内蒙古华电辉腾锡勒风力发电有限公司 内蒙古自治区呼和浩特市 010030
摘要：发电机保护对风力发电机组安全运行及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十分贵重的电气设备。
关键词：针对各种不同的故障和不正常工作状态，应装设性能完善的电气保护与非电气保护装置。发电机的故障类型主要有定子绕组相间短路、定子一相绕组内的匝间短路、定子绕组单相接地、转子绕组一点接地或两点接地或转子开路、轴承损坏、转子滑环短路、过负荷、绕组或轴承温度高，冷却系统等故障。
一、运行状态
发电机的不正常运行状态主要有:由于外部短路引起的定子绕组过电流;由于负荷超过发电机额定容量而引起的三相对称过负荷;由外部不对称短路或不对称负荷(如单相负荷，非全相运行等)而引起的发电机负序过电流;由于突然甩负荷而引起的定子绕组过电压;由于励磁回路故障或强励时间过长而引起的转子绕组过负荷;针对以上故障类型及不正常运行状态，发电机应装设相应的保护装置。
但风力发电和火电发电机保护原理及功能有着不同区别：
二、火电发电机组装设保护主要有如下保护：
1、纵差动保护：主要保护定子绕组及其引出线的相间短路；
2、选择性的接地保护装置主要保护当单相接地故障电流；另有横差保护。
3、对于由不对称负荷或外部不对称短路而引起的负序过电流，一般在50MW及以上的发电机上装设负序过电流保护
4、对于由对称负荷引起的发电机定子绕组过电流，应装设接于一相电流的过负荷保护。
三、风电发电机保护
1、 风电发电机组装设电气保护主要有如下保护：
1.1定子通过断路器或接触器与电网连接，断路器设置有过载长延时、短路短延时、短路瞬时、接地等保护功能，此参数设置按照机组容量进行设置。当断路器非自身原因而跳闸时说明发电机定子有短路或接地故障。
油变保护包括：
1.1.1过载长延时保护——断路器的过载保护功能的实现是利用双金属随着温度升高而定向按规律弯曲的原理，小型断路器闭合后在正常工作状态下．内部的双金属片因其上通过一定的电流而发热．两片金属的热膨胀系数不同而导致弯曲，正常电流（1.13In）弯曲角度不大，因此推力不足以使脱扣机构脱扣，当线路出现一般性过载时，当达过载电流（1.45In），双金属片弯曲角度较大而触动脱扣机构中的杠杆，推力足以推动脱扣机构，从而使小型断路器脱扣起到了超负载保护的作用。流过小型断路器的电流大小不同，双金属片产生的弯曲程度也不同。在线路的一般性过载时，由于过载电流不太大，断路器脱扣时间一般较长。在现行《GB10963.1-2005标准的时间一电流特性》中规定了过电流脱扣电流是额定电流的1.45倍．脱扣时间应是在1个小时内。
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1.1.2短路短延时保护:主要反映短路故障——断路器的短路保护功能是由瞬时脱扣器来实现的。根据F=IN（吸力与电流与匝数之积成正比）分析，由于瞬时脱扣器线圈匝数少（一般只有10匝以下），虽然瞬时脱扣器串接在电路中，电路正常工作时，由于匝数少，正常工作电流产生的吸力不足以克服弹簧的反作用力，因此线路能正常工作。当线路发生短路或严重过载时，很高的电流流过感应线圈而产生一强大磁场，由于产生的电流与正常工作的电流相比相差几倍以至几十倍或更大，线圈匝数没变，但电流增加几倍以至几十倍，因此吸力也增加了几倍以至几十倍，推动杠杆使断路器快速脱扣，由于电流很大，断路器的脱扣时间一般在0.1s内。而且只要反力弹簧选择合理，都能符合瞬时脱扣器的整定要求。
灭弧栅，在断路器闭合的瞬间，两触头间会产生较大的电弧，灭弧栅的作用就是通过增大散热面积和电弧释放空间使电弧迅速消失，减少电弧产生的不良影响。
接地保护：智能框架断路器接地保护有矢量和方式和地电流方式两种。
2.发电机转子保护：
转子通过励磁系统---变频器---转子断路器与电网连接，当发电机内部出现短路、断相及接地等故障时，变频器可能报出如下某个故障，当下面故障发生时故障点可能在发电机本体上。
转子过流：表现为变频器机侧SKIIP模块检测其中某相电流，同时将此电流信号反馈至功率逆变控制单元（CCU），CCU通过实时功率和电磁转矩来分析转子侧是否过流，如过流则反映发电机转子系统存在电流泄露或集电环存在短路现象、发电机转子绕组接地、切断故障设备为转子断路器（自动保护功能或PLC控制）。
针对发电机电气故障主要防范措施如下：
（1）检查发电机定转子出线端子盒内电缆状态、检查发电机传感器工作状态。
（2）检查变频系统接线以及母排、动力电缆固定螺栓是否松动，变频散热系统是否工作正常，变频柜内是否清洁干净。
（3）定子电气回路以及转子电气回路的对地绝缘，以及相间绝缘是否合格，动力电缆绝缘层是否磨损。
（4）变频系统极性测试各项电气参数是否正常，预存电测试是否正常，CROWBAR测试是否正常，斩波器测试是否正常。
（5）歌美飒风电机采用的绕线式双馈异步发电机，为避免发电机在运行期间发生发电机绕组断相情况的发生，采取如下措施：a、每次定检期间，对发电机绕组引出线及引出线绝缘护套进行检查，b、检查绕组引出线安装位置适当，无摩擦现象的发生。c、每年开展一次发电机绕组直流电阻及绝缘试验工作。d、定检期间，检查绕组连接母排有无灼伤及电蚀等现象，检查螺栓力矩线位移现象，每3年开展一次螺栓力矩抽检工作。
（6）检查集电环绝缘套管有无裂纹、灼伤等现象，每2年对集电环绝缘套管进行整体抽检或更换。
（7）定期更换发电机空气过滤网、检查集电环散热风扇运行是否正常。对即将磨损至限位的碳刷进行更换（碳刷长度≤26mm时，必须进行更换）；清理碳粉后测量集电环相间及对地绝缘电阻，电阻值应≥20MΩ；定检期间检查碳刷支架螺栓有无松动，紧固螺栓，并标注力矩线；
（8）温度限制无功功率故障原因：如果发电机绕组温度、发电机轴承温度、发电机集电环温度接近报警温度，那么将产生无功功率限制。如发电机报出温度报警故障，应手动将风电机置于停止状态，查明原因后，方可恢复运行。
四、风电发电机组设置非电气主要有如下保护：
发电机绕组温度高保护、发电机轴承过热保护、碳刷磨损保护、温度保护、发电机转速波动大（超限）。
4.1轴承温度过热：主要表现发电机轴承温度高，反映发电机轴承废油脂堆积严重或发电机轴承有振动，切断故障设备为主控。
4.2发电机转速波动大（超限）：主要反映发电机转速波动大，转速波形出现尖峰，主要反映发电机轴承振动大故障，切断故障设备为主控。
4.3温度保护：表现为发电机定子绕组温度高故障，反映发电机水循环、空冷不畅或发电机定子接线盒定子绕组抽头熔断故障，切断故障设备为风力发电机主控。
4.4碳刷磨损：主要反映发电机碳刷磨损故障，表现为发电机碳刷磨损严重，切断故障设备为主控。
针对发电机非电气主要有如下预防措施：
（1）定期对发电机进行对中。
（2）期对发电机进行绝缘遥测。
（3）定期对发电机顶驱风扇水冷或空冷系统进行检查。
（4）定期检查发电机（绕组、轴承、集电环）温度测量回路。
（5）定期对发电机联轴器侧轴承油脂进行检查，避免出现油脂过多或过少现象出现。保证每次在润滑后能够将轴承内费油排除。
（6）值班人员密切关注发电机驱动侧轴承温度变化，如出现温度骤升现象及时汇报，检修人员及时登机检查。
（7）针对发电机振动噪声现象，（a）每年使用手持式在线振动监测装置对发电机前、后轴承进行振动测试。（b）定检期间使用百分表测量发电机轴跳动情况。（c）检查发电机轴承润滑系统良好。（d）开展风电机专项检查期间，使用听针聆听发电机内部噪声情况。（e）定检期间检查发电机轴封密封良好，检查有无油脂溢出现象。（f）检查发电机集电环接地良好，轴电流能够有效释放。（g）大修后或每2年开展一次发电机对中工作。
论文作者:赵小东
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第32期
论文发表时间:2018/4/19
标签：发电机论文; 绕组论文; 电流论文; 故障论文; 断路器论文; 定子论文; 转子论文; 《建筑学研究前沿》2017年第32期论文;