新型的大型汽轮发电机定子匝间故障保护保护方案适用于中性点侧引出6个端子或4个端子的双支路定子绕组。
图1 中性点侧引出6个端子发电机内部故障主保护方案
图2 中性点侧引出4个端子发电机内部故障主保护方案
大型汽轮发电机与水轮发电机比较,由于极数少,转速高,体积小,结构十分紧凑,机座为压力密封结构(对氢冷电机),机内空间十分有限,电流互感器不能装在机内,只能装在机外出线套管上。目前我公司生产的
200～600MW各型汽轮发电机均为水氢氢型冷却方式,定子绕组均为两支路并联(即双星接法),各相各支路引线线棒经并联连接线在机内并联,然后经过渡引线与励端端罩(或机座)下部的出线罩内的六支高压绝缘出线套管连接,其中三个主出线经分相封闭母线与主变压器相连,三个中性点出线在机外并联后与中性点设备(接地变压器或消弧线圈)连接。出线罩采用非磁性钢板制造,以减小涡流损耗和发热。过渡引线为水内冷,出线套管采用水内冷(或氢内冷)。由此可见,增加中性点侧引出端子涉及面很广,
难度较大,既涉及机内结构和布置,也涉及机外设备(并联铜排,中性点设备等),既涉及机械和电气联接,也涉及冷却水路(或气路)的布置和连接。
大型汽轮发电机定子绕组几乎全部采用整数槽、双层短距迭绕组，国内主要大型机组定子绕组参数如表1所示。可见， 同槽上下线棒属于同一相的槽数约占总槽数的50%左右，在同一支路中不存在属于同一槽的上下层线棒。
表1 大型汽轮发电机定子绕组槽内分布
从80年代开始,大型汽轮发电机定子线棒在槽内的固定方式 ,使定子线棒牢牢固定在槽内。工艺措施从根本上消除了线棒在槽内发生松动的可能性,其发生短路故障的可能性大大小于接地故障。
大型汽轮发电机发生定子匝间故障的可能性是存在的, 但是概率很小。鉴于大型机组的重要性,我们认为完善和加强匝间故障的继电保护仍然十分必要。
新型匝间保护方案要求发电机中性点侧必须有6个出线端子或4个出线端子,同时增加一套中性点连接铜排。经初步分析有以下几种方案可供选择:(1)加长出线罩
，(2)加宽出线罩 ，(3)在机座上方增加一个出线罩。
加宽出线罩将使机座(或端罩)加宽,势必降低端盖轴承的支撑刚度,将使临界转速降低和减小稳定性。上述三个方案均要增加发电机的外形尺寸和运输尺寸,这样势必加宽或加长机坑尺寸,影响机坑和厂房的设计,必然带来技术上的困难和运输费用的增加。
增加中性点出线端子数比较现实的方法是方案增加出线罩轴向长度并改变部分端子的布置方向。但必须减小出线端子之间的距离并且减小或取消在出线套管上的电流互感器(CT)
主要观点和结论
为了确保大型汽轮发电机的安全运行,避免和减小由于定子匝间故障引发的事故,加强和完善定子绕组匝间故障的继电保护是十分必要的。
针对目前在电网上运行的有数百台200～600MW大型汽轮发电机,其中大部分为双支路绕组且中性点侧只有三个引出端子,应大力改进和完善目前巳装设的保护,
使其灵敏度和可靠性大大提高,减小死区,避免误动作,协调与其他保护的闭锁,更好地发挥其保护作用。
对于新设计制造的双支路绕组新机组,提出中性点侧需要引出4个或6个出线端子的技术要求,并与设计院、制造厂、用户等部门密切配合,深入开展工作,使其成为现实,以便装设“高灵敏横差保护”和“不完全纵差保护”,进而实现发电机内部故障的多重化保护。
在大型汽轮发电机上增加中性点侧出线端子,在技术上、结构和工艺上是可以解决的,制造上也不存在不可克服的难点。但会大大增加设计制造的难度和成本,需要进行综合技术经济分析。而且与设计院,安装公司,电厂都有密切关系。
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