发电机保护屏的功能、原理、组成

以下是其工作原理和组成的详细说明：

一、 发电机保护屏的工作原理

        发电机保护屏的核心是实时监测发电机及其相关电气量，并将这些量与预设的安全阈值（整定值）进行比较。当检测到异常电气量（如过流、欠压、频率异常、不平衡等）或特定故障模式（如定子接地、转子接地、失磁、差动不平衡等）超出安全范围时，保护屏会经过逻辑判断，确认为需要动作的故障后，发出跳闸信号（Trip Signal）。

关键工作原理步骤

信号采集：

    利用电流互感器测量发电机定子各相绕组电流、中性点电流等。

    利用电压互感器测量发电机机端各相电压、中性点电压、励磁系统电压等。

    采集其他非电量信号，如温度、振动、频率、转速、励磁电流/电压、开关位置等。

信号调理与模数转换（ADC）：

    从CT/PT传来的二次侧信号（通常为1A或5A电流，100V或100/√3 V电压）需要进行滤波、放大或降压等处理，以适应保护装置的输入范围。

    发电机保护装置的核心是将连续的模拟信号转换为离散的数字信号（A/D转换），以便微处理器进行处理。这个过程需要极高的采样率（通常1kHz到几kHz甚至更高）以保证精度和保护动作速度。

计算与处理：

    微处理器基于输入的数字信号进行计算分析，包括：

    计算相电流、相电压有效值（RMS值）。

    计算零序、负序等分量。

    计算有功功率、无功功率、功率因数、频率。

    根据保护原理计算关键量：例如差动电流（差动保护）、阻抗值（阻抗保护）、负序电流（负序保护）、方向判断（方向保护）等。

    进行谐波分析（如用于定子接地保护）。

    逻辑判断（保护元件动作）：

    将计算得到的关键量与预先存储在装置内存中的整定值进行比较。

    判断是否符合特定的保护动作条件。这个判断通常不是简单的超过就跳，可能有：

    延时要求（如定时限、反时限过流）。

    方向判断。

    启动值和动作值的比较（如差动保护）。

    不同保护元件之间的逻辑配合（如“与”、“或”、闭锁逻辑）。

    振动区（如失磁保护）。

决策与输出：

    如果逻辑判断满足跳闸条件，保护装置会发出跳闸命令。

    将跳闸命令通过继电器输出节点（通常是常开无源节点）发送给发电机出口断路器、励磁开关、原动机（汽轮机/水轮机）的主汽门/导水叶等执行机构，使发电机快速从电网解列并停机。

    同时发出告警信号（报警节点输出，点亮告警灯，启动警报器）。

事件记录与通信：

    记录故障发生时刻的保护动作信息（事件顺序记录SOE）、故障录波波形（电压、电流等量在故障前后的完整记录）。

    通过通信接口（RS485，以太网等）和协议（如IEC 60870-5-103, IEC 61850）将保护动作信息、告警信息、录波数据、测量值等上传至    电厂监控系统或远方调度中心，以便运行人员分析和处理。

二、 发电机保护屏主要组成部分

    发电机保护屏是一个集成的屏柜，通常包含以下关键设备和组件：

1. 保护装置

    核心组件： 通常是发电机保护装置，发电机转子接地保护、发电机差动保护装置、发电机综合保护装置，装置内置高性能微处理器、内存（存储定值和程序）、数字信号处理单元、输入输出接口、通信接口等。

    主要功能：实现前面所述的所有计算、逻辑判断、控制、记录、通信功能。现代装置通常集成多种保护功能于一体（称为“多功能保护装置”），减少屏柜尺寸和复杂性。

    人机界面： 屏柜前面板配有液晶显示屏和操作按键，用于就地查看测量值、告警信息、事件记录、录波数据，进行定值查看、修改，投退软压板，进行简单的测试操作等。

2. 电流互感器二次回路接口

    端子排：    用于将来自发电机定子、中性点的电流互感器的二次引线可靠地接入屏柜。不同用途（保护、测量）的CT绕组需要接入不同的端子排。

    试验端子： 允许在运行或维护期间安全地将测试设备（如升流器、继保测试仪）串入电流回路进行测试或校准，而不影响正常运行。可以短接CT回路防止开路。

    辅助电流互感器：有时用于变换电流大小或相位匹配。

3. 电压互感器二次回路接口

    端子排： 用于将来自发电机机端和中性点的电压互感器的二次引线接入屏柜。同样区分保护、测量、计量绕组。

    电压切换装置/继电器：如果保护屏需要从不同PT来源切换电压（如主PT或备用PT），用于自动或手动切换，保证电压源的连续性。

    电压保护熔断器或空开：保护PT二次回路过流或短路。

4. 开关量输入回路

    无源节点输入端子排： 接收来自断路器、隔离刀闸等辅助触点（分/合位信号）、来自其他保护装置的联跳/闭锁触点、保护硬压板等的状态信号（开关量）。

    光电隔离器： 将外部电路与保护装置内部的低电平电路电气隔离，提高抗干扰能力和安全性。

5. 跳闸与信号输出回路

    出口继电器： 保护装置内的CPU发出命令驱动这些继电器，使其触点闭合或断开。

    跳闸继电器：提供大容量无源节点输出，直接驱动发电机出口断路器的分闸线圈、励磁开关跳闸线圈、原动机主保护控制回路（如汽机跳闸电磁阀）。通常有备用。

    信号继电器：提供节点输出驱动屏柜上的光字牌（告警灯）、中央信号系统的报警喇叭或铃。

    保护硬压板：串联在跳闸出口回路中的可手动投退的压板（连接片）。用于在检修、调试时可靠地将该路保护出口与执行机构（断路器）隔离，防止误跳闸。这是安全措施，非常重要。

    中间继电器：有时用于增加触点容量、隔离不同电压等级、实现多路输出扩展或增加延时。提供重动节点供外部设备使用（如DCS）。

6. 其他辅助设备

    操作按钮与指示灯：

    复归按钮：用于就地复归装置的告警信号和光字牌。

    信号指示灯：包括“运行”灯、“告警”灯、“动作”灯、电源指示灯以及各个保护元件动作后对应的光字牌。

    紧急跳闸按钮： 独立于保护装置的硬件按钮（蘑菇头），可直接跳开发电机出口开关（硬接线）。

7.电源系统：

    交直流输入端子：接入可靠的直流电源（通常为110V或220V DC）和/或交流电源。

    电源模块/开关电源：将输入的直流或交流电源转换为保护装置内部各电路板所需的低电压直流电源（如±5V， ±12V， +24V）。

    电源空开：保护整个屏柜的电源回路。

    UPS或后备电池（可选）： 在主电源故障时提供应急电源。

    通信接口：包括RS485、光纤接口（ST/LC）、以太网（RJ45）等，用于连接厂站自动化系统或调度中心。

    时钟同步：接收GPS或B码（IRIG-B）信号，保证全站所有保护装置具有统一的精确时间戳，用于SOE排序和分析。

    接线端子排：屏柜内遍布不同功能和用途的端子排，用于清晰、安全地连接屏内、屏间及与外部的所有导线。

    铜排：用于直流电源母线等大电流或等电位连接。

8.总结

    发电机保护屏是一个高度集成、智能化的系统。其工作原理是基于对发电机电气量和状态的持续监测，通过与预设安全边界的实时比较和逻辑判断，在故障时迅速启动保护元件，并通过可靠的继电器触点输出控制断路器断开故障设备。它的组成以微机型保护装置为核心，辅以必要的信号输入接口、电源系统、跳闸输出回路（含硬压板）、人机界面以及记录通信功能，共同构成保障发电机和电力系统安全稳定运行的最后一道防线。