转子负序电流
负序电流对发电机转子的危害分析及防范措施_沈波
2007 年第 5 期
沈 波 , 等 :负序电流对发电机转子的危害分析及防范措施
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绝热过程中 , 忽略热量的传导作用 , 损耗和 转子本身的热容量决定转子温升 。
运行实践表明 , 容量较小的发电机因定 子线负荷较低 , 转子热容量相对负荷而言较 大 , 同时转子机械强度相对额定扭矩的裕量 较大 , 因而承受稳态和暂态负序电流的能力 都较强 。 大容量发电机的定子线负荷较高 , 转子本身热容量相对于负荷来说较小 , 正常 运行时主要依靠高效的冷却系统散热 。 发生 短时不对称故障的绝热过程中 , 转子结构件 温升大 , 容易造成转子过热甚至烧损 。
以(I 2/I N)2t =A 作为判据即能反映转子对 负序电流所产生的损耗的承受能力 。 同时转 子表面的局部温度与平均温度之比为 2 。(I 2/ IN)2t =A 是 负 序 电流 I 2 与故 障 时 间 t 的函 数 , 通常发电机的负序保护即以(I 2/IN)2t =A 作为反时限整定的依据 。 国标 《透平型同步 电机技术要求》 (GB/T 7064 -1996)规定的负 序能力如表 3 。
表 2 是国内 一些制造厂(单位)提出 的汽 轮发电机稳态负序能力的试验值 。 正常结构 设计的发电机 , 其 I 2/IN 皆大于 0 .1 。 2 .2 暂态负序能力分析
表 2 汽轮发电机稳态负 序能力
发电机型号
容量/MW
冷却方式
I2/ IN试验值
SQF-100 -2
100
QFS -125 -2
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浙江电力
2007 年第 5 期
决定 , 由于持续时间较短 , 故不受转子绝缘 材料的长期允许温度限制 。 国标 JB/T 8445 1996 规定的 转子结构件材料(金属)允 许最高 温度见表 1 。
发电机负序电流保护
发电机负序电流保护大容量的发电机，额定电流比较大，低电圧启动的过电流保护，往往不能满足远后备灵敏度的要求。
此外当电力系统发生不对称短路、断线、或负载不平衡等情况，发电机定子绕组中将产生负序电流，并将在转子铁芯、励磁绕组及阻尼绕组等部件上感应出倍频电压、电流，引起转子附加发热，危害发电机的安全运行假设负序电流使转子发热是个绝热过程，则不使转子过热所允许的负序电流与持续时间的关系为式中一在时间t内负序电流的均方根值(以发电机额定电流为基准的负序电流标幺值)：—流经发电机的负序电流；t一一负序电流持续时间；A一一发电机允许过热常数，其值与发电机型式和冷却方式有关。
1.定时限负序电流保护(1)原理接线对表面冷却的汽轮发电机和水轮发电机，大都采用两段式定时限负序过电流保护，其原理接线如图8-12所示。
图8-12发电机负序电流及单项式低电压启动的过电流保护的原理接线图负序电流的整定计算1）启动电流的整定计算动作丁-信号的保护部分（继电器3）按躲开发电机长期允许的负序电流和最大负荷时负序滤过器的不平衡电流整定，一般情况下取动作丁-跳闸的保护部分（继电器4）,保护的启动电流按下面两个条件整定。
按转子发热条件整定，启动电流值为式中A—发电机允许过热的时间常数。
对非强迫式冷却的发电机，Is负序电流热稳定常数A=30；^t对绕组内冷却的汽轮发电机，容量为200MW时，对水轮发电机.A = 40；^tT一一值班人员有可能采取措施消除负序电流的时间，一般取120s,如值班人员在此时间内來不及消除产生负序电流的运行方式，则保护动作于跳闸。
对于表面冷却的发电机组，A=30~4Cl V,代入上式后可得发电机的负序动作电流."S〜0.6）Q动作丁-跳闸的负序动作电流还需与相邻元件的负序电流后备保护在灵敏度上相配合了2.岔=疋袒2$5式中疋冰 -配合系数，取1.1;-—在计算运行方式下，发生外部故障时流过相邻元件（一般只考虑升圧变压器的情况）的负序短路电流刚好与其负序电流保护的启动电流相等时，流经彼保护发电机的负序短路电流（考虑有否分支系数）。
承受负序电流能力
承受负序电流能力
承受负序电流的能力是指电力设备在不对称负荷或故障条件下能够安全运行而不致损坏的能力。
具体来说，包括以下几个方面：
1.发电机的承受能力：对于汽轮发电机而言，其承受负序电流的能力通
常取决于转子的负序电流发热条件。
发电机在三相平衡额定工况下运行时，如果出现负序电流，必须确保转子表面任一部件的温度达到其长时允许值时，发电机仍能长期稳定运行。
2.负序电流的限制：不同容量的发电机组允许流过的负序电流最大不超
过额定电流的8%。
这是为了保护发电机免受因不对称负荷引起的过热和振动等不利影响。
3.变压器的保护：变压器的负序过流保护是用来反映不对称故障的。
然
而，由于牵引负荷的单相性，如果负序电流较大，可能会超过变压器负序过流保护中负序电流的整定值，引起误动作。
4.应急措施：如果在停机时发生非全相开关本体非全相未跳闸的情况，
应立即通过硬手操或DCS上的“故障分闸”按钮打掉未跳闸的开关；
如果不成功，则通过停用母线的方法将发电机解列。
综上所述，电力系统中的设备设计时需要考虑到可能的不对称负荷情况，以确保在负序电流出现时能够安全运行。
同时，系统的保护装置也需要能够准确识别并处理不对称故障，以防止设备损坏和系统稳定性受到影响。
零序电压,零序电流.负序电流.正序电流怎么理解
正序：A相领先B相120度，B相领先C相120度，C相领先A相120度。
负序：A相落后B相120度，B相落后C相120度，C相落后A相120度。
零序：A,B,C三相相位相同，哪一相也不领先，也不落后。
三相短路故障和正常运行时，系统里面是正序。
单相接地故障时候，系统里有正序，负序和零序分量。
什么叫不对称运行?产生的原因及影响是什么?
任何原因引起电力系统三相对称(正常运行状况)性的破坏，均称为不对称运行。如各相阻抗对称性的破坏，负荷对称性的破坏，电压对称性的破坏等情况下的工作状态。非全相运行是不对称运行的特殊情况。 不对称运行产生的负序、零序电流会带来许多不利影响。 电力系统三相阻抗对称性的破坏，将导致电流和电压对称性的破坏，因而会出现负序电流，当变压器的中性点接地时，还会出现零序电流。 当负序电流流过发电机时，将产生负序旋转磁场，这个磁场将对发电机产生下列影响: ⑴发电机转子发热; ⑵机组振动增大; ⑶定子绕组由于负荷不平衡出现个别相绕组过热。 不对称运行时，变压器三相电流不平衡，每相绕组发热不一致，可能个别相绕组已经过热，而其它相负荷不大，因此必须按发热条件来决定变压器的可用容量。 不对称运行时，将引起系统电压的不对称，使电能质量变坏，对用户产生不良影响。对于异步电动机，一般情况下虽不致于破坏其正常工作，但也会引起出力减小，寿命降低。例如负序电压达5%时，电动机出力将降低10∽15%，负序电压达7%时，则出力降低达20∽25%。 当高压输电线一相断开时，较大的零序电流可能在沿输电线平行架设的通信线路中产生危险的对地电压，危及通讯设备和人员的安全，影响通信质量，当输电线与铁路平行时，也可能影响铁道自动闭锁装置的正常工作。因此，电力系统不对称运行对通信设备的电磁影响，应当进行计算，必要时应采取措施，减少干扰，或在通信设备中，采用保护装置。 继电保护也必须认真考虑。在严重的情况下，如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，很可能使系统的继电保护误动作。 此外，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，故接地装置应按不对称状态下保证对运行人员的安全来加以检验。 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。
转子表层负序过负荷保护(负序电流保护).
发电机长期承受负序电流的实际能力，要通过负 序电流试验加以校验。施加负序电流后，测量转子各 部位的温升，由转子各部件允许温度所限定的最小负 序电流，即为 I 2 值。因为是长期承受负序电流，所以 材料的允许温度要取比较低的数值。例如对铝、铝合 金槽楔允许温度不宜取得高于100 C ，转子本体钢材 不宜超过300 C 。 长期承受负序电流的能力 I 2 ，是负序电流保护的 整定依据之一。当出现超过 I 2 的负序电流时，保护装 置要可靠动作，发出声光信号，以便及时处理。当其 持续时间达到规定值，而负序电流尚未消除时，则应 当动作于切除发电机，以防负序电流造成损害。 国外大型发电机的 I 2 规定如下： 日、捷、瑞典等 8% 6
7
对汽轮发电机的负序电流允许值，我 国作如下规定：
表5
2 转子直接冷却式汽轮发电机的 I 2 和 I 2 tA
Sn MVA
I 2
2 A I2 t
350 350 ~ 900 900 ~ 1250 1250 ~ 1600
0.08
8
0.08 Sn 350 3104 8 0.00545 Sn 350 0.08 Sn 350 3104
法国（50万kW及以上） 德国（30~40万kVA） （40万kVA以上） 意大利（32万kW） 英国 俄罗斯 美国 间接冷却式隐极机 隐极机 （直接冷却式）
96万kVA以下 96.1~120万kVA 120.1~150万kVA
凸极机
有阻尼 无阻尼
<6%~8% 6%~8% <4%~6% 6% 10%~15% 5%~6% 10% 8% 6% 5% 10% 5%
5 5
8
0.05
（三）发电机短时承受负序电流的能力 1、发电机短时负序转子发热常数A 在短时间内，负序电流使转子温度升高的程度, 与负序电流 I 2的大小及其持续时间t的长短有关。在 给定的允许温升下，若 I 2大则允许时间t就短。 由于讨论短时间内负序电流对转子的作用，所 以将转子视为绝热体，并假设负序磁场产生的倍频 电流只在转子本体和槽楔表面流动，所产生损耗全 部用于转子表面温升，既不向周围介质散热，也不 沿转子本体向大轴中心传热。 汽轮发电机的短时负序转子发热常数A为：
负序电流对发电机的危害及预防措施
正常运行中 , 多数发电机的三相负荷基本保持 平衡 , 发电机处于对称运行状态 , 但是 , 由于系统 或发电机本身的种种原因 , 会导致发电机不对称运 行 , 发电机出口三相电流 、电压都不对称 , 根据不 对称分量法可知 , 发电机定子电流可分解为正序 、 负序电流 (发电机中性点不接地 , 无零序电流) 。
e1 提高发电机出口开关的安装 、检修 、制造 质量 , 并采用开关三相联动机构确保开关三相同时 可靠动作 , 防止发生非全相情况 。 作者简介 :
刘鸿斌 , 男 , 学士 , 新疆人 , 工程师 , 任长山发电厂值长 。
(收稿日期 1998 - 04 - 14)
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1 产生负序电流的原因
一般稳态负序电流在发电机定子中存在时间较 长 , 而暂态负序电流在定子中存在时间较短 , 这是 由产生原因而定 。
a1 由于输配电及供电系统电网结构不合理 , 或有大容量的单相负载 , 使系统三相负载不平衡 , 造成发电机不对称运行 , 这种情况产生的负序电流 可能在定子中较长时间存在 。
负序电流使转子产生振动的特点 , 一般都与发 电机不对称运行时间的长短及产生负序电流的大小 有关 , 而且随三相不平衡电流的增大而增大 , 并包
含随时间增长而加大的成份 , 同时也可能随励磁电 流的增大而加大 , 可用改变励磁电流大小来测量振 动的变化 , 找出振动的原因 。
3 预防措施
a1 发电机出现不对称运行时 , 运行人员应迅 速查明原因 , 果断正确地进行处理 , 总的原则是根 据负序电流产生的原因 , 采取相应的措施 , 尽量降 低发电机的不对称度 , 来保持发电机电流 、电压的 三相平衡 , 或及时将发电机与系统解列 。如果发电 机在并解列时出现非全相运行时 , 应控制发电机有 功功率为最小 , 调整励磁电流 , 使定子三相电流不 对称值降至最低 , 再断开出口开关 , 在正常运行中 出现不对称运行时 , 应严格按现场规程规定及时进 行调整 。
转子表层负序过负荷保护(负序电流保护)
转子表层负序过负荷保护(负序电流保护)转子表层负序过负荷保护（负序电流保护）一、引言转子表层负序过负荷保护，也称负序电流保护，是电力系统中常用的一种保护方式。
它主要是针对发电机的转子表层负序电流进行监测和保护，以避免因转子故障导致转子绕组过热或烧毁的危险。
本文将介绍转子表层负序过负荷保护的原理、应用和优势。
二、原理1. 负序电流的产生转子表层负序电流是指在转子绕组中由于转子绕组中的不均匀磁场或绕组故障引起的电流。
当发生转子绕组的短路故障或不对称负载时，转子绕组中会产生不对称磁场，进而导致负序电流的产生。
2. 负序电流的特点负序电流主要表现为频率高于正常运行频率的电流，并具有一定的幅值。
由于转子表层负序电流的存在会导致转子绕组过热，因此需要及时进行监测和保护。
3. 监测与保护方法为了监测和保护转子表层负序电流，可采用感应型或传导型保护装置。
感应型保护装置通过感应电压或电流的变化来检测转子表层负序电流，而传导型保护装置则通过感应电流的变化来监测。
三、应用1. 发电机保护转子表层负序过负荷保护在发电机中应用广泛。
在发电机运行过程中，由于转子绕组的短路故障或不对称负载等原因，转子表层负序电流可能出现。
当转子表层负序电流超过设定的阈值时，保护装置将触发报警或切断电源，以避免转子绕组过热或烧毁。
2. 其他电力设备保护除了发电机，转子表层负序过负荷保护还可以应用于其他电力设备的保护中。
例如，可以将其应用于电动机、变压器等设备中，通过监测和保护转子表层负序电流，保证设备的安全运行。
四、优势1. 准确性高转子表层负序过负荷保护通过监测转子表层负序电流的变化来实现及时保护。
由于负序电流的特点比较明显，因此可以准确地判断出转子故障，并采取相应的措施。
2. 快速响应保护装置对负序电流的监测和判断速度快，一旦检测到超过设定的阈值，保护装置将能够迅速地触发报警或切断电源，确保设备的安全。
3. 高可靠性转子表层负序过负荷保护是一种可靠的保护方式，可以避免因转子绕组过热或烧毁而导致的事故发生。
发电机反时限负序过流保护
发电机反时限负序过流保护1 保护原理保护反应发电机定子的负序电流大小，是发电机的转子过热保护，也叫转子表层过热保护。
保护最好取自发电机中性点侧。
其保护逻辑图见图一：t 11t upt S +信号出口信号负序电流I 2计算122g I I upI I 22sI I 22>>>I 2s <I 2<I 2up图一 发电机反时限负序过流保护逻辑图2 一般信息2.1 输入TA/TV 定义TA 或TV 位置名称 首端 末端 对应通道发电机定子电流IaIb Ic2.2 出口信号定义发电机负序过流(定时限) 发电机负序过流(反时限)2.3 出口跳闸定义（方式）发电机负序过流(定时限) 发电机负序过流(反时限) 2.4 保护出口压板定义发电机负序过流(定时限) 发电机负序过流(反时限)注：对应的保护压板插入，保护动作时发信并出口跳闸；对应的保护压板拔掉，保护动作时只发信，不出口跳闸。
2.5 定值整定定值名称定值符号定值单位A 定时限过负荷电流定值I2g定时限过负荷动作时间t11S反时限过电流启动定值I2s AA 反时限过流速断定值I2up散热系数K2热值系数K1长延时动作时间ts SS 速断动作时间tupA额定电流IN2.6 投入保护开启液晶屏的背光电源，在人机界面的主画面中观察此保护是否已投入。
（注：该保护投入时其运行指示灯是亮的。
）如果该保护的运行指示灯是暗的，在“投退保护”的子画面点击投入该保护。
2.7 参数监视点击进入发电机反时限负序过负荷（过流）监视界面，可监视保护的整定值，负序电流计算值等信息。
3 保护动作整定值测试3.1 定时限负序过负荷定值测试输入负序电流量，缓慢增加，直到定时限出口动作，记录数据填表：保护整定值(A)保护动作值(A)3.2 定时限动作时间定值测试突然外加1.5倍定值电流，记录保护动作时间保护整定值(S)动作时间ts（S）3.3 反时限曲线测试突然外加负序电流达反时限出口，记录动作时间，测试反时限特性时，注意电流的热积累效应。
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负序电流
任意一组不对称的三相正弦电压或电流向量都可以分解成三组对称的分量，一组是正序分量，相序与原不对称正弦量的相序一致，即A-B-C的次序，各相位互差120°。
一组是负序分量，相序与原正弦量相反，即A-C-B，相位也差120°。
另一组是零序分量，三相的相位相同。
提出这三种分量的目的是为了分析问题的方便。
通常，同步发电机既发有功，也发无功，这种状态称为迟相运行，或称为滞后，此时发出一感性无功功率；但有时，发电机送出有功，吸收无功，这种状态称为进相运行。
发电机转子的旋转方向和旋转速度,与三相正序对称电流所形成的正向旋转磁场的转向和转速一致,即转子的转动与正序旋转磁场之间无相对运动,此即"同步"的概念。
当电力系统发生不对称短路或负荷三相不对称(接有电力机车、电弧炉等单相负荷)时,在发电机定子绕组中就流有负序电流。
该负序电流在发电机气隙中产生反向(与正序电流产生的正向旋转磁场相反)旋转磁场,它相对于转子来说为2倍的同步转速,因此在转子中就会感应出100Hz的电流,即所谓的倍频电流。
该倍频电流主要部分流经转子本体、槽楔和阻尼条,而在转子端部附近沿周界方向形成闭合回路,这就使得转子端部、护环内表面、槽楔和小齿接触面等部位局部灼伤,严重时会使护环受热松脱,给发电机造成灾难性的破坏,即通常所说的"负序电流烧机",这是负序电流对发电机的危害之一。
另外,负序(反向)气隙旋转磁场与转子电流之间,正序(正向)气隙旋转磁场与定子负序电流之间所产生的频率100Hz交变电磁力矩,将同时作用于转子大轴和定子机座上,引起频率为100Hz 的振动,此为负序电流危害之二。
发电机承受负序电流的能力,一般取决于转子的负序电流发热条件,而不是发生的振动,即负序电流的平方与时间的乘积决定了发电机承受负序电流的能力。