專利名稱：大型汽輪發(fā)電機中性點引出方式及保護(hù)配置方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于交流電機的設(shè)計制造和電力系統(tǒng)主設(shè)備的繼電保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及大型汽輪發(fā)電機中性點引出方式及保護(hù)配置。
背景技術(shù)：
大型汽輪發(fā)電機定子繞組內(nèi)部故障是電機常見的破壞性很強的故障。內(nèi)部故障時很大的短路電流會產(chǎn)生破壞性嚴(yán)重的電磁力，也可能產(chǎn)生過熱，燒毀繞組和鐵芯。故障產(chǎn)生的負(fù)序磁場可能大大超過設(shè)計允許值，造成轉(zhuǎn)子的嚴(yán)重?fù)p傷。因此，我國繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)程明確規(guī)定大型汽輪發(fā)電機需裝設(shè)定子繞組相間和匝間短路保護(hù)。
但是現(xiàn)有的汽輪發(fā)電機絕大多數(shù)中性點側(cè)只引出3個端子(參見圖1)，只能裝設(shè)完全縱差保護(hù)，而該保護(hù)僅能反應(yīng)汽輪發(fā)電機定子繞組的相間短路，對匝間短路并不能動作。
研究結(jié)果表明在汽輪發(fā)電機中性點側(cè)引出4個或6個出線端子并裝設(shè)分支電流互感器(參見圖2和圖3，電流互感器用TA表示)，采用零序電流型橫差保護(hù)+不完全縱差保護(hù)或者裂相橫差保護(hù)+不完全縱差保護(hù)的主保護(hù)配置方案將大大提高保護(hù)方案的性能。
但是，對于發(fā)電機設(shè)計制造而言，即使只增加1個引出端子，都要在出線結(jié)構(gòu)上做重大改動(參見圖4)。經(jīng)電機設(shè)計人員分析有以下幾種方案可供選擇一是加長出線罩，二是加寬出線罩；三是在機座上方增加一個出線罩。但是方案一受到電機外形尺寸和300MW及以上的汽輪發(fā)電機必須采用TPY型TA(外徑1000mm左右)的制約；方案二勢必降低端蓋軸承的支撐剛度，將使臨界轉(zhuǎn)速降低和減小穩(wěn)定性；方案三受到常用汽輪發(fā)電機冷卻方式——背包式冷卻器的制約。另外，上述措施均將影響機組定子的運輸(其運輸尺寸已達(dá)到極限)、機坑和廠房的設(shè)計等很多方面，使得圖2和圖3所示的技改實施起來難度很大。
可見，為了克服上述兩種方案的缺陷，必須研究新的中性點引出方式及保護(hù)配置方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種大型汽輪發(fā)電機新型中性點引出方式及保護(hù)配置方法。
為了保證大型汽輪發(fā)電機的安全運行，本發(fā)明提出了大型汽輪發(fā)電機新型中性點引出方式及保護(hù)配置方法。其原理是在不改變汽輪發(fā)電機中性點側(cè)引出端子數(shù)的前提下(以降低電機設(shè)計制造的難度)，通過合理改變發(fā)電機各相各分支引線線棒的組合方式以形成新的中性點側(cè)引出端子。包括以下步驟(參見圖5)(1)將汽輪發(fā)電機A、B相的第2分支(或第1分支)單獨引出以形成中性點側(cè)第1個和第2個引出端子，并在第1個和第2個引出端子上裝設(shè)分支電流互感器TA1和TA2；(2)將A1、B1、C1和C2分支(或A2、B2、C1和C2分支)接在一起以形成中性點側(cè)第3個引出端子，并在第3個引出端子上裝設(shè)電流互感器TA3；(3)通過A相機端的電流互感器TA4和中性點側(cè)的電流互感器TA1構(gòu)成傳統(tǒng)的不完全縱差保護(hù)；
(4)通過B相機端的電流互感器TA5和中性點側(cè)的電流互感器TA2構(gòu)成傳統(tǒng)的不完全縱差保護(hù)；(5)通過C相機端的電流互感器TA6和中性點側(cè)的電流互感器TA3構(gòu)成一種差動保護(hù)方案，其動作特性的整定同傳統(tǒng)的不完全縱差保護(hù)。
實驗證明上述三種保護(hù)方案不能可靠動作的端部故障類型可以包括C相的小匝數(shù)同相同分支匝間短路、C相的大匝數(shù)同相同分支匝間短路以及短路分支的短路點相差很遠(yuǎn)的相間短路；同時，又降低了電機設(shè)計制造的難度。


圖1為本發(fā)明中汽輪發(fā)電機傳統(tǒng)的出線方式和保護(hù)配置圖。
圖2為本發(fā)明中汽輪發(fā)電機中性點側(cè)引出4個端子并裝設(shè)零序電流型橫差和不完全縱差保護(hù)配置圖。
圖3為本發(fā)明中汽輪發(fā)電機中性點側(cè)引出6個端子并裝設(shè)裂相橫差和不完全縱差保護(hù)配置圖。
圖4為本發(fā)明中大型汽輪發(fā)電機外形尺寸示意圖。
圖5為本發(fā)明中大型汽輪發(fā)電機新型中性點引出方式及保護(hù)配置圖。
圖6為本發(fā)明中新型主保護(hù)方案不能可靠動作的故障類型示意圖。
圖7為本發(fā)明中一則大匝數(shù)同相同分支匝間短路示意圖。
具體實施例方式
為了驗證上述新型中性點引出方式及保護(hù)方案的性能，下面以兩臺300MW汽輪發(fā)電機(定子槽數(shù)分別為54槽和60槽)為例，運用“多回路分析法”，在全面的內(nèi)部故障仿真計算的基礎(chǔ)上對其靈敏度進(jìn)行了分析計算。
表1 兩臺300MW汽輪發(fā)電機實際可能發(fā)生的同槽和端部故障

表2 兩臺汽輪發(fā)電機并網(wǎng)空載時對端部故障圖5所示主保護(hù)方案不能動作故障數(shù)及其性質(zhì)

表1所示內(nèi)部故障的確定依據(jù)是電機制造廠提供的定子繞組連接圖，所有這些短路都不是任意設(shè)定的。表2對圖5所示的主保護(hù)方案不能可靠動作故障數(shù)(以靈敏度Ksen＜1.5為界，主保護(hù)方案動作特性的整定參見《整定計算導(dǎo)則》)及其性質(zhì)進(jìn)行了統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)其不能動作故障數(shù)占故障總數(shù)的2％左右，而圖1所示的主保護(hù)方案不能動作故障數(shù)占故障總數(shù)的20％左右。圖5所示的新型中性點引出方式及保護(hù)方案的性能要顯著優(yōu)于傳統(tǒng)的發(fā)電機中性點引出方式及保護(hù)方案的配置，并且該方案不需增加任何硬件投資，已經(jīng)得到了電機制造廠的認(rèn)可。
通過進(jìn)一步分析，發(fā)現(xiàn)圖5所示主保護(hù)方案不能可靠動作的端部故障類型包括C相的小匝數(shù)同相同分支匝間短路(參見圖6實線箭頭所示)、C相的大匝數(shù)同相同分支匝間短路(參見圖6虛線箭頭所示)和短路分支的短路點相差很遠(yuǎn)的相間短路(參見圖6點劃線箭頭所示，A1(或B1)分支的短路點靠近中性點側(cè)，C1(或C2)分支的短路點靠近機端)。由于虛線和點劃線箭頭所示故障實質(zhì)上是相同的，下面以C1分支大匝數(shù)同相同分支匝問短路(參見圖7)為例進(jìn)行分析。
圖7中虛線箭頭所示故障為54槽汽輪發(fā)電機在并網(wǎng)空載運行方式下，C相第1支路第1號線圈的下層邊和C相第1支路第9號線圈的上層邊在端部交叉處發(fā)生同相同分支匝間短路，短路匝數(shù)為7匝。各支路(包括短路附加支路)基波電流的大小(有效值，單位為A，下同)和相位如下所示 由于是大匝數(shù)同相同分支匝間短路，氣隙磁場仍以空間基波為主，非故障相兩分支電流的大小和相位相差不大(若為C1分支首尾短接，則非故障相兩分支電流均相同)，導(dǎo)致非故障相不完全縱差保護(hù)兩側(cè)電流的大小和相位相差不大，使得差動電流太小而制動電流較大，所以非故障相保護(hù)的靈敏度不高，A、B相不完全縱差的靈敏系數(shù)分別為0.932、0.904。
下面再來具體分析一下C相新型差動保護(hù)的兩側(cè)電流 和 I·1=I·C1+I·C2,I·2=2×(I·A1+I·B1+I·C1+I·C2),]]>故I·2-I·1=2I·A1+2I·B1+I·C1+I·C2,]]>由于I·A1≈I·A2,I·B1≈I·B2,]]>所以I·2-I·1=I·A1+I·A2+I·B1+I·B2+I·C1+I·C2=I·A+I·B+I·C.]]>由于大型發(fā)電機一般視為中性點不接地系統(tǒng)，故根據(jù)基爾霍夫電流定律，I·A+I·B+I·C=0,]]>所以C相差動保護(hù)兩側(cè)電流之差也很小，如上所述，C相差動保護(hù)的靈敏系數(shù)也不高，僅為0.684。
通過上面的定性分析，認(rèn)識到圖7所示故障確實為新型保護(hù)方案的動作死區(qū)，更進(jìn)一步說明仿真計算與統(tǒng)計分析的正確性。
權(quán)利要求
1.一種大型汽輪發(fā)電機中性點引出方式及保護(hù)配置方法，其特征在于，在維持汽輪發(fā)電機中性點側(cè)引出端子數(shù)為3的前提下，通過改變所述發(fā)電機各相各分支引線線棒的組合方式以形成下面所述的中性點側(cè)引出端子，它依次含有以下步驟步驟1.把汽輪發(fā)電機A相、B相的第2分支，分別用A2、B2表示，單獨引出以形成中性點側(cè)第1個和第2個引出端子，并在所述第1個和第2個引出端子上裝設(shè)分支電流互感器TA1和TA2；步驟2.把用A1表示的A相第1分支、用B1表示的B相第1分支、分別用C1、C2表示的C相第1分支和第2分支接在一起以形成中性點側(cè)第3個引出端子，并在所述第3個引出端子上裝設(shè)電流互感器TA3；步驟3.在A相機端接一個電流互感器TA4，它和所述中性點側(cè)的電流互感器TA1構(gòu)成傳統(tǒng)的不完全縱差保護(hù)；步驟4.在B相機端接一個電流互感器TA5，它和所述中性點側(cè)的電流互感器TA2構(gòu)成傳統(tǒng)的不完全縱差保護(hù)；步驟5.在C相機端接電流互感器TA6，它和中性點側(cè)的電流互感器TA3構(gòu)成一種差動保護(hù)，它的動作特性的整定與傳統(tǒng)的不完全縱差保護(hù)相同，在發(fā)電機正常運行或外部故障時，C相的差動保護(hù)兩側(cè)電流之差很??；同時，與上述三種保護(hù)方案相應(yīng)的不能可靠動作的故障類型包括C相的小匝數(shù)同相同分支匝間短路；C相的大匝數(shù)同相同分支匝間短路；短路分支的短路點相差很遠(yuǎn)的相間短路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大型汽輪發(fā)電機中性點引出方式及保護(hù)配置方法，其特征在于所述的步驟1中的A相、B相的第2分支分別用A相、B相的第1分支代替；所述的步驟2中的A相第1分支、B相第1分支分別依次用A相第2分支、B相第2分支代替，C相的第1、第2分支維持原樣。
全文摘要
大型汽輪發(fā)電機中性點引出方式及保護(hù)配置方法，屬于交流電機的設(shè)計制造領(lǐng)域。本發(fā)明在不改變汽輪發(fā)電機中性點側(cè)引出端子數(shù)的前提下，將A、B相的第2分支(或第1分支)單獨引出并分別裝設(shè)分支TA，再將A1、B1、C1和C2分支(或A2、B2、C1和C2分支)接在一起形成中性點側(cè)第3個引出端子并裝設(shè)TA；通過A、B相的TA可構(gòu)成傳統(tǒng)的不完全縱差保護(hù)，通過C相的TA則構(gòu)成一種新型的差動保護(hù)方案。通過兩臺300MW汽輪發(fā)電機全面的內(nèi)部故障仿真計算和保護(hù)方案靈敏度的校核，本發(fā)明的性能顯著優(yōu)于傳統(tǒng)的發(fā)電機中性點引出方式及保護(hù)方案的配置，并且不需增加任何硬件投資，已經(jīng)得到了電機制造廠的認(rèn)可。
文檔編號H02H7/06GK1665093SQ20051001144
公開日2005年9月7日 申請日期2005年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月18日
發(fā)明者桂林, 王祥珩, 王維儉, 孫宇光 申請人:清華大學(xué)