组高压侧断路器并列（解列）时，断路器非全相合、分闸为例进行仿真。2.3简述发电机非全相运行的起因造成发电机组非全相运行事故的原因主要有高压断路器故障、未装设发电机出口断路器、非全相保护或失灵保护拒动、运行人员操作不当等，以下就具体情况进行阐述：1、断路器故障断路器故障包括操动机构故障、断路器本体故障和断路器二次回路故障。我国220kV及以上
20、电压等级断路器，由于产品自身问题，检修工艺问题，发现、消除缺陷不及时等方面的原因，造成发电机组非全相运行事故经常发生。据统计在(19901999)年间，220kV电压等级SF6断路器设备中，因拒分、拒合、误动等造成的事故共发生54起。2、未装设发电机出口断路器发电机装设出口断路器(GCB)，可使运行方式灵活，GCB与发变组高压侧断路器相互配合可缩短事故时间，对发电机进行更为有效的保护。但由于目前国内GCB在制造技术、工艺上的原因，尚不能实现与封闭母线安装一体化，且结构复杂，同时国外的GCB性能虽然比较稳定，但价格很高，这就在技术和经济上限制了GCB在我国大容量机组上的普遍使用。由于很多电厂没有
21、装设发电机出口断路器，所以增加了因非全相运行时间过长而导致事故的机率。3、失灵保护误动或拒动九十年代初，开始采用断路器非全相启动失灵保护装置，即一旦出现发变组高压侧断路器由于某种原因引起的非全相运行，首先跳开该断路器的健全相，跳闸不成则启动失灵保护，经延时作用将位于同一母线上其它所有电源切断，从而保证机组的安全。但是失灵保护动作正确率较低，所以我国发生过多起因失灵保护误动或拒动而导致非全相事故扩大。4、运行人员操作不当为防止机构失灵，运行人员要对机构内传动轴、锁钉定期润滑，以保证其传动部分的灵活性。同时应保证机构箱门处于严密关闭状态，防止线圈受潮，机构灵件锈蚀。这就要求工作人员在正常巡回检查时
22、，留意空气、SF6压力和电力设备本身状态情况，而且要加强对主开关的定期维护，压缩空气储气罐放水、加热器投退等工作检查，保证设备的正常进行。开关操作本体处应该设专人监控，如遇三相开关未全合上，则要通知远方将开关跳开，然后运行人员实施检查。开关断开后（包括手动跳开、保护跳开），应对开关跳合闸线圈进行检查，对机构拉杆进行检查。以上这些操作细节很大的决定了非全相发生的机率以及事故所造成的破坏程度。2.4发电机非全相运行的危害2.4.1非全相运行对发电机的危害发电机在正常运行中发生非全相运行，发电机负序电流将可能远远超过8%额定值的水平，将给发电机的安全运行带来非常大的隐患，尤其是产生局部高温区，则更加
23、危险。随着发电机单机容量的增加，越来越多的发电机转子绕组和铁芯采用的氢冷方式，当发电机发生非全相运行时，虽然在发电机两端设计有密封油系统，但发电机漏氢现象或多或少的普遍存在。因此一旦发生发电机非全相运行，如果处理不及时，使发电机变成异步运行，发电机的振动将大大增加，其两端密封瓦可能损坏，振动摩擦产生的火花很可能与发电机泄漏出来的氢气接触造成氢气爆炸的危险，进而导致发电机发生氢气爆炸的严重事故，这不仅将造成机组事故停运，而且还将使发电机损坏后长时间地进行检修，给电厂的经济带来严重损失，对当地缺电的电网运行也带来一定安全隐患。2.4.2非全相运行对电力系统的危害当发生非全相运行时，严重的情况下，如
24、输电线非全相运行时，负序电流和零序电流可以在非全相运行的线路中流通，也可以在与之相连接的线路中流通，可能影响这些线路的继电保护的工作状态，甚至引起它们的不正确动作。此外，在长时间非全相运行时，网络中还可能同时发生短路(包括非全相运行的区内和区外)，这时同样很可能使系统的继电保护误动作。电力系统在不对称和非全相运行情况下，零序电流长期通过大地，接地装置的电位升高，跨步电压与接触电压也升高。不对称运行时，各相电流大小不等，使系统损耗增大，同时，系统潮流不能按经济分配，也将影响运行的经济性。2.5发电机非全相运行的研究现状在我国由于发电机组非全相运行所造成的事故较多，关于非全相也进行了较多研究，主要
25、有以下一些方面：1、发变组解列与并列过程中出现非全相运行的判断和处理。2、发变组非全相运行时的电流分析。3、发电机承受负序电流的能力。4、发电机在非全相运行情况下机组振动机理的研究。5、变压器不同接线方式下发生非全相运行对变压器的影响。6、非全相运行负序电流的分析及对转子的影响。7、发电机在非全相运行情况下负序转矩的分析。8、发生非全相事故后，发电机组保护动作行为的分析。由于我国发电机组非全相事故的多发性，国内相关学者进行了很多的研究，其研究成果对分析发电机组非全相具有重要的现实意义。第三章 影响发电机非全相运行能力的因素3.1转子发热条件对于发电机而言，非全相运行的能力主要取决于转子的发热条
26、件。发电机非全相运行时，负序感应磁场与正常运行时相反，相对于转子它以2 倍的转速扫过转子表面，正如前面所述，它将在转子表面产生倍频（100Hz）电流。同时倍频电流又主要部分在转子表面沿轴向流动，在转子端部约为轴向长10%-30%的范围内沿轴界方向形成回路。这个电流可达很大数值。这样大的电流将引起槽楔与大小齿间的接触面、槽楔及大小齿与护环之间的接触面的局部高温。接触情况不良时，接触面发生严重电灼伤，另外，局部高温还会使护环有松脱的危险。所以对于汽轮发电机而言，其承受负序电流的能力主要取决于转子的负序附加发热特性。负序电流值越大、持续的时间越长，在转子表面所产生的发热量也就越大。因为发电机额定负荷
27、数值随机组容量增大而增大，正常运行时由于气隙高次谐波所引起的转子表面损耗也随机组容量增大而增大，所以，对于转子允许温升值，大机组比中小型机组低。基于以上原因，大型机组的发热量值比中小型机组要小得多。3.2转子振动因素大型汽轮发电机转子一般都是隐极式，通常在发生非全相运行时，重点考虑的是负序电流对发电机转子表面发热，对于隐极式发电机一般不再考虑机组振动条件。但当发生非全相运行事故时，若出现保护或开关拒动，则另当别论，因为在这种情况下，发电机与系统失去同步，而且负序电流持续时间过长，转子的发热条件已经不能满足故障安全要求，转子表面局部高温必然会引起其变形，从而导致偏心。偏心的转子高速旋转而产生振动
28、也就不能忽视了。如果振动过大，不仅会引起静转子动静摩擦，还有可能引起汽轮机转子叶片的严重损坏，以及各轴瓦的损坏，甚至烧毁。对于采用氢气内冷却的汽轮发电机组，若振动过大损坏密封瓦，造成漏氢，则极有可能引起氢气爆炸，从而扩大事故。3.3负序电流所产生阻力矩的考虑发电机正常运行时，静子旋转磁场与转子磁场大小相等、转向一致，即所谓的同步。转子承受两个力矩（若不计摩擦），由能量守恒定律知，电磁力矩与原动机力矩相等，即=，且方向相反，这样发电机转子才能维持匀速旋转。从空间上来看，转子按顺时针（即正序）方向旋转。当发生发电机非全相运行事故时，正序分量所占的比重将严重下降，取而代之的是负序分量占相当大的比重。
29、负序电流所产生的旋转磁场的方向与正序电流所产生的旋转磁场方向相反即按逆时针旋转。在灭磁开关未断开的情况下，通电的转子线圈必然会受到一个逆时针方向的力矩即阻力矩，而原动机汽轮机所传至大轴上的顺时针方向力矩不变，既使汽轮机主汽门已经关闭，由于惯性作用，大轴将维持顺时针高速旋转，而负序磁场作用使发电机转子逆时针旋转，则在整个大轴不同段上同时作用两个不同方向的力矩，此时就不再等于，那么发生断轴事故也就不难解释了。3.4系统条件的考虑对于系统来说，一方面如果发热值定的小些，便可以改善运行安全条件。另一方面，还要从系统条件出发，考虑在各种不对称故障状态下，发电机可能受到的最大不对称负荷。当承受这一不对称负
30、荷时，发电机应安全，同时还要区分发生发电机非全相运行和因其它原因引起的发电机负序电流的不同，以及发生这种事故后保护或开关的动作情况，明确发电机事故对系统和用户的影响。第四章 发电机非全相运行的理论分析非全相运行时，由于发电机组接线方式、主变接地方式、断相形式、导致原因不同，非全相运行时的故障特征是不同的，所以对非全相运行进行合理有效的分类是分析研究的前提。非全相运行一般采用对称分量法来分析计算。对称分量法是一种线性变换，利用它可将任意一组不对称的三相电流(或电压)分解成正序、负序和零序三组三相对称的电流(或电压)，这三组各自独立的对称电流(或电压)就称为不对称电流(或电压)的对称分量，每组对称
31、分量的三相之间都有大小相等、彼此间相位差相等的关系。电流或电压的相序、大小关系是机组非全相运行时的重要故障信息，这些量的提取与判断，对于保护机组与系统的运行安全有着非常重要的意义。4.1发电机组非全相运行情况分类非全相运行主要指发电机在起、停操作发变组变压器出口处的断路器进行并列与解列过程中，断路器非全相合、分所发生的情况。在运行中发生断相的非全相运行亦可参照此分析判断。在断路器未出现故障时，三相触头非同期合闸或者断开的时间很短，约在(030ms)之间，对于线路发生不对称故障时，线路断路器断开经lS延时后重合，上述情况下，发电机非全相运行的时间较短，非全相运行对发电机与电网所造成的危害不是十分
32、明显，由于断路器失灵或是刀闸故障等其他原因造成的非全相故障持续时间长，尤其是当发电机以非同步速运行时，发生的非全相运行将会对发电机组及系统造成严重的威胁。以下就几种常见情况进行具体分析。4.1.1发变组高压侧出口处断路器非同期合闸或分闸断路器非同期的分闸与合闸是系统中最常见的导致发变组非全相运行的原因，如图4-1所示，图4-1 发变组高压侧出口断路器非同期合闸或分闸虽然发变组高压侧出口处断路器一般采用三相联动的机构，并且随着一次设备制造技术的不断提高，断路器的性能得到了很大的改善，但是任何先进的断路器都不能彻底的解决三相触头的非同期分、合，对于各种操作机构的断路器，如弹簧操作机构、液压操作机构
33、，气压操作机构等都存在断路器触头非同期分、合的问题。由于断路器非同期合闸与分闸有一定的离散性，为了防止由断路器非同期合闸引起非全相运行对发电机组与系统造成严重影响，国家标准对断路器非同期时间做出了严格的规定，发变组高压侧出口断路器非同期合闸或分闸的非同期时间不得高于30ms，若高于30ms，则由断路器非全相保护动作，断路器分闸，其判断逻辑为当断路器收到合闸命令，零序或负序电流大于整定值，保护动作，可以看出发电机非全相运行的时间较短，对发电机与系统造成的威胁较小。4.1.2电厂出线采用单相一次重合闸根据中华人民共和国电力行业标准，电厂出线侧线路发生故障时，当同一送电截面即电厂出线的并联回路数等于
34、或大于4回时，大型电厂出线侧选用检同期的三相一次重合闸，三相重合闸的时间整定为10秒，由于采用了三相重合闸，故只能出现出线断路器触头非同期的分闸，其造成的发电机组非全相运行状况同发变组高压侧出口处断路器非同期合闸或分闸类似。对于电厂出线的并联回路数等于或小于3回时(如图4-2所示)，图4-2 电厂接线示意图该电厂出线为3回，则对该电厂出线采用单相一次重合闸方式，单相重合闸的时间整定为1 s，在这种情况下，当电厂出线发生两相故障或三相故障时，断路器分闸不重合，当发生单相故障时，断路器单相分闸，经1s延时后合闸，在断路器从分闸到断路器重合闸的这段时间内，相当于系统单相断线，电厂中所有发电机组将处于
35、非全相运行状态，在此种情况下发电机非全相运行的时间较短，对发电机与系统造成的威胁较小。4.2造成发电机非全相运行事故的直接原因4.2.1高压断路器故障高压断路器故障包括操动机构故障与断路器本体故障，其中操动机构故障有传动元件变形，轴销松脱，液压机构阀杆变形，分、合闸线圈烧坏，辅助开关切换不到位，液压机构漏油、漏氮。断路器本体故障包括断口内绝缘和外绝缘击穿，接头接触面的严重氧化，传动机构发生变形，垂直绝缘提升杆松、断造成单相拒动或分后自合等。4.2.2断路器二次回路故障二次回路故障有二次回路接地、端子松动、寄生回路等。二次回路两点接地导致断路器误分、合的故障是较为常见的故障。由于二次回路滤波电容
36、暂态问题，该问题可以导致一点接地而引起的断路器误分、合。端子松动或是端子箱进水后短路也可以导致断路器误分、合，尤其是对于老电厂，端子箱与端子排长时间运行这样的问题将更加突出。寄生回路问题在经过二次回路改造的电厂中比较突出，由于新老设备的更替，原先的回路没有彻底的查清，使之与新的二次回路重叠，而产生寄生回路，这样的问题较为隐蔽，难以查找。4.3造成非全相运行事故扩大的原因4.3.1运行人员处理不当造成在发电机并网、解列时出现非全相运行，如果运行人员没有进行及时的处理与控制，会导致非全相运行事故扩大，例如：国内某厂200MW单元机组在小修后启动开机，经并网操作合上变压器高压侧断路器后发现断路器合闸
37、指示灯不亮，但操作人员没有及时查明原因。当时有功负荷5MW，无功负荷40MVA，三相定子电流B相指示偏大，但运行人员均认为是电流表计不准所致，没有加以分析及处理。当有功负荷增加到40MW、无功负荷35MVA时，A、C相定子电流指示lKA，B相电流指示2KA。所有这些现象都没有引起运行人员的注意。又经过1小时45分钟，单元控制室警铃响，光字牌显示变压器高压侧断路器跳闸，经检查为负序过流保护动作，值长下令将负序过流保护停用。6分钟后，运行人员将发电机重新并网，并网后发现变压器高压侧断路器指示灯红灯仍不亮，变压器高压侧断路器的位置指示器在中间位置，1小时后发电机跳闸解列。经检查发现A相导电杆联接处脱
38、扣。这是一起运行人员处理不当而扩大事故的典型案例。4.3.2断路器失灵保护拒动发电机组配备的断路器失灵保护不能对非短路引起的故障进行有效的保护，当在正常运行条件下发生断路器非全相分、合时，失灵保护因电压灵敏度不够或断路器跳闸后保护不能快速返回等原因而拒动，使事故时间延长。90年代初，开始采用断路器非全相运行启动失灵保护装置，即一旦出现发变组高压断路器由于某种原因引起的非全相运行，首先跳开该断路器的健全相，跳闸不成功则启动失灵保护，经延时后将位于同一母线上其它所有电源切断，从而保证机组的安全，装设失灵保护是很必要的，但是由于失灵保护动作正确率较低，所以并不能很好的保护好设备，如果失灵保护误动或拒
39、动往往会导致非全相事故扩大。4.3.3未装设发电机出口断路器随着电力系统的不断发展，发电机单机容量的增加和核电站的大量出现，很多发电工程都需要对发电机组作进一步控制，由此促进了发电机出口断路器(GCB)技术的迅速发展和应用，装设GCB可以使运行方式更加灵活，大大缩短事故时间，对发电机与系统进行更为有效的保护。但由于目前国内GCB在制造技术、工艺上的原因以及价格的原因，限制了GCB在我国大容量机组上的普遍使用，由于没有装设发电机出口断路器，增加了因非全相运行时间过长而烧坏转子的几率，也增加了事故扩大的几率。4.4发电机非全相运行的一般理论分析对于非全相运行，一般采用对称分量法来分析计算。对称分量
40、法是一种线性变换，利用它可将任意一组不对称的三相电流(或电压)分解成正序、负序和零序三组三相对称的电流(或电压)，这三组各自独立的对称电流(或电压)就称为不对称电流(或电压)的对称分量，而每组对称分量的三相之间都有大小相等、彼此间相位差相等的关系。正序分量电流用表示，它们大小相等，彼此相差120，达到最大值的先后顺序是A-B-C-A。负序分量电流用表示，也是大小相等，相位相差120，达到最大值的先后顺序为A-C-B-A。零序分量电流用表示，它们大小相等，但相位相同。利用对称分量法来分析非全相运行，可按以下步骤进行:1、根据系统的接线和参数作出各序网络；2、根据非全相运行的类型来决定断相处的边界
41、条件，建立复合序网，计算出断相处的各序对称分量电流或电压；3、对各对称分量电流或电压进行分析，进行叠加处理后即可以得到实际不对称电流或电压。下面分主变高压侧中性点接地与不接地两种情况，以对称分量法对单元接线发电机组的非全相运行作一一探讨。当发变组主变高压侧套管处引线或刀闸等发生断线时，其分析与相对应的发变组高压侧断路器断开的现象相同。4.4.1变压器两侧电压、电流对称分量的相位关系电压、电流对称分量经变压器后，数值大小与相位要发生变化。变压器两侧电压、电流的大小由变压器变比决定，而相位关系则与变压器的联接组别有关。电力系统通常采用的变压器标准联接组别有Y，yn0、YN，yn0、YN，d11、Y
42、，d11等几种，由于大型发电机组主变一般采用YN，d11联接组别，固本文仅讨论对称分量经变压器YN，d11两侧电压、电流的数值大小与相位发生变化的情况，如图4-4所示， 图4-4 YN，d11变压器接线图为星形侧的相电压，为星形侧的线电压，为星形侧的线电流；为三角形侧每相对地的电压，为三角形侧的线电压，为三角形侧的线电流，为三角形侧内部绕组电流。1、变压器两侧电压对称分量的相位关系:当在YN，d11联接的变压器的星形侧加上一组正序（负序）电压对称分量时，设变压器变比为n，可得到下式：若已知三角形侧各序分量电压，求星形侧的各序分量电压时可得到下式：YN，d11联接的变压器两侧电压对称分量间的相量
43、关系如图4-5、4-6所示：图4-5 YN，d11变压器两侧正序电压相位关系图4-6 YN，d11变压器两侧负序电压相位关系2、变压器两侧电流对称分量的相位关系:YN，d11联接的变压器，星形侧电流与三角形侧电流之间的关系为：在YN，d11变压器星形侧加入一组正序(或负序)分量电流时，两侧正序(或负序)分量电流间的关系可得下式：反过来，若已知三角形各序分量电流，要求星形侧的各序分量电流时，即得：有关B、C、BC相、CA相的各序分量关系式与上述的推导过程相类似。YN，d11变压器两侧电流对称分量的相位关系如图4-7、4-8所示。图4-7 YN，d11变压器两侧正序电流相位关系图4-8 YN，d1
44、1变压器两侧负序电流相位关系变压器两侧零序电流分量间的关系与变压器的联接组别、铁芯结构及系统中性点是否接地有关。YN，d11联接的变压器，零序电流可以由星形侧感应到三角形侧各相绕组上，在三角形侧内部形成环流，三角形侧引出线上的零序电流为0。4.4.2单元接线方式非全相运行分析大型发电机组一般都采用（发电机-变压器组）单元接线方式，该接线方式中的变压器多数为YN，d11联接，非全相运行都可以归结为发变组高压侧出口单相断开、两相断开和三相未断开，但是系统不对称这三种方式，单相断开与两相断开是系统不对称的特殊形式。以YN，d11变压器中性点接地为条件分别进行讨论：4.4.2.1发变组高压侧两相断开发
45、变组高压侧出口两相断开时，可以假设B、C两相断开。如图4-9所示，图4-9 发变组高压侧出口B、C两相断开这种情况相当于：发电机解列时，A相未断开；发电机并网时断路器A相或刀闸A相已经接通等情况。用对称分量法求解，设为B、C两相断线时两侧电源的等效电动势，分别为从断线处的两端向系统看去所得的正序、负序和零序等效阻抗。由B、C两相断线时的复合序网可得下式：上式得出正序电流、负序电流和零序电流大小相等且相位相同，变组高压侧电流相量图如图4-10所示图4-10 B、C相断开时发变组高压侧电流对称分量将此变压器高压侧正序、负序和零序电流折算到主变低压侧，且零序电流只能在低压侧绕组内流通，定子绕组中无零
46、序电流，所以只考虑正序和负序电流，经主变变换后，流入发电机定子中的正序和负序电流相量图如图4-11所示，图4-11 B、C相断开时定子绕组中电流对称分量将图4-11中的正序电流和负序电流相叠加，其结果为发电机定子电流，叠加过程见图4-12，可以看出：当B、C两相断开时，发电机b相电流为零，a相和c相电流相等。同理可分析出当发变组高压侧A、C相断开和A、B相断开时发电机三相电流之间的关系，此关系见表4-1，图4-12 电流对称分量叠加表4-1 发变组高压侧出口两相断开时发电机定子电流关系非全相类型发电机定子电流a相b相c相B、C两相断开等于c相电流0等于a相电流A、C两相断开等于b相电流等于a相
47、电流0A、B两相断开0等于c相电流等于b相电流4.4.2.2发变组高压侧单相断开发变组高压侧出口单相断开时，为分析方便，假设A相断开，这种情况相当于发电机并列时，A相断路器失灵或A相刀闸失灵，A相还未合上；或者电厂出线单相重合闸动作断路器单相断开，还未重合等情况，如图4-13所示：图4-13 发变组高压侧出口A相断开对称分量法求解，设为A相断线时两侧电源的等效电动势，分别为从断线处的两端向系统看去所得的正序、负序和零序等效阻抗，可得下式：由于各序阻抗中电阻很小，认为各序阻抗中电阻分量为零，则通过上式可以得出：正序电流与负序电流、零序电流相位互差180，如图4-14所示，图4-14 A相断开时发变组高压侧电流对称分量相量图将此变压器高压侧正序、负序和零序电流折算到主变低压侧，且零序电流只能在低压侧绕组内流通而无法流到发电机定子绕组中，所以只考虑正序和负序电流。经主变